KR101894293B1 - 저항 저감 장치 - Google Patents

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Abstract

저항 저감 장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 저항 저감 장치는 선체의 선수부에 지지되고, 가로 부재와 세로 부재가 상호 교차하며 전후 방향으로 관통하는 관통홀을 형성하는 격자구조를 가지는 몸체를 포함하며, 전방에서 상기 선수부로 유입되는 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하여 후방으로 배출시킨다.

Description

저항 저감 장치{Apparatus for decreasing drag resistance of ship}
본 발명은 저항 저감 장치에 관한 것이다.
선박은 운항 시 항상 파도에 노출된다. 특히, 전방에서 선체의 선수부에 부딪히는 파도는 1차적으로 선체가 전진하는 것을 방해하는 저항으로 작용한다.
그리고 전방에서 선체의 선수부에 부딪힌 파도는 선체를 중심으로 좌현측과 우현측 수면으로 낙하하여 선체의 측부 주변에 추가적인 파(波)를 발생시켜 2차적으로 선박의 조파 저항을 증가시키는 문제가 있다.
본 발명의 실시예는, 조파 저항을 효과적으로 저감하도록 구성된 저항 저감 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선체의 선수부에 지지되고, 가로 부재와 세로 부재가 상호 교차하며 전후 방향으로 관통하는 관통홀을 형성하는 격자구조를 가지는 몸체를 포함하며, 전방에서 상기 선수부로 유입되는 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하여 후방으로 배출시키는, 저항 저감 장치가 제공될 수 있다.
상기 가로 부재는 그 상면이 압력면이고 그 저면이 흡입면인 에어포일 형상을 가지고, 상기 선수부로 유입되는 파도가 상기 관통홀을 통과하는 과정에서 상기 가로 부재에서 상기 선체를 전진시키는 추력이 발생될 수 있다.
상기 저항 저감 장치는 상기 몸체를 상기 선체의 폭 방향으로 연장된 회전 중심축을 중심으로 회전 가능하게 지지하는 지지 부재; 상기 몸체의 회전 동작에 의한 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및 상기 몸체를 상기 선체에 대해 탄성 지지하고, 상기 선수부로 유입되는 파도가 상기 몸체를 통과하는 과정에서 회전 동작한 상기 몸체를 초기 상태로 복귀시키기 위한 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 더 포함할 수 있다.
상기 몸체는 상기 선체의 길이방향 중심선 상에 배치되고, 상기 발전기는 상기 몸체의 후방에서 상기 선체의 내부에 배치되고, 상기 몸체의 회전 샤프트와, 상기 발전기의 회전 샤프트는 기어부에 의해 연결될 수 있다.
상기 몸체는 복수로 제공되고, 상기 발전기는 상기 몸체의 개수에 대응하여 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 전방에서 유입되는 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하여 후방으로 배출시킴으로써 조파 저항을 효과적으로 저감시킨다.
나아가 격자 구조를 가지는 몸체의 가로 부재가 에어 포일 형상을 가짐으로써, 파도가 몸체를 통과하는 과정에서 추가적인 추력을 발생시킬 수 있다.
나아가 몸체가 선체에 회전 동작 가능하게 설치되고, 발전기가 몸체의 회전 동작에 의한 회전 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 조파 저항을 저감하는 과정에서 전기에너지를 함께 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치에 의해 선박의 조파 저항이 저감되는 과정을 설명하기 위한 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치의 가로 부재의 형상을 나타내는 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이고,
도 8은 도 7의 AA선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이고,
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고,
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 저항 저감 장치(100)는 전방에서 선체(10)의 선수부로 유입되는 파도(W)를 상대적으로 크기가 작은 유동(Ws)으로 분리하여 후방으로 배출시킨다.
저항 저감 장치(100)에서 배출된 유동은 저항 저감 장치(100)가 없는 경우에 비해 크기가 작기 때문에 선체(10)의 측부 수면에 미치는 영향이 작고 이에 따라 선체(10)의 측부에서 발생되는 조파 저항이 상대적으로 작아진다. 이에 대한 설명은 후술한다.
저항 저감 장치(100)는 몸체(110)를 포함한다.
몸체(110)는 선수부에 지지된다. 이때, 몸체(110)는 지지 부재(120)에 의해 선수부에 지지될 수 있다. 지지 부재(120)의 개수, 위치, 형상은 도 1 및 도 2에 도시된 내용에 국한되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 몸체(110)는 선체(10)의 몸체(110)는 가로 부재(111)와 세로 부재(113)가 상호 교차하며 전후 방향으로 관통하는 관통홀(115)을 형성하는 격자구조를 가진다.
위와 같은 몸체(110)에 도 3과 같이 전방으로부터 파도(W)가 유입되면, 유입된 파도(W)는 몸체(110)에 형성된 관통홀(115)을 통해 이동하며 상대적으로 크기가 작은 유동(Ws)으로 분리되어 배출된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치에 의해 선박의 조파 저항이 저감되는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 전방에서 선체(10)의 선수부로 파도(W)가 유입된다. 이 파도(W)는 저항 저감 장치(100)를 통과하면서 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리되어 배출된다.
이때, 저항 저감 장치(100)에서 후방으로 배출된 크기가 작은 유동이 선체(10) 측부의 수면으로 낙하하면 선체(10)의 측부에서 도 4에 실선으로 표시된 파(波)(W1)가 발생한다.
이와 관련하여 도 4에는 저항 저감 장치(100)가 없는 상태에서 선체(10)의 선수부로 유입된 파도(W)가 선수부에 부딪힐 때 선체(10)의 측부에서 발생되는 파(波)(W2)가 점선으로 표시된다.
