KR101054242B1

KR101054242B1 - 공기 부양 고속 선박

Info

Publication number: KR101054242B1
Application number: KR1020090099137A
Authority: KR
Inventors: 오정택; 유병훈; 안진호
Original assignee: 오정택; 안진호; 유병훈
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-08-09
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: KR20110042461A

Abstract

본 발명은 공기 부양 고속 선박에 관한 것으로 보다 자세하게는 선박의 전면에서 공기를 흡입하여 선박의 저면부를 통해 배출함으로서, 선박의 저면부와 물의 사이에 공기층을 형성하여 마찰을 줄이도록 형성된 공기 부양 고속 선박에 관한 것이다.

본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박은 공기를 흡입하여 압축하는 공기 흡입부와; 선박의 저면에 길이 방향으로 좌우 측에 형성되고, 상기 공기 흡입부에서 흡입되어 압축된 공기가 고속으로 배출되어 공기에 의한 부양력을 생성하는 다수 개의 동적 부양부와; 상기 공기 흡입부와 상기 동적 부양부 사이를 연결하고, 상기 공기 흡입부에서 흡입된 공기를 상기 동적 부양부에 다수 개 형성되어 있는 공기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 공기 연결부와; 상기 동적 공기 부양부로 공기를 배출하는 데 저항 작용을 하는 수압을 감소시키기 위하여 선박의 저면 중앙부에 직사각형으로 함몰되어 형성되어 있고, 공기가 채워진 정적 부양부와; 상기 정적 부양부가 부양력을 갖도록 상기 정적 부양부에 압축 공기를 불어 넣는 공기 압축기와; 선박의 좌우 측에 위치하고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박이 높은 복원력을 갖도록 선박의 저면에 선박의 길이 방향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 1 보조 부양부와; 상기 동적 부양부와 상기 정적 부양부 사이에 형성되고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박이 높은 복원력을 갖도록 선박의 저면에 선박의 길이 방 향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 2 보조 부양부;를 포함하여 이루어진다.

이러한, 본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박은 물과의 마찰에 의해 발생하는 마찰 손실이 적어 고속으로 선박을 운행할 수 있으며, 공기 배출에 소요되는 에너지가 적어 경제적이면서도 고속으로 선박 운행이 가능하게 한다.

선박, 공기부양 선박, 고속 선박, 표면 저항

Description

공기 부양 고속 선박{A High Speed Ship Which is floated by Air}

선박이 물을 통과하는데 필요한 에너지 대부분은 선박의 선체 외면과 선박이 통과하는 물 사이의 마찰을 극복하는데 소모된다. 따라서, 물과 선박의 표면과의 접촉 영역을 최소화하고, 선체 표면에서의 마찰 효과를 최소화하여, 선체로부터 발생하는 마찰저항을 최소화하는 것이 중요하다.

일반적으로 선체의 저항은 크게 마찰저항, 조파 저항, 조와 저항 3가지로 나눌 수 있으며, 이들 저항의 합을 100%로 볼 때 마찰 저항은 약 70%, 조파 저항은 약 20%, 조와 저항은 약 10%정도이며, 마찰 저항이 대부분이다. 이러한 마찰저항은 물에 잠기는 선체 표면이 물과의 마찰로 발생 되는데, 이는 물이 점성을 갖기 때문 에 발생한다. 즉 점성은 형태가 변화할 때 나타나는 유체의 저항으로, 또는 서로 붙어 있는 액체 분자가 서로 떨어지지 않으려는 성질이다. 유체의 한 부분이 움직일 때 인접한 부분이 같이 따라 움직이기 때문에 분자들 사이의 내적 마찰이 발생 되며, 이때 마찰은 유체 내에서 속력의 차이가 생기는 것을 저지하려는 쪽으로 작용한다. 이러한 마찰 저항은 유체와 맞닿는 선박의 표면에서 발생 되며, 이와 같은 마찰 저항으로 인해 추진 동력의 상당 부분이 손실된다. 따라서, 종래에는 선체의 표면을 매끄럽게 하고, 항해중 선체와 물과의 접수 면적을 최소화하는 외형 설계로 마찰 저항을 최소화하려고 하였으나, 그 효과가 미비하고 여전히 마찰 저항이 커 고속으로 선박을 운행하는 데 문제점이 되고 있다.

