[논문]돛이 소형선박 횡동요 감소에 미치는 영향

최찬문; 안장영

돛이 소형선박 횡동요 감소에 미치는 영향
Influence of Sail on the Reduced Rolling Motion of Small Ship 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.21 no.1 = no.43, 2009년, pp.68 - 77

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In this study it will be discussed how to solve the problem of discomfort from rolling motion on the small fishing boats. Up to now, the equipments of reducing rolling system can be examined by various case, but difficult to apply small vessel by function, space and costly establishment. A way of improving the feeling of getting on a boat through the equipped sail at stern edge of bulwark top was researched and developed. The author has tested the sailing performance of the experimental skiff boat, from the signals obtained by the inclinometer in irregular waves and compared with the results got in sail on and off mode operation for 10 minutes duration at the conditions of stop and underway. These data has been analyzed in the application statistical methods. Eventually we summarize the analyzed results obtained from the vessel while stationary and underway for two cases, the vessel with a sail and the vessel without a sail. The field test was done in Jeju outer harbor. The ratio of the motion responses at resonance for the sail with and without cases indicate that under given conditions the motion was reduced by the efficiency of diminution is 4.726%, 2.792% in the stopping and 11.663%, 3.282% in the underway and mean rolling periods are 2.158, 2.142, 2.421, 2.412sec. and 1.968, 1.963, 2.089, 2.051sec. respectively. Consequently the efficiency of diminution was higher when the ship is underway and rolling periods got longer in the equipped sail.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 소형선박에 적절할 것으로 생각되는 돛을 이용하여 횡동요 억제효과를 검토하려고 한다. 선체에 대한 돛의 역할에 대해서는 Masuyama et al.

가설 설정

경사각은 미소하다는 것이다. 그리고 셋째는 선박에 작용하는 감쇠는 등가 점성 감쇠로 가정한다. 이러한 가정으로부터 I _xx , J _xx는 횡 경사 축에 대해 2차 관성모멘트 및 부가 관성모멘트, k ₁ k ₂는 각각 선형, 비선형 항 감쇠계수, m, g는 중력가속도, φ는 횡동요 경는 선체질량, 사각의 진폭, GM를 횡 메타센터로 각각 나타내어 선박의 횡동요를 1자유도계로 표현하면 식(6) 처럼 정리할 수 있다(Yoshimura et al.
선박의 횡동요를 수학적으로 간결하게 모델링하기 위해 몇 가지 가정을 하여보면, 첫째 횡 동요는 선박 중심(重心)에 대해 발생하고 다른 자유도와의 연성(連成)효과는 무시하며, 둘째 횡동요 경사각은 미소하다는 것이다. 그리고 셋째는 선박에 작용하는 감쇠는 등가 점성 감쇠로 가정한다.

제안 방법

, GPS에 의한 선수방위와 선속은 1sec. 간격으로 각각 자동 수신하였다. 시험해역은 제주항 북동쪽 약 1마일 떨어진 외항에서 실시하였으며, 해상 상태 및 항주 위치는 <Table 3>과 같으며 10분 간 정지 및 항주는 동일한 위치, 선수방위, 선속을 유지하는 가운데 2회에 걸쳐 비교하였다.
, 2003). 그런데 구체적으로 해상에서 시험선을 통해 횡 동요감소에 대해서 연구된 바는 없었으므로, 그 효과를 검토하기 위하여 이론적인 규명과 더불어 소형선박의 선미 최단에 돛을 설치하여 해상 실험을 통해 검증하였다.
불규칙한 해상 상태에서는 기상이 수시로 변하는 것을 감안하여 가능한 동일한 해상조건을 반영하기 위하여 측정시간을 10분 동안 각각 계측하였다. 수신․계측된 데이터는 통계적 처리, 식 (12)에 의한 Rayleigh 분포 및 스펙트럼 해석을 통해 전반적으로 돛이 횡동요 감소에 미치는 효과에 대하여 상호 비교 분석하였다.
선박의 횡동요 경사각 측정은 미국의 PNI사에서 제작된 Magnetic compass TCM3를 사용하였으며, 선수 방향각과 횡 · 종동요 경사각을 동시에 측정할 수 있는 3축의 경사계를 시험선 중앙에 설치하여 이 경사계에 의해서 돛을 장착하였을 때(Sail on)와 돛을 장착하지 않았을 때(Sail off)로 나누어 횡동요 경사각(Rolling angle)은 0.07sec., GPS에 의한 선수방위와 선속은 1sec.
시험해역은 제주항 북동쪽 약 1마일 떨어진 외항에서 실시하였으며, 해상 상태 및 항주 위치는 과 같으며 10분 간 정지 및 항주는 동일한 위치, 선수방위, 선속을 유지하는 가운데 2회에 걸쳐 비교하였다.
제주대학교 실습선 아라호에 선망 작업 중 보조선으로 이용하는 스키프 보트(Skiff boat)의 선미 최단부에 돛을 설치하여 횡동요 감소 효과를 검토하기 위해서 두 차례에 걸쳐 동일한 방법으로 정지, 항주 그리고 돛을 장착 했을 때와 하지 않았을 때로 나누어 측정한 자료를 분석한 결과를 요약하면 다음과 같다.

