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년 월 2017 2 석사학위 논문

관광형 세미크루즈선 (G/T 1,000 톤급 의 ) 거주공간 구조설계에 관한 연구

조선대학교 대학원

선박해양공학과

신 동 현

관광형 세미크루즈선 (G/T 1,000 톤급 의 ) 거주공간 구조설계에 관한 연구

A study on the structural design of accommodation zone for sightseeing type Semi-Cruise ship(G.T 1000-ton class)

년 월 일

2017 2 24

조선대학교 대학원

선박해양공학과

신 동 현

관광형 세미크루즈선 (G/T 1,000 톤급 의 ) 거주공간 구조설계에 관한 연구

지도교수 : 방 희 선

이 논문을 공학 석사학위신청 논문으로 제출함

년 월

2016 10

조선대학교 대학원

선박해양공학과

신 동 현

신동현의 석사학위논문을 인준함

위원장 조선대학교 특임교수 방 한 서 ( ) 인

위 원 조선대학교 부교수 방 희 선 ( ) 인

위 원 조선대학교 조교수 주 성 민 ( ) 인

년 월

2016 11

조선대학교 대학원

CONTENTS

List of Figures ··· Ⅲ List of Tables ··· Ⅵ Abstract ··· Ⅶ

장 서 론

1 . ··· 1 연구 배경 및 목적

1 . 1 ··· 1 연구 배경

1.1.1 ··· 1 연구 목적

1.1.2 ··· 2 크루즈 및 엔터테인먼트

1 . 2 ··· 5 세미크루즈의 개념정리

1.2.1 ··· 5 엔터테인먼트 개념정리

1.2.2 ··· 7

장 연구 개념 및 방법

2 . ··· 10

세미크루즈선의 모델링 입체설계

2 . 1 3D ··· 10 관광형 세미크루선의 관련 구조설계

2 . 2 ··· 14 선급 법규에 적용한 기본설계

2.2.1 ··· 14

장 직접구조해석 및 복원성 고찰

3 . ··· 40 관광형 세미크루즈선의 관련 구조설계

3 . 1 ··· 40

상부구조물 차 지지부의 직접강도 해석

3.1.1 1 ··· 40

선박의 안정성 평가를 위한 복원성능 계산

3.1.2 ··· 57

장 결 론

4 . ··· 64

참고문헌 ··· 65

List of Figures

그림 1-1 관광형 세미크루즈선의 생산공정 ··· 3

그림 1-2 관광형 세미크루즈선의 개발 목표 및 내용 ··· 4

그림 1-3 크루즈선의 규모 목적별 분류, ··· 6

그림 1-4 환상 감성 놀이 예술중심의 사회트렌드/ , / ··· 6

그림 1-5 엔터테인먼트 산업의 정의··· 8

그림 2-1 대형선박에 쓰이는 선체조립도··· 10

그림 2-2 선각모델링(1) ··· 11

그림 2-3 선각모델링(2) ··· 11

그림 2-4 선각모델링(3) ··· 11

그림 2-5 선각모델링(4) ··· 11

그림 2-6 설계선의 선도 ··· 11

그림 2-7 중앙단면도··· 11

그림 2-8 크루즈선의 3D 모델링 외관( ) ··· 12

그림 2-9 탈출경로 ··· 12

그림 2-10 선체의 와이어 프레임 모델링 ··· 12

그림 2-11 모델링 순서도 ··· 13

그림 2-12 기본설계 순서도 ··· 14

그림 2-13 속력 유효마력의 추정절차/ ··· 25

그림 2-14 특수 부가설비에 대한 동력증가량/ ··· 26

그림 2-15 선형별 단면 형상 ··· 26

그림 2-16 Model별 측면 형상 ··· 27

그림 2-17 선미부 형상 3D 모델링 ··· 27

그림 2-18 선수부 형상 3D 모델링 ··· 27

그림 2-19 선도 및 선체 촌법표··· 28

그림 2-20 일반배치도 ··· 29

그림 2-21 기관실 전체장치도··· 29

그림 2-22 강재배치도··· 29

그림 2-23 중앙단면도··· 29

그림 2-24 외판전개도··· 30

그림 2-25 외판 3D 모델링··· 30

그림 2-26 중앙부 구조도··· 31

그림 2-27 선미부 구조도··· 31

그림 2-28 항해갑판 구조도··· 32

그림 2-29 B Deck 구조도··· 32

그림 2-30 램프 구조도··· 32

그림 2-32 선수 구조도··· 33

그림 2-33 스트러트 구조도··· 33

그림 2-34 스트러트 3D 모델링··· 33

그림 2-35 타 구조도··· 34

그림 2-36 타 3D 모델링··· 34

그림 2-37 축계 장치도··· 34

그림 2-38 축계장치 3D 모델링··· 34

그림 2-39 채광통풍장치도··· 35

그림 2-40 계선계류장치도··· 35

그림 2-41 교통장치도··· 36

그림 2-42 마스트 구조도··· 36

그림 2-43 소화구명장치도··· 37

그림 2-44 방화구조도··· 37

그림 3-1 선박구조기준 적용··· 40

그림 3-2 선박의 엔터테인먼트를 고려한 구조··· 40

그림 3-3 Drawing of F.E Analysis Area ··· 43

그림 3-4 F.E. Model of Analysis Area ··· 43

그림 3-5 Applied Deck Loading ··· 44

그림 3-6 Boundary Condition of F.E. Model ··· 45

그림 3-7 Loading Condition ··· 54

그림 3-8 Von-Mises Stress ··· 56

그림 3-9 용적도··· 57

그림 3-10 탱크 3D 모델링··· 57

List of Table

표 1-1 크루즈선과 정기여객선의 차이··· 5

표 1-2 엔터테인먼트의 특성··· 9

표 2-1 1000톤 미만 급 선박 설계 시 적용해야 할 법규··· 15

표 2-2 기관실 장비··· 16

표 2-3 유사 실적선 주요 요목··· 17

표 2-4 실적선 및 계획선의 주요 제원비··· 18

표 2-5 유사 실적선의 재화중량 주요 요목··· 19

표 2-6 Condition ··· 20

표 2-7 선급규정에 따른 강도계산··· 38

표 3-1 주요 요목··· 41

표 3-2 Material Details of Mechanical Properties ··· 41

표 3-3 Material Details of Chemical Compositons ··· 42

표 3-4 Material Detail of SM400 ··· 42

표 3-5 Design Deck Loadings ··· 44

표 3-6 Permissible Stress of F.E. Model ··· 46

표 3-7 Stress Results for Loading Condition ··· 47

표 3-8 Stress Result for Pillar Area ··· 55

ABSTRACT

A study on the structural design of accommodation zone for sightseeing type Semi-Cruise ship(G.T 1000-ton class)

Shin Dong Hyun

Advisor : Prof. Bang, Hee-Seon, Ph.D.

Department of Naval Architecture and Ocean Engineering,

Graduate School of Chosun University

Development of semi-cruise ship that can safely be available for public is required to cope with the rapid change in the world shipbuilding market.

In this study, for semi-cruise ship of 1,000-ton class, optimal design is possible to establish optimal size and add efficiency of space arrangement through 3D modeling design. In sequence of design, first step was establishment of 3D modeling and then performance verification with determination of principal dimension was performed for 3D model.

Therefore, the purpose of this study is to evaluate the structural stability of deck structure in pleasure ship when the pillar (Fr. 83) positioned between Upper Deck and A-Deck was removed to free up space.

MSC. Patran was used for making analysis model as pre-post processor and also Nastran was used for analysis as solver program.

As a result of structural analysis, the stress values for all load cases were acceptable for permissible stress (182.45 N/mm2) and max.

Von-mises stress was 177.2 N/mm2 under combination of primary and secondary loading condition. Consequentially, validity of removal of pillar was verified because the upper deck structure had acceptable strength when pillar of Fr. 83 was removed on A-deck.

제 1 장 서 론

연구 배경 및 목적 1.1

연구배경 1.1.1

한국수출보험공사는 세계 조선 산업 현황 및 전망 보고서에서 한국 및 세계 조‘ ’ 선시장은 '06 , '07년 년 두 자릿수의 수주량 증가를 기록하며 급속히 성장하였으나, 년 세계 조선 수주량이 가량 급감하며 조선 산업이 위기에 접하고 있다는

'08 , 40%

의견이 대두되고 있다고 밝혔다 또한. '07년 하반기부터 시작된 세계 경제 둔화 현 상이 '10년에도 지속되고 있으며 서브프라임 모기지 사태로 인한 국제금융시장 불 안이 지속되고 있는 상황에서 조선시장의 침체에 대응할 수 있는 특화된 고부가가 치 세미크루즈선의 설계기술개발이 필요한 실정이다.

