WO2019107875A1 - 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a calibration method for a logarithmic velocity measuring apparatus using a numerical analysis, and more particularly, to a calibration method for a logarithmic velocity measuring apparatus considering the effect of a bird.
- a ship In general, a ship is buoyant and floating on the sea, and it is navigated at a constant speed using a propelling means such as a propeller. At this time, the ground speed of the ship means the speed at which the ship moves relative to the ground surface.
- the logarithmic velocity is the velocity at which the ship passes water,
- the speed of the ship is slower than the speed of the ground.
- the speed of the ship is faster than the speed of the ground.
- the energy regulatory policy for reducing carbon dioxide emissions is the EEDI Index, a measure of the carbon dioxide emitted by ships carrying one mile of water (1.852 km) The number of vessels and the number of vessels that can be transported to the vessel, the number of vessels to be transported, the number of vessels to be transported, and so on). In order to reduce greenhouse gas emissions during ship operations, Efforts are underway to more accurately assess performance.
- the ship's speed performance at the time of contract with the ship owner means the performance in waves, wind and water without algae.
- the effect of the increase of ship resistance is reflected according to the rule established.
- the effect of algae is reflected by the average of round trip measurement.
- the conventional correction method is generally performed by using the result of the speed commissioning measured by DGPS (Differential Global Positioning System). This method is fundamentally inaccurate on the calibration methodology because it is not based on the actual known flow rate, based on the complete calibration of the algae effect on the vessel's speed commissioning results.
- DGPS Different Global Positioning System
- the logarithmic velocity measuring device generally measures tens to hundreds of meters The measured value at this position is different from the actual logarithmic velocity value and the difference is measured by the logarithmic velocity measuring device There is a need to calibrate through calibration.
- the present invention proposes a method of calibrating a logarithmic velocity measuring apparatus based on calculation of a flow field around a hull using a numerical analysis method, .
- the calibration method of a logarithmic velocity measuring apparatus using a numerical analysis is a method for calibrating a logarithmic velocity measuring apparatus using a logarithmic velocity measurement position from a flow field analysis step and a flow field analysis step for a ship according to a ship operating condition, And a calibration value calculation step of calculating a logarithmic velocity correction value using the flow velocity ratio.
- the present invention is characterized by including a calibration value calculating step of calculating a logarithmic velocity correction value using a numerical analysis, wherein the ship operating condition is at least one of the draft, the linear velocity and the water temperature of the ship.
- the flow field analysis step performs the flow field analysis on the ship to which the logarithmic speedometer is attached under the condition of the ship draft, the linear velocity, and the water temperature, and the calibration value calculation step And a control unit.
- the flow velocity ratio calculation step is characterized by calculating the flow velocity ratio at the logarithmic velocity measurement position using the measurement position to which the logarithmic speedometer is attached from the flow field analysis step.
- the calibration value calculation step is characterized by calculating the logarithmic velocity correction value by dividing the measured logarithmic velocity value measured from the logarithmic velocity meter by the flow velocity ratio.
- the calibration device for a ship's logarithmic velocity measuring device using numerical analysis is characterized in that a flow velocity analysis module and a flow field analysis module for a ship according to a ship operating condition are used to measure a flow velocity at a logarithmic velocity measurement position And a calibration value calculation module for calculating a logarithmic velocity correction value using the flow velocity ratio.
- the calibration method of the ship's logarithmic velocity measuring apparatus using the numerical analysis according to the present invention is a method of calibrating the ship's water- It is possible to compensate the slowing speed relative to the logarithmic speed actually measured by the flow disturbance at the distant position, and it is possible to perform accurate logarithmic velocity measurement, and the performance of the ship can be accurately measured.
- Figs. 1A and 1B are conceptual diagrams of logarithmic velocity.
- Fig. 2 shows an example of a flow field analysis chart on the bottom of the bottom.
- FIG. 3 is a block diagram of a method for calculating a logarithmic velocity correction value according to the present invention.
- FIG. 4 is a flowchart of a calibration method of a logarithmic velocity measuring apparatus using a numerical analysis according to the present invention.
- FIG. 5 is a schematic view of a calibration apparatus for a ship's logarithmic velocity measuring apparatus using numerical analysis according to the present invention.
- Figs. 1A and 1B are conceptual diagrams of logarithmic velocity.
- the ground speed is a speed at which the ship moves relative to the ground surface, and the ground speed is measured using the DGPS.
