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해양레저 분야 복합소재 적용 : 33피트급 아메리카스컵 훈련용 CFRP 세일링 요트 개발
Development of 33feet Class America's Cup Training CFRP Sailing Yacht for Marine and Leisure Applications 원문보기

Composites research = 복합재료, v.28 no.1, 2015년, pp.15 - 21  

서형석 (Research Institute of Medium and Small Shipbuilding) ,  장호윤 (Research Institute of Medium and Small Shipbuilding) ,  이인원 (Global Core Research Center for Ships and Offshore Plants, Pusan National University) ,  최흥섭 (Department of Mechanical and Design Engineering, Hongik University)

초록
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본 논문에서는 해양레저분야에서의 현재 복합재 적용 현황과 33피트급 아메리카스컵 훈련용 세일링 요트 개발에 대해 기술한다. 항공분야와 달리 해양레저 분야에서의 복합재료는 최근에서야 적용 및 사용이 되기 시작했다. 다양한 해양레저 구조물 중에서도 특히, 아메리카스컵 세일링 경주 요트는 빠른 속도를 내야 하기 때문에 경량화 및 높은 기계적 성능이 요구되고 이에 따라 경주용 요트를 건조함에 있어 탄소섬유의 사용은 필수적이다. 탄소섬유강화 플라스틱 경주용 요트 제작 과정을 정립하기 위해 탄소 돛대와 탄소 요트 선체에 대한 최적화 설계와 생산 공법에 대해 논의되었다. 최종적으로 이렇게 제작된 탄소섬유강화복합재 세일링 요트는 운항시험을 통해 경주용 요트로써의 높은 성능을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this paper is to investigate the current trends of composite applications in the marine and leisure fields and to study the development of 33ft class America's cup training CFRP sailing yacht. In the field of marine and leisure, composite materials have been just used to marine and le...

주제어

#해양레저   #탄소섬유강화복합재   #세일링 요트   #아메리카스컵  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 아메리카스컵 본 경기에 사용되는 72피트급 세일링 요트의 훈련에 사용되는 33피트급 아메리카스컵 훈련용 탄소섬유강화복합재 쌍동형 세일링 요트 개발을 목표로 하여 탄소섬유로 제작된 세일링 요트의 주요구조물인 선체형상 및 돛대 설계 및 개발에 대한 내용을 논의하며, 요트 형상에 대한 성능해석과 시제품 요트를 생산하기 위해 생산 및 제작 방법에 대해 논의하고자 한다.
  • 본 연구에서는 해양레저분야의 여러 구조물 중 고기능성 복합재료가 많이 적용되고 있는 아메리카스컵 훈련용 세일링 요트의 선체, 돛대 및 각종 부가물에 대한 설계 및 제작 과정에 대해 기술하였다. 해외에서는 아메리카스컵 훈련용 세일링 요트 설계 및 제작에 대해 많은 경험이 있으나 현재 우리나라의 경우 탄소 섬유를 적용하여 세일링 요트 선체와 돛대 제작에 관련된 경험이 전무하여 본 연구를 수행하는 과정에서 실제 시제품을 설계 및 제작에 많은 노력과 시간이 요구되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
고성능 복합재료가 해양레저 구조물에 적용되는 이유는 무엇인가? 고성능 복합재료(Advanced composites)가 많이 적용되고 있는 항공분야와 달리 조선해양 특히, 해양레저분야는 최근에서야 요트 선체(Yacht Hull), 돛대(Mast), 서핑 보드(Surf board) 등의 해양레저 관련 기구에 적용이 되고 있다[2]. 특히, 염수, 자외선, 해풍, 파력 등과 같은 특수한 해양 환경[3-5]에 요트와 같은 해양레저 구조물 등이 노출 되어 있기 때문에 부식의 위험성이 높고 끊임없이 반복되는 파도의 반복 하중에 의해 수명이 단축되는 금속재료에 비해 높은 내부식성, 기계적 강도 및 수명을 가지는 복합재료는 해양레저기구를 설계 및 적용하려고 하는 엔지니어에게 여러 가지 유리함을 제공한다.
탄소섬유의 적용 비중이 가장 높은 해양레저기구는 무엇인가? 위에서 언급한 해양레저기구 중 탄소섬유의 적용 비중이 가장 높은 해양레저기구는 국제 요트 경기인 아메리카스컵(America’s Cup)에 참가하는 고속 세일링 요트이다. 해양의 F1 경기라 불리며 올림픽과 월드컵에 이어 세계에서 세 번째로 큰 국제 스포츠 행사인 아메리카스컵 국제 요트경기는 국제 스포츠 경기에서 가장 오랜 역사와 전통을 자랑하는 경기로서 국가를 대표하는 최첨단 소재로 이루어진 탄소섬유강화복합재 세일링 요트(Carbon Fiber Reinforced Plastics Sailing Yacht)가 경기에 참가하고 있다[6].
최근 고성능 복합재료는 해양레저분야의 어디에 적용되고 있는가? 탄소섬유, 아라미드섬유, 유리섬유와 에폭시, 폴리에스테르 등의 복합재료는 이미 오래전부터 항공기 분야에 많이 사용되어 왔다[1]. 고성능 복합재료(Advanced composites)가 많이 적용되고 있는 항공분야와 달리 조선해양 특히, 해양레저분야는 최근에서야 요트 선체(Yacht Hull), 돛대(Mast), 서핑 보드(Surf board) 등의 해양레저 관련 기구에 적용이 되고 있다[2]. 특히, 염수, 자외선, 해풍, 파력 등과 같은 특수한 해양 환경[3-5]에 요트와 같은 해양레저 구조물 등이 노출 되어 있기 때문에 부식의 위험성이 높고 끊임없이 반복되는 파도의 반복 하중에 의해 수명이 단축되는 금속재료에 비해 높은 내부식성, 기계적 강도 및 수명을 가지는 복합재료는 해양레저기구를 설계 및 적용하려고 하는 엔지니어에게 여러 가지 유리함을 제공한다.
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참고문헌 (13)

