(19) 대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(45) 공고일자 2012년04월09일
(11) 등록번호 10-1133784
(24) 등록일자 2012년03월29일
(51) 국제특허분류(Int. Cl.)
B62D 37/02 (2006.01) B62D 35/00 (2006.01)
(21) 출원번호 10-2010-0066426
(22) 출원일자 2010년07월09일
심사청구일자 2010년07월09일
(65) 공개번호 10-2012-0005774
(43) 공개일자 2012년01월17일
(56) 선행기술조사문헌
KR1020090036065 A*
KR1020030067396 A*
KR1019990006720 A*
*는 심사관에 의하여 인용된 문헌
(73) 특허권자
신동식
서울특별시 강서구
장승범
서울특별시 노원구
김영재
서울특별시 서대문구
(72) 발명자
신동식
서울특별시 강서구
김영재
서울특별시 서대문구
장승범
서울특별시 노원구
(74) 대리인
김건우
전체 청구항 수 : 총 9 항 심사관 : 이광제
(54) 발명의 명칭 운송체의 항력 감소 장치
(57) 요 약
본 발명은 운송체의 항력 감소 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 운송체의 상단에 일정 높이로 돌출되며
날개부를 지지하는 형태인 지지부 및 상기 지지부의 상단에 결합되고, 상광하협의 형태인 동시에 하단으로 갈수
록 상기 운송체의 후면으로부터 멀어지는 형태를 가지며, 상기 운송체의 상단에 흐르는 후류를 상기 운송체의 후
면 하단으로 가이드 하여 박리 영역을 감소시키는 동시에, 상기 후류에 와류를 발생시킴으로써 반류의 강도를 줄
여 후면 압력을 회복시키는 날개부를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 운송체의 항력 감소 장치에 따르면, 운송체의 상단에 날개부를 설치하여 공기의 흐름
에 와류를 발생시킴으로써, 공기가 운송체의 표면으로부터 박리되어 생성되는 박리 영역을 대폭 감소시켜 항력을
줄일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 운송체의 항력 감소 장치는, 지지부가 날개부를 지지하는 동시에 운송체의 상단에 흐르는
후류를 교란시키며, 날개부가 상광하협 형태를 구비함으로써 지지부를 통과한 공기의 흐름을 방해하지 않으면서
후류의 유동이 운송체 후면의 하단으로 흐르도록 가이드 하여, 박리 영역의 감소 효과를 향상시켜 운송체의 이동
에 사용되는 에너지 소비량을 효과적으로 절감할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 운송체의 항력 감소 장치는, 지지부의 하단을 운송체의 후면에 결합하는 방식을 통
해 용이하게 설치가 가능하므로, 후면이 뭉툭한 형태를 갖는 버스나 트럭과 같은 기존 운송체에 본 발명을 사용
하고자 하는 경우, 운송체의 구조를 변환할 필요 없이 단지 부착하는 것만으로도 항력을 충분히 감소시킬 수 있
어 설치비용이 매우 저렴하다.
대 표 도 - 도2
등록특허 10-1133784
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특허청구의 범위
청구항 1
운송체의 상단에 일정 높이로 돌출되며 날개부를 지지하는 형태인 지지부; 및
상기 지지부의 상단에 결합되고, 상광하협의 형태인 동시에 하단으로 갈수록 상기 운송체의 후면으로부터 멀어
지는 형태를 가지며, 상기 운송체의 상단에 흐르는 후류를 상기 운송체의 후면 하단으로 가이드 하여 박리 영역
을 감소시키는 동시에, 상기 후류에 와류를 발생시킴으로써 반류의 강도를 줄여 후면 압력을 회복시키는 날개부
를 포함하되,
상기 날개부는, 측 방향으로 복수 개가 연결되며, 복수 개의 상기 지지부에 의하여 지지되고,
상기 운송체의 상단에 흐르는 후류 중 일부는 상기 복수의 날개부 일면을 따라 흐르면서 상기 운송체의 후면 하
방으로 가이드 되고, 상기 후류 중 다른 일부는 상기 복수의 날개부 사이를 통과하여 흐르면서 와류가 발생되어
반류의 강도를 감소시키는 운송체의 항력 감소 장치.