도 4를 참조하면, 저항 저감 장치(100)에 의해 선체(10) 측부에서 발생되는 파(W1)는 저항 저감 장치(100)가 없는 경우에 발생되는 파(W2)에 비해 낮은 파고를 가진다. 따라서 본 실시예에 따른 저항 저감 장치(100)는 선체(10) 측부에서 발생되는 파의 파고가 낮아져 선박의 조파 저항이 효과적으로 저감될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 저감 장치의 가로 부재의 형상을 나타내는 도면이다. 도 5를 참조하면, 가로 부재(111)는 에어포일 형상을 가질 수 있다. 이때, 에어포일 형상의 가로 부재(111)는 그 상면이 압력면(111a)이고 그 저면이 흡입면(111b)이 된다.
이 경우, 선수부로 유입되는 파도(W)가 관통홀(115)을 통과하는 과정에서 가로 부재(111)에서 양력(F)이 발생되고, 발생된 양력(F)의 선체(10)의 길이방향 성분 (ex. +X 방향 성분)(FX)은 선체(10)를 전진시키는 추력으로 작용하여, 추진 효율이 향상될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이고, 도 8은 도 7의 AA선에서 화살표 방향으로 바라본 도면이다.
도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 저항 저감 장치(200)는 몸체(110)와, 지지 부재(120)와, 발전기(130)와, 탄성 부재(150)를 포함한다.
본 실시예에 따른 저항 저감 장치(200)는 발전기(130)와 탄성 부재(150)를 포함한다는 점에서 앞선 실시예에 따른 저항 저감 장치(100)와 차이가 있다.
지지 부재(120)는 몸체(110)를 회전 가능하게 지지한다. 지지 부재(120)는 몸체(110)의 좌우측부를 회전 가능하게 지지한다. 이때, 몸체(110)는 지지 부재(120)에 선체(10)의 폭 방향(ex. Y축 방향)으로 회전 가능하게 지지된다.
본 실시예에서, 몸체(110)는 선체(10)의 길이방향 중심선 상에 배치될 수 있다.
몸체(110)는 전방에서 유입된 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하는 과정에서 뒤로 젖혀진다. 달리 표현하면, 전방에서 유입된 파도가 몸체(110)의 관통홀(115)을 통과하는 과정에서, 몸체(110)는 도 6과 같이 좌측에서 볼 때 반 시계 방향으로 회전한다.
발전기(130)는 몸체(110)의 회전 동작에 의한 회전 에너지를 변환한다. 예컨대, 발전기(130)는 선체(10)의 선수부 내부에 배치될 수 있으나 이에 국한되지 않는다.
몸체(110)의 회전 동작에 의한 회전 에너지는 기어부(140)에 의해 발전기(130)로 전달된다. 예컨대, 몸체(110)의 회전 샤프트(1101)와 발전기(130)의 회전 샤프트(131)는 도 8과 같이 직교한다. 이때, 몸체(110)의 회전 샤프트(1101)와 발전기(130)의 회전 샤프트(1301)를 연결하는 기어부(140)는 베벨 기어 형태를 가진다.
탄성 부재(150)는 몸체(110)를 선체(10)에 대해 탄성 지지한다. 탄성 부재(150)는 선수부로 유입되는 파도가 몸체(110)를 통과하는 과정에서 회전한 몸체(110)를 초기 상태로 복귀시키기 위한 탄성력을 제공한다. 예컨대, 탄성 부재(150)는 도 6과 같이 몸체(110)의 후단부 상측부를 선체(10)에 대해 탄성 지지할 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 전방에서 유입된 파도(W)가 몸체(110)를 통과하면서 몸체(110)는 뒤로 젖혀지면 회전 동작한다. 이때, 몸체(110)는 도 9와 같이 좌측에서 볼 때 반 시계 방향으로 회전한다. 이때, 몸체(110)의 회전 동작에 의한 회전 에너지는 기어부(140)를 통해 발전기(130)로 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
도 10을 참조하면, 파도가 몸체(110)를 완전히 통과하면, 몸체(110)는 탄성 부재(150)에 의해 초기 상태로 회전 동작한다. 이때, 몸체(110)는 도 10과 같이 좌측에서 볼 때 시계 방향으로 회전한다. 이때, 몸체(110)의 회전 동작에 의한 회전 에너지는 기어부(140)을 통해 발전기(130)로 전달되어 전기 에너지로 변환된다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 일부를 측면에서 바라본 도면이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저항 저감 장치를 포함하는 선박을 정면에서 바라본 도면이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 저항 저감 장치(300)는 몸체(110)와, 지지 부재(120)와, 발전기(130)와, 탄성 부재(150)를 포함한다.
본 실시예에 따른 저항 저감 장치(300)는 몸체(110)가 복수라는 점에서 앞선 실시예에 따른 저항 저감 장치(200)와 차이가 있다.
본 실시예에서, 몸체(110)는 복수이다.
보다 상세히, 몸체(110)는 두 개이다. 두 개의 몸체(110)는 선체(10)의 선수부의 좌측과 우측에 각각 배치된다. 이때, 각 몸체(110)는 선체(10)를 중심으로 상호 마주보도록 배치된다.
각 몸체(110)의 일측은 선체(10)에 고정 지지되는 지지 부재(120)에 회전 가능하게 지지된다. 이때, 각 몸체(110)는 선체(10)의 폭 방향(ex. Y축 방향)으로 연장된 회전 중심축을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 각 몸체(110)의 타측은 발전기(130)와 연결된다.
발전기(130)는 몸체(110)의 개수에 대응하여 두 개가 제공될 수 있다. 두 개의 발전기(130)는 두 개의 몸체(110) 사이에서 선체(10)의 내부에 배치될 수 있다. 각 몸체(110)에서 선체(10) 내부에 배치된 각 발전기(130)를 향해 연장된 회전 샤프트(1101)는 선체(10)의 외판에 대해 회전 가능하게 지지된다.
몸체(110)가 파도에 의해 회전하거나 탄성 부재(150)에 의해 초기 상태로 회전할 때 몸체(110)의 회전 에너지는 회전 샤프트(1101)를 통해 발전기(130)로 전달되어 발전할 수 있다.
이상에서 살펴본 본 실시예에 따른 저항 저감 장치(100, 200, 300)는, 전방에서 유입되는 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하여 후방으로 배출시킴으로써 조파 저항을 효과적으로 저감시킨다.
나아가 앞서 살펴본 실시예에 따른 저항 저감 장치(100, 200, 300)는, 몸체(110)의 가로 부재(111)가 에어 포일 형상을 가짐으로써, 파도가 몸체(110)를 통과하는 과정에서 추가적인 추력을 발생시킬 수 있다.
나아가 앞서 살펴본 실시예에 따른 저항 저감 장치(200, 300)는, 몸체(110)가 선체(10)에 회전 동작 가능하게 설치되고, 발전기(130)가 몸체(110)의 회전 동작에 의한 회전 에너지를 전기 에너지로 변환함으로써, 조파 저항을 저감하는 과정에서 전기에너지를 함께 생산할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
10 : 선체
100 : 저항 저감 장치
110 : 몸체
111 : 가로 부재
113 : 세로 부재
115 : 관통홀
120 : 지지 부재
130 : 발전기
150 : 탄성 부재

