[논문]몰수체의 원추형시험에 관한 연구

박종용; 김낙완; 이기표; 윤현규; 김찬기; 정철민; 안경수; 이성균

doi:10.5574/ksoe.2015.29.6.436

몰수체의 원추형시험에 관한 연구
Study on Coning Motion Test for Submerged Body 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.29 no.6, 2015년, pp.436 - 444

박종용 (서울대학교 조선해양공학과) , 김낙완 (서울대학교 조선해양공학과) , 이기표 (서울대학교 조선해양공학과) , 윤현규 (창원대학교 조선해양공학과) , 김찬기 (국방과학연구소) , 정철민 (국방과학연구소) , 안경수 (현대중공업) , 이성균 (현대중공업)

Abstract ▼ AI-Helper

A submerged body is sensitive to changes in the roll moment because of the small restoring moment and moment of inertia. Thus, a method for predicting the roll-related hydrodynamic coefficients is important. This paper describes a deduction method for the hydrodynamic coefficients based on the results of a coning motion test. A resistance test, static drift test, and coning motion test were performed to obtain the coefficients in the towing tank of Seoul National University. The sum of the hydrodynamic force, inertial force, gravity, and buoyancy was measured in the coning motion test. The hydrodynamic force was deduced by subtracting the inertial force, gravity, and buoyancy from the measured force. The hydrodynamic coefficients were deduced using the regression method.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문은 몰수체의 횡동요 연성 운동의 영향을 파악하기 위해서 개발된 원추형시험의 수행방법과 해석방법에 대하여 설명하였다. 동유체력 모형으로는 DL에서 사용된 모형을 원추형 운동 특성 및 모형의 대칭성을 고려하여 본 시험에 맞게 수정하여 사용하였다.
본 논문은 평면운동장치 시험, 회전팔 시험과 같은 일반적인 몰수체 시험에 비해 잘 알려져 있지 않은 원추형시험의 수행방법과 시험결과 해석법을 정립하고 자세히 설명하고자 하였다. 원추형 시험으로부터 동유체력만을 얻기 위하여 고려해야 할 사항은 크게 두 가지가 있다.

가설 설정

스팅의 변형은 부과된 힘과 모멘트에 따라 선형적인 관계가 있다고 가정한다. 이러한 가정 하에 부과된 힘과 스팅의 변형의 선형적인 관계를 정의하게 된다.

제안 방법

여기서 D는 몰수체 모형의 지름이다. 관성모멘트를 측정하기 위한 시험은 3번에 걸쳐서 10주기의 시간을 측정하고 평균을 통해 1주기의 시간을 계산하는 방식으로 수행되었다.
본 논문은 몰수체의 횡동요 연성 운동의 영향을 파악하기 위해서 개발된 원추형시험의 수행방법과 해석방법에 대하여 설명하였다. 동유체력 모형으로는 DL에서 사용된 모형을 원추형 운동 특성 및 모형의 대칭성을 고려하여 본 시험에 맞게 수정하여 사용하였다. 수중 시험을 수행하기에 앞서 스팅변형시험을 통해 하중에 따른 센서 스팅의 변형정도를 확인하였고, 육상시험을 통해 몰수체 모형의 관성력을 계측하였다.
물체고정좌표계와 지구고정좌표계 사이의 각변위는 오일러 각(Euler angle) ϕ, θ, ψ로 정의된다. 본 연구에서는 물체고정좌표계의 원점을 선체중앙으로 잡았고, 실험에서의 힘과 모멘트 계측중심이 선체중앙에 위치하도록 몰수체 모형을 제작하였다. Fig.
수중 시험을 수행하기에 앞서 스팅변형시험을 통해 하중에 따른 센서 스팅의 변형정도를 확인하였고, 육상시험을 통해 몰수체 모형의 관성력을 계측하였다. 서울대학교 해양시스템공학연구소의 직선예인수조에서 몰수체에 대한 저항시험, 사항시험, 원추형시험이 수행되었다. 중력과 부력으로 인한 영점의 변화와 관성력이 포함되는 원추형시험 결과에서 동유체력만을 도출하는 방법을 제시하였다.
동유체력 모형으로는 DL에서 사용된 모형을 원추형 운동 특성 및 모형의 대칭성을 고려하여 본 시험에 맞게 수정하여 사용하였다. 수중 시험을 수행하기에 앞서 스팅변형시험을 통해 하중에 따른 센서 스팅의 변형정도를 확인하였고, 육상시험을 통해 몰수체 모형의 관성력을 계측하였다. 서울대학교 해양시스템공학연구소의 직선예인수조에서 몰수체에 대한 저항시험, 사항시험, 원추형시험이 수행되었다.
위와 같은 문제를 해결하기 위하여 원추형 시험에 앞서 선행되어야 하는 시험을 관성계측시험, 영점변화계측시험, 스팅변형계측시험으로 구성하고 각각의 시험법을 설명하였다. 앞서 기술된 영향을 보정하여 도출된 동유체력을 회귀분석하여 유체력 미계수를 구하였고, 계산된 유체력 미계수를 이용하여 추세선 추정한 결과와 시험결과를 비교하였다.
둘째, 원추형 시험 중 모형에 작용하는 힘들로 인해 센서(Sensor)의 스팅(Sting)에 변형이 생겨 초기에 설정된 시험조건과 달라진다는 점이다. 위와 같은 문제를 해결하기 위하여 원추형 시험에 앞서 선행되어야 하는 시험을 관성계측시험, 영점변화계측시험, 스팅변형계측시험으로 구성하고 각각의 시험법을 설명하였다. 앞서 기술된 영향을 보정하여 도출된 동유체력을 회귀분석하여 유체력 미계수를 구하였고, 계산된 유체력 미계수를 이용하여 추세선 추정한 결과와 시험결과를 비교하였다.
따라서 스팅에 가해진 힘과 스팅의 변형에 의한 원추각의 변화의 관계를 사전에 파악해야 한다. 이러한 관계를 파악하기 위하여 스팅변형계측시험을 수행하였다. 스팅에 힘을 가해주기 위하여 캘리브레이션 판을 센서에 부착하였고 이곳에 Fig.
서울대학교 해양시스템공학연구소의 직선예인수조에서 몰수체에 대한 저항시험, 사항시험, 원추형시험이 수행되었다. 중력과 부력으로 인한 영점의 변화와 관성력이 포함되는 원추형시험 결과에서 동유체력만을 도출하는 방법을 제시하였다. 도출된 동유체력 중 횡동요 방향 모멘트는 횡동요 각속도가 커질수록 감쇠모멘트가 증가하는 경향을 보임을 확인하였다.

