본 연구에서는 18미터급 쌍동형 선형의 선수벌브 유무에 따른 운동응답특성을 선형 스트립이론에 기초한 상용코드(Seakeeper)를 이용하여 추정하였다. 계산조건으로는 ITTC 파스펙트럼에 기초한 뷰포트 풍력계급 3 ($\bar{T}=2.98s$, $H_{1/3}$ =0.6m), 4 ($\bar{T}=3.85s$, $H_{1/3}$ =1m) 및 5 ($\bar{T}=5.44$, $H_{1/3}$ =2m)의 파스펙트럼을 산출하였고, 조우각은 선수파, 선수사파 및 횡파를 적용하여 종동요의 선체운동응답스펙트럼을 해석하였다. 선수벌브가 적용된 쌍동선 선형은 선수파와 선수사파에서 최대 20%의 종동요 응답이 감소하는 효과를 나타냈다.
본 연구에서는 18미터급 쌍동형 선형의 선수벌브 유무에 따른 운동응답특성을 선형 스트립이론에 기초한 상용코드(Seakeeper)를 이용하여 추정하였다. 계산조건으로는 ITTC 파스펙트럼에 기초한 뷰포트 풍력계급 3 ($\bar{T}=2.98s$, $H_{1/3}$ =0.6m), 4 ($\bar{T}=3.85s$, $H_{1/3}$ =1m) 및 5 ($\bar{T}=5.44$, $H_{1/3}$ =2m)의 파스펙트럼을 산출하였고, 조우각은 선수파, 선수사파 및 횡파를 적용하여 종동요의 선체운동응답스펙트럼을 해석하였다. 선수벌브가 적용된 쌍동선 선형은 선수파와 선수사파에서 최대 20%의 종동요 응답이 감소하는 효과를 나타냈다.
In this study, a commercial seakeeping program Seakeeper, integrated into Maxsurf, which is based on the linear strip theory was employed to compare the effect of bulbous bow (with/without) on motion response characteristics in a 18-meter catamaran. The seakeeping analyses were conducted at several ...
In this study, a commercial seakeeping program Seakeeper, integrated into Maxsurf, which is based on the linear strip theory was employed to compare the effect of bulbous bow (with/without) on motion response characteristics in a 18-meter catamaran. The seakeeping analyses were conducted at several Beaufort wind conditions such as scale No. 3 ($\bar{T}=2.98s$, $H_{1/3}$ =0.6m), No. 4 ($\bar{T}=3.85s$, $H_{1/3}$ =1m) and No. 5 ($\bar{T}=5.44$, $H_{1/3}$ =2m) based on ITTC wave spectrum. Pitch motion response spectrum was calculated at Head sea, Head & bow sea and Beam sea as encounter angles. Hull form of a catamaran with bulb showed the maximum 20% decrease of pitch motion response as compared to that of hull form without bulb.
In this study, a commercial seakeeping program Seakeeper, integrated into Maxsurf, which is based on the linear strip theory was employed to compare the effect of bulbous bow (with/without) on motion response characteristics in a 18-meter catamaran. The seakeeping analyses were conducted at several Beaufort wind conditions such as scale No. 3 ($\bar{T}=2.98s$, $H_{1/3}$ =0.6m), No. 4 ($\bar{T}=3.85s$, $H_{1/3}$ =1m) and No. 5 ($\bar{T}=5.44$, $H_{1/3}$ =2m) based on ITTC wave spectrum. Pitch motion response spectrum was calculated at Head sea, Head & bow sea and Beam sea as encounter angles. Hull form of a catamaran with bulb showed the maximum 20% decrease of pitch motion response as compared to that of hull form without bulb.
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문제 정의
(1999)은 쌍동형 선박의 저항과 내항시험에서 선미트림탭을 부착하여 저항 값을 크게 감소하는 영향에 대해 보고하였다. 또한 상하 및 종동요 특성과 갑판 상부의 수직가속도를 계측하여 설계선형의 우수성을 보고하였다.
