[논문]Azimuth thruster 시스템을 장착한 나라호의 조종성

김정창; 강일권; 이준호; 함상준; 박치완; 김수형

doi:10.3796/ksft.2017.53.3.276

Azimuth thruster 시스템을 장착한 나라호의 조종성
The maneuvering characteristics of the research vessel NARA equipped with the azimuth thruster system 원문보기

한국어업기술학회지 = Journal of the Korean Society of Fisheries Technology, v.53 no.3, 2017년, pp.276 - 285

김정창 (부경대학교 해양생산시스템관리학부) , 강일권 (부경대학교 해양생산시스템관리학부) , 이준호 (부경대학교 대학원) , 함상준 (부경대학교 대학원) , 박치완 (부경대학교 대학원) , 김수형 (부경대학교 대학원)

Abstract ▼ AI-Helper

The research vessel NARA equipped with an azimuth thruster system was built in 2015. There are few vessels with this propulsion system in Korea. This vessel has two modes such as the normal for maneuvering and the power for investigation, and the other two modes as one axis and two axes on the operating. This type of vessels does not seem to have a clear grasp of the maneuvering character in comparison with the vessel with a conventional propulsion system. So the authors carried out the sea test for the turning, the zigzag and the inclination, and the results are as follows. In turning test, the case of using the two axes mode is much better than the case of using the one axis mode for the elements of turning, such as advance, transfer, tactical diameter and final diameter, but turning hard over the rudder in full speed is very vulnerable to capsize in both modes. In zigzag test, the yaw quicking responsibility index, T is very large excessively, which means a bad counter maneuvering ability, so an operator has to keep in mind that in turning operation. If necessary to avoid collision at head on situation, it may be a more effective method to use the crash astern stop than the turning according to the conditions and circumstances for the shortest stopping distance is very short.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구의 목적은 이 선박을 이용하여 종래로부터 수행해 온 선박 조종 시험을 실선 시험으로 수행하고, 안전 운항에 참고가 될 수 있는 기초적인 자료를 제공하는데 있다. 따라서 선회 시험과 경사 시험 그리고 zigzag 시험 등을 수행하여 이 선박의 선회성과 선회 시 횡경사의 정도 그리고 조종성을 고찰하고자 한다.
본 연구의 목적은 이 선박을 이용하여 종래로부터 수행해 온 선박 조종 시험을 실선 시험으로 수행하고, 안전 운항에 참고가 될 수 있는 기초적인 자료를 제공하는데 있다. 따라서 선회 시험과 경사 시험 그리고 zigzag 시험 등을 수행하여 이 선박의 선회성과 선회 시 횡경사의 정도 그리고 조종성을 고찰하고자 한다.

가설 설정

여기서는 +10° Zigzag 시험에서 얻은 조종성지수를 적용하며, 선속 13.5 k’t, 224 rpm으로 하고, 타각 우현 10°, 신침로를 45°로 가정한 것이다.

제안 방법

2013). 선회와 경사 시험은 Normal mode에서의 조타를 1축과 2축 mode의 두 가지 방법으로 하여, 선속과 타각에 따른 선회와 선체 횡경사를 측정하였다. 한편, zigzag 시험은 Normal mode의 1축과 2축으로 수행하였으나, 모두 소정의 타각까지 전타후 반대 타각까지 전타하여도 1차 Over shoot angle이 너무 크고, 때로는 되돌아오지 않는 현상이 발생하며, 주위 선박과의 위험성을 고려하여 이 Mode에서의 시험을 포기하고, Power mode로 전환하여 2축에 한정하여 ±10°와 ±20° zigzag 시험을 수행하였다.
시험선의 2축에서의 결과를 전통적인 선박인 새바다호 (L.B.P: 60.6 m)와 새유달호 (L.B.P: 93 m)의 조종성 연구 결과 (An et al., 2005; Lim, 2001)와 비교해 보았다. 전속, 우타각 35°에서 새바다의 선회권 요소는 3.
한편, zigzag 시험은 Normal mode의 1축과 2축으로 수행하였으나, 모두 소정의 타각까지 전타후 반대 타각까지 전타하여도 1차 Over shoot angle이 너무 크고, 때로는 되돌아오지 않는 현상이 발생하며, 주위 선박과의 위험성을 고려하여 이 Mode에서의 시험을 포기하고, Power mode로 전환하여 2축에 한정하여 ±10°와 ±20° zigzag 시험을 수행하였다.

