• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제12권1호
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• pp.819-831
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• 2020

Wind load is one of the major design loads for the hull and mooring of offshore floating structures, especially due to much larger windage area above water than under water. By virtue of extreme design philosophy, fully turbulent flow assumption can be justified and the hydrodynamic characteristics of the flow remain almost constant which implies the wind load is less sensitive to the Reynolds number around the design wind speed than wind profile. In the perspective of meteorology, wind profile used for wind load estimation is a part of Atmospheric Boundary Layer (ABL), especially maritime ABL (MBL) and have been studied how to implement the profile without losing turbulence properties numerically by several researchers. In this study, the MBL is implemented using an open source CFD toolkit, OpenFOAM and extended to unstable ABL as well as neutral ABL referred to as NPD profile. The homogeneity of the wind profile along wind direction is examined, especially with NPD profile. The NPD profile was applied to a semi-submersible rig and estimated wind load was compared with the results from wind tunnel test.

• International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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• 제13권1호
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• pp.75-85
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• 2021

The broadband noise can be dominant or important for total characteristics for marine propeller noise representing the minimum base of self-noise. Accurate prediction of such noise is crucial for survivability of underwater military vessels. While the FW-H Formulation 1B can be used to predict broadband trailing edge noise, the method required experiment measurements of surface pressure correlations, showing its limitations in generality. Therefore, in this study, the methods are developed to utilize wall pressure spectrum models to overcome those limitations. Chase model is adopted to represent surface pressure along with the developed formulations to reproduce pressure statistics. Newly developed method is validated with the experiments of airfoils at different velocities. Thereafter, with its feasibility and generality, the procedure incorporating computational fluid dynamics is established and performed for a propeller behind submarine hull. The results are compared with the experiments conducted at Large Cavitation Tunnel, thus showing its usability and robustness.

• 해양환경안전학회지
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• 제24권7호
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• pp.930-938
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• 2018

잠수함에서 발생하는 수중방사소음은 적함의 소나에 의해 피탐될 확률과 직결되며, 잠수함 저소음화 방안은 생존성 향상을 위해 필수적이다. 최신 잠수함의 경우 기계류 소음저감 및 고속/대형화가 진행됨에 따라 선체 주위에 발생하는 유동소음에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 자유수면의 효과를 고려하여 잠수함 형상 주위에 발생하는 유동소음 수준을 예측할 수 있는 소음해석기법을 개발하였다. 잠수함이 자유수면 근처 운항시에 잠수함 주위 유동장의 교란에 의해 발생하는 난류유동소음과 쇄파버블에 의한 소음이 발생한다. 먼저 잠수함 주위 유동장 해석을 위해, VOF법 기반의 비압축성 이상유동(two-phase flow)해석을 수행하여 잠수함 주위 자유수면 형상과 유동장 정보를 도출하였다. 이후 난류유동소음해석을 위해 음향상사기법인 Permeable FW-H를 적용하였고, 쇄파버블 소음해석을 위해 유동해석에서 도출된 난류운동에너지 분포결과를 기반으로 쇄파버블 소음모델을 적용하였다. 최종적으로 개발된 유동소음 해석기법은 선박해양플랜트연구소(KRISO)의 대형캐비테이션터널(LCT)에서 수행된 잠수함 모형 유동소음계측 실험결과와 비교를 통해 검증을 수행하였다.

• 해양환경안전학회지
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• 제22권1호
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• pp.123-128
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• 2016

프로펠러 표면의 생물 부착이 프로펠러 성능에 상당한 영향을 미치지만 프로펠러 표면 거칠기와 관련된 연구는 상대적으로 선체 표면에 비하여 많지 않다. 본 연구에서는 Schultz(2007)가 발표한 Granville's similarity-law scaling 절차에 기초하여 실선 7 m 크기의 탱커 프로펠러에 표면 부착물 상태가 서로 다른 3가지 경우를 고려하여 프로펠러 단독 효율의 감소의 변화를 Lifting surface code를 사용하여 수치적 계산을 수행하여 효율을 비교하였다. 본 논문에서의 결과는 표면 거칠기가 큰 석회질 부착물($k_s=0.001$)은 선박 설계 속도(J=0.5)에서 최대 15 %의 프로펠러 효율 감소를 보였음을 확인하였으며 이는 선박 운항 시 생물 부착에 의한 효율 감소에 대한 평가가 고려되어야 한다는 점을 나타내고 있다.

