선박의 안전 확보를 위해 준수해야 하는 IMO 복원성 규칙에는 복원정 곡선(GZ Curve) 등에 관한 내용이 다양하게 규정되어 있다. 이 IMO 복원성 규정에는 다양한 항목의 만족 기준이 제시되고 있으나, 선박을 운항하는 선장에게 선박의 복원성능을 종합적이며, 간편하게 제공할 수 있는 방법은 부재한 상황이다. 이를 위해 본 연구에서는 복원성을 하나의 값으로 표현할 수 있는 지수를 개발하였다. IMO에서 규정한 선박의 6가지 복원성 항목과 대상선박의 적재상황에 따른 복원성 계산결과를 바탕으로 지수산정식이 도출되었다. 또한 개발된 지수산정식을 적용하여 다양한 화물 적재 상황별 복원성 지수(Stability Index)를 계산하였으며, 복원성능의 전반적인 정도를 수치적으로 적절하게 설명할 수 있음을 검증하였다. 이는 선박의 선장에게 복원성 평가하고 판단하는데 도움을 줄 것으로 판단된다.

선박이 제한수로를 운항할 때에는 기존 심수 및 천수 중을 운항하는 선박의 조종특성과 일반적으로 다르기 때문에 선박의 안전한 항해를 위해 달라지는 선박의 조종특성 추정이 중요하다. 본 연구에서는 제한수로를 운항하는 선박의 조종성능을 추정하기 위해 조종운동 방정식과 가상 구속모형시험 시뮬레이션을 통한 유체력 미계수를 이용하여 조종성능을 추정하였다. 조종 수학 모델 중 선체, 프로펠러, 타를 분리하여 유체력을 모델링하는 방식인 모듈형(modular type) 모델에 제한수로의 영향을 고려하는 항을 추가하여 제한수로 중 조종성능을 추정 연구를 수행하였다. 제한수로 중 선체에 작용하는 유체력 미계수를 도출하기 위하여 상용 CFD 프로그램을 이용한 가상 구속모형시험 시뮬레이션을 수행하였다. 최종적으로 제한수로 중 직진 시뮬레이션과 Zig-zag 시뮬레이션을 수행하여 제한수로의 영향이 고려된 조종 시뮬레이션을 수행하였다. 특히 선박의 침로 안정성능을 평가하기 위해 Zig-zag 시험을 수행하는데, 측벽으로 인한 선박 주위의 비대칭 유동이 좌현과 우현에 압력 차이를 발생시켜 선박의 궤적에 큰 영향을 미침을 확인하였다.

최적의 선박 운항 항로를 찾기 위해서는 선박의 정확한 추진성능을 추정하는 것이 매우 중요하다. 본 논문은 선박 최적운항시스템 의 추진성능 데이터베이스를 생성하기 위한 전산프로그램의 개발에 대해 기술하고 있다. 실해역에서의 추진성능은 표류와 표면 거칠기 등 선 체 상태뿐 만 아니라 파랑과 바람 등 해상 상태의 영향을 받는다. 이 부가저항 추정 방법들은 ISO 15016:2002 표준의 실선 속력시운전 해석법 을 근간으로 하고 있으며, 추가로 바람과 선체 표면 거칠기에 대한 몇 가지 추정 방법이 보완되었다. 이 추정 방법들은 종합적인 전산프로그 램으로 만들어졌다. 그리고 향후 최적 운항경로 계산에 활용될 쇄빙연구선 아라온 호에 대해서 데이터베이스 계산이 수행되었다. 이 프로그램 은 모든 선박의 항로 최적화 계산에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

실습선 한바다호에 설치된 선박 조종성능 계측 시스템을 이용하여 타각, 선회방향, 속력 등 다양한 조건으로 수차례에 걸쳐 선회시험을 실시하였다. 이를 바탕으로 선회권, 조종성 지수, 신침로 거리 등을 산출하여 상호 비교하였고, 그 결과 IMO 조종성 기준(Maneuvering standards)을 잘 만족하고 있음을 확인하였다. 실습선 한바다호는 좌현으로 선회하는 경우 모든 타각에서 선회권이 작게 측정되었고, 타 선박과 비교하여 선회성 지수(K)와 추종성 지수(T)가 상대적으로 크게 나타났다. 따라서 선회과정에서 선회경은 다소 작아질 수 있으나, 전진거리가 길어질 수 있으므로 전방의 위험물 회피에 주의가 요구된다. 또한, 신침로가 30˚~90˚인 경우 신침로거리는 125m~300m로 측정되었다. 이러한 결과는 충돌회피와 항내조선 및 협수도 항해 시 선박을 보다 안전하게 조선하는데 매우 중요한 지표가 될 것으로 판단된다.

해상 상태가 거칠어짐에 따라 선체동요로 인하여 선박에 승선 증인 승객 및 승무원은 멀미 증상을 호소하기도 하고, 졸음 증상, 어지럼증, 두통 및 복통 등을 초래하기도 한다. 심한 경우에는 생리적으로 회복하기 힘들 정도의 심각한 장애를 겪기도 한다. 또한, 의욕(동기부여) 감소, 숙련도 저하, 인지능력 및 판단력 저하 등 정신적 활동의 지연이나 오류를 유발하는 등 활동성 및 작업수행 능력이 현저히 떨어지기도 한다. 본 논문에서는 멀미의 발생 및 작업수행과 관련된 대표적인 국제 표준안을 살펴보았고, 실습선에 승선 중인 실습생들을 대상으로 수차례에 걸쳐 설문조사를 실시하여 승선감을 평가하였다. 그 결과, 멀미 중상을 유발하는 주요소가 상하가속도임을 확인하였고, 그 크기(수준)는 0.2g 이상으로 분석되었다. 또한, 속력 또는 침로를 변경하여 파도와의 만남주기가 4~8초의 범위에서 벗어나도록 항해함으로써 멀미 증상을 완화시킬 수 있는 방안을 제시하였다.

최근에 선박이 대형화, 고속화되면서 선수 충격파 영향으로 인하여 선체 또는 화물에 잦은 손상을 초래하기도 하고, 극판적인 상황에서는 선박이 절단되기도 한다. 본 논문에서는 내항성능 평가요소 중 하나인 상하가속도 값을 선교에 설치된 선체감시장치를 이용하여 해상상태별 변화량을 계측하고, 이를 모형시험 및 이론계산 결과와 상호 비교하였다. 또한 ITTC에서 제시하는 내항성능 기준치와도 비교함으로써 실습선 한바다호의 내항성능을 확인하였다. 이러한 결과는 앞으로 경험할 수 있는 다양한 해상상태에서의 작업가능성 및 위험성 정도의 예측을 가능하게 함으로써 선박의 안전운항에 큰 도움이 될 것으로 판단되며, 또한 다양한 실선계측 자료를 통하여 조선소에서는 보다 우수한 성능의 선박 건조가 가능하리라 본다.