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KR20110057638A - 동적 자세 제어가 가능한 선박 - Google Patents

동적 자세 제어가 가능한 선박 Download PDF

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KR20110057638A
KR20110057638A KR1020090114114A KR20090114114A KR20110057638A KR 20110057638 A KR20110057638 A KR 20110057638A KR 1020090114114 A KR1020090114114 A KR 1020090114114A KR 20090114114 A KR20090114114 A KR 20090114114A KR 20110057638 A KR20110057638 A KR 20110057638A
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Abstract

본 발명은 동적 자세 제어가 가능한 선박에 관한 것으로서, 선체의 하부에 측방향으로 돌출되도록 다수로 마련되는 날개와, 날개 각각에 상하 및 전후로 방향 전환이 가능한 추력을 발생시키도록 설치되는 선회식 추진기를 포함한다. 따라서, 본 발명은, 동적으로 자세를 제어할 수 있도록 함으로써 밸러스트 탱크를 제거할 수 있고, 이로 인해 화물 적재 등을 위한 공간이 증가할 뿐만 아니라 밸러스트 수의 배출 등으로 인한 환경오염을 방지하며, 순항 시에 추력 증가에 도움을 줌으로써 선박의 순항속도도 증가시킬 수 있고, 연료 저장 공간의 확보가 용이하여 선체의 공간활용도를 높이도록 하는 효과를 가진다.
날개, 선회식 추진기, 자세감지부, 제어부, 관성측정유닛

