<30342EB9DABED6BCB12E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<30342EB9DABED6BCB12E687770>"

은지 성
5 years ago
Views:

1 대한조선학회논문집 Journal of the Society of Naval Architects of Korea Vol. 49, No. 5, pp , October 박애선 1 이영길 2, 진송한 3 인하대학교대학원조선해양공학과 1 인하대학교항공 조선 산업공학부조선해양공학전공 2 중소조선연구원 3 A Study on the Hull Form Design of a G/T 199ton Class Fishing Boat for Both Fish-luring Lighting and Fish Carrying in Korean Large Purse Seiner Fishing System Ae-Seon Park 1 Young-Gill Lee 2, Song-Han Jin 3 Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Graduate School, Inha University 1 Dept. of Naval Architecture and Ocean Engineering, Inha University 2 Research Institute of Medium & Small Shipbuilding 3 Abstract This paper presents a method of hull form design for the assistant vessel which is used both as a lighting boat and a fish carrying boat for the fleet of newly formated purse seiner vessels. The optimum hull form parameters are searched by the Sequential Quadratic Programing(SQP) method with the power estimation method of Van Oortmerssen. The prismatic curve is redesigned from that of the reference hull by the Lackenby method. Through the modification of the hull form by using a CAD system, the design procedure is completed. The resistance performances of the reference and the modified hull forms are estimated by using a numerical simulation method. Also, the estimation of seakeeping ability and stability for the modified hull forms are carried out. And then, an optimum hull form is proposed for the designed hull form. Ship model tests for the reference and the designed hull forms are carried out at ship model basin. The results of the experiments show that the effective horse power of the designed hull form is about 22% smaller than that of the reference hull form at design speed. The designed hull form proposed in this study will contribute to the development of the hull form for Korean large purse seiner vessels. Keywords : Fishing boat for both lighting and fish carrying( 등선겸용운반어선 ), Hull form design( 선형설계 ), Resistance performance( 저항 성능 ), Numerical simulation( 수치시뮬레이션 ), Model test( 모형시험 ) 1. 서론 우리나라근해어업중대형선망어업은가장규모가크며, 대량생산구조를가진업종이다. 이러한대형선망어업은일반적으로 6척의선박이하나의선단으로구성되어조업하는구조를가지고있다. 선망어업은주작업선박인본선 1척을비롯하여등선 2척, 운반선 2~3 척으로선단을구성하여조업하는업종이다. 최근들어우리나라어업은국내외적인어업여건의악화로인해크게위축되고있다. 대외적으로최근국제유가의급등으로인해유류의존도가높은어업의채산성을더욱악화시키고있으며, 대내적으로는조업어장의축소, 어업자원의감소, 노동력부 족등어업의구조적문제가심화되고있다. 이러한대내외적으로악화된선망어업여건을타개하면서우리나라의선망어업이지속가능한생산체제를갖추기위해서는선단조업시스템재정립을통한선단구성을줄이는것과더불어관련어선의선형개발이필요하다. 선단조업시스템의재정립시, 선단조업시스템은 2 척 ~4 척으로구성이되고, 선단구성축소에따른기능별선박규모의재정립에따라등선겸용운반어선의개발이필요하다. 선망어선에관한연구들을보면, (National Fisheries Research Development Institute (NFRDI), 2000) 가선단조업어선의효율적인력절감에관한연구를통하여선망어선에대한연구를수행하였고, 경제성기준선망어업의최적선단구성에관한연구와 2척선단선망본선의주요성능에관한연구가수행되었다 (Choi, et al., 접수일 : 2012 년 2 월 23 일 1 차수정일 : 2012 년 7 월 25 일 게재확정일 : 2012 년 9 월 4 일 교신저자 : younglee@inha.ac.kr,

2002a,2002b). 최적선단구성에관한연구를통해선단구성을새로이하는경우 2척선단구성이초기선가및운항비등의경제성측면에서유리한것으로밝혀졌다. 이러한 2척선단선망어업은어탐기능과어창을갖춘본선, 등선겸용운반어선으로이루어진다. 등선겸용운반어선은어획물을적재하는운반어선을바탕으로어군의탐색과집어기능이가능한선박이다.

