A very good seakeeping vessel is able to operate effectively even in high sea states and also the passengers and the cargos are ensured in good conditions. The motions of a high speed boats are highly influenced by speed and dynamic forces even in encounter frequencies so that the assessment of seakeeping ability of the design craft in an early stage needs to be calculated for all three motions and for all ralative wave headings. In this paper, it concludes that RAO and RMS values of the catamaran's 3 motion are calculated according as the variation of Beafort scales and ship's speed. The ship motion response of the catamaran based on the RAO and RMS by encounter angles and speed was calculated.
본 연구는 슬라이딩 모드개념을 이용한 비선형 견실 상태 추정기의 선박 위치제어시스템에 대한 적용에 관한 연구이다. 개발된 상태추정기는 제어기 설계에 필요한 동적 모델에 있어서 고려되지 않은 비선형성과 불확실성 및 외란이 존재하더라도 견실히 상태추정을 수행할 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한 선박의 속도 및 유체력으로 인한 외란의 추정이 가능하며, 파랑으로 인한 고주파 운동응답을 여과시킴으로 불필요한 작동기의 동작과 과도한 연료손실을 방지할 수 있다. 특히 상태 추정기에 불연속 함수를 도입함으로 비선형성, 외란 및 불확실성에 대해 강인한 특성을 가지고 있다. 제안된 상태추정기에 기초하여 Observer backstepping 방법을 이용한 위치 제어기가 설계되었으며, 제어시스템의 안정성을 Lyapunov 법을 이용하여 검증하였다. 일련의 수치 시뮬레이션을 수행함으로서 제안된 상태추정기 및 제어기의 선박위치제어시스템으로서의 성능을 예증하였다.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.2
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pp.211-218
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2021
This paper addressed the problems of controlling the coupled pitch-roll motions in a marine vessel exposed to the regular waves in the longitudinal and transversal directions. Stabilization of the pitch and roll motions can be regarded as the essential task to ensure the safety of a ship's navigation. One of the important features in the pitch-roll motions is the resonance phenomena, which result in unexpected large responses in terms of pitch and roll modes in some specific conditions. Besides, owing to its inherent characteristics of coupled combination and nonlinearity of restoring terms, the vessel shows various dynamical behaviors according to the system parameters, especially in the pitch responses. Above all, it can be seen that suppression of pitch rate remains the most significant challenge to overcome for ship maneuvering safety studies. To secure the stable upright condition, a quasi-sliding mode control scheme is employed to reduce the undesirable pitch and roll responses as well as chattering elimination. The Lyapunov theory is adopted to guarantee the closed stability of the pitch-roll system. Numerical simulations demonstrate the effectiveness of the control scheme. Finally, the control goals of state convergences and chattering reduction are effectively realized through the proposed control synthesis.
Sung-Hwan An;Jong-Hyun Lee;Geun-Gon Kim;Dong-hoon Kang
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.7
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pp.992-1001
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2023
OWEC (Overtopping Wave Energy Converter) is a wave power generation system using the wave overtopping. The performance and safety of the OWEC are affected by wave characteristics, such as wave height, period. To mitigate this issue, optimal OWEC designs based on wave characteristics must be investigated. In this study, the environmental conditions along the Ulleungdo coast were used. The hydraulic efficiency of the OWEC was calculated using SPH (Smoothed Particle Hydrodynamics) by comparing 4 models that changed the substructure. As a result, it was possible to change the substructure. Through design optimization, a new truss-type structure, which is a substructure capable of carrying the design load, was proposed. Through a case study using member diameter and thickness as design variables, structural safety was secured under allowable stress conditions. Considering wave load, the natural frequency of the proposed structure was compared with the wave period of the relevant sea area. Harmonic response analysis was performed using wave with a 1-year return period as the load. The proposed substructure had a reduced response magnitude at the same exciting force, and achieved weight reduction of more than 32%.
In this study, experimental and numerical analysis were performed on the survivability of a long pipe-type buoy structure in waves. The buoy structure is an articulated tower consisting of an upper structure, buoyancy module, and gravity anchor with long pipes forming the base frame. A series of experiment were performed in the ocean engineering basin of KRISO with the scaled model of 1/ 22 to evaluate the survivability of the buoy structure at West Sea in South Korea. Survival condition was considered as the wave of 50 year return period. Additional experiments were performed to investigate the effects of current and wave period. The factors considered for the evaluation of the buoy's survival were the pitch angle of the structure, anchor reaction force, and the number of submergence of the upper structure. Numerical simulations were carried out with the OrcaFlex, the commercial program for the mooring analysis, with the aim of performing mutual validation with the experimental results. Based on the evaluation, the behavior characteristics of the buoy structure were first examined according to the tidal conditions. The changes were investigated for the pitch angle and anchor reaction force at HAT and LAT conditions, and the results directly compared with those obtained from numerical simulation. Secondly, the response characteristics of the buoy structure were studied depending on the wave period and the presence of current velocity. Third, the number of submergence through video analysis was compared with the simulation results in relation to the submergence of the upper structure. Finally, the simulation results for structural responses which were not directly measured in the experiment were presented, and the structural safety discussed in the survival waves. Through a series of survivability evaluation studies, the behavior characteristics of the buoy structure were examined in survival waves. The vulnerability and utility of the buoy structure were investigated through the sensitivity studies of waves, current, and tides.