급변하는 세계 조선시장의 변화에 대응하기 위하여 해양개발 기본계획에서는 관 광산업 및 해양 관련 산업 분야를 미래의 핵심 산업으로 발전시키고 해양산업에 국민적 관심을 높이는 것을 주목표로 하고 있으며 이 목표를 달성하기 위해서 해, 양스포츠 및 해양레저 장비의 개발과 함께 국민 다수가 안전하게 이용할 수 있는 해양 관광형 유람선 세미크루즈 개발이 필요하다( ) .

크루즈선은 조선공업의 차세대 전략선종으로 반드시 건조기술을 확보하여야 하 는 선박으로 조선기술 뿐 아니라 연관된 기자재 사업 및 레저 문화 등에도 영향을, 미치는 종합시스템사업으로 중소기업간 역할분담에 의해서 기계부품 실내장식 추, , 진장치 건조기술 등 중장기적으로 고부가가치 기자재 기술개발 해외마케팅 강화, , 및 국제표준 활동 강화를 통한 수출 경쟁력 강화가 요구되고 있으며 특히 우리나, 라의 대외 시장개방에 따른 후발자의 이익이 감소되어 가는 가운데 과거의 조립가 공위주의 제품개발 활동에서 탈피하여 자체 기술개발에 전력해야 할 실정이다.

육상레저 자원의 한계로 포화상태에 도달하여 선진국형의 해양레저 및 수상 레

포츠 쪽으로 저변이 확대되고 있어 향후 경제 성장과 여러 가지 지리적 사회적 여, 건으로 볼 때 해양레저 산업의 규모는 조만간 급속히 팽창할 전망이나 현재는 사 회 경제적 기반조성이 미흡하여 큰 가시적 발상을 보이고 있지 못하지만, 2012 여 수세계박람회를 위해서는 관광 상품의 다양화와 해양문화의 상품화를 위해 많은 연구와 노력이 필요할 것이며 아직은 취약한 해양산업을 활성화 시키고 해양레저 활동의 기반을 조성해가야 할 것이다.

일반 상선은 설계 건조 등 모든 분야에서 국내의 기술이 세계를 선도하고 있고, , 지난 수년간 건조 실적 및 기술을 축적하였지만 크루즈 선박은 보다 높은 안전성, 확보 및 다양한 엔터테인먼트(Entertainment)를 고려한 공간배치에 따른 추가적인 기술과 경험이 요구된다.

크루즈선의 성공적인 건조를 위해서는 조선 산업뿐만 아니라 인테리어 기자재, , 마감재 등 다양한 산업분야에서의 경쟁력 및 전문 인력 확보가 요구되는 바 본 연 구를 통하여 열악한 국내 크루즈선의 연구시발점이 되도록 한다.

연구목적 1.1.2

시뮬레이션을 이용한 가상 설계 1)

최근 대형조선소를 중심으로 조선 산업에서도 3차원 선박전용 CAD시스템의 도 입 차세대 생산계획 시스템 구축 등, PLM과 가상생산의 요소기술을 설계와 생산 프로세스에 적용하기 위한 노력이 진행 중에 있는 반면 시스템 구축에 고가의 소 프트웨어와 고급 개발자를 필요로 함으로써 현재 국내 중소 조선 산업 여건에 적, 용하기에는 현실적으로 적절하지 못한 부분이 있다.

조선 산업은 일반 산업기계나 자동차 전자제품 등의 공업형태와는 다른 특이한, 형태 그림( 1-1) ,로 영업형태의 철저한 주문생산으로 이루어지며 제품의 개발이 생산 에 선행되지 못하고 개발과 생산이 병행되어야 하는 특징이 있다.

그림 1-1 관광형 세미크루즈선의 생산공정

관광형 세미크루즈선 개발과정의 경우 제조 프로세스를 중심으로 진행되며 제조, 과정이 상대적으로 매우 길고 설계과정은 최소의 필요한 요건을 갖추기 위해서만, 진행되고 있는 경향이 있다 설계과정 또한 선형설계 구조설계 인테리어 레이아. , , 웃 설계 장비 및 시스템 설계 등의 과정이 대부분 독립적으로 진행되고 있다, .

시뮬레이션 기반설계(Simulation Based Design)의 본격적인 도입으로 설계 시나 리오와 설계 검증의 방법이 다양화할 필요가 있으며 선박 계약 시 제안되는 선박 의 형태 규모 구획 배치는 발주자의 요구사항을 모두 수용하여야 하나 기존, , 2차 원 선박전용 CAD 설계도서는 일반인은 이해하기 어려우므로 본 연구에서는 초기, 설계 결과를 바탕으로 성능과 제작성을 제작공정 전에 검증하기 위한 방안을 마련 하고 기존에 그 유용성이 검증된 상용패키지를 적용함으로써 가상 설계검증 기술, 을 개발하고자 한다.

또한 개발된 선박을 다수 제작 하는 경우 혹은 후속선박의 실적선 데이터로써 활용하는 경우에는 그 파급효과가 더 크다고 할 수 있다.

본 연구에서는 다음과 같은 레저선박 개발과정의 특성을 고려하여 PLM 및 가상 생산 기술을 적용하고자 한다.

- 엔터테인먼트를 고려한 세미크루즈선의 적정규모 설정 공간배치의 효율성 증대, 감성 미학을 고려한 과학적인 외부형태

- ,

독자적인 기술개발로 외국 선박과의 경쟁력 확보 및 경영수지 개선 -

선형설계 구조설계 익스테리어 및 인테리어 설계 등의 결과를 바탕으로 디지털 목, , 업(DMU : Digital Mock-Up)을 구축하고, DMU 모델을 중심으로 성능검증 및 설계검 토를 실시하여 제작 검증하도록 한다 더 나아가서는 이러한 설계결과를 반영한, . DMU 모델을 활용하여 제작성을 사전에 확인함으로써 제조공정의 특성을 사전에 가상으로, 검증하고 제작과정 중에 발생할 수 있는 오류를 최소화 할 수 있도록 한다, .

목표 및 내용 2)

그림 1-2 관광형 세미크루즈선의 개발 목표 및 내용

크루즈 및 엔터테인먼트 1.2

세미크루즈의 개념정리 1.2.1

크루즈선의 정의 1)

크루즈선은 일상적 또는 상업적 목적으로 이용하는 것이 아니라 여가를 즐기기 위하여 이용하는 선박을 말하며 운항의 정기성 객실 등급 선박의 내부시설 예약, , , 관리 및 승무원 서비스에 따라 정기여객선과 구분된다.

표 1-1 크루즈선과 정기여객선의 차이

구 분 크루즈선 정기여객선

운항의

정기성 부정기 운항 일부 정기 운항( ) 정기 운항

객실 등급 다양한 등급 적은 등급

선박 시설 호텔이나 리조트 수준의

다양한 편의시설 최소한의 숙식시설 중심

예약관리 복잡 정기적인 예약관리, 비교적 단순한 예약관리

승무원 서비스

승객활동 중심의 다양한 서비스 지향

승객안전과 운송 등 기본적인 서비스

표 1-3 에서와 같이 크루즈선은 일반적으로 정해진 시기가 아닌 승객의 요구에 따라 운항되는 부정기 운항이다 단순한 이동을 목적으로 하는 정기 여객선과 달리. 크루즈선은 배 안에서도 여가를 즐길 수 있는 시설을 포함하고 있어 배를 타는 순 간 여행이 시작한다고 할 수 있다 때문에 크루즈선의 이용은 여행의 일부이며 여. 행사를 통하여 다음 목적지의 여행까지 연계되는 것이 보통이다 크루즈선의 예약. 관리가 복잡해지는 것 역시 여행사를 통해서 이루어지기 때문이다.

우리나라에서는 크루즈선에 대한 인식은 출발한 곳으로 돌아오는 단순한 관광의

유람선을 떠올릴 정도로 그 인식이 부족하여 외국에 비해 크루즈선의 발전은 더딘 편이었으며 그 수와 종류도 다양하지 못하다 하지만 우리나라는 삼면이 바다로 둘. 러싸여 있고 40여개의 항구가 있어 크루즈선의 발전 가능성은 충분히 높은 편이다.

크루즈선의 분류 2)

여객선에 속하는 크루즈선은 관광을 목적으로 하는 유람선과 운송과 이동을 목 적으로 하는 페리와 구분되며 크루즈선은 이동과 관광 두 가지 특성을 모두 가지 고 있다 이런 크루즈선은 다양한 방법에 의해 분류할 수 있는데 주로 크루즈선의. 선박규모에 따라 항해지역에 따라 또는 항해목적에 따라 분류한다, , .

본 연구에서 설계하는 세미크루즈선은 1,000톤급으로 일반 크루즈선에 비해 규 모가 작으며 정확히는 크루즈와 유람선의 중간에 위치한다고 할 수 있다.

