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상아 경
4 years ago
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1 저작자표시 - 동일조건변경허락 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 이차적저작물을작성할수있습니다. 이저작물을영리목적으로이용할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 동일조건변경허락. 귀하가이저작물을개작, 변형또는가공했을경우에는, 이저작물과동일한이용허락조건하에서만배포할수있습니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우, 이저작물에적용된이용허락조건을명확하게나타내어야합니다. 저작권자로부터별도의허가를받으면이러한조건들은적용되지않습니다. 저작권법에따른이용자의권리는위의내용에의하여영향을받지않습니다. 이것은이용허락규약 (Legal Code) 을이해하기쉽게요약한것입니다. Disclaimer

2 工學碩士學位請求論文 한국소형연안어선의저항성능에관한연구 A Study on the Resistance Performance of Korean Small Coastal Fishing Boat 2009 年 2 月仁荷大學校大學院船舶工學科池賢宇

3 工學碩士學位請求論文 한국소형연안어선의저항성능에관한연구 A Study on the Resistance Performance of Korean Small Coastal Fishing Boat 2009 年 2 月指導敎授李永吉이論文을碩士學位論文으로提出함仁荷大學校大學院船舶工學科池賢宇

4 이논문을池賢宇의석사학위논문으로인정함 年 1 月主審副審委員

5 ABSTRACTS Recently, even though the number of fishing boats is decreased in Korea, those still exist about 60,000 vessels. Also, the demand of marine products is increased gradually. But, because the research on the fishing boats has not fully carried out in Korea, the resistance performance of the Korean fishing boats is lower than that of Japanese fishing boats. Especially, it is felt more keenly in the field of the resistance performance of Korean small coastal fishing boats. In this paper, the representative hull forms of Korean and Japanese fishing boats are selected and compared to evaluate the resistance performance of the Korean small coastal fishing boats. Even though the principle dimensions of the Korean small coastal fishing boat were modified in previous study[1], the resistance performance is still worse than that of the Japanese fishing boat. Therefore, in this paper, the hull form characteristics of the Korean small coastal fishing boat are modified as comparing with the Japanese fishing boat to confirm the influence of the differences of partial hull form characteristics on the resistance performances. Some typical characteristics of hull form are the shape of chine line, keel shape and - i -

6 stern length. Numerical simulation method is used for comparing the resistance among the Korean fishing boat, the Japanese fishing boat and the modified hull forms. The numerical simulation has been quantitatively confirmed by several model tests. The results of the present study will be used to 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. - ii -

7 요 약 최근한국은국내외적인영향으로어선이점차감축되는추세에있지만, 여전히 6만여척의어선이존재하고있으며수산물수요는계속증가하고있다. 반면한국어선에대한연구는인접국가인일본에비하여활발하지못한상태에있어왔으며, 특히한국소형연안어선은어로환경의차이를고려하더라도저항성능개선의여지가적지않은것으로보인다. 이러한가운데최근유류비상승등의문제로어선의저항성능에관한관심이고조되고있어본연구를수행하게되었다. 본논문은한국과일본의대표적인어선을선정하여선형적특성들을비교 분석한후, 한국소형연안어선의저항성능을향상시킬수있는방법에대하여연구하였다. 한국소형연안어선의선형요소를보정함으로써저항성능을개선한연구가이미선행되었으나, 여전히일본어선보다저항성능이좋지못한것으로보고되었다 [1]. 따라서선형요소가아닌다른선형적특성에대한보정이필요하다고판단하여한국어선과일본어선의선형특성을분석한후이를활용하여연구를수행하였다. 한국과일본어선의주요한선형특성의차이는차인선의형상, 용골의형상그리고선미의길이이며, 각각의선형특성을보정함에있어서수치계산을근간으로하여선형을설계하였다. 또한한국어선과일본어선의모형시험결과를수치계산과비교함으로써계산결과를검증하였고, 이러한수치계산을통하여새로운설계선형의저항성능을알아보았다. 본연구를통하여기존한국어선의선형특성보정을통한저항성능개선가능성을보여줌으로써앞으로저항성능이우수한한국의어선선형설계에활용할수있기를기대한다. - iii -

8 목차 Abstract i 요약 iii 목차 iv 표목차 vi 그림목차 vii Nomenclatures ix 제 1 장서론 연구의배경 연구목적및방향 2 제 2 장대상선과기준선의비교 대상선과기준선의선정 주요선형요소를이용한저항성능의비교 모형시험을통한저항성능비교 선형특성의비교 10 제 3 장선형의설계 13 제 4 장저항성능검토 수치계산결과의검증 수치계산결과를통한저항성능검토 차인형상이보정된설계선형의저항성능검토 22 - iv -

9 4.2.2 용골형상이보정된설계선형의저항성능검토 선미길이가보정된설계선형의저항성능검토 세가지특성이동시에보정된설계선형의저항성능검토 29 제 5 장설계선형들의기타성능검토 설계선형들의기타성능 향후필요한연구사항 35 제 6 장결론 38 참고문헌 39 감사의글 42 - v -

10 표목차 Table 1 Comparison of the Principle dimensions of the hull forms 5 Table 2 The cases of the modification of hull form 14 Table 3 Differences of the parameters for the modification cases 17 Table 4 Comparison of the resistance performances for hull forms 32 - vi -

