[논문]CFD에 의한 어선 선체 부가물의 저항성능 평가

박동우

doi:10.7837/kosomes.2018.24.2.267

초록
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연 근해어선들은 운항 또는 조업시 안정성(복원성능 및 횡동요 저감 성능)을 향상시키기 위해 여러 가지 부가물을 설치하며, 일반적으로 Fig. 1과 같이 세 가지로 분류할 수 있다. Bare hull을 포함하여 각 부가물이 단독으로 부착된 경우 3가지, 복수의 조합으로 부착된 경우 3가지 그리고 3가지 모두 부착된 1가지에 대하여 수치 계산을 수행하였다. Table 1은 Bare hull에 대한 주요치수를 나타낸 것이고, Table 2는 3가지 부가물에 대한 주요치수를 기술하였다. 3가지 선체 부가물에 대하여 CFD에 의한 유체동역학적 성능을 평가하였다. 각각의 부가물에 대하여 단독, 2개씩 조합된 복수 그리고 3개 모두 부착된 경우에 대하여 평가를 하였다. 1번 부가물의 경우 압력저항이 마찰저항보다 차지하는 비율이 큼을 알 수 있었다. 2번과 3번 부가물의 경우 압력저항과 마찰저항이 거의 대동소이 함을 알 수 있었다. 복수조합과 3가지 모두 부착된 경우 부가물 상호간의 상관관계는 매우 작음을 알 수 있었다. 11노트에서 2번 부가물과 모든 부가물이 부착된 경우 유효마력 관점에서 약 9 % 차이를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A variety of appendages are attached to coastal and offshore fishing boats to improve stability during navigation or fishing operations (stability performance and roll reduction). These appendages are generally classified into three types, which are shown in Fig. 1. The numerical calculations were c...

A variety of appendages are attached to coastal and offshore fishing boats to improve stability during navigation or fishing operations (stability performance and roll reduction). These appendages are generally classified into three types, which are shown in Fig. 1. The numerical calculations were conducted for the following eight cases: one case of a bare hull, three cases where a single appendage attached, three cases of a pair of appendages attached, and one case where all three appendages were attached. Table 1 presents the main dimensions of the bare hull and Table 2 describes the main dimensions of the three appendages. The fluid dynamic performance with regard to the three hull appendages was evaluated via CFD for the following cases: each of the appendages attached independently, a pair of appendages attached, and all three appendages attached simultaneously. The No. 1 appendage showed that pressure resistance was proportionally greater than friction resistances. Both Nos. 2 and 3 appendages showed comparable levels of pressure and friction resistances. The correlation between appendages was minimal in the case of pairs and Comparing the cases of the No. 2 appendage attached and all appendages attached, at 11 kn, the EHP showed an difference of 9 %.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

첫째, 각각의 부가물이 전체 저항에 얼마의 양을 차지하는지 그리고 그 양이 생각했던 양만큼 인지를 파악하는 것이다. 둘째, 각 부가물의 총 저항 중 압력저항과 마찰저항 성분이 차지하는 비율이 얼마인지를 분석하는 것이다. 셋째, 부가물 서로 간에 어느 정도의 저항을 주고받는지 그 상관관계를 파악해 보는 것이다.
둘째, 각 부가물의 총 저항 중 압력저항과 마찰저항 성분이 차지하는 비율이 얼마인지를 분석하는 것이다. 셋째, 부가물 서로 간에 어느 정도의 저항을 주고받는지 그 상관관계를 파악해 보는 것이다. 이러한 결과는 각각의 부가물 설계 단계에서 형상을 고려하여 압력저항을 제어해야 하는지 아니면 형상의 크기 등을 고려하여 마찰저항을 제어해야 하는지 등의 방향성 제시에 활용 가능할 것이다.
본 논문의 관심사항은 다음과 같다. 첫째, 각각의 부가물이 전체 저항에 얼마의 양을 차지하는지 그리고 그 양이 생각했던 양만큼 인지를 파악하는 것이다. 둘째, 각 부가물의 총 저항 중 압력저항과 마찰저항 성분이 차지하는 비율이 얼마인지를 분석하는 것이다.

제안 방법

1) 3가지 선체 부가물에 대하여 CFD에 의한 유체동역학적 성능을 평가하였다. 각각의 부가물에 대하여 단독, 2개씩 조합된 복수 그리고 3개 모두 부착된 경우에 대하여 평가를 하였다.
Fig. 1을 보면 부가물이 부착되지 않은 Bare hull, 각각의 부가물을 독립적으로 부착한 경우, 부가물을 2개씩 쌍으로 부착한 경우 그리고 세 가지 부가물을 모두 부착한 경우인 총 8가지에 대하여 수치해석을 수행하였다. 해석조건은 Table 3에 나타내었다.
1) 3가지 선체 부가물에 대하여 CFD에 의한 유체동역학적 성능을 평가하였다. 각각의 부가물에 대하여 단독, 2개씩 조합된 복수 그리고 3개 모두 부착된 경우에 대하여 평가를 하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 총톤수 3톤 급 어선을 대상으로 수행하였다. 총 톤수 5톤 미만은 국내 약 55,000척이며, 이 중 2톤 미만을 제외한 운항 척수의 분포를 보면 2톤 이상 3톤 미만은 약 7,700척, 3톤 이상 4톤 미만은 약 4,500척 그리고 4톤 이상 5톤 미만은 약 6,000척이다.