그림 1-3 크루즈선의 규모 목적별 분류, 그림 1-4 환상 감성 놀이 예술중심의/ , / 사회트렌드

엔터테인먼트의 개념정리 1.2.1

엔터테인먼트의 정의 1)

엔터테인먼트(Entertainment)는 공연이나 여흥 기분 전환과 같은 많은 사람들에, , 게 즐거움을 선사하는 문화 활동의 하나이다 이는 특정 대상을 염두에 두고 집단. 적으로 이루어지는 놀이와 관련된 서비스를 제공하는 의미로 해석할 수 있다 즉. 엔터테인먼트는 서비스를 기초로 하여 산업적인 요소로 발전하기 용이한 형태의 활동이라 할 수 있다.

고도의 산업발전 속에서 세계에 대한 공간과 시간 개념이 축소되어 가는 반면 소비주체의 처분가능 소득과 여가는 지속적으로 증가되는 것이 일반적인 추세이다.

이에 따라 삶의 질적 가치를 추구하게 되고 즐거움이나 만족감에 대한 사람들의 욕구도 커지면서 감동과 재미를 줄 수 있는 문화적 요소 오락적 요소를 중시하게, 되었다 그림. 2-2는 이런 사회 트렌드의 변화를 체계적으로 보여주고 있다.

엔터테인먼트 산업 2)

엔터테인먼트 산업(Entertainment Industry)은 일종의 지식 서비스산업이라고 규 정할 수 있는데 특히 현대 자본주의 시장에서 엔터테인먼트 산업은 주로 영화 음, , 악 컴퓨터 소프트웨어, , TV 프로그램 스포츠와 이벤트 책 컴퓨터 멀티미디어 등, , , 을 그 범위 안에 넣을 수 있다 엔터테인먼트 산업에서 주목해야 할 점은 향후 미. 래에는 이 엔터테인먼트 산업이 한 국가의 경제를 좌우할 정도로 막대한 성장을 하게 된다는 것이다 또한 과학기술의 발전과 사회구조의 변화는 인류 전체에서 노. 동시간의 단축과 여가시간의 배가를 촉진시키게 될 것이며, ‘여가가 쉬는 시간에서 창조적인 행위 로 변화하게 될 것이다 그러므로 과거와 달리 여가와 흥행을 상품’ . 에 담아 경제 가치를 추구하는 엔터테인먼트 산업은 발전할 수밖에 없는 것이다.

그림 1-5 엔터테인먼트 산업의 정의

크루즈에서 엔터테인먼트는 세심한 계획과 환경 분석을 필요로 한다 배에서의. 공간 제약을 극복하고 배에서 행해짐으로 인해 다른 즐거움과 큰 만족감을 줄 수 있는 엔터테인먼트 요소를 배치함으로서 승객들의 관심을 끌어들일 수 있다 때문. 에 엔터테인먼트 컨셉은 공간 컨셉의 이미지와도 맞아야 하고 승객들의 성향에도 어울려야 한다.

엔터테인먼트의 특성 3)

엔터테인먼트는 대중문화와 소비자 형태의 형성에 중요한 역할을 담당하기 때문 에 엔터테인먼트의 특성을 아래의 표 1-4 와 같이 대중성 창조성 오락성으로 나, , 누어 살펴볼 수 있다.

표1-2 엔터테인먼트의 특성

요 소 내 용

상업성

부가가치를 취득할 수 있는 소비대상 즉 객체인 대중을 전제로 한, 것이고 대중들로부터 재화를 취득할 수 있을 때 엔터테인먼트는,

완성된다.

대중성 서비스의 객체이며 소비의 대상이다.

창조성

서비스의 주체는 언제나 객체인 대중들의 관심을 끌어 모을 수 있는 재미있고 다양한 소재와 형태 요소들을 찾아내고 가공해,

나아가야 한다.

오락성 엔터테인먼트는 흥미로운 것이 새로운 선택의 기준이 되며, 감동과 재미를 줄 수 있다.

엔터테인먼트의 요소들은 독립적인 성격보다는 서로 복합적으로 어우러져야 효 과적인 엔터테인먼트를 경험할 수 있다 즉 오락성이 결여된 엔터테인먼트는 대중. 성을 잃게 되고 대중성을 잃은 엔터테인먼트는 상업성이 결여된다 또한 상업성이, . 없는 엔터테인먼트는 순수 예술이나 순수 창작물이 될 수는 있어도 진정한 엔터테 인먼트로서의 가치는 상실된다.

따라서 상업성 대중성 창조성 오락성이 복합적으로 이루어졌을 때 엔터테인먼, , , 트는 고객의 의식을 자극하여 새로운 상품에 대한 수요 욕구를 증가시키고 고객의 주의력을 특정한 방향으로 조종하여 흥미롭고 풍성한 경험을 할 수 있도록 한다.

제 2 장 연구 개념 및 방법

세미크루즈선의 모델링 입체설계

2.1 3D

가상 설계검증 기술개발 방안 개요 2.1.1

레저산업의 경우 일부 해외 레저선박에서 PLM 및 가상생산 기술 적용사례를 찾 아볼 수 있으나 대부분 대형 레저선 혹은 고부가가치 레저선인 경우에 국한되며 대형 레저선사를 중심으로 진행되고 있다 그림. 2-1 은 대형 조선소에서 쓰이고 있는 3D 모델링의 예시를 보여주고 있다.

그림 2-1 대형선박에 쓰이는 선체조립도

본 연구에서는 1,000톤급 세미크루즈선을 대상으로 3D 모델링 입체설계를 통하 여 최적설계가 가능하게 되고 적정규모를 설정하고 공간배치를 하는 효율성을 높 이고자 하였다 특히. 3D 모델링은 비전문가도 비교적 쉽게 이해할 수 있으므로 피 드백이 원활하여 선주의 요구사항에 적합한 설계가 가능해지고 마케팅에도 효과적 이라고 사료된다 또한 앞으로의 해외 마케팅에도. 3D 모델링 입체설계를 적극 활 용할 계획을 가지고 있다.

일반적으로 1,000톤급 이상의 세미크루즈선의 경우 세개 이상의 데크로 구성되 어 있으며 별도의 엔진룸이 존재하는 경우가 많다 국토해양부 선박안전법 규정에, . 의한 선박설비 구조 기준에 적합하도록 정의된 선체설계 및 설비제작 그리고 도면,

제출 승인에 있어 강선구조기준 24m 이상으로 구분하고 있다.

본 연구에서는 주로 1,000톤급 세미크루즈선의 엔터테인먼트 구축 위주로 설계 하였다 설계순서는 먼저. 3D 모델링 입체설계를 구축하고 구축된 3D 모델을 중심 으로 성능검증 및 설계결과를 검토하여 다시 3D 모델에 재반영하는 과정을 통해 주요제원 정의 및 성능검증을 수행한다 이렇게 최종 확정된. 3D 모델을 활용하여 제작성을 검토하고 검증결과를 바탕으로 도면을 제작하였다.

2.1.2 3D Digital Mock-Up

외부 모델링 1)

선체부를 구성하고 있는 선각를 모델링 한 후 강도계산을 만족하는 한계선을 고 려하여 Division한 뒤 격벽을 세웠다 또한 선박설비기준에 따라 기름탱크와 슬러. 지탱크를 위치시켰다.

그림 2-2~5 는 선각의 모델링의 결과이며 그림 2-6, 2-7 는 모델링에 따른 설 계도면이다.

그림 2-2 선각모델링(1) 그림 2-3 선각모델링(2) 그림 2-4 선각모델링(3)

슬 러 기름

그림 2-5 선각모델링(4) 그림 2-6 설계선의 선도 그림 2-7 중앙단면도

크루즈선은 배와 호텔이 공존하는 유람선이라 할 수 있다 선각 위로 호텔의 외관. 을 따서 모델링하였으며 내부에서는 호텔의 아늑함을 느끼고 외부에서는 배의 낭 만을 즐길 수 있도록 외관을 모델링 하였다 그림. 2-8 은 외관을 3D 모델링 한 모 습이다.

그림 2-8 크루즈선의 3D 모델링 외관( )

탈출경로 2)

선박안전법의 선박설비기준에 의하면 여객실의 계단은 가능한 한 선박의 전후의 방향으로 배치할 것이라고 명시하고 있다 본 선박은 선수와 선미 쪽 양 방향으로. , 두개의 계단을 설치하여 비상시 인원이 분산되어 계단을 이용할 수 있도록 설계하 였다 그림. 2-9 은 배에서의 탈출경로를 빨간색의 선으로 표시해주고 있다.