2 2002a,2002b). 최적선단구성에관한연구를통해선단구성을새로이하는경우 2척선단구성이초기선가및운항비등의경제성측면에서유리한것으로밝혀졌다. 이러한 2척선단선망어업은어탐기능과어창을갖춘본선, 등선겸용운반어선으로이루어진다. 등선겸용운반어선은어획물을적재하는운반어선을바탕으로어군의탐색과집어기능이가능한선박이다. 등선겸용운반어선의설계는선망어업의어획물을냉동운반이아닌선어로운반하여야하고, 또한어장의원거리에따른어획물의선도유지를위하여짧은시간에어항으로운송해야함과동시에많은양의어획물을적재할수있어야하며, 저항성능이우수한선형으로설계되어야한다. Kim, et al. (2010) 은국제노동기구 (ILO, 2007) 의어선원노동협약기준을만족하는대형선망본선의저항저감형선형을도출하기위해저항최소화선형요소를산출하여선망본선선형을설계한바있다. 본연구는이의후속연구로서본선과같은선단을구성하는등선겸용운반어선의선형설계를수행하고자한다. 등선겸용운반어선은기존운반어선의규모에등선의주요기능을더한선박으로기존운반어선에등선의어로장비와시스템이장착되며, 선형설계는운반어선과등선의선형특성을고려하여설계된다. G/T 199톤급선망운반어선과 G/T 80톤급선망등선을참고선형으로하여, 실적선범위를토대로주요요목의범위를정하고저항최소화선형요소를산출하여선형을설계한다. 또한, 선형설계시저항성능과복원성능, 내항성능을검토하여가장한국의어업실정에맞는선형을선정한후모형시험을통하여저항성능의개선된정도를파악하였다. 본연구를통해우리나라대형선망등선겸용운반어선의개략적인선형개발방향을제시하고자한다. 2. 연구대상선형과유효마력추정법 연구대상선형은 G/T 199 톤급선망운반어선과 G/T 80 톤급선망등선 (NFRDI, 2000) 을선정하였다. 참고선형들의선형특성을비교하기위하여운반어선의참고선형과등선의참고선형의선도와주요요목, 횡단면적곡선들을비교하였다. 이때, 등선선형과비슷한선망본선 (Kim, et al., 2010) 의마력추정에사용된홀트롭과매넨 (Holtrop & mannen) 법의활용여부도판단하기위해본선의주요요목도같이비교하였다. 세선형요소의비교시배수량을맞춰주고자상대적으로배수량이작은본선과등선의참고선형은운반어선의참고선형의배수량에맞춰늘린후 (Table 1의 Main vessel(1:1.129), Lighting boat(scale:1:1.41)) 비교, 검토하도록하였다. Fig. 1은세선형의흘수선부근까지의정면도를비교한것으로, 운반어선의참고선형은선수부분에저항을줄일수있도록구상선수를부착하였고, U형단면을가진저속선선형이다. 반면, 등선의참고선형은 V형단면을가진고속선의선형이다. 참고선형들과본선선형을비교하면, 운반어선의참고선형이상대적으로선형비척계수들이크고, 선수입사각이크며 LCB 가더선수쪽으로위치해있어, 상대적으로비대형선형임을알수있다. 유효마력추정은주요요목과정면도, Fig. 2의횡단면적곡선 들의비교를통해서참고등선선형의유효마력은본선 (Kim, et al., 2010) 과의차이가크지않음을확인하여본선의마력추정에사용된홀트롭과매넨 (Holtrop & mannen) 법을이용하여유효마력을추정하였다. 하지만참고운반어선선형의경우두선형과의차이가커홀트롭과매넨법이적절하지않은것으로판단된다. 이에참고운반어선선형의유효마력추정에는반오르트메르센법 (Oortmerssen, 1971) 을사용하였다. 반오르트메르센법은트롤어선의유효마력을추정하는방법으로, 본연구의대상선박인선망운반어선의경우에트롤어선 (Korea Ship Safety Technology Authority (KSSTA), 1988) 과유사한방형계수등의선형계수들을가지고있어, 운반어선의유효마력을추정하기에적절한것으로판단된다. Table 1 Comparison of principal dimensions among the main vessel, the fish carrier and the lighting boat Principal Main vessel Reference hull forms dimensions (1:1.129) Fish carrier Lighting boat (scale: 1:1.41) G/T [ton] L WL [m] L BP [m] B [m] draft [m] [m 3 ] LCB [%] C B C M C P ½Ea [deg] W.S.A [m 2 ] L/B B/d L/d Fig. 1 Comparison of hull forms among the main vessel, the fish carrier and the lighting boat Fig. 2 Comparison of CP curves among the main vessel, the fish carrier and the lighting boat 392 대한조선학회논문집제 49 권제 5 호 2012 년 10 월

