• 해양환경안전학회지
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• 제22권1호
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• pp.129-137
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• 2016

본 연구의 목적은 가까운 미래의 선박운동정보를 이용하는 피드포워드 제어알고리즘과 FPSO 운동 수치 시뮬레이션 모델을 개발하고 시뮬레이션을 통하여 제어알고리즘의 성능을 검증하는 것이다. 본 논문에서는 조류, 바람, 파력 등의 환경하중에 의하여 발생한 선체운동의 미래 예측치를 활용한 피드포워드 제어력을 추가적으로 가지는 Dynamic Positioning System에 대하여 연구한다. 먼저, 조류력, 풍력 및 파력에 대한 수학모델을 선정하여 환경하중에서의 선체운동을 계산하고, 현재의 선체운동 값과 Brown 지수평활 예측모형을 활용하여 미래 선체운동 값을 예측하였다. 또한 위치 유지와 Heading angle 제어를 위한 제어력을 PID(Proportional-Integral-Derivative)이론을 이용하여 결정한 피드백 제어기와 미래 선체운동 값을 이용하여 결정한 피드포워드 제어기로 구성하였다. 그리고 각 Thruster에 요구되는 추력은 라그랑지승수법을 활용하여 분배하였다. 마지막으로 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)의 운동과 Dynamic Positioning System에 대한 시뮬레이션 모델을 구축하여 선박의 위치 및 Heading angle 제어에 관한 시뮬레이션을 수행하여 제안하는 피드백 제어기와 피드포워드 제어기를 동시에 가지는 제어시스템의 성능을 평가하였다. 본 연구의 결과, 피드백 및 피드 포워드 제어기가 적용된 DPS 제어시스템이 기존의 피드백 제어기보다 위치유지 및 헤딩각 유지 능력에서 개선되었고 각 Thruster에 요구되는 평균 제어력 및 최대 제어력의 크기도 감소함을 보였다. 이에 따라 DPS에 요구되는 동력 감축과 Azimuth Thruster 용량의 감소로 인하여 비용 절감의 효과를 기대할 수 있다.

• 한국해양공학회지
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• 제16권1호
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• pp.1-7
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• 2002

본 논문에서는 선체 하부에 moonpool과 bilge step을 장착한 새로운 개념으의 LNG-FPSO를 운동감소와 cargo, operation tank의 슬로싱 현상의 관점에서 기술하였다. LNG-FPSO의 주요제원은$L\times B\times D\times t(design)=270.0\times51.0\times32.32\times13.7(m)$ 이고 적용조건은 total corgo capacity of 161KT at 98% loading condition 이다. LNG-FPSO의 운동감소의 목적으로 2개의 moonpool과 선체하부 bilge 부분에 사각 step을 장착하였다. LNG-FPSO의 운동해석을 위해 단순화된 경계조건을 만족하는 선형화된 3차원 diffraction theory를 사용하였고 LNG-FPSO의 연성된 6-자유도 운동응답을 계산하였다. LNG-FPSO의 정확한 Roll 운동을 추정하기 위해 점성효과는 Himeno(1981)가 제안한 경험식을 사용하였다. Moonpool의 크기에 따른 운동감소의 경향을 파악하기 위해 이론적 계산과 실험적 방법으로 수행하였다. Moonpool 크기와 bilge step의 효과를 최적화하기 위해 총9가지의 case를 설정하였다. 이론 및 실험 결과로부터 본 LNG-FPSO는 moonpool과 bilge step의 장착으로 인한 감쇠력의 증가로 운동성능이 우수하다. 본 LNG-FPSO의 운동 응답중, 특별히 roll 운동이 다른 drillship, shuttle tanker등의 선박과 비교하여 상당히 작았고 이는 moonpool과 blige step의 장착으로 인한 효과로 판단된다. Cargo tank와 operation tank 크기를 검토 하기 위해 불규칙 해상중 sloshing 해석을 chamfer를 갖는 LNG-FPSO의 No.2, No.5 tank 벽면의 압력 분포와 자유표면의 time history에 초점을 맞추어 수행하였다. 최종적으로 tank 크기를 최적화 하였고 최적화된 tank는 선수사파와 횡파상태의 모든 filling에서 공진현상과 충격압력이 발생하지 않음을 확인하였다.

• 수산해양기술연구
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• 제30권3호
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• pp.209-219
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• 1994

3차원 二重 摸型이 粘性 流體中을 운동할 때 발생하는 점성 摩擦力을 感少시키기 위하여 船體 표면에 流線 방향으로 V-홈(Riblet)의 띠를 그 표면에 부착하였다고 가정하여 점성 마찰력 감소에 관하여 難流 境界層의 特性을 계산하는 수정된 방법을 구하고 그 계산을 위한 프로그램을 작성하였다. 계산 방법으로서는 Hess & Smith의 방법에 의하여 포텐시얼 유동을 계산하고 그것으로부터 구한 유속 값들을 Momentum 적분 방정식에 이용하였다. 補助 방정식으로서는 Head의 식과 점성 마찰력에 관한 Clauser의 식을 사용하였다. 그리고 Riblet의 효과로서는 Gaudet의 실험식을 이용하였다. 그 계산 결과 선체 전표면에 유선의 방향으로 Riblets를 付着하였다고 가정하였을 경우 상당한 점성 마찰력 減少效果를 나타냈으며 Riblet를 선체 전체길이 4등분하여 각각의 표면에 부착시켰을 때도 현저한 점성 마찰력 감소 효과를 나타냈으며 특히 선수 부분의 25% 표면에 부착되었을 때가 다른 영역에 부착하였다고 가정하였을 경우보다도 가장 優秀한 效果를 나타내었다.

