자율운항선박의 항내 이접안 거동 모사를 위한 cross-flow 저속 운항모델의 고찰

Abstract

일반적인 선박 운항모델은 전진속도가 횡속도에 비하여 현저히 큰 경우를 전제로 한다. 그러나 항만 내에서 선박이 입출항할 때는 전진속도가 낮아서 횡속도 크기와 유사한 경우가 많고, 특히 이접안 중에는 전진속도가 0에 가깝다. 이와 같은 항만 내 선박거동을 모사하려면 보다 확장된 운항모델이 필요하며, 이에 대한 선행 연구 사례로 cross-flow 모델(Oltmann, 1982; Yoshimura, 1988), 다항식 모델(Kose, 1984), 푸리에급수 모델(Takashina, 1986) 등이 있다. 본 연구에서는 2축2타선인 자율운항선박 시험선을 대상으로 3노트 기준 저속 영역의 1/3.8 축소 구속모형시험을 수행하였다. 우선 대각도 사항시험, 사항각 90도 상태 동요시험을 통하여 cross-flow 저속모델 내의 계수를 추출한 후, IMO 표준 조종 시뮬레이션을 수행하였다. 한편 선행된 일반 HPMM 시험기반 기본 모델로도 동일한 시뮬레이션을 수행하여 비교하였다. Cross-flow 모델 내의 일부 계수는 동요시험으로 추출하는 과정에서 식별성이 비교적 낮으며, 이에 따라 선회 편류각 등 추정값에 오차가 있는 것으로 판단된다. 푸리에급수 모델을 위한 구속시험으로서 제안되었던 제자리 선회시험(still turn test), 전진속도 중 선회시험(yaw rotating test)을 추가로 수행하고, 이를 사용하여 cross-flow 모델 계수를 수정하였다. Cross-flow 모델이 다양한 전진속도 중 선회시험들의 유체력을 잘 재현할 수 있는지 확인하였다. 다양한 저속 운항 상태를 모사하기에 cross-flow 모델의 계수와 항의 개수에 다소 한계가 있음을 확인하였으며, 모델의 정확도를 보다 개선할 필요가 있다.