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문제 정의
- 본 연구의 주목적은 기존선형을 바탕으로 연료 절감이 가능한 표준화된 개조선형을 개발하는 것이다. 몇 가지 결론은 다음과 같다.
- 본 절의 핵심은 거대한 구상선수를 포함한 기존 선수부 형상을 가능한 개조 범위 내에서 최소저항을 가지는 개조선 형을 도출하는 것이다. 개조선형은 Table 3에 나타내었듯이 3가지로 정의하였다.
제안 방법
- 1) 설계 흘수(9.8 m)와 설계 선속(20노트)을 고려한 대상 선박의 선수부 형상을 검토하였다. 대상선박의 실제 운항 상태는 낮은 흘수(7.
- 2) 대상선박에 대하여 설계흘수, 설계선속 그리고 실제 운항 상태에서 저항성능을 평가하였다. 그 결과 실제 운항 상태인 8.
- 3) 대상선박에 대하여 가능한 개조 범위 내에서 3가지 개조선형을 작성하였다. 제시된 개조선형은 고객이 선택 가능 하다는 점에서 고객 맞춤형 기성품 선형이라고 명하였다.
- 4) 실제 운항 상태에서 선속 별로 기존선형 및 개조선형에 대하여 유동해석을 수행하였다. 선측파형 및 선체 표면에 작용하는 압력 분포를 이용하여 정성적으로 유체역학적 성능을 분석하였다.
- 5) 기존선형 및 개조선형에 대하여 유효마력을 정량적으로 산정하였다. 산정에 있어서는 CFD 해석을 바탕으로 하였다.
- 기존선형을 바탕으로 가능성 있는 개조범위 내에서 개조 1, 개조2, 개조3의 표준화된 기성품 선형을 작성하였다. 기성품 선형 별 실제 운항흘수 및 운항선속에 따른 유효마력을 추정하였다. 평가에 사용된 기술은 상용 전산유체역학(CFD) 코드와 수조 모형시험 자료를 활용하였다.
- 이 저항 값을 이용하여 ITTC-1978 2 차원 해석법에 의해 유효마력을 산정하였다. 기존선형에 대해서는 수조 모형시험 결과가 존재하였기 때문에 CFD 해석 결과와 비교를 통해 CFD로 추정된 저항 값에 보정하였다. 따라서 기존선형 및 개조선형 별로 CFD로 해석한 값에는 충분한 타당성 있다고 판단된다.
- 기존선형을 바탕으로 가능성 있는 개조범위 내에서 개조 1, 개조2, 개조3의 표준화된 기성품 선형을 작성하였다. 기성품 선형 별 실제 운항흘수 및 운항선속에 따른 유효마력을 추정하였다.
- 5) 기존선형 및 개조선형에 대하여 유효마력을 정량적으로 산정하였다. 산정에 있어서는 CFD 해석을 바탕으로 하였다. 그리고 기 확보된 기존선형에 대한 수조 모형시험 자료를 활용하였기 때문에 유효마력 평가에 있어서 타당한 결과를 제시하였다고 판단된다.
- 4) 실제 운항 상태에서 선속 별로 기존선형 및 개조선형에 대하여 유동해석을 수행하였다. 선측파형 및 선체 표면에 작용하는 압력 분포를 이용하여 정성적으로 유체역학적 성능을 분석하였다.
- 이는 실제 수조 모형시험의 환경과 동일한 조건이며 모형시험 결과와 비교할 수 있다는 점에서 의미가 있다. 우선 대상 선박을 모형선 크기(배 길이인 L PP = 6.5 m)에서 선속별로 총저항 값을 계산하였다. 이 저항 값을 이용하여 ITTC-1978 2 차원 해석법에 의해 유효마력을 산정하였다.
- 유효마력 산정을 위해서 점성 유동해석을 수행하였다. 점성 유동장 계산은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였 으며, 자유수면과 동적트림(자세변화)을 모두 고려하였다.
- 유효마력 산정을 위해서 점성 유동해석을 수행하였다. 점성 유동장 계산은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였 으며, 자유수면과 동적트림(자세변화)을 모두 고려하였다. 이는 실제 수조 모형시험의 환경과 동일한 조건이며 모형시험 결과와 비교할 수 있다는 점에서 의미가 있다.
- 주 운항흘수1(흘수: 7.5 m, 72 % 배수량), 주 운항흘수2(흘수: 8.5 m, 83 % 배수량) 그리고 설계흘수(흘수: 9.8 m, 100 % 배수량)에 대하여 기존선형을 포함한 개조선형 별(개조1, 개조2, 개조3)로 16노트, 18노트 그리고 20노트에서 선측파형및 선체표면에 작용하는 압력분포를 비교하였다.
