KR20140022187A - A real-time measurement system of hull frictional coefficient for ice-class vessels - Google Patents

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KR20140022187A
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조성락
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Abstract

The conventional system for indirectly measuring thawing through the sampling to measure a frictional coefficient between a hull and the thawing has a disadvantage that an accurate frictional coefficient is not obtained by not properly considering normal force by an ice load. The purpose of the present invention is to provide a real-time hull frictional coefficient measurement system for an ice sea vessel to accurately measure a frictional coefficient between a real scale hull and the thawing in real seas while solving the conventional problems. The real-time hull frictional coefficient measurement system for an ice sea vessel of the present invention comprises a 6 cutting force component system, a load cell, a camera, a global positioning system (GPS), a temperature string sensor, a frictional coefficient measurement database and calculation software. By measuring, in real time, the frictional coefficient between the hull and the thawing, the present invention may be variously used as an index for verifying performance of the ice sea vessel, a basic material for developing an ice model test method and upgrading model test interpretation data, a supporting material for determining the painting time and the maintenance time of an icebreaker by construing the corrosion and roughness of the hull and a material for developing an optimum icebreaker for the current thawing state and making the physical properties of the thawing as a database.

Description

빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템{a real-time measurement system of hull frictional coefficient for ice-class vessels}Real-time measurement system of hull frictional coefficient for ice-class vessels}

본 발명은 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a real-time hull friction coefficient measuring system for ice ships.

실해역에서 빙해선박의 선체(hull)와 해빙(sea ice) 사이의 마찰로 발생하는 마찰저항(frictional resistance)은 빙해선박의 전체저항(total resistance) 중 약 30% 정도 차지(Spencer and Jones, 2001 외 다수, 빙모형시험 결과를 토대로 추정)하고 있는 주요 인자로서, 마찰저항은 선체와 해빙 사이의 마찰계수에 비례하여 증가하는 양상을 가지고 있다. 그리고 마찰계수는 선체 표면의 거칠기(roughness), 해빙의 상태(ice conditions), 선속(ship speed), 빙하중(ice load), 수온 및 대기온도, 눈(snow) 유무, 윤활 상태(lubrication conditions) 등에 따라 변하게 된다.
Frictional resistance caused by friction between the hull and sea ice of an iceberg in the sea area accounts for about 30% of the total resistance of the iceberg ship (Spencer and Jones, 2001) In addition, the frictional resistance increases in proportion to the coefficient of friction between hull and sea ice. The coefficients of friction include roughness of the hull surface, ice conditions, ship speed, ice load, water temperature and air temperature, snow, and lubrication conditions. Will change depending on the back.

실해역에서 선체와 해빙 사이의 마찰저항 또는 마찰계수를 정확히 측정하기는 매우 어렵고 복잡하여 마찰계수 측정 절차나 측정 기술에 대한 연구는 전세계적으로 전혀 이루어지지 않았다. 왜냐하면 마찰계수 영향인자들이 매우 다양하여 정확한 계측이 어렵기 때문이다. 또한 빙해선박 분야에서는 주로 선체구조, 선형(hull form), 추진기 등의 기초 기술 개발에 매진하였기 때문에 그동안 마찰저항의 감소를 위하여 air bubble이나 water jet을 이용한 장치개발에만 국한적으로 연구가 수행되었다. 따라서 선체와 해빙 사이의 마찰계수는 연구 초기 해빙을 샘플링(sampling)하여 선박 위에서 견본판(sample board)을 이용하여 마찰계수를 측정하는 방식으로 획득한 데이터를 30~40년이 지난 현재까지도 사용하고 있는 실정이며, 실해역에서 선체와 해빙 사이의 실시간 마찰계수를 정확히 측정하는 계측 시스템은 전무한 실정이다.It is very difficult and complicated to accurately measure the frictional resistance or coefficient of friction between hull and sea ice in the real sea area, so no study of friction coefficient measurement procedures or measurement techniques has been conducted worldwide. This is because the friction coefficient influence factors are so diverse that accurate measurement is difficult. In addition, in the field of ice ships, the research was mainly focused on the development of basic technologies such as hull structure, hull form, and propeller. Therefore, researches were limited to developing devices using air bubbles or water jets to reduce frictional resistance. Therefore, the coefficient of friction between hull and sea ice is based on the data obtained by sampling the initial sea ice and measuring the coefficient of friction using a sample board on the ship until 30-40 years later. There is no measurement system that accurately measures the real-time friction coefficient between hull and sea ice in the real sea area.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 실해역에서 실규모 선체와 해빙사이의 마찰계수를 정확히 측정하기 위한 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a real-time hull friction coefficient measuring system for an ice ship to accurately measure the friction coefficient between the actual hull and the sea ice in the real sea area.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

