KR910007934B1 - 조절된 기하형의 수중익선(hydrofoil boat) - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

조절된 기하형의 수중익선(hydrofoil boat)

제1도는 전체가 잠수되는 "canard"타입의 날개(foil)를 갖는 수중익선에 적용된 본 발명의 대표적인 실시예를 사시도로써 보인 도식적 설명도.

제2도는 제1도에서 보인 수중익선의 가로단면을 보여주는 것으로 전체가 잠수되는 수중익과 본 발명에 따른 할선수중익(secant foil)이 그의 낮은 위치에 있음을 보여주는 도면.

제3도는 제2도의 유사한 도면으로 할선수중익이 완전히 들어 올려진 위치에 있는 것을 보여주는 도면.

제4도는 뱃전에 대기나 정박할 때 선호적으로 사용될, 본 발명에 따른 할선수중익의 또다른 위치를 보여주는 도면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.

20 : 역 V형 할선 뱃머리 수중익 30 : 주수중익(주날개)

31 : 지주 32 : 보조익

40 : 할선수중익 41 : 지지아암

42 : 힌지

전체가 잠기는 수중익을 가지는 종래의 수중익선이 비행기와 아주 유사하게, 최저 부양속도 아래로 주행속도를 낮출 수 없는 단점을 가짐은 잘 알려져 있다. 실제, 전술한수중익 선박의 경우, 이는 감당할 수 없을 정도의 고속과 극히 서행의 항해 사이에서 선택하도록 강요되어 선박의 운행성능을 불리하게 한다.

비행기에 통상 사용되는 하이퍼리프팅 시스템(hyperlifting systems)의 사용은 많은 이유로 이들 선박에 관련된 한에 있어서는 실제적으로 실시되지 않고 있다. 이렇게 사용되지 않고 있는 이유들중에서 조화된 방식의 수중익을 사용하더라도 얻어진결과는 가로안정성의 효율과 안정의 제어에 대한 실속으로 이어지게 된다.

본 발명의 목적은 선체에 관절아암에 의해 지지되어 수동 및 혹은 자동수단에 의해 제어되는 할선날개를 장착한 가변 기하형의 수중익선에 이들 단점을 극복하는 것이다.

본 발명에 따른 수중익선으로, 결국, 하기의 기본적인 운전조건이 가능하다 :

a) 수중익선이 전체가 잠긴 수중익만에 의해 들어 올려져 지지되어 고속으로 항해할 때, 수면위로 들어 올려진 할선익은 어느 경우에도 자동적인 가로안정성의 파괴의 경우를 막도록 한다.

b) 수중익선이 이륙(이수)되었을 때, 낮은 위치에 있는 할선수중익은 전체가 잠겨있는 수중익의 신뢰도에 부가하여 가외의 신뢰도를 부여하여 전체가 잠기는 종래의 수중익선에서 필요하던 이수속도(take-off speeds), 즉 최대동력보다 동력을 상당히 낮춘다.

c) 관절형태로 지지되는 아암에 의해 할선수중익을 부분적으로 혹은 완전히 낮춤은(큰 수중익 표면 때문에) 완전히 잠긴 수중익보다 상당히 낮은 속도로 주행할 수 있게 하고 결과적으로 이런 선박은 큰 운전반경을 갖는다.

d) 관절로 된 아암은 좁은 수로 통과시 혹은 정박시 할선수중익을 선체 아래로 접을 수 있게 한다. 따라서 본 발명에 따른 수중익선의 필요공간은 전체가 잠기는 수중익선의 필요공간과 다른바 없다.

첨부된 도면들로부터 하기의 사항들을 볼 수 있다.

- 역 V형으로 굽은 할선수중익(20), 배수의 조그만 부분을 지지하기 위해 있다.

- 주수중익, 전체가 부호(30)으로 표시되었고, 완전히 수중에 잠긴다. 대부분의 배수 몫을 담당하며, 완전히 잠긴상태에서 수중익선의 운전에 필요한 보조익(32)이 장착되어 있다.

- 할선수중익(40), 본 발명에 따른 기본적인 구성요소이며, 힌지(42)에 의해 아암(41)에 고착연결되어 있다.

아암의 회전은 도식적으로 표현된 유압실린더(43) 혹은 이와 유사한 작용을 할 수 있는 장치에 의해 실시되게 된다.

