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강하 위
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1 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea 제46권제1호 2009년 2월 Vol. 46, No. 1, pp , February 2009 DOI: /SNAK 한국저속소형연안어선의저항성능 지현우 *, 이영길 **, 강대선 ***, 하윤진 **, 최영찬 *, 유진원 * 인하대학교대학원선박공학과 * 인하대학교기계공학부선박해양공학전공 ** 선박안전기술공단 *** Resistance Performance of Korean Small Coastal Fishing Boat in Low-Speed Range Hyun-Woo Jee *, Young-Gill Lee **, Dae-Sun Kang ***, Yoon-Jin Ha **, Young-Chan Choi * and Jin-Won Yu * Dept. of Naval Architecture, the Graduate School of Inha Univ. * Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Inha Univ. ** Korea Ship Safety Technology Authority *** Abstract Korean small coastal fishing boats have the different kind of fisheries and customs against Japanese fishing boats. Those bring some influences on the principal parameters of hull form. In same displacement, Korean small coastal fishing boat has generally shorter length, draft and wider breadth than Japanese fishing boat. Furthermore, even though the parameters of each hull form are similar, it is known that the resistance performance of Korean small coastal fishing boat is worse than that of Japanese fishing boat. In this study, the representative hull forms of Korean and Japanese small coastal fishing boats are selected and compared to evaluate the resistance performance of Korean fishing boat in low-speed range. The hull form of the Korean fishing boat is modified as comparison with that of the Japanese fishing boat to confirm the partial characteristic differences between the hull forms and the resistance performances. The representative partial characteristics of hull form are the gradient of chine line, keel shape and stern length. The resistance performances of the modified hull forms are evaluated by INHAWAVE which is one of CFD program and model tests in towing tank. The results of the present study will be used to 접수일 : 2008년 9월 6일, 승인일 : 2009년 2월 17일 교신저자 : younglee@inha.ac.kr,

2 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 11 improve the resistance performance and to develop the practical hull form of Korean small coastal fishing boats as principal data in the preliminary hull form design of fishing boats. Keywords: Small coastal fishing boat( 소형연안어선 ), Low-speed( 저속 ), Resistance performance( 저항성능 ), Numerical simulation( 수치시뮬레이션 ), Partial characteristics of hull form( 선형의국부적특성 ) 1. 서론우리나라어선의설계및건조는비교적환경이열악한소형조선소에서거의경험에의존하여수행되어왔으며, 또한어선의선주들은큰문제가없는한새로운선형개발에따른건조비의증가보다는기존의선형을그대로유지하기를원하였기때문에어선의선형개선연구에는어려움이많았다. 한편, 국내외적어업환경은어업자원의감소, 유류비상승에따른채산성악화와 UN의국제해양법발효에따른배타적경제수역 (EEZ: Economic Exclusive Zone) 의선포, 국제무역기구 (WTO : World Trade Organization) 체제출범에따른수산물시장개방등의문제를겪고있다 (Kang 2006). 하지만최근사회전반에걸쳐웰빙 (well-being) 열풍이고조되면서수산물이건강식품으로한층더인식되어수산물소비가증가하고있고, 국내어업생산량, 특히양식어업생산량이크게증가함에따라수산물수입의존도가감소하였다 (Park 2007). 그리고해양레저선박의수요와연근해수자원고갈문제로복합어선이개발되는추세에있어우리나라어선에는새로운선형개발이요구되고있다 (Cho et al. 2002). 국내에서는연근해소형어선근대화사업및소형어선의마력추정과선형설계에관한연구, 우리나라어선의저항성능및선형요소에관한연구등, 어선의저항성능향상에관한많은연구가진행되었다 (Kim and Lee 1984, Lee 1984, Lee et al. 2006, Kang et al. 2007, Yu and Lee 2008). 그러나최근에는어선의안전성, 조업성과같은분야외의어선에관한연구가미미한실정이며, 특히저항성능에관한자료나연구는매우드물게이루어지고있는실정이다. 다른국가의어선선형에비하여우리나라어선과상대적으로선형측면에서유사성이많은일본에서는이미 1970 년대에어선의저항추정및우수한저항추진성능을가지는선형개발에관한연구가활발히수행되었다 (Tsuchiya 1972, Kang 2006). 우리나라어선도선형의검토를통한저항성능향상이요구되며, 특히저항성능이우수한어선의선형에관한연구가선행된일본어선의연구결과를활용하여새로운선형개발이필요하다. 더구나, 우리나라어선은작업성이나안전성이우수한선형이선호받고있었으나, 최근유가상승에따른선속과저항성능에대한관심이높아지면서이와같은연구의필요성이고조되고있다. 우리나라어선은일본어선과관습적인선형의차이, 조수간만의차이, 갯벌, 파도와같은해양환경의차이, 그리고어업의종류등이다르기때문에, 일본어선의선형을있는그대로참고하여우리나라어선의선형개선에사용할수는없다. 하지만우리나라어선과일본어선의선형적차이점을고려한선형설계를수행하여, 변화된저항성능을검토하고국내의어업환경조건에만족여부를확인함으로써, 저항성능이보다우수한한국형어선선형의개발이가능할것이라판단된다. 본연구는한국저속소형연안어선과일본어선의선형적특성을서로비교하고, 이를통하여우리나라어선선형을보정한후저항성능의변화를검토하여, 우리나라어선선형에대한개략적인선형개선방향에대하여알아보고자한다. 2. 한국의저속소형연안어선과일본어선의비교 2.1 연구대상선형선정 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

