예선 가압위치에 따른 선박 조종 특성에 관한 연구 = A Study on Ship Maneuvering Characteristics under Tug Assistance

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 항만 내 대형 컨테이너 선박의 안전한 이·접안을 위해, 저속 전·후진(±0.5 kts) 항해 중 예선의 가압 위치가 선박 조종 성능에 미치는 영향을 전산유체역학 기반 시뮬레이션으로 분석하였다. 기존의 정적인 예선 운용 기준을 넘어, 실제 유동이 존재하는 동적 상황에서의 주요 운동 변수(전후동요, 좌우동요, 회두 각속도)와 궤적 변화를 정량적으로 고찰하였다. 해석 결과, 동적 조건에서는 가압 위치에 따라 선박의 거동 특성이 뚜렷하게 달라짐을 확인하였다. 전진 시 선수부를 가압하면 선체 유동 변화로 인해 선속이 오히려 증가하고 강한 좌회두가 발생했지만, 선미부 가압 시에는 전진 속도가 급격히 감소하며 강한 우회두가 나타났다. 후진 시 선수부 가압은 속도 감속과 빠른 좌회두를 유발했으나, 선미부 가압은 오히려 후진 속도를 가속시키며 강력한 우회두 모멘트를 발생시켰다. 결론적으로 본 연구는 단순한 가압력 확보를 넘어, 선박의 비선형적 연성 거동을 제어하기 위한 전략적 가압 위치 선정의 중요성을 규명하였다. 이는 향후 초대형 선박의 안전한 이·접안을 지원하기 위한 실효성 있는 예선 운용 가이드라인 수립의 공학적 근거로 활용될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To ensure the safe berthing and unberthing of large container ships, this study used CFD (computational fluid dynamics)-based simulations to analyze the effect of tugboat pushing positions on ship maneuvering performance during low-speed ahead and astern navigation (±0.5 kts). Moving beyond conventional static tug operation criteria, this study quantitatively investigated changes in primary motion variables (surge, sway, and yaw rate) and trajectories under dynamic conditions with actual fluid flow. The analysis confirmed that the ship's behavioral characteristics varied significantly depending on the pushing position under dynamic conditions. During ahead motion, pushing the bow increased forward speed and generated a strong yaw to port due to changes in hull flow. Conversely, pushing the stern resulted in a rapid decrease in forward speed and a strong yaw to starboard. During astern motion, pushing the bow caused deceleration and a rapid yaw to port, while pushing the stern unexpectedly accelerated astern speed and generated a powerful starboard yaw moment. In conclusion, this study demonstrated that selecting strategic pushing positions is crucial for controlling the nonlinear coupled behavior of ships, extending beyond merely securing towing force. This research provides an engineering basis for establishing effective tugboat operation guidelines to support the safe berthing and unberthing of ultra-large ships in the future.