• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2023년도 추계학술대회
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• pp.100-102
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• 2023

항로추종성능은 자율운항선박(MASS)의 중요한 자율제어기능 중 하나이다. 이는 선박의 안전성을 보장하기 위해 중요하며, 자율운항선박의 설계 단계에서 사전 평가가 필수적이다. 본 연구는 자율운항선박의 항로추종성능 평가를 위한 전산유체역학(CFD) 모델과 LOS 알고리즘 연계 방안을 제안한다. 먼저, 자율운항선박의 정수 중 거리 이탈 편차를 이용한 항로 추종 성능 평가 모델 개발에 관하여 기술했다. 먼저, 항로 추종을 수행하는 선박 주변의 난류 흐름은 비압축성 뉴턴 유체의 가정하에 비정상 RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes) 법을 이용하여 수치적으로 계산되었다. 중첩격자계법을 CFD 모델에 적용함으로써 거리 이탈 편차를 이용하는 LOS(Line-of-Sight) 가이던스 알고리즘에 의한 타의 회전 및 이에 따른 선체의 6 자유도 움직임을 CFD 환경에서 구현하였다. 개발된 자유 항주 선박 CFD 모델을 이용하여 항로 추종 시뮬레이션 평가 결과, 설정된 항로에서 선박의 정수 중 항로 추종 제어는 파도, 조류, 및 바람과 같은 외부 교란의 부재로 LOS 알고리즘에 의한 우현/좌현 측 변침뿐만 아니라 직진 경로의 추종도 성공적으로 수행됨을 확인하였다. 선체, 프로펠러, 타의 복잡한 상호작용을 정도 높게 해석할 수 있는 자유 항주 선박 CFD 모델과 LOS 알고리즘의 결합은 자율운항선박의 항로 추종 성능 평가를 정량적으로 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2018년도 추계학술대회
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• pp.1-3
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• 2018

국제해사기구(IMO)의 황천 중 조종성능 유지를 위한 최소추진마력 기준 제정과 국제수조협회(ITTC)의 파도 중 조종성능 추정에 대한 관심이 증가하면서 파도 중 조종성능 추정기술에 대한 연구가 많이 수행되고 있다. 본 연구에서는 파도 중 조종성능을 추정하는 기법중 하나인 시뮬레이션 기법 중에서 조종운동만을 시뮬레이션하는 간이 시뮬레이션을 수행하였고, 시뮬레이션 결과를 검증하기 위하여 자유 항주시험결과가 존재하는 S-175 컨테이너선에 대한 시뮬레이션을 수행하여 비교하였다.

• 한국산학기술학회:학술대회논문집
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• 한국산학기술학회 2009년도 추계학술발표논문집
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• pp.152-155
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• 2009

본 논문에서는 Manta 형상 무인잠수정의 자유항주모델을 설계하였고 이를 이용하여 제어실험을 실시하였다. 제작된 MUUTV모형은 직진방향으로 1개의 추진기를 가지고 있으며, 승강타와 방향타를 이용하여 수심 및 방향 제어를 실시하게된다. MUUTV는 수심제어시 사용되는 수심을 측정하기 위한 압력센서, 방향제어를 위해 방향각 측정을 위한 마그네틱 컴파스가 설치되어있으며, 잠수정의 전체적인 운용을 위한 Windows XP기반의 소형 On-board PC104가 장착되어있다. 시뮬레이션에 사용된 6자유도 운동모델은 PMM실험과 이론적 추정을 통해 얻어진 유체동역학계수와 파라미터를 이용하여 구성된다. 잠수정의 운동성능과 제어응답을 비교하기 위해 PID, 슬라이딩모드, 퍼지, 제어기가 설계되었으며, 이를 통해 제어 성능을 비교하고자 하였다. 또한 제작된 모델을 이용하여 수심 및 방향제어 실험을 수조에서 실시하였다.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2011년도 추계학술대회
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• pp.3-4
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• 2011

본 연구에서는 Manta type UUV의 비선형 수학모델과 유체력 미계수를 소개하고, 자유항주실험용으로 제작된 Manta type UUV의 슬라이딩 모드 제어기 설계를 다루고 있다. 비선형운동에 대해 강인한 제어기를 설계하기 위해서 슬라이딩 모드 제어 기법을 사용하였고, 조류의 영향을 고려한 6자유도 운동 수학모델을 기반으로 하는 심도 및 방위제어기를 설계하였다. 또한, 설계된 심도 및 방위제어기의 성능을 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제32권4호
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• pp.19-26
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• 1995

선박의 조종성능 평가는 유체역학적으로 매우 복잡한 문제로, 정화한 조종성능 평가를 위해서는 구속모형시험에 의한 유체력의 계측과 수학모델에 의한 수치시뮬레이션, 또는 자유항주시험 등이 필수적이다. 한편 최근 IMO의 "조종성 기준"이 발효되고 나서 각 조선현장에서는 이 기준에 부합되는 우수한 조종성능을 갖춘 선박을 설계초기 단계에서부터 계획할 필요성을 느끼게 되었다. 그러나, 초기설계단계에는 아직 선도가 정해지지 않아, 모형선을 만들수 없고, 따라서 선박의 주요목(예를 들어 L, B, d, $C_b$, Trim $\cdot\;cdot\;cdot$) 및 프로펠러 제원, 타(舵)형상과 같은 극히 제한된 자료를 입력(入力)으로 하여 조종성능을 어느정도 평가할 수 있어야 한다. 본 논문은 이러한 관점에서, 종래의 각종 구속모형시험 결과를 종합하고, 제안된 경험식등을 이용하여 선박의 조종성능을 추정하는 전산 프로그램을 개발하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제30권4호
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• pp.348-357
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• 2024

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.

