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1인승 소형 보트 설계 및 속도성능 분석

An Analysis on the Design and Speed Performance of a One-man Boat

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.20 no.5 = no.64, 2014년, pp.552 - 557  

박동우 (동명대학교 조선해양공학과) ,  박경민 (동명대학교 조선해양공학과)

초록
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본 연구의 목적은 1인승 보트를 설계 제작하여 시운전 및 전산유체역학(CFD)를 이용하여 속도성능을 분석하는 것이다. 선형설계를 포함한 보트의 전반적인 설계과정을 설명하였고, 설계를 바탕으로 제작된 보트에 대하여 잠잠한 해상에서 시운전을 수행했다. 시운전을 통해 보트의 설계속도에서 제동마력은 1680 W가 계측하였다. 유동해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 이용하여 자유수면과 동적트림을 고려하여 수행되었다. 유동해석 결과 잉여저항 성분이 마찰저항 성분에 비해 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 시운전과 CFD 결과를 바탕으로 보트의 전체효율계수를 추정하였다. 전체효율계수는 전달효율과 준 추진효율로 나누었다. 준 추진효율은 동일 프로펠러를 사용하는 솔라보트의 속도성능 추정 시 사용될 수 있다. 연구결과은 향후 개발될 보트의 선형설계, 성능분석 및 개발에 정보를 제공할 수 있다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The objective of the This study is to access the speed performance employing the sea trial test and CFD with the our own designed and manufactured one-man boat. The overall design process including hull form design was explained. The sea trial was carried out with a manufactured boat in the clam sea...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 8 m/s에서 계측된 전류와 전압을 이용하여 제동마력을 산정할 수 있었다. CFD에 의한 해석에서는 설계된 기존선형의 저항성능 분석이 가능하였고 향후 설계될 선형의 저항성능 향상에도 도움이 되고자 하였다. 또한, CFD에 의해 추정된 유효마력과 시운전으로부터 얻은 제동마력을 통해 프로펠러의 준 추진 효율 계수를 산정하였다.
  • 결과물들은 설계된 기존선형의 성능 파악도 있지만, 향후 설계될 보트의 선형설계, 성능 분석 및 향상에 정보를 제공하고자 하였다.
  • 연구를 위해 실제 운행되었던 소형 솔라보트에 대해서 유동해석과 시운전을 통해서 각 속도성능을 상세히 나타내고 유사 프루드 수(Froude Number)에서 운행되는 선박과 비교하였다. 또한 속도성능 결과를 토대로 준 추진효율을 추정함으로써 향후 개발되는 소형 솔라보트 속도성능 추정에 활용되고자 하였다. 대상 선박은 HSPVF에 참여한 동명대학교 1인승 솔라보트이다.
  • 본 연구는 소형 솔라보트의 속도성능을 초점으로 하여 향후 개발되는 소형 솔라보트에 정보를 제공하고자 하였다. 연구를 위해 실제 운행되었던 소형 솔라보트에 대해서 유동해석과 시운전을 통해서 각 속도성능을 상세히 나타내고 유사 프루드 수(Froude Number)에서 운행되는 선박과 비교하였다.
  • 속도성능 분석의 주 목적은 설계된 기존선형의 성능 파악도 있지만, 향후 설계될 보트의 선형설계, 성능 분석 및 향상에 정보를 제공하고자 하였다. 시운전을 통해서는 설계속도인 3.
  • 1) 대상 선박의 설계속도에 대응하는 프루드 수에서는 마찰저항의 영향보다 잉여저항의 영향이 큰 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 목표한 프루드 수에서 적은 잉여저항을 갖는 모선을 선택하고 선체의 작용하는 전체저항의 합을 줄이는 방법을 제시 할 수 있다.

가설 설정

  • 3) 추정된 준 추진 효율 계수는 같은 프로펠러를 사용하 는 1인승 소형 보트 설계 시 속도성능 추정에 유용하게 사용될 것이다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
마리나 산업의 세계 시장규모의 추이는 어떠한가? 마리나 산업은 고부가 가치의 여가시장에 포함되는 산업이다. 마리나 산업의 세계 시장규모는 2005년부터 2010년 동안 약 300억 달러로 추정되며 매년 43 %씩 증가하는 추세이다. 선진국의 요트와 보트 보유 비율은 20명 당 1척으로 우리나라의 4875명 당 1척인 보유비율에 비해 압도적이며 활성화가 되어있다.
제동마력 측정방법은 무엇인가? 속도 측정은 전용 GPS 측정기를 사용하였다. 제동마력 측정방법은 전류, 전압 전용 계측기를 배터리(Battery)와 모터 드라이버(Motor-Driver)의 연결 부위에 부착하여 운항시간 1분 동안 전류와 전압을 계측하였다. BLDC 모터의 출력 계산은 모터에 입력되는 전류, 전압 그리고 모터 효율의 곱으로 계산한다.
마리나 산업의 요트와 보트 수요가 늘어나는 이유는 무엇인가? 소득수준 향상과 여가시간이 증가함에 따라 레저 스포츠를 즐기는 사람이 늘어나고 있다. 이에 따라 수상 레포츠의 일환인 마리나 산업의 요트와 보트 수요도 늘어나고 있는 추세이다.
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참고문헌 (7)

  1. Choi, J. K. and H. T. Kim(2013), A Design of Power Transmission System of a Water Bike, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 50, No. 3, pp. 153-159. 

  2. Choi, J. K., H. T. Kim, H. T. Kim, S. S. Lee and K. B. Lee(2007), A Development of EPISODE Solar Boat, Journal of the Society of Navla Arachitects of Korea, Vol. 44, No. 6, pp. 653-646. 

  3. Jung, R. T.(2009), Introduction to power system of ship, UUP: Ulsan. 

  4. Kang, B. Y.(2007), Bulid Wooden Canoe Myself, Mannam: seoul. 

  5. Kim, M. J. and G. H. Chea(2011), Study on Catamaran Type Solar Boat Using the Pod Propulsion System, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 17, No. 2, pp. 161-166. 

  6. Lee, J. G., K. H. Jung, S. B. Suh, H. H. Chun and I. W. Lee(2010), A Study on the Hull Form Design of Semi-Planning Round-Bilge Craft, Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 24, No. 3, pp. 59-65. 

  7. Park, D. W., S. B. Lee, S. B. Chung, H. W. Seo and J. W. Kwon(2013), Effects of Trim on Resistance Performance of a ship, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 50, No. 2, pp. 88-94. 

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