- the alga speed corresponds to the difference between the algebraic speed and the ground speed, From the bottom of the ship tens of centimeters to tens of meters It can be measured from the logarithmic speedometer at a remote position.
- the measurement value measured from the logarithmic speedometer at this time has a lower value than the actual value due to the disturbance of the flow field generated at the bottom of the ship.
- Fig. 2 shows an example of a flow field analysis chart on the bottom of the bottom.
- the influence of the disturbance due to the hull due to the hull is included unlike the actual effect.
- the velocity ratio which is the ratio between the linear velocity (U 0 ) at the measurement position (x, y, z) of the logarithmic velocity meter and the actual velocity reduced by the flow field disturbance caused by the hull, which is to be reflected in the logarithmic velocity correction value.
- the bottom flow field is analyzed and the flow velocity ratio u (x, y, z) between the line speed U 0 and the actual flow velocity u (x, y, z) x, y, z) / U0) can be calculated from the flow field analysis plot.
- the calculated flow velocity ratio u (x, y, z) / U0 is calculated by multiplying the measured velocity value u measured in the logarithmic velocity meter by the flow velocity ratio u (x, y, z) / U0), the logarithmic velocity correction value (u calibrated ) is calculated, and the use of this value makes it possible to judge the influence of the algae more precisely.
- FIG. 4 is a flowchart of a calibration method of a ship's logarithmic speed measuring device using numerical analysis according to the present invention
- FIG. 5 is a schematic diagram of a calibration device for a ship's logarithmic velocity measuring device using a numerical analysis according to the present invention.
- the calibration method of a logarithmic velocity measuring apparatus using a numerical analysis is a method of calibrating a ship by calculating the at least one of ship draft,
- a calibration value calculation step (S300) of calculating the logarithmic velocity correction value using the calculated flow velocity ratio u (x, y, z) / U0 is performed to obtain a calibration value accurately reflecting the influence of the bird .
- the calibration value calculation step S300 calculates the logarithmic velocity measurement value u measured measured by the logarithmic velocity meter attached to the bottom of the vessel as the velocity ratio u (x, y, z) / U0 ), And the logarithmic velocity correction value (u calibrated ) is calculated.
- the calibration apparatus 100 for a ship's logarithmic velocity measuring apparatus using numerical analysis includes a flow field analysis module 10, a flow field analysis module (hereinafter, referred to as " 10) using the logarithmic velocity measurement position to calculate the velocity ratio at the logarithmic velocity measurement position, and a calibration value calculation module (30) for calculating the logarithmic velocity correction value using the velocity ratio .
- a calibration method for a ship's logarithmic velocity measuring apparatus using a numerical analysis is capable of correcting a slowing-down rate relative to a logarithmic velocity actually measured by a flow disturbance at a position of several tens of meters to several tens meters from the bottom, And the measurement of the performance of the ship can be performed precisely. Therefore, it can be more effectively used in the field of measuring the speed of the ship.
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Abstract
본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법은 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석단계, 유동장 해석단계로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출단계, 및 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조류의 효과를 고려한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 부력을 이용하여 해상에 부유한 상태로 프로펠러 등과 같은 추진 수단을 활용하여 일정 속도로 항해하게 되는데 이 때 선박의 대지속도는 선박이 지표면 대비 이동하는 속도를 의미하므로 일정하나, 선박의 대수속도는 선박이 물을 통과하는 속도로, 조류가 없으면 대지속도와 동일하나,
조류가 있을 때는 대지속도와 차이가 발생한다.
즉, 선박과 조류가 같은 방향일 때는 선박의 대수속도가 대지속도보다 느려지게 되고, 선박과 조류가 반대 방향일 때는 선박의 대수속도는 대지속도보다 빨라지게 된다.
즉, 조류의 영향에 의해 대수속도가 달라지게 되는 것이다.
국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)가 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 규제정책으로 EEDI지수(선박의 연비효율을 나타내는 지수로 1톤의 화물을 1해상 마일(1.852km)을 운반할 때 나오는 이산화탄소의 배출량을 말함)에 대한 규제를 시행함에 따라, 선박 운항 중 온실가스 배출량을 감소시키기 위하여 저속으로 운항하거나, 연비 성능을 향상시키기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있으며, 선박의 시운전 및 실제 운항 시 선박의 속도성능을 보다 정확히 평가하기 위한 노력이 지속되고 있다.
