고전적인 고속선형에서 탈피한 새로운 형태의 고속선형에 대한 효시는 1960년경의 수중관통형 수중익선의 개발이라 할 수 있다. 그 후, 1980년대까지는 일반적인 중,저 속의 화물선 및 LNG 운반선에 대한 유체역학적 특성의 향상을 위한 선형 개발 경쟁이 국내외적으로 활발하게 진행 되어져 왔다. 그러므로, 이러한 기간중인 약 20여년간은, 선박의 선형 개발면에서는 기존의 선 박형태를 탈피하지 못한 채 유체역학적 성능을 향상시키려는 소극적인 진전이 있었을 뿐, 발전이 매우 더딘 편이었다. 1980년대 후반에 들어서 국내외적인 물동량의 증가와 해상고속운송의 필 요성이 대두되면서 고속선의 개발에 대한 열기가 시작되었다. 그간의 고속선개발은 주로 미국을 중심으로 군사적인 목적면에서 진행되어 왔고, 일본은 거의 일반상선의 선형개발에 중점을 두어 왔으나, 1980년대 후반부터는 일본도 아시아지역에서의 물동량변화와 고속화의 필요성에 따라 고속선 개발에 뛰어들게 되었다[1, 2, 3]. 특히 최근의 50knots를 넘는 대형의 화물운송용 초고 속선 개발은 주목할 만한 연구가 되고 있다'4'. 국내에서도 1990년대에 들어서면서 소형이지만 이러한 초고속선의 선형개발을 시작하게 되었으며, 실용화된 예도 몇몇을 가지고 있다. 본고에 서는 이제까지 연구된 몇가지 초고속선형들에 대한 예와 장단점, 또한 조파저항 성능면에 대해 기술하여 보고자 한다.
최근 국내 중형급 조선소에서는 케미컬 탱커선을 주력선종으로 건조하고 있다. 하지만 선형개발 기술이 미비하여 저항감소 선형개발에 소홀하였다. 또한 기존 대형선박의 선형을 그대로 사용하기 때문에 추진효율이 떨어지고 많은 선수저항이 발생하여 선속에 큰 영향을 미치게 된다. 이에 본 연구에서는 CFD이론 해석을 통해 선형특성을 파악하고 저항감소 및 추진 효율 향상을 위해 실적선과 개발대상선의 모형시험을 통하여 선수저항 성능을 비교, 분석하여 저항감소 선수선형을 개발하였다.
CFD 연구를 초고속선 선형개발에 활용한다면 선체주위의 유동장 계산결과로부터 압력 및 속도, 자유표면 파고분포 등 초고속선의 설계 및 기본계획 단계에서 필요한 저항 및 추진성능 자료를 얻을 수 있다. 이러한 기능을 더욱 개선 발전시키면 선형개발에 더 많은 적용이 예상된다. 또한 항주 시간에 따른 초고속선의 운동특성을 고려할 수 있게 된다면 앞으로 항주자세제어 및 내항성능과 승선감의 추정도 CFD 연구를 통해서 가능하리라 믿는다. 이제 국내 조선소를 중심으로, 21세기에 도래할 것으로 예측되는 고속 해상수송 수단에 대한 수요에 대응하고 조선기술의 우위확보를 위해 고부가가치, 고성능이 요구되는 초고속선 기술개발에 연구를 집중해야겠다.
도로, 철도, 송전선 등 선형개발 사업에 대한 환경평가과정은 몇 군데의 샘플 조사결과에 의거하여 전체 대상지역의 실태를 유추하는 현지조사에 의존하는 것이 일반적으로 정착된 방법이다. 현지조사와 원격탐사를 연계한 통합적인 접근에 의거하여 환경감시를 수행하는 사례를 실무에서 찾아보기 어렵다. 선형개발사업은 산지, 습지, 하천 등 자연환경에서 보전우선순위가 높은 지역을 통과하여 인간 생활권을 연결하는 경향이 있어 통상의 면형개발사업 (예: 공단건설)보다 자연환경에 광역적이고 부정적인 영향을 미치기 때문에 각국 정부가 선형개발 사업에 대하여 환경규제를 보다 강화하고 있는 추세가 두드러지고 있다. 지형적으로 길고(수백 킬로미터) 폭이 좁은(수십$\~$수백 미터) 특징을 지닌 선형개발사업의 환경감시를 위한 최적의 원격센서를 개발하는 것이 시급하게 요청되고 있다. 본 연구에서는 실제 선형개발 사업에서 현지조사를 통해 수집되는 데이터를 분석하고 상응한 정보를 취득할 수 있는 최적의 원격센서를 평가하고자 하였다 항공 비디오가 저렴한 경비로 실시간 동영상을 제공하고 협각조망 때문에 선형개발 사업에 최적의 센서로 평가된다. 특별히 본 논문은 센서의 장단점을 확실히 규명하고 미래의 연구방향에 있어 "비디오 선형 모니터링"이라는 새로운 개념을 제시하였다는 데 그 가치를 지닌다고 하겠다 궁극적으로 본 논문에서 제안이 비디오 선형모니터링의 가능성에 대해 새로운 전기를 마련할 수 있을 것으로 기대된다