11 그림목차 Figure 1 Comparison of the EHP curves between the Target and Reference ships 6 Figure 2 Photographs of wave profiles of the Target and Reference ships 8 Figure 3 Comparison of the model test results between the Target and Reference ships 10 Figure 4 Comparison of the hull forms between the Target and Reference ships 12 Figure 5 Comparison of the body plans between the Target ship and modification case #1 15 Figure 6 Comparison of the body plans between the Target ship and modification case #2 16 Figure 7 Comparison of the profile plans between the Target ship and modification case #3 17 Figure 8 Comparison of the wave profiles and contours between the Target and Reference ships 21 Figure 9 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target and Reference ships 22 Figure 10 Comparison of the pressure distributions on the hull surface of fore body between the Target ship and modification case #1 23 Figure 11 Comparison of the wave profiles and contours between the Target ship and modification case #1 24 Figure 12 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case #1 25 Figure 13 Comparison of the streamlines between the Target - vii -

12 ship and modification case #2 along the hull surface near stern 26 Figure 14 Comparison of the pressure resistance coefficients between Target ship and modification case #2 27 Figure 15 Comparison of the wave patterns and streamlines between the Target ship and modification case #3 along the hull surface near stern 28 Figure 16 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case #3 29 Figure 17 Comparison of the pressure distributions on the hull surface of fore body between Target ship and modification case #4 at the stem 30 Figure 18 Comparison of the wave height contours between the Target ship and modification case #4 31 Figure 19 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case #4 31 Figure 20 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and minimal resistance 36 - viii -

13 NOMENCLATURES Displacement (ton) Displacement volume(m ) G/T Gross tonnage (ton) L BP L WL B B C D T C B C P C WP CP C R C T EHP Length between perpendiculars (m) Waterline length of ship (m) Breadth of a ship hull (m) Breadth of chine at L PP /2 (m) Depth of a ship hull (m) Design draft at L PP/2 (m) Block coefficient Prismatic coefficient Waterplane coefficient Pressure resistance coefficient Residual resistance coefficient Total resistance coefficient Effective horsepower of ship (hp) WSA Wetted surface area of ship (m 2 ) Fn Froude Number ( ) Fn Froude Number based on displacement volume ( ) V Speed of ship (m/s) g Acceleration of gravity (m/s 2 ) L CB Longitudinal center of buoyancy (%) (Fwd. L WL/2, L CB(x)/L WL*100) L CF R f Longitudinal center of flotation Seakeeping index - ix -

14 제 1 장서론 1.1 연구의배경 우리나라에서는연근해소형어선근대화사업및소형어선의마력추정과선형설계에관한연구, 국내어선의저항성능및선형요소에관한연구등어선의저항성능향상에관한많은연구가진행되었다. 그러나최근에는어선의안전성, 조업성과같은분야외의어선에관한연구가미미한실정이며, 특히저항성능에관한자료나연구는매우드물게이루어지고있다. 이러한가운데우리나라어선의설계및건조는비교적환경이열악한소형조선소에서거의경험에의존하여수행되어온문제가있으며, 어선의선주들은큰문제가없는한새로운선형개발에따른건조비의증가보다는기존의선형을그대로유지하기를원하여선형개선의연구에어려움이있었다. 또한국내외적환경으로어업자원의감소, 유류비상승에따른채산성악화와 UN의국제해양법발효에따른배타적경제수역 (EEZ: Economic Exclusive Zone) 의선포, 국제무역기구 (WTO : World Trade Organization) 체제출범에따른수산물시장개방등의문제를겪고있다 [1]. 한편, 최근사회전반에걸쳐웰빙열풍이고조되면서수산물이건강식품으로인식되어수산물소비가증가하고있고, 국내어업생산량, 특히양식어업생산량이크게증가함에따라수산물수입의존도가감소하였다 [6]. 그리고해양레져선의 - 1 -

15 수요와연근해수자원고갈문제로복합어선이개발되는추세에있어새로운선형개발이요구되고있다 [17]. 다른국가의어선선형에비하여우리나라어선과상대적으로선형면에서유사성이많은일본어선은이미 1970년대에어선의저항추정및우수한저항추진성능을가지는선형개발에관한연구가활발히수행되었다 [2]. 따라서우리나라어선도선형의검토를통한저항성능향상이요구되며, 특히저항성능이우수한어선의선형에관한연구가선행된일본어선과의비교를통하여새로운선형개발이필요하다. 더구나, 우리나라어선은작업성이나안전성이우수한선형이가장선호받고있었으나최근유가상승에따른선속과저항성능에대한관심이고조되면서이와같은연구의필요성이강조된다. 1.2 연구목적및방향 우리나라는전통적으로어로환경의특성에따라작업의편의성이나안전성이좋은선형을중요시해왔기때문에어선의선형개발및저항성능에관한연구가미미하였다. 이로인하여어선선형이낙후되어있는실정이며따라서기존일본어선의연구결과를활용하여선형을개선하기위한연구를수행하였다. 한편우리나라어선은일본어선과관습적인선형의차이, 조수간만의차, 갯벌, 파도와같은해양환경의차이, 그리고어업의종류등이다르기때문에일본어선의선형을있는그대 - 2 -

