• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.208-222
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• 2021

Managing with the presence of sea ice is the primary challenge in the operation of floating platforms in the Arctic region. It is widely accepted that offshore structures operating in Arctic conditions need station-keeping methods as well as ice management by icebreakers. Dynamic Positioning (DP) is one of the station-keeping methods that can provide mobility and flexibility in marine operations. The presence of sea ice generates complex external forces and moments acting on the vessel, which need to be counteracted by the DP system. In this paper, an icevaning control algorithm is proposed that enables Arctic offshore vessels to perform DP operations. The proposed icevaning control enables each vessel to be oriented toward the direction of the mean environmental force induced by ice drifting so as to improve the operational safety and reduce the overall thruster power consumption by having minimum external disturbances naturally. A mathematical model of an Arctic offshore vessel is summarized for the development of the new icevaning control algorithm. To determine the icevaning action of the Arctic offshore vessel without any measurements and estimation of ice conditions including ice drift, task and null space are defined in the vessel model, and the control law is formulated in the task space. A backstepping technique is utilized to handle the nonlinearity of the Arctic offshore vessel's dynamic model, and the Lyapunov stability theory is applied to guarantee the stability of the proposed icevaning control algorithm. Experiments are conducted in the ice tank of the Korea Research Institute of Ships and Ocean Engineering to demonstrate the feasibility of the proposed approach.

• 한국해양공학회지
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• 제32권3호
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• pp.184-191
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• 2018

Recently, as sea ice in the Arctic has been decreasing due to global warming, it has become easier to develop oil and gas resources buried in the Arctic region. As a result, Russia, the United States, and other Arctic coastal states are increasingly interested in the development of oil and gas resources, and the demand for offshore structures to support Arctic sea resources development is expected to significantly increase. Since offshore structures operating in Arctic regions need to secure safety against various drifting ice conditions, the concept of an ice-strengthened design is introduced here, with a priority on calculation of ice load. Although research on the estimation of ice load has been carried out all over the world, most ice-load studies have been limited to estimating the ice load of the icebreaker in a non-oblique state. Meanwhile, in the case of Arctic offshore structures, although it is also necessary to estimate the ice load according to oblique angles, the overall research on this topic is insufficient. In this paper, we suggest algorithms for calculating the ice load of managed ice (pack ice, 100% concentration) in an oblique state, and discuss validity. The effect of oblique angle according to estimated ice load with various oblique angles was also analyzed, along with the impact of ship speed and ice thickness on ice load.

• 한국제4기학회지
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• 제33권1_2호
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• pp.1-23
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• 2021

산업화 이후 대기 이산화탄소를 포함한 온실가스 증가에 따라 전지구 기온이 빠르게 올라가고 있는데, 특히 북극의 온난화가 저위도에 비해 2-3배 빠르다. 그리고 온난화와 함께 북극 해빙의 농도와 면적도 지속적으로 감소추세에 있다. 이는 온난화에 대한 북극의 눈과 얼음에 의한 알베도 피드백, 표면기온 차이에 의해 더 많은 에너지를 잃는 플랑크 피드백, 저위도와 고위도의 안정도 차이에 의한 기온감률 피드백, 북극해 온난화에 의한 구름과 수증기 증가 피드백, 그리고 북극으로의 현열속 증가 등에 의한다. 이와 같이 급격한 북극 온난화에 반해 중위도에는 냉각화가 나타나고, 지역에 따라 한파가 더 자주 나타나고 오래 지속되는 경향을 보이는데, 이는 북극 온난화 증폭과 연관 있다는 연구결과들이 많이 보고되고 있다. 북극 온난화는 2가지 경로를 통해 중위도 냉각화로 연결되는데, 하나는 종관규모로 주로 블로킹과 로스비 파동의 발달에 의한 시베리아 고기압을 강화시켜 대류권에서 일어나는 현상이며, 두 번째는 북극 온난화에 의한 상층으로의 행성파 전달을 활성화하여 폴라보텍스를 약화시켜 성층권을 경유해 수개월 동안 나타나는 경로이다. 중위도 한파와 북극 온난화 증폭 간에는 수주에서 수개월의 시차가 존재하기 때문에, 북극 온난화부터 중위도 한파에 이르는 일련의 연쇄 과정을 이해할 수 있으면 겨울철 중위도 기상 예측의 정확성을 높일 수 있다. 이연구에서는 기존에 보고된 많은 결과들을 종합하고 온도와 해빙 변화 경향 분석을 통해 현재 진행되는 북극 온난화와 중위도 냉각화 경향 그리고 이 둘 간의 관계를 고찰해 보고자 한다.

