탱커의 흘수 변화가 조종성능에 미치는 영향에 관한 수치적 연구 = Numerical Analysis on effect of the draft conditions on the manoeuvrability of a tanker

국문 초록 (Abstract)

해상 운송은 글로벌 물류 시스템에서 필수적인 역할을 하며, 해상 교통량의 증가와 함께 선박의 안전성과 효율성에 대한 관심도 높아지고 있다. 선박의 조종성능은 선박의 운항 안정성 및 경제성과 큰 연관을 가지고 있으며 최근 컴퓨터 성능의 향상과 CFD(Computational Fluid Dynamics) 해석의 신뢰도 및 정확도의 증가로 조종성능 추정을 위한 자유항주 시뮬레이션이 널리 사용되고 있다. 특히 선박의 흘수 변화는 선박의 유체역학적 특성에 큰 영향을 미치며, 대형 탱커와 같은 선박에서는 이러한 흘수 변화가 조종성능에 중요한 영향을 끼치기 때문에 다양한 흘수 조건에 따른 조종성능을 정확히 평가하는 것이 필수적이다. 하지만 기존 연구들은 주로 제한된 흘수 조건에서만 조종성능을 평가하였으며, 다양한 흘수 조건에 따른 구체적인 연구는 부족한 상황이다. 따라서, 본 논문은 상용 프로그램인 STAR CCM+ 19.04 version 에서 KVLCC2 선박의 자유항주 시뮬레이션 모델을 구축하였으며, 조종성능 평가 결과를 모형시험과 타 기관 시뮬레이션 결과와의 비교를 통해 모델을 검증하였다. 해당 모델을 활용하여 각 흘수 상태에 적합한 종방향 무게중심(LCG)을 도출하고, 흘수 변화에 따른 선체의 동적 특성을 분석하였다. 또한 각 흘수 별 20°/20° zigzag, 35° portside turning manoeuvre 의 조종성능평가를 수행하여 흘수 조건에 따른 조종 성능 변화를 정량적으로 평가하였다. 이는 다양한 흘수 조건 별 운항 안정성과 효율성을 동시에 확보하기 위한 기초 연구로써, 선박 설계 및 운항 전략 수립에 기여할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 선행 연구 4
• 1.3. 연구 목적 6
• 2. 선박의 조종성능 7
• 2.1. 좌표계 7
• 2.2. 변침성능 및 침로안정성 9
• 2.3. 선회성능 10
• 3. 수치 해석 방법 및 검증 11
• 3.1. 대상선 및 시뮬레이션 조건 11
• 3.1.1. 대상선 11
• 3.1.2. 시뮬레이션 조건 13
• 3.2. 수치 해석 기법 및 조건 14
• 3.2.1. 수치 해석 기법 14
• 3.2.2. 계산 영역 및 경계 조건 17
• 3.2.3. 격자계 구성 및 계산 조건 20
• 3.2.4. Virtual Disk 23
• 3.3. 자항 상태 제어를 위한 controller 25
• 3.3.1. Propeller controller 25
• 3.3.2. Rudder controller 27
• 3.4. 수치해석 검증 28
• 3.4.1. 격자 및 Time-step 수렴성 검토 28
• 3.4.2. 수치해석 모델 검증 – 침로안정성능 31
• 3.4.3. 수치해석 모델 검증 – 선회 성능 36
• 4. 흘수 변화에 따른 조종성능 평가 40
• 4.1. 흘수 별 목표 Trim 에서의 종방향 무게중심 도출 40
• 4.2. 흘수 별 조종성능 평가 42
• 4.2.1. 흘수 별 변침성능 및 침로안정성 평가 42
• 4.2.2. 흘수 별 선회성능 평가 45
• 4.3. 고찰 48
• 5. 결론 51
• 6. 참고문헌 53