[논문]30피트급 요트의 선형개발 및 성능추정

유재훈; 반석호; 안해성; 김진; 김상현

doi:10.3744/snak.2005.42.1.034

문제 정의

본 연구에서의 개발 요트는 보급이 주 목적으로서, 요트의 주요 사양과 주요 제원의 선정, 선형도출에서부터 각종 부가물의 설계에 항해 용이성 과 거주부 공간 확보 등 보급의 개념에 충실하게 수행되어졌다.
이러한 여러 상황에서 본 연구에서는 보급을 목적으로 선정된 30피트급 요트의 개발을 위하여 주 요 제원의 선정, 선형도출에서부터 각종 부가물의 설계 및 기본적인 성능 추정을 수행하였으며, 이에 대한 결과를 본 논문에 수록하였다.

가설 설정

① 최근 경향중의 하나인 풍하 가닥에서 최적 선속을 가지는 선형.
가정된 선속과 풍향, 풍속에 의해 세일에 입사되어지는 뵌바람(Apparent Wind) 상태에서의 세일에 의한 힘과 모멘트를 계산한다. 발생되어지는 힘은 양력과 항력으로 구분하여 계산하며, 두 힘의 합력을 전체 추진력으로 간주한다.
선체에 대한 형상(Offset), 각종 부가물(킬과 러더 등), 마스트를 포한한 Rig, 세일(전, 후세일 및 부가세일)에 대한 제원 자료를 입력하며, 선체 중량에 대한 자료로서 Pendulum Length 또는 VCG(Vertical Center of Gravity) 값을 입력한다. 첫 번째 절차로서 기본 제원을 사용한 경험식을 통해 풍향, 풍속에 따른 횡경사각과 사항각 그리고 선속을 가정한다.

