KR20230143097A

KR20230143097A - 선박

Info

Publication number: KR20230143097A
Application number: KR1020230016487A
Authority: KR
Inventors: 유지 아라이; 아키히코 마스타니
Original assignee: 스미도모쥬기가이 마린 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2022-04-04
Filing date: 2023-02-08
Publication date: 2023-10-11
Also published as: JP2023152466A; CN116890958A

Abstract

범주 시에 있어서의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박, 및 제어장치를 제공한다.
제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 선저로부터 상방을 향함에 따라, 수중에서의 저항력이 커진다. 따라서, 주선체(2)가 기울어진 우측의 제1 부력체(3A)에 있어서, 상측의 저항이 큰 부분도 수중에 배치된다. 한편, 좌측의 제2 부력체(3B)에 있어서, 상측의 저항이 큰 부분이 수면으로부터 나온다. 이로써, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 좌측의 제2 부력체(3B)에 의한 저항력(RF2)은 작아지고, 우측의 제1 부력체(3A)에 의한 저항력(RF1)은 커진다. 이와 같은 저항력의 차가, 주선체(2)가 우측으로 기울어짐으로써 발생하는 좌측으로 선회하는 회두모멘트(MT)를 상쇄할 수 있다. 따라서, 추진효율이 저하되는 키(15)의 조작에 관계없이 회두모멘트(MT)에 의한 선회에 대처할 수 있다.

Description

선박{SHIP}

본 출원은 2022년 4월 4일에 출원된 일본 특허출원 제2022-062501호에 근거하여 우선권을 주장한다. 그 출원의 전체 내용은 이 명세서 중에 참고로 원용되어 있다.

본 발명은, 선박에 관한 것이다.

최근, CO₂ 등의 GHG가스의 삭감을 위하여, 풍력 등의 재생가능에너지를 이용하여 추력(推力)을 발생시키는 선박이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에 기재된 선박은, 프로펠러에 의한 추진기에 더하여, 선체상에, 풍력에 의하여 선체를 추진시키는 풍력추진부를 구비하고 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 특개2020-45018호

여기에서, 대형선박이 풍력추진부를 이용하는 경우, 선체에 기울어짐이 발생함으로써, 선체가 선회해 버리는 경우가 있다. 이 경우, 당해 선회에 대하여 키의 조작(책 헬름(check helm))을 행함으로써, 당해 선회에 대처하고 있었다. 그러나, 이와 같은 책 헬름의 저항에 의하여 범주(帆走)의 추진효율이 저하된다는 문제가 있었다.

본 발명은, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 범주 시에 있어서의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박, 및 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 선박은, 주선체와, 선체에 대하여 선폭방향의 양측에 마련되고, 수중에 배치됨으로써 부력을 발생시키는 제1 부력체, 및 제2 부력체와, 풍력에 의하여 선체를 추진시키는 풍력추진부를 구비하며, 제1 부력체, 및 제2 부력체는, 상측을 향함에 따라, 수중에서의 저항력이 커진다.

본 발명에 관한 선박은, 주선체에 대하여 선폭방향의 양측에 마련되고, 수중에 배치됨으로써 부력을 발생시키는 제1 부력체, 및 제2 부력체를 구비한다. 이로써, 범주 시의 배 전체의 자세가 안정된다. 또, 범주 시에 배 전체가 선폭방향의 일방으로 기울어지면, 일방측의 부력체는 수중에 배치되는 부분이 증가하고, 타방측의 부력체는 수중에 배치되는 부분이 감소한다. 여기에서, 제1 부력체, 및 제2 부력체는, 선저(船底)로부터 상방을 향함에 따라, 부력체의 수평단면적이 커지기 때문에, 부력체가 깊게 가라앉을수록 수중에서의 저항력이 커진다. 따라서, 선박이 기울어진 일방측의 부력체에 있어서, 상방의 저항이 큰 부분도 수중에 배치된다. 한편, 타방측의 부력체에 있어서, 상방의 저항이 큰 부분이 수면으로부터 나온다. 이로써, 선박의 선폭방향의 양측에 있어서 저항력에 차가 발생한다. 이와 같은 저항력의 차가, 선박이 기울어짐으로써 발생하는 선회의 모멘트를 상쇄할(없앨) 수 있다. 따라서, 추진효율이 저하되는 키의 조작에 의하지 않고 선회에 대처할 수 있다. 이상으로부터, 범주 시에 있어서의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