3 12 한국저속소형연안어선의저항성능 본연구에서는, 연구대상의선박을선정함에있어서차인선 (chine line) 이있는한국과일본의대표적어선을선정하였다. 차인선형의어선은둥근바닥선형의어선에비하여저항성능은그리좋지못하나, 소형조선소의경우에차인선형의건조비가약 30% 정도더절약됨과함께기타성능의차이는별로크지않아 (Lee and Lew 2004) 우리나라연안에대부분분포하고있다. 일본의대상어선 (Japanese fishing boat) 으로는, 과거어선저항성능의통계해석을위한자료로사용되었었으며, 일본에서가장많이분포되어있는, 배수량 톤의차인선이있는소형 FRP 어선선형 (Tsuchiya 1972) 을선정하였다. 한국의대상어선 (Korean fishing boat) 으로는국내연안어선중에가장많이건조되어오고있는총톤수 4.99 톤, 배수량 톤의서해안연안유자망표준어선 (Korea Ship Safety Technology Authority 1995) 을선정하였다. 현재국내연안에는 25knots 이상의비교적고속영역에속하는어선들도상당수존재하지만, 기존의모형선, 실선자료보유상태, 25knots 이상의속력에서저항추진성능이급격히저하될수있는가능성도고려하여 (Lee and Oh 1997), 본연구에서는 저속연안어선 을대상선형으로결정하였다. 여기서 저속연안어선 은국내에서많이건조또는분포하는어선들의속력범위중에서 20knots 미만의비교적낮은속력의영역에속하는어선을말한다. 2.2 주요선형요소들을이용한저항성능의비교 Table 1은본연구에서대상어선으로선정된우리나라어선과일본어선의주요선형요소들과그것들에의한주요비율 (ratio) 들을나타낸것이다. 두선형의비교시배수량을맞춰주고자상대적으로배수량이큰일본어선을우리나라어선의배수량에맞춰축소한후에그선형과우리나라어선의선형을비교 검토하도록한다. 편의상, 앞으로본문에서언급되는일본어선은축소된어선 (Table 1의 Japanese-scale down(scale:1/1.2)) 을의미한다. Table 1에서우리나라어선과일본어선을비교하면, 우리나라어선이상대적으로배의길이 Table 1 Comparison of the principle dimensions of the hull forms Principle dimension Korean fishing boat Japanese fishing boat Japanese -scale down (scale:1/1.2) Minimal Resistance fishing boat L WL(m) B(m) B C(m) T(m) (ton) (m 3 ) L CB(%) WSA(m 2 ) C B C P L WL/ 1/ B C/ 1/ B C/T Design speed (Knots) (L WL) 가짧고, 흘수 (T) 가깊으며, 폭 (B) 이넓고방형비척계수 (C B) 가크다. 따라서이러한차이에의하면, 일반적으로우리나라어선이일본어선에비하여저항성능측면에서그다지좋지못할것으로예측된다. 선형요소를이용하여우리나라어선과일본어선의저항성능을각각추정하고자, 일본어선선형에기초한유효마력추정프로그램 FISH202(Tsuchiya 1972, Lee 1984) 와한국어선의특성에맞는유효마력추정프로그램 FISH-K(Kang 2006, Lee et al. 2006) 를사용하였다. Fig. 1에서프로그램을이용한유효마력의추정결과들과모형시험을통하여얻어진유효마력들을그래프로나타내고있다. 여기서 Fn 은정지시배수용적의세제곱근을이용한 Froude 수를나타낸다. FISH-K 에의한우리나라어선의추정유효마력이모형시험값과전속력범위, 특히설계속력 (Fn =1.6) 에서거의일치함으로써 FISH-K 의정확성을확인할수있다. 한편일본어선의모형시험을수행한결과역시, FISH202 에의하여추정된값과유사함을보여주었으며, 이로써 FISH-K 나 FISH202 에의한유효 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 13 (a) Korean fishing boat(fn =1.6) Fig. 1 Comparison of the EHP curves between the Korean and Japanese fishing boats 마력추정의정도가비교적높은신뢰도를주고있음을확인하였다.

