선박의 상호간섭을 고려한 안전통항거리에 관한 연구

This thesis suggests a standard distance for safe passing, taking into account the interaction between ships under conditions such as passing moored ships, head-on encounters and two ships overtaking each other. It is believed that safe distances of panamax container ship depending on the water depth are helpful for the ship operators in the maritime place.

연구의 배경 및 목적

연구동향

근접한 선박 간의 간섭력 추정에 관한 연구

Ruggeri et al(2016)은 Rankine 패널 방법을 사용하여 유류 터미널 근처를 항해하는 선박에 대한 간섭력을 추정했습니다. Fonfach et al(2011)은 대형 유조선에 접근하는 예인선을 통과하는 흐름에 대한 CFD 계산을 수행했습니다.

안전통항거리에 관한 연구

Lataire 등은 더 가벼운 작동을 위한 모델 테스트를 수행하고 선박 조종 시뮬레이터를 위한 수학적 모델을 도출했습니다. 이는 특정 모델을 기반으로, 다양한 종류의 선박만을 대상으로 연구한 결과라고 볼 수 있다.

연구절차

다만, 동일 선박, 특정 조건에서만 진행된 만큼, 전체 선박을 대상으로 한 조사가 추가된다면 보다 효과적인 지침이 제공될 것으로 분석된다. 선박제어 시뮬레이터 간섭기술 검증

논문의 구성

측방거리를 측정하여 오차를 비교하였다. 그런 다음 각 요인이 안전 횡단 거리에 영향을 미치는 정도를 분석했습니다.

유체역학적 상호간섭(hydrodynamic interaction) 기술

비점성 RANS기법(Viscous RANS method)

흐름의 복잡한 점성 특성은 낮은 깊이 대 흘수 비율에서 흐름을 상당히 느리게 하며 와류 발산에 의해 주기적으로 완화됩니다(Varyani and Vantorre, 2006). 광범위한 예측(정면 조우, 추월 등)이 가능합니다. 흐름의 복잡한 점도 특성으로 인해 낮은  비율에서는 흐름이 상당히 느려집니다.

수조실험기반 연구(Experimental method)

상호작용, 몰입, 적응 등에 대한 기대감이 만족스럽다. 방향타의 각도와 프로펠러의 영향을 예측할 수 있습니다. 시간이 많이 걸리고 고성능 하드웨어가 필요하며 많은 영향 요인을 시뮬레이션하는 데 비효율적입니다.

일본의 MLIT와 PIANC의 간섭력을 고려한 항로폭 산정

측벽 영향을 고려한 항로폭

여기서 타각이란 선박이 측벽을 통과하여 항해할 때나 다른 선박에 가까이 지날 때 선체에 작용하는 간섭력, 즉 횡력과 비틀림을 제어하여 항로를 유지할 수 있는 최대 허용 타각을 말한다. 순간.

마주치며 통과시 필요 항로폭

추월 통과시 필요 항로폭

간섭력 기술 종합 분석

비전문가의 접근이 어려움 선박별 사용 제한 실시간 계산 및 시뮬레이터에 사용되는 3D 패널 방식. 제3장 선박조종 시뮬레이터에 적용되는 상호간섭해석.

Transas 선박조종시뮬레이터에 적용된 수학모델

선박조종방정식

Transas 선박 관리 시뮬레이터의 기본 운동 방정식은 그림 1에 나와 있습니다. 방정식 (1) ~ (3)은 선박 운동 모델에 사용되는 피치, 롤 및 요율에 대한 운동 방정식이며 고정된 객체 좌표계에 벡터 투영을 허용합니다.

근접 통항하는 선박과 선박의 간섭력을 구하는 일반적인

선박조종시뮬레이터의 무차원계수

기타 시뮬레이터 현황

Kongsberg maritime

FORCE Technology

세이프텍리서치(SafeTechResarch, STR)

선박조종시뮬레이터 선박모델의 상호간섭 기술 검증(Transas) · ·25

이론계산과 유사한 크기의 대표 선박 선정

Transas 모델의 정확도와 이론적 계산을 비교하기 위해 각 외란 상황에 대해 비슷한 크기의 대역을 사용했습니다. 선박 15종 중 이론계산에 사용된 선박과 유사한 크기의 시뮬레이터 모델은 5종으로 제한됩니다.

Table 3.5 Ship's particulars for theoretical calculation

측벽 통과시 시뮬레이터 모델의 정확도 검증

동일한 방법을 사용하여 표 3.11에 파나막스급 산적화물선의 방향타각과 횡거리를 계산하였다. 같은 방법을 사용하여 표 3.13에 LNG 선박의 방향타 각도와 측면 거리를 계산하였다.

Fig. 3.13 Coordinates of ship bank interaction (Andou, K. et al., 2012)

마주치며 통과시 시뮬레이터 모델의 정확도 검증

동일한 방법을 사용하여 표 3.18에 파나막스급 컨테이너선의 방향타 각도와 횡거리를 계산하였다. 같은 방법을 사용하여 표 3.21에 LNG 선박의 방향타 각도와 측면 거리를 계산하였다.