청구항 2
제1항에 있어서, 상기 지지부는,
상기 날개부를 지지하는 동시에 상기 후류에 와류를 발생시켜 상기 후류를 교란시키는 것을 특징으로 하는 운송
체의 항력 감소 장치.
청구항 3
제1항에 있어서, 상기 지지부는,
상기 운송체의 후면에 볼트, 리벳 또는 용접에 의하여 결합되거나, 또는 상기 운송체의 후면과 일체로 형성되는
것을 특징으로 하는 운송체의 항력 감소 장치.
청구항 4
제1항에 있어서, 상기 지지부는,
직육면체, 삼각기둥, 또는 원기둥 형태인 것을 특징으로 하는 운송체의 항력 감소 장치.
청구항 5
제1항에 있어서, 상기 날개부는,
측단면이 원호 형태인 것을 특징으로 하는 운송체의 항력 감소 장치.
청구항 6
삭제
청구항 7
제1항에 있어서, 상기 날개부는,
3개가 측 방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 3 내지 6㎝ 높이에 위치하거나, 또는 2개가 측
방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 6 내지 10㎝ 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 운송체
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의 항력 감소 장치.
청구항 8
제7항에 있어서,
상기 날개부 2개가 측 방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 6 내지 10㎝ 높이에 위치하는 경우,
운송체의 후면에 상기 연장 형성된 날개부가 일정 간격으로 6개 설치되는 것을 특징으로 하는 운송체의 항력 감
소 장치.

청구항 9
제1항에 있어서,
상기 날개부의 적어도 일 끝단에 연결되며, 상기 지지부 또는 상기 날개부가 상기 운송체로부터 분리되는 것을
방지하기 위한 고정 와이어를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 운송체의 항력 감소 장치.
청구항 10
제1항에 있어서,
상기 운송체의 후면에 결합되며, 상기 지지부 및 상기 날개부의 높이를 조절하는 높이 조절부를 더 포함하는 것
을 특징으로 하는 운송체의 항력 감소 장치.
명 세 서
기 술 분 야
본 발명은 운송체의 항력 감소 장치에 관한 것으로서, 운송체의 상단에 흐르는 유체에 와류를 발생시키는 동시[0001]
에 유체 유동을 아래 방향으로 가이드 함으로써, 운송체의 후면에 발생할 수 있는 박리 영역을 대폭 축소시켜
결과적으로 운송체의 항력을 감소시킬 수 있는 운송체의 항력 감소 장치에 관한 것이다.
배 경 기 술
일반적으로 다량의 짐을 한꺼번에 운송하는 트럭과 같은 운송체는, 넓은 저장 공간을 확보하기 위하여 후면이[0002]
뭉툭한 형상을 갖게 된다. 이때 운송체가 전진함에 따라 운송체의 상단에 흐르는 공기와 같은 유체는 일정 두
께의 유체층을 형성하지만, 후면의 뭉툭한 형상으로 인하여 운송체의 표면을 따라 계속 흐르지 못하고 일정한
지점(박리점, Separation Point)으로부터 운송체에서 떨어져 나오게 된다. 이를 박리 현상(Flow Separation)
이라고 하며, 이러한 현상으로 인해 운송체 뒤쪽 부분의 압력이 감소함으로써, 운송체의 전진을 방해하는 항력
이 발생하게 되고 결과적으로 운송체의 이동에 필요한 에너지를 증가시킨다는 문제점이 있다.
