얕은 흘수에서 두 척의 선박을 동시에 자동으로 도선하는 시스템 개발

Abstract

본 논문에서는 두 선박을 동시에 좁은 항구나 운하 또는 가까운 바다 구조물 사이를 안전하게 예인하는 시스템개발에 관한 연구가 기술되었다. 일반적으로 선박이 항구나 운하를 통과할 때는 예인선의 도움을 반드시 받으며 그동안 선박의 엔진이나 조타장치는 멈춰있다. 기존의 방법으로 선박의 코스를 유지 시키는 것은 불충분 하며 바다 구조물과의 충돌 위험 및 예인선을 준비하는데 소요되는 시간이 상당히 걸릴 뿐 아니라 상당한 비용이 요구되어 지며 또한 예인선의 유지, 숙련된 도선사 및 연관되는 시설들이 반드시 필요하다. 따라서 이러한 문제점을 개선하기 위한 새로운 선박 예인기술 및 시스템을 개발하였다.

세 개의 관통된 관으로부터 뿜어져 나오는 공기로 예인되는 두 선박은 같은 방향 또는 비스듬한 각을 가지고 거리가 있는 배의 최대 폭을 초과하는 관통된 파이프 사이를 통과한다. 이는 관통된 세 개의 파이프에서 뿜어져 나오는 대칭적인 소용돌이 웨이브를 가지는 유체에너지이다. 이와 같이 3개의 소용돌이 속에서 생긴 움직이는 활동적인 에너지가 전달되어 유체 역학적인 압력이 발생되고 두 선박이 3개의 소용돌이 웨이브를 지나갈 때 선박의 외측 선체에 전달된다. 새로운 시스템 및 기술의 확인을 위한 모형실험은 Davidson Laboratory 에 있는 수조에서 이루어졌고 모형실험 장비는 25m× 25m× 0.7m, 실험수조 모형은 좁은 항구를 운행하는 복잡한 항구와 유사하다.

실험에 사용된 모형선은 일반적인 화물선 타입의 모터를 가지며 프로펠러, 원격 조정시스템, 전원 등, 조정성능을 제외한 모형선이 사용되었다.

실험은 아래와 같은 조건으로 수행되었다.

-조타장치 없이 직선코스 유지 -조타장치 없이 바람의 영향아래서 직선코스 유지 -조타장치 없이 곡선의 코스를 유지 -조타장치 없이 바람의 영향 아래서 곡선의 코스 유지 -조타장치 없이 항구 안에서 해상 구조물을 통과 유지 -조타장치 없이 항구 안에서 바람의 영향과 함께 해상구조물 통과 유지

이 실험에서는 Fig. 1에서 보인바와 같이 관통된 파이프를 통해서 분출된 공기가 만들어낸 포화공기구역과 분출된 공기로 만들어진 두 개의 소용돌이 웨이브를 보여준다. 실험 모형선박이 Fig. 2와 같이 관통된 파이프 사이에 있을 때 소용돌이 웨이브가 만들어지며 이는 유체역학적 에너지가 물에서 전달되어 잠제적인 에너지가 유체역학적 압력으로 변하며 Fig. 3과 같이 선체의 표면에 압력을 가해준다. 이러한 유체역학적 에너지는 Fig. 4와 같이 선박이 코스를 유지할 때 분출된 공기압력의 영향으로 배의 양쪽균형을 유지하여 모형 선박은 조타장치가 필요 없어진다.

안정적인 조건에서의 실험 모형 선박은 Fig. 22와 같이 직선 방향으로 부드럽게 통과한다. 또한 모형 선박은 Fig. 23과 같이 해양 구조물 근처를 움직이며 압축공기가 분출되어 코스 안에 있는 모형 선박은 구조물 앞에서 유체역학적 압력에 의해 구조물과 구분되어진다. 그리고 모형 선박은 곡선의 코스도 조타장치 없이 안전하게 항구 안에서 예인되어진다.

또한 모형 선박은 바람의 영향 아래서 Fig. 22와 같이 직선의 코스를 부드럽게 통과하며 분출되는 유체 역학적 압력이 구조물 앞에 작용하는 동안 Fig.24와 같이 모형선은 해양 구조물을 안전하게 통과하고 곡선의 코스를 조타장치의 영향 없이 부드럽게 예인되는 것을 알 수 있다.

따라서 새로운 선박 예인시스템에 관련된 가능성 및 선박의 안전 등이 확실하게 확인되었고 이는 실제 선박이 항구에서 예인될 수 있음을 확인해준다.