세일링 요트 (sailing yacht)는 세일 (sail)의 양력을 주로 이용하여 추진력을 얻는다. 요트 경주에서와 같이 항주 속도가 중요한 문제에서는 세일의 성능이 좋을수록 빠른 속도를 낼 수 있기 때문에 세일 주변의 유동해석을 통한 성능 추정과 효율의 최적화는 매우 중요하다. 본 논문에서는 일반적인 경주요트의 형태로써 지브 세일 (jib sail)과 메인 세일 (main sail) 그리고 한 개의 마스트(mast)로 구성된 슬루프(sloop)형 요트에 대한 유동해석을 하였다. 풍상범주 상태에서의 30ft급 세일링 요트인 KORDY-30의 jib sail과 main sail의 높이에 따른 단면을 모델링하였다. 슬루프형 요트의 경우, 세일링 요트에서 jib sail과 main sail이 각각 단독으로 있는 형태의 요트보다 세일의 개수가 증가함에 따라 양력이 증가하지만 항력도 따라서 증가 할 것이라고 가정했다. 따라서 jib sail의 각도를 다양하게 변화시켜 양력계수와, 항력계수의 변화를 살펴보고 그에 따른 양항비의 분석을 통해 최적의 효율을 갖는 jib sail의 각도를 알아보았다.
In this study, we introduced image processing technic to measure shape variations of general bodies and applied it to the flexible yacht sail. Shape measurements of simple bodies sails were carried out and results showed that technic can be a reliable method to measure shape variations of the flexible yacht sail. The sail shape variation of 30ft sloop type yacht sail is measured on different sailing conditions. As velocity and direction of wind are increased, trailing edges in the upper part of the sail become more open than the lower part of the sail which are not changed. So it is confirmed that the shape measurement of a sail shape depending on a sailing condition is possible to use image processing scheme.
The shape of a yacht sail made of thin fabric materials is easily deformed by wind speed and direction and it is affected by the deformation of the standing rig such as mast, boom, shrouds, stays and spreaders. This deformed sail shape changes the air flow over the sail, it makes the deformation of the sail and the rig again. To get a sail performance accurately these interactive behavior of sail system should be studied in aspects of the aerodynamics and the fluid-structure interaction. In this study aerodynamic analysis for the sail system of a 30 feet sloop is carried out and the obtained dynamic pressure on the sail surface is applied as the loading condition of the calculation to get the deformations of the sail shape and the rig. Supporting forces by rig are applied as boundary condition of the structure deformation calculations. And the characteristics of the air flow and the dynamic pressure over the deformed sail shape is investigated repeatedly including the lift force and the location of CE.
In order to estimate a yacht sail performance, measuring system of aerodynamic forces acting on the yacht sail is constructed and experiments of flexible model sail are carried out at the medium-size subsonic wind tunnel of Chungnam National University. Experimental results for a flexible sail are compared with experimental and numerical results of fixed shape sail. In case of a fixed shape sail, lift and drag coefficients are rarely changed at all velocity conditions. However, those of the flexible sail are decreased as the incoming velocity is increased. These are understandably resulted from shape variations due to the flexible material. Therefore aero-elastic similarity should be more carefully considered in the model test rather than other similarities.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제5권2호
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pp.263-276
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2013
Most yacht sails are made of thin fabric, and they have a cambered shape to generate lift force; however, their shape can be easily deformed by wind pressure. Deformation of the sail shape changes the flow characteristics over the sail, which in turn further deforms the sail shape. Therefore, fluid-structure interaction (FSI) analysis is applied for the precise evaluation or optimization of the sail design. In this study, fluid flow analyses are performed for the main sail of a 30-foot yacht, and the results are applied to loading conditions for structural analyses. By applying the supporting forces from the rig, such as the mast and boom-end outhaul, as boundary conditions for structural analysis, the deformed sail shape is identified. Both the flow analyses and the structural analyses are iteratively carried out for the deformed sail shape. A comparison of the flow characteristics and surface pressures over the deformed sail shape with those over the initial shape shows that a considerable difference exists between the two and that FSI analysis is suitable for application to sail design.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권2호
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pp.648-661
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2019
Thin fabric-based yacht sails have a cambered shape to generate lift force; however, their shape can be easily deformed by wind pressure and also affected by the deformation of the mast. These deformations can change the airflow characteristics over the sail. Therefore, Fluid-Structure Interaction (FSI) analysis is needed to evaluate the sail force precisely. In this study, airflow over the deformed sail and rig was studied using FSI. Elastic deformation of the sail and rig was obtained by an aerodynamic calculation under dynamic pressure loading on the sail surface. The effects of rig deformation on the aerodynamic performance of the sail were examined according to the rig type and mast flexibilities. As a result, the changes of lift force for a fractional type rig with a thin mast section were more significant than with a masthead rig.
