3척의 고속 슬렌더 USV의 병렬 포메이션 변경에 따른 파저항 상호작용 연구

김세라¹ ; 최영두² ; 조현진³ ; 전민규⁴ ; 한민석⁵^{, *}

1해군사관학교 기초과학과 부교수
2해군 소령/해군사관학교 전자제어공학과 조교수
3해군 중령/해군사관학교 기계시스템공학과 교수
4해군사관학교 기계시스템공학과 부교수
5해군사관학교 전자제어공학과 부교수

Effect of Parallel Formation Variations on Wave Resistance of Three High-Speed Slender USVs

Sera Kim¹ ; Youngdoo Choi² ; Hyunjin Cho³ ; Min-Gyu Jeon⁴ ; Minseok Han⁵^{, *}

1Associate professor, Dept. of Natural Science, Republic of Korea Naval Academy
2LCDR, ROK Navy/Assistant Professor, Dept. of Electronics and Control Engineering, Republic of Korea Naval Academy
3CDR, ROK Navy/Professor, Dept. of Mechanical System Engineering, Republic of Korea Naval Academy
4Associate professor, Dept. of Mechanical System Engineering, Republic of Korea Naval Academy
5Associate professor, Dept. of Electronics and Control Engineering, Republic of Korea Naval Academy

Correspondence to: ^*Minseok Han Dept. of Electronics and Control Engineering, Republic of Korea Naval Academy 1 Jungwon-ro, Jinhae-gu, Changwon-si, Gyungsangnam-do, 51704, Republic of Korea Tel: +82-55-907-5323 E-mail: mshan1024@navy.ac.kr

초록

본 연구는 고속 항해 중인 세 척의 슬렌더형 무인수상정(USV)이 병렬 포메이션을 구성할 때, 그 배열 변화에 따른 파저항의 상호 간섭 효과를 분석하는 데 목적이 있다. 파저항은 선체가 생성하는 조파에 의해 유도되는 저항 성분으로, 복수 선체 운용 시 각 선체가 유도하는 파장이 상호 간섭하며 전체 저항에 영향을 준다. 본 연구는 thin-ship theory(얆은 선체 이론)을 기반으로 각 선체 간 간격 및 상대 위치에 따른 간섭지수 I(d)를 도입하여 파저항 변화를 정량화하였다. 다양한 병렬 포메이션에서 간섭 조건(보강/상쇄)에 따라 총 저항이 크게 변동함을 보였으며, 특히 최적 간격에서는 단일 선체 대비 저항이 감소하는 효과도 나타났다. 본 결과는 군집형 USV 운용 시 에너지 효율성 및 기동 성능 최적화를 위한 기초 설계 지침을 제공할 수 있다.

Abstract

This study investigates the wave resistance variations resulting from formation changes in three high-speed slender unmanned surface vehicles (USVs) arranged in a parallel configuration. Wave resistance, caused by ship-generated wave patterns, is significantly affected by hydrodynamic interference when multiple vessels operate in close proximity. Based on the thin-ship theory, the study introduces the interference index I(d) to quantify the mutual wave resistance effects between vessels, considering their separation distance and relative positions. The results show that the total wave resistance varies significantly depending on whether wave interference is constructive or destructive, and that optimal spacing can even reduce resistance compared to that of a single vessel. These findings provide foundational insights for improving energy efficiency and maneuvering performance in swarm USV operations.

Keywords:

Ship Wake, Wave Resistance, USV, Parallel Formation

키워드:

함선의 항적, 파저항, 무인수상정, 병렬 포메이션

Acknowledgments

이 연구는 2025년 정부(방위사업청)의 재원으로 국방과학연구소의 지원을 수용된 미래도전국방기술 연구개발사업임(No. UE251012AD).

References

J. H. Michell “The Wave-Resistance of a Ship,” Philosophical Magazine, Ser. 5, Vol. 45, pp. 106-123 (1898).
Tuck, E.O., Lazauskas, L. “Optimum Hull Spacing of a Family of Multihulls,” Schiffstechnik, Vol. 45, pp. 180-195 (1998).
Tuck, E.O., Scullen, D.C., Lazauskas, L. “Ship-Wave Patterns in the Spirit of Michell.” J. Ship Res. 54 (2000). [https://doi.org/10.1007/978-94-010-0796-2_38]