[논문]근접 항해하는 선박의 상호작용과 충돌시간 계산에 관한 연구

이춘기; 윤점동; 강일권

doi:10.5394/kinpr.2006.30.5.315

근접 항해하는 선박의 상호작용과 충돌시간 계산에 관한 연구
A Study on Interaction between Two Vessels Passing Close to Each Other on Parallel Courses and Calculation of Collision Time by its effect 원문보기

한국항해항만학회지 = Journal of navigation and port research, v.30 no.5 = no.111, 2006년, pp.315 - 320

이춘기 (한국해양대학교 수중운동체특화연구센터) , 윤점동 (한국해양대학교 항해시스템공학부) , 강일권 (부경대학교 해양생산시스템관리학부)

초록
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항내 혹은 협수로와 같은 제한수역에서 근접하여 항해중인 두 선박간의 상호 유체력 및 모멘트가 선박조종운동에 상당히 크게 영향을 준다는 것은 잘 알려져 있다. 두 선박간의 상호간섭력은 종방향 거리, 횡방향 거리 및 두 선박의 속도의 함수로서 가정될 수 있다. 본 연구에서는 근접 항해중인 추월선박과 피 추월선박간의 상호유체력을 계산하고, 두 선박간의 횡방향 및 종방향 거리와 속도, 그리고 타 사용으로 인한 접근상황 및 충돌시간에 대해서 검토, 고찰하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

It is well known that the ship manoeuvring motion is greatly affected by hydrodynamic forces and moments acting between two vessels passing too close to each other in confined waters, such as in a harbour or narrow channel. This interaction between two vessels could be assumed to be the functions of the longitudinal distance, transverse distance and their speeds. The aim of this study is to calculate the interaction between two vessels passing close to each other on parallel courses by simulation, and to estimate the effect of rudder action and time at collision through simulation under the condition of various longitudinal distances and different speed-ratios of the two vessels.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

수치계산에 필요한 대상 선박은 Table 1에 나타낸 것처럼 동일한 크기의 일반 화물선으로 하였다. 또한 외력은 없다고 가정하고, 피 추월 선박의 속도 U₁을 5kt로 고정하고, 추월선박의 속도 U₂를 각각 6kt, 7kt, lOkt로 하였다. 또한 두 선박간의 상호유체력(C_R) 및 상호간섭으로 인한 모멘트(C_M)는 다음 식으로 무차원화 된다.
먼저 근접하여 항행하는 두 선박을 가정하자. Fig.
1에 표시한 것처럼, 공간고정좌표계 ο - xy 와 근접하여 항행중인 두 선박의 선체중심을 원점으로 하는 선체고정좌표계 O_i - x_iy_i (i=1, 2)를 생각할 수 있다. 여기서, 추월관계에 있는 두 선박은 선속 U_i(i = 1,2)로 직진하는 것으로 가정하고, 피 추월 선박의 선체 중심선과 추월선박의 선체 중심선간의 횡 방향 거리를 S_M2로 하며, 피 추월선박의 선체 중심과 추월선박의 선체 중심간의 종방향거리를 S_T12 로 한다.