그림 2-9 탈출경로 그림 2-10 선체의 와이어 프레임 모델링

모델링 순서 3) 3D

그림 2-11 모델링 순서도

선박하부의 외부 모델링 → 격벽설치 → 탱크 설치 → 추진시스템모델링 → 각 구획별 모델링

DECK

관광형 세미크루즈선의 관련 구조설계 2.2

선박 법규에 적용한 기본설계 2.2.1

관광형 세미크루즈선(G/T 1,000TON )급 의 FPP형 추진시스템 및 구조설계는 일반 산업기계나 자동차 전자제품 등의 공업형태와는 다른 영업형태의 철저한 주문생산, 으로 이루어지는 특징으로 발주처 제주크루즈 의 요구사항을 기준으로 반영하여 주( ) 영업장소인 제주도 도두항의 접안조건 및 운항 특징을 고려하였으며 주요요목 및 조선공학적 제계산은 선박의 설계조건이 주어진 후 주요요목을 결정하기 위하여 유 사실적선 자료와 현장실태조사 결과를 토대로 계획선의 운항조건 및 요구성능 등을 설정하고 기본계획을 수립 하였고 개념설계는 고정식 프로펠라의 설치공간 확보, , 주기관거치 안정성 확보 관련법규 등을 고려하여 실시하였다, , .

주요요목을 선정한 다음 개략 배치를 구상하고 그 배치에 따른 트림 종강도, , , 등 기본성능을 검토하며 문제점이 표출될 시는 시행 착오법에 의한 반복

Stability ,

작업을 수행하였다.

그림 2-12 기본설계 순서도

표 2-1 1000톤 미만 급 선박 설계 시 적용해야 할 법규

BASIC

선박길이 65미터 이상 정수 중 종굽힘 강도계산서 작성 선수격벽 길이 검토

항해예정시간 결정 항해시간 결정 항해구역 결정, , 복원성 규정 및 만재흘수선 규정 검토

HULL

강선의 구조기준 제 편3 90미터 미만 선박의 선체구조 참조 선박설비기준 제 편 계선 양묘설비 조타설비 및 항해용구3 , ,

강선의 구조기준 제 장 불워크 방수구 현창 통풍통 및 상설보행로4 , , ,

OUTFITTING

선박설비기준 : 마스트 선교시계도 교통장치 실내배치 여객설비 계선계류, , , , , 강선구조기준 : 각 DOOR 문턱높이 각창두께 타구조도, ,

소방설비기준 : 각 소방장치 조건 및 설비 구명설비기준 : 각 구명장치 조건 및 설비 방화설비기준 : 각 선실의 방화규정 기관설비기준 : 스트러트 및 베어링 기준

MACHINERY 기관실 전체 장치도 : 빌지 펌프의 위치 윤활유 저장 탱크 기름오염방지 설비, , , 축계장치도 : 프로펠러 사이즈 축 지름 계산 슬리브 관련 선미관 베어링 관련, , ,

ELECTRIC

동력 : 발전기관 주배전반 케이블 관련 육상수전반 기관실 조명, , , , 조명 : 항해등 조명 수량 및 리셉터클 수량,

항해통신 : 기관실 조명 요구 항해장비,

항해등 : 마스트 정부등 현등, , 정박등 운전부자유등 및 동일수직선상 설치,

주요요목 선정 및 조선공학적 제계산 1)

본 연구는 현지 제주도 도두항 및 여수 돌산대교 실태조사 결과에 따른 개선사 항과 유사 실적선 자료를 토대로 계획선의 운용개념 운항조건 요구 성능을 설정, , 하고 이에 따라 기본계획을 수립하여 관광 목적에 적합한 충분한 복원성 내파성, , 및 적절한 트림을 유지하며 기민한 조종 성을 갖도록 제반설비를 효율적으로 배치, 하고 경하중량을 경감하여 경제성 및 안전성을 확보할 수 있도록 하였다, .

본 계획선의 개념설계는 기본계획에 따라서 총톤수(G/T) 1,000톤급에 적합한 유 사 실적선 자료조사를 실시하고 제성능에 적합한 개략주요치수를 선정하였으며 관, 광 사업에 적합한 유람선의 구조배치는 엔터테인먼트 공간 활용 진동 소음을 고, , 려한 구조방식과 같이 검토하였으며 선박의 안정성 등에 초점을 두어 요구 성능 과 운항조건에 맞추어 개략선형을 설계하여 총톤수는 개략배치도 개략선도에 따라,

검토하고 의장 분야별 주요장비 및 기기구성은 작업의 효율성 관련법규의 적용을, , 고려하여 최적용량으로 계획하였으며 기본계획은 다음과 같다.

용 도 : 관광을 목적으로 하는 유람선

•

항해구역 : 평수구역

•

항행예정시간 : 1.5시간 미만

•

적용선급 : 선박안전관리공단(KST)

•

계획총톤수 : G/T 1,000 TON CLASS

•

승선인원 : Crew 4 P , Passenger 180 P , Total 184 P

•

주기관 :

• 4-Cycle, 직렬 기통6 , Electric Starting water cooled diesel engine 모 델 : MITSUBISHI MS6R2-MTK2L

・

출 력 : 940 PS × 1400 RPM × 2대

・

감속기어장치 : Vertical offset, Reversible with hyd. multi-disc clutch.

•

모 델 : NICO, MGN 90LX

・

감 속 비 : 3.48 : 1 (Ahead & Astern) × 2대

・

추 진 기 :

• 고정피치프로펠러 (F.P.P.) × 2 조 알루미늄브론즈제, (Al-BC3) 기관실 장비류

•

표 2-2 기관실 장비

명 칭 형 식 대수 용 량

DIESEL Generator 방적 자여자 교류발전기, , 2 290Kw × AC380V × 60Hz × 3ph G/S & Fire pump 원심형 1 50m3/hr × 35m × 15kw

Bilge & G/S pump 원심형 1 50m3/hr × 35m × 15kw F.O. TRANS. pump 기어형 2 6m3/hr × 3kg/cm2 × 2.2kw C.S.WPump/air cond. 원심형 1 2m3/h × 40m × 2.2kw F.W.PUMP HOME TYPE 2 6m3/h × 20m × 0.7Kw SANITARY PUMP HOME TYPE 1 6m3/h × 20m × 0.7kw Sludge Pump 원심형 1 2m3/h × 4kg/cm2 × 1.5kw Oily Bilge pump Piston 1 0.5m3/hr × 20m × 0.4kw Air compressor 공랭식 자동발정, 1 290L/Min.×7kg/cm2 × 2.2kw

가 주요치수. (Principal Dimension) 선정

개발 대상선의 주요치수를 선정하기 위하여 표 3-4와 같이 최근 3년간 건조되어 진 여객선 유람선 중 총톤수, (G/T) 400톤급∼1,000톤급을 대상으로 유사선의 요목 비교를 아래와 같이 실행하여 설계 목적과 일반배치 내항성능 국내 건조능력 선, , , 가 등을 고려하여 모선을 설정하고 적용 법규는 한국 선급(KR) 강선 규칙 선박안, 전법 및 관계 법규 선박 톤수의 측정에 관한 규칙 무선 관계 규정 국제 해상 충, , , 돌 예방규칙(1972 ),년 해양 오염 방지법 등 선박안전법 규정 등에 관한 규칙 및 제 관계법규를 적용한다.

표 2-3 유사 실적선 주요 요목 유 사 선

항 목 유사선1 유사선2 유사선3 유사선4 유사선5

선 주 ( )유 해광운수 대부해운 강릉유람선 제주유람선 통영유람선

선 종 여객선 여객선 유람선 유람선 유람선

총톤수(G/T) 621 464 754 550 499

촌

법

L.O.A (m) 69.000 63.320 60.887 49.970 49.500 L.B.P (m) 57.000 52.000 49.500 42.000 39.000 B (m) 13.000 9.800 10.600 10.000 10.600 D (m) 2.900 2.900 3.200 2.700 3.200 Draft (m) 1.800 2.400 2.250 2.200 2.100 L / B 4.385 5.306 4.670 4.200 3.679 B / D 4.483 3.379 3.313 3.704 3.313 L / D 19.655 17.931 15.469 15.556 12.188

선박의 길이는 선가에 가장 큰 영향을 미치고 재화중량의 증감에도 크게 영향을 미치며 선폭과 더불어, L/B의 비는 저항 추진성능과 깊은 연관이 있다 동일 배수․ . 량에서 길이를 증가시키면 재화중량과 선속 주기마력 등의 면에서 유리하게 작용, 하여 운항비의 면에서는 이점이 있으나 부재치수와 의장수의 증가를 가져와 선각,

중량 상승으로 건조선가 상승을 초래하고 저항의 관점에서 길이가 길수록 조파 저 항은 감소하나 마찰저항이 증가하여 높은 속장비(V/ L)√ 에서는 유리하지만 낮은 속 장비에서는 불리하다.

