KR20080103875A - Human powered flapping hydrofoil boat - Google Patents

Abstract

A manpower hydrofoil craft is provided to improve propulsion efficiency from the low speed driving by using flapping foil driven to the foot of user. The manpower hydrofoil craft is comprised of a catamaran(1) for floating the craft on the water when the craft is idle state, a canard wing(2) positioned at the front of hull, a flapping foil propulsion part(3) which is positioned at the backside of the hull, and a universal pivot(6) connecting a flapping foil supporting part(4), the catamaran, and the canard wing. A right pedal(7) is adhered to the flapping foil supporting part which is connected to the catamaran. The left pedal is connected to a pivot which is positioned in the mean aerodynamic center of the flapping foil. The flapping foil propulsion part includes the flapping foil supporting part, and the flapping foil. In the low speed, the flapping foil propulsion part is driven with a jet mode. If the speed of the craft is over than regular speed, the flapping foil propulsion part is driven to the thumiform mode. The universal pivot performs rotational distortion from top to bottom, from left to right, by using a handle(5).

Description

인력수중익선{Human Powered Flapping Hydrofoil Boat}Human Powered Flapping Hydrofoil Boat}

도 1 은 본 발명의 구성도1 is a block diagram of the present invention

도 2 는 Flapping Foil의 추진력을 설명하는 개념도2 is a conceptual diagram illustrating the driving force of the flapping foil.

도 3 은 Flapping 추진부가 Jet추진 모드로 구동되는 공정도3 is a process diagram in which the flapping propulsion unit is driven in the jet propulsion mode;

도 4 는 날름막을 들어올리고 고속으로 주행하는 개념도4 is a conceptual diagram of driving at a high speed by lifting the limbus

1. PCT/GB97/00382 WATER VEHICLE1.PCT / GB97 / 00382 WATER VEHICLE

2. 대한민국 특허출원 10-2007-00086522. Korean patent application 10-2007-0008652

본 발명은 사람의 힘만으로 추진하는 선박으로서 추진방법을 달리하여 효율을 높이고자 한다. 고대로부터 팔로 노를 젓는 방식으로부터, 근래에는 발로 페달을 돌리어 수중에 있는 스크류를 회전구동하거나 공기 중의 프로펠러를 구동하여 추진하는 방식이 시도되어 실용화되었다. 물속의 스크류방식은 캐비테이션에 의한 제약으로, 공기 중에서 공기를 밀어내는 프로펠러 방식(미국 MIT공대의 Decavitator)보다 속도가 떨어진다.The present invention is to increase the efficiency by different propulsion method as a ship to propel with human force only. From ancient times, paddles with arms have been attempted and put into practice in recent years by turning pedals with feet to drive a screw in water or to drive propellers in the air. The screw method in water is limited by the cavitation and is slower than the propeller method (the Decavitator of MIT Technical) which pushes air out of the air.

따라서 스크류 대신 수중익을 이용하여 참치의 지느러미 추진방식(thuniform)을 본떠 추진력과 동시에 부양력을 얻기도 한다. (종래기술문헌 1)Hence, hydrofoils instead of screws are used to obtain propulsion and flotation, modeling the tuna's fin propulsion. (Prior Art Document 1)

이러한 Flapping Foil 방식은 초기 속도가 낮을 때 효율이 0 이라는 문제가 있기에 물 밖에서 뛰어들어 가듯, 어느 정도 속도를 갖고 입수하여야 하고, 수상에서는 계속 진행을 하여야 한다. 오랫동안 주행하다 지쳐, 주행속도가 떨어지면 효율도 떨어져 부양력을 얻을 수 없게 되어 물에 가라앉기도 한다.Since the flapping foil method has a problem of zero efficiency at low initial speed, it should be obtained at a certain speed as if it is jumping out of the water, and it must proceed in the water. Tired of driving for a long time, if the driving speed drops, the efficiency is also lowered, so the flotation force can not be obtained, and the water sinks.

결국, 선박이라기보다 물놀이 완구 수준에 머무르고 만다.After all, they stay at the level of playing toys rather than ships.

