전산유체역학을 이용한 선박의 조종 성능 예측 기법에 관한 연구 = A Study on the Prediction Method for Manoeuvrability of Ship by Using CFD

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 선박의 조종운동에 대한 연구에 있어, CFD의 정확도 및 활용 가능성을 검토하기 위한 기초 연구이다. 오픈소스 CFD프로그램인 OpenFOAM에서 제공하는 중첩 격자(overset mesh) 기능을 이용하여 이상(two phase)유동에서의 타 단독성능 계산 및 선박의 저항성능 계산을 수행함으로써 overset 기법의 적용 가능성을 확인하였다. 또한, 적용된 기법을 이용하여 선박의 자항 성능을 추정하기 위해 선박의 실제 프로펠러 형상을 대신하여 Golden stain의 body-force method를 이용해 추력을 구현하였다. 이를 통해 나온 해석 결과를 모형시험과의 비교를 통해 결과의 타당성을 검증하였다. 최종적으로 선박의 자유 항주를 재현할 수 있는 라이브러리를 개발하고, 자유 항주 모형시험 및 구속모형시험을 통한 MMG(Mathematical Model Group)기반의 조종성능 추정 결과와 비교하여 CFD기반의 조종성능 해석 정확도 및 활용성을 검토하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study is a fundamental study to examine the accuracy and usability of CFD(Computational Fluid Dynamics) for the manoeuvrability of ships. We confirm the applicability of the overset technique by performing rudder open water calculations and ship resistance performance calculations in two phase flows using the overset mesh function provided by an open-source CFD tool kit(OpenFOAM). Furthermore, thrust was implemented using Golden stein's body-force method instead of the vessel's actual propeller shape to estimate the self-propulsion performance. The analysis results from calculation were compared with the model test to verify the validity of the results.Finally, we have developed a library for reproduce the ship's free sailing and confirmed the accuracy and usability of CFD-based manoeuvring performance analysis compared with the results of the Mathematical Model Group (MMG) based manoeuvring performance and free sailing model tests.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구 배경 1
• 1.2 연구 범위 4
• 2. Numerical Method 5
• 2.1 선박조종운동 방정식 5
• 2.2 수치 해석 기법 7
• 2.2.1 지배방정식 8
• 2.2.2 수치 기법 12
• 2.2.3 중첩 격자 기법 15
• 3. CFD해석 및 결과 검증 18
• 3.1 타 단독 시험 해석 18
• 3.2 저항성능 해석 27
• 3.3 자항성능 해석 32
• 3.4 조종성능 해석 37
• 3.4.1 선박 조종 알고리즘 39
• 3.4.2 조종 운동 결과 검토 44
• 4. 결론 54
• 5. 참고문헌 56