제안 방법

대해서 검토, 고찰하였다. 또한 실제의 경우, 추월선박과 피 추월선박의 종방향거리, 횡방향거리, 속도차, 수심 및 타 사용각도에 대한 경우는 무수히 많겠으나, 본 시뮬레이션에서는 h/d=L2로 하였고, 두 선박간의 횡방향거리 S_P12/L₁ 은 0.4로 하였으며, U₁을 5kt로 고정하고, U₂를 각각 6kt, 7kt, 10kt로 하였다. 또한 K₁ = K₂ = 5.
12는 추월관계에 있는 두 척의 대형선박이 근접 항행하는 경우, 추월선박과 피 추월선박의 궤적 및 대응 타각과 회두각에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다. 여기서 h/d=1.2로 하였고, 두 선박간의 횡방향거리 S_P12/L₁은 0.4로 하였으며, U₁을 5kt로 고정하고, U₂를 각각 6kt, 7kt, 10kt로 하였다. 또한 상수 K_! = K₂ = 5.
이 연구에서는 협수로 혹은 천수로와 같은 제한수역에서 추월 관계에 있는 두 척의 대형선박이 근접하여 항행하는 경우, 선박과 선박간의 상호유체(간섭)력에 대한 수치계산을 행하고, 선박조종시뮬레이션을 통하여 두 선박간의 횡방향 및 종방향 거리와 속도, 그리고 타 사용으로 인한 접근상황 및 충돌 시간에 대해서 검토, 고찰하였다. 또한 실제의 경우, 추월선박과 피 추월선박의 종방향거리, 횡방향거리, 속도차, 수심 및 타 사용각도에 대한 경우는 무수히 많겠으나, 본 시뮬레이션에서는 h/d=L2로 하였고, 두 선박간의 횡방향거리 S_P12/L₁ 은 0.
이 절에서는 제한수역에서 추월관계에 있는 두 척의 대형선박이 근접하여 항해하는 경우, 두 선박간의 횡방향 및 종 방향 거리와 속도에 따른 충돌시간에 대해서 검토, 고찰하고 조선(操船)상 상호작용에 유의하여야 할 공간적인 범위를 정하기 위하여 선박조종 시뮬레이션을 행하였다. 선박조종 시뮬레이션은 앞에서 계산되어진 두 선박간의 횡방향 및 종방향 거리와 속도비에 따른 상호간섭력을 변수로 하여 행하여졌고, 외력으로서 상호유체력만을 고려한 선 박조종수학모델(Kijima et al.
이 절에서는 추월관계에 있는 두 척의 대형선박이 근접하여 항해하는 경우 근접 항행중인 두 선박의 조종운동에 영향을 미치는 상호유체력을 계산한다. 수치계산에 필요한 대상 선박은 Table 1에 나타낸 것처럼 동일한 크기의 일반 화물선으로 하였다.
그러나 실선운항에서 좋은 지침이 될 수 있는 연구결과는 거의 없는 상태이다. 이러한 상황에서 본 연구는 해양사고 방지를 위한 하나의 방법으로 제한 수역에서 지근거리를 두고 항행중인 선박과 선박간의 상호유체력에대한 수치계산을 행하고, 선박조종시뮬레이션을 행하여 두 선박 간의 횡방향 및 종방향 거리와 속도 및 타 사용에 따른 여러가지 상태를 검토, 고찰하였다.

대상 데이터

미치는 상호유체력을 계산한다. 수치계산에 필요한 대상 선박은 Table 1에 나타낸 것처럼 동일한 크기의 일반 화물선으로 하였다. 또한 외력은 없다고 가정하고, 피 추월 선박의 속도 U₁을 5kt로 고정하고, 추월선박의 속도 U₂를 각각 6kt, 7kt, lOkt로 하였다.

