선박에 관한 약어 및 용어 정리 - 3 ( L ~S )

[바다사랑]

Manoeuvrability Criteria (조종성 기준) : MA

 ■ IMO Manoeuvrability Criteria

일부 선박의 매우 열등한 조종성능에 기인한 해난사고 및 오염이 발생하는 상황을 개선하고자 IMO 는 선박의 조종성능에 대하여 IMO Resolution A.751(18) - Interim Standards for Ship Manoeuvrability - (adopted on 4 November 1993) 으로 초안을 채택하였다가, Resolution MSC.137(76) - Standards for Ship Manoeuvrability - (adopted on 4 December 2002) 으로 확정되었다.

이러한 표준 채택의 의미는 선박의 조종성이 열악한 경우 운항자가 운항 기술로 만회해 나가는 상황에서 선박의 설계시부터 표준으로 정한 조종성능을 만족시키는 상황으로의 전환에 있다. 운항자의 부담을 줄여 사고 발생의 위험을 낮추자는 것이다.

IMO 기준은 깊은 수심에서 선박의 운항속도(Service Speed) 상태에서의 규정이다.


▶ Turning Circle Test

Test Condition
- Approach Speed : Service Speed (85% of MCR)
- Rudder Angle : 35° to Port and to Starboard

IMO Criteria
- Advance / LBP ≤ 4.5
- Tactical Diameter / LBP ≤ 5.0

IMO 는 Steady State Condition 에 도달하는 것을 확인하기 위해 가능한한 540° 이상 선회할 것을 권고한다.


▶ Zig-Zag Test

10/10 Zig-Zg Test 와 20/20 Zig-Zag Test 를 Port & St\'bd 방향부터 각각 실시한다. 10/10 Zig-Zag Test 의 절차는 다음과 같다.

(1) Service Speed (85% of MCR) 로 진행
(2) 타각(Rudder Angle)을 신속하면서도 유연하게 St\'bd 10° 로 작동
(3) 진행각(Heading)이 St\'bd 쪽으로 10° 가 될 때까지 타각을 유지
(4) 진행각이 St\'bd 쪽으로 10° 가 되는 시점에 타각을 Port 10° 로 변경
(5) 진행각이 Port 쪽으로 10° 가 될 때까지 타각을 유지
(6) 진행각이 Port 쪽으로 10° 가 되는 시점에 타각을 St\'bd 10° 로 변경
(7) 아래 그림과 같이 위과정을 반복

20/20 Zig-Zag Test 는 타각과 진행각을 모두 20° 로 하여 10/10 Zig-Zag Test 와 동일한 방법으로 시행한다.

IMO Criteria 는 위 도표와 같이 10/10 Zig-Zg Test 는 첫 번째와 두 번째 Overshoot 의 허용치를 규정하며, 20/20 Zig-Zag Test 에서는 첫 번째 Overshoot 의 허용치만을 규정하고 있다.

부가적으 로 10/10 Zig-Zg Test 에서 첫 진행각 변화 10° 까지의 진행거리가 선박길이의 2.5배 이하여야 한다고 규정하고 있다.


▶ Crash Stop Test

IMO 는 Service Speed (85% of MCR) 로 진행하는 상황에서 긴급 정선시 선속이 zero 가 될 때까지의 진행거리가 선박길이의 15배 이하여야 한다고 규정하고 있다. 이 기준은 VLCC 와 같은 초대형선에서는 완화 적용이 가능하다.

MCA (Maritime and Coastguard Agency) : MC

  Maritime and Coastguard Agency (MCA)
  영국 교통부(Department for Transport) 산하 기관으로 해양안전에 관한 정책을 수립하고, 연안경비대를 통한 해상 수 색과

  구조활동 및 선박의 안전규정(국내 및 국제규정)의 준수를 감독한다.

Metacenter (메타센타) : ME

■ 가로 메타센터 (Transverse Metacenter)

대칭형인 배가 그림과 같이 미소각 dφ 만큼 경사한 경우를 생각해 보면, 부심이 배의 중심선을 이탈해서 이동하게 되므로 중량과 부력의 두 합력의 작용선들은 거리 GZ, 즉 복원아암 (Righting Arm) 만큼 분리된다.
새로운 부심을 지나는 연직선은 그 중심면 위에 있는 본래의 부심을 지나는 연직선과 점 M에서 만나게 된다. 이 점 M을 가로 메타센터 라 부른다.

이 점의 위치는 배의 배수량과 흘수에 따라 달라지지만, 어떤 주어진 흘수에 대해서는 항상 같은 곳에 있을 것이다. 수선 근처에서 배의 모양에 급격한 변화가 없다면, 배가 작은 각도, 예를들어 약 7。, 때로는 10。까지 경사하여도 점 M은 실질적으로 일정한 곳에 머물러 있을 것이다.

만일 G와 M의 위치를 안다면, 작은 경사각에 대한 복원 아암은 실용적인 목적으로 충분히 정확하게 아래의 식으로부터 쉽게 구할 수 있다.

GZ = GM sinφ

따라서, 거리 GM은 작은 경사각에서 횡복원력의 지표로서 중요한 것이며, 그것을 가로 메타센터 높이 (Transverse Metacenter Height)라 부른다.
중량과 부력의 모멘트가 배를 직립 위치로 회전시키려고 할 때의 GZ를 양(+)으로 생각하므로, GM은 M이 G의 위쪽에 있을 때 양(+)이고, M이 G의 아래쪽에 있을 때 음(-)이된다.

그림과 같이 배가 작은 각도로 경사할 때, 수선 근처에서 배의 양현 측면이 연직이면, 새로운 수선과 본래의 수선은 그 배의 중심선 면에서 교차하게 될 것이다. 그것은 이들 두 수선에 의해 생기는 2개의 쐐기모양 용적이 서로 같으므로 배수량의 변화가 일어나지 않기 때문이다.

여기에서 v를 쐐기 하나의 용적, V를 배 전체의 배수 용적이라 하고, 그 쐐기의 중심들을 g1 및 g2에 있다고 하면, 그 배의 부심은 다음과 같이 이동할 것이다.
☞ g1과 g2를 연결하는 직선에 평행한 방향으로,
☞ 거리 BB1, 즉 (v · g1g2)/V 만큼 이동한다.


