컨테이너선

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확히 예측하고 대비하여야만 짧아진 Life Cycle에 대처할 수 있을 것이다. 또한 현재 가장 유력한 초대형 컨테이너선으로 알려진 15,000TEU급 컨테이너선의 실용화에는 현재의 주기관 용량 및 적하역 시스템으로는 실현되기 어렵기 때문에 이들 관련 장비의 기술 개발도 필수적이다.
(2) 세부기술별 기술개발 동향
(가) 추진기
고부하 프로펠러는 초대형 컨테이너선의 추진장치로써 현재까지 개발되어온 일반적인 컨테이선의 추진기와는 달리 고도의 설계기술과 다양한 모형시험을 필요로 하는 추진시스템이다. 또한 기존의 컨테이너선 추진기와 달리 프로펠러에 매우 큰 하중이 걸리게 됨으로써 발생하는 많은 문제점을 내포하고 있는 추진기이다. 따라서 기존의 설계기술과 달리 고부하 프로펠러에 대한 많은 기술적 연구와 모형시험 자료가 필요하다. 고부하 프로펠러 기술의 핵심기술은 고부하 프로펠러 설계기술, 성능시험, 프로펠러-타 침식제어 기술, 선체 변동압력 최소화 기술로 외국에서는 8,000TEU급 이상의 모형시험을 수행하여 문제점을 발견하고 해결책을 모색중이며 초대형 컨테이너선 추진기 개발 경험이 있다. (8,700TEU급 Maersk 건조)
(나) 조종성
초대형 컨테이너선의 경우 기존 선박과 크기 면에서 매우 크면서도 횡동요 운동이 크게 발생할 수 있으므로 3자유도 수평조종운동만을 해석하는 저속 탱커와 달리 횡동요가 포함된 4자유도 조종운동 해석이 필요하다.
컨테이너선은 컨테이너가 갑판 상부에 집중적으로 적재됨으로써 기본적으로 복원력이 작아서 일반 상선에 비해 매우 긴 횡동요 고유주기를 가진다. 이러한 동요 특성은 해상에서 만나는 파의 방향이 선미파가 되는 경우에는 선속과 파주기에 의해 공진 응답이 야기되어 운항의 안전성이 위협받는 경우가 있다. 특히, 8,000TEU급 이상의 초대형 컨테이너선의 경우 이러한 횡동요 공진 응답은 특히 위험하므로 이러한 상황을 회피하기 위한 횡동요 저감기술의 개발이 요구된다.
초대형 컨테이너선의 경우에 적용 가능한 횡동요 저감기술은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 GM(Metacentric Height)에 대한 다양한 조합의 파라메터에 대한 데이터 베이스를 구축하여 내항성 관점에서의 최적의 선형과 GM을 찾아내는 접근법이고, 둘째는 Anti-Rolling Tank나 Fin-Stabilizer와 같은 능동형 횡동요 감쇠장치 기술에 의한 접근법이다. 일본조선연구조합(Japan Shipbuilding Research Association)의 주관으로 산학연 기관들이 참여하여 SR221, RR74, MAP과 같은 연구그룹이 조직되어 IMO 조종성 기준안과 관련한 조종성에 대한 연구개발이 수행되었다. 1992년부터 1996년까지 영국의 MTD(Marine Technology Directorate)는 선박의 조종성능과 평가 기법(MOSES : Maneuverability of Ships and Estimation Schemes)에 관하여 2단계에 걸쳐 연구를 수행하였다. 노르웨이의 Marintek 연구소의 경우 VERES라는 선박의 내항성능 추정 프로그램을 개발하였으며, 이 프로그램에는 선박의 운동성능해석, 선박의 운용성 평가 및 핀 안정기 등과 같은 운동제어기의 성능을 해석할 수 있도록 하였다. 미국의 Panel H-10(선박 조종성분과)은 SNAME로부터의 지원과 미국 도선사 협회(American Pilot's Association)와의 협력연구로 선박의 조종성에 대한 많은 연구를 수행해 오고 있다.
(다) 구조
대형 컨테이너선은 적재능력을 최대화하기 위하여 가능한 선수 플레어를 크게 설계하기 때문에 고속으로 운항을 하지 않더라도 운항 중 선수 플레어 슬래밍을 받는 대표적인 선박이다. 선수 슬래밍이 발생하면 선원 및 적재화물에 미치는 영향 평가도 필요하지만 선수부 구조의 구조적 안전성검토는 선박의 안전운항을 위하여 필수적이다. 또한 컨테이너선은 대형 개구부 갑판을 가지는 대표적인 선박으로서 비틂강도에 약한 특성을 가지고 있다. 이에 따라 컨테이너선의 개발에 있어 최적의 비틂강도를 갖는 구조형태 및 치수를 설계하는 기술은 핵심 설계기술의 하나이며 컨테이너선이 대형화, 초대형화 함에 따라 이에 관한 설계기술은 보다 그 중요도가 커지고 있다. 오랜 설계 경험에 의해 축적된 선급규정은 보통의 선박설계의 구조적 안전성을 보장할 수 있으나 대상 선박이 대형화, 특수화함에 따라 그 적용에 한계를 갖는다. 따라서, 대상 선박이 초대형이어서 기존의 선급 설계규정의 적용만으로는 문제가 있는 경우에는 소위 직접해석기법에 의한 구조설계법의 적용이 요구된다.
컨테이너선의 비틂강도 해석기술과 관련하여서는 세계 유수 선급 및 국외 관련 대학에서 1980년 이후부터 박판보의 구조해석법에 관한 많은 연구가 있어 왔다. DNV, Lloyd, GL, ABS 등 4대 선급회사 가운데서도 GL의 선급 규정이 비틂강도 해석에 있어서는 최고의 이론적 배경을 활용하고 있는 것으로 판단된다. 이들 각종 선급은 박판보 이론 및 뒤틈(Warping) 이론을 활용하여 선박의 비틂강도를 추정하는 식을 각종 선급규정에서는 제공하고 있다. 플레어 구조 손상방지 기술은 일본에서 1970-80년대에 걸쳐 슬래밍 하중 추정 및 구조설계 기준에 대하여 대규모의 산학연 합동연구가 있었다. 컨테이너선 형태와 유조선 형태의 선형에 대한 선저 및 선수 슬래밍에 대한 하중 추정과 구조설계기준을 제시하였다. 노르웨이는 Faltinsen 교수(Norwegian University of Science and Technology)는 다양한 단면형상에 대한 충격하중 추정에 관한 수치적 연구를 꾸준히 하고 있다.
선박의 직접구조해석 기술은 각국의 선급회사가 오래 기간을 두고 관련 구조설계/해석 Package를 개발하여 왔으며 현재에도 연구개발을 진행 중에 있다. 대표적으로 노르웨이선급(DNV) 의 Naticus Hull, 영국선급(Lloyd)의 Shipright, 독일선급(GL)의 GL Poseidon, 프랑스선급(BV)의 Veristar Hull, 미국선급(ABS)의 Safehull 시스템 등을 들 수 있다.

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