성능/효과

2~Fig. 5로부터 두 선박간의 상호유체력에 대한 일반적인 특징은 두 선박간의 횡방향거 리 SP₁₂/L₁ 을0.2로 하였을 경우에 비하여 두 선박간의 횡방향거리 SP₁₂/L₁을 1.0으로 하였을 경우, 두 선박에 작용하는 상호유체력은 90%정도 감소함을 알 수 있다.
6~Fig. 9로부터 두 선박간의 상호유체력에 대한 일반적인 특징은 두 선박간의 횡방향거리 SP₁₂/L₁을 0.4 로 고정한 상태에서 피 추월선박과 추월선박의 속력비 U₂/U₁ 을 1.2 (피 추월선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 6kt)로 하였을 때에 비하여 두 선박의 속력비 U₂/U₁ 을 1.4 (피 추월 선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 7kt)로 하였을 경우, 피 추월선박에 작용하는 유체력은 40%정도 증가하고, 두 선박의 속력 비 U₂/U₁ 을 2.0 (피 추월선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 10kt)으로 하였을 경우, 피 추월선박에 작용하는 유체력은 80%정도 증가함을 알 수 있다.
둘째 δ_max = 10º의 상태에서 피 추월선박과 추월선박의 속도비 U₂/U₁이 증가함에 따라 유체력 제어 및 침로유지에 요구되어지는 피 추월선박의 대응타각은 증가하지만, 추월선박의 경우는 사용해야 할 대응타각이 오히려 감소함을 알 수 있다. 이러한 이유는 두 선박의 속도비가 증가함에 따라 피 추월 선박에 작용하는 유체(간섭)력 증가와 더불어, 추월선박의 경우도 유체력은 증가하지만 속도 증가에 따른 타효가 더욱 크게 발생하기 때문인 것으로 판단된다.
셋째 두 선박의 속도비 U₂/U₁ 을 1.2 (피 추월선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 6kt)로 하였을 때에 비하여 두 선박의 속도비 U₂/U₁을 1.4 (피 추월선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 7kt)로 하였을 경우, 피 추월선박에 작용하는 유체(간섭)력은 40%정도 증가하고, 두 선박의 속도비 U₂/U₁ 을 2.0 (피 추월선박의 속도는 5kt, 추월선박의 속도는 10kt)으로 하였을 경우, 피 추월선박에 작용하는 유체(간섭)력은 80% 정도 증가함을 알 수 있다.
첫째 δ_max = 0º의 상태에서 U₂/U₁ = 1.2 의 경우, 피 추월선박이 자선의 길이의 6.4배(약 6분 43초) 진행한 후에 충돌하고, U₂/U₁ = 1.4의 경우, 피 추월선박이 자선의 길이의 4.0배 (약 4분) 진행한 후에 충돌함을 알았다. 한편 U₂/U₁ =2.
한편, Fig. 12에서 근접항행중인 두 선박간의 상호유체(간섭)력을 제어하고, 원침로를 유지하기 위하여 요구되어지는 대응 타각에 대한 시뮬레이션 결과를 보면, 피 추월선박과 추월 선박의 속도비 U₁/U₂이 증가함에 따라 상호유체력 제어 및 침로유지에 필요한 피 추월선박의 대응타각도 증가함을 알 수 있다. 그러나 두 선박의 속도비가 증가함에 따라 유체력 제어 및 침로유지에 요구되어지는 추월선박의 대응타각은 오히려 감소함을 알 수 있다.

후속연구

앞으로의 연구과제로서 Head-on situation 상태로 항과하는 선박의 경우에 대해서도 상호작용에 대한 고찰과 시뮬레이션에 관한 연구가 계속되어야 할 것으로 판단된다.

참고문헌 (8)

윤점동.(1986) "선박간의 상호작용과 안전조선에 관한 연구", 한국항해학회지, 제10권 제1호.

원문보기 상세보기
Kijima, K. and Qing, H.(1987), "Manoeuvring Motion of a Ship in the Proximity of Bank Wall", Journal of the Society of Naval Architects of Japan, Vol. 162.
Kijima, K., Nakiri, Y., Tsutsui, Y., Matsunaga, M. (1990). "Prediction Method of Ship Maneuverability in Deep and Shallow Waters". Proceedings of MARSIM and ICSM 90, pp.311-318.
Kijima, K., Furukawa, Y. and Qing, H.(1991), "The Interaction Effects between Two Ships in the Proximity of Bank Wall", Trans. of the West-Japan Society of Naval Architects, Vol.81
Korsmeyer, F. T., Lee, C. H. and Newman, J. N.(1993), "Computation of Ship Interaction Forces in Restricted Waters", Journal of Ship Research, Vol.37

상세보기
Yoon, J. D., Park, S. K.(1982), "A Study on the Approaching Distance in Taking Action to Avoid Collision", 한국항해학회지, 제6권 제1호

원문보기 상세보기
Yasukawa, W.(1991), "Bank Effect on Ship Manoeuvrability in a Channel with Varying Width", Trans. of the West-Japan Society of Naval Architects, Vol.81
Yeung, R.W. and Tan, W.T.(1980), "Hydrodynamic Interactions of Ships with Fixed Obstacles", Journal of Ship Research, Vol. 24

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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