■ 세로 메타센터 (Longitudinal Metacenter)

세로 메타센터는 가로 메타센터와 유사하나, 배들은 보통 앞과 뒤가 대칭이 아니기 때문에 여러 수평 수선에서의 부심은 항상 일정한 횡단면 위에 놓이지 않고 흘수의 변화에 따라 앞뒤로 이동한다.

주어진 수평 수선에서의 세로 메타센터는 수평 상태에서의 부심을 지나는 연직선과 배가 세로 방향으로 작은 각도로 경사한 후의 새로운 부심을 지나는 연직선과 교차하는 점으로 정의 된다.

수선 근처에서 배 모양의 급격한 변화가 없다면 작은 경사각에서의 세로 메타센터는 대체로 배에 관하여 일정한 위치에 머물 게 된다.

배의 중심으로부터 세로메타센터까지의 거리를 세로 메타센터 높이 (Longitudinal Metacenter Height)라고 하며, 배의 트림 변화에 대한 저항력을 나타내는 지표이다. 보통의 해상선에서는 세로 메타센터가 중심으로부터 항상 먼 위쪽에 있고, 높이는 항상 양(+)이다.


■ 잠수된 잠수함의 메타센터

잠수중의 잠수함의 부심은 배가 경사하여도 변화 없이 일정한 위치에 머문다.
그러므로 직립 위치에서의 부심을 지나는 연직선은 임의 경사 위치에서의 부심을 지나는 연직선과 부심에서 교차할 것이며, 따라서 부심 자체가 가로 방향과 세로 방향의 메타센터가 된다.


■ 메타센터 높이의 이용

자주 사용되는 편리한 개념은 '1。 경사 모멘트' 이며, 이것은 배가 1。경사 하였을 때 중량과 부심의 모멘트 (즉, W · GZ) 이다. 이는 배를 1。경사시키는 데 필요한 외력의 모멘트와 같다.
여기에 GZ 대신에 GM sinφ를 대입하면 아래와 같이 표시된다.
1。경사 모멘트 = W · GM sin 1。

종방향의 경사에 대해서도 똑같이 적용하여 '1。 트림 모멘트' 를 나타낼 수 있으나, 종 방향에서는 각도 보다 흘수의 변화량을 주로 사용하므로 윗식에서 sin 1。 대신에 1 inch 를 배의 길이(inch)로 나눈 값을 대입하면 '1" 트림 모멘트를' 얻게되고, 아래와 같이 1 cm 를 배 길이(cm)로 나눈 값을 대입하면 '1cm 트림 모멘트' 를 얻게 된다.
아래 식에서 L = 배 길이 (m)
1 cm 트림 모멘트 = W· GM L/100 ≒ W· BM L/100
종경사의 경우 실제적으로 GML은 GB 에 비해 대단히 크므로, GML 대신에 BML 을 써도 무시할 수 있을 정도의 오차밖에 생기지 않는다.

 
■ 적당한 메타센터 높이

메타센타의 높이는 선도(Lines Drawing)에서 Hydrostatic Calculation 을 통하여 구할 수 있다. 이는 설계의 기초적인 특성 중의 하나이며, 아래의 요구사항에 적합해야 한다.

여객선에서 사고중 배의 일부가 침수되는 경우에도 전복 또는 과다한 경사를 방지할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다.

모든 여객이 한편으로 치우치는 경우에도 불유쾌하고 위험한 각도로 경사하는 것을 방지할 수 있을 만큼 충분히 커야 한다.

배가 강한 옆바람을 받는 경우에도 심한 경사가 일어나지 않을 만큼 충분히 커야 한다.

배가 파도 위에 있을 때 격심한 로울링(Rolling)을 방지할 수 있을 만큼 충분히 작아야 한다. (메타센터의 높이가 커지면 로울링 주기가 짧아지고, 불유쾌한 승선감을 줄 뿐아니라 결과적으로 큰 가속도의 힘이 걸리는 불리한 상태가 된다.

 Midship Section Coefficient (중앙단면계수, Cm) : MI

Midship Section Coefficient (중앙 단면 계수)

중앙 단면 계수는 특정 흘수에서 중앙 횡단면의 수선 아랫부분의 면적과 그 부분에 외접하는 직사각형의 면적과의 비 이다. 보통 선형의 배에서는 0.75 ~ 0.98 의 범위 안에 있으나, 극히 날카로운 선형의 배애서는 0.67 까지 내려가는 경우도 있다.
어떤 배에서는 수선 아래 쪽에 불룩 튀어 나온 부분이 있어 최대 폭이 수선의 폭을 넘게 되므로 값이 1 보다 커지는 경우도 있다.

 Molded Dimension (형치수) : MO

배의 모양은 늑골(Frame)과 외판(Shell)의 형상을 결정하는 형표면(Molded Surface)의 모양에 의해서 정해진다.
즉, 외판은 설계상으로 결정된 형표면 이라는 가상면 위에 외피를 씌운 것이고 늑골은 형상 유지를 위해 일정한 간격으로 외판 안쪽에 부재를 설치한 것으로 본다.
거꾸로 완성된 선박에서 생각해 보면 외판의 선내측 표면이 결국 형표면인 셈이 된다.

형폭 (Molded Beam) : 선체의 가장 넓은 부분(보통 Midship 위치)의 외판 내면의 폭

형깊이 (Molded Depth) : 형기선(Molded Base Line) 까지의 깊이

형흘수 (Molded Draft) : 수선(Waterline)과 형기선(Molded Base Line) 간의 수직 거리

Net Positive Suction Head (NPSH, 유효흡입수두) : NE

 유효흡입수두(NPSH = Net Positive Suction Head)는 펌프가 캐비테이션(Cavitation) 발생 없이 안전하게 운전될 수 있는가를 나타내는 척도이다. NPSH 는 NPSHa 와 NPSHr 의 서로 다른 두가지 개념으로 나누어지며, 수두(m) 혹은 압력(bar)으로 표시된다.

NPSHa (Available NPSH) - 유효흡입수두, 배관시스템의 설계에 의해 결정됨
펌프의 설치 위치, 흡입관경, 흡입배관 길이, 이송액체의 종류 및 온도 등에 의하여 결정된다.
안전한 펌프 운전을 위해 필요흡입수두(NPSHr) 보다 최소한 1.2~1.3배 정도 크게 유지되도록 시스템을 구성한다.

