유체-구조 연성 해석기법을 이용한 원양어선의 침수⋅침몰사고의 원인규명에 대한 연구

Abstract

원양어선은 베링해에서 황천에서 조업 후 피항하던 중 개구부를 통한 침수로 인하여 침몰하였으며 많은 선원들이 사망하고 실종되었다. 본 연구에서는 유체-구조 연성(Fluid-Structure Interaction, FSI) 해석기법의 고도 정밀 M&S(highly advanced Modeling and Simulation) 시스템을 사용하여 실선 침수⋅침몰 시뮬레이션을 수행하여 침몰사고의 과정 및 원인을 정확하고 과학적으로 분석하고자 하였다. 베링해 침몰사고 시의 기상 및 해상상태를 객관적으로 확보하기 위하여 침몰사고 지역의 시간대별 기상 및 해상 시뮬레이션을 수행하여 침몰사고 당시 파랑과 강풍 등을 분석하고, 불규칙 파랑과 강풍 스펙트럼을 사용하여 구현하였다. 원양어선 사고선박의 선체 도면 등을 통하여 선박의 선형, 배치 및 중량 분포와 외부 해수 침수 개구부 및 선내 침수 경로를 분석하고 주요 탱크들의 용적과 그들의 중량 분포를 추정하여 침수⋅침몰 시뮬레이션을 위한 시나리오를 작성하고, 사고선박 원양어선의 전선과 유체(공기 및 해수)를 상세 모델링을 하였다. 본 연구를 통하여 사고선박의 경우 급격하게 횡경사가 진행되어도 전복에 의한 침몰이 아니라 기관실과 어창에 유입된 다량의 해수로 인하여 무게중심이 다소 아래로 내려가 선미부가 수면 아래로 잠기면서 선미의 침수가 병행한 대각도의 횡경사로 이어진 사고로써, 단순한 복원성 상실로 인한 전복으로 침몰하는 것과는 다른 현상으로 침몰되었다고 수치 시뮬레이션의 거동으로 확인할 수 있었다.

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Pelagic fishing vessel was fully flooded through the openings and was sunk down to the bottom of sea due to the very rough sea weather on the way of evasion after fishing operation in the Bearing Sea with many crews dead and/or missed. In this study, full-scale ship flooding & sinking simulation was carried out, and sinking process and cause was analyzed for the precise and scientific investigation of sinking accident using highly advanced M&S(Modeling and Simulation) system of FSI(Fluid-Structure Interaction) analysis technique. For the objective secure of weather and sea states during sinking accident in the Bering Sea, time-based wind and wave simulation at the region of sinking accident was carried out and analyzed, and weather and sea states were realized by simulating the irregular strong wave and wind spectrums. Simulation scenarios were made up and full-scale ship and fluid(air and sea water) modeling was performed for flooding⋅sinking simulation, by investigating the hull form, structural arrangement and weight distribution, the exterior inflow openings and interior flooding paths through its drawings, and by estimating the main tank capacities and their loading status. It could be confirmed that the accident ship was flooding and sunk down from the full-scale ship flooding and sinking simulation behaviors using FSI analysis technique with a little bit different situation from the general capsize and sinking accident due to the simple loss of stability, in that the stern part subsided under the surface with the center of gravity descended a little bit down due to the seawater inflow in the engine room and fish holds, and with continued large angle of heel at the same time of submerged stern part under the surface even though its heel was progressed greatly.