KR910004761B1 - 정박중인 선박의 닻의 움직임을 자동적으로 제어하는 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

정박중인 선박의 닻의 움직임을 자동적으로 제어하는 장치

제 1 도는 본 발명에 따른 닻의 자동제어장치와 이 장치에 의해서 제어되는 선박의 각 장치를 도시한 개략적 전체구성도.

제 2 도는 닻의 자동제어장치와 그 주변기기의 구성을 도시한 블록선도.

제 3 도는 닻의 움직임이 제어될 때, 선체에 작용하는 힘의 관게를 도시한 도면.

제 4 도는 닻줄의 현수선을 설명하기 위한 도면.

제 5 도 및 제 6 도는 닻줄장치내에서의 제어내용을 도시한 흐름선도.

제 7 도 및 제 8 도는 닻이 움직이지 않는 상태와 닻이 움직이는 상태를 설명하기 위한 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어실 2 : 제어장치

3 : 자이로콤파스 4 : 조작판

5 : 원들러스 5a : 원들러스제어수단

6 : 닻줄 7 : 호스파이프

8 : 닻 9 : 닻줄장력검줄기

11 : 닻줄각검출기 12 : 해저토질검출기

15 : 염분농도검출기 16 : 수심센서

17 : 홀수계 19 : 홀수제어수단

20 : 주기계 22 : 바우 스러스터

본 발명은 정박중인 선박의 닻의 움직임을 방지하기 위한 닻 제어장치에 관한 것이다.

정박중인 선박이 그 정박위치를 유지하는 것, 즉 닻을 고정하는 것은, 중요한 과제이다. 본래, 닻이 해저에 정상적으로 고정된 위치상태로서 묻혀 있으면, 선박의 위치는 닻줄의 길이와 외력에 의해 일의적으로 결정된다.

이러한 상태에서는, 미리 닻이 내려지는 위치를, 다른 선박이나 또는 장애물과의 위치관계를 고려하여 결정함으로써 다른 선박이나 장애물과의 충돌이라고 하는 문제를 회피할 수 있다.

그러나, 배에 가해지는 외력이 닻과 닻줄 및 해저토질에 의해 정해지는 고정력(정박력)을 상회하면, 닻이 해저의 토질내에서 이동하는, 소위 닻의 움직임이 생긴다.

닻이 움직이기 시작하면, 선박이 받는 외력이 급격히 감소하지 않는한 닻이 계속해서 움직이는 상태로 되고, 충돌등의 사고로 연결된다.

종래에는, 지상의 고정물과 대비함으로써 선수방향의 변화를 관찰하고, 그것이 일정방향인채로 배가 이동하는 경우에는 닻이 움직이고 있는 상태로 판단하며, 또한 지상의 고정물에 대한 선박의 위치를 선박위치 츨정법에 의해서 측정함으로써 닻이 움직이고 있는 상태인지 아닌지를 판단하여, 닻이 움직이고 있는 상태인 경우에는, 닻줄을 더욱 풀어내어 닻의 고정력을 높이기도 하고, 주기계를 작동시켜서 추진력을 발생시키기도 하며, 이와 동시에 키의 충당을 병용하기도 하고, 바우 스러스터를 작동시키기도 하는등의 대칙을 강구함으로써 닻을 고정시키는 것이 일반적이었다.

상기 종래의 닻 고정방법에서는, 닻 이동여부의 판단, 혹은 닻과 닻줄과 해저토질에 의해 얻어지는 고정력이나 선체에 작용하는 외력의 크기를, 공학적으로(수치로) 정확히 파악하지 않고, 전적으로 승무원의 경험을 근거로 인들러스(Windlass)나 주기계등을 사용하여 닻 고정 조작을 하고 있었기 때문에, 확실히 닻고정이 행해지는지의 여부는 전적으로 승무원의 자질에 좌우되고, 승무원의 자질이 부족한 경우에는 확실한 닻 고정이 행해지지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 현황에 비추어 행하여진 것이며, 본 발명의 목적은, 선박의 정박중에 있어서의 해상, 기상, 해저의 상황등의 환경조건을 필요로 하는 모든 검출기에 의하여 자동적으로 검출하고, 상기 선반이 놓여진 상황에 따라서 주기계등을 시의 적절하게 자동적으로 작동시킴으로써 선박이 항상 정박상태를 유지할 수 있도록 자동 닻 고정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 요지로 하는 것은, 자동 닻 고정장치에 있고 자동 닻 고정장치로, 해저토질검출기와, 풀더지는 닻줄의 길이 검출기와, 닻줄의 각 검출기와, 닻줄과의 최대 고정력 및 선체에 작용하는 외력을 연산함과 동시에, 닻줄의 장력을 최대 고정력 이하로 유지하는데 필요한 종·횡(X축·Y축)방향의 닻 고정제어추진력을 연산하고, 이 닻 고정제어추진에 따른 제어신호를 주기계 제어수단, 선회장치 제어수단등에 출력하는 제어장치를 구비함으로써, 선박에 작용하는 외력의 변화에 대응하여 필요한 닻 고정제어수단으로 작동시키도록 구성되어 있다. 따라서, 닻줄의 장력은 항상 최대 고정력 이하로 유지되기 때문에, 본 장치를 구비한 선박은 항상 닻을 안정하게 고정하게 되는 것이다.