Fig. 3.14 Coordinates of Head-on encountering (Andou, K. et al., 2012)

추월 통과시 시뮬레이터 모델의 정확도 검증

동일한 방법을 사용하여 표 3.26은 파나막스급 컨테이너선의 방향타 각도와 횡거리를 계산하였다. 표 3.29는 동일한 방법으로 LNG 선박의 방향타 각도와 측면 간격을 계산한 것이다.

Fig. 3.15 Coordinates of overtaking (Andou, K. et al., 2012)

시뮬레이터의 간섭력 추정기술의 검증에 관한 종합분석

본 검증된 선박 조종 시뮬레이터를 이용하여 선박이 계류선을 통과하고, 만나고 통과하고 추월하는 상황에서 각 선박 및 요소에 대한 간섭력을 도출하고 조향각을 계산하여 안전한 통행 거리를 도출하는 것을 목표로 합니다. . Chapter 4 시뮬레이션을 활용한 상황별 안전통행거리 분석.

Table 3.32 Final error analysis of hydrodynamic interaction in simulator

안전통항거리 산정 순서

시뮬레이션 대상선박

여기서 CNTR은 컨테이너선, BLK는 벌크선, PCF는 승용차페리, FTS는 어업훈련선, OT는 유조선, PCS는 여객유람선, ITB는 통합운송선, RRPF는 로로여객선을 의미한다. 수단.

Table 4.2 Main particulars of the ship models for simulation of length ratio (0.7< L 1 /L 2 <1.2, T 1 >T 2 )

무차원 계수

계류선 통과시의 안전통항거리 분석

실험조건 설정

계류라인과 통과라인에 작용하는 전후방향 힘, 횡력, 토크는 Fig. 시뮬레이션을 통해 도출된 통과선의 최대 토크입니다.

Fig. 4.2 Diagram of passing ship and moored ship

마주치며 통과시의 안전통항거리 분석

대상선박 선정 및 실험조건 설정

두 척의 선박이 서로 만나 통과할 때 선박의 길이 비율에 기초한 안전통행거리를 계산하기 위해 표 4.1 내지 표 4.3과 같이 대상 선박을 만나고 통과하는 경우에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 파나막스급 컨테이너선이 컨테이너선, 여객선, LNG선, 유조선, 벌크선, 자동차운반선, 예인선, 카페리, 로로여객선을 동일한 속도로 조우하고 통과하는 시뮬레이션을 수행했습니다. 12노트에서.

시뮬레이션 결과

두 선박 사이의 수평거리는 소유한 파나막스급 컨테이너선을 기준으로 하였고, 수심은 =1.2 조건에서 소유한 컨테이너선을 기준으로 결정하였다. 컨테이너선에 작용하는 전후방향 힘, 횡방향 힘, 토크는 무차원적이며 수심으로 표현됩니다.

Fig. 4.17~4.19에서 보는 바와 같이 두 선박이 마주치며 통과하는 경우에는 각 선박에 작용 하는 전후력과 횡력은 패턴이 비슷하고, 회두모멘트는 속력이 느린 선박에서 초기의 외방모 멘트 이후에 내방모멘트가 높게 나타나는 것을 알 수 있다

타각계산

시뮬레이션을 수행하여 x축 각도가 35도를 넘지 않는 최대 토크를 도출했습니다. 천수역과 심해역의 경우 약 0.2 정도의 차이가 나는 것을 알 수 있다.

추월 통과시의 안전통항거리 분석

대상선박 선정 및 실험조건 설정

한 선박이 다른 선박을 추월하는 상황에서 선박의 길이 비율에 따른 안전 통과 거리를 계산하기 위해 표 4.1 내지 표 4.3의 대상 선박과의 추월 시뮬레이션을 수행하였다. 두 선박 사이의 수평거리는 자체 파나막스급 컨테이너선을 기준으로 했으며, 수심은 2척이었다.

시뮬레이션 결과

12노트 파나막스급 컨테이너선이 컨테이너선, 여객선, LNG선, 유조선, 벌크선, 자동차운반선, 예인선, 페리선, 8선 등을 추월하는 시뮬레이션을 진행했다. 매듭로로여객선.. 4.30~4.32에서 보는 바와 같이 한 선박이 다른 선박을 추월할 때 각 선박에 작용하는 전후방향 힘과 횡방향 힘은 서로 반대되는 패턴을 가지며, 선회 모멘트는 추월선에서 초기 안쪽 모멘트이고 추월선이 가져오면서 바깥쪽으로 향하는 모멘트이다. 더 가까이. 단번에 변화를 확인할 수 있습니다.

