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탄소섬유강화복합재료(CFRP) 레저선박의 횡요저항력 평가에 의한 상부구조물 풍압면적 특성
Characteristics of a CFRP Cruiser's Windage Area by Stability Assessment 원문보기

海洋環境安全學會誌 = Journal of the Korean society of marine environment & safety, v.20 no.6 = no.65, 2014년, pp.774 - 780  

김도윤 (목포해양대학교 대학원 조선해양공학전공) ,  이창우 (목포해양대학교 대학원 조선해양공학전공) ,  이동건 (목포해양대학교 조선해양공학과) ,  오대균 (목포해양대학교 조선해양공학과)

초록
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일반적으로 CFRP 레저선박의 상부구조물은 동급전장 타 선박보다 매우 작은 경향을 보이고 있는데, 이는 풍압면적에 의한 횡요저항력과 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 CFRP 레저선박의 이러한 상부구조물 형상 특성을 풍압면적 변화에 따른 복원안정성 분석을 통해 파악하고자 한다. GFRP 레저선박과 CFRP 레저선박의 선체 및 상부구조물 형상 특성을 상호 비교하고, CFRP 레저선박의 상부구조물 형상변화를 통해 그 변화가 복원안정성에 미치는 영향에 대해 분석하였다. 이를 위해 GFRP, CFRP 레저선박 총 10척의 형상을 비교, 분석하여 선체와 상부구조물 간의 형상 추세를 파악하였고, ISO 12217에 따른 횡요저항력 추정 및 복원안정성 평가 프로그램 개발을 통해 상부구조물의 형상 변화와 복원안정성 간의 관계를 분석하였다. 연구결과, CFRP 레저선박의 풍압면적 분포경향은 GFRP 레저선박과 비슷하였으나, 상대적으로 상부구조물 형상 비율은 절반정도 크기에 그치는 경향을 보였다. 또한 CFRP 레저선박의 상부구조물 크기를 동급전장의 GFRP 선박 상부구조물 면적 비율 이상(10%) 증가시키는 경우 횡요저항력에 의한 복원성능에 문제가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This research aims to investigate the superstructure characteristics of the CFRP-yachts whose hulls are made of the light-weight material CFRP. CFRP-yachts, which belong to light-weight yachts, have a tendency of having very small superstructures compared to other vessels of the same length, and suc...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 CFRP 크루저 실적선의 상부구조물 단면적에 변화를 주고 이에 따른 횡요저항력을 평가함으로써 상부구조물의 형상 특성을 분석하고자 한다. 또한 일반적으로 널리 사용되고 있는 복합재료 선체소재인 GFRP 소재 레저선박과의 형상 특성을 상호 비교함으로써 경량소재인 CFRP가 선체와 상부구조물 형상 결정에 미치는 영향을 파악하고자 한다.
  • 본 연구에서는 CFRP 레저선박의 상부구조물 형상 변화가 복원안정성에 미치는 영향을 분석함으로써 CFRP 크루저의 상부구조물 형상특성을 파악하고자 한다. 이를 위해 40~60ft 급 CFRP 크루저 5척과 동급 전장 GFRP 크루저 5척의 실적선 형상분석을 실시하였으며, 이를 기반으로 하는 가상의 CFRP 선체 및 상부구조물의 형상조건 변화에 따른 복원안정성 평가결과를 비교분석하였다.
  • 본 연구에서는 CFRP 레저선박의 상부구조물 형상특성을 파악하기 위하여 풍압면적의 변화에 따른 횡요저항력을 평가하였으며, 이를 통해 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 본 연구에서는 CFRP 크루저 실적선의 상부구조물 단면적에 변화를 주고 이에 따른 횡요저항력을 평가함으로써 상부구조물의 형상 특성을 분석하고자 한다. 또한 일반적으로 널리 사용되고 있는 복합재료 선체소재인 GFRP 소재 레저선박과의 형상 특성을 상호 비교함으로써 경량소재인 CFRP가 선체와 상부구조물 형상 결정에 미치는 영향을 파악하고자 한다.
  • 상부구조물의 형상변화에 따라 횡요저항력을 고려한 복원성을 평가하고 이를 GFRP 크루저의 평가결과와 비교하고자 한다. ISO 12217에서는 해상상태에 따른 횡요저항력에 영향을 받는 선체의 형상 조건을 풍압면적 이라고 하며 그 정의와 평가 과정은 다음과 같다.

