[논문]2축 POD 여객선의 조종운동 수학모형 특성 연구

김연규; 윤근항; 김선영; 손남선

doi:10.3744/snak.2013.50.6.429

2축 POD 여객선의 조종운동 수학모형 특성 연구
Study of a Characteristics of Maneuvering Mathematical Model of Twin POD Cruise Ship 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.50 no.6, 2013년, pp.429 - 435

김연규 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) , 윤근항 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) , 김선영 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) , 손남선 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, to improve the safety and maneuverability at fairway around harbor the POD system has been equipped on a ship. And the interest about maneuvering characteristics of a cruise ship has been increasing. In this paper the mathematical model of maneuvering motion of a cruise ship with twin POD system in general speed and slow speed are presented. And the maneuvering coefficients of mathematical model are obtained from the captive model tests using CPMC(Computerized Planar Motion Carriage). Computer simulation using mathematical model in general speed and slow speed are carried out and compared with the results of free running model test with the same model ship. The differences between the mathematical models are compared and discussed. In this paper the mathematical models, the results of captive model test and simulation results are presented.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

조종성능 추정을 위한 조종유체력 계수는 2축 POD 여객선에 대한 CPMC (Computerized Planar Motion Mechanism) 구속모형시험을 수행하여 구하였으며, POD 추진기에 대한 단독시험을 별도로 수행하여 POD 추진기에 대한 모델링을 수행하였다. 본 논문에는 조종성능 추정에 사용된 수학모형, 구속모형 시험결과, 조종성능 추정결과를 정리하였다.
본 논문에서는 2축 POD 추진기를 갖는 여객선의 조종성능을 추정하였다. 일반적인 중·고속에 대한 수학모형과 저속에 대한 수학모형을 이용하여 추정한 결과를 비교하여 수학모형에 따른 조종성능 특성에 대한 검토를 수행하였다.

제안 방법

9에 나타나 있다. Crabbing test로부터 C_D0를 구한 후에, 구해진 C_D0와 제자리에서 선회 하는 Still turn test 결과로부터 C_rY와 C_rN을 구하였다. Table 4에 구해진 조종유체력 계수들이 정리되어 있다.
POD 여객선에 대한 조종성능을 추정하기 위해서 POD각이 있는 상태에서 POD 추진기에 대한 단독시험을 수행하였다. Fig.
POD 여객선에 대해서 정적 시험과 동적 시험을 포함한 CPMC 구속모형시험을 수행하였으며, Table 3에 수행된 시험항목과 시험조건이 정리되어 있다. 선체 및 POD에 작용하는 힘과 모멘트는 다음과 같이 무차원화하였다.
3에 단독시험 준비중인 사진이 실려 있다. POD는 선체설치 깊이와 동일한 깊이에 설치 후 수행되었으며, POD각 -30^o ~180^o에대해서 수행하여 항내에서의 운항상태를 묘사할 수 있도록 하였 으며, POD의 프로펠러가 한 쪽으로 회전하기 때문에 좌우 비대칭 특성이 있지만, 시험조건이 너무 많아지는 것을 방지하고, 좌우비대칭 특성을 어느 정도 고려하기 위하여 이와 같은 시험조건을 선정하였다. Fig.
모형시험은 설계흘수에서 실선 속도 8.0 Knots(모형선 속도 0.571 m/sec)에서 실선자항점에 해당하는 프로펠러 회전수(7.78 rps)로 POD를 구동시켜서 모형선에 작용하는 힘과 POD에 작용 하는 힘을 계측하였다. Fig.
일반적인 중·고속에 대한 수학모형과 저속에 대한 수학모형을 이용하여 추정한 결과를 비교하여 수학모형에 따른 조종성능 특성에 대한 검토를 수행하였다. 이를 위하여 CPMC (Computerized Planar Motion Mechanism) 구속모형시험을 수행 하여 수학모형을 구성하는 조종유체력 계수들을 구하였으며, POD 추진기에 대한 단독시험을 별도로 수행하여 POD 추진기에 대한 모델링을 수행하였다.
일반적인 중·고속에 대한 수학모형과 저속에 대한 수학모형을 이용하여 추정한 결과를 비교하여 수학모형에 따른 조종성능 특성에 대한 검토를 수행하였다.
일반적인 중·고속에 대한 수학모형과 저속에 대한 수학모형을 이용하여 추정한 결과를 비교하여 수학모형에 따른 조종성능 특성에 대한 검토를 수행하였다. 조종성능 추정을 위한 조종유체력 계수는 2축 POD 여객선에 대한 CPMC (Computerized Planar Motion Mechanism) 구속모형시험을 수행하여 구하였으며, POD 추진기에 대한 단독시험을 별도로 수행하여 POD 추진기에 대한 모델링을 수행하였다. 본 논문에는 조종성능 추정에 사용된 수학모형, 구속모형 시험결과, 조종성능 추정결과를 정리하였다.

