해양레저 활동의 범위가 점차 원거리 항해로 확대되면서 거주가 가능한 크루즈보트가 각광받고 있다. 해양레저산업 선진국인 유럽, 북미의 경우 미려한 디자인, 인간공학적 구조 그리고 경량선체 소재 채택을 통한 연료효율 향상 등 크루즈보트의 설계와 제작에 있어 이미 경쟁력을 확보하고 있다. 반면, 국내의 경우 소형 레저보트 중심의 개발, 건조가 이뤄지고 있으며, 선체소재 또한 유리섬유강화복합재료(GFRP)가 대부분을 차지하고 있다. 본 연구에서는 원양항해가 가능한 50피트급 탄소섬유강화복합재료(CFRP) 선체 크루즈보트의 설계 및 특성에 관한 연구를 수행하였다. CFRP 선체 레저보트의 선형특성을 분석하여 설계선(MMU-C.B)의 선형을 제안하였으며, 이를 기반으로 CFRP 크루즈 보트의 설계모델을 구축하였다. 또한 GFRP 레저선박의 모형시험결과와 MMU-C.B 설계결과의 조선공학적 비교검토를 통해 설계선의 형상 그리고 저항 및 활주자세 특성을 분석하였다.
해양레저 활동의 범위가 점차 원거리 항해로 확대되면서 거주가 가능한 크루즈보트가 각광받고 있다. 해양레저산업 선진국인 유럽, 북미의 경우 미려한 디자인, 인간공학적 구조 그리고 경량선체 소재 채택을 통한 연료효율 향상 등 크루즈보트의 설계와 제작에 있어 이미 경쟁력을 확보하고 있다. 반면, 국내의 경우 소형 레저보트 중심의 개발, 건조가 이뤄지고 있으며, 선체소재 또한 유리섬유강화복합재료(GFRP)가 대부분을 차지하고 있다. 본 연구에서는 원양항해가 가능한 50피트급 탄소섬유강화복합재료(CFRP) 선체 크루즈보트의 설계 및 특성에 관한 연구를 수행하였다. CFRP 선체 레저보트의 선형특성을 분석하여 설계선(MMU-C.B)의 선형을 제안하였으며, 이를 기반으로 CFRP 크루즈 보트의 설계모델을 구축하였다. 또한 GFRP 레저선박의 모형시험결과와 MMU-C.B 설계결과의 조선공학적 비교검토를 통해 설계선의 형상 그리고 저항 및 활주자세 특성을 분석하였다.
As the range of marine leisure activity gradually expands to ocean-going, a habitable cruise boat has been getting the limelight. Advanced countries in the marine leisure industry in Europe and North America have already secured their competitiveness in designing and building cruise boats by elegant...
As the range of marine leisure activity gradually expands to ocean-going, a habitable cruise boat has been getting the limelight. Advanced countries in the marine leisure industry in Europe and North America have already secured their competitiveness in designing and building cruise boats by elegant design, ergonomic structure and fuel efficiency through the adoption of light-weight hull materials. In contrast, mostly small power boats are developed and built in Korea, and GFRP take up the most of hull materials. This study inquired into the design and characteristics of a 50ft-class CFRP that ocean-going is possible. The hull-form of the CFRP cruise boast were analyzed to propose a hull form for the designed ship (MMU-C.B), and based on that, the design model of the MMU-C.B was built. Finally, the MMU-C.B's characteristics of the resistance performance and hull-planing were found by comparative reviews with the results of model tests of GFRP pleasure yachts.
As the range of marine leisure activity gradually expands to ocean-going, a habitable cruise boat has been getting the limelight. Advanced countries in the marine leisure industry in Europe and North America have already secured their competitiveness in designing and building cruise boats by elegant design, ergonomic structure and fuel efficiency through the adoption of light-weight hull materials. In contrast, mostly small power boats are developed and built in Korea, and GFRP take up the most of hull materials. This study inquired into the design and characteristics of a 50ft-class CFRP that ocean-going is possible. The hull-form of the CFRP cruise boast were analyzed to propose a hull form for the designed ship (MMU-C.B), and based on that, the design model of the MMU-C.B was built. Finally, the MMU-C.B's characteristics of the resistance performance and hull-planing were found by comparative reviews with the results of model tests of GFRP pleasure yachts.
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문제 정의
B)을 제안하며, 상부구조물과 일반배치를 고려한 설계모델을 구축하고자 한다. 또한 설계선의 성능추정결과를 4척의 GFRP 레저선박 선형 및 모형시험 결과와 비교, 분석함으로써 제안 선형의 특성을 파악하고자 한다.
