연안여객선 현대화계획에 따라 건조된 카페리여객선이 제주항 입항 시 다른 선박과 충돌 또는 부두와 접촉한 사고가 2020~2022년 사이에 4건 발생하였다. 사고는 주로 예선 없이 선수 및 선미 스러스터를 이용한 자력도선 중 조선 부주의와 바람에 의한 선 박의 압류로 발생하였다. 이에 본 연구에서는 카페리여객선 H호를 중심으로 충돌사고를 분석하고, 선박이 접안 중 발생하는 외력과 모멘 트에 따라 선박이 예선 없이 자력으로 부두와 평행하게 접안하기 위한 스러스터 및 엔진의 소요출력을 기반으로 자력으로 선박을 제어할 수 없는 한계풍속과 풍속 증가에 따른 추가적인 예선의 운영방안을 제시하였다. H호의 적재상태, 접안속도에 따른 자력 또는 예선 사용 시 한계풍속을 상대풍향별로 분석한 결과, 제주항 접·이안 시 횡방향 풍속이 10m/s 이상일 때 예선 1척을 선미에 사용하고, 횡방향 풍속이 14m/s 이상일 때에는 예선 2척을 사용 것이 타당할 것으로 판단된다.

대기오염물질 감축에 대한 국제적인 인식이 높아짐에 따라 친환경 선박에 대한 수요가 증가하고 있어 각국에서 전기추진선박 개발을 활발하게 수행하고 있다. 현재 전기추진선박에 대해서는 주로 전기추진시스템 및 전동기 연구를 주로 수행하고 있으며, 선박 관점 에서 전기추진시스템 및 배터리의 탑재를 고려한 국내 연안 차도선 개념설계 연구는 수행된 바가 없다. 본 연구에서는 배터리 차량 기반의 이동식 전원공급시스템을 주전원으로 하는 순수전기추진차도선의 개념설계 과정에서의 주요 고려사항에 대하여 검토하였다. 100척 이상의 국내 연안차도선의 제원을 분석하여, 요구사항 만족을 위한 선박의 주요제원 선정과 이동식 배터리 차량 탑재를 고려한 비손상, 손상 복원성능 검토를 수행하였고, 개념설계 과정에서 발생하는 문제의 원인분석을 통해 해결방안을 모색하였다.

카페리 선박의 안전 운항을 위한 요소 중 화물 고박안전성 분야는 2015년 이후 화물고박기준이 적용되어 파랑에 의해 발생하는 선체운동과 고박력을 상호 비교하여 평가하고 있다. 항해 중 카페리 선박의 안전 운항을 담보하기 위해서는 운항해역의 기상정보를 바탕으로 선체운동을 해석하여 화물의 이동을 방지할 수 있는 고박력을 결정하는 것이 중요하다. 이 연구에서는 부산-제주를 항행하는 총톤수 3,700톤급 카페리 선박을 대상으로 기상청이 운용하는 해상파고부이 3기의 최근 5년간 기상정보를 분석하였으며, 실제 해상에서 선체운동을 계측하고 수치시뮬레이션을 수행하여 선체가속도를 비교하였다. 태풍기간을 제외한 2~3월의 유의파고를 입력조건으로 선체운동을 해석한 결과, 유의파고 2.5 m 조건에서 횡방향 가속도가 실선계측에서는 1.5 m/s2, 수치계산에서는 1.8 m/s2로 이론적 수치시뮬레이션의 결과가 크게 나타났다. 파고별 선체운동을 추정하는 가속도를 실선결과 기반으로 보정하는 근사식을 제안하여, 운송화물의 고박안전성 평가에 적용한 결과 풍랑경보 대비 일반 기상조건에서는 40 % 이하로 분석되었다. 운항해역의 기상정보를 바탕으로 실선계측에 따른 정량적인 가속도 결과를 활용하는 고박안전성 평가 기법이 널리 보급되어 국내 연안 카페리선박의 안전 운항 지침에 적용되기를 기대한다.

국내 연안의 카페리선박의 고박안전성은 화물의 중량과 적재된 위치에서 발생할 수 있는 선체가속도를 기반으로 한 작용 외력과 고박장치의 고박력 비교를 통해 평가하고 있다. 고박안전성 평가에 기본이 되는 국내 기준상의 선체가속도는 선박의 특성 및 항해조건 의 반영이 없이 적용되고 있다. 본 연구에서는 국내 연안 카페리선박의 선체가속도를 분석하고자 부산-제주를 통항하는 DWT 6,800톤급 선속 15.5 knots의 선박을 기준으로 선체의 4개 지점에서 총 12회의 가속도 계측을 수행하였고, 항해구역 인근 기상관측 부이의 데이터를 수집하였다. 한정된 계측 결과에 대한 이론적 비교 분석을 위하여 수치 시뮬레이션을 통하여 주파수 응답 해석을 통한 RAO를 해석하였고, RAO 결과를 바탕으로 4개 지점에 대한 가속도 해석을 수행하였다. 가속도 비교 결과 위치별 정도의 차이는 있으나 Y축 가속도의 경우 해석 1.81 m/s2, 계측 1.47 m/s2로 해석 시뮬레이션 결과가 0.34 m/s2 높게 분석되었고, 고박안전성 평가기준 8.59m/s2와 비교해 볼 때 해석은 22 % 수 준, 계측은 18 % 수준으로 분석되었다.

