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KR101365878B1 - 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법 - Google Patents

비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원은 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법에 관한 것으로, (a) 복수의 선미 부가물들을 준비하는 단계, (b) 항해중인 선박에 형성되는 유체의 흐름을 모델링하는 단계 및 (c) 상기 모델링된 유체의 흐름을 기초로 상기 선박의 에너지 유실량을 감소시키기 위하여 상기 복수의 선미 부가물들 각각의 부착 위치, 크기, 부착각도 및 비틀림 각도를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 선미 부가물들은, 모두는 아니나 적어도 일부에 있어서, 서로 다른 부착 위치 및 길이를 가지고 (i) 서로 다른 회전축을 중심으로 뒤틀린 구조 또는 (ii) 서로 비대칭적인 단면 구조 중 적어도 하나를 가진다. 따라서 개시된 기술은 항해시 해수면 하부의 상기 선미부에서 상기 추진체의 작동으로 발생되는 회전류에 기인한 에너지 유실량을 감소시킬 수 있고, 유체의 흐름을 변화시킬 수 있다. 그리고 모형선 스케일에서 구한 최적의 복수 선미 부가물에 대하여 실선 스케일의 시뮬레이션 결과를 이용하여 실선의 복수 선미부가물의 형상을 결정할 수 있다. 결과적으로, 프로펠러에 유입되는 유동이 균일화되고 프로펠러 후류에서 발생되는 에너지 유실량을 최소화하는 선박을 만들 수 있다.