(2013)은 Deep-V 쌍동형 선형의 선수벌브 유무가 조파저항에 미치는 영향을 연구하였으며, 선수벌브 적용시 20%의 조파저항 감소 효과에 대해 모형실험 결과를 보고한 바 있다. 따라서 본 연구에서는 저항에 대한 부분은 제외하고 운동특성에 대해 다루고자 한다.
따라서 상하동요는 주로 배수량의 차이에 따라 영향이 크게 나타내는 특성(Holloway and Davis, 2006)을 감안하여 본 연구에서는 쌍동형 선박에 선수벌브를 적용하였을 경우, 해상 상태, 조우각 및 선속변화에 따라 종동요 특성을 추정 상호 비교하여 선수벌브의 영향을 알아보고자 한다. 또한 파도와의 조우각은 선수벌브를 적용한 쌍동형 선박의 종동요 운동을 중점적으로 알아보고자 선수파, 선수사파 및 횡파에 대해서만 해석을 수행하였다.
제안 방법
해상조건은 뷰포트 풍력계급을 기준으로 유의파고(H1/3) 0.6∼2.0에서 평균파주기(#) 3∼5.5초 영역으로 선정하였으며, 조우각은 선수파, 선수사파 및 횡파에 대한 운동에 대해 해석하였다.
따라서 상하동요는 주로 배수량의 차이에 따라 영향이 크게 나타내는 특성(Holloway and Davis, 2006)을 감안하여 본 연구에서는 쌍동형 선박에 선수벌브를 적용하였을 경우, 해상 상태, 조우각 및 선속변화에 따라 종동요 특성을 추정 상호 비교하여 선수벌브의 영향을 알아보고자 한다. 또한 파도와의 조우각은 선수벌브를 적용한 쌍동형 선박의 종동요 운동을 중점적으로 알아보고자 선수파, 선수사파 및 횡파에 대해서만 해석을 수행하였다.
본 연구는 선수벌브 유무에 따른 쌍동형 선형의 운동특성을 상용코드(Seakeeper)를 이용하여 추정하였다. 해상상태, 선속 및 조우각에 따른 운동성능을 고찰함으로써 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
대상 데이터
5초 영역으로 선정하였으며, 조우각은 선수파, 선수사파 및 횡파에 대한 운동에 대해 해석하였다. 또한 선속은 10knot (Fn=0.404), 15knot (Fn=0.605) 및 20knot (Fn=0.807)을 각각 해석조건으로 선정하였다.
이론/모형
쌍동형 선형의 운동응답특성 추정은 선체 단면(Strip)에 대한 유체력을 계산하고 전체의 유체력을 구하는 Salvesen et al.(1970)가 제시한 방법에 기초한 상용프로그램인 Seakeeper를 사용하였다. 종동요에 대한 방정식은 식(1)과 같다.
종동요에 대한 방정식은 식(1)과 같다. 파랑은 Pierson-Moskowitz 스펙트럼에 기초한 식(2)의 ITTC 파 스펙트럼을 이용하였다. Fig.
성능/효과
횡파(χ=90°)를 제외하고 선수파(χ=180°)와 선수사파(χ=135°)에서 선수벌브가 있는 선형에서 진폭비가 감소하는 특성을 보였다.
횡파(χ=90°)를 제외하고 선수파(χ=180°)와 선수사파(χ=135°)에서 선수벌브가 있는 선형에서 진폭비가 감소하는 특성을 보였다. 선수파의 경우를 살펴보면 선수벌브가 있는 선형에서는 프루드수가 증가함에 따라 응답진폭비도 증가하였다. 그러나 선수벌브가 없는 선형에서는 거의 차이가 나타나지 않았다.