대상 데이터

구속모형시험에 사용된 대상 선형은 여객선으로 선박의 제원은 Table 1에 자세히 나와 있고, Fig. 2에는 모형선 사진이 실려 있다. 모형선의 축척비는 52.
본 논문의 내용은 지식경제부에서 지원한 “차세대 고부가가치 선박의 기반기술 개발”과제와 한국해양과학기술원의 주요사업인“제한수역에서의 선박 운항 시뮬레이션 기술 고도화”과제의 연구 결과의 일부이다.

데이터처리

시뮬 레이션 결과는 좌현과 우현에 대해서 대칭이므로 같은 값이 나오지만, 자유항주시험은 시험 특성상 좌현과 우현에 대한 결과가 약간의 차이를 보인다. 따라서 본 비교결과에서는 자유항주시험 결과의 경우 좌현과 우현에 대한 값의 평균값을 이용하였다. 자유항주시험의 경우 횡동요가 포함된 시험이어서 횡동요가 포함되지 않은 시뮬레이션 결과에 비하여 선회성능은 우수하고, 지그재그 성능은 나쁘게 추정할 수가 있다.
이상과 같이 해석되어진 결과를 이용하여 실선 속도 8kts에 해당하는 모형선 속도 1.11kts에 대해서 시뮬레이션을 수행하였으며, 일반적인 중·고속에 대한 수학모형을 이용한 시뮬레이션 결과와 저속 수학모형에 대한 결과를 비교하였다.

이론/모형

POD의 스트럿에 의한 직압력은 Fujii 식에 의하여 다음과 같이 구하였다.

성능/효과

모든 것을 감안해도 일반 중·고속 수학모형에 의한 결과가 저속 수학모형에 의한 결과보다 자유항주시험결과에 근사하고 있는 것을 알 수 있다.
자유항주시험 결과와 비교한 결과 일반적인 중·고속 조종운동 수학모형에 의한 결과보다 저속 수학모형에 의한 결과가 선회각 속도를 크게 추정해주는 경향을 알 수 있었다.

후속연구

추후 다른 형태의 저속 수학모형에 대한 연구와 중·고속 조종 운동뿐만 아니라 저속 조종운동에 대한 상호비교가 필요하다고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	POD 추진기의 목적은 무엇인가?	항만내에서의 선박의 안전성과 조종성능을 향상하기 위해서 POD 추진기를 갖는 선박에 대한 관심이 증가하고 있고, 에너지 절감 등의 관점에서 전기 추진 선박에 대한 관심도 증가하고 있으며 (Lee, et al., 2005; Kim, et al.
	본 연구에서는 어떻게 2축 POD 추진기를 갖는 여객선의 조종성능을 추정하였는가?	본 논문에서는 2축 POD 추진기를 갖는 여객선의 조종성능을 추정하였다. 일반적인 중·고속에 대한 수학모형과 저속에 대한 수학모형을 이용하여 추정한 결과를 비교하여 수학모형에 따른 조종성능 특성에 대한 검토를 수행하였다. 이를 위하여 CPMC (Computerized Planar Motion Mechanism) 구속모형시험을 수행 하여 수학모형을 구성하는 조종유체력 계수들을 구하였으며, POD 추진기에 대한 단독시험을 별도로 수행하여 POD 추진기에 대한 모델링을 수행하였다.
	POD 추진기의 이점은 무엇인가?	, 2003). POD 추진기의 경우 전 방향으로 회전이 가능하여 부두에 이·접안을 할 경우 선수 스러스터와 연계하여 자력으로 이·접안을 할 수 있다는 이점이 있어서 이에 대한 연구도 수행된 바 있으며 (Yeo, 2012), POD 추진기를 이용한 횡동요 제어시스템 구성에 대한 연구도 수행된 바 있다 (Lee, et al., 2012).

참고문헌 (10)

Go, S.C. Seo, H.W. & Chang, B.J., 2005. On the Model Tests for POD Propulsion Ships. Journal of Ships and Ocean Technology, 9(1), pp.1-10.
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Kim, M.C. Park, W.G. Chun, H.H. & Jung, U.H., 2010. Comparative study on the performance of POD type waterjet by experiment and computation. International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, 2(1), pp.1-13.

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Yeo, D.J., 2012. On the Crabbing Tests of Cruise Vessel Equipped with Bow Thrusters and POD System. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, 49(4), pp.327-332.

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