[논문]선박의 크기를 고려한 두 선박의 간섭력에 관한 시뮬레이션

이상도

doi:10.9709/jkss.2017.26.3.047

초록
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본 연구에서는 선박조종시뮬레이터를 이용하여 선박의 크기에 따른 두 선박의 간섭력의 운동특성을 분석하였다. 파나막스급 컨테이너선이 자선보다 크기가 작은 계류선을 근접통항하는 경우에 계류선에서 간섭력의 피크점과 운동패턴의 변화가 뚜렷하게 나타났다. 이땐 선박의 정횡 상태 전후에서 전후력과 회두모멘트가 반대방향으로 바뀌므로 계류선의 움직임에 각별한 주의가 요구된다. 반대로 파나막스급 컨테이너선이 자선보다 큰 계류선을 통과하는 경우에는 근접상황이 발생하는 초기에 통과선에서 간섭력의 피크점이 나타났고, 통과선에는 정횡 이후 약 1L(통과선의 전장)의 구간동안 지속적으로 흡인력이 발생했다. 또한, 통과선과 계류선의 선체간의 수평거리가 2B(통과선의 폭)이하로 줄어들면, 통과선의 초기에 발생하는 간섭력이 급격히 증대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper analyzed the motion characteristics of two ships according to the ship's dimension using Ship Handling Simulator. When the panamax container ship passes the smaller ship, peak point and patterns of interaction forces for the moored ship are noticeable. Accordingly, special attention shoul...

This paper analyzed the motion characteristics of two ships according to the ship's dimension using Ship Handling Simulator. When the panamax container ship passes the smaller ship, peak point and patterns of interaction forces for the moored ship are noticeable. Accordingly, special attention should be paid to the movements of moored ship because surge force and yaw moment changes in the opposite direction before and after condition of ship's beam. However, when the container ship passes the larger moored ship in reverse, peak point stood out on the passing ship at the beginning of ship-to-ship interaction and attraction force on the passing ship occurred steadily during 1L(length overall of passing ship) interval at a point of beam. In addition, as the lateral distance between the hull of two ships decreases less than 2B(breadth of passing ship), interaction forces on the passing ship at the beginning are sharply increase.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 선박의 크기에 따른 간섭력의 운동특성을 분석하기 위해 기준선인 파나막스급 컨테이너선과 그보다 크고 작은 선박이 근접하여 통항할 때 발생하는 두 선박의 운동특성을 분석하였다. 실험에 사용된 선박조종시뮬레이터는 Ozersky and Rogozhina(2016)에 의해 소개된 장비로서, 간섭력의 수학모델은 수조시험결과에 기반을 두고 있다.

가설 설정

컨테이너선에 비해 카페리의 배수톤수(displacement tonnage)는 3배가량 작고, LNG선은 3배가량 크다. 자연환경 실험조건은 조류, 바람 등의 외력이 없는 정수 조건에서 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 일정한 속력으로 실험 선박이 항주하는 조건으로 설정하였으며, 표류각(drift angle)과 트림(trim)은 0으로 하였다.
자연환경 실험조건은 조류, 바람 등의 외력이 없는 정수 조건에서 시뮬레이션 실험을 수행하였다. 일정한 속력으로 실험 선박이 항주하는 조건으로 설정하였으며, 표류각(drift angle)과 트림(trim)은 0으로 하였다.

제안 방법

2D섭동법을 사용한 Lee(2011)는 통과선의 크기에 따른 간섭영향은 미미하다고 하였으나, 선박 간의 폭이 넓고 속력이 높으며 계류선이 작은 경우를 다루었다. 본 연구는 두 선박의 중심선 간의 수평거리와 통과선의 길이비(η/L₁)가 0.2~0.5인 범위에서 계류선의 크기를 다르게 하여 파나막스급 컨테이너선이 7knots로 통과하는 시뮬레이션을 수행하였다. 통과선의 속력은 일반적인 항만의 접·이안 속력으로 Remery(1974)와 Pinkster(2004)의 연구를 참조하였다.

대상 데이터

3은 파나막스급 컨테이너선이 부두에 좌현 접안한 카페리와 LNG선의 우측을 부두와 평행한 방향으로 통과하는 모습을 나타낸 것으로, η는 두 선박의 중심선 간의 수평거리이고, ξ는 두 선박의 중심선 간의 종거리이다. Table 1은 실험 대상선박의 주요 제원으로 통과선은 파나막스급 컨테이너선, 계류선은 카페리와 LNG선을 선정하였다. 컨테이너선에 비해 카페리의 배수톤수(displacement tonnage)는 3배가량 작고, LNG선은 3배가량 크다.