NPSHr (Required NPSH) - 필요흡입수두, 펌프의 설계에 의해 결정됨
펌프 자체에서 발생하는 손실 수두라고 이해하면 무리가 없을 것이며, 펌프의 제작시 펌프 고유의 특성에 의해 결정된다.
이를 구하는 계산식도 있으나 실험(캐비테이션실험)을 통하여 구하는 것이 정확하며 펌프 메이커는 그 값을 펌프데이터의 하나로 제공 한다.

 Oil Mist (유증기) : OI

유증기(Oil Mist)가 엔진의 크랭크실과 기어케이스의 폭발의 원인이 된다는 것은 잘 알려진 사실이다. 이는 뜨거운 표면과 오일의 접촉에서 발생하는 유증기 방울의 농도가 인화한계점(약50 mg/l)을 초과할 수 있기 때문이다.    

유증기 방울(Droplet)은 양에 비해 그 표면적이 크기 때문에 액체일 때 보다 인화성이 강하다.  표면적이 큰 만큼 공기중의 산소와 접촉이 많고 잠재적인 발화요소로 부터 더 쉽게 열을 흡수하게 되는 것이다.

엔진에서 뜨거운 표면과 접촉한 윤활유가 Vapour 상태에서 크랭크실로 돌아오면 상대적으로 낮은 온도에 접하게 되므로 응축되어 Mist 형태가 된다.

 Oily Water Separator (유수분리기)

선내에서 발생하는 기름섞인 물 (Oily Water)에서 기름을 분리하여 깨끗한 물만 선외로 배출할 수 있게하는 장치이다.
해상오염방지조약(MARPOL)에 의거 기름성분이 15 PPM 이하인 물만 선외배출 가능하므로, 유수분리기는 기준치 이하로 유성분을 분리해야하고 15 PPM 이상이 되었을 경우에는 경보를 발생하는 동시에 자동적으로 선외배출을 차단하는 장치를 장착하고 있다.
위 그림은 기름과 물의 비중차를 이용해 분리시키는 장치의 사례이며, 사진은 선내 기관실에 설치된 유수분리기의 모습이다.

 Permeability (침수율) : PE

■ 가침장 (Floodable Length)
배의 길이 위의 어떤 점에서 가침장(Floodable Length) 이라 함은 그 점을 중심으로하여 지정된 침수율(Permeability)로 대칭적으로 침수하여도 한계선(Margin Line)을 넘는 침하가 일어나지 않을 최대 침수의 길이이다

■ 침수율(Permeability)
어떤 장소의 침수율(Permeability)이란 물로 점유될 수 있는 용적의 백분율이다. 한 구획이 침수되었을 때, 그 구획의 용적 전체가 완전히 물로 채워지는 것은 매우 드문 일이다. 왜냐하면 그 구획에는 장비나 화물등 이미 공간의 일부를 점유하고 있는 것들이 있기 때문이다.

아래는 대표적인 침수율의 사례이다. (출처: Rawson & Tupper 저 Basic Ship Theory)
- Watertight Compartment (Warship) : 97 %
- Watertight Compartment (Merchant Ship) : 95 %
- Accomodation Spaces : 95 %
- Machinery Compartments : 85 %
- Dry Cargo Spaces : 70 %
- Bunkers, Stores or Cargo Holds : 60 %

■ 한계선(Margin Line)
한계선(Margin Line)은 손상을 입은 배가 침하, 트림 및 횡경사를 일으킨 최종 상태에서 허용할 수 있는 가장 높은 수선면의 위치를 선측에 표시한 선이다.
그림 1) 참조.

■ Floodable Length (가침장) 결정 및 활용

그림 2)는 임의의 부분을 침수시켜 초기 수선 WL 로부터 한계선에 접하는 최종 수선 WL2 까지 침하 및 트림을 일으킨 상태를 만든 것이다. 이러한 상태를 만든 침수부의 길이가 그 길이의 중심 점에서의 가침장이 된다.

동일한 점에서 침수율을 변화시켜 변화된 침수율에서의 가침장을 다시 구하고, 이러한 과정을 배의 길이 방향으로 이동하면서 반복하면 그림 3)과 같은 가침장 곡선을 만들 수 있을 것이다.

이러한 가침장 곡선을 활용하면 배의 구획을 나누는 격벽의 위치를 그림 4)와 같이 각 구획에 적용되는 침수율에 맞추어 정할 수 있다.

 Podded Propulsor (Pod, 포드) : PO

■ Podded Propulsor (Pod)

그림에서 보는 바와 같이 선체 외부에 부착되는 추진기 내부에 프로펠러를 구동하는 전기 모타가 장착되어 있고, 추진기 자체가 회전함으로 조향기능까지 갖춘 장치를 Pod Drive 라고 한다.

Azimuth 와 마찬가지로 Rudder, Steering Gear 와 같은 조향장치 없이 우수한 조종성능을 내며 선내공간을 절약할 수 있는 잇점이 있다.

이에 더하여 Azimuth 와는 달리 동력 전달을 위한 기계적인 장치(축, 기어)를 사용치 않으므로 진동과 소음이 적다.  
http://www.schottel.de/eng/index.php  Schottel, Pod 제작사
http://www.rolls-royce.com/marine/product/propulsion/electrical/default.jsp  Rolls-Royce, Mermaid pod propulsion system 제작사

 Pre-Erection (P-E, 선행탑재)  : PR

 선박생산의 측면에서는 얼마나 경제적이며 효율적으로 공정을 개선하는가에 관점을 두어 발전되어 왔고, 이를 위해 어떻게 선대(Building Berth)나 선거(Dry Dock)에서의 생산기간을 줄여서 이의 회전율을 높이는가에 초점이 맞추어졌다.

선대나 선거에서의 생산기간, 즉 탑재공정을 단축시키는 근본적인 방법은 블록의 크기를 증대시켜 그 숫자를 줄이는 것이지만 여기에는 조립공정의 설비와 효율성을 고려해야 하므로 그 한계가 있다.

