고 받음각에서의 방향 안정성 향상을 위한 chine 형상 최적화를 수행하였다. Super ellipse equation을 통하여 다양한 형태의 chine 형상을 생성하고, 3차원 Navier-Stokes 방정식을 이용하여 방향안정성 및 고받음각에서의 공력 특성을 분석하였으며, 가장 높은 방향 안정성을 갖는 형상을 기본형상으로 선정하였다. 파리미터를 이용한 기본형상의 곡면 변형을 통하여 높은 방향 안정성 및 양항비를 동시에 만족하는 최적형상 도출을 위하여, 반응면을 구성하고 가중치를 도입하고 양항비를 구속조건으로 하는 방향안정성 최적화 문제를 수행하였다. 본 연구를 통하여 고받음각에서 chine형상의 공력특성을 파악하여 강한 와류를 발생시키는 chine 형상이 방향안정성에 도움이 된다는 것을 확인할 수 있었으며 최적화를 통해 기본형상보다 방향안정성이 약 29% 향상되는 결과를 얻었다. 또한 파라미터 기반 형상 생성기법과 근사최적화 기법의 연동을 이용한 형상최적설계 과정을 초음속, 고받음각 유동의 chine 형상설계에 적용하여 그 효율성을 확인하였다.
Generally, the flow around the ship's hull often appear 3-dimensional separation at the bow and stem, and the vortex by this flow affects greatly the resistance propulsive efficiency and maneuverability of the ship. This study is compared the calculated result based on the streamlines calculation method with the experimental result by oil fIlm method to analyze the patterns and characteristics of the flows around the ship's hull of chine form. DTMB Series 62, 4667-1 vessel was selected as a sample ship of chine form and model ship was painted with the mixture of oil-color, paint, and poly wax at the surface of the vessel and tested in the model towing tank of Inha University. The results obtained in this study are listed briefly as follows ; 1. For the single chine form, after $4\frac{1}{2}$ station the streamlines are crossed at the chine line and the streamlines are converted to the vortex follow the chine line. 2. For the single chine form, the vortex appered increases and severely in and arround the stern. 3. The approximate streamlines for the ship's hull of chine form can be assigned by the use of the Watanabe's basic transformation formular.
Chine형 선체단면 주상체의 자유표면에서의 상하운동에 수반되는 부가질량과 감쇠력을 Ursell-Tasai 방법에 의하여 계산하였다. Chine형에서 구하여진 결과는 같은 선체단면적 계수와 반폭흘수비를 갖는 등가 Lewis형의 결과와 비교하였고 선체단면의 형상이 부가질량 및 감쇠력에 미치는 영향을 고찰하였다. Chine형과 등가 Lewis형 선체단면 주상체에 파고가 일정한 횡파가 입사할 때의 상하운동을 고찰하였다. 이상과 같은 계산 및 고찰을 통하여 다음 결과를 얻었다. 1) 자유표면이 부가질량에 미치는 영향은 chine형이 등가 Lewis형단면보다 큰 값을 갖는다. 2) 선체단면적계수와 반폭흘수비가 같은 경우에 감쇠력의 크기는 Lewis form, single chine, double chine순서이다. 3) 선체단면계수와 반폭흘수비는 상하운동에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 생각되며, 선체단면의 기하학적인 변형이 운동에 미치는 영향은 중요한 요소가 되질 못한다. 4) 감쇠력계수와 선체단면계수와의 관계는 간단한 관계를 유지한다.
고속 활주선에서 차인은 활주자세 변화 뿐 아니라 선체의 균형을 잡아주는 역할을 하며, 저항성능에 큰 영향을 미친다. 그러나 이러한 차인의 설계는 배수량, 선저경사각, 흘수, 선폭 등 다양한 설계 인자들에 영향을 받는 변수로 많은 경험을 필요로 한다. 본 연구에서는 경험식이 아닌 계산을 통해 차인에 대한 설계 시 형상에 대한 기본적인 지침 마련을 목적으로 고속 활주선의 차인의 형상에 따른 저항성능에 대해 계산하였다. 설계는 상용 설계 프로그램인 Yacht-one을 이용하였으며, 유동해석은 상용 해석프로그램인 STAR-CCM+으로 DFBI(Dynamic Fluid Body Interaction)방법을 적용하여 수행하였다. 초기 설계 차인 각도인 17도를 기준으로 차인 15도, 차인 16도, 차인 19도로 변경하여 설계 속도인 30노트에서 해석을 수행하였다. 그 결과, trim은 4개의 차인 중 16도가 가장 컸으며, heave는 차인 15도에서 가장 우수하였다. 해석 결과를 봤을 때 저항 측면에서 초기 설계 각도인 차인 17도 보다 차인 16도가 우수함을 보이고 있어 실제 설계 시 초기 설계 각도에서 +2도, -2도의 범위로 계산을 통해 저항 성능과 자세에서 우수한 차인을 선택해야 함을 알 수 있다.