3 박애선 이영길 진송한 반오르트메르센법을이용하여추정된참고선형의유효마력은설계속력 15Knots 에서약 1760HP 이며, 모형실험을통해얻은유효마력은약 1570HP 이다. 두결과의차이는약 11% 의오차를보이나, 속력별유효마력변화의경향이비슷하여본연구의저항최소화선형요소산출을위한유효마력추정법으로사용하였다. Fig. 3은본선과등선그리고운반어선의유효마력을추정하여나타낸것이다. 본선의유효마력은속력이증가할수록등선과운반어선에비하여낮게추정되고있다. 이는 Table 2의본선과등선그리고운반어선의주요요목을비교한표를보면, 본선이운반어선에비하여방형계수가작고등선에비하여 LCB 가좀더선미쪽으로위치해있으며벌브유무의영향으로이러한차이가나는것으로판단된다. 범위는 0.64~0.77 이다. LCB 와 1/2Eɑ 의범위는국내어선의선형요소에관한참고문헌이부족하여, 어선의유효마력추정프로그램중의하나인 FISHEHP 프로그램 (Lee, 1982) 에서사용한범위를그대로사용하였다. 이때 C B 와침수표면적은결정된선형요소의범위에따라종속적으로변화되도록하였다. 결정된주요요목의범위는 Table 3에나타내었다. 선형의최설계적화선형요소의산출은 Chol, et al. (2006) 이선형의최적화에이용하여그유용성과빠른수렴성을보여준비선형최적화기법인 SQP 법 (Lawrence, et al.,1997) 을사용하였다. 설계선형으로산출된선형요소들을참고선형의선형요소와비교하면 Table 4와같다. Table 2 Ranges of the principal dimension ratios of domestic fish carrier and lighting boat Ship Name Fish carrier Lighting boat L/B 5.03~ ~5.84 B/D 1.67~ ~2.13 L/D 9.07~ ~12.32 C M 0.96~ ~0.81 C P 0.74~ ~0.66 Fig. 3 Comparison of EHP/Dis. among the purse seiner, the fish carrier and the lighting boat 3. 등선겸용운반어선선형설계 3.1 선형요소산출 등선겸용운반어선의선형설계를위하여최소저항을갖는선형요소를산출하였다. 선형요소산출은설계선형이운반어선의규모에등선의기능을더한선형으로설계되어야하므로, 운반어선선형의유효마력추정법인반오르트메르센법에서최소저항값을갖는선형요소의조합을찾는방법을사용하였다. 주요요목의제한범위는운반어선과등선의선형특성을고려하고자운반어선과등선의실적선들을바탕으로주요요목비를조사하여결정하였으며, 이는 Table 2에서확인할수있다. 길이 (L WL) 의경우, 운반어선선형의일반배치를고려하여허용범위인참고운반어선선형길이의 ±5% 내외로하였다. 따라서길이의범위는 40~44m 로결정하였다. 폭은결정된길이와실적선들의범위를바탕으로결정하였다. 결정된길이의범위가 40~ 44m 이므로설계선형폭의범위는 7.81~8.70m 로결정되었다. 실적선들의 B/D 범위는 1.67~2.21 이며, 결정된폭의범위가 7.81~8.70m 이므로깊이의범위는 3.50~4.68m 로결정되었다. 흘수의범위는결정된참고선형의 D/d(=1.15) 와결정된깊이의범위로결정되었다. 결정된흘수의범위는 3.04~4.06m 이다. 이때, D/d(=1.15) 에의해결정된건현은어선법 (Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (Mifaff), 2010) 의만재흘수선규정에만족함을확인하였다. C M 의범위는 0.80~0.97, C P 의 Table 3 Feasible ranges of parameters for the EHP estimation L WL [m] L WL Breadth [m] 7.81 Breadth 8.70 draft [m] 3.04 draft 4.06 C M 0.80 C M 0.97 C P 0.64 C P 0.74 LCB [%] LCB 1.50 ½ Entrance angle [deg.] /2Eα Table 4 Comparison of principal dimensions between the reference fish carrier and the designed hull form Principal dimensions Reference Designed fish carrier hull form L WL [m] L BP [m] Breadth [m] draft [m] [m 3 ] LCB [%](Midship 에서 FP 방향 +) C B C M C P ½ Enterance angle [deg] Wetted surface area [m 2 ] L/B B/d L/d JSNAK, Vol. 49, No. 5, October