선박의 부력중심에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 선박에 작용하는 전체 빙하중을 계산하여 데이터 분석실로 전송하는 6분력계;It is installed in the buoyancy center of the ship, connected to the data analysis room by LAN or data communication line, a six-component system that calculates the total ice weight acting on the ship in real time and transmits to the data analysis room;

선박의 선수, 선체중앙, 선미의 선체 안쪽에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 선박에 작용하는 마찰력을 측정하여 데이터 분석실로 전송하는 로드셀;A load cell installed inside a ship's bow, hull center and stern hull, connected to a data analysis room by a LAN or a data communication line, and measuring a frictional force acting on the ship in real time and transmitting the data to a data analysis room;

선박의 데이터 분석실에 구비되며, 데이터 분석실로 전송된 전체 빙하중, 마찰력 값을 시간 동기화하여 저장하는 마찰계수 측정 데이터베이스 및;A coefficient of friction measurement database provided in a data analysis room of the ship and storing time-synchronized frictional force values among the entire glaciers transmitted to the data analysis room;

상기 마찰계수 측정 데이터베이스와 연동하며, 상기 마찰계수 측정 데이터베이스에 저장된 전체 빙하중, 마찰력 값을 이용하여 실시간으로 마찰계수를 계산하는 계산 소프트웨어;Calculation software interlocked with the friction coefficient measurement database and calculating a friction coefficient in real time using a friction force value among all glaciers stored in the friction coefficient measurement database;

를 포함하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템을 제공한다.Provided, real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships.

본 발명에 따르면, 실시간으로 선체와 해빙 사이의 마찰계수를 측정하여 다양하게 활용할 수 있다. 첫째로, 빙해선박의 성능을 검증하는 하나의 지표로 사용할 수 있게 된다. 즉, 쇄빙저항과 마찰저항 등 선형 및 추진기 형태에 따라 저항성분을 분석하여 빙해선박의 성능을 검증하는데 큰 역할을 할 수 있게 된다. 둘째로, 빙모형시험법 개발 및 모형시험 해석 데이터를 업그레이드 할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있을 것이다. 셋째로, 선체의 부식 및 거칠기를 유추하여 쇄빙선의 도장 시기 및 보수시기를 결정할 수 근거자료로 활용할 수 있다. 마지막으로, 최근 지구 온난화로 인하여 해빙의 특성 및 해빙 결빙 면적이 급속도로 변하고 있으며, 현재의 해빙 상태에 가장 알맞은 쇄빙선 개발 및 해빙의 물리적 특성을 데이터베이스화할 수 있는 자료를 확보할 수 있다.According to the present invention, the friction coefficient between the hull and the sea ice in real time can be measured and used in various ways. Firstly, it can be used as an indicator to verify the performance of ice ships. In other words, by analyzing the resistance component according to the linear and propeller type such as ice break resistance and friction resistance, it can play a big role in verifying the performance of the ice ship. Second, the development of ice model test methods and model test analysis data can be used as basic data for upgrading. Third, it can be used as the basis for determining the timing and repair time of icebreaker by inferring hull corrosion and roughness. Lastly, due to the recent global warming, the characteristics of sea ice and sea ice freezing are changing rapidly, and it is possible to obtain data to develop the icebreaker and the physical characteristics of sea ice that are most suitable for the current sea ice.

도 1은 본 발명에 따른 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.
도 2는 빙해선박 실해역 운항 시의 빙상상태 위치 개념도.
도 3은 전체 빙하중 계산을 위한 좌표계.1 is a real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships according to the present invention.
Figure 2 is a conceptual diagram of the position of the ice on the ice sea ship real sea area operation.
3 is a coordinate system for calculating the total glacier weight.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명에 따른 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템을 보여준다. 그리고 도 2는 빙해선박 실해역 운항 시의 빙상상태 위치 개념도이며, 도 3은 전체 빙하중 계산을 위한 좌표계를 보여준다.
1 shows a real-time hull friction coefficient measuring system for ice ships according to the present invention. And Figure 2 is a conceptual diagram of the position of the ice state when operating the sea ice ship real sea area, Figure 3 shows a coordinate system for the calculation of the total glacier.