Flapping Foil의 최대 단점인 '낮은 속도에서 아주 낮은 추진효율' 에 대한 문제를 극복하고자 Jet추진 방식(해파리, 오징어 방식)을 도입하였으나, 이는 전기 동력원을 필요로 하기에 인력추진이 아니다. (종래기술문헌 2).In order to overcome the problem of flapping foil, the very low propulsion efficiency at low speed, Jet propulsion method (jellyfish, squid method) was introduced, but it is not manpower promotion because it requires electric power source. (Prior Art Document 2).

Flapping Foil의 구동에서 Thuniform추진 방식과 Jet추진 방식을 인력만으로 가능하게 하여, 해양스포츠와 소형 어선으로도 쓸 수 있도록 하는 것이, 본 발명에서 풀어야 할 과제이다. It is a problem to be solved in the present invention to enable the thuniform propulsion method and the jet propulsion method only by manpower in the operation of flapping foil, so that it can be used in marine sports and small fishing boats.

본 발명에서는 도 1과 같이,In the present invention, as shown in Figure 1,

정지중에도 물 위에 떠 있기 위한 통상적인 쌍동선체(Catamaran)(1),Conventional Catamaran (1) to float on water during standstill,

선체의 전방에 위치한 수중익부(항공기에서는 Canard Wing 이라고 함)(2),Hydrofoil located in front of hull (called Canard Wing on aircraft) (2),

선체의 후방에 위치하여 저속에서는 Jet방식으로 구동되고, 일정속도 이상에서는 Thuniform 방식으로 구동되는 Flapping Foil 추진부(3),Flapping Foil propulsion unit (3), which is located at the rear of the hull and is driven by the jet method at a low speed, and is driven by the thuniform method at a predetermined speed or more.

Flapping Foil의 지지부(4)와 견고하게 체결된 쌍동선체(1)와 전방 수중익부(2)를 이어주되, 핸들(5)에 의하여 상하 및 좌우로 상대적인 회전변형을 가능하게 하는The twin hull (1) and the front hydrofoil (2), which are firmly fastened to the support (4) of the flapping foil, are connected, and the handle (5) enables relative rotational deformation up and down and left and right.

Universal Pivot(6),Universal Pivot (6),

를 기본 구성으로 한다.Is the default configuration.

오른쪽 페달(7)은 쌍동선체를 이어 주는 Flapping Foil 지지부(4)에 부착되어 있으며, 왼쪽 페달은 Flapping Foil (10)의 Mean Aerodynamic Center(대개 1/4코드)에 위치한 Pivot에 연결되어 있다.The right pedal (7) is attached to the Flapping Foil support (4) connecting the catamaran hull, the left pedal is connected to the Pivot located in the Mean Aerodynamic Center (usually 1/4 cord) of the Flapping Foil (10).

Flapping Foil 추진부(3)는 전방(가려서 잘 안보임)과 후방의 날름막(9)에 의하여 뒤로만 물을 통과시킬 수 있으며, 상하 좌우는 막혀있는 사각박스로 이루어진 Flapping Foil 지지부(4), 그리고 그 안에서 상대적인 상하 및 회전운동을 하는 The flapping foil propulsion part 3 can pass water only backwards by the front (obscured well) and the rear membrane 9, and the flapping foil support part 4 which consists of a rectangular box blocked up and down and left and right, and its Relative up and down and rotational movement within

Flapping Foil (10)으로 이루어져 있다.It consists of Flapping Foil (10).

