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문제 정의
- 여기서는 측 압력과 경사 모멘트의 계측 결과를 사용하여각 경사각에 따른 측압 중심 (착력점)의 변화에 대해서 조사한다.
가설 설정
- 1/2 위치에 있다고 알려져 있다. 따라서 전 논문에서는 선체를 선회 중심과 반대 방향으로 경사시키려는 모멘트 즉, 외측 경사 모멘트는 착력점이 0.5d에 있다고 가정하여 계산을 하였다. 그러나, 본 실험의 편류각을 가진 상태에서의 착력점즉, 수면에서부터의 경사 모멘트 레버의 작용점은 선박이 경사하고 있지 않을 때에는 0.
제안 방법
- 먼저, 실험은 자항 선회실험을 실시하여 전복 선박의 정상 선회시의 선회반경, 편류각 및 선속을 계측한다. 그리고 자항 선회실험을 통하여 얻은 데이터를 기초로 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하여 갑판상 해수 침입이 외측 경사 모멘트에 미치는 영향에 대해서 조사한다.
- 선회반경, 편류각 및 선속을 계측한다. 그리고 자항 선회실험을 통하여 얻은 선회경, 선속 및 편류각을 기초로 하여각 경사각에 따른 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하고, 갑판상 해수 침입이 측 압력과 경사 모멘트에 미치는 영향에 대해서 파악한다. 마지막으로 선회시 해수 침입으로 인해 발생하는 외측 경사 모멘트와 측압 중심의 변화를 조사함으로서 전복사고가 발생한 저건현 내항 탱커의 복원성에 대하여 검토를 하였다.
- 선회운동은 예인 수조 상부에 설치한 비디오카메라로 촬영 . 기록하였고, 각 타각에 있어서 정상 선회시의 선회반경, 편류각 및 선속은 비디오카메라로 촬영한 영상을 재생하여 해석을 하였다.
- 따라서 본 논문에서는, 먼저 전복사고를 당한 선박의 모형선을 제작하여 자항 선회실험을 실시하고 전복선박의 정상 선회 시의 선회반경, 편류각 및 선속을 계측한다. 그리고 자항 선회실험을 통하여 얻은 선회경, 선속 및 편류각을 기초로 하여각 경사각에 따른 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하고, 갑판상 해수 침입이 측 압력과 경사 모멘트에 미치는 영향에 대해서 파악한다.
- 따라서, 모형선을 계측장치에 고정시킬 때 외측 경사각은 경사각이 없는 상태를 포함하여 다음의 4종류(虹0, 2, 5°, 5.0°, 7.2°)를 설정하였다. 여기서, @=7.
- 그리고 자항 선회실험을 통하여 얻은 선회경, 선속 및 편류각을 기초로 하여각 경사각에 따른 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하고, 갑판상 해수 침입이 측 압력과 경사 모멘트에 미치는 영향에 대해서 파악한다. 마지막으로 선회시 해수 침입으로 인해 발생하는 외측 경사 모멘트와 측압 중심의 변화를 조사함으로서 전복사고가 발생한 저건현 내항 탱커의 복원성에 대하여 검토를 하였다.
- 먼저, 실험은 자항 선회실험을 실시하여 전복 선박의 정상 선회시의 선회반경, 편류각 및 선속을 계측한다. 그리고 자항 선회실험을 통하여 얻은 데이터를 기초로 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하여 갑판상 해수 침입이 외측 경사 모멘트에 미치는 영향에 대해서 조사한다.
- 선체는 6자유도 운동 중에 종 운동과 상하 운동을 자유로 하고, 이외의 운동은 구속하였다. 모형선의 배치는 2.2 절의 자항 선회실험으로 구해진 타각 6=15° , 25° , 35° 에 있어서 정상 선회시의 편류각을 기초로 하여 선수각을 설정하였고, 또한 각각의 선회시의 선속을 사용하여 측 압력과 경사 모멘트를 계측하였다.
- 2°는 타각 35°의 경우에만 계측을 하였다. 선체의 외측 경사는 선체 내부의 경사용 추를 이동 시켜 설정하였고, 이때 초기 경사에 의한 경사 모멘트가 발생하지 않도록 주의를 하였다.