종래에는 선체와 해빙 사이의 마찰계수 측정을 위하여 해빙을 샘플링하여 간접적으로 측정하였으나, 이는 빙하중에 의한 수직항력을 적절하게 고려하지 못해 정확한 마찰계수 값을 구하지 못하는 단점을 가지고 있었다. 이에 본 발명은 종래의 문제점들을 개선하고 실해역에서 실규모 선체와 해빙사이의 마찰계수를 정확히 측정하기 위한 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템을 제공하는 것을 목적으로 하는바, 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 6분력계(1), 로드셀(2), 카메라(3), 위성 항법 시스템(GPS)(4), 온도 스트링 센서(5), 마찰계수 측정 데이터베이스(6) 및 계산 소프트웨어(7)를 포함하여 이루어진다(도 1).
Conventionally, the sea ice was sampled and indirectly measured to measure the friction coefficient between the hull and the sea ice. However, this method has a disadvantage in that accurate friction coefficient values cannot be obtained because the vertical force due to the glacial ice is not properly considered. Accordingly, an object of the present invention is to provide a real-time hull friction coefficient measuring system for an ice ship to improve the conventional problems and to accurately measure the friction coefficient between the actual hull and the sea ice in the sea area. The invention includes a six-componentometer (1), load cell (2), camera (3), satellite navigation system (GPS) (4), temperature string sensor (5), coefficient of friction measurement database (6) and calculation software (7). ) (FIG. 1).

본 발명에 따른 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템은 극지해역에서 빙해선박이 운항 중에 선박(8)의 전체 빙하중(global ice load), 선체 표면의 마찰력(friction force), 선속, 해수 및 대기온도 등을 실시간으로 계측하고 그 결과를 바탕으로 실시간으로 마찰계수를 측정하고 계산하는 시스템으로서, 선박(8) 주위에서 계측된 값들이 랜(LAN)이나 선박(8) 내 데이터 통신을 통해 선박(8) 내 데이터 분석실로 이동하면, 선박(8) 내 데이터 분석실에서는 선속별 또는 해빙 상태별 마찰계수를 실시간으로 계산해 내게 된다.
The real-time hull friction coefficient measuring system for an ice sea vessel according to the present invention is characterized in that the global ice load of the ship 8, the friction force of the hull surface, the speed of the sea, the sea water and the atmospheric temperature during the operation of the ice sea vessel in the polar sea area. It is a system for measuring and calculating the friction coefficient in real time based on the result of the measurement, and the measured values around the vessel (8) are transferred to the vessel (8) via LAN or data communication in the vessel (8). When moving to the data analysis room in the ship 8, the data analysis room in the ship 8 calculates the coefficient of friction for each ship speed or sea ice in real time.

극지항로 빙해역에서 쇄빙선 등 선박은 얼음을 굽힘으로 깨면서 전진을 하며, 선수부 형상(선수각≒30°)에 약간의 차이는 있지만 깨어진 빙편(ice floe)(9)은 굽힘방향으로 회전을 하면서 선체(8) 중앙으로 미끄러지며, 최종적으로 선미를 거쳐 프로펠러 후류를 따라 이동하게 된다(도 2).
Ships, such as icebreakers, move forward by breaking ice in the polar sea ice zone, and there is a slight difference in bow shape (bow angle: 30 °), but the ice floe (9) is rotated in the bending direction. It slides to the center of the hull 8 and finally moves along the propeller wake via the stern (FIG. 2).

한편, 빙해선박은 빙해역을 운항할 수 있는 선박을 총칭하며, 얼음을 깨고 운항할 수 있는 쇄빙선과 깨어진 빙편을 헤치고 운항할 수 있는 내빙선으로 나눌 수 있다. 빙해선박에 작용하는 마찰저항은 크게 선수(bow), 선체중앙(midship), 선미(stern) 의 세 부분으로 나뉘어서 작용하게 되며, 각 부분에서 선체(8)의 표면에 법선방향으로 작용하는 수직항력에 대하여 직교하는 방향으로 마찰력이 발생하게 된다. 따라서 마찰계수를 계산하기 위해서는 기본적으로 선체(8)에 작용하는 수직항력(N)과 마찰력(F)을 측정해야 한다.
On the other hand, the ice-sea ship is a generic term for a ship that can operate an ice-sea area, and can be divided into an icebreaker that can operate while breaking ice and an icebreaker that can navigate through broken ice. The frictional resistance acting on the ice ship is divided into three parts: bow, midship and stern, and the vertical drag acting in the normal direction on the surface of the hull 8 in each part. The friction force is generated in the direction orthogonal to. Therefore, in order to calculate the coefficient of friction, it is necessary to basically measure the normal force (N) and friction force (F) acting on the hull (8).