대상 데이터

센서 캘리브레이션의 개념과 수행방법은 잘 알려져 있기 때문에 이와 관련된 내용은 생략하기로 한다. 본 연구에서 사용된 센서는 스팅형의 방수형 6분력 밸런스이다. 방수형 6분력 밸런스의 모습과 밸런스의 각 방향 최대허용힘과 모멘트를 각각 Fig.

데이터처리

여기서, A는 몰수체의 중앙단면적을 의미한다. 시험 해석 시 힘과 모멘트에 대하여 이전 시험 해석을 통해 알고 있는 동유체력 성분은 소거한 후 Residual 힘과 모멘트를 통하여 동유체력 계수를 도출하였다. 유체력 미계수를 도출할 때는 최소자승법을 사용한 회귀분석법을 사용하였다.

이론/모형

질량 m은 저울을 이용하여 측정하고, 길이방향 무게중심 xg은 삼각대를 이용하여 측정하였다. 관성모멘트를 추정하기 위하여 Bifilar pendulum시험을 수행하였다. Bifilar pendulum시험의 구성도는 Fig.
본 연구는 DL에서 사용되어 왔던 몰수체용 동유체력 모형을 참고하였다. DL의 동유체력 모형에서 가속도와 관련된 유체력 미계수, 제어판 및 프로펠러와 관련된 유체력 미계수는 시험 장비 상 도출할 수 없으므로 소거하였다.
그러므로 실제 몰수체의 운항환경에 최대한 맞추기 위하여 수중시험을 수행하기 이전에 난류촉진장치를 모형에 부착하였다. 본 연구에서는 ITTC recommended procedure(ITTC, 2002)를 참고하여 본 시험에 적절한 난류촉진 장치를 부착하였다. 모형에 난류촉진장치를 부착한 모습과 규격 및 부착 위치를 Fig.
시험 해석 시 힘과 모멘트에 대하여 이전 시험 해석을 통해 알고 있는 동유체력 성분은 소거한 후 Residual 힘과 모멘트를 통하여 동유체력 계수를 도출하였다. 유체력 미계수를 도출할 때는 최소자승법을 사용한 회귀분석법을 사용하였다. 시험 종류별로 유체력 미계수를 도출하는 순서를 Table 2에 표기하였다.

성능/효과

중력과 부력으로 인한 영점의 변화와 관성력이 포함되는 원추형시험 결과에서 동유체력만을 도출하는 방법을 제시하였다. 도출된 동유체력 중 횡동요 방향 모멘트는 횡동요 각속도가 커질수록 감쇠모멘트가 증가하는 경향을 보임을 확인하였다. 도출된 유체력 미계수를 이용하여 추세선 추정한 결과와 시험결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다.
도출된 동유체력 중 횡동요 방향 모멘트는 횡동요 각속도가 커질수록 감쇠모멘트가 증가하는 경향을 보임을 확인하였다. 도출된 유체력 미계수를 이용하여 추세선 추정한 결과와 시험결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다. 그러나 본 연구는 추진기가 없이 시험을 수행하였기 때문에 추진기로 인한 후류가 조종성능에 큰 영향을 미치는 몰수체의 유체력 미계수를 정확하게 도출했다고 판단하기 어렵다.

후속연구

도출된 유체력 미계수를 이용하여 추세선 추정한 결과와 시험결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다. 그러나 본 연구는 추진기가 없이 시험을 수행하였기 때문에 추진기로 인한 후류가 조종성능에 큰 영향을 미치는 몰수체의 유체력 미계수를 정확하게 도출했다고 판단하기 어렵다. 향후 센서의 스팅에 부가적으로 추진기를 달아 선미 유동을 재현하며 몰수체 시험을 수행할 수 있는 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
그러나 본 연구는 추진기가 없이 시험을 수행하였기 때문에 추진기로 인한 후류가 조종성능에 큰 영향을 미치는 몰수체의 유체력 미계수를 정확하게 도출했다고 판단하기 어렵다. 향후 센서의 스팅에 부가적으로 추진기를 달아 선미 유동을 재현하며 몰수체 시험을 수행할 수 있는 방법에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

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표제어: PCR

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용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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