선박의 저항을 추정하는 일은 선박설계에 있어 가장 기본적인 작업이다. 그러나 선박의 크기는 매우 크기 때문에 일반적으로 모형선 실험을 통해 선박의 저항을 추정한다. 이 때, 모형선 실험은 Froude 수를 기준으로 수행하게 되는데 이 때문에 모형선과 실선의 Reynolds 수가 서로 다른 영역에 놓이게 된다. 따라서 모형선 실험에서 얻어진 데이터를 실선에 그대로 적용할 수 없기 때문에 모형선-실선 저항추정법을 사용하게 된다. 본 연구에서는 이러한 모형선-실선 저항추정법에 사용되고 있는 2 차원 외삽법을 살펴보고 이 기법에 사용되고 있는 ITTC 마찰저항곡선을 등가평판 주위의 유동장 해석결과와 비교하였으며 ITTC 마찰저항곡선에 대해 고찰하였다.
본 연구과제는 개념(Idea)이 간단하고 수행방법이 단순함에도 불구하고 과제 수행에 약 2년이 라는 오랜 기간이 소요되었다. 왜냐하면 오랜시간에 걸쳐 여러번 모형선의 변형도를 측정하여야 되었기 때문이다. 그러나 본 연구과제는 극히 성공적으로 수행 완료되었다. 향후 본 연구과제 수행을 통하여 개발된 방법을 될수록 많은 모형선 제작에 적응할 예정이며 이로 인하여 다음과 같은 중요한 파급 효과를 기대할 수 있다. 첫째, 모형선 제작비의 대폭 절감으로 모형시험 경 비를 크게 감소시킬 수 있다. 둘째, 모형시험 시간을 크게 단축시킬 수 있기 때문에 설계실을 신속히 지원해 줄 수 있을 뿐만 아니라 주어진 시간내에 더 많은 연구업무를 수행할 수 있다. 이것은 무형의 효과이나 실제적으로 모형시험 경비의 절감 효과보다도 더 중요한 것이라고 생 각한다. 본 연구과제의 개념은 극히 간단한 것이지만 세계 최초의 발상 및 시도이며 성공적으로 연구 업무가 수행되어 전세계에 현존하는 어떠한 모형선 제작 방법보다도 우수한 방법이 개발 되었다고 자부하는 바이다. 본 연구를 통하여 개발된 모형선 제작 방법은 현재 특허 신청중에 있다.
기존의 Mualem의 Model III-1에서 공기가 공극으로 진입할 때 이에 대한 공극들의 방해효과를 설명하는 가중치(加重値) $P_a({\theta})$가 무차원 공극반경과 선형적 관계를 가진다는 가정을 바탕으로 하여 모형의 검정을 위하여 한 개의 주곡선이 필요한 새로운 모형을 개발하였다. 개발된 모형은 모형의 검정을 위하여 기존에 제시된 바 있는 한 개의 주곡선이 필요한 모형들보다 실측치를 잘 모의하며, 한쌍의 주곡선이 필요한 영역모형중에서 이력현상을 모형화하는 목적에 가장 부합한 Model III-1과의 비교에서 개발된 모형은 거의 같은 정확성을 가지면서 실측자료를 재현하고 있음을 알 수 있었다. 또한 개발된 모형은 비포화 흐름을 해석할 때 효율적으로 적용될 수 있음을 알 수 있었다.
홍수시 저수지 상류로부터 유입되는 다량의 오염물, 협잡물은 저수지의 경관 및 수질에 악영향을 미친다. 이러한 오염물질은 홍수시 일시에 유입되어 표층에 부유하므로 수거를 위한 시간 및 비용이 비교적 크게 발생된다. 따라서 이러한 부유쓰레기를 효과적으로 차단할 수 있는 시설물 설치는 필연적이다. 이렇게 부유쓰레기 수거를 위한 방법 중, 저수지 내부에 선 차단 시설을 설치하여 부유쓰레기를 홍수터로 유도하여 수거하는 방법은 일시에 많은 양의 부유쓰레기를 차단하게 되는데 유지관리, 경제적 측면에서 유리하다. 본 연구에서는 부유쓰레기 수거를 위한 선 차단시설 운영 방안을 검토하기 위하여 홍수시 저수지 내로 유입되는 유속흐름을 2차원 수치해석 모형인 RMA-2 모형으로 해석하고, 저수지의 내 외부 지형분석을 통하여 시범 지구의 선 차단시설 설치 위치를 선정하였고, 3차원 수치해석 모형인 FLOW-3D 모형으로 검증하였다. 선 차단시설 설치 시범지역 위치 선정을 위하여 저수지의 규모, 접근성, 시공 장비의 대여 편이성 등을 종합적으로 고려하여 기흥저수지를 시범예정 구역으로 선정하였다. 저수지 내로 유입되는 유속특성을 2차원 수치해석 모형인 RMA-2 모형으로 해석하여 시범 지구의 선 차단시설 설치 위치를 제안하고 홍수터 부지를 결정하였다. 부유쓰레기 유도를 위한 선차단시설은 저수지 급확대로 인한 유속 감소구간과 와류발생 구간이 적절한 것으로 분석되었으며 시범설치 지역인 기흥저수지 상류 급확대부에 선 차단시설을 제안하였다. 홍수터의 규모는 Armitage와 Rooseboom(2000)이 제안한 경험식을 바탕으로 $5,300m^2$을 제안하였으며, 기흥저수지 상류부 우안에 항아리 모양으로 설치하도록 계획하였다. 또한, 3차원 수치모형실험을 통하여 검토한 결과, 차단막 설치로 부유 쓰레기의 하류 이송은 차단되고, 원활하게 홍수터로 유도됨을 확인하였다.
