KR20160003715A - 바닥 공기 공동을 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 바닥 상에 공기 공동을 구비한 배수량형 선박을 설계하는 분야에 관한 것이다. 배수량형 선박은 파형 프로파일을 구비한 단일 공기 공동의 형성을 위해 바닥에 오목부를 가지며, 상기 오목부는 선수부의 단차부에서 시작하고 경사판 형태의 선미부 아치 및 측면을 따른 스케그에 의해 한정된다. 오목부의 공동은 가압 공기 공급원에 연결되고; 오목부의 내부에 공기의 횡방향 운동을 제한하기 위한 길이 방향 용골들이 있고, 경사판의 형태의 횡방향 배플은 유선 방향으로 앞뒤로 배열되어 배플들이 작업 위치로 전개될 수 있고 바닥에 인접하게 다시 접힐 수 있다. 오목부를 형성하는 선수부의 단차부 하류에, 판이 바닥에 대해 횡단하는 스핀들을 중심으로 이의 선행 에지의 하강 또는 상승에 의해 피벗될 수 있도록 장착되고 상기 스핀들은 판에 연결되고 바닥 오목부의 표면에 체결된다. 상기 판의 유선 방향 길이는 판이 스핀들을 중심으로 피벗할 때 상기 판이 단차부 상류의 바닥의 표면을 오목부 내부의 바닥 표면과 연결하여 단차부 하류의 유동 분리를 방지하도록 한다. 상기 판은 이의 선행 에지의 하강을 단차부의 구역에서 선박의 바닥의 수준으로 제한할 수 있다. 본 발명은 향상된 성능 특성을 갖는 선박을 제공한다.

Description

바닥 공기 공동을 구비한 선박 {SHIP WITH BOTTOM AIR CAVITY}

본 발명은 유체 역학적 저항 감소 및 향상된 작동 성능을 제공하는 바닥 상에 공기 공동(air cavity)을 구비한 배수량형 선박(displacement ship)의 조선(shipment) 및 설계에 관한 것이다.

종래 기술은 원형- 선수부에서 단차부(step), 측판 용골, 선미부에서 경사판에 의해 둘러싸이고 길이 방향 용골 및 오목부(recess)를 따라 유선 방향으로 오목부의 전폭으로 연장하는 횡방향 배플에 의해 개별 부분들로 나누어지는 바닥의 오목부에 의해 형성된 바닥 아래 공기 층, 및 횡방향 배플의 하류에 공기 층, 즉 인공적 공동을 생성시켜 유지하도록 바닥 내의 오목부 공간에 연결된 가압 공기 공급원을 갖는 선박을 개시한다(1983년 9월 29일 날짜의 제 3664908/11호 하에서 1994년 4월 30일 날짜의 USSR 발명가의 인증서(inventer's certificate) 제 1145587호). 구조물의 주요 구성요소는 발생된 공기 층을 포함하도록 의도된 바닥의 오목부이며 이는 파형 프로파일을 갖는 일체형 공기 공동이 된다. 오목부의 내부에 배치된 길이 방향 용골은 공기의 횡방향 운동을 제한하도록 이러한 공기 공동을 부분들로 분리하여 선박의 향상된 횡방향 안정성을 초래한다. 횡방향 배플은 선박이 운항 중 일 때 오목부 내에 파형 프로파일을 갖는 공기 공동을 생성하여 이의 파손을 방지하는 것을 가능하게 한다.

그러나, 선박이 높은 파도 상태에서 운항 중일 때 일체형 공기 공동이 파손되고 선박이 커다란 초기 트림(trim)을 가지고 운항 중인 경우 이 같은 공기 공동을 생성하는 것이 전혀 가능하지 않다. 이는 선박의 바닥에서의 단차부 근처의 유동 분리를 유발하고 이에 따라 선박 모션에 대한 저항이 상당히 증가한다. 이에 따라 선박의 경제적 성능 향상의 고려하에서 배열의 효율이 저하된다. 이 같은 경우에서 바닥 공기 공동을 구비한 선박의 유체 역학적 저항은 위에서 설명된 오목부가 없는 종래의 선박에 비해 더욱더 크다. 공기 공동을 갖는 선박의 저항에서의 가장 기초적인 증가는 공기 공급원의 고장에 의해 유발된다.

