어선에서 선도나 경사시험자료가 없는 선박에서도 임의의 재하상태때 복원성요소 값을 얻을 수 있는 근사식을 구하기 위해 1980년에서 1983년 사이에 우리나라에서 건설된 어선 43척의 만재상태와 공하상태의 경사시험자료를 이용하여 각 선박의 평균흘수(dm)와 건현(f)의 비 값에 대한 KM/dm, KG/dm, KB/dm, GM/B의 값을 회로분석한 결과는 다음과 같다. 1. 어선별 복원성요소값은 어느 선형에서나 f/dm 값이 커질수록 KM/dm 및 KG/dm 값은 커지는 경향을 나타내었으며, KB/dm 및 GM/B의 값은 일정하게 변하였다. 2. KM/dm, KG/dm는 안강망어선, 기선저인망어선이 각각 가장 큰 경향을 나타내어 어업선의 종류에 따라 M과 G의 값이 다르게 됨을 알 수 있었다. 3. 업종별어선의 복원성요소값은 공하상태와 만재상태의 경사시험한 자료만으로서 정선적인 경사시험한 것과 같은 경향을 나타내고 있음을 확인할 수 있었다
2020년 4월 부산신항에서 발생한 밀라노 브리지 사고는 초경하상태 선박의 조종성능 저하에 대한 큰 관심을 일으켰다. 본 연구는 흘수가 과도하게 작은 상태의 선박의 조종성능 저하에 대한 기초연구로 진행되었다. 이를 위하여 다양한 문헌 검토, 실증시험 및 시뮬레이션테스트를 진행하였고, 흘수가 지나치게 작은 선박은 만재 상태에 비하여 선회권의 크기가 커지므로 이에 대한 주의가 필요하다. 각 도선구에서는 입항하는 선박의 흘수가 지나치게 작을 경우 이를 제한하는 규제 도입에 대한 검토가 필요할 것으로 사료된다.
선박의 조종성능을 정확히 평가하기 위해서 지난 약 10년간 각종모형시험이 수행되었다. 그러나 수학모델에 나타나는 변수들은 너무 다양하고, 복잡한 특성을 나타내기 때문에 아직까지 설계분야에 직접 사용할 수 있는 유용한 형태가 구축되지 않았다. 본 연구에서는, 이 수학모델에서 가장 중요한 변수인 프로펠러에서의 유효반류계수($1-{\omega}_P$)와, 유효타각 $\delta_R(\beta_R)$)을 회류수조에서 조사하였다. 모델은 설계속도와 저속에서 각각 실험이 이루어졌고, 흘수 또한 만재상태와 밸러스트상태에서 실시되었다. 프로펠러 추력과 타직압력은 주어진 사항각과 프로펠러 회전수에서 측정되었다. 이 추력은 유효유입속도나 유입방향의 해석에 사용된다.
선박 성능과 항해 안전의 관점에서 선박조종 특성을 아는 것은 선박 설계에서 중요한 일이다. IMO 규정에 의하면 만재 적하된 even 조건(트림=0)에서 몇가지 선박 조종 기준이 제시되어 있다. 그러나 선박은 일반적으로 항상 만재 적재 조건으로 운항되지 않는다. 따라서 선박이 IMO 규정을 만족시키고, 모든 적재 조건에서 안전하게 항행하도록 하기 위해 다양한 적재 조건에서 선박 조종 특성을 추정해야 한다. 본 논문에서 우리는 실선 실험과 시뮬레이션을 수행하여 조종특성을 조사하였다. 시뮬레이션 결과와 비교하였을 때 실선실험은 시뮬레이션 값 및 이전 연구와 그 경향이 일치한다. 실 해역에서 얻은 조종실험 데이터가 선박 조종성능 추정에 활용 될 수 있음을 확인하였고, 실시한 실해역 실험을 통하여, 선박 운항 상태에 따른 조종성의 변화를 추정할 수 있었다.