계획선의 경우 유람선 사업인의 의견을 분석 검토하여 계획 총톤수, 1,000톤급 에 만족하도록 결정하였고 특히 선박의 접안조건 복원력의 안정을 고려하여 폭이, , 넓은 갑판을 선정하였으며 수선간장(LBP)을 55.00M로 임의 선정하여 형폭은 표 실적선 및 계획선의 주요 제원비 범위 중에서 복원력이 우수하도록 가

3-5 L/B

인 낮은 값을 택하여 계획선의 형폭은 최대 깊이는 로 선정하

4.100 13.40M, 3.20M

였다.

표 2-4 실적선 및 계획선의 주요 제원비

구 분 실적선 계획선

L / B 3.679 4.385∼ 4.104

B / D 3.313 4.483∼ 4.188

L / D 12.188 19.655∼ 17.18

B / d 4.083 7.222∼ 5.234

폭의 증가는 중량 면에서는 길이의 증가보다 유리하며 복원성능의 면에서 폭의, 증가는 복원성능은 증가하나 저항추진 측면에서 폭을 증가시키면 그것을 상쇄할, 만큼 비척계수를 줄이지 않는 한 저항은 증가한다 배의 형폭은 배의 길이 및 방형. 계수(CB)와 직접 관계되어 결정되지만 소요갑판면적과 복원성 조종성 동요에 영, , , 향이 크다 요구된 선속을 저마력으로 만족시키고 우수한 복원성능 배치 갑판공. , , 간 활용 및 엔터테인먼트 공간 확보에 영향을 미치므로 이를 고려하여 13.40M를 본 선박의 선폭으로 채택하였다.

과도한 깊이는 흘수가 커지게 되고 중량 중심이 상승하며 메타센터의 높이가 감, 소하므로 복원성능이 좋지 않다 선박의 흘수는 일반적으로 기술적인 고려보다 오. 히려 운용 상태에 기준하고 있으며 일반적으로 기술적인 고찰에 의한 흘수는 실제, 적으로 허용하는 흘수보다 크게 나타나고 있다 일반화물선에서 사용하는 경험식을. 이용하여 계산한 결과 D = 0.056L + 1.00M = 4.08M로 상당 높은 흘수를 요구하

고 있으나 본선 만재배수량과 건현을 감안하고 불필요한 깊이의 증가로 인하여 중, 심위치를 상승시켜 복원성이 불리하지 않도록 깊이에 적절한 흘수로써 3.20M를 수 용키로 한다.

나 경하중량. (Light Weight) 및 중심위치 추정

경하중량과 중심위치 추정에는 유사 실적선의 자료 이용에 의한 방법과 직접 소 요물량을 산출하는 직접계산법이 있다 경하중량 추정은 선박의 초기설계에 있어서. 매우 중요하며 발주자로부터 그 값의 보증이 요구된다 재화중량은 만재배수량에서. 경하중량을 제외한 수치로서 초기계획시 작성한 배수량은 완성시 배수량과 차이가 없어야 하므로 재화중량을 보증한다는 것은 설계자에게 경하중량을 보증한다는 것 과 동일한 일이 된다.

표 2-5 유사 실적선의 재화중량 주요 요목 유 사 선

항 목 유사선1 유사선2 유사선3 유사선4 유사선5

총톤수(G/T) 621 464 754 550 499

만재배수량(TON) 1039.675 820.851 749.476 636.228 626.900 경하중량(TON) 795.419 623.256 566.991 555.690 525.261 재화중량(TON) 244.254 197.595 182.485 80.538 101.639 주기관(BHP) ×

회전수(RPM)

940PS × 140RPM

1200HP × 1800RPM

800PS × 1800RPM

1350HP × 1950RPM

1415PS × 1650RPM

추진장치 FPP FPP FPP FPP FPP

속 력

최대 속력

(Knot) 13.00 17.00 13.00 13.55 14.70 항해 속력

(Knot) 11.00 15.50 11.00 12.00 11.00

본 계획선은 표 2-5 유사 실적선의 재화중량 요목의 한계치를 넘어가므로 개략 적인 일반배치도 선도 중앙단면도 등 설계 자료를 이용하여 직접 강재톤수를 계, , 산하며 기자재 의장품은, Maker에 소요재료 장비류 등의 직접 계산 방법을 적용,

하여 선각 의장 기기류로 정의하였다, , .

다 유체역학적 제계산.

표 2-6 CONDITION

Draft : Draft Bottom of Keel ( m ) Dispt : Displacements ( ton ) Volume : Volume Moulded ( m**3 )

T.P.C : Displacement per 1 cm Immersion (ton/cm) M.T.C : Moment to Change Trim 1 cm ( ton*m ) L.C.B : Longitudinal Center of Buoyancy ( m ) L.C.F : Longitudinal Center of Floating ( m ) K.B : Vertical Center of Buoyancy ( m ) K.M.T : Transverse Metacenter ( m ) CB : Block Coefficient

시뮬레이션을 이용한 선수 선미 선형변환

2) ,

배의 형상 즉 선형은 배의 저항성능 추진성능 조종성능 등의 여러 유체역학적, , , 성능을 결정하며 선형 설계자는 항상 더 나은 성능을 지닌 선형을 설계하기 위해, 서 모든 지식과 주어진 도구 즉 실험시설 수치계산 등 가능한 한 많은 자료를 활, , 용한다.

속도성능의 추정은 선박 계약의 핵심사항이므로 당연히 선형설계 이전에 정확히 추정 될 수 있어야 하지만 선형설계 과정에서 활용될 다양한 성능인자들의 개량과, 개선을 통해 향상된 성능을 얻을 수 있으므로 속도성능에 미치는 주요 선형 매개, 변수(parameter)의 영향을 충분히 이해하고 최적의 결과를 얻기 위해 효과적인 대 응책 등을 연구할 필요가 있다.

보통 선형에서 선수부는, 수면하 선수단부(forebody end part) 및 선수만곡부

등이 형상저항 에 일부 영향을 미치지만 대체로

(forebody bilge part) (form drag)

조파저항에 큰 영향을 미치는 반면 선미부는 저항성분의 대부분을 차지하는 점성, 저항 저속선의 경우( 95% 이상 고속 컨테이너선의 경우도 대부분, 80% 이상 뿐만) 아니라 선미단부(afterbody end part)의 반류구역에 프로펠러가 장착되어 있어서 선박 추진효율의 우열에도 직접적인 영향을 미치고 있다.

더불어 선미부의 유동현상에 의해 지배되는 프로펠러 날개 공동현상 선체변동압, 력(fluctuation of hull pressure)의 대소 등도 선박의 품질 성능을 좌우하는 핵심, 고려사항 중 하나이다.

따라서 선형설계를 시작할 때 선미부의 최적화를 우선적으로 고려하여야 한다.

단 주어진 비척도 및 속도에 비해 배수량의 분포가 적정 수준 이상으로 선수부에, 치우치게 되면 조파저항이 급격히 증가하여 전체성능이 열악해질 수도 있으므로, 사전에 주요 성능인자들의 적절한 선정으로 이러한 극단적인 사례가 발생하지 않 도록 하여야 한다.

조파저항 성능의 개선 및 향상이 특히 요구되는 경우는 선수부의 최적화가 먼저 수 행될 수도 있어 불가피하게 선미부가 비대해질 수도 있지만 이때는 선미부의 단면형, 상(section shape) 등을 특수한 형태로 개량하여 문제의 발생을 억제하여야 한다.

가 선형에 따른 설계 매개변수의 평가.

선형은 주요요목, 배의 기하학적 특성을 나타내는 선형계수들(ship form 선수와 선미의 단면형상 배수량의 길이방향 및 연직방향 분포 단면

coefficients), , ,

적곡선 등 의 각종 선형요소에 의해 대표된다.

좋은 선형을 설계하기 위해서는 우선 주어진 주요요목의 평가를 통하여 설계 선 박이 가지는 주요제원에 대한 특징을 이해하고 이를 선형설계 개념에 효과적으로, 반영할 수 있어야 한다. 더불어 선박의 각 부위가 유체역학적 성능에 미치는 영향 을 잘 파악하여 유체역학적 성능을 최적화해 가는 과정에서 선형의 각 부위가 효 과적으로 연계 활용되어야 할 것이다, .

일반적으로 선형 개발 시 저항 및 추진효율 등에서의 영향력을 고려하여 선미부 의 최적화를 우선으로 설계를 진행하는 반면 저속 비대선인, Froude수가 0.2 보다 낮고 방형비척계수(block coefficient) 가 0.75 ~0.85인 선박을 설계할 경우에 는 선박의 비척도에 비해 속도가 너무 커서 조파저항이 급격히 증가할 염려가 있 으므로 선미부보다 선수부의 최적화에 집중하여 조파저항을 최소화하는 전략이 바 람직하며 본격적인 선형설계를 수행하기에 앞서 설계 선박의 특성을 고려하여 유 연한 설계전략을 가져야 한다.