그러나우리나라어선의 FISH202 에의한유효마력추정값은일본어선의추정및실험에의한값과매우근접하고있어서, 우리나라어선과일본어선의저항성능을비교함에있어유효마력의추정에사용된선형요소의비율들외의다른선형적특성의검토가요구됨을예측할수있다. 2.3 모형시험우리나라어선과일본어선의저항성능을보다자세히파악하기위하여모형시험을수행하였다. 각선형들의모형시험은 Fn =0.4 에서 2.

4 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 13 (a) Korean fishing boat(fn =1.6) Fig. 1 Comparison of the EHP curves between the Korean and Japanese fishing boats 마력추정의정도가비교적높은신뢰도를주고있음을확인하였다. 우리나라어선의유효마력이일본어선의그것에비하여약 20% 큼으로써상대적으로우리나라어선의저항성능이좋지못함을확인하였다. 각각의추정프로그램을통하여추정된우리나라어선과일본어선의유효마력비교에있어, 마력추정에사용되는선형요소의비율들은비슷하나추정된유효마력에서는크게차이를보이고있다. 그러나우리나라어선의 FISH202 에의한유효마력추정값은일본어선의추정및실험에의한값과매우근접하고있어서, 우리나라어선과일본어선의저항성능을비교함에있어유효마력의추정에사용된선형요소의비율들외의다른선형적특성의검토가요구됨을예측할수있다. 2.3 모형시험우리나라어선과일본어선의저항성능을보다자세히파악하기위하여모형시험을수행하였다. 각선형들의모형시험은 Fn =0.4 에서 2.0 까지에걸쳐서수행되었으며, 그에따른전저항계수 (C T), 잉여저항계수 (C R), 트림 (Trim) 그리고침하량 (Sinkage) 의변화들이비교되었다. Fig. 2는설계속력에서우리나라어선과일본어선의모형시험사진이다. 우리나라어선이일으키는파도및파고가일본어선의그것들보다더큼을확인할수있다. 우리나라어선과비교하여, 일 (b) Japanese fishing boat(fn =1.6) Fig. 2 Photographs of the Korean and Japanese fishing boat during the model test in towing tank 본어선의경우선수에서발생하는 spray 가다소감소하였다. 이러한파형차이의결과는 Fig. 3(a) 의잉여저항계수에서확인할수있다. Fig. 3(a) 는속력에따른전저항계수와잉여저항계수를나타낸것이고, Fig. 3(b) 는트림과침하량의무차원값 (T*g/V 2, S*g/V 2 ) 을나타낸것이다. 우리나라어선의전저항계수와잉여저항계수는각각 20%, 25% 정도일본어선보다크게계측되었고, 침하및트림의경향은유사함을보여주고있다. 또한 Fn =0.4 에서의잉여저항계수를보면, 저속영역이므로조파저항이거의없거나매우작다고볼수있으므로, 그림에서보면우리나라어선과일본어선모두형상저항이그리크지않음을알수있다. 따라서설계속력에서는저항성분들중에서형상저항보다조파저항이차지하는부분이대부분일것으로판단된다. 한편, 선행된연구 (Kang et al. 2007, Yu 2007) 에서의저항저감선 (Table 1의 Minimal Resistance fishing boat, 참고문헌에서는저항최소화선형으로표현됨 ) 은우리나라어선에걸리는저항을감소 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

