JF M S E, 28(1), pp. 14~21, 2016. www.ksfme.or.kr 수산해양교육연구 제 권 제 호 통권 호, 28 1 , 79 , 2016. http://dx.doi.org/10.13000/JFMSE.2016.28.1.14
. 서 론
Ⅰ
파랑 중에서 운항하는 선박은 복잡한 연성운동 을 한다 이러한 선체운동이 심해지면 안전성과 . 승선감 저하 뿐만 아니라 뱃멀미를 유발한다, .
선체운동과 관련된 뱃멀미 지수인 MSI 에 대한 연구도 다양하 (Motion Sickness Incidence)
게 이루어져 왔다. O'Hanlon and McCauley(1974) 는 선체운동 시뮬레이션에서 수직운동을 가정하 여 특정한 운동 진폭 또는 주파수에서 노출시간 을 시간으로 하여 2 500가지의 경우에 대한 실험 을 통해 MSI를 평가하였다 그리고 . Lawther and
는 뱃멀미와 운동 가속도의 상관관계 Griffin(1986)
에 대해 연구하였다.
실습선의 경우 Jung and Lee(2008)는 승선 중인 실습생을 대상으로 설문조사를 분석하여 승선감 과 가장 밀접한 관계가 있는 멀미증상이 어떤 요 인에 의해 발생되고 멀미증상이 유발되면 어떤 , 현상이 초래되는지를 확인하였다 또한 멀미 현. 상을 줄이기 위한 운항 방안에 대하여 검토하였 다. Yoon, et al.(2008)은 뱃멀미 지수(Motion
와 운동유발 작업방해회 Sickness Incidence : MSI)
수(Motion Induced Interrupt : MII)를 실시간으로 계산하였고 운항환경 모니터링 시스템을 이용해 ,
실습선의 거주위치 변경에 따른 수직가속도 저감에 관한 연구
한승재* 하영록** 이승철* 정태영* 김인철 (*부경대학교 **거제대학교)
A Study on Decrease of Vertical Accelerations due to Changes in Location of the Habitation Division for Training Ship
Seung-Jae HAN*ㆍYoung-Rok HA**ㆍSeung-Chul LEE*ㆍTae-Yeong JEONG*ㆍIn-Chul KIM (* Pukyong National Universityㆍ**Koje College)
Abstract
Research on ship motion and seasickness is recognized as the important research area to ensure the pleasant operative environment in addition to the research of operation safety of ship. In this paper, the motion performance in waves for the training ship Kaya of Pukyong National University is obtained by using the computer program based on Strip Method. To guarantee the pleasant seafaring in ocean, the vertical acceleration of ship motion is calculated according to the habitation division location in the ship.
The results of calculation by changes of location of habitation division are compared with the guideline of MSI(Motion Sickness Incidence). The degree of motion sickness is shown and discussed through the comparison between calculated vertical acceleration spectrum and MSI guideline. To improve the safety of ship in motion and the pleasant seafaring in waves, the downtrend of seasickness ratio is needed by the decrease on vertical acceleration of the ship. Through the results in this paper, the relocation of both bridge and accommodation toward the aftship reduced the vertical acceleration and MSI.
Key words : Training ship, Strip method, Vertical acceleration, MSI(Motion Sickness Incidence)
Corresponding author : 051-629-6611, [email protected]
(2015 ) .
개념을 도입하여 멀미를 평가하였다
MSI, MII .
은 조타실과 기관실에 근무하는 Kim, et al.(2014)
승선경험이 없는 해기사를 대상으로 선체운동과 멀미의 상관관계 조타실과 기관실 근무자의 멀, 미 민감성을 평가하였다. Han, et al. (2014(2),
은 프로그램을
2014(3), 2014(4)) Maxsurf Seakeeper
이용하여 MSI를 평가하였다. 특히, Han, et 은 실습선에 승선한 학생들의 멀미에 al.(2014(2))
대한 설문지와 Maxsurf를 통한 MSI 계산결과와 비교하였으며, Han, et al.(2014(3))은 선속의 변화 에 따른 MSI를 평가하였다. Han, et al.(2014(4))은 선박의 주제원을 변화시키지 않고, LCB( Longitud
변화에 따른 를 평가 inal Center of Buoyancy) MSI 하였다.