지지아암(41)의 구조로부터 할선수중익(40)의 구조로의 전달은 일체의 형태로 발생됨을 알 것이다. 즉 연속성이 중단됨이 없이 발생한다.

제3도는 아암과 수중익(40)(41)이 완전히 들어 올려져 수선 A-A상에서 물에 잠긴 수중익상태로 항해하는 수중익선을 보인다. 이 운전모우드는 가로 안정장치를 구비하고 있는 공지의 자동제어 시스템이 필수적임이 지적된다. 여기서 제안된 바와 같이 선박의 일반적 형상 때문에 종방향 평행과 비상높이의 상기 안정도는 본질적으로 굽은 할선수중익에 따른다. 평형에 혹은 안락성에 필요한 히빙(heaving) 혹은 피칭 (pitching)운동은 주수중익의 가동표면에 작용하여, 또 굽은 수중익의 상승변화와 조합되어 쉽게 얻어질 수 있다.

이 운전상태에서 가로방향의 자동-안정시스템의 어떤 요소의 파괴가 일어나면, 아암(41)의 자동 혹은 조절된 하강이 기본적으로 가로방향으로 안정한 "할선수중익" 모우드로 바뀌게 된다.

아암을 할선수중익(40)이 수면의 바로 위에 있도록 유지시킴에 따라, 할선수중익의 개입이 아무런 수동 혹은 자동의 활동적인 개입없이도 선박의 기울임을 조절하는 효과를 보게 된다.

본 발명의 또다른 효과는 아암을 낮춤에 의해 선박의 속도를 낮추는데 필요한 만큼 물에 잠기는 수중익의 표면을 늘일 수 있게 되는 것이다.

이것에 부가하여, 아암(41)을 낮추어 "할선수중익" 모우드로 변화시킴이 선박의 기본적인 가로안정도의 자연적인 재구성을 이루기 때문에, 물에 잠긴 수중익(30)상에 나타난 가동표면(32)은 축방안정도를 조절하는데 필요하고 적절한 작용을 할 수 없게 되는 위험없는 또다른 하이퍼리프팅 수단(means of hyperlifting)으로써 조화된 방식으로 필요범위까지 사용되게 된다.

이 점에서, 상기에서 설명되고 본 발명에 의해 소개된 하이퍼리프팅의 상당한 가능성은 이수속도를 상당히 감소시키기 위한 극히 주요한 구조를 구성하여, 종래 이들 선박의 잘 알려진 결점으로 지적되었던, 종래 전체 잠수수중익을 가진 선박에서 필요했던 속도보다 현저히 낮추게 된다.

따라서 본 발명에 따른 수중익선은 할선수중익의 수중익선(기본적인 안정성, 신뢰도, 저속의 이수속도, 비행시의 넓은 운행속도를 가진 수중익선)과 전체가 잠기는 수중익을 가진 수중익선(운전조건 혹은 기후조건이 이 운전모우드를 선호하게 될 때, 바다에서 감도가 낮고, 동적저항이 낮으며, 주수중익 시스템에서 효율이 극히 크며, 수중 깊숙히에서 운전되어 배출과 진공현상을 적게하는 수중익을 가진 수중익선) 사이의 실질적인 링크역할을 하게 된다.

상기로부터, 지금까지 설명된 함께 장점이 필요한 형상으로 위치를 고정시킬 수 있는 장치를 가진 아암(41)을 장비함에 의해 간단히 실질적으로 얻을 수 있게 됨이 명백하게 되었다. 또한 전체 성능을 상당히 향상시킬 수 있는 특징을 가지는 자동제어 시스템을 가진 전술한 아암을 장착하는 것도 가능하다.

더욱 복잡한 제어장치를 가진 아암은(하기의 이유로 사용빈도가 높지 않고 쉽게 성취될 수 있음에도 불구하고) 할선수중익 모우드에서도 조정된 회전의 실시를 가능하게 하고 측방의 안정을 더 효과적으로 하며, 특히 한 모우드에서 다른 모우드로 혹은 긴급상황에서 변화시킬 때 효과적이다.

본 발명에 따르면, 조정된 회전은 아암(41)의 상이한 운전에 의해(즉, 결합회전으로) 선반의 필요한 가로 기울임을 발생시키면서 그의 기본안정도를 유지하게 하여 실시되게 된다. "할선수중익" 모우드에서는 이 방식이 승객의 안락감을 개선함에 부가하여 주수중익의 지주에 만곡응력이 발생함도 방지하는 장점이 있다.