대상 데이터

시험선은 제주대학교 실습선인 아라호의 부속선으로, 선망작업 시 본선의 보조선으로 이용되고 있는 선체길이 7.190m, 폭 3.051m, 깊이 1.400m인 스킵보트(skiff boat)로 선정하였고, 실험에 사용한 돛은 직삼각형의 정점을 잘라 버린 변형 4각형으로 새가 날개를 펼치는 모양으로 두 장의 캔버스를 서로 봉합한 구조이며 일명 종범 (縱帆)또는 Spinnaker라고 한다.

데이터처리

수신․계측된 데이터는 통계적 처리, 식 (12)에 의한 Rayleigh 분포 및 스펙트럼 해석을 통해 전반적으로 돛이 횡동요 감소에 미치는 효과에 대하여 상호 비교 분석하였다.

성능/효과

1. 정지 시 돛의 유․무에 따른 평균진폭의 높이는 3.355°, 3.696° 및 5.635°, 5.727°, 항주 시 는 3.139°, 3.891° 및 5.913°, 6.590°이었고 정지 시와 동일하게 돛을 설치하는 경우의 진폭이 낮았다.
2. 정지 및 항주 시 돛의 유․무에 따른 횡동요 각 유의 진폭은 3.447°, 3.618°, 4.073°, 4.190° 및 3.128°, 3.541°, 4.361°, 4.508°이므로 돛을 장착했을 때가 유의진폭이 적었으며, 횡동요 감소율은 정지 시는 4.726%, 2.792%이었고, 항주 중에는 11.663%, 3.282%였어 정지 보다 선속이 있는 경우가 감소율이 높은 것으로 나타났다.
3. 돛의 유․무에 따른 통계 및 스펙트럼 분석 결과에서도 평균주기는 1.968sec, 1.963sec 및 2.089sec, 2.051sec, 2.158sec, 2.142sec 및 2.421sec, 2.412sec이 나타나, 돛이 횡동요 각 진폭에 미치는 영향을 파악 할 수 있었으며, 돛을 장착하였을 때 횡동요 주기가 길어서 감소 효과가 있는 것으로 판단되었다.
감쇠 계수는 컸다. 그리고 U _αo≃0의 범위 내에서는 감쇠효과는 횡동요 속도로 인해 돛 중심에 작용하는 힘이 증가하므로 b 계수가 크므로 감쇠 효과가 있는 것을 이론적으로 규명할 수 있었다.
두 차례에 걸쳐 동일한 측정방법으로 정지, 항주 그리고 돛을 장착 했을 때와 하지 않았을 때 나누어 측정한 자료를 기초로 식(13)에 의한 횡동요 감소 효과를 분석한 결과 정지 시에는 4.726%, 2.792%였으나, 반면에 항주 중에는 11.663%, 3.282%로 돛으로 인하여 횡동요 각을 감소시킬 수 있음을 분석하였다.
5]은 1차 실험 시, 항주 중 돛을 장착 했을 때와 그렇지 않았을 때를 동일한 조건에서 비교하기 위한 것이다. 이 때 1차, 2차 선수방위는 073°, 100°, 평균 선속 5.5 kt's로 각각 10분 간 횡동요 각의 진폭을 나타낸 결과로서, 1차 및 2차의 평균 횡 경사각 높이(Mean height of rolling angle)는 3.193°, 3.891° 및 5.913°, 6.590°이었고, 그리고 불규칙 파 중에서 통계적인 처리를 통해 파의 진폭을 표현하기 위한 횡 동요 유의(有義) 각 진폭(Significant amplitude of rolling angle )는 1, 2차 각각 3.128°, 3.541° 및 4.361°, 4.509° 로 나타나, 정지 했을 때와 같이 돛을 장착 했을 때가 횡경사각의 높이는 낮고, 유의각 진폭이 적었다. 이상의 평균, 유의 값의 결과에서 돛이 횡동요 미치는 영향이 있음 알 수 있었다.
070% 줄어드는 것을 알 수 있었다.이상의 결과에서 돛을 설치하므로 평균 12.026%, 2.480%정도 감소됨을알 수 있었으며, 정지 때 보다 항주 시가 감소율이 큰 것으로 나타났다.
656%로 가장 일어날 빈도수가 컸으며, 전반적인 경향은 정지 때 결과는 같았다. 이상의 결과에서 돛을 장착하지 않았을 때가 전반적으로 그 진폭의 범위가 넓었고, 클수록 일어날 빈도가 높아, 횡동요 각이 크지 않을 때는 미치는 영향이 적지만, 경사각의 진폭이 클수록 일어날 빈도수가 줄어들므로, 돛으로 인한 감소 효과가 있을 것으로 판단되었다.
509° 로 나타나, 정지 했을 때와 같이 돛을 장착 했을 때가 횡경사각의 높이는 낮고, 유의각 진폭이 적었다. 이상의 평균, 유의 값의 결과에서 돛이 횡동요 미치는 영향이 있음 알 수 있었다.

후속연구

이상의 요약에서 불규칙한 파도에 의해서 소형선박에 작용하는 횡동요 운동은 돛에 의해서 감소시킬 수 있을 것으로 생각되며, 그리고 항주 중 GPS에 의한 선속 변화에서도 돛을 장착 했을 때와 않았을 경우의 평균선속은 각각 5.46kt's, 5.38kt's로 나타나 돛을 장착 한 경우 0.08kt's정도빨라서 양력과 항력을 조절하면 연료비 절감 효과가 있을 것으로 기대되고 채낚기어선에 물돛 (sea anchor)과 병행함으로써 침로 유지에 많은 도움이 될 것으로 예상되어 이와 병행하는 추가적인 연구가 필요하다.

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저자의 다른 논문 :

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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