상선에 비해 잦은 변침을 하고 어획물로 인한 중량 및 무게중심의 변화와 같은 다양한 운항조건을 가진 어선의 경우, 조종성능은 선박 운항 시에 매우 중요한 역할을 한다. 소형 어선의 사고는 2022년 기준 전체 해상 사고의 약 60%를 차지하며, 이는 부족한 조종성능으로 인한 충돌과 좌초 사고가 주요 원인이다. 특히 10톤 미만의 소형선박에서 발생한 사고는 전체 사고의 약 65%를 차지하는데, 소형 어선의 조종성능 관련 기준이 부재하여 이를 정확히 평가하기엔 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 4.99톤급 소형 어선을 대상선으로 선정하여 3D-CAD로 모델링 한 후, 상용 수치해석 프로그램인 STAR-CCM+를 활용하여 선박의 조종운동 시뮬레이션 환경을 구축하였다. 이를 바탕으로 다양한 표준재화상태와 무게중심을 고려하여 10° / 10° 및 20° / 20° zigzag test와 35° turning test를 수행하였고, 선체 중량이 증가함에 따라 변침성능이 감소하고 선회성능이 향상되는 경향을 분석하였다. 그 중, 만재출항과 부분만재입항 상태에서는 상대적으로 선회성능이 부족한 결과를 확인하였다. 이를 바탕으로 소형선박의 안전한 운항을 위한 표준재화상태와 무게중심을 고려한 조종성능의 평가 및 그에 상응하는 표준화된 조종성능 평가 기준의 필요성을 제시하였다. 또한, 본 연구의 조종성능 평가 결과가 소형선박의 조종성능 평가 기준 선정을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
정수중 부선 주위의 유동 특성을 조사 및 분석하기 위하여 부선의 저항성능을 모형시험과 CFD를 이용한 수치계산에 의하여 해석하였다. 모형실험은 무한수심 조건에서의 회류수조에서 저항과 선측파형 등을 관측하였으며, 유동장 해석을 위하여 VOF(Volume of Fluid)법을 기초로 한 수치 시뮬레이션을 이행하였다. 부선의 형태에 따르는 유동특성을 파악하기 위하여 서로 다른 모습의 부선 모형을 제작하였으며, 모형실험은 설계속도를 7kts로 정하고 역조와 순조의 조류 영향을 고려하여 5kts~10kts의 구간에서 실험을 실시하여 각 속도에 따르는 저항 특성을 비교 검토 하였다. 수치 시뮬레이션은 일정 속도에서 만재상태를 기준으로 하여 계산을 수행하였으며 수조 실험 결과와 상호 비교함으로서 본 수치계산법의 타당성을 검증할 수 있었으며, 부선의 저항성능 및 선체 주위 유동장의 특성을 분석하였다. 저속일 때 25% 정도의 저항의 차이가 발생하고, 7kts부터 유효마력이 급격히 증가하는 현상을 파악할 수 있었다.
In the ship design process, ship motion and propulsion performance in sea waves became very important issues. Especially, prediction of ship propulsion performance during real operation is an important challenge to ship owners for economic operation in terms of fuel consumption and route-time evaluation. Therefore, it should be considered in the early design stages of the ship. It is thought that the averaged value and fluctuation of effective inflow velocity to the propeller have a great effect on the propulsion performance in waves. However, even for the nominal velocity distribution, very few results have been presented due to some technical difficulties in experiments. In this study, flow measurements near the propeller plane using a stereo PIV system were performed. Phase-averaged flow fields on the propeller plane of a KVLCC2 model ship in waves were measured in the towing tank by using the stereo PIV system and a phase synchronizer with heave motion. The experiment was carried out at fully loaded condition with making surge, heave and pitch motions free at a forward speed corresponding to Fr=0.142 (Re=2.55×106) in various head waves and calm water condition. The phase averaged nominal velocity fields obtained from the measurements are discussed with respect to effects of wave orbital velocity and ship motion. The low velocity region is affected by pressure gradient and ship motion.
부산수산대학 실습선 부산403호의 내부개조 및 중량물의 철거로 인한 복원성의 변화를 측정하기 위하여 경사시험을 실시하고, 개조전과 시험시의 GM, K, GA의 값을 비교하였으며, 또한 어선 설비 등에 관한 규칙 및 IMO 규정에 비추어 복원성능을 검토하였다. 1. 경하 및 만재출항상태에서의 GZ값은 각각 0.307m 및 0.325 m 여서 복원성에는 이상이 없는 것으로 판단된다. 2. 경하상태에서는 개조전보다 GM이 0.046m 작고, KG 0.141 m 크나, 복원성에는 지장이 없는것으로 보아진다. 3. 만재출항상태에서 탱크 내 액체의 자유표면의 유동을 고려하지 않을 때는 개조전보다 GM이 0.163 m 작고 KG가 0.173 m 크나 복원성에는 지장이 없는 것으로 간주된다. 그러나 탱크 내 액체의 자유표면의 유동을 고려하면 GM 0.275m는, 어선 설비 등에 관한 규칙에서 산정한 GM의 기준치인 0.353m에 미치지 못하므로 이에 대한 보완이 필요하다고 본다.
본 연구에서는 울산항 E 집단정박지를 이용하는 대표적인 8척의 선박에 대한 단묘박 상태에서의 묘박안전성을 앵커와 앵커체인의 파주력과 바람, 파랑 및 조류에 따른 외력으로 상호 비교하여 평가하고, 주묘 발생이 가능한 최소 한계 외력을 분석하고자한다. 파주력은 해저저질과 실제 앵커 의장수를 반영했고, 선체에 작용하는 외력은 만재와 경하상태별로 풍압면적과 수면하부 침하면적을 조사하여 각 상태별로 선체에 작용하는 풍압력, 유압력 및 파랑 표류력을 산출하였다. 단묘박 상태에서의 주묘 한계 외력에 대한 분석 결과 선박의 종류, 규모 및 적재 상태별로 다소 차이는 있으나 조류 2 knots 조건 하에서 일반화물선은 풍속 15 m/s 이상, 유류운반선은 풍속 13 m/s 이상이면 주묘가 발생할 수 있음이 확인되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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