이러한 한계를 보완하기 위해 선탑재(Pre-Erection)방식이 적용되며, 이는 몇 개의 블록을 미리 조립하여 탑재할 블록의 크기를 대형화 하는 작업이다.

P-E의 적용은 탑재공정의 기간을 단축하는 효과와 함께 상대적으로 좋은 작업환경에 작업하게되는 잇점이 있지만, 탑재에 사용하는 크레인의 용량에 따라 블록의 대형화에 한계가 주어진다.

여러 개의 블록들을 탑재하여 하나의 대형 블록을 만들고 있다.                   대형 P-E Block 을 해상크레인으로 운반하여
연결선을 보면 단 블록의 크기와 갯수를 알 수 있다.                                    드라이 도크에 넣는 모습.

 Prismatic Coefficient (주상비척계수, Cp) : PR

Prismatic Coefficient or Longitudinal Coefficient (주상 비척 계수 혹은 종계수)

주상 비척 계수는 특정 흘수에서 선체의 배수용적과 중앙 횡단면 과 같은 단면을 갖고 길이가 선체의 길이와 동일한 기둥형태의 용적과의 비 이다.
이 계수는 배수량의 세로 방향의 분포상태를 나타내기 때문에 종계수라고도 하며 배의 속력과 동력의 추산에 주로 사용되고 있는데, 그것은 주어진 속력에서의 잉여저항의 크기가 배수량의 세로방향 분포에 크게 지배되기 때문이다.
그 값은 대략 0.55 ~ 0.80 의 범위 안에 있다

PR Protection & Indemnity Club (P&I Club, 선주책임상호보험조합

선박의 소유 및 운항에 따라 선주 또는 용선자에게 발생하는 손해 및 배상책임은 다양하기 때문에 일반의 선박보험만으로는 모두 커버할 수 없다.

예를 들면 선박 이외의 화물에 대한 손해배상 책임, 난파선 제거비용, 선원의 사상에 대한 배상책임 및 비용, 선하증권의 면책조항에 해당되지 않는 배상책임 등은 모두 선박보험의 대상이 되지 못한다.

이처럼 선박의 소유와 운항에 관련한 제3자에 대한 법적 배상책임을 보전하는 선주 상호간의 보험을 P & I 보험이라고 하며, 이의 조합을 P & I Club 이라고 부른다.

PS PSPC (Performance Standard for Protective Coatings)

1995년 11월 23일 IMO Resolution A.798(19) 에서 채택된 Guidelines for the Selection, Application and Maintenance of Corrosion Prevention Systems of Dedicated Seawater Ballast Tanks 가 SOLAS Chapter II-1 Regulation 3-2 에서 권장되다가,

2006년 12월 8일 IMO Resolution MSC.215(82) 에서 Performance Standard for Protective Coatings of Dedicated Seawater Ballast Tanks on all New Ships and  of double-side skin spaces of Bulk Carriers (모든 선박의 해수 밸러스트 전용 탱크와 산적화물선의 이중선측 공간에 사용되는 보호도장 성능기준) 가 채택되고 SOLAS Chapter II-1 Regulation 3-2 가 2008년 7월 1일 부로 필수 적용 항목으로 개정되었다.

적용대상 (아래 조건중 하나)

   2008년 7월 1일 이후 건조계약이 체결된 선박
   2009년 1월 1일 이후 용골거치(Keel Lay)된 선박
   2012년 7월 1일 이후 인도되는 선박

 새로운 기술이나 공법이 필요한 것은 아니며 작업과정의 체계적인 관리와 검사를 요구하는 표준으로 그 내용의 구성은 아래와

같다.

Annex 1 Test Procedures for Coating Qualification
-Appendix 1 Test on Simulated Ballast Tank Conditions
-Appendix 2 Condensation Chamber Test
Annex 2 Example of Daily Log and Non-conformity Report
Annex 3 Dry Film Thickness Measurement

 Purifier (청정기) : PU

퓨리파이어(Purifier)는 오염된 오일을 청정시키는 장비이다.
선박에서는 통상적으로 용도에 따라 HFO Purifier, DO Purifier, LO Purifier 등이 설치된다.
DO Purifier 를 별도로 설치하지 않고 HFO Purifier 를 겸용으로 쓰는 경우도 있다.
LO Purifier 는 주기관용(Main Engine) 과 보조기관용(Aux. Engine) 이 있다.

 Quick Closing Valve (비상차단밸브) : QU

연료유와 윤활유 탱크에서 각 기기로 오일을 공급하는 배관의 탱크측면에 바로 붙어 있는 Quick Closing Valve (Emergency Shut-off Valce) 는 기관실 화재시 기관실 밖에서 원격으로 신속하게 차단할 수 있도록 하는 밸브이며, 통상 공압으로 작동되는 타입을  사용한다.  

 Q-flex & Q-max : QF

이는 Qatar Gas 에서 계획하고 있는 Qatar membrane large LNG ship 을 의미하는 말로 Q-flex 는 약 200,000 cbm, Q-max 는 약 250,000 cbm 정도의 화물을 적재할 수 있는 크기의 LNG 선을 뜻한다.
일반적으로 건조되고 있는 LNG선은 125,000 ~ 145,000 cbm 크기의 것이 주류를 이루고 있다.

 Ram Bow (충각선수) : RA

■ Ram Bow (충각 선수)

충각 선수는 충돌시 적함에 손상을 주기 위해 고대선부터 사용하던 방식이며 저항의 감소 측면에서 고려되었던 것은 아니나 어느정도는 영향을 주었을 것으로 생각된다.

충각 선수는 무기의 발달로 점차 그 의미가 없어지면서 사라졌지만, 20세기 초까지도 전함에 적용되었다.

아래는 충각 선수를 적용한 거의 마지막 세대인 미국 해군의 전함 Missouri 호의 사진이다. Ram 하부에 Skeg 를 추가로 부착하였지만 정면의 모습을 보면 구상 선수와는 달리 날카로운 모양이다.

 Residuary Resistance (잉여저항) : RE

■ Residuary Resistance (잉여저항)

선박의 저항은 파도의 발생으로 여러 가지 저항 성분들이 상호작용을 일으켜 대단히 복잡한 양상으로 발생하게 된다. 따라서 이를 계산만으로 추출해 낸다는 것은 불가능하며, 모형선을 사용한 시험의 결과로 전체저항을 알아내는 방식을 사용한다.

