해양사고 원인의 대부분을 차지하고 있는 인적오류에 의한 운항과실에는 관련 지식의 결여, 잘못 이해하고 있는 지식, 적용절차의 미숙 등을 들 수 있다. 최근 해양경찰 경비함정에 장착되고 있는 추진기 형태를 살펴보면, 해상치안 수요에 따라 다양화 되고 있는 추세이다. 특히, 소형 경비정에 주로 장착되었던 워터제트 추진기가 중대형 경비함으로 점차 확대되어 전체 함정의 50%에 이르고 있으며, 축 형식은 2에서 4축, 버켓 유형도 전후진과 조향 제어방식이 전혀 다른 '이중역전버켓'과 '단일역전버켓' 방식으로 구분된다. 이러한 운항체계의 다양화는 운항자의 인적과실 요인을 증가시킬 수 있다. 그러나 워터제트 유형별 고유의 특성에 알맞은 조종법의 연구는 부족한 편이다. 이 논문에서는 워터제트 유형별 후진성능을 기반으로 외력의 도움 없이 해양경찰 전용부두의 요건에 적합한 횡이동 방법을 분석하였다. 이어서, 선박조종시뮬레이터를 활용하여 실험하고, 실험이 곤란한 워터제트 방식 함정은 함정장들의 인터뷰를 통하여 비교 검증하였다. 이를 기반으로 워터제트 운항 지식의 올바른 습득과 기술적 측면의 인적오류를 최소화하여 해상치안활동에 기반인 함정의 안전운항에 기여하고자 한다.
해양사고 원인의 대부분을 차지하고 있는 인적오류에 의한 운항과실에는 관련 지식의 결여, 잘못 이해하고 있는 지식, 적용절차의 미숙 등을 들 수 있다. 최근 해양경찰 경비함정에 장착되고 있는 추진기 형태를 살펴보면, 해상치안 수요에 따라 다양화 되고 있는 추세이다. 특히, 소형 경비정에 주로 장착되었던 워터제트 추진기가 중대형 경비함으로 점차 확대되어 전체 함정의 50%에 이르고 있으며, 축 형식은 2에서 4축, 버켓 유형도 전후진과 조향 제어방식이 전혀 다른 '이중역전버켓'과 '단일역전버켓' 방식으로 구분된다. 이러한 운항체계의 다양화는 운항자의 인적과실 요인을 증가시킬 수 있다. 그러나 워터제트 유형별 고유의 특성에 알맞은 조종법의 연구는 부족한 편이다. 이 논문에서는 워터제트 유형별 후진성능을 기반으로 외력의 도움 없이 해양경찰 전용부두의 요건에 적합한 횡이동 방법을 분석하였다. 이어서, 선박조종시뮬레이터를 활용하여 실험하고, 실험이 곤란한 워터제트 방식 함정은 함정장들의 인터뷰를 통하여 비교 검증하였다. 이를 기반으로 워터제트 운항 지식의 올바른 습득과 기술적 측면의 인적오류를 최소화하여 해상치안활동에 기반인 함정의 안전운항에 기여하고자 한다.
Operational errors caused by human factors, which is the major cause of marine accidents, include lack of knowledge, misunderstanding knowledge, and inadequate procedures. Recently, the type of propulsion mounted on KCG cutters has been diversified. In particular, the water jet propulsion unit, whic...
Operational errors caused by human factors, which is the major cause of marine accidents, include lack of knowledge, misunderstanding knowledge, and inadequate procedures. Recently, the type of propulsion mounted on KCG cutters has been diversified. In particular, the water jet propulsion unit, which was mainly installed in small boats, have been gradually expanded to medium and large size Coast Guard cutters, reaching 50% of the total. Axes types are divided into 2 to 4, and the bucket types are divided into Double Reverse Bucket(DRB) and Single Reverse Bucket(SRB); in these, the backward and steering control methods are completely different. Diversification of these operating systems can increase factors causing human error by the ships' operators. However, there is a lack of research on the maneuvering methods, considering the inherent active characteristics of each type of water jet. In this paper, we analyze the sideway method suitable for the condition of Coast Guard Exclusive wharf without assistance, based on the astern performance of each type. Then, a ship handling simulator was used for the experiment; they compared and verified through interviews of captains.