특히, 100㎞/h의 속도로 이동하는 컨테이너 차량의 경우, 항력으로 인하여 낭비되는 에너지의 양이 전체 에너지[0003]
소비량의 60% 이상에 달할 정도이므로, 항력으로 인한 에너지 소비는 석유를 전량 수입하는 우리나라의 환경을
고려할 때 연료비 절감 측면에 있어서 반드시 해결해야 하는 매우 중요한 문제라고 할 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 스포츠카나 일반적인 승용차의 경우 유선형으로 차체를 제작함으로써, 공기[0004]
가 승용차의 표면으로부터 박리되지 않고 표면을 따라 흐르도록 하여 항력을 감소시킬 수 있다. 그러나 버스
또는 트럭의 경우에는 대량의 수납공간 확보라는 운송 목적의 특성상, 일반적인 승용차와 같은 유선형 차체를
채택할 수 없다는 한계가 있다.
발명의 내용
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해결하려는 과제
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 운송체의 상단에[0005]
날개부를 설치하여 공기의 흐름에 와류를 발생시킴으로써, 공기가 운송체의 표면으로부터 박리되어 생성되는 박
리 영역을 대폭 감소시켜 항력을 줄일 수 있도록 하는 운송체의 항력 감소 장치를 제공하는 것을 그 목적으로
한다.
또한 본 발명은, 지지부가 날개부를 지지하는 동시에 운송체의 상단에 흐르는 후류를 교란시키며, 날개부가 상[0006]
광하협 형태를 구비함으로써 지지부를 통과한 공기의 흐름을 방해하지 않으면서 후류의 유동이 운송체 후면의
하단으로 흐르도록 가이드 하여, 박리 영역의 감소 효과를 향상시켜 운송체의 이동에 사용되는 에너지 소비량을
효과적으로 절감할 수 있는 운송체의 항력 감소 장치를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라 본 발명은, 지지부의 하단을 운송체의 후면에 결합하는 방식을 통해 용이하게 설치가 가능하므로,[0007]
후면이 뭉툭한 형태를 갖는 버스나 트럭과 같은 기존 운송체에 본 발명을 사용하고자 하는 경우, 운송체의 구조
를 변환할 필요 없이 단지 부착하는 것만으로도 항력을 충분히 감소시킬 수 있어 설치비용이 매우 저렴한 운송
체의 항력 감소 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
과제의 해결 수단
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른, 운송체의 항력 감소 장치는,[0008]
운송체의 상단에 일정 높이로 돌출되며 날개부를 지지하는 형태인 지지부; 및[0009]
상기 지지부의 상단에 결합되고, 상광하협의 형태인 동시에 하단으로 갈수록 상기 운송체의 후면으로부터 멀어[0010]
지는 형태를 가지며, 상기 운송체의 상단에 흐르는 후류를 상기 운송체의 후면 하단으로 가이드 하여 박리 영역
을 감소시키는 동시에, 상기 후류에 와류를 발생시킴으로써 반류의 강도를 줄여 후면 압력을 회복시키는 날개부
를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 지지부는,[0011]
상기 날개부를 지지하는 동시에 상기 후류에 와류를 발생시켜 상기 후류를 교란시킬 수 있다.[0012]
바람직하게는, 상기 지지부는,[0013]
상기 운송체의 후면에 볼트, 리벳 또는 용접에 의하여 결합되거나, 또는 상기 운송체의 후면과 일체로 형성될[0014]
수 있다.
바람직하게는, 상기 지지부는,[0015]
직육면체, 삼각기둥, 또는 원기둥 형태일 수 있다.[0016]
바람직하게는, 상기 날개부는,[0017]
측단면이 원호 형태일 수 있다.[0018]
바람직하게는, 상기 날개부는,[0019]
복수 개가 측 방향으로 연장 형성되며, 복수 개의 상기 지지부에 의하여 지지될 수 있다.[0020]
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더욱 바람직하게는, 상기 날개부는,[0021]
3개가 측 방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 3 내지 6㎝ 높이에 위치하거나, 또는 2개가 측[0022]
방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 6 내지 10㎝ 높이에 위치할 수 있다.
더더욱 바람직하게는,[0023]
상기 날개부 2개가 측 방향으로 연장 형성되며 상기 운송체의 상단으로부터 6 내지 10㎝ 높이에 위치하는 경우,[0024]
운송체의 후면에 상기 연장 형성된 날개부가 일정 간격으로 6개 설치될 수 있다.
