The aim of this research was to the experimental data using statistical and spectral analyzing method to get the motion reponses of a stern trawler in operation states such as drifting, sailing and trawling according to the wave height. In drifting, the significant and the maximum valuer of roll in ...
The aim of this research was to the experimental data using statistical and spectral analyzing method to get the motion reponses of a stern trawler in operation states such as drifting, sailing and trawling according to the wave height. In drifting, the significant and the maximum valuer of roll in beam sea increased according to the wave height, but those of pitch decreased. The response and the period of peak of roll in beam sea were increased, but those of pitch decreased. In navigation, the significant and maximum values of roll increased remarkably according to the wave height, but those of pitch changed a little. The response of roll was highest in quartering sea, beam sea and then following sea, but those of pitch was highest in bow sea, head sea and then beam sea in the order of all wave heights. The period of peak of roll due to the wave height and the wave direction changed from 3.8 to 9.9 seconds, and those of pitch changed from 3.3 to 10.4 seconds. In trawling, the significant and maximum values of roll increased a little according to the wave height, but those of pitch increased significantly. The response of roll was highest in beam sea, bow sea and then quartering sea, but those of pitch was highest in head sea, following sea, and then beam sea in the order. The period of peak of roll due to the wave height and the direction changed from 6.6 to 10.9 seconds, and those of pitch changed from 6.7 to 11.2 seconds.
The aim of this research was to the experimental data using statistical and spectral analyzing method to get the motion reponses of a stern trawler in operation states such as drifting, sailing and trawling according to the wave height. In drifting, the significant and the maximum valuer of roll in beam sea increased according to the wave height, but those of pitch decreased. The response and the period of peak of roll in beam sea were increased, but those of pitch decreased. In navigation, the significant and maximum values of roll increased remarkably according to the wave height, but those of pitch changed a little. The response of roll was highest in quartering sea, beam sea and then following sea, but those of pitch was highest in bow sea, head sea and then beam sea in the order of all wave heights. The period of peak of roll due to the wave height and the wave direction changed from 3.8 to 9.9 seconds, and those of pitch changed from 3.3 to 10.4 seconds. In trawling, the significant and maximum values of roll increased a little according to the wave height, but those of pitch increased significantly. The response of roll was highest in beam sea, bow sea and then quartering sea, but those of pitch was highest in head sea, following sea, and then beam sea in the order. The period of peak of roll due to the wave height and the direction changed from 6.6 to 10.9 seconds, and those of pitch changed from 6.7 to 11.2 seconds.
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문제 정의
이 연구에서는 선미식 트롤선을 대상으로 실선시험에서 각각 다른 운항 상태와 파랑, 파도의 만남각 그리고 선속에 따른 횡동요와 종동요를 측정하여 운항 상태의 차이에 따른 선체 응답의 양상을 분석하여 선미식 트롤어선의 운항 형태에 따른 거동 특성을 비교하고자 한다.
제안 방법
0 m로 한정하였다. 또한 선박이 표류 중일 경우에는 수풍면적이 가장 큰 현의 정횡으로 바람을 받게 되므로 횡파에 대해서만 계측하였다.
바람, 파도 등의 외력에 의한 선체 움직임은 불규칙 운동이며, 이와 같은 불규칙 운동에 대하여 입·출력 시스템을 Fig. 1과 같이 적용하였다.
선미식 트롤선을 대상으로 표류, 항해 및 예망 중일 때의 선박과 파고와 파향에 따른 선체 응답특성을 실선 시험으로 측정 및 다음과 같이 분석하였다.
선박 동요의 계측은 표류, 항해 및 조업의 3가지 운항 상태에 따라 파고와 파향에 대한 횡동요와 종동요의 진폭을 10분간씩 수행하되, 선체의 동요 주기, 진폭, 감쇠 상황은 파랑의 진행 방향이 선수미선에 대하여 대칭일 때 서로 비슷한 경향을 나타내고 있으므로 한쪽 방향의 만남각에 대해서만 계측하였다. 데이터 sampling 간격은 0.
시험 중, 선속은 항해 시 9.5 kt, 예망 시 3.5 kt로 맞추었으며, 시험 전에 시험선을 표류시켜 바람과 파랑 정보를 조사하여 해면이 안정된 상태의 자료만 선택하여 실험 당시의 풍속 및 유의파고와 평균파 주기를 파악하였다.
이 연구에서는 실선시험에서 관측한 유의파고와 평균파 주기를 이용하여 다음과 같이 표시되는 ISSC 스펙트럼을 이용하였다.
대상 데이터
실선시험은 부경대학교 실습선 가야호 (Table 1)를 이용하여 2015년 6월 27일부터 동년 9월 17일까지 승선실습 중에 우리나라 남해안 해역에서 시행하였으며, 표류, 항해 그리고 조업 (예망)의 3가지 운항 상태에서 선박의 동요를 관측하였다. 실선시험은 파고가 너무 높으면 안전상 조업을 할 수 없고, 반면에 파도가 없는 경우는 계측 동요에 유의한 차이가 없으므로 파고의 범위는 항해 시에는 1.
