불규칙파중의 파강제력

Fig.4.1.12 Surge Impulse Response Function - Truss Spar

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

τ [sec]

-50.0 -25.0 0.0 25.0 50.0

h(1) FX(τ)

Fig.4.1.13 Heave Impulse Response Function - Truss Spar

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

τ [sec]

-20.0 -10.0 0.0 10.0 20.0

h(1) FZ(τ)

Fig.4.1.14 Pitch Impulse Response Function - Truss Spar

-20.0 -15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0 15.0 20.0

τ [sec]

-10.0 -5.0 0.0 5.0 10.0

h(1) MY(τ)

(2) 파강제력의 시간력

평균주기 1.0sec, 유의파고 4cm인 불규칙파중에서 각 모형에 작용하는 파강제력

특성을 조사하였으며 여기서는 Truss Spar에 대한 시간력은 생략하였다.

Fig.4.1.15는 불규칙파의 시간력을 나타내고, Fig.4.1.16∼18에서는 Classic Spar에 대해 각 모드별로 이론계산된 강제력 및 강제모멘트의 시간력을 나타내고 있다.

Fig.4.1.19∼21에서는 이론계산과 실험결과의 비교를 위하여 Classic Spar에 대해 각 모드별로 측정한 실험값에 대한 시간력을 나타내고 있다. 이에 따르면 Surge와 Pitch는 이론치에 비해 실험치가 좀 크게 나타나는 반면, Heave 강제력은 이론치 가 다소 크게 평가되고 있다. 이는 실험에서 재현된 파가 저주파수 성분을 많이 포함하여 긴 파장을 가진 성분파는 천수로 되어 그에 따른 영향으로 사료된다.

Fig.4.1.15 Time History of Wave Elevation [H1/3=4cm, T=1.0sec]

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.04 -0.02 0.00 0.02 0.04

Wave Elevation [m]

Fig.4.1.16 Time History of Surge force (Numerical)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.70 -0.35 0.00 0.35 0.70

FX [kgf]

Fig.4.1.17 Time History of Heave force (Numerical)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20

FZ [kgf]

Fig.4.1.18 Time History of Pitch Moment (Numerical)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10

My [kgf-m]

Fig.4.1.19 Time History of Surge force (Experiment)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.70 -0.35 0.00 0.35 0.70

FX [kgf]

Fig.4.1.20 Time History of Heave force (Experiment)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.20 -0.10 0.00 0.10 0.20

FZ [kgf]

Fig.4.1.21 Time History of Pitch Moment (Experiment)

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0 140.0 160.0 180.0

Time [sec]

-0.10 -0.05 0.00 0.05 0.10

My [kgf-m]

(3) 파강제력의 스펙트럼

여기서는 상기 시간력에서 얻어지는 스펙트럼으로부터 불규칙파중에서의 파강 제력의 양상을 검토한다. Fig.4.1.22는 불규칙파의 스펙트럼을 나타내고 있으며, 여 기서 주기 1.0sec, 유의파고 4cm의 목적 스펙트럼을 점선으로 나타내고 실선은 계 측된 파의 스펙트럼이다. 본 수조의 특성과 천수의 영향으로 계측스펙트럼의 평균 주기가 조금 길어지는 것으로 나타난다.

Fig.4.1.23∼25에서는 Classic Spar에 대한 각 모드별로 이론계산과 실험에 의한 강제력 및 강제모멘트의 스펙트럼을 비교하여 나타내고 있다. 이에 따르면 역시 Surge와 Pitch에 대한 스펙트럼은 이론치에 비해 실험치가 크게 나타나는 반면, Heave 강제력에 대한 스펙트럼은 이론치가 다소 크게 평가되고 있다. 이는 강제 력의 시간력 설명에서 언급한 바와 같이 천수파의 영향으로 사료된다.