이론/모형

본 연구에서는 선박의 크기에 따른 간섭력의 운동특성을 분석하기 위해 기준선인 파나막스급 컨테이너선과 그보다 크고 작은 선박이 근접하여 통항할 때 발생하는 두 선박의 운동특성을 분석하였다. 실험에 사용된 선박조종시뮬레이터는 Ozersky and Rogozhina(2016)에 의해 소개된 장비로서, 간섭력의 수학모델은 수조시험결과에 기반을 두고 있다.
5인 범위에서 계류선의 크기를 다르게 하여 파나막스급 컨테이너선이 7knots로 통과하는 시뮬레이션을 수행하였다. 통과선의 속력은 일반적인 항만의 접·이안 속력으로 Remery(1974)와 Pinkster(2004)의 연구를 참조하였다. Fig.

성능/효과

1) 자선보다 배수톤수가 작은 상대선을 통과하는 경우에는 기존의 연구와 같이 계류선에 간섭력의 피크점과 정횡 전후에 운동의 변화가 뚜렷하게 나타나므로 크기가 작은 계류선에서 선체이동에 각별한 주의가 요구된다. 수면하면적이 상대적으로 큰 선박이 계류 중인 경우에는 근접상황이 발생하는 초기에 통과선에 간섭력의 피크점이 분명하게 나타났다.
2) 파나막스급 컨테이너선이 자선보다 큰 초대형선을 근접하여 통과할 때, 통과선에서는 정횡 전후 약 1L의 구간동안 지속적으로 계류선 쪽으로 흡인력이 발생하였다. 또한, 통과선과 계류선의 선체간의 수평거리가 2B이하로 줄어들면, 통과선의 초기에 발생하는 간섭력이 급격히 증대되었다.
2) 파나막스급 컨테이너선이 자선보다 큰 초대형선을 근접하여 통과할 때, 통과선에서는 정횡 전후 약 1L의 구간동안 지속적으로 계류선 쪽으로 흡인력이 발생하였다. 또한, 통과선과 계류선의 선체간의 수평거리가 2B이하로 줄어들면, 통과선의 초기에 발생하는 간섭력이 급격히 증대되었다. ;

후속연구

이와 같이 상대선의 크기에 따라 간섭력은 다른 형태를 보이게 되므로 선박이 대형화되는 현대의 추세에서 근접하는 대형선의 통과거리에 대한 면밀한 대책도 수립되어야 할 것이다. 본 연구의 한계는 이미 수조실험을 기반으로 모델링된 선박조종시뮬레이터의 선박모델을 대상으로 크기가 다른 선박의 경우에 간섭력의 특성을 고찰하는 수준으로만 진행된 점이다. 향후 실선에서 선박의 크기 및 간섭의 상황별 운동특성을 분석하는 연구가 진행되면 보다 유용한 정보가 될 것으로 판단된다.
본 연구의 한계는 이미 수조실험을 기반으로 모델링된 선박조종시뮬레이터의 선박모델을 대상으로 크기가 다른 선박의 경우에 간섭력의 특성을 고찰하는 수준으로만 진행된 점이다. 향후 실선에서 선박의 크기 및 간섭의 상황별 운동특성을 분석하는 연구가 진행되면 보다 유용한 정보가 될 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	오랜 숙련자들도 순간적으로 발생하는 간섭력을 제어하여 선박을 운항하지 못하는 이유는?	현대의 선박이 대형화되고 해상환경은 복잡해지면서 입출항 항로나 운하와 같은 좁은 수로에서는 선박의 간섭영향(ship interaction)이나 측벽영향(bank effect)으로인한 대형사고가 지속적으로 발생하고 있다(Schellhammer,2014). 도선사, 선장, 항해사와 같은 오랜 숙련자들도 순간적으로 발생하는 간섭력을 제어하여 선박을 운항하지 못하는 것은 속력, 흘수, 수심, 선체의 크기와 같은 영향요소에 따라 달라지는 각 선박의 운동특성을 미리 예측하지 못했기 때문으로 여겨진다.
	간섭력을 추정하는 대표적인 방법은?	두 선박이 근접하여 통과하거나 선박이 측벽이나 지면을 가까이 통과할 때는 선박 주위의 유체 흐름이 빨라지고 그로 인해 간섭영향, 측벽영향, 천수영향이 발생하게 된다. 이러한 간섭력을 추정하는 대표적인 방법으로 2D 섭동법(perturbation), 3D판넬법, RANS기법, 실험기법(experiment) 등이 있다.
	통과선과 계류선에 나타나는 간섭력의 특성을 비교한 결과는?	통과선과 계류선에 나타나는 간섭력의 특성을 비교한 결과 다음과 같은 결론에 도달하였다. 1) 자선보다 배수톤수가 작은 상대선을 통과하는 경우에는 기존의 연구와 같이 계류선에 간섭력의 피크점과 정횡 전후에 운동의 변화가 뚜렷하게 나타나므로 크기가 작은 계류선에서 선체이동에 각별한 주의가 요구된다. 수면하면적이 상대적으로 큰 선박이 계류 중인 경우에는 근접상황이 발생하는 초기에 통과선에 간섭력의 피크점이 분명하게 나타났다.2) 파나막스급 컨테이너선이 자선보다 큰 초대형선을 근접하여 통과할 때, 통과선에서는 정횡 전후 약 1L의 구간동안 지속적으로 계류선 쪽으로 흡인력이 발생하였다. 또한, 통과선과 계류선의 선체간의 수평거리가 2B이하로 줄어들면, 통과선의 초기에 발생하는 간섭력이 급격히 증대되었다. 이와 같이 상대선의 크기에 따라 간섭력은 다른 형태를 보이게 되므로 선박이 대형화되는 현대의 추세에서 근접하는 대형선의 통과거리에 대한 면밀한 대책도 수립되어야 할 것이다.