본 연구에서는 CFRP 레저선박 실적선 자료 분석을 통하여 50피트급 CFRP 크루즈 보트의 선형을 제안하였으며, GFRP 레저보트의 주요제원 및 모형시험 결과와 설계선 추정자료를 비교함으로써 그 특성을 파악하고자 하였다. 또한 제안 선형을 기반으로 상부구조물 및 일반배치를 통해 설계 모델을 구축함으로써 CFRP 크루즈 보트의 형상 특성을 파악할 수 있었다.
본 연구에서는 CFRP를 선체소재로 채택한 레저선박의 설계 및 그 특성에 관한 연구를 수행하고자 한다. 5척의 CFRP 레저선박 실적선 자료 분석을 통해 50피트 급 CFRP 크루즈 보트의 선형(설계선명 : MMU-C.
제안 방법
본 연구에서는 CFRP를 선체소재로 채택한 레저선박의 설계 및 그 특성에 관한 연구를 수행하고자 한다. 5척의 CFRP 레저선박 실적선 자료 분석을 통해 50피트 급 CFRP 크루즈 보트의 선형(설계선명 : MMU-C.B)을 제안하며, 상부구조물과 일반배치를 고려한 설계모델을 구축하고자 한다. 또한 설계선의 성능추정결과를 4척의 GFRP 레저선박 선형 및 모형시험 결과와 비교, 분석함으로써 제안 선형의 특성을 파악하고자 한다.
CFRP 실적선 중 2척의 선형을 모선으로 하여 선형을 정의하였으며, 선형설계에는 FormSys사의 Maxsurf Pro를 이용하였다.
승조원의 거주와 접근성을 고려하여 갑판 높이를 정의하였고, 승조원 12명의 착석공간 확보와 안전 및 재승선 장치 정의는 ISO 15085(ISO, 2009)에 맞춰 정의하였다. 마력추정 결과에 따라 460마력 스턴드라이브 타입 엔진 2기를 설치하였으며, 이때 선미부 트랜섬 형상은 추진기 설치에 따라 재설계하였다. Fig.
모선의 Cb, LCB를 고려하여, 설계선의 주요제원 정의결과(배수량, Lwl, Bwl, T) 조건을 만족하도록 선형변환을 수행하였다(Fig. 4). 최종적으로 도출한 선형은 Fig.
CFRP 레저선박의 경우 선체 경량화로 인하여 2차 갑판과 플라이 브릿지(fly bridge)가 없는 형태의 낮은 상부구조물 형상 특성을 갖고 있으며 이로 인해 조종석의 시야확보가 어려운 경향을 띈다. 본 연구에서는 ISO 11591(ISO, 2011)에 맞춰 케노피(canopy)의 윈도우 사이즈와 조종석의 위치를 재정의함으로써 시인성(visibility)을 충족시키도록 하였다.
ISO 12217에서는 이러한 하중상태 변화와 항해조건(design category)에 따라 부력과 복원성을 평가하기 위한 표준을 제시하고 있다. 본 연구에서는 ISO 12217에 따라 제안한 설계선의 부력과 복원성을 평가하였으며, 주요제원 또한 이에 부합하는 규정에 맞춰 추정하였다.
상부구조물은 설계선의 스타일링 결과를 참조하여 선체에 맞춰 재설계하였으며, 조종석에서의 시야확보를 위해 주갑판과의 단차를 두었다. CFRP 레저선박의 경우 선체 경량화로 인하여 2차 갑판과 플라이 브릿지(fly bridge)가 없는 형태의 낮은 상부구조물 형상 특성을 갖고 있으며 이로 인해 조종석의 시야확보가 어려운 경향을 띈다.
실적선 자료조사 결과에 따라 설계선의 크기는 약 50피트로 정의하였으며, 배수량의 경우 40~60 ft급 GFRP 크루즈 보트 실적선 평균값 23톤의 70%로 정의하였다. 선내에 주거 가능한 캐빈 설치 공간(Main-Cabin, Guest Cabin)을 확보하도록 하였으며, 추진계는 모든 CFRP 실적선에서 채택하고 있는 스턴드라이브 타입으로 결정하였다. 아래 Table 1은 설계선의 주요 설계조건을 정리하여 보이고 있다.
위에서 설명한 바와 같이 CFRP 실적선 자료를 국제규정에 맞춰 정리하였고, 이에 따른 실적선의 주요치수 상관관계를 분석함으로써 설계선의 초기 주요치수를 정의하였다. 이때 배수량 추정식은 엔진 무게를 포함하는 mLCC기준으로 작성 하였다.
정의된 선형을 기반으로 상부구조물 설계 및 일반배치를 통해 설계선의 3차원 모델을 구축하였다(Fig. 10).