• 대한조선학회논문집
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• 제31권1호
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• pp.1-13
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• 1994

30만톤 초대형 유조선을 대상으로 하여 전류고정날개 추진시스템을 개발하기 위한 일련의 과정을 서술하였다. 전류고정날개 추진시스템은 프로펠러 후류 유동에서의 회전 운동에너지의 손실을 회수하여 추진 효율향상을 도모하기 위한 복합추진 장치이다. 에너지 절약형 복합추진 장치중 전류고정날개 추진시스템은 명확한 유체역학적 원리에 의하여 작동될뿐 아니라 기계적 구조가 간단하여 초기 설치비가 저렴하고 신뢰성이 높은 추진 장치이다. 선체와 기존 프로펠러를 고려하여 5개의 고정날개를 설계하였으며, 모형시험에 의하여 성능을 검증하였다. 공동수조의 모형시험 결과 전류고정날개 추진시스템의 단독 추진효율이 단독 프로펠러에 비하여 $4{\sim}6%$ 증가됨을 확인하였다. 또한 예인수조에서의 자항추진 시험결과 설계속도(15.5 Knots)에서 전달마력이 최대 6.5% 감소되었다. 일련의 설계 및 모형시험에 의한 검증 과정을 통하여 전류고정날개는 선체후류에 맞추어 설계되어야 큰 마력 절감효과를 낼 수 있음을 밝혔다.

• 한국해양공학회지
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• 제35권3호
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• pp.173-182
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• 2021

The maneuvering performance of a ship on the actual sea is very different from that in calm water due to wave-induced motion. Enhancement of a ship's maneuverability in waves at the design stage is an important way to ensure that the ship navigates safely. This paper focuses on the maneuvering prediction of a Russian trawler in wind and irregular waves. First, a unified seakeeping and maneuvering analysis of a Russian trawler is proposed. The hydrodynamic forces acting on the hull in calm water were estimated using empirical formulas based on a database containing information on several fishing vessels. A simulation of the standard maneuvering of the Russian trawler was conducted in calm water, which was checked using the International Maritime Organization (IMO) standards for ship maneuvering. Second, a unified model of seakeeping and maneuvering that considers the effect of wind and waves is proposed. The wave forces were estimated by a three-dimensional (3D) panel program (ANSYS-AQWA) and used as a database when simulating the ship maneuvering in wind and irregular waves. The wind forces and moments acting on the Russian trawler are estimated using empirical formulas based on a database of wind-tunnel test results. Third, standard maneuvering of a Russian trawler was conducted in various directions under wind and irregular wave conditions. Finally, the influence of wind and wave directions on the drifting distance and drifting angle of the ship as it turns in a circle was found. North wind has a dominant influence on the turning trajectory of the trawler.

• 한국음향학회지
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• 제26권6호
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• pp.293-300
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• 2007

수중운동체가 주행할 때 수중운동체의 표면에는 난류 경계층이 형성되고, 난류 경계층 내 벽면 변동압력은 탄성체인 수중운동체의 표면을 가진시켜 유동 유기 소음을 발생시킨다. 이러한 유체 소음을 감소시키기 위한 하나의 방법으로 수중운동체 표면에 유연재를 부착하여 수중운동체의 유동 유기 방사 소음을 감소시키는 방법이 제안되기도 한다. 본 논문에서는 유연재 부착에 따른 수중에서의 유체소음의 변화 특성을 살펴보기 위하여 유연재가 코팅되지 않은 강판 시편과, 고무 재질의 Neoprene 및 폴리우레탄 재질의 유연재가 부착된 강판시편을 저소음 공동수조에 설치한 후 여러 가지 유속 조건에서 유체소음의 주요 소음원인 난류 경계층 내 벽면 변동압력을 측정하고 그 결과를 비교 분석하였다. 그 결과 유연재를 코팅한 경우에는 유연재로 인하여 난류 경계층의 두께가 두꺼워지는 등 경계층 유동이 변화하지만, 유연재에서의 난류 에너지의 소산으로 인하여 고주파수 대역에서 약 10dB의 벽면 변동압력의 감소 효과를 확인할 수 있었다.