"잠수된 수중익" 모우드에서는, 조절된 회전이, 공지의 이유로 이 경우와 독립하여, 주수중익의 보조날개를 결합 작동시키는 통상의 운전방식에 의해 얻어짐이 명백하지만, 동시에 아암의 운동이 결합되면 비록 전술한 수중익이 쉽게, 과도한 불규칙 미끄럼의 경우에 수중익선의 기본적인 안정도에 따라, 심지어는 자동적으로 물로부터 약간의 거리에서 위치되게 되더라도 회전의 내측으로 할선수중익의 잠김을 막을 것이다.

측방안정도에 관련하여, 이미 언급한 바와 같이, 선박의 잠재력을 더 개발하기 위해 아암의 위치의 자동조절이 확실히 선호적이다.

제2도의 표식과 관련하여(문자 p와 p°는 각기 잭(43)의 상부 챔바에서 순간적으로 작동되는 압력이다), 교시만으로 주어진 아암의 각의 조절에 가능한 법칙은 하기의 방식식에 의해 표현된다.

여기서(∮)는 롤링 각(rolling angle)을 표시한다.

그러므로 롤링제어 모멘트의 결과는 Mc=K(Bs-Bd)이다.

K는 명백한 수단의 파라메터, 특히 기준조건으로부터 조그만 범위내에 있는 상수.

P.I.D.(Proportional Integral, Derivative) 타입의 종래 항해의 롤링방지 시스템의 대표적인 제어법칙(1)과 할선수중익의 추력을 측정하기 위해 상부 잭 챔바내의 압력을 사용하는 특별한 신호 사이의 조합을 위해 하기의 결과가 실제로 얻어졌다.

- 할선수중익이 (1)의 p°의 값을 변화시킴에 의해 쉽게 조절될 수 있는 예비양력을 받을 때까지 속도와는 무관하게 잠겨졌다. 이는 실제로 제어신호의 다른 성분이 개입하지 않으면(예를들어, 롤링제어 요구 때문에), 수중익의 부분에서 파형윤곽을 따르는 경향이 있게 된다. 아암제어 실린더가 높은 정압을 버리지 않게 하기 위하여, 물론, 수중익 양면을 적절하게 설계하여 할선수중익상에 작용하는 수력방향과 예정된 한계내에서 항시 유지되는 아암의 회전축 사이의 거리를 위해 적당한 배열이 되게 하는 것도 가능하다(제한된 예로써, 전술한 회전축상에 중심을 가지는 한원의 호를 따르는 두면의 연속 변화는 전술한 결과의 모멘트를 완전히 소거하게 될 것이다).

- 이들 동일한 제어법칙(p-p°)와 보조제어 통로에 비례하는 항을 제외한)을 보냄에 의해, 높은 주파수를 가지는 자극이 칫수를 고려하여 보조날개 피치보다 낮은 절단 주파수를 가지는 낮은 피치필터와 같이 반응하는 동일한 아암제어 써보 시스템 (servo-system)에 의해 실제로 여과된다. 이렇게 함에 의해, 어떤 특별한 배열도 필요없이, 이를 보조날개(32)에 남겨 가장 높은 주파수의 자극을 보상하는 한편, 낮은 주파수를 가져 오래도록 지속되는 자극만이 아암(41)의 특별히 바르지 않는 개입에 의해 보상된다. 이 제어논리로 "할선수중익" 모우드(상기에서 언급된 바와 같이, 수면을 떠나는 단계에서 사용하는)로부터 "완전히 잠겨진 수중익" 모우드로 바뀌는 변화가 어떻게 조금씩 조금씩 (1)에 나타난 기준신호p°를 감소시킴에 의해 이들이 물위를 겨우 떠서 운동저항을 완전히 제거하고, 따라서 쉽게, 그러나, 도시된 바와 같이 필요에 따라 자동적인 개입하며 이끌어질 때까지 배수하고 할선수중익을 점차로 잠기도록 완전히 점진적인 방식으로 발생시킬 수 있는 가를 쉽게 이해할 것이다.

- 제4도에서 보인 바와 같이, 아암(41)의 수축가능성은 본 발명과 관련하여, 선박을 제한된영역에서 쉽게 정박할 수 있고 다른선박옆에 가게 할 수 있는 또다른 장점을 구성한다.

