선박의 대형화에 따른 풍압면적의 증가 및 갑작스런 돌풍 등 자연환경의 급격한 변화 등으로 묘박 중인 선박이 주묘 되는 현상이 자주 발생되고 있다. 특히, 선박운항자의 관점에서는 풍속 및 파랑 등의 외력 변화에 따른 주묘 발생 시점 및 주묘 형태, 주묘시의 속력과 주변 선박 또는 장애물과의 충돌 가능성 등을 고려한 적절한 대응 방안이 모색되어야 한다. 본 논문은 실습선 한바다호가 단묘박으로 묘박 중 기상이 점점 악화되면서 실제로 주묘가 발생한 현상을 검토한 것으로, 묘박 당시의 풍압력, 유압력, 표류력, 선체운동 그리고 파주력 등을 분석하여 주묘의 발생 가능성 및 한계 외력을 고찰하였다. 또한, 당시의 외력 조건하에서 발생한 주묘패턴을 분석하여 선수방위 변화량, 스윙폭, 주묘 속도 등을 확인하였다.
선박의 대형화에 따른 풍압면적의 증가 및 갑작스런 돌풍 등 자연환경의 급격한 변화 등으로 묘박 중인 선박이 주묘 되는 현상이 자주 발생되고 있다. 특히, 선박운항자의 관점에서는 풍속 및 파랑 등의 외력 변화에 따른 주묘 발생 시점 및 주묘 형태, 주묘시의 속력과 주변 선박 또는 장애물과의 충돌 가능성 등을 고려한 적절한 대응 방안이 모색되어야 한다. 본 논문은 실습선 한바다호가 단묘박으로 묘박 중 기상이 점점 악화되면서 실제로 주묘가 발생한 현상을 검토한 것으로, 묘박 당시의 풍압력, 유압력, 표류력, 선체운동 그리고 파주력 등을 분석하여 주묘의 발생 가능성 및 한계 외력을 고찰하였다. 또한, 당시의 외력 조건하에서 발생한 주묘패턴을 분석하여 선수방위 변화량, 스윙폭, 주묘 속도 등을 확인하였다.
Vessels on anchoring are frequently dragged due to the increased area of wind pressure by enlargement of ship's size and sudden gust of winds in recent years. In the view point of the ship's navigators, the proper measurements corresponding to the dragging of anchor should be taken into account conc...
Vessels on anchoring are frequently dragged due to the increased area of wind pressure by enlargement of ship's size and sudden gust of winds in recent years. In the view point of the ship's navigators, the proper measurements corresponding to the dragging of anchor should be taken into account concerned about the time for the occurring of dragging by the external forces such as wind and wave, the pattern and speed of dragging and the possibility of collisions with any other vessels or obstacles. In this paper, it was examined the actual dragging anchor in T.S. HANBADA due to the wind and waves. From this case, it was found the critical external forces by which she was begun to dragged comparing the force by the wind, frictional resistance, drifting force and ship motion moment with the holding power. Also, through the analysis of the dragging pattern, it was known the alteration range of heading angle, swinging width and dragging speed etc.
Vessels on anchoring are frequently dragged due to the increased area of wind pressure by enlargement of ship's size and sudden gust of winds in recent years. In the view point of the ship's navigators, the proper measurements corresponding to the dragging of anchor should be taken into account concerned about the time for the occurring of dragging by the external forces such as wind and wave, the pattern and speed of dragging and the possibility of collisions with any other vessels or obstacles. In this paper, it was examined the actual dragging anchor in T.S. HANBADA due to the wind and waves. From this case, it was found the critical external forces by which she was begun to dragged comparing the force by the wind, frictional resistance, drifting force and ship motion moment with the holding power. Also, through the analysis of the dragging pattern, it was known the alteration range of heading angle, swinging width and dragging speed etc.
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문제 정의
)이 있다. 본 논문에서는 당시에 현저하게 작용한 조류의 영향과 함께 선체의 상하운동으로 인한 체인과 앵커의 영향을 추가적으로 고려하였다. 따라서 묘박 안전성은 다음의 식(1)과 같이 외력과 대항력으로 구성되는 평형방 정식으로 표현할 수 있다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 실제로 주묘가 발생했던 대상 선박의 사례를 분석하여 풍압력 등 외력의 적용 방법과 파주력의 계산 방식, 그리고 주묘 패턴을 분석하였다. 이는 추후 묘박지에서의 묘박 선박간의 적정 이격거리 산출을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 파주력 계산 시 추가로 고려하여야 할 사항은 Fig.4에서와 같이 외력의 크기에 따라 파주부의 길이가 달라지므로 이를 감안하여 파주력을 계산하였다.
