[논문]흘수변화가 선박 조종 성능에 미치는 영향에 관한 연구

임남균; 권석암; 김세은

doi:10.3744/snak.2005.42.2.105

흘수변화가 선박 조종 성능에 미치는 영향에 관한 연구
The Study on the Effect of Loading Condition on Ship Manoeuvrability 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.42 no.2, 2005년, pp.105 - 112

임남균 (목포해양대학교 해상운송시스템학부) , 권석암 (삼성 중공업(주) 조선해양연구소 대덕 선박연구센타) , 김세은 (삼성 중공업(주) 조선해양연구소 대덕 선박연구센타)

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IMO standards for ship manoeuvrability were applied from January 1, 2004. Though model test or sea trial in full load condition is needed, it is not always possible to get such data for every ships. Therefore it is required to study the effect of loading conditions on ship manoeuvrability. Approximate formulae to estimate the hydrodynamic forces acting on a ship and the 2nd overshoot angle of $10^{\circ}$/$10^{\circ}$ zig-zag test in certain loading condition are proposed in this study These were derived from the results of model test and sea trial data. Captive model tests for 7 ships with 15 different loading conditions and sea trial data including free running test of 6 cases were used. Compared with experiment data and prediction formulae already proposed by others, the approximate formulae in this study show good agreement with model test results.

주제어

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문제 정의

그림에서 보는 바와 같이, 시운전의 결과와 구속모형실험으로 얻은 결과가 대체로 비슷한 경향을 나타내고 있다. 따라서 같은 방식으로 수행되고 분석된 구속모형실험으로 얻은 다른 흘수에서의 유체력 미 계수와 선박조종성능은 나름대로 본 연구의 목적에 부합되는 신뢰성을 포함하고 있다고 판단된다.
본 연구는 만재흘수 상태가 아닌 흘수에서 시행된 시운전의 결과 및 구속모형실험을 바탕으로 만재흘수 상태에서의 조종성능을 추정하기 위해 수행되었다. 흘수변화에 따른 선형유체력 미 계수의 변화, 10710° zig-zag test 의 2nd OSA 변화 추이를 간단히 추정할 수 있는 방안을 연구하였다.
따라서 현실적으로 해당 선박의 실행 가능한 흘수에서 시운전이 수행되고, 선박에 대한 만재흘수 상태에서의 조종성능을 어떤 형태로든 추정하는 것이 중요한 문제로 대두되고 있다. 본 연구는 이러한 선박조종성능에 관한 움직임에 대응하여, 선박의 흘수 변화가 조종성능에 미치는 영향을 파악하기 위하여 수행되었다. 선박의 조종성능을 추정하기 위해서는, 데이타 베이스, 구속모형실험, 이론적 추정식 등으로 선박에 대한유체력 미계수와 간섭계수 등을 얻고 이를 사용하여 조종운동의 수치계산을 수행하여야 한다.
흘수변화에 따른 선형유체력 미 계수의 변화, 10710° zig-zag test 의 2nd OSA 변화 추이를 간단히 추정할 수 있는 방안을 연구하였다. 이를 위하여, 7 척 선박에 대하여 총 15 case 의 구속모형 실험 데이타, 5 척의 시운전 및 1 척의 자유 항주 실험 데이타 등이 사용되었다.

제안 방법

(2) 흘수변화에 따른 10°/10° 기g—zag test 2nd OSA 추정식을 유도하였다.
8 과 같다.F. 총 8 척에 대하여, 각기 다른 배수량에서의 zig-zag test 21 2nd OSA 변화율을 도출하였다. 그림에서처럼 그 경향성을 확연히 나타낼 수 있었으며, 흘수량 변화에 따른 변화추이를 간단한 2 차곡선으로 나타낼 수 있었다.
구속모형실험을 통해 얻은 선박 유체력 미 계수 등을 이꾱하여 수치시뮬레이션을 수행하여, 선박 조종성능을 추정하였으며, 이때 사용한 좌표계는 Fig. 1과 같다.
그러나 현실적으로 서로 다른 흘수에서 시운전을 실시하는 것은 극히 드문 일이므로, 본 연구에서는 구속모형실험 데이타를 사하였다. 이러한 실험 데이타의 신뢰성을 뒷받침하기 위하여, 실제 시운전데이타와 구속모형실험으로 얻은 조종성능 중 10° /10° zig-zag 2nd OSA 의 비교 결과를 나타내었다.
본 연구에서는 방식(a)와 방식 (c)를 중심으로 사용하였으며, 방식 (a)에서는 선박조종성능을 나타내는 항목 중 가장 중요시 여겨지는 10°/10° zig-zag 2nd OSA 을 중심으로 살펴보았고, 방식 (c)어서는 유체력 미계수와 간섭계수 중 유체력미계수의 선형항목에 대하여 중심적으로 취급하였다.
앞장에서 서술한 홀수변화에 따른 선형유체력미계수의 변화, 선박조종성능의 변화 추이를 이용하여, 근사 추정식을 구성하였다、이 추정식은 만재횰수가 아닌 상태에서의 시운전 결과나 실험 결과를 이용하여, 만재상태에서의 조종성능을 추정할 때 사용할 수 있다. Fig.
그러나 현실적으로 서로 다른 흘수에서 시운전을 실시하는 것은 극히 드문 일이므로, 본 연구에서는 구속모형실험 데이타를 사하였다. 이러한 실험 데이타의 신뢰성을 뒷받침하기 위하여, 실제 시운전데이타와 구속모형실험으로 얻은 조종성능 중 10° /10° zig-zag 2nd OSA 의 비교 결과를 나타내었다. 사용된 구속모형 실험 중 총 4 case 의 구속모형실험과 동일한 조건하에서 시운전이 실시되었고, 이들의 결과를 비교한 것이 Fig.
등을 찾아 볼 수 있다. 이번 연구도 이러한 연구의 일환으로 수행되었으며, 흘수 변화에 따른 선박 조종성능 추정식을 도출하였다. 특히 선형유체력 미계수의 변화와 IMO 조종성능 규정에서 가장중요시 여겨지는 10710° zig-zag te아 의 2nd Overshoot angle(이하 OSA)에 초점을 두고, 선박의 흘수변화에 따라 다른 흘수 상태에서의 조종성능을 추정하였다.
이번 연구도 이러한 연구의 일환으로 수행되었으며, 흘수 변화에 따른 선박 조종성능 추정식을 도출하였다. 특히 선형유체력 미계수의 변화와 IMO 조종성능 규정에서 가장중요시 여겨지는 10710° zig-zag te아 의 2nd Overshoot angle(이하 OSA)에 초점을 두고, 선박의 흘수변화에 따라 다른 흘수 상태에서의 조종성능을 추정하였다.
한편 위에서 도출한 선형유체력 미계수 추정 식에 대한 효용성을 알아보기 위하여, 기존의 연구에서 제시한 추정식과 비교하였다. 기존의 연구에서 제시한 선형 유체력 미계수 추정식은 선형의 변화, 선미형상의 변화를 반영하기 위해 수행된 연구이다.
한편 이번 연구에서는 흘수변화에 대한, 선형유체력 미계수, 10°/10° zig-zag test 의 2 OSA 변화에 중점을 두고 이루어졌다. 그러나 이외에도 선체와 프로펠러, 타와의 간섭계수의 변화 추이, 비선형 유체력 미계수의 변화 추이 또한 정확한 조종성능 추정을 위해 살펴보아야 할 항목 중 하나이다.
흘수 변화에 따른, 유체력 미계수 변화 추이와, 조종성능 변화를 살펴보기 위하여, 구속모형실험이 실시되었다. 사용된 선박은 탱커, LNGC 등 7 척에 대하여 각기 다른 흘수 총 15 case 에 대한 조종실험 데이타가 사용되었다.