• 대한조선학회논문집
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• 제55권6호
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• pp.497-504
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• 2018

Platform Support Vessels operated in the Arctic Ocean support diverse operations of offshore plant in the sea, and the PSV is also needed to support works to exploit the oil and gas in the Arctic Ocean. Both of the ice breaking and the open sea performance have been considered together to secure the enhanced operational performance at the harsh environment in the Arctic Ocean and the open sea as well. In this study, One of the design requirements of a PSV is to guarantee continuous icebreaking performance with 3 knots at 1 m thickness of level ice, where the design draft is 7.5m and the engine power is 13 MW. Three hull forms were designed, and the ice resistance based on empirical formulas was estimated to select the initial hull form having an outstanding performance. The full scale performance of the designed hull forms was predicted by the ice model test conducted in the ice model basin of Korea Research Institute of Ships & Ocean Engineering(KRISO). The analysed results show that the selected hull form satisfies the above design requirement.

• 한국마린엔지니어링학회:학술대회논문집
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• 한국마린엔지니어링학회 2006년도 전기학술대회논문집
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• pp.175-176
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• 2006

러시아의 북극해(Northern Sea) 연안은 석유와 천연 가스등 자원이 대규모로 매장된 곳이어서 근래에는 해상을 통한 수송 방법이 적극적으로 추진되고 있다. 최근 쇄빙기능을 가진 컨테이너, 유조선이 발주되었으며 향후 쇄빙 LNG 운반선도 발주될 예정이다. 국내에서는 2005년 말 최초로 러시아 Sovcomflot 에서 발주한 쇄빙유조선 70K Arctic Shuttle Tanker 를 수주하였으며 Ambient air temperature $-40^{\circ}C$(Extreme low temperature $-40^{\circ}C$) 에 적용한 Winterization 에 대해 설명하고자 한다.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제52권3호
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• pp.613-632
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• 2014

In the early design stage of ships, the two most important structural analyses are performed to identify the structural capacity and safety. The first step is called global strength analysis (longitudinal strength analysis or hull girder strength analysis) and the second step is local buckling analysis (stiffened panel strength analysis). This paper deals with the ultimate strength performance of Arctic Sea Route-going commercial ships considering the effect of low temperature. In this study, two types of structural analyses are performed in Arctic sea conditions. Three types of ship namely oil tanker, bulk carrier and container ship with four different sizes (in total 12 vessels) are tested in four low temperatures (-20, -40, -60 and $-800^{\circ}C$), which are based on the Arctic environment and room temperature ($20^{\circ}C$). The ultimate strength performance is analysed with ALPS/HULL progressive hull collapse analysis code for ship hulls, then ALPS/ULSAP supersize finite element method for stiffened panels. The obtained results are summarised in terms of temperature, vessel type, vessel size, loading type and other effects. The important insights and outcomes are documented.

• 한국기계기술학회지
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• 제13권1호
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• pp.23-29
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• 2011

The measurement of ice properties such as thickness, strength are important to know the performance of the ice breaking vessel. The measuring equipment of ice properties and methods are summarized in this paper. The actual measured data are also described. The strength of ice at Svalbard area on April 2010 is much stronger than the Chukchi Sea on August 2010. The mean strength of Svalbard is about 500 kPa and one of Chukchi Sea is 250 kPa. The first sea trial in Arctic sea using Araon was carried out in the Chukchi Sea. The power and speed was also measured to check the ship performance in ice. The speed was measured from GPS(Global Positioning System) and engine power was recorded from DPS(Dynamic Positioning system) of Araon. The design target of Araon in level ice is 3 knots in 1m thickness and 630 kPa flexible strength but mean speed in Chuckchi sea is 3.98 knots when 6.6 MW engine power, 2.4m ice thickness and 250 kPa strength. This results comes from the difference of ice types and the weak flexible strength of ice but it will be a good information to know the performance of Araon in similar ice condition.