16 로참고하여사용할수는없다. 따라서우리나라어선과일본어선의선형적차이점을고려하여변화된저항성능을검토하고우리나라의어업환경조건에만족여부를확인함으로써, 저항성능이보다우수한한국형어선선형을개발할필요가있다. 본연구는우리나라소형연안어선과일본어선의선형적특성을서로비교하고, 이를통하여우리나라어선선형을보정한후저항성능의변화를검토한다. 우리나라의대표적어선선형이자여전히연안에많이분포하고있는어선의톤수범위와그에맞는선속을갖춘선형을대상선으로하여우리나라어선선형에대한개략적인선형개선방향에대하여알아보고자한다

17 제 2 장대상선과기준선의선정 2.1 대상선과기준선의선정 본연구에서는, 연구대상선형을결정함에있어서차인선이있는우리나라와일본의대표적어선을선정하였다. 차인선형의어선은둥근바닥선형의어선에비하여저항성능은좋지못하나, 소형조선소의경우에차인선형의건조비가약 30% 정도더절약됨과함께성능의차이도크지않은점 [12] 등으로인하여우리나라연안에대부분분포하고있다. 본연구에서구체적으로선형특성보정을통하여저항성능의효과를얻고자하는대상선으로는국내연안어선으로가장많이건조되어오고있는 G/T 4.99톤의어선중배수량 톤의서해안연안유자망표준어선 [19] 을선정하였다. 한편선형보정시그특성을참고하기위한기준선형으로는과거어선저항성능의통계해석을위한자료로사용되었었으며, 일본에서가장많이분포되어있고배수량 (displacement) 22.82톤의차인선이있는소형 FRP 어선선형 [1] 을선정하였다. 2.2 주요선형요소를이용한저항성능의비교 Table 1 은본연구에서의대상선과기준선의주요선형요소 - 4 -

18 와그선형요소들을통한주요비 (ratio) 등을나타낸것이다. Table 1 Comparison of the Principle dimensions of the hull forms Principle Target ship 13.19ton Reference ship 22.82ton Reference -scale down (scale:1/1.2) dimension 13.19ton L WL (m) L BP (m) B(m) B C (m) D(m) T(m) (ton) (m 3 ) L CB (%) WSA(m 2 ) C B C P L WL/ 1/ B C / 1/ B C /T L WL /B B/D L WL /D 두선형의비교조건을맞춰주고자상대적으로배수량이큰 - 5 -

19 기준선을대상선의배수량에맞춰축소한후에그선형과대상선의선형을비교 검토하도록한다. 편의상, 앞으로본문에서언급되는기준선은축소된기준선 (Table 1의 Reference-scale down (reduced by scale:1/1.2)') 을의미하고 Reference ship 로표기하며대상선은 'Target ship' 로표기한다. Table 1에서대상선과기준선을비교하여보면, 대상선이상대적으로배의길이 (L WL ) 와흘수 (T) 가짧고깊으며폭 (B) 이넓은것이큰선형요소적차이를보여일반적으로대상선이저항성능측면에서좋지못할것이예측된다. Figure 1 Comparison of the EHP curves between the Target and Reference ships - 6 -

20 대상선과기준선에대하여선형요소를이용하여각각저항성능을추정하고자일본어선선형에기초한유효마력추정프로그램 FISH202[20] 와그것을우리나라어선의특성에맞춰보정한 FISH-K[14] 를사용하였다. FISH202와 FISH-K에대한자세한내용은 [1], [13] 에명시되어있고, 대상선의유효마력추정결과는전속력범위, 특히설계속력 (Fn =1.6) 에서모형시험값과거의일치하였다 [1]. Figure 1에서유효마력의추정결과, 대상선의유효마력이기준선에비하여약 20% 큼으로써상대적으로저항성능이좋지못함을확인하였다. 이것은마력추정시의주요선형요소의비율들은비슷하나추정된유효마력에서는크게차이가나는것이므로, 대상선과기준선의저항성능을비교함에있어현재유효마력의추정에사용된선형요소의비율들외의다른선형특성의검토가요구됨을예측할수있다. 2.3 모형시험을통한저항성능비교 대상선과기준선의저항성능을보다정확히파악하기위하여모형시험을수행하였다. 모형시험은 Figure 3의 x축과같이배수량에기초한프루드 (Froude) 수 (Fn ) 를 0.4에서 2까지에걸쳐서수행하였으며, 그에따른전저항계수및잉여저항계수, 침하량 (Sinkage) 및트림 (Trim) 의변화를각각비교하였다

ships Figure 2는 설계속력(Fn =1.6)에서 대상선과 기준선의 모형 시험 사진이다.

21 (a) Target ship( ) (b) Reference ship( ) Figure 2 Photographs of wave profiles of the Target and Reference ships Figure 2는 설계속력(Fn =1.6)에서 대상선과 기준선의 모형 시험 사진이다. 대상선의 모형이 일으키는 선수파의 spray 및 파고가 기준선의 그것들보다 더 큼을 확인할 수 있으며, 이 영 - 8 -

22 향은 Figure 3(a) 의저항계수들에서확인할수있다. Figure 3(a) 는전저항및잉여저항계수를나타낸것이고, Figure 3(b) 는침하량및트림의무차원값을나타낸것이다. Figure 3의모형시험결과, 대상선의전저항계수와잉여저항계수는각각 20%, 25% 정도기준선보다크게계측되었고, 침하량및트림의경향은유사함을보여주고있다. 또한 Fn =0.4에서의잉여저항계수 (C R ) 를보면저속역이므로조파저항이거의없거나매우작다는전제하에형상저항의영향을알수있는데, 대상선과기준선이모두형상저항이매우작음을알수있다. 따라서설계속도에서는저항성분중에조파저항이차지하는부분이대부분이라고유추할수있다. (a) and - 9 -

