[논문]반전형 선수부 형상을 가진 쌍동선 저항성능에 관한 연구

김도정; 오우준; 김정은; 나현호; 최홍식

doi:10.7837/kosomes.2018.24.7.923

초록
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본 연구에서는 쌍동선체의 선수형상에 대해 일반적으로 적용되고 있는 재래식과 선수 돌출의 반전형 선수 형상에 대한 저항성능 및 항주자세를 수치해석을 통해 분석하고, 반전형 선수형상에 대해서는 모형시험을 통하여 수치해석과 비교분석하였다. 반전형 선수형상은 재래식 선수형상보다 선수 발산파 파정의 생성위치를 선미방향으로 이동시켜 개선된 조파현상을 보였으며, 저항 및 안정된 항주자세 결정에 효과적이며 선체 저항이 약 2.95 % 개선되었다. 반전형 선수형상에 대한 수치해석 및 모형시험 비교분석 자료는 향후 선형설계 활용에 유용할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we analyzed the resistance performance and running attitude of a catamaran by numerical analysis with a conventional bow, which is generally applied, and a reverse, protruding bow. The shape of the reverse bow was compared through numerical analysis and model tests. The reverse bow sh...

In this study, we analyzed the resistance performance and running attitude of a catamaran by numerical analysis with a conventional bow, which is generally applied, and a reverse, protruding bow. The shape of the reverse bow was compared through numerical analysis and model tests. The reverse bow shape showed an improved wave pattern by shifting the generation position of the forward divergent wave to the aft in comparison with a conventional bow shape. This effect was found to be effective in determining resistance and stable running attitude. The hull resistance improved by about 2.95 %. The comparative numerical analysis and model test for the reverse bow shape completed in this study should be useful for future hull design application.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 넓은 갑판공간을 제공하고 있는 쌍동선박의 선수형상으로 재래식(Conventional)과 반전형(Reverse) 선수형상에 대해 수치해석을 통한 선형성능을 검토하고, 상대적으로 저항과 항주자세가 우수한 반전형(Reverse) 선형에 대해서는 모형선 수조시험을 통하여 그 성능을 분석하였다.

제안 방법

본 연구는 쌍동선 선수형상에 있어서 Modified-reverse bow 적용에 따른 선체주위 파형 및 저항성능을 수치해석과 수조 모형시험으로 그 결과를 비교하였다. 세부결과는 다음과 같다.

대상 데이터

시험모형은 수치해석과 동일 축척비의 0.9 m 하드우레탄으로 제작하였으며, 모형시험의 선속은 실선기준 13 ~ 25 knots 범위(Table 5)에서 선체저항 및 Trim, Sinkage 등을 계측하였다.

데이터처리

도출된 전저항 결과에 Trim, Sinkage 결과를 포함하여 상호 그래프 비교는 Fig. 11에 나타내었으며, Wave pattern 및 Trim 결과 비교를 통해 수치해석의 유용성을 확인하였다.

이론/모형

Modified-reverse bow 선형에 대한 정량적 성능 추정을 위하여, 모형시험을 통한 선체저항 계측과 ITTC(International Towing Tank Conference)에서 제안한 국제표준방법을 이용하여 실선의 성능을 추정하였다(K.S.N.A, 2014).
해석 영역은 -3≤x/Lwl≤2, -1≤y/Lwl≤1, -1≤z/Lwl≤1 이며 해석모델의 생성격자는 Volume mesh로 설정하였고, Surface Re-mesh, Trimmed Cell Mesh, Prism Layer Mesh로 구성하였다. 격자수는 약 250만개이며, 선속에 따른 선체 거동을 계산하기 위해 격자 모핑법(Mesh morphing) 이용의 DOF model을 사용하였다. Fig.
사용된 수치시뮬레이션 프로그램은 STAR-CCM+이며, 자유수면은 VOF법을 사용하였고 난류모델은 레이놀즈 응력의 전달방정식을 풀기위해 Reynolds Stress Turbulence를 적용하였으며, 계산 조건은 Table 2와 같다. 수치해석 결과는 Fig.