Description

비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법{FORMING METHOD FOR STERN STRUCTURE OF A SHIP ATTACHED WITH ASYMMETRIC TWISTED FLOW CONTROL FIN}
본 출원은 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선박의 항해시 프로펠러에 유입되는 유속분포를 균일하게 하고 프로펠러 후류의 회전유동에서 발생되는 에너지 유실량을 감소시킬 수 있는 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법에 관한 것이다.
선박은 선미에 결합되는 프로펠러의 회전으로부터 추진력을 얻는다. 프로펠러는 물을 밀어주고 이 힘에 대한 반작용으로 선박은 앞으로 나아가게 된다. 하지만 프로펠러 전후의 해수의 흐름은 완전한 직선방향의 흐름이 되지 못하고, 선미형상의 급격한 변화로 인하여 불균일한 회전류가 되어 프로펠러로 유입되어 선박의 속도성능과 프로펠러의 공동성능을 저하시킨다. 그리고 프로펠러 후류의 회전유동은 에너지 유실을 발생시킨다. 따라서 프로펠러에 유입되는 유속 분포를 균일화하고 프로펠러 후류의 회전유동에 기인한 에너지 유실량을 최소화하는 해결책이 필요하다.
한국등록특허 제10-0433598호 (저속 비대선용 연직형 전류고정날개, 2004. 05. 19. 등록)
본 출원은 항해시 프로펠러에 유입되는 유속분포를 균일화하고 프로펠러 후류의 회전유동에 기인한 에너지 유실을 감소시킬 수 있는 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법을 제공한다.
실시예들 중에서, 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법은 (a) 복수의 선미 부가물들을 준비하는 단계, (b) 항해중인 선박에 형성되는 유체의 흐름을 모델링하는 단계 및 (c) 상기 모델링된 유체의 흐름을 기초로 상기 선박의 에너지 유실량을 감소시키기 위하여 상기 복수의 선미 부가물들 각각의 부착 위치, 크기, 부착각도 및 비틀림 각도를 결정하는 단계를 포함하고, 상기 복수의 선미 부가물들은, 모두는 아니나 적어도 일부에 있어서, 서로 다른 부착 위치 및 길이를 가지고 (i) 서로 다른 회전축을 중심으로 뒤틀린 구조 또는 (ii) 서로 비대칭적인 단면 구조 중 적어도 하나를 가진다.
일 실시예에서, 상기 복수의 선미 부가물들은 상기 (i) 및 (ii) 모두를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (b) 단계는 (b1) 복수의 선미 부가물, 추진체와 타가 부착된 선체주위에 대한 유동을 시뮬레이션하여 에너지 절감효과를 분석하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 (c) 단계는 (c1) 상기 복수의 선미 부가물의 부착 위치, 크기, 부착각도와 비틀림 각도의 초기 설계값을 선정하여 유동을 시뮬레이션하여 소요 에너지양을 분석하는 단계, (c2) 상기 시뮬레이션 결과를 기초로 하여 선미 부가물의 부착 위치, 크기, 부착각도와 비틀림 각도를 재설계하여 유동을 시뮬레이션하고 에너지 절감량을 분석하는 단계 및 (c3) 상기 (c2) 과정에서 구한 모형선 스케일의 복수 선미 부가물에 대하여 실선 스케일에 대한 형상을 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 출원의 개시된 기술은 항해시 선박 추진체의 작동으로 발생되는 회전류를 추진체 후류의 회전유동에 기인한 에너지 유실량을 감소시킬 수 있다.
또한, 선박의 항해시 선미부의 프로펠러 면에 유입되는 유속을 균일하게 하여 프로펠러 공동성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 선박을 나타내는 사시도이다.
도 2는 도 1에 있는 선박에서 선미부와 선미 구조부를 나타내는 확대 사시도이다.
도 3은 도 1에 있는 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법을 나타내는 도면이다.
개시된 기술에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 개시된 기술의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 개시된 기술의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 개시된 기술에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 개시된 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시예에 따른 선박을 나타내는 사시도이고, 도 2는 도 1에 있는 선박에서 선미부와 선미 구조부를 나타내는 확대 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선박(100)은 선미부(110)와 선미 구조부(120)를 포함한다.
선미부(110)는 추진체(112)를 포함하고, 선박(100)의 항해시 해수면에 아래에 위치하여 선박(100)의 항해를 추진하고 회전류를 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 추진체(112)는 프로펠러로 구현될 수 있다. 추진체(112)는 항해방향의 반대방향으로 해수를 밀어내면서 항해방향으로의 추진력을 발생시킨다. 추진력이 발생되면, 추진체(112)의 회전에 의해 추진체의 회전방향으로 소용돌이 형태의 회전류가 발생된다. 회전류는 추진체(112) 중심축을 기준으로 하여 상부와 하부 그리고 좌현과 우현에 비대칭적인 구조를 갖는다. 결과적으로, 회전류로 인하여 많은 양의 에너지가 유실된다.
선미 구조부(120)는 복수의 선미 부가물들(121~124)을 포함하고, 추진체(112)에 의한 회전류에 변화를 발생시켜서 선박(100)의 항해시 발생하는 에너지 유실량을 감소시킨다. 일 실시예에서, 복수의 선미 부가물들(121~124)은 회전강도와 유속을 변화시켜 추진체(112)에 유입되는 유속과 입사각을 변화시킴으로써 항해시 발생하는 에너지 유실량을 감소시킬 수 있다.
복수의 선미 부가물들(121~124) 각각은 회전류로부터 발생되는 해수의 회전에너지를 감소시키기 위해 모두는 아니나 적어도 일부에 있어서, 서로 다른 길이로 형성되고, 서로 다른 위치에 부착된다. 이는 회전류가 선미부(110)에서 불규칙한 크기 및 방향으로 발생되기 때문에, 선미부(110)에서 발생되는 회전류를 고려하여 길이와 부착위치가 결정될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 선미 부가물들(121~124) 각각은 모두 서로 같은 길이 또는 모두 서로 다른 길이로 형성될 수 있다.
또한, 복수의 선미 부가물들(121~124) 각각은 서로 다른 회전축을 중심으로 뒤틀린 구조 또는 서로 비대칭적인 단면 구조 중 적어도 하나로 형성된다. 이는 회전류가 뒤틀린 구조 또는 비대칭적인 단면 구조를 따라 흐르면서 회전방향이 감소 또는 상쇄될 수 있고, 결과적으로, 회전류를 해수의 원래 흐름 방향으로 변화시켜 에너지 유실량을 감소시키기 위함이다.
일 실시예에서, 복수의 선미 부가물들(121~124)은 서로 다른 부착 위치 및 길이를 가지고, 서로 다른 회전축을 중심으로 뒤틀린 구조와 서로 비대칭적인 단면 구조로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1에 있는 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법을 나타내는 도면이다.
도 3에서, 선미 구조부(120) 부착을 위하여 복수의 선미 부가물들(121~124)에 대한 초기안을 준비한다(단계 S210).
항해중인 선박(100)에 형성되는 해수(이하, 유체라 함)의 흐름을 시뮬레이션하여 소요 에너지양을 추정한다(단계 S220). 일 실시예에서, 유체의 흐름은 복수의 선미 부가물(121~124)과 추진체(112)에서 발생되는 회전류를 포함할 수 있다.
선미 부가물(121~124)의 초기안(S210 단계)에 대하여 부착위치, 크기, 부착각도와 비틀림 각도 등을 변화시켜 개선안을 선정한다(S230).
선미 부가물(121~124)의 개선안(S230 단계)에 대한 유동을 시뮬레이션하여 에너지 절감효과를 분석한다(단계 S240).
부적합 판정이 나오면 선미 부가물(121~124)의 개선안(S230 단계)을 다시 도출하여 유동을 시뮬레이션하여 에너지 절감효과를 분석하는(단계 S240) 과정을 반복한다(S250).
상기의 반복 과정을 통하여 에너지 유실량이 가장 적은 복수의 선미 부가물(121~124)이 선정되면 실선 스케일의 형상을 결정한다(단계 S260). 일 실시예에서 실선 스케일의 유동 시뮬레이션은 수치해석을 이용할 수 있다.
실선 스케일의 복수의 부가물들(121~124)은 선미 구조부(120)를 형성하여 선박(100)에 결합되고, 추진체의 작동으로 발생되는 회전류에 기인한 회전에너지 유실량을 감소시켜 에너지 절감효과가 있는 선박(100)이 된다(단계 S270).
상기에서는 본 출원의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 출원의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 출원을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 선박 110 : 선미부
120 : 선미 구조부