더욱이, 선박이 전술된 바람직하지 않은 상태하에서 운항 중일 때, 단단히 고정된 횡방향 배플은 오목부의 내부에 파형 프로파일을 갖는 일체형 공기 공동의 형성을 보장하지 않고 이의 파손을 방지할 수 없다.

제안된 발명은 일체형 공기 공동 파손 또는 공기 공급원의 고장의 경우 상당한 초기 트림을 가지고 높은 파도 상태에서 운항하는 선박의 유체 역학적 저항을 감소시킴으로써 바닥 공기 공동을 갖는 배수량형 선박의 작동 성능 및 경제적 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

이를 위해 바닥 상에 공기 공동을 갖는 배수량형 선박은 선수부에서 단차부로부터 시작하고 경사판에 의해 형성된 선미부 아치 및 측면들을 따라 스케그(skeg)에 의해 둘러싸이는 파형 프로파일을 갖는 일체형 공기 공동의 생성을 위한 오목부를 가지며, 상기 오목부 공간은 가압 공기 공급원에 연결되고 길이 방향 용골은 공기의 횡방향 운동을 제한하도록 오목부의 내부에 조립되고, 경사판의 형태의 횡방향 배플은 유선 방향으로 앞뒤로 배열되고 지금부터, 이에 따라, 본 발명에 따라, 선수부의 단차부 하류에, 오목부를 형성하고, 선박에는 바닥을 가로질러 배향되고 상기 판에 연결되는 스핀들을 중심으로 이의 선행 에지(leading edge)의 하강 및 상승에 의해 피벗될 수 있는 상기 판이 조립되고 오목부 바닥의 표면에 체결된다. 이 경우, 상기 판의 유선 방향 길이는 상기 판이 스핀들을 중심으로 피벗할 때 판이 단차부 상류의 바닥의 표면이 오목부의 내부 바닥의 표면과 연결되어 단차부 하류의 유동 분리를 방지하도록 하며 상기 판은 이의 선행 에지의 하강을 단차부 근처의 바닥의 수준으로 제한할 수 있다. 동시에 오목부의 바닥 상의 횡방향 배플은 이 배플이 작업 위치로 전개될 수 있고 선박의 중심선에 대해 횡방향이 되는 스핀들을 중심으로 한 이의 피벗팅에 의해 바닥으로 다시 보관될 수 있는 방식으로 장착된다.

더욱이, 상기 단차부 근처의 바닥 단부는 오목부가 시작하는 단차부 하류의 오목부 영역에 걸치는 돌출부를 가져서, 단차부 근처에서 바닥 표면과 피벗팅 판의 갭(gap) 없는 정합을 제공할 뿐만 아니라 선행 에지의 하강을 단차부 근처의 선박 바닥 수준 아래로 제한한다.

피벗팅 판 및 배플은 부가적으로 이의 피벗팅을 위한 구동부와 조립된다.

판의 오목부 바닥의 표면에 체결되는 스핀들을 중심으로 이의 선행 에지를 하강하거나 상승시킴으로써 선회될 수 있고 바닥에 대해 횡방향으로 배향될 수 있고 판에 고정될 수 있는 방식으로 오목부를 형성하는 단차부 하류의 판의 조립은 바닥 오목부 내의 공기 공동이 없거나 파손될 때 오목부의 내부 및 단차부 상류의 바닥 표면들의 매끄러운 전이에 의해 상기 단차부 하류의 매끄러운 유동을 보장하고 이에 따라 단차부 하류의 유동 분리를 방지하는 것을 가능하게 한다.

