현재 모형선을 이용한 선형성능 검증방법에는 크게 2가지 방법이 있다. 첫째는 예인수조에서 예인전차를 이용하여 정수중에 배를 예인시켜 그에 따른 저항을 시험하는 방법이 있고, 둘째는 회류수조에서 배를 고정하여 물을 회전시켜 모형선의 저항을 측정하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은 저속 및 대형선박을 검증하기 위해 계발된 방법들로 소형 고속어선 및 고속레저선박의 저항성능 평가를 수행하기 어려운 것이 현실이다. 예인전차의 예인속도와 회류수조 물의 유속이 소형 고속어선 및 고속레저선박의 속력에 미치지 못하기 때문이다. 따라서 고속을 요하는 선박의 저항성능 평가를 위해 새로운 방법 연구가 필요하다. 이에 고속선의 저항성능 시험을 위해 실 해상에서 일반 선박을 이용하여 예인하는 방법을 적용하여 저항시험을 수행하였으며 그에 맞는 시스템을 설계하였다.
예인수조에서 저항추진 성능을 추정하기 위한 선형시험을 수행한 때는 계측정도에 나쁜 영향을 주는 불안정현상에 유의하여야 한다. 불안정현상을 일으키는 큰 원인인 수조수 수심에 따른 수온의 불균일, 연중 수온의 변화, 난류촉진장치, 저항시험 사의 이복현상에 대해 검토하였다. 그리고 수조수 순환, 수조동 난방, 탈기장지 및 난류촉진장치의 개선 등을 그 해결 방안으로 제시하였다.
예인수조와 캐비테이션 터널에서 레이놀즈 수가 프로펠러 단독 특성시험에 미치는 영향을 씨리즈 모형 프로펠러(날개수=4, $0.3{\leq}A_E/A_O{\leq}0.75,\;0.5{\leq}P/D{\leq}1.1$)에 대하여 실험적인 방법으로 조사하였다. 예인수조에서 프로펠러 단독 특성시험을 위한 시험조건으로 제15차와 17차 ITTC에서 추천한 레이놀즈 수($R_n{\geq}3.0{\times}10^5$)는 시험조건으로써 불충분함을 보였으며 적합한 시험조건 선정방법을 제안하였다. 예인수조와 캐비테이션 터널에서 프로펠러 단독특성들의 상호관계를 나타내는 상관계수($\kappa$)를 도출하였다. 프로펠러 축 주위에서 형성된 경계층 유동이 프로펠러 특성에 미치는 영향을 레이저 유속계를 이용한 계측에 의해 조사하였으며, 그 영향이 작지 않다는 것을 보였다.
William Froude(1810-1879)는 현대 시험수조의 창시자이다. 그는 19세기 영국의 조선공학자로서 비교법칙을 정립하고, 예인식 시험수조를 지어 정확한 모형시험을 처음 수행함으로서 시험수조의 역할을 확립한 사람이다. W.Froude의 생활, 그 당시의 기술현황, 그가 고민하며 찾아 나간 실험 및 해석 기법 그리고 현재 해석법과의 연관등을 찾아 이 소고를 작성하였다.
Model tests using 2.0m model of the series 60 form( $C_{b}$= 0.6) were carried out in the Circulating Water Channel (CWC) in the Chosun University (CU, Korea) for the purpose of a correlative study with Towing Tank (TT). Resistance, propeller open water, self propulsion and wake survey tests were carried out and the results were extrapolated to the ship scale. These results were compared with the extrapolated ship values based on the model test of 7.0m model in the TT at the Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering (KRISO, Korea). The CWC test results were correlated with the results of the towing tank tests.s.