Description

동적 자세 제어가 가능한 선박{VESSEL CAPABLE OF CONTROLLING DYNAMIC POSITION}
본 발명은 동적으로 자세를 제어할 수 있도록 함으로써 밸러스트 탱크를 제거할 수 있고, 이로 인해 화물 적재 등을 위한 공간이 증가할 뿐만 아니라 순항 시에 추력 증가에 도움을 주는 동적 자세 제어가 가능한 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 화물의 선적 및 하역에 의해 무게 중심이 변동되는 것을 최소화하기 위하여 밸러스트 탱크(ballast tank)를 가지고 있다. 따라서, 선박에 화물이 만재되면 밸러스트 탱크로부터 밸러스트 수를 비움으로써 선박의 무게 중심이 해수면 아래에 위치하여 파도 등의 외력이 작용하더라도 안전하게 항해할 수 있도록 하고, 선적된 화물이 없거나 적은 경우에는 선박의 무게 중심이 해수면 아래로 이동하도록 밸러스트 탱크에 해수를 유입시켜서 안정적인 항해를 가능하도록 한다.
이러한 선박의 밸러스트 탱크는 선박 내부에 설치되는 선체 탱크(hull tank)로서 선박의 하단 또는 양측에 설치되어 해당 탱크에 채워지는 밸러스트 수의 양을 조절하여 선박의 안정성을 확보하고, 선박에 화물이 적재되지 않은 경우 선박 운항의 효율을 증가시키는 역할을 담당한다.
또한, 선박은 횡 안정성의 확보를 위하여 안티 힐링(anti-heeling) 시스템을 사용하게 되며, 이러한 안티 힐링 시스템의 경우 밸러스트 탱크의 밸러스트 수를 선체의 좌현과 우현으로 이동시키면서 선박의 경사각을 원하는 각도로 유지시키게 된다.
상기한 바와 같이, 종래의 기술에 따른 선박은 밸러스트 탱크를 사용하는 경우 밸러스트 수의 배출로 인해 서로 다른 지역들의 해수를 강제 교환시키는 역할을 하게 됨으로써 해양 오염을 유발할 뿐만 아니라, 화물의 적재 공간을 감소시키는 문제점을 가지고 있었다.
또한, 선박의 횡 안정성을 확보하기 위하여 안티 힐링(anti-heeling) 시스템을 이용하는 경우 선박에는 언제나 일정 수준 이상의 밸러스트 수가 확보되어야 하며, 안티 힐링 시스템을 구동하는 도중에 외부 교란이 발생하게 되면 선박의 경사각을 원하는 각도로 만들어 주기 위하여 긴급한 자세 변경이 요구되는 경우에 이를 어렵게 하는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 밸러스트 탱크를 제거할 수 있고, 이로 인해 화물 적재 등을 위한 공간이 증가할 뿐만 아니라 밸러스트 수의 배출 등으로 인한 환경오염을 방지하며, 순항 시 추력 증가에 도 움을 준다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박은, 동적 자세 제어가 가능한 선박으로서, 선체의 하부에 측방향으로 돌출되도록 다수로 마련되는 날개와, 날개 각각에 상하 및 전후로 방향 전환이 가능한 추력을 발생시키도록 설치되는 선회식 추진기를 포함한다.
본 발명은 동적으로 자세를 제어할 수 있도록 함으로써 밸러스트 탱크를 제거할 수 있고, 이로 인해 화물 적재 등을 위한 공간이 증가할 뿐만 아니라 밸러스트 수의 배출 등으로 인한 환경오염을 방지하며, 순항 시 추력 증가에 도움을 줌으로써 선박의 순항속도도 증가시킬 수 있고, 연료 저장 공간의 확보가 용이하여 선체의 공간활용도를 높이도록 하는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박을 도시한 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제 어가 가능한 선박(100)은 선체(160)의 하부에 마련되는 날개(110)와, 날개(110)에 설치되는 선회식 추진기(120)를 포함할 수 있으며, 선회식 추진기(120)외에 추력을 발생시키는 주 추진기관을 가질 수 있다.
날개(110)는 선체(160)의 하부에 측방향으로 돌출되도록 다수로 마련되고, 일례로 선체(160)의 양측에 전후로 각각 설치될 수 있으며, 이로 인해 선체(160) 양측에 각각 한 쌍씩 설치될 수 있고, 해수의 흐름에 따라 상향 또는 하향으로 양력을 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 날개(110)는 선체(160)에 고정됨과 아울러 내측에 저장공간(111a)이 마련되는 본체(111)와, 저장공간(111a) 내측에 슬라이딩 가능하도록 설치됨과 아울러 저장공간(111a)을 연료가 저장되는 제 1 공간(111b)과 해수가 채워지는 제 2 공간(111c)으로 양분하는 격벽(112)과, 제 1 공간(111b)의 연료가 소모됨에 따라 제 2 공간(111c)에 해수를 유입하여 격벽(112)을 슬라이딩시킴으로써 제 2 공간(111c)을 확장시키는 해수유입부(113)를 더 포함할 수 있다.
본체(111)는 유선형의 단면을 가질 수 있고, 진행시 양력을 발생시키는 구조를 가질 수 있으며, 내측에 길이방향으로 저장공간(111a)이 형성되되, 격벽(112)에 의해 분할되는 제 1 공간(111b)은 선체(160)에 인접하도록 위치함으로써 연료의 충진부분이 선체(160) 내측에 위치하도록 할 수 있고, 제 2 공간(111c)은 선체(160)의 반대측에 위치하여 연료의 소모 내지 사용에 의해 제 1 공간(111b)에 발생되는 부압과 해수유입부(113)를 통해 유입되는 해수압에 의해 격벽(112)이 제 1 공간(111b)측으로 슬라이딩 이동함으로써 제 2 공간(111c)이 확장된다.
본체(111)의 저장공간(111a)을 서로 격리되는 제 1 및 제 2 공간(111b, 111c)으로 양분시키기 위하여 저장공간(111a)의 내측면과의 사이에 실링부재가 설치될 수 있다.
해수유입부(113)는 본체(111)의 정면에 형성되는 유입구(113a)와, 유입구(113a)와 제 2 공간(111c)을 연결시키도록 설치되는 연결관(113b)을 포함할 수 있다.
유입구(113a)는 게이트 밸브 등과 같은 개폐유닛을 설치함으로써 개폐유닛에 의해 개폐될 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 날개(110)의 받음각을 조절하도록 선체(160)에 마련되는 각도조절구동부(130)를 더 포함할 수 있으며, 본 실시예에서 날개(110)가 4개로 이루어짐을 고려하여 제 1 내지 제 4 각도조절구동부(130)를 가지게 된다. 이러한 각도조절구동부(130)는 모터 등의 회전력을 이용하여 날개(110)를 회전시킴으로써 날개의 받음각을 조절할 수 있다.
본 발명의 이해와 설명의 편의를 도모하기 위하여, 이하 각도조절구동부(130)가 각 날개(110)별로 구비되는 것으로 설명한다. 그러나, 각도조절구동부(130)의 개수는 이에 한정되지 아니하고 다양하게 수정, 변경될 수 있다. 예를 들어, 각도조절구동부(130)는 하나가 구비될 수 있고, 하나의 각도조절구동부(130)가 4개의 날개(110)의 받음각을 조절할 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