초기설계 단계에서는 다음과 같은 선체 각부와 주요 유체역학적 성능과의 연관 성을 고려하여 설계개념을 수립하는 것이 바람직하다.

선수부 조파저항 및 내항성능 관점에서의 최적화 설계

(1) :

선미부 마찰저항 점성에 기인한 저항 및 추진효율 조종성능 관점의 설계

(2) : , /

선미부 추진기 추진효율 공동 및 변동압력 관점에서의 설계

(3) / : ,

_에 비해 설계속도가 큰 선박인 경우는 조파저항이 증가될 염려가 있으므로, 조파저항에 영향이 큰 선수부가 비대해지지 않도록 배수량 분포를 표준보다 뒤쪽 으로 이동시키는 등의 고려를 통하여 전체성능이 열약해지지 않도록 한다.

잘 선정된 는 선형설계 시 주요요목 결정 이후 성능에 가장 큰 영향을 주는 핵심요소이며 잘못 선정된 로는 좋은 성능의 선형을 만들기 어렵다 계획속도. 가 상대적으로 빠른 경우는 조파저항이 증가할 가능성이 크므로 선수부를 날씬하

게 해야 하고 따라서 표준치에 비해 가 뒤쪽으로 이동되어야 한다 반면 계획. 속도가 느린 경우는 를 앞쪽으로 이동시켜 선미부에 의해 주로 지배되는 형상 저항을 최소화하도록 한다.

유사한 경우로 도 생각해 볼 수 있는데 주로 저속 비대선에서, 의 값이 작아지면 선미부 결속각(run angle)이 급해지기 때문에 통상의 경우에 비하여

를 선수 쪽으로 이동시켜야 한다.

이것은 선수 비대도(forebody fullness) 및 도입각(entrance angle)을 증가시켜 조파저항 측면에서 나쁜 영향을 주지만 저속 비대선의 경우 전체저항에서 조파저, 항이 차지하는 비율이 그다지 크지 않기 때문에 선수부에서의 손실에 비해 선미부 를 통한 성능개선의 기여도가 훨씬 크므로 총체적인 최적화 관점에서는 바람직하 다고 할 수 있다.

위의 자료 및 기타 실적경험을 참조하여 주어진 주요요목에 따른 표준 를 다음과 같이 정리할 수 있다.

(1) _와 _의 관계

(%) = 56.196²- 55.892 + 11.225 (1)

여기서 는 _만 우선적으로 고려하여 얻는 잠정적인 이다.

(2) 와 표준 의 관계

 = -0.9714²+ 0.9395 + 0.0383 (2)

여기서 _는 _만 우선적으로 고려하여 얻는 잠정적인 이다.

(3) 에 따른 의 보정 관계

∆ = _ - 설계 (=^ ) (3)

∆(%) = 21.312∆  + 0.0011 (4)

(4) 와 를 모두 고려한 표준 의 위치

표준  =  + ∆ (5)

위의 식은 먼저 선박의 비척도(_)와 종부심 위치(), 비척도와 를 표준화 하고 동일, 에서 설계 가 표준 보다 크면 조파저항이 급격히 증가할 수 있으므로 를 선미부로 이동하고 설계, 가 더 작으면 선수부로 를 이동 시켜야 한다는 개념으로 작성된 것이므로 추가적으로 종부심 결정에 큰 영향을 줄, 수 있는 인자인 길이 폭 비- ( 및 선미부 단면형상에 대해서도 부분적인 수정이) 필요하다.

1.  수정

가 작아지면 길이에 비해 폭이 커지는 것을 뜻하고 선수 도입각도 커지지만, 선미 결속각도 커져 점성저항 등의 증대가 현저해지므로 를 선수부 쪽으로 이 동하는 것이 바람직하며 경험에 따라 필요량만큼 수정해야 한다.

선미부 단면형상 수정 2.

선미형상을 바지(barge)형으로 하면 유체의 흐름이 선체 하부에서 상부로 진행 하는 단순한 유동(bottom flow)으로 변화되어 선미부가 어느 정도 비대해지더라도, 저항증가를 최소화할 수 있으므로 종부심의 위치를 뒤쪽으로 이동할 수 있다.

이 경우는 역으로 선박의 비척도에 비하여, 가 너무 커서 선수부로의  이 동도 바람직하지 않을 때 불가피하게 비대해진 선미부를 해결하기 위해서 통상적, 인  형 또는  형의 선미 형태가 아닌 바지형을 택함으로써 선미부의 영향을 크게 받는 점성저항을 최소화할 수 있음을 뜻하기도 한다.

속도 성능의 추정 3.

속도성능 추정은 다음과 같이 크게 세 가지 형태로 구분할 수 있다.

구체적인 선형설계가 진행되기 전에는 유사 실적선의 주요요목(main particulars) 을 이용하여 과거의 실적을 바탕으로 Admiralty 계수에 의한 방법으로 추정할 수 있지만 선형의 개념이 구체화되면, CFD(Computational Fluid Dynamics) 등의 수 치계산을 활용하여 추정 정도를 높이고 성능개선도 추구하게 된다.

물론 모형시험을 통한 검증과 개선이 가장 확실하고 정확한 방법이지만 시간적

으로나 금전적으로 많은 투자가 필요하므로 통상 계약이 확정된 이후 선형개발의 과정으로 수행된다.

통계해석에 의한 방법 혹은 계열시험 결과 이용

(1) ( )

유사한 선박의 설계와 모형시험의 결과로부터 추정하는 방법 (2)

초기 선도를 생성하고 수치계산을 수행하여 그 결과를 이용하는 방법 (3)

주요요목만을 사용한 속도성능 추정은 일반적으로 (1), (2)의 방법을 병행하여 수행한다.

설계 선박의 제원이 통상적이지 않거나 경험이 별로 없는 선박인 경우에는 선형 설계자가 직접 초기 선도를 작성하고 수치계산을 수행하여 선박의 저항 및 추진효 율을 예측하는 (3)의 방법을 통하여 추정의 정도를 향상시킬 수 있다.

그림 2-13 속력 유효마력의 추정절차/

그림 2-14 특수 부가설비에 대한 동력증가량/

나 고정식 프로펠러를 적용한 선형 선정.

선형의 단면 형상에 따른 특징은 일반적으로 고속 활주형선에 적용되는 단면형 상에 대해 크게 직선(Straight), 오목(Concave), 볼록(Convex), 볼록 오목· (Inverted 형상의 가지 기본 단면형상으로 분류 할 수 있다 요즘에는 이러한 단면형

Bell) 4 .

상이 한 가지만으로 이루어진 선형보다는 운항조건에 적합하게 4가지 기본 형상을 적절히 조합한 선형을 주로 사용하고 있다.

직선 단면형상 오목 단면형상 볼록 단면형상 볼록오목 단면형상

그림 2-15 선형별 단면 형상

직선 단면형상과 볼록 단면형상은 파랑하중에 따른 충격완화 효과를 볼 수 있 -

어서 승선객들의 안락한 승선감을 유지할 수 있는 장점이 있다.

오목 단면형상은 속도향상 면에서는 유리하며 슬래밍 발생 등 운동

- , (Slamming)

성능 차원에서는 불리하다 또한. , 20 ~30knot에서는 적절하나 더 이상의 고속에서 는 충격하중이 커서 일본에서는 오래전부터, 85 ~100마력 범위 선속, 20knot 미 만에서 많이 적용되고 있다.

오목 단면형상은 충격하중이 커서 다른 단면형상에 비해 승선감이 떨어지며

- ,

볼록 단면형상은 고속 선형으로서는 불리한 선형이다 하지만 직선과 볼록. ・오목 단명형상은 고속에서 볼록 오목 단면형상에 비해 상대적으로 충격하중이 작고 고, , 속선형에 적합하며 선회성능도 양호하다, .

그림 2-16 Model별 측면 형상

선박의 일반적인 선형은 그림 2-16 와 같이 4가지 모델로 나타낼 수 있다 본. 연구에서 제작하고자하는 세미크루즈선은 선수부에 램프게이트(Ramp gate)가 설 치되어 선수부로 접안하기 때문에 벌브형태의 선수 선형은 제외시킨다.

따라서 모델 1과 모델 3의 두 가지 선형에서 선택해야한다 두 모델의 차이는. 선미부 트랜섬의 차이로 볼 수 있다 선미부에 두 개의 프로펠러를 설치하고 효율. 적인 추력을 얻기 위해서는 모델 3이 적당하다 따라서 본 연구에서는 모델. 3의 선형을 기본으로 선형설계를 하였다.