이러한 마찰 저항을 줄이기 위하여, 선체의 표면과 물 사이에 얇은 공기층을 생성하여 저항의 마찰 성분을 감소시키는 방안들이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 공기층을 지속적으로 유지하기 위해서는 외부에서 계속해서 공기를 불어 넣어야 하며, 이렇게 외부에서 계속해서 공기를 불어 넣는 것은 높은 수압으로 많은 에너지가 소요된다는 또 다른 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 공기 부양 선박은 물과의 마찰에 의해 발생하는 손실을 최소화하기 위하여 물과의 마찰 면에 공기층을 두어 물과의 마찰이 최소화되도록 하면서, 공기 흡입부에 많은 수압이 발생하지 않도록 하여 공기 부양에 따른 에너지 소비가 적은 공기 부양 고속 선박을 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박은 공기를 흡입하여 압축하는 공기 흡입부와; 선박의 저면에 길이 방향으로 좌우 측에 형성되고, 상기 공기 흡입부에서 흡입되어 압축된 공기가 고속으로 배출되어 공기에 의한 부양력을 생성하는 다수 개의 동적 부양부와; 상기 공기 흡입부와 상기 동적 부양부 사이를 연결하고, 상기 공기 흡입부에서 흡입된 공기를 상기 동적 부양부에 다수 개 형성되어 있는 공기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 공기 연결부와; 상기 동적 공기 부양부로 공기를 배출하는 데 저항 작용을 하는 수압을 감소시키기 위하여 선박의 저면 중앙부에 직사각형으로 함몰되어 형성되어 있고, 공기가 채워진 정적 부양부와; 상기 정적 부양부가 부양력을 갖도록 상기 정적 부양부에 압축 공기를 불어 넣는 공기 압축기와; 선박의 좌우 측에 위치하고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박이 높은 복원력을 갖도록 선박의 저면에 선박의 길이 방향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 1 보조 부양부와; 상기 동적 부양부와 상기 정적 부양부 사이에 형성되고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박이 높은 복원력을 갖도록 선박의 저면에 선박의 길이 방향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 2 보조 부양부;를 포함하여 이루어진다.

본 발명에 따른 공기 부양 고속 선박은 물과의 마찰에 의해 발생하는 마찰 손실이 적어 고속으로 선박을 운행할 수 있으며, 공기 배출에 소요되는 에너지가 적어 경제적이면서도 고속으로 선박 운행이 가능하게 한다.

이하 본 발명에 따른 '공기 부양 고속 선박'에 대한 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다음의 실시 예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

유체 속에서 운동하는 물체의 표면에 발생하는 마찰저항은 유체가 가지는 끈적끈적한 성질인 점성에 의한 저항으로서, 이러한 마찰저항은 유체와 맞닿는 물체의 표면에서 주로 발생된다. 이러한 마찰력을 줄이기 위해서 물과 선체 사이에 얇은 공기층을 두면 마찰이 적어 고속으로 선박의 운행이 가능하다.

도 1은 본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박을 밑에서 바라본 배면도이며, 도 2는 도 1의 G-G' 단면에 따른 공기 부양 개념도이며, 도 3은 도 1의 D-D' 단면에 따른 개념도이며, 도 4는 도 1의 C-C' 단면에 따른 개념도이며, 도 5는 도 1의 F-F' 단면에 따른 개념도이며, 도 6은 도 1의 E-E' 단면에 따른 개념도이며, 도 7은 정적 부양부에 압축 공기를 불어 넣어 부양력이 생기게 하는 개념도이며, 도 8은 물과의 마찰력을 줄이기 위하여 선박의 외부 표면에 형성된 반구형 딤플을 나타낸 것이며, 도 9는 선박 표면에 딤플이 형성된 테프론 재질의 필름이 피복된 선박 외벽에 대한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박의 하부에는 좌우 양쪽에 길이 방향으로 내부가 비어 있는 각각 제 1 보조 부양부(101a, 101b)가 돌출되게 형성되어 있어 부양력을 생성하며, 제 1 보조 부양부(101a, 101b, 도 3, 도 5, 도 6 참조)의 안쪽으로 공기 흡입구(도 2 참조, 207)로 부터 흡입된 공기가 배출되어 부양력을 생성시키는 동적 부양부(113a, 113b)가 좌우 양측에 형성되어 있다. 동적 부양부(113a, 113b)에는 공기 흡입구(도 2 참조, 207)로 부터 흡입된 공기가 배출되는 공기 배출구(103)가 다수 개 형성되어 있다. 동적 부양부(113a, 113b)의 안쪽에는 내부가 비어 있는 제 2 보조 부양부(105a, 105b, 도 3, 도 5, 도 6 참조)가 돌출되게 형성되어 있어 부양력을 생성한다. 선체의 하부 저면 중앙에는 직사각형으로 하방으로 개방되게 함몰된 정적 부양부(107)가 형성되어 있으며, 이곳에는 공기가 채워져 있어 항해시 물과의 사이에 공기층을 형성한다. 추진력은 공기 흡입구(도 2 참조, 207)로 부터 공기 흡입에 의한 흡입력과, 흡입된 공기를 공기 배출구(103)를 통해 후하방으로 배출하여 배출되는 공기가 수면을 아래로 밀어 그 힘으로 배가 부상하게 되고, 배와 수면 사이에 공기층이 형성되어 물의 저항을 줄인다. 또한, 이때, 선박이 물에 잠기는 깊이가 깊어지면 수압으로 인해 공기의 배출압이 높아져 공기 흡입구(도 2 참조, 207)로 부터 공기 흡입에 많은 에너지가 소모된다.