23 (b) Sinkage and Trim Figure 3 Comparison of the model test results between the Target and Reference ships 한편기준선의모형시험을수행한결과추정된실선의유효마력값이전속력범위에걸쳐 FISH202에의하여추정된값과유사함을보여주었으며, 이로써유효마력추정정도도선형특성이유사한경우에는신뢰도가높음을예측할수있다. 2.4 선형특성의비교 대상선과기준선의길이 (L WL ), 폭 (B), 흘수 (T), 방형비척계수 (C B ) 등과같은선형요소들차이외의선형특성을알아보고자 두어선의선형들을직접비교해보았다

24 Figure 4는대상선과기준선의선도를비교한것이며이것을통하여가장두드러지게구분되는선형특성의차이를 3가지선정하였다. 차인선의차이를 #1, 용골형상의차이를 #2, 선미길이 ( 본연구에서는 선미길이 를용골이끝나는위치에서부터선미 profile과 waterline이만나는점까지의선체길이방향거리로정의한다 ) 의차이를 #3으로표현하면, 각부분은다음과같은특징이있다. #1과 #2는 Figure 4(a) 를참고하며 #3은 Figure 4(b) 를참고한다. #1의경우대상선은기준선에비하여각 station에서차인의폭이넓은반면깊이가깊지못하며, body plan에서바라본차인선의형상이오목 (concave) 한형상을보인다. 반면기준선의경우차인선이거의직선 (straight) 이며, 선수방향으로차인선의끝이 waterline과만나는형상을보인다. #2의경우대상선은기준선에비하여용골의폭이넓고깊이가깊지못한경향을보인다. #3의경우대상선은기준선에비하여선미길이가더짧으며그것이배의길이 (L WL ) 에도영향을미침을알수있다. 위에서비교한각형상차이를고려하여선형특성을보정하도록한다. 보정하는형상에따라각각차인선을보정한경우를 CASE #1, 용골형상을보정한경우를 CASE #2, 선미길이를보정한경우를 CASE #3으로나타내었으며, 세가지특성을동시에보정하는경우를 CASE #4로나타내었다. 이것은 3장의 Table 2에제시되어있다. 따라서대상선과기준선이큰차이를보이고있는위의세가지선형특성들을반영하여대상선에대하여선형특성의보

25 정을하였으며, 이로인하여변화된저항성능의차이를비교하기위하여수치시뮬레이션프로그램을이용하게되었다. 수치시뮬레이션프로그램에대한설명은 4장에서언급하도록한다. (a) Body plan (b) Profile Figure 4 Comparison of the hull forms between the Target and Reference ships

26 3. 선형의설계 어선의선형은일반적으로배수량형 (Displace type), 활주형 (Planing type), 각형 (Hard chine type), Kunckle형등으로나눌수있으며, 각선형마다장 단점을갖고있어배의속도, 안정성, 작업성등을고려하여선형을결정하게된다. 이중각형선박은배수량형선박에비하여저항성능은다소떨어지나저항성능차이에따른건조비를고려하면더욱효율적이라할수있다. 또한 50knots 미만까지항주가가능한활주형에비하여고속역에서의저항성능은떨어지지만, 어선에서중요한요건인안정성과복원성이우수하고넓은갑판면적으로인하여아직도많은어민들이선호하고있는실정이다 [10, 18]. 본연구에서대상선으로결정한선형역시각형의형태를갖고있고, 각형선박의장점을유지하며저항성능을향상시킬수있는선형을설계하는것이본연구의목적이다. 기준선을참고하여보정한선형들을보정된부분에따른번호 (the number of case) 를붙여 Table 2에나타내었다. Figure 5는차인선의형상을오목 (concave) 한형상에서직선 (straight) 의형상으로바뀌도록보정한것이며, 이때차인선형상에변화에따라각 station에서차인의폭이좁아지고깊이가깊어지게된다. 차인형상에따른저항성능에관하여참고할만한선행연구는 [5], [12], [15] 가있는데, 특히 [5] 에서는선체단면형상에따른차인선의형상변화를확인할수있다. [5] 의연구결

27 과에따르면본연구에서의대상선의 L/B에해당하는선형의경우 볼록-오목 혹은 직선 이저항성능에좋은단면형상이며, 이러한단면형상은모두직선의차인선형상을갖추고있다. 따라서차인선의형상을오목의형태에서직선으로보정할경우저항성능의향상을기대할것으로예측하여본연구에서직접시험해보았다. Table 2 The cases of the modification of hull form Number of case CASE #1 CASE #2 CASE #3 CASE #4 Part of modification chine line keel shape stern length modification of #1, 2 and 3 cases at the same time 차인선변화에따른선수쪽 5 station 이상의각 station 에서차인의폭과깊이는 [4] 의선체전반부횡단면형상을변화시키는방법을참고하여수정하였다. 한편주기관및기타공간의배치를고려하여선미차인의폭, 깊이는변하지않는방향으로설계를계획하였다. 한편, 차인선을변화시킴으로써저항성능을개선시키고자하는연구는 [12] 에서수행된바있으나, 본연구에서는 i) 차인선의형상 (body plan 에서보았을때의차인선의형태 ) 을오목한형상에서직선의형상으로보정시키며 ii) 차인선의변형에따른전반적인형상