본 발명의 또다른 실시양태도 가능하다. 수중익시스템과 관절식의 아암을 고속으로 움직이는 선체(예를들면 반평면 형태인)를 조합하여서, 혹은 만일 필요하다면, 전술한 수중익선으로부터 주수중익시스템(잠수된 수중익)과 굽은 수중익 시스템을 제거하여서, 하기에 기재된 특징을 가지는 새로운 타입의 항해용 선박이 얻어질 수 있다. 상기 타입의 혁신적인 선체의 주된 장점은 하기와 같이 요약될 수 있다 :

- 기본 약식에서(즉, 아암의 위치의 자동제어에 의존함이 없이), 롤링과 피칭 양쪽다의 에너지 감소를 아암의 제어를 위해 처음 기술된 주실시예를 위해 제안된 운동법칙에 아주 유사한 운동법칙을 적용하여 큰 범위까지 명확하게 연습할 수 있는 가능성.

- 선체에(속도의 증가에 따라) 공지된 바와 같이 바닥이 둥근 반평면의 고속이동 유니트에서 속도가 증가함에 따라 일반적으로 발생하는 안정성의 점진적인 손실을 보상할 수 있는 기본적 안정성의 부여.

- 순간적인 운전목적에 기초하여 할선수중익의 잠수된 표면을 조절하고 따라서 모든 불필요한 저항을 제거할 수 있는 가능성.

- 종횡의 트림교정장치로써의 사용 가능성.

- 만일 주실시예를 위해 이미 제한된 가요성 있는 방식으로 수중익선이 건조된다면, 파형으로 인한 고주파수의 자극의 기계적인 여과를 실현할 수 있는 가능성.

- 용이한 조사와 유지 가능성(수중익과 아암시스템의 모든 부품이 수면밖으로 들어 올려지기 때문에).

- 필요에 따라 크기의 배수량을 줄이기 위해 수축하고 들여 올릴 수 있는 가능성과 제한된 물에서 조작하기 쉬운 가능성을 가진다.

Claims (6)

1. 선체(11)에 관절식으로 장착된 해당 아암(41)에 의해 지지된 적어도 한쌍의 할선수중익(secant foils)(40)과, 상기 아암(41)의 각 위치를 선체(11)에 관해 변화시켜, 전술한 할선수중익(40)이 수면의 바깥으로 완전히 나와 있는 최상단위치로부터, 전술한 할선수중익의 적어도 일부분인 수면아래로 잠수되어 선체(11)를 들어 올리도록 동적으로 작용하는 최하위치로 전술한 할선수중익이 움직일 수 있도록 하는 수단(43)을 가짐에 특징이 있는 수중익선.
2. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 완전히 잠수된 굽은 수중익(20)을 가지고, 선체(11)에 관절식으로 장착된 해당 아암(41)에 의해 지지되는 적어도 하나의 할선수중익(40)과, 이들 아암(41)의 각 위치를 선체(hull)(11)에 관해 변화시켜, 전술한할선수중익(40)이 수면밖으로 완전히 나오는 최상단위치로부터, 전술한 할선수중익이 적어 도 부분적으로 잠겨 동적으로 선체(11)를 들어 올리는데 기여하는 최저위치로 전술한 할선수중익을 움직일 수 있게 하는 수단(43)을 가짐에 특징이 있는 수중익선.
3. 제1항 혹은 제2항에 있어서, 전술한 할선수중익(40)을 지지하는 관절식의 아암(41)의 각 위치를 변화시킬 수 있는 전술한 수단(43)이 할선수중익(40)을 선체 (11)의 바로 아래로 낮추어, 전술한 수중익(40)과 그들의 지지아암(41)이 완전히 잠수된 수중익 혹은 수중익(30)들을 사용하는 선박에서 형성되는 윤곽내에 들어가게 되어 선박사이를 이동하거나 정박시킬 때 특히 적합하도록 됨을 특징으로 하는 수중익선.
4. 제1항에 있어서, 할선수중익(40)의 지지아암(41)을 각 변위시키기 위한 전술한 수단이 유압 잭(hydraulic jacks)(43)임을 특징으로 하는 수중익선.
5. 제4항에 있어서, 전술한 유압 잭(43)이 수동으로 조작됨을 특징으로 하는 수중익선.
6. 제4항에 있어서, 전술한 유압 잭(43)이 완전히 잠수된 수중익(30)의 보조익 (32)과 조합된 방식으로, 해상조건과 수중익선의 유동상태에 따라 자동적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 수중익선.

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