횡방향 배플들이 작업 위치로 전개되고 스핀들을 중심으로 한 이들의 피벗팅에 의해 바닥으로 다시 보관되고 선박의 중심선에 대해 횡단하고 이들의 선행 에지들 근처의 배플에 연결되도록 오목부의 바닥에 장착되는 횡방향 배플은 이의 파손을 방지하는 파형 프로파일을 갖는 일체형 공기 공동 형태의 선박의 바닥 상의 연속 공기 층의 발생 및 유지를 가능하게 한다.

제안된 발명의 요지가 도면에 예시된다.
도 1은 바닥 상에 공기 층을 갖는 배수량형 선박(측면도)이며,
도 2는 도 1의 A-A 횡단면이며;
도 3은 횡방향 배플을 접는 개념도이며;
도 4는 피벗팅 판 동작 개념도이다.

바닥(1)(도 1) 상에 공기 층을 갖는 제안된 선박은 공기 층을 형성하도록 오목부(2)- 단차부(4)에서 시작하는 선박 바닥(1)에 제작된 파형 프로파일을 가지는 일체형 공동(3), 및 바닥(1) 아래 공기 층을 생성하도록 공동으로 공기를 전달하기 위해 사용된 파이프라인(5)에 의해 오목부(2) 공간과 연결된 공기 공급원(6)을 갖는다. 오목부(2)의 내부에 중심선과 평행하게 배치되고 오목부(2) 바닥(도 2) 상의 공기의 횡방향 운동을 제한하는 것을 목표로 하는 길이 방향 용골(7)뿐만 아니라 오목부(2)를 따라 유선 방향으로 앞뒤로 배열되는 횡방향 배플(8)이 있다. 위에서 언급된 횡방향 배플(8)(도 3)은 상기 횡방향 배플이 작업 위치내로 전개될 수 있고 선박 중심선에 대해 횡방향이고 이들의 선행 에지 근처의 횡방향 배플(8)과 연결되고 오목부(2) 바닥에 위치되는 스핀들(9)을 중심으로 한 이의 피벗팅에 의해 오목부(2) 바닥으로 다시 보관되는 방식으로 장착된다.

오목부(2)를 성형하는 단차부(4) 하류에는 바닥에 대해 횡단하는 오목부(2) 바닥의 표면에 체결되고 판(10)에 연결되는 스핀들(12)을 중심으로 이의 선행 에지(11)의 하강 또는 상승에 의해 피벗할 수 있는 방식으로 장착된 판(10)(도 4)이 있다. 판(10)의 유선 방향 길이는 판이 피벗될 때 오목부(2) 바닥을 향하는 판의 경사 각도(13)가 단차부(4) 하류의 바닥(1) 표면을 오목부(2)의 내부의 바닥의 표면과 연결하는 것을 보장하여 단차부(4) 하류의 유동 분리를 방지하도록 한다. 이 경우 판(10)은 이의 선행 에지(11)의 하강을 단차부(4) 근처의 선박 바닥(1)의 수준으로 제한할 수 있다.

단차부(4) 근처의 바닥(1) 단부는 오목부가 시작하는 단차부(4) 하류 영역에 걸치는 돌기(14)로 제조되어, 바닥(1)의 갭 없는 표면 정합을 제공하고 단차부 근처의 판(10)을 피벗팅할 뿐만 아니라 판 선행 에지(10)의 하강을 선박 바닥 수준 아래로 제한한다.

피벗팅 판(10) 및 피벗팅 횡방향 배플(8)은 이의 피벗팅을 위해 구동부로 조립된다(구동부가 도면에 도시되지 않음).

제안된 배열에 대한 작동의 원리가 아래 설명된다.