따라서, 이러한 수압으로 인해 배출압이 높아지는 것을 방지하기 위하여, 제 1 보조부양부(101a, 101b) 및 제 2 보조부양부(105a, 105b)를 두어 부양력을 발생시켜, 수압을 감소시키고, 배의 중앙부에는 정적 부양부(107)를 두어 물이 선체의 바닥에 직접 닿지 않도록 공기를 채운다. 정적 부양부(107)는 제 2 보조 부양부(105a, 105b)의 안쪽벽과 정적 부양부 앞막이(109b) 및 정적 부양부 뒷막이(109a)로 이루어진 공간을 형성하여 여기에 공기가 갇혀 있게 된다. 배의 항해시 물과의 마찰 저항을 줄이기 위해 정적 부양부 앞막이(109b)와 정적 부양부 뒷막이(109a)는 일정한 각도로 비스듬하게 형성된다(도 4 참조, 109a, 109b).

도 2를 참조하면, 선체의 전면부에는 공기 흡입구(도 2 참조, 207)가 형성되어 있고, 엔진에 의해 공기 흡입팬(205)이 회전하여 공기를 흡입한다. 흡입된 공기는 공기 연결부(201)을 통해 공기 배출구(103)으로 배출된다. 공기 배출구(103)는 일정한 각도로 후하방으로 기울어지게 형성되어 있어, 배출 공기가 물을 밀어 추진력이 생성됨과 동시에 물과의 사이에 공기층을 형성하여 마찰 저항을 감소시킨다.

도 3을 참조하면, 제 1 보조부양부(101a, 101b) 및 제 2 보조부양부(105a, 105b)의 내부은 부양력을 생성하도록 내부가 빈 공간으로 되어 있다. 공기 흡입구(207)에 부설된 공기 흡입팬(205)의 회전에 의해 흡입된 공기는 공기 연결 부(201a, 201b)을 통해 좌우에 위치한 동적 부양부(113a, 113b)의 공기 배출구(103)를 통해 배출된다.

도 4를 참조하면, 정적 부양부(107)는 배의 저면에 하방으로 개방되게 직사각형으로 함몰되게 형성되어 있고, 일정한 깊이로 물속에 잠겨 있어 내부에 공기가 같혀 있게 된다. 정적 부양부(107)와 해수면 사이에는 공기층이 형성되어 있어, 물과의 직접적인 마찰이 없어 물에 의한 저항을 줄여주고, 일정한 부양력을 생성하여 배가 일정 깊이 이상으로 물에 잠기지 않도록 하므로, 동적 부양부(113a, 113b)에서 공기 배출시 수압에 의한 공기 배출압이 과도하게 증가하지 않도록 하여 공기 배출시 발생하는 에너지 손실이 적게 한다.

