International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권3호
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pp.228-234
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2016
Recent icebreaking ships need to be designed to enhance not only icebreaking capability but also turning ability. For the evaluation of ice resistance induced by an icebreaking hull form, HHI (Hyundai Heavy Industries) has developed the hybrid empirical formulas (Park et al., 2015) by considering the geometrical hull shape features, such as waterline and underwater sections. However, the empirical formulas have inherent limits to the precise estimation of the icebreaking and turning ability because the breaking process and the resulting pattern are ignored. For this reason, numerical calculation in time domain is performed to predict the icebreaking process and pattern. In the simulation, varying crushing stress according to velocity vectors and contact areas between hull and ice is newly introduced. Moreover, the simulation results were verified by comparing them with the model test results for three different bow-first icebreaking models.
One of the concerns that arise during navigation in ice-covered waters is the magnitude of ice loads encountered by ships. However, the accurate estimation of ice loads still remains as a rather difficult task in the design of icebreaking vessels. This paper focuses on the development of simple ice load prediction formulas for the icebreaking cargo vessels. The maximum ice loads are expected from unbroken ice sheet and these loads are most likely to be concentrated at the bow area. Published ice load data for icebreaking vessels, from the model tests and also from full-scale sea trials, are collected and then several ice load prediction formulas are compared with these data. Finally, based on collected data, a semi-empirical ice load prediction formula is recommended for the icebreaking cargo vessels.
Kim, Hyun-Soo;Lee, Chun-Ju;Choi, Kyung-Sik;Kim, Moon-Chan
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권3호
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pp.208-215
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2011
A full-scale field trial in ice-covered sea is one of the most important tasks in the design of icebreaking ships. The first Korean icebreaking research vessel 'ARAON', after her delivery in late 2009, had a sea ice field trial in the Arctic Sea during July-August, 2010. This paper describes the test procedures and data analysis on the icebreaking performance of the IBRV ARAON. The data gathered from the icebreaking performance test in the Chukchi Sea and the Beaufort Sea during the Arctic voyage of ARAON includes the speed and engine power of the ship as well as sea ice thickness and strength data. The air temperature, wind speed and heading of the ship were also measured during each sea ice trial. The ARAON was designed to break 1 m thick level ice with a flexural strength of 630kPa at a continuous speed of 3knots. She is registered as a KR POLAR 10 class ship. The principal dimensions of ARAON are 110 m, 19 m and 6.8 m in length, breadth and draft respectively. She is equipped with four 3,500kW diesel-electric main engines and two Azipod type propulsion motors. Four sea ice trials were carried out to understand the relationship between the engine power and the ship speed, given the Arctic ice condition. The analysis shows that the ARAON was able to operate at 1.5knots in a 2.5m thick medium ice floe condition with the engine power of 5MW, and the speed reached 3.1 knots at the same ice floe condition when the power increased to 6.6MW. She showed a good performance of speed in medium ice floe compared to the speed performance in level ice. More detailed analysis is summarized in this paper.
Recently, researchers in Korea and abroad actively have conducted research activities using the ARAON, a Korean icebreaking research vessel. The ARAON regularly conduct research activities in the Arctic and Antarctic waters every year. The icebreaking mode, which can be either continuous breaking or ramming, is determined by the conditions of the ice and the ice-covered waters. When the icebreaker encounters thick sea ice or an ice ridge, ramming is used. At that time, the speed of the ship generally is slower than that of continuous icebreaking. In this study, the ice load signal at the time of repetitive ramming during ARAON's 2012 Antarctic research voyage was analyzed. The time history of the ice load signal and the change in the speed of the ship used in ramming were compared with these values during continuous icebreaking.
