선박의 항행안전의 문제가 중요시됨에 따라 선박조종시뮬레이터를 이용한 운항훈련, 안전성 검토 등이 필요성이 중요하게 인식되고 있다. 또한 추진성능을 향상시킬 목적으로 다양한 선종이 출현되고 있고, 이에 따라 선박조종시뮬레이터의 개발에 있어서 선박의 데이터베이스는 필수적이라고 할 수 있다. 따라서 선종에 따른 수학모델을 각각 선박조종시뮬레이터에 적용시킴으로써 다양한 조종 시뮬레이션을 가능하게 할 수 있다. 본 논문에서는 우수한 추진성능을 목적으로 한 2축2타선박을 대상으로 조종운동 수학모델을 정식화하였다. 구체적으로 항만내에서의 저속시 조종운동을 구현할 수 있는 수학모델에 대해서 검토하였으며, 선체·프로펠러·타의 상호간섭에 대해서도 고려하였다. 또한, 수치시뮬레이션을 수행함으로써 2축2타선박의 기본적인 조종성능을 확인하였다.

선박의 조종운동특성은 선종뿐만 아니라 같은 선박이라 할지라도 속도나 흘수에 의해서도 달라진다. 최근에 초대형선박이 크게 증가하고 있어 해양사고 발생 시 막대한 물적, 환경적 피해가 발생할 수 있으며, 이에 따라 선박조종의 중요성은 더욱 커지고 있다. IMO는 STCW 95 개정협약서를 통해서 해기사들이 시뮬레이터를 이용한 교육을 받도록 강제하고 있다. 그러나 Full Mission Ship Handling Simulator(FMSS)는 고가일 뿐만 아니라 사용하는 데에 제한이 많고, PC기반의 시뮬레이터는 서로 다른 사용자가 함께 시뮬레이션을 할 수 없다는 단점이 존재한다. 본 연구는 네트워크를 기반으로 두 사람이 각자의 PC를 이용하여 함께 시뮬레이션을 할 수 있도록 하여 FMSS와 PC기반의 시뮬레이터가 갖는 단점을 해결하고자 Nomoto 응답모델의 해석 및 수치계산과 레이더 기능 구현, 데이터통신 프로토콜 설계, Graphic User Interface(GUI) 구축 등을 통해 네트워크 기반의 시뮬레이터를 구현하였다. 그리고 개발된 시뮬레이터의 유효성을 검증하기 위해 한국선급, IMO의 선박조종성기준에 따라 시뮬레이션 결과와 한국해양대학교 한바다호의 실선시험결과를 비교·분석하였다. 항목별 시험결 과를 정리하면 상대오차 범위는 0∼32.1%, 평균 13.7% 이었으며, IMO 선박조종성기준을 모두 만족하였다.

In this paper, a 3m-class free running model ship will be introduced with its manoeuvring performance experiments. The results of turning circle test and zig-zag test will be explained. The developed system are equipped with GPS, main control computer, wireless LAN, IMU (Inertial Measurement Unit), self-propulsion propeller and driving rudder. Its motion can be controlled by RC (Radio Control) and wireless LAN from land based center. Automatic navigation is also available by pre-programmed algorithm. The trajectory of navigation can be acquired by GPS and it provides us with important data for ship's motion control experiments. The results of manoeuvring performance experiment have shown that the developed free running model ship can be used to verify the test of turning circle and zig-zag. For next step, other experimental researches such as ship collision avoidance system and automatic berthing can be considered in the future.

선박이라는 거대한 물체를 항만 또는 조선소내의 안벽에 접안하거나 이로부터 이안시키는 작업은 도선사나 도크마스터의 고유한 업무로서 상당한 집중력과 고도의 위험성을 내포하고 있다. 이와 같은 접이안 작업 시에는 예선의 사용량이 많아지고, 본선이 저속으로 움직이므로 외력의 영향을 크게 받는다. 본 연구에서는 외력의 영향 특히 강풍 하에서 주로 예선을 이용하여 접이안 조종 작업을 수행할 수 있는 2차원 가상시스템은 구축하였다. 또한 조종위험도를 평가할 수 있는 객관적인 기준을 제안하고 이를 위해 시뮬레이션 실험은 수행하였다. 이 가상시스템을 이용하여 접이안 조종 작업을 수행한 결과 운항자가 주관적으로 체감한 위험의 정도를 수치화하여 표현한 주관적 평가와 조종운동과 관련된 주요 파라미터에 관련된 객관적인 지수와의 상관관계를 분석하여 조종위험도의 평가 기법에 대해 논의한다.

