국제해사기구(IMO)의 탄소중립 및 CII 규제 강화에 대응하여, 본 연구의 목적은 로터세일의 최적 설계를 지원하기 위한 주요 설계변수인 로터세일 회전비(Spin Ratio, SR), 직경(Diameter, D) 그리고 높이(Height, H)의 정량적 영향력을 분석하고 추력 및 최적 치수 예 측 기법을 제안하는 것이다. 총 72개 케이스의 CFD 해석 결과, 회전비(SR)가 2에서 4로 증가함에 따라 항력계수(CD)의 스케일은 약 1.0×10-3 에서 2.6×10-3 이상으로 확대되었으며, 양력계수(CL)의 민감도는 SR=2 대비 SR=4에서 약 3.7배 증가됨을 확인하였다. 이에 따라 발생 추력(Thrust, T)은 SR=2 조건의 약 32kN에서 SR=4 조건의 39kN 이상으로 크게 향상되었으며, 이를 기반으로 구축된 정량적 데이터베 이스를 활용해, 로터 규격에 따른 추력을 산정하는 것은 물론, 설치 공간의 제약을 고려한 목표 추력별 최적 치수(D, H) 조합을 세 가지 안으로 도출하는 양방향 성능 예측 기법을 확립하였다. 이를 구현한 GUI 기반 설계 지원 프로그램은 온라인 사이트(smartship.tu.ac.kr)에 공 개하였다. 본 연구 성과는 기술적 자원이 부족하고 고비용의 수치 해석 없이도 짧은 시간 내에 추력 및 최적치수의 로터 규격을 도출하게 함으로써, CII 대응 및 친환경 선박 개조(Retrofit)에서 실질적인 기술적 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것으로 기대된다.

This paper presents an analysis of the quantitative influence of key design variables - spin ratio (SR), diameter (D), and height (H) - to support optimal rotor sail designs in light of the International Maritime Organization (IMO) carbon neutrality objectives and the tightening of Carbon Intensity Indicator (CII) regulations. It also presents a methodology for predicting thrust and optimal dimensions. Analysis of 72 cases using computational fluid dynamics (CFD) revealed that as SR increased from 2 to 4, the drag coefficient expanded from approximately 1.0 times 10-3 to over 2.6 times 10-3. Furthermore, the sensitivity of the lift coefficient at SR = 4 increased by approximately 3.7 times compared to the SR = 2 condition. As a result, the generated thrust improved substantially from approximately 32 kN at SR = 2 to over 39 kN at SR = 4. Based on the established quantitative database, a bidirectional performance prediction technique was developed. This method not only calculates thrust according to rotor specifications but also derives three optimal combinations of dimensions (D, H) for a target thrust, taking installation space constraints into account. A GUI-based design support program implementing this technique has been made publicly available (smartship.tu.ac.kr). The results of this study are expected to contribute to securing technical competitiveness in CII compliance and environmentally sustainable ship retrofits by facilitating the swift determination of thrust and optimal rotor specifications without the need for high-cost numerical analysis or extensive technical resources.

요 약
Abstract
1. 서 론
2. 대상 로터세일 및 수치 기법
    2.1 대상 로터세일 및 설계변수 선정
    2.2 지배방정식 및 수치 알고리즘
3. 결과 및 고찰
    3.1 설계 변수에 따른 공력 특성 데이터베이스 구축
    3.2 항력 계수(CD)의 경향성
    3.3 양력 계수(CD)의 경향성
    3.4 추력(T)의 경향성
4. 결 론
후 기
References

• 박동우(동명대학교 전기제어학부 자율운항시스템전공 교수) | Dong-Woo Park (Professor, Department of Electrical and Control Engineering, Major in Autonomous Navigation Systems, Tongmyong University, Busan 48520, Korea) Corresponding author