그리고, 본 명세서에 있어서 선회장치란, 조타장치나 바우 스러스터이다.

다음에, 본 발명의 실시예를 도면에 근거하여 설명한다.

본 자동 닻 고정장치는 제 1 도 또는 제 2 도에 도시하는 바와 같이, 크게 각종 검출기와 제어장치로 구성되고, 주변에는 주기계등의 여러 가지 기기가 장착되어 있다.

즉, 제 1 도에 도시된 바와 같이, 선체후부의 상부에 있는 제어실(1)에 제어장치(2), 자이로콤파스(3) 및 제어콘솔(4)(이하, 조작판이라 함)이 배설되어 있으며, 조작판(4)으로부터 원격조작되는 좌·우 한쌍의 원들러스(5)가 선체 앞부분의 갑판위에 배설되며, 각 윈들러스(5)로부터 풀려지는 닻줄(6)은 각 호스파이프(7)내를 지나서 각 선박측으로 임하고, 각 닻줄(6)의 선단에는 닻(8)이 연결되어 있다.

상기 닻줄(6)의 장력을 로드셀등으로 검출하는 닻줄 장력검출기(9)가 윈들러스(5)로부터 풀려지는 닻줄(6)에 연계되어 설치되어 있고, 또, 윈들러스(5)에는 그 회전수에 따라 풀려지는 닻줄의 길이를 검출하는 닻줄 길이 검출기(10)가 장착되며, 다시 윈들러스(5)에는 닻의 투하의 개시를 검출하는 닻 투하신호발신기(31)(제 2 도)가 설치되어 있고, 이들 검출기(9, 10, 31)로부터의 검출신호는 제어장치(2)에 출력되도록 구성되어 있고, 닻 투하상태에 있을 때에, 평면으로 보아 선체 중심선에 대한 닻줄(6)의 풀림각(θ)(제 3 도 참조)을 검출하기 위한 닻줄 각 검출기(11)(예를들면, 이메이지센서, TV 카메라등을 사용하는 기기)가 호스파이프(7)의 상방의 현측부에 설치되고, 그 검출신호가 제어장치(2)에 출력되도록 구성되어 있다. 더욱이, 해저로 향하여 소정의 초음파를 발신하는 초음파 발신기(12a)와 상기 초음파의 반사파를 수신하는 초음파 수신기(12b)로 구성되는 해저토질검출기(12)가 선체 저부에 설치되고, 그 검출신호가 제어장치(2)로 출력되도록 구성되어 있다. 그리고, 이 해저토질검출기(12)는 수심검출기(13)의 기능을 겸비하는 것이다. 선체에 작용하는 외력 계산의 기초가 되는 조류의 방향과 조류의 속도를 초음파를 사용하여 검지하기 위한 조류검출기(14)가 선체 앞부분의 저부에 설치되고, 그 검출신호도 제어장치(2)로 출력되도록 구성되어 있다. 또, 필요한 염분농도와 수온을 각각 검출하기 위한 연분농도 검출기(15) 및 수온센서(16)가 선체후부의 저부에 설치되어 있고, 상기 초음파식 검출기(12, 13, 14)의 검출데이타를 보정하기 위하여 상기 출력과 동시에 이들의 검출신호도 제어장치(2)에 출력되도록 구성되어 있다.

그리고 선체 전후부의 양측에는 홀수를 전기적으로 검출하는 4조의 홀수계(17)이 부설되고, 그 검출신호도 제어장치(2)에 출력되도록 구성되어 있다.

