요트를 시작하면서 궁금했던 내용이었는데 일본 소형선박검사기구에서 실험조사한 내용이 마침있어 짧은 일어실력으로 그일부를 번역해봤습니다. 일본 아저씨들 훔처왔다고 뭐라하진 않을는지...
선박운항에 있어서 첫번째 중요한 것이 안전인 점을 놓고 볼때 크루저요트를 즐기는 분들이라면 한번쯤 읽어볼만한 자료라 생각됩니다.
외양요트의 안전성에관한 조사연구
1991년 부터 1992년초에 걸처 있었던 JAPAN-GUAM 요트레이스92에 있어서
"다카"호및 "마린마린" 호의 전복(마린마린 호의 경우는 킬의 탈락으로 인한
복원력 저하로 전복) 되어,10명이상의 인명을 잃어버렸다.
당 기구에서는, 이런 사고의 배경에는 최근의 고속화 경향에의한 요트의 선형
변화에 있다는 인식에서, 현재의 외양요트의 복원성 및 킬 취부부의 문제점을
밝히고 더 나가 주요부분의 개선방책을 검토하기 위해서, 1992년도에 각계의
전문가들로 되어진 조사연구위원회를 조직하여 2년간에 거처 상세한 조사연구
를 하였다.
본 조사연구의 결론의 개요는 아래와 같음.
1, 외양요트의 선형변화
외양요트레이스에 있어서의 격심한 경쟁은, 재료, 구조면 에서의 기술혁신 등에 의해 외양요트의 선형은 크게 변화되어왔다. 최근의 레이스선형은 전래의 선형보다 선체가 넓고 얕으며 선저가 비교적 평평해저 있다. 또한 선저에 취부 되는 바라스트킬은 얇아지고 aspector ratio 가 높아진 것도 나오게 되었다.
이러한 선형은 뒤에 기술하는 바와 같이, 소경사시의 복원력이 크게, 세일 면적 을 크게 만들 수 있는 등. 구형의 것에 비하여 대단히 우수한 고속성을 보인다
그러나. 그 반면에 대경사시의 복원성능은 저하되고 킬 의 취부에도 어려움이 많아지게 되었다. 이로서 복원성 및 킬 의 취부 구조에 대하여 검토한 결과를 아래에 기술함.
2, 복원성의 실험및 해석
일반 선박에 있어서 전복이 쉽게 되지 않음은 안전상 중요한 것으로 복원성능 도 통상 그런 의미에서 사용되고 있는바, 외양요트의 경우 큰 경사 시에도 중심은 전복 되었을 때에 일어나기 쉽도록 고려되지 않으면 안 된다.
이것은 외양요트의 특징적인 것으로서 이러한 점 때문에 소형요트로서 외양 항해가 가능한 것이다.
이 때문에 본 조사연구 에서는 구형으로부터 최근의 레이스선형까지 각종 선형의 모델 및 실선을 사용하여 실험, 이론 계산 등에 의해, 선형변화에 따른 내 전복성의 변화에 대해여 해석을 하고, 전복 시에 일어나기 쉬움에 대하여도 상세한 해설을 하였다.
그림-1은 모형시험에 쓰였던 모형의 profile을 표시,모형의 치수는 실제의 1/10로 전장 9m에 해당함. 그림 중 A 타입은 최근의 레이스선형(10R선형), C타입은 예로부터 내려온 선형, B타입은 양자의 중간선형으로 이것으로부터의 복원력 곡선은 그림-2에표시.
구형의 C타입 이 180도의 대경사시에도 정(正)의 복원력이 있는 것에 대하여 A타입은 소경사시에 복원력은 크나 대 경사에는 급속히 복원력을 잃어버리고 만다. 또한 180도 부근의 경사가 급하게 올라간 것으로부터 도립(倒立)상태의 안정성이 크다는 것을 알 수 있다. B타입에 관해서는 당연히 A와C의 중간적 성격을 표시한다.
