[논문]불규칙파 중에서 돌핀 계류된 해상공항에 대한 운동

이호영; 신현경; 임춘규; 김외현; 강점문; 윤명철

불규칙파 중에서 돌핀 계류된 해상공항에 대한 운동
Motion Analyses for a Very Large Floating Structure with Dolphin Mooring Systems in Irregular Waves 원문보기

초대형 해상 공항은 길이나 폭이 수 킬로미터인 거대 구조물이며, 해상에 계류된 해상공항의 설계에 있어 파도에 의한 1차항 파강제력과 2차항 파강제력은 반드시 고려하여야 한다. 본 논문에서 파중에서 돌핀계류된 해상공항에 대한 운동응답의 시간영역해석이 제시된다. 운동방정식에서 동유체력 계수와 파도에 의한 힘은 주파수 영역의 3차원 패널 방법으로부터 계산되며, 동시에 돌핀계류계에 대한 계류력과 수평방향의 표류력이 본 계산에서 얻어진다. 본 논문의 계산 예로 일본에서 실증실험을 수행한 phase I 해상공항에 대해 불규칙파 중에서 시간영역 해석이 제시된다.

The very large floating structure which can be used for as airport may be as large as several kilometer long and wide. The first order wave forces as well as wave drift forces are very important forces on such a very large floating structures. In the present study, the time simulation of motion responses for dolphin-moored VLFS in waves is presented. The hydrodynamic coefficients and wave forces involved in the equations are obtained from a three-dimensional panel method in the frequency domain. The horizontal drift forces and mooring forces for dolphin systems are taken into account. As for numerical example, time domain analyses are carried out for a VLFS(Phase I) in irregular wave condition.

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본 논문에서는 불규칙파 중에서 부유식 해상공항의 거동을 조사하기 위해 3차원 패널 방법이 이용되었고 비선형 운동은 강체운동이라 가정하여 수평방향의 3가지 운동에 대하여 계산하였다. 수 평방향의 2차항 파강제력과 모우멘트는 2차항 산란 포텐셜에 의한 항을 무시하고 1차항 포텐셜에 의한 항만을 고려하여 직접 적분법을 사용하여 계산하였다(Pinkster 1980).

제안 방법

수 평방향의 2차항 파강제력과 모우멘트는 2차항 산란 포텐셜에 의한 항을 무시하고 1차항 포텐셜에 의한 항만을 고려하여 직접 적분법을 사용하여 계산하였다(Pinkster 1980). 돌핀-펜더 계류시스템은 펜더의 영향을 무시하고1자유도를 갖는 간단한 선형 스프링으로 치환하였고 2차항 파강제력의 비선형성과 돌핀 계류시스템의 운동을 허용하기 위해 시간 영역의 천이 운동방정식을 사용하여 수치적으로 계산하였다.
구조물의 비선형 운동을 해석하기 위해 요소의 분할은 구조물의 밑면은 x 방향으로 80개 y 방향으로 16개로 분할하였고, 옆면은 X 방향으로 80개 y 방향으로 16개 그리고 z 방향으로 1개로 분 할하였다. 또한 불규칙파수 현상을 제거하기 위해 윗면에 X 방향으로 10개 y 방향으로 2개의 요소로 분할하였다. 본 논문에서 구조물은 직사각형 형태를 갖고 있으므로 불규칙파수를 다음과 같이 계산할 수 있다(Hong 1987).
본 논문의 계산 예로 일본의 phase I (300m×60m×2m) 해상공항을 사용하여 3가지의 비선형 운동과 계류력을 산정하였다.
본 연구는 3차원 소오스-다이폴 분포법을 사용하여 장파정 불규칙파 중에서 해상공항의 거동을 조사하였고, 저주파수 운동은 수평방향의 3가지 운동에 대하여 계산하였다.
3, 4는 입사파각 β=30deg인 경우에 무차원화된 6자유도 운동을 주파수가 변함에 따라 도시하였다. 직선운동은 파의 진폭으로 무차원화하였고, 각운동의 무차원화는 파기울기로 하였다.

대상 데이터

본 계산에 사용된 모델은 일본의 phase I 구조물이며 기본 제원은 다음과 같다.

이론/모형

본 논문에서는 불규칙파 중에서 부유식 해상공항의 거동을 조사하기 위해 3차원 패널 방법이 이용되었고 비선형 운동은 강체운동이라 가정하여 수평방향의 3가지 운동에 대하여 계산하였다. 수 평방향의 2차항 파강제력과 모우멘트는 2차항 산란 포텐셜에 의한 항을 무시하고 1차항 포텐셜에 의한 항만을 고려하여 직접 적분법을 사용하여 계산하였다(Pinkster 1980). 돌핀-펜더 계류시스템은 펜더의 영향을 무시하고1자유도를 갖는 간단한 선형 스프링으로 치환하였고 2차항 파강제력의 비선형성과 돌핀 계류시스템의 운동을 허용하기 위해 시간 영역의 천이 운동방정식을 사용하여 수치적으로 계산하였다.
불규칙파는 규칙파의 합으로 표현할 수 있고. 파의 변위는 파도 스펙트럼으로부터 계산되며 파도 스펙트럼은 ITTC 스펙트럼을 사용하였다.

성능/효과

(1) 시간영역의 운동방정식으로 계산된 저주파수 운동은 잘 표현되었으며, 돌핀 계류계의 설계를 위한 계류력의 크기를 시간에 따라 계산하였 다.
(2) 불규칙파 중에서 저주파수운동은 계류계의 공진 주파수에서 가장 큰 것을 확인하였다.
2는 식(2)로부터 계산된 충격 옹답함수를 도시하였다. 전후동요 및 좌우동요에 대한 충격 응답함수는 10초 정도 지나면 거의 0의 값을 가지는 것을 확인할 수 있다.

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