Free-Form Deformation과 Cwp 변환을 활용한 유체정역학 제한조건 기반 선형 역설계 기법 연구 = A Study on Hull Form Reverse Design Method Based on Hydrostatic Constraints Using Free-Form Deformation and Cwp Transformation

국문 초록 (Abstract)

선박의 설계 과정은 일반적으로 선주 요구 조건을 만족하는 기준선(Basis ship lines)을 선정하고 오프셋 포인트를 조정하여 주요 치수와 선형계수를 목표 값에 부합시키는 방식으로 진행된다. 그러나 선급 기관의 설계 검증이나 선박 사고 발생 시 수행되는 복원성 평가 및 사고 원인 분석 과정에서는, 실제 선형 형상 정보가 제공되지 않고 유체정역학 데이터( CP , CWP , CBB 등) 만 보유된 경우가 빈번하게 발생한다. 특히 선박 사고 분석은 신속성이 요구되는 절차임에도 불구하고, 기존의 유사 선형 차용 및 경험적 보정 방식으로는 형상 차이를 극복하면서 주요 치수와 선형계수를 동시에 만족하는 선형을 재구성하는 데 근본적인 한계가 존재한다. 이러한 한계를 극복하고 주어진 데이터만으로 새로운 선형을 자동으로 생성하기 위해 본 연구는 유체정역학 데이터를 기반으로, 기존과 형상이 다른 기준선을 새로운 선형으로 변환·생성하는 선형 역설계 기법을 제안한다. 제안된 방법론은 먼저 자유 형상 변형(FFD, Free-Form Deformation) 기법을 사용하여 선체를 포함하는 Min-Max 박스를 정의하고 내부 제어점을 조정함으로써, 형상이 다른 기준선이라 할지라도 주어진 길이, 폭, 깊이 등 주요 치수 조건에 맞게 초기 형상을 변환한다. 이후 1-CP 변환을 수선(Waterline) 분포에 적용하여 목표 CWP와 초기 CWP의 차이를 보정하며, 이 과정에서 각 수선 높이에서의 면적 분포를 조정하여 선체 전체의 체적과 종심중량중심(CBB)을 동시에 제어할 수 있게 한다. 마지막으로 생성된 형상이 주요 치수와 선형계수를 만족하는지 확인하고 세부 조정을 통해 최종 선형을 완성한다. 본 연구에서 제안하는 선형 역설계 방법론은 실제 선형 정보가 부재한 사고 선박에 대해서도, 선급이 보유한 Hydrostatic Data 만을 기반으로 복원성 평가 및 사고 원인 분석에 활용 가능한 선형을 신속하게 재구성할 수 있다는 점에서 의의가 있으며, 선급 검증 및 사고 대응 분석 분야에서 실질적인 활용 가능성을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 국문 요약 i
• Bontents ii
• 그림 목차 iv
• 표 목차 v
• 1. 서론 1
• 1.1. 연구 배경 1
• 1.2. 관련 연구 3
• 1.3. 연구 목적 5
• 1.4. 논문의 구성 6
• 2. 배경 이론 7
• 2.1. 선형 설계 유체정역학적 특성. 7
• 2.1.1. 유체정역학 데이터 8
• 2.1.2. 수선면적 곡선(Waterplane Area Curve) 10
• 2.2. 선형 변환 및 형상 제어 기법 11
• 2.2.1. 자유 형상 변형(FFD, Free Form Deformation) 11
• 2.2.2. 1 - CP 변환 12
• 3. 유체정역학 데이터 기반 선형 역설계 방법론 제안 14
• 3.1. 역설계 과정 개요 14
• 3.2. Free-Form Deformation을 이용한 초기 선형 변환 15
• 3.2.1. Min-Max Box 정의 및 제어점 설정 15
• 3.2.2. 초기 치수 조건 충족 17
• 3.3. 1 - CP변환을 이용한 선형계수 변환 19
• 3.3.1. 수선면적 분포에 1 - CP변환 적용 20
• 3.3.2. 기준선의 Side tangent 변환 23
• 3.3.3. 체적 및 Bottom tangent line 변환 25
• 3.4. Section line Optimization 29
• 3.4.1. Hooke and Jeeves 29
• 3.4.2. Section lines Variation 31
• 4. 결과 35
• 5. 결론 및 고찰 41
• 6. 부록 42
• 6.1.1.1. CP(Prismatic Boefficient) 42
• 6.1.1.2. CBB (Congitudinal center of buoyancy from midship) 42
• 6.1.1.3. CWP(Waterplane Area Boefficient) 43
• 6.1.1.4. VBB (Vertical center of buoyancy above base line) 43
• 7. 참고 문헌 44