선박이 잔잔한 물에서 또는 낮은 파도 상태에서 운항 중일 때 공기 공급원(6)으로부터의 공기는 오목부(2) 내부의 인공 공동(3)의 형태의 공기 층을 생성하도록 공기 파이프라인(5)에 의해 단차부(4) 및 횡방향 배플(8)에 전달된다. 공급된 공기는 단차부(4) 및 각각의 횡방향 배플(8)의 하류에 형성된 공기 공동이 앞뒤로 배열된 별도의 시스템에서 초래하는 단차부(4) 및 횡방향 배플(8)의 하류에 감소된 액체 압력의 존에 유지된다. 공기 공급에 의해 일부 공동의 길이는 점차적으로 증가하고 시간이 지남에 따라 선박의 경제적인 속도에서 횡방향 배플(8)의 하부 에지들 사이의 거리와 동일한 이들의 최대 값에 도달한다. 공기 공동의 꼬리 부분이 횡방향 배플(8)의 하부 에지에 도달할 때, 개별 공기 공동은 파형 프로파일을 갖는 일체형 공기 공동(3) 내로 합쳐된다. 상이한 작동 모드에 대해 일체형 공기 공동(3) 내로 개별 공동의 최적 통합은 오목부(2) 내의 적절한 공기 용적의 공급에 의해 그리고 선박 중심선에 대해 횡단하는 오목부(2) 바닥에 위치된 이들의 스핀들(9)을 중심으로 횡방향 배플(8)의 적절한 피벗팅에 의해 달성된다. 이 순간에 일체형 공동(3) 내의 압력이 증가되어 파형 프로파일 크기가 감소하는 것을 유발하고 횡방향 배플(8)로부터 분리하기 위하여 공동(3) 표면(공기/물 경계면)이 물과 더 이상 접촉하지 않는다.

상당한 피칭 또는 롤링 모션으로 높은 파도 상태에서 선박이 운항 중일 때, 일체형 공기 공동(3)이 파손된다. 선박이 커다란 초기 트림으로 운항할 때 공기 공동이 전혀 발생하지 않을 수 있다. 이는 오목부(2) 바닥 표면에서 마찰 저항의 증가를 초래한다. 더욱이, 단차부(4) 및 횡방향 배플(8)의 하류의 유동 분리는 유체 역학적 저항의 상당한 증가를 초래한다. 이에 따라, 공기 공동(3) 파손 또는 부존재 때문에 선박 모션에 대한 총 저항은 상당히 증가시키고 심지어 바닥에 오목부(2)가 없는 유사한 선박의 총 저항을 초과하며; 이는 더 큰 동력 소모를 초래하고, 이에 따라 공기 공동을 위한 오목부(2)를 구비한 선박의 작동 성능의 열화를 초래한다. 이 경우, 단차부 하류의 유동 분리를 방지하도록, 단차부(4) 근처의 선박 바닥(1)에 유동 패턴이 조정되어 판(10)을 사용하여 오목부(2)의 내부 및 단차부(4) 상류의 바닥(1) 표면의 매끄러운 천이에 의해 분리-없는 유동을 제공한다. 이를 위해, 판(10)이 스핀들(12)을 중심으로 피벗팅하면서, 단차부(4) 하류에 위치된 이의 선행 에지(11)의 하강을 판 피벗팅의 후속하여 단차부(4) 상류의 선박 바닥(1)의 수준으로 제한한다. 바닥 돌출부(14)에 의해 이의 선행 에지(11)가 바닥 돌출부(14)의 내부 표면에 도달할 때까지 판(10)이 스핀들(12)을 중심으로 피벗된다. 결과적으로, 단차부(4) 근처의 유동은 분리가 없게 된다. 횡방향 배플(8) 하류의 유동 분리를 방지하도록, 이 배플들은 선박 중앙선에 대해 횡단되는 오목부(2) 바닥 상에 위치되고 이들의 선행 에지(11) 근처의 횡방향 배플가 연결되고 스핀들(9)을 중심으로 한 이의 피벗팅에 의해 오목부(2) 바닥 상에 접혀 진다. 결과적으로 횡방향 배플(8)의 하류 유동은 또한 분리가 없게 된다. 단차부(4) 및 횡방향 배플(8) 하류의 유동 분리를 방지하고 결과적으로, 유체 역학적 저항을 감소시키고 높은 파도 상태에서 또는 커다란 초기 트림에서 선박 작동 성능 및 경제적 효율을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

판(10) 및 횡방향 배플(8)의 피벗팅은 피벗팅 구동부에 의해 달성된다.