그림 2-17 선미부 형상 3D 모델링

그림 2-18 선수부 형상 3D 모델링

그림 2-19 선도 및 선체 촌법표

엔터테인먼트를 고려한 기본설계 및 상세설계 3)

가 일반배치.

그림 2-20 일반배치도 그림 2-21 기관실 전체장치도

본선은 일반배치도에 표시된 것과 같이 2기 2축선으로서 일층전통 갑판을 가지 며 상갑판하에는 단저구조로 7개의 수밀 횡격벽으로 구획하고 선수로부터 선수창 공소 일반 공소 기관실 및 타기실로 구분 배치한다 그리고 번 공소에는 연료

( ), , . 5

탱크를 설치하며 타기실에는 청수탱크를 설치한다 상갑판 상부에, . 3층 갑판실을 구비하고 상갑판상 선수에는 관광객 승하선용, Bow Ramp 및 선수창고를 배치하 며 중앙에는 여객실을 배치한다 또한 여객실 후부에는 매점 및 화장실 기관실 출, . 입구 창고, , CO2룸을 배치한다 또한 그 상층. , “A"갑판에는 편의시설 화장실을 배, 치한다 항해 선교 갑판 상에는 조타실을 배치한다. .

그림 2-22 강재배치도 그림 2-23 중앙단면도

본선의 선각공사는 제 절에 명시한 적용법규에 의거 시공하고 당해 검사기관의1 , 제조검사를 받는 것으로 하여야 한다 본선의 선체는 사용 목적에 적합한 견고한. 구조로 계획하고 시공하여야 하며 주 보기관의 공진방지 및 파랑 충격에 충분히, · 지탱 할 수 있는 튼튼한 구조로 건조하여야 한다 선체 강도에 저해되는 불연속 구. 조의 배치가 발생하거나 시공이 되지 않도록 하여야 하며 특히 중량 배치가 최적, 화 될 수 있도록 노력하여 경제성 있는 선박이 되어야 한다 구조방식은 횡늑골 구. 조로 하고 선체의 용접에 있어서는 용접 순서를 지켜 잔류응력이 발생치 않도록, 충분한 주의를 하여 시공 하여야 한다.

나 외판.

와 의 접합은 종 횡선 모두 용접구조로 하여야 하

Bottom plate Side shell plate ·

며 외판의 두께는 공단에서 요구하는 규정치수 이상의 부재를 배치하여 본선이 외, 력에 충분히 견딜 수 있도록 하여야 한다 선미부 프로펠러 직상의 외판은 두께를. 증가시켜 파랑 또는 프로펠러 수류의 충격에 대한 충분한 강도를 갖도록 시공하여 야 한다 선저 개구부 및. Hawse pipe 부근은 두께의 증가 또는 이중판으로 보강 하여야 한다 중앙단면도에 도시된 바와 같이 상갑판 측부 외판에 방현재를 취부하. 여 외판을 보호하도록 하여야 한다.

그림 2-24 외판전개도 그림 2-25 외판 3D 모델링

다 선저구조.

선저구조는 단저구조로서 시공하며 실체늑판 중심선 내용골 측 내용골을 적절, , , 한 간격으로 배치하여 충분한 강도를 유지하도록 하고 필요개소에, Pillar를 설치하 여 강도를 보강하고 진동을 방지할 수 있도록 계획하고 시공하여야 한다 특히 프. 로펠러 직상부는 프로펠러의 영향을 고려하여 견고한 구조로 시공하여야 한다 또. 한 늑판 실체늑판 중심선 내용골 및 측 내용골에는 필요한 개소에 충분한 통수공, , 및 통행구를 시공하여야 한다．

그림 2-26 중앙부 구조도 그림 2-27 선미부 구조도

라 갑판구조.

의 접합은 종 횡선 모두 용접 구조로 하여야 하고 갑판구

Deck plate , Butt joint ,

조는 적절한 간격으로 갑판 트랜스버스 및 거더가 배치된 종식 구조로 하여야 하 며 용접 결함으로 인한 Crack이 발생하지 않도록 세심한 주의를 다하여 시공하여 야 한다.

는 공단에서 요구하는 규정 치수 이상을 Deck plate, Deck beam, Deck Girder

사용하여 시공 하여야 하며 강재 배치도에 도시된 바와 같이 필러에 의해, Deck 하중을 지지하도록 하여야 하고 갑판실 측벽 하부는, Deck Girder로 보강하여야 한다. Deck Girder는 가능한 한 선수 미부까지 연속되어야 하며 불연속부는 충분, 히 겹치도록 하여야 한다.

그림 2-28 항해갑판 구조도 그림 2-29 B Deck 구조도

마. Ramp Gate

선수부에 힌지식 Ramp Gate를 시공하며 관광객 승하선에 충분한 강도를 갖는 견고한 구조로 시공한다.

그림 2-30 램프 구조도 그림 2-31 램프 3D 모델링

바 격 벽.

선저에서 상갑판에 달하는 수밀격벽은 평판 직립식 용접 구조로 하고 격벽에는, 선박 법규에서 요구하는 규정 치수 이상의 방요재를 용접 취부하여야 한다.

그림 2-32 선수 구조도

사. Shaft Strut

는 형으로 하며 단면은 유선형으로 와류가 발생치 않도록 설계 및 Shaft Strut Y

제작되어야 하며 추진기 및 추진축을 원활하게 지지할 수 있도록 외판에 견고하고 정밀하게 취부하여 시공하여야 한다.

그림 2-33 스트러트 구조도 그림 2-34 스트러트 3D 모델링

아 타. (Rudder)

타는 본선의 목적에 맞는 선회성을 보장할 수 있도록 적절한 면적비를 가지는 유선형 단면의 강판제 복판식 매달림 Twin Rudder (2개의 타 로서 본선의 최대전) 진속력을 포함한 모든 속력 규정된 타각에서 타를 작동 정지 시킬 수 있도록 설, , 비되어야 한다.

그림 2-35 타 구조도 그림 2-36 타 3D 모델링

자 축계장치.

본선의 추진을 위하여 주기관은 940PS × 1400RPM 박용 디젤기관 2대를 장비 하고 추진축계를 갖는 2기 2축선으로 한다.

디젤기관 직결구동의 발전기 2대를 장비하여 선내에 필요한 전력을 공급한다.

그림 2-37 축계 장치도 그림 2-38 축계장치 3D 모델링

차 채광 통풍 장치. ,

갑판 상에 설치되는 통풍통은 규정에 의한 높이로 시공하며 풍우밀 장치를 하여, 야한다.

통풍통은 회전 개폐가 용이하도록 하며 통풍통의 이 설치되

Mushroom , Coaming

는 부분의 갑판 및 정판은 빔 또는 종통재 사이를 유효하게 보강하여야 한다.

모든 창의 유리는 착색 강화 유리를 사용하여 풍우밀이 되도록 시공해야 하며 사용되는 볼트 너트는 스테인리스 스틸제로 시공하고 조타실 각창의 크기는 발주, 전 필히 조타실의 구조를 고려하여 실측 후 최대 크기로 제작한다.

카 계선 계류 장치. ,

일반배치도에 도시된 위치에 전동 유압식 양묘기를 설치한다 각 기기 구조 및. 재료는 선박안전기술공단 규정에 적합토록 하며 적정수의 예비품을 공급한다.

상부에 분리형 전동 유압식 대를 설비하고 계선 계류 및

“A”deck Windlass 2 ,

작동용으로 사용한다 계선 계류 장비 주변의 현장 끝단 부는 로프가

Ramp gate .

손상을 입지 않도록 표면을 매끄럽게 손질하며 로프의 마모를 방지하기 위하여 필, 요 부위에는 Round bar 등을 설치한다.

그림 2-39 채광통풍장치도 그림 2-40 계선계류장치도

타 교통 장치.

경사 사다리의 경사각은 50°~ 60° 정도로 유지하며 발판은 미끄럼방지용 판으, 로 하고 프레임은 강제를 사용하며 손잡이는, , 25A Pipe를 사용하며 필요한 지주 를 설치해야 한다.

수직사다리의 양단은 볼트 너트를 사용한 취외식이어야 하고 한, , Step의 간격은 를 기준으로 하며 벽면으로 부터 이격하여 설치해야 한다

300~350mm , 150mm .

또한 각, Tank 및 Mast 에는 각각 19 × 19 강제 각봉으로 STEP을 설치한다.

파 마스트 장치.

마스트 장치는 해상 충돌 예방 규칙에 준하여 설치하고 각종 등대 항해 장비대, , 깃줄 안테나 등의 필요한 속구류를 완비토록 하며 유효한, Ladder or step 등을 취부 한다.

또한 마스트는 설치될 장비의 중량 및 풍압 피칭 롤링 등의 동하중을 고려하, , , 여 충분한 강도 및 내구성을 갖도록 설계되어야 한다.