Lee, Kwang Ho;Lee, Jun Hyeong;Jeong, Ik Han;Kim, Do Sam
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.30
no.6
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pp.253-262
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2018
Oscillating Water Column (OWC) Wave Energy Converters (WEC) harness electricity through a Power-Take-Off (PTO) system from the induced-airflow by seawater oscillating inside a chamber. In general, an air chamber with a relatively small cross-sectional area is required compared to seawater chamber to obtain high-velocity air in the PTO system, and in order to simulate an accurate air flow rate in the air chamber, a three-dimensional study is required. In this study, the dynamic response of OWC-WEC that is equipped with the channel of seawater exchange for the case of irregular waves has been numerically studied. The open source CFD software, OLAFLOW for the simulation of wave dynamics to the openFOAM and FOAM-extend communities, was used to simulate the interaction between the device and irregular waves. Based on the numerical simulation results, we discussed the fluctuation characteristics of three dimensional air flow in the air-chamber, wave deformation around the structure and the seawater flow inside the channel of seawater exchange. The numerical results the maximum air flow velocity in the air-chamber increases as the Ursell value of the significant wave increases, and the velocity of airflow flowing out from the inside of air chamber to the outside is greater than the speed of flowing into the air chamber from the outside.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.37
no.2
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pp.1-13
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2000
In the present paper, an infinite-depth unified theory is applied to the computation of the linear and second-order hydrodynamic forces on slender bodies. No forward speed is assumed, which is valid for some types of ships, like FPSOs and shuttle tankers. Strip theory solution, which is essential for the extension to theory is extended to unified theory, was obtained using NIIRD program developed at MIT. The linear theory is extended to the computation of the second-order mean-drift forces and moment. Furthermore, Aranha's formular is applied to the prediction of wave drift damping coefficients. From this study, it is proved that unified theory provides an accuracy comparable with 3D panel method for the second-order forces as well as the linear solution with much less computational effort.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.27
no.6
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pp.846-855
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2021
Eco-friendly and renewable energy sources are actively being researched in recent times, and of shore wind power generation requires advanced design technologies in terms of increasing the capacities of wind turbines and enlarging wind turbine installation vessels (WTIVs). The WTIV ensures that the hull is situated at a height that is not affected by waves. The most important part of the WTIV is the leg structure, which must respond dynamically according to the wave, current, and wind loads. In particular, the wave load is composed of irregular waves, and it is important to know the exact dynamic response. The dynamic response analysis uses a single degree of freedom (SDOF) method, which is a simplified approach, but it is limited owing to the consideration of random waves. Therefore, in industrial practice, the time-domain analysis of random waves is based on the multi degree of freedom (MDOF) method. Although the MDOF method provides high-precision results, its data convergence is sensitive and difficult to apply owing to design complexity. Therefore, a dynamic amplification factor (DAF) estimation formula is developed in this study to express the dynamic response characteristics of random waves through time-domain analysis based on different variables. It is confirmed that the calculation time can be shortened and accuracy enhanced compared to existing MDOF methods. The developed formula will be used in the initial design of WTIVs and similar structures.
As the demand for reducing carbon emissions increases, efforts to reduce the usage of fossil fuels and research on renewable energy are also increasing. Among the various renewable energy harvesting techniques, the floating offshore wind turbine has several advantages. Compared to other technologies, it has fewer installation limitations due to interference with human activity. Additionally, a large wind turbine farm can be constructed in the open ocean. Therefore, it is important to conduct motion analysis of floating offshore wind turbines in waves during the initial stage of conceptual design. In this study, a frequency motion analysis was conducted on a semi-submersible type floating offshore wind turbine. The analysis focused on the effects of varying trim on the motion characteristics. Specifically, motion response analysis was performed on heave, roll, and pitch. Natural period analysis confirmed that changing the trim angle did not significantly affect the heave and pitch motions, but it did have a regular impact on the roll motion.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.5
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pp.619-627
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2018
As ships become faster, larger and are required to meet higher standards, the importance of flow noise is highlighted. However, unlike in the aeroacoustics field for airplanes and trains (where flow noise is considered in design), acoustics are not considered in the marine field. In this study, analysis procedures for hull-induced flow noise are established to investigate the flow noise characteristics of a wave-piercing hull form that can negate the effect of wave-breaking. The principal mechanisms behind hull-induced flow noise are fluid-structure interactions between complex flows underneath the turbulent boundary layer and the hull. Noise induced by the turbulent boundary layer was calculated using wall pressure fluctuation and energy flow analysis methods. The results obtained show that noise characteristics can be distinguished by frequency range and hull region. Also, the low-frequency range is affected by hull forms such that it is correlated with ship speed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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