선회식 추진기(120)는 날개(110) 각각에 상하 및 전후로 방향 전환이 가능한 추력을 발생시키도록 설치되는데, 선회식 추진기(120)의 설치 개수는 선박(100)의 종류에 따라 다르게 적용될 수 있으나, 본 실시예에서처럼 안정성 확보를 위하여 좌현과 우현의 동일한 위치에 한 쌍씩 설치됨으로써 제 1 내지 제 4 선회식 추진기(120)로 이루어질 수 있으며, 추력 발생을 위한 프로펠러(121)를 가지며, 프로펠러(121)를 회전시키기 위한 모터 등을 포함하는 추진구동부(미도시)와 날개(110)로부터 상하 및 전후로 회전되기 위한 모터 등을 포함하는 회전구동부(미도시)를 각각 가질 수 있다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 안정성 유지를 위하여 현재의 자세, 예를 들면 선체(160)의 횡방향 및 종방향 자세를 파악할 필요가 있으며, 이를 위해 선체(160)의 기울기를 감지하는 자세감지부(140)와, 자세감지부(140)로부터 출력되는 신호를 수신받아서 선회식 추진기(120)를 제어하는 제어부(150)를 더 포함할 수 있다.
자세감지부(140)는 날개(110)의 끝단에 각각 설치되어 관성을 측정하는 관성측정유닛(141)을 포함할 수 있으며, 이로 인해 제 1 내지 제 4 관성측정유닛(141)을 포함하게 되며, 이러한 관성측정유닛(141)으로부터 각각 출력되는 감지신호를 제어부(150)가 수신받아 선체(160)의 전후 기울기와 좌우 기울기 등의 자세를 판단할 수 있도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 자세감지부(140)가 날개(110)의 끝단에 각각 설치되는 것으로 설명하나, 본 발명이 적용되는 환경에 따라 날개(110) 또는 날개(110)가 연결되는 선박(100)의 다양한 위치에 설치될 수 있음은 본 발명의 기술 적 사상에 비추어 당업자에게 자명하다.
제어부(150)는 관성측정유닛(141)의 감지신호를 각각 수신받아 선체(160)의 전후 기울기 및 좌우 기울기를 구하여 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 선회식 추진기(120) 각각의 추력 방향을 달리함으로써 선체(160)가 원하는 자세를 유지하도록 한다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 초기 출항시 선회식 추진기(120)가 주 추진기관의 효율적인 작동에 요구되는 흘수를 확보할 수 있을 정도의 추력을 내지 못하는 경우 선체(160)의 선미에 고체 밸러스트(solid ballast)를 설치할 수 있다.
이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 항구에서 출항하여 정속에 도달하기 전까지 안정적인 운용을 위하여 필요한 흘수를 확보하기 위해서 도 1에 도시된 바와 같이, 선저에 위치한 선회식 추진기(120)의 프로펠러(121)가 수직 하방을 향하도록 작동시킴으로써 하측으로 추력을 가하게 된다. 이 경우 선박(100)은 추력이 하측으로 발생됨으로써 흘수가 높아지게 되며, 주 추진기관의 작동으로 인해 운항을 시작할 수 있다.
또한, 날개(110)에서 발생되는 하방으로의 양력 크기는 날개(110)와 수평방향이 이루는 각, 즉 받음각의 변화에 따라 다르게 나타나며, 선박(100)의 순항 운전시에는 각도조절구동부(130)의 구동에 의해 날개(110)의 받음각을 변화시켜서 원 하는 흘수를 확보할 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같이, 선회식 추진기(120)로부터 발생되는 추력이 운행방향의 후류측으로 향하도록 하여 운항속도를 증대시킬 수 있다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 날개(110)의 제 1 공간(111b)이 최대한 확장되도록 제 1 공간(111b)에 연료를 채운 상태에서 운항하게 되며, 운항 중의 연료 사용으로 인하여 도 3에 도시된 바와 같이, 개방된 유입구(113a)를 통해서 유입관(113b)을 따라 유입되는 해수와 제 1 공간(111b)의 연료 소모로 인해 발생되는 부압으로 인해 해수가 제 2 공간(111c)에 채워짐으로써 날개(110)의 하중을 일정하게 유지하여 흘수 유지를 가능하도록 한다. 이 때, 격벽(112)에 의해 해수와 연료가 섞이는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 종방향 또는 횡방향 안정성이 요구될 경우 선회식 추진기(120)의 프로펠러(121) 방향을 조절하여 안정성을 확보할 수 있는데, 자세감지부(140)의 관성측정유닛(141)으로부터 측정된 관성을 제어부(150)가 수신받아 선체(160)의 자세를 파악하여 종방향 또는 횡방향 안정성이 요구될 경우 선회식 추진기(120)의 추력 방향을 상하로 조절함으로써 도 4에 도시된 바와 같이 롤 모션(roll motion)을 조절하거나, 도 5에 도시된 바와 같이 피치 모션(pitch motion)을 조절하여 안정성을 확보하도록 한다.
이 때, 제어부(150)는 관성측정유닛(141)에 의해 측정된 자세와 초기 셋팅값의 차이를 파악하여 해당 크기만큼 선회식 추진기(120)의 추력을 작동시킬 수 있도록 하며, 관성측정유닛(141)에 의한 측정된 자세와 선회식 추진기(120)의 추력간에 폐루프를 구성하여 선체(160)의 안정성이 지속적으로 유지되도록 할 수 있으며, 나아가서, 자동으로 선체(160)의 자세 내지 각도를 유지할 수 있도록 프로그래밍됨으로써 약간의 불안정한 상태(negative-stable state)에서도 선체(160)의 안정성을 확보할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박(100)은 밸러스트 탱크를 생략하고, 연료를 날개(110)에 싣게 되므로, 선적할 수 있는 화물의 양을 상당히 증가시킬 수 있으며, 순항 시에 추력을 증가시켜 줌으로써 순항속도 역시 증가되도록 할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 기술이 당업자에 의하여 용이하게 변형 실시될 가능성이 자명하며, 이러한 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박을 도시한 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박을 도시한 구성도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박의 요부를 도시한 단면도이고,
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 동적 자세 제어가 가능한 선박의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110 : 날개 111 : 본체
111a : 저장공간 111b : 제 1 공간
111c : 제 2 공간 112 : 격벽
113 : 해수유입부 113a : 유입구
113b : 유입관 120 : 선회식 추진기
121 : 프로펠러 130 : 각도조절구동부
140 : 자세감지부 141 : 관성측정유닛
150 : 제어부 160 : 선체