가설 설정

  • 2. The definition of windage area affecting rolling resistance.
  • 설계범주는 사례연구에 적용한 선박이 Ocean-going이 가능한 A 상태로 정의하였으며, 이때의 해상풍속 및 파도에 의한 횡요각(Roll angle)은 ISO 12217 규정에 따라 vW=28 m/s, ϕR=25+20/VD (VD : Displacement volume, m3)로 가정하였다. 해수 유입각(ϕD)은 현측형상에 따른 결과변화를 고려하여 최소값인 50˚로 가정하였다.
  • )로 가정하였다. 해수 유입각(ϕD)은 현측형상에 따른 결과변화를 고려하여 최소값인 50˚로 가정하였다. 풍압면적의 경우 규정에서는 선체 길이와 폭에 따른 최소값이 적용되도록 하고 있으나, 통상적으로 CFRP 크루저의 상부구조물이 매우 작기 때문에 규정에 의한 최소값이 아닌 실제 측정값 또는 종단면적 분포 추세(Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
횡요저항은 무엇인가? 레저선박의 상부구조물 형상이 복원안정성에 미치는 영향은 무게중심의 상승도 있지만, 상부구조물의 종단면적 증가에 따른 횡요저항 증가도 큰 영향을 준다. 횡요저항은 풍속, 유의파고 등의 해상상태 조건에 따라 선박에 작용하는 횡방향 부가 저항력으로써 흘수 상부 선체의 종단면적이 이에 영향을 받는 중요한 설계 인자이다(Lee et al., 2013).
본 연구에서 CFRP 레저선박의 상부구조물 형상 변화가 복원안정성에 미치는 영향을 분석함으로써 CFRP 크루저의 상부구조물 형상특성을 파악하기 위해 무엇을 실시하였는가? 본 연구에서는 CFRP 레저선박의 상부구조물 형상 변화가 복원안정성에 미치는 영향을 분석함으로써 CFRP 크루저의 상부구조물 형상특성을 파악하고자 한다. 이를 위해 40~60ft 급 CFRP 크루저 5척과 동급 전장 GFRP 크루저 5척의 실적선 형상분석을 실시하였으며, 이를 기반으로 하는 가상의 CFRP 선체 및 상부구조물의 형상조건 변화에 따른 복원안정성 평가결과를 비교분석하였다. 이때 형상조건 변화에 따른 횡요저항력의 추정 및 복원안정성 평가는 소형선박의 복원성과 부력 평가 국제표준 규정인 ISO 12217(ISO, 2008)을 적용하였다.
탄소섬유강화 복합재료가 고부가가치 레저선박의 경량선체 소재로서 사용되는 이유는 무엇인가? 탄소섬유강화 복합재료(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastics) 는 경량선체 제작이 가능하며, 동시에 뛰어난 물성을 가지고 있어 고부가가치 레저선박의 경량선체 소재로써 적용되고 있다(Oh et al., 2014).
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참고문헌 (6)

  1. Azimut Yachts(2014), Official Luxury Yacht Azimut 45, http://www.azimutyachts.com/azimut45.html. 

  2. ISO(2008), International Organization for Standardization, ISO 12217 Small craft Stability and buoyancy assessment and categorization. 

  3. Lee, C. W., D. J. Yum and D. K. Oh(2013), A Study on Design Variables for Automated Design Review according to ISO 12217 on Early Design Stage of Pleasure Yachts, Proceedings of KAOST, pp. 1895-1898. 

  4. Oh, D. K., C. W. Lee, W. C. Jeong and C. H. Ryu(2013), A Study on the Basic Design and its Characteristics of 50ft-class CFRP Cruise Boat, Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 19, No. 6, pp. 674-680. 

  5. Oh, D. K., D. K. Lee, G. M. Kang, C. H. Ryu and J. K. Noh(2014), Comparative Study on Rules of ISO 12215 and International Classification Society for Structural Design of CFRP Cruise Boat, Journal of Ocean Engineering and Technology, Vol. 28, No. 1, pp. 77-84. 

  6. UFO-boat(2014), Carbon Cruiser U119, http://www.ufo-boat.com/en/u119-carbon/. 

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