종동요에 대한 선체운동응답스펙트럼은 선체가 선수파(χ=180°)와 선수사파(χ=135°)인 경우 선수벌브 유무에 관계없이 선속이 증가함에 따라 감소하는 특성을 나타냈다. 즉, 선수파 에서는 저속(Fn=0.404) 영역에서 선체의 종동요가 크게 나타났고 고속(Fn=0.807) 영역에서 약 2배 이상 감소하는 특성을 보였다.
저속영역에서는 선수파에 비해 최대값이 감소하였으나 고속영역에서는 최대값이 오히려 증가하였다. 선박응답스펙트럼이 최대가 되는 조우주파수는 선수파와 유사한 주파수 범위에서 나타났으나 그 진폭이 증가하였다.
선수파의 저속영역에서 가장 큰 선체운동응답이 나타났다. 고속영역으로 진행함에 따라 선수벌브를 가진 선형에서 종동요가 감소하는 특성이 나타났다.
5에 비해 저속영역에서 다소 넓어졌다. 선수사파의 경우는 선수벌브가 없는 선형에서는 선체운동응답스펙트럼의 최대값은 저속과 고속영역에서 약 4로 비슷하였으나, 선수벌브가 있는 선형에서는 저속영역에서 고속영역으로 갈수록 감소하는 경향을 보였다. 또한 조우주파수에 따른 특성을 보면 종동요가 나타나는 범위가 저속영역에서 1∼4로 넓은 주파수대를 형성하고 있으며, 선수파에 비해서도 저주파영역에서 부터 종동요가 시작되었다.
선수사파의 경우에 있어서도 저속영역에서는 선수벌브 유무에 따른 영향이 크게 나타나지는 않았다. 넓은 영역의 조우주파수 대역에서 높은 선체운동 응답이 나타났으며, 선수벌브 선형에서 최대값의 감소는 크게 나타나지 않았다. 그러나 고속영역에서 선수벌브가 없는 선형에 비해서는 감소율이 증가하였다.
선수파에서 선수벌브가 없는 선형에서는 15knot에서 가장 큰 종동요가 나타나며 χ=180°∼ 150°영역에서 동일한 크기의 종동요가 나타났다.
Table 3은 해상상태, 선속 및 조우주파수별 선수벌브형 쌍동선의 종동요 응답스펙트럼을 선수벌브가 없는 선형에 대한 감소율을 나타낸 것이다. 결과적으로 종동요는 선수파에서 선수벌브 선형이 최대 20% 감소하는 특성을 나타냈다.
선수파와 선수사파에서는 최대 20%의 운동을 감소시키는 특성을 보였다. 쌍동형 선형에서 조파저항 성능과 운동특성을 향상시키는데 선수벌브를 적용함이 적절하였다.
후속연구
향후 선수벌브가 적용된 쌍동형 선형에 선미트림탭의 적용에 따른 운동의 감소영향이나 횡동요에 대한 부가물에 부착에 따른 단계적 접근이 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
여객과 화물수송에서 매우 중요한 요인으로 꼽히고 있는것은?
쌍동형 선박은 넓은 범위의 선속과 다양한 해상상태에서 상대적인 운동과 관련하여 여객과 화물수송에서 매우 중요한 요인으로 지속적인 연구가 수행되고 있다(Fang, et al., 1996; Gim, et al.
선수벌브 유무에 따른쌍동형 선형의 운동특성은?
선수파와 선수사파에서는 최대 20%의 운동을 감소시키는 특성을 보였다. 쌍동형 선형에서 조파저항 성능과 운동특성을 향상시키는데 선수벌브를 적용함이 적절하였다.
쌍동형 고속선이 다른 고속선에 비교하여 좋은 점은?
다른 고속선과 비교했을 때, 쌍동형 고속선은 좋은 수송효율을 가지고 있으며 넓은 갑판면적과 우수한 복원성 및 횡운동에 장점을 가지고 있다. 그러나 여객과 운항자의 측면에서는 상하동요 및 종동요에 대해 상대적으로 취약한 측면을 가지고 있다(Davis and Holloway, 2003).
참고문헌 (12)
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