바람직하게는, [0025]
상기 날개부의 적어도 일 끝단에 연결되며, 상기 지지부 또는 상기 날개부가 상기 운송체로부터 분리되는 것을[0026]
방지하기 위한 고정 와이어를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는,[0027]
상기 운송체의 후면에 결합되며, 상기 지지부 및 상기 날개부의 높이를 조절하는 높이 조절부를 더 포함할 수[0028]
있다.
발명의 효과
본 발명에서 제안하고 있는 운송체의 항력 감소 장치에 따르면, 운송체의 상단에 날개부를 설치하여 공기의 흐[0029]
름에 와류를 발생시킴으로써, 공기가 운송체의 표면으로부터 박리되어 생성되는 박리 영역을 대폭 감소시켜 항
력을 줄일 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따른 운송체의 항력 감소 장치는, 지지부가 날개부를 지지하는 동시에 운송체의 상단에 흐르는[0030]
후류를 교란시키며, 날개부가 상광하협 형태를 구비함으로써 지지부를 통과한 공기의 흐름을 방해하지 않으면서
후류의 유동이 운송체 후면의 하단으로 흐르도록 가이드 하여, 박리 영역의 감소 효과를 향상시켜 운송체의 이
동에 사용되는 에너지 소비량을 효과적으로 절감할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따른 운송체의 항력 감소 장치는, 지지부의 하단을 운송체의 후면에 결합하는 방식을[0031]
통해 용이하게 설치가 가능하므로, 후면이 뭉툭한 형태를 갖는 버스나 트럭과 같은 기존 운송체에 본 발명을 사
용하고자 하는 경우, 운송체의 구조를 변환할 필요 없이 단지 부착하는 것만으로도 항력을 충분히 감소시킬 수
있어 설치비용이 매우 저렴하다.
도면의 간단한 설명
도 1은 운송체의 박리 영역을 줄이기 위한 기존의 방법들을 나타내는 도면.[0032]
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 작용 원리를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 작용 효과에 대한 실험 조건을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 작용 효과에 대한 실험 조건을 나타내는 도면.
도 8은 본 발명을 사용하지 않은 경우의 운송체에 대한 항력을 나타내는 도면.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 5㎝)의 항력 감소 효과를
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나타내는 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효과
를 나타내는 도면.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 10㎝)의 항력 감소 효과를
나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 7.5㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효
과를 나타내는 도면.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 10㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효과
를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부에 의한 유동을 나타내는 도면.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치에 의한 유동을 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 5㎝) 형태에 따른
작용 효과를 나타내는 도면.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 5㎝) 형태에 따른
작용 효과를 나타내는 도면.
도 18은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 7.5㎝) 형태에 따
른 작용 효과를 나타내는 도면.
도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 7.5㎝) 형태에 따
른 작용 효과를 나타내는 도면.
도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부 개수에 따른 작용 효과를 나타내는
도면.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부 개수에 따른 작용 효과를 나타내는
도면.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하[0033]
게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명
함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고
판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체
에 걸쳐 동일 또는 유사한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’되어[0034]
있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’되어 있는 경우도 포함한다.