실제로 주묘가 발생했던 실습선 한바다호의 사례를 분석하여 선체에 작용하는 외력과 파주력를 비교하여 주묘 한계에 대한 정량적인 분석을 수행하였고, 주묘 패턴을 분석한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
대상 선박은 2009년 6월 09일 16시경 부산항 남항 N-5 묘박지에 우현 묘쇄를 8섀클(Shackle)로 신출하여 단묘박을 실시하였고, 투묘지의 저질은 뻘(M)이고, 수심은 57m이었다.
대상선박에는 2.475톤의 고파주력 앵커(AC-14)가 설치되어 이를 계산에 사용하였고, 부산항 남항 N-5 묘박지의 수심 57m를 고려하여 해저에서 묘쇄공까지의 높이를 61m로 계산하였다. 또한 당시의 선박은 3/4 consumed condition으로 공선상태에 가까운 상태였다.
대상선박에서는 2009년 6월 10일 06시경부터 바람이 10m/s 이상으로 강해지기 시작하여, 주묘가 시작된 06시 30분경부터는 최대순간풍속이 22m/s로 관측되었다. 주묘가 지속된 06:30 ∼08:00까지의 최대풍속은 15m/s∼22m/s로 관측되었고, 파도도 점점 높아져 3m에 이르렀다.
2에 일반배치도를 제시한다. 대상선박은 크루즈선형으로 수면 상부의 구조물이 상대적으로 큰 면적을 차지하는 여객선형이다.
실선 시험 대상인 한바다호는 한국해양대학교의 실습선이며 다음의 Table 1에 주요 제원을, Fig.2에 일반배치도를 제시한다. 대상선박은 크루즈선형으로 수면 상부의 구조물이 상대적으로 큰 면적을 차지하는 여객선형이다.
실제로 대상 선박은 Fig.6에서의 형태로 풍압 및 조류의 영향을 받았으며, 그 당시의 유속은 Fig.3에서 알 수 있듯이 0.5kts(0.25m/s)이었다.
이론/모형
; Force by wind)은 식(2)에 의하여 산출하였으며, 여기에서 정면 풍압계수는 한바다호의 정면 및 측면 풍압면적, 풍압 중심점, 선교 높이 등을 기초로 Fujiwara et al.(1998)에 의해 제안된 추정식을 이용하였다.
유압력은 선수방향에서 작용하는 조류의 영향을 고려하여 식(4)에서와 같이 Froude가 제안한 마찰저항 계산법을 활용하여 근사적으로 계산하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타낸다.
성능/효과
1) 묘박 중 스윙형태로 시시각각 움직이는 선체의 풍압력 계산은 상당히 곤란하기 때문에 정면 풍압면적을 이용하여 근사적으로 구할 수 있으며, 대상선박과 같이 풍압면적이 비교적 큰 여객선형의 경우 체인의 신출량이 8섀클인 단묘박 상태에서는 풍압력 계산 시 정면풍압면적의 2배 정도가 타당한 것으로 확인되었다.
1) 묘박 중뿐만 아니라 주묘 시에도 선체가 좌우로 스윙하는 현상이 발생하였고, 선박(GPS 위치 기준)의 좌우 이동범위 (WP)는 약 150m로 앵커를 기준으로 하였을 때 Fig.8에서와 같다. 앵커를 기준으로 스윙각을 계산하면 유도된 식(7)에 의하여 약 40˚정도로 확인되었다.
2) Fig.9는 Course Recorder에 기록된 지정시각에서의 선수 방위(Heading)를 나타낸 것으로, 값이 큰 꼭지점은 선박이 우측 끝단에 이르렀을 때의 선수방위이고, 반대로 값이 작은 꼭지점은 선박이 좌측 끝단에 이르렀을 때의 선수방위로 확인되었다. 여기에서 선수방위가 가장 큰 폭으로 바뀐 것은 7시 15분경 160˚에서 240˚로 바뀐 경우로 그 폭이 80˚에 이른다.
