본 논문은 기본적으로 미국 기계학회의 성능시험 코드에 준하여 운동 모형시험에 불확실성 해석을 적용하였다. 총 불확실성은 시험준비 과정, 계기의 검증, 데이타 취득 과정 및 분석과정에서 발생하는 오차요인들과 오차 전파 방정식에 의해 구하여진 민감도와 결합하여 구해진다. 저항추진 시험과 같은 정적시험과 운동시험과 같은 동적시험의 차이들이 불확실성 해석의 모든 과정동안 분명하게 구별되며 또한 비대칭 고정오차항목이 고려되었다. 본 불확실성 해석이 수행된 운동 응답 항목은 무차원화된 주파수의 함수로 나타낸 상하동요와 종동요의 RAO이다. 운동시험에 대한 불확실성 해석은 측정 정도를 향상시키고 오차들을 정량화하는데 유용할 뿐만아니라 여러가지 운동 해석 프로그램에 대한 검증의 기준으로 제시될 수 있다.
본 연구의 목적은 만성뇌졸중 환자에게 승마 시뮬레이터 기계를 이용한 운동이 환자의 균형능력에 어떠한 영향을 주는지 알아보고자 한다. 연구대상자와 연구방법으로는 67명의 만성 뇌졸중 환자를 승마운동그룹(n=34)과 일반 매트운동그룹(n=33)으로 나누어 두 그룹 모두 병원에서 일반적인 운동치료를 실시한후 추가적으로 승마운동과, 매트운동을 실시하였다. 운동시간은 주당 5회 8주동안 35분간 실시하였다. 균형능력 평가는 무게중심의 동요 거리를 통해 측정하였다. 결과는 두그룹 모두 눈을 뜬상태에서 균형능력이 증가하였으나($^*$p<0.05), 눈을 감은 상태에서는 지상운동군보다 수중운동군에서 통계적으로 유의한 균형능력 증가가 나타났다($^*$p<0.05). 연구 결과를 바탕으로 승마 시뮬레이터 훈련이 만성뇌졸중 환자의 균형능력 향상에 효과적이다.
불규칙 해면에 있어서 선미식 트롤선의 추파중의 선체 응답의 특성을 얻기 위하여 3척의 실선운동을 해상에서 계측하고, 이것을 통계적 방법과 이론적인 방법을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 각 선박의 종동요의 응답의 에너지분포는 추파와 추사파에서 모두 대체로 낮으며, 특히 선박의 크기가 클수록 매우 낮았다 응답스펙트럼의 대역폭은 모두 넓은 편이며, 응답 peak의 주기는 분명하지 않으며, 한 개 이상 나타나는 때도 있다. 2. 각 선박의 횡동요 응답의 에너지 분포는 추파와 추사파에서 모두 크며, 특히 소형선에서는 매우 크다. 응답스펙트럼의 대역폭은 종동요의 응답에 비해 비교적 좁은 편이며, 응답의 peak 주기는 분명하고 한개만 나타난다. 3. 실선실험과 이론계산에 의한 세 선박의 추파와 추사파 중의 종동요와 횡동요응답의 크기와 peak주기는 대체로 양자가 잘 일치하고 있는 것으로 나타나고 있다. 따라서 이론추정치로부터 어선의 응답특성을 평가하는데 큰 문제는 없는 것으로 생각된다. 4. 소형선의 경우 종동요 응답만 고려하면 선미쪽으로 파를 받는 것이 유리하나, 횡동요의 경우에는 오히려 불리하게 되므로 선미쪽으로 파를 받는 경우에는 유의파고와 평균파주기에 따른 자선의 복원성을 고려하는 등 안전에 보다 세심한 주의가 필요하다. 이상과 같이 추파와 추사파 중 선박 크기에 따른 종동요와 횡동요의 응답 특성을 고찰해 보았으나, 이 결과는 제한된 해상의 조건에서 얻어진 것이므로 어선의 일반적인 응답 특성을 도출해내기 위해서는 보다 다양한 해상 조건과 선박을 이용하여 더 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
최근 쌍동형 선박의 운동성능이 우수함에 따라 대형화가 이루어지고 있으며, 이에 따른 다양한 해상상태 변화에 따른 운동성능의 평가를 요구하고 있다. 쌍동형 선박의 경우 횡동요에서 매우 우수한 운동성능을 나타내고 있으나 선박규모의 대형화에 따른 운동성능의 추가적인 계산이 필요하다. 본 연구에서는 60피트급 쌍동형 선박의 종운동성능을 선속과 파랑조건에 따라 추정 및 성능검토를 수행하고자 한다. 선수 및 선미 형상변화가 종운동성능에 미치는 영향을 알아보기 위하여 Pitch 운동성능을 추정하였으며 그 결과를 분석하고자 한다. 이를 위해 사례선을 적용하고 이를 기반으로 성능검토를 수행하였다.