본 논문에서는 도서 지역 화물 및 승객 운송을 맡은 연안 항해용 친환경 차도선을 개발하면서, 검토된 주요 결과들에 대해서 논의한다. 시장에서의 경제성을 확보하기 위하여, 폭 19 m를 최종 개발모델 및 갑판면적에 많은 차량이 배치되도록 고려하였다. 조파저항 감소를 위해 선형 형상은 “V”에 선수벌수를 접목하였으며, 수치해석을 통해 개발 선박의 유체역학적 성능을 확인하였다. 선가를 직접 결정짓는 선각 중량을 감소하기 위하여, 최적화 전문 프로그램에 내재된 다목적 최적화 방법인 파레토 시뮬레이트 어닐링을 활용하여 약 3.9 %의 중량 절감을 달성하였다. 본 연구를 통해서 도출된 주요 결과들은 추후 쌍동형 차도선 관련 연구를 수행하는 엔지니어와 관련 산 업에 좋은 선례가 될 것으로 기대한다.

차량 및 화물 고박불량과 횡경사에 따른 화물의 이동으로 인한 여객선 침몰사고 이후 화물 고박의 중요성이 제기되었고 카페리선박의 구조 및 설비 등에 관한 기준이 개정되어 풍속 7 m/sec, 파고 1.5미터를 초과하는 해상상태에서는 평수구역을 운항하는 카페리여객선에 적재된 모든 차량은 고박을 실시해야 한다. 본 연구에서는 평수구역을 운항하는 여객선의 해상상태에 따른 선체운동을 계측하고 NSM(New Strip Method) 계산 결과와 비교 하였으며, 대상선박은 풍속 6 ~ 8 m/s, 파고 0.5 ~ 1.0미터의 해상상태에서 최대 1.41° 및 1.37°의 종 동요와 횡 동요를 하였고, 풍속 10 ~ 12 m/s, 파고 1.0 ~ 1.5미터의 해상상태에는 최대 1.49° 및 2.43°의 종 동요와 횡 동요를 하였다. 선체운동 결과를 반영하여 외력과 지지력을 비교해 본 결과 고박하지 않은 상태의 지지력이 더 강한 것으로 평가되어 해당 기상조건에서는 고박을 하지 않아도 차량이 미끄러지거나 전도되지 않는 것으로 평가되었다. 향후 다양한 선박의 선체운동 측정, 외력 및 지지력 비교를 통해 보 다 합리적인 차량고박 기준 개정이 요구된다.

본 연구에서는 쌍동형 카페리에 다수 존재하는 유공판의 좌굴강도 설계 수행 결과 및 개선사항을 논의하고 있다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박은 상대적으로 두께가 얇고 연강을 사용함으로서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 농후하다. 특히, 작업자의 접근 및 통로로 활용되는 유공판에서 좌굴강도가 취약해질 가능성이 있다. 안전한 구조설계를 위해서는 유공주위의 면내 하중 재 분포에 의한 좌굴강도 및 최종강도에 대한 명확한 검토가 필요하다. 본 연구에서는 유공판의 좌굴 및 최종강도 특성에 영향을 미치는 매개변수의 영향을 종합적으로 고려하기 위하여 유한요소해석 프로그램인 ANSYS를 활용한 비선형시리즈 해석을 수행하였으며, 주요 변수(종횡비, 유공비, 유공형상)들에 대한 영향을 검토하였다. 이 결과를 바탕으로 하여, 유공판의 좌굴강도를 결정짓는 가장 큰 인자는 유공비였으며, 종횡비와 유공의 형상은 그 영향이 미비하였다.

쌍동선의 경우 선미의 형상적인 특이성으로 인하여, 두 개의 선체를 연결하는 부위는 선박의 항해 시 발생되는 피칭운동에 의한 손상이 자주 발생하고 있으며, 이로 인하여 주변부에 대한 구조보강 설계가 필요하다. 이러한 국부 보강에 대한 구조설계 지침이 명확하지 않기 때문에, 엔지니어는 판 두께, 보강재 변경 및 프레임 간격을 줄이는 방법으로 대응을 하고 있다. 그러나 이러한 부위는 선 박의 길이방향으로 약 85 % 이상 위치하고 있기 때문에, 최소 구조부재를 국부 보강하여 중량 증가를 최소화하고, 이에 따른 건조비 증 가 및 건현확보의 문제를 해결해야 한다. 따라서 본 연구에서는 KR(한국선급)의 고속경구조선 규칙을 바탕으로, 쌍동형 카페리 구조설 계 절차를 분석하고 추가가 필요한 항목을 발굴하여 쌍동형 구조설계 프로그램을 개발하였다. 좌굴강도 평가 절차서 및 프로그램에 대 한 신뢰성을 확보하기 위하여, 타 선급의 기준과 비교 검토를 수행하여 6 %내 차이가 발생함을 확인하였다.