대상 데이터
1. 40ft Class CFRP cruise boat.
설계조건에 부합하는 설계선의 주요제원을 정의하기 위하여 CFRP로 제작된 크루즈 보트 실적선 5척(Fig. 2)을 기준 데이터로 정의하였다. 이때 주요치수 및 배수량 추정을 위한 변수는 ISO 8666과 ISO 12217의 정의에 따라 통계 처리하였다.
데이터처리
설계선의 성능을 분석하기 위하여 저자들의 선행연구를 통하여 수행한 4척의 GFRP 파워보트의 모형시험 결과와 비교하였다. 비교 선들은 전장 10m 내외, 선속은 30~35노트 급이며, 개략적인 주요제원은 Table 6과 같다.
이론/모형
결과적으로 Savitsky-planing 알고리즘은 레저보트 초기설계 단계에서 효과적인 저항 추정식으로 사용될 수 있으며, 설계선의 저항 및 유효마력 추정에도 활용하였다.
캐빈공간과 엔진룸을 확보하기 위하여 선수부 충격격벽을 포함하는 주격벽 4개를 배치하였으며, 기본적인 선체구획 정의는 ISO 12215-5(ISO, 2008)에 따라 정의하였다. 승조원의 거주와 접근성을 고려하여 갑판 높이를 정의하였고, 승조원 12명의 착석공간 확보와 안전 및 재승선 장치 정의는 ISO 15085(ISO, 2009)에 맞춰 정의하였다. 마력추정 결과에 따라 460마력 스턴드라이브 타입 엔진 2기를 설치하였으며, 이때 선미부 트랜섬 형상은 추진기 설치에 따라 재설계하였다.
이때 설계선의 경우는 앞서 언급한 Savitsky-planing 알고리즘을 이용하였다.
2)을 기준 데이터로 정의하였다. 이때 주요치수 및 배수량 추정을 위한 변수는 ISO 8666과 ISO 12217의 정의에 따라 통계 처리하였다. ISO 8666은 소형선박의 주요제원 및 하중상태 등에 대한 규격을 정의하고 있으며(ISO, 2002a), ISO 12217은 소형선박의 부력과 복원력 평가와 관련된 규격을 정의하고 있다 (ISO, 2002b).
저항 및 유효마력 추정에는 활주형 레저선박의 설계초기 저항추정에 사용되는 Savitsky-planing 알고리즘(Savitsky, 1964)을 적용하였으며, Formsys사의 Hullspeed를 이용하였다.
캐빈공간과 엔진룸을 확보하기 위하여 선수부 충격격벽을 포함하는 주격벽 4개를 배치하였으며, 기본적인 선체구획 정의는 ISO 12215-5(ISO, 2008)에 따라 정의하였다. 승조원의 거주와 접근성을 고려하여 갑판 높이를 정의하였고, 승조원 12명의 착석공간 확보와 안전 및 재승선 장치 정의는 ISO 15085(ISO, 2009)에 맞춰 정의하였다.
성능/효과
본 연구에서는 CFRP 레저선박 실적선 자료 분석을 통하여 50피트급 CFRP 크루즈 보트의 선형을 제안하였으며, GFRP 레저보트의 주요제원 및 모형시험 결과와 설계선 추정자료를 비교함으로써 그 특성을 파악하고자 하였다. 또한 제안 선형을 기반으로 상부구조물 및 일반배치를 통해 설계 모델을 구축함으로써 CFRP 크루즈 보트의 형상 특성을 파악할 수 있었다. 다만, 저항 및 활주자세 특성의 경우 설계선의 선형 형상특성에 의한 부분도 고려해야하기 때문에 차후 이와 관련된 시험 및 연구가 더 진행되어야 하겠다.
, 2012)와 Hullspeed를 통한 계산결과를 비교한 것이다. 모형시험 선속구간인 16~38노트(Fn=0.759 1.803)에서 저항성능을 비교한 결과, 정략적으로 계산결과가 모형시험 보다 다소 큰 결과를 보였으나, 그 경향성이 매우 유사함을 확인할 수 있었다.
설계선의 경우, L/B는 GFRP 실적선과 유사한 경향을 보이고 있으며, L/D와 B/D는 각각 12 %, 20 % 큰 경향을 보이고 있다. 이는 CFRP 레저선박의 경우 경량선체 특성에 따라 상부구조물이 상대적으로 작고, 이에 따라 케빈공간 등 거주 공간을 확보하기가 어려워 주갑판 및 작업갑판을 상대적으로 높게 가져가기 때문인 것으로 판단된다.
