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문제 정의
- 후)저항 성능의">저항성능의 향상 정도를 확인한다. 본 연구의 선형 설계 결과를 바탕으로, 좀 더 우수한 저항성능을 가지는 한국형 고속 소형 연안 어선을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 선행연구(Yu et al.(2010))에서 20knots에서 운항하는 국내 연안 어선을 대상으로 하여, 저항성능이 향상된 선형을 설계하였다. 하지만 고속 어선에 대한 수요 증가에 따라, 20knots 이상에서 운항하는 어선에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
- 1) 한국의 소형 연안어선의 저항성능을 향상시키고자 두 단계에 걸쳐 선형설계를 하였다. 첫 번째, 선형요소 보정은 어선의 저항을 좌우하는 주요 G/T 9.77톤 낚시어선의 배수용적은 17.00㎥이지만, 선행 연구(Yu et al., 2010)에서 사용되어진 국내 연안어선의 선형요소 범위를 본 연구의 선형 설계에 활용하기 위하여, 배수용적을 12.87㎥로 축소(축척:1/1.112)한 선형을 초기선형(25)(Scaled initial hull(25))으로 하여 연구를 진행하였다. 이는 국내 후)초기 선형에">초기선형에 비해 저항을 감소시킬 수 있는 선형요소 조합을 산출하여 보정하였다. 두 번째, 선형특성 보정에서는 국부적인 선형특성을 보정하여 선형설계를 수행하였다.
- 본 연구에서는 한국의 영해 안에서 25knots로 운항하는 어선을 대상으로, 유효마력을 감소시킬 수 있는 선형요소를 산출하고, 국부적인 선형특성을 추가적으로 보정하여, 저항성능을 향상시킬 수 있는 선형을 설계한다. 설계된 선형에 대한 후)선형 특성">선형특성 변화에 따른 선형 보정을 보여주고 있다. 볼록한 부분과 오목한 부분의 단면적을 같게 하여, LCB와 배수용적의 변화가 없도록 보정하였다. 볼록한 부분에서 오목한 부분으로 변하는 변곡점 및 곡률의 정도는, 선형 설계는 20knots 연안어선 설계(Yu et al., 2010)와 마찬가지로 선형요소를 보정하여 유효마력을 최소화 시키는 과정과 그 후, 선형특성을 보정하여 저항을 보다 더 감소시키는 과정을 단계별로 수행하였다. 후)위과정을">위 과정을 반복한다. 실적선의 주요요목 범위를 벗어나지 않고 Radojcic method를 이용한 유효마력이 최소가 되는 선형요소와 주요요목 수치들을 최종적으로 선택하여 선형 설계를 수행하였다.
- 이 점을 참고하여 선형요소가 보정된 선형을 대상으로 볼록·오목 단면형상을 갖도록 선형특성을 보정하였다.
- 68)에서 선형 보정을 통한 선형 설계를 수행하였다. 이후 수치계산과 모형시험을 수행하여 저항성능 향상을 확인하였다.
- 저항성능이 보다 우수한 한국형 고속 연안어선의 선형설계를 위하여 설계속력 25Knots(Fn∇=2.68)에서 선형 보정을 통한 선형 설계를 수행하였다.
- 정지된 상태의 수선길이를 이용한 Froude 수(Fn)은, 속도에 따라 수선 길이의 변화가 심한 고속의 소형선박에서의 각 속도에 따른 올바른 Froude 수의 표현이 되지 못함으로, 정지 시의 배수용적의 세 제곱근을 이용한 Froude 수(Fn∇)를 사용하여 연구를 수행하였다.
- 후)초기 선형(25)과">초기선형(25)과 설계선형(25)에 대한 저항성능의 차이를 확인하기 위해 수치계산을 수행하였다. 계산조건은 Table 3과 같으며, 상용코드인 Fluent 6.
-
후)초기 선형(25)과">초기선형(25)과 설계선형(25)의 저항성능을 보다 자세히 파악하기 위하여 모형시험을 수행하였다. 모형선은
후)초기 선형(25)을">초기선형(25)을 대상으로, Ap/▽2/3, Lg/Lp, Lp/Bpa, BM을 변수로 하여, Radojcic method 저항추정 값이 감소될 수 있는 선형요소 값들을 산출하고, 이들 선형요소들로부터 변수 선정 조건 등을 고려하여 LWL, B, BC, D, T, WSA 등을 비례식 및 추정식을 통하여 산출하였다. 산출된 값이
대상 데이터
- 25Knots로 운항하는 국내 고속 연안어선 중에서 선형자료가 공개되어 있는 G/T 9.77톤 낚시어선(Korea Ship Safety Technology Authority 2009)을 연구 대상 선형으로 선정하였다.