선주와의 계약 시 선박의 속력성능은 파도와 바람 그리고 조류가 없는 정수 중에서의 성능을 의미하지만 실제 속도 시운전을 수행하는 해상은 항상 상기와 같은 외력이 존재하고 있기 때문에, 이러한 외력을 보상하기 위하여 파도와 바람의 경우에는 이로 인한 선박 저항증가분에 대하여 정해진 규칙에 따라서 그 영향을 반영해 주고 있으며 조류의 영향은 왕복 측정하여 평균함으로써 그 영향을 반영해주고 있는 실정이다.
즉, 보다 정밀한 대수속도 계측을 위해서는 조류의 영향을 보다 엄밀하게 보정할 필요성이 있는데, 기존의 보정방법은 일반적으로 DGPS(Differential Global Positioning System)로 계측한 속도시운전의 결과값을 이용하여 수행된다. 이 방법은 선박의 속도시운전결과에 조류효과가 완전히 보정되는 것을 기반으로, 실제 알고 있는 유속을 기준으로 교정하는 것이 아니므로, 교정방법론 상에 근본적인 부정확성을 내포하고 있다.
대수속도 계측장치가 일반적으로 선저로부터 수십센티에서 수십미터 떨어진 위치에서의 유속을 측정하고, 이 정도 위치에서는 선체에 의한 유동교란의 영향이 존재하므로, 이 위치에서 측정된 값은 실제의 대수속도 값과는 차이가 있고, 이 차이를 대수속도 계측장치의 교정을 통해 보정할 필요성이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 위와 같은 한계점을 극복하기 위하여, 수치해석방법을 이용하여 선체 주변부 유동장을 계산하고, 그 계산결과를 바탕으로 대수속도 계측장치를 교정하는 방법을 제안하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법은 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석단계, 유동장 해석단계로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출단계, 및 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 선박운항조건은 선박의 흘수, 선속,수온 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 수치해석을 이용한 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 유동장 해석단계는 선박의 흘수, 선속, 수온의 조건으로, 대수속도계가 부착되는 선박에 대해서 유동장 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 유속비 산출단계는 유동장 해석단계로부터 대수속도계가 부착된 측정위치를 이용하여, 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 교정값 산출단계는 대수속도계로부터 측정된 대수속도 측정값을 유속비로 나누어 대수속도 교정값을 산출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치용 교정장치는 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석모듈, 유동장 해석모듈로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출모듈, 및 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법은 선저로부터 수십센티에서 수십미터 떨어진 위치에서의 유동 교란에 의해 실제 측정되는 대수속도 대비 느려지는 속도를 보정가능하여 정밀한 대수속도 측정이 가능해지고 이를 통한 선박의 성능 측정이 정밀하게 이루어질 수 있는 효과를 갖는다.
도 1a 및 도 1b는 대수속도의 개념도이다.
도 2는 선저부의 유동장 해석 도면의 일례를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 대수속도 교정값을 산출방법에 관한 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법에 대한 순서도이다.
도 5는 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치용 교정장치의 개략도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
도 1a 및 도 1b는 대수속도의 개념도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 대지속도는 선박이 지표면 대비 이동하는 속도로서, 대지속도는 DGPS를 활용하여 측정하게 되고, 조류속도는 대수속도와 대지속도간의 차에 해당되며 대수속도는 선저에서 수십센티에서 수십미터 떨어진 위치에서의 대수속도계로부터 계측가능하다.
이를 통해 조류속도를 산출할 수 있게 된다.
다만, 이 때 대수속도계로부터 계측되는 계측값은 선저부에서 발생되는 유동장 교란에 의해 실제값보다 낮은 수치를 갖게되는 문제점이 있다.
도 2는 선저부의 유동장 해석 도면의 일례를 나타낸다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선저부에서 수십센티에서 수십미터 떨어진 위치에서의 대수속도계의 측정위치를 (x, y, z)라고 할 때, 선속(U0)와 대수속도계에서의 실제 유속(u(x,y,z))간의 유속비(u(x,y,z)/U0)는 선저부의 유동장 해석결과 0.97 내지 0.98을 나타내고 있다.
이는 실제 선속(U0)에 비해 유동장 교란에 의해 대수속도계의 측정위치 (x, y, z)에서의 실제 유속 (u(x,y,z))이 느려졌음을 의미한다.
