[논문]수치해석을 통한 고속활주선의 횡방향 Step적용 위치에 관한 연구

김병재; 김상원; 박근홍; 이경우; 조대환; 서광철

수치해석을 통한 고속활주선의 횡방향 Step적용 위치에 관한 연구
Study on the Transvers Step Application Location of High Speed Planning Hull by Numerical Analysis 원문보기

김병재 (목포해양대학교 대학원) , 김상원 (목포해양대학교 대학원) , 박근홍 (목포해양대학교 대학원) , 이경우 (목포해양대학교 조선해양공학과) , 조대환 (목포해양대학교 기관시스템공학부) , 서광철 (목포해양대학교 조선해양공학과)

기존 고속활주선의 마찰저항을 개선하기 위해 선저에 공기층을 형성하게 하는 계단형식의 선형변환이 연구되어 왔다. 그러나 활주선마다 다른 항주자세와 Step의 효과를 확인하기 위해서 적절한 위치에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 Step을 길이방향으로 적용시켰을 때 나타나는 항주자세의 변화, Step의 작용효과 및 마찰저항의 변화를 확인하였다.

In order to improve the frictional resistance of existing high-speed planning hull, a step-like linear transformation has been researched which forms an air layer on the bottom. However, there is a lack of research on the proper position to confirm the effect of Running Attitude and step on each position. In this study, we confirmed the change of the Running Attitude, the effect of the step and the change of the frictional resistance when the step was applied in the longitudinal location.

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문제 정의

본 연구를 통해 Step을 적용하는 고속활주선의 경우 선체에 따른 최적의 종방향 위치가 존재하며 공기유입 효과를 발휘하기 위해선 그에 맞는 높이가 필요함을 발견하였다.
본 연구에서는 CFD해석을 이용하여 Begovic and Bertorello (2014) 에서 수행한 모형시험 모델인 Warped Hull 2를 이용하여 수치해석 기법과 결과비교를 통해 정확성을 확인하고 Warped Hull 2에서 Step을 길이방향으로 적용시켰을 때 효과적인 위치를 확인하기 위해 연구를 수행하였다.

대상 데이터

Step의 Dimension을 정하기 위해 선행연구에 의해 제시된 기준인 B를 기준으로 기본 Dimension으로 정하였다. 그에 따라Step 위치는 선미로부터 1.0B ~ 2.0B 까지 0.25B 간격으로 Step의 높이는 2%B와 4%B 총 10 Case를 실시하였다.

이론/모형

CFD프로그램의 경우 Star-CCM+ 9.04버젼을 이용하였으며 수치해석 기법으로 Kim(2017)에서 검증한 기법을 사용하였다.

성능/효과

위 결과를 통해 본 연구에서 사용된 선박의 경우 2%B의 높이를 갖는 Step의 높이는 오히려 침수표면적을 증가시켜 저항값이 증가하는 것을 발견하였다. 4%B의 Step 높이는 1.0B 부근에서 Trim의 급격한 증가로 인해 침수표면적이 감소하여 생긴 결과로 확인하였다. 또한 2.
0B 부근에서 Trim의 급격한 증가로 인해 침수표면적이 감소하여 생긴 결과로 확인하였다. 또한 2.0B에서 항주자세의 변화가 없지만 공기의 유입효과로 인해 저항이 감소함을 확인하였다.
위 결과를 통해 본 연구에서 사용된 선박의 경우 2%B의 높이를 갖는 Step의 높이는 오히려 침수표면적을 증가시켜 저항값이 증가하는 것을 발견하였다. 4%B의 Step 높이는 1.
총저항의 경우 2%B의 높이에선 1.0B ~ 2.0B구간 전체에 걸쳐 기존 선형대비 높은 저항값을 갖는 것으로 확인하였다. 4%B의 경우 저항값은 기존 선형 대비 낮은 값을 보였다.
항주자세의 변화를 확인하기 위해 Trim 값을 확인해본 결과 2.0B에서 항주자세의 변화가 없는 것으로 확인하였다.

후속연구

향후 연구로 4%B높이의 Step의 위치를 2.5B구간까지 적용하여 다른 변화점이 있는지 확인할 예정이며 3%B의 높이에서도 추가적으로 수행할 예정이다.

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