5 14 한국저속소형연안어선의저항성능 (a) C T and C R Fig. 4 Comparison of the EHP curves for the three hull forms by ship model test 이를통하여우리나라어선의저항성능을향상시키기위해서는선형요소들외의다른선형적인특성의변화가필요함을확인할수있겠다. (b) Trim and Sinkage Fig. 3 Comparison of the model test results between the Korean and Japanese fishing boats 시킬수있도록, 선형요소들을보정하여선형설계를수행한것으로서, 모형시험을통하여얻어진유효마력을우리나라어선, 일본어선의유효마력과비교하면 Fig. 4와같다. 여기서저항저감선의선형요소들은우리나라어선보다일본어선의선형요소에더욱근접함을 Table 1에서확인할수있다. 그럼에도불구하고, 설계속력에서저항저감선과일본어선과의유효마력차이가약 11% 발생한다. 2.4 선형의비교우리나라어선과일본어선의길이, 폭, 흘수, 방형비척계수등과같은선형요소들차이외의선형특성을알아보고자두어선의선형을직접비교해보았다. Fig. 5는우리나라어선과일본어선의선도를비교한것이며, 이것을통하여가장두드러지게구분되는차인선형상, 용골형상, 선미길이 (stern length) 에따른선형특성의차이가있음을알수있다. 여기서선미길이라함은용골이끝나는위치에서부터선미 profile 과설계흘수선이만나는점까지의선체길이방향거리로정의한다. Fig. 5(a) 에있는두어선의정면도상에서선수부차인선의형상을비교해보면, 우리나라어선은각스테이션 (station) 에서차인의폭이넓은반면깊이가깊지못하며, 오목 (concave) 한형상을보인다. 반면일본어선의경우차인선이거의직선 (straight) 이며, 선수수선상에서차인선의끝이설계흘수선과만나는형상을보인다. 또한용골형상이우리나라어선은일본어선에비하여상대적으로폭이넓고, 깊이가깊지못한경향을보인다. Fig. 5(b) 를보면, 우리나라어선은일본어선에비 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

6 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 15 Table 2 The cases of the modification of the hull forms (a) Body plan Modification case Part of modification #1 chine line #2 keel shape #3 stern length #4 chine line, keel shape and stern length (b) Profile Fig. 5 Comparison of the hull forms between the Korean and Japanese fishing boats 해선미길이가짧으며, 이와같은차이가배의길이에도영향을미침을알수있다. 따라서우리나라어선과일본어선이큰차이를보이고있는위의세가지선형특성들을반영하여, 우리나라어선에대한선형특성의보정을수행한다. 3. 선형의보정우리나라어선과일본어선과의비교를토대로선형들의차이를보정하여, 어선의저항성능차이를파악하고자한다. 우리나라어선의보정선형들에대하여 Table 2에보정된부분에따른번호 (Modification case) 를붙여나타내었다. Fig. 6은차인선형상을오목한형상에서직선의형상으로바뀌도록보정한것이며, 이때차인선형상의변화에따라각스테이션에서차인의폭이좁아지고깊이가깊어지게된다. 선수부의차인선을변화시킴으로써기존의선형보다저항성능을개선시키는연구는 Lee et al.(2004) 에의하여선행된바가있으나, 본논문에서는일본어선의차인선형상을참고하여변화시킴으로써보다구체적으로저항성능비교를하고자한다. 차인선 Fig. 6 Comparison of the body plans between the Korean fishing boat and the modification case #1 형상변화에따른각스테이션에서차인의폭과깊이는 Kim and Lee(1984) 의선체전반부횡단면형상을변화시키는방법을참고하여수정하였다. 우리나라어선과일본어선을비교한결과선미부의차인선형상은선수부에비하여거의차이가없어, 선미차인의폭과깊이는변화시키지않았다. Fig. 7은일본어선의용골과같게되도록우리나라어선의용골형상을보정한경우로, 일본어선의용골형상을그대로우리나라어선의용골형상에적용하여, 용골폭을좁히고깊이를깊게보정하였다. Fig. 8은우리나라어선의선미선형을일본어선에근접하도록선미길이를보정한경우이다. 구체적으로일본어선의선미길이가우리나라어선보다 0.38m 길기때문에우리나라어선의선미길이를이에맞추어길게보정하였다. 선형보정에따라발생되는배수용적차이는선 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

16 한국저속소형연안어선의저항성능 체의흘수를낮추거나높여주어, 보정전후배수용적에변화가없도록하였다. Table 3은보정에따른흘수변화량및최종흘수를나타내고있다. 4. 저항성능검증우리나라어선, 일본어선그리고보정선형들에대한저항성능의차이를확인하기위해, 수치계산을수행하였다.