수직항력의 경우, 먼저 선박(8)의 부력중심(center of buoyancy)에 6분력계(1)를 설치하여 선체를 강체로 가정하고 선체의 6자유도 움직임을 계측한 뒤 이를 이용해 운동방정식을 풀어 선체에 작용한 전체 빙하중을 계산하여야 하며(선체에 수직하게 작용한 전체 빙하중은 도 3의 좌표계에서 세 방향 힘 성분의 벡터 합으로 표시된다), 이렇게 계측한 전체 빙하중 값을 유한요소 해석을 통해 선수, 선체중앙, 선미 부분에 작용하는 압력저항 값으로 환산함으로써 세 부분에서 작용하는 수직항력을 계산하게 된다(이러한 수직항력의 계산은 후술하는 계산 소프트웨어(7)에 의하여 진행된다).
In the case of vertical drag, a six-component system (1) is first installed at the center of buoyancy of the ship (8), assuming the hull as a rigid body, and the six degrees of freedom of the hull are measured. The total weight of glaciers acting on the hull should be calculated (the total weight of glaciers acting perpendicular to the hull is represented by the vector sum of the three-way force components in the coordinate system of FIG. 3). By calculating the pressure drag acting on the bow, the hull center and the stern part, the vertical drag acting in the three parts is calculated (the calculation of the vertical drag is performed by the calculation software 7 described later).

마찰력은 도 1에서 나타난 선수, 선체중앙, 선미에 3개의 로드셀(load cell)(2)을 이용하여 측정하게 된다. 이 로드셀(2)은 선체(8) 안쪽에 설치하여 선체표면 법선방향과 수직한 방향으로 걸리는 힘에 의해 선체가 변형된 양을 측정하여 마찰력을 측정할 수 있다.
The friction force is measured using three load cells 2 on the bow, hull center and stern shown in FIG. The load cell 2 is installed inside the hull 8 so that the friction force can be measured by measuring the amount of deformation of the hull by a force applied in a direction perpendicular to the hull surface normal direction.

최종적으로 마찰계수는 선수, 선체중앙, 선미에서 계측된 마찰력(F)의 값을 수직항력(N)의 값으로 나눈 값으로 계산된다(이러한 마찰계수의 계산은 후술하는 계산 소프트웨어(7)에 의하여 진행된다).
Finally, the coefficient of friction is calculated by dividing the value of the friction force (F) measured at the bow, hull center and stern by the value of the normal force (N). Proceeds).

한편, 본 발명은 추가적으로 선수 앞부분에 설치되어 해빙상태를 계측하기 위한 카메라(3)와 선속 측정을 위한 위성 항법 시스템(GPS)(4), 대기온도 및 수온을 측정하기 위한 온도 스트링 센서(5)를 이용하여 선속별, 해빙상태별 마찰계수의 특성을 분석하기 위한 시스템을 구축할 수 있다.
On the other hand, the present invention is additionally installed in front of the bow camera (3) for measuring the sea ice and the satellite navigation system (GPS) (4) for measuring the speed, temperature string sensor (5) for measuring the air temperature and water temperature The system can be used to analyze the characteristics of friction coefficients by ship speed and sea ice.

한편, 본 발명에 따른 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템은, 6분력계(1), 로드셀(2), 카메라(3), 위성 항법 시스템(4), 온도 스트링 센서(5)의 계측 값을 선박(8) 내 데이터 분석실로 전송하는 랜(LAN)이나 선박(8) 내 데이터 통신 등의 라인을 구축한다.
On the other hand, the real-time hull friction coefficient measurement system for ice-going ships according to the present invention, the measured values of the six-component (1), load cell (2), camera (3), satellite navigation system (4), temperature string sensor (5) Lines such as a LAN to be transmitted to the data analysis room in the ship 8 and data communication in the ship 8 are established.

