복원력을 잃고 선박이 전복될 때의 횡경사 속도는 선체가 사고 상황에 대해 외부로 표현하는 고유 응답의 하나가 된다. 자유 횡요 시 횡운동은 횡관성모멘트와 GM 및 횡감쇠계수와 같은 선체계수에 의해 나타낼 수 있으나 선체가 저속으로 진행되는 전복의 경우에는 각가속 성분이 특히 작아지므로 특성 해석은 보다 용이해진다. 따라서 빠르게 진행되는 전복사고에 비해 저속 전복 사고는 선체 거동의 예측이 적절히 가능할 뿐 아니라 선박구조에 필요한 시간의 확보가 수월해지므로 선박의 구조전략 측면에서 저속 전복사고는 별도로 분류하여 대응할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 선체의 자유 횡운동에 대한 선형미분방정식을 토대로 저속 전복 시 선체계수들이 전복속도에 미치는 영향을 관련된 함수들로 나타내었으며 횡운동 진폭감쇠비를 기준으로 횡감쇠계수 크기와 선체 특성을 분석하였다. 또한, 여기에서의 수식적 관계를 실제 선박의 제원에 적용함으로써 얻어지는 결과들을 통해 제시된 저속 전복 선박의 일반적 특성이 도시적으로 설명될 수 있음을 확인하였다.
복원력을 잃고 선박이 전복될 때의 횡경사 속도는 선체가 사고 상황에 대해 외부로 표현하는 고유 응답의 하나가 된다. 자유 횡요 시 횡운동은 횡관성모멘트와 GM 및 횡감쇠계수와 같은 선체계수에 의해 나타낼 수 있으나 선체가 저속으로 진행되는 전복의 경우에는 각가속 성분이 특히 작아지므로 특성 해석은 보다 용이해진다. 따라서 빠르게 진행되는 전복사고에 비해 저속 전복 사고는 선체 거동의 예측이 적절히 가능할 뿐 아니라 선박구조에 필요한 시간의 확보가 수월해지므로 선박의 구조전략 측면에서 저속 전복사고는 별도로 분류하여 대응할 필요가 있다. 이를 위해 본 연구에서는 선체의 자유 횡운동에 대한 선형미분방정식을 토대로 저속 전복 시 선체계수들이 전복속도에 미치는 영향을 관련된 함수들로 나타내었으며 횡운동 진폭감쇠비를 기준으로 횡감쇠계수 크기와 선체 특성을 분석하였다. 또한, 여기에서의 수식적 관계를 실제 선박의 제원에 적용함으로써 얻어지는 결과들을 통해 제시된 저속 전복 선박의 일반적 특성이 도시적으로 설명될 수 있음을 확인하였다.
The capsizing speed of an unstable vessel with a lost restoring moment can be understood as a unique response to an accident situation, and is naturally affected by such parameters as moment of inertia, metacentric height, and transverse damping coefficient of the hull in the case of free roll motio...
The capsizing speed of an unstable vessel with a lost restoring moment can be understood as a unique response to an accident situation, and is naturally affected by such parameters as moment of inertia, metacentric height, and transverse damping coefficient of the hull in the case of free roll motion. Additionally, it is supposed that the analysis of capsize accidents can be further simplified when a vessel's leaning velocity is shown to be quite low. Therefore, capsize accidents with low leaning speeds are desirably categorized in view of rescuing strategies, as opposed to fast capsize accidents, since the attitude of the declining hull can be properly estimated, which allows rescuers to have more time for helping accident cases. This study focuses on deriving some analytical equations based on the roll decay ratio parameter, which describes how a hull under a low-speed capsize is related to the situational hull characteristics. The suggested equations are applied to a particular ship to disclose the analytical responses from the model ship. It was confirmed that the results show the general characteristics of slow capsizing ships.