우리나라는 해상활동의 중요성이 크며, 산업화에 따른 이상기후 현상 등을 규명하기 위해 육상에 많은 자동기상 관측설비를 운영 중이지만 해상에서는 그 수가 매우 부족하다. 또한, 해양안전정보 구축 등을 위해 해양조사선을 운영 중이나 접근이 어려운 곳이 많고 높은 운영비용이 요구된다. 따라서 다양한 해양관측 등이 가능한 소형무인화선박의 개발이 필요하다. 한편 소형 무인화 선박에서 세일(Sail)은 항해 성능에 큰 영향을 미치므로 이에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 에어포일 형상보다 높은 공기역학적 성능을 갖는 것으로 알려진 트윈커브세일(Twin curvy sail)의 설계변수인 캠버(Camber)효과에 대해 검토하였다. 5 종류의 캠버에 대해 유동해석 결과, 캠버 크기가 9 %일 때 가장 높은 양력계수를 나타내었다. 트윈커브세일의 경우 Port sail과 Starboard sail의 상호작용에 의해 받음각 23°에서 가장 높은 양력계수를 갖고, Port sail의 경우 받음각 20°에서 가장 높은 양력계수를 Starboard sail의 경우 받음각 15°에서 가장 낮은 양력계수를 나타내었다. 또한, 트윈커브세일은 모든 받음각에서 에어포일 형상인 NACA 0018보다 높은 양력계수를 나타내었다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제40권3호
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pp.240-248
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2016
본 기술개발의 목적은 선박제조에 적용되는 태양광 발전시스템 및 풍력 Sail 돛 제어장치 설비를 이용하여 친환경 레져보트인 '풍력 Sail 돛 제어장치를 이용한 태양광 레져보트' 시제품을 제작 및 개발하는데 주안점이 있으며, 이 과정에서 제작된 시제품에 대한 성능평가를 수행하여 제반 평가항목에 대한 정량적 수치 및 개발 목표치를 확보하고자 함에 있다. 특히, 평가항목 중 중요 항목에 해당되는 Sail Up/Down System 및 Mast Turning System과 관련하여 최적의 풍향 및 풍속을 적용할 수 있는 돛 제어장치의 특성(시간, 각도 등)을 평가하는데 신중한 검토를 하였으며, 기타 평가항목 중 주요 항목에 해당하는 풍향 감지 정도(%), 순간 충전 최대 전력(W) 및 최대 운항 시간(hr) 등에 대해서도 최적의 정량적 수치를 획득하는데 그 중요성을 두었다.
A spacecraft propulsion system utilizing the energy of the solar wind was reviewed. The first plasma sail concept was proposed by Prof. Winglee in 2000, and that was called M2P2(mini-magnetospheric plasmapropulsion). However, the first M2P2 design adopting a small(20-cm-diamter) coil and a small helicon plasma source design was criticized by Dr. Khazanov in 2003. He insisted that: 1) MHD is not an appropriate approximation to describe the M2P2 design by Winglee, and with ion kinetic simulation, it was shown that the M2P2 design could provide only negligible thrust; 2) considerably larger sails(than that Winglee proposed) would be required to tap the energy of the solar wind. We started our plasma ssail study in 2003, and it is shown that moderately sized magnetic sails can produce sub-Newton-class thrust in the ion inertial scale(${\sim}70$ km). Currently, we are continuing our efforts to make a feasibly sized plasma sail(Magnetoplasma sail) by optimizing the magnetic field inflation process Winglee proposed.
During sailing by wind-driven thrust on the sail, a catamaran sailing yacht generates leeway and heeling. For predicting sail force, a model test was carried out according to running attitude. Through the model test, drag and side force of the real ship was predicted. A purpose of this study is to find sail force to C.E from changed attitude during running direction. By balance of hull and sail, a heeling force of designed sail is predicted. Also through heeling force and driving force, total sail force and direction from C.E are considered with changed mast including leeway and heeling.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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