그림 2-41 교통장치도 그림 2-42 마스트 구조도 .

하 구명 소화 설비.

구명 설비품은　검사품을　사용하여야 하며 소화기는 소화설비 규정에 따른 소, 화 장비를 설비한다.

야간 및 정전 시에 위치를 식별할 수 있도록 야광명판을 소화기 주위에 준비한다.

그림 2-43 소화구명장치도 그림 2-44 방화구조도

선급규정에 따른 강도계산 4)

강선의 구조기준 제 장 갑판구조7 제 절 갑판하거더5 제 관 갑판트랜스버스 제3 조 단면계수 갑판트랜스버스의 단면계수 는 다음 식에 의한 것 이상이어야

202 ( ) (Z)

한다.

Z = 0.484 l(b·h·l + k·W) (세제곱센티미터)

이 식에서 l 은 필러의 중심사이 또는 필러의 중심으로부터 보브래킷의 내단 까지의 거리 미터( ) b는 해당 거더로부터 전후의 거더 또는 격벽에 이르는 각 구간 의 중심사이의 거리 미터( ) h는 갑판에 따라 제184조의 규정에 의한 갑판하중의 값 킬로뉴튼 제곱미터 및 는 각각 제 조의 단면계수 규정에 의한 및 와

( / ) W k 199 W k

같다.

표 2-7 선급규정에 따른 강도계산

강선의 구조기준 제 절 제2 51조 선박의 중앙부의 굽힘강도에 대한 규정을 살펴보면 선박 의 중앙부에 있어서 선체횡단면의 단면계수는 최소단면계수 이상이어야 한다.

본 연구에 활용된 1,000톤급 세미크루즈선의 최소단면계수를 계산하면, Z = C1 L2 B (Cb+0.7) K = 379298.61ㆍ ㆍ ㆍ ㆍ

이 된다. 그리고 실측치를 측정한 결과 1,000톤급 세미크루즈선의 단면계수는 이므로 최소단면계수 이상으로 강선 구조기준을 만족하고 있다 또

598817.31 379298.61 .

한 RULE 규정치의 의한 안전율을 계산한 결과 163.37%로 높은 강도를 가지고 있다.

제 3 장 직접구조해석 및 복원성 고찰

관광형 세미크루즈선의 관련 구조설계 3.1

상부구조물 차 지지부의 직접강도 해석

3.1.1 1

1) INTRODUCTION

가. General

본 연구에서는 G/T 1,000 Ton Class Pleasure Ship을 보다 더 효율적으로 공간 활용을 위해 Upper Deck와 A-Deck 사이에 설치되어 있는 Pillar중 Fr.83에 위치 한 Pillar를 제거시 Pleasure Ship의 상부 구조물의 구조적 안정성을 검토하고자 하 였다. (그림 3-1, 그림 3-2)

이를 위해 해석모델 Pre-Post Processor로 MSC. Patran 및 Solver로는 Nastran 을 사용하여 Pleasure Ship의 Upper Deck와 A-Deck 사이에 설치되어 있는 Pillar 제거 타당성을 검토하고자 하였다.

그림 3-1 선박구조기준 적용 그림 3-2 선박의 엔터테인먼트를 고려한 구조

나. Principal Particulars

표 3-1 주요 요목

Length O. A. 65.94m

Length B. P. 55.0m

Breadth (Max.) 13.4m

Breadth (MOU.) 12.2m

Depth (Moulded) 3.2m

Draft (D. L. W. L.) 2.56m

Draft (Scantl.) 2.8m

다. Applicable Rules for Structural Design

해석을 위해 적용된 Rule은 Lloyd’s Register(LR)의 Part 4. Ship Structures (Ship Types)-July 2010, Chapter 2. Ferries, Roll on Roll off Ships and–

을 적용하여 해석을 실시하였다

Passenger Ships .

라. Materials

에 적용된 는 이

G/T 1,000 TON CLASS PLEASURE SHIP Material Grade SM400 며, SM400의 Material Properties와 Chemical Compositions(KSD 3515의 규격 은) 표 3-2과 표 3-3에 나타내었다.

표 3-2 Material Details of Mechanical Properties Mechanical Properties(SM400)

Item Yield Stress(Min) Tensile Stress (Min) Elongation(%)

Unit N/mm2 N/mm2 -

Value 245 400 18

표 3-3 Material Details of Chemical Compositions Chemical Compositions(SM400)

Item C Si Mn P S

Unit % % % % %

Value 0.18-0.23 0.35Max 0.6-1.4 0.035Max 0.035Max

그리고 Ship Structure에 대한 Specification에 따라서 해석 모델의 모든

는 이다 그러므로 해석 모델은 에 대한

Structure Member SM400 . SM400 Material

을 적용하였고 은 표 에 나타내었다

Specification , Material Specification 3-4 .

표 3-4 Material Detail of SM400

Item Value

Density[kg/mm3] 7.85x10-6 Young’s modulus [N/mm2] 2.1x105

Shear modulus [N/mm2] 7.9x104

Poisson’s ratio 0.3

2) ANALYSIS

가. Finite Element Model

의 에 위치한 부분을

G/T 1,000 TON CLASS PLEASURE SHIP Frame 83 Pillar

해석하기 위한 유한 요소 해석 모델은 Shell element를 사용하였으며, Mesh size 는 약 100mm ~ 150mm로 모델링 하였다.

모델에 사용된 는 을 사용하기 위하여

Finite Element size Symmetric condition ,

부터 까지 사용하였고 높이는 부터 까지 모

Frame 74 Frame 92 , Upper Deck B Deck

델에 사용하였다 그리고. Transverse 방향으로는 Side Shell부터 Center까지 사용 하였다. Drawing과 F.E. model은 그림 3-3과 그림 3-4에 나타내었다.

그림 3-3 Drawing of F.E Analysis Area 그림 3-4 F.E. Model of Analysis Area

나. Loading Condition

에 적용된 은 의

Model Loading LR Rule Part 4. Chapter 2. Table 2.3.1 Design

을 사용하였다 해석의 목적이 에 있는 의 적용 여

Deck Loading . Upper Deck Pillar

부에 있으므로 A-Deck와 B-Deck에 Loading을 적용하였다 적용된 하중값은 표. 에 나타내었다

3-5 .

그리고 모델에 적용된 하중은 그림 3-5 에 나타내었다.

표 3-5 Design Deck Loadings

Deck Design pressures PS, in kN/m2 Secondary structures Primary structures Decks in way of

accommodation and public spaces, see

Note

6,38 3,12

NOTE

The design pressure, PS, may be reduced by 12 per cent for ferries and passenger ships with a specified operating area service notation.

Primary & Secondary Deck loading of A-Deck

Primary & Secondary Deck loading of B-Deck 그림 3-5 Applied Deck Loading

다. Boundary Condition

와 는 을 적용하였고 또한

Frame 74 92 Symmetric condition , Center position

을 적용하였다 그리고 는 고정을 하고

Symmetric condition . Upper deck area Pillar 가 설치되는 위치는 Z 방향으로Fixed condition을 적용하였다.

적용된 Boundary condition은 그림 3-6에 나타내었다.

그림 3-6 Boundary Condition of F.E. Model

라. Permissible Stress

는 다음과 같은 식으로 정의 된다 Combined stress(Von-mises stress) .



  

  ^

 



 

 



 

 



 

 

 



그리고 평면응력 상태일 때의 항복은 z방향이 0이 되므로 Von-mises stress는 다음과 같이 정의 된다.



  ^{ }

 

 



 

그리고 Permissible stress는 Rule Part 3. Chapter 4. Section 5.를 적용하였으 며, Permissible combined stress는 다음과 같다.

   

 

 ^{ }









   

  ^{   }

 

또는 0.66, 둘 중 보다 큰 것을 적용한다.



표 3-6 Permissible Stress of F.E. Model

Material Yield stress Permissible stress

SM400 245(N/mm2) 182.45(N/mm2)

3) RESULT

의 구조해석은 가지

G/T 1,000 TON CLASS PLEASURE SHIP 6 Loading

에 대해 수행하였고 해석 결과는 표 과 그림 에 나타내었

condition , Stress 3-7 3-7

다.

표 3-7 Stress results for loading condition

(Unit : N/mm²)

NO. Loading Condition Von-Mise

s stress Permissib

le stress Max. Point Remar k 1 Primary Loading Condition 86.99 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK 2 Primary + Pillar Condition 80.89 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK 3 Secondary Loading Condition 107.8 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK 4 Secondary + Pillar Condition 100.2 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK 5 Primary + Secondary Condition 177.2 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK 6 Primary + Secondary + Pillar

Condition 165.1 182.45 Fr. 90 of

B-deck web OK

.

All structure for primary loading

condition (Loadcase 1) A-Deck Frame structure for primary loading condition (Loadcase 1)