A타입의 복원력 곡선에서 90도부근에 작은 산이 보이는 것은 마스트 부력의 영향에 의한 것임. 일반적으로 90도를 넘어가는 대 경사에 있어서는 상부의 구조물이 복원성에 끼치는 영향은 대단히 크고, 이런 상태를 검토 할 때에는 그 영향을 적절히 고려할 필요가 있다.본 조사연구에서는 이러한 모형을 써서 다양한 조건(파고,중심위치,자세(정립,도립) 침수의 유무 등) 을 설정해서 파랑중의 전복, 복원 시험을 하였다. 실험에서는 바로 옆에서 집중성과도수파(集中性過渡水波)를 부?J혀,비디오 및 광학식 운동측정 장치에 의해 운동계측을 하였다
A선형에 대해서 실제로 전복 시험을 했던 계측 예를 그림-3및 4에표시함.
그림-4에서 보는바와 같이 파고가 일정한 한도(전복 한계파고)에 달하고 최대 경사각이 복원력 소실각(Qv)을 넘어 요트는 전복한다( 그림-4는 A 타입에 대하여 보여준 것이다)
역시 C 타입의 경우는 180도 까지도 정(正)의 복원력을 가지고 있기 때문에 도립(倒立)상태에서 머무르지 않는다. 결국 전복되지 않는다.
여러 선형에 대해서 전복 시험을 되풀이 해본결과, 선형에 관계없이 전복 한계파고는 복원력소실각으로 정리 될 수있다는 것을 알았다.
결국 선형이 어떻튼 같은 복원력소실각을 가진 요트는 같은 파고의 파도에 전복한다.
이것은 마스트가 수중에 잠기게되는 대경사운동 에서는 통상 복원성에 관계없는, 선형이나 중심이 높아서의 요인보다도 마스트가 착수 할때의 유체반력이 선체 구름운동에 지배적인 영향을 미치게되기 때문이라고 생각 되어진다.
도립 상태에 있는 모델에 대해서 위와같은 시험을하여 일어나기 구름운동을 조사한결과 일어나기파도 (일어나기 한계파고)도 대체로 복원력소실각에서 정리될 수있는 것을 알았다.
3-1, 실험및해석
전술한 바와 같이, 최근의 요트는 성능을 향상시키기 위해서 종힁비가큰 바라스트킬을 달아놓는 경향이 있어 , 그때문에 킬의 장착부가 대단히 작게 되어있다.
더욱이, 성능과 주거성을 양립시키기 위해 믿바닥이 얕아서 장착부의 깊이를 충분히 잡기가 어렵게되어 있는 것, FRP가 선체재료의 대부분을 찾이 하게 된 것등이 서로 어울려서 Keel의 장착 방법은 참으로 多岐多樣하게 되어 있다.
본 조사연구에서는, 이와같이 다양한 킬의 장착 구조를 데드아웃(dead out)달림,데드아웃없음,후랜지(FLANGE)달림 의 3가지 양식으로 정리하고, 각양식에 대하여 정적파괴시험 및
피로파괴시험을 하고 그 강도 파괴양식등에 관한 특성을 검토했다. 이것들 양식의 특성은 아래와같다.
데드아웃붙임
Keel장착면 부근의 외판이나 보강의 형태가 복잡하고 힘의 흐름을 알기어렵다.그러나 끌림물멈추기의 필요한 소형정에 많이 사용되고 있다.
데드아웃없음
외판, 후레임과 더불어 심플한 형태이다. 이 구조의 채용에 특별한 경향은 인정받지 못 하지만,모올드를 만든다음에 Keel의 장착할 위치를 움직이게 할 수있기 대문에 공작상 매력이 있다.
후렌지붙임
장착면의 폭을 넓게 잡을 수있어, RACER나 고성능 CRUISER 등 KEEL의 종힁비가 특히 커서 , KEEL의 장착면이 작은 배에 채용되고 있다.
이 것들의 시험에는 전장25 피트에 상당하는 2차원 실물 대모형을 사용했음.