제1 부력체, 및 제2 부력체는, 선폭방향에 있어서의 내측면이, 상측을 향함에 따라 선폭방향에 있어서의 내측을 향하여 경사져도 된다. 선박이 안벽(岸壁)에 접안할 때에는, 선폭방향에 있어서의 외측면은 전후 및 상하방향에 가능한 한 평행인 것이 바람직하다. 따라서, 제1 부력체, 및 제2 부력체의 내측면을 경사지게 함으로써, 상측을 향함에 따라, 수중에서의 저항력을 크게 할 수 있다.

풍력추진부는, 로터돛을 회전시킴으로써 선박을 추진시켜도 된다. 로터돛은, 전방으로의 추력을 얻기 위하여 선폭방향으로부터의 바람을 받을 필요가 있기 때문에, 선박이 기울어지기 쉽다. 그 때문에, 상술한 제1 부력체, 및 제2 부력체에 의하여 선회의 모멘트를 상쇄하는 효과가 보다 현저해진다.

본 발명에 의하면, 범주 시에 있어서의 추진효율을 향상시킬 수 있는 선박, 및 제어장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 선박의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 2의 (a)는 로터돛의 원리에 대하여 설명하는 도이며, 도 2의 (b)는 선박의 평면도이다.
도 3은 본 실시형태의 선박의 작용·효과를 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 변형예에 관한 선박을 나타내는 개략도이다.
도 5는 변형예에 관한 선박을 나타내는 개략도이다.
도 6은 변형예에 관한 선박의 풍력추진부를 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 다만, 이하의 설명에 있어서, "전" "후"의 용어는 선체의 진행방향에 대응하는 것이고, "좌" "우"의 용어는 선체를 후측으로부터 전측을 보았을 때를 기준으로 한 선폭방향에 대응하는 것이며, "상" "하"의 용어는 선체의 상하방향에 대응하는 것이다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 선박의 일례를 나타내는 개략도이다. 도 1의 (a)는, 선박(1)을 후측에서 본 도이다. 도 1의 (b)는, 선박(1)을 우측에서 본 도이다. 도 1의 (c)는, 선박(1)을 하측에서 본 도이다. 선박(1)은, 예를 들면, 자동차운반선, 컨테이너선 등의 대형화물선이다. 다만, 선박(1)은, 대형화물선에 한정되지 않고, 여객선, 카페리 등의 다양한 종류의 선박이어도 된다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 선박(1)은, 주선체(2)와, 제1 부력체(3A), 제2 부력체(3B)와, 풍력추진부(10)를 구비한다.

주선체(2)는, 전후방향으로 뻗는다. 주선체(2)는, 일부가 수중에 배치되는 하부구조(2A)와, 하부구조(2A)상에 마련된 상부구조(2B)를 구비한다. 하부구조(2A)는, 선폭방향의 양측에 상하방향으로 대략 수직으로 뻗는 측면(2Aa, 2Ab)과, 저부(底部)에서 수평방향으로 확장되는 저면(底面)(2Ac)을 갖는다. 하부구조(2A)는, 저면(2Ac)측의 일부가 수중에 배치되고, 상측의 일부가 수면(WF)으로부터 나와 있다.

상부구조(2B)는, 하부구조(2A)의 상단(上端)에 있어서, 당해 하부구조(2A)보다 선폭방향의 외측으로 돌출되도록 마련된다. 상부구조(2B)는, 수평방향으로 확장되는 상면(2Ba) 및 하면(2Bb)을 갖는다. 상부구조(2B)는, 수면(WF)보다 상측에 배치되는 부분이다. 도 1의 (b), 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전후방향에 있어서의 하부구조(2A)와 상부구조(2B)의 전후방향에 있어서의 길이는 대략 동일하지만, 하부구조(2A)와 상부구조(2B)의 전후방향의 길이가 상이해도 된다.