선체에 작용하는 외력 계산의 기초가 되는 풍향과 풍속을 검출하는 풍향풍속계(18)가 브릿지 상방에 설치되고, 이 검출신호는 제어장치(2)에 출력되도록 구성되어 있다. 정박하는 바 같은 얕은 해역에서 대지절대선속을 계측하는 도플러 소너 선속계(30)(제 2 도)가 선박의 저부에 설치되고, 제어장치(2)로 출력되도록 구성되어 있다.

부호(19)는 워터 바르스트펌프, 부호(20)는 주기계, 부호(21)는 조타장치, 부호(22)는 바우 스러스터이고, 이들에는 이들을 각각 제어하는 제어수단(19a, 20a, 21a, 22a)이 장치되어 있다. 제어장치(2)는 제 2 도에 도시하는바 같이, 검출신호 수신처리장치(23)와, 중앙연산장치(24)와, 타이머(25)와, ROM(26)과, RAM(27)과, 데이터 설정기(28)와, 제어신호출력장치(29)로 구성된다.

상기 검출신호수신처리장치(23)는, 각종 검출기(3, 9 내지 18, 23, 24, 30, 31)부터 검출신호를 수신하고 그 검출신호를 필요에 따라 A/D 변환, 증폭, 파형정형하여 중앙연산장치(24)에 출력하는 한편, 중앙연산장치(24)부터는 검출신호를 처리한 신호를 받는 것이다. 그리고, 상기 검출신호수신처리장치(23)에서 처리된 신호는, 중앙연산장치(24)를 경유하여 RAM(27)에 기억되도록 되어 있다.

상기 타이머(25)는 작동신호를 소정 타임사이클로 중앙연산장치(24)에 출력하고, 이 작동신호에 근거하여 연산처리가 소정 타임사이클로 실행된다.

상기 데이터 설정기(28)는, 각종 검출신호로 얻어지는 데이터 이외의 데이터이고, 닻줄 현수선을 구하는 연산, 최대 고정력의 연산, 선체에 작용하는 외력의 연산등의 각종 연산을 위하여 필요한 각종 데이터, 즉 선체제원(L×B×D)·상부구조의 치수·닻줄의 단위 중량(Wc)·닻의 형식과 치수·호스 파이프의 마찰력, 수면으로부터 호스 파이프 사이의 수직거리(d) 등의 데이터를 설정하여 중앙연산장치(24)에 디지털 입력하는 것이다. 그리고, 홀수, 수심등의 데이터는 별도 검출기로 검출하는 등, 수동으로 데이터 설정기(28)에 입력하도록 하여도 좋다.

상기 제어신호출력장치(29)는, 중앙연산장치(24)로부터 제어신호를 수신하여, 필요에 따라서 D/A 변환하기도 하고, 증폭하기도 함으로써, 원들러스 제어수단(5a), 주기계제어수단(20a), 바우 스러스터 제어수단(22a), 조타장치 제어수단(21a), 홀수제어수단(19a)에 출력하는 것이다.

그리고, 본 제어장치(2)는 제 2 도의 블록 선도에서 도시한 바와 같이, 한쪽에서 상술한 각종 검출기(3, 9 내지 18, 23, 24, 30, 31)와 접속되고, 다른쪽에서는 주기계 제어수단등의 각종 제어수단과 접속되어 있다. 이리하여, 본 제어장치(2)는 상기 각종 검출기(3, 9 내지 18, 30, 31)로부터의 검출신호 및 사전 설정된 설정 데이터를 사용하여, 닻 이동상태 여부를 검지하고, 닻이 이동하고 있지 않은 경우에는 닻(8)과 닻줄(6)이 발휘할 수 있는 최대 고정력을 연산함과 동시에 선체에 작용하는 외력(풍력 및 조류력)을 연산하고, 닻줄의 장력(To)이 최대 고정력 이하로 되도록 필요에 따라서 윈들러스 제어수단(5a)에 제어신호를 출력하여 닻줄(6)을 더욱 풀어내도록 제어하기도 하고 혹은 워터바라스트펌프(19)와 바라스트밸브를 제어하는 홀수제어수단(19a)에 제어신호를 출력하여 바라스트워터를 주배수함으로서 풍력이나 조류력을 온화하도록 제어하기도 하며, 혹은 주기계 제어수단(20a)에 제어신호를 출력하여 프로펠러 추진력으로 닻을 고정·제어하기도 하고, 또 이것과 동시에 조타장치 제어수단(21a)에도 제어신호를 출력하여 키 각도를 제어하기도 하며, 혹은 바우 스러스터 제어수단(22a)에 제어신호를 출력하여 선회 추진력을 제어하기도 한다. 한편, 닻이 이동하고 있을 경우에는 닻 이동의 방향 및 거리를 연산에 의하여 검출하고, 상기 주기계 제어수단(20a), 바우스러스터 제어수단(22a)등에 닻 이동상태에 대응하는 보정된 제어신호를 출력한다.