성능/효과

(1) Reverse 선수는 선수의 조파현상을 개선시키고, 안정된 선체 항주자세 결정에 효과적임을 확인하였다.
(2) 수치해석을 통한 저항성능 연구로 Modified-reverse bow 선형이 Conventional bow 대비 전체 선속구간에서 약 2.95 %의 선형 저항 개선을 확인하였다.
두 선형이 동일 수선간장(L.W.L.)임을 감안하면, 항주자세 변화로 조파현상에 변화를 주고 있으며, 이는 상호 파계 비교를 통해 Modified-reverse bow 선형의 개선된 조파현상을 보이고 있음을 확인하였다(Fig. 7).
수치해석의 전저항 계수(C_T)는 Modified-reverse bow 선형이 Conventional bow 대비 설계속도 17 knots에서 약 3.64 %, 최대 선속 20 knots에서는 약 2.46 %로 전체 선속구간에서 약 2.95 %의 선형 저항 개선을 확인하였다.

후속연구

향후, 본 쌍동선 연구 선형에 대해 파랑 중 항주 안정성 검토를 위해 쌍동선 동체의 연결갑판 파랑 충격에 대한 추가연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	해양레저산업은 어떻게 성장하고 있는가?	해양레저산업은 떠오르는 블루오션으로 북미·유럽권에서 보편적인 여가활동으로 자리잡은 해양레저가 최근 아시아에서 급성장함에 따라 우리나라에서도 연간 10 % 이상의 성장세를 보이고 있으며, 2020년 시장규모(세계시장+국내시장)는 약 40조원(400억달러) 규모로 추정된다.
	해양레저에 대한 관심 증대로 인해 생기는 점은?	해양레저에 대한 관심 증대는 점차 다양한 수요에 대한 만족이라는 새로운 시장을 만들어 내고 있으며, 승선인원과 실내외 공간 활용 등 선박의 휴먼 인테리어 측면에서 넓은 범위의 공간적 서비스 제공분야로 확대되고 있다.
	Modified-reverse bow 선형에 대해 수치해석 및 모형시험을 통해 도출된 선속별 유효마력은 어느정도인가?	12는 Modified-reverse bow 선형에 대해 수치해석 및 모형시험을 통해 도출된 선속별 유효마력 곡선이다. 최대선속 20 knots의 경우, 약 191마력이 요구되며, 수치해석과 모형시험은 약 2.40 ~ 4.87 %의 결과 차이를 보이고 있다.

참고문헌 (8)

10.7837/kosomes.2013.19.1.078 Choi, H. J. and D. W. Park(2013), Wave-resistance Performance Analysis of the Twin Hull for a Type of the Asymmetric and Symmetric Mono Hull , Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 19, No. 1, pp. 78-84.

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Haase, M. , F. Iliopulos, G. Davidson, S. Friezer, G. Thomas, J. Binns, N. Bose, J. Lavroff and M. R. Davis(2012), Application of RANSE-based Simulations for Resistance Prediction of Medium-Speed Catamarans at Different Scales, 18th Australasian Fluid Mechanics Conference, Launceston, Australia, pp. 3-7
10.3744/SNAK.2010.47.4.477 Jang, H. Y. , C. H. Park, H. W. Kim, B. S. Lee and I. W. Lee (2010), A Study on the Sail Force Prediction Method for Hull Hydrodynamic Force Measurement of 30feet Catamaran Sailing Yacht , Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 47, No. 4, pp. 477-483.

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Keuning, J. A. , G. L. Visch, J. L. Gelling, W. V. Lentsch and G. Burema(2011), Development of a new SAR boat for the Royal Netherlands Sea Rescue Institution, American Society of Naval Engineers, pp. 797-806.
10.3744/SNAK.2009.46.3.335 Kim, D. J. , K. P. Lee and H. S. Park(2009), A Study on the Effects of Weight and Center of Gravity of a Planing Craft on Running Attitude , Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 46, No. 3, pp. 335-342.

원문보기 상세보기
K.S.N.A(2014), The Korean Society of Naval Architects, Introduction of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dong-Myeong Publishers, pp. 64-82.
10.3744/SNAK.2013.50.2.95 Oh, G. H. and J. H. Yoo(2013), Numerical Prediction of Running Attitude and Resistance of Planing Craft , Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 50, No. 2, pp. 95-103.

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10.7837/kosomes.2016.22.2.246 Park, J. W. , D. J. Kim, W. J. Oh and U. C. Jeong(2016), A Study on the Development of Low Speed Twin-Hull Form for Seabed Organic Sediment Collection , The Korean Society of Marine Environment & Safety, Vol. 22, No. 2, pp. 246-252.

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