실습선은 많은 학생들이 배에 승선하여 교육과 실습훈련을 하고 있기 때문에 실습선은 쾌적한 , 승선감과 항해 안전성의 확보를 위해서는 신체적 피로나 인지능력의 저하와 같은 멀미증상의 발, 생을 최대한 줄일 필요가 있다 본 논문에서는 . 부경대학교 실습선인 가야호를 대상으로 근무지 와 거주구역의 위치 변화에 따른 수직운동가속도 를 평가하여, Han, et al.(2014(2), 2014(3))의 결과 및 MSI의 가이드라인과 비교 검토하여․ , MSI에 대 한 위치변화의 영향을 평가하였다.
이론적 배경 .
Ⅱ
뱃멀미 지수 1. (MSI)
선박 뱃멀미의 발생빈도 지표가 되는 MSI지수 에 대해 알아보면 인체에 미치는 영향은 진동에 , 관련된 가장 중요한 기준은 주파수이다. ISO의 인체진동 관련 규격에서는 인체에 대한 영향을 주는 거동을 저주파수 운동(0.63Hz 이하 과 진동)
으로 구분하고 있다 특히 의
(1~80Hz) . , 0.1 0.5Hz∼ 저주파수 영역에서 멀미의 발생 가능성이 높은 것으로 분석하고 있다(ISO 2631-1, 1997). 또한 멀 미 증상은 비행기 자동차 선박 등으로 장시간 , ,
탑승하는 환경에서 많이 발생한다.
뱃멀미의 발생원인은 사람의 모든 감각기관에 의한 운동예측과 실제 받는 운동이 불일치하고, 많은 환경요인에서 수행하는 작업 등에 의한 것 이라고 알려져 있으며 인간이 받는 가속도 중에, 서 수직가속도가 뱃멀미에 가장 민감하다고 알려 져 있다(ISO 2631-1, 1997).
는 노출시간과 운동가속도에 대한 뱃멀미 MSI
의 발현확률을 백분율로 표시하고 있다 운동 가. 속도에 대한 노출시간이 증가함에 따라 멀미의 발생 가능성은 증가하고 이에 대한 적응은 오랜 시일이 지나야 얻어지며 저주파수 운동의 감각, 은 각각의 개개인의 차이가 매우 크지만 통계적, 으로 여성이 남성보다 멀미를 심하게 하고 나이 가 많을수록 멀미의 빈도는 감소한다. 반면,
미만의 저주파수 운동에서는 주의력과 0.5rad/s
인식기능이 떨어지고 멀미가 발생함으로써 집중 력 감소 움직임 곤란 판단력 저하 무기력함 등 , , , 작업수행에 심각한 장애를 유발하게 된다(ISO 9996, 1996).
뱃멀미에 대한 표준
2. ISO 2631-3
뱃멀미의 기준은 승객의 쾌적함의 평가를 위하 여 만들어졌으며, 일반적으로 통용되고 있다.
에서는 범위에 해당
ISO 2631-3(1985) 0.1~0.63Hz
하는 운동이 인체에 유발하는 진동을 평가하는 방법을 제시하고 있다 그러나 다른 인체 진동 . , 분야와 달리 시험과 데이터 확보가 어렵기 때문 에, 심각한 불편함을 발생시키는 범위(Severe
에 대한 가이드라인만이 제 Discomfort Boundaries)
시되어 있을 뿐이다.
불쾌감 영역은 주파수와 가속도와의 관계로 정 의한 것으로 뱃멀미를 일으키는 한계 가속도를 노출 시간별로 주파수 함수와 가속도 RMS (Root
값으로 범위를 제공하고 있다
Mean Square) ([Fig.
1]).
10 8.0 6.3 5.0 4.0 3.15 2.5 2.0 1.6 1.25 1.0 0.8 0.63 0.5 0.4 0.315 0.25 0.2 0.16 0.125
0.1 0.63 0.785 1.0 1.26 1.57 1.98 2.51 3.14 3.96 5.03 6.28
8h(tentative)
2h 30 min
Motion sickness region
Frequency or centre frequency of one-third octave band, rad/s
Acceleration(r.m.s.), m/s2
[Fig. 1] ISO 2631-3 Severe Discomfort Boundaries
멀미 증상은 가속도와 주파수에 크게 의존함을 알 수 있다(ISO 2631-3, 1985; BS 6841, 1987).
은 뱃멀미에 적응이 되지 않은 성인 남 [Fig. 1]
녀의 기준에 대한 ISO 2631-3을 기준으로 작성한 그래프이며 각 그래프는 조우주파수에 대해 , 30 분, 2시간, 8시간 노출 했을 때의 수직가속도의
값의 범위를 나타내고 있 RMS(Root-Mean Square)
다.
