장기 해양관측을 위한 파력 글라이더 설계

Abstract

해양 시공간 물성의 장기변동성 관측을 위해서, 다양한 방식의 관측플랫폼이 요구되고 있다. 정점에서의 시계열적 변동 관측은 과학기지나 부이를 통하여 수행되고, 동일시각의 공간적 변화 관측을 위해선 위치 이동이 용이한 관측선이나 위성, 비행기, 수중 글라이더 등의 활용이 증대되고 있다. 본 연구에서는 해양에 항시 존재하는 파력을 에너지원으로 하는 해양장기 변동성 관측을 위한 수상 이동형 플랫폼의 추력기구 설계를 소개한다. 본 연구에서는 기계적 에너지 변환장치인 스프링과 파력에 의한 수괴의 수직변동을 힘으로 받는 수중 날개의 수직 병렬 배치 방식을 채용하여, 사용 목적에 따라 파력 에너지를 전진 추력으로 변환하는 양을 조절할 수 있는 추진 장치를 설계하고 시제를 구현하고 조파수조에서 그 성능을 평가하였다. 미 보잉사의 Wave Glider 와 달리, 수중 추진부와 수상 부력체 사이를 연결하는 선을 제거하고, 선박의 앞뒤에 파력 추진부를 수직구조물로 선체에 고정하고, 선미 추진부에는 조향장치를 추가하여 방형제어가 가능하도록 설계하였다. 개념 설계를 기초로 하여, 시제를 제작하였으며, 한국생산기술원 해양로봇센터 조파수조에서 파고 0.3m, 0.4m, 0.5m 파주기는 1.5s, 2s, 3s 상태에서 추진기구의 성능을 실험하였다. 본 수조실험에서는 파고 0.5m, 1.5s 조건하에서 최대 속도 1.45노트를 보였다. 조파 실험 결과, 파의 크기 보다는 파의 주기에 따른 시제 속도의 변화가 관측되었다. 이는 파도의 크기에 비하여 스프링의 변위가 작아 파력을 에너지로 전환하는데 효율이 제한되어 있음을 뜻한다. 대신 파도의 주기가 빠르면 빠를수록 날개의 퍼덕거림 횟수가 증가하여, 날개가 물을 밀어내는