참고문헌 (14)

Kijima, K. and H. Yasukawa (1984) "Manoeuvrability of ships in narrow waterway", Journal of the Society of Naval Architects, 156, 171-179.
Lee, C.K. (2011) "Hydrodynamic interaction effects vessels in confined waters", Journal of Korean Navigation and Port Research, 35(10), 799-804.

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Lee, C.K. and S.B. Moon (2014) "A study on the minimum safe distance between two vessels in confined water", Journal of Korean Navigation and Port Research, 38(6), 561-565.

원문보기 상세보기
Lee, S.D. (2017) "A study on the distance of safe passing considering ship to ship interaction", Doctoral Dissertation, Korea Maritime and Ocean University.
Lindberg, O., H.B., Bingham, A.P., Engsig-Karup and P.A. Madsen (2012) "Towards real time simulation of ship-ship interaction", Proceedings of the 27th International Workshop on Water Waves and Floating Bodies(IWWWFB 2012), Copenhagen, Denmark.
Ozersky, A. and E., Rogozhina (2016) "Shallow water and interaction effects in ECDIS real-time motion prediction", Proceedings of the 4th International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water, Hamburg, Germany, 186-196.
Pinkster, J.A. (2004) "The influence of a free surface on passing ship", International Shipbuilding Progress, 51(4), 313-338.
Pinkster, J.A. (2016) "Progress on real-time prediction of ship-ship-shore interactions based on potential flow", Proceedings of the 4th International Conference on Ship Manoeuvring in Shallow and Confined Water, Hamburg, Germany, 157-167.
Remery, G.F.M. (1974) "Mooring forces induced by passing ships", Proceedings of the 6th Offshore Technology Conference, Houston, USA, 349-363.
Schellhammer, V. (2014) Collision between the CMV CONMAR AVENUE and CMV MAERSK KALMAR on 7 May 2013 on the Outer Weser, Federal Bureau of Maritime Casualty Investigation (BSU), Hamburg, 6-42.
Son, K.H. (2014), Motion and Manoeuvrability of Marine Vehicles, Dasom Press, 1-169.
Vantorre, M., E. Verzhbitskaya and E. Laforce (2002) "Model test based formulations of ship-ship interaction forces", Ship Technology Research, 49, 124-141.
Varyani, K.S. and M. Vantorre (2006) "New generic equation for interaction effects on a moored container ship due to a passing tanker", Journal of Ship Research, 50(3), 278-287.

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Yasukawa H. (2003) "Maneuvering motions of two ships in close proximity", Transactions of the West- Japan Society of Naval Architects, 105, 43-54.

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