KR100533396B1 - 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을줄이는 선박 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박이 황천중에 운항하는 경우 파랑과 선박과의 상대운동에 따라 선박에 손상을 줄 수 있는 슬래밍(slamming) 하중을 공기 방울을 이용하여 줄일 수 있는 선박의 선수 구조에 관한 것이며, 공기 방울(4)의 분사를 위한 다수개의 노즐(2)이 선박의 선수부에 형성된 상태로 선박 내부에 설치된 컴프레서(1)와 연결된 선박 구조에 있어서, 상기 노즐(2)의 공기방울(4)에 의해 선수부 주위의 유체장의 압축률을 증가시켜 슬래밍 하중을 줄일 수 있도록 함을 특징으로 하는 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 선박 구조{A structure of ship for decreasing slamming load using air bubble}

본 발명은 선박이 황천중에 운항하는 경우 파랑과 선박과의 상대운동에 따라 선박에 손상을 줄 수 있는 슬래밍(slamming) 하중을 공기 방울을 이용하여 줄일 수 있는 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 선수 구조에 관한 것이다.

부력과 중력이 균형을 이루면서 물위를 항해하도록 제조되는 선박은, 육상의 운송수단과는 달리, 항해중에 호깅(hogging), 새깅(sagging), 래킹(racking), 또는 슬래밍(slamming)과 같은 각종 종방향과 횡방향의 외력, 또는 국부 강력을 받게 되며, 선박은 기본적으로 선박의 용도, 적재 용량, 운항 속도, 및 항로의 특성 등을 고려하여 상기와 같은 외력에 대응할 수 있는 충분한 강도를 가지도록 제조된다.

그러나, 선박은 그 수명 동안 지속적으로 외력을 받음에 따라 노후 되게 되며, 결국 선체를 구성하는 부재들의 강도가 점차 저하되어 외력에 저항하는 선체의 내력, 즉 응력이 저하되게 된다. 그리고 고속으로 운행하는 선박의 선수 부위가 강한 물의 저항을 받게되어 있는바, 파도에 의한 슬래밍하중(slamming Load) 또는 충격하중을 반복적으로 받게되어 선체의 선수 및 선저 부위에 대한 손상 및 파괴가 초래되는 실정이었다.

이러한 선박의 손상 및 파괴를 막기 위하여 선급 룰 및 모형시험 결과를 이용하여 슬래밍 하중을 추정한 후 구조 설계를 수행하나 손상 사례가 지속적으로 발생하고 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 선박이 황천중에 운항할 때 발생하는 파랑과 선박과의 상대 운동에 따라 선박에 손상을 줄 수 있는 슬래밍 하중을 공기 방울을 이용하여 줄이고자 하는 목적을 가지고 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여 공기 방울(4)의 분사를 위한 다수개의 노즐(2)이 선박의 선수부에 형성된 상태로 선박 내부에 설치된 컴프레서(1)와 연결된 선박 구조에 있어서, 상기 노즐(2)의 공기방울(4)에 의해 선수부 주위의 유체장의 압축률을 증가시켜 슬래밍 하중을 줄일 수 있도록 함을 특징으로 하는 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 선박 구조를 제공하고자 한다.

본 발명은 공기 방울(4)의 분사를 위한 다수개의 노즐(2)이 선박의 선수부에 형성된 상태로 선박 내부에 설치된 컴프레서(1)와 연결된 선박 구조에 있어서, 상기 노즐(2)의 공기방울(4)에 의해 선수부 주위의 유체장의 압축률을 증가시켜 슬래밍 하중을 줄일 수 있도록 함을 특징으로 하는 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 선박 구조를 특징으로 한다.이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 선박의 선수부에 공기 방울을 분사할 수 있는 작은 노즐을 설치한 후에 선내에 설치된 컴프레서를 이용하여 공기 방울을 분사하는 것을 주요 구성으로 한다.

선박의 선수부에 다수개의 노즐(2)을 형성하고, 상기 노즐(2)은 선박 내부에 설치되어 있는 컴프레서(1)에 연결하여 공기를 분사하도록 한다. 상기 노즐에서 분사된 공기 방울들은 선체를 따라 선미로 이동하거나 수면으로 부상하면서 선수부 주위의 유체장의 압축률(compressibility)을 증가시킨다. 한편 슬래밍 하중은 항상 acoustic pressure 이하로 걸리는데 유체압축율이 증가하면 유체장의 음속이 줄어들어 acoustic pressure가 줄어든다.

공기와 물의 혼합물의 경우 음속은 아래와 같이 표현된다.

여기서,

v : 물과 공기의 혼합물에서의 음속

v_w : 물속에서의 음속

β: 물속에 함유된 공기의 부피비

예를 들면 공기 방울이 약 0.01%(β=0.0001) 존재하는 경우 혼합물에서의 음속은 물에서의 음속에 비해 53%밖에 되지 않는다.

한편 음속은 주파수별로 달라지는 특성을 보이므로 위에서 구한 음속의 저감효과가 슬래밍 및 슬로싱등이 발생하는 주파수대에서 어떻게 변하는지 고찰해야 한다. 도 3은 공기 방울의 직경이 0.011cm이고 β가 0.0002 인경우(0.02%)에 대한 음속의 계측치를 보여주는데, 슬래밍 또는 슬로싱에 의한 충격이 발생하는 주기가 보통 밀리세컨드(프리퀀시로는 kHz) 정도라고 알려져 있으므로 이 주파수대에서는 위에서 구한 바와 같이 약 50% 정도의 음속 저감효과를 기대할 수 있다.

선박 내부에 설치된 컴프레서(1)가 선박의 선수부에 형성된 다수개의 노즐(2)에서 공기 방울(4)을 방출하고, 상기 방출된 공기 방울(4)이 선박 주변의 유체장의 압축률을 증가 시켜 슬래밍 하중을 줄어들게 한다.

이상과 같이 본 발명은 선박의 선수부에 공기방울을 국부적으로 사용하여 선박 주변의 유체장의 압축률을 변화시켜 슬래밍 하중을 줄여주는 효과를 발생시킨다. 또한 슬래밍 하중에 견디기 위한 별도의 보강재를 설치하지 않으므로 선박의 안정성을 높여주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 슬래밍 하중을 줄이는 구조를 개략적으로 도시한 도면.

도 2는 본 발명의 슬래밍 하중을 줄이는 작동을 나타내는 도면.

도 3은 공기 방울의 직경이 0.011cm이고 β가 0.0002 인경우(0.02%)에 대한 음속의 계측치를 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

1 : 컴프레서(compressor) 2 : 노즐

3 : 해수면 4 : 공기방울

Claims (1)

1. 공기 방울(4)의 분사를 위한 다수개의 노즐(2)이 선박의 선수부에 형성된 상태로 선박 내부에 설치된 컴프레서(1)와 연결된 선박 구조에 있어서, 상기 노즐(2)의 공기방울(4)에 의해 선수부 주위의 유체장의 압축률을 증가시켜 슬래밍 하중을 줄일 수 있도록 함을 특징으로 하는 공기 방울을 이용하여 선박에 작용하는 슬래밍 하중을 줄이는 선박 구조.