4 Fig. 6 Modification of stern profile Fig. 4 Comparison of the estimated effective horse power curves Fig. 4는참고선형들과설계선형의유효마력추정결과이다. 설계속력 15knots 에서비교하였을때, 설계선형의유효마력은참고운반어선선형의유효마력에비하여약 25% 가감소하였고, 참고등선선형보다는약 20% 가감소한것을확인하였다. 참고운반어선선형의경우설계선형에비하여 LCB 가좀더선수쪽에위치해있으며, 침수표면적의차이에도불구하고설계선형보다유효마력이더높게나타난것으로보아설계선형에비하여조파저항성능이상대적으로불리한선형일것으로판단된다. 3.2 최적선형도출 선형의보정 설계선형의선도작성은상용프로그램인 Tribon M3 을이용하였다. 먼저참고운반어선선형의길이, 폭, 흘수를설계선형의주요요목으로변경한후, 횡단면적곡선은라켄비법 (Lackenby, 1950) 을이용하여변환하였다. Fig. 5는설계선형과참고운반어선선형의중앙횡단면적곡선을비교하여나타낸것이다. 선미부의횡단면적곡선을보면, 선수어깨부의단면적이줄어듦으로써 LCB 의위치가선미방향으로이동하였다. 실적선을회귀해석한 Alvarino, et al. (1997) 에의해제안된방법을이용하였다. 구상선수의저항감소여부를확인하고자참고운반어선, 설계선형의구상선수, 최적화된구상선수의선형요소를 Table 5에비교하여나타내었다. Fig.7 에추정된구상선수의선형요소를이용하여구상선수선형설계를나타내었다. 벌브의횡단면의형상은감소된횡단면적 (A BT) 과벌브의폭 (B B) 을고려하여설계선형의형상을유지시키며보정하였다. 측면의형상은벌브의길이 (L PR) 가짧아지고벌브의높이방향중심위치 (Z B) 가높아짐에따라흘수에가까운 Ram 벌브형상에가깝게보정하였다. Table 5 Comparison of the bulbous bow parameters Bulbous bow principal dimension Reference fish carrier Designed Designed hull form hull form (Bulb modification) L PR B B Z B A BT Fig. 5 Comparison of C P curves Fig. 6은참고운반어선선형과설계선형의선미부측면형상을비교하여나타낸것이다. 선미부측면형상은산출된설계선형의길이와흘수에의해변화되었으며, 선형특성은참고운반어선선형의측면형상을유지시키며보정하였다. 선수부설계는조파저항을향상시키기위해구상선수최적화를수행하였다. 본연구의대상선속력범위에서적용이가능하며, Fig. 7 Modification of bulb shape 구상선수에의한저항감소를확인하기위하여수치계산을수행하였다. 수치계산은밀도함수법 (Jeong, et al., 2010) 을이용하여자유수면을정의하는 INHAWAVE Ⅱ를이용하였다. 유체를비압축성점성유체로가정하여 Navier-Stokes 방정식과연속방정식을지배방정식으로사용하였고, 계산수행시격자계는직사각형교차격자계를사용하였다. 계산결과, 참고운반어선선형에비하여설계선형의압력저항이설계속력에서약 8.8% 감소율을 394 대한조선학회논문집제 49 권제 5 호 2012 년 10 월

박애선 이영길 진송한 보였으며, 구상선수를추가적으로보정한선형은 8.1% 감소율을보였다. 따라서구상선수설계에의해미비하지만오히려저항이증가되어구상선수설계는적용하지않았다. 또한본연구에서는선수, 중앙, 선미부횡단면형상을변경해가며, 5가지선형을설계하여각각저항성능, 복원성능, 내항성능을검토하였다.