• Journal of Advanced Research in Ocean Engineering
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• 제1권1호
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• pp.25-35
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• 2015

This study presents the analysis of relationship between ship speed and local ice load on the Korean Icebreaker ARAON. The relationship curves were made from the data obtained at two areas: the Arctic and the Antarctic; and for two operation condition: the icebreaking condition in sea ice trial and general operation in ice covered sea. The strain data were converted to the equivalent stress value, and the influence of ship speed on the local ice load was analyzed and compared each other. These analysis results are useful in working on a statistically valid hull design approach.

• 대한원격탐사학회지
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• 제34권6_2호
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• pp.1229-1238
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• 2018

본 연구에서는 위성영상 기반의 북극의 해빙 농도 시계열 데이터를 이용하여 베링해의 해빙 상태가 척치해 해빙 농도 변화의 전조로서 작용할 수 있는지를 실험하였다. 해빙 농도 자료는 1982년부터 2017년의 36년간의 월평균 시계열 데이터로 이뤄져 있으며, 베링해의 해빙 농도와 척치해 해빙 농도 사이의 관계성을 전송 엔트로피 측정을 통해 분석하였다. 전송 엔트로피는 두 개의 확률변수 또는 신호 간의 비선형적 연관성을 파악하게 해주는 동시에 변수 사이의 시간 간격 조절을 통해 인과관계를 추정할 수 있는 측정이다. 해빙 농도를 대상으로 한 측정 결과, 베링해의 과거 3, 5, 6개월 전의 해빙 농도값이 척치해 해빙의 변화에 관련되어 있음을 알 수 있었다. 특히, 베링해의 해빙 농도값이 극소를 나타냈을 때, 5개월 후의 척치해의 해빙 농도는 감소될 확률이 약 70%로 나타났다. 이는 태평양에서 베링해협을 통해 북극해로 유입되는 해류가 베링해의 해빙 농도를 감소시킨 후 해협을 통해 척치해로 이동하여 해빙을 녹이는 과정에 비롯한 것으로 사료된다. 향후 위성데이터에 정보 이론으로 접근하는 이 연구를 더 발전시켜 어떤 시점과 시간적 스케일로 특이 패턴이 발생하는지 조사하고 그 기간에 관련된 해양-대기의 패턴 또는 사건들을 분석하여, 떨어진 두 지역의 해빙 농도 상태에 내재된 연관성에 대한 심층적 이해가 가능할 것이다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제30권6호
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• pp.809-816
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• 2014

Ocean Color product들은 해양 생태계를 이해하기 위해 중요한 변수이다. 고위도 지역에서는 해빙이 바다로 유입되어 ocean color product에 광학적인 영향을 미친다. 본 연구에서는 북극 다산기지 근해의 피요르드에 대한 광학적 특성을 평가하고 높은 공간해상도를 가진 Landsat-8 OLI 영상의 엽록소-a(chlorophyll-a)와 부유물질(suspended sediment) 농도를 산출하고자 한다. 엽록소-a와 부유물질 농도를 추정하기 위해서 band ratio를 이용한 다양한 회귀 모델을 테스트했다. 위성영상과 관측된 실측 값과의 시간적인 차이 때문에 사용된 회귀모델은 높은 상관관계를 가지지는 못하였다. 하지만 Landsat-8 OLI 영상을 이용한 모델에서 생산된 엽록소-a와 부유물질 농도는 북극해 주변 피요르드와 해안지역에 대한 고해상도 위성 데이터를 활용한 모니터링 가능성을 보여주었다. 북극해 주변의 기후변화 패턴을 이해하기 위해서는 해양 생태계 변화에 ice meltig이 어떠한 영향을 미치는지를 이해하는 것이 필요하다. 본 연구의 결과는 고위도지역에서 ice melting이 해양생태계 변화에 미치는 영향을 고해상도로 모니터링을 하는데 사용된다. 극지연구소는 2002년부터 스발바드 다산기지을 운영하고 있으며 한국의 북극 기지를 기반으로 연구를 수행하였다.