- 수조실험은 예인수조 (길이 60m X 폭 6m X 깊이 2m) 에서 실시하였다. 먼저, 실험은 자항 선회실험을 실시하여 전복 선박의 정상 선회시의 선회반경, 편류각 및 선속을 계측한다.
- 25의 액체 화물이었다. 자항 선회실험은 예인 전차의 속도를 사고 당시의 선속 10 Knots (Fn=0.25)의 모형선 선속에 일치시키고, 모형선이 예인 전차를 추종할 수 있도록 항주시킨 후에, 다음 3 상태의 타각 8=15° , 25° , 35° 을 가지고 선회실험을 실시하였다. 선회운동은 예인 수조 상부에 설치한 비디오카메라로 촬영 .
- 전복사고의 원인으로서는 내항 탱커가 가지고 있는 특징적인 성질을 들 수 있다. 저자들은 전 논문金, 2002)에서 비중량이 큰 액체 화물의 자유표면영향에 의한 중심상승과 전진 항해 중에 발생하는 선체 침하와 이로 인하여 생기는 선체 트림의 변화 때문에 발생하는 복원력 감소를 고려하여 사고선박의 복원력 곡선을 계산하였다. 그리고 상기의 복원력 곡선으로부터 구한 GZMax 와 정상 선회시의 외측 경사 모멘트 및 선회시의 액면 경사로 인한 외력 경사 모멘트를 계산하여 산출한 선회시 외력 경사 모멘트 레버를 비교한 결과, 사고선박은 간신히 복원력을 유지하는 것을 알 수 있었다.
- 측 압력과 경사 모멘트는 Fig. 2에 나타내듯이 3분력 계를 높이 방향에 관해서는 자항 모형선의 중심과 같은 높이로 일치시키고, 전후 방향에 관해서는 선체 중앙에 위치하도록 모형선 내의 검력계용 지지 대에 고정시켜 계측을 하였다. 측 압력과 경사 모멘트의 계측 실험장치의 개략적인 모양은 Fig.
대상 데이터
- 다른 한 척은 측 압력과 경사 모멘트에 관한 실험을 실시하기 위하여 자항 장치와 탱크를 가지지 않고 선체만으로 제작된 탱커 모형선이다. 모형선의 선체은 FRP로 제작하였으며, 자항모형선은 무선에 의해서 조종이 가능한 무선조종방식으로 동력은 모터를 사용하였다. 또한 모터를 회전시키기 위한 전원은 배터리를 사용하였고 모형선 내에 탑재하였다.
- 실험에 사용된 모형선은, 내항 저건현 탱커의 1/40 스케일의 모형으로 실험의 목적에 따라서 2쌍을 제작하였다. 한 척은 자항 선회실험을 실시하기 위하여 제작된 모형선으로 실제 탱크 (Tank)를 가지고 액체를 적재할 수 있도록 제작하였다.
성능/효과
- (1) 측압력과 경사 모멘트의 계측실험에서 측압력은 경사각의 증가와 갑판상 해수 침입이 발생하는 경우에도 그 변화량이 미소하지만, 경사 모멘트는 경사각이 크게 될수록 점점 경향을 나타났으며, 갑판 현단이 수몰되는 상태에서는 경사 모멘트가 급격하게 증가하는 것을 알 수 있었다.
- (2) 측 압력과 경사 모멘트의 계측 결과를 사용하여 측압 중심의 변화에 대해 조사한 결과, 경사각이 크게 됨에 따라 수면으로부터 측압 중심까지의 거리는 점점 증가하였고, 갑판 상에 해수가 침입하는 상태에서는 측압 중심은 거의선 저 근방에까지 급격하게 내려가는 것을 알 수 있었다.
- (3) 상기의 결과로서 선회하는 선체에 작용하는 외측 경사 모멘트는 현단 몰수 상태에서 급격하게 증가하고, 이것은 탱크 내의 자유표면영향과 선수 침하 현상으로 복원력이 열악해진 저건현 선박에게는 치명적인 복원력 손실을 야기해 전복사고의 원인으로 되는 것을 지적할 수 있다.
