[논문]파랑관통형 고속활주선 선형개발에 관한 연구

정우철; 이동건; 정기석

doi:10.5574/ksoe.2016.30.2.069

파랑관통형 고속활주선 선형개발에 관한 연구
Study of Hull Form Development of Wave-Piercing-Type High-Speed Planing Boat 원문보기

韓國海洋工學會誌 = Journal of ocean engineering and technology, v.30 no.2, 2016년, pp.69 - 74

정우철 (인하공업전문대학 조선해양과) , 이동건 (목포해양대학교 조선해양공학과) , 정기석 (목포해양대학교 대학원 해양시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A new wave-piercing-type high-speed planing boat without a chine was developed, and its basic performance was investigated in a model test, including the resistance, trim, and sinkage. The maximum speed of the developed ship was 35 knots. The hull form was developed by combining a VSV (very slender vessel) and TH (transonic hull), which have large deadrise angles at the bow. The main dimensions were estimated by a statistical approach using actual ship data. The effect of a side fin attached at the stern near the water line was investigated from a resistance point of view. It was found that the developed hull form showed the possibility of a new concept for a high-speed planing hull without a chine, and the side fin played an important role in increasing the resistance performance by controlling the trim and sinkage in the high-speed range.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 VSV와 TH개념을 접목하여 챠인이 없는 새로운 파랑관통형 고속활주선 선형을 개발하였다. 개발선은 전장 8m급 소형선으로 최대속도 35knots(18m/s)이며, 모형시험을 통해 저항성능과 항주 시 자세변화를 분석하였다.
본 연구에서는 일반적인 활주선에 VSV와 TH개념의 선형을 접목한 새로운 파랑관통형 활주선형을 개발하였다. 개발선의 전장은 8.

제안 방법

본 논문에서는 VSV와 TH개념을 접목하여 챠인이 없는 새로운 파랑관통형 고속활주선 선형을 개발하였다. 개발선은 전장 8m급 소형선으로 최대속도 35knots(18m/s)이며, 모형시험을 통해 저항성능과 항주 시 자세변화를 분석하였다. 또한 선측 부가물을 부착하여 항주자세 변화에 따른 저항 성능 개선 가능성을 검토하였으며, 최종 도출된 선형에 대하여 실선 소요마력을 추정하였다.
개발선은 전장 8m급 소형선으로 최대속도 35knots(18m/s)이며, 모형시험을 통해 저항성능과 항주 시 자세변화를 분석하였다. 또한 선측 부가물을 부착하여 항주자세 변화에 따른 저항 성능 개선 가능성을 검토하였으며, 최종 도출된 선형에 대하여 실선 소요마력을 추정하였다.
일반적으로 선폭이 증가하면 횡 방향 안정성이 증가하는 장점이 있으나, 배수량이 증가하여 저항성능이 나빠질 위험성이 존재한다. 본 개발선은 선외기 엔진 및 탑승자의 위치와 무게를 고려하여 선미부에서 최대 폭을 2.2m, 배수량은 2.0ton으로 결정하였고, 전반적인 수선면 형상은 부드러운 곡면을 갖도록 하였다. 선미부에서의 선저경사각은 15°내외로 하되, 낮은 흘수로 인하여 크게 발생할 위험성이 있는 선미파를 억제하기 위하여 선미부 흘수선을 선미부 너클라인(Knuckle line)에 걸치도록 하였으며, 단면형상은 U자 형상으로 설계하였다.
그러나 파랑관통형 활주선의 경우, 이러한 실적자료가 충분하지 않은 관계로 설계자의 경험에 의하여 반복적인 시행오차를 통하여 설계를 수행하여야 한다. 본 연구에서는 기존 활주선 설계 개념을 토대로 초기 선형을 설계하고 선수부 형상을 파랑관통형으로 수정하는 방법을 적용하였다.
본 개발선은 일반적인 활주선에 비하여 내항성능을 우수할 수 있으나 선폭이 좁아 복원성이 좋지 않을 것으로 예상된다. 이에 본 연구에서는 복원성 확보를 중요한 설계변수 중 하나로 고려하여 복원성 기준에 부합하도록 선폭을 증가시켜가며 설계를 수행하고, 동일 유사 실적선인 실적선 선형(Dymax evolution)과 TH 선형을 모델링하여 각각의 복원성을 추정하고 개발선과 비교하였다.
(2008)에 의하면 연안어선과 고속레저보트에 선측날개(Side fin)를 부착하여 모형시험을 한 결과, 일정 속도 이상에서 선측날개는 항주트림을 변화시켜 저항성능 개선에 기여한다고 밝힌바 있다. 이에 본 연구에서는 일반적인 활주선이나 VSV선형에 부착된 챠인 대신 선측날개를 부착하여 그 영향을 함께 분석하였다.