28 의변화를계획흘수선이하에국한시켜수행하였다는점에서차별 화할수있다. Figure 5 Comparison of the body plans between the Target ship and modification case #1 차인선의보정전후의내항성능을위하여선저구배 (deadrise) 를고려하였다. 내항성능에큰영향을주는선저구배는파랑중선수상하가속도와추진성능에큰영향을주므로소형고속선설계시면밀한주의가요구된다 [5]. 본연구에서는중앙단면에서대상선의선저구배각인약 11도가유지되도록설계하였으며, 그밖의 station 에서도선저구배각이크게벗어나지않는방향으로설계하여선체의내항성능에이상이없도록하였다. Figure 6은대상선의용골의폭과깊이를동일한배수량하

29 에서기준선의용골과같도록보정한경우이다. 이경우우리나라서해안의조수간만의차이로인해간조시배가펄에얹힐수있는점을고려해야하기때문에 [7, 11] 저항성능의변화가크지않을경우기존의형상을그대로유지하는편이나을수있다. 대상선에서용골의폭을좁히고깊이를깊게보정하여기준선과비교한것을 Figure6에나타내었다. Figure 6 Comparison of the body plans between the Target ship and modification case #2 Figure 7은대상선의선미선형을기준선에근접하도록선미부의길이를보정한것인데, 구체적으로기준선의용골끝부분에서트랜섬 (transom) 선미까지의거리가대상선보다실선에서 0.38m 길기때문에대상선의선미부길이를이에맞추어길게보정하였다. [8] 에따르면선미길이를늘려주었을경우 Flap 효과가발생하여

30 선미부가부상또는전체적으로선체가부상하며활주시과도한트림이일어나지않아저항성능이개선된다. 그러나선미길이를늘려주는경우저항성능을어느정도개선시킬수는있으나, 어선의톤수제한조건때문에이러한방법에는제한이따르므로용골을보정하는경우와마찬가지로저항성능이외의성능면에서도검토가요구된다. Figure 7 Comparison of the profile plans between the Target ship and modification case #3 Table 3 Differences of the parameters for the modification cases 변화항목흘수변화량 (m) 최종흘수 (m, Target ship: 0.676m) Modification Case #1 Modification Case #2 Modification Case # (2.5%) (3.0%) (-1.2%)

31 Table 3과같이선형보정에따른배수용적차이는선체의흘수를낮추어주거나높여주어보정전후배수용적의변화가없도록한다. 이때 TPC(cm당배수톤수 ) 를계산하여설계선형들이대상선의배수용적과같도록흘수를변화시킨다

32 제 4 장저항성능검토 4.1 수치계산결과의검증 본장에서는대상선과기준선의수치계산을통하여얻은압력저항계수와모형시험을통한잉여저항계수를비교함으로써, 수치계산기법의정도를검증하며선형특성차이에따른저항성능의차이가발생되는원인을알아보는데목적이있다. 본연구의설계속도에서는잉여저항중압력저항이차지하는부분이지배적이므로 2.3절의모형시험을통한잉여저항계수와수치계산을통한압력저항계수가어느정도비슷하여야할것이다. 이것을검증하기위하여대상선과기준선의모형시험결과를아래의수치계산결과와비교하였다. 대상선과기준선에대한저항성능의차이를수치시뮬레이션프로그램 Inhawave를이용하여확인하였다. Inhawave는유한차분법 (Finite Difference Method) 의일종인 MAC법에의해저항특성이계산되는전산프로그램으로 Marker와 Cell을이용하여자유표면에서비선형경계조건을만족시켜선박주위의파도를시뮬레이션할수있으며선체주위의유동장과압력분포및조파형상을시뮬레이션할수있는프로그램이다. 지배방정식으로는유동장을비압축성, 비점성유동으로가정하여, 연속방정식 (a) 과오일러방정식 (b) 을사용한다 [9, 16]

33 (a) (b) where (x, y, z) : 직교좌표 (u, v, w) : x, y, z 방향의각속도성분 ρ : 밀도 g : 중력가속도 Φ : p / ρ p : 압력 Figure 8(a) 는대상선과기준선의선체측면에서본파고형상과선체표면에서의압력분포이며, Figure 8(b) 는파고의등고선들을비교한것으로, 기준선의선수파정의위치가대상선에비하여뒤쪽으로밀려나있어선수부에서의조파저항이상대적으로줄어들것으로예측할수있다. Figure 9는대상선과기준선의저항성능차이를압력저항계수로나타낸것이다. 동일한배수량하에서기준선의압력저항이대상선에비하여약 25% 정도적음을확인할수있다. 이것은앞에서모형시험을통하여검증된대상선과기준선의저항성능차이와정성적으로비슷함을보여준다. 기준선의계산조건으로침하량과트림및프루드수는대상

34 선의조건과같게하였다. (a) (b) Figure 8 Comparison of the wave profiles and contours between the Target and Reference ships

35 Figure 9 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target and Reference ships 4.2 수치계산결과를통한저항성능검토 차인형상이보정된설계선형의저항성능검토 Figure 10은대상선과차인선을보정한선형의선수부에서받는선체표면압력분포를나타낸것이다. 보정후의선형은정면도에서보았을때차인선의형상이직선 (straight) 에가깝게변하면서중앙에서선수쪽으로갈수록차인폭이더욱좁아졌고, 그로인하여보정전선형에비해압력집중부의위치가선체앞쪽에집중되는반면압력집중부가차지하는면적은줄어들게된다. 따라서압력저항이상대적으로줄어들것으로