대상 데이터

시험선은 타가 없는 대신 Joy stick (Aqua pilot control lever)이 두 개 있으며, 이것으로 추진기를 조종하지만 타각 지시판과 지시계가 부착되어 있기 때문에 본 연구에서는 타각이란 용어를 그대로 사용한다. 본 연구의 선회 시험은 2016년 3월 17일에, zigzag 시험은 2017년 4월 28일에 부산 근해에서 수행하였으며, 시험 조건은 Table 2에 나타낸 바와 같다.
한편, zigzag 시험은 Normal mode의 1축과 2축으로 수행하였으나, 모두 소정의 타각까지 전타후 반대 타각까지 전타하여도 1차 Over shoot angle이 너무 크고, 때로는 되돌아오지 않는 현상이 발생하며, 주위 선박과의 위험성을 고려하여 이 Mode에서의 시험을 포기하고, Power mode로 전환하여 2축에 한정하여 ±10°와 ±20° zigzag 시험을 수행하였다. 선회 시험과 zigzag 시험의 기록에 사용된 Data logger는 TCM1 electronic compass sensor module (Kang at al., 2012)이며, 설치 위치는 선교의 중앙 종중심선이다.
타각 15°의 미속에서 선회권 요소인 종거, 횡거, 선회경 및 정상선회경 (이하에서는 순서대로 종거, 횡거, 선회경 그리고 정상선회경을 선회권 요소라 표현한다)은 차례로 각각 187 m, 42 m, 87 m 및 80 m였고, 반속에서는 각각 215 m, 50 m, 106 m 및 98 m였으며, 전속에서는 238 m, 55 m, 113 m 및 105 m였다.

성능/효과

Zigzag 시험의 결과, 시험선은 선회성지수의 값이 크고, 추종성지수의 값은 과대하여 선회응답이 매우 느리다. 선회응답의 시간이 지연되므로 전진거리가 크나 일단 선회를 시작하면 선회 각속도가 매우 커서 선회권은 매우 작아진다.
따라서 1축, 타각 35°에서 선속이 빨라지면 그에 따라 선회권 요소는 전부 16∼30% 정도 증가함을 알 수 있고, 그 증가폭은 타각 15°에서의 경우보다 2배 정도 더컸다.
따라서 2축, 타각 15°에서 선속이 빨라지면 그에 따라 선회권 요소는 9∼22% 정도 증가함을 알 수 있다.
따라서 2축, 타각 35°에서 선속이 빨라지면 그에 따라 선회권 요소는 10∼22% 정도 증가함을 알 수 있다.
특히 시험선의 횡거, 선회경 및 정상선회경의 값은양 선박에 비해 1/2 이하이다. 따라서 시험선이 2축에서 전타 시 전방으로 이동하는 거리는 타를 장착한 일반 선박에 비해 약간 작지만, 일단 선회가 시작되면 각속도가 매우 커서 선회권은 매우 작아진다는 것을알 수 있다. 따라서 시험선의 조선자는 충돌 회피의 상황에서 이 점을 주지하고 적절한 대응을 해야 할 것으로 판단한다.
그러나 신침로거리는 매우 크다. 따라서 시험선이 전방의 장애물을 급히 피하고자 할 때는 소각도 회피동작을 취하는 것은 극히 피해야 하며, 상황에 따라서는 긴급역전정지 (Crach stop astern)로 조치하는 것이 보다 안전한 방법으로 판단한다.
0 m이었다. 새바다호의 경우 최단정지거리가 392 m (An et al., 2005)인 것과 비교하면 시험선은 최단정지거리가 매우 짧으며, 따라서 전방의 장애물을 긴급히 피하고자 할때 소각도 전타에 의한 회피 동작은 극히 피해야 하며, 긴급역전정지 (Crash stop astern)로 조치하는 것이 좋은 방법이 될 수 있을 것으로 판단한다.
선회 시험의 결과, 시험선은 일정 타각에서 선속이 증가하면 1축 또는 2축 모두 선회권 요소 (종거, 횡거, 선회경, 정상선회경)가 모두 증가하며, 타각과 선속이 모두 증가하면 모든 선회권 요소의 증가 폭도 그 만큼 더 커진다.
시험선은 선속이 빨라짐에 따라 1축과 2축 모두 선회권이 약간씩 증가하는 경향을 보이며, 이것은 타각 15°의 경우와 비슷하나, 선회 반응 속도는 큰 차이를 나타내었다.
이상 살펴본 것과 같이 시험선의 전속, 우타각 15°에서 1축의 경우에는 선회권 요소가 각각 3.8 L, 0.9 L, 1.9 L 및 1.8 L (L: L.B.P)이었고, 2축일 경우에는 각각 3.8 L, 0.9 L, 1.7 L 및 1.5 L이었다.
이상에서 살펴본 바와 같이 1축, 반속에서는 전전타를 해도 횡경사의 위험성이 크지 않으나, 전속에서는 최대 외방경사각이 36.0°에 이르기 때문에 전속으로 전전타를 하는 것은 위험하고, 기상 상태에 따라서는 전복의 가능성도 배제할 수 없으므로 극히 주의를 요한다.

