자율운항선박의 구속모형시험에 의한 항내 기본 운항모델 생성

Abstract

해양수산부 자율운항선박 기술개발사업으로 선박해양플랜트연구소에서 주관하는 ‘지능형 항로 의사결정 기능을 갖는 자율운항 시스템 개발(2020.04.~2025.12.)’ 과제에서는 대상 시험선의 운항성능모델 구축을 위한 연구를 수행 중이다. 시험선은 2축2타 선형이고 선미 중앙부에 스케그가 장착되어 있으며, 전장 25m, 설계속도 13노트의 실선으로 건조될 예정이다. 본 연구에서는 시험선 1차 선형의 항내 운항성능을 추정하기 위하여 항내 속도 6노트, 저속 3노트를 기준으로 한 1/3.8 축소 3자유도 HPMM (Horizontal Planar Motion Mechanism) 시험을 수행하였다. 기존 2축2타선을 대상으로 한 모듈형 타입 수학모델이 선체력, 추력, 타력을 정밀하게 모사할 수 있는가 검토하였다. 특히 사항각 영역에 따라 정류계수를 세분화하였고, 사항, 선회 거동 중에 변화하는 반류계수 모델의 정확도를 개선하였다. 6노트 기준 구속시험으로부터 도출된 운항모델이 구속시험 상태의 선체력, 타력, 추력을 다시 정확도 높게 재현할 수 있음을 확인하였다. 저속 3노트 기준 구속시험에서도 모든 미계수를 추출하였고, 선체력 미계수를 포함한 대부분의 미계수는 6노트의 값을 그대로 적용하여도 시뮬레이션 결과에 큰 차이가 없다. 실용적 관점에서는 6노트 기준 구속시험으로부터 도출된 유체력 미계수들을 이하 속도 영역에서 활용 가능하다. 단, 타 유속 및 유입각 관련 미계수에서는 선속 및프로펠러 회전수의 영향이 포착되며, 이를 세밀하게 고려할 경우 운항모델의 정확도를 개선할 수 있다.