IMO는 해상에서의 선박 안전 향상을 위해 선박의 복원성능과 조종성능에 관한 국제적 기준을 제시하고 있다. 이러한 기준은 선박 연구자가 수행하는 연구의 방향에도 영향을 미치고 있다. 기존의 수행된 연구는 복원성능과 조종성능의 각각의 분야에서 독립적으로 수행되어 왔으며, 아직 두 분야의 상호 관계에 관한 연구는 미비한 실정이다. 이에 본 논문에서는 선박의 복원성능과 조종성능의 상호 관계를 정량적으로 규명하고자 기초적인 실험 연구를 수행하였다. 이를 위해 복원성능을 나타내는 지표인 GM과 선박의 조종성능을 나타내는 지표인 선회성능을 통해 두 항복 간 상호 관계의 정량적 분석을 시도하였다. 자유항주 모형선을 이용한 선회 시험을 실시하였고, 그 결과 GM 감소에 따른 선회반경 감소 및 초기 횡경사 각도 증가를 확인했으며, 그 변화의 경향은 서로 다르게 나타나는 것을 확인하였다.
대형선이 입출항하기 위한 항만 및 부두의 건설은 이미 포화상태에 이르러 중소규모의 조선단지 및 발전소 운영을 위한 선박통항 수요가 발생하고 있다. 접안시설 건설비용을 절감하기 위하여 선박의 조종성능을 우수하게 건조하여 투입하여 기존의 안전성 평가에 대한 대책과는 다른 대책을 수립하여야 안전성을 향상할 수 있다. 이 연구에서는 부두 및 방파제가 미리 건설된 상황에서 통항예정 선박을 한정하여 안전성 평가를 수행하고 도출된 문제점에 대한 해결방안을 제시하였다.
선박과 유빙의 충돌로 발생하는 빙하중은 선체의 구조강도 문제뿐만 아니라 선박의 속력감소 및 조종운동에도 영향을 미친다. 이 연구에서는 DEM (Discrete Element Method) 기법을 이용하여 유빙을 항해하는 선박의 조종성능 평가를 위한 수치 시뮬레이션 프로그램을 개발한다. 여러가지 유빙 조건에서 선회성 시험 및 10/10 지그재그 시험을 시뮬레이션하여, 유빙의 상태가 선박의 조종성능에 미치는 영향을 파악한다.
선박의 조종성능은 풍조나 파랑등 외력에 의한 영향이나 그 선박의 홀수, 속력등 항행환경에 따라서 조종성능이 달라 질 뿐만 아니라 조타에 대한 선체의 응답운동이 달라지게 된다. 따라서, 조선자는 선박이 항행중 다른 선박이나 위험물에 접근 했을 때 안전하게 피항하기 위해서는 그 선박에 대한 선회성과 추종성 등 조타에 의한 조종 성능을 잘파악하고 있어야 하며, 이러한 조종 성능은 일반적으로 선회시 선회권에 의한 종거 및 횡거와 선회경의 크기로 결정되는 선회성과 조타에 의한 선체운동등 추종성을 나타내는 조종성 지수로써 그 선박에 대한 조종성능의 양부를 판별하게 되는 것이다. (중략)
현재 건설 중인 제주 강정항에 15만톤급 크루즈 선박의 운항안전성 여부를 판별하기 위하여 3차례의 선박조종 시뮬레이션 평가를 실시하였다. 국내 초대형 크루즈 선박의 조종성능에 대한 연구가 미비했고, 크루즈 선박의 조종성능을 정확하게 선박조종 시뮬레이터에 반영할 수 없었던 시스템적인 한계로 인해 초대형 크루즈 선박의 운항 안전성 평가 결과는 사회적으로 많은 갈등과 마찰을 초래하였다. 본 연구에서는 세계적인 초대형 크루즈 선박의 조종특성을 바탕으로 제주 강정항 건설 과정에서는 논란이 되었던 수역시설의 적정성을 검토하고자 선회장, 항로 법선, 방파제 통과 선속 등에 대하여 국내외 각종 설계지침과 실측 자료, 항만 운영 사례 등을 심층 분석하였다. 초대형 크루즈 선박의 우수한 추진 및 조종성능을 감안하면 제주 강정항의 수역시설 규모는 적정하다고 판단되며, 초대형 크루즈 선박의 안전 입출항에도 별다른 문제는 없을 것으로 사료된다.