5 박애선 이영길 진송한 보였으며, 구상선수를추가적으로보정한선형은 8.1% 감소율을보였다. 따라서구상선수설계에의해미비하지만오히려저항이증가되어구상선수설계는적용하지않았다. 또한본연구에서는선수, 중앙, 선미부횡단면형상을변경해가며, 5가지선형을설계하여각각저항성능, 복원성능, 내항성능을검토하였다. 설계선형의중앙횡단면보정의경우, 등선의저 항성능과운반어선의적재성을동시에고려해야하며, 산출된 C M 에맞도록선저경사각과만곡부반경을결정해야한다. 설계선형의 C M 은참고운반어선선형의 C M 보다감소되었기때문에, 화물창용적이감소될수있다. 하지만설계선형의길이가증가하였기때문에충분한화물창용적은확보되었다. 횡단면형상보정은참고선형들인등선선형과가깝게보정하는경우, 운반어선선형에가깝게보정하는경우와등선과운반어선의형상을함께고려하여보정하는경우를생각하였다. 설계선형의선저경사각은등선과운반어선의선저경사각의사이각도를 4등분하여 5.5 도, 9도, 12.5 도로결정하였으며, 산출된 C M 에따라만곡부반경을결정하였다. 하지만 12.5 도의경우반경을주지않아도횡단면적이부족하여운반어선의반경인 0.8m 를최소반경으로선정하고횡단면적에맞는선저경사각을결정하였으며, 결정된선저경사각은 10도이다. 이에따라선저경사각에따른만곡부반경은각각 1.8m, 1.1m, 0.8m 로되었다. 등선겸용운반어선의횡단면형상의설계는등선의 V형과운반어선의 U형, U형과 V형을복합한 UV 형으로횡단면의형상을달리하여설계하였다. 선저경사각과만곡부반경그리고횡단면적형상에따라번호 (the number of case) 를붙여 Table 6에나타내었으며, 이것들을통칭하여보정선형이라한다. Fig. 8, 9는그에따른중앙횡단면형상과선수미횡단면형상의보정을나타낸그림이다. 먼저, U형형상의보정을참고운반어선선형의 U 형단면형상을참고하여각스테이션의단면적에맞추어보정한다. 이후, V형형상의보정은단면적에맞추어선형의불연속점이없는한계내에서보정을수행한다. UV 형의보정은형상의변화의기준을맞추고자 U형과 V형늑골선의교차점을지나게하여 U형과V형사이의형상으로맞추어보정한다. 이때늑골선들의교차점을기준으로상부와하부의단면적의증감을같게하여 LCB 와배수용적과같은선형요소의변화가없도록보정한다. 보정과정에있어, 9station 의보정은이미산출된 ½ Enterance angle 에영향을주기때문에수행하지않았다. Fig. 8 Modification of midship section shape of each case Fig. 9 Modification of V, U and UV-type section shapes 저항성능검토유효마력추정에서는선형요소만을가지고개략적인유효마력을파악하므로, 선형특성보정에따른저항성능결과를확인하기위하여수치계산을수행하였다. 상용코드인 FLUENT 으로수치계산을수행하였다. 수치계산은모형선크기 (Scale=1/23.80) 로설계속력 ( 참고운반어선선형 Fn=0.38, 설계선형 Fn=0.37) 에서수행되었다. 격자계는 GridgenV15 를사용하여생성하였으며, 격자수는 9 x 10 5 개이다. 계산영역은선체를중심으로선미방향은배길이의 4.0 배, 선수, 폭, 깊이방향으로각각 2.5 배이다. 계산에사용된조건을정리해보면, 자유수면에서의파계형성을모사하기위한두밀도유체사이의경계를결정하기위해 VOF(Volume of fluid) 법을적용하였다. 난류모형은 Table 6 Modifications of hull form of each case #1 #2 #3 #4 #5 Rise of floor( ) Bilge radius(mm) section shape UV type U type V type U type V type Fig. 10 Comparison of wave contours JSNAK, Vol. 49, No. 5, October