다음에, 상기 제어장치의 중앙연산장치(24)가, 실제로 닻을 고정할 때 어떻게 연산처리하는가의 순서를, 제 5 도 및 제 6 도의 흐름선도에 의거하여 설명한다. 우선, 제 5 도에 근거하여, 닻 이동여부를 검지하는 부프로그램에 대하여 설명한다. 부호 S1 내지 S12는 과정을 가리킨다. S1에 있어서 시동되고, S2에 있어서 초기화 되며, S3에 있어서 닻 이동의 카운트 「n」를 n=1으로 셋트하고, S4에 있어서 닻 투하신호발신기(31)로부터의 닻 투하신호를 수신하여 닻 투하개시시간(t)을 t=0으로 설정한다. S5에 있어서는 타이머(29)(제 2 도 참조)로부터의 클럭신호에 근거하여, 닻 투하개시후, 예를들면 5분 경과마다 출력되는 연산지령신호에 의하여 연산시기인가 여부가 판정되고, 연산시기인 때에는 S6으로 이동하고, 그렇지 아니할 때는 다시 S5로 이동하여 연산시기로 될 때까지 연산시기의 검토가 반복된다. S6에 있어서는 RAM(27)에 기억되어 있는 각종 검출기부터의 검출 데이터 및 데이터 설정기로 설정된 설정 데이터를 독출할 수 있고, S6로부터 S7로 이동한다. S7에 있어서는 풀려지는 닻줄길이 검출기(10)로부터의 신호가 정지하였는가의 여부에 의하여 닻줄(6)의 풀림이 완려되었는지의 여부가 판정되고, 완료되었을 때에는 S8로 이동한다.

S8에 있어서는, 제 4 도에 도시하는 바와 같이 닻줄길이 검출기(10)로부터의 검출신호를 사용하여 풀려진 닻줄의 길이(C)가 연산되고, 닻줄의 현수선에 대한 이론식에 근거하여 닻줄 길이(S), 닻줄 현수선의 수평거리(Y), 닻줄의 해저직선부 길이(Z)가 연산되고, 선박자체로부터 닻(8)에 이르는 수평거리(X)가 연산된다. S9에 있어서는 닻 투하위치로부터 현재의 선박위치에 이르는 수평거리(R)(제 7, 8 도)가 연산된다. 그리고, 이 S9에 있어서는 닻 투하위치로부터 현재의 선박위치에이르는 수평거리(R)(제 7, 8 도)가 연산된다. 그리고, 이 S9에 있어서의 연산은 중간처리로 행하여도 좋다. S10에 있어서는 닻 이동거리 ΔR=(R-X)가 연산되고, S11에 있어서는 닻 이동거리(ΔR)가 비교적 작은 설정치(A)(예를들면 A=20m)이상인가의 여부가 판정된다. 이 설정치(A)는, 각종 검출기(9, 10, 17, 30)등의 검출오차가 닻이 해저에 파묻히는데 필요한 거리등의 오차분을 흡수하기 위하여 설정된 것이다. 닻 이동거리(ΔR)가 설정치 이하인 경우에는 닻 이동이 아닌 것으로 판단하고, S5로 이동하여, 상기 S5로부터의 과정이 반복된다. 한편, 닻 이동거리(ΔR)가 설정치(A)이상일 때에는 닻 이동상태이기 때문에, S12로 이동하여 여기서 ΔR=ΔRn로 대치하고, 다음의 S13에서 전회의 ΔR의 값(즉, ΔRn-1 : Ro=0)과 비교하여 전회의 값보다 크면 닻 이동상태이기 때문에, S14로 이동하고 표시기(32)(제 2 도 참조)에 그 ΔR의 값과 R_X, R_Y, R, X(제 8 도 참조) 및 필요에 따라 경보등이 표시되며, 다음의 S15로 이동하여 닻 이동의 카운트「n」의 값이 가산된다. 한편, 상기 S13에 있어서 전회의 값보다 크게 되면, 닻 이동이 아닌 것으로 판단되어 S5로 이동하고 상기 S5부터의 과정이 반복된다.

