실습선 한바다호의 운항성능에 관한 연구(I) -선체감시장치(HMS) 계측 데이터를 이용한 내항성능 평가- A Study on the Ship's Performance of T.S. HANBADA(I) -The Evaluation of Seakeeping Performance by HMS Measuring Data-원문보기
최근에 선박이 대형화, 고속화되면서 선수 충격파 영향으로 인하여 선체 또는 화물에 잦은 손상을 초래하기도 하고, 극판적인 상황에서는 선박이 절단되기도 한다. 본 논문에서는 내항성능 평가요소 중 하나인 상하가속도 값을 선교에 설치된 선체감시장치를 이용하여 해상상태별 변화량을 계측하고, 이를 모형시험 및 이론계산 결과와 상호 비교하였다. 또한 ITTC에서 제시하는 내항성능 기준치와도 비교함으로써 실습선 한바다호의 내항성능을 확인하였다. 이러한 결과는 앞으로 경험할 수 있는 다양한 해상상태에서의 작업가능성 및 위험성 정도의 예측을 가능하게 함으로써 선박의 안전운항에 큰 도움이 될 것으로 판단되며, 또한 다양한 실선계측 자료를 통하여 조선소에서는 보다 우수한 성능의 선박 건조가 가능하리라 본다.
최근에 선박이 대형화, 고속화되면서 선수 충격파 영향으로 인하여 선체 또는 화물에 잦은 손상을 초래하기도 하고, 극판적인 상황에서는 선박이 절단되기도 한다. 본 논문에서는 내항성능 평가요소 중 하나인 상하가속도 값을 선교에 설치된 선체감시장치를 이용하여 해상상태별 변화량을 계측하고, 이를 모형시험 및 이론계산 결과와 상호 비교하였다. 또한 ITTC에서 제시하는 내항성능 기준치와도 비교함으로써 실습선 한바다호의 내항성능을 확인하였다. 이러한 결과는 앞으로 경험할 수 있는 다양한 해상상태에서의 작업가능성 및 위험성 정도의 예측을 가능하게 함으로써 선박의 안전운항에 큰 도움이 될 것으로 판단되며, 또한 다양한 실선계측 자료를 통하여 조선소에서는 보다 우수한 성능의 선박 건조가 가능하리라 본다.
As the ship is getting bigger and faster lately, ship's structure or cargoes might be often damaged and the ship might be cut in two in extreme conditions by a wave impact on its bow. In this paper, the vertical acceleration, which is one of factors for evaluating seakeeping performance, was measure...
As the ship is getting bigger and faster lately, ship's structure or cargoes might be often damaged and the ship might be cut in two in extreme conditions by a wave impact on its bow. In this paper, the vertical acceleration, which is one of factors for evaluating seakeeping performance, was measured under the various sea states by the hull stress monitoring system(HMS) on the bridge, and the result was compared with those of model test and theoretical studies. Then, we confirmed the seakeeping performance of T.S. HANBADA by comparing it with ITTC seakeeping criteria This result will be a great help for the safe navigation by making it possible to estimate the possibility of work and the amount of risk under the various sea conditions with which may be confronted, and the shipbuilding yard can be possible to construct the vessel with superior performance through these data measured on the actual ship.
As the ship is getting bigger and faster lately, ship's structure or cargoes might be often damaged and the ship might be cut in two in extreme conditions by a wave impact on its bow. In this paper, the vertical acceleration, which is one of factors for evaluating seakeeping performance, was measured under the various sea states by the hull stress monitoring system(HMS) on the bridge, and the result was compared with those of model test and theoretical studies. Then, we confirmed the seakeeping performance of T.S. HANBADA by comparing it with ITTC seakeeping criteria This result will be a great help for the safe navigation by making it possible to estimate the possibility of work and the amount of risk under the various sea conditions with which may be confronted, and the shipbuilding yard can be possible to construct the vessel with superior performance through these data measured on the actual ship.
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문제 정의
따라서, 본 논문에서는 실습선 한바다호의 선교에 설치된 선체 감시 장치를 이용하여 그 동안의 운항과정에서 계측된 내항성능 평가요소 중 하나인 상하가속도 값을 해상상태별, 선박과 파랑의 만남각별로 살펴보고, 이를 모형시험 및 이론계산 결과와 상호 비교한 후, ITTC에서 제시하는 내항성능 기준치와 비교함으로써 실습선 한바다호의 내항성능을 평가하고자 한다.
1). 본 논문에서는 실습선 한바다호의 운항성능 평가 중에서 조종성능, 복원성능 그리고 승선감 평가는 추후 과제로 남기고, 여기서는 우선 내항성능에 대하여 평가하고자 한다.