모형선의 시험에는 선루(Superstructure)가 없는 선체(Hull)의 모형만 사용하는 것이 일반적이므로, 여기에서 얻어지는 전체저항에는 공기저항이 제외된 점성저항과 조파저항의 합이라고 볼 수 있다.

전체저항으로 유효마력을 알아내어 주기관의 크기를 결정하는 것도 중요하지만, 그 전체저항을 이루고 있는 성분들을 분석하여 각각의 성분을 줄이므로 전체저항을 낮출 수 있는 방법을 찾아내는 것도 효율적인 선박의 설계에서 매우 중요한 일일 것이다.

전체저항 중에서 가장 큰 성분은 마찰저항이다. (저속선의 경 우 80~85%, 고속선의 경우 50% 정도) 따라서 그에대한 이론 및 실험적인 연구가 오랜 세월에 걸쳐 진행되어 왔으며, 여러 성분중 가장 정확히 추정해낼 수 있게 되었다.

어떤 속도 범위에 걸쳐 모형선의 전체저항(RTM)을 계측한 뒤에, Reynolds Number 에 대한 계수로 나타내면 위 그림의 CTM 과 같은 일반적인 모양의 곡선을 얻게된다. 여기에 완전한 난류에서의 매끈한 평판(모형선과 같은 길이와 침수면적을 갖는)에 대한 마찰저항 계수 CF 곡선을 넣어서 비교해 보면 CRM 만큼의 차이가 있음을 알 수 있다.

이러한 차이, 즉 모형선의 전체저항에서 마찰저항을 제하고 남는 부분을 잉여저항(Residuary Resistance) 라고 부른다. 잉여저항에는 마찰저항 이외의 점성저항 성분들과 조파저항이 포함되어 있다.

CTM 곡선과 CF 곡선은 Reynolds Number Rn 이 작은(즉, 속도가 대단히 낮은) 범위에서는 거의 평행하고, Rn 이 커지면서 (속도가 높아지면서) 그 차이가 크게 벌어지고 있다. 속도가 대단히 낮은 범위에서는 조파저항이 극히 작을 것이므로, 속도가 증가하면서 두곡선의 차이가 크게 벌어지게한 CW 부분이 조파저항 계수를 나타낸다고 볼 수 있다.

 Resin Chock (레진 초크) : RE

기계를 설치할 때 각 지지대의 수평을 맞추거나 필요한 높이로 조정하기 위해 사용해 오던 Steel Chock Liner 를 수지를 사용하여 성형하는 형태로 대체한 방식.

사용되는 제품은
Philadelphia Resins ( http://www.chockfast.com/ ) 의 Chockfast (한국대리점 코마상사 http://www.chockfast.co.kr/ )
H.A.Springer ( http://www.epocast.com/ ) 의 Epocast
한국담수토부 ( http://www.daemmstoff.com/ ) 의 Durasin 등이 있다.  

 Reynolds Number (Rn, 레이놀드 수) : RE

■ Frictional Resistance (마찰저항)

영국의 Osborne Reynolds 는 유리관을 통하여 물을 흐르게 하는 실험으로 어떤 속도 이하에서는 흐름에 대한 관의 저항이 속도에 비례하였지만, 높은 속도에서는 그 저항이 속도의 제곱보다 다소 낮은 비율로 증가하는 것을 알아내었다. 즉, 서로 다른 저항 법칙에 따르는 두 가지 형식의 흐름이 존재한다는 것이다. 그의 발견은 위 공식과 같이 정리되었고, Reynolds Number (Rn) 로 불리게 되었다.
위 사진은 Osborne Reynolds (1842~1912).

위의 도표는 층류와 난류의 Reynolds Number (Rn) 따른 마찰계수 (CF)의 변화를 보여주고 있다. 

Righting Arm (복원아암) : RI

■ Righting Arm (복원 아암)

배의 한쪽 면에 작용하는 바람은 배를 바람과 같은 방향으로 이동시키려하고, 이에 대응하여 물은 배를 바람의 반대 방향으로 밀어 힘의 평형을 유지하려고 한다.
이 두 힘은 모두 수면에 평행하게 작용하나, 그 작용점은 각각 수면 상부와 하부로 동일 선상에 있지 않기 때문에 배를 회전시키려는 모멘트 (External Moment)가 발생하게 된다.

이렇게 외부의 모멘트에 의해 배가 기울어지면, 배는 자체적으로 이에 대응하는  반대 방향의 모멘트 (Internal Moment)를 발생시켜 더 이상의 기울어짐을 막는 모멘트의 평형을 이루고자 하는데, 이는 배의 중량과 부력의 작용점 위치에 좌우 된다.

배의 중량은 무게중심(G)에서 수직 하향으로 작용하고, 배의 경사에 따른 무게 이동이 없다면, 무게중심의 위치는 변하지 않을 것이다. 반면에 부력은 부력 중심(B)에서 수직 상향으로 작용하나, 배의 경사에 따라 변동된 수면 하부 모양의 도심(Centroid)으로 부력중심의 위치가 이동 할 것이다.

배의 중량과 그에 상응하는 부력의 크기는 변동이 없으므로, 내부 모멘트 (Internal Moment)는 중량과 부력의 작용점 간의 수평거리에 GZ 에 의해 결정되며, 이 거리를 '복원 아암 (Righting Arm)' 이라고 부른다.

복원아암(Righting Arm)은 경사 상태에서 배의 중심에 대한 부심의 상대적 위치를 표시하는 것으로 배의 복원 성능을 표시하는 척도가 되며, 이를 사용하여 위와 같이 내부 모멘트를 구할 수 있다.

SALVAGE (국제해난구조협약) : SA

SALVAGE, 1989
정식 명칭은 International Convention on Salvage, 1989 이며, 국제해난구조협약 이라고 불린다.
1989년 협약은 구조에 성공하였을 때만 보상되는 'No Cure, No Pay' 원칙을 적용한 1910년의 협약을 대체하기 위해 제정되었다.
이전의 협약도 많은 경우 적절하게 작용하였지만 오염문제가 고려되지 않았다. 오염을 방지하는 일을 한 구조자 (예를 들면, 손상된 유조선을 환경에 예민한 구역에서 예인해 나오는 작업)가 선박이나 화물의 구조에 기여하지 않았다면 아부런 보상도 받지 못하였다.
1989년 협약은 환경오염을 방지하거나 최소화 하기위한 노력과 기량을 고려하여 구조자에 대한 보상을 강화하였다.