도 2는 배가 왼쪽으로 갈 때, Flapping Foil의 상하 운동방향과, 그에 따른 합력(Resulatant Force)을 굵은 화살표로 보여준다. 배가 왼쪽으로 진행함으로써 생기는 상대속도와 Flapping Foil이 상하운동을 함으로서 생기는 상대수류속도에 대하여, Flapping Foil이 음의 받음각(Negative Angle of Attack)를 갖게 되면 추진력이 생긴다. 그러나 진행속도가 없다면 Flapping Foil이 아무리 상하운동(Heaving)을 하여도 마냥 제자리에 있을 뿐이다.Figure 2 shows when the ship goes to the left, the vertical direction of movement of the Flapping Foil, and the resulting force (Resulatant Force) as a thick arrow. Propulsion occurs when the flapping foil has a negative angle of attack against the relative velocity caused by the ship going left and the relative flow rate caused by the flapping foil moving up and down. However, if there is no speed, the Flapping Foil will just stay in place no matter how heaving.

도 3은 Flapping Foil추진부 (3)가 날름막(9)를 생략하고 표현되어 있다. 오른쪽 페달은 사각박스와 연결되어 있고, 왼쪽 페달은 사각박스 안에서 상대운동을 하는 Flapping Foil (10)에 연결되어 있으며, Flapping Foil은 좌우가 공히 앞의 도 르래(11)과 뒤의 도르래(12)가 수직가이드레일에 구속되어 있다. 왼쪽페달과 오른쪽페달을 교대로 밟으면 사각박스와 Flapping Foil (10)은 상대운동을 하게 되어 있다.In Fig. 3, the flapping foil propulsion unit 3 omits the lamella 9. The right pedal is connected to the square box, and the left pedal is connected to the Flapping Foil (10) which makes relative movement in the rectangular box, and the Flapping Foil is the front pulley (11) and the rear pulley (12). Is constrained to the vertical guide rail. If you step on the left and right pedals alternately, the square box and the Flapping Foil (10) are in relative motion.

그리고 핸들(5)의 좌측브레이크는 전방도르래(11)을 제동하고, 우측브레이크는 후방도르래(12)를 제동하도록 하고, 운전자가 적당하게 핸들의 브레이크 잡는 시기를 조절하면 도 3의 오른쪽 공정도(측면도)와 같이 Jet추진 모드가 가능하다. If the left brake of the handle 5 brakes the front pulley 11, the right brake brakes the rear pulley 12, and if the driver adjusts the timing of the brake appropriately, the right process diagram of FIG. Jet propulsion mode is possible.

a 에서는 Flapping Foil이 사각박스 내 임의위치에 있다고 보고, 우측브레이크를 잡아 후방도르래(12)를 고정시키고 왼쪽페달을 밟으면, b와 같이 Flapping Foil의 In a, the Flapping Foil is regarded as an arbitrary position in the rectangular box, and by holding the right brake, the rear pulley 12 is fixed and the left pedal is pressed.

앞전(leading edge)이 밑으로 내려가면서, 날름막 때문에 앞 부분의 물은 빨아 들이고 뒤의 물은 분사하게 된다. 다음 좌측브레이크를 잡아 전방도르래(11)을 고정시키고, 우측브레이크를 풀어서 후방도르래가 움직이도록 하면서 계속 왼쪽 페달을 밟으면, c 와 같이 뒤전(trailing edge)까지 바닥으로 내려가며, Flapping Foil 앞의 물은 빨아 들이고, Flapping Foil 뒤의 물은 분사한다.As the leading edge is lowered, the nibble sucks in water from the front and sprays water from the back. Then hold the left brake to fix the front pulley (11), release the right brake to keep the rear pulley moving and continue to press the left pedal, down to the trailing edge (trailing edge) like c, the water in front of the flapping foil Suck and spray water behind Flapping Foil.

다음, 좌측브레이크를 풀고 우측브레이크는 잡고, 즉 뒷 도르래는 고정시키고 오른쪽 페달을 밟으면 d 와 같이 앞전은 위로 올라가며, 계속 앞의 물은 빨아들이고 뒤의 물은 분사한다.Next, release the left brake, hold the right brake, ie hold the rear pulley and press the right pedal, the leading edge goes up as in d, and it continues to suck the front water and spray the back water.

