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문제 정의
- ISO15016:2015를 적용하여 시운전 결과를 해석해야 함에 따라 각 보정 항목에 대해 제공되는 보정 방법이 선속에 미치는 영향을 비교해보고자 수행하였다. 조류보정방법 Iterative method와 Mean of Means method 적용에 따른 선속 비교와 Wave 보정 방법 STAWAVE-1과 STAWAVE-2 적용에 따른 선속 비교, Load Variation 적용에 따른 선속 비교를 수행하였다.
- ISO15016은 선박의 속력시운전으로부터 얻은 결과를 해석하는 방법에 관한 국제 표준이다. 이 표준의 목적은 시운전 수행의 기초적인 요구사항을 정의하고, 속력시운전의 평가와 교정을 위해 과학적 근거에 따라 시운전 각 항차와 관련된 모든 영향들을 포함하는 절차를 제공함으로써 선주 등이 최종 결과의 타당성에 신뢰를 가지게 하는 데 있다.
가설 설정
- 이후 Load Variation Test를 수행하게 되고, 적용하게 될 경우를 생각하여 선속에 영향을 미치는 하중 변동 계수 ξP를 -0.1이라 가정하고 해석을 수행하였다.
제안 방법
- 3가지 프로그램의 Running Time을 계측하여 비교하였다. 비교는 해석을 총 5번을 수행한 결과를 이용하여 표 6에 나타내었다.
- Load Variation Test를 수행한 자료가 없으므로, 세 프로그램 간의 차이를 비교한 본 테스트에서는 하중 변동 계수를 0으로 적용하여 선속 비교를 수행했었다. 이후 Load Variation Test를 수행하게 되고, 적용하게 될 경우를 생각하여 선속에 영향을 미치는 하중 변동 계수 ξP를 -0.
- 각 선종당 3척씩 총 6척으로 비교를 수행하였다. Current 보정은 Iterative Method를 이용하여 수행하였으며, 선속은 최대 0.
- 그렇기 때문에, 자주 사용하게 될 Iterative Method를 기준으로 Mean of Means Method를 비교해 보았다. Wave의 해석 및 보정은 STAWAVE-2법을 이용하여 수행하였으며, 최대0.
- 기 인도된 실적 호선 중 COT 9척과 LNGC 9척의 시운전 결과를 이용하여 해석을 수행하였다. 다양한 크기의 호선을 이용해 테스트를 수행하였으며 상세한 내용은 아래와 같다.
- 기 인도된 실적 호선 중 COT 9척과 LNGC 9척의 시운전 결과를 이용하여 해석을 수행하였다. 다양한 크기의 호선을 이용해 테스트를 수행하였으며 상세한 내용은 아래와 같다.
- 마찬가지로 각 선종당 3척씩 총 6척으로 비교를 수행하였고, 하중 변동 계수 외의 데이터는 모두 동일하게 적용하였다. 선속은 평균 0.
- 본고에서는 ISO1505:2015를 적용하여 속력시운전 결과를 해석할 수 있는 프로그램들과의 비교를 통해 '실선 시운전 EEDI 기준선속 해석 프로그램 개발' 연구사업의 일환으로 개발된 프로그램 i-STAP의 정도를 검증하였다.
- 선속의 차이가 크게 나지 않지만, 차이가 나는 이유에 대해 알아보기 위해 Wind 저항과 Wave 저항 해석 결과 또한 비교해 보았다. 같은 표준을 참조하여 제작된 프로그램들이므로 결과 차이가 크게 나지 않을 것으로 예상하였다.
- 선종별로 3가지의 프로그램을 사용해 해석하여 선속, Wind 저항, Wave 저항을 각각 비교하였으며, 각 프로그램의 구동 시간도 비교하여 보았다.
- 앞으로 ISO15016:2015에 따라 수행된 실선 속력시운전의 결과 해석을 위해 사용하게 될 i-STAP의 정도를 확인하기 위해 나머지 2종의 S/W를 사용한 해석 결과와 비교하는 테스트를 수행하였다.
- ISO15016:2015를 적용하여 시운전 결과를 해석해야 함에 따라 각 보정 항목에 대해 제공되는 보정 방법이 선속에 미치는 영향을 비교해보고자 수행하였다. 조류보정방법 Iterative method와 Mean of Means method 적용에 따른 선속 비교와 Wave 보정 방법 STAWAVE-1과 STAWAVE-2 적용에 따른 선속 비교, Load Variation 적용에 따른 선속 비교를 수행하였다. 보정 방법 이외의 모든 입력 데이터는 동일하게 입력하였다.
- 추가로 각 보정항목별로 보정방법이 선속에 미치는 영향을 알아보기 위해 i-STAP을 이용하여 Wave 보정 방법(STA법), Current 보정 방법에 따른 선속 비교와 Load Variation 적용에 따른 선속 비교를 수행하였다.
데이터처리
- i-STAP을 기준으로 타 프로그램과의 차이를 비교하였으며 저항(kN)은 출력(kW)으로 환산하여 NCR Power 대비 %로 비교하였다. NK사의 프로그램 PrimeShip-GREEN/ProSTA는 표기상의 편의를 위해 NK로 나타내었다.
