본 연구에서는 어선의 운동성능을 향상하기 위해 부착되는 부가물의 조합과 파라미터 변경에 따른 어선의 자유 횡 동요 감쇠 와 저항 성능을 평가하였다. 성능 평가를 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics)을 이용한 수치해석을 수행하였으며, 주요 부가 물인 빌지킬과 선저킬의 조합과 치수 변경에 따른 횡 동요 주기와 감쇠 계수의 변화를 확인하였다. 선저킬의 경우 길이가 변화함에 따른 횡 동요 감쇠 계수의 변화가 상대적으로 크지 않음을 확인하였다. 반면 빌지킬의 경우 길이와 각도의 증가에 따라서 횡 동요 감쇠 계수가 증가함을 확인하였다. 4가지 부가물 조합 조건과 나선의 저항 성능을 비교하였으며, 부가물에 의한 어선의 자세와 압력분포의 변화로 인 해 저항이 증가함을 확인하였다. 본 연구 결과를 통해 부가물 크기와 배치가 어선의 운동 및 저항 성능에 미치는 영향을 확인할 수 있었 으며, 어선 적용 시에 도움이 될 수 있을 것으로 기대한다.

일반적으로 부유식 해상풍력발전 에너지의 수급성과 효율을 극대화하기 위해서는 하부구조물의 파랑 감쇠로 인한 운동을 저 감시키는 것이 중요하다. 선행 연구들에 따르면 파도 중 하부구조물에 설치된 감쇠판에 의해서 발생한 와류점성으로 인해 운동 응답이 감소되는 것으로 나타났다. 본 연구에서는 5MW급 반잠수식 OC5 플랫폼과 감쇠판이 부착된 두가지 플랫폼을 설계하고, 와류점성으로 인 한 운동저감효과를 확인하기 위해 자유감쇠실험과 수치계산을 수행하였다. 모형시험 결과로 낙하 높이를 30 mm, 40 mm, 50 mm에서의 상하 자유감쇠실험을 수행하였을 때 OC5 플랫폼 대비 두 가지의 형태의 감쇠판이 부착된 플랫폼이 상대적으로 운동감쇠성능이 향상되었다. 모형시험과 수치계산 결과에서 형상화한 감쇠판 모델(KSNU Plate 1, KSNU Plate 2)들이 각각 OC5 대비 상하운동 진폭이 1.1배, 1.3배 각각 감소했으며, KSNU Plate 2 플랫폼은 KSNU Plate 1 플랫폼보다 OC5 대비 약 2배 감쇠성능이 좋아진 것으로 나타났다. 본 연구에서는 감쇠 판의 면적과 와류점성이 상하동요의 감쇠율과 밀접한 관련을 보여준다.

선체 부가물에서 발생하는 유동소음은 자체소음 관점에서 소나의 성능과 직결되고, 추진기 및 방향타와 상호작용을 통해 2차 소음원을 야기해 근접장 범위의 엄밀한 분석이 요구된다. 하지만 유동소음 해석에 적용되는 기존의 음향상사법은 음향 신호의 전파를 직접 모사하지 않는 간접법에 해당해 회절, 반사, 산란 특성을 고려할 수 없으며, 근접장 해석이 제한적이다. 본 연구에서는 격자 볼츠만 기법을 적용해 수중환경 유동소음의 전파과정을 직접 모사하였다. 격자 볼츠만 기법은 분자의 충돌과 흐름 과정을 통해 유동소음을 해석하는 기법으로, 압축성과 낮은 소산율, 낮은 분산율의 특성을 가지고 있어 소음해석에 적합하다. 선체 부가물 형상을 대상으로 RANS 해석을 통해 유동소음원을 도출하고, 유동-음향 경계면을 적용한 격자 볼츠만 기법으로 유동소음의 전파과정을 직접적으로 모사했다. 도출된 결과를 수음점의 위치에 따라 FW-H 결과 및 유체동압력 결과와 비교를 통해 근접장에서 타 기법 대비 격자 볼츠만 기법의 유용성을 확 인했다.