Jet 추진모드에 의하여 어느 정도 주행속도를 얻으면, 도 4와 같이 전후방 날름막을 들어올리고, Flapping Foil이 Negative Angle of Attack이 되도록 하면서 좌우 페달을 교대로 밟으면 Thuniform(참치방식)추진 모드가 된다.When the driving speed is obtained to some extent by the jet propulsion mode, as shown in FIG. 4, the front and rear cutting membranes are lifted up, and when the flapping foil becomes the negative angle of attack, the pedals are alternately pressed to the thuniform propulsion mode.

이와 같이 하여 속도가 높아지면 Flapping Foil은 계속 추진력을 얻도록 하고, Universal Pivot(6)에 대한 핸들(5)의 상하 조작은 쌍동선체(1)에 연결된 Flapping Foil 지지부 사각박스의 상하 수평판의 피치를 조종하는 것이며, 상하 평판에 걸리는 양력은 쌍동선체를 물 밖으로 부상시키게 된다.In this way, when the speed is increased, the flapping foil continues to gain propulsion force, and the up and down manipulation of the handle 5 to the universal pivot 6 is performed by the pitch of the up and down horizontal plates of the flapping foil supporting square box connected to the catamaran hull 1. The lift on the top and bottom plates will cause the catamaran to float out of the water.

따라서 전방수중익부(2)와 후방의 Flapping 추진부(3)만 물속 또는 수면상에서 물과 접하게 되어 고속주행이 가능하다.Therefore, only the front hydrofoil portion 2 and the rear flapping propulsion portion 3 come into contact with water in the water or on the water surface, thereby enabling high-speed driving.

사람의 힘만으로 움직이는 배에서 효율이 좋은 Flapping Foil을 쓰기 위하여 저속에서는 Jet추진 모드로 시동하고, 어느 정도 속도가 되면 Thuniform추진 모드로 추진효율과 주행속도를 높이어, 수중익의 양력효과로 선체를 부양하여 전후방 수중익부만 물에 접하게 하여 고속이 되도록 함에 있어, 양손과 양발로 추진하면서, 선회와 같은 횡운동 뿐 아니라 피치와 같이 종운동에 대한 조종이 가능하도록 하여, 경제적인 수중익선이 되어 해양스포츠 뿐 아니라 낚시나 수산양식 같은 어로 작업에도 사용 가능하다.In order to use efficient flapping foil on ships moving by human power only, it starts in jet propulsion mode at low speed, and when it reaches a certain speed, it raises propulsion efficiency and running speed in thuniform propulsion mode and raises the hull by the lift effect of hydrofoil. In the front and rear hydrofoil only in contact with the water to the high speed, while pushing with both hands and feet, it is possible to control not only the lateral movement such as turning, but also the longitudinal movement like the pitch, making it an economic hydrofoil as well as marine sports It can also be used for fishing tasks such as fishing and aquaculture.

Claims (3)

사람의 힘만으로 Flapping Foil을 써서 추진하는 선박에 있어,In ships that use flapping foil to propel with human power alone, 저속에서는 물을 분사하는 Jet추진 모드로 동작하고,At low speed, it operates in jet propulsion mode to inject water, 적정속도에 이르면 Thuniform추진 모드로 동작하는 인력선박 시스템Manpower ship system operating in thuniform propulsion mode when the proper speed is reached 1 항에 있어,According to claim 1, 양발을 교대로 밟아 Flapping Foil의 상하운동을 하도록 하면서While stepping on both feet to make the flapping foil move up and down 양손을 써서 Flapping Foil의 상하 및 회전운동을 구속하므로By using both hands to constrain the up and down and rotation of the flapping foil 선택적으로 Jet 또는 Thuniform 모드를 구현하는 방법How to Optionally Implement Jet or Thuniform Modes 1 항에 있어,According to claim 1, 양발을 교대로 밟아 Flapping Foil의 상하운동을 하도록 하면서While stepping on both feet to make the flapping foil move up and down 양손을 써서 Flapping Foil의 상하 및 회전운동을 구속하므로By using both hands to constrain the up and down and rotation of the flapping foil 선택적으로 Jet 또는 Thuniform모드를 구현하는 시스템Optionally implement Jet or Thuniform mode

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