• 한국항해항만학회지
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• 제40권6호
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• pp.361-368
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• 2016

부유체의 횡동요는 승조원의 피로를 누적시키고, 심지어 구조물 전체를 전복시키기 까지 하고, 또 선체에 반복적인 외력을 가하는 등 부유체의 안정성과 구조물의 안전에 심대한 영향을 끼친다. 그래서 거의 모든 선박의 경우에는 빌지킬을 설치하여 횡동요를 감소시키고 있고, 특수한 경우에는 안티롤링 탱크나 핀 스태빌라이저나 자이로스코프 등을 설치하여 횡동요를 줄이고 있다. 그러나 안티롤링 탱크는 설치하는데 용적을 많이 차지하고, 핀 스태빌라이저나 자이로스코프는 설치비와 유지 관리비가 많이 든다. 본 연구에서는 안티롤링 진자를 이용하여 부유체의 횡동요를 줄이고자 한다. 보통 단진자라고 하면 질량체를 끈으로 어디엔가 고정시켜 놓고 자유롭게 흔들리는 구조를 말한다. 여기에서는 통상의 진자 대신에 진자를 원궤도에 올려놓아서 단진동 운동을 하도록 하는 원리를 이용한다. 제안한 장치를 실험선에 적용하여 그 효능을 입증하였다. 안티롤링 탱크의 약 1/8의 중량과 약 1/6의 용적을 가진 안티롤링 진자를 이용하여 이것보다 더 좋은 효과를 낼 수 있음을 확인하였다. 여기에 더하여 선체에 안티롤링 진자를 부가한 모델의 선형운동방정식과 비선형 운동방정식을 제시하였다.

• 한국해양공학회지
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• 제27권1호
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• pp.31-36
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• 2013

In this paper, the effects of a foil attached to a ship on the ship motion, added resistance, and thrust generation in waves are analyzed. The unsteady theory for a two-dimensional foil is introduced to determine the coupled motion responses of the ship and foil. The thrust caused by the oscillating foil is evaluated and compared to the added resistance of the ship, so that a positive net thrust can be possible in waves. A comparison of the results of unsteady, quasi-steady, and experimental analyses is performed.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2016년도 춘계학술대회
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• pp.69-70
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• 2016

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.

• 한국항해항만학회지
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• 제29권10호
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• pp.839-845
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• 2005

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.

• 한국항해항만학회:학술대회논문집
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• 한국항해항만학회 2005년도 추계학술대회 논문집
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• pp.55-61
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• 2005

조타에 의해 불규칙파$\cdot$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.

• 해양환경안전학회지
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• 제27권6호
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• pp.832-838
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• 2021

본 연구는 최근 해양사고가 점차 증가하고 있는 10톤 미만 소형어선의 규칙파 중 운동응답 특성에 대하여 수치해석을 통하여 분석하였다. 10톤 미만의 소형선박들을 크기별로 구분하여 해양사고 분석에 이용되고 있기 때문에 본 연구에서도 서로 다른 크기의 소형어선 3척을 대상으로 운동응답 해석을 이행하였다. 선수파인 경우 장파장 영역에서 속력이 높아질수록 상하동요 및 종동요 응답도 커지고 있는 현상을 확인하였다. 가장 작은 3톤급 어선의 운동응답이 다른 크기의 어선보다 더 크게 나타나는 특성을 보여주었다. 선수사파 상태에서의 횡동요 운동은, 선박의 크기와 관계없이 점차 속력이 높아질수록 운동응답의 최대값이 장파장 영역으로 이동되는 특성을 확인할 수 있었다. 선수사파와 횡파에서 3척의 소형어선 모두 속력이 가장 높은 15노트에서 횡동요 운동이 가장 크게 나타나는 것을 알 수 있었다. 선수파 및 선수사파를 받으면서 항행할 경우 속력을 낮추는 것이 종운동과 횡운동 영향을 감소시킬수 있는 방법이라고 보여진다. 횡파에 의한 횡동요는 속력 및 선박의 크기와 관계없이 특정 파장에서만 급격히 커지는 경향을 보여 주었다. 전진속력이 있을 경우 선수 사파에 비해서 선미사파에서의 확연한 횡동요 감소 현상을 확인할 수 있었다. 선박의 크기 및 속력에 따라 선체운동응답의 최대값이 나타나는 특정 영역이 있으므로 이 운동 영향을 최소화 시킬 수 있는 운항방법이 고려되어 실행되어야 한다.

• 대한조선학회논문집
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• 제29권4호
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• pp.132-145
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• 1992

추진 효율 향상을 위한 대칭형 전류 고정날개-프로펠러 추진시스템의 설계, 이론성능해석 및 모형시험 과정을 정리하였다. 프로펠러 후류에서의 회전방향 운동에너지 회수를 통한 추진효율 향상을 도모하기 위하여 프로펠러 전방에 반대방향의 회전 속도를 주기 위한 고정날개를 설치하였다. 모형시험 결과 대칭형 전류 고정날개 추진시스템이 단독프로펠러에 비하여 3%정도 추진효율의 향상이 있음을 확인하였다. 실선 장착시에는 선체 반류에서의 난류 강도증가 및 레이놀드수 증가에 따른 고정날개 표면에서의 박리현상 감소에 의하여 고정날개 항력계수가 감소할 것으로 추정되며 그에 따라 본 추진시스템의 추진효율 증가량이 더욱 커지리라 판단된다.