7 16 한국저속소형연안어선의저항성능 체의흘수를낮추거나높여주어, 보정전후배수용적에변화가없도록하였다. Table 3은보정에따른흘수변화량및최종흘수를나타내고있다. 4. 저항성능검증우리나라어선, 일본어선그리고보정선형들에대한저항성능의차이를확인하기위해, 수치계산을수행하였다. 수치계산은유한차분법 (Finite Difference Method) 의하나인 MAC(Marker And Cell) 법에기초를둔선체주위의유동을계산하는 INHAWAVE(Cho et al. 1991, Kwon and Lee 2007) 를이용하였다. 우리나라어선의설계속력에맞춰수치계산이수행되었으며, 일본어선과보정선형들의계산조건으로침하량과트림은우리나라어선에대한모형시험시의조건과같게하였다. Fig. 7 Comparison of the body plans between the Korean fishing boat and the modification case #2 Fig. 8 Comparison of the profile plans between the Korean fishing boat and the modification case #3 4.1 우리나라어선과일본어선의저항성능검토 Fig. 9(a) 는우리나라어선과일본어선의선체측면의파형과선체표면압력분포이며, Fig. 9(b) 는자유수면의등파고선들을비교한것이다. 일본어선의선수파정의위치가우리나라어선에비하여뒤쪽으로밀려나있어, 선수부에서의조파저항이상대적으로줄어들것으로예측할수있다. 수치계산의시간에따른압력저항계수들의변화를 Fig. 10에나타내고있다. 동일한배수량하에서우리나라어선의압력저항이일본어선에비하여약 25% 정도높음을확인할수있다. 2.3 절의 Fig. 3에서와같이, 모형시험을통하여확인된우리나라어선과일본어선의저항성능차이와정성적으로비슷함을보이고있다. Table 3 Differences of the parameters for the modification cases Case #1 Case #2 Case #3 Case #4 흘수변화량 (m) 변화율 (%) 최종흘수 (m) (a)wave height profiles and pressure distributions 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 17 에위치함을알수있고, Fig. 12(b) 의파고분포에있어서파고가높은부분의면적이우리나라어선보다더적음을확인할수있다.

9 Comparison of the numerical simulation results between the Korean and Japanese fishing boats Fig.

10 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Korean and Japanese fishing boats 4.

보정된선형은정면도에서보았을때차인선의형상이직선에가깝게변하면서중앙에서선수쪽으로갈수록차인폭이더욱좁아졌기때문에, 그로인하여보정전에비해높은압력의분포영역이선체앞쪽에집중되고, 그면적은줄어들게된다.

8 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 17 에위치함을알수있고, Fig. 12(b) 의파고분포에있어서파고가높은부분의면적이우리나라어선보다더적음을확인할수있다. 이러한원인으로인하여, 보정선형이우리나라어선에비하여약 19% 정도압력저항이감소되었음을 Fig. 13에서확인할수있다. (b) Wave contours Fig. 9 Comparison of the numerical simulation results between the Korean and Japanese fishing boats Fig. 11 Comparison of the pressure distributions between the Korean fishing boat and the modification case #1 Fig. 10 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Korean and Japanese fishing boats 4.2 차인선형상이보정된선형의저항성능검토 Fig. 11은우리나라어선과차인선형상을보정한선형의선수부에서받는선체표면압력분포를나타낸것이다. 보정된선형은정면도에서보았을때차인선의형상이직선에가깝게변하면서중앙에서선수쪽으로갈수록차인폭이더욱좁아졌기때문에, 그로인하여보정전에비해높은압력의분포영역이선체앞쪽에집중되고, 그면적은줄어들게된다. 이것은선체표면에작용하는압력의적분값, 즉압력저항이줄어들것임을의미한다. 또한, Fig. 12(a) 의선수부파형을보면우리나라선보다보정선형의파고가상대적으로뒤 (a) Wave height profileand pressure distributions (b) Wave contours Fig. 12 Comparison of the numerical simulation results between the Korean fishing boat and the modification case #1 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

14에서와같이선미부에서선체표면의유선 (streamline) 을보면, 보정선형은보정전에비하여선미부에서유선이더부드럽게되어짐을확인할수있다. 이로인하여, Fig. 15에서보여지는것과같이, 보정전에비하여약 4% 의압력저항저감효과가발생한것이라판단되어진다. 4.4 선미길이가보정된선형의저항성능검토선미길이를보정한선형은배수량이동일한채로수면에서의배길이가늘어났기때문에, 보정전에비하여저항성능이좋아질것으로예측된다.

9 18 한국저속소형연안어선의저항성능 Fig. 13 Comparison of the pressure resistance coefficients between Korean fishing boat and modification case #1 Fig. 15 Comparison of the pressure resistance coefficients between Korean fishing boat and modification case #2 4.3 용골형상이보정된선형의저항성능검토용골형상을보정한선형은보정전과비교하여, 선체표면압력분포와파형및파고분포등은거의일치한다. 하지만, Fig. 14에서와같이선미부에서선체표면의유선 (streamline) 을보면, 보정선형은보정전에비하여선미부에서유선이더부드럽게되어짐을확인할수있다. 이로인하여, Fig. 15에서보여지는것과같이, 보정전에비하여약 4% 의압력저항저감효과가발생한것이라판단되어진다. 4.4 선미길이가보정된선형의저항성능검토선미길이를보정한선형은배수량이동일한채로수면에서의배길이가늘어났기때문에, 보정전에비하여저항성능이좋아질것으로예측된다. Fig. 16(a) 에서보정전에비하여보정선형은선미부선체표면에서약간의자유표면상승효과를가져왔으며, Fig. 16(b) 에서보여지는것과같이유선들도더욱부드럽게개선되었음을확인할수있다. 이로인하여, 보정전에비하여보정선형의압력저항이약 4% 정도감소하는효과가발생함을 Fig. 17에서확인할수있다. Fig. 14 Comparison of the streamlines near stern between the Korean fishing boat and the modification case #2 (a) Wave height profile 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 19 (b) Limited streamlines Fig. 16 Comparison of the numerical simulation results between the Korean fishing boat and the modification case #3 Fig.

