조선해양공학과

선박유체역학

Ship Hydrodynamics

배가 물에 뜨는 것은 배가 밀어낸 물의 부피 만큼 부력 이 배의 무게와 평형을 이루기 때문(아르키메데스 원리)이며, 여기에 배가 전진할 때 물을 밀어내며 받는 조파저항·마찰저항, 파도 속에서의 흔들림(운동성능)까지 함께 다루는 유체역학의 응용 분야.

ex) 초대형 컨테이너선의 선수 형상을 조파저항이 최소가 되도록 최적화하는 설계.

프루드수와 조파저항

Froude Number & Wave-Making Resistance

선체 속도 와 선박이 만드는 파도의 전파 속도를 비교하는 무차원수로, 항공기의 마하수에 대응하는 선박 유체역학의 핵심 지표. 프루드수가 특정 값에 가까워지면 뱃머리와 선미에서 만들어진 파도가 서로 보강간섭을 일으켜 조파저항이 급격히 커지는 구간이 나타나므로, 선박 설계 시 운항 속도에서 이 저항 급증 구간을 피하도록 선체 길이와 형상을 설계함.

ex) 초대형 컨테이너선이 특정 속도 이상에서는 연료 소모가 비효율적으로 급증해 대개 정해진 경제속도로만 운항하는 이유.

선체구조설계

Hull Structural Design

파도가 배를 위아래·좌우로 휘게 만드는 굽힘 하중과 비틀림 하중을 견디도록, 종강도 부재(용골·갑판)와 횡강도 부재(격벽·프레임)를 격자처럼 배치해 배 전체를 하나의 거대한 보(beam) 구조로 설계하는 구조공학.

ex) 태풍 속 거센 파도에도 초대형 유조선의 선체가 두 동강 나지 않도록 하는 구조 설계.

해양플랜트공학

Offshore Plant Engineering

수백 미터 수심의 해저에서 석유·가스를 뽑아올리는 시추 설비나 부유식 생산설비를 설계·건조하는 기술로, 파도·조류·바람 하중을 동시에 견디면서도 바다 위 한 지점에 계속 고정(계류)돼 있어야 하는 게 육상 플랜트와 다른 핵심 난제.

ex) 먼바다에 떠서 24시간 원유를 생산·저장하는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO).

친환경 선박 추진시스템

Eco-Friendly Ship Propulsion (LNG/Ammonia)

기존 벙커C유 대신 연소 시 이산화탄소·황산화물 배출이 훨씬 적은 LNG나, 아예 탄소를 포함하지 않아 연소해도 CO2를 배출하지 않는 암모니아·수소를 연료로 쓰는 차세대 엔진·연료저장시스템을 설계하는 기술. 국제해사기구(IMO)의 탄소 규제 강화가 이 기술 전환을 이끄는 배경.

ex) 국내 조선사들이 앞다퉈 수주하는 LNG 이중연료 추진 선박.

프로펠러 추진이론

Propeller Propulsion Theory

프로펠러 날개가 회전하며 뒤쪽으로 물을 밀어내는 반작용으로 배를 앞으로 나아가게 하는데, 날개가 물을 미는 속도(추력)와 실제 배가 나아가는 속도 사이에는 항상 약간의 미끄러짐(슬립)이 존재함. 이 추력과 회전수·직경의 관계를 이론화해, 주어진 엔진 출력에서 가장 효율적으로 추력을 내는 프로펠러 형상과 회전수를 설계함.

ex) 같은 엔진이라도 프로펠러 설계에 따라 연료 효율과 최고 속력이 달라지는 것.

해양구조물 피로수명 평가

Fatigue Life Assessment of Offshore Structures

해양구조물은 파도 하중을 수십 년에 걸쳐 수억 번 반복해서 받는데, 이 끊임없는 반복 하중이 용접부·연결부에 피로균열을 서서히 키워 결국 구조물 붕괴로 이어질 수 있음. 예상되는 파랑 하중의 통계적 분포와 S-N 선도를 결합해 구조물이 설계 수명(보통 20~30년) 동안 피로파괴 없이 버틸 수 있는지 사전에 검증하는 게 필수적인 설계 절차.

ex) 해상풍력 발전기의 하부 구조물이 20년간의 반복 파랑 하중을 견딜 수 있도록 사전에 피로수명을 검증하는 것.