자동계류시스템 진공흡착패드의 Lab test를 위한 평가 절차 개발 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The 4th Industrial Revolution mandates the creation of smarter, more efficient operational systems in maritime logistics and port industries. Specifically, the advent of smart ports and autonomous ships necessitates automatic mooring systems that utilize AI-based automation and vacuum suction technologies, advancing beyond conventional mooring rope methods to improve mooring process efficiency and worker safety. These systems feature vacuum suction pads with rubber seals to endure external forces like mooring pressures. Developing a high-performance automatic mooring system requires a detailed analysis of vacuum suction pads' design needs and real-scale performance testing. This study scrutinizes the necessary design elements for vacuum suction pads and outlines the evaluation process of their performance via real-scale tests. According to port and fishing port design standards, the mooring forces on the training ship HANBADA under the severest ocean conditions (Beaufort 7) were determined to be 248kN in the sway direction and 17.7kN in the surge direction. The seal's rubber material was selected for its physical robustness and resistance to environmental conditions, opting for a CR55/NR45 blend, and the seal shape was crafted by referencing earlier products to create a real-scale vacuum suction pad. In the real-scale performance test, a dedicated indoor test bed for the suction pad was developed, revealing that welding on the surface led to pressure loss within the pad, thus not achieving the maximal suction force of 200kN. Nevertheless, under all other tested environmental conditions, the pads met the required suction force, proving their effectiveness.

국문 초록 (Abstract)

4차 산업혁명의 도래는 해운 물류 및 항만 산업 내에서 보다 스마트하고 효율적인 운영 시스템의 개발을 필요로 하고 있다. 향후 개발될 스마트 항만과 자율운항선박간의 연계에서 특히, 선박 계류 과정의 효율성과 작업자들의 안전성을 향상시키기 위해서는 기존의 계류삭 방식으로 선박을 고정하는 것이 아닌 AI 기반의 자동화 시스템과 진공 흡착 기술을 이용한 자동계류시스템 개발이 요구된다. 자동계류시스템은 선박의 계류력과 같은 외부 하중에 견딜 수 있도록 고무 Seal을 구비한 진공 흡착패드가 장착되어 있는 것이 특징이다. 고성능 자동계류시스템을 개발하기 위해서는 진공흡착패드의 설계 요구사항을 분석하고 실선 스케일에서의 시험 성능 테스트를 진행할 필요가 있다. 본 연구에서는 진공흡착패드에 요구되는 설계 요소들을 검토 및 분석하고, Real-Scale 테스트를 통해 진공 흡착패드의 성능을 평가하기 위한 과정을 보여준다. 항만 및 어항 기준에 따라 가장 극한의 해상 조건(Beaufor 7) 상태에서 한바다호에 대한 계류력은 Sway 방향의 힘은 248kN, Surge 방향의 힘은 17.7kN으로 나타난다. Seal의 고무 소재는 물리적 성질 및 환경 저항에 기반하여 Blend CR55/NR45로 선정하였으며, 효율적인 흡착 성능을 위해 선행사들의 제품들을 참고하여 Seal 형상을 설계하여 실선 스케일의 진공흡착패드를 제작하였다. Real-Scale 성능 시험에서는 흡착패드에 특화된 실내 Test bed를 제작하였으며, 시험 결과 표면에 용접이 있는 조건에서는 패드 내부에 압력 손실이 발생하여 최대 흡착력 200kN에 만족하지 못했지만, 그 외에 환경조건에서는 모두 흡착력을 만족한 것을 확인하였다.