The Korean icebreaking research vessel "Araon" performed four sea trials in the Arctic and Antarctic Seas. The ice properties, such as the ice thickness, floe size, ice strength, and power of the vessel were quite different in these trials. To compare the speeds of ship with the same ice strength and power, the AARC (Arker Arctic Research Center) method is used with a vessel power of 10 MW and an ice strength of 630 Pa in this paper. Based on the analysis results, the speed of the ship was 1.62 knots (0.83 m/s) with a 1.02-m ice thickness and 2.5-km floe size, 5.3 knots (2.73 m/s) with a 1.2-m ice thickness and 1.0-km floe size, and 13.8 knots (7.10 m/s) with a 1.1-m ice thickness and 200-m floe size. The analysis results showed that the ship speed and floe size have an inversely proportional relationship. Two reasonable reasons are given in this paper for the final result. One is an ice breaking phenomenon, and the other is the effect of the ice floe mass. For the breaking phenomenon, the ice breaking force is very small because the ice floe is not breaking but tearing when a ship is passing through a small ice floe. Regarding the effect of the ice floe mass, it is impossible for a ship to push and tear an ice floe if the mass of the ice floe is too large compared to the mass of the ship. The velocity of the ship decreases when the ice floe has a large mass and a large size because the ship has to break the ice floe to move forward.
When Arctic offshore development in the 1970's first led to the consideration of ice capable tankers, there was a high level of uncertainty over design requirements for both safety and ship performance. Also here was a lack of reliable methods to evaluate design proposals. Since that time, improved understanding of the ice environment has raised the confidence of design specifications. Parallel developments have resulted in a suite of engineering tools for ship performance evaluation at the design stage Recent development of offshore and near shore oil and gas reserves in several countries together with economic studies of increased transportation through the Russian Arctic has newly introduced the interest in ice capable tanker design. in response, Samsung Heavy Industries (SHI) applied its experience in tanker design and construction to the design of a specialized tanker with ice capability. SHI produced two prototype hull designs for further study. The performance of both hulls and of the propellers was evaluated at the Institute for Marine Dynamics (IMD) in St. John's, Newfoundland This paper discusses the development of the design, describes the model experiments to determine performance and variations, and presents the results.
The speed performances of ice sea trial on the Arctic(2010 & 2011) area were shown different results depend on the ice floe size. Penetration phenomena of level ice was not happened on medium ice floe and tore up by the impact force because the mass of medium ice floe is similar to the mass of Araon which is Korean ice breaking research vessel and did not shut up by the ice ridge or iceberg. The sea trial on the Amundsen sea was performed at the big floe which is classified by WMO(World Meteorological Organization). Three measurements of ice properties and five results of speed trial were obtained with different ice thicknesses and engine powers. To evaluate speed of level ice trial and model test results at the same ice thickness and engine power, the correction method of HSVA(Hamburg Ship Model Basin) was used. The thickness, snow effect, flexural strength and friction coefficient were corrected to compare the speed of sea trial. The analyzed speed at 1.03m thickness of big floe was 5.85 knots at 10MW power and it's 6.10 knots at 1.0m ice thickness and the same power. It's bigger than the results of level ice because big floe was also slightly tore up by the impact force of vessel based on the observation of recorded video.
The icebreaking research vessel (IBRV) ARAON had her second ice trial in the Arctic Ocean in the summer season of 2010. During the voyage, the local ice loads acting on the bow of the port side were measured using 14 strain gauges. These measurements were carried out in three icebreaking performance tests. To convert the measured strains into the local ice pressures, a finite element model of the instrumented area was developed. The influence coefficient method (ICM), which uses the influence coefficient from the finite element model, and the direct method, which uses the measured strain, were selected as the conversion methods. As a result, the maximum measured pressure was 1.236MPa, and the average difference between ICM and the direct method was about 5% for an area of $0.2m^2$. The pressure-area relationship of the measurement falls below the range of the existing pressure-area curve, which is due to the low ice strength of melted ice in the summer.