The objective of this paper is to suggest a new method of a wind turbine performance test. The performance test of a wind turbine is generally carried out in a wind tunnel. The test needs not only a high-accuracy measuring system but also durable structure to withstand high speed turbine rotation and wind flow. Therefore, we tried turbine performance test using a towing tank to improve stability and reliability. Because a turbine rotates more slowly and generates more torque in the water than in the wind tunnel under similarity conditions. In this study, we developed turbine performance test systems and verified the turbine test method using a towing tank through comparing results of the wind tunnel and the towing tank test.
선박용 추진기의 단독시험을 위한 소형시험기를 설계제작하고 모형선 예인수조에서 검증시험을 실시하였다. 제작된 시험기는 전동기의 반동력을 스트레인 게이지를 이용하여 직접 계측함으로써 재래의 시험기에서 사용하고 있는 마모성 슬립링을(Slip Ring) 제거하였다. 또한 기기의 구조 부재를 검력계의 검출부로 사용함으로써 소형의 모형선에 탑재될 수 있도록 경량화 및 소형화를 이룩하였다. 개발된 이 제품은 회류수조 등에서 효과적으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라 선형시험수조 및 캐비테이션 터널에서 사용될 각종 시험 기기 설계의 기초기술을 포괄하는 것으로 평가된다.
바지(barge)선이 예인선에 의해 예인삭으로 예인될때 예인시스템의 특성상 yaw운동이 일어나 큰 sway운동이 발생할 수 있다. 특히, 바람이나 파랑들의 외력의 작용에 의해 바지선이 과대한 운동을 일으키게 되어 예인이 곤란하거나, 심할경우 예인선이나 예인물이 전복되는 사례가 보고되고 있다. 따라서 예인물의 침로 안정성은 주변 항해 선박의 안정성과도 관계되어 여러가지 측면에서 중요한 문제로 다루어져 왔다. 본 연구는 8, 000톤급 바지선의 침로 안정성에 관한 회류수조와 예인수조의 시험 결과이다. 여러가지 형태의 스케그(skeg)를 바지선의 선미부에 부착하여 정수 및 불규칙파에서 침로안정성 시험을 수행하였다. 8,000톤급 바지선이 스케그 부착없이 예인선으로 예인될때 sway 운동의 진폭은 바지선폭의 약 10배정도인것이, 효과적인 스케그의 부착으로 진폭을 0으로 만들어 침로 안정성을 유지할수있음을 보였다.
선박의 선형시험설비로는 회류수조, 예인수조 등이 있으나, 소형 고속선박은 실선 대응 모형선의 축적비가 대형선에 비해 매우 작고 수조의 유속과 예인전차의 속도제한으로 고속선의 설계선속까지의 성능검증에는 한계로 작용하였다. 이에, 고속 활주형선의 선형시험 검증을 위해 실 해상모형시험기법을 정립하였다. 한편, 고속 Stepped Hull선형은 일체형 활주형 선저선형에 비하여 고속 주행시 공기공급에 따른 접수면 감소로 인하여 저항감소에 따른 속도향상과 연비절감 효과가 있으나, 선미 좌우측의 접수면 감소에 따른 횡동요 안정성이 감소되는 경향이 있다. 이에, 본 논문에서는 고속 선형시험이 가능한 해상모형시험을 이용하여 선미 보조동체 장착 유무에 따른 고속 Stepped Hull 선형의 횡동요 및 저항특성을 비교, 분석한 것이다.
서울대학교 공과대학이 보유하고 있는 선형시험수조의 모형선 예인 전차를 개인용 전산기에서 온라인으로 제어 할 수 있도록 속도제어 시스템을 개량한 바 있다. 이 시스템을 활용하여 전차의 속도의 정밀한 제어가 가능하게 되었다. 이를 활용하여 선형시험수조내에 존재하게 되는 잔류 및 정재파와 같은 현상으로 인하여 모형선의 대수속도가 전차의 예인을 위하여 설정한 속도와 미소한 차이를 가지게 되는 것으로 가상하여 전차의 운전속도를 조정하고 모형선을 예인하여 저항성능에 미치는 차이를 실험적으로 확인하고자 하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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