1은 실적선 중, 프랑스 UFO-Boat사의 40 ft급 CFRP 크루즈 보트 사례를 보이고 있다. 실적선 자료조사 결과에 따라 설계선의 크기는 약 50피트로 정의하였으며, 배수량의 경우 40~60 ft급 GFRP 크루즈 보트 실적선 평균값 23톤의 70%로 정의하였다. 선내에 주거 가능한 캐빈 설치 공간(Main-Cabin, Guest Cabin)을 확보하도록 하였으며, 추진계는 모든 CFRP 실적선에서 채택하고 있는 스턴드라이브 타입으로 결정하였다.
후속연구
국내에서 아직까지 개발 실적이 없는 CFRP 레저선박의 선형 제안 및 특성에 관한 연구를 통해, 해외에서 제작된 실적선의 데이터를 분석할 수 있었던 계기가 되었으며, 연구 결과는 향후 CFRP 소재의 레저선박 개발에 유용한 자료로써 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
또한 제안 선형을 기반으로 상부구조물 및 일반배치를 통해 설계 모델을 구축함으로써 CFRP 크루즈 보트의 형상 특성을 파악할 수 있었다. 다만, 저항 및 활주자세 특성의 경우 설계선의 선형 형상특성에 의한 부분도 고려해야하기 때문에 차후 이와 관련된 시험 및 연구가 더 진행되어야 하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
크루즈 보트는 무엇인가?
최근 해양레저산업선진국의 경우 해양레저 활동 범위의 확대에 따라 원거리 항해에 대한 욕구 증가로 40 ft~100 ft급중대형 고급 크루즈 보트 시장이 활성화 되고 있다. 크루즈 보트는 일반적으로 원거리 항해가 가능한 성능을 갖추고 있고, 장기간의 항해에 따른 주거공간을 확보하고 있는 고부 가가치 해양레저선박이다. 스턴 드라이브 혹은 축계 디젤엔 진을 추진계로 채택하고 있으며, 선체 소재로는 유리섬유강 화복합소재(GFRP), 알루미늄 등이 사용되고 있다.
해양레저 활동의 범위가 원거리 항해로 확대되면서 무엇이 각광받고 있는가?
해양레저 활동의 범위가 점차 원거리 항해로 확대되면서 거주가 가능한 크루즈보트가 각광받고 있다. 해양레저산업 선진국인 유럽, 북미의 경우 미려한 디자인, 인간공학적 구조 그리고 경량선체 소재 채택을 통한 연료효율 향상 등 크루즈보트의 설계와 제작에 있어 이미 경쟁력을 확보하고 있다.
CFRP 레저선박 실적선 자료 분석을 통하여 50피트급 CFRP 크루즈 보트의 선형을 제안한 본 연구는 차후 어떤 시험 및 연구가 진행되어야 한다고 했는가?
또한 제안 선형을 기반으로 상부구조물 및 일반배치를 통해 설계 모델을 구축함으로써 CFRP 크루즈 보트의 형상 특성을 파악할 수 있었다. 다만, 저항 및 활주자세 특성의 경우 설계 선의 선형 형상특성에 의한 부분도 고려해야하기 때문에 차후 이와 관련된 시험 및 연구가 더 진행되어야 하겠다.
참고문헌 (9)
ISO(2002a), International Organization for Standardization, ISO 8666 Small craft - Principal data, ISO
ISO(2002b), International Organization for Standardization, ISO 12217 Small craft - Stability and buoyancy assessment and categorization, ISO
ISO(2011), International Organization for Standardization, ISO 11591 Small craft, engine-driven - Field of vision from helm position, ISO
ISO(2008), International Organization for Standardization, ISO 12215-5 : Small craft - Hull construction and scantlings - Part 5: Design pressures for monohulls, design stresses, scantlings determination, ISO
ISO(2009), International Organization for Standardization, ISO 15085 Small craft - Man-overboard prevention and recovery, ISO
Jeong, U. C., J. W. Park and S. H. Jeong(2004), Hull Form Development of a Small-Size High-Speed Coastal Leisure Boat, Journal of Korean Society of Ocean Engineers, Vol. 18, No. 1, pp. 80-84.
Jeong, U. C., C. H. Ryu and D. K. Oh(2012), A Study on Resistance Characteristics of a 50ft Class CFRP Leisure Boat, Proceeding of the Society of Naval Architects of Korea, p. 1185.
Oh, D. K., C. W. Lee, C. H. Ryu and U. C. Jeong(2012), A Study on the Basic Design of a 50ft Class CFRP Cruise Boat, Proceeding of the Society of Naval Architects of Korea, p. 905.
Savitsky, D.(1964), Hydrodynamic Design of Planing Hulls, Marine Technology, Vol. 1, No. 1, pp. 71-95.
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