내항성능의 이해

소개

내항성능(Seakeeping Performance) 또는 항해성능항해성능은 선박이 운항중인 조건에 얼마나 적합한 지의 척도이다 우수한 내항성능을 갖춘 선박 또는 보트는 항해가 매우 용이하며 ( 높은 해상 상태 (sea state) 에서도 효과적으로 운항할 수 있다.

목차

1 선박해양 유체공학과 내항성능
1.1 해양유체공학
1.1.1 개요
1.1.2 해양유체공학의 기원
1.1.3 안정성 연구의 발전
1.1.4 안정성 연구의 발전
1.1.5 제어성능 연구의 발전
1.1.6 해양에너지 및 유체공학
1.2 내항성능
1.2.1 선박 응답 모델
1.2.2 내항성능 평가
1.2.3 운영 지수(Operational index)

2 파동(wave)
2.1 파동 역학(Wave Dynamics)
2.1.1 파도 분석(Wave Anatomy)
2.1.2 불규칙한 파도(Irregular Waves)
2.1.3 측정 웨이브(Gauging Waves)
2.1.4 해일 및 에너지 분지(Surge and Energy Basin)
2.1.5 허리케인(Hurricane events)
2.1.6 쓰나미(Tsunami events)
2.2 해상파의 특징
2.3 파도의 생성(Wave Generation) 및 전파
2.3.1 파동 에너지 원(Wave Energy Sources)
2.3.2 바람 생성 파동 시스템(Wind Generated Wave System)
2.3.3 파도 생성 순서(Wave Creation Sequence)
2.4 웨이브 상호 작용(Wave Interaction)
2.4.1 중첩 정리(Superposition Theorem)
2.5 웨이브 스펙트럼(Wave Spectrum)
2.6 웨이브 자료(Wave Data)

3 단순조화운동(Simple Harmonic Motion)
3.1 감쇠(Damping)
3.2 하중함수 및 공명(Forcing Function and Resonance)

4 선박 복원성(Ship Stability)
4.1 선체운동의 정의
4.2 정적 복원성
4.1 선체운동의 정의
4.2 정적 복원성
4.3 고속선의 복원력 이해
4.4 GZ 곡선하부 면적 계산(mᆞrad)
4.5 파 방향과 파 주기에 따른 선체운동의 특성
4.6 불규칙 해상에서의 선체운동

5 선박 응답(Ship Response)
5.1 조우 주파수(Encounter Frequency)
5.2 선체 동요(Rigid Body Motions)
5.2.1 히브(Heave)
5.2.2 롤(Roll)
5.2.3 피치(Pitch)
5.2.4 공진(Resonance)
5.3 구조적 응답(Structural Responses)
5.4 비 진동 동적 응답(Non-Oscillatory Dynamic Responses)
5.5 선체 운동방정식
5.5.1 규칙파에서의 선체 운동방정식
5.5.2 불규칙파에서의 선체 운동방정식

6 동요제어장치(Reaction Control System)
6.1 선체 형상(Hull Shape)
6.1.1 선형과 내항성능의 관계
6.2 동요제어장치(Reaction Control System, RCS)
6.2.1 안티-롤 장치(Anti-Roll Devices)
6.2.2 안정기 효과(Stabilizer Effects)
6.3 선박 운영(Ship Operation)
6.4 활주정의 트림 조절(Trim Control)
6.4.1 Flooding Tank
6.4.2 트림 탭(Trim Tab)
6.4.3 인터셉터(Interceptors)

7 내항성능의 측정
7.1 내항성능에 영향을 미치는 요인
7.2 총 선박 운항(Total ship operability)
7.3 기준

8 내항성능 해석이론
8.1 선형이론
8.2 모형시험 및 비선형 현상
8.3 해양 환경 모델링
8.3.1 파랑 모델링
8.3.2 바람에 의한 영향
8.3.3 조류에 의한 영향
8.3.4 해양환경 시뮬레이션 모델링

9 해군 함정의 내항 운용성
9.1 개요
9.2. 내항성능 운영 성능 평가
9.3 내항성능의 운영 효율성
9.4 내항성능의 최적화
9.5 내항성능을 위한 진보된 다목적 최적화
9.6 결론 및 권고

