Wave Responses and Ship Motions in a Harbor Excited by Long Waves(I)

항만내 파도응답과 계류선박의 운동해석(I)

The motion response of a ship moored in a rectangular harbor excited by long waves has been studied theoretically and experimentally. Within the framework of potential theory, matched asymptotic expansion techniques are exployed to analyze the problem. The fluid domain is divided into the ocean and the harbor regions for the analysis of wave response in a harbor without ship. The wave responses in both the ocean and the harbor sides are solved first independently in terms of Green's functions, which are the solutions of the Helmholtz equation satisfying appropriate boundary conditions. Slender body approximations are used to obtain the velocity jumps across the ship, which are associated with the symmetric motion modes of the ship. Unknowns contained in each solution are finally determined by matching at an intermediate zone between two neighboring regions. Theoretical results predict the ship motion qualitatively well. The main source of quantitative discrepancies is presumably due to real fluid effects such as separation at the harbor entrance and friction on harbor boundaries.

본 연구에서는 항만내 파도응답과 항만안에 계류된 선박의 운동응답을 선형포텐셜이론으로 해석하고 모형시험을 수행하여 항만공진문제의 물리적 특성과 항만내 계류된 선박의 운동특성을 밝혔다. 유체영역을 해양과 항만영역으로 나누어 각 영역에서 경계치문제를 독립적으로 푼 다음, 두 영역의 해를 항만입구에서 정합하여 미지수를 구함으로써 선박에 입사하는 항만내 파도응답을 유도하였다. 선박에 작용하는 파기진력을 계산하고 선체운동에 따르는 동유체력을 해석하였다 얻어진 유체력을 이용하여 운동방정식을 풀어 선박의 운동변위를 구하였다. 사각형 항만안에 계류된 선박의 운동응답에 대한 실험을 수행한 결과 계산치와 실험치는 정성적으로 서로 비슷한 경향을 보이나 정량적으로 차이를 보이고 있음을 확인하였다. 여기서는 우선 선체운동중 대칭운동(전후동요-수직동요-종동요)만을 취급하였다. 비대칭운동(좌우동요-횡동요-선수동요)과 실험결과는 다음 기회에 발표할 예정이다.