Fig. 4.30~4.32에서 보는 바와 같이 한 선박이 다른 선박을 추월하는 경우에는 각 선박에 작용하는 전후력과 횡력은 패턴이 반대로 작용하고, 회두모멘트는 피추월선에서 초기의 내방 모멘트 이후에 추월선이 접근하면서 외방모멘트로 변화하는 것을 볼 수 있다

타각계산

컨테이너선에 작용하는 최대 전복 모멘트는 다음과 같다. 천수역과 심해역 사이에 약 0.3 정도의 차이가 있음을 알 수 있다.

Table 4.15 Rudder calculation of container ship overtaking LNG carrier

상황별 안전통항거리 표준화

계류선 통과시의 안전통항거리

간섭력이 발생하는 세 가지의 긴밀한 상황, 즉 부두에 정박되어 있는 접안선을 통과하는 상황, 두 척의 선박이 만나 통과하는 상황, 한 척의 선박이 충돌하는 상황에서 서로 다른 선박에 대해 간섭력(전면 및 후면)을 측정했습니다. 다른 사람을 추월합니다. 힘, 횡력, 회전모멘트)을 파악하고 조향각 계산을 통해 안전통과거리를 결정하였다. 크기가 다른 4종의 계류선을 통과할 때 안전통과거리가 급격히 증가하는 것을 볼 수 있다.

Fig. 5.2는 Table. 5.1의 결과를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 통과선의 속력이며, y축은 안전통항거리이다. 크기가 다른 4종류의 계류선을 통과할 경우, 안전통항거리는 속력에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다

마주치며 통과시의 안전통항거리

크기가 다른 4종의 상대 선박을 통과할 때 안전 통행 거리가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 인구 규모는 일정한 상대 붕괴율로 인해 기하급수적으로 감소하는 것으로 볼 수 있습니다.

Fig. 5.5는 Table. 5.4의 결과를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 자선(course 000°)의 속력이 며, y축은 안전통항거리이다. 크기가 다른 4종류의 상대선을 마주치며 통과할 경우, 안전통항 거리는 속력에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다

추월 통과시의 안전통항거리

크기가 다른 4종의 상대 선박을 통과할 때 안전 통행 거리가 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있습니다. 일정한 상대붕괴율에 따라 개체군 규모가 기하급수적으로 감소하는 것을 볼 수 있다.

Fig. 5.8은 Table. 5.8의 결과를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 추월선의 속력이며, y축은 안전통항거리이다. 크기가 다른 4종류의 상대선을 추월 통과할 경우, 안전통항거리는 속력에 따라 증가하는 것을 볼 수 있다

수심에 따른 상황별 안전통항거리 표준화

동일 선박인 경우 수심별 표준화

수심으로 인해 선박간 상호 간섭이 발생하는 4가지 경우를 비교한 결과, 수심이 증가할수록 안전통행거리가 감소하는 것을 알 수 있다. 이는 계류선이 지나는 부두에 의해 수류가 제한되었기 때문인 것으로 추정된다.

Fig. 5.10은 Table. 5.12의 결과를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 수심과 흘수의 비이며, y 축은 안전통항거리이다. 선박의 상호간섭이 발생하는 4가지 경우를 수심별로 비교할 결과, 수심이 증가할수록 안전통항거리는 감소한 것을 볼 수 있다

다른 선박인 경우 수심별 표준화

상대선박이 대형선박인 경우의 안전한 통행거리는 계류용 밧줄을 통과하는 것과 마찬가지로 수심 변화에 민감함을 알 수 있다.

Fig. 5.11은 Table. 5.14의 결과를 그래프로 나타낸 것으로 x축은 수심과 흘수(   )의 비이 며, y축은 안전통항거리이다. 선박의 상호간섭이 발생하는 3가지 경우를 수심별로 비교할 결 과, 수심이 h/T=5.0에서 h/T=1.1로 감소하면 안전통항거리는 계류선을 통과하는 경우 2.7배 증가하고, 마주치며 통과하는 경우는 1.7배 증가하며, 추월의 경우는 2.5배 증가하였다

흘수에 따른 상황별 안전통항거리 표준화

자기 선박의 길이와 다른 선박의 길이 비율이 증가할수록 각 상황에서 안전한 통행 거리는 감소합니다. 위에서 설명한 파나막스급 컨테이너선의 상황별 안전 통행거리를 비교하기 위해 시뮬레이터가 가지고 있는 최고 흘수선과 초대형 컨테이너선에 대해 상황별 안전 통행거리를 도출하였다.

Fig. 5.12는 Table 5.16에 제시된    =1.2(      )의 해역에서 파나막스급 컨테이너선의 상황별 안전통항거리를 도시한 것으로, x축은 자선과 상대선의 길이비(     )이며, y축은 안 전통항거리이다

Proceedings of the 4th International Conference on Vessel Maneuvering in Shallow and Confined Water, Hamburg, Germany, pp.168-176. Proceedings of the 4th International Conference on Vessel Maneuvering in Shallow and Confined Water, Hamburg, Germany, pp.197-207.