The capsizing speed of an unstable vessel with a lost restoring moment can be understood as a unique response to an accident situation, and is naturally affected by such parameters as moment of inertia, metacentric height, and transverse damping coefficient of the hull in the case of free roll motion. Additionally, it is supposed that the analysis of capsize accidents can be further simplified when a vessel's leaning velocity is shown to be quite low. Therefore, capsize accidents with low leaning speeds are desirably categorized in view of rescuing strategies, as opposed to fast capsize accidents, since the attitude of the declining hull can be properly estimated, which allows rescuers to have more time for helping accident cases. This study focuses on deriving some analytical equations based on the roll decay ratio parameter, which describes how a hull under a low-speed capsize is related to the situational hull characteristics. The suggested equations are applied to a particular ship to disclose the analytical responses from the model ship. It was confirmed that the results show the general characteristics of slow capsizing ships.
여기서 횡감쇠계수는 배수량과 습면적의 표면 거칠기 정도가 같은 동일선박에서라면 운항 상태에 따라 달라지지는 않으며 따라서 복원성이 좋고 나쁨에 관계없이 일정한 값을 가지게 된다. 이러한 전제에서 복원성이 양호할 때의 횡요 시 나타나는 횡요진폭감쇠비를 이용하여 횡감쇠계수를 정할 수 있으며 이를 저속 전복 시 선체에 작용하는 횡감쇠계수에 대입함으로써 저속 전복 시의 선체가 나타내는 GZ 크기및 관련된 일반적 특성들을 살펴보기로 한다.
제안 방법
복원력을 잃고 천천히 전복되는 선체에서의 일반적 특성과 함께 전복 상황에서의 선체 경사속도와 GZ의 관계를 살펴보았다. 여기서 저속전복 시는 선체에 미치는 횡 모멘트및 횡운동 각가속도가 매우 미소하게 작용한다는 점에서 횡운동 미분방정식에 작용하는 전복 모멘트 크기는 경사각에 무관한 일정 크기로 간주할 수 있다는 것이 제시되었으며 이를 통해 저속전복의 선체 운동의 해를 나타내었다.
성능/효과
여기서 저속전복 시는 선체에 미치는 횡 모멘트및 횡운동 각가속도가 매우 미소하게 작용한다는 점에서 횡운동 미분방정식에 작용하는 전복 모멘트 크기는 경사각에 무관한 일정 크기로 간주할 수 있다는 것이 제시되었으며 이를 통해 저속전복의 선체 운동의 해를 나타내었다. 또한, 정상 복원성 상태의 선체일 때 횡운동 진폭감쇠비를 적정하게 설정하는 경우 해당 선체의 횡감쇠계수를 계산할수 있었으며 이와 함께 전복 시의 선체감쇠계수는 선체가 안정성이 양호할 때와 다르지 않다는 전제에서 저속전복 시의 GZ 크기를 선박의 기본제원만을 이용하여 도출하는 것이 가능하였다.
복원력을 잃고 천천히 전복되는 선체에서의 일반적 특성과 함께 전복 상황에서의 선체 경사속도와 GZ의 관계를 살펴보았다. 여기서 저속전복 시는 선체에 미치는 횡 모멘트및 횡운동 각가속도가 매우 미소하게 작용한다는 점에서 횡운동 미분방정식에 작용하는 전복 모멘트 크기는 경사각에 무관한 일정 크기로 간주할 수 있다는 것이 제시되었으며 이를 통해 저속전복의 선체 운동의 해를 나타내었다. 또한, 정상 복원성 상태의 선체일 때 횡운동 진폭감쇠비를 적정하게 설정하는 경우 해당 선체의 횡감쇠계수를 계산할수 있었으며 이와 함께 전복 시의 선체감쇠계수는 선체가 안정성이 양호할 때와 다르지 않다는 전제에서 저속전복 시의 GZ 크기를 선박의 기본제원만을 이용하여 도출하는 것이 가능하였다.
이러한 결과를 모델선박의 제원에 적용한 결과 제시된 함수들의 적정성과 함께 저속 전복 시 선체의 GZ는 전복속도에 비례적 관계가 된다는 것을 확인할 수 있었다. 차후의 연구로는 여기에서 제시된 저속전복 선박의 일반적 특성에 대해 모형선 및 실선에서의 정량적 실험이 과제로 남아있다고 하겠다.