예측된다. Figure 10 Comparison of the pressure distributions on the hull surface of fore body between the Target ship and modification case #1 또한 Figure

36 예측된다. Figure 10 Comparison of the pressure distributions on the hull surface of fore body between the Target ship and modification case #1 또한 Figure 11에서는보정후선형의선수부압력집중부면적이줄어들며파정의위치가대상선보다비교적뒤쪽으로밀려나고파고의정도도줄어듦을확인할수있다. Figure 11(a) 의선수부파형을보면대상선보다보정후선형의파고부분이상대적으로뒤에위치함을알수있고, Figure 11(b) 에서도대상선보다보정후선형의파고분포에있어서높은부분의면적이더적음을확인할수있다. 대상선의차인선을기준선에맞춰보정한선형은보정전에비하여약 19% 의압력저항성능이향상되었음을 Figure 12에

37 서확인할수있다. (a) (b) Figure 11 Comparison of the wave profiles and contours between the Target ship and modification case #1-24 -

38 Figure 12 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case # 용골형상이보정된설계선형의저항성능검토 대상선과비교하여선체표면압력분포와파고분포및생성된파형등이거의일치하나, Figure 13에서와같이선미부선체표면상에서의유선 (streamline) 을보면용골을보정한선형은대상선에비하여선미부에서유선이더부드럽게되어짐을확인할수있다

Figure 13 Comparison of the streamlines between the Target ship and modification case #2 along the hull surface near stern 용골선이보정된선형은대상선에비하여약

39 Figure 13 Comparison of the streamlines between the Target ship and modification case #2 along the hull surface near stern 용골선이보정된선형은대상선에비하여약 4% 의압력저항저감효과가발생함을 Figure 14에서확인할수있다. 우리나라연안환경에의적합성을고려해보면용골을보정한경우는, 저항성능이감소하는비율은적은반면우리나라서해안의조수간만의차이로간조시배가펄에얹힐때의문제점이있어선형보정이적합하지않을것으로판단된다

40 Figure 14 Comparison of the pressure resistance coefficients between Target ship and modification case # 선미길이가보정된설계선형의저항성능검토 선미길이가보정된경우에는배수량이동일한채로수면에서의배길이 (L WL ) 가늘어났기때문에저항성능이좋아질것으로예측되며, Figure 15(a) 에서대상선에비하여보정후설계선형은선미부에걸리는파의면적이줄어듦에따라자유수면에의한저항성능이좋아지는것으로사료된다. 또한 Figure 15(b) 에서의유선들도더욱부드럽게개선되었음을확인할수있다

41 (a) wave heights (b) streamline Figure 15 Comparison of the wave patterns and streamlines between the Target ship and modification case #3 along the hull surface near stern

42 선미부길이를보정한선형은약 4% 의압력저항감소효과가발생함을 Figure 16에서확인할수있다. 선미길이를보정한경우 (Modification #3) 는저항성능면에서좋은효과를볼수있으나, 총톤수규정을만족하기위하여제한이있을수있다. Figure 16 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case # 세가지특성이동시에보정된설계선형의저항성능검토

43 Figure 17의선체표면압력분포를통하여대상선과비교를하면차인선을보정한설계선형과비슷한경향을보였다. 즉압력집중부의위치가선체앞쪽에집중되는반면압력집중부가차지하는면적은줄어든다. 또한 Figure 18과같이선체주위의등파고선도를비교한그림에서는보정후의선수부차인폭이좁아짐에따라항주시선수부에서생성되는파를적게생성하며파의발산각도가작아졌음을알수있다. Figure 17 Comparison of the pressure distributions on the hull surface of fore body between Target ship and modification case #4 at the stem

44 Figure 18 Comparison of the wave height contours between the Target ship and modification case #4 Figure 19 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and modification case #4-31 -

45 3가지선형보정을모두적용한선형의경우약 19% 의압력저항저감효과가예상됨을확인하였다 (Figure 19). 압력저항이감소된요인은차인선을보정한경우와같은이유이나, 용골과선미길이에의한영향은그리크지않을뿐더러거의효과가없는것으로예측된다. 실제로용골과선미길이를보정한경우저항감소효과가크지않기때문에세가지경우를동시에적용한경우에도마찬가지로저항감소에효과가그리크지않은것으로생각된다. 또한세가지특성의보정을한경우에대상선보다배수용적이 0.73m 3 가줄어듦으로써, 실제보정된설계선형의배수용적을같게하기위하여 cm당배수용적계산에따라흘수를 0.029m 높여주었기때문에, 이로인하여선수부의파고가높아져서용골과선미부의수정에따른저항감소효과를상쇄시켰을것으로생각된다. Table 4 Comparison of the resistance performances for hull forms 선형 압력저항 계수값 압력저항 감소율 (%) 전저항 감소율 ( 추정, %) Target ship Reference ship Modification case # Modification case # Modification case # Modification case #

46 위와같이대상선과기준선그리고보정된어선들의저항성능을비교 정리하면 Table 4와같다. Table 4에는대상선과기준선그리고보정된선형들의압력저항계수를비교하였고, 또이것을이용하여압력저항감소율과전저항감소율 ( 추정치 ) 을백분율 ( 대상선기준 ) 로나타내었다. 전저항감소율은선형의특성상전저항의 70% 이상을압력저항이차지한다는점에서추정할수있으며, 이것은대상선과기준선의모형시험결과를통하여유추하였다. 따라서대상선의선형특성을보정한경우, 압력저항이최고 19% 감소함에따라전저항은최고 15% 이상감소할것으로예측된다