Operational errors caused by human factors, which is the major cause of marine accidents, include lack of knowledge, misunderstanding knowledge, and inadequate procedures. Recently, the type of propulsion mounted on KCG cutters has been diversified. In particular, the water jet propulsion unit, which was mainly installed in small boats, have been gradually expanded to medium and large size Coast Guard cutters, reaching 50% of the total. Axes types are divided into 2 to 4, and the bucket types are divided into Double Reverse Bucket(DRB) and Single Reverse Bucket(SRB); in these, the backward and steering control methods are completely different. Diversification of these operating systems can increase factors causing human error by the ships' operators. However, there is a lack of research on the maneuvering methods, considering the inherent active characteristics of each type of water jet. In this paper, we analyze the sideway method suitable for the condition of Coast Guard Exclusive wharf without assistance, based on the astern performance of each type. Then, a ship handling simulator was used for the experiment; they compared and verified through interviews of captains.
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문제 정의
다음으로 선박조종시뮬레이터로 워터제트 함정의 이동특성을 점검하여 도출된 결과를 함정장 보직교육에 시뮬레이션 적용하고 훈련내용에 대한 교육생 인터뷰에서 실선과 차이점,실무 적용의 유용성 등을 검토하여 그 결과를 바탕으로 워터제트 함정 운항자의 안전운항을 도모하고자 한다.
6미터)이외력의 도움 없이 무사히 접안한 사례는 워터제트 특성을 명확히 이해하고, 기술적인 운용능력이 부가된 좋은 예로 볼 수있다. 여기서는 워터제트 유형별 후진성능을 활용한 횡이동방법을 살펴보고 가능한 선박조종시뮬레이터를 활용한 시험결과를 비교하고자 하였다. 또한, 해양경찰교육원에서는 매년함정장 보직교육을 실시하는데, 2017년 2월 15일부터 24일까지 3회 실시한 보직교육에 이 시뮬레이션 자료로 훈련을 진행하고 결과를 서로 공유하며 실선과의 차이점과 시뮬레이션훈련의 실무 적용도 등을 토론하고 인터뷰하는 방법으로 추가검증하였다.
제안 방법
Table 3과 같이 소형 50톤급 DRB 방식 워터제트 함정을 부두에 좌현 접안할 때 외력을 고려하지 않고 부두 선수방향(진방위) 330°에서 좌현 횡이동 방향(진방위) 240°로 98m 거리를 횡이동 하는 시뮬레이션을 시행하였다.
Table 4와 같이 중형 500톤급 CSU 방식 워터제트 함정을 부두에 좌현 접안할 때 외력을 고려하지 않고 부두 선수방향(진방위) 240°에서 좌현 횡이동 방향(진방위) 150°로 104m 거리를 횡이동하는 시뮬레이션을 시행하였다.
여기서는 워터제트 유형별 후진성능을 활용한 횡이동방법을 살펴보고 가능한 선박조종시뮬레이터를 활용한 시험결과를 비교하고자 하였다. 또한, 해양경찰교육원에서는 매년함정장 보직교육을 실시하는데, 2017년 2월 15일부터 24일까지 3회 실시한 보직교육에 이 시뮬레이션 자료로 훈련을 진행하고 결과를 서로 공유하며 실선과의 차이점과 시뮬레이션훈련의 실무 적용도 등을 토론하고 인터뷰하는 방법으로 추가검증하였다. 총 97명의 함정장 중에서 중대형 CSU 방식 함정9명, 중형 DRB 방식 함정 6명, 소형 DRB 방식 함정 54명 등총 69명의 함정장이 해당되었다.
먼저, 함정에 보급된 3개사의 워터제트 유형을 분류하고 서로 다른 조향방식과 조향성능 별 조종특성을 비교하였다.
각 워터제트 추진기 유형별 횡이동 특징과 차이점은 Table5와 같이 비교 정리할 수 있었다. 이 결과는 워터제트 연구자료, 도면 및 매뉴얼 등을 기초로 하여 선박조종시뮬레이션 실험자료, 실제 워터제트 방식 함정에 근무하는 함정장 등의 인터뷰 등을 통하여 검증하였다. 워터제트 함정을 운항하면서 구체적인 이동특성을 고려하지 않은 채 경험․기술적 측면에서 접근하기보다 이와 같이 도출된 지식적 내용을 함정에서 적용한다면 유형별 워터제트 함정 운항자의 조종성능 이해도 증진과 안전운항에 도움을 줄 것으로 판단된다.