실선시험은 부경대학교 실습선 가야호 (Table 1)를 이용하여 2015년 6월 27일부터 동년 9월 17일까지 승선실습 중에 우리나라 남해안 해역에서 시행하였으며, 표류, 항해 그리고 조업 (예망)의 3가지 운항 상태에서 선박의 동요를 관측하였다. 실선시험은 파고가 너무 높으면 안전상 조업을 할 수 없고, 반면에 파도가 없는 경우는 계측 동요에 유의한 차이가 없으므로 파고의 범위는 항해 시에는 1.5 m, 2.0 m, 2.5 m로, 표류와 조업 시에는 1.5 m, 2.0 m로 한정하였다. 또한 선박이 표류 중일 경우에는 수풍면적이 가장 큰 현의 정횡으로 바람을 받게 되므로 횡파에 대해서만 계측하였다.
데이터처리
선박 동요의 계측은 표류, 항해 및 조업의 3가지 운항 상태에 따라 파고와 파향에 대한 횡동요와 종동요의 진폭을 10분간씩 수행하되, 선체의 동요 주기, 진폭, 감쇠 상황은 파랑의 진행 방향이 선수미선에 대하여 대칭일 때 서로 비슷한 경향을 나타내고 있으므로 한쪽 방향의 만남각에 대해서만 계측하였다. 데이터 sampling 간격은 0.2 sec로 하여 PC에 실시간으로 저장하였으며, 이들 동요의 데이터에 대하여 시계열 해석을 행하였다.
이론/모형
선박 동요의 계측은 선박의 중심 (G) 위치에서 측정하는 것이 보통이지만, 이 시험은 선교 당직자들이 피부로 느끼는 선박 동요의 차이를 파악하고자 하는 것이 목적이므로, 선교의 종중심선에 설치하였으며, 동요의 계측에는 경사센서 (Power Test dynamometer, USA, EZ-COMPASS-3A)를 사용하였다.
파에 대한 자료는 관측한 풍속 자료로 식 (6)의 Pierson-Moskowitz식과 WMO (세계기상기구) code 1100을 이용하여 유의파고와 평균파주기를 계산하였다.
성능/효과
표류 중에는 파고가 높아짐에 따라 횡동요각의 최대치와 유의치가 모두 증가하였으나, 종동요각의 최대치와 유의치는 모두 감소하였다. 또한 파고가 높아짐에 따라 횡동요 응답 스펙트럼의 크기와 peak 주기는 증가하였으나, 종동요의 응답 스펙트럼의 크기와 peak 주기는 감소하였다.
예망 중에서는 파고가 높아짐에 따라 횡동요각의 최대치와 유의치는 모두 소폭 증가하였으나, 종동요각의 최대치와 유의치는 모두 크게 증가하였다. 횡동요의 응답은 파고의 크기와 상관없이 정횡파에서 최대를 나타내었고, 다음으로 선수사파, 선미사파, 선수파, 선미파의 순이었다.
파고가 높아짐에 따라 횡동요각의 최대치는 3.9°에서 5.5°로, 유의치는 2.2°에서 3.1°로 모두 증가하였으나, 종동요각의 최대치는 3.3°에서 2.7°로, 유의치는 1.9°에서 1.6°로 모두 감소하였다.
3과 같이 나타내었으며, 횡축은 만남 주파수 (ωe), 종축은 각 주파수에 대한 동요각의 2승 값이다. 파고가 높아짐에 따라 횡동요의 응답 크기와 peak 주기는 4.2, 6.7 sec에서 7.2, 8.2 sec로 증가하였으나, 종동요의 응답 크기와 peak 주기는 2.4, 7.5 sec에서 2.0, 6.7 sec로 감소하였다.
표류 중에는 파고가 높아짐에 따라 횡동요각의 최대치와 유의치가 모두 증가하였으나, 종동요각의 최대치와 유의치는 모두 감소하였다. 또한 파고가 높아짐에 따라 횡동요 응답 스펙트럼의 크기와 peak 주기는 증가하였으나, 종동요의 응답 스펙트럼의 크기와 peak 주기는 감소하였다.
항해 중에는 파고가 높아짐에 따라 횡동요각의 최대치와 유의치는 모두 크게 증가하였으나, 종동요각의 최대치와 유의치는 모두 미세하게 증가하였다. 횡동요의 응답은 파고의 크기와 상관없이 선미사파에서 최대를 나타내었고, 다음으로 정횡파, 선미파, 선수사파, 선수파 순이었다.
후속연구
이상과 같이 살펴본 결과 시험선은 항해 중과 예망 중의 동요 응답, peak 주기와 대역폭에 약간의 차이가 있으므로 조선자는 이 사실을 고려하여 선박을 운용해야 할 것이다. 그리고 선미트롤어선의 동요 특성에 대한 일반적인 경향을 추출하기 위해서는 추가적인 연구가 더 이루어져야 할 것으로 판단된다.