본 논문에서는 형식론적 모델링 및 모의 실험 방법을 사용하여 병렬 디스크의 성능 예측 및 영상 데이터용 비선형 편집기의 개발을 위한 여러 형태의구조에 대해서 모의 실험한 결과 및 성능에 영향을 미치는 요소들에 대해 다루고 있다. 컴퓨터가 발전하기 전에는 테이프를 이용한 선형 편집기를 사용하였으나. 컴퓨터가 발전하고 또한 입출력 장치의 성능이 향상되면서 RAID(Redundant Array of Inexpensive Disk)가 개발되었고, 이것을 이용한 비선형 편집기가 개발되었다. 병렬디스크는 비선형 편집기뿐만 아니라 VOD(Video On Demand)나 데이터 서버등 응용분야가 많고, 요구되는 성능에 따라서 다양한 구조의 병렬디스크가 사용된다. 매우 큰 대역폭이 요구되는 병렬디스크의 경우에는 다양한 버스와 버퍼를 사용한 복잡한 계층적 구조가 요구된다. 그러나 이렇게 복잡한 병렬디스크를 개발하기 에 적당한 개발 도구가 없어 필요한 성능에 꼭 맞는 시스템을 개발하기가 어렵다. 특히 디스크의 성능을 수학저으로 쉽게 구할 수 없다. 또한 시스템이 실물로 완성되기 전에는 디스크의 운영 알고리즘의 개발 및 파일 시스템의 개발이 쉽지 않다. 그래서 쉬운 소프트웨어 개발과 디스크의 성능을 쉽게 측정하기 위해서 객체 지향 성능 예측시스템(OOPPS :Objet Oriented Performance Prediction System)을 개발하였고, 이것을 이용하여 HDTV용 비선형 편집기의성능을 예측하고, 필요한 성능을 만족하는 구조를 선택하여 실물로 개발하였다.
수치 해석적 방법으로서의 CFD(Computational Fluid Dynamics)는 급속한 전산기성능의 발달과 더불어 많은 발전을 거듭하고 있으며, 특히 선박분야에 있어서도 일반선형에 대한 주위의 유 동장해석 및 성능추정, 초기설계에의 응용에서 그 활용성이 입증되고 있다. 따라서, 초고속선에 대하여도, CFD의 대표적 장점이라 할 수 있는 실선에 대한 수치실험이 짧은 시간에 저가의 경비로 가능하다는 것과 그 결과가 모형선 실험결과보다 상세하고 충실한 정보의 확보가능 등을 감안한다면, 앞으로 초기 초고속선 선형개발단계에서 CFD의 적용을 기대해 볼만 할 것이다. 이러한 관점으로부터, 본 고에서는 초고속선의 선형개발에 있어서 CFD의 활용성에 관하여 고 찰해 보고자 한다.
중형 고속어업지도선의 선형개발에 관한 연구를 조선대학교 회류수조에서 수행하였다. 현재 운항중인 같은 크기의 15노트 급 선형을 모선(CU-015)으로 하여 모선의 선도를 20노트 항주에 적합하도록 길이를 연장하고 선형을 변경하였으며, 고속화에 따른 선수 쇄파를 최소화 할 수 있는 선수선형 개발 및 고마력 기관에 적합한 충분한 용적을 유지하며 저항추진 성능을 향상시킬 수 있는 U-형 선미형상의 개발을 주로 수행하였다. 모선의 선형수정에 많은 제약이 있었으나 결과적으로 도출된 개발선형은 상당한 조파저항 감소의 효과가 있었다.
선형설계는 보증속도와 재화중량을 만족하는 선체형상을 설계하는 작업이다. 선형은 선박설계 전과정을 통해 주요한 key drawing으로 작용하므로 일단 결정된 선형을 수정하는 것은 각 설계 부분에 재 작업을 요구하게 되므로, 선형결정 전에 보증속도 등의 기본 조건을 완전히 만족시키지 않으면 안 된다. 그럼에도 불구하고, 초기에 선형을 개발하는데 주어지는 기간은 매우 제한되어 있어, 성능보장을 위한 안정적인 설계 procedure를 확보하지 않으면 안 된다. 이 같은 제약과 생산성을 위한 고려사항이 같이 작용되어 일반적으로 조선소 선형개발실에서는 기존 실적선 중 유사선을 모선형으로 하여 설계대상선으로 변환하는 방법을 사용하고 있다. 또한 최근에는 초기선형 개발 단계에서 성능의 검토를 CFD에 의존하는 경우가 일반화되고 있으며, 이를 위해서는 순정도 높은 다수의 예비선형을 준비해야 한다. 제한된 개발기간 속에서 완성도 높은 다종의 예비선형을 생성하는 선형 설계 전산 시스템의 개발을 위해 본 연구에서는 모선변환을 위한 개량된 변형함수법을 개발하고, 형상요소들을 객체화하여 객체간의 연관성 설정에 의한 자동갱신 기능을 구현하였다. 이런 시스템에 의해 설계자는 원하는 형상으로 수정하는 데만 주력하면, 형상요소간의 matching 문제(consistency)는 시스템이 해결함으로서, 고정도의 선형을 신속하게 완성하는 것이 가능토록 하였다.