To contribute towards more accurate estimation of the virtual coefficient for the vertical vibration of the chine-type ship, experimentally obtained three-dimensional correction factors, J, of added mass of prismatic beams having cross section shape of hypotrocoid characters, slightly concaved Lewis form and elliptic form are investigated in connection with the applicability of an approximate analytical calculation method compared to that proposed by T. Kumai[6] for the Lewis form cylinders, and synthetically in compared with the experimental works on various cross section shapes of the other type by L.C. Burril et al[8] and the analytical works on the ellipsoid of revolution by F.M. Lewis[1] and J.L. Taylor[2]. The experimental results show that the aforementioned analytical method gives, unlike that for the Lewis form cylinders, considerably larger J-values for the chine-type cylinders, and that the influence of the character of the cross section shape on J-values is not remarkable in practical sense. Finally, considering in synthesis the experimental results on prismatic beams, the Burril's works on palabolic plan form and elliptic plan form, and that the chine-type ship usually has a hull form of transom stern, it is fairly safe to say, at the present stage, that adoptation of the Taylor's J-values will not results in any large error in estimation of the virtual inertia coefficients of the chine-type ships.
The added mass and the added moment of inertia of a hard chine hull for heave and pitch were calculated by strip method. For the $k_2$ coefficients, Hwang's values for the straight-framed sections were used and for $k_2$ coefficients Porter's values for ellipses were used in the calculation. Comparisons on added mass and added moment of inertia of hard chine hull with those of ordinary hull form were briefly discussed. The results of the calculation for hard Chine hull give greater valves than ordinary ships at zero Froude Number. Beam draft ratio seems to be much influenced on the added mass and added moment of inertia.
수치계산을 통해 소형 고속선의 선형설계를 수행하였다. 선형변환 프로그램인 HCAD를 사용하고 차인형 선형을 기준선으로 하여 둥근바닥 선형을 설계하였다. WAVIS를 시용하여 두 가지 선형에 대한 선체주위의 유동장과 조파저항 계산 결과를 보였다. 차인형 선형의 저항특성이 둥근 바닥선형에 비해 다소 크게 나타났으나 소형 조선소의 건조비를 감안하여 차인형 선형의 선수부 개량과 선미 웨지의 설계를 통해 조파저항의 감소를 시도하였다. 수치계산 결과 선미 웨지의 적용에 의해 차인형 선형의 조파저항성능이 고속영역에서 개선되었음을 확인하였다.
From the results of model tests, statistical regression analysis for EHP estimation based on hull form parameters is adopted in this study. From this result, the method for estimation of EHP and optimization of hull form parameters at the initial design stage of fishing boats is developed. This method is applied to two standard fishing boats with chine lines. The EHP s are estimated and compared to experimental results. From the optimization of four principal hull form parameters of these fishing boats, approximately 19% of resistance reduction at the design speed is achieved and thus certifies that this method can be used efficiently for the initial design of hull forms of fishing boats.
Resistance performance of 6.67 G/T class fishing vessel is experimentally investigated in low and middle speed ranges to find out the effect of a new chine. The tests are performed for four different cases in the circulating water channel(CWC). Wave patterns are observed together to make clear the relation between the resistance performance and the wave characteristics. The results show that the new chine can be one of the effective device to reduce the resistance.
Hydrodynamic forces and moments produced by the swaying oscillation on the free surface were exactly calculated by Ursell-Tasai method for the cylinders with Kim's chine form sections and the sway responses of the cylinders of those chine form sections among the regular beam sea were also calculated. The results of the computation were compared with those of Lewis form sections. It is concluded that the effects of the section form on the added mass, and damping are small, if the section forms had same beam-draft ratio and sectional area coefficient in the case of sway motion. It is also known that the above little effects of section shapes on the basic hydrodynamic forces do not effect on the sway motion responses of cylinderical bodies among the regular beam sea. The sway motion responses of cylinderical bodies are varied linearly with the wave numbers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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