대상 데이터

실시되었다. 사용된 선박은 탱커, LNGC 등 7 척에 대하여 각기 다른 흘수 총 15 case 에 대한 조종실험 데이타가 사용되었다. 모형실험에 사용된 선박제원은 Table 1 과 같다.
흘수변화에 따른 선형유체력 미 계수의 변화, 10710° zig-zag test 의 2nd OSA 변화 추이를 간단히 추정할 수 있는 방안을 연구하였다. 이를 위하여, 7 척 선박에 대하여 총 15 case 의 구속모형 실험 데이타, 5 척의 시운전 및 1 척의 자유 항주 실험 데이타 등이 사용되었다. 이를 통해 아래와 같은 연구결과를 얻었다.

이론/모형

본연구에서는 선박의 유체력을 선체, 프로펠러, 타에 미치는 힘과 간섭효과 등을 나누어 해석하는 분리 수학모형(SNAJ 1977)을 이묭하였다.

성능/효과

(1) 흘수 변화에 따라 선형 유체력 미계수 중 Y「' 을 제외하곤 대체로 그 경향성이 뚜렷하게 나타났으며, 이를 이용하여 흘수 변화에 따른 추정식을 도출하였다.
(3) 도출된 추정식을 이용하여 기존의 연구가 제시한 유체력미계수와 비교작업을 수행하였으며, 대체로 기존의 추정식보다 우수한 추정 결과를 나타내었다.

후속연구

그러나 이외에도 선체와 프로펠러, 타와의 간섭계수의 변화 추이, 비선형 유체력 미계수의 변화 추이 또한 정확한 조종성능 추정을 위해 살펴보아야 할 항목 중 하나이다. 향후 이러한 문제 또한 검토할 예정이며, 보다 많은 실험 데이타 및 시운전 데이타를 확보하여 추정식에 대한 신뢰성을 높여갈 예정이다.

참고문헌 (9)

이승건, 최재영, 서영석, 이우진 1999, ' 초기 설계시 선박의 선미형상을 고려한 조종성능 추정에 관한 연구,' 대한조선학회 논문집, 제 36 권, 제 2 호, pp. 72-76

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이호영, 신상성, 1998, '선박조종성능 추정을 위한 근사적 기법에 관한 연구,' 대한조선학회 논문집, 제 35 권, 제 4 호, pp. 19-26

원문보기 상세보기
이호영, 신상성, 염덕준, 1998, ' 초기설계단계에서 선박의 조종성능 추정에 대한 정도향상 연구,' 대한조선학회 논문집, 제 35 권, 제 1 호, PP. 46-53
한국조선기술연구조합, 2001, 선박의 조종성능 추정 정도 향상을 위한 연구 III
Kijima K., Katsuno T.,Nakiri Y. and Furukawa Y. 1990, ' On the manoeuvring performance of a ship with the parameter of loading condition, ' The Society of Naval Architecture of Japan, Vol. 168, pp. 141-148
Kijima K. and Nakiri Y. 1999, 'Approximate Expression for Hydrodynamic Derivatives of Ship Manoeuvring Motion taking into account of the Effect of Stern Shape,' The Journal of West-Japan Society Naval Architects, Vol. 98, pp. 67-77
IMO, 2002, MSC 76/23, Resoultion MSC 137(76), Standards for Ship Manoeuvrability, Report of the Maritime Safety Committee on Its 76th Session-Annex 6
Inoue S., 1981, 'Hydrodynamic derivatives on Ship Manoeuvrability,' ISP, Vol. 28, No. 321
SNAJ, 1977, MMG Report I -IV, Bulletin of the Society of Naval Architects of Japan, No.575, No.577, No.578, No.579, No.616

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