[논문]아마추어용 경정 모터보트의 개발

권수연; 정광교

문제 정의

본 연구에서는 숙련된 선수가 아닌 아마추어들이 안전하게 스피드를 즐기면서 탈 수 있는 경정을 개발하였다.
본 연구에서는 프로선수들에게만 국한되어있던 경정 레이싱을 아마추어들이 보다 안전한 상태에서 박진감 넘치는 레이싱을 즐길 수 있도록 하기 위하여 아마추어용 경정을 개발을 목적으로 수행되었다.

가설 설정

흡입되는 유체의 속도를 40knots로 가정하여 계산을 수행하였다. 아래의 그림에는 계산을 수행하는데 기초가 되는 경계조건에 대하여 설명하였다.

제안 방법

FRP-VB으로도 시제품 제작을 시도하였으나, 우선 FRP 수적층으로 개발된 경정에 실제 경정선수를 탑승시켜 시운전을 수행하였다. 실제로 정확한 속력을 계측할 수는 없었으나, 항주속력은 대체적으로 감소한 것으로 판단되었다.
Vacuum bagging 방법은 작업방법이 잘 알려져 있지 않아, 선체적층에 사용하기가 어려우나, 일단 시험편은 수적층과 V.B 두 가지로 제작하였으며, 목재와 FRP로 제작한 경정의 구조해석 결과에 대한 비교를 위하여 목재와 FRP-수층 및 FRP-VB 세 가지 재료에 대한 시편시험을 계획하였다.
경정의 종강도와 비틀림 및 충격강도 해석을 통하여 각 부재의 안전성을 파악하고 부재설계의 적절성을 입증하였다. 목재와 FRP-수적층, FRP- VB의 구조해석 결과는 아래에 상세히 나타내었으며, 최대 von-Mises 응력이 목재의 항복응력 40N/mm2FRP 인장강도 165N/mm2에 비해 상당히 작은 값을 갖고 있으므로 강도면으로는 충분하다고 판단되었다.
비교하였다. 구조해석결과에 따라 취약한 부위에 강성을 키울 수 있도록 구조설계를 보완하였다. 구조해석에 있서 모델링 작업은 Patran을 이용였고, 구조해석 p는 Nastran을 이용하였다.
구조해석과 유동해석 결과를 바탕으로하여 에이원마린테크(주)에서 선체는 FRP 로, 추진장치는 개발된 워터제트를 탑재하여 아마추어용 경정 시제품을 제작하였다. 아래의 그림은 몰드작업을 하고 있는 모습과 탈형 후에 의장품을 취부하고 있는 모습이다.
구조해석은 경정의 선체가 목재, FRP-수적층, FRP-VB로 설계된 경우를 고려하여 각각의 경우에 대하여 구조해석을 수행하였으며 해석결과를 서로 비교하였다. 구조해석결과에 따라 취약한 부위에 강성을 키울 수 있도록 구조설계를 보완하였다.
제작되었다. 단순히 일반적인 선박을 건조할 때 사용되는 재료가 아니라, 내수 콤비 합판, PVC폼카본, 케블러 등 경량화 소재를 이용하였으며, 공법으로는 Vacuum bagging을 이용하여 두께를 줄이고 강도를 증가시켰다. 현재 Vacuum bagging 공법은 레저선박을 많이 건조하는 레저선진국에서는 활발히 사용되고 있으나, 국내에서의 사용건수는 거의 전무한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 FRP를 사용하여 경정제작을 하기로 결정하였으며, FRP의 작업방법으로는 일반적으로 사용되고 있는 수적층 방법과 앞에서 언급한 Vacuum bagging방법 두 가지로 하였다. 후자의 경우 국내에는 잘 알려지지 않은 방법이나, 작업환경이 좋고 무게가 경감되며, 강도가 증가하는 장점이 있다.
또한 프로용 경정의 추진 장치로 사용되고 있는 프로펠러가 경기도중 일어나는 사고로 인하여 선수들의 안전에 크게 영향을 미치고 있으므로, 이를 보완하여 추진 장치를 워터 제트형으로 변경하여 아마추어 선수들의 경기 중의 안전성을 고려하였다.
본 연구에서 개발된 아마추어용 경정은 프로용 경정 선체의 주재료가 목재였던 것을 FRP로 변경하여 제작되었다. 단순히 일반적인 선박을 건조할 때 사용되는 재료가 아니라, 내수 콤비 합판, PVC폼카본, 케블러 등 경량화 소재를 이용하였으며, 공법으로는 Vacuum bagging을 이용하여 두께를 줄이고 강도를 증가시켰다.
아마추어 운전자들의 안전을 위하여 추진 장치를 프로펠러에서 워터제트로 개선하였으며, 재료도 목재에서 FRP로 변경하여 대량생산에 유리하도록 하였다.