47 제 5 장설계선형들의기타성능검토 5.1 설계선형들의기타성능 대상선과설계선형들은우리나라어선의복원성기준, 선박안전법, 기타환경적요인에적합한지검토되어야할것이다. 복원성및안정성을알아보기위하여 G O M, GZ, 한계경사각등을직접계산해야하는데, G/T 5ton미만어선의경우 소형여객선기준 을적용받아별도로만들어진공식에의하여승선인원을한정하는방법으로복원성평가를대체하였다 [3]. 본연구에서는대상선에대하여선형요소를보정한것이아니므로, 위의식을통한설계선형에대한복원성평가는대상선과크게차이가없음을예측할수있었다. 한편 [3] 에의하여선박길이 24미터미만에속하는우리나라소형연안어선인경우 G O M ( 선체무게중심에서 metacenter까지의높이 ) 은 0.35m 또는식, 에의한값중큰값이상이어야한다. 본연구에서의대상선, 기준선그리고선형특성이보정된설계선형들은위의식에의해서는모두 GoM가 0.35m에미치지못하므로모든선형들은 G O M값을모두 0.35m로적용해야한

48 다. 조업성측면에서는속력, 조종성, 내항성, 항행범위등고려해야할사항들이여러가지가있지만, 이중에서내항성을중심으로검토해보도록한다 [1]. 내항성은파도의파장과배의선형요소와관계를갖게되며선박의톤수가같더라도길이가긴선박이내항성능에서유리하다. 길이가같은경우는뚱뚱한선박이유리한데이는파랑하중과관련되어있다. 이러한것들을계수화하여정리한것이 Seakeeping index이며, 본논문에서는참고문헌 [1] 에서제안한방법을토대로아래와같이내항성검토를수행하였다. 회귀해석식은아래와같으며 heave와 pitch 의움직임에한하여일반적인선형에적용가능하고두가지움직임에대하여상대적인자료로서활용가능하며, R f 값이클수록두가지움직임에서안정적인것으로알려져있다. R f = C WP L CB C WP L/B L/T L CF 위의회귀해석식에의하여, 본연구의대상선과유사한우리나라어선선형들의 R f 값은 17.4에서 52.2에걸친값들을보이고있고, 대상선을비롯한설계선형들은 29.9에서 30에걸친값들을보이고있어, R f 의값이비교적평균적인범위에속함을알수있다. 5.2 향후필요한연구사항

49 본연구에서설계선형들의모형시험을통하여저항성능에관한정도높은검토가필요하다. 또한수치계산결과와비교해볼필요가있다. 최근 20knots 이상의비교적고속영역의우리나라어선이많이건조되는추세이며, 10톤미만의어선의경우 20knots의이상의어선분포가늘고있는추세이다. 따라서이속력범위의대표적인선형을선정하여선형특성의보정을통한저항성능의변화를확인할필요가있다. Figure 20 Comparison of the pressure resistance coefficients between the Target ship and minimal resistance[9] 또한우리나라어선의선형요소들을보정함으로써저항성능 의효과를본저항저감선형 [9] 에선형특성의보정을추가함으

50 로써보다큰저항성능의향상을기대해볼만하다. 다만이러한경우에는, 먼저선형요소들을보정한저항저감선형에대하여 5.1절에서언급한바와같은선박의안전성, 안정성, 조업성등의기타성능에대한검토가수행되어야할것이다. [9] 에의하여저항저감형선형의수치계산결과를보면선형요소의보정만으로저항감소의효과를본것을알수있으며아래 Figure 20에서확인할수있다

51 제 6 장결론 최근국내외적으로유류비상승등에따라어선의저항성능에관한관심이고조되면서본연구를시작하였다. 우리나라소형연안어선의저항성능을향상시키고자일본어선선형과의비교를통하여선형을보정하였고, 두선형의모형시험을통하여검증된수치계산으로설계선형들의변화된저항성능을검토하였다. 이하본연구의결론을요약하였다. 1) 우리나라소형연안어선의저항성능을향상시키기위해주 요선형요소를보정하는방법이선행되었으나 [9], 더높은저 항성능향상을위해서는선형특성이보정되어야한다. 2) 우리나라의소형연안어선이일본어선과선형특성의차이가큰부분은차인선의형상, 용골의형상, 용골의끝에서트랜섬선미까지의길이이다. 이특성들의보정전후저항성능의변화를검토한결과, 선수부차인선을보정한경우가 15% 정도의가장큰저항감소효과를볼수있었다. 3) 우리나라의소형연안어선의용골형상과선미길이를보정한경우약 3% 의저항감소를확인할수있으나차인선을보정한경우에비하여그영향이미미하며, 3가지경우를동시에보정한경우에도그효과들이별로크지않음을알수있었다

