Theoretical Analysis of Linear Maneuvering Coefficients with Water Depth Effect

수심의 영향을 고려한 선형(線形) 조종성 계수의 이론적 해석

Theoretical calculations are carried out for the estimation of linear maneuvering coefficients of a ship moving in shallow water region. Hydrodynamic forces and moments acting on a maneuvering ship are modelled based on a slender body theory, from which integro-differential equation for the unknown inner stream velocity is derived. Numerical algorithms fur solving this equation are described in detail. By considering water depth effects in the mathematical model, variations of maneuvering coefficients with water depth are studied. Programs are developed according to this method and calculations are done for Mariner, Series 60 and Wigley hull forms. For the verification of the programs, calculated results are compared with some analytic solutions and with published experimental results, which show good agreements in spite of many assumptions included in the mathematical model. It is expected that this method can be used as a preliminary tool for the estimation of maneuverability coefficients of a ship in shallow water region at its initial design stage.

본 논문에서는 천수역에 위치한 선박의 선형(線形) 조종성 계수를 추정하기 위한 이론적인 해석법에 대한 연구가 수행되었다. 세장체 이론을 사용하여 선체 주위의 유동을 모델화하였으며, 이로부터 물체 근처의 내부 유체 영역에서의 횡방향 유속에 대한 적 미분 방정식을 유도하였다. 이의 수치해법에 관하여 자세히 기술하였고, 특정 경우에 대한 이론해와 계산 결과를 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 이 적 미분 방정식의 해를 이용하여 선체의 선형(線形) 조종성 계수를 추정할 수 있다. Mariner. Series 60, Wigley 선형에 대한 계산을 수행하였으며, 기존의 실험 결과와 비교하여 보았다. 조종 운동을 하고 있는 선체 주위의 복잡한 유동을 모델화하는 과정중에 포함된 여러 가지 가정에도 불구하고, 계산 결과는 실험 결과와 정성적, 정량적으로 잘 일치하며, 선박의 초기 설계 단계시 수심에 따른 기본적인 조종성 변화를 추정할 수 있을 것으로 생각된다.