17 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Korean fishing boat and modification case #3 Fig.

10 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 19 (b) Limited streamlines Fig. 16 Comparison of the numerical simulation results between the Korean fishing boat and the modification case #3 Fig. 18 Comparison of the pressure distributions between the Korean fishing boat and the modification case #4 Fig. 17 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Korean fishing boat and modification case #3 Fig. 19 Comparison of the wave height contours between the Korean fishing boat and modification case #4 4.5 세가지선형특성이동시에보정된선형의저항성능검토세가지선형특성차이를모두적용하여보정된선형의경우, 선체표면압력분포 (Fig. 18) 를보면, 차인선형상만을보정한선형과비슷한경향을보인다. 즉높은압력의분포영역이선체앞쪽에집중되고면적은줄어들었다. 또한선체주위의등파고선도를비교한그림 (Fig. 19) 을보면, 보정후의선수부차인폭이좁아짐에따라, 보정 전에비하여항주시선수부에서파를적게생성하며, 파의발산각도가작아졌음을알수있다. Fig. 20에서보여지는것과같이, 보정선형의경우약 19% 의압력저항저감효과가나타난다. 압력저항이감소된요인은차인선형상이보정된선형의경우와같을것으로판단되며, 용골과선미길이에의한영향은크지않을것으로예측된다. 실제로용골형상이나선미길이만이각각보정된선형의경우저항감소효과가크지않기때 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

11 20 한국저속소형연안어선의저항성능 Fig. 20 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Korean fishing boat and the modification case #4 Table 4 Comparison of the resistance performances for hull forms Korean fishing boat Japanese fishing boat Modification case #1 Modification case #2 Modification case #3 Modification case #4 압력저항계수값 압력저항감소율 (%) 전저항감소율 ( 추정, %) 문에, 세가지경우를동시에적용한경우에도이들의영향이크지않은것으로생각된다. 또한세가지선형특성을원래의선형과같은흘수를유지하면서보정한경우는우리나라어선보다배수용적이 0.73m 3 줄어들어, 보정선형에대해서는우리나라어선과배수용적을같게하기위하여흘수를 0.029m 높여주었다. 이로인하여선수부의파고가높아져서용골과선미길이보정에따른저항감소효과를상쇄시켰을것으로생각된다. 4.6 우리나라어선, 일본어선, 보정선형들의저항성능비교우리나라어선과일본어선그리고보정선형들의저항성능을비교 정리하였다. 각선형들의압력저항계수, 우리나라어선을기준으로한압력저항감소율과전저항감소율 ( 추정 ) 을 Table 4에나타내었으며, Fig. 21에서압력저항과전저항에대한상대적인비교를보여주고있다. 설계속력에서전저항의 70% 이상을압력저항이차지한다고가정하여전저항감소율을추정하였으며, 이는우리나라어선과일본어선의모형시험결과를통하여유추하였다. 따라서우리나라어선의선형특성을보정한경우, 압력저항이최대 19% 감소함에따라전저항은 15% 이상감소할것으로예측된다. Fig. 21 Comparison of the pressure and total resistance between the Korean fishing boat and the others 5. 보정선형들의기타성능검토보정된선형들은우리나라의복원성기준, 선박안전법, 조업성, 관습및기타환경적요인에적합한지검토되어야할것이다. 우리나라어선과보정선형들과같은차인선형은둥근바닥형보다저항추진성능이다소떨어지나, 복원성이나조업성등의측면에서는유리한면이있다. 또한어민들이오래전부터이선형에익숙해있고, 특히넓은갑판면적과우수한복원성의장점으로아직도많은어민들이선호하고있는실 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