Fig.4.1.26∼27에서는 이론계산과 실험결과의 비교를 위하여 Classic Spar에 대 해 각각 Surge와 Heave모드의 실험값과 이론값을 비교하고 있다. 여기서도 Surge 강제력의 경우에는 실험값이 과대평가되며, Heave 강제력은 앞에서 언급한 바와 같이 Heave Plate의 영향으로 이론치가 과대 평가되면서 피크치의 주기는 고주파 수 영역으로 옮겨가는 것을 알 수 있다.

Fig.4.1.22 Wave Spectra between Target and Measuring

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.00 0.02 0.04 0.06

Spectra [m2 -sec, X10-3]

Experiment Numerical

Fig 4.1.23 Surge Force for Classic Spar

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.0 4.0 8.0 12.0

Spectra [kgf2-sec, X10-3]

Experiment Numerical

Fig.4.1.24 Heave Force for Classic Spar

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.0 0.4 0.8

Spectra [kgf2-sec, X10-3]

Experiment Numerical

Fig.4.1.25 Pitch Moment for Classic Spar

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.0 5.0 10.0 15.0

Spectra [(kgfm)2-sec, X10-5]

Experiment Numerical

Fig.4.1.26 Surge Force for Truss Spar

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.0 2.0 4.0

Spectra [kgf2-sec, X10-3]

Experiment Numerical

Fig.4.1.27 Heave Force for Truss Spar

0.0 4.0 8.0 12.0 16.0

ω [rad/sec]

0.0 0.5 1.0 1.5

Spectra [kgf2-sec, X10-3]

Experiment Numerical

(4) 유의치 비교

여기서는 두가지 주기와 유의파고를 가지는 불규칙파중에서 각 모형들에 작용 하는 파강제력의 유의치를 비교한다. Fig.4.1.28은 Surge 파강제력의 유의치로 Classic Spar, Truss Spar 및 Truss의 원통부만에 대한 것을 각 불규칙파에 따른 변화량을 비교하여 나타내었다. Surge 강제력의 유의치는 전 파랑에 걸쳐 Classic Spar에 비해서 Truss Spar의 경우가 현격하게 감소되며, Truss Spar는 Heave Plate를 부착한 트러스부분이 있더라도 파강제력에는 거의 영향을 미치지 않는다 는 것을 알 수 있다.

Fig.4.1.29는 Heave 강제력의 유의치로 Classic Spar, Truss Spar 및 Truss의 원통부에 대한 것을 각 불규칙파에 따른 변화량을 비교하여 나타내었다. Truss Spar에서 원통부만 있는 경우에 비하여 트러스부분을 부착함으로서 전 파랑에 대 해 Heave 강제력이 현격하게 감소함을 알 수 있다. Classic Spar와의 비교에서는 주기 1.0sec의 경우에는 Truss Spar가 다소 크게 나타나지만 오히려1.2sec의 경우 에는 Truss Spar의 Heave 강제력이 보다 감소하게 된다. 이는 불규칙파의 평균주 기에 따라서 파강제력이 달라짐을 나타내고 있다.

Fig.4.1.28 Signification Value of Surge Force for Each Models

Classic Spar Truss Spar Hull Part of Truss Spar 0.00

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25

Significant Value

t = 1.0 sec, Hs = 2cm t = 1.0 sec, Hs = 4cm t = 1.2 sec, Hs = 4cm t = 1.2 sec, Hs = 2cm

0.1016

0.0620 0.0580

0.1928

0.1232

0.1148

0.0886

0.0475 0.0480

0.1724

0.0982 0.0940

Fig.4.1.29 Signification Value of Heave Force for Each Models

Classic Spar Truss Spar Hull Part of Truss Spar 0.00

0.02 0.04 0.06 0.08

Significant Value

t = 1.0 sec, Hs = 2cm t = 1.0 sec, Hs = 4cm t = 1.2 sec, Hs = 4cm t = 1.2 sec, Hs = 2cm

0.0132

0.0212

0.0257 0.0279

0.0412

0.0534

0.0170 0.0166

0.0292 0.0376

0.0323

0.0617

4.1.3 과도수파중의 파강제력