6 Realizable k-ε model 을사용하였고, 속도압력의연성은 SIMPLE algorithm 을사용하였다. Fig. 10 은참고운반어선선형과보정선형들의파형을비교한것이다. 보정선형들과참고운반어선선형의파형을비교해보면, 보정선형들의선수파와선수어깨에서일어나는파, 선미파등전체적으로파고가감소한것을확인할수있다. 수치계산으로얻어진참고선형과보정선형들의저항성분을분석하여저항성능을파악하였다. 본연구에서수행한수치계산에서는선체표면에접하는방향의힘에서배의길이방향성분만을적분한마찰저항 (C V) 과선체표면에수직한방향의힘에서배의길이방향성분만을적분한압력저항 (C P) 이얻어지고, 이를무차원화한참고선형과보정선형들의저항계수들과전저항계수를이용하여 2차원외삽법에의해추정된실선의전저항과유효마력을 Table 7에나타내었다. 보정선형들모두의압력저항계수 (C P) 가크게감소하였다. 이는설계선형의 C M 과 C B 의감소가주요한영향을미쳐압력저항이감소한것으로판단된다. 보정선형들이참고운반어선선형에비해약 11%~16% 감소한것을확인할수있으며, 그중 #2, #4 의유효마력감소율이가장컸다. 이는 U형횡단면형상의영향인것으로파악된다. Table 7 Comparison of resistance components Re. fish carrier #1 #2 #3 #4 #5 C VM(Com.) C PM(Com.) C TM(Com.) C FM(ITTC1957) C RM C FS(ITTC1957) C TS R TS(kN) EHP(HP) Change rate(%) 복원성능검토 선형특성보정에따른복원성능을확인하기위하여복원성능추정을수행하였다. 어선은어로작업과항해등에대비하여악조건하의해상에서도안전성을확보할수있어야한다. 선박자체가가진고유의성능으로나타나는것중에가장중요한것이복원성이며, 그지표가바로 GM 이다. 따라서보정선형들의복원성을비교하기위하여, 참고선형의 KG 와깊이 (D) 를통해보정선형들의깊이에따라비례식으로 KG 의위치를추정하고, GM 을비교하였다. Table 8은참고운반어선선형과보정선형들의유체정역학계산을통한 KM T 와 KG 를통해 GM 의위치를추정한 것이다. 어선법 (Mifaff, 2010) 의복원성기준에의거하여배의길이 40 미터이상어선의 GM 은 0.35 미터이상이어야한다. 참고운반어선선형의경우복원성기준에미치지못했으나보정선형들의경우모두요구하는값보다높게추정되어국내의복원성기준에만족하였다. 보정선형들의무게중심위치가동일하다는가정하에서 #3, #5 가상대적으로 GM 값이크게추정되어좀더복원성이우수한선형으로설계될것이다. 두선형은모두선수부가 V형횡단면으로, 상갑판의폭이넓어져복원성에유리한선형이라판단된다. Table 8 Comparison of estimated GM Reference fish #1 #2 #3 carrier Table 9 Comparison of seakeeping index C W P Reference fish carrier #1 #2 #3 #4 #4 #5 KM T(m) KG(m) GM(m) 내항성능검토 선형특성보정에따른내항성능을확인하기위하여내항성능검토를수행하였다. 내항성은파도의파장과배의선형요소와관계를갖게되는데, 이러한것들을계수화하여정리한것이 seakeeping index 이다. 본연구에서는 Wijngaarden A. M.(Andrew & Liu, 1992) 이제안한회귀방정식 (1) 을사용하였으며, R f 값이클수록 heave 와 pitch 의움직임이안정적인것으로알려져있다. 여기서, R f 는 seakeeping index, C WP 는수선면계수, LCF 는길이방향부면심의위치 (%) 를나타낸다. Table 9는참고운반어선선형과보정선형들의 R f 값을나타낸것으로, 보정선형들모두참고운반어선선형에비하여 R f 값이작아졌으나 Kang (2006) 에나타난표준어선의 R f 값범위인 1.041~ 과비교하여보정선형들이비교적큰값에속하여내항성능에는문제가없을것으로판단된다. 보정선형들이표준어선선형과규모의차이는있지만, seakeeping index 가일반적인선형모두에사용이가능하고상대적인비교자료로서활용되기때문에비교에는무리가없을것으로판단된다. 보정선형들중차이는미비하지만 #2, #4 선형이우수하였으며, 두선형은모두 U형횡단면으로보정된선형이다. # LCF R f (1) 396 대한조선학회논문집제 49 권제 5 호 2012 년 10 월

박애선 이영길 진송한 3.2.5 설계선형의선정본연구의참고등선과운반선의설계경향이복원성과내항성을고려하여설계하고있다 (NFRDI, 2000). 설계선형의선정시저항성능도중요하지만, 등선과운반어선설계에중요한복원성과내항성을우선순위로생각하였다.

였으며, local wave effect 를피할수있도록인하대학교선형시험수조의벽위치에서파형을계측하였다. 형상영향계수는 Prohaska 방법을이용하여얻어내었다. 참고운반선선형과설계선형의형상영향계수는각각 0.116 와 0.064 로, 설계선형이참고운반선선형에비하여상당히감소한것을확인하였다.

각선형들의모형시험을실선속력 3~18knots 에서수행하였다. Fig. 12 의조파저항계수 (C W) 그래프를보면, 10 노트이하의속도에서는차이가없으나그이상의속도에서는설계선형의조파저항계수가참고운반선선형의조파저항계수에비하여그증가량이감소하는것을확인할수있으며, 설계속력에서는약 20% 감소하였다.