최근 우리나라 어선어업은 한중일 어업협정, 연안 어업자원 감소 및 연안오염 등 사회적, 환경적 변화가 급변하고 있어 이들을 고려한 어선 선형개발이 필요로 한다. 현재 우리나라의 어선 중 연안지역에서 조업하는 5톤 미만의 소형어선은 전체 어선 중 $65\%$ 이상으로 구성되어 있으나 선박의 크기가 작고 부가가치가 낮은 관계로 지금까지 전문적인 연구는 거의 없었던 것이 현실이다. 한편, 서$\cdot$남해 연안에서 작업 및 항해하는 연안어선들의 해양사고 발생율은 전체사고의 $69.6\%$로 매년 증가하고 있는 추세이다. 전체 어선 안전사고 중 부유폐어망, 로프 등이 추진기에 감긴 사고는 전체 사고의 $10.4\%$로 매년 증가하고 있다. 이에, 추진기 손상에 의한 어선 사고와 연관하여 추진기를 보호하기 위한 장치로서 물분사 추진기(Water-Jet), 펌프제트(Pump-Jet)장치들이 있으나 이들은 고가 수입품으로서 영세한 어민들의 소형어선에 장착하기에는 한계가 있어, 본 연구에서는 폐그물, 로프 등 해상 부유물에 의한 추진기 손상이 발생되지 않는 프로펠러 보호터널 부착 추진장치를 개발을 목적으로 한다. 프로펠러 부착 추진장치는 기존 선미를 수정하여 추진기를 선체 안쪽으로 배치하며 돌출되는 부분은 덕트로 보호하고 있으며 이러한 추진기는 워터제트 추진기와는 달리 가격이 싸고 그물이나 부유물에 걸리지 않고 고장 시 신속한 대응이 쉬워 소형 연안어선에 적합할 뿐만 아니라 그물, 부유물, 갯벌이 많은 국내의 서$\cdot$남해 연안에서 작업 및 항해 시 매우 유용할 것으로 판단된다. 본 연구는 `프로펠러 보호터널 부착 연안어선의 선형개발`을 최종목표로 수행하였으며, 연구개발 내용은 기존 소형 연안어선의 분류 및 특성 조사 연구, 프로펠러 보호터널형 선미 선형 개발, 기존 선형 및 보호터널형 선형의 모형시험, 개발선의 구조강도 특성, 프로펠러 설계 및 단독시험, 보호터널 부착 추진기의 효율 검증 및 개발 대상 어선의 조선공학적 제 계산, 설계도작성 등을 실시하였다. 주요 요소 기술로서는 프로펠러 보호터널 부착 선형의 모형시험을 통하여 선미선형을 개발하며 FRP판부재의 구조강도 특성을 분석하고 그 결과를 활용하여 4톤급 연안어선의 시제선을 건조하고 시운전을 통하여 주요성능을 확인하였다.
현재 반도체 및 LCD 제조분야에 적용되는 공정장비, 이송시스템에는 고성능, 고생산성이 요구되고 있는 추세이다 기존의 선형이송시스템은 구동원으로 서보모터(Servo Motor)를 사용하고 있으며, 기계적 동력전달장치를 사용하여 직선운동을 하는 구조로 되어있어 마찰소음, Position Error 등의 발생요인이 많은 단점을 가지고 있다. 반면에 선형전동기(Linear Motor)를 이송시스템의 구동원으로 사용하면 기계적 동력전달장치가 생략되어 기존의 선형이송시스템이 가지고 있는 단점들의 개선효과가 크며 유지보수면에서도 유리한 점이 많다. 본 연구에서는 2,500[N]급 영구자석 여자 횡자속 선형전동기를 설계, 개발하였으며, 이를 적용한 추진모듈을 개발하였다. 본 연구에서 개발된 횡자속 선형전동기 적용 추진모듈은 LCD 제조분야의 Stocker, RGV, Index, OHS, OHT 등을 비롯하여 타 산업분야의 선형이송시스템으로의 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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