또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이
아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 운송체의 박리 영역을 줄이기 위한 기존의 방법들을 나타내는 도면이다. 후면이 뭉툭한 형상을 갖는 트[0035]
럭이 기동하는 경우, 트럭이 밀고 지나간 영역은 순간 진공상태가 되며, 이 부분이 트럭을 뒤쪽으로 잡아당기는
효과를 갖게 됨으로써 결과적으로 항력이 증가하게 된다. 따라서 후류의 박리 현상은 트럭의 항력을 증가시키
기 때문에, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 박리 영역을 감소시키기 위하여 컨테이너 부분의 형태를 유선형
으로 변화시키거나, 트럭 후면의 형상을 변화시켜 형상압력을 낮춤과 동시에 후류의 박리 현상을 차단하는 방법
이 시도되었다. 그러나 이러한 방법은, 비록 박리 영역이 감소함에 따라 항력이 줄어들 수는 있으나, 형상을
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변화시켜야 하므로 저장 효율이 떨어지며 작업 공정이 복잡하고 어렵다는 문제점이 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도이다. 도 2 내지 도 4에 도시[0036]
된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 지지부(100), 날개부(200), 고정 와
이어(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
지지부(100)는, 운송체의 상단에 일정 높이로 돌출되며 날개부(200)를 지지하는 형태이며, 직육면체, 삼각기둥,[0037]
또는 원기둥 형태일 수 있다. 또한 지지부(100)는, 날개부(200)를 지지하는 동시에 후류에 와류를 발생시켜 후
류를 교란시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 후류가 지지부
(100)에 의하여 1차적으로 교란된 후, 날개부(200)에 의하여 운송체의 후면 하단으로 가이드 되거나 또는 2차적
으로 교란됨으로써, 반류의 강도를 현격히 떨어뜨려 후면 압력을 회복시킬 수 있다. 지지부(100)가 와류를 생
성시키는 모습에 대하여, 도 5를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 작용 원리를 나타내는 도면이다. 도 5에 도시된[0038]
바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)를 운송체의 후면에 장착하게 되면, 운송체
의 상단에 흐르는 후류에 1차적으로 지지부(100)에 의하여 와류가 생성되며 와류의 크기는 운송체의 후면으로부
터 멀어질수록 커짐으로써 박리 영역을 휘감게 된다(b). 또한 날개부(200)가 후류를 운송체 후면 하단으로 흐
르도록 하거나 또는 2차적으로 와류를 생성함으로써, 박리 영역이 대폭 감소됨에 따라 운송체 후면의 압력이 회
복되기 때문에 항력의 감소를 기대할 수 있다(c). 이때 지지부(100)에 의한 항력 감소 효과에 대하여, 도 6 내
지 도 13을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 6과 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 작용 효과에 대한 실험 조건을 나타내는[0039]
도면이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 직육면체의 풍동에 운송체가 놓여있는 것으로 모델링하여 실험하였으며,
풍동의 크기는 7×9.5×30m이며, 운송체의 크기는 1.4×1.9×3m이다. 풍동 내부에서의 유동은 속도가 50m/s이
고, 난류(Turbulent flow)이며, 일정한 밀도를 갖는 기체로 설정하였다.
[0040]
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)의 작용 효과를 검증하는 과[0041]
정에서, 효과적인 해석 시간을 얻기 위하여 운송체 밖의 후류를 제외한 공간은 mesh를 크게 하고, 유동을 명확
하게 파악할 필요가 있는 지지부(100) 및 날개부(200)는 mesh를 작게 하였다. mesh 생성 과정에서 기본 mesh의
크기는 1m, 운송체의 mesh는 0.2m, 지지부(100) 및 날개부(200)의 mesh는 0.02m로 산정하였다. 다만 운송체의
주변에 흐르는 유동의 유선(Stream Line)을 확인하기 위하여, 운송체의 중앙 부분에 가상의 판을 설치하여 해석
하였다.
