• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제11권1호
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• pp.294-306
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• 2019

On the basis of the Computational Fluid Dynamics technique (CFD) combined with the overlap grid method, this paper establishes a numerical simulation method to study the problem of ice-propeller interaction in viscous flow and carries out a simulation forecast of the hydrodynamic performance of an ice-class propeller and flow characteristics when in the proximity of milling-shape ice (i.e., an ice block with a groove cut by a high-speed revolving propeller). We use a trimmed mesh in the entire calculation domain and use the overlap grid method to transfer information between the domains of propeller rotation calculation and ice-surface computing. The grid is refined in the narrow gap between the ice and propeller to ensure the accuracy of the flow field. Comparison with the results of the experiment reveals that the error of the hydrodynamic performance is within 5%. This confirms the feasibility of the calculation method. In this paper, we calculate the exciting force of the propeller, analyze the time domain of the exciting force, and obtain the curve of the frequency domain using a Fourier transform of the time-domain curve of the exciting force. The existence of milling-shape ice before the propeller can greatly disturb the wake flow field. Unlike in open water, the propeller bearing capacity shows a downward trend in three stages, and fluctuating pressure is more disordered near the ice.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제24권9호
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• pp.667-674
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• 2014

선박의 추진축계는 외부 변동 부하에 의해서 축계 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 추진축계의 동역학적인 특성은 운전 중에 일어나는 공진을 견딜 수 있거나 또는 피하도록 설계 및 최적화 해야 한다. 이러한 공진은 대빙급 선박의 추진시스템의 설계에 요구되는 프로펠러에서 유체역학적인 상호작용에 기인한다. 추진축계는 프로펠러와 대빙 사이의 상호관계로 인한 과도부하와 시스템의 공진에 의해서 진지한 응력을 받게 된다. 이 논문은 대빙이 적용된 극지 연구 선박에서 추진축계의 과도비틀림 진동응답을 검토하고자 한다. 추진축계는 전기모터로 구동되는 원동기, 탄성커플링 기어 및 프로펠러로 구성되어 있다. 이론적인 해석은 프로펠러의 대빙 부하를 기진력으로 과도비틀림진동 해석을 수행하였다. 그리고 실선에서 비틀림 진동을 계측하고 공진점을 확인하고 이를 이용하여 추진축계 한계 설계 토크에 대한 적용된 평가 요소를 국제선급연합 규정과 비교하였다. 전기모터를 갖는 추진축계에서 공진을 초래하는 탄성커플링의 강성 선정의 영향을 검토하였다.

• 대한조선학회논문집
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• 제45권5호
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• pp.562-568
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• 2008

In this study, the target FSICR class is 1A whose target thickness of the brash ice is 46 mm in model scale. Normally ice floes for brash ice do not exceed 2 m in full scale, so the model ice sheet was cut by about 10 cm by 10 cm using hand saws. Since the target thickness of brash ice is 46 mm, 46 mm ice sheet makes one layer brash ice. For 23 mm thickness ice sheet, two layers should be accumulated to reach 46mm brash ice thickness. For 15mm thickness ice sheet, three layers need to be accumulated as the same as those in 23 mm ice sheet. New methodology to produce a brash ice was proposed. The results showed that it would be important to use multi-layer rather than single layer possibly because of significant thrust deduction from the propeller-ice interaction in the present ice condition (FSICR 1A).

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권5호
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• pp.353-360
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• 2014

본 논문에서는 국내 선박해양플랜트연구소에 구축된 빙해수조의 빙특성 중에서 모형빙의 두께와 유효탄성계수 산출과정이 소개되었다. 수조에서 결빙되는 빙판은 크기가 가로 세로각각 30 m 정도에 두께는 40mm정도이다. 모형선의 실험결과를 쇄빙선 설계에 사용하기 위하여 빙 특성 정보가 필요하다. 사람이 빙판을 일부 절개하고 일일이 손으로 두께를 측정하는 것을 지양하기 위하여 초음파 기기를 사용하였는데 저주파 장비를 사용하여 작은 샘플 모형빙에 대한 두께는 계측되었다. 하지만 완벽한 계측을 위해서는 송수신 일체형 저주파 센서나 정확한 위치가 설정된 분리형 센서 혹은 고가의 특수 장치가 필요함을 확인하게 되었다. 한편 빙판의 처짐량을 간이식 LVDT로 계측하고 이를 탄성체 위에 놓인 무한 판의 특성길이 관계식에 대입하여 빙의 유효탄성계수를 산출하였는데 외국의 결과와 유사함이 입증되었다.

• 대한조선학회논문집
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• 제41권6호
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• pp.75-83
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• 2004

Ice rubble pieces broken by the bow impact load and side hull of an icebreaking vessel usually pass along the ship's bottom hull and may hit the propeller/rudder or other stern structures causing serious damage to ship's hull . Therefore it is important to estimate the size of broken ice pieces during the icebreaking process. The dynamic interaction process of icebreaker with infinite ice sheet is simplified as a wedge type beam of finite length supported by elastic foundation. The wedge type ice beam is leaded with vertical impact forces due to the inclined bow stem of icebreaking vessels. The numerical model provides locations of maximum dynamic bending moment where extreme tensile stress arises and also possible fracture occurs. The model can predict a failure length of broken ice sheet given design parameters. The results are compared to Nevel(1961)'s analytical solution for static load and observed pattern of ice sheet failure onboard an icebreaker. Also by comparing computed failure length with the characteristic length, the meaning of ice rubble sizes is discussed.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2011년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.463-468
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• 2011

The prospect of Arctic trade transportation opening on a year-round basis creates a vast opportunity of exploring untapped resources and shortened navigational routes. However, the environment's remoteness and lack of technical experiences remains a big challenge for the maritime industry. With this, engine designers and makers are continually investigating, specifically optimizing propulsion shafting system design, to meet the environmental and technical challenges of the region. Further, classification societies recognize the need to upgrade the Unified Rules concerning elements to meet current Polar requirements. Hence in this paper, excitation torque calculation on Polar class vessels propulsion shafting system will be reviewed. The propeller - ice interaction load effect, which is a main consideration of excitation source of Polar Class propulsion shafting system, on shaft design calculation will be analyzed.

• 한국소음진동공학회논문집
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• 제21권12호
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• pp.1166-1176
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• 2011

연중 운항할 수 있는 북극 항로 개설에 따른 전망으로 미개발 천연자원의 탐사와 짧아진 항로로 많은 기회를 부여하고 있다. 이는 환경과 거리가 먼 그리고 기술적인 경험 부족으로 해사 분야에서 커다란 도전으로 남아 있다. 엔진 설계자와 제작자는 이 지역에서 환경적 그리고 기술적으로 적합한 최적화된 추진시스템을 위하여 계속적인 조사를 하고 있고, 국제선급연합과 선급에서 인정하고 있는 대빙 등급 선박의 추진축계 설계를 위하여 통일된 규격의 여러 가지 특성에 대하여 개선할 필요가 있다. 대빙 등급 선박의 추진축계 시스템에서 주 기진력은 프로펠러와 빙 하중의 상호작용으로 인식하고 있고 국제선급연합에서는 빙의 파쇄와 충격하중으로만 간주하고 있지만, 추진축계 설계에 있어 시스템에 대한 여러 가지 인자의 특징을 고려하여야 한다. 이 논문은 종류가 다른 추진 시스템의 동적 응답에 영향을 주는 인자들에 평가하고 있고, 추후 추진 시스템의 설계단계에서 이러한 인자들이 충분한 역할을 갖는 것을 감안 고려해줄 것을 기대하고 있다.