인하대·조선 3사·한국선급, 극지선박 해석기술 국산화 착수

북극항로 개척과 극지 자원 개발에 대응하기 위해 국내 대학과 조선업계, 선박 관련 기관이 극지 운항 선박의 안전성을 평가하는 핵심 해석기술 개발에 나선다. 얼음이 선박에 가하는 힘을 예측하는 데서 나아가, 그 힘을 받은 선체 구조가 어떻게 반응하는지까지 하나의 체계에서 분석할 수 있는 국내 기술 기반을 마련하는 것이 목표다.

인하대학교는 김유일 조선해양공학과 교수 연구팀이 삼성중공업·한화오션·HD현대중공업 등 국내 대형 조선 3사, 한국선급과 함께 극지 운항 선박의 빙하중 해석기술 개발에 착수했다고 1일 밝혔다. 연구는 김 교수 연구팀인 다학제 구조역학연구실(MDSL)이 주관한다. 대학 연구진이 중심을 잡고 실제 선박을 건조하는 조선기업들과 선박 안전성을 다루는 기관이 함께 참여하는 공동 개발 구조다.

극지 운항 선박은 일반적인 해상 운항 조건에 더해 얼음과의 접촉이라는 특수한 상황을 견뎌야 한다. 선박이 얼음과 만나거나 이를 헤치며 이동하면 선체에는 얼음으로 인한 힘, 즉 빙하중이 전달된다. 따라서 극지선박의 안전성을 살피려면 얼음이 어느 정도의 힘을 가하는지 계산하고, 그 힘이 선체 구조에 어떤 영향을 미치는지를 연결해 분석해야 한다.

이번 연구의 첫 번째 핵심은 이러한 빙하중을 예측하는 기술이다. 빙하중을 해석한다는 것은 단순히 극지에 얼음이 존재한다는 사실을 반영하는 데 그치지 않고, 얼음과 선박이 맞닿는 과정에서 선체에 전달되는 힘을 계산 가능한 형태로 다룬다는 뜻이다. 이는 극지 운항 환경을 선박 안전성 평가에 구체적으로 반영하기 위한 출발점이 된다.

두 번째 핵심은 빙–구조 상호작용 해석이다. 얼음이 선체에 힘을 가하면 선체 구조도 그 하중에 반응하므로, 빙하중과 구조 반응을 서로 분리된 문제로만 다뤄서는 극지선박의 안전성을 통합적으로 살피기 어렵다. 빙–구조 상호작용 해석은 얼음과 선박 구조물이 접촉하는 과정에서 나타나는 영향을 함께 계산함으로써, 힘이 발생하는 과정과 그에 따른 구조적 반응을 하나의 연속된 문제로 다루는 기술이다.

연구팀은 빙하중 예측과 빙–구조 상호작용 해석 기능을 하나로 묶은 소프트웨어 플랫폼 ‘iFAST’를 개발할 계획이다. 두 기능을 한 플랫폼에서 연계하면 극지 환경에서 발생하는 힘을 계산한 뒤 그 힘에 대한 선체의 반응을 분석하는 흐름을 통합적으로 구성할 수 있다. 개별 해석 기능을 따로 확보하는 데 머무르지 않고, 극지선박 안전성 평가에 필요한 주요 계산 과정을 연결하는 소프트웨어 기반을 구축하겠다는 의미다.

참여 기관의 구성은 개발 기술이 연구실 내부의 이론적 성과에만 머무르지 않도록 하는 데 의미가 있다. 인하대 다학제 구조역학연구실이 해석기술 연구를 주관하고, 국내 대형 조선 3사와 한국선급이 공동 개발에 참여한다. 극지선박과 관련된 학술적 해석 역량과 조선 분야의 경험, 선박 안전성 평가 관점을 한 연구 안에서 연결할 수 있는 협력 틀이다.

이번 연구의 최종 지향점은 극지 운항 선박의 안전성 평가에 필요한 핵심 해석기술의 국산화다. 북극항로와 극지 자원 개발이 선박 운항의 새로운 환경으로 제시되는 가운데, 그곳에서 운항할 선박의 안전성을 국내 기술로 분석할 수 있는 기반을 갖추겠다는 것이다. iFAST 개발이 추진되면 얼음이 만드는 하중과 선체 구조의 반응을 함께 계산하는 국내 소프트웨어 기반을 확보하는 계기가 될 수 있다.

극지선박의 안전성은 선박을 건조하는 기술뿐 아니라, 운항 과정에서 마주칠 얼음의 영향을 얼마나 정확하게 해석할 수 있는지와도 연결된다. 이번 공동 연구는 국내 조선 분야의 주요 참여 기관들이 극지 운항이라는 특수 조건을 분석하는 기술을 함께 확보하려는 시도다. 연구진은 빙하중 예측과 빙–구조 상호작용 해석을 결합한 iFAST를 중심으로 북극항로 개척과 극지 자원 개발에 대응할 극지선박 해석 기반을 마련할 방침이다.

자료: 인하대학교