바닥 공기 공동을 구비한 제안된 선박은 바람직하게는 원형에 비해 공기 공동 파손 또는 공기 공급원 고장의 경우 유체 역학적 저항의 감소를 통하여 높은 파도 상태 또는 상당한 초기 트림 하에서 이 같은 선박들의 작동 성능 및 경제적 효율의 향상을 제공한다.

도면들에 사용된 번호 및 약어 목록:
1 - 선박의 바닥;
2 - 파형 프로파일을 구비한 일체형 공기 공동의 발생을 위한 선박 바닥의 오목부;
3 - 파형 프로파일을 갖는 일체형 공동;
4 - 단차부;
5 - 파이프라인;
6 - 공기 공급원;
7 - 길이 방향 용골;
8 - 횡방향 배플;
9 - 피벗팅 횡방향 배플의 스핀들;
10 - 피벗팅 판;
11 - 피벗팅 판의 선행 에지;
12 - 피벗팅 판의 스핀들;
13 - 피벗팅 판의 경사 각도;
14 - 오목부가 시작하는 단차부 하류 영역에 걸치는 돌출부;
ΟΠ - 선박 중심선.

Claims (3)

1. 바닥 공기 공동을 갖는 선박으로서,
   선수부 내의 단차부로부터 시작하고 경사판에 의해 형성된 선미부 아치 및 및 측면들을 따라 스케그들에 의해 둘러싸인 파형 프로파일을 가진 일체형 공기 공동의 발생을 위한 오목부를 가지며, 상기 오목부 공간이 가압 공기 공급원에 연결되고, 길이 방향 용골이 공기의 횡방향 운동을 제한하도록 오목부의 내부에 끼워지고, 경사판의 형태의 횡방향 배플이 유선 방향으로 앞뒤로 배열되는, 바닥 공기 공동을 갖는 선박에 있어서,
   상기 오목부를 형성하는 선수부의 단차부 하류에, 상기 바닥에 대해 횡단하는 바닥 오목부의 표면에 체결되고 상기 판에 연결되는 스핀들을 중심으로 이의 선행 에지의 하강 또는 상승에 의해 피벗될 수 있도록 장착된 판이 있고; 상기 판의 유선 방향 길이는 상기 판이 스핀들을 중심으로 피벗할 때 상기 판이 단차부 상류의 바닥의 표면이 오목부 내부의 바닥의 표면과 연결되어 단차부 하류의 유동 분리를 방지하도록 하고 상기 판은 이의 선행 에지의 하강을 단차부 근처 바닥의 수준으로 제한할 수 있고, 상기 오목부의 바닥 상의 횡방향 배플은 상기 배플이 작업 위치 내로 전개될 수 있고 선박의 중심 라인에 대해 횡단하는 오목부 바닥에 위치된 스핀들을 중심으로 한 피벗팅에 의해 바닥으로 다시 보관되고 이들의 선행 에지 근처의 배플에 연결되는 방식으로 장착되는 것을 특징으로 하는,
   바닥 공기 공동을 갖는 선박.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 단차부 근처의 바닥 단부는 오목부가 시작하는 단차부 하류의 오목부 영역에 걸치는 돌출부를 가져서, 단차부 근처의 피벗팅 판과 바닥 표면의 갭 없는 정합을 제공할 뿐만 아니라 판의 선행 에지의 하강을 상기 단차부 근처의 선박 바닥 수준 아래로 제한하는 것을 특징으로 하는,
   바닥 공기 공동을 갖는 선박.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 피벗팅 판 및 피벗팅 횡방향 배플은 이의 피벗팅을 위한 구동부를 갖는 것을 특징으로 하는,
   바닥 공기 공동을 갖는 선박.

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