■ SALVAGE, 1989 - Special Compensation
SALVAGE 1989 에서 규정한 특별보상의 개요는 아래와 같다. (아래는 2003년 1월 현재 IMO 홈페이지에 기술된 내용을 요약 번역한 것임)
1) 통상적인 방법(즉, 선박과 화물의 구조)으로 보상 받지 못하는 구조자에게 특별 보상금을 지불해야 한다고 규정.
2) 환경손상이란 '오염, 화재, 폭발 혹은 이들과 유사한 사고에 의해 인체, 해양생물, 연안이나 내수면의 자원에 실질적인 자연손상' 이라고 정의 된다.
3) 보상은 구조자가 지출한 비용과 비용의 30% 까지의 치하금(구조자의 환경손상을 방지하거나 최소화한 노력이 인정된다면)으로 구성된다.
4) 구조자가 지출한 비용은 '합리적으로 구난작업에 지출된 실비(Out-of-Pocket)와 실질적이고 적절히 사용된 인원과 장비에 대한 합당한 요율'로 정의 된다.
5) 사정기관의 평가에 의해 그렇게 하는 것이 정당하다면 보상금은 구조자가 지출한 비용에 최대 100% 까지 추가될 수 있다.
6) 반면에 구조자의 태만에 의해 결과적으로 환경손상이 방지되거나 최소화 되지 못하였다면 특별보상이 거부되거나 감액될 수 있다.
7) 보상금은 선박과 이해당사자들이 각각의 구조된 가치에 비례하여 지불토록 규정.

 SAR convention (수색과구조협약) : SA

International Convention on Maritime Search and Rescue
IMO 에서 체결한 국제협약의 하나이다. 1979년 채택되어, 1985년 발효되었다. 

 Schilling Rudder (실링러더) : SC

Round Leading Edge : 큰 타각(Rudder Angle)에서 흐름(Flow Properties)을 증진시켜 효과잃음점(Stall)을 지연시켜 사용 각도를 증가시키고, 측력(Lift)을 유지하여 조종에 도움을 준다.

Fish Tailing Edge : 타 뒷부분에서 흐름의 가속과 측력 복구를 증진시키고 큰 타각에서 좋은 흐름 벡터(Flow Vector)를 확보한다. 

▶ 특성 1970년대 에 내륙 수로를 운항하는 바지형 선박용으로 저속에서의 조종성능을 향상시키는 목적으로 개발되었으며, 대양선에 적용하는데 문제가 되었던 Speed/Power Performance 의 개선으로 현재는 Tug 에서부터 VLCC 까지 모든 크기의 선박에 적용이 가능하게 되었다. - 저속에서 뛰어난 조향성 - 우수한 침로유지 - 조타기 떨림감소 - 큰 사용각도 (140° = 70° Port & St'bd) - 우수한 후진 조종성

▶ 적용 - Spade Type - Semi-Spade Type 

http://www.becker-marine-systems.com/  Becker Marine Systems 
플랩러더의 대명사로 인식된 Rudder 제작사, Schilling Rudder 도 제작.

 Self Unloader Ship (셀프언로더) : SE

■ Self Unloading System 개요

화물의 적재는 항만의 컨베어벨트를 통해서 이루어지고, 화물의 하역은 본선에 장착된 컨베어시스템을 사용하여 이루어진다.
이러한 선박의 화물창은 화물이 바닥에 설치된 배출구로 잘 흘러내리도록 깔대기식의 경사진(hopper-sloped) 형태이다.
흘러나온 화물은 화물창 아래에 설치된 컨베어벨트(Tunnel Conveyor Belt)로 떨어져서 선박의 한편으로 이송되고, 이는 다시 Loop 혹은 Inclined Conveyor Belt System 을 통해 갑판 위로 올려지며, Boom Conveyor Belt 는 이 화물을 접안지의 정해진 장소에 보내어 배출한다.


■ Self Unloader Ship 적용사례

접안시설이 없는 해변에 직접하역
붐을 활용하여 하역지에 넓게 펼쳐서 하역
트럭의 적재함으로 직접하역
다른 선박에 손쉽게 이적
사이로의 호퍼로 효울적인 직접하역
Boom 활용하여 Dust-free 하역

 Shop Primer Coating (솝프라이머) : SH

 보다 효율적인 선박건조와 품질향상을 위해 강재는 프라이머 코팅을 하여 사용하는 것이 일반적이다. 블록이 조립된 후에 실시되는 본 도장 작업 때 까지 강재의 부식을 방지하기 위함 이다. 
 
보통 야적장에서 절단공장으로 이동되는 중간에 전처리장을 두어 Shot Blasting 과 Shop Primer (15 micron 정도의 inorganic zinc silicate type)를 칠하는 공정을 거친다

프라이머 코팅된 철판을 사용하면 선체 블록(Block)이 조립된 상태에서는 용접작업 등으로 손상된 부위만 Blasting을 하거나 Power Tool 그라인더로 전처리(Surface Preparation)를 하면되므로 작업이 용이하다

Simpson's 1st Rule (곡선단면적계산)

배의 운항 중에 접할 수 있는 여러 가지 다른 수선(Waterline)에서 떠있는 상황을 예상하여 그러한 수선 상태에서의 선체가 갖는 유체 정역학적 특성을 미리 계산해 둘 필요가 있다.

그림 1)
이러한 계산에서 선체의 형상을 평면으로 자른 단면들이 사용되고 보통 수선면(Waterplane)과 횡단면(Transverse-Section Plane)이 사용되고 각 위치에서의 이들의 형상은 반폭도(Sheer Plan)과 정면도(Body Plan)에서 각각 나타난다.
배는 대칭형 이므로 계산은 반쪽만에 대하여 행해지는 것이 일반적 이다.

선체의 곡선은 일정한 함수로 나타내지는 것이 아니므로 이러한 단면의 면적을 계산하는 데는 특별히 고안된 방법들이 사용되고 있는데 그들 중에서 흔히 사용되는 Simpson 의 제1법칙을 간략히 소개하기로 한다.