일반적으로 메타센터높이가 작은 선박이나 고속선의 경우에는 조종운동 시 큰 횡동요각을 유발하는 것으로 알려져 있다. 이러한 선박의 조종성능 예측 시에는 조종운동에 횡동요의 영향을 고려해야만 보다 정확한 결과를 얻을 수가 있다 즉, 조종운동을 다루는 전후동요, 좌우동요, 선수동요에 횡동요를 포함시키는 4자유도 운동방정식이 요구된다. 본 연구에서는 지금까지 여러 연구자들에 의해 제안되어 있는 4자유도 조종운동 수학모델을 검토 분석하고, 이들 실험자료를 재정리하여 보다 간결하고 실용적인 새로운 수학모델을 제안한다. 아울러 기존의 복잡한 수학모델과 새로운 수차모델에 의한 조종운동 시뮬레이션을 각각 수행하고 그 결과를 비교 검토하여 본 연구에서 제안한 수학모델의 유용성을 검증한다.

Ship manoeuvring simulator has been widely utilized for training mariners, for assessing safety, for developing harbour and port, and for designing ships. We discuss a ship manoeuvring simulator which has been newly developed by Korea Maritime University. We briefly explain the computer network system connected with each other, the interface system between computers and navigational instruments, the mathematical model of ship manoeuvring motion in harbour areas, and also ship and terrain modeling technique. Finally using the simulator an experiment of distance cognition and a real time simulation of berthing/deberthing manoeuvre carried out and the results are shown.

1993년 IMO가 채택한 조종성 잠정기준에서 요구되는 4가지 항목 중, 특히 비대 선박의 경우, 침로 안정성이 문제시될 수 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 본 연구에서는 비대 선박의 조종운동시 타의 크기에 따른 선미 유동 특성을 조사하기 위해서 회류수조에서 사항상태의 조건 하에 두 종류의 모형실험을 수행하였다. 즉, 첫번째 실험은 타에 유입하는 흐름의 정류효과 측정에 대한 것이고, 두번째 실험은 타 상부와 선미오버행 하부 공간 주위의 흐름가시화에 대한 것이다. 실험결과, 타의 크기에 따른 선미 유동 특성과 타에 유입하는 흐름의 정류효과의 상관관계를 규명하였고, 타 상부와 선미오버행 하부의 공간은 침로 안정성에 있어서 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었으며, 특히 타 상부와 선미오버행 하부의 공간이 작을수록 침로 안정성이 저하될 가능성이 높다는 것을 확인하였다.

In marine transportation of bulk cargoes such as crude oil. ore, coal etc., a lot of full form ship which have poor manoeuvrability were presented in many countries. Since ship manoeuvrability depends upon many parameters namely hydrodynamic derivatives, interference factors etc., as external forces, it is of great importance that we investigate these values of parameters on analysis of manoeuvrability. In this paper, we investigated and analyzed interaction coefficients among hull-propeller-rudder for a full form ship by captive model test in circulating water channel, and then compared with experimental results by PMM test. A tanker model ship which has 0.83 as block coefficient and MMG mathematical models were used in this experiment. Almost same tendencies were found in qualitative analysis, even though more serial experiments were demanded in quantitative analysis.

Final aim of this paper is a study on simulation of automatic steering of a ship in random seas. In order to achieve this aim, we need excitation due to random seas. The excitation may be estimated from energy spectrum of irregular waves and response functions of manoeuvring motion of a ship in regular waves. This paper deals with response functions of manoeuvring motion of a ship in regular waves. We discussed New Strip Method(NSM) of sway-yaw-roll coupled motions in regular waves. NSM is defined in space axes system and that has been used to predict seakeeping performance of a ship in waves. But ship manoeuvring is defined in body fixed axes system. So we cannot use NSM theory itself in predicting manoeuvring performance of a ship in waves. We introduced relationship between space axes system and body fixed axes system. And we developed modified NSM which was defined in body fixed axes system and was able to be used in manoeuvring motion of a ship in waves. We calculated sway and yaw response functions of manoeuvring motion of a bulk carrier in regular waves.