이에 따라, 선박(8)의 부력중심에 설치된 6분력계(1)는 실시간으로 선박(8)의 운동을 분석하여 전체 빙하중을 계산하여 데이터 분석실로 전송한다. 그리고 선수, 선체중앙, 선미에 설치된 로드셀(2)은 실시간으로 측정한 마찰력의 값을 데이터 분석실로 전송한다. 그리고 선수 앞부분에 설치된 카메라(3)는 해빙상태를 모니터링하면서 일정시간 간격으로 해빙의 정지영상을 캡쳐한 후 캡쳐한 영상을 명암 분석을 통해 이미지 분석하여 해빙의 상태(집적도)를 분석한 후 분석한 데이터를 데이터 분석실로 전송한다. 그리고 위성 항법 시스템(4)은 실시간으로 변화하는 선속을 계측하여 데이터 분석실로 전송하며, 온도 스트링 센서(5)는 실시간으로 대기온도 및 수온을 측정하여 데이터 분석실로 전송한다.
Accordingly, the six-component system 1 installed at the buoyancy center of the vessel 8 analyzes the movement of the vessel 8 in real time, calculates the total glacier weight, and transmits it to the data analysis room. The load cell 2 installed in the bow, hull center and stern transmits the frictional force value measured in real time to the data analysis room. And the camera (3) installed in front of the athlete captures a still image of the sea ice at regular intervals while monitoring the sea ice state, and then analyzes the captured image by analyzing the image (concentration) by analyzing the captured image through contrast analysis. Send the data to the data analysis room. And the satellite navigation system 4 measures the speed of the line changes in real time and transmits it to the data analysis room, the temperature string sensor 5 measures the air temperature and water temperature in real time and transmits it to the data analysis room.

상술한 바와 같이 데이터 분석실로 전송된 전체 빙하중, 마찰력, 해빙의 집적도, 선속, 대기온도 및 수온 등의 계측 값은 데이터 분석실에 구비된 마찰계수 측정 데이터베이스(6)에 시간 동기화되어 저장되어지며, 상기 마찰계수 측정 데이터베이스(6)와 연동하는 계산 소프트웨어(7)에 의하여 선속별, 해빙의 상태별, 온도별 실시간 마찰계수가 계산되어져, 사용자에게 다양한 정보를 제공해 주게 된다.
As described above, the measured values such as the total glacier, frictional force, sea ice density, ship speed, air temperature, and water temperature transmitted to the data analysis room are stored in a time-synchronized friction coefficient measurement database 6 provided in the data analysis room. Real-time friction coefficients for each ship speed, sea ice condition, and temperature are calculated by the calculation software 7 interworking with the friction coefficient measurement database 6 to provide various information to the user.

이하, 본 발명에 따른 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템을 선박에 설치한 후 실해역을 운항하면서 실시간으로 마찰계수를 측정하는 과정을 단계별로 나누어 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
Hereinafter, the process of measuring the friction coefficient in real time while operating the real sea area after installing the real-time hull friction coefficient measurement system for an ice sea vessel according to the present invention will be described in more detail as follows.

설치 단계: 선박(8)의 부력중심에 6분력계(1)를 설치하고, 선수, 선체중앙, 선미의 선체 안쪽에 로드셀(2)을 설치하고, 선수 앞부분에 카메라(3)를 설치하고, 위성 항법 시스템(4), 온도 스트링 센서(5)를 선박(8)의 임의의 위치에 설치하고, 선박(8)의 데이터 분석실에 마찰계수 측정 데이터베이스(6)를 구비하고, 마찰계수 측정 데이터베이스(6)와 계산 소프트웨어(7)를 연동시킨다. 그리고 6분력계(1), 로드셀(2), 카메라(3), 위성 항법 시스템(4), 온도 스트링 센서(5)의 계측 값을 선박 내 데이터 분석실로 전송하는 랜(LAN)이나 선박 내 데이터 통신 등의 라인을 구축한다(도 1).
 Installation step: Install the 6 component system (1) in the buoyancy center of the vessel (8), install the load cell (2) inside the hull of the bow, hull center, stern, camera (3) in front of the bow, The satellite navigation system 4 and the temperature string sensor 5 are installed at any position of the vessel 8, the frictional coefficient measurement database 6 is provided in the data analysis chamber of the vessel 8, and the friction coefficient measurement database ( 6) and the calculation software 7 are interlocked. LAN or in-vehicle data that transmits the measured values of the six-component system (1), load cell (2), camera (3), satellite navigation system (4), and temperature string sensor (5) to the on-board data analysis room. Lines for communication and the like are established (FIG. 1).