제안 방법
선교에 설치된 선체감시장치(HMS)를 이용하여 실습선 한바다호 인수 후 실시한 수차례의 연안항해와 원양항해를 통해 수집한 가속도, 슬래밍, 횡요, 종요, 선속, 풍속, 파고 등 각종 자료를 분석하여 실습선 한바다호의 내항성능을 평가하였다.
장치이다. 선체감시장치의 주요 구성 요건으로 본선에는 Upper Deck상에 4개의 Long Based Strain Gauge를 부착하여 선체에 가해지는 응력을 계측하고, 또한 선수와 선미에 각각 1개씩의 상하가속도계가 설치되어 선수와 선미의 가속도를 실시간으로 계측할 수 있으며, 선교에 경사계 1개 및 기타 항해장비의 신호를 받아 화면에 표시하는 장치로 구성된다. Fig.
또한 HMS의 풍향 및 풍속자료도 함께 이 용하여 해상상태를 판단하는데 참고하였다. 여기에서는 동일한 해상조건에서도 가속도 값이 가장 크게 측정된 선수파에 가까운 경우를 선택했고, 또한 연안항해보다는 가속도 값이 더 크게 측정된 대양항해를 선택하여 각 해상상태(Sea State)별로 HMS에서 측정된 가속도 값을 제시하였다.
해상상태의 변화에 따른 가속도의 변화량을 조사하기 위하여 항해일지(Lag Book)의 기록을 바탕으로 먼저 연안 항해와 대양항해를 구분하여 조사하였고, 그 중에서 동일한 해상상태 (Sea State)에 해당되는 날짜를 찾아 분류하였으며, 마지막으로 동일한 해상상태일지라도 선박과 파와의 만남각을 고려하여 분석 하였다. 또한 HMS의 풍향 및 풍속자료도 함께 이 용하여 해상상태를 판단하는데 참고하였다.
대상 데이터
선박 설계단계에서 내항성능을 검토하기 위해 실시된 다양한 실험조건에 따른 모형시험 중에서, 본 연구에 비교 대상으로 한 선속은 15 Kts이며, 파향은 횡운동(Roll) 및 좌우가속도 (Lateral acceleration)에서는 횡파(Beam sea) 이고, 종운동 (Pitch) 및 상하가속도(Vertical acceleration)에서는 선수파 (Head sea)를 기준으로 하였다. 먼저 본선에서 실측한 2006년 6월 3일의 종운동 실측값을 Fig.
2.1 한바다호의 제원 및 주요 운항 실적
실선 시험 대상인 한바다호는 한국해양대학교의 실습선으로서, 최첨단 시스템을 갖춘 선교와 세계 최초의 Dual Engine(ME & MC), 그리고 동시통역 및 위성화상회의 설비시스템을 갖추었다. 연구시설로는 선박 조종성능 계측 시스템 (Ship's Maneuverability Measuring System), 선체응력 김■시시스템(Hull Stress Monitoring System), 엔진성능 측정 시스템(MI.
실습선 한바다호는 2005년 12월 8일 진해 STX 조선소로부터 인수 이후, 각종 행사로 인하여 단기간 항해한 경우를 제외한 주요 운항 실적으로는 2006년 연안항해 7회와 원양항해 2 회, 2007년 1학기까지 연안항해 4회와 원양항해 1회를 실시하였다. 3차례의 원양항해 증 2006년 1학기 원양항해에 해당되는 5월 8일부터 6월 12일까지의 일정인 '부산-양곤-기륭-요 코흐].
갖추었다. 연구시설로는 선박 조종성능 계측 시스템 (Ship's Maneuverability Measuring System), 선체응력 김■시시스템(Hull Stress Monitoring System), 엔진성능 측정 시스템(MI. P & Ship Performance System), 배기가스 분석 시스템 (Emission Analyzer System) 등이 설치되어 있다.
성능/효과
선체운동은 상당히 달라진다. 계측된 결과로는 비교적 파장이 짧은 연안을 항해할 때 보다는 파장이 긴 대양을 항해할 때 선체운동이 크게 일어났다.
8g보다 다소 높은 결과이다. 둘째로 동일한해 상 조건에서는 선박이 파도를 선수방향에서 받으며 항해할 때 상하가속도가 가장 높게 측정되었으며 선미에서 가장 낮게 측정되었다. 셋째로 연안항해 보다는 대양항해에서의 상하가속도가 0.