이 연구에서는 기존 스크루 방식과 워터제트 추진기 유형별 조종특성이 서로 달라 함정 승무원들의 이해 부족 및 적응에 많은 시간이 소요되고 있는 점을 감안하여 워터제트 운영자의 정확한 지식 전달, 기술 습득을 위한 워터제트 조종성능을 실무적 관점에서 파악·분석하였다.
성능/효과
함정장 인터뷰에서 69척의 워터제트 함정 중 DRB 방식에 승함 중인 60명의 함정장의견에 의하면, 기관 추력비율은 실선과 유사하지만 제어타각 7~8°는 함정 유형별로 차이가 있는 것을 확인하였다. 또한, Fig. 7과 시뮬레이션의 기관, 조향의 움직임이 실선의 횡이동과 아주 유사하게 이루어짐을 알 수 있었다.
이상에서 살펴본 결과, 워터제트 함정은 크게 DRB와 CSU 추진기 유형으로 구분되는 데, 정밀 조함시 자주 사용하는 후진 특성에 있어 2가지 방식의 추진기는 명확한 차이를 보이고있으므로 유의하여야 한다. 특히, 함정의 전장(LOA) 보다 약간 긴 진입 여유공간 밖에 확보하고 있지 않는 해양경찰 전용부두 특성을 고려하면 외력의 도움 없이 함정이 부두방향으로 이동하거나, 해상에서 선박 검문 검색시 피검선박 현측 계류 시 워터제트 함정의 횡이동 능력은 스크루 방식과 비교하여 상당히 유용하다고 볼 수 있다.
이상의 내용을 정리하면, DRB와 CSU 방식의 가장 큰 차이점은 후진시 수류의 방향이 전혀 다르다는 것이다. 정리하면,DRB 방식은 후진시 일반적인 스크루 추진기 선박과는 달리조타방향과 반대로 이동하고, CSU 방식은 조타방향과 동일한방향으로 이동한다는 것이다.
이상의 내용을 정리하면, DRB와 CSU 방식의 가장 큰 차이점은 후진시 수류의 방향이 전혀 다르다는 것이다. 정리하면,DRB 방식은 후진시 일반적인 스크루 추진기 선박과는 달리조타방향과 반대로 이동하고, CSU 방식은 조타방향과 동일한방향으로 이동한다는 것이다.
또한, 해양경찰교육원에서는 매년함정장 보직교육을 실시하는데, 2017년 2월 15일부터 24일까지 3회 실시한 보직교육에 이 시뮬레이션 자료로 훈련을 진행하고 결과를 서로 공유하며 실선과의 차이점과 시뮬레이션훈련의 실무 적용도 등을 토론하고 인터뷰하는 방법으로 추가검증하였다. 총 97명의 함정장 중에서 중대형 CSU 방식 함정9명, 중형 DRB 방식 함정 6명, 소형 DRB 방식 함정 54명 등총 69명의 함정장이 해당되었다.
해양경찰교육원 선박조종시뮬레이터를 활용함에 있어 DRB방식은 실선과 상당히 유사한 조종법을 보여주었으나, CSU 방식은 전․후진 추력비가 실제보다 많은 차이를 나타내고 있었다. 이는 시뮬레이터를 도입하면서 CSU 방식의 조종특성에 대한 이해부족으로 시뮬레이터 함정 모델 구성을 DRB 방식과 유사하게 하였기 때문으로 판단된다.
후속연구
이 결과는 워터제트 연구자료, 도면 및 매뉴얼 등을 기초로 하여 선박조종시뮬레이션 실험자료, 실제 워터제트 방식 함정에 근무하는 함정장 등의 인터뷰 등을 통하여 검증하였다. 워터제트 함정을 운항하면서 구체적인 이동특성을 고려하지 않은 채 경험․기술적 측면에서 접근하기보다 이와 같이 도출된 지식적 내용을 함정에서 적용한다면 유형별 워터제트 함정 운항자의 조종성능 이해도 증진과 안전운항에 도움을 줄 것으로 판단된다. 다만, 여기서 언급한 사항은 외력을 고려하지 않은 사항이므로 실제 적용을 위해서는 함정의 제원(선폭, 길이, 추진 설비간 거리)에 따른 전심, 선체 저항 등의 요소를 함께 고려하여야 할 것이다.