제1 단계: 실해역에서 선박(8)이 해빙과 마찰을 일으키면서 전진하면, 6분력계(1)는 실시간으로 선박(8)에 작용하는 전체 빙하중을 계산하여 데이터 분석실로 전송한다. 이 경우, 6분력계(1)는 선체를 강체로 가정하고 선체의 6자유도 움직임을 계측한 뒤 이를 이용해 운동방정식을 풀어 선체에 작용한 전체 빙하중을 계산한다.
 Step 1: When the ship 8 advances in friction with sea ice, the six-component system 1 calculates and transmits the total ice weight acting on the ship 8 in real time to the data analysis room. In this case, the six-component system (1) assumes the hull as a rigid body and measures the six degree of freedom movement of the hull.

제2 단계: 로드셀(2)은 실시간으로 측정한 마찰력의 값을 데이터 분석실로 전송한다. 이 경우, 로드셀(2)은 선체표면 법선방향과 수직한 방향으로 걸리는 힘에 의해 선체가 변형된 양을 측정하여 마찰력을 측정한다.
 Second step: The load cell 2 transmits the value of the friction force measured in real time to the data analysis room. In this case, the load cell 2 measures the frictional force by measuring the amount of deformation of the hull by a force applied in a direction perpendicular to the hull surface normal direction.

제3 단계: 카메라(3)는 해빙상태를 계측하여 데이터 분석실로 전송한다. 이 경우, 카메라(3)는 해빙상태를 실시간으로 모니터링하면서 일정시간 간격으로 해빙의 정지영상을 캡쳐한 후 캡쳐한 영상을 명암 분석을 통해 이미지 분석하여 해빙의 상태(집적도)를 분석한 후 분석한 데이터를 데이터 분석실로 전송한다. 그리고 위성 항법 시스템(4)은 실시간으로 변화하는 선속을 계측하여 데이터 분석실로 전송하며, 온도 스트링 센서(5)는 실시간으로 대기온도 및 수온을 측정하여 데이터 분석실로 전송한다.
 Third step: The camera 3 measures the thawing state and transmits it to the data analysis room. In this case, the camera 3 captures a still image of the sea ice at regular intervals while monitoring the sea ice state in real time, and analyzes the captured image through contrast analysis to analyze the state of the sea ice (integration degree). Send the data to the data analysis room. And the satellite navigation system 4 measures the speed of the line changes in real time and transmits it to the data analysis room, the temperature string sensor 5 measures the air temperature and water temperature in real time and transmits it to the data analysis room.

제4 단계: 데이터 분석실로 전송된 전체 빙하중, 마찰력, 해빙의 집적도, 선속, 대기온도 및 수온 등의 계측 값은 데이터 분석실에 구비된 마찰계수 측정 데이터베이스(6)에 시간 동기화되어 저장된다.
 Fourth step: The measured values such as the total glacier, frictional force, sea ice density, ship speed, air temperature and water temperature transmitted to the data analysis room are stored in a time-synchronized friction coefficient measurement database 6 provided in the data analysis room.