이론/모형
- 각 선종당 3척씩 총 6척으로 비교를 수행하였다. Current 보정은 Iterative Method를 이용하여 수행하였으며, 선속은 최대 0.014knots의 차이를 보였다.
- EEDI의 계산 및 검증을 위해 IMO 제68차 MEPC에서 속력 시운전의 수행 및 해석 방법으로 ISO15016:2015의 적용을 의무화하였다.
- ISO15016:2015에서 바람 저항은 Fujiwara 회귀식, STA차트 또는 풍동시험 결과를 사용할 수 있으며, 본고에서는 풍동시험 결과를 사용하였다.
- 그렇기 때문에, 자주 사용하게 될 Iterative Method를 기준으로 Mean of Means Method를 비교해 보았다. Wave의 해석 및 보정은 STAWAVE-2법을 이용하여 수행하였으며, 최대0.12knots의 차이를 보였다.
- 계측된 Double Run 각 항차의 True Wind의 벡터 평균을 사용하도록 한 ISO15016:2015 표준대로 Double Run Average를 사용하여 계산을 수행하였다.
- 파랑 저항은 STA-JIP에 의해 제시된 STAWAVE-1, STAWAVE-2법과 Seakeeping Model Test 결과를 이용해 부가저항을 추정하는 방법, 일본 NMRI에서 개발한 Hybrid법을 사용할 수 있다. 이 중 Hybrid법은 i-STAP에서만 제공하기 때문에 비교에 사용할 수 없었고, 선수 수직가속도 계측 기록이 없기 때문에 STAWAVE-2법으로 파랑 저항을 계산하였다.
- 조류 보정은 Iterative, Mean of Means 방법이 있으며, 주로 사용하게 될 것이라 예상되는 Iterative 방법으로 보정을 실시하였다.
- 파랑 저항은 STA-JIP에 의해 제시된 STAWAVE-1, STAWAVE-2법과 Seakeeping Model Test 결과를 이용해 부가저항을 추정하는 방법, 일본 NMRI에서 개발한 Hybrid법을 사용할 수 있다. 이 중 Hybrid법은 i-STAP에서만 제공하기 때문에 비교에 사용할 수 없었고, 선수 수직가속도 계측 기록이 없기 때문에 STAWAVE-2법으로 파랑 저항을 계산하였다.
성능/효과
- Data를 입력하는 프로그램 안에 해석을 하는 프로그램이 따로 존재하는 STAIMO와 엑셀 매크로 기반으로 제작된 NK에 비해 i-STAP이 해석 수행 속도가 월등히 빠르며, 다양한 조건의 검토에 매우 용이함을 알 수 있다.
- 1knots의 차이를 보였다. Wind 저항, Wave 저항 등 각 외력에 대한 보정량의 차이는 최대 0.3% of NCR(100kW 미만)로 결과에 큰 영향을 주지 않았다.
- i-STAP 해석 결과 대비 STAIMO의 해석 결과가 NK 해석결과에 비해 차이가 큼을 알 수 있다.
- i-STAP과 PrimeShip-GREEN/proSTA의 선속 비교 결과 최대 0.04knots의 차이를 보였으며, STAIMO와의 비교 결과 최대 0.1knots의 차이를 보였다. Wind 저항, Wave 저항 등 각 외력에 대한 보정량의 차이는 최대 0.
- 그림 8은 LNGC의 Wind 저항 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.01%의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.02%로 확인 되었다. NK 프로그램도 마찬가지로 평균 0.
- 그림 7은 COT의 Wind 저항 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.01%의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.05%로 확인되었다. NK는 평균 0.
- 그림 5는 COT의 선속 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.02knots의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.06knots로 확인되었다. NK는 평균 0.
- 그림 10은 LNGC의 Wave 저항 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.05%의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.19%로 확인되었다. NK는 평균 0.
- 그림 6은 LNGC의 선속 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.05knots의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.1knots로 확인되었다. NK는 평균 0.
- 그림 9는 COT의 Wave 저항 해석 결과를 비교해놓은 차트이다. i-STAP을 기준으로 STAIMO는 평균 0.14%의 차이를 보였으며, 최대차이는 0.33%로 확인되었다. NK는 평균 0.
- 따라서 시운전 출항 전 선수 수직가속도 측정을 위한 장비를 설치하지 않고 STAWAVE-2를 적용하여 Wave를 보정하는 것이 더 적절하다고 판단된다.
- 세 프로그램 간의 약간의 결과 차이는 Wave 저항 보정 시 STAWAVE-2의 Swell 보정 방법 적용에 따른 차이이며, 세 프로그램 모두 결과가 크게 차이가 나지 않으므로 EEDI 계산에 사용하기에 적합하다.
- 예상했던 것처럼 세 프로그램의 Wind 저항 결과는 크게 차이가 나지 않았다. 입력한 풍동시험 결과를 가지고 각 항차에 적용할 Wind 저항 계수 (CAA)를 계산한 결과도 세 프로그램이 거의 같게 해석되었으며 각 프로그램의 결과보고서 내 Wind 저항 계산 부분에 나오는 True wind velocity 및 direction의 계산치도 거의 같게 계산되었다.
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