제 6 강 제 4 장 : 모형선의 실선 확장 제 5 장 : 모형선-실선 상관관계

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1 제 6 강 제 4 장 : 모형선의 실선 확장 제 5 장 : 모형선-실선 상관관계
제 6 강 제 4 장 : 모형선의 실선 확장 제 5 장 : 모형선-실선 상관관계 삼성중공업 계약학과 선체저항 2013년도 봄학기 ( ) 담당교수 : 이 인 원

2 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.1 Froude 방법
Measured Total Res. RTM RTM R R VS Ship Total Res. RTS RTS Residuary Res. RRM Converted Residuary Res. RFM RFS Calculated Frictional Res. RFM Calculated Frictional Res. RFS

3 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.1 Froude 방법
무차원 식 사용 다음으로 주어지는 전 저항 계수로 부터 잉여저항 계수를 구하고 모형선의 마찰저항 계수는 모형선의Froude 수와 같은 실선의 Froude수(대응속도)에서 실선의 전저항 계수는 실선의 마찰저항계수는 실선의 속력에서 구하고 최종적으로 실선의 저항은

4 Resistance Coefficient *
Froude Method Froude법에 의한 실선의 저항 추정 도식 9 8 7 6 5 4 3 2 1 106 107 108 109 Rn (log Scale) Resistance Coefficient * 103 Model CTM Ship CTS CRM L=4.35M CRS CFM L=86.9M CFS

5 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.3 ITTC 1957 방법
일정한 축척비 λ로 만들어진 모형선을 사용하여 실선의 속도에 대응하는 Froude 수와 모형선의 Froude 수가 같은 속도 범위에서 전 저항 을 계측 다음으로 주어지는 전 저항 계수로 부터 모형선의 잉여저항 계수를 구하고 모형선의 마찰저항 계수는 위 식으로 구하고 모형선의Froude 수와 같은 실선의 Froude수에서 실선의 전저항 계수는 여기서 실선의 마찰저항계수는 실선의 속력에서 구하고 CA는 실선의 표면 거칠기 등을 반영하는 모형선-실선 상관수정계수 (model-ship correlation allowance) 로서 아래 표 1에 의해 구함

6 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.3 ITTC 1957 방법
모형선-실선 상관수정계수 (model-ship correlation allowance): 실선의 표면 거칠기 등을 반영하는 계수 표 1. 배수량에 따른 CA 배수량(displacement) CA 1,000 ton 0.6ⅹ10-3 10,000 ton 0.4ⅹ10-3 100,000 ton 1,000,000 ton -0.6ⅹ10-3 최종적으로 실선의 저항은

7 Resistance Coefficient *
ITTC 1957 Method ITTC 57방법에 의한 실선의 저항 추정 도식 9 8 7 6 5 4 3 2 1 106 107 108 109 Rn (log Scale) Resistance Coefficient * 103 Model Ship CTM ITTC 1957 Line CTS Rough CRM a Smooth CA CRS a CFM CFS

8 Hughes 방법에 의한 실선의 저항 추정 도식
Hughes Method Hughes 방법에 의한 실선의 저항 추정 도식 9 8 7 6 5 4 3 2 1 106 107 108 109 Rn (log Scale) Resistance Coefficient * 103 Model r=1+k 1.4 CTM 1.3 1.2 Ship 1.1 CWM a Hughes 1.0 CTS Smooth kCFM CFM CWS a (1+k)CFS

9 2차원 및 3차원(Hughes)법에 의한 실선의 마찰저항 추정 비교

10 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.5 Prohaska 방법
Hughes방법을 사용할 경우의 문제점은 저속에서 모형실험의 불확실성(uncertainty) 때문에 데이터의 산포도(scatter)가 고속에 비해 상대적으로 크기 때문에 곡선은 2차원 마찰저항곡선과 평행하게 되는 실험결과를 얻기가 어렵고 더욱이 조파저항의 시작점 (run-in point)을 정확히 찾기란 쉽지가 않다. 그림 2에 보인 바와 같이 모형선 주위의 유동이 충분히 난류가 되지 않는 경우는 마찰저항곡선에 평행하지 않음을 알 수 있다. 이러한 단점을 보완한 것이 1966년 Prohaska가 제안한 방법 Prohaska는 다음으로 정의되는 형상계수를 실험적으로 구하는 방법을 제안 박리가 일어나지 않는 유동에서는 여기서 조파저항계수를 다음과 같이 가정하면 (c는 임의 상수) 위 식은

11 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.5 Prohaska 방법
0.1<Fn<0.22의 속도범위에서 계측한 저항 값으로부터 CT/CF값을 수직축으로 하고 Fn4/CF의 값을 수평축으로 그리면 값은 c를 기울기로 하고 (1+k)의 값으로 수직축에서 만나는 직선으로 됨 Hughes방법보다 실질적이고 공학적인 방법으로서 현재 사용되는 방법임

12 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.5 Prohaska 방법
그러나 Prohaska도 지적하였고 그 뒤 많은 연구자들도 방형비척계수 (CB)가 큰 선박의 경우 CT/CF 값이 수직 축에서 직선으로 만나지 않고 오목(convex) 혹은 볼록(concave)곡선이 됨을 지적 Hughes방법보다 실질적이고 공학적인 방법으로서 현재 사용되는 방법임