- 저자들은 전 논문金, 2002)에서 비중량이 큰 액체 화물의 자유표면영향에 의한 중심상승과 전진 항해 중에 발생하는 선체 침하와 이로 인하여 생기는 선체 트림의 변화 때문에 발생하는 복원력 감소를 고려하여 사고선박의 복원력 곡선을 계산하였다. 그리고 상기의 복원력 곡선으로부터 구한 GZMax 와 정상 선회시의 외측 경사 모멘트 및 선회시의 액면 경사로 인한 외력 경사 모멘트를 계산하여 산출한 선회시 외력 경사 모멘트 레버를 비교한 결과, 사고선박은 간신히 복원력을 유지하는 것을 알 수 있었다.
- 이 경우 복원력 곡선의 특징은 경사각 7° 부근에 나타나는 GZ를 초과하는 외력 경사 모멘트가 작용하면, 선박은 일거에 전복할 수 있음을 시사하고 있다. 또한, 정상 선회시의 외측 경사 모멘트와 선회시의 액면 경사로 인한 외 력 경사 모멘트를 계산하여 산출한 두 경사 모멘트 레버의 합계 (NT=0.031m)와 정적 복원팔 GZ』의 GZmax를 단순히 비교하면 전복선박은 간신히 복원력을 유지하는 것을 알 수 있었다. 한편, 선박이 선회하면 상기의 두 경사 모멘트 이외에 선박이 사행하는 것과 경사로 인해 발생하는 갑판상 해수 침입 등으로 인하여 외력 경사 모멘트의 부가가 예상되며, 저건현 선박의 복원성능을 검토할 경우에는 갑판상 해수 침입으로 기인하는 경사 모멘트도 고려할 필요가 있다.
- 본 연구의 측압력과 경사 모멘트의 계측실험에서 측 압력은 경사각의 증가와 갑판상 해수 침입의 경우에도 그다지 영향을 받지 않았지만, 경사 모멘트는 경사각이 크게 될수록 점점 증가하는 경향을 보였다. 특히, R-2의 실험조건에서는 갑판 상에 해수가 침입하는 상태의 계측은 되지 않았지만, RT의 경사각5。와 R-3의 경사각 7.
- 침입하는 상태의 계측은 되지 않았지만, RT의 경사각5。와 R-3의 경사각 7.2°에 있어서 수면이 상갑판의 현 단을 넘어 갑판상에 해수가 침입하였고, 갑판 현단이 수몰되는 상태에서는 경사 모멘트가 급격하게 증가하는 것을 알 수 있었다. IMO 결의 A.
- 그러나, 타각 6=35° 경우에는 갑판상에 해수가 침입하였으며, 모형선이 전복하는 사례가 발생하였다. 이러한 실험 결과를 고려하면 저건현 내항 탱커의 복원성에 있어서 갑판 상해 수 침입에 기인한 외측 경사 모멘트가 중요한 인자가 되는 것을 알 수 있다.
- 2° )에 있어서 경사 모멘트는 급격하게 크게 되는 것을 알 수 있다. 이상의 실험결과로부터 갑판상에 해수가 침입하여도 측 압력에는 그다지 영향을 미치지 않지만, 경사 모멘트에는 그 영향이 매우 현저하게 나타나는 것을 알 수 있다.
- 그러나 경사 모멘트는 어느 실험조건에 있어서도 경사각이 크게 될수록 그림 중에 점선으로 표시한 바와 같이 점점 증가하는 것을 알 수 있다. 특호】, 수면이 상갑판의 현단을 넘어서 갑판상에 해수가 침입하는 경사각 (RT : 경사각 5° , R-3 : 경사각 7.2° )에 있어서 경사 모멘트는 급격하게 크게 되는 것을 알 수 있다. 이상의 실험결과로부터 갑판상에 해수가 침입하여도 측 압력에는 그다지 영향을 미치지 않지만, 경사 모멘트에는 그 영향이 매우 현저하게 나타나는 것을 알 수 있다.
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