The hull form of icebreaking tanker depends on the trade route and ice characteristic. The hull form has to be designed for icebreaking concept if the vessel is operating in heavy ice and also the hull from has to be optimized for general tanker when the ship is operating in ice-free ocean. This paper presents comparison of ship resistance in pack ice, level ice and open water. Four ships are used to compare the resistance characteristic. One is conventional tanker and three ships are icebreaking tankers. The ice model test was carried out at the IOT (Institute for Ocean Technology, Newfoundland, Canada) and open water test was performed at 55MB (Samsung Ship Model Basin). The ice resistance of conventional tanker was predicted by Colbourne's method. The resistance of open water, pack ice and level ice are compared and discussed. The best hull form of icebreaker is not good in open water performance compare to conventional tanker. This result explains that the hull form of icebreaker and normal tanker have to compromise when the ship is operated in ice and ice-free condition. The result of this paper gives a guide for icebreaking tanker design.
This paper covers the development of prediction techniques for ice load on ice-breakers operating in continuous ice-breaking under level ice conditions using particle-based continuum mechanics. Ice is assumed to be a linear elastic material until the fracture occurs. The maximum normal stress theory is used for the criterion of fracture. The location of the crack can be expressed using a local scalar function consisting of the gradient of the first principal stress and the corresponding eigen-vector. This expression is used to determine the relative position of particle pair to the new crack. The Hertz contact model is introduced to consider the collisions between ice fragments and the collisions between hull and ice fragments. In order to verify the developed technique, the simulation results for the three-point bending problems of ice-specimen and the continuous ice-breaking problem around a wedge-type model ship with bow angle of 20° are compared with the experimental results carrying out at Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO).
This paper focuses on the improvement of the influence coefficient matrix method for estimation of local ice load on the icebreaking research vessel ARAON. The influence coefficient matrix relates ice pressure on the hull plate to the measured/calculated hull strain/stress. Conventionally von Mises equivalent stresses representing hull stresses and ice pressure acting on the hull plate are utilized to assemble the influence coefficient matrix. Because of the three dimensional features of the ship-ice collision process, an enhanced method to assemble the influence coefficient matrix is derived considering ice loads in the X, Y, and Z direction simultaneously. Furthermore the location of ice loads acting on hull-plate may fall outside the measuring sensor area, and the enhanced influence coefficient matrix is modified to reduce the difference between the actual and the estimated ice loads by expanding the domain outward from the sensor area. The developed method for enhanced influence coefficient matrix is applied to IBRV ARAON during the 2019 Antarctic ice field test and the local ice loads in three directions are efficiently calculated compared to those by a conventional method.
For moving cargo between the North Pacific region and Northern European ports, the Northern Sea Route, along Russia's coastline, is 35-60% shorter than the traditionally used routes through the Suez or Panama Canals. in addition to its shorter distance, there exist extensive ports und shipping infrastructure, and the potential for developing new markets in Russia and other northern countries including Korea and Japan. These incentives attracted considerable attention from the international shipping and shipbuilding industries and have formed a cooperative international research program, called as the International Northern Sea Route Programme (INSROP) This paper is a general compilation of the historical usage, recent trade developments, the physical environment, and the practical considerations that may shape future operational mode of shipping in the NSR based on results from INSROP reports. This study focuses mainly on an operation of commercial icebreaking cargo vessels that may be utilized along the NSR.
여름철 북극 해빙 면적의 감소 추세로 빙해선박의 북극항로 통항회수가 증가하고 있어 선박의 안전 항해를 위한 기술 개발에 관심이 집중되고 있다. 본 연구에서는 선박해양플랜트연구소에서 개발 중인 KRISO Arctic Safe Routing System(KARS)의 개념과 함께 핵심 모듈 중 하나인 빙저항 추진 성능 DB 개발 과정을 소개하였다. 우선 빙해수조에서 다양한 빙상환경(평탄빙, 유빙, 빙맥 등)에 따른 선박의 빙성능 평가 시험을 수행한 후 대상선박의 기본적인 빙성능을 도출하였고 빙성능 추정 S/W의 해석결과와 비교 검증을 수행하여 다양한 환경 변수를 고려한 빙저항 추진 성능 DB를 생성하였다. 아울러, 생성된 DB의 검증을 위해 2017년 8월 쇄빙연구선 아라온의 빙해역 실선시험 동안 계측된 결과와 비교 분석하여 정확도를 분석하였고 KARS의 개선 사항 및 향후 활용 가능성을 고찰하였다.
Ice load acting on a icebreaking research vessel is estimated. Existing measured ice loads are used to get the global load and the local load. The global load is for analyzing the bending behavior of the vessel during ice breaking operation mode and the local load for estimating the bow structural behavior. In the paper, the global load is predicted using the data from analysis of ship motion during ice breaking. And the local load is predicted using the data from strain gage attached to bow frames.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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