13 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.7 1978 ITTC 방법
ITTC추진분과 기술위원회는 Prohaska가 제안한 3차원법 혹은 형상영향계수법을 도입함으로서 모형선-실선 상관관계가 두드러지게 개선되었다고 보고하고(ITTC, 1978),  하나의 스크류(screw) 프로펠러를 갖는 선박의 실선성능을 추정하기 위한 잠정적인 방법을 제안. 빌지 킬(bilge keel)이 부착되지 않는 실선의 전 저항계수는 다음으로 나눈다 여기서 (1+k)는 형상영향계수이고 실험으로 구하며 Prohaska법으로 구함. 마찰저항계수 는 ITTC 57 모형선 실선 상관계수를 사용. CR 는 잉여저항계수이며 모형시험 결과로부터 다음 식을 사용하여 구함 CA는 모형선-실선 상관 수정계수로서 다음 식으로 구함                    여기서 ks는 50mm 길이에 걸쳐 표면 거칠기의 평균높이를 의미하며, 값을 모를 경우에는 150×10-6m을 사용하기를 권장, LWL은 수선간의 길이이다.

14 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.7 1978 ITTC 방법
CAA는 공기저항계수로서 다음 식으로 구하고 여기서 AVT는 흘수선 위 공기에 노출된 선박의 가로 투영면적이고 S는 선체의 침수표면적 빌지킬이 부착된 선박의 경우 전 저항계수는 다음으로 나눈다 SBK는 빌지킬의 표면적

15 Resistance Coefficient *
ITTC 1978 Method ITTC 78방법에 의한 실선의 저항 추정 도식 9 8 7 6 5 4 3 2 1 106 107 108 109 Rn (log Scale) Resistance Coefficient * 103 Model r=1+k 1.4 1.3 Ship 1.2 CTM 1.1 Rough CTS ITTC 1957 Line 1.0 CRM a Smooth CA +CAA kCFM CRS a CFM kCFS CFS

16 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.7 1978 ITTC 방법
Prohaska도 지적하였고 그 뒤 많은 연구자들도 방형비척계수 (CB)가 큰 선박의 경우 CT/CF값이 수직 축에서 직선으로 만나지 않고 오목(convex) 혹은 볼록(concave)곡선이 됨을 지적. 따라서 ITTC(1981)는 모든 실제문제에서, 통상의 선형일 때는, 형상영향계수는Prohaska의 방법을 다음으로 수정하여 사용하도록 권고 여기서 n는 2와 8사이의 정수 상수 중 실험 데이터를 가장 잘 순정(fitting)할 수 있는 값(보통 4, 5, 6중의 하나임)으로 택함. 순정은 최소 자승법(least square method)을 사용 이 방법이 현재 전 세계적으로 사용되고 있는 모형선 - 실선 성능 추정 법이며 3장 6절에서도 언급한 바와 같이  이것은 엄밀한 수학적, 물리적 근거를 바탕으로 한 방법이 아니라 경험에서 도출한 공학적 방법으로서 이보다 더 나은 대안이 없기 때문에 사용하고 있음 따라서 실선의 정확한 저항추정을 위해서는 보다 더 엄밀한 물리적 방법을 강구해야 되며 이는 앞으로의 과제임

17 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.8 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정
5.8 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정 예제 3,650톤 급 Oil/Chemical Tanker의 정면도(Body Plan)

18 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.8 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정
표 2. 3,650톤 급 Oil/Chemical Tanker의 모형선과 실선의 주요 제원 Ship Model Scale 1/1 1/20 LWL (m) 86.9 4.345 LPP (m) 83.5 4.175 폭 (m) 14.4 0.7200 흘수 (m) 5.8 0.2900 배수량 (m3) 5220.0 0.6525 CB 0.746 침수표면적, S (m2) 1779.9 4.450 중앙단면계수, CM 0.979 수선면 계수, CW 0.881 LCB (%) 1.5 정수중 트랜섬의 잠긴 면적 (m2) 1.0 0.0025 벌브 단면적 (m2) 8.0 0.020 벌브 중심의 수직위치 (m) 3.3 0.165 흘수선 위 가로 투영 면적 (m2) 182 0.455

19 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 5.8 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정
표 3. 계측한 모형선의 속도별 저항 값 (수조 온도 20℃) 속력 (m/s) 저항 (N) 0.80 6.172 0.85 6.887 0.90 7.580 1.00 9.400 1.15 12.780 1.26 15.470 1.38 19.200 1.50 24.860 1.61 30.940 1.72 41.850

20 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 형상계수추정

21 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 형상계수추정

22 Foude법에 의한 실선의 저항 추정표

23 ITTC 57법에 의한 실선의 저항 추정표

24 Hughes법에 의한 실선의 저항 추정표

25 ITTC 78법에 의한 실선의 저항 추정표

26 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정 비교

27 5장 모형시험에 의한 실선의 저항추정 여러 가지 방법에 의한 실선의 저항추정 비교