제안 방법

(2) 프레임 라인 (Fame Line): 전체적인 프레임 라인은 기존의 모선과 같이 U자형을 가지도록 하였으며, 선수부의 흘수선 아래의 프레임 라인은 조금 더 Flare를 가질 수 있도록 하였다. 이러한 플레어의 형성은 선미부가 비교적 뚱뚱한 선형의 경우 횡경사가 발생하게 되면 과도한 선수 트림을 유발하게 되므로 이를 억제할 수 있는 보조적인 역할을 하게 된다.
25% 코드길이에 해당하는 라인의 깊이 방향 변화를 처음에는 선수 쪽으로 기울다가 곧 후퇴하는 완만한 곡선이 되도록 하였으며, 날개면의 단면모양은 NACA 0이2를 채택하였다. Fig.
VPP를 통해서 설계되어진 요트의 속도 성능을 추정하였다. 추정되어진 결과는 Fig.
⑥ 엔진은 설치 및 조작, 그리고 유지 보수가 간편한 Sail D「ive를 채택하고, 엔진만으로 선체를 6노트 정도 추진할 수 있는 마력을 선택.
개발되어질 선형에 대한 기본 제원은 상기 범위에서 크게 벗어나지 않는 조건으로 설계하도록 하며, 이러한 주요 제원 및 옥표하는 성능을 바탕으로 모선(Parent Ship)을 선택하였다.
라. 구조 설계 및 해석 프로그램: 기초적인 구조 설계가 가능한 국제 규격의 확보 및 적용과 더불어 외력 산출 방법의 정립, 전선 및 국부 강도 계산에 의한 구조 설계, 전선 모델링에 의한 구조 해석 프로그램을 개발하여 설계에 적용한다.
(Killing, 1998) 선미 프로파일은 기존의 모선은 오버행(Overhang)이 존재 하지 않아 파랑 중 종동요(Pitching Motion)에 대한 제어력이 약하므로, 수선장의 10% 정도의 길이를 갖는 오버행을 추가시켰다. 그러나 이러한 길이 연장은 선체 총 중량의 증가를 가져오게 되므로 선미 트랜섬에 각도를 주어 중량의 증가를 방지하고, 또한 선미부 조종석(Cockpit) 후미에 선 원 구출 및 작업 등에 사용되는 로워데크(LowerDeck)를 배치하였다.
앞에서 언급되어진 목표 사양 및 성능에 충분히 만족할 수 있는 선형은 일반인이 세일링하는 경우를 염두에 두어 거주부의 특성을 최대한 편리하고도 여유 있게 배치하고, 전체적인 배의 운항 운용이 쉬워야 하며, 파랑 중 안정성 및 운항 용이성이 비교적 우수하고도, 기본적인 성능이 희생되어지지 않도록 해야 한다. 또한 전체 길이에 대한 세일 면적이 크지 않으면서도 최고 선속이 비교적 우수하여 경주에서도 크게 뒤떨어지지 않도록 해야 하며, 최종적으로는 최종 소비자들에게 경제적으로 보급이 가능하도록 생산 및 부품들의 원가가 저렴하게 이루어질 수 있도록 아래와 같은 조건을 모선 선택의 기준으로 제시하여 조사하였다.
즉, 가정되어진 횡경사각과 사 항각에 대해서 마찰저항, 점성저항 그리고 조파저항을 계산하며, 각 형상울에 의한 횡방향 힘과 모멘트를 계산한다. 또한 횡경사와 사항에 의한 부가 저항을 포함하여 횡경사 모멘트를 계산한다. 계산되어진 횡경사 모멘트로 다시 횡경사각을 얻어내어 가정되어진 값과 차이가 나는 경우 가정 값을 수정하여 수렴될 때까지 동일한 계산을 반복 한다.
모선의 선택과 함께 개발 선형의 구체적인 제원도출을 위하여 30피트 내외의 전장을 가지는 유사선들을 조사하였다 Table 1에는 그 중 대표적인 유사 선종에 대한 값들을 수록하였다.
1과 같은 설계 순환(Design Spiral)프로그램을 구성하였다. 본 설계 순환 프로그램은 전체 적인 순환계와 두개의 단계별 순환으로 구성하여 전체 개발 소요 시간을 줄이고도 효율을 올리는 방법으로 되어있다.
4% 정도의 러더 면적을 가지고 있으며, 이 치수는 킬의 면적은 줄어드는데 반해 조금씩 큰 값을 가지는 것이 대체적인 설계 경향이다. 본 설계에서는 러더의 깊이를 1.7m로 선정하였으며, 이에 따라 코드길이 를 뿌리(root)에서 0.4m, 날개면 끝단에서 0.03m 을 가지도록 하였다.
본 연구에서는 30피트급 세일링 요트에 대한 본격적인 설계와 성능 추정을 수행하였다. 일반 상선과는 달리 요트의 항주자세는 매우 특이하며, 이에 대한 고려가 설계 초기부터 반영되어졌다.
본 연구에서는 세계적 요트 공인 인증기관의 하나인 ORC(Offshore Racing Congress)의 산하기관인 IMS (International Measurement System)에서 개발 공급하고 있는 VPP(2004D)를 사용하였으며, VPP 프로그램에 입력되어져야하는 선형 자료(Offset)는 본 연구에서 선형 설계 도구로 사용하는 HCAD프로그램에서 자동 생성되도록 연동 프로그램을 개발하였다. Fig.
또한 세일과 Rig의 제원이 결정되면, 첫 번째 단계로 세일에 작용하는 풍력의 중심, 즉 CE의 위치를 산정하여야 한다. 본 연구에서는 초기 설계 단계에서 간단히 찾을 수 있는 방법으로 세일면의 도심을 CE로 간주하였으며, FP로부터 3.7m에 위치하는 것으로 얻어졌다.
본 연구에서는 횡경사 각이 작은 상태에서는 비교적 복원력의 증가를 더디게 하여 비교적 민감한 횡경사 추이를 갖도록 하고, 20도 이상의 큰 각도에서는 큰 복원력을 가지도록 하여 승정원들이 안정감을 느끼도록 선형의 프레임 라인의 설계 시에 플레어에 대한 조절을 하였다. Fig.
(1) 프로파일(Profile)의 형성: 먼저 선수 프로파일은 모선의 것을 큰 변화 없이 사용하였다. 선 수부 수면 가름부의 위치를 설계 흘수를 기준으로 흘수 상단(0.4WL)을 기준 접선으로 선정하고, 선 수 입사부를 높이 방향으로는 수직하게 만들어 (구축함형 선수부), 횡경사 상태에서도 수선장이 손실되지 않게 하였다. (Killing, 1998) 선미 프로파일은 기존의 모선은 오버행(Overhang)이 존재 하지 않아 파랑 중 종동요(Pitching Motion)에 대한 제어력이 약하므로, 수선장의 10% 정도의 길이를 갖는 오버행을 추가시켰다.
이러한 플레어의 형성은 선미부가 비교적 뚱뚱한 선형의 경우 횡경사가 발생하게 되면 과도한 선수 트림을 유발하게 되므로 이를 억제할 수 있는 보조적인 역할을 하게 된다. 선미부를 포함한 전체적인 프레임 라인의 형상은 모선보다는 좀더 원형에 가깝도록 설계하여 횡경사(Heel) 상태 시에 원활한 수선면을 갖도록 유도하고, 횡경사 각도의 변화에 따라서 급격한 복원력의 변화가 생기지 않도록 하여 항주 중에 승정원들이 느끼게 되는 급격한 힐의 변화가 나타나지 않을 수 있도록 설계하였다.
선체에 대한 형상(Offset), 각종 부가물(킬과 러더 등), 마스트를 포한한 Rig, 세일(전, 후세일 및 부가세일)에 대한 제원 자료를 입력하며, 선체 중량에 대한 자료로서 Pendulum Length 또는 VCG(Vertical Center of Gravity) 값을 입력한다. 첫 번째 절차로서 기본 제원을 사용한 경험식을 통해 풍향, 풍속에 따른 횡경사각과 사항각 그리고 선속을 가정한다.
선체의 전체 중량에 대해서 35%~40%의 중량을 갖는 킬을 설계하였다. 킬의 단면 형상은 층류 영역에서 비교적 저항이 작은 NACA63-009B 선택하였으며, 목표하는 중량을 만족시키기 위해서 두께비(t/c)를 15%로 증가시켰다.
14m이며, 최대 폭은 3m로서, 계산되어진 각종 선형 계수들은 Table 2에 정리하였다. 선형 설계를 위한 기본 입력 자료인 선체를 포함한 각종 탑재물(세일, Rig, 전장품, 의장품 등)의 중량은 초기 설계 단계에서 최소값, 최대값으로 범위를 가지고 산정하였으며, LCG, VCG의 값들도 일정한 오차 범위를 허용하며 추정하였다. 선체의 중량은 FRP를 성형할 때 사용하게 되는 적층순서(Laminating Schedule)를 바탕으로 추정되어졌다.
3톤이 되도록 하였다. 선형의 최대 폭은 7번 스테이션에 두었으며, 선형 계수 중에 LCB의 값은 되도록 중앙부에서 크게 벗어나지 않도록 하였으며, 횡경사가 되어도 급격한 LCB의 변화가 생기지 않도록 하였다. 개발되어진 선형의 개략적인 모습은 Fig.
러더의 설계는 우선 면적에, 대한 설계로 시작하였다. 설계되어진 선형 자체가 비교적 광폭의 특성을 가지며, 이에 따라 풍속이 커짐에 따라 횡경사가 커지면 선체의 풍상쪽 바닥면이 드러날 수 있는 선형이므로 러더의 형태는 코드길이가 작고 깊이가 큰 쪽으로 설계하였다. 평균적인 동급의 선종들이 세일 총면적에 대하여 약 1.
전체적인 선형이 선미부가 넓고 뚱뚱한 형태로서 LCB가 선미 쪽으로 과도하게 위치할 수 있으므로, 선미부 프로파일의 각도를 키워 선미 쪽 배수량을 줄여주도록 하였다.
두 번째 절차로서, 수면 아래에 존재하게 되는 모든 형상물에 대해서 유체역학적인 힘과 모멘트를 계산하게 된다. 즉, 가정되어진 횡경사각과 사 항각에 대해서 마찰저항, 점성저항 그리고 조파저항을 계산하며, 각 형상울에 의한 횡방향 힘과 모멘트를 계산한다. 또한 횡경사와 사항에 의한 부가 저항을 포함하여 횡경사 모멘트를 계산한다.