In this paper, one of the widely-used ice resistance prediction methods, introduced by Spencer(1992) of the Institute for Ocean Technology, Canada, is reviewed. Spencer's component-based scaling system for ship-ice model tests is analysed to estimate the ice resistance of various types of icebreaking vessels (Canadian MV Arctic, Terry Fox, R-Class icebreaker, US icebreakers Polar Star and Healy, Russian SA-15 cargo ships, Japanese PM Teshio and a model ship). The general form and the non-dimensional coefficients in ice resistance prediction formula are obtained using the published ice model test and full-scale sea trial data. The applicability of Spencer's method on R-Class icebreaker is discussed to estimate ice resistance for the larger icebreaking cargo vessels. Additional parameters to account for the difference in hull forms of icebreakers and cargo vessels are recommended to be included in the Spencer's original ice resistance prediction formula.
Ice load is one of the important design parameters for the construction of icebreaking vessels. In this paper, the design ice load prediction for the icebreaking vessels under normal operating condition in ice-covered sea is discussed. The ice loads under normal operating condition are expected from sea trials in moderate ice conditions. In this sense the extreme ice loads during heavy ramming or accidental collision are not considered. Current study describes the global ice load on the hull of the icebreaking vessels. Available ice load data from full-scale sea trials are collected and analyzed according to various ship-ice interaction parameters including displacement, stem angle, speed of a ship and flexural strength and thickness of sea ice. The ice load prediction formula is compared with the collected full-scale sea trials data and it shows a good agreement.
The resistance performance of an icebreaking cargo vessel with varied stem angles is investigated numerically and experimentally. Ship-ice interaction loads are numerically calculated based on the fluid structure interaction (FSI) method using the commercial FE package LS-DYNA. Test results obtained from model testing with synthetic ice at the Pusan National University towing tank and with refrigerated ice at the National Research Council's (NRC) ice tank are used to validate and benchmark the numerical simulations. The designed icebreaking cargo vessel with three stem angles ($20^{\circ}$, $25^{\circ}$, and $30^{\circ}$) is used as the target ship for three concentrations (90%, 80%, and 60%) of pack ice conditions. The comparisons between numerical and experimental results are shown and our main conclusions are given.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제7권3호
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pp.626-639
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2015
Ice resistance is defined as the time average of all longitudinal forces due to ice acting on the ship. Estimation of ship's resistance in ice-covered waters is very important to both designers and shipbuilders since it is closely related to propulsion of a ship and it determines the engine power of the ship. Good ice performance requires ice resistance should be as low as possible to allow different manoeuvres. In this paper, different numerical methods are presented to calculate ice resistance, including semi-analytical method and empirical methods. A model test of an icebreaking vessel that was done in an ice basin has been introduced for going straight ahead in level ice at low speed. Then the comparison between model test results and numerical results are made. Some discussions and suggestions are presented as well to provide an insight into icebreaking vessel design at early stage.
극지방의 천연자원의 수송에 필수적인 빙해항행선박은 금후 우리나라의 조선산업이 지향해야 할 기술집약형 선박중 하나로서 국제경쟁에 대비하여 독자적인 연구가 요구되는 분야이다. 본 연구는 빙해항행선박 기본설계의 중요한 인자인 선수부 형상과 평탄빙에서의 쇄빙능력 사이의 상관관계를 밝히는데 목적이 있다. 통상 평탄빙(level ice)에서 선박의 전진속도를 3-4 knots로 볼 때, 탄성으로 취급되는 얼음의 재료특성을 고려하여, 파괴시킬 수 있는 얼음의 최대두께와 파괴된 얼음의 특성길이를 수치적으로 추정하는데 주안점을 두고 있다. 본 연구에서는 빙해항행 선박이 평탄빙에서 연속쇄빙을 하고 있는 상황을 탄성지지기반 위에 놓인 유한 길이의 쐐기보에 작용한 충격하중의 문제로 가정하고 굽힘모멘트에 의해 어떤 위치에서 발생한 최대인장응력이 얼음의 굽힘파괴강도에 도달한다면 그 부분에서 파단이 일어날 가능성이 가장 높다고 판단한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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