  1. Barbero, E.J., Introduction to Composite Materials Design, CRC Press, Florida, USA, 2011. 

  2. Greene, E., Marine Composites, Eric Greene Associates, Inc., Maryland, USA, 1999. 

  3. Seo, H.S., Han, J.W., Kwon, Y.W., and Jang, H.Y., "Investigation of Tensile Strength of Aramid Specimens subjected to Salt Water," Proceeding of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies Symposium, Jeju Convention Center, Korea, May. 2013, pp. 1922-1944. 

  4. Mourad, A.H.I., Beckry, M.A.M., Tamer, E.M., and Gramin, M.E., "Effect of Seawater and Warm Environment on Glass/Epoxy and Glass/Polyurethane Composites," Applied Composite Materials, Vol. 17, No. 5, 2010, pp. 557-573. 

    상세보기 crossref

  5. Merah, N., Nizamuddin, S., Khan, Z., Al-Sulaiman, F., and Mehdi, M., "Effect of Harsh Weather and Seawater on Glass Fiber Reinforced Epoxy Composite," Applied Journal of Reinforced Plastics and Composites, Vol. 29, No. 3, 2010, pp. 3104-3110. 

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  6. Jang, H.Y., Park, C.H., Cho, J.H., Kwon, Y.W., Seo, H.S., and Brett, B.W., "An Investigation for Optimum Shape Design and Manufacturing Method of 33feet Class America's Cup Training Catamaran Yacht Applied to CFRP," Proceeding of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies Symposium, Jeju Convention Center, Korea, May. 2013, pp. 1912-1914. 

  7. Ojeda, R., Prusty, G., and Salas, M., "Finite Element Investigation on the Static Response of a Composite Catamaran under Slamming Loads," Ocean Engineering, Vol. 31, No. 7, 2004, pp. 901-929. 

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  8. Yakimoff, P., "State-of-Art Computer Simulation for Structural Analysis of High Speed Catamaran," Proceeding of the 4th Fast Sea Transportation, Sydney, Australia, July. 1997, pp. 107-114. 

  9. Moris, J.A., "A Three Dimensional Structural Analysis of a Large Wave piercing Catamaran Design," Proceeding of IMAS91 High Speed Marine Transportation, Sydney, Australia, Nov. 1991, pp. 89. 

  10. Park, C.H., Jang, H.Y., Jeong, J.W., Lee, B.S., and Chun, H.H., "A Study on the Ship Resistance and Moment Prediction for Running Attitude of 30 Feet Catamaran Sailing Yacht," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 47, No. 3, 2010, pp. 321-327. 

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  11. Jang, H.Y., Park, C.H., Kim, H.W., Lee, B.S., and Lee, I.W., "A Study on the Sail Force Prediction Method for Hull Hydrodynamic Force Measurement of 30Feet Catamaran Sailing Yacht," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 47, No. 4, 2010, pp. 477-483. 

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  12. Seo, H.S., Kwon, Y.W., Jang, H.Y., and Oh, D.K.,"Investigation of Design of Carbon Mast for Sailing Yacht," Proceeding of the Korean Association of Ocean Science and Technology Societies Symposium, Jeju Convention Center, Korea, May. 2013, pp. 1919-1921. 

  13. Ahn, H.S., and Yoo, J.H., "Hull Form Development of Sailing Yacht with Saild and Appendages," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 30, No. 1, 2010, pp. 109-115. 

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