• 대한조선학회지
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• 제61권1호
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• pp.16-29
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• 2024

2014년 4월 18일 오전 8시 48분경 전라남도 병풍도 인근 해역에서 세월호는 전복된 후 침몰하였다. 사고 당시 이 배에는 승객 443명과 선원 및 승무원 33명 모두 476명이 타고 있었고, 이 중 미수습자 5명을 포함하여304명이 생명을 잃었다. 그 동안 공식적인 사고원인 규명활동이 꾸준히 진행되어 이 사고의 원인을 규명하기 위한 조사가 네 차례 있었다. 하지만 아직까지 사고 원인이 무엇인지 명쾌하게 밝혀지지 않고 있다. 이 글에서는 먼저 그동안 있었던 네 차례의 공식적인 세월호 사고원인 규명활동을 정리하였다. 가장 먼저 사고원인 규명활동을 전개한 해양안전심판원 특별조사부는 2014년 사고 직후부터 그해 12월까지 활동하였다. 특별조사부 최종보고서에는 화물의 과적과 평형수 적재 부족으로 인한 선박복원성 기준 미달, 타각의 대각도 조타와 장시간 유지로 인한 부적절한 조타, 화물의 부실한 고박으로 인한 화물의 이동, 수밀문의 관리 부실로 인한 조기 침수와 비상대피장소(muster station)로의 승객대피 조치 미이행을 사고의 원인으로 들고 있다. 2015년 3월부터 2016년 6월까지 활동한 4·16세월호참사 특별조사위원회(특조위)는 '4·16 세월호 참사 특별 조사위원회 청산 백서'만을 간행하고 최종보고서를 제출하지 못한 채 활동을 종료하였다. 세월호 선체조사위원회(선조위)는 2017년 4월부터 2018년 8월까지 활동하였다. 선조위는 세월호 사고원인 규명을 위한 다른 기구에 비해 위원의 구성도 균형이 있었고, 직권사건 위주의 조사방법도 적절하였다. 또한 조타기와 조타 과실 여부, 급선회 항적 및 횡경사와 핀안정기의 물리적 손상에 관한 용역을 국내 여러 기관에 발주하였다. 뿐만 아니라 다양한 해양사고 원인규명 용역에 참여한 실적이 있는 영국의 기술용역회사인 Brookes Bell에 급선회와 빠른 침몰의 원인 조사를 요청하였다. 아울러 세계에서 가장 활발히 수조실험을 수행하고 있는 상업 연구소인 네덜란드의 MARIN에 수조시험과 시뮬레이션도 의뢰하였다. 하지만 아쉽게도 선조위는 서로 다른 사고 원인을 주장하는 두 권의 종합보고서를 간행하였다. 종합보고서로 '내인설' 종합보고서[6]는 타기 솔레노이드 밸브의 고착으로 시작된 급선회를 사고의 직접 원인으로 지목하고 있다. 하지만 '열린안' 종합보고서[7]에서는 수중체와의 충돌을 직접적인 사고 원인으로 밝히고 있다. 마지막으로 가습기살균제 사건과 4·16세월호 참사 특별조사위원회(사참위)가 2019년 3월부터 2022년 9월까지 활동하였다. 사참위는 위원으로 조선해양공학과 항해학 전문가가 포함되어 있지 않아 세월호의 사고원인 규명활동을 효과적으로 수행하기에는 적절하지 못하였다. 사참위는 주로 조타장치 고장에 따른 세월호 전타 선회현상 검증, 세월호 변형 손상부의 확인 및 원인 조사와 세월호 횡경사 원인과 침수과정 분석을 직권 과제로 추진하였다. 또한 네덜란드 MARIN에 자유항주시험을 추가로 의뢰하였으며, 핀란드의 NAPA group에도 복원성 계산과 침수해석을 의뢰하였다. 사참위는 선조위의 두 가지 사고원인에 대해 '내인설'의 솔레노이드 밸브 고착은 사고원인일 가능성이 매우 낮고, '열린안'의 수중체와의 충돌 시나리오는 근거가 부족함을 확인하였다. 이상에서 정리한 바와 같이 규명활동이 진행됨에 따라 사고원인이 수렴되어야 함에도 불구하고 아직까지 원인을 시원하게 밝히지 못하고 있다. 이 글에서는 사고원인 규명활동을 수행한 네 개 기구의 구성과 활동 내용을 비교하고, 사고조사 위원회의 바람직한 구성과 위원회의 운영 방법을 제시하고 있다. 또한 Brookes Bell 보고서에 수록된 출항 당시의 흘수에 근거한 배수량과 선미 램프의 폐쇄 전후의 횡경사각으로부터 도출한 GoM도 소개하고 있다. 아울러 출항 당시의 GoM값으로 추정한 사고 당시의 GoM값도 소개하고 있고, 수중체와의 충돌 시나리오를 후보 사고 시나리오에서 제외시켜야 할 이유도 열거하고 있다. 끝으로 해양사고 원인규명 활동이 보다 과학적으로 그리고 보다 합리적으로 이루어질 수 있기 위해 그리고 우리 사회의 안전문화 제고를 위한 몇 가지의 방안을 제시하고 있다. 또한 세월호 사고로 치른, 아직도 치르고 있는 희생을 딛고 해양안전문화가 한 걸음 더 나아가기 위해서는 세월호 사고의 원인을 반드시 규명해야 한다는 말씀으로 글을 마무리하고 있다.