도 8은 본 발명을 사용하지 않은 경우의 운송체에 대한 항력을 나타내는 도면이다. STAR CCM 를 사용하여 해석[0042]
하였으며, 도 8에 도시된 바와 같이, 운송체에 가해지는 전체 항력은 2420N으로 측정되었다. 이 값은 추후 본
발명의 효과를 입증하는 과정에서 사용될 기준 항력 값이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 5㎝)의 항력 감소 효과를[0043]
나타내는 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 항력이 2203N으로 측정되었다. 이는 본 발명을 사용하지 않은
경우인 2420N보다 217N이 감소한 결과이며, 항력 감소 비율은 약 10%이다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른
운송체의 항력 감소 장치(10)는, 지지부(100)만 사용하더라도 항력 감소에 매우 탁월한 효과를 보임을 입증할
수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효과[0044]
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를 나타내는 도면이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 항력이 2274로 측정되었고, 본 발명을 사용하지 않은 경우
보다 146N이 감소되었으며 약 6%의 항력 감소 효과를 나타낸다. 비록 지지부(100)가 높이 5㎝, 폭 5㎝인 경우
보다 항력 감소 효과는 떨어진다고 할 수 있으나, 운송체에 가해지는 항력을 줄이는 효과는 분명히 발생한다는
것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 5㎝, 폭 10㎝)의 항력 감소 효과를[0045]
나타내는 도면이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 항력은 2251N으로 나타났으며 본 발명을 사용하지 않은 경우에
비하여 169N의 항력이 감소되었음을 알 수 있다. 약 7%의 항력 감소 효과이며, 이 해석 결과 값 또한 지지부
(100)의 효과를 입증한다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 7.5㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효[0046]
과를 나타내는 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 항력 측정 결과는 2221N이며, 항력 감소량은 199N이고,
항력 감소 비율은 약 8%이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 지지부(높이 10㎝, 폭 7.5㎝)의 항력 감소 효과[0047]
를 나타내는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 항력 측정 결과는 2296N이며, 약 5%인 124N이 감소한 것을
확인할 수 있다.
이와 같은 해석 결과는 표 1과 같다. 표 1을 확인하여 볼 때, 지지부(100)의 제원에 따라 운송체의 항력을 줄[0048]
이는 효과의 정도에 차이가 있을 수 있으나, 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)가 운송체
에 가해지는 항력을 줄일 수 있다는 것은 명확히 파악할 수 있다.
표 1
[0049]
날개부(200)는, 지지부(100)의 상단에 결합되고, 상광하협의 형태인 동시에 하단으로 갈수록 운송체의 후면으로[0050]
부터 멀어지는 형태를 가지며, 운송체의 상단에 흐르는 후류를 운송체의 후면 하단으로 가이드 하여 박리 영역
을 감소시키는 동시에, 후류에 와류를 발생시킴으로써 반류의 강도를 줄여 후면 압력을 회복시킨다. 이때 날개
부(200)는 측 방향으로 복수 개가 연결되며, 복수 개의 지지부에 의하여 지지될 수 있다. 구체적으로
날개부는, 3개가 측 방향으로 연장 형성되며 운송체의 상단으로부터 3 내지 6㎝ 높이에 위치하거나, 또는 2개가
측 방향으로 연장 형성되며 운송체의 상단으로부터 6 내지 10㎝ 높이에 위치할 수 있다. 날개부(200)를 복수
개 구비할 경우, 운송체의 상단에 흐르는 후류 중 일부는, 복수의 날개부(200) 일면을 따라 흐르면서 운송체의
후면 하방으로 가이드 되고, 후류 중 다른 일부는 복수의 날개부(200) 사이를 통과하여 흐르면서 와류가 발생되
어 반류의 강도를 감소시킬 수 있다. 따라서 본 실시예는, 운송체 후면의 압력을 회복시켜서 운송체의 항력을
줄일 수 있다.
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또한 날개부(200)는 측단면이 원호 형태일 수 있으며, 따라서 지지부(100)로부터 흘러온 유동이 보다 자연스럽[0051]
게 운송체 후면의 하단으로 가이드 되도록 할 수 있다. 날개부(200)의 항력 감소 효과에 대하여, 도 14 내지
도 21을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 이때 각 실험 과정에서는, 운송체의 주변에 흐르는 유동의 유선
(Stream Line)을 확인하기 위하여 운송체의 중앙 부분에 가상의 판을 설치하여 해석하였다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부에 의한 유동을 나타내는 도면이다. 도[0052]
14에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)의 날개부(200)는, 운송체의
후면으로부터 흐르는 유동의 방향을 밑으로 바꾸는 역할을 할 수 있다. 또한 도 14를 통해 날개부(200)의 뒷부
분에 와류가 생성되는 것을 확인할 수 있으므로, 본 발명은 지지부(100)를 이용하여 약화시킨 반류를, 날개부
(200)를 이용하여 운송체 후면의 하단으로 가이드 할 뿐만 아니라 와류를 생성하여 교란시킴으로써, 박리 영역
을 대폭 감소시켜 운송체에 가해지는 항력을 줄여 에너지 소비량을 절감할 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 운
송체의 상단에 흐르는 후류는, 날개부(200)에 의해 가이드되거나 또는 복수의 날개부(200) 사이로 흘러서 와류
를 생성하게 된다. 따라서 본 실시예는, 복수의 날개부(200)를 구비함에 따라, 운송체 후면 하방으로 후류를
가이드하는 동시에, 후류에 와류를 생성함으로써, 운송체에 가해지는 항력을 대폭 절감할 수 있다. 이때 날개
부(200)에 의해 생성된 와류는, 운송체의 뒤로 갈수록 크기와 영향이 커질 수 있으며, 박리 영역을 휘감고 지나
감에 따라 항력을 감소시킬 수 있다.