그림 2) Simpson's 1st Rule
이 법칙은 도형의 밑면이 짝수 n 개의 등간격 종선으로 나누어졌을 때 (즉 n+1 개의 종선이 있는 경우) 사용된다. n 개의 구간을 2개씩 묶은 것을 면적요소로 생각하여 전체는 1/2 n 개의 면적요소로 이루어져 있다고 본다.

그림 3)
아울러 한 면적요소의 곡선은 (예를 들면 abc) 2차 포물선 방정식으로 표시된다는 가정하에 적용된다.
임의의 면적요소에 대한 곡선 하부의 면적은 우측의 식으로 나타낼 수 있다.

그림 4)
두 개의 면적요소로 이루어진 경우의 곡선하부 면적은 그림과 같이 계산 된다.

그림 5)
따라서 n 개의 등간격 종선으로 나누어진 곡선의 하부면적은 그림의 식으로 나타낼 수 있다.

그림 6)
위와 같이 하여 Waterplane Area 와 Sectional Area 를 구하고, 배수용적(Submerged Volume)은 Sectional Area 를 선체 길이에 걸처 적분하여 계산할 수 있다.

SSAS (Ship Security Alert System, 선박보안경보장치)

SOLAS Chapter XI-2 (Special measures to enhances maritime security) 의 Regulation 6 (Ship security alert system) 에서 2004년 7월 1일 이후에 건조되는 국제항해에 종사하는 선박에 대해 SSAS 의 설치를 의무화 하고있다.

SSAS 는 선박이 위협에 봉착하였을 때(해적등으로 부터) 육상의 기관에 경보를 발송하는 장치로 (위 그림 참조) 이 경보는
- 다른 어떤 선박으로도 전달되면 안되고
- 선내에 경보가 울리면 안되며
- 경보를 해제할 때까지 지속되어야 한다.

경보발생 버튼은 선교(Bridge)와 그 외 다른 곳등 2개 이상이 설치되어야 한다.
보다 상세한 내용은 ISPS(International Ship and Port facility Security) Code 에서 규정하고 있다.

Sability (복원성)

Stability (중력 복원성) 개요

정지한 액체 속에 물체가 자유스럽고 흔들리지 않는 상태로 떠 있을 때, 그 물체는 2 개의 연직 합성력, 즉 하향력인 중량과 상향력인 부력이 작용한다. 중량의 합력은 무게중심을 지나 연직하게 아래쪽으로 작용하는 단일력이며, 부력의 합력은 부심을 지나 연직하게 위쪽으로 작용하는 단일력이다.

고체의 경우 무게중심은 항상 일정한 위치에 있으나, 부심은 액체에 잠겨있는 형상에 따라 변한다. 따라서 이 물체가 평형상태에 있으려면 중력과 부력은 크기가 서로 같고, 방향이 반대이며, 같은 연직선 위에 있어야 한다.

평형상태에 있는 임의의 물체를 어떤 방법에 의해 약간 이동 시켰을 때 원위치로  되돌아가려는 복원 모멘트 (Righting Moment)가 발생한다면, 그 평형은 안정(Stable)하다고 말하며, 그 상태를 원위치에 대하여 양(+)의 복원력 (Positive Stability) 상태라고 부른다.

반면에 약간 이동시켰을 때 그 물체가 원위로부터 더욱 이동하려는 전복 모멘트(Upsetting Moment)를 발생 한다면, 그 평형은 불안정(Unstable)하다고 말하며, 원위치에 대하여 음(-)의 복원력(Negative Stability) 상태라 부른다.

만일 약간 이동시켰을 때 그 물체가 이동된 위치에 머물러 있다면, 중성평형 (Neutral Equilibrium) 상태라 한다. 극히 예외적인 경우로 위 그림에서 보는 바와 같이 회전체로서 그 중심이 회전축과 일치하는 경우이다. 이런 물체에서는 임의 각도로 경사시켜도 부심이 항상 중심 바로 밑에 있게되므로 어떠한 모멘트도 생기지 않는다. 따라서 물체는 임의 각도로 경사된 상태에서 그냥 머물러 있을 것이다.

Statical Stability (정적복원력)

 Curve of Statical Stability (정적 복원력 곡선)

그림 1)
임의의 한 경사 상태에서 GZ 를 표현한 위의 방법을 배의 직립 상태부터 점차 경사를 증가시켜 배를 전복 시킬 수 있는 각도까지 적용해 각 상태의 GZ를 구해보면 예와 같은 형태가 될 것이다.
이는 정수 위에서 배를 무한히 작은 속도로 경사를 주어 항상 평형이 유지된 상태를 가정한 것이지만 (실제 상황에서 발생하는 회전 관성 및 부가적인 외력 등을 고려하지 않았음) 선형의 특성을 검토하고 비교하는데 유용하게 쓰일 수 있다.

그림 2)
위에서 구한 각 상태에서의 GZ 값을 경사각 변화에 대한 그래프로 표현하면 그림과 같은 '정적 복원력 곡선 (Curve of Statical Stability)' 혹은 '복원 아암 곡선 (Righting Arm Curve)' 라고 불리는 곡선을 만들 수 있다.
이 그래프는 배를 우현으로 경사시킨 상태를 기준으로 작성되어 좌편은 음(-)의 각도와 음(-)의 GZ 값으로 표시되었지만 이는 단지 좌현/우현 경사의 구분하는 의미만 있으며, 좌우현이 대칭인 것이 일반적이므로 보통 그림 3)과 같이 우현 측만 표시한 곡선을 사용한다.

그림 3)
위의 예와는 다른 선형의 복원력 곡선이다. 이 배는 직립상태(A점)에서 음의 복원력을 갖기 때문에 외력이 작용되지 않는 상태에서는 GZ 가 0 이되어 평형이 유지되는 4,5도 경사상태(B점)까지 기울어 멈추어 있을 것이다.
이렇게 지속적인 경사 상태를 'List' 라 하며, 어떤 힘의 작용으로 일시적으로 경사된 상태로 힘이 제거되면 원위치 되는 경사를 지칭하는 'Heel' 과 구분하여 쓰기도 한다. 참고로 좌우로의 경사가 번갈아 가며 반복적으로 일어나는 상태는 'Roll' 이라고 한다.