대상 데이터

개발선의 저항성능은 서일본유체기술연구소(West Japan Fluid Engineering Laboratory)의 고속회류수조(길이×폭×깊이=24.5m×3.5m×6.5m, 최대속도 6.0m/s)에서 모형시험을 통하여 분석하였다.
본 논문에서 개발하고자 하는 선박은 전장 8m 레저용 고속선으로, 선외기 추진으로 최대속력은 35knots(18m/s)이다. 승선인원은 최대 4~5명으로 계획하였고, 선체 재질은 대량생산에 적합한 FRP이다.
본 연구에서는 VSV개념의 소형 레저보트를 제작하고 있는 독일 Felleryachting 사(http://www.felleryachting.de)의 실적선을 참고로 초기제원을 추정하였다. Felleryachting 사에서 시판중인 VSV 개념의 레저보트 주요제원을 Table 1에 나타내었다.
시험모형의 수선 간 길이(Length between perpendicular)는 0.8m이며 하드우레탄으로 제작하였고, 속도는 실선기준 10knots(5.1m/s)~35knots(18m/s) 범위에서 시험을 수행하였다.

이론/모형

본 연구의 개발선과 같은 파랑관통형 고속선에 적합한 마력 추정 방법은 아직 제시된 사례가 없다. 본 연구에서는 Niwa (2002)가 제시한 고속활주선에 대한 통계식을 근거로 초기마력을 추정하였다.
6으로 추정하였다. 이 전달효율 값은 Shinata(1992)와 Simizu and Sunamaya(1996)가 고속 보트용 선외기 성능시험에서 제시한 프로펠러 효율을 바탕으로 추정하였다. 선측 날개가 부착된 경우, 35knots(18m/s) 속력을 위하여 약 200HP(149kW)(15% Sea margin 고려 약 230HP(171kW)) 선외기가 필요할 것으로 추정된다.

성능/효과

8% 향상된 것을 확인하였다. 200HP(149kW)급 선외기로 정수 중 35knots(18m/s) 달성이 가능할 것으로 판단된다.
초기 주요제원은 실적선을 바탕으로 도출하였으며, 개발된 선형의 선수는 파랑관통형 형상을 갖고 있으며 챠인이 없는 선형이다. 개발선의 모형시험 분석결과를 통해 선측날개와 선미형상에 의해 자세가 크게 변화함을 확인하였으며, 선미선저형상은 V형상으로 선미부 선측 일부에 날개를 부착함으로서 항주트림이 개선되고 저항성능도 설계속도에서 7.8% 향상된 것을 확인하였다. 200HP(149kW)급 선외기로 정수 중 35knots(18m/s) 달성이 가능할 것으로 판단된다.
본 연구에서는 일반적인 활주선에 VSV와 TH개념의 선형을 접목한 새로운 파랑관통형 활주선형을 개발하였다. 개발선의 전장은 8.0m, 배수량은 2.0ton이며 최대설계속력은 35knots(18m/s)이다. 초기 주요제원은 실적선을 바탕으로 도출하였으며, 개발된 선형의 선수는 파랑관통형 형상을 갖고 있으며 챠인이 없는 선형이다.
또한 선체 표면을 따라 흐르는 유체입자가 선측날개에 의하여 옆으로 분리되고 있음을 확인할 수 있는데 이 현상이 선측날개를 부착함으로서 저항이 감소된 주 이유라고 판단된다. 이를 통해 본 개발선 선미부에 부착한 소형날개는 안정된 항주트림을 유지할 수 있을 뿐 아니라, 선체를 따라 흘러가는 유체입자를 선체로 부터 분리시키고, 선미파를 억제함으로서 저항 감소에도 기여할 수 있다는 것을 확인하였다.
0ton이며 최대설계속력은 35knots(18m/s)이다. 초기 주요제원은 실적선을 바탕으로 도출하였으며, 개발된 선형의 선수는 파랑관통형 형상을 갖고 있으며 챠인이 없는 선형이다. 개발선의 모형시험 분석결과를 통해 선측날개와 선미형상에 의해 자세가 크게 변화함을 확인하였으며, 선미선저형상은 V형상으로 선미부 선측 일부에 날개를 부착함으로서 항주트림이 개선되고 저항성능도 설계속도에서 7.

후속연구

향후 파랑 중 선수변위 및 상하가속도를 계측하여 유사한 규모의 활주선과 비교하는 연구를 수행하고, 선측 날개의 크기 및 위치 등에 따른 영향을 분석하고자 한다.

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