이는 실측위치 및 이론계산의 측정위치가 선수창고로 모형시험의 측정위치인 선교보다 약 20여 미터 전방에 위치해 있으며, ITTC에서 제시한 내항성능 기준값의 가속도 측정 위치가 명확히 제시되어 있지 않고, 또한 그 평가 기준이 각 선박마다 고유의 임무에 따라 설정되어야 함에도 불구하고 일률적으로 정해짐으로써 나타난 것으로 사료된다. 실측값을 보면, 해상상태 5에서 작업가능기준치인 0.4g에 도달하고 해상상태 6에서 생존 조건인 0.8g에 도달한다.
이론계산 및 모형시험 결과와 실측한 자료를 비교해 보면, Fig. 16에서 보듯이 상하가속도(Vertical Acceleration) 이론값과 실측값은 비교적 잘 일치하고 있으나, 모형시험 결과와는 상당한 차이가 나고, 또한 실측값이 ITTC에서 제시한 기준값과 비교해 볼 때 약간 높게 측정된 경향을 보이고 있다. 이는 실측위치 및 이론계산의 측정위치가 선수창고로 모형시험의 측정위치인 선교보다 약 20여 미터 전방에 위치해 있으며, ITTC에서 제시한 내항성능 기준값의 가속도 측정 위치가 명확히 제시되어 있지 않고, 또한 그 평가 기준이 각 선박마다 고유의 임무에 따라 설정되어야 함에도 불구하고 일률적으로 정해짐으로써 나타난 것으로 사료된다.
이와 같이 그동안의 실습선 한바다호가 운항하면서 측정했던 실선자료를 분석하여 ITTC에서 규정하고 있는 내항 성능 기준과 상호 비교함으로써, 실습선 한바다호의 내항성능을 평가해 보았고, 이를 바탕으로 앞으로 경험할 수 있는 다양한 해상상태에서 항해위험도가 어느 정도인지를 예측함으로써 선박을 보다 안전하게 운항할 수 있게 되었으며, 이를 토대로 실제 해상에서 운항중인 타 선박에서도 이와 같은 내항성능 평가를 적용하여 항해 안전성을 향상시키고, 또한 조선소에서는 초기 설계과정에서부터 불필요한 부분을 제거함으로써 보다 우수한 성능의 선박을 건조하는데 이용 가능하다.
첫째로 비교적 파장이 큰 대양에서의 상하가속도는 해상상태 4에서 0.2g 이하로 계측되었고, 해상상태가 점점 나빠져 7 정도에 가까워 갈수록 0.8g를 넘어 1.3g에 이르기까지도 하였다. 이는 ITTC에서 규정하고 있는 작업가능기준치 0.
후속연구
따라서 ITTC 기준도 실선계측 부분에서 미진했던 연구 부분을 보완할 필요성이 있고, 이러한 실선계측 자료를 바탕으로 앞으로 보다 다양하고 충분한 실선시험을 실시함으로써 기존에 제시되어 왔던 기준치 및 측정위치에 대한 다각적인 검토가 필요하다고 판단된다.
또한, 선박에서의 가속도는 위치에 따라 그 크기가 다르고 선형 및 선박의 크기에 따라 다르므로 일률적으로 그 기준을 정하기 어렵겠지만, 다양한 실선시험을 통하여 확인 가능할 것이다. 따라서 ITTC 기준도 실선계측 부분에서 미진했던 연구 부분을 보완할 필요성이 있고, 이러한 실선계측 자료를 바탕으로 앞으로 보다 다양하고 충분한 실선시험을 실시함으로써 기존에 제시되어 왔던 기준치 및 측정위치에 대한 다각적인 검토가 필요하다고 판단된다.
참고문헌 (6)
공길영, 김철승(2001), "황천항해중인 선수선교선의 내항성능 평가기준 설정 방안에 관한 연구", 해양환경안전학회지, 제7권, 제3호, pp.17-27
김철승, 이윤석, 공길영, 정창현, 김대해, 조익순(2005), "선체운동 평가를 위한 다목적 계측시스템 개발에 관한 연구", 한국항해항만학회지, 제29권, 제10호, pp.847-852
한국해양연구원 해양시스템안전연구소(2003), "한국해양대학교 DWT 5,900톤급 실습선 선형 연구"
Global Maritime Engineering, "Hull Stress Monitoring System(Operational Manual)"
ITTC(1981), "Report of Seakeeping Committee", Proceedings of ITTC
Tan, S. G.(2000), "Advanced Experimental Facilities and Techniques for Seakeeping Research", Fourth Osaka Colloquium on Seakeeping Performance of Ships, pp. 1-10.
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