[논문]상사축척법에 기반한 저마찰 선박 방오도료의 실선 마찰저항 저감성능 추정

양정우; 박현; 이인원

doi:10.3744/snak.2017.54.1.71

상사축척법에 기반한 저마찰 선박 방오도료의 실선 마찰저항 저감성능 추정
Full Scale Frictional Resistance Reduction Effect of a Low Frictional Marine Anti-fouling Paint based on a Similarity Scaling Method 원문보기

大韓造船學會論文集 = Journal of the society of naval architects of korea, v.54 no.1, 2017년, pp.71 - 81

양정우 (한진중공업 설계팀 기본설계파트) , 박현 (부산대학교 조선해양플랜트 글로벌핵심연구센터) , 이인원 (부산대학교 조선해양공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, a series of full-scale extrapolation procedures based on the Granville's similarity scaling method, which was employed by Schultz (2007), is modified and then applied to compare the resistance performance between two different anti-fouling coatings. As an analysis example, the low frictional AF coating based on a novel skin-friction reducing polymer named FDR-SPC (Frictional Drag Reduction Self-Polishing Copolymer), which had been invented by the present author, is employed. The low frictional coating, which gives 25.4% skin frictional reduction in lab test, is estimated to give 18.2% total resistance reduction for a 176k DWT bulk carrier.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

또한 종래의 고분자 분사(polymer injection) 기법에서는 선체에 분사공을 설치하기 때문에 선체 구조강도에 악영향을 미치거나 분사공으로부터 멀어질수록 저항저감 효과가 감쇠되지만, 저마찰도료의 경우 선박 수선 하부의 모든 표면에 도장되어 있으므로 이들 단점을 근본적으로 해결할 수 있다. 본 연구에서는 Granville (1987) 상사 축척법을 활용하여 고속회류 수조에서 측정된 저마찰 방오도료의 저항저감성능을 실선으로 확장하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 Schultz (2007) 가 고안한 Granville (1987) 상사축척법(similarity scaling method)를 기반으로 고속회류수조에서 측정된 저마찰 방오도료의 저항저감성능을 실선으로 확장하는 방법을 활용하여, 상이한 표면거칠기 및 마찰저항특성을 지니는 선박 방오도료가 특정한 선박에 시공되었을 때의 성능 차이를 예측하는 절차를 제시하였다. 본 연구팀에 의하여 개발된 저항저감 고분자 신소재 FDR-SPC 기반 저마찰 방오도료는 실험실 환경에서 기존 방오도료 대비 25.

대상 데이터

Fig. 2에 도시된 시편 크기는 100 mm × 50 mm 로서, 매입형검력계의 상부에 장착되어 경계층 유동의 벽면 전단력을 측정할 수 있다. 이 시편은 시험부 입구로부터 1.
2은 본 연구에서 사용된 고속회류수조와 시험부에 설치된 매입형 검력계, LDV 유속측정 및 실험에 사용된 시편을 나타낸다. 하단 시편 사진 맨 좌측이FDR-SPC 도장 시편이고, 좌측 두 번째가 기존 방오도료(Baseline AF), 세 번째 및 네번째 시편이 저마찰 방오도료(Low Frictional AF) 시편이다. FDR-SPC는 투명한 겔 상의 고분자로서, 용제가 휘발되면 Fig.

이론/모형

본 연구에서는 2.4절에 서술된 Schultz (2007) 방법에 의하여 저마찰 방오도료의 실선 성능을 예측하였다. 원래 이 방법은 도장된 평판의 마찰항력계수에 기반을 둔 방법이므로 3장에서 서술된 국소계측 결과로는 직접 적용이 어렵다.
로 정의되는 국소마찰응력계수인데, 위의 로그마찰법칙은 거칠기 저항특성화법의 기반이 된다. 본 연구에서는 Granville (1987)에 제안된 두 가지 간접법을 사용한다. 이 방법을 도출하기 위해서는 다음과 같은 외부층 법칙의 적분을 계산해야 한다.

성능/효과

본 연구에서는 Schultz (2007) 가 고안한 Granville (1987) 상사축척법(similarity scaling method)를 기반으로 고속회류수조에서 측정된 저마찰 방오도료의 저항저감성능을 실선으로 확장하는 방법을 활용하여, 상이한 표면거칠기 및 마찰저항특성을 지니는 선박 방오도료가 특정한 선박에 시공되었을 때의 성능 차이를 예측하는 절차를 제시하였다. 본 연구팀에 의하여 개발된 저항저감 고분자 신소재 FDR-SPC 기반 저마찰 방오도료는 실험실 환경에서 기존 방오도료 대비 25.4%의 마찰저항 저감율을 보이는데, 상사축척법을 적용한 결과 176k DWT Bulk 선의 경우 18.2% 의 총저항 저감율이 추정되었다.

후속연구

이와 같은 연비 개선에는 입거 수리시 새로이 장착된 PBCF(Propeller Boss Cap Fin) 및 선체 표면 청소와 같은 입거수리 효과가 포함되어 있는 것이 명백하지만, 본 저마찰 방오도료의 기여도 또한 무시하기 어려운 것으로 판단된다. 향후 본선의 실해역 운항 데이터에서 나타난 연비 개선 효과에서 있어서 다른 요인의 효과를 제거하고 저마찰 선박도료의 기여도에 대한 보다 면밀한 분석이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방오도료가 역할을 제대로 수행하지 못할 경우 생기는 문제는 무엇인가	방오도료(AF Paint) 의 주된 역할은 선체 표면의 열화 및 해생물의 표면 부착으로부터 마찰저항의 증가를 막는 것이다. 이 목표를 달성하지 못할 경우 선속을 유지하기 위한 축 동력이 증가하거나 정해진 동력에서 선속이 감소되는 결과를 초래한다. Fouling 이 일어나지 않은 매끄러운 선체 표면의 경우에도 마찰저항은 선박 총 저항의 80% 까지 차지하므로 도료 표면이 선박의 성능에 미치는 영향은 지대하다.
	방오도료의 주된 역할은 무엇인가	방오도료(AF Paint) 의 주된 역할은 선체 표면의 열화 및 해생물의 표면 부착으로부터 마찰저항의 증가를 막는 것이다. 이 목표를 달성하지 못할 경우 선속을 유지하기 위한 축 동력이 증가하거나 정해진 동력에서 선속이 감소되는 결과를 초래한다.
	난류경계층을 두 가지 구역으로 구분하시오	난류경계층은 크게 두 가지 구역으로 나뉠 수 있는데, 벽면에 의하여 좌우되며 경계층 두께와는 무관한 내부층(inner layer)에 해당하는 벽법칙(law of the wall) 및 벽면으로부터 멀리 떨어져 있어서 벽면으로부터의 거리와 무관한 외부층(outer layer)에 적용되는 속도결함법칙(velocity defect law)으로 구분된다. 거칠기가 있는 표면에 대한 벽법칙은 다음과 같이 기술된다.

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