그리고, 상기 부 프로그램은 후술하는 주 프로그램과 독립하여 소정의 타임 사이클로 실행되고, 그 결과가 중간처리에 의하여 주 프로그램(제 6 도 참조)의 연산 데이터(닻 이동인가의 여부의 정보), 연산결과의 수정 데이터로서 사용된다.

다음에, 상기 중앙연산장치(24)로 실행되는 닻 고정제어의 연산순서에 대하여, 제 6 도의 주 프로그램을 참조하여 간단하게 설명한다. 부호 S1 내지 S9는 과정을 나타낸다. S1에 있어서 시작하고, S2에 있어서 초기화 되며, S3에 있어서 타이머(25)부터의 작동신호가 입력되면, S4로 이동하고 RAM(27)에 기억되고 있는 각종 데이터가 독출된다. S5에 있어서, 상기 부 프로그램에서의 닻 이동상태의 유무의 정보를 사용하여 그 판정이 행하여지고, 닻 이동상태일 경우에는 S8로 이동하여 닻 이동의 데이터(거리, 방향)가 독출되고, 다음에 S9로 이동하여 여기서 상기 독출한 모든 데이터를 사용하여 선체에 작용하는 외력(F)이 연산되고, S10에 있어서는 소요 닻 고정제어력(F_P및 F_S)(제 3 도 참조)이 연산된다. 그리고, 이 연산할 때 닻 이동거리(ΔR) 및 그 방향에 대응하여 보정이 행하여진다. 즉, 닻을 고정하고 있는 경우에 비하여, 닻 이동의 상태에 따른 제어출력(예를들면, 주기계 및 사이드스러스터의 제어출력)의 보정(수정)이 행하여진다. 그리고, S11에서 상기 보정된 F_P및 F_S에 따른 제어신호가 출력된다. 다음에, S11로부터 S4로 이동하고, 상기와 같은 과정을 반복하여 닻 고정제어가 행하여진다.

한편, S5에 있어서 닻 고정(닻 이동이 아님)상태인 경우에는 S6으로 이동하고, 여기서 최대 고정력(T_OMAX)이 연산되고, 다음의 S7에서 닻줄 장력(To)(엄밀하게는 검출닻줄 장력에 호스파이프 마찰력을 가한 값)이 최대 고정력(T_OMAX)보다 작은가 아닌가가 판정되고, 작을때(닻 이동의 위험성이 없을때)에는 S12로 이동하고, 또 클때(닻 이동의 위험성이 있을때)에는 S9로 이동한다. 그리고, S9에 있어서는 선체외력(F)이 연산되고, S10에 있어서는 소요 닻 고정제어력(F_P및 F_S)이 연산되고, S11에 있어서 F_P및 F_S에 따른 제어신호가 출력되며, S11부터 S4로 이동하여, 상기와 동일한 과정을 반복한다.

본 자동 닻 고정장치는, 중앙연산장치(24)에 있어서 대략 상술한 바와 같은 프로그램에 따라서 처리되도록 구성되어 있지만, 상기 중앙연산장치(24)에 있어서의 닻 이동의 검지, 닻줄 현수선의 연산, 닻(8)과 닻줄(6)에 의하여 얻어지는 최대 고정력의 연산, 선체에 작용하는 외력의 연산, 닻 고정제어 추진력의 연산등은 아래와 같이 행하여진다. (I) 닻 이동의 검출은, 상기 선속계(29) 및 자이로콤파스(3)를 사용하여 검출한다. 즉, 상기 현수선에 관한 이론으로부터 구한 선박으로부터 닻까지의 수평거리(X)와, 선속계(29) 및 자이로콤파스(3)에 의하여 닻 투하위치로부터 현재의 선박위치까지의 수평거리(R)가 일치하는가 아닌가에 의하여, 닻 이동상태가 검출된다(닻 이동상태가 아닌면, X=R로 된다 : 제 7 도 참조). 보다 구체적으로 설명하면, 상기 수평거리(R)는, 닻 투하위치로부터의 현재의 선박위치에 이르는 수평거리를 선속계등으로부터 검출된 선박의 선속을 최초로 설정한 좌표축을 기준으로 하고, 자이로콤파스등을 사용하여 각각의 좌표축에 대한 속도성분을 닻 투하시로부터 현재에 걸쳐 시간적분함으로서 구한다. 즉, 상기 도플러소너 선속계에 의하면, 정박하는 얕은 해역에 있어서는 대지절대선속을 검출할 수 있기 때문에, 제 7 도에 나타나 있는 바와 같이 닻 투하위치를 원점((0,0)t=0)으로 하여 현재(시각 t=t)의 선박위치(R_x, R_y)는 다음과 같이 된다.

