Vertical profiles of mean and fluctuating wind velocities over water waves were studied, by performing Large-Eddy Simulations (LES) on a fully developed turbulent boundary layer over simplified water waves. The water waves were simplified to two-dimensional, periodic and non-evolving. Different wave steepness defined by $a/{\lambda}$ (a : wave amplitude; ${\lambda}$ : wavelength) and wave age defined by $c/U_b$ (c: phase velocity of the wave; $U_b$ : bulk velocity of the air) were considered, in order to elaborate the characteristics of mean and fluctuating wind profiles. Results shows that, compared to a static wave, a moving wave plays a lesser aerodynamic role as roughness as it moves downstream slower or a little faster than air, and plays more aerodynamic roles when it moves downstream much faster than air or moves in the opposite direction to air. The changes of gradient height, power law index, roughness length and friction velocity with wave age and wave amplitude are presented, which shed light on the wind characteristics over real sea surfaces for wind engineering applications.
A location estimation algorithm based on the sea-surface beacon is proposed in this paper. The beacon is utilized to provide ultrasonic signals to the underwater vehicles around the beacon to estimate precise position of underwater vehicles (ROV, AUV, Diver robot), which is named as USBL (Ultra Short Baseline) system. It utilizes GPS and INS data for estimating its position and adopts DWT (Discrete Wavelet Transform) de-noising filter and UKF (Unscented KALMAN Filter) elaborating the position estimation. The beacon system aims at estimating the precise position of underwater vehicle by using USBL to receive the tracking signals. The most important one for the precise position estimation of underwater vehicle is estimating the position of the beacon system precisely. Since the beacon is on the sea-waves, the received GPS signals are noisy and unstable most of times. Therefore, the INS data (gyroscope sensor, accelerometer, magnetic compass) are obtained at the beacon on the sea-surface to compensate for the inaccuracy of the GPS data. The noises in the acceleration data from INS data are reduced by using DWT de-noising filter in this research. Finally the UKF localization system is proposed in this paper and the system performance is verified by real experiments.
Unmanned surface vehicles (USVs) conduct various missions while exchanging information with control centers. Maritime security, coastal surveillance, and sea surface and undersea inspections are included in the important missions of USVs. To carry out these missions, large amounts of information are required from sensors, such as cameras, radars, and sonars. High bandwidth wireless communication is necessary to send this information to the control center in real time. In general, USVs are made using small boats. The motions of small boats are easily influenced by sea waves and the magnitude of changes in the attitude is large and the period of the changes is short in comparison with large ships. Thus, the direction of an antenna beam pattern for a wireless communication system in a USV can change rapidly, and with a large magnitude. In addition, since the reflection of electromagnetic waves on the sea surface is not negligible, the effect of multipath noises on the wireless communication system must be considered carefully. There are also several other elements that negatively affect wireless communication systems in USVs. This paper presents the wireless communication environment to be considered in the design and implementation of wide bandwidth communication systems for USVs. Short test results for wireless communication on the sea are also given.
불규칙 해면에 있어서 선미식 트롤선의 추파중의 선체 응답의 특성을 얻기 위하여 3척의 실선운동을 해상에서 계측하고, 이것을 통계적 방법과 이론적인 방법을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 각 선박의 종동요의 응답의 에너지분포는 추파와 추사파에서 모두 대체로 낮으며, 특히 선박의 크기가 클수록 매우 낮았다 응답스펙트럼의 대역폭은 모두 넓은 편이며, 응답 peak의 주기는 분명하지 않으며, 한 개 이상 나타나는 때도 있다. 2. 각 선박의 횡동요 응답의 에너지 분포는 추파와 추사파에서 모두 크며, 특히 소형선에서는 매우 크다. 응답스펙트럼의 대역폭은 종동요의 응답에 비해 비교적 좁은 편이며, 응답의 peak 주기는 분명하고 한개만 나타난다. 3. 실선실험과 이론계산에 의한 세 선박의 추파와 추사파 중의 종동요와 횡동요응답의 크기와 peak주기는 대체로 양자가 잘 일치하고 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 이론추정치로부터 어선의 응답특성을 평가하는데 큰 문제는 없는 것으로 생각된다. 4. 소형선의 경우 종동요 응답만 고려하면 선미쪽으로 파를 받는 것이 유리하나, 횡동요의 경우에는 오히려 불리하게 되므로 선미쪽으로 파를 받는 경우에는 유의파고와 평균파주기에 따른 자선의 복원성을 고려하는 등 안전에 보다 세심한 주의가 필요하다. 이상과 같이 추파와 추사파 중 선박 크기에 따른 종동요와 횡동요의 응답 특성을 고찰해 보았으나, 이 결과는 제한된 해상의 조건에서 얻어진 것이므로 어선의 일반적인 응답 특성을 도출해내기 위해서는 보다 다양한 해상 조건과 선박을 이용하여 더 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
It is very important to investigate the hull response of a fishing vessel in the sea to ensure the safe navigation and fishing operation in rough sea by preserving excellent sea keeping qualities. For this purpose, the author measured various responses of three stem trawlers in waves using real sea experimental measuring system. The author analyzed the experimental data using the statistical and spectral analyzing method to get the characteristics of the motion responses of the vessels according to the wave height and the ship's speed. The results obtained can be summarized as follows ; (1) Rather higher response of the pitch motion due to the wave height appeared in the head sea and the bow sea than any other wave direction without relevance to ship's size. In case of the roll motion, the beam sea and the quartering sea have a high response value. The period of peak of the pitch motion and the roll motion according to the wave height in each vessel has almost same value respectively. (2) The change of response of the pitch motions deeply depend on the ship's speed in the head sea and the bow sea, but not in the other wave direction. (3) The change of response of the roll motions in the beam sea, the quartering sea and the following sea are affected by the influence of the ship's speed in 5k't to 8k't, but not related to the ship's speed in out of that range.