10 활주정의 안정성(planning Craft Stability)
10.1 활주정의 정적 및 동적인 안정성
10.1.1 차인 워킹(Chine walking)
10.1.2 포오포이징(Porpoising)
10.2 고속활주선의 수직가속도
10.2.1 수직 가속도(Vertical accelerations)
10.2.2 비선형 운동(Nonlinear motions)
10.2.3 수직 가속도에 영향을 미치는 매개 변수
10.2.4 수직 가속도 줄이기
10.3 고속활주선의 수직가속력 추정
10.4 하이브리드 방법을 사용한 고속 활주정의 내항성능평가

11 선박의 내항성 분석을 위한 소프트웨어
11.1 개요
11.1.1 Rolling
11.1.2 Pitching
11.1.3 Heaving
11.2 내항성능 소프트웨어
11.3 Seakeeping 소프트웨어에 의한 선박 성능 평가
11.4 선박 설계 매개 변수 개발에 내항성능 소프트웨어 적용
11.5 선박의 동요 매개 변수 최적화를 위한 내항성능 소프트웨어 적용
11.6 결론

12 MAXSURF Motions 소개
12.1 개요
12.2 MAXSURF MOTIONS 분석 자료
12.3 선박 응답 특성화(Characterizing Vessel Response)
12.3.1 진폭 응답 함수(RAO, Response Amplitude Operator)
12.3.2 선박 동요 계산(Calculating Vessel Motions)

본문내용

내항성능(SeakeepingPerformance)또는 항해성능(seaworthiness)은 선박이 운항중인 조건에 얼마나 적합한지의 척도이다.우수한 내항성능을 갖춘 선박 또는 보트는 항해가 매우 용이하며(seaworthy)높은 해상 상태(seastate)에서도 효과적으로 운항할 수 있다. 해상에서 파도에 의해 동요하는 선박의 응답은 선박을 운항하는 여러 측면을 다루고 있다.열악한 해상은 구조물을 손상시키거나 멀미로 인해 직원을 무능력하게 만들어 정상적인 임무 수행에 영향을 준다. 항해하는 선박의 내항성능은 임무 수행이 가능한 해상 상태와 관련하여 평가되어야 한다.따라서제한된 범위의 규칙적인 파도 결과에 근거하여 선박의 내항성능 특성을 설명,비교 및 평가하는 것은 오해의 소지가 있거나 부적절할 수 있으며 분석 결과가 예측 목적에 유용한지 여부를 결정할 때도 마찬가지다.따라서,예측 목적 또는 분석 예측 방법의 검증을 위해 적절한 랜덤 파(random wave)테스트가 필요하다.
21세기 초에 해양 공학을 포함한 많은 분야에서 짧은 시간에 많은 데이터를 처리하는 전산시스템발전을 본다.이제FEM또는CFD 기술을 사용하여 복잡한 수치 분석을 수행하는 것이 일반적인 관행이 되었다.고성능 수준의 고급 프로그램이 실제로 사용된다. 안전은 설계 및 의사 결정 과정에서 기본적인 역할을 한다.이러한 모든 장점을 통해 특정 하위 시스템 또는 선체뿐만 아니라 전체 선박 시스템에도 적용되어 선박 운항성 문제를 해결할 수 있다. 선박 초기 설계 단계에서 내항성능을 예측하는 기능은 매우 중요하다.예측을 하려면 예측 모델에 사용할 수 있는 정보를 만들어야 한다.합리적인 예측을 하기 위해 이 정보를 얻는 방법을 이해해야 한다.

참고자료

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· Daniel Savitsky, Hydrodynamic Design of Planning Hulls, Marine Technology 1, 1964
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· Daniel Savitsky, Planning Craft , Naval Engineers Journal, February, 1985.
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· EN400 Course Coordinator, Principles of Ship Performance (EN400)-Chapter 8 Seakeeping, USNA Version: Summer 2020
· Michael Peters, Peters On (Fast) Powerboats-Part 1, Professional BoatBuilder, August/September 2010
· Michael Peters, Peters On (Fast) Powerboats-Part 2, Professional BoatBuilder, October/November 2010
· Norman Nudelman, High Speed Power Boats , Westlawn Institute of Marine Technology, 1990.
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· ITTC, 75-02-07-021 Seakeeping Experiments, 2017
· ITTC, 75-02-07-028 Calculation of the weather factor for decrease of ship speed in wind and waves, 2018