V_x(t)…시간 t에 있어서의 선속측정치를 자이로콤파스등을 사용하여 소정좌표축의 X축 방향선분으로 분할한 선속

V_y(t)…시간 t에 있어서의 선속측정치를 자이로콤파스등을 사용하여 소정좌표축의 Y축 방향선분으로 분할한 선속

이상과 같이 하여, 닻 투하 위치로부터 현재와 선박 위치에 이르는 수평거리(R)를 고정밀도로 구할 수가 있다. 닻 이동상태가 아닌 때에는 선박으로부터 닻(4)에 이르는 수평거리(X)와 닻투하 위치로부터 현재의 선박위치에 이르는 수평거리(R)와는 거의 동등하게 된다(제 7 도 참조). 이것에 대하여, 닻 이동상태일 때에는 선박으로부터 닻(4)으로 이르는 수평거리(X)보다도 닻 투하위치로부터 현재의 선박위치에 이르는 수평거리(R)가 크게 되고, (R-X)가 닻 이동이 된 거리로 된다(제 8 도 참조). 그리고, 이 (R-X)의 값은, X 성분과 Y 성분으로 나누어지기 때문에, 닻 이동거리와 함께 닻 이동의 방향도 파악할 수 있다. 그리고, 상기와 같이 선속계(8)로 검출된 선속(V_x(e), V_y(t)를 사용하는 대신, 가속도 센서로 검출되는 가속도(a_x(t), a_y(t))를 사용하여 R를 구할 수도 있다.

(II) 최대 고정력과 상기 수평 거리(X)는, 닻줄 현수선에 관한 이론식에 근거하여 닻줄 현수선을 구함으로써 계산되고, 그 닻줄 현수선은 아래와 같이 구할 수 있다. 즉, 닻줄 현수선은, 검출 데이터로서 얻어지는 풀려진 닻줄의 길이(C), 닺출장력(To), 수심(H)등을 주요 피라미터로 하여 다음과 같이 계산된다(제 4 도 참조).

S=f₁(T, H, D, Wc) (3)

S…닻줄 현수선의 가스길이

T…닻줄 장력의 수평분력

H…수심

d…수면과 호스파이프간의 수직거리

Wc…닻줄 단위 중량

ø=f₂(To, H, D, Wc) (4)

ø…닻줄상단의 각도

To…닻줄장력

T=To cosø (5)

Y=f₃(T, Wc, S) (6)

Y…닻줄 현수선의 수평길이

Z=C-S (7)

Z…닻줄의 해저직선부길이

X=Y+Z (8)

그리고, 상기 f₁, f₂, f₃은 닻줄 현수선 이론식으로부터 얻어지는 계수관계를 가리키는 것이지만, 일반으로 알려져 있는 이론식이기 때문에 그 상세한 설명을 생각한다.

(III) 상기와 같이 하여 얻어진 닻줄의 해저직선부길이(Z), 검출 데이터로서 얻어지는 해저토질(ρ) 및 설정데이타로서 입력된 데이터에 근거하여, 닻(8)과 닻줄(6)이 발휘할 수 있는 최대 고정력(To_MAX)은, 다음과 같이 얻을 수 있다.

To_MAX=T(ρ)+T(Z) (9)

상기 T(ρ)는 해저토질 ρ과 닻의 형식 및 치수로부터 정해지는 닻(8)자체의 고정력이고, T(Z)는 닻줄의 해저 직선부 길이(Z)와 닻줄 단위중량(Wc)으로부터 정해지는 닻줄(6)의 고정력이다.

(IV) 선체에 작용하는 외력(F 및 α)(제 3 도 참조)는, 검출데이타로서 얻어지는 조류방향, 유속, 풍향 및 홀수, 설정데이타로서 입력되는 선체제원(L×B×D)와 상부구조치수를 사용하여 구할 수 있다.

L : 선체길이

B : 선체 폭

D : 선체 깊이

닻줄 각도(θ)는 검출데이타로서 얻어지고, ø는 닻줄 현수선의 계산에서 얻을 수 있다.

(V) 그런데, 제 3 도에 도시하는 바 같이, 선체가 이동하는 일이 없고 그 위치를 유지하는 조건, 결국 닻 고정을 위한 조건은, 종횡방향의 힘의 균형으로부터 다음과 같이 된다.