제5 단계: 마찰계수 측정 데이터베이스(6)와 연동하는 계산 소프트웨어(7)가 선속별, 해빙의 상태별, 온도별 실시간 마찰계수를 계산한다. 이 경우, 계산 소프트웨어(7)는 6분력계(1)가 계측한 전체 빙하중 값을 유한요소 해석을 통해 선수, 선체중앙, 선미 부분에 작용하는 압력저항 값으로 환산함으로써 세 부분에서 작용하는 수직항력을 계산해 내며, 최종적으로는 로드셀(2)에 의하여 측정된 마찰력의 값을 수직항력의 값으로 나눔으로써 마찰계수를 계산해 낸다.
 Step 5: The calculation software 7 in conjunction with the friction coefficient measurement database 6 calculates the real-time friction coefficient for each ship speed, sea ice condition and temperature. In this case, the calculation software 7 converts the total glacier value measured by the six-component system 1 into pressure resistance values acting on the bow, hull center, and stern through finite element analysis. The drag coefficient is calculated, and finally, the coefficient of friction is calculated by dividing the value of the friction force measured by the load cell 2 by the value of the vertical drag.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 실시간으로 선체와 해빙 사이의 마찰계수를 측정하여 다양하게 활용할 수 있다. 첫째로, 빙해선박의 성능을 검증하는 하나의 지표로 사용할 수 있게 된다. 즉, 쇄빙저항과 마찰저항 등 선형 및 추진기 형태에 따라 저항성분을 분석하여 빙해선박의 성능을 검증하는데 큰 역할을 할 수 있게 된다. 둘째로, 빙모형시험법 개발 및 모형시험 해석 데이터를 업그레이드 할 수 있는 기초자료로 활용할 수 있을 것이다. 셋째로, 선체의 부식 및 거칠기를 유추하여 쇄빙선의 도장 시기 및 보수시기를 결정할 수 근거자료로 활용할 수 있다. 마지막으로, 최근 지구 온난화로 인하여 해빙의 특성 및 해빙 결빙 면적이 급속도로 변하고 있으며, 현재의 해빙 상태에 가장 알맞은 쇄빙선 개발 및 해빙의 물리적 특성을 데이터베이스화할 수 있는 자료를 확보할 수 있다.
As described above, according to the present invention, the friction coefficient between the hull and the sea ice can be measured and used in various ways in real time. Firstly, it can be used as an indicator to verify the performance of ice ships. In other words, by analyzing the resistance component according to the linear and propeller type such as ice break resistance and friction resistance, it can play a big role in verifying the performance of the ice ship. Second, the development of ice model test methods and model test analysis data can be used as basic data for upgrading. Third, it can be used as the basis for determining the timing and repair time of icebreaker by inferring hull corrosion and roughness. Lastly, due to the recent global warming, the characteristics of sea ice and sea ice freezing are changing rapidly, and it is possible to obtain data to develop the icebreaker and the physical characteristics of sea ice that are most suitable for the current sea ice.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. will be. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate and not to limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and accompanying drawings. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

1 : 6분력계 2 : 로드셀
3 : 카메라 4 : 위성 항법 시스템
5 : 온도 스트링 센서 6 : 마찰계수 측정 데이터베이스
7 : 계산 소프트웨어 8 : 선박, 선체
9 : 빙편1: 6 calorimeter 2: Load cell
3: camera 4: satellite navigation system
5: temperature string sensor 6: friction coefficient measurement database
7: calculation software 8: ship, hull
9: ice floe

Claims (14)