Claims (7)

  1. 동적 자세 제어가 가능한 선박으로서,
    선체의 하부에 측방향으로 돌출되도록 다수로 마련되는 날개와,
    상기 날개 각각에 상하 및 전후로 방향 전환이 가능한 추력을 발생시키도록 설치되는 선회식 추진기
    를 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개의 받음각을 조절하도록 상기 선체에 마련되는 각도조절구동부
    를 더 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 날개는,
    해수의 흐름에 따라 상향 또는 하향으로 양력을 가지는 것
    을 특징으로 하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 날개는,
    상기 선체에 고정되며, 내측에 저장공간이 마련되는 본체와,
    상기 저장공간 내측에 슬라이딩 가능하도록 설치되며, 상기 저장공간을 연료가 저장되는 제 1 공간과 해수가 채워지는 제 2 공간으로 양분하는 격벽과,
    상기 제 2 공간에 해수를 유입하여 상기 격벽을 슬라이딩시킴으로써 상기 제 2 공간을 확장시키는 해수유입부
    를 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 해수유입부는,
    상기 본체의 정면에 형성되는 유입구와,
    상기 유입구와 상기 제 2 공간을 연결시키도록 설치되는 연결관
    을 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 선체의 기울기를 감지하는 자세감지부와,
    상기 자세감지부로부터 출력되는 신호를 수신받으며, 상기 선회식 추진기를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 자세감지부는,
    상기 날개에 각각 설치되는 관성측정유닛
    을 포함하는 동적 자세 제어가 가능한 선박.
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