To investigate the characteristics of internal waves (IWs) and their effects on acoustic wave propagation, a series of sea experiment were performed in the east coast of Donghae city, Korea in 1997 and 1998 where the water depth varies between 130 and 140 m. Thermistor strings were deployed to measure water temperatures simultaneously at 9 depths. CW source signals with the frequencies of 250,670 and 1000 Hz were received by an array of 15 hydrophones. Through the Wavelet transform analysis, the IWs are characterized as having typical periods of 2-17 min and duration of 1-2 hours. The IWs exist in a group of periods rather than in one period. Underwater acoustic signals also show obvious energy peaks in the periods of less than 12 min. Consistency in the periods of the two physical processes implies that acoustic waves react to the IWs through some mechanisms like mode interference and travel time fluctuation. Based on the thermistor string data, mode arriving structures are analyzed. As thermocline depth varies with time, it may cause travel time difference as much as 4-10 ms between mode 1 and 2 over 10 km range. This travel time difference causes interference among modes and thus fluctuation from range-independent stratified ocean structure. In real situations, however, there exist additional spatial variation of IWs. Model simulations with all modes and simple IWs show clear responses of acoustic signals to the IWs, i.e., fluctuations of amplitude and phase.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제3권1호
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pp.80-85
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2011
For the assessment of statistical characteristics of wave loads in the real sea state, the probability distribution of wave loads are computed based on the sufficient duration of computations in irregular waves. First of all, the estimation of wave impact loads is well modified applying the displacement potential formulation, which was proposed by one of authors, for solving Wagner's flow model. Consequently, the present computation method is also modified. Prior to the computation in irregular waves, preliminary computation to determine the adequate number of realization of irregular waves is examined. The effect of hull girder vibration on the statistical characteristics is examined by means of the computation with/without hull girder vibration. It is found that hull girder vibration has a certain effect on the probability of occurrence of wave loads. Furthermore, computations taking account of the effect of operation, that is the effects of ship speed and course change, is conducted for the rational evaluation of the effects of hull girder vibration. It is clarified that the effect of operation on the statistical characteristics of wave loads is significant. It is verified that the evaluation without the effect of operation may overestimate the effect of hull girder vibration.
부유체가 등장하는 콘텐츠에서 부유체의 길이, 너비, 무게, 속도 등의 속성과 파도의 파장과 방향 등 파도 특성의 변화를 동적으로 표현할 수 있다면 콘텐츠 개발에 도움이 될 것이다. 따라서 본 논문에서는 조선해양공학에서 사용하는 부유체의 운동방정식을 이용하여 부유체의 상하운동이 부유체의 속성과 파도의 특성 변화에 따라서 어떻게 변화하는지 실험을 통하여 검증하였다. 본 논문의 연구 결과는 조선해양공학에 깊은 지식이 없더라도 콘텐츠 개발자가 부유체가 등장하는 콘텐츠를 개발하는데 도움이 될 것이다. 본 논문에서 부유체의 속도 및 파도의 파장과 방향이 동적으로 변할지 라도 실시간으로 부유체의 움직임을 계산을 할 수 있음을 보여주었다 향후에는 불규칙 파도에서 부유체가 어떻게 움직이는지 연구하고 이를 계산하는 부유체엔진을 개발하고자 한다.
When a ship sails in a seaway, the resistance on a ship increases due to incident waves and winds. The magnitude of added resistance amounts to about 15–30% of a calm-water resistance. An accurate prediction of added resistance in waves, therefore, is essential to evaluate the performance of a ship in a real sea state and to design an optimum hull form from the viewpoint of the International Maritime Organization (IMO) regulations such as Energy Efficiency Design Index (EEDI) and Energy Efficiency Operational Indicator (EEOI). The present study considers added resistance problem of AFRAMAX-class tankers with the conventional bow and Ax-bow shapes. Added resistance due to waves is successfully calculated using 1) a three-dimensional time-domain seakeeping computations based on a Rankine panel method (three-dimensional panel) and 2) a commercial CFD program (STAR-CCM+). In the hydrodynamic computations of a three-dimensional panel method, geometric nonlinearity is accounted for in Froude-Krylov and restoring forces using simple wave corrections over exact wet hull surface of the tankers. Furthermore, a CFD program is applied by performing fully nonlinear computation without using an analytical formula for added resistance or empirical values for the viscous effect. Numerical computations are validated through four degree-of-freedom model-scale seakeeping experiments in regular head waves at the deep towing tank of Hyundai Heavy Industries.
In the ship design process, ship motion and propulsion performance in sea waves became very important issues. Especially, prediction of ship propulsion performance during real operation is an important challenge to ship owners for economic operation in terms of fuel consumption and route-time evaluation. Therefore, it should be considered in the early design stages of the ship. It is thought that the averaged value and fluctuation of effective inflow velocity to the propeller have a great effect on the propulsion performance in waves. However, even for the nominal velocity distribution, very few results have been presented due to some technical difficulties in experiments. In this study, flow measurements near the propeller plane using a stereo PIV system were performed. Phase-averaged flow fields on the propeller plane of a KVLCC2 model ship in waves were measured in the towing tank by using the stereo PIV system and a phase synchronizer with heave motion. The experiment was carried out at fully loaded condition with making surge, heave and pitch motions free at a forward speed corresponding to Fr=0.142 (Re=2.55×106) in various head waves and calm water condition. The phase averaged nominal velocity fields obtained from the measurements are discussed with respect to effects of wave orbital velocity and ship motion. The low velocity region is affected by pressure gradient and ship motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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