A Study on Three-dimensional Dynamic Analysis of a Towing Cable for Marine Survey Instruments

In this study, the configuration and tension of a towing cable for side-scan sonar are predicted in an ambient flow and at an unsteady towing condition. The governing equation of three-dimensional dynamic analysis for a flexible cable is solved using a finite difference method. We successfully predict the configuration and tension of a side-scan sonar and designed the towing system. It is found in static analyses that the side-scan sonar must be towed to keep a its stable depth at a reasonable speed. The study also reveals in the transient analyses that the dominant component affecting the top tension is the tangential drag force for the larger towing speed than the critical speed, and the soft weight of a towed instrument for the smaller towing speed than. It should be maneuvered for a towing vessel with good consideration for the impact effect in a cable due to tension peak when a towing speed is suddenly increase. The developed program can be applicable for three-dimensional dynamic analysis of a towing system for various marine survey instruments.

해양탐사장비 예인케이블의 3차원 동적해석에 관한 연구

본 연구에서는 해양탐사장비를 예인하는 예인케이블에 관한 3차원 동적해석을 수행하였다. 해양케이블에 관한 지배방정식 중에서 굽힘강성 성분도 포함되는 보다 일반적인 지배방정식을 사용하였으며, 지배방정식은 3차원 비선형, 연성방정식이다. 예인선박의 예인속도와 측면주사음탐기의 중량에 따라서 예인단에서 발생하는 장력을 추정하였으며, 임의의 시간에 대한 케이블의 전체형상을 추정하였다. 정적해석결과를 통하여 특정한 수심에서 해양탐사장비를 예인할 때 예인속도를 잘못 조절한다면 관측장비가 해저면 바닥에 닿아서 탐사장비를 손실할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 다양한 예인속도에 따른 예인단에서 장력의 변화를 살펴보았는데, 이를 통하여 예인단 장력은 예인속도가 임계속도보다 클 때는 접선하중성분이 지배적이고 작을 때는 자중효과가 지배적으로 나타난다는 것을 알 수 있었다. 또한 속도가 변하는 천이영역에서는 장력의 피크가 나타났으며 이것은 케이블에 충격력 효과로 작용할 수 있으므로 예인선박 운용에 이를 잘 고려해야 할 것이다. 본 연구결과는 다양한 해양탐사장비의 예인문제에 적용할 수 있을 것이다.