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정수 중 바지선의 예인안정성에 관한 수치 시뮬레이션

Numerical Simulation of Towing Stability of Barges in Calm Water

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.27 no.1 = no.110, 2013년, pp.67 - 73  

남보우 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) ,  박지용 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) ,  홍사영 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) ,  성홍근 (한국해양과학기술원 선박해양플랜트연구소) ,  김종욱 (현대중공업(주))

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This paper presents the results of a numerical study on the towing stability of barges. Towing simulations were carried out by using two different numerical models (MMG model and cross-flow model). Stability criteria are also suggested based on the analysis of the linearized governing equations for ...

주제어

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문제 정의

  • 두 수치 모델을 이용하여 Yasukawa의 바지선 모델에 대한 예인 시뮬레이션을 수행하였으며, 모형시험 결과와 비교 검증을 수행하였다. 또한 바지선에 작용하는 유체력 계수들을 체계적으로 변화시켜가며 예인안정성에 미치는 영향을 검토하였다. 이상의 연구를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 예인안정성에 중요하게 영향을 주는 인자는 식 (26), (27)에서 보인 것처럼, 측면력과 선수동요 모멘트의 비, 예인줄 장력(저항)으로 구분될 수 있다. 본 연구에서는 두 가지 인자에 대해 유체력 계수들을 변화시켜 가면서, 바지선의 거동 및 예인안정성에 중요하게 영향을 주는 유체력 성분을 검토하고자 하였다.
  • 본 연구에서는 바지선의 예인안정성에 관한 수치해석 연구를 수행하기 위하여 두 가지 운동 모델을 고려하였다. 하나는 MMG모델 기반의 조종 운동방정식이며, 다른 하나는 Crossflow모델을 고려한 저주파수 평면 운동 방정식이다.
  • 또한 일련의 수치계산을 수행하여 유체력 계수들의 변화에 따른 바지선의 거동변화를 관찰하였다. 이를 통해 두 수치 모델의 예인안정성 해석의 적용 가능성을 확인하고, 예인안정성에 중요하게 영향을 주는 유체력을 파악하고자 하였다.

가설 설정

  • MMG 모델의 유체력 계수는 Yasukawa et al.(2006)의 값을 그대로 이용했으며, Cross-flow모델에서의 항력계수는 별도의 값이 존재하지 않기 때문에, 식 (28)~(30)과 같은 형태로 항력계수를 가정하였다.
  • (2006)에서 발견할 수 있다. 본 연구에서는 타 및 프로펠러에 대한 모델링은 고려하지 않았다. 예인줄은 단순 스프링 모델을 이용하여 모사하였으며, 스프링 상수와 감쇠 계수는 각각 50N/m와 10N·s/m의 값을 이용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
통상적으로 예인작업은 어떠한 형태로 이루어 지는가? 해양플랜트 산업의 신장세와 함께 예인(Towing)에 의한 해양구조물의 운송작업이 점차 증가하고 있다. 통상적으로 예인작업에서는 예인줄(Towline)에 연결된 부선(Towed ship)을 끌고 가는 형태로 이뤄지며, 이 경우 부선의 형상 및 예인방법에 따라 예인 안정성(Towing stability)은 매우 달라질 수 있다. 부선의 불안정한 거동은 과도한 평면 운동을 야기하여 다른 선박 또는 해양구조물과의 충돌사고가 발생할 수 있기 때문에, 예인작업에 앞서 예인안정성에 대한 선행 검토가 매우 중요하다.
예인작업에 앞서 예인안정성에 대한 선행 검토가 매우 중요한 이유는 무엇인가? 통상적으로 예인작업에서는 예인줄(Towline)에 연결된 부선(Towed ship)을 끌고 가는 형태로 이뤄지며, 이 경우 부선의 형상 및 예인방법에 따라 예인 안정성(Towing stability)은 매우 달라질 수 있다. 부선의 불안정한 거동은 과도한 평면 운동을 야기하여 다른 선박 또는 해양구조물과의 충돌사고가 발생할 수 있기 때문에, 예인작업에 앞서 예인안정성에 대한 선행 검토가 매우 중요하다.
예인안정성에 대한 선행 검토를 위한 대표적인 기존 연구는 무엇이 있는가? 예인안정성에 관한 대표적인 기존 연구로는 Bernitsas and Kekerdis(1985)에 의해 예인선박의 안정성에 대한 조건식을 특성 방정식을 이용하여 제시한 바 있다. Latorre(1988)은 모형선을 이용한 예인 바지선의 안정성 판별 시 축척비에 따른 효과를 지적한 바 있다. Yasukawa et al.(2006)은 2가지 바지선의 예인안정성에 대한 일련의 모형시험을 수행하고, 조종운동방식을 이용하여 수치해석 연구를 병행한 바 있다. Fitriadhy and Yasukawa(2010) 은 풍하중 하에서의 예인안정성에 대한 수치해석 연구를 수행하였다.
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참고문헌 (7)

  1. Abkowitz, M.A., 1972. Stability and motion control of ocean vehicles. The M.I.T. Press, Cambridge. 

  2. Bernitsas, M.M., Kekerdis, N.S., 1985. Simulation and stability of ship towing. Int. Shipbldg Prog., 32(369), 112-123. 

  3. Latorre, R., 1988. Scale Effect in Towed Barge Course Stability Tests. Ocean Engineering, 15(4), 305-317. 

  4. Lee, J.H., 2012. Multi-body and stability analysis of the towed ship system. Seoul National University, Master's thesis. 

  5. Fitriadhy, A., Yasukawa, H., 2010. Slewing Motion Characteristics of a Towed Ship in Steady Wind. Proceedings of the 29th International Conference on Ocean, Offshore and Arctic Engineering (OMAE2010-20673). 

  6. Wichers, J.E.W., 1988. A Simulation Model for a Single Point Moored Tanker. Marine Publication, No. 797. 

  7. Yasukawa, H., Hiritaka, H., Nakamura, N., Matsumoto, Y., 2006. Simulation of Slewing Motion of a Towed Ship. Journal of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers, 4, 137-146 (in Japanese). 

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