본 논문에서는 쌍동형 카페리에 대한 기본구조설계 및 구조해석을 위한 기법을 제시한다. 카페리와 같이 길이가 50미터 이상이 고, 길이/폭의 비가 12보다 큰 중/소형 고속선박의 강도해석에 대한 규정이나 방법론은 아직까지 명확하게 제시되지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 한국선급 규정을 이용하여 부재 스캔틀링을 수행하였고, 설계안에 대한 구조강도 검증을 위해서 카페리 전용선박 기준을 추 가적으로 적용하여 검토하였다. 특히, 카페리 전용선박 기준을 이용하여, 선체거더 최종강도를 추가적으로 수행하였으며, 기존 기준에 의 한 설계의 모호성을 극복하도록 제안하였다. 본 연구를 통해 도출된 연구 결과는 앞으로 고속 쌍동형 카페리의 구조설계 및 구조해석에 관련된 기본적인 자료로 유용하게 활용될 것으로 예상되며, 현재 설계된 쌍동형 카페리의 부재 치수는 한국선급 기준에 충분히 만족하면 서 구조적으로 안전하다.

본 연구에서는 쌍동형 카페리에 대한 기본 구조 설계 및 구조 해석을 위한 기법을 제시한다. 카페리와 같이 길이 50미터 이상 길이와 폭/ 비가 12보다 큰 중/소형 고속 선박의 강도 해석에 대한 규정이나 방법론은 아직까지 명확하게 제시되지 않고 있다. 따라서 본 논문에서 부재의 스캔 틀링은 한국선급기준을 적용하였고, 설계안에 대한 구조강도 검증을 위해서 카페리 전용선박 기준에 의해 추가적으로 검증하였다. 특히, 카페리 전 용선박 기준을 적용하여, Hull girder ultimate strength를 추가적으로 수행하여, 현재 기준에 의한 설계의 모호성을 극복하도록 제안하였다. 본 연구를 통해 도출된 연구 결과는 앞으로 고속 쌍동형 카페리의 구조설계 및 구조해석에 관련된 기본적인 자료로 유용하게 활용될 것으로 예상된다.

본 논문에서는 Goal-Driven Optimization(GDO)을 바탕으로 한 양방향 차도선의 차량갑판의 구조설계에 대하여 최적화를 수행하였다. 차량갑판의 강도와 변형에 대한 영향을 검토하여 경제적 비용을 절약할 수 있는 최적점을 결정하였다. 실험계획법(DOE)과 반응표면법을 바탕으로 한 갑판두께를 110% 증가시켜 차량갑판의 강도와 강성을 높일 수 있었다. 이 결과에 대한 회귀분석을 수행하여 3차 다항식 모형인 최적 회귀모형식으로 제안하며 결정계수 R² 0.98정도로 나타내어 신뢰성을 확보할 수 있었다.

육지와 도서를 연결하는 차도선은 교통수단 기능과 물자수송을 담당하는 중요한 역할을 하고 있다. 이에 따라 차도선의 효율성 증대와 안전성 향상 및 경제적 요건 등을 고려한 선박이 개발 중이다. 유럽에서는 승객의 편의성 및 경제성을 고려하여 양방향 차도선(Double-ended Car Ferry)의 개발이 활발히 진행 중이며 국내에서도 이에 대한 연구 개발이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차도선 제작 시 축계의 제작 및 강도의 문제를 Campbell Diagram 및 Modal 해석을 통한 동특성 분석을 하였다. 이를 통하여 양방향 차도선의 추진 방향 및 후진 방향 축계 작동 시 공진 현상 및 위험속도를 분석 결과 안정성을 보인 것으로 판단된다.

In the past 20 years, passenger and cargo transportation performance at the international passenger ports in Korea have increased by 8.6% on the compound annual growth rate, respectively. The Korean government had expected to continue expanding the market of car ferries and the government included plans for the development of additional routes and lanes with neighboring countries such as China, Japan, and Russia as a part of the Plan of the Korean Ministry of Oceans and Fisheries in 2019. However, compared to the development of routes, the management and operation of passenger terminals are inefficient. The purpose of this paper was to introduce the overall improvement of the passenger terminal operating system that reflects the recent changes in the supply and demand of international passenger vessels and the needs of the government and private sector passengers. To this end, a basic survey was conducted on the status of operations and facilities at the Busan International Passenger Terminal and a questionnaire survey was administered on the subject of use. The results of the survey were analyzed using the IPA model. As a result of the analysis, three items in the operation sector, three items in the facility sector, and four items in the system sector of the Busan International Passenger Terminal were identified as in need of improvement. Based on the results, the need for investment to improve the international passenger terminal operating system is suggested.