• 한국음향학회지
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• 제42권3호
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• pp.250-261
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• 2023

본 연구에서는 펌프젯 추진기를 대상으로 공동, 비공동 조건에서의 유동 소음원을 규명하기 위하여 추진기의 각 구성품인 덕트와 스테이터, 로터에 의한 소음 기여도를 평가하였으며, 공동과 비공동 조건에서의 소음 수준을 비교하였다. 대형 캐비테이션 터널 내 Suboff 잠수함 선형과 펌프젯 추진기를 대상으로 균일혼상류 가정의 비정상 비압축성 Reynolds averaged Navier-Stokes(RANS) 방정식을 적용하였으며, 이상 유동을 모사하기 위해 Volume of Fluid(VOF) 기법과 Schnerr-Sauer 공동 모델을 적용하였다. 유동해석 결과를 기반으로 수중방사소음을 예측하기 위해 Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H) 방정식 기반의 음향상사법을 적용하였으며, 덕트와 스테이터, 로터로 구성된 3개의 비투과성 적분면과 추진기를 감싸는 형태의 2가지 투과성 적분면을 선정하여 소음 기여도를 평가하였다. 소음 예측결과로부터 스테이터는 전체 소음에 대한 직접적인 기여도는 낮으나 덕트와 로터에서의 유동 박리에 의한 소음원 형성에는 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 유동이 박리되는 연직상방과 우측방향으로 소음이 크게 방사되었다. 또한 로터에서는 날개의 흡입면과 압력면 간의 압력 섭동에 의해 추진방향으로 소음이 크게 방사되었으며, 투과성적분면을 통해 체적 소음원인 공동의 효과를 반영할 수 있음을 확인하였다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제16권3호
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• pp.202-210
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• 2013

최근 소득증대로 인해 해양레저에 대한 관심이 높아짐에 따라 해양레저용으로 많이 이용되는 활주형선의 선형설계와 생산에 대한 많은 연구 개발이 필요해지고 있다. 지금까지 수행된 활주형선의 저항에 대한 연구를 분석해본 결과 활주형선은 속도가 빠르고 침수표면적이 매우 작기 때문에 일반 선박과는 다른 저항 특성을 가지고 있음을 알게 되었다. 본 연구는 현재 조선소와 추진기 및 엔진 생산업체에서 유효마력 산정에 널리 활용되는 Savitsky공식을 이용하여 연구대상 활주형선의 전저항을 먼저 계산한 후 이론해석과 풍동실험을 통하여 활주형선 주위에 대한 유동특성을 분석하고 속도와 트림각도 변화에 따른 공기저항, 양력 등을 구하였다. 또한 이 결과를 이용하여 전저항에 대한 공기저항의 비율을 속도와 트림각 변화에 대하여 이론해석결과와 실험결과를 비교하고 분석하였으며 본 연구결과는 좀 더 정확한 유효마력 추정에 활용되어 산출근거를 무시하고 막연하게 고마력 엔진을 장착하는 폐단을 막을 수 있을 것으로 기대된다. 한편 기상 이변으로 인한 자연재해가 증가하면서 온실가스에 대한 관심이 높아지고 있다. 국제해사기구(IMO)에서는 선박의 설계 단계에서 적용되는 에너지 효율 지수(EEDI)와 해상을 운항할 때 적용되는 에너지 효율지수(EEOI)를 제정하여 선박으로부터 배출되는 온실가스를 줄이려 하고 있다. 그러나 이 규정은 총톤수(GT) 400톤 이상의 선박에 적용될 예정이므로 해양레저용 선박과 같은 소형 선박은 대형 선박에 비해 단위 출력 당 온실가스 배출량은 오히려 많지만 이 IMO 규정에 의한 규제를 받지 않는다. 따라서 본 연구는 소형선박인 해양레저용 활주형선의 온실 가스 배출량을 산출함으로써 이에 대한 문제점을 제기하고 소형선박에 적용될 수 EEDI 계산법 제정의 필요성을 제시하였다.