대상 데이터
- 대상선박 및 개조선형에 대한 저항성능 해석을 위해서 상용 점성 CFD 코드와 기존선형에 대한 수조 모형시험 자료를 활용하였다. 유동해석은 초기조건에 따라 자유표면과 동적 자세를 모두 고려하였다.
- 대상선박은 Fig. 3에 보여주듯이 1,800 TEU 급 컨테이너 운반선이며 설계흘수(Design draft)와 설계속도에서 최적화된 선형이다. 설계흘수는 9.
- 8 m)와 설계 선속(20노트)을 고려한 대상 선박의 선수부 형상을 검토하였다. 대상선박의 실제 운항 상태는 낮은 흘수(7.5 m, 8.3 m)와 저속영역(16~18 노트)임을 확인하였다. 대상선박의 구상선수는 거대한 특징을 지니고 있기에 낮은 흘수에서 저속운항 할 경우 구상선수는 역기능을 하게 되어 연료소비량이 오히려 증가함을 알 수 있었다.
- 기성품 선형 별 실제 운항흘수 및 운항선속에 따른 유효마력을 추정하였다. 평가에 사용된 기술은 상용 전산유체역학(CFD) 코드와 수조 모형시험 자료를 활용하였다.
이론/모형
- 5 m)에서 선속별로 총저항 값을 계산하였다. 이 저항 값을 이용하여 ITTC-1978 2 차원 해석법에 의해 유효마력을 산정하였다. 기존선형에 대해서는 수조 모형시험 결과가 존재하였기 때문에 CFD 해석 결과와 비교를 통해 CFD로 추정된 저항 값에 보정하였다.
성능/효과
- 6) 가장 낮은 흘수인 7.5 m에서 운항할 경우, 기존선형과 비교하여 볼 때 개조3 선형의 저항성능은 저속영역인 16~18노트에서 약 11~16%로 향상된 결과를 보여주었다.
- 7) 중간 흘수인 8.3 m에서 운항할 경우, 16노트에서 개조1, 개조2, 개조3 순서대로 저항성능 관점에서 5.6%, 8.1%, 11.0% 향상된 결과를 보여주었다.
- 8) 가장 높은 흘수인 9.5 m에서 운항할 경우, 모든 선형의 유효마력은 저속영역에서 큰 차이를 보이지 않았다.
- 9) 운항흘수 및 선속에 따라 개조선형 별로 추정된 마력은 고객에서 개조범위를 선택할 수 있는 솔루션 제공이 가능하다고 판단된다(Table 4-6, Fig. 12).
- 9는 주 운항흘수2의 16노트에 대한 결과이다. Fig. 6의 기존선형과 비교하여 볼 때 흘수(배수량)가 증가함에 따라 선측파고는 향상된 것을 확인하였다. 그리고 개조1~3 선형은 기존선형 보다 저항성능 관점에서 향상된 결과가 예상된 다.
- 7과 비교하여 볼 때 상대적 고속에 따라 파고 변화량 그리고 선수어깨에서 파는 향상되었다. 그리고 기존선형 대비 개조1, 개조2, 개조3 순서대로 보다 더 향상되어지는 모습을 보여주었다.
- 모든 개조선형에 대하여 저항성능이 향상됨을 확인하였다. 기존 선형과 비교하여 볼 때 개조3은 16노트에서 약 12.5 %로 향상된 결과를 보여 주었다.
- Table 4와동일한 결과를 보여주었다. 기존선형과 비교하여 볼 때 16노트에서 개조1, 개조2, 개조3 순서대로 5.6 %, 8.1 %, 11.0 % 향상된 결과를 보여주었다.
- 3 m)와 저속영역(16~18 노트)임을 확인하였다. 대상선박의 구상선수는 거대한 특징을 지니고 있기에 낮은 흘수에서 저속운항 할 경우 구상선수는 역기능을 하게 되어 연료소비량이 오히려 증가함을 알 수 있었다.
- 5에서 정의한 기존선형과 개조선형의 유효마력을 비교하였다. 모든 개조선형에 대하여 저속영역에서 향상된 결과를 보여주었다.
- 5 m에서 운항할 경우 기존 선형 및 개조선형에 대한 유효마력을 보여주고 있다. 모든 개조선형에 대하여 저항성능이 향상됨을 확인하였다. 기존 선형과 비교하여 볼 때 개조3은 16노트에서 약 12.
- 제시된 3가지 개조선형은 고객이 선택 가능 하도록 한다는 점에서 고객 맞춤형 기성품 선형이라고 명하였다. 3가지 개조선형의 모습은 Fig.
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