Claims (5)

  1. 선체의 선수부에 지지되고, 가로 부재와 세로 부재가 상호 교차하며 전후 방향으로 관통하는 관통홀을 형성하는 격자구조를 가지는 몸체;
    상기 몸체를 상기 선체의 폭 방향으로 연장된 회전 중심축을 중심으로 회전 가능하게 지지하는 지지 부재;
    상기 몸체의 회전 동작에 의한 회전 에너지를 전기 에너지로 변환하는 발전기; 및
    상기 몸체를 상기 선체에 대해 탄성 지지하고, 상기 선수부로 유입되는 파도가 상기 몸체를 통과하는 과정에서 회전 동작한 상기 몸체를 초기 상태로 복귀시키기 위한 탄성력을 제공하는 탄성 부재를 포함하고,
    전방에서 상기 선수부로 유입되는 파도를 상대적으로 크기가 작은 유동으로 분리하여 후방으로 배출시키는, 저항 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가로 부재는 그 상면이 압력면이고 그 저면이 흡입면인 에어포일 형상을 가지고,
    상기 선수부로 유입되는 파도가 상기 관통홀을 통과하는 과정에서 상기 가로 부재에서 상기 선체를 전진시키는 추력이 발생되는, 저항 저감 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 선체의 길이방향 중심선 상에 배치되고,
    상기 발전기는 상기 몸체의 후방에서 상기 선체의 내부에 배치되고,
    상기 몸체의 회전 샤프트와, 상기 발전기의 회전 샤프트는 기어부에 의해 연결되는, 저항 저감 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 복수로 제공되고,
    상기 발전기는 상기 몸체의 개수에 대응하여 제공되는, 저항 저감 장치.
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