따라서, 대수속도계의 유속 측정값을 활용하여 조류영향을 평가할 때 실제 영향과 달리 선체로 인한 유동장 교란의 영향이 포함되므로 선박 성능 평가에 있어서 정밀도가 떨어지는 문제점이 있다.
*그러므로 본 발명에서는 선저부의 유동장 해석을 통해 대수속도계의 측정위치 (x, y, z)에서의 선속(U0)과 선체로 인한 유동장 교란에 의해 감소한 실제 유속간의 비율인 유속비를 산출하여 이를 대수속도 교정값에 반영하고자 하는 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 선저부의 유동장 해석을 위해서는 선박운항조건이 필요하고, 이러한 선박 운항조건에는 선박의 흘수, 선속, 수온이 필요하다.
선박운항조건으로부터 선저부의 유동장을 해석하고, 여기서 선속(U0)과 대수속도계가 위치한 위치(x, y, z)에서의 실제유속(u(x,y,z))간의 유속비(u(x,y,z)/U0)를 유동장 해석 도면으로부터 산출할 수 있다.
산출된 유속비(u(x,y,z)/U0)는 도 3에 도시된 바와 같이, 대수속도계에서 측정된 대수속도 측정값(umesured)을 유속비(u(x,y,z)/U0)로 나누면 대수속도 교정값(ucalibrated)이 산출되게 되어 이 값을 활용하면 보다 정밀한 조류의 영향 판단이 가능해진다.
도 4는 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법에 대한 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치용 교정장치의 개략도이다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법은 선박의 흘수, 선속, 수온 중 어느 하나 이상을 산정하여 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장을 CFD 해석을 하는 유동장 해석단계(S100)를 수행하고, 이를 통해 산출된 유동장 해석에서 도 2와 같은 CFD 모델이 나오게 되면, 선속(U0)과 대수속도계가 위치한 위치(x, y, z)에서의 실제유속(u(x,y,z))간의 유속비(u(x,y,z)/U0)를 산출하는 유속비 산출단계(S200)를 거치게 된다.
이후, 산출된 유속비(u(x,y,z)/U0)를 활용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계(S300)를 수행하여 조류의 영향이 정밀하게 반영된 교정값을 구할 수 있게 된다.
이 때 교정값 산출단계(S300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 선저부에 부착된 대수속도계에서 측정된 대수속도 측정값(umesured)을 유속비(u(x,y,z)/U0)로 나누어 대수속도 교정값(ucalibrated)이 산출되게 된다.
또한, 본 발명에 따른 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치용 교정장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석모듈(10), 유동장 해석모듈(10)로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출모듈(20), 및 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출모듈(30)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법은 선저로부터 수십센티에서 수십미터 떨어진 위치에서의 유동 교란에 의해 실제 측정되는 대수속도 대비 느려지는 속도를 보정가능하여 정밀한 대수속도 측정이 가능해지고 이를 통한 선박의 성능 측정이 정밀하게 이루어질 수 있는 것이므로 선박의 대수속도 계측 분야에 있어서 보다 효과적으로 이용될 수 있다.
Claims (6)
- 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석단계;상기 유동장 해석단계로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출단계; 및상기 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법.
- 제1항에 있어서,상기 선박운항조건은 선박의 흘수, 선속,수온 중 어느하나 이상인 것을 특징으로 하는 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법.
- 제2항에 있어서,상기 유동장 해석단계는 상기 선박의 흘수, 상기 선속, 상기 수온의 조건으로, 대수속도계가 부착되는 선박에 대해서 유동장 해석을 수행하는 것을 특징으로 하는 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법.
- 제3항에 있어서,상기 유속비 산출단계는 상기 유동장 해석단계로부터 상기 대수속도계가 부착된 측정위치를 이용하여, 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 것을 특징으로 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법.
- 제4항에 있어서,상기 교정값 산출단계는 상기 대수속도계로부터 측정된 대수속도 측정값을 상기 유속비로 나누어 대수속도 교정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 선박의 대수속도 계측장치의 교정방법.
- 선박운항조건에 따른 선박에 대한 유동장 해석모듈;상기 유동장 해석모듈로부터 대수속도 측정위치를 이용하여 대수속도 측정위치에서의 유속비를 산출하는 유속비 산출모듈; 및상기 유속비를 이용하여 대수속도 교정값을 산출하는 교정값 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 수치해석을 이용한 선박의 대수속도 계측장치용 교정장치.
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