이론/모형

Table 3의 8가지의 저항성능 해석을 위해서 상용 점성 CFD 코드인 STAR-CCM+을 사용하였다. 본 내용에 사용된 수치기법의 상세한 내용은 Park et al.(2013), Park and Yoon(2014), Kim et al.(2016)을 참조하였다.
자유 수면을 고려하기 위해 VOF(volume of fluid)를 사용하여 다상 유동을 모델링 하였다. 유동장 계산은 동적 트림을 고려하기 위해 STAR-CCM+에서 제공하는 DFBI (Dynamic Fluid Body Interaction) 기법을 적용하였다. DFBI 기법은 선체의 자세 변화에 따라 계산 영역 전체가 이동 및 회전하는 방법으로, 선체의 침하량(sinkage)은 계산 영역 전체의 z 방향수직 이동으로 나타나며 트림은 계산 영역 전체의 y 방향회전으로 나타난다.

성능/효과

2) 1번 부가물의 경우 압력저항이 마찰저항보다 차지하는 비율이 큼을 알 수 있었다. 2번과 3번 부가물의 경우 압력저항과 마찰저항이 거의 대동 소이 함을 알 수 있었다.
2) 1번 부가물의 경우 압력저항이 마찰저항보다 차지하는 비율이 큼을 알 수 있었다. 2번과 3번 부가물의 경우 압력저항과 마찰저항이 거의 대동 소이 함을 알 수 있었다. 복수조합과 3가지 모두 부착된 경우 부가물 상호간의 상관관계는 매우 작음을 알 수 있었다.
3) 11노트에서 2번 부가물과 모든 부가물이 부착된 경우 유효마력 관점에서 약 9 % 차이를 보였다. 속도로 환산하면 0.
2번과 3번 부가물의 경우 압력저항과 마찰저항이 거의 대동 소이 함을 알 수 있었다. 복수조합과 3가지 모두 부착된 경우 부가물 상호간의 상관관계는 매우 작음을 알 수 있었다.

후속연구

아울러 부가물 서로 간에 어느정도의 저항을 주고 받는지 그 상관관계를 파악해 보는 것이다. 이러한 결과는 각각의 부가물 설계 단계에서 형상과 관련된 압력저항을 제어해야 하는지 아니면 형상의 크기와 관련된 마찰저항을 제어해야 하는지 등의 방향성 제시에 활용 가능할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선측 부력통은 부착 시 어떠한 역할을 하는가?	1의 No.1 Appendage)의 경우 선박의 횡경사시 부력 증가로 인해 선박의 급격한 기울기 증가를 방지하고 빌지킬(Fig. 1의 No.
	DFBI (Dynamic Fluid Body Interaction) 기법은 무엇인가?	유동장 계산은 동적 트림을 고려하기 위해 STAR-CCM+에서 제공하는 DFBI (Dynamic Fluid Body Interaction) 기법을 적용하였다. DFBI 기법은 선체의 자세 변화에 따라 계산 영역 전체가 이동 및 회전하는 방법으로, 선체의 침하량(sinkage)은 계산 영역 전체의 z 방향수직 이동으로 나타나며 트림은 계산 영역 전체의 y 방향회전으로 나타난다. 계산 시간 간격(time interval)은 △t=0.
	빌지킬(Fig. 1의 No.2 Appendage)과 선저킬은 부착 시 어떠한 역할을 하는가?	1의 No.3 Appendage)의 경우 횡동요저감과 운항성을 개선시키기 위해 부착한다고 알려져 있다. 그러나 이들 부가물에 대하여 유체동역학적 성능 검증은 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

참고문헌 (7)

Jeong, U. C., H. S. Kim, S. Y. Kwon and J. H. Choi (2015), Study of Hull Form Development of 5-Ton-Class Catamaran-Type Coastal Fishing Boat for Welfare Accommodation of Fishing Crew. Journal of Ocean Engineering and Technology Vol. 29, No. 6, pp. 405-410.

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Kim, I. S., D. G. Go and D. W. Park(2017), A Study on the Hull Form Design for Small Fishing Vessels, Journal of the Korean Society of Marine Engineering, Vol. 41, No. 4, pp. 316-322.

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Lee, S. H., Y. G. Lee and D. S. Kang(2006), A Study of Multi Hull Form Design for Small Leisure Fishing Vessels. Journal of the Korean Society for Marine Environmental Engineering, Vol. 9, No. 2, pp. 98-108.
Lee, H. J., K. W. Kim, K. H. Lee, S. Y. Kim, S. H. Kim, C. J. Kim, K. I. Choi and H. J. Jeon(2013), A Study on the Advanced Schemes on the Welfare Accommodation of Fishing Crew. Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries.
Park, D. W., S. B. Lee, S. S. Chung, H. W. Seo and J. W. Kwon(2013), Effects of Trim on Resistance Performance of a Ship, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 50, No. 2, pp. 88-94.

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Park, D. W. and H. S. Yoon(2014), Effects of Grid, Turbulence Modeling and Discretization on the Solution of CFD, Journal of the Korean Society for Marine Environmental & Safety, Vol. 20, No. 4, pp. 419-425.

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Yu, J. W., Y. G. Lee, A. S. Park, Y. J. Ha, C. K. Park and Y. C. Choi(2011), A Study on the Resistance Performance of Korean High-Speed Small Coastal Fishing Boat. Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 48, No. 2, pp. 158-164.

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