본 연구에서는 선수 돌출의 반전형 선수 형상을 가진 고속 쌍동선의 선체부착 부가물에 의한 주행성능 영향에 대하여 수치해 석과 회류수조 모형시험을 통하여 비교분석하였다. 반전형 선수 형상은 재래식 선수 형상보다 선수 발산파 파정의 생성위치를 선미방향 으로 이동시켜 개선된 조파형상을 보이며, 저항 및 안정된 항주자세에 효과적임을 보였다(Kim et al., 2019). 본 연구에서의 반전형 선수 내 측에 부착된 핀과 선미단 인터셉터(Interceptor)에 의한 파형과 항주자세 변화 등 주행성능에 대한 모형시험 결과에서는, 1) 반전형 선수의 Trim 특성 2) Fin에 의한 내측 파의 중첩 개선 3) Fin과 Interceptor에 의한 자세제어는 두 선체 연결갑판(Wetdeck) 충격을 줄이는데 효과적인 것으로 판단된다.

연·근해어선들은 운항 또는 조업시 안정성(복원성능 및 횡동요 저감 성능)을 향상시키기 위해 여러 가지 부가물을 설치하며, 일반적으로 Fig. 1과 같이 세 가지로 분류할 수 있다. Bare hull을 포함하여 각 부가물이 단독으로 부착된 경우 3가지, 복수의 조합으로 부착된 경우 3가지 그리고 3가지 모두 부착된 1가지에 대하여 수치 계산을 수행하였다. Table 1은 Bare hull에 대한 주요치수를 나타낸 것이고, Table 2는 3가지 부가물에 대한 주요치수를 기술하였다. 3가지 선체 부가물에 대하여 CFD에 의한 유체동역학적 성능을 평가하였다. 각각의 부가물에 대하여 단독, 2개씩 조합된 복수 그리고 3개 모두 부착된 경우에 대하여 평가를 하였다. 1번 부가물의 경우 압력저항이 마찰저항 보다 차지하는 비율이 큼을 알 수 있었다. 2번과 3번 부가물의 경우 압력저항과 마찰저항이 거의 대동소이 함을 알 수 있었다. 복수조합과 3가지 모두 부착된 경우 부가물 상호간의 상관관계는 매우 작음을 알 수 있었다. 11노트에서 2번 부가물과 모든 부가물이 부착된 경우 유효마력 관점에서 약 9 % 차이를 보였다.

본 연구에서는 다양한 감쇠판을 원통형 부유체에 부착하고 수치 시뮬레이션을 통해 원통형 부유체의 heave RAO 및 고유주기의 변화를 고찰하였다. 먼저 감쇠판을 부착하지 않은 원통형 부유체의 heave RAO 및 고유주기를 파악하였고, 원통형 부유체에 부착한 감쇠판의 크기와 형상을 바꿔가며 각 경우에 대한 heave RAO 및 고유주기를 평가하였다. 수치 시뮬레이션 결과, 감쇠판의 모든 면적에 대해서 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 고유주기는 증가하였고, 감쇠판의 크기가 1.30D부터 입사파의 피크주기에서 heave RAO는 감소하였다. 감쇠판의 모든 면적에 대해서 원형 감쇠판이 Y자형 감쇠판보다 고유주기가 길게 나타나며, 고유주기의 차이는 감쇠판의 면적이 커질수록 그 차이가 커졌다. 운동응답 스펙트럼 계산 결과, 원형 감쇠판과 Y자형 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 heave 운동이 입사파의 피크주기에서 현저하게 감소하였다. 또한 원형 감쇠판을 부착한 원통형 부유체의 고유주기가 Y형 감쇠판을 부착한 경우보다 입사파의 피크 주기에서 더 멀리 이동하였다.

A series of model tests carried out at the CWC of WJFEL for the purpose of prediction of resistance for the performance and improvement of resistance by attaching appendage for the ship of 50 knots class planing hull. The resistance performance evaluation has been carried out for the bare hull and for the appendage hull with two different depth of vertical type wedges. In the bare model test, trim and sinkage is calculated for the planing hull and the resistance is calculated. For minimizing the resistance, wedge appendage is attached and tested. Analysis and tests shows that for a 12.5mm wedge, resistance is minimum and overall power tallied to 5636ps.

TPI는 고속 활주선의 소음, 진동, 트림 및 핏칭운동을 감소시킨 것으로 실선 시운전에서 증명되었다. 또한 모형시험에서 저항성능도 미소하게나마 개선시킨 것으로 입증되었다

Manta형 무인잠수정(MUUTV)을 대상으로 회류수조에서의 모형실험을 통해 동일한 동체 모형에 대해 형상이 서로 다른 부가물을 부착했을 때의 동유체력 특성을 실험적으로 검토하였으며, 동유체력 측정 결과를 이론계산치와 비교하였다. 아울러 이를 바탕으로 운동안정성을 검토하여 최적의 부가물 형상 결정의 이론적 근거를 확립하였다.