도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 주선체(2)에 대하여 선폭방향의 양측에 마련되고, 수중에 배치됨으로써 부력을 발생시키는 부재이다. 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 상부구조(2B)의 하면(2Bb) 중, 하부구조(2A)보다 선폭방향의 외측으로 돌출되는 부분에 마련된다. 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 상부구조(2B)의 하면(2Bb)으로부터 하방을 향하여 뻗는다. 제1 부력체(3A)는, 하부구조(2A)에 대하여 우측에 배치된다. 제2 부력체(3B)는, 하부구조(2A)에 대하여 좌측에 배치된다. 도 1의 (b), 도 1의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제1 부력체(3A) 및 제2 부력체(3B)는, 주선체(2)의 전후방향에 있어서 중앙부근의 한 곳에 마련된다.

제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 선저로부터 상방을 향함에 따라 수평단면적이 커지기 때문에, 수중에서의 저항력이 커진다. 저항력이란, 선박(1)이 소정 방향으로 추진하고 있을 때에, 부력체(3A, 3B)에 작용하는 물의 저항력이다. 예를 들면, 선박(1)이 전방으로 추진하고 있을 때, 부력체(3A, 3B)에는, 후방을 향하는 저항력(RF)이 작용한다(도 1의 (b) 참조). 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 수중에 배치되었을 때에 발생하는 저항력이, 하단(下端)부근에서는 작고, 상측의 위치일수록 커진다.

도 1의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)에 대하여, 소정 높이에 수평면(SF)을 설정한다. 수평면(SF)의 단면적이 큰 개소일수록, 수중에 배치되었을 때에 저항력이 커진다. 따라서, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)에 있어서의 수평면(SF)에 있어서의 단면적은, 수평면(SF)이 하단측으로부터 상단측으로 이동할수록 커진다.

본 실시형태에서는, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 전후방향에서 보아, 하단측이 끝이 좁아지는 것 같은 형상을 갖는다. 구체적으로, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 선폭방향에 있어서의 내측면(3a)이, 상측을 향함에 따라 선폭방향에 있어서의 내측을 향하도록 경사진다. 다만, 제1 부력체(3A)의 내측면(3a)은, 하부구조(2A)의 우측의 측면(2Aa)과 선폭방향으로 이간한 상태에서 대향하도록 배치된다.

제2 부력체(3B)의 내측면(3a)은, 하부구조(2A)의 좌측의 측면(2Ab)과 선폭방향으로 이간한 상태에서 대향하도록 배치된다. 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 선폭방향에 있어서의 외측면(3b)이, 상측을 향함에 따라 선폭방향에 있어서의 내측을 향하도록 경사진다. 수평면(SF)에 있어서의 내측면(3a)과 외측면(3b)의 사이의 선폭방향에 있어서의 치수는, 수평면(SF)이 하단측으로부터 상단측을 향할수록 커진다. 다만, 도 1의 (b)에 나타내는 바와 같이, 선폭방향에서 보았을 때, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 크기는, 상하방향에 있어서 대략 일정하지만, 하단측으로부터 상단측을 향할수록 커도 된다.

풍력추진부(10)는, 풍력에 의하여 주선체(2)를 추진시키는 기구이다. 본 실시형태에서는, 풍력추진부(10)로서 로터식의 풍력추진기구가 채용되어 있다. 풍력추진부(10)는, 상부구조(2B)의 상면(2Ba)상에 전후방향으로 나열되도록 복수(여기에서는 2개) 마련되어 있다. 도 2의 (a)에 나타내는 바와 같이, 풍력추진부(10)는, 상하방향으로 뻗는 원기둥형상의 로터돛(31)과, 로터돛(31)을 회전시키는 전동기(32)를 구비한다.

로터돛(31)에 대하여 횡측으로부터 바람(WD)이 불면, 후측에서는 로터돛(31)의 회전방향과 바람(WD)의 방향이 서로 반대가 되고, 전측에서는 로터돛(31)의 회전방향과 바람(WD)의 방향이 일치한다. 이로써, 로터돛(31)의 전후에서 압력차가 발생함으로써, 전측을 향하는 추력(PF)이 발생한다(마그누스효과). 도 2의 (b)에 나타내는 바와 같이, 주선체(2)에 대하여 횡측으로부터 바람(WD)이 붊으로써, 각 풍력추진부(10)의 추력(PF)에 의하여, 주선체(2)는 전방으로 진행한다.

