어선 조종성능 특성에 관한 연구

국제해사기구 (IMO, International Maritime Organization)에서는 선박의 해상 안전 확보를 위하여 2002년도에 선박의 조종성능 (선회성능, 보침성능, 정지성능 등)의 기준을 제정하였고, 2004년 이후에 건조되는 길이 100미터 이상의 어선을 포함한 모든 선박은 IMO의 조종성능 기준을 충족하여야 한다. 만약 실선 시험을 통하여 선박의 조종성능 기준을 충족하기 위해서는 막대한 시간과 공간, 인력 그리고 예산 등이 소모되며, 충족하지 못한다면 수리나 개조에 대규모 손실이 발생할 것이다. 이에 조선소 설계 실무에서는 선박 설계 단계에서부터 저항시험, 자항시험, 프로펠러 단독 성능 시험 등을 기반으로 조종성능을 추정하기 위한 모형 시험을 수행하고 있고, 연구자들에 의한 좀 더 명확한 추정을 위한 연구가 현재에도 활발히 진행 중에 있다. 그러나 이러한 연구의 대부분은 상선 중심으로 이루어지고 있고, 아직까지 국내에서의 어선 조종성능 추정에 관한 연구로는 부표 방위반법과 DGPS에 의한 방법 비교 (Ahn et al., 2001), 타각과 선속에 따른 선회권 변화 분석 (Kim et al., 2005), DGPS 위치 데이터 수신 시스템을 이용한 운동과정 분석 (Kim et al., 2009), "Z" 시험에 의한 조종성능 연구 (Shin et al., 2015) 등 건조 이후의 실선을 통한 분석 연구가 대부분이며, 설계 단계에서부터 추정한 연구는 미흡한 실정이다. 설계 단계에서부터 선박의 조종성능을 추정하는 방법에는 모형시험과 실선 시운전 시험 결과에서 도출한 경험식이나, 전산 유체역학 (CFD, Computational Fluid Dynamics)기반의 방법 등이 있으나, 실무에서는 주로 경험식을 이용하여 선박의 초기 조종성능을 추정하는 추세이다. 경험식을 통한 추정법에는 Kijima et al.(1999)가 제안한 식이 널리 이용되고 있는데, 선박의 기본 제원 (선장, 너비, 흘수 등)과 선형을 표현하는 데이터를 이용하여 선박의 조종성능을 추정하였다. 그러나 이후 선미의 형상 (U or V Type)이 조종성능에 큰 영향을 미친다는 연구 결과를 통해 선미형상을 표현하는 변수 (선체 후반부의 주형계수, 선체 후반부의 수선면적계수 등)를 포함한 선미형상을 고려한 새로운 경험식을 제안하였다. 하지만 이러한 경험식들은 실선 시운전 시험 결과들을 회귀 분석하여 만들어지는데, 이 때 사용되는 기본 데이터의 대부분은 상선에서 얻어졌으며, 어선의 기본 데이터는 포함되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 현재 건조하고 있는 G/T 3,000톤급 부경대학교 어업실습선 가야호 대체선박 (Stern trawler)인 모델선박의 조종성능을 Kijima et al.(1999)의 상선 기반으로 개발된 두 가지 경험식 (선미형상을 고려하지 않은 경험식과 고려한 경험식)을 바탕으로 한 시뮬레이션을 수행하여 추정하였다. 그리고 동일한 선종의 재래 어업실습선인 부경대학교 가야호와 군산대학교 해림호 (이하 A선박, B선박이라 한다.)의 실선 시운전 시험 당시의 선회 궤적의 형태와 비교, 분석하여 상선 기반으로 개발된 Kijima et al.(1999)의 경험식이 어선의 조종성능 추정에 미치는 영향을 연구하였다.