후속연구

K와 T가 음이 될 수 없기 때문에 +20° zigzag 시험은 추후 보완 시험이 이루어져 그 원인을 파악해야할 것이다.
본 연구에서 선회 시험은 주로 우선회에 한정하여 이루어졌고, zigzag 시험에서도 미진한 부분이 약간 있다. 따라서 이 시스템과 선박 조종의 일반적인 경향을 파악하기 위해서는 추가적인 더 많은 연구가 필요하다. 또한 선수 선저에 붙어 있는 Blister의 유체 역학적인 부분이 선박 조종성에 미치는 영향에 대해서도 추가 연구가 필요하다.
그리고 +10° zigzag 시험에서는 침로가 10°에 도달하는 시간이 32 sec이고, +20° zigzag 시험에서는 침로가 20°에 도달하는 시간이 14 sec로 20°에 도달하는 시간이 10°에 도달하는 시간보다 매우 짧게 나타났는데, 이것은 타각의 크기에 따른 선체의 회두 속도의 차이로 볼 수 있지만, 이 mode에서 어떤 순간 갑자기 추진기의 방향 전환 속도가 빨라지는 hunting (난조) 현상이 나타 나는 것으로 볼 수도 있다. 따라서 타각과 hunting 현상에 대해 심층적으로 파악하기 위해서는 azimuth thruster 시스템의 성능에 대해 추가적인 연구가 필요할 것으로 본다.
따라서 이 시스템과 선박 조종의 일반적인 경향을 파악하기 위해서는 추가적인 더 많은 연구가 필요하다. 또한 선수 선저에 붙어 있는 Blister의 유체 역학적인 부분이 선박 조종성에 미치는 영향에 대해서도 추가 연구가 필요하다.
따라서 1축을 사용하여 선회할 때는 우선회를 하는 것이 보다 효율적으로 선회할 수 있을 것으로 보인다. 좌우의 선회권에 대한 것은 1축에서의 전속에 대한 자료와 2축에 대한 자료가 보충되면 보다 확실한 경향을 알 수 있을 것이므로 추가적인 연구가 더 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전방위 추진기 시스템에서 동력이 추력으로 변환되는 과정은 무엇인가?	전방위 추진기 (Azimuth thruster) 시스템은 기관과 추진기가 동일 축 상에 놓여 있지 않고, 동력원은 상갑판에 있으면서 기계적인 방법으로 수면 아래의 추진기에 동력을 전달하는 방법이다. 따라서 동력이 추력으로 변환 되는 과정이 기존의 주기관－축계－추진기가 아니라, 발전기－전동기－추진기로 이루어진다.
	나라호는 무엇인가?	나라호는 2015년에 취항한 해양조사선으로서 우리나라 해양 관련 대학의 승선 실습, 해양 자원 조사와 심해저 탐사 활동을 수행하는 최신의 선박이다.
	전방위 추진기 시스템은 어떤 방법인가?	전방위 추진기 (Azimuth thruster) 시스템은 기관과 추진기가 동일 축 상에 놓여 있지 않고, 동력원은 상갑판에 있으면서 기계적인 방법으로 수면 아래의 추진기에 동력을 전달하는 방법이다. 따라서 동력이 추력으로 변환 되는 과정이 기존의 주기관－축계－추진기가 아니라, 발전기－전동기－추진기로 이루어진다.

참고문헌 (7)

An YS, Kang IK, Kim HS, Kim JC, Kim MS, Jo HJ and Lee CK. 2005. A study on the maneuverability of T/S SAEBADA by real sea trials. J Korean Soc Fish Technol 41(4), 289-295. (DOI:10.3796/ksft.2005.41.4.289)

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Hamid A, Lucia S and Sverre S. 2012. Numerical calculations of propeller shaft loads on azimuth propulsors in oblique inflow. J Mar Sci Technol 17(4), 403-421.(DOI:10.1007/s00773.012.0176.z)

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Kang IK, Kim MS, Park BS, Hong JK, Jeong SJ and Ham SJ. 2012. Longitudinal motion characteristics of a ship according to the location. J Korean Soc Fish Technol 48(2), 147-154. (DOI:10.3796/ksft.2012.48.2.147)

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Lim KS. 2001. A study on the method of drawing the turning circle of a vessel with maneuvering indices. Master thesis, Korea Maritime Univ, 8-14.
SNAK(Soc of Nav Arc of Korea). 2009. Residence and propulsion of ship. 344-356.
Tobias H and Simon T. 2016. Computational fluid dynamics simulation of cavitating open propeller and azimuth thruster with nozzle in open water. Ocean Engineering 120, 160-164. (DOI:10.1016/j.oceaneng.2015.11.001)

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Yoon JD. 2013. Theory and practice of ship maneuvering. SEJONG, Busan, Korea, 44, 48-50, 61, 63.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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