60계열(CB=0.60) 선박의 선형개발에 대한 연구

A Study on the Hull-form Development of Series 60(CB=0.60) Ship

본 논문의 내용은 선박 형상 설계 자동화에 관한 것이다. 최근에 비약적인 발전을 거듭하고 있는 전산유체역학을 사용한 유동장 해석기법과 최적화 기법 그리고 선박 형상 자동 변경 기법을 접목하여 신뢰할 수 있는 선박 형상 설계 자동화를 실현하는 것이다. 본 연구에서는 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 목적함수인 선박의 저항을 추정하기 위하여 자유수면의 비선형성과 선박의 자세를 고려한 포텐셜기저 패널법을 적용하였고, 최적화 기법으로는 최적점을 찾는데 탁월한 속도감을 보여주고 있는 것으로 알려진 순차이차계획법(sequential quadratic programming)을 채택하였으며, 선박 형상 자동 변경 기법으로는 가우시안형 수정함수법(Gaussian-type modification function method)를 개발하여 적용하였다. 이와 같은 기법들을 적용하여 개발된 선박 형상 설계 자동화 프로그램을 사용하여 선박의 형상 중 가장 기본적인 형상을 가지는 60계열(CB=0.6) 선박에 적용하여 선박형상 설계 자동화를 수행하였다. 60계열(CB=0.6) 선박은 구상선수를 가지지 않는 선박이다. 그런데 선박형상 설계가 이루어진 선속 FN=0.316에서는 대부분의 선박이 구상선수를 채택하므로 최적화 과정 중 선박이 실제 구상선수를 발생하는 방식으로 진화를 해나가는지에 대하여 고찰하고자 하였으며, 최적 형상을 찾아가는 반복계산 중 변경된 선박의 형상이 실제 선박의 설계에 적용할 수 있을지에 대한 여부도 점검하였다. 적용된 저항추정기법의 타당성을 검증하기 위하여 기준 선박인 60계열(CB=0.6) 선박에 대하여 수치해석을 수행하고 그 결과를 모형시험을 수행하여 얻은 실험값과 비교하였다. 최종적으로 선박 형상 설계 자동화를 수행하여 도출된 선박과 기준 선박과의 비교를 통하여 적용된 선박 형상 설계 자동화 프로그램의 유용성을 검증하였다.

The contents of this paper are related to ship’ hull-form design automation. It is expected to realize automation of reliable hull-form design by combining optimization technique, hull-form automatic change technique and a flow field analysis technique, using computational fluid dynamics, which has been recently developed rapidly. In order to achieve this goal, the potential base panel method is applied to estimate the resistance of the ship, which is an objective function, in consideration of the non-linearity of the free surface and trim and sinkage of the ship. The sequential quadratic programming, which is known to show an excellent speed in finding the optimum point, is adopted as the optimization technique. The Gaussian-type modification function method was developed and applied to the ship shape automatic change method. However, in the case of the ship shape designed FN = 0.316, most of the vessels adopt the bulbous bow, so that the ship evolves in the way of generating the actual bulbous bow during the optimization process. It was also checked whether the shape of the modified ship could be applied to the actual ship design. In order to verify the validity of the applied resistance estimation technique, numerical analysis was carried out for the series 60(CB=0.6) ships as a reference vessel and the results were compared with experimental values obtained by model tests. Finally, we verified the usefulness of the ship shape design automation program applied through the comparison between the optimized ship and the original ship.