대상 데이터

가. 전체 길이: 보급 가격이 비교적 저렴하면서도 거주부 성능 등이 충분히 갖추어 질 수 있는 30피트(9」4m) 내외로 선정한다.

이론/모형

선형의 개발부터 기본적인 선박 계산은 모두 일반 상선용으로 사용하는 HCAD프로그램을 사용하였다. 선형의 전장은 9.

성능/효과

VPP를 통해서 설계되어진 요트의 속도 성능을 추정하였다. 추정되어진 결과는 Fig. 10의 Velocity Polar Diagram 으로 표시하였으며, 비대칭 스피네이커(Gennak아)를 장착한 상태에서 20노트의 바람이 120도로 불어오는 경우에 최고 선속인 9.6노트로 항주하는 것으로 나타나고 있다. 집(Jib) 세일을 장착한 경우에는 같은 풍속에서 110도의 바람에서 8.

후속연구

기본적인 설계 선형의 성능 추정을 위해서 VPP 를 사용하였으며, 앞으로 CFD를 이용한 성능 평가와 더불어 설계 최적화가 이루어질 예정이다. 아울러 예인 수조에서의 모형 시험과 풍동을 이용한 세일에 대한 시험 등을 통하여 정량적인 해석도 이루어질 예정이며, 이러한 해석 결과들을 설계 반영하기 위한 제반 작업도 수행할 계획이다.
대형 선박의 주요 핵심기술인 선형설계 기술, 추진기 기술, 유체성능해석 기술, 의장 기술 등이 레저선박의 주요 핵심기술과 공통되는 점을 고려하면 세계 최고의 수준에 도달한 대형 선박 관련 기술과 관련 연구 성과, 연구시설 및 연구 인력을 충분히 활용하여 체계적이며 지속적인 연구개발을 수행한다면 레저선박 개발 및 관련 기술의 국산화가 충분히 가능할 것으로 예상된다.
기본적인 설계 선형의 성능 추정을 위해서 VPP 를 사용하였으며, 앞으로 CFD를 이용한 성능 평가와 더불어 설계 최적화가 이루어질 예정이다. 아울러 예인 수조에서의 모형 시험과 풍동을 이용한 세일에 대한 시험 등을 통하여 정량적인 해석도 이루어질 예정이며, 이러한 해석 결과들을 설계 반영하기 위한 제반 작업도 수행할 계획이다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

30피트급 요트의 선형개발 및 성능추정
Development of 30 Feet Sailing Yacht and Performance Predictions 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (3)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

30피트급 요트의 선형개발 및 성능추정 Development of 30 Feet Sailing Yacht and Performance Predictions 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

참고문헌 (3)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

유재훈 (12) 반석호 (35) 안해성 (7) 김진 (25) 김상현 (27)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

30피트급 요트의 선형개발 및 성능추정
Development of 30 Feet Sailing Yacht and Performance Predictions 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper