자율주행 차량의 인기가 높아짐에 따라 해양 산업, 특히 해상 자율 수상 선박(MASS) 개발에 대한 상당한 연구 관심이 촉발되었습니다.MASS의 필수 요구사항은 장애물, 수심, 선박 조종성을 고려하여 미리 결정된 해상 경로를 따라갈 수 있는 능력입니다.

악천후로 인해 이 경로에서 벗어날 경우 충돌, 접촉 또는 좌초 사고와 같은 심각한 위험이 발생할 수 있습니다.따라서 자율 선박은 편차에 효과적으로 저항할 수 있는 메커니즘을 갖추는 것이 바람직합니다.

그러나 자율 선박의 경로 추종 성능을 평가하는 현재 방법은 단순화된 수학적 선박 모델에 의존합니다.불행하게도 이러한 모델은 선박의 선체, 프로펠러, 방향타 및 외부 하중 간의 복잡한 상호 작용을 포착할 수 없어 경로 추종 성능에 대한 부정확한 추정이 가능합니다.

또한, 국제해사기구(International Maritime Organization)의 에너지 효율 설계 지수(Energy Efficiency Design Index)에 대응하여온실가스 배출, 해양 환경 보호 위원회는 악천후 조건에서 선박 조종성을 유지하는 데 필요한 최소 추진력을 결정하기 위한 지침을 제공했습니다.

이러한 지침과 경로추종 성능 평가의 필요성에 비추어, 한국해양대학교 항해융합학부 김대정 조교수가 이끄는 다국적 연구진이 최근 경로추종 성능 평가에 대한 연구를 진행했습니다.악천후 조건에서 저속에서 LOS(시선) 유도 시스템과 결합된 자유 실행 전산유체역학(CFD) 모델을 사용하여 MASS의 성능을 향상시킵니다.

"우리는 점성 및 난류 효과와 경로 추종 문제에 중요한 자유 표면 분해능을 통합할 수 있는 완전 비선형 비정상 Reynolds-Averaged Navier-Stokes 솔버를 기반으로 한 CFD 모델을 사용하여 경로 추종 성능을 더 잘 예측할 수 있었습니다."라고 말합니다.김 박사.

그들의 연구 결과는해양공학.

팀은 자율 LOS 유도 시스템을 갖춘 인기 있는 KRISO 컨테이너 선박 모델의 CFD 기반 분석을 사용했습니다.악천후 조건은 선수파, 빔파, 4등분파로 인한 교란으로 모델링되었으며, 이 세 가지 사례는 경로 추종 성능에 대한 전진 속도의 영향을 확인하기 위해 세 가지 다른 속도에서 연구되었습니다.

시뮬레이션 결과 선박은 세 가지 경우 모두에서 진동 편차를 경험한 것으로 나타났습니다.선수파와 빔파의 경우, 추진력이 증가함에 따라 이러한 편차가 감소했습니다.흥미롭게도 4등분파의 경우 추진력은 편차에 미미한 영향을 미쳤습니다.

또한 선박의 요동 및 피치 반응은 입사파의 방향에 크게 영향을 받았습니다.또한 세 가지 경우 모두 롤 진폭은 지속적으로 1.5도 미만이었습니다.그러나 팀은 경로 추종 성능을 향상시키는 데 있어 속도 증가의 효과를 확인할 수 없었습니다.

김 박사는 이러한 연구 결과의 의미를 자세히 설명하면서 "제안된 CFD 기반 모델은 자율 해상 항해의 안전성을 높이는 데 귀중한 기여를 할 수 있습니다. 또한 모델 규모의 자유 항해에 대한 저렴한 대안을 제공할 수도 있습니다.실험이나 본격적인 해상 시험을 진행 중입니다."

요약하면, 이 연구는 악천후 조건에서 저속에서 MASS의 경로 추종 성능을 분석하기 위한 기반을 마련하고 보다 안전한 자율 해양 항해를 보장하는 데 도움이 될 수 있습니다.

추가 정보:김대정 외, 저속에서 악천후 조건에서 해상자율수상선(MASS)의 경로추종 제어 문제,해양공학(2023).DOI: 10.1016/j.oceaneng.2023.115860

제공자:국립한국해양대학교