도 15는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치에 의한 유동을 나타내는 도면이다. 도 15에 도시[0053]
된 바와 같이, 운송체 후면의 박리 영역이 본 발명을 사용하지 않는 경우에 비하여 상당히 감소하였음을 알 수
있다. 또한 운송체 후면의 유동은 지지부(100) 만을 사용하는 경우보다 더 복잡하고, 운송체 후면의 하단으로
더 많이 내려왔으며, 결과적으로 그만큼 압력이 회복되었음을 의미한다.
이때 항력은 2137N으로 측정되었으며, 이 측정 항력 값은 본 발명을 사용하지 않은 운송체에 대한 항력 2420N보[0054]
다 무려 283N이 감소한 것으로, 약 12%의 항력 감소 효과를 나타냈다. 뿐만 아니라 단순히 지지부(100) 만을
설치하는 경우(도 9에서의 2203N)에 비하여, 적어도 3% 이상의 추가적인 항력 감소 효과가 있으므로, 본 발명은
트럭과 같은 운송체의 기동에 있어서 에너지 소비 효율을 대폭 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 5㎝) 형[0055]
태에 따른 작용 효과를 나타내는 도면이다. 이때 실험 조건은 도 6에서 설명한 바와 동일하나 풍동 내부에서의
유동 속도를 30m/s로 조정하였다. 날개부(200)가 운송체의 상단으로부터 5㎝ 높이에 위치한 경우 날개부(200)
의 결합 개수에 따른 항력 감소를 해석한 결과이며, 측 방향으로 연장 형성된 날개부(200)의 개수에 따라 항력
은 856N(연장 형성된 날개부의 형태가 한 갈래인 경우)(a), 847N(두 갈래인 경우)(b), 843N(세 갈래인 경우)
(c)을 나타냈다. 도 17에 도시된 바와 같이, 날개부(200)가 운송체의 상단으로부터 5㎝ 높이에 위치하는 경우
에는, 날개부(200) 3개가 측 방향으로 연장 형성되는 것이 항력 감소 효과가 가장 뛰어난 것을 확인할 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부(운송체로부터의 높이 7.5㎝)[0056]
형태에 따른 작용 효과를 나타내는 도면이다. 실험 조건은 도 16 및 도 17에서의 조건과 동일하며, 날개부
(200)가 운송체의 상단으로부터 7.5㎝ 높이에 위치한 경우로 설정하여 항력을 측정하였다. 이때 측정된
항력은, 측 방향으로 연장 형성된 날개부(200)의 개수에 따라 849N(연장 형성된 날개부의 형태가 한 갈래인 경
우)(a), 825N(두 갈래인 경우)(b), 837N(세 갈래인 경우)(c)으로 나타났다. 따라서 도 19에 도시된 바와 같이,
날개부(200)가 운송체의 상단로부터 7.5㎝ 높이에 위치하는 경우에는, 날개부(200) 2개가 측 방향으로 연장 형
성되는 것이 항력을 최대한 줄일 수 있음을 알 수 있다.
