선박의 조종성능은 조선해양공학 분야에서 매우 중요한 유체역학적 성능 중 하나입니다. 본 연구에서는 저수심에서 운용되는 24m급 쌍동선을 대상으로 직진성능 분석에 대한 연구를 진행하였습니다. Skeg의 설치를 통해 조종성능을 개선할 수 있는지 여부를 확인 하기 위해, 전산유체역학(CFD) 수치해석 시뮬레이션을 활용하여 가상의 포획 모형테스트를 진행하였습니다. 시뮬레이션은 PMM(Planar Motion Mechanism) 조화 시험 중 Pure-sway 및 Pure-Sway motion, 2가지 시험을 진행하였으며, 선박의 선회성능은 직진성능 지수(C)의 경험식 을 통해 확인하였습니다, 결론적으로, Skeg가 없는 기존 선체는 직진성능이 상대적으로 저조하며, Skeg 1을 적용해도 부정적인 C 지수 값 을 보여 항로유지 능력이 개선되지 않았다. 하지만 Skeg 2, 3 또는 4를 적용하였을 때, 긍정적인 C 지수 값을 보여 항로유지 능력이 개선 되는 것을 보이며, 이는 Sway motion의 드리프트 경향에 비해 선체가 Yaw 또는 방향을 더 바꾸기 쉽다는 것을 나타낸다.

파랑 중 선박의 직진성능을 시뮬레이션을 통하여 비교 검토하였다. 시뮬레이션을 구성하기위해 선박의 3자유도 조종운동방정식을 사용했으며, 선박에 가해지는 파랑강제력은 3차원 특이점 분포법을 사용하여 계산하였다. 시뮬레이션의 외란으로서 규칙파와 불규칙파를 사용하였고 최대사용타각과 제어시간지연을 제어기의 제한조건으로 설정하였다. 조종성능에 따른 직진성능을 검토하기 위해 유체력 미계수를 인위적으로 변화시킴으로서 조종성능이 다른 선박의 시뮬레이션을 구성하였다. Autopilot제어기를 사용한 일정시간의 선박의 직진 시뮬레이션을 수행하고 해당시간동안의 직진거리를 비교하여 선박의 직진성능을 검토하였다.

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.

Yaw-checking and course-keeping ability in IMO's ship manoeuvrability standards are reviewed from the viewpoint of safe navigation. Three kinds of virtual series-ships, which have different course instability, are taken as test models. The numerical simulation on Z-test is carried out in order to examine the correlation between known manoeuvrability in spiral characteristics and various kinds of overshoot angle. Then simulator experiments are executed with series-ships in a curved, narrow waterway by six operators(five active pilots and one ex-captain) in order to examine the correlation between known manoeuvrability and degree of manoeuvring difficulty. IMC criteria for yaw-checking and course-keeping ability are discussed and revised criteria are proposed.