해저 인양
Peter Wang, COO 작성 · 2025년 12월
해저 인양은 가장 복잡한 해양 작업 중 하나로, 화물이 물속을 이동할 때 작용하는 유체역학적 힘을 고려한 세심한 계획이 필요합니다. 가장 중요한 두 가지 효과는 항력과 부가질량이며, 이 둘 모두 크레인과 인양 장비에 대한 유효 중량과 동적 하중을 증가시킵니다.
이러한 힘을 이해하는 것은 올바른 히브 보상기를 선택하고 크레인이 작업에 충분한 용량을 갖추도록 보장하는 데 매우 중요합니다.
항력은 해저 인양에 어떤 영향을 미칩니까?
해저 인양에서의 항력은 공기 저항으로 인한 자동차의 항력과 유사하며 속도의 제곱에 비례하여 변합니다. 항력의 크기는 운동에 수직인 면적과 항력 계수(자동차가 주행거리를 늘리기 위해 항상 낮은 항력 계수를 가지려고 경쟁하는 것과 같은 원리)에 따라 달라집니다. 그러나 자동차와의 가장 큰 차이점은 유체가 공기가 아닌 물이며, 물의 질량 밀도는 공기보다 1000배 더 크다는 것으로, 이는 항력에 또 다른 요인이 됩니다.
F_D = \rho_w C_D A_\perp \dot z |\dot z|
여기서 C_D는 항력 계수이며 (자세한 정보는 DNV RP-N103에서 찾을 수 있으며, 아래에 일부 예시가 표시됩니다) \dot z는 화물의 수직 속도입니다.
| Shape | C_D | A_{\perp} | Notes |
|---|---|---|---|
| Sphere | C_D = 0.5 | A_{\perp} = \pi r^2 | |
| Horiontal Cylinder | C_D = 1.2 | A_{\perp} = 2 r L | |
| Vertical Cylinder | \frac{L}{2r}=0.5 \Rightarrow C_D=1.1 \frac{L}{2r}=1 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=2 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=4 \Rightarrow C_D=0.9 \frac{L}{2r}=8 \Rightarrow C_D=1.0 | A_{\perp} = \pi r^2 | |
| Cube | C_D = 1.05 | A_{\perp} = a^2 | Face normal to flow. |
| Cone | C_D = 0.50 | A_{\perp} = \pi r^2 | Pointed tip aligned with flow; dependent on cone angle. |
| Rectangular Plate | C_D = 1.1+0.02 (\frac{L}{W}+\frac{W}{L}) | A_{\perp} = L W | Normal to flow. |
관련성을 파악하기 위해 실제 예시를 들어보겠습니다. 길이 15m, 너비 10m인 직사각형 판 형태의 화물을 인양한다고 가정합니다. 파도 주기는 8초이고 파고는 4m이며, 정현파를 가정합니다. 힘의 크기는 얼마가 될까요?
먼저 최대 속도를 구하겠습니다. 파도 운동은 다음과 같이 주어집니다
z = \zeta \cos(\omega t) \omega = \frac{2 \pi}{T_p} 이므로 최대 속도는 1.57 m/s입니다.
그러면 항력 계수를 다음과 같이 계산할 수 있습니다:
C_D = 1.1 + 0.02 \left( \frac{15}{10} + \frac{10}{15} \right) = 1.14
항력 면적은:
A_\perp = 10 \cdot 15 = 150 \,\mathrm{m^2}부가질량은 해저 인양에 어떤 영향을 미칩니까?
해저 인양에서 부가질량은 매우 중요한데, 큰 추가 관성을 유발할 수 있고 이는 다시 큰 동적 힘을 초래할 수 있기 때문입니다. 이는 히브 운동으로 인해 화물이 물속에서 진동할 때 주변 물도 함께 가속해야 한다는 사실에서 비롯되며, 수학적으로 다음과 같이 표현됩니다:
m_A = \rho_w C_A V_R
여기서 C_A는 부가질량 계수(DNV RP-N103에서 찾을 수 있으며, 아래에 일부 예시 표시)이고 V_R은 기준 체적입니다.
| Shape | C_A | V_R | Notes |
|---|---|---|---|
| Sphere | C_A = 0.5 | V_R = \frac{4}{3}\pi r^3 | Constant in all directions. |
| Cylinder | \frac{L}{2r}=1.25 \Rightarrow C_A=0.62 \frac{L}{2r}=2.5 \Rightarrow C_A=0.78 \frac{L}{2r}=5 \Rightarrow C_A=0.90 \frac{L}{2r}=9 \Rightarrow C_A=0.96 \frac{L}{2r}=\infty \Rightarrow C_A=1.00 | V_R = \pi r^2 L |
Vertical motion along cylinder axis in infinite fluid. |
| Rectangular Plate |
\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.58 \frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.76 \frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.87 \frac{L}{W}=8 \Rightarrow C_A=0.93 \frac{L}{W}=\infty \Rightarrow C_A=1.00 | V_R = \frac{\pi}{4}W^2 L | Motion normal to surface. |
| Circular Disc | C_A = \frac{2}{\pi} | V_R = \frac{4\pi}{3} r^3 | Motion normal to surface. |
| Square Prism |
\frac{L}{W}=1 \Rightarrow C_A=0.68 \frac{L}{W}=2 \Rightarrow C_A=0.36 \frac{L}{W}=4 \Rightarrow C_A=0.19 \frac{L}{W}=10 \Rightarrow C_A=0.08 | V_R = W^2 L | Prismatic body with square base. |
또 다른 실제 예시를 들어보겠습니다. 길이 20m, 너비 10m인 직사각형 판 형태의 화물을 인양한다고 가정합니다. 파도 주기는 8초이고 파고는 4m이며, 정현파를 가정합니다. 부가질량으로 인한 힘은 얼마가 될까요?
최대 가속도(항력 예시에서 보인 속도의 도함수)를 구해야 하며, 다음과 같이 주어집니다:
따라서 최대 가속도는:
다음으로 부가질량 계수는 0.36이고 기준 체적은 2000 세제곱미터입니다. 그러면 다음을 사용하여 힘을 계산할 수 있습니다:
F=m a=1025 \cdot 0.36 \cdot 2000 \cdot 1.23=98 \mathrm{t}해저 바닥에 가까운 해저 인양의 경우, 구속 효과로 인해 부가질량이 증가할 수 있습니다.