Sto-ro (Stowable Ro Ro) : ST

Sto-ro (stowable ro-ro) 는 Ro-ro (Roll-on Roll-off)의 변형된 형태로 위 사진과 같이 화물을 Rolltrailer 에 실어 선내 화물데크로 이동시켜 선적하고 하역도 같은 방식으로 하지만, 화물을 지게차 등을 사용하여 Rolltrailer 에서 내려 선내 데크에 선적하는 것이 다르다.
즉, 이동차량은 돌려보내고 화물만 선적하는 것이 이동차량까지 선적하는 로로선과 다른 점이다.

위 사진은 Sto-ro 선의 사례로 화물용량은 아래와 같다. (L x B x D x d = 153.05 m x 21.60 m x 8.40 m  x 7.10 m, DWT 10,000)
- Hold capacity bale : 678,700 cubic feet
- Lane meter : 1,600 m
- Total trailer capacity : 109 x 12 m
- Max. container capacity : 104 TEU

ST STP (특수상용여객선협정)

■ STP (Special Trade Passenger Ships), 1971

정식 명칭은 Special Trade Passenegr Ship Agreement (STP), 1971 이며, 특수상용여객선협정 이라고 불린다.

인도양 주변의 제한된 해역 내에서 순례자 운송과 같이 많은 수의 여객이 침대 없이 운송되는 특수한 경우 1931년의 Simla Rules을 적용 받아왔으나, 1948년과 1960년의 SOLAS 협약에 의해 유명무실해 졌다.

1960년 SOLAS 협약과 관련하여 IMO는 이와 같은 특수한 운송에 종사하는 여객선에 대한 안전요건을 정하기 위한 회의를 1971년에 소집하여 협정서를 채택하였고, 그 부속서에 1960년 SOLAS 협약의 Chapter II (선체구조) 와 Chapter III (구명설비) 의 규정을 완화한 Special Trade Passenger Ships Rules, 1971 을 첨부하였다.

IMO는 STP 1971 이후 다른 조직(특히, 세계보건기구 WHO)들과의 협조하에 이러한 여객선의 안전 측면에서 기술적인 규정을 제정하게 되었다.

STP 1971 을 보완하는 이러한 기술적인 규정들은 1973년에 Protocol on Space Requirements for Special Trade Passenger Ships (SPACE STP), 1973 으로 채책되었다. 

 Surface Effect Ship (SES, 표면효과선) : SU

■ Surface Effect Ship (표면효과선)

표면효과선은 팬을 사용하여 발생시킨 공기의 쿠션에 의해 선박 중량의 일부 혹은 전부를 지지하는 형태의 선박으로, 기체 정역학 (Aerostatics)의 원리를 적용한다.

선체 중량을 가볍게 하면서 높은 속도를 낼 수 있으며, 흔히 Hovercraft 라 불리는 Air Cushion Vehicle (ACV) 과 Surface Effect Ship (SES) (혹은 Captured Air Bubble (CAB) Carft 라 불림)의 두종류로 대별된다.

SES 는 선체를 들어 올리는데 공기의 구션을 사용하는 것은 ACV 와 같으나, 선체 주변에 물속으로 잠기도록 설치된 판이 부착되어 있는 점이 다르며, 통상 워터제트나 슈퍼 캐비테이션 프로펠러를 사용하여 추진한다.

SES 의 선체 주변에 설치된 판은 CAB 을 수륙양용으로 쓰이지는 못하게 하나, 소모되는 공기의 양을 줄여주고 방향 안정성을 좋게해주며, 같은 크기의 ACV 보다 많은 적재중량을 가능케 해 준다. (위 사진은 순항 중인 SES 로 ACV 와는 달리 추진기가 물속에 있어 보이지 않는다)

좌측은 부산-거제를 운항하는 데모크라시로, 우측은 노르웨이 해군의 Skjold 급 고속 경비정.

Swallow Water Effect (천수 영향)

■ Swallow Water Effect (천수 영향)

배의 저항은 얕은 물의 영향에 대단히 민감하다. 깊이에 제한이 있고 폭이 무제한인 흐름 속에 배가 정지해 있다고 가정하면, 그 배 밑을 지나가는 물은 깊은 물에서 보다 빨라져야 하기 때문에 압력이 크게 감소하며, 이에 따라 침하와 트림이 발생하고 결과적으로 저항이 증가하게 된다.

이에 더하여 강이나 운하에서와 같이 폭에도 제한이 있는 경우에는 그 영향이 더욱 커진다. 상당히 얕은 물에서의 트림과 침하는 배가 바닥에 닿지 않고 움직일 수 있는 속도의 상한을 결정해 준다.


■ 천수영향에 의한 좌초 사례 (위 사진)

1992년 8월 호화 여객선 Queen Elizabeth 2 호가 미국 메사츄세츠 연안의 Cuttyhunk 부근 모래톱(Reef) 지역을 25 knot 의 속력으로 지나던 중에 해저면에 좌초되어 선수와 선저부에 손상을 입는 사고를 당하였다.

사고지역 의 수심은 12 m 내외로 통상적인 흘수에 대하여 2 m 이상의 여유가 있었으나, 25 knot 의 속도가 약 2.5 m 의 침하를 발생시켜 사고가 발생하였다.

승객들을 대피시킨 후 본선은 입거(Docking)하여 수리 되었고, 1,230만불(약 170 억원) 의 비용이 발생되었다. 

SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull)

■ SWATH

쌍동선(Catamaran) 중 물에 잠기는 부분의 용적 대부분을 수면 하부 깊숙히 위치하도록 배치하여, 수면에서는 적은 면적의 단면이 위치하도록 한 선형을 SWATH (Small Waterplane Area Twin Hull) 이라고 한다.

SWATH 선형은 대단히 우수한 해상 안정성(Seakeeping)을 갖고 있으며, 상대적으로 넓은 갑판을 가지므로 다양한 용도로 활용할 수 있어 유람선, 도선, 연구선 등으로 많이 활용되고 있다.

사진 위는 SWATH 선형의 유람선, 아래 좌측은 미국 해군의 스텔스(Stealth)선인 Sea Shadow 로 역시 SWATH 선형이다.

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