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문제 정의
- 그러나 이러한 선박들은 작은 중량이동만으로도 트림이 급격하게 변하기 때문에 비록 설계단계에서 최적의 초기트림 조건을 찾았다고 할지라도 이 조건으로지속적으로 운항하는 것은 어려운 일이다. 따라서 본 연구에서는 강제적인 초기트림 없이 부가물 만으로 성능을 개선시킬수 있는 방안을 도출하고자 하였다.
제안 방법
- (1) 개발대상선의 초기제원을 결정하기 위하여 최대속력 25 노트 이상, 전장 20m 이하인 단동형 활주선 중 레저보트와 소형경비정 80여척을 수집하여 주요제원 간의 관계를 분석하였다. 레저보트와 소형경비정은 그 목적이 서로 다른 선박이나, 유체역학적인 선형특성이 유사한 관계로 주요제원 상호 간에는 일관된 경향을 보인다.
- 계산격자계는 Fig. 11과 같이 O-H 격자계를 적용하여 자유수면과 선체 부근에 격자를 집중시키고 전체 격자수를 과도하게 증가시키지 않도록 하였다.
- 이용하여 분석하였다. 또한 박제웅 등(2002)과 정우철 등(2004)이 연안어선과 레저보트 성능향상을 위하여 적용하였던 선측날개 (Side-fin) 와 트림탭 (Trim tab)을 부착하여 본개발 선의 성능향상을 위한 방안을 함께 검토하고, 실선에 선 측 날개를 부착하여 그 성능을 확인하였다.
- 본 개발선의 최종 주요제원을 결정 할 때 활주성능을 고려하여 배수량이 증가하지 않도록 하였다. 따라서 선폭과 깊이를 초기 추정치보다 작게 하였다.
- 본 수치계산은 상용 CFD code인 FLL正NT를 이용하여 앞에서 언급한 세 조건에 대하여 30노트에서 수행하였다.
- 본 연구에서는 가족단위로 손쉽게 레저활동을 즐길 수 있는 연안용 레저보트 선형을 해외 실적자료 분석을 통하여 설계하고, 그 성능을 회류수조에서 모형시험과 상용 CDF code인 FLUEN叮를 이용하여 분석하였다. 또한 박제웅 등(2002)과 정우철 등(2004)이 연안어선과 레저보트 성능향상을 위하여 적용하였던 선측날개 (Side-fin) 와 트림탭 (Trim tab)을 부착하여 본개발 선의 성능향상을 위한 방안을 함께 검토하고, 실선에 선 측 날개를 부착하여 그 성능을 확인하였다.
- 의하여 선형개발이 수행되고 있다. 본 연구에서는 개발대상 선의 초기제원을 결정하기 위하여 최대속력 25노트 이상, 전장 20m 이하인 단동형 활주선 중 레저보트와 소형경비정 80여 척을 수집하여 주요제원 간의 상관관계를 분석하였다. Fig.
- 본 연구에서는 총톤수 3톤, 최대속력 30~35노트급 활주형 레저 보트 초기선형을 개발하고 그 성능을 모형시험과 수치해석을 통하여 분석하였다. 본 연구의 결론은 다음과 같다.
- 이상에서 언급한 모형시험과 수치해석을 통하여 선 측 날개만 부착된 Gs&2를 본 개발선의 최종조건으로 채택하여 실선을 제작하였다. Fig.
- 이러한 관점에서 소형 연안 어선 건조에 많이 이용되고 있는 FRP를 본 개발선의 재질로 선정하였다. 추진기관은 소형어선에 사용 경험이 많은 Stem-driver를 사용하도록 하였다. 이상에서 언급한 선형설계 기본 조건을 정리하면 Table 1과 같!引
대상 데이터
- 모형시험은 서 일본유체 기술연구소 (FEL) 의 고속회류수조 (LX B XD=24.5mX 3.5m X 6.5m) 에서 15~35노트 속도범위에서 수행되었으며, 모형은 L叩=0.738m 크기로 하드우레탄으로 제작하였다. 선측날개가 부착된 CasU의 모형을 Fig.
- 본 연구에서 개발 대상으로 하는 선박은 초기 레저활동에 가장 보편적으로 활용 가능한 최대속력 30~35노트 급 소형 모터보트로, 승선인원은 1~2 가구가 함께 즐길 수 있는 정도인 최대인원 8명(선장포함 9명)으로 계획하였다. 따라서 "소형선박의 구조 및 설비 등에 관한 기준"(해양수산부, 2007)에 따라 총톤수는 3톤급, 배수량은 5톤 내외로 결정하였다
- 본 연구의 일부는 제 1저자가 2006년 3월부터 2007년 2월까지 인하공업전문대학 지원으로 영국 Southampton 대학에서 수행한 결과이다.
- 뿐만 아니라 추진성능을 고려하여 가벼우면서도 유지보수가 쉬워야 한다. 이러한 관점에서 소형 연안 어선 건조에 많이 이용되고 있는 FRP를 본 개발선의 재질로 선정하였다. 추진기관은 소형어선에 사용 경험이 많은 Stem-driver를 사용하도록 하였다.
이론/모형
- 8명(선장포함 9명)으로 계획하였다. 따라서 "소형선박의 구조 및 설비 등에 관한 기준"(해양수산부, 2007)에 따라 총톤수는 3톤급, 배수량은 5톤 내외로 결정하였다
- 6 이상이다. 따라서 본 개발선의 기본선형은 Savitsky(1985)의 제안에 따라 활주선 개념을 도입하였다.
- 유동은 비압축성 유동으로 전 영역에 대하여 난류 흐름으로 계산하였으며, 난류모델은 Realizable k-e 모델을 사용하였고 자유수면은 VOF 기법을 이용하여 해석하였다. 계산격자계는 Fig.
- 본 연구에서는 평균인 20。로 하였으며, 단면 형상은 건조의 편의성을 고려하여 직선형 단면을 채택하였다. 활주성능에 민감한 영향을 주는 종방향 중심위치는 Niwa(2002)z Clenient(2004)의 제안에 따라 선미단에서 수선길이의 40%로 결정하였다.
성능/효과
- (2) 본 개발선은 속도 증가에 따라 선미부상량은 지속적으로증가하고 있으나 선수부상량은 큰 변화가 없다. 따라서 속도가 증가함에 따라 트림이 지속적으로 감소하는 경향을 보인다.
- (3) 선미에 부착한 트림탭fTiim-tab)과 선측에 부착한 날개 (Side-fin)는 종방향 자세변화와 저항성능에 민감한 영향을 미친다.
- 이는 트림탭의 영향으로 선수 부상량에 비하여 선미 부상량이 커서 활주성능이 급격하게 떨어지기 때문이다. 따라서 본 개발선의 운항조건으로는 적합하지 않은 것으로 판단된다.
후속연구
- (4) 상용 CFD code인 FLUENT를 이용한 유동 분석은 모형시험 결과와 유사한 경향을 보이므로 고속 활주선의 초기 선형개발단계에서 유용하게 활용될 수 있다.
- 이는 날개에 의하여 파도가 억제되기 때문이고, 이로 인하여 전반적인 흐름이 선미후방으로 잘빠져 나가고 있다. 따라서 잘 설계된 선측날개는 추가적인 양력 발생 뿐만 아니라 파도억제와 흐름의 안내판 역할을 수행하여 성능개선에 기여할 것으로 판단된다.
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