Fsinα=F_s+Tsinθ (10)

Fcosα=F_p+Tcosθ (11)

T=To cosψ (12)

To

To_MAX=T(ρ)+T(Z) (13)

F…바람과 조류에 의한 외력

T…닻줄장력의 수평 성분

F_p…주기계로 프로펠러를 구동하여 얻어지는 선체 종방향의 닻 고정제어 추진력

F_s…바우 스러스터를 구동하여 얻어지는 선체 중심선 직교방향으로 향한 닻 고정제어추진력 혹은 프로펠러를 회전시키면서 키로 충당함으로서 얻어지는 선체 중심선 직교방향에 향하는 닻 고정제어 추진력.

따라서, 상기 (10) 내지 (13)식 및 닻줄 현수선 이론식부터, 상기 (10) 내지 (13)식을 만족하는 F_p및 F_s의 값이 구하여지게 된다. 그리고, 닻 이동상태에 있는 경우에는, 그 상태(닻 이동거리, 닻 이동방향)에 따라서 상기 F_p및 F_s의 값이 수정된다(닻 이동상태에 따라서 보정치가 가산된다).

그리고, 상기와 같이 종방향의 힘의 균형에 덧붙혀서, 연직축 둘레의 모멘트의 균형도 고려하는 것도 생각할 수 있다. 그리고 이 경우, 바우 스러스터(22)에 횡으로 향하는 추진력으로서 모멘트의 균형도 예측하기도 하고, 바우 스러스터(22)를 장비하고 있지 않은 배에 있어서는 닻줄을 풀어냄으로써 최대 고정력(To_MAX)를 증가시켜서 조타장치를 사용한 키 충당에 의한 횡으로 향하는 추진력으로 모멘트의 균형을 도모하는 것도 생각할 수 있다.

또, 외력을 경감하는 목적으로 풍력이 강할 때는 홀수를 깊게하여 수면상의 선측면적을 작게하고, 조력이 강할 때는 홀수를 얕게 하여 수면하의 선측 면적을 작게하는 것도 생각할 수 있다.

상기 실시예에서는 배려되어 있지 않지만, 선체에 작용하는 외력(F)를 구하는데, 홀수계(17)로 검출되는 파고·방향·주기 및 물결높이·방향·주기등의 데이터를 가미하여 외력(F)을 연산하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 하여 닻 고정제어추진력(F_p및 F_s)이 결정되고, 종방향 추진력(F_p) 및 횡방향 추진력(F_s)을 발생시키기 위한 제어신호가 중앙연산장치(24)로부터 제어신호출력장치(29)를 통하여 주기계 제어수단(20a), 바우 스러스터 제어수단(22a) 혹은 조타장치 제어수단(21a)에 각각 출력된다.

이 경우, 제어신호가 상기 각 수단(20a, 21a, 22a)의 전부에 동시에 출력되는 일도 있고, 어느 2개의 수단에 혹은 어느 1개의 수단에 출력되는 일도 있다.

또, 때에 따라서는 닻줄(6)을 풀어내어 최대 고정력(To_MAX)를 증가시키기 위하여 윈들러스 제어장치(5)에도 제어신호가 출력되고, 혹은 조류력이나 풍력의 영향을 완화하여야할 바라스트를 주배제어하기 위한 제어신호가 홀수제어수단(19a)에 출력된다.

본 발명에 관계되는 자동 및 고정제어장치는, 상기 설명한 바와 같이, 종래와 같은 닻 고정조작을 사람의 육감에 따르지 않아도 되고 여러 가지 검출기에 의하여 검출한 여러 가지의 데이터로부터 닻의 최대 고정력, 선박에 작용하는 외력 및 닻줄 장력을 연산에 의하여 구하며, 닻줄 장력이 최대 고정력보다 늘 작게 되도록 자동적으로 닻 고정제어수단을 작동시키도록 구성되고 있기 때문에, 닻 이동을 미연에 방지할 수가 있다.

그리고, 본 실시예에 관계되는 자동 닻 고정제어장치는, 해저의 토질이 급변등으로 닻 이동이 생겨도, 그와 같은 닻 이동상태를 빨리 검출할 수가 있고 또한 이 닻 이동상태에 따라서 제어출력을 수정할 수가 있는 궤환제어를 채용하고 있기 때문에, 닻 고정에 관해 매우 신뢰성이 높은 자동제어가 가능하게 된다.

