2차원 수조에서 KFPSO 선수부의 파랑충격하중에 관한 실험적 연구

Abstract

선박은 운항 경로 변경 또는 항구에서 거친 해상상태를 피할 수 있지만, 해양구조물은 일반적으로 설치 해역에 계류되어 주어진 임무를 수십 년 동 안 수행하기 때문에 거친 해상상태를 피할 수 없다. 따라서 선박과 해양구조물의 설계기준이 다르며, 해양구조물을 설계할 때 거친 해상상태를 고려하 기 위해서 100년 주기파 또는 1,000년 주기 파의 환경하중을 적용한다. 해양구조물 중에서 선박 형태의 FPSO는 유조선을 개조하여 제작하는 사례들이 많이 있으며 선수 플레어 슬래밍(bow flare slamming), 갑판 침수(green water) 등의 환경하중으로 인해 구조적 손상되는 사례가 보고되고 있다. 본 연구에서는 2차원 수조에서 KFPSO의 선수부 부분 모형에 대해 파랑충격하중 계측 시험을 수행하였다. 파랑충격하중 계측을 위해서 3종류의 주 파수 집중파(steep, spilling, plunging)를 생성하고 파정의 속력과 기울기를 계측하였다. 파정의 속력과 기울기를 계측하기 위해서 파고계 7개를 일렬로 배 치하고 파고를 계측하였다. 또한 2차원 수조의 측면을 고속카메라로 촬영하여 파고계에서 계측된 파와 사진으로 촬영된 파고를 비교 및 분석하였다. 파고계의 배열로부터 얻은 파정의 속력 및 기울기는 고속카메라로 촬영한 사진으로부터 얻은 파정의 속력 및 기울기와 잘 일치하였다. 파랑충격하중 시험은 3가지 파에 대해서 수행하였으며 우선 각각의 파 조건에서 파랑충격하중이 발생하는 순간의 영상을 살펴보았다. 이후 파랑충격하중의 시계열 을 확인하고 반복 시험을 통해서 얻은 파랑충격하중의 크기와 공간 분포를 살펴보았다. Steep 파는 파정이 FPSO 선수부에 닿기 전에 선수부에서 파 상 승(wave runup)이 발생하여 파랑충격하중이 발생하지 않고 정수압만 계측되었다. Spilling 파와 plunging 파에서는 파랑충격하중이 발생하였으며 발생한 파랑충격하중의 크기와 공간 분포를 분석하였다. 계측된 파정의 속력과 기울기를 파랑충격하중의 이론적인 식에 적용하여 얻은 값과 모형 시험의 결과 는 유사한 값을 보여주었다.