계산 3. MSI
상용코드(Maxsurf Seakeeper v.11) 프로그램에
대한 뱃멀미 지수 또는 MSI는 구토 증상을 보이 지 않을 정도의 뱃멀미로서 수직 가속도를 느낄 , 수 있는 사람 수에 따라 결정된다.
는 선박의 다양한 위치에서 Maxsurf Seakeeper
평가된 MSI에 대해서 노출시간에 따라 제공된 표준 곡선에 대한 데이터와 관심 지점의 수직 가 속도의 크기에 따라 변화되는 MSI 곡선을 중첩 시킬 수 있다(Maxsurf Seakeeper Version 11.0 User Manual, 2004).
는 관심 지점의 주파수를 중심으로 옥
MSI 1/3
타브 범위(1/3 octave band)에서 수직가속도 스펙 트럼의 적분에 의해 구하며 다음의 식을 이용하, 여 계산된다.
(1)
여기서 주파수 간격 에서 는 을 중 심으로 1/3 옥타브 범위이고, 가속도는 선박의 관심 지점에서의 절대 수직가속도 스펙트 럼이다 중심 주파수를 변화시킴으로써 수직 . MSI 가속도의 그래프를 만들고 표준 곡선과 비교하여
가 도출된다
MSI .
계산 결과 및 고찰 . MSI
Ⅲ
계산조건 1.
임의의 해역을 운항중인 선박의 선내 위치별 가속도를 계산하기 위해서는 해당 위치에서의 수 직가속도 성분을 구해야 한다. Han et al.
선체운동계산 기법을 통해서 수직가속 (2012(1))
도를 구하고, 수직가속도 스펙트럼을 이용하여 가야호의 MSI를 계산한다 실습선 가야호의 주요. 제원은 <Table 1>과 같다. 수치계산 조건은
와 같다 여기에서
<Table 2> . , Beaufort scale no.5 는 평균 풍속 9.41 m/s, 유의파고 2.0 m이고 평, 균 파주기 5.46 s이다.
Principal dimension Present Length between perpendiculars
Breadth moulded Draught Fore Draught After Centre of gravity above base Longitudinal radius of gyration
Transverse radius of gyration
73.93 m 13.20 m 3.8 m 5.5 m 4.831 m
- -
73.93 m 13.20 m 3.4 m 5.6 m 4.831 m
0.25L 0.375B
<Table 1> Main Particulars of Kaya.
Item Calculation condition
Beaufort scale No.5
Encounter angle 120°, 150°, 180°
Ship speed Fn = 0.230 (12knot)
<Table 2> MSI of Calculation Condition
Location x y z
A 54.04 0.0 14.18
A-1 57.67 0.0 14.18
A-2 50.42 0.0 14.18
B 26.58 4.20 4.10
B-1 30.21 4.20 4.10
B-2 22.95 4.20 4.10
C 44.60 2.73 4.41
C-1 48.23 2.73 4.41
C-2 40.97 2.73 4.41
<Table 3> Habitation Division of Location Measurement
는 선내 를 계산하기 위해 축의
[Fig. 2] MSI X
원점을 선미수선(A.P., After Perpendicular)에 두고,
축의 원점은 에 둔
Z Base Line 좌표계로 표현된 위치를 나타내며 각각의 좌표 값은 에 나타내고 있다 여기에서 는 선교
<Table 3> . , A
는 엔진실 그리고 는
(Bridge), B (Engine Room), , C 거주구역(Accommodation)을 나타내고 있으며 가, 야호에서의 실제 위치이다. A-1, B-1, C-1은 실선 의 길이방향으로 선수쪽으로 5%이동한 위치를 나타내고, A-2, B-2, C-2는 선미쪽으로 5%이동한
위치를 나타내고 있다.
[Fig. 2] Habitation Division Location of MSI Variation
계산결과 및 고찰 2.
선내 거주위치의 변경을 통한 수직가속도의 저 감 방안에 따른 변화를 알아 보기위해 가야호의 , 위치와 제안된 위치의 수직가속도 변화를 정량적 으로 비교하였다.
는 선교 에서의 선수각에 [Fig. 3] ~ [Fig. 5] (A)
따른 계산결과를 보이고 있다.
실선은 가야호의 실제 위치에서의 결과이고, 점선은 선수방향으로 5% 이동한 위치에서의 결 과이고 일점쇄선은 선미방향으로 , 5% 이동한 위 치에서의 결과를 나타내고 있다.