도 16 내지 도 19로부터 파악할 수 있는 날개부의 결합 개수에 따른 항력은 표 2에 정리된 바와 같다. 날개부[0057]
의 결합 개수와, 날개부가 운송체의 상단으로부터 떨어진 높이에 따라서 항력의 감소 값에는 차이가 있으나, 본
발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 어떠한 조건이더라도 본 발명을 사용하지 않는 경우의
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운송체에 작용하는 항력(풍동 내부의 유동 속도가 30m/s인 경우 882N)을 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
표 2
[0058]
도 20 및 도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 날개부 개수에 따른 작용 효과를 나타[0059]
내는 도면이다. 도 16 내지 도 19에서의 실험 조건과 동일한 조건에서 해석하였으며, 날개부(200)가 운송체의
상단으로부터 7.5㎝ 높이에 위치하는 경우로 한정하고, 측 방향으로 연장 형성된 날개부(200)가 운송체에 총 몇
개가 부착되는지에 따라 항력을 측정하였다. 다만 도 20에 도시된 해석 화면은, 이미 설명한 바와 같이 운송체
주변에 흐르는 유동의 유선(Stream Line)을 확인하기 위하여 운송체의 중앙 부분에 가상의 판을 설치하여 해석
한 것이므로, 운송체의 좌측만 도시된 것이며 실제 실험에서는 운송체의 전체 형상에 대하여 해석하였음을 감안
하여야 한다. 결과적으로 832N(4개)(a), 825N(6개)(b), 834N(9개)(c), 836N(12개)(d)으로 항력이 측정되었으
며, 도 21에 도시된 바와 같이, 연장 형성된 날개부(200)는 운송체의 후면에 일정 간격으로 6개가 설치되는 것
이 가장 바람직하다는 것을 확인할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치의 사시도이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발[0060]
명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)의 지지부(100)는, 운송체의 후면에 볼트, 리벳 또는 용접에
의하여 결합될 수 있으며, 지지부(100)가 운송체로부터 분리되지 않을 수 있다면 어떠한 결합 방식도 사용될 수
있다. 이때 지지부(100)와 날개부(200)는 강철, 스테인레스, 티타늄, 또는 강성이 크고 내구력이 좋은 다른 물
질로 제작할 수 있다. 또한 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 날개부(200)의 적어도
일 끝단에 연결되며, 지지부(100) 또는 날개부(200)가 운송체로부터 분리되는 것을 방지하기 위한 고정 와이어
(300)를 더 포함할 수 있다.
도 22에 도시된 바와 같이, 후면이 뭉툭한 버스나 트럭에 단순히 본 발명을 결합하는 것만으로도 뛰어난 항력[0061]
감소 효과를 얻을 수 있다. 따라서 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 설치가 용이하
고 설치비용이 매우 저렴하며, 운송체 외에도 뭉툭한 형상을 가지며 유체의 흐름 속에 위치하는 건축물이나 구
조물에 널리 활용될 수 있을 것이다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 운송체의 항력 감소 장치(10)는, 운송체의 후면에 결합되며, 지지부(100) 및[0062]
날개부(200)의 높이를 조절하는 높이 조절부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 운송체의 속도, 크기, 형상
에 따라 항력을 최대한 감소시킬 수 있는 지지부(100) 및 날개부(200)의 높이가 상이하므로, 높이 조절부가 각
구성요소의 높이를 조절함으로써 항력 감소의 효과를 극대화 시킬 수 있다. 이때 높이 조절부는 운송체의 제원
및 속도에 따라 자동으로 지지부(100) 및 날개부(200)의 높이를 최적화하도록 구동되거나, 또는 운송체의 제원
및 속도를 확인한 운송체 사용자에 의하여 수동으로 구동될 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이[0063]
가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
등록특허 10-1133784
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부호의 설명
10: 운송체의 항력 감소 장치[0064]
100: 지지부 200: 날개부
300: 고정 와이어
도면
도면1
도면2
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도면3
도면4
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도면6
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도면7
도면8
도면9
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도면10
도면11
도면12
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도면13
도면14
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도면15
도면16
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도면17
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도면18
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도면19
등록특허 10-1133784
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도면20
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도면21
도면22
등록특허 10-1133784
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