13 Photographs of the wave generations during model test at design speed (V M = 1.58m/s) Fig.

7 박애선 이영길 진송한 설계선형의선정본연구의참고등선과운반선의설계경향이복원성과내항성을고려하여설계하고있다 (NFRDI, 2000). 설계선형의선정시저항성능도중요하지만, 등선과운반어선설계에중요한복원성과내항성을우선순위로생각하였다. 내항성의경우보정선형들간의차이가적어, 상대적으로복원성이나쁘게추정된 #2, #4 선형은제외시켰다. 나머지선형들중저항성능이좋은 #1 선형을설계선형으로선정하였다. Fig. 11 은최종선정된설계선형의정면도를참고등선선형, 참고운반어선선형과비교하여나타낸것이다. 였으며, local wave effect 를피할수있도록인하대학교선형시험수조의벽위치에서파형을계측하였다. 형상영향계수는 Prohaska 방법을이용하여얻어내었다. 참고운반선선형과설계선형의형상영향계수는각각 와 로, 설계선형이참고운반선선형에비하여상당히감소한것을확인하였다. (a) Reference fish carrier (Model number: IT10-03 Fish 08) Fig. 11 Comparison of hull forms 4. 참고선형과설계선형의모형시험 참고운반선선형과설계선형의저항성능을보다자세히파악하기위하여모형시험을수행하였다. 각선형들의모형시험을실선속력 3~18knots 에서수행하였다. Fig. 12 의조파저항계수 (C W) 그래프를보면, 10 노트이하의속도에서는차이가없으나그이상의속도에서는설계선형의조파저항계수가참고운반선선형의조파저항계수에비하여그증가량이감소하는것을확인할수있으며, 설계속력에서는약 20% 감소하였다. Fig.13 을확인하여보면, 실험시설계선형의파가참고선형에비하여감소한것을확인할수있다. (b) Designed hull form (Model number: IT10-04 Fish 09) Fig. 13 Photographs of the wave generations during model test at design speed (V M = 1.58m/s) Fig. 12 Comparison of C W curves 본연구에서는설계된선형의조파저항성능을확인하고자, 참고운반선선형과설계선형에대하여파형해석을수행하였다. 또한, 형상저항의영향도함께파악하기위하여저속저항시험을수행하였다. 파형해석은 longitudinal cut method 를이용하 Fig. 14 Comparison of resistance components by the ITTC 1978 method Fig. 14 는 ITTC 1978 년방법을이용하여설계속력에서참고운반선및설계선형인두모형선의저항성분들을분리한결과이다. 형상저항계수 (kㆍ C F) 는크게차이가없지만조파저항계수성 JSNAK, Vol. 49, No. 5, October

8 분중선형적성분 (C Wp) 이약 36% 감소하였다. ITTC 1978년방법을이용하여설계속력에서참고선형과설계선형의유효마력은각각약 1569HP, 1231HP 로설계선형이참고선형에비하여 22% 감소된것을확인하였다. 한편, 설계속력에서 Froude 방법을이용한참고선형과설계선형의유효마력은각각약 1610HP, 1298HP 로그차이는약 19% 의차이를보였다. ITTC 1978년방법을이용한유효마력이 Froude 방법을이용한유효마력보다약 3% 낮게추정이되었는데, 이는 2차원과 3차원의선박저항결정법의차이로 3차원저항추정방법인 ITTC 1978년방법에형상영향계수가이용되어나타난결과이다 (Kenneth, 2001). 추정과계산, 실험결과를 ITTC 1978 년방법이용하여추정한유효마력을 Fig. 15 에비교하여나타내었다. 설계속력에서실험의유효마력감소율 ( 약 22%) 보다추정을통하여얻어진유효마력의감소율 ( 약 25%) 이조금더크게나타나고있다. 하지만추정과실험결과의경향이정성적으로큰차이를보이지않아, 반오르트메르센 (Van Oortmerssen) 마력추정법은선망운반선의실선마력을추정하기에적절한것으로판단된다. Fig. 15 Comparison of EHP curves among power estimation, EFD experiment and CFD computation 5. 결론 한국 G/T 199 톤급선망등선겸용운반선설계를수행하였다. 1) 본선형설계기법으로참고운반선선형에비하여설계선형의유효마력이약 22% 감소하였음을확인하였으며, 특히조파저항성분중에파형저항의경우약 36% 가감소되었다. 이는 C M 과 C B 의감소로압력저항이감소하였고, 길이가길어지고 LCB 가선미부로이동하는등산출된선형요소에의해조파저항에유리하게선형이변화된것으로판단된다. 본연구의선형설계방법이등선겸용운반선의저항성능향상을위한초기선형설계에충분히활용이가능할것으로판단되어진다. 2) 선망등선과운반선의설계는저항성능뿐만아니라복원성능, 내항성능을고려하여설계한다. 등선겸용운반선설계또한이러한성능이만족되도록하여두선형의기능이가능하도록설계되어야한다. 본설계선형의 UV 형형상의경우는 U형에비해저항성능은좋지않았으나, 복원성과내항성을동시에고 려하였을경우다른형상들에비해우수하여어선의선형으로무리가없을것이라판단된다. 하지만저항성능을좀더감소시키고자하는선형의경우에는 U형횡단면을택하는것이유리할것으로판단된다. 3) 본연구는앞으로선망등선겸용운반선의선형개발에참고자료가될것이며, 설계된등선겸용운반선선형은선행연구된선망본선과함께선단을이루어선망어업발전에기여할수있을것이다. 후기 본연구는농림수산식품부수산특정연구개발사업의 수산업기술경쟁력확보를위한미래형어선기술개발 사업으로수행된연구결과임. 참고문헌 Alvarino, Ricardo, Azpíroz, Juan José e Meizoso, Manuel, El Proyecto Básico del Buque Mercante. Fundo Editorial de Ingeniería Naval, Colegio de Ingenieros Navales. Andrew, Z. & Liu, S., Optimization of hull form for seakeeping performance. The Fifth International Symposium on Practical Design of Ship and Mobil Units. Choi, H.J. Lee, K.W. & Yun, S.D., Study for the Development of an Optimum Hull Form using SQP. Jounal of Korean Navigation and Port Research, 30(10), pp Choi, N.K. Kang, B.Y. & Jo, H.J., 2002a. A Study on the Optimum Formation of Fleet in Purse Seiner Fishing System. Journal of the Korean Society of Ocean Engineering, 16(6), pp Choi, N.K. Kang, B.Y. & Jo, H.J., 2002b. A Study on the Principal Performance of Purse Seiner Ship in 2 Vessels Formation. Journal of the Korean Society of Ocean Engineering, 16(6), pp ILO, International labour standards policy. Jeong, K.L. Lee, Y.G. & Kim, N.C., A Fundamental Study for the Numerical Simulation Method of Green Water Occurrence on Bow Deck. Journal of the society of naval architects of Korea, 47(2), pp Kang, D.S., A Study on the Estimation of Effective Horsepower and a Design Method of Hull Form with Minimal Resistance for Korean Small Fishing Vessels. Ph.D. Inha University. 398 대한조선학회논문집제 49 권제 5 호 2012 년 10 월