본 연구에서는 반잠수식 Rig의 형상에 따른 최적 형상을 검토하기 위하여 최근 건조되고 있는 4-Column과 2-Lowhull 을 가진 원통형 Column과 4각 Column형을 공시모형으로 택하여 규칙파중 두 구조물에 작용하는 유체력과 유체력에 의한 운동 응답을 계산, 형상에 따른 유체 역학적 특성과 동요 진폭의 관계를 검토하였다. 수치계산은 3차원 특이점 분포법을 이용하여 정상상태에 대하여 실행하였다. 구조물의 형상과 역학적인 간섭의 영향을 이용, 보다 성능이 우수한 형상을 얻을 수 있음을 확인하였다.
IMU(Inertial Measurement Unit)는 선박, 잠수함, 항공기 및 군용장비 응용분야에서 적용되어 자세 측정 영역에 주로 사용되고 있지만, 이런 IMU는 고가의 장비이기 때문에 특수 분야에서만 한정적으로 이용되어 왔다. 그러나 MEMS AHRS(MEMS : Micro Electro Mechanical System, AHRS : Attitude and Heading Reference System)의 현 기술 상황은 지능형 MEMS AHRS가 채택된 응용분야에서 가격이 높은 IMU를 대체 할 수 있는 수준에 이르고 있다. 본 논문에서는 자이로 센서, 가속도 센서, 지자기 센서를 사용한 AHRS를 이용하여 선박의 주요 운동 요소인 횡동요, 종동요, 선수동요 값을 측정할 수 있는 무선 선체 운동 측정 시스템을 개발하였다. 또한 AHRS 센서가 발생시키는 오차인 순간 가속도, 지자기의 영향 및 진동에 대응하기 위하여 칼만 필터링 기능이 탑재된 센서를 적용함으로서 최적의 성능을 실현하고자 하였다. 본 연구에서 구현한 AHRS 센서를 이용한 무선 선체 운동 측정 시스템을 이용하여 실선 실험을 실행하였으며, 선박의 제한적인 설치 상황에서도 편리하게 적용할 수 있을 것으로 보여진다. 향후 이 시스템이 선박에서 INS(Integrated Navigation System) 및 VDR(Voyage Data Recorder)과 같은 선박 장비와 호환되어 활용될 경우 항해 안전과 해양사고 분석에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
한국형 e-Navigation의 내항성 안전 모듈은 운항 중인 선박을 실시간으로 모니터링하고 내항성의 이상 상태를 사전에 경고함으로써 선박의 안정성을 확보하는 선내 원격 모니터링 서비스 중 하나이다. 일반적으로 선박설계를 위한 내항성능은 주어진 조건에서 선체 운동 시뮬레이션을 수행하여 평가하여 왔다. 하지만 운항 중 선박의 내항성능을 실시간으로 평가하기 위해 이러한 시뮬레이션을 실제 운항조건에 맞추어 수행하는 것은 계산시간의 한계로 인해 현실적이지 않다. 본 연구에서는 기계학습 기반의 근사모델을 활용하여 선박의 내항성능 평가 요소들 중 하나인 횡동요 운동특성을 합리적으로 보다 빠르게 예측하는 방법을 소개하고자 한다. 다양한 학습 기법과 데이터의 샘플링 조건을 적용하여, 얻어진 근사모델의 결과와 운동해석 결과의 오차가 거의 1% 내로 일치함을 보였다. 따라서 이러한 방법을 활용하면 선박의 실시간 내항성능을 평가하는데 효율적으로 사용할 수 있을 것으로 판단된다.
선박의 운동을 시뮬레이터 하기 위해서는 Pitch, Roll, Yaw의 세가지 선박 운동 요소를 시뮬레이터 할 수 있어야 한다. 이를 위해 선박의 운동을 시뮬레이터 할 수 있는 6축의 자유도를 가지는 모션 시뮬레이터를 설계 개발 하였다. Gyro Sensor based Servo Motion Control 알고리즘은 선박의 6자유도운동을 분석하여 그에 대응 할 수 있는 Motion Control 동요안정화 제어장치를 개발하였다.
조타에 의해 불규칙파 중 선박의 선수동요 및 횡요를 제어하는 횡요 감소시스템에 관한 연구를 수행하였다. 횡요를 포함한 선박 운동 시뮬레이션을 위해 4-자유도 조종 운동방정식을 사용하였고, 선체에 가해지는 외력으로서 파강제력이 고려되었다. 파강제력은 3차원 특이점 분포법에서 얻어진 주파수 전달함수로부터 시간영역해석법을 적용하였다. 선수동요와 횡요를 제어하는 PD 제어기를 각각 구성하고, 이를 선형 결합하여 횡요 감소 조타 제어기를 구성하였다. 조타 속도 및 타의 종류를 변화시켜 선수동요 및 횡요의 제어효율을 검토하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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