다음으로, 본 실시형태에 관한 선박(1)의 작용·효과에 대하여 설명한다.

본 발명에 관한 선박은, 주선체에 대하여 선폭방향의 양측에 마련되고, 수중에 배치됨으로써 부력을 발생시키는 제1 부력체, 및 제2 부력체를 구비한다. 이로써, 범주 시의 선박(1)의 자세가 안정된다.

여기에서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 선박(1)을 향하여 횡측으로부터 바람(WD)이 불면, 풍력추진부(10)에서 양력이 발생한다. 이들 양력을 합산한 경우의 중심을 양력중심(CE)(Center of Effort)으로 한다. 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 당해 양력중심(CE)에서 선박(1) 전체의 추력(PF)이 발생한다. 여기에서, 양력중심(CE)의 높이위치는, 주선체(2)보다 높은 위치에 설정된다(도 3의 (a) 참조). 그 때문에, 바람(WD)이 강해져 주선체(2) 및 풍력추진부(10) 전체가 수평방향에 대하여 경사지듯이 기울어진다. 구체적으로, 좌현측에서 바람을 받으므로, 주선체(2)가 우현측에 대하여 떠오르듯이 기울어진다. 그 때문에, 양력중심(CE)이 우측으로 어긋나고, 주선체(2)의 중앙위치보다 우측으로 어긋난 위치에서 선박(1) 전체의 추력(PF)이 발생한다(도 3의 (b) 참조). 이 경우, 키(15)의 조작을 행하지 않았음에도 불구하고, 주선체(2)를 좌측으로 선회시키는 것 같은 회두(回頭)모멘트(MT)가 발생해 버린다. 이와 같은 회두모멘트(MT)를 상쇄하여 주선체(2)의 선회를 회피하기 위하여 키(15)를 꺾은 경우(도 3의 (b)의 가상선의 키(15) 참조), 키(15)에 의한 저항이 증가해 버려, 선박(1)이 감속해 버린다.

이에 대하여, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 범주 시에 주선체(2)가 선폭방향의 우측으로 기울어지면, 우측의 제1 부력체(3A)는 수중에 배치되는 부분이 증가하고, 좌측의 제2 부력체(3B)는 수중에 배치되는 부분이 감소한다. 여기에서, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 상방을 향함에 따라, 수중에서의 저항력이 커진다. 따라서, 주선체(2)가 기울어진 우측의 제1 부력체(3A)에 있어서, 상방의 저항이 큰 부분도 수중에 배치된다. 한편, 좌측의 제2 부력체(3B)에 있어서, 상방의 저항이 큰 부분이 수면으로부터 나온다.

이로써, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 좌측의 제2 부력체(3B)에 의한 저항력(RF2)은 작아지고, 우측의 제1 부력체(3A)에 의한 저항력(RF1)은 커진다. 이와 같이, 주선체(2)의 선폭방향의 양측에 있어서 저항력에 차가 발생한다. 우측의 저항력(RF1)이 좌측의 저항력(RF2)보다 큼으로써, 양방을 합하면 좌측으로의 선회를 억제하는 것 같은 저항력이 발생하게 된다. 이와 같은 저항력의 차가, 주선체(2)가 우측으로 기울어짐으로써 발생하는 좌측으로 선회하는 회두모멘트(MT)를 상쇄할 수 있다. 따라서, 추진효율이 저하되는 키(15)의 조작에 의하지 않고 회두모멘트(MT)에 의한 선회에 대처할 수 있다. 이상으로부터, 범주 시에 있어서의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)는, 선폭방향에 있어서의 내측면(3a)이, 상방을 향함에 따라 선폭방향에 있어서의 내측을 향하여 경사져도 된다. 선박(1)이 안벽에 접안할 때에는, 선폭방향에 있어서의 외측면(3b)은 전후 및 상하방향에 가능한 한 평행인 것이 바람직하다. 따라서, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 내측면(3a)을 경사지게 함으로써, 상측을 향함에 따라, 수중에서의 저항력을 크게 할 수 있다. 본 실시형태에서는, 외측면(3b)도 경사져 있지만, 내측면(3a)이 경사짐으로써, 외측면(3b)의 경사량을 억제할 수 있다.