Claims (4)

  1. (a) 복수의 선미 부가물들(121~124)을 준비하는 단계;
    (b) 항해중인 선박(100)의 복수의 선미 부가물들(121~124)과 프로펠라로 구현된 추진체(112)에서 발생되는 회전류를 포함한 유체의 흐름을 모델링하는 단계; 및
    (c) 상기 추진체의 회전강도와 유속을 변화시켜 상기 추진체에 유입되는 유속과 입사각을 변화시킴으로써 상기 선박(100)의 항해중 에너지 유실량을 감소시키기 위하여 상기 모델링된 유체의 흐름을 기초로 상기 복수의 선미 부가물들(121~124) 각각의 부착 위치, 크기, 부착각도 및 비틀림 각도를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 (b) 단계는 상기 복수의 선미 부가물들(121~124), 상기 추진체(112)와 타가 부착된 선체주위에 대한 유동을 시뮬레이션하여 에너지 절감효과를 분석하며,
    상기 (c) 단계는 (c1) 상기 복수의 선미 부가물들(121~124)의 부착 위치, 크기, 부착각도와 비틀림 각도의 초기 설계값을 선정하여 상기 유동을 시뮬레이션하여 소요 에너지양을 분석하는 단계; (c2) 상기 시뮬레이션 결과를 기초로 하여 상기 복수의 선미 부가물들(121~124)의 부착 위치, 크기, 부착각도와 비틀림 각도를 재설계하여 상기 유동을 시뮬레이션하고 에너지 절감양을 분석하는 단계; 및 (c3) 에너지 유실량이 가장 적은 복수의 선미 부가물들(121~124)이 선정되면 상기 (c2) 단계에서 구한 모형선 스케일의 복수 선미 부가물들(121~124)에 대하여 실선 스케일에 대한 형상을 결정하는 단계를 더 포함하며,
    상기 복수의 선미 부가물들(121~124) 모두는 상기 회전류를 고려하여 서로 다른 부착 위치 및 길이를 가지며, 서로 다른 회전축을 중심으로 뒤틀리고 서로 비대칭적인 단면 구조를 가지는 비대칭 비틀림 유동제어 핀이 부착된 선박의 선미 구조부 형성 방법.
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