MMG 모델을 이용한 제한수로를 운항하는 선박의 조종성능 추정에 관한 연구 :

김현철

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자료유형: 학위논문

저자정보: 김현철 (인하대학교, 인하대학교 대학원)

지도교수: 김상현

발행연도: 2019

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2019

MMG 모델을 이용한 제한수로를 운항하는 선박의 조종성능 추정에 관한 연구

김현철 조선해양공학과 2019.01 학위논문

MMG 모델을 이용한 제한수로를 운항하는 선박의 침로안정성능 추정에 관한 연구

김현철 , 김인태 , 김상현 외 1명 한국항해항만학회지 2019.01 학술저널

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선박이 제한수로를 운항할 때에는 기존 심수 및 천수 중을 운항하는 선박의 조종특성과 일반적으로 다르다. 특히 운화와 같은 좁은 수로를 운항하는 선박의 경우 침로 안정성능 추정이 중요하다.
본 연구에서는 제한수로를 운항하는 선박의 조종성능을 추정하기 위해 가상구속모형시험을 통한 조종운동 방정식과 유체력 미계수를 이용하여 조종성능을 추정하였다. 조종 수학 모델 중 선체, 프로펠러, 타를 분리하여 유체력을 모델링하는 방식인 모듈형(modular type) 모델에 제한수로의 영향을 고려하는 항을 추가하여 제한수로 중 조종성능을 추정 연구를 수행하고자 한다.
대상 수로는 국내에 존재하는 제한수로인 경인 아라뱃길로 지정하였고 그 수로를 운항하는 선종 중 하나인 컨테이너선을 대상 선종으로 지정하였다. 제한수로 중 선체에 작용하는 유체력 미계수를 도출하기 위하여 STAR-CCM+를 이용한 가상 구속모형 시뮬레이션을 수행하였다. 그리고 제한수로의 영향이 고려된 조종 시뮬레이션 모델을 구축하였다.
최종적으로 제한수로 중 직진 시뮬레이션과 Zig-zag 시뮬레이션을 수행하여 제한수로의 영향이 고려된 조종 시뮬레이션의 유효성을 확인하였다. 특히 선박의 침로 안정성능을 평가하기 위해 Zig-zag 시험을 수행하는데, 제한수로에서는 측벽의 영향으로 Zig-zag 시험을 통한 침로 안정성능 평가가 힘듦을 확인하였다.

1. 서 론
1.1. 연구 배경 1
1.2. 기존 연구 3
1.3. 연구 목적 및 연구 내용 5
2. 선박의 조종운동
2.1. 조종운동 수학모델 7
2.1.1. 좌표계 7
2.1.2. 제한수로 중 조종운동 방정식 9
2.1.3. 선체에 의한 동유체력 10
2.1.4. 프로펠러에 의한 동유체력 12
2.1.5. 타에 의한 동유체력 14
3. 제한수로 중 가상 구속모형 시뮬레이션
3.1. 대상선 및 시뮬레이션 조건 17
3.1.1 대상선 17
3.1.2 시뮬레이션 조건 18
3.2 수치해석 방법 20
3.2.1 계산 영역 20
3.2.2 격자 및 계산 기법 21
3.2.3 경계 조건 23
3.3 가상 구속모형 시뮬레이션 검증 24
3.3.1 시뮬레이션 조건 24
3.3.2 격자 수렴성 검토 26
3.3.3 결과 비교 및 검증 27
3.3.4 고찰 31
3.4 제한수로 중 유체력 미계수 추정 33
3.4.1 정적 편류각 시뮬레이션 결과 33
3.4.2 순수 좌우동요 시뮬레이션 결과 38
3.4.3 순수 선수동요 시뮬레이션 결과 39
3.4.4 선수동요 편류각 시뮬레이션 결과 41
3.4.5 수로 중심선으로부터 떨어진 거리에 따른 유체력 계측 시뮬레이션 결과 43
4. 제한수로 중 조종성능 추정
4.1. 제한수로를 고려한 조종 시뮬레이션 모델 46
4.1.1 시뮬레이션 모델 알고리즘 46
4.2. 제한수로 중 조종 시뮬레이션 48
4.2.1 조종운동 시뮬레이션 48
4.2.2 제한수로 중 조종 시뮬레이션 결과 고찰 57
5. 결론 59
참고문헌 61

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