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.
본 연구에서는 대형 케이슨의 단독 예인 조건에서의 예인 안정성을 해석하기 위한 모형시험 시스템을 개발하였다. 그리고 이를 이용해 9,300톤급 케이슨의 단독 예인 중 안정성을 추정하는데 활용하였다. 케이슨이나 다른 부유체의 예인 안정성 평가를 위한 일반적인 모형시험 시스템에서는 일정한 예인 속도로 모형을 예인하는데 반해, 제안된 예인 시스템은 예인삭에 일정한 예인력을 제공하도록 설계되었다. 실제 예인 조건에서는 예인선에 의해 대상 물체가 일정한 동력으로 예인되기 때문에, 일정한 장력이 가해지는 새 모형 시험 시스템을 이용하여 예인 조건을 실제와 더 유사하게 모사할 수 있을 것으로 기대된다. 실험은 예인수조 시설에서 수행되었고, 9,300톤급 대형 케이슨의 1/30 축척비의 모형을 사용하였다. 모형 시험을 통해 케이슨 모형의 6자유도 운동과 예인삭의 장력 변동을 계측하고 해석하였다. 새 시스템을 이용하였을 경우 기존의 실험 시스템의 사용 결과에 비해 모형의 운동과 예인삭 장력이 감소하였다. 흘수와 초기 트림의 변화가 모형 시험에 적용되었으며, 초기 트림의 경우 예인 안정성에 도움이 되는 것으로 나타났다.
예선이 부선을 선미예인하고 있는 상황에서의 예부선 조종특성을 확인하기 위하여, 예부선 통합 실선시운전 시험을 수행하였다. 부선을 예인하는 상황에서의 저항시험, 가감속시험, 좌현/우현 10도 선회시험, 좌현/우현 20도 선회시험, 부선 선수동요각을 기준으로 하는 10도 지그재그시험, 20도 지그재그 시험을 통하여 다양한 상황에서의 예선과 부선의 운항 특성을 확인하였다. 본시험 결과는 향후 예부선의 자유항주 모형시험 결과와 함께, 예부선의 통합운항을 모사하는 수학모델 검증에 사용될 예정이다.
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.
본 연구는 예인선 해양사고로 인한 사망사건 중 예인삭 절단사건이 큰 비중을 차지하고 있어 인명사고 예방이 시급한 가운데 예인 로프의 아이스플라이스에 대한 기준이 현재 국내에 마련되어 있지 않아 본선의 임의대로 제작?사용하는 실정이다. 이에 우리 공단에서 수검 중인 예인선을 대상으로 예인선에서 주로 사용하는 예인삭의 종류와 구조, 재질 등에 대한 국내 사용실태를 조사하고, 조사를 바탕으로 선정된 로프의 인장강도 시험을 통하여 스플라이스 횟수에 따른 유의성 평가를 시행하며, 국내 외 유사 기준 및 표준을 조사 분석하여 최종적으로 국내에서 적용할 수 있는 예인삭 아이스플라이스 기준을 제시하였다.
朴.李등 (1972)이 축양 시험을 할 때에는 축양조 이외에 소형의 예인조를 따로 썼으나, 예인조에서 축양조로 이송이 번거로우므로 업계에서는 축양조를 바로 예인하는 방법이 쓰이고 있다. 그러나, 축양조를 바로 예인하면 앞면의 망지가 뒤로 밀려서 축양조 내부의 용적이 작아지고, 또 예인중 축양조의 속도가 갑자기 느려지면 멸치는 유영 관성으로 말미암아 뒤로 밀린 망지 위로 올라가서, 비늘이 벗겨져서 폐사율이 높아진다. 이를 개량하기 위해 먼저 $\frac{1}{15}$크기의 모형 축양조를 만들어서, 회류수조에서 4가지 방식으로 예인시험을 실시하고, 그 중 합리적이라고 생각되는 2가지 방식을 다시 해상에서 실물시험을 실시하여, 실용상의 문제점을 규명함과 동시에, 축양조의 예인속도는 빠르게 하면서도 축양조 내부의 유속을 느리게 하는 방법도 고안했다
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.
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.
전력연구원에서 설계한 5 MW급 일괄설치시스템의 예인안정성 및 내항성능 검증을 위해 수조모형시험을 실시하였다. 1/48 축소모형을 만들어 정수 및 파랑 중 시험을 수행하였다. 실선기준 4, 5, 6 knots의 대응속도로 예인하며 예인선의 장력을 계측하고, 실선의 필요 예인 동력을 추정하였다. 또한, 관성계측장치를 이용하여 모형의 6자유도 운동을 계측하였으며, 파랑 중 구속모형시험을 통해 내항성능을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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