예망 중의 횡동요와 종동요의 응답 스펙트럼의 최대치와 최소치 모두 항해 중에 비하여 매우 적은 값을 보이는 것은 예망 중, 선미 방향으로 작용하는 어구의 장력에 의한 저항이 크게 작용하기 때문이라고 사료되며, 어구의 장력 저항이 미치는 정도에 관해서는 추가적인 연구가 더 이루어져야 할 것으로 판단된다.
이러한 결과는 선미식 트롤선의 해양파 중 동요특성에 관한 연구 (Kang, 1997), 선미식 트롤선의 항행 중 파고와 선속에 따른 선체 동요특성 (Kang, 2000), 파의 조우각과 선속 변화에 따른 어선의 횡동요 특성 (Kang, 2007)에서 구명한 횡동요의 최대치는 정횡파에서, 종동요의 최대치는 선수파에서 일어난다는 것과는 약간의 차이를 보이며, 이러한 동요특성의 차이는 조선자의 조선방법, 시험 당시 주변의 환경적인 영향이 있을 것으로 사료되며, 추가적인 연구가 더 이루어져야 할 것으로 사료된다.
이상과 같이 살펴본 결과 시험선은 항해 중과 예망 중의 동요 응답, peak 주기와 대역폭에 약간의 차이가 있으므로 조선자는 이 사실을 고려하여 선박을 운용해야 할 것이다. 그리고 선미트롤어선의 동요 특성에 대한 일반적인 경향을 추출하기 위해서는 추가적인 연구가 더 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
선박의 특징은?
선박은 항행 중, 파도, 바람 및 조류 등의 외력을 받으며, 이에 따라 여러 가지 동요 운동을 하게 된다. 이들 외력에 대한 선체의 운동 성능, 즉 내항성능은 일반 대형 상선에 비하여 상대적으로 파랑의 영향을 많이 받는 어선에 대한 연구가 부족한 실정이다.
중앙해양안전심판원의 해양사고 사례집의 내용은?
이들 외력에 대한 선체의 운동 성능, 즉 내항성능은 일반 대형 상선에 비하여 상대적으로 파랑의 영향을 많이 받는 어선에 대한 연구가 부족한 실정이다. 우리나라 중앙해양안전심판원의 2008∼2015년 해양사고 사례집을 보면 우리나라 전체 해양사고의 71.2%가 어선에서 발생하고 있으며, 특히 트롤어선과 저인망 어선과 같은 예망어선에서 전체 어선사고의 11.3%가 발생하고 있다. 또한 이 두 업종에서 발생하는 전복사고와 침몰사고의 비율은 24.5%를 차지하여 다른 업종에 비해 해양사고의 발생빈도가 매우 높았다 (Park et al., 2016).
예망 어선에서 발생하는 전복과 침몰사고의 인적요인은?
, 2014). 그리고 인적 요인으로 어선이 해양의 파랑, 바람, 조류 등의 환경 아래서 조업 혹은 항행하는데 필요한 자선의 내항성능 파악에 소홀한 것을 들 수 있다. 트롤어선은 항해와 예망과 같은 운항 조건에 따라 외력에 대해 서로 다르게 응답하는 한편, 외력인 파고와 선속의 변화에 따라서 역시 선체 응답의 정도가 달라질 것이다.
참고문헌 (11)
Kang IK. 1997. A study on the characteristics of motion response of stern trawlers in seas. Ph.D. Thesis, Korea Maritime University, Korea, 113.
Kang IK and Park BS. 2000. The characteristics of motion response of stern trawlers according to the wave height and the ship's speed in the sea. J Fish Mar Sci Edu 12(22), 77-90.
Kang IK and Park BS. 2002. A study on the characteristics of motion response of stern trawlers in following seas. J Korean Soc Fish Technol 38(3), 226-233. (DOI:10.3796/ksft.2002.38.3.226)
Kang IK, Kim HS, Kim MS, Lee YW, Kim JC, Jo HJ and Lee CK. 2007. Characteristics on the rolling response of a small fishing boat according to the waves and the ship's speed. J Korean Soc Fish Technol 43(1), 62-70. (DOI:10.3796/ksft.2007.43.1.062)
Kang IK. 2016. Marine casualties of fishing vessel according to the type of fishing job in Korea, Marine Accidents caused by Human factors. International Maritime Safety Conference.
Park BS, Kang IK, Ham SJ and Park CW, 2014. The main factor and counterplan for marine casualties of fishing vessel according to the type of fishing job in Korea. J Korean Soc Fish Technol 50(3), 252-261. (DOI:10.3796/ksft.2014.50.3.252)
Park BS, Kang IK, Ham SJ, Park CW, Kim SH and Cho HK. 2016. The main factor and counterplan for marine casualties of fishing vessel according to the type of fishing gear in Korea. J Korean Soc Fish Technol 52(3), 232-240. (DOI:10.3796/ksft.2016.52.3.232)
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