12 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 21 정이다 (Lee and Oh 1997). 복원성및안정성을알아보기위하여 G OM( 횡메타센터 ), 한계경사각등을직접계산해야하는데, G/T 5톤미만어선의경우 소형여객선기준 을적용받아별도로만들어진조건식에의하여승선인원을한정하는방법으로복원성평가를대체하였다 (Kang 2006). 본연구에서는선형요소를보정한것이아니므로, 조건식을통한보정선형들에대한복원성평가는대상선과크게차이가없음을예측할수있다. 또한 Kwon and Lee(2007) 에의하여선박길이 24미터미만에속하는한국의저속소형연안어선인경우, GoM 은 0.35m 또는식 (3) 에의한값중큰값이상이어야한다. G 0 M 0.117B ( B D ) + [ ( T D ) T D ] B (1) 보정선형들의선형요소를식 (1) 의우변에대입하여얻어진값들은 0.35m 보다작아, 보정선형들은 0.35m 이상의 GoM 값이요구된다. 우리나라어선의보정전 GoM 값은 0.67m 이며, 보정선형들이우리나라어선의선형요소가아닌선형특성만을보정하였기때문에, 보정선형들의 GoM 값이보정전과크게다르지않을것이라예측된다. 보정전의 GoM 값은위의복원성기준보다상당히큰수치이므로, 보정선형들역시복원성에문제가없을것이라판단된다. 조업성측면에서는속력, 조종성, 내항성, 항행범위등고려해야할사항들이여러가지이다. Kang(2006) 의연구를참고하여, 내항성을중심으로조업성을검토해보도록한다. 내항성은파도의파장과배의선형요소와관계를갖게되는데, 파장이배의크기에비하여비교적상대적으로길면선박은파면과같이움직이게되어움직임이커지고, 파장이매우짧아지면배의움직임이거의없어지게된다. 이것은선박의길이등에대한상대적인파장의길이에따라변하는것이기때문에선박의톤수가같더라도길이가긴선박이내항성능에서유리하다. 길이가같은경우는뚱뚱 한선박이유리한데이는파랑하중과관련되어있다. 이러한것들을계수화하여정리한것에 Seakeeping index 가있다. 본연구에서는 Andrew and Liu(1992) 의 Seakeeping 에대한회귀해석식을활용하였다. 회귀해석식은아래와같으며 heave 와 pitch 의움직임에한하여일반적인선형에적용가능하고, 두가지움직임에대하여상대적인자료로서활용가능하며, R f 값이클수록두가지움직임이안정적인것으로알려져있다. R f = C 4 p LCB C L/B L/T LCF (2) 여기서, Rf : Seakeeping Index Cw : Waterplane coefficient LCF : Longitudinal center of Floatation (Fwd. L WL/2, LCF(x)/L WL 100) 위의회귀해석식 (Andrew and Liu) 에의하여, 본연구의우리나라어선과유사한선형들의 R f 값은 17.4 에서 52.2 에걸친값들을보이고있으며, 보정선형들은 29.9 에서 30에걸친값들을보이고있다, 보정선형들의 R f 의값은비교적평균적인범위에속하는것으로, 이를통하여보정선형들의내항성에도문제가없을것으로판단되어진다. 6. 결론 우리나라저속소형연안어선의저항성능을향상시키고자일본어선과의비교를통하여선형을보정하였고, 수치시뮬레이션을수행하여변화된저항성능을검토하였다. 이하그과정과결론을요약하였다. 1. 우리나라저속소형연안어선의저항성능을향상시키기위해주요선형요소를보정하는방법이선행되었으나, 더높은저항성능향상을위해서는선형특성도보정되어야한다. 2. 우리나라어선이일본어선과선형특성의차이가큰부분은차인선형상, 용골형상, 선미 Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