- 후)저항 성능을">저항성능을
이론/모형
- 20knots 연안어선 설계에서 사용한 한국어선의 유효마력 추정 프로그램 FISH-K(Lee et al., 2006)는 Fn∇=2.1까지만 추정할 수 있기 때문에, 본 연구에서는 Fn∇ =1.0 ~ 4.0까지 추정 가능하고, 활주선의 저항 추정에 활용되는 회귀방정식인 Radojcic method (Toshikazu 1992)를 이용하여 유효마력을 추정하였다.
- 볼록한 부분에서 오목한 부분으로 변하는 변곡점 및 곡률의 정도는, 초기선형(25)과 선형이 유사하고 볼록·오목 형상의 단면을 가진 활주선 (Naoki 2005)을 참고하여 보정하였다.
- 후)선형 요소">선형요소 결정에 있어서는 저항 성능만을 고려하면 운동성 및 작업성 등의 실용성이 결여될 수도 있기 때문에 본 연구에서는 이에 대비하기 위하여 어선의 기본적인 특성이 포함될 수 있도록 한국 연안 실적어선의주요요목(Korea Ship Safety Technology Authority 1995)을 참고하였다.
성능/효과
- 2) 모형시험을 통하여 초기 선형에 비하여 선형요소 보정선형은 Fn∇=2.68에서 유효마력이 약 5%, 선형특성까지 보정한 선형은 약 7%정도 감소하였다.
- Fig. 10에서 잉여저항계수를 확인하여보면 전 속도 영역에서 설계선형(25)이 초기선형(25)에 비하여 거의 일정한 폭으로 감소된 것으로 확인할 수 있으며, 설계속도의 경우 약 10.8%가 감소하였다. 이는 후)선형 특성을">선형특성을 추가적으로 보정하여, 저항성능을 향상시킬 수 있는 선형을 설계한다. 설계된 선형에 대한 수치시뮬레이션과 모형시험을 수행하여, 저항성능의 향상 정도를 확인한다. 본 연구의 선형 설계 결과를 바탕으로, 좀 더 우수한 후)설계 속도에서">설계속도에서 유효마력을 비교하면 설계선형(25)이 초기선형(25)에 비하여 약 7% 감소하는 결과를 보이고 있다.
- 4% 감소하였음을 확인할 수 있다. 수계산에서 산출된 전 저항 계수를 2차원 외삽법에 의한 모형선-실선 저항 추정법으로 실선의 전 저항을 추정하여 유효마력을 비교하면 약 6.5% 감소할 것으로 추정된다.
- 후)7% 정도">7%정도 감소하였다. 이를 통하여 선형요소만 보정하는 방법보다 선형특성까지 보정하는 방법이 더욱 효과적임을 알 수 있었다.
- 후)선형 설계를">선형설계를 하였다. 첫 번째, 선형요소 보정은 어선의 저항을 좌우하는 주요 선형요소를 개선함으로써 저항성능을 향상시키는 과정으로, 초기선형에 비해 저항을 감소시킬 수 있는 선형요소 조합을 산출하여 보정하였다. 두 번째, 후)초기 선형(25)과">초기선형(25)과 설계선형(25)에서 발생되는 파형을 비교해 보면, 설계선형(25)의 선수 부근에서 발생하는 발산파의 파고가 높은 부분이 초기선형(25)에 비하여 크게 차이는 없지만, 선미 후류 부분의 파고가 낮은 영역이 조금 감소하였다. 이는 추정 유효마력, 수치계산으로 얻어진 유효마력, 실험을 통하여 얻어진 유효마력을 비교하여 보면, 설계속력에서의 추정 유효마력 감소율(5%)보다 실험, 수치계산을 통하여 얻어진 유효마력의 감소율(7%,6.5%)이 더 크게 나타나고 있다. 이는 유효마력 추정에서 포함되지 않은 선형 후)선형요소">선형 요소 보정에 의한 차인 폭 감소에 기인한 것으로 판단된다. 특히 차인 폭 감소의 영향이, 항주자세로 인하여, 선수부보다 선미부의 파형 변화에 좀 더 크게 작용하는 것으로 판단된다.
후속연구
- 3) 선형요소와 국부적인 선형을 보정하여 저항성능을 검토하는 연구는 앞으로 한국 고속 소형 연안어선의 저항성능을 향상시킬 수 있는 주요한 하나의 선형설계기법이 될 수 있을 것이다.
- 앞으로도 저항성능 향상과 고속어선에 대한 연구는 지속적으로 진행되어야 하며, 본 연구가 다른 종류의 선박에 대한 에너지 절감형 선형설계에도 효과적인 참고자료가 될 것으로 기대된다.
- (2010))에서 20knots에서 운항하는 국내 연안 어선을 대상으로 하여, 저항성능이 향상된 선형을 설계하였다. 하지만 고속 어선에 대한 수요 증가에 따라, 20knots 이상에서 운항하는 어선에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
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