이 결과, 승무원은 오랜 경험과 복잡한 조작이 요구되는 닻 고정작업부터 해방됨과 동시에, 선박도 승무원의 자질에 좌우되는 일이 없이 닻을 안정하게 고정할 수가 있다.

또, 본 실시예에 관계되는 자동 닻 고정장치의 일부를 구성하는 닻 이동검지장치는, 닻줄 현수선과 풀려진 닻줄 길이로부터 구할 수 있는 선박으로부터 닻이 이르는 수평거리와, 선박의 선속이나 가속도를 닻 투하시로부터 현재에 걸쳐 시간적분하여 구할 수 있는 닻투하 위치로부터 현재의 선박위치에 이르는 수평거리를 비교함으로써 닻 이동을 검지하는 방법을 사용하고 있기 때문에, 육상의 고정설비를 필요로 하지 않고, 선박측에 설치된 기기만으로서 검지할 수가 있으며, 오차로서는 검출기의 오차를 제외하면 해저에 파들어가는데 요하는 거리만이므로 매우 조기에 닻 이동을 검지할 수가 있다.

Claims (10)

1. 닻과 닻줄(6)의 최대 고정력의 계산을 허용하는 검출 수단(12, 9, 10, 11), 선박에 작용하는 외력의 계산을 허용하는 검출수단(18, 14, 17), 최대 고정력의 계산값과 외부로 작용하는 힘에 응답하여 최대 고정력이하로 실제 닻줄 장력을 유지하기 위해 선박에 인가되는데 필요한 힘을 계산하는 수단과, 선박에 인가될 상기 힘에 상응하는 제어 신호를 선박의 추진 수단(22)과 선박의 조타 수단(turning gear)(21)에 출력하기 위한 수단(2, 3, 4)을 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 선박의 닻의 이동(dragging)을 검출하기 위한 수단과, 이러한 이동을 저지하기 위해 선박의 추진 수단 및 선박의 조타 수단으로 출력될 제어 신호를 발생하기 위한 수단을 더 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 드레징을 검출하기 위한 수단은 선박에서 닻까지의 거리를 계산하기 위한 수단, 처음으로 닻을 내릴 때 닻의 위치로부터 선박의 현재 위치를 계산하기 위한 수단과, 그들 두 계산된 값을 비교하기 위한 수단을 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 선박에서 닻까지의 거리를 계산하기 위한 수단은 닻줄 길이, 수심(13) 및 닻줄 장력(9)을 검출하기 위한 검출기(10)와, 이론식 닻줄 현수선의 공식에 따라서 상기 검출기로부터 수신된 신호에 따라 계산을 수행하는 수단을 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 처음으로 닻을 내릴 때 닻의 위치로부터 선박의 현재 위치를 계산하기 위한 수단은 현재 닻을 투하하는 시간으로부터 선박의 속도 또는 가속도를 시간에 대해서 적분하기 위한 수단을 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.
6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 출력 제어 신호는 이동의 방향과 거리에 따라 보정되는 자동 닻 고정 제어 장치.
7. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 닻과 닻줄의 최대 고정력의 계산을 허용하는 검출 수단은 해저의 토질, 닻줄 장력(9), 풀려진 닻줄 길이(10) 및 수심(13)을 검출하기 위한 검출기(12), 해저에 놓인 닻줄 길이를 계산하기 위한 수단과, 검출된 토질에서 그 자체의 탓으로 인한 고정력과 해저에 놓인 닻줄로 인한 고정력을 합하는 수단으로 구비한 자동 닻 고정 제어 장치.
8. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 선박에 작용하는 외부의 힘을 계산하기 위한 수단은 풍향과, 속도 및 조류를 검출하는 검출기(18, 14)를 구비한 자동 닻 고정 제어 장치.
9. 제 8 항에 있어서, 선박에 인가될 힘을 계산하기 위한 수단은 선박의 세로 방향 중앙과 수평 및 수직인 힘의 직각 성분을 계산하기 위해 배열되는 자동 닻 고정 제어 장치.
10. 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 9 항에 있어서, 선박의 홀수와 선박에 작용하는 외부 힘을 변화시키기 위한 선박의 홀수 제어 수단에, 제어 신호를 출력하고, 풀려진 닻줄 길이를 변화시키기 위한 윈들러스(windlass)제어 수단에 제어 신호를 출력하기 위한 수단과, 선박에 대하여 닻줄의 수평 각도 방향을 검출하기 위한 수단을 더 구비하는 자동 닻 고정 제어 장치.

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