극지 해양구조물의 Ice-vaning 제어에 관한 연구

Abstract

북극해 해빙 점유 면적의 점진적인 감소가 지속적으로 나타나고 있다. 이러한 극지역 해빙 감소는 전 지구적 기후 변화에 따라 발생하는 것으로 받아들여지고 있다. 한편, 극지역 해빙 점유 면적의 감소로 인류에게 상대적으로 쉬운 극지 해역 접근 기회가 주어지고 있는 것도 사실이다. 더욱이, 지구 화석연료 (석유 및 가스) 매장량의 약 22%가 극지역에 매장되어 있음이 연구를 통해 발표되었다 (Hearing, 2009). 이러한 환경에서 북극해에 면한 국가들을 중심으로 극지 해양구조물 기술 개발이 이루어지고 있는추세이다. 극지 해양구조물 기술 개발에서 중요한 내용은 해양구조물에 작용하는 빙하중을 추정하는 것이며, 이는 설계 단계에서부터 필요한 중요한 요소이나 그 현상의 난해함으로 인해 아직 빙하중 평가 기술이 엄밀하게 정립되지 않은 실정이다. 이러한 배경에서 극지 해양작업을 위해 필수적으로 필요한 기술인 위치유지(station-keeping) 기술 개발은 정량적인 하중 설계 조건 산정이 어려움으로 그 발전이 더딘 상황이다. 본 연구에서는 해양구조물에 작용하는 빙하중을 최소화하면서 위치를 유지하는 새로운 DP 제어 기술을 다룬다. 제안되는 제어 기술은 선박의 3자유도 평면운동을 2자유도 task motion으로 변환하고, 여기에 비선형 제어기법인 Backstepping 기술을 적용하여 제어 알고리즘의 안정성을 확보하였다 (Fig. 2). 이 task motion은 선박의 선수각을 고려하지 않으므로, 해당 task space에서 유도된 제어기는 선수각을 자유롭게 풀어주는 효과를 가지게 되며 이는 본 논문의 주제인 ice-vaning 효과를 만들어 낸다. 제안된 ice-vaning 제어기의 성능 평가를 위해 KRISO 빙해수조에서 모형시험이 수행 되었다 (Fi