풍력추진부(10)는, 로터돛(31)을 회전시킴으로써 주선체(2)를 추진시켜도 된다. 로터돛(31)은, 전방으로의 추력을 얻기 위하여 선폭방향으로부터의 바람을 받을 필요가 있기 때문에, 주선체(2)가 기울어지기 쉽다. 그 때문에, 상술한 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)에 의하여 선회의 회두모멘트(MT)를 상쇄하는 효과가 보다 현저해진다.

본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다.

제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 형상은, 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 외측면(3b)은, 상하방향으로 평행으로 뻗어도 된다. 한편, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 내측면(3a)은, 상측을 향함에 따라 선폭방향에 있어서의 내측을 향하여 경사져도 된다. 도 4의 (a)에 나타내는 구성에서는, 외측면(3b)이 상하방향으로 뻗는 평면이기 때문에, 안벽에 적합하게 접안할 수 있다.

제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 개수는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 4의 (b), 도 4의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전후방향에 2쌍의 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)가 마련되어도 된다. 또, 제1 부력체(3A), 및 제2 부력체(3B)의 개수는, 3쌍 이상이어도 된다. 다만, 제1 부력체(3A)와 제2 부력체(3B)의 개수는 동일하지 않아도 되지만, 동일한 편이 주선체(2)는 균형을 취하기 쉬워진다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 제1 부력체(3A)와 하부구조(2A)의 사이, 및 제2 부력체(3B)와 하부구조(2A)의 사이에 블레이드부(40)를 마련해도 된다. 블레이드부(40)는, 제1 부력체(3A)의 하단부와 하부구조(2A)의 하단부를 연결한다. 또, 블레이드부(40)는, 제2 부력체(3B)의 하단부와 하부구조(2A)의 하단부를 연결한다. 이 경우, 블레이드부(40)가 수중에서 상방을 향하는 양력을 발생시킨다. 이로써, 블레이드부(40)가, 주선체(2) 및 부력체(3A, 3B)의 흘수를 얕게 할 수 있어, 수중에서의 저항을 저감시킬 수 있다.

풍력추진부(10)는, 로터돛에 한정되지 않고, 통상의 돛이나 연 등, 풍력에 의하여 선박(1)을 추진시킬 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 풍력추진부(10)로서, 도 6의 (a), 도 6의 (b)에 나타내는 것 같은 포범(布帆)을 선박의 상갑판상에 설치해도 되고, 도 6의 (c)에 나타내는 것 같은 강범(鋼帆)을 선박의 상갑판상에 설치해도 되며, 도 6의 (d)에 나타내는 것 같은 연을 선박의 상갑판상에 설치해도 된다. 또한, 이들 돛이나 연 등은 상갑판상에 복수 설치해도 된다.

주선체(2)의 구조도 도 1에 나타내는 것에 한정되지 않고, 용도 등에 따라 적절하게 변경해도 된다.

1…선박
2…주선체
3A…제1 부력체
3B…제2 부력체
10…풍력추진부
31…로터돛

Claims

주선체와,
상기 주선체에 대하여 선폭방향의 양측에 마련되고, 수중에 배치됨으로써 부력을 발생시키는 제1 부력체, 및 제2 부력체와,
풍력에 의하여 상기 주선체를 추진시키는 풍력추진부를 구비하며,
상기 제1 부력체, 및 상기 제2 부력체는, 선저로부터 상방을 향함에 따라, 수중에서의 저항력이 커지는, 선박.
제1항에 있어서,
상기 제1 부력체, 및 상기 제2 부력체는, 상기 선폭방향에 있어서의 내측면이, 상측을 향함에 따라 상기 선폭방향에 있어서의 내측을 향하도록 경사지는, 선박.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 풍력추진부는, 로터돛을 회전시킴으로써 상기 주선체를 추진시키는, 선박.