도 5, 도 6 및 도 7을 참조하면, 정적 부양부(107)가 해수면 이하로 일정 깊이로 잠겨 있는 것을 나타내고 있으며, 정적 부양부(107)가 물과 맞닿지 않도록 공기 압축기(601)로 일정한 압력을 유지하도록 공기를 불어 넣는다. 정적 부양부(107)와 공기 압축기(601) 사이에는 공기 밸브(603)가 구비되어 있어, 정적 부양부(107)의 공기압이 일정 압력 이하로 줄어들어 공기 압축기(601)로 공기를 불어 넣을 때 개방된다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 선박의 표면에는 물과의 마찰 저항을 줄이도록 마찰 저항이 적은 매끄러운 재질의 태프론 등의 수지 재질이고, 표면에는 지름이 1 내지 100 미크론의 반구형의 딤플이 형성되어 있는 수지 필름이 피복되어 있어, 물과의 마찰 면에 얇은 층의 난류가 형성된다. 물과의 마찰 면에 형성된 난류는 배의 항해에 의해 형성하는 방향성 수류가 배의 표면에 직접 닿는 것을 방지하여 마찰 저항을 감소시킨다. 이러한 태프론 재질의 수지층이 선박의 외벽 철판 위에 일정 뚜께로 피복되어 있어 물과의 마찰 저항에 의한 에너지 손실을 최소화한다.

도 1은 본 발명에 의한 공기 부양 고속 선박을 밑에서 바라본 배면도이며,

도 2는 도 1의 G-G' 단면에 따른 공기 부양 개념도이며,

도 3은 도 1의 D-D' 단면에 따른 개념도이며,

도 4는 도 1의 C-C' 단면에 따른 개념도이며,

도 5는 도 1의 F-F' 단면에 따른 개념도이며,

도 6은 도 1의 E-E' 단면에 따른 개념도이며,

도 7은 정적 부양부에 압축 공기를 불어 넣어 부양력이 생기게 하는 개념도이며,

도 8은 물과의 마찰력을 줄이기 위하여 선박의 외부 표면에 형성된 딤플을 나타낸 것이며,

도 9는 딤플이 형성된 테프론 재질의 피막을 선박의 외부에 접착되어진 단면도이다.

<도면의 인용 부호에 자세한 설명>

101 : 제 1 보조 부양부, 103 : 공기 배출구,

105 : 제 2 보조 부양부, 107 : 정적 부양부,

109a:정적 부양부 뒷막이, 109b:정적 부양부 앞막이,

113 : 동적 부양부, 201 : 공기 연결부,

205 : 공기 흡입팬, 207 : 공기 흡입구,

601 : 공기 압축기, 603 : 공기 밸브,

801 : 테프론 수지, 901 : 선박 외벽

Claims

물과 선박의 접촉 면에 공기층을 두는 공기 부양 선박에 있어서, 공기를 흡입하여 압축하는 공기 흡입부와;

선박의 저면에 길이 방향으로 좌우 측에 형성되고, 상기 공기 흡입부에서 흡입되어 압축된 공기가 고속으로 배출되어 공기에 의한 부양력을 생성하는 다수 개의 동적 부양부와;

상기 공기 흡입부와 상기 동적 부양부 사이를 연결하고, 상기 공기 흡입부에서 흡입된 공기를 상기 동적 부양부에 다수 개 형성되어 있는 공기 배출구를 통해 배출되도록 형성된 공기 연결부와;

상기 동적 공기 부양부로 공기를 배출하는 데 저항 작용을 하는 수압을 감소시키기 위하여 선박의 저면 중앙부에 직사각형으로 함몰되어 형성되어 있고, 공기가 채워진 정적 부양부와;

상기 정적 부양부가 부양력을 갖도록 상기 정적 부양부에 압축 공기를 불어 넣는 공기 압축기와;

선박의 좌우 측에 위치하고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박의 복원력이 커지도록 선박의 저면에 선박의 길이 방향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 1 보조 부양부와;

상기 동적 부양부와 상기 정적 부양부 사이에 형성되고, 선박에 부양력을 제공하면서, 선박의 무게 중심이 낮아지도록 하여 선박의 복원력이 커지도록 선박의 저면에 선박의 길이 방향으로 선박의 좌우 측에 돌출되게 형성된 제 2 보조 부양부;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 공기 부양 고속 선박.
제 1 항에 있어서, 상기 정적 부양부는 물의 저항이 최소화되도록 공기 부양부의 앞쪽과 뒷쪽 가장자리가 비스듬히 되어 있는 것을 특징으로 하는 공기 부양 고속 선박.
1 항에 있어서, 선박의 표면에는 물과의 마찰저항을 감소시킬 수 있도록 반지름이 1 마이크론 내지 100 마이크론인 딤플이 형성되어 있는 테프론 재질의 수지층이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 공기 부양 고속 선박.