On the Volumetric Balanced Variation of Ship Forms

Abstract

This paper aims at contributing to the field of ship design by introducing new systematic variation methods for ship hull forms. Hull form design is generally carried out in two stages. The first is the global variation considering the sectional area curve. Because the geometric properties of a sectional area curve have a decisive effect on the global hydrodynamic properties of ships, the design of a sectional area curve that satisfies various global design conditions, e.g., the displacement, longitudinal center of buoyancy, etc., is important in the initial hull form design stage. The second stage involves the local design of section forms. Section forms affect the local hydrodynamic properties, e.g., the local pressure in the fore-and aftbody. This paper deals with a new method for the systematic variation of sectional area curves. The longitudinal volume distribution of a ship depends on the sectional area curve, which can geometrically be controlled using parametric variation and a variation that uses the modification function. Based on these methods, we suggest a more generalized method in connection with the derivation of the lines for a new design compared to those for similar ships. This is the so-called the volumetric balanced variation (VOB) method for ship forms using a B-spline modification function and an optimization technique. In this paper the global geometric properties of hull forms are totally controlled by the form parameters. We describe the new method and some application examples in detail. 1. 서 론 1950년대 이후 컴퓨터의 발달과 함께 선형을 수학적으로 정의 하여 선형설계에 적용하려는 연구가 조선공학자들의 큰 관심이 되 어 활발히 진행되었으며, 현재 컴퓨터를 이용하지 않은 선형설계 는 상상할 수 없을 정도가 되었다. 그 주된 이유는 다음과 같다. (1) 심미적 특성(Aesthetic point of view): 수학적 표현을 사 용함으로써 주어진 설계조건에 부합하는 매끄러운 선형의 곡선 및 곡면을 객관적 기준으로 생성할 수 있게 한다. (2) 정확성(Accuracy)과 일관성(Consistancy): 초기 설계단계의 선형특성들이 허용 가능한 오차 내에서 정보손실 없이 생산단 계까지 전달될 수 있다(Son and Kim, 2008). (3) 전산유체해석에 의한 평가: 선형을 컴퓨터 내에서 모의시험 을 함으로써 모형시험 및 실선 건조 이전에 미리 그 성능을 평 가할 수 있다. (4) 시간단축: 선형설계시 수많은 수정작업을 컴퓨터 내에서 간 단하게 수행함으로써 많은 설계시간을 절약할 할 수 있다. 상술한 내용을 다루는 분야를 CASHD(Computer aided ship hull design)라 하며 선형을 정의하는 방법에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다(Kim, 2004). (1) 옵셋 기반 선형설계방법 (Conventional non-parametric hull design) (2) 부분 파라메트릭 선형설계방법 (Partially parametric hull design) (3) 완전 파라메트릭 선형설계방법 (Fully parametric hull design) 첫 번째 방법은 설계자가 직접 각 선도(Lines)를 수정하면서 선 형설계를 수행하는 방법으로, 대부분 CAD(Computer aided design) 시스템들은 이러한 작업을 편리하게 수행할 수 있는 기능 들을 제공한다. 이 방법은 설계자가 의도하는 대로 선형을 섬세 하게 표현할 수 있는 장점이 있으나 설계시간이 많이 소요되는 단점이 있다. 두 번째 방법은 주형계수(CP), 부심위치(Longitu-dinal center of buoyancy, LCB)와 같은 선형계수(혹은 형상 파 라미터)와 옵셋기반방법을 부분적으로 결합한 방법이다. 대표적 1