박애선 이영길 진송한 Kenneth, M.F., 2001. Comparison of ITTC-78 and Standard Ship Performance Prediction Methods, Hydromechanics Directorate report, NSWCCD-50-TR --2001/033. Kim, D.D. Lee, Y.G. Yu, J.W. & Park, C.

Korea Ship Safety Technology Authority (KSSTA), 1988. G/T 139ton Class trawler construction explanation. Journal of Korea Fishing Vessel Association, 57, pp.54-59. Lackenby, H., 1950.

5 : A C Code for Solving(Large Scale) Constrained Nonlinear(Minmax) Optimization Problems, Generating Iterates Satisfying All Inequality Constraints, Institute for Systems Research, University of

9 박애선 이영길 진송한 Kenneth, M.F., Comparison of ITTC-78 and Standard Ship Performance Prediction Methods, Hydromechanics Directorate report, NSWCCD-50-TR /033. Kim, D.D. Lee, Y.G. Yu, J.W. & Park, C.K., A Study on the Resistance Performance of G/T 180ton Class Korean Large Purse Seiner. The Korean Association of Ocean Science and Technology Societies, ISSN pp Korea Ship Safety Technology Authority (KSSTA), G/T 139ton Class trawler construction explanation. Journal of Korea Fishing Vessel Association, 57, pp Lackenby, H., On the Systematic Geometrical Variation of Ship Forms. Trans. INA, 92, pp Lawrence, C. Zhou, J.L. & Tits, A.L., User's Guide for CFSQP Version 2.5 : A C Code for Solving(Large Scale) Constrained Nonlinear(Minmax) Optimization Problems, Generating Iterates Satisfying All Inequality Constraints, Institute for Systems Research, University of Maryland. Lee, Y.G., Study on the Estimation Method of EHP of Fishing Boats and Optimization Technique of Hull Form Parameters having Low Resistance, KIMM report, UCN131H-270.D. Ministry for Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (Mifaff), Fishing Vessel Law, Republic of korea. National Fisheries Research Development Institute (NFRDI), A research on the laborsaving method for the fleet fishing vessels, Republic of korea. Oortmerssen, G.Van., A Power Prediction Method and its Application to Small Ships, Int. Shipbuilding Progress, 18(207), pp 박애선이영길진송한 JSNAK, Vol. 49, No. 5, October

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