이 연구는 다목적 선박(MPV)의 공기역학적 구조물 설계, 분석 및 향상을 통해 그린 워터 압력에 의한 구조적 안전을 보장하고, 탈탄소화 및 에너지 효율성에 이바지하는 방법을 기술하였다. 유한 요소 분석(FEA)을 통한 초기 평가에서 좌굴 발생에 대한 잠재적인 취약점 이 있음을 확인하였다. 이러한 문제를 해결하기 위해 보강재(Carling stiffener)와 두께 증가를 통하여 응력을 재분배하고 국부적인 좌굴 발생의 위험을 최소화하였다. 보강 후 분석 결과, 한국선급(KR)의 안전 기준인 항복 강도, 미국 선급(ABS) 좌굴 강도 및 노르웨이 표준(NORSOK) 변 위 기준을 모두 충족하는 것이 확인되었다. 결과적으로 고유치 좌굴 해석 결과가 안전 기준을 초과하고 최대 변위가 허용 한계 내에 있는 등 중요한 개선이 이루어졌다. 이러한 개선은 극한의 해양 조건에서 운영 신뢰성을 보장할 수 있다. 이 연구는 공기역학적 항력 감소와 구조적 안전성의 이중적인 이점을 강조하며, 국제 해사 기구(IMO)의 2050 탈탄소화 목표에 부합하는 연료 효율성 및 온실가스 배출 감소에 이바지할 수 있다. 연구 결과는 다양한 선박 유형에 걸쳐 항력 감소 기술을 확장하기 위한 기초 자료를 제공하며, 지속 가능하고 탄력적인 해양 운영을 위한 대안을 제시하였다. 향후 연구는 구조적 안전 평가를 가속할 수 있는 단순화된 모델링 기술 개발에 집중할 것이다.

This study explores the design, analysis, and enhancement of aerodynamic wind shields for multipurpose vessels (MPVs) to ensure structural safety under green water pressure while contributing to decarbonization and energy efficiency. Initial evaluations using finite element analysis (FEA) identified potential vulnerabilities in the buckling resistance and stress distribution. To address these challenges, the design was reinforced with carling stiffeners and increased plate thickness, effectively redistributing stresses and minimizing localized buckling risks. The results of a post-reinforcement analysis confirmed compliance with the American Bureau of Shipping (ABS) safety criteria, including yield strength, buckling strength, and displacement thresholds. The results demonstrated significant improvements, with eigenvalue buckling factors exceeding safety standards and the maximum displacement well within allowable limits. These enhancements ensure operational reliability under extreme marine conditions. This study underscores the dual benefits of aerodynamic drag reduction and structural integrity, thus advancing fuel efficiency and greenhouse gas emission reductions in alignment with the 2050 decarbonization goals of the International Maritime Organization (IMO). These findings provide a robust framework for extending drag reduction technologies across diverse vessel types, paving the way for sustainable and resilient maritime operations. Future research will focus on developing simplified modeling techniques to accelerate structural safety evaluations.

Abstract
요 약
1. Introduction
2. Air resistance reduction structure
    2.1 Main components and specifications
    2.2 Green water pressure calculation
    2.3 Methodology
3. FE-Analysis and results
    3.1 Model and allowable criteria
    3.2 Ultimate Limit State (ULS)
    3.3 Buckling Limite State (BLS)
    3.4 Serviceability Limite State (SLS)
4. Conclusions and future works
Acknowledgement
References

• Jun-Taek Lim(Graduate Student, Department of Ocean System Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Korea) | 임준택 (국립목포해양대학교 해양시스템공학과 대학원생)
• Kwang Cheol Seo(Professor, Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Mokpo National Maritime University, Mokpo 58628, Korea) | 서광철 (국립목포해양대학교 조선해양공학과 교수)
• Myung-Su Yi(Professor, Department of Naval Architecture and Ocean Engineering, Chosun University, Gwangju 61452, Korea) | 이명수 (조선대학교 선박해양공학과 교수)
• Joo-Shin Park(Group manager, Ship and Offshore Research Institutes, Samsung Heavy Industries, Geoje 53261, Korea) | 박주신 (삼성중공업 조선해양연구소 그룹장) Corresponding author