대상 데이터

격자는 사면체 격자 약 35만개를 사용하여 아래의 그림과 같이 생성하였다.

이론/모형

구조해석결과에 따라 취약한 부위에 강성을 키울 수 있도록 구조설계를 보완하였다. 구조해석에 있서 모델링 작업은 Patran을 이용였고, 구조해석 p는 Nastran을 이용하였다.

성능/효과

FRP 시편에 대한 재료시험 결과는 적층방법의 특징과 비례하여 vacuum bagging의 경우 인장 및 굽힘 강도에서 수적층에 비해 큰 값을 갖는 것으로 나타났다.
나타났다. 따라서 섬유방향압축강도, 섬유직각방향 압축강도, 휨강도 등의 결과치를 비교해봤을 때 마찬가지로 기건상태의 밀도값이 큰 순서대로 큰 값을 갖는 것으로 시험결과 나타났다.
입증하였다. 목재와 FRP-수적층, FRP- VB의 구조해석 결과는 아래에 상세히 나타내었으며, 최대 von-Mises 응력이 목재의 항복응력 40N/mm2FRP 인장강도 165N/mm2에 비해 상당히 작은 값을 갖고 있으므로 강도면으로는 충분하다고 판단되었다.
목재의 비중은 목재가 갖고 있는 밀도와 관계가 있으며, 기건상태의 밀도값이 가장 크게 나타난 오크의 경우 비중이 가장 크며, 히노끼, 스프러스 순으로 나타났다. 따라서 섬유방향압축강도, 섬유직각방향 압축강도, 휨강도 등의 결과치를 비교해봤을 때 마찬가지로 기건상태의 밀도값이 큰 순서대로 큰 값을 갖는 것으로 시험결과 나타났다.
프로용 경정이 목재가 주재료였던 반면에, 이번에 개발된 아마추어용 경정은 소형선에서 중요한 사항들 중 하나인 경량화를 위하여 재료를 경량화 소재를 이용하되, 구조적으로 충분한 강도를 가지면서 안전도 및 성능이 우수하도록 하였다. 또한 프로용 경정의 추진 장치로 사용되고 있는 프로펠러가 경기도중 일어나는 사고로 인하여 선수들의 안전에 크게 영향을 미치고 있으므로, 이를 보완하여 추진 장치를 워터 제트형으로 변경하여 아마추어 선수들의 경기 중의 안전성을 고려하였다.

후속연구

수 있다고 생각되어진다. 또한 워터제트 설치 시 선체와의 각도 및 설치 위치 등이 개선되어져야 보다 나은 성능을 나타낼 것으로 판단된다.
이번 연구결과를 토대로 하여 추후 레저선박 추진장치의 국산화를 위한 기초 자료를 축적할 수 있었으며, 아마추어용 경정을 보편화시켜 국내 해양 레저스포츠의 활성화도 기대할 수 있다고 생각되어진다.
분사하는 역할을 하고 있다. 프로펠러 부분에 워터제트 추진장치를 대체하여 아마추어들이 경정을 운전하다가 낙수하여 프로펠러로부터 부상을 입는등의 안전사고를 예방하고, 또한, 고속에서 항주성능이 향상하여 속도감을 즐기는 아마추어 경정 운전자들의 요구를 만족시킬 수 있을 것으로 판단된다.

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