본 연구에서는 새마을 무궁화 열차의 주요 5개노선(경부선, 호남선, 전라선, 장항선, 중앙선)의 단기수송수요의 예측모형 선정방안을 제시하고 유용성을 확인하기 위한 검증결과를 제시하였다. 분석을 위해 계절별 특성이 반영된 SARIMA 모형을 이용하였으며, 주중/주말 통행 특성 및 대체근무제 등과 같은 공휴일 특성을 반영하고자 각 노선별 주중/주말 일평균 모형을 각각 구축하였다. 또한 모형의 신뢰도를 높이기 위해 EXPO 개최, 새로운 노선의 개통 등 노선별 개입요소를 고려하여 수송수요의 예측모형에 반영하였으며 모형 예측력의 검증을 통해 정도 높은 모형을 구축하였음을 확인하였다. 본 연구를 통해 개발된 모형은 열차 노선별 단기운행계획 수립을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
현재 모형선을 이용한 선형성능 검증방법에는 크게 2가지 방법이 있다. 첫째는 예인수조에서 예인전차를 이용하여 정수중에 배를 예인시켜 그에 따른 저항을 시험하는 방법이 있고, 둘째는 회류수조에서 배를 고정하여 물을 회전시켜 모형선의 저항을 측정하는 방법이 있다. 이와 같은 방법은 저속 및 대형선박을 검증하기 위해 계발된 방법들로 소형 고속어선 및 고속레저선박의 저항성능 평가를 수행하기 어려운 것이 현실이다. 예인전차의 예인속도와 회류수조 물의 유속이 소형 고속어선 및 고속레저선박의 속력에 미치지 못하기 때문이다. 따라서 고속을 요하는 선박의 저항성능 평가를 위해 새로운 방법 연구가 필요하다. 이에 고속선의 저항성능 시험을 위해 실 해상에서 일반 선박을 이용하여 예인하는 방법을 적용하여 저항시험을 수행하였으며 그에 맞는 시스템을 설계하였다.
안전하며 친환경적인 근해운송시스템을 확보하기 위해서는 운송 수단인 선박의 안전한 운항 확보가 필수적이다. 특히 좌초, 충돌 등의 해난사고를 방지하기 위해서는 선박이 우수한 조종성능을 갖는 것이 요구되며 특히 조종성능 중에서 선회성능은 충돌 회피 등에 필수적인 성능이다. 본 연구에서는 선박에 부착된 조타기의 타력 증가가 선박의 선회성능에 미치는 영향을 모형선 실험을 통하여 고찰하였다. 먼저 Coanda 효과를 이용한 고 양력 타 장치 모형과 47 K PC의 모형선을 제작하였다. 또한 모형선의 선회 성능 실험을 위한 자유항주시스템을 구축하고 사각 수조에서의 타력 증가 값을 변화시켜가면서 모형선의 선회 성능을 계측하여 타력 증가에 따른 선회 성능의 변화를 평가하였다. 모형선의 선회성능 실험결과를 통해 타력 증가가 근해운송 선박의 선회 성능 향상에 효과적인 것을 확인하였다.
본 연구는 중앙선의 여객수송수요를 효율적으로 예측하기 위한 방법으로 계절성 요인을 고려한 ARIMA 모형을 제안하였다. 특히, 최근의 관광수요를 반영하기 위하여 2013년 4월 개통되어 운행되고 있는 중부내륙권 관광전용열차(O-train, V-train)의 수요를 포함하여 예측모형을 구축하였다. 이를 위하여 2005년 1월부터 2013년 7월까지의 월별 시계열 데이터(103개)를 사용하여 최적의 모형을 선정하였으며 예측결과 중앙선의 여객 수송수요는 지속적으로 증가할 것으로 나타났다. 구축된 모형은 중앙선의 단기수요를 예측하는데 활용이 가능하다.
서울대학교 공과대학이 보유하고 있는 선형시험수조의 모형선 예인 전차를 개인용 전산기에서 온라인으로 제어 할 수 있도록 속도제어 시스템을 개량한 바 있다. 이 시스템을 활용하여 전차의 속도의 정밀한 제어가 가능하게 되었다. 이를 활용하여 선형시험수조내에 존재하게 되는 잔류 및 정재파와 같은 현상으로 인하여 모형선의 대수속도가 전차의 예인을 위하여 설정한 속도와 미소한 차이를 가지게 되는 것으로 가상하여 전차의 운전속도를 조정하고 모형선을 예인하여 저항성능에 미치는 차이를 실험적으로 확인하고자 하였다.
32Cyg의 B형 별 주위에 형성된 $str{\"{o}}mgren$ 구를 가정하고 공전궤도위상 0.06과 0.78에서 이론적인 선 윤곽을 계산하였다. 항성 풍의 속도분포에 따라 alfv n 파 모형의 선윤곽이 누승 함수의 속도 분포를 이용한 모형의 선 윤곽 보다 전체적으로 낮은 세기를 보였다. HII 모형은 HII 영역이 없는 경우보다 약한 선 윤곽을 보였으나 $\phi$ = 0.06에서는 HII 영역이 없는 모형이 HII 영역을 가진 모형에 비해 단지 적색편이 쪽에서만 약간의 차이를 보였다. 한편 $\phi$ = 0.79에서 HII 영역을 가진 $Alfv{\'{e}}n$ 파 모형의 선 윤곽은 적색편이와 청색 편이 쪽에서 각각 다른 속도기울기의 누승 함수 모형으로써 나타낼 수 있었다. 이는 급격한 초기 속도 기울기를 고려하여 2개의 가속영역을 가진 누승 함수 모형이라면 항성 풍의 가속과정을 고려하지 않음으로써 생기는 오차를 줄일 수 있음을 의미한다.의미한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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