규칙파 중 선수 플레어가 갑판침입수 충격압력에 미치는 영향에 관한 실험적 연구

초록

갑판침입수 현상은 선체의 상하동요로 인한 상대파고의 상승으로 발생된다. 갑판 상으로 유입되는 갑판침입수의 충격압력 크기는 정수압보다 큰 압력을 선체 또는 상부구조물에 입히기 때문에, 갑판침입수 충격압력 감소에 관한 연구는 중요하다. 본 연구에서는 FPSO의 상부구조물에 발생하는 갑판침입수 충격압력을 감소시키기 위하여 선수 플레어에 관한 연구를 진행하였다. 선수 플레어만의 영향을 파악하기 위하여 갑판 형상의 영향이 없는 선수 플레어를 설계하여 일정한 각도로 증가시켰다. 또한, 규칙파 중에서 선체의 heave와 pitch의 운동 특성을 파악하여 선체 운동이 크게 일어나는 파장 영역과 건현 높이를 고려한 파고 영역에서 실험을 수행하였다. 갑판침입수에 미치는 선수 플레어의 영향을 파악하기 위하여 갑판과 수직 벽에는 파고계와 압력센서를 설치하여 선수 플레어 각도에 따른 정량적인 크기를 비교하였다. 또한, 갑판침입수에 미치는 선수 플레어 영향에 대하여 물리적인 특성을 파악하고자, 고속카메라 촬영을 통하여 갑판 상 유동을 관측하였으며, 선체를 강제동요 시킨 수치시뮬레이션을 수행하여 선수 플레어 근처의 유동 특성을 파악하였다. 선체 운동의 경우 선수 플레어가 미치는 영향이 거의 없으며, 선수 정면으로 유입되는 갑판침입수를 제어하지 못하는 것을 확인하였다. 선수 플레어는 선수 측면으로 유입되는 갑판침입수를 선체 바깥쪽으로 밀어내며, 갑판 상 갑판침입수의 양을 감소시켜 수직 벽 충격압력을 감소시키는 것으로 확인되었다. 이러한 갑판침입수 충격압력을 감소시키는 선수 플레어의 영향은 일정 각도 이상에서는 비슷한 결과를 보이고 있어, 적절한 선수 플레어 각도를 제시하였다. 본 연구 결과를 통하여, 갑판침입수 충격압력을 감소시키는 선수 플레어에 대한 물리적인 현상과 적절한 선수 플레어 각도를 제시하므로 선수 플레어 설계 시 참고자료로 활용 가능하도록 하였다.