그림-7 시험결과의 소견은 아래와 같다.
a, 3개의 구조양식을 비교하면 똑같은 판두께의 경우,flange붙임 및 dead out붙임이, dead out없음보다 1.5배정도의 높은 강도를 표시했다.
그렇지만 , flange붙임의 경우 , flange의 폭을 시험에서 사용했던 것 보다 넓게하면 더욱 강도가 상승 할 것으로 생각된다.
b, 선저 강도는 선저판 두께의 2 승에 비려한다.
c, 최종적인 파괴는 어떤양식에 있어서나 킬 볼트와샤 끝부분에서 FRP가 구부러지면서 수반하는 끝부분 파괴를 이르키고 , 이것이 치명적인 파괴로 이어졌다.
dead out 없음과 flange붙임 에서는, 파괴가 frame과 선체 외판을 이어진 틈새가 버러지기 시작하여 그후 끝부분 파괴를 이르킨 dead out 없음과 flange 붙임은 킬 볼트가 틈새를 관통하여 선체에 고착되어 있음.
d, 틈새가 벌어지기 시작한 시기가 빠르냐, 늦느냐는 반드시 최종적인 파괴에 영향을 미치고 있는 것 같아 보이지는 않는다.
그러나 킬에 대해는 과하중의 알림으로서 유효한 현상평가 수단이 될 수 있다고 생각된다.
e, 설계 공작상의 흐트러짐을 고려하면 , 킬 장치부의 강도는 하중계수 6 정도가 필요하다고 생각된다. (하중계수: 배를 90도 기울여놨을 때 킬의 자중에 의해서 킬의 장착부에 걸리는 모우멘트를 단위로해서 필요강도를 계수화 한 것).
3-2, 킬의 장착 구조에 관한 지침.
상기와 같은 검토를 근거로 해서 , 본 조사연구에서는 킬 구조의 지침을 작성했다.
이 지침의 요지는 아래와 같다.
a, 킬 볼트는 가급적 튼튼한 골조로서, 집중 하중이 골조에 직접 전해지는 구조로 하는 것이 바람직 하다.
이 방식 으로서는,
* frame에 킬 볼트를 직접 관통시키고,
* FRP의 frame의 flange를 저판에 접착하여 이 flange 에 킬 볼트를 관통시키고,
* 고아의 위에 FRP를 오버레이 하여 후레임을 만들어 그 후렌지부에 킬 볼트를 관통 시킨다
등 의 방법이 생각된다.
a, 선저에 킬 볼트를 고정 할 경우에는 , 선저에 충분한 두께를 가지게 할 필요가 있다. 이경우 두께는 ABS 루-울 의 킬볼트 경의 1.5배 이상이 기준이 된다. 후랜지가 없는 후레임을 선저에 발라서 봉하고 그 봉한데다가 킬 볼트를 통과하게 할 경우나, 헐 라이너와 선저를 킬 볼트로 서로 조이는 경우 (즉 2차 접착부를 통해서 킬 을 고착 할 경우)는 상당한 연구가 없는 한 , 2차 접착 부분의 강도를 믿지 않는 편이 좋다.
c, 킬 볼트의 와샤의 주변에 큰 응력이 걸리고, 최종적인 파괴는 여기서의 끝단에 의해서 일어난다. 이때문에 FRP의 선저 또는 후레임에 와샤가 직접 닿을 경우에는, 와샤를 좀 큼직하게 해줌과 함께,와샤의 끝이 정통으로 선저 등에 와 닿는 일리 없도록 배려 할 필요가 있다.
또한 본 조사에서는, 사고예조사, 시험에 있어서 파괴양식등을 검토하고
킬 취부부의 건전성을 조사하는 방법에 대해서도 총정리를 했다.
FRP구조의 내부 이상을 발견하는 것은 대단히 어렵고, 반드시 완전한 것은 아니지만,
사용자의 점검, 검사시의 참고가 될 것 으로 생각한다.
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