2) 주묘가 발생되는 대부분의 시점은 외력이 점점 강해져서 앵커의 샹크가 들리기 시작하는 순간으로 판단되므로 외력에 따른 현수부의 길이만 확인하여도 주묘의 가능성을 대략적으로 쉽게 판단할 수 있다.
3) Fig.5 및 Fig.6에서 알 수 있듯이 풍속이 22m/s로 급격하게 증가된 06:30분경부터 주묘가 시작되었고, 15m/s 이하로 다소 풍속이 약해진 07:40분 이후에도 주묘는 계속되었다. 이는 주묘 중에는 파주계수가 1/5로 감소되기 때문(윤, 2002)에 파주력이 급격하게 감소되었기 때문인 것으로 판단된다.
3) 수심이 깊을 경우에는 체인을 최대한 신출해도 현수부의 길이가 길어져서 작은 외력에도 앵커의 샹크가 빨리 들림으로써 파주력이 상대적으로 쉽게 작아질 수 있으므로 묘박 시 주의가 필요하다.
4) Fig.6의 선체의 이동패턴과 Fig.9의 선수방위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있다. 주묘 초기와 말기의 좌우 이동거리가 짧을 경우 선수방위각의 변화량도 적은 것으로 확인되었으며, 선박의 스윙폭의 끝단에서 선수방위각이 최대 또는 최저값을 나타낸 것으로 확인되었다.
4) 주묘가 일단 시작되면 파주력이 급격하게 감소되기 때문에 외력이 다소 감소되더라도 주묘가 쉽게 멈추지 않을 것으로 판단되며, 이러한 경우에는 양묘하여 외해로 항행하는 것이 최상의 방안으로 사료된다.
5) 묘박 중뿐만 아니라 주묘 시에도 선체가 좌우로 스윙하는 현상은 지속되었으며, 선체의 스윙 범위는 앵커를 기점으로 약 40˚정도로 확인되었고, 선수방위는 좌우 끝단에서 20˚정도 더 회두하였다.
5) 우현묘를 사용하였을 경우, 선박이 우측 한계에서 좌측으로 이동되면서 주묘가 시작되었다. 이는 외력의 작용 방향과 선 수미선이 이루는 각이 최대가 되는 시점에서 선수가 우측으로 회두하면서 회두 모우멘트로 인하여 우현 앵커의 체인에 장력이 크게 작용되었기 때문인 것으로 판단된다.
6) 주묘가 시작되면서부터 선수방위의 변동 폭이 크게 나타났으며, 이는 선박에서 주묘가 시작되고 있음을 확인할 수 있는 중요한 단서로 판단된다.
6) 주묘는 외력이 강하게 유지된 약 1시간 30분 동안 지속되었고, 이동거리는 외력이 작용하는 후방으로 약 230m로 계측되어 주묘 속도가 0.08kts임을 확인할 수 있었다. 이는 파주력에 대한 외력의 상대적 크기에 따라 결정될 것으로 판단되며, 묘박지에서의 주묘 가능성을 고려했을 때 좌우 스윙형태의 움직임과 이동속도는 묘박 선박간의 이격거리 산정에 기준이 될 것이다.
7) 우현묘를 사용하였을 경우, 선박이 우측 한계에서 좌측으로 이동되면서 주묘가 시작되었고, 선체의 이동패턴과 선수방 위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있었다.
8) 주묘 속도는 0.08kts로 파주력에 대한 외력의 상대적 크기에 따라 결정될 것으로 판단되며, 묘박지에서의 주묘 가능성을 고려할 경우 좌우 스윙형태의 움직임과 이동속도는 묘박 선박 간의 이격거리 산정에 기준이 될 것이다.
따라서 풍압면적이 비교적 큰 여객선형의 경우 2묘박 시 선박에 작용하는 풍압력 계산은 가장 풍압력을 많이 받는 공선상태에서도 정면풍압면적의 2배로 계산한 선행연구(정과 공, 2009)에서와 마찬가지로 체인의 신출량이 8섀클인 단묘박의 경우에서도 풍압력을 계산할 때 정면풍압면적의 2배 정도가 타당한 것으로 확인되었다.
