평판형 전개판의 3차원 운동 모델링

Abstract

본 연구에서는 트롤어구의 전개성능을 좌우하는 전개판에 대한 운동을 모델링 하였다. 모델링에는 강체의 3차원운동 해석에 사용되는 6자유도 운동방정식을 기본으로 하여 수중 전개판에 작용하는 외력방정식을 도출하였고, 수치계산을 통해 전개판의 3차원적인 운동을 시뮬레이션 하였다. 시뮬레이션에 사용된 전개판은 종횡비가 서로 다른(λ=0.5, 1.0, 1.5) 세 종류의 평판형 모델을 사용하였고, 사용된 트롤그물은 중형의 중층 트롤이었다. 세 전개판 모두 비슷한 면적을 가지고 동일한 그물과 동일한 예망상태에서 계산을 수행하였다. 평판형 전개판의 3차원 운동 시뮬레이션의 결과는 다음과 같다. 1.계산수행이 안정된 이후 전개거리는 종횡비가 1.0인 전개판이 가장 컸으며, 다음으로 1.5>0.5의 순서였다. 이는 면적이 비슷하고 동일한 예망상태를 가지는 조건에서 전개판의 영각에 따른 양력계수의 차이에 기인한 것이다. 2.전개판의 회전운동에서 x축을 중심으로 하는 rolling운동의 각 변위결과 1.0과 1.5의 종횡비를 가지는 전개판은 안정적인 계산상태에서 내방경사를 이루지만, 종횡비가 0.5인 모델은 일정한 외방경사를 이루었다. 3.세 전개판의 pitching 운동은 모두 비슷한 크기의 각도를 나타내었고, 일정한 진동상태를 보였다. 또한 yawing 운동에서는 종횡비의 크기에 비례한 각 변위를 나타내었다. 4.전개판의 형상변화에 따라 그물의 망고 및 망폭 크기에 차이가 발생함으로 전개판의 성능은 형상변화에 크게 영향을 받는 다는 것을 알 수 있었다. 5.평판형 전개판에 대한 기초 운동 모델링을 통해 트롤어구와의 연동계산을 수행하였고 실제 전개판 운동에 근접한 환경을 구현하였다. 다양한 형태의 전개판에 미치는 유체역학적인 특성들을 반영한다면, 본 연구 결과는 전개판 성능해석뿐만 아니라 트롤시스템 해석도구로서의 유용성이 충분히 있을 것이라 생각한다.

Otter boards in the trawl are the one of essential equipments for the net mouth to be spread to the horizontal direction. Its performance should be considered in the light of the spreading force to the drag and the stability of towing in the water. Up to the present, studies of the otter boards have focused mainly on the drag and lift force, but not on the stability of otter boards movement in 3 dimensional space. In this study, the otter board is regarded as a rigid body, which has six degrees of freedom motion in three dimensional coordinate system. The forces acting on the otter boards are the underwater weight, the resistance of drag and spread forces and the tension on the warps and otter pendants. The equations of forces were derived and substituted into the governing equations of 6 degrees of freedom motion, then the second order of differential equations to the otter boards were established. For the stable numerical integration of this system, Backward Euler one of implicit methods was used. From the results of the numerical calculation, graphic simulation was carried out. The simulations were conducted for 3 types of otter boards having same area with different aspect ratio(λ=0.5, 1.0, 1.5). The tested gear was mid-water trawl and the towing speed was 4k‘t. The length of warp was 350m and all conditions were same to each otter board. The results of this study are described below; First, the otter boards of λ=1.0 showed the longest spread distance, and the λ=0.5 showed the shorted spread distance. Second, the otter boards of λ=1.0 and 1.5 showed the upright at the towing speed of 4k‘t, but the one of λ=0.5 heeled outside. Third, the yawing angles of three otter boards were similar after 100 seconds with the small oscillation. Fourth, it was revealed that the net height and width are affected by the characteristics of otter boards such as the lift coefficient.