52 참고문헌 [1] 강대선, 2006, " 우리나라소형어선의유효마력추정과저항최소화선형설계법에관한연구," 인하대학교대학원박사졸업논문. [2] 강대선, 유진원, 이영길, 2007, " 국내연안어선의저항최소화선형설계에관한연구," 대한조선학회논문집, 제44 권, 제4호, pp [3] 권수연, 이희준, 2007, 소형선박의복원성기준연구, 대한조선학회논문집, 제44권, 제3호, pp [4] 김훈철, 이영길, 1984, 소형어선의근대화에관한연구. [5] 민계식, 이귀주, 1994, 활주형선의단면형상및장-폭비와저항특성과의관계에대한실험적연구, 대한조선학회, pp. 64~68. [6] 박광서, 2007, " 해양수산동향," 우리나라해양수산개발원, 제1247호, pp [7] 박근옹, 김동준, 박종헌, 최병문, 2005, " 현대세일링보트의설계관점에서본전통어선의성능고찰," 대한조선학회논문집, 제42 권, 제1호, pp [8] 박제웅, 정우철, 박찬원, 김도정, 2002, 저중속영역에서 6.67 G/T급연안어선의저항특성에관한고찰, 우리나라해양공학회추계학술대회논문집, pp. 89~93. [9] 유진원, 2007, 저항최소화어선선형의저항성능해석, 인하대학교대학원석사졸업논문. [10] 이귀주, 어선의선형설계 (I), 어선, 제53호, p. 21~

53 [11] 이대훈, 유재문, 2004, " 소형어선의선형특성에관한연구," Proceeding of the Annual Spring Meeting, SNAK, pp [12] 이대훈, 유재문, 김병문, 김명훈, 양영훈, 이선영, 2004, " 소형안강망어선의선형개량및 3차원 DMU 구현," Proceeding of the Annual Spring Meeting, SNAK, pp [13] 이영길, 1984, " 소형어선의유효마력추정및선형설계법," 대한조선학회지, 제21 권, 제3호. [14] 이영길, 유진원, 김규석, 강대선, 2006, " 국내연안어선의유효마력추정에관한연구," 대한조선학회논문집, 제43 권, 제3호, pp [15] 정우철, 정석호, 전호환, 2004, 고속연안순시선선형개발과저항성능에관한연구, 우리나라해양공학회지, 제18 권, 제3호, pp. 44~49. [16] 조규종, 이강훈, 이영길, 1991, " 유한차분법에의한임의선체주위의조파 Simulation," 대한조선학회문집, 제28 권, 제2호, pp [17] 조제형, 박충환, 백영수, 강병윤, 2002, 다목적연안소형어선의선형개발방안연구, 우리나라해양공학회춘계학술대회논문집, pp. 237~242 [18] 김수영, 김현철, 이길홍, 김주남, 손영대, 1995, 퍼지모델링을이용한고속연안어선의선형요소결정, 대한조선학회논문집, 제32 권, 제4호. [19] 우리나라어선협회 ( 현선박안전기술공단 ), 1994, 표준어선형연구개발 (Ⅰ)

54 [20] Tsuchiya, T., 1972, "New Statical Regression Analysis for Fishing Boat Hull Resistance," J. of Soc. Nav. Architects of Japan, Vol. 132, pp

55 감사의글 대학 3 학년때부터시작된연구실생활이었습니다. 초기각오와의지에비하여많은아쉬움이남는마무리였지만인생과학문의길이만만하지않다는점을느끼고반성할수있었던계기가되었습니다. 부족한제자를무지와안일함으로부터일깨워주시고자끝까지많은지도를해주신이영길교수님께깊은감사의말씀을드립니다. 또한잘못된졸업생이되지않도록많은신경을써주신이승희교수님과김상현교수님께도진심으로감사드립니다. 연구자료에많은도움을주신 KST 강대선박사님과수연누나, 박식하시고따뜻하신대한조선학회류제양국장님과김미경과장님께도감사의말씀을드립니다. 진원형, 경령형, 순재형, 영찬형, 철호형, 애선누나, 봉순이, 두동이, 윤진이, 유라, 정규그리고예전에함께했던강신형, 광렬형, 시영형, 기호형. 유체연구실원으로오랜시간함께한종현형, 대원형, 정한이, 재용이, 정환이, 근남형, 희철형, 현준이, 지훈이등. 적지않은시간함께한우리연구실원들영원히잊지못할것입니다. 선박설계콘테스트에서만난부드러운남자혁기형, 깔끔한길상형을비롯한모든선, 후배, 동기분들고맙습니다. 지현우란사람에게있어빼놓을수없는정신적지주준호형, 성환형, 창범형, 승우형고맙습니다. 그리고뒤늦게만난별, 귀여운다영이항상고마워요. 늘제옆에서학문의길을걸을수있도록사랑과보살핌을주신아버지, 누구보다똑똑한사랑스런어머니, 세상에서제일따뜻한우리할머니, 현명하고예쁜누나. 힘들때나즐거울때나가장먼저생각나는우리가족사랑합니다 지현우

법학박사학위논문 실손의료보험연구 2018 년 8 월 서울대학교대학원 법과대학보험법전공 박성민

법학박사학위논문 실손의료보험연구 2018 년 8 월 서울대학교대학원 법과대학보험법전공 박성민 저작자표시 2.0 대한민국 이용자는아래의조건을따르는경우에한하여자유롭게 이저작물을복제, 배포, 전송, 전시, 공연및방송할수있습니다. 이차적저작물을작성할수있습니다. 이저작물을영리목적으로이용할수있습니다. 다음과같은조건을따라야합니다 : 저작자표시. 귀하는원저작자를표시하여야합니다. 귀하는, 이저작물의재이용이나배포의경우, 이저작물에적용된이용허락조건을명확하게나타내어야합니다.