향후 정확한 조함법을 정립하기 위해서 외부 환경의 영향을 고려한 실제 함정에서의 실험 자료가 요구되며, 시뮬레이션 교육훈련 효과를 높이기 위해서는 CSU 방식 시뮬레이터함정 DB의 지속적인 개선이 필요하다고 볼 수 있었다. 이러한 연구결과가 운항자의 정확한 지식 습득을 통한 인적오류를 최소화하고 해양경찰 해상치안활동의 기반인 함정의 안전운항에 기여할 수 있을 것이다. 끝
향후 정확한 조함법을 정립하기 위해서 외부 환경의 영향을 고려한 실제 함정에서의 실험 자료가 요구되며, 시뮬레이션 교육훈련 효과를 높이기 위해서는 CSU 방식 시뮬레이터함정 DB의 지속적인 개선이 필요하다고 볼 수 있었다. 이러한 연구결과가 운항자의 정확한 지식 습득을 통한 인적오류를 최소화하고 해양경찰 해상치안활동의 기반인 함정의 안전운항에 기여할 수 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
워터제트 추진기의 특징은?
상선, 어선 등과 같은 선박에서는 다른 추진 장치에 비해 구조가 간단하고, 넓은 속도 범위 내에서 추진효율이 비교적 우수하고 제작비용도 높지 않기 때문에 나선형 추진방식(Screw Propeller, 이하 스크루 방식)을 채택한 선박이 많은 편이다. 그러나 워터제트 추진기는 저속에서 추진 효율이 기존 스크루 추진기에 비해 낮지만,Cavitation 성능이 우수하여 임펠러의 고속회전이 가능하기 때문에 고속여객선, 레저보트 등 고속선의 추진기로 많이 사용되고 있다.(Lee.
국내 해양사고 원인을 어떻게 분류하는가?
1%가 인적요인에 의한 운항과실로 분석되고 있다. 여기서 운항과실의 범주에는 출항준비 불량, 조선 부적절, 운항과실 기타 등 13가지의 세부원인으로 분류하여 인적오류에 의한 사고로 분류하고 있다.(KMST, 2017) 한편, 호주의 항공, 해양, 철도 사고 조사기관인 운송안전국(ATSB; the Australian Transport Safety Bureau)에서는 해양사고의 원인을 크게 상황인식, 관리, 위험,정비 인적오류, 인적오류 외 그룹 등 5가지 범주로 구분하고 있다.
호주의 운송안전국은 해양사고의 원인을 어떻게 분류하고 있는가?
여기서 운항과실의 범주에는 출항준비 불량, 조선 부적절, 운항과실 기타 등 13가지의 세부원인으로 분류하여 인적오류에 의한 사고로 분류하고 있다.(KMST, 2017) 한편, 호주의 항공, 해양, 철도 사고 조사기관인 운송안전국(ATSB; the Australian Transport Safety Bureau)에서는 해양사고의 원인을 크게 상황인식, 관리, 위험,정비 인적오류, 인적오류 외 그룹 등 5가지 범주로 구분하고 있다. 상황인식 그룹은 상황판단(Situation assessment and awareness), 지식수준(Knowledge, skills and abilities), 직권(commission) 등의 3가지 원인으로 분류하여, 사고 자체 분석뿐만 아니라 사고가 일어나기 전의 상황들을 종합적으로 정리하여 항해자의 근본적인 인적오류를 체계적으로 나타내고 있다.
참고문헌 (10)
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Kim, H. T. et al.(2011), "A Case Study of Marine Accident Investigation and analysis with Focus on Human Error", Journal of the ergonomics society of Korea. Vol. 30, No. 1. pp. 137-150.
KMST(2017), Statistics Annual Report List Table 23-1, https://data.kmst.go.kr/kmst/statistics/annualReport/seleectAnnualReportList.do.
Lee. J. S. et al.(2012), "A Numerical Analysis on Flow Characteristic of 200HP Grade Water Jet for Small Ship", Korean Society of Manufacturing Technology Engineers. Vol. 21, No. 1. pp. 150-155.
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Verheij, Henk(2010), "Comparison of water jets and conventional propeller jets", In Port Infrastructure Seminar 2010, Delft, The Netherlands, June 22-23, 2010. TU Delft, Section Hydraulic Engineering. pp. 2-6.
Yun. C. G. et al.(2017). "Comparative analysis for lateral movement each type of W/jet propeller using SHS", Joint Conference 2017, KOSOMES, Mokpo, Korea, April 27-28, pp. 89.
Yun. C. G.(2014). "A Study on the characteristics of Coast Guard vessel's maneuvrability for improving practical Application of the Training by SHS", Research Papers of Korea Coast Guard academy Combined Training Center. Vol. 1. pp. 55-82.
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