후속연구
이러한 결과를 모델선박의 제원에 적용한 결과 제시된 함수들의 적정성과 함께 저속 전복 시 선체의 GZ는 전복속도에 비례적 관계가 된다는 것을 확인할 수 있었다. 차후의 연구로는 여기에서 제시된 저속전복 선박의 일반적 특성에 대해 모형선 및 실선에서의 정량적 실험이 과제로 남아있다고 하겠다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
저속 전복 사고 선체 거동의 예측이 가능하고 선박구조에 필요한 시간의 확보가 수월한 이유는?
복원력을 잃고 선박이 전복될 때의 횡경사 속도는 선체가 사고 상황에 대해 외부로 표현하는 고유 응답의 하나가 된다. 자유 횡요 시 횡운동은 횡관성모멘트와 GM 및 횡감쇠계수와 같은 선체계수에 의해 나타낼 수 있으나 선체가 저속으로 진행되는 전복의 경우에는 각가속 성분이 특히 작아지므로 특성 해석은 보다 용이해진다. 따라서 빠르게 진행되는 전복사고에 비해 저속 전복 사고는 선체 거동의 예측이 적절히 가능할 뿐 아니라 선박구조에 필요한 시간의 확보가 수월해지므로 선박의 구조전략 측면에서 저속 전복사고는 별도로 분류하여 대응할 필요가 있다.
횡감쇠계수의 수치적 크기를 적정하게 추정하는 것이 중요한 이유는?
저속 전복 시의 경사속도는 특히 사고선박의 횡요 제동효과에 영향을 많이 받으므로 횡감쇠계수의 수치적 크기를 적정하게 추정하는 것이 중요한 문제로 대두된다. 여기서 횡감쇠계수는 배수량과 습면적의 표면 거칠기 정도가 같은 동일선박에서라면 운항 상태에 따라 달라지지는 않으며 따라서 복원성이 좋고 나쁨에 관계없이 일정한 값을 가지게 된다.
선박이 전복될 때 횡경사 속도는 어떤 요소에 영향을 받는가?
항행중인 선박이 자체 복원력을 잃고 전복될 때의 횡경사 속도는 사고 시점에서의 GM(경심고)와 배수량, 선체의 횡관성모멘트 및 횡감쇠계수에 따라 그 크기가 달라진다. 선체가 무게 중심과 부심이 같은 수직선 상에 놓이는 중립 평형상태 근방이면 선체 기울기는 매우 천천히 진행되는 반면 평형점으로부터 멀어질수록 복원 또는 전복 방향의 어느 경우이든 횡운동은 급속한 움직임으로 나타나게 된다.
참고문헌 (7)
M. Asghari, H. Zeraatgar, and F. Bakhtiari-Nejad, "An analytical and experimental study on dynamic stability of a vessel," Archives of Civil and Mechanical Engineering, vol. 7, no. 3, pp. 33-44, 2007.
S. Surendran and J. V. R. Reddy, "Numerical simulation of ship stability for dynamic environment," Ocean Engineering, vol. 30, no. 10, pp. 1315-1317, 2003.
A. W. Vredeveldt and J. M. Journee, "Roll motions of ships due to sudden water ingress, calculations and experiments," International Conference on Ro-Ro Safety and Vulnerability the Way Ahead, RINA, vol. 1, pp. 13-30, 1991.
S. Kruger and F. Kluwe, "A simplified method for the estimation of the natural roll frequency of ships in heavy weather," HANSA International Maritime Journal, Bd 145, 2008. [Online]. Available: http://www.ssi.tu-harburg.de/doc/webseiten_dokumente/ssi/veroeffentlichungen/Hansa_TUHH.pdf
Scott M. Vanden Berg, Non-Linear Rolling of Ships in Large Sea Waves, Ph.D. Dissertation, Naval Postgraduate School, Monterey, California, 2007.
A. Papanikolaou, E. Boulougouris, and D. Spanos, "On the roll radius of gyration of ro-ro passenger ships," Proceedings of the 7th International Ocean and Polar Engineering Conference, vol. 3, pp. 499-506, 1997.
IMO Resolution A.749, "Code on Intact for all Type of Ships Covered by IMO instruments," 1993.
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