이 연구는 기 개발한 간이 선박조종 시뮬레이터의 조종성능 개선에 관한 것이다. 선박조종 시뮬레이터에서 모델선박의 조종성 지수는 임의로 정하는 것이 아니라 가능한 모델대상선박의 실제 움직임과 동등하거나 유사하게 설정되어야 한다. 선행연구에서는 이미 발표된 대학교 실습선(한바다호)의 선박조종 실선데이터를 기반으로 모델선박의 조종성 지수를 도출하였으나, 타각이 10°를 초과할 경우 네 종류의 실선시험 결과와 평균 17.9%의 상대오차가 발생하였다. 이에, 타각 10°, 20° 및 35°에서의 한바다호 조종성 지수에 대해 에르미트 보간을 이용하여 3차 다항식을 산출하고, 이를 모델선박에 적용하였다. 그 결과 타각 35° 이내의 전 구간에서 조종성능의 상대오차가 평균 13.7%에서 11.6%로 약 2.1% 개선됨을 확인하였다.
작은 메타센터높이를 가진 선박이나 고속선 등의 조종성능은 횡동요(roll) 운동이 미치는 영 향에 대해서 고려되어야 할 것이다. 이러한 조종성능의 추정은 surge-sway-yaw 조종운동 방정식에 횡동요 운동을 추가함으로써 가능하게 된다. 본 연구에서는 선박의 4-자유도 운동에 대한 조종성능 추정기법에 대해서 논하였다. 구체적으로 surge-sway-yaw 조종운동방정식에 추가되는 roll 운동항에 대한 새로운 모델을 제안하였으며, 다른 추정결과값과 비교 ·검토하였다. 그 결과, 새로운 모델을 운동방정식에 추가함으로써 만족스러운 조종성능을 추정할 수 있었다.
국제해사기구에서는 해상에서의 선박의 충돌방지와 그로 인한 해양환경의 보호를 목적으로 1993년 11월 선박조종성능에 대한 잠정지침을 채택한 이후, 축적된 데이터를 바탕으로 2002년 12월 선박조종성능에 대한 확정된 지침을 채택하였다. 하지만 채택된 지침은 만재상태, 등흘수 및 선박의 최대 출력(MCR)의 85 %에 해당되는 선속의 최소 90 % 이상에서의 지침으로, 동 지침은 항해사에게 필요한 실 항해조건에서의 조종성능 정보를 제공하는 데 한계가 있다. 따라서 본 연구에서는 항해사, 선장 및 선박조종에 대한 식견을 갖추고 있는 전문가를 대상으로 빈도분석과 AHP 분석기법을 실시하여 현 지침에 대한 활용도 및 실제 선박조종에 필요한 정보가 무엇인지를 식별하였다. 연구결과 선박을 운항하는 항해사에게 필요한 조종성능 정보는 5~10°의 소각도에서의 선회권 정보, 항해속력(Sea speed)이 아닌 조종속력(Maneuvering speed)에서의 z-test 정보라는 것을 확인하였고, 속도제어 관련하여서는 항해속력 및 만재상태에서의 정지성능에 대한 정보보다 감속타력, 가속타력 등에 대한 정보가 더 필요하다는 것을 확인하였다. 도출된 결과는 선박을 조종하는 항해사에게 필요한 선박조종성능기준 지침마련에 대한 기초자료로 활용도가 높을 것으로 사료된다.
국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)의 선박 조종성능에 관한 기준이 발효되고, 최근 환경에 대한 관심이 지속적으로 증가하는 것과 더불어 항해 안전성, 특히 해난사고에 기인한 해양오염 방지에 관한 관심이 증가함에 따라 초기 설계단계에서부터 선박의 조종성능을 정확히 추정하는 것이 매우 중요하게 되었다. 본 논문에서는 선박 조종성능을 추정할 수 있도록 선박 고유 조종 운동 특성을 선박운항에 관련한 항해센서와 함께 선박 운항에 동일한 운전 조건으로 구성하고 HILS(Hardware In the Loop Simulation)을 적용하여 선박조종 신뢰성을 향상 시킬 수 있는 방법을 제시한다.
선박은 건조 후 선주에게 인도되기 전에 해상시운전을 하게 된다. 해상 시운전은 통상 안벽에서 수행 가능한 기기류를 테스트 한 후 해상에서 실시하는 것으로 메인 엔진의 출력, 발전기를 포함한 각종 보조기계의 작동상태, 선박의 조종성능과 속력 테스트, 항해 통신장비 테스트, 양묘기테스트 등이 있으며 이외에 선종에 따른 추가 테스트 또는 선주에 의하여 요구하는 특별한 테스트를 하기도 한다. 본 연구는 해상 시운전의 주요 테스트 내용 중 선박조종성능에 관하여 분석하고, 실제 선박을 운항하는 항해사에게 필요한 주요 정보를 식별하고자 하는 기초연구로 진행되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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