[Fig. 3] Comparisons of Vertical Acceleration in 120°
[Fig. 4] Comparisons of Vertical Acceleration in 150°
선수각이 선수사파의 경우, A위치에서 A-1로 이동시에는 120°에서는 8.67%, 150°에서는 9.56%, 에서는 정도의 수직가속도 증가를 보 180° 9.82%
이고, A-2로 이동시에서는 120°에서는 7.71%,
에서는 에서는 수직가속도
150° 9.04%, 180° 9.45%
감소를 보이고 있다.
[Fig. 5] Comparisons of Vertical Acceleration in 180°
은 엔진실 에서의 선수각에 [Fig. 6] ~ [Fig. 8] (B)
따른 계산결과를 보이고 있다 실선은 가야호의 . 실제 위치에서의 결과이고 점선은 선수방향으로 , 이동한 위치에서의 결과이고 일점쇄선은 선
5% ,
미방향으로 5% 이동한 위치에서의 결과를 나타 내고 있다.
선수사파의 경우, B위치에서의 B-1로 이동시 에는 120°에서는 0.4% 수직가속도 감소를 보이고 있다 선수각 . 150°와 180°에서는 위치 변화에 따 른 수직가속도의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있었다. B-2로 이동시에는 120°에서는 2%, 150°
에서는 0.5% 수직가속도 증가를 보이고 있다 선. 수파(180°)로 갈수록 위치 변화에 따른 수직가속 도의 변화가 거의 없는데 이는 엔진실이 실선의 , 무게중심에 가까움에 따라 수직가속도의 증가폭 이 적기 때문인 것으로 사료된다.
[Fig. 6] Comparisons of Vertical Acceleration in 120°
[Fig. 7] Comparisons of Vertical Acceleration in 150°
[Fig. 8] Comparisons of Vertical Acceleration in 180°
은 거주구역 에서의 선수 [Fig. 9] ~ [Fig. 11] (C)
각에 따른 계산결과를 보이고 있다 실선은 가야. 호의 실제 위치에서의 결과 점선은 선수방향으, 로 5% 이동한 위치에서의 결과 일점쇄선은 선미, 방향으로 5% 이동한 위치에서의 결과를 각각 나 타내고 있다 선수각 . 120°에서는 위치변경에 따 른 수직가속도의 변화가 거의 없지만(C-1의 경우 0.43%, C-2의 경우 2.1% 증가), 150° 일 때, C-1 로 이동시에는 7.32% 수직가속도 증가를 보이고,
는 수직가속도 감소를 보이고 있다 그
C-2 5.21% .
리고 선수파의 경우, , C-1로 이동시에는 10.38%
수직가속도 증가를 보이고, C-2는 7.49% 수직가 속도 감소를 보이고 있다.
[Fig. 9] Comparisons of Vertical Acceleration in 120°
[Fig. 10] Comparisons of Vertical Acceleration in 150°
[Fig. 11] Comparisons of Vertical Acceleration in 180°
. 결 론
Ⅳ
본 논문에서는 구획의 위치별 특성을 최대한 유지하면서 실선의 길이방향으로 선수미 방향으 로의 위치 변경에 따른 계산 결과를 요약하면 다 음과 같다.
선교 거주구역 위치를 가야호 위치에서 A( ), C( )
선미 쪽으로 5%이동 했을 때 선수파로 갈수록 , 수직가속도가 감소함으로 인해 멀미 비율이 감, 소하였다 특히 학생들이 승선하여 거주하는 . , C 위치의 수직가속도를 줄여서 멀미 비율을 감소, 시키기 위해서는 현재위치에서 선미방향으로 구 획배치를 재배치할 필요가 있을 것으로 사료된 다.
엔진실 위치는 위치변화에 따른 수직가속도
B( )
의 변화가 거의 없었다 이는 엔진실의 실선의 . 무게중심에 가까움에 따라 수직가속도의 증가폭 이 적기 때문인 것으로 사료된다.
운항 안전성과 쾌적한 승선감의 향상을 위해서 는 수직가속도를 줄여서 멀미 비율을 감소시켜야 한다 따라서 멀미가 적은 거주구역을 찾기 위해. 서는 적절한 거주위치변경을 병행하여 수직가속 도를 저감 시키는 쪽으로 구획배치를 통해 수직 가속도를 저감할 수 있는 위치를 적절하게 선택 할 필요가 있다.
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Received : 01 October, 2015 Revised : 13 November, 2015 Accepted : 18 November, 2015