13 22 한국저속소형연안어선의저항성능 길이이다. 이특성들에대해보정한후저항성능의변화를검토한결과, 선수부차인선형상을보정한경우가 19% 정도의가장큰압력저항감소효과를볼수있었다. 우리나라어선의용골형상과선미길이를보정한경우각각약 4% 의압력저항감소를확인할수있어, 차인선형상을보정한경우에비하여그영향이미미하며, 3가지경우를동시에보정한경우에도그효과들이별로크지않음을알수있었다. 3. 보정선형들의모형시험을통하여저항성능에관한정도높은검토가필요하며, 또한수치계산결과와비교해볼필요가있다. 또한, 최근 20knots 이상의비교적고속영역의어선이많이건조되는추세이므로, 이러한속력범위의대표적인선형을선정하여선형특성의보정을통한저항성능의변화를확인할필요가있다. 그리고선행연구에서우리나라어선의선형요소들을보정함으로써저항성능향상효과를얻은저항저감선형에선형특성의보정을추가함으로써보다큰저항성능의향상을기대해본다. 4. 선형의보정으로저항성능이향상된어선이한국의어업환경과복원성, 안전성, 조업성등의요건에만족할수있는지의여부에대하여좀더연구를진행한다면, 본연구의선형보정방법이저항성능이우수한한국형소형연안어선의설계에유용하게활용될수있을것으로기대한다. 후기이논문은 2008 학년도정부 ( 교육인적자원부 ) 의재원으로한국대학교육협의회대학교수국내교류연구비지원에의한것임. 참고문헌 Andrew, Z. and Liu, S.J Optimization of hull form for seakeeping performance, The Fifth International Symposium on Practical Design of Ship and Mobil Units. Cho, J.H., Park, C.H., Back, Y-S. and Kang, B.Y., 2002, "A Study on The Hull Form Development Plan of Multi-purpose Costal Small Ship," Proceeding of the Annual Spring Meeting, KSOE, pp Cho, K.J., Lee, K.H. and Lee, Y.G., 1991, "A Numerical Simulation of Ship Waves by Finite Difference Method," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 28, No. 2, pp Kang, D.S., 2006, "A Study on the Estimation of Effective Horsepower and a Design Method of Hull Form with Minimal Resistance for Korean Small Fishing Vessels," A doctoral dissertation, Graduate school of Inha University. Kang, D.S., Yu, J.W. and Lee, Y.G., 2007, "A Study on the Hull Form Design with Minimum Resistance for Domestic Coastal Fishing Boats," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 4, pp Kim, H.C. and Lee, Y.G., 1984, Research on the modernization of small fishing boats, KIMM. Korea Ship Safety Technology Authority, 1995, "A STUDY FOR THE DEVELOPMENT OF STANDARD FISHING VESSEL(Ⅲ)," 1995, MARITIME AFFAIRS & PORT OFFICE. Kwon, S.Y, and Lee, H.J., 2007, A Study on the Stability Criteria of Small Vessels, Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 44, No. 3, pp Lee, D.H. and Lew, J.M., 2004, "A Study on the Characteristics of Hull Form of Small Fishing Boat," Proceeding of the Annual Spring Meeting, SNAK, pp Lee, D.H., Lew, J-M., Kim, B.M., Kim, M.H., Yang, Y.H. and Lee, S.Y., 2004, "Improvement of Hull Form of a Small Fishing Boat and Development of Three-Dimensional Digital Mock-Up," Proceeding of the Annual Spring 대한조선학회논문집제 46 권제 1 호 2009 년 2 월

지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 23 Meeting, SNAK, pp. 1-5. Lee, K.J. and Oh, H.T.

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14 지현우, 이영길, 강대선, 하윤진, 최영찬, 유진원 23 Meeting, SNAK, pp Lee, K.J. and Oh, H.T., 1997, A Study on the development of resistance and pitching improving device for high speed fishing vessel, Bulletin of the Korean Society of Ocean Engineers, Vol. 11, No. 3, pp Lee, Y.G., 1984, "A Study on the EHP Estimation and Design Procedure of Small Fishing Boat's Hull Form," Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 21, No. 3, pp Lee, Y.G., Yu, J.W., Kim, K.S. and Kang, D.S., 2006, "A Study on the Effective Horsepower Estimation for Domestic Coastal Fishing Vessels," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 43, No. 3, pp Park, G.O., Kim, D.J., Park, J.H. and Choi, B.M., 2005, "A Study on the Performance of the Traditional Korean Fishing Boats from the View Point of Modern Sailing Boat Design," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 42, No. 1, pp Park, K.S., 2007, "A trend of the marine products(written by Korean)," Korea Maritime Institute, No. 1247, pp Tsuchiya, T., 1972, "New Statical Regression Analysis for Fishing Boat Hull Resistance," Journal of Soc. Nav. Architects of Japan, Vol. 132, pp Yu, J.W., 2007, An analysis on the resistance performance of minimal resistance hull form for a fishing boat, A master's dissertation, Graduate school of Inha University. Yu, J.W. and Lee, Y.G., 2008, "A Study on the Bow Wave Characteristics for the Resistance- Minimized Hull Form of Small Fishng Boat," Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 45, No. 2, pp < 지현우 > < 이영길 > < 강대선 > < 하윤진 > < 최영찬 > < 유진원 > Journal of SNAK, Vol. 46, No. 1, February 2009

대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 48, No. 2, pp , April 2011 DOI : / SNAK 한국고속소형연안어선의저항

대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 48, No. 2, pp. 158-164, April 2011 DOI : 10.3744 / SNAK.2011.48.2.158 유진원 1 이영길 2, 박애선 1 하윤진 1 박정규 1 최영찬 1 인하대학교대학원조선해양공학과 1 인하대학교기계공학부조선해양공학전공