빙해항행선박의 선수부 형상과 쇄빙능력에 관한 연구

A Study on Bow Hull Form and Icebreaking Capability of Icebreaking Vessels

극지방의 천연자원의 수송에 필수적인 빙해항행선박은 금후 우리나라의 조선산업이 지향해야 할 기술집약형 선박중 하나로서 국제경쟁에 대비하여 독자적인 연구가 요구되는 분야이다. 본 연구는 빙해항행선박 기본설계의 중요한 인자인 선수부 형상과 평탄빙에서의 쇄빙능력 사이의 상관관계를 밝히는데 목적이 있다. 통상 평탄빙(level ice)에서 선박의 전진속도를 3-4 knots로 볼 때, 탄성으로 취급되는 얼음의 재료특성을 고려하여, 파괴시킬 수 있는 얼음의 최대두께와 파괴된 얼음의 특성길이를 수치적으로 추정하는데 주안점을 두고 있다. 본 연구에서는 빙해항행 선박이 평탄빙에서 연속쇄빙을 하고 있는 상황을 탄성지지기반 위에 놓인 유한 길이의 쐐기보에 작용한 충격하중의 문제로 가정하고 굽힘모멘트에 의해 어떤 위치에서 발생한 최대인장응력이 얼음의 굽힘파괴강도에 도달한다면 그 부분에서 파단이 일어날 가능성이 가장 높다고 판단한다.

Of various design factors affecting icebreaking capability of an icebreaker, the stem angle(i.e., angle between bow stem and ice sheet) is the most important one under continuous icebreaking operation. This study focuses on the relationship between the bow stem angle of an icebreaker and its icebreaking capability. Considering relatively high loading-rate conditions with typical advancing speed of 3 to 4 knots, the material properties and deformation characteristics of sea ice are regarded as entirely elastic and brittle. In this paper the interaction process of icebreaker with level ice is simplified as a beam of finite length supported by Winkler-type elastic foundation simulating water buoyancy. The wedge type ice beam is loaded by the vertical impact forces due to the inclined bow stem of icebreaking vessels. The numerical model provides locations of maximum bending moment where extreme tensile stress arises and also possible fracture occurs. The model can predict a characteristic length of broken ice sheet upon the given environmental and design parameters.