9의 선수방위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있다. 주묘 초기와 말기의 좌우 이동거리가 짧을 경우 선수방위각의 변화량도 적은 것으로 확인되었으며, 선박의 스윙폭의 끝단에서 선수방위각이 최대 또는 최저값을 나타낸 것으로 확인되었다.
여기에서 선수방위가 가장 큰 폭으로 바뀐 것은 7시 15분경 160˚에서 240˚로 바뀐 경우로 그 폭이 80˚에 이른다. 즉, 선박이 좌우로 스윙하면서 움직이다가 끝단에 이르러서는 앵커체인을 기준으로 할 경우 선수방위는 추가로 20˚정도 더 회두하고 선미는 외측으로 더 선회(WS)하는 것으로 분석되었다. 따라서, 선미부까지를 포함한 선박의 전체 좌우 스윙폭(WT)은 유도된 식 (8)에 의하여 약 310m로 확인되었다.
후속연구
본 논문은 실제로 주묘가 발생된 실선 데이터를 확보하여 분석한 자료로 주묘 현상 및 패턴에 대한 연구 분야에 소중한 자료로 이용될 것이며, 추후 폭넓은 실선 데이터를 바탕으로 다양한 선형에 대한 검토가 함께 이루어져야 할 것으로 판단된다.
따라서 본 논문에서는 실제로 주묘가 발생했던 대상 선박의 사례를 분석하여 풍압력 등 외력의 적용 방법과 파주력의 계산 방식, 그리고 주묘 패턴을 분석하였다. 이는 추후 묘박지에서의 묘박 선박간의 적정 이격거리 산출을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
묘박 안전성을 수식으로 구하기 위해서는 선박에 영향을 주는 어떤 요소들이 필요한가?
묘박중인 선박에 영향을 주는 외력으로는 바람에 의한 풍압력(FW), 파랑에 의한 표류력(FD), 조류에 의한 유압력(FC) 그리고 선체의 상하운동(FH)이 있으며, 이에 대응하는 대항력은 파주력(FHP)과 추진력(FT)이 있다. 본 논문에서는 당시에 현저하게 작용한 조류의 영향과 함께 선체의 상하운동으로 인한 체인과 앵커의 영향을 추가적으로 고려하였다.
안전한 묘박지로 여겨지던 진해만에 묘박중인 선박들과 부두가 피해를 입은 적은 언제가 있는가?
2마일 이내로 근접해 있기 때문에 본선뿐만 아니라 근접해 있는 주변 선박의 주묘에도 상당히 신경을 쓰게 된다. 실제로 2003년에는 남해중부 해안으로 상륙한 태풍 매미의 영향으로 지금까지 안전한 묘박지로만 여겨져 왔던 진해만에 묘박중인 선박들과 부두에 계류중인 선박들이 침몰, 좌초, 충돌하는 등 많은 해양사고가 초래되었다.
주묘 시점에 대한 판단과 주묘를 예방하기 위한 일련의 조치들에 대한 검토가 필요한 배경은?
Fig.1에서 나타내듯이 최근 들어 갑작스런 돌풍 현상이 빈번해지고 있으며, 이러한 강풍이 예상되면 묘박 중인 선박은 묘박 안전성을 평가하여 주묘 시점에 대한 판단과 주묘를 예방하기 위한 일련의 조치들에 대한 검토가 필요하다.
참고문헌 (6)
국립해양조사원(1998), "부산항 부근의 조류도"
윤점동(2002), "선박조종의 이론과 실무", 세종출판사, pp.1-17
정창현, 공길영(2009), "실습선 한바다호의 묘박 지침 개발에 관한 연구", 해양환경안전학회지, 제15권, 제1호, pp.49-55
Fujiwara(1998), "The Estimation of Wind Force and Moments Acting on Ships", The Society of Naval Architecture of Japan, No.183, pp.77-90
Hirano(1995), “The Application of Maneuvering Study to Ship's Design”, The Society of Naval Architecture of Japan, pp.48-50
Remery(1973), "The Mean Wave and Current Forces of Offshore Structures and their Role in the Design of Mooring Systems", The 5th Offshore Technology Conference, Houston, USA, pp.57-61
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