선박의 부력중심에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 선박에 작용하는 전체 빙하중을 계산하여 데이터 분석실로 전송하는 6분력계;
선박의 선수, 선체중앙, 선미의 선체 안쪽에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 선박에 작용하는 마찰력을 측정하여 데이터 분석실로 전송하는 로드셀;
선박의 데이터 분석실에 구비되며, 데이터 분석실로 전송된 전체 빙하중, 마찰력 값을 시간 동기화하여 저장하는 마찰계수 측정 데이터베이스 및;
상기 마찰계수 측정 데이터베이스와 연동하며, 상기 마찰계수 측정 데이터베이스에 저장된 전체 빙하중, 마찰력 값을 이용하여 실시간으로 마찰계수를 계산하는 계산 소프트웨어;
를 포함하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.It is installed in the buoyancy center of the ship, connected to the data analysis room by LAN or data communication line, a six-component system that calculates the total ice weight acting on the ship in real time and transmits to the data analysis room;
A load cell installed inside a ship's bow, hull center and stern hull, connected to a data analysis room by a LAN or a data communication line, and measuring a frictional force acting on the ship in real time and transmitting the data to a data analysis room;
A coefficient of friction measurement database provided in a data analysis room of the ship and storing time-synchronized frictional force values among the entire glaciers transmitted to the data analysis room;
Calculation software interlocked with the friction coefficient measurement database and calculating a friction coefficient in real time using a friction force value among all glaciers stored in the friction coefficient measurement database;
Including, a real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제1 항에 있어서,
상기 6분력계는 선체를 강체로 가정하고 선체의 6자유도 움직임을 계측한 뒤 이를 이용해 운동방정식을 풀어 선체에 작용한 전체 빙하중을 계산하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
The six-component system assumes the hull as a rigid body, measures six degrees of freedom of the hull, and then calculates the total glacier acting on the hull by solving the equation of motion. . 제1 항에 있어서,
상기 로드셀은 선체표면 법선방향과 수직한 방향으로 걸리는 힘에 의해 선체가 변형된 양을 측정하여 마찰력을 측정하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
The load cell measures the frictional force by measuring the amount of deformation of the hull by a force applied in a direction perpendicular to the hull surface normal direction, real-time hull friction coefficient measurement system for ice and ice ships. 제1 항에 있어서,
상기 계산 소프트웨어는 상기 6분력계가 계측한 전체 빙하중 값을 유한요소 해석을 통해 선수, 선체중앙, 선미 부분에 작용하는 압력저항 값으로 환산함으로써 세 부분에서 작용하는 수직항력을 계산해 내며, 최종적으로는 상기 로드셀에 의하여 측정된 마찰력의 값을 수직항력의 값으로 나눔으로써 마찰계수를 계산해 내는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
The calculation software calculates the vertical drag acting in the three parts by converting the total glacier value measured by the six-component system into the pressure resistance values acting on the bow, hull center and stern through finite element analysis. The friction coefficient is calculated by dividing the value of the frictional force measured by the load cell by the value of the vertical drag, the real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제1 항에 있어서,
선박의 선수 앞부분에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 해빙상태를 계측하여 데이터 분석실로 전송하는 카메라를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
It is installed in front of the bow of the ship, connected to the data analysis room by LAN or data communication line, and further comprises a camera for measuring the thaw state in real time and transmitting to the data analysis room, real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships . 제5 항에 있어서,
상기 카메라는 해빙상태를 실시간으로 모니터링하면서 일정시간 간격으로 해빙의 정지영상을 캡쳐한 후 캡쳐한 영상을 명암 분석을 통해 이미지 분석하여 해빙의 상태(집적도)를 분석한 후 분석한 데이터를 데이터 분석실로 전송하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.6. The method of claim 5,
The camera captures a still image of the sea ice at regular intervals while monitoring the sea ice in real time, and analyzes the captured image by contrast analysis to analyze the state of the sea ice (integration) and then analyzes the analyzed data into the data analysis room. A real time hull coefficient of friction measurement system for an ice ship, characterized in that for transmitting. 제5 항에 있어서,
상기 마찰계수 측정 데이터베이스는 데이터 분석실로 전송된 해빙상태 값을 시간 동기화하여 추가로 저장하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.6. The method of claim 5,
The friction coefficient measurement database is characterized in that the sea ice state value transmitted to the data analysis chamber further stores in time synchronization, ice hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제7 항에 있어서,
상기 계산 소프트웨어는 해빙의 상태별 실시간 마찰계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method of claim 7, wherein
The calculation software calculates a real-time friction coefficient for each state of the sea ice, the real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제1 항에 있어서,
선박에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 변화하는 선속을 계측하여 데이터 분석실로 전송하는 위성 항법 시스템을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
It is installed on a ship, connected to the data analysis room by LAN or data communication line, and further comprises a satellite navigation system for measuring the speed of the ship changes in real time to the data analysis room, real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships . 제9 항에 있어서,
상기 마찰계수 측정 데이터베이스는 데이터 분석실로 전송된 선속 값을 시간 동기화하여 추가로 저장하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.10. The method of claim 9,
The friction coefficient measurement database, characterized in that for further storing the time value of the flux transmitted to the data analysis room, the real-time hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제10 항에 있어서,
상기 계산 소프트웨어는 선속별 실시간 마찰계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.11. The method of claim 10,
The calculation software calculates the real-time coefficient of friction for each ship speed, ice hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제1 항에 있어서,
선박에 설치되고, 랜이나 데이터 통신라인으로 데이터 분석실과 연결되며, 실시간으로 대기온도 및 수온을 측정하여 데이터 분석실로 전송하는 온도 스트링 센서를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method according to claim 1,
It is installed on the vessel, connected to the data analysis room by LAN or data communication line, and further comprises a temperature string sensor for measuring the air temperature and water temperature in real time and transmitting to the data analysis room, real-time hull friction coefficient measurement for ice ships system. 제12 항에 있어서,
상기 마찰계수 측정 데이터베이스는 데이터 분석실로 전송된 대기온도 및 수온 값을 시간 동기화하여 추가로 저장하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.13. The method of claim 12,
The friction coefficient measurement database is characterized in that the air temperature and the water temperature value transmitted to the data analysis room further stores in time synchronization, ice hull friction coefficient measurement system for ice ships. 제13 항에 있어서,
상기 계산 소프트웨어는 온도별 실시간 마찰계수를 계산하는 것을 특징으로 하는, 빙해선박용 실시간 선체 마찰계수 측정 시스템.The method of claim 13,
The calculation software calculates a real-time coefficient of friction for each temperature, ice hull friction coefficient measuring system for an ice ship.
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