해양환경안전학회지 Vol.24 No.5 (p.628-636)

|Research Paper|
7마일 등명기를 결합한 경량화 등부표의 운동 해석

Motion Analysis of Light Buoys Combined with 7 Nautical Mile Self-Contained Lantern
키워드 :
경량 등부표,환경하중,계류시스템,운동해석,전산유체역학,Lightweight light buoy,Environmental loads,Mooring system,Motion analysis,Computational Fluid Dynamics,CFD

목차

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 복원성능 평가
3. 운동 해석
  3.1 운동 방정식
  3.2 해석 조건
  3.3 운동응답 스펙트럼
  3.4 운동해석 결과
4. 결 론
References

초록

현재 운용되고 있는 대형 등부표는 대부분 철소재로 제작되어, 부식과 침식에 취약할 뿐 아니라 중량이 커서 설치 및 유지보수 가 어렵다. 또한, 주위를 항해하는 선박과 충돌시 등부표 및 선박의 구조적 피해는 물론 인명피해를 발생시키기도 한다. 이러한 철소재 등 부표의 문제점들을 해결하고자 친환경, 경량화 재질을 사용한 등부표가 주목을 받고 있고, 최근 국내에서도 부체와 상부구조물에 각각 친환경 경량소재인 EPP(Expanded Polypropylene)와 알루미늄 소재를 적용한 경량 등부표가 개발된 바 있다. 등부표가 본연의 기능을 수행하기 위해서는 복원성능 및 파랑중 (동적) 운동성능의 확보가 중요한데, 경량화 등부표는 기존의 철재 등부표와 중량 분포 및 운동특성이 다르기 때문에 이에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 새롭게 개발된 전원일체형 경량 7마일 등부표의 복원성능과 다양한 환경조건(파도, 바람, 조류)하에서의 운동성능을 평가하였다. 계류시스템을 고려한 운동해석에는 ANSYS사의 AQWA를 사용하였으며, 운동성능 추정의 정도 향상을 위하여 상용 CFD SW인 Simens사의 STAR-CCM+를 사용해 추정한 풍하중 및 조류하중을 운동해석에 사용하였다. 추정된 등부표의 유의운동의 최대값을 비교한 결과, 바람보다는 파도와 조류가 운동성능에 상대적으로 큰 영향을 미치며, 해상상태가 나빠질수록 (Beaufort No. 3이상) 운동이 급격히 커지는 것으로 예측되었다. 이는 해상상태가 나빠지면서 불규칙 파 에너지 스펙트럼의 최대 주파수가 등부표의 고유주파수에 근접하기 때문으로 추정된다.
Because large buoys are mainly made of steel, they are heavy and vulnerable to corrosion by sea water. This makes buoy installation and maintenance difficult. Moreover, vessel collision accidents with buoys and damage to vessels due to the material of buoys (e.g., steel) are reported every year. Recently, light buoys adopting eco-friendly and lightweight materials have come into the spotlight in order to solve the previously-mentioned problems. In Korea, a new lightweight buoy with a 7-Nautical Mile lantern adopting expanded polypropylene (EPP) and aluminum to create a buoyant body and tower structure, respectively, was developed in 2017. When these light buoys are operated in the ocean, the visibility and angle of light from the lantern installed on the light buoys changes, which may cause them to function improperly. Therefore, research on the performance of light buoys is needed since the weight distribution and motion characteristics of these new buoys differ from conventional models. In this study, stability estimation and motion analyses for newly-developed buoys under various environmental conditions considering a mooring line were carried out using ANSYS AQWA. Numerical simulations for the estimation of wind and current loads were performed using commercial CFD software, Siemens STAR-CCM+, to increase the accuracy of motion analysis. By comparing the estimated maximum significant motions of the light buoys, it was found that waves and currents were more influential in the motion of the buoys. And, the estimated motions of the buoys became larger as the sea state became worser, which might be the reason that the peak frequencies of the wave spectra got closer to those of the buoys.