스크랩 카누 크래프트 2장. 카누의 조선학적 특성

[스카이호크(김창호)]

 

2장 카누의 조선학적 특성

1장에서는 카누와 카약의 포괄적인 범주에 대해서 알아보았다. 원시적인 카누와 카약은 지역 특성상 구하기 쉬운 재료의 차이에서 생성된 분류라는 것을 알 수 있으며, 또한 카누 및 카약이 사용된 지역의 해역, 강, 호수 등 특성이 각기 달랐기 때문에 형상적인 차이점이 존재하였다. 하지만 현대에 와서 카누와 카약을 제작하는 재료는 거의 동일하고 공법 또한 유사하기 때문에 카누를 공부함으로서 카약에 대한 감각을 키울 수 있을 것이라 생각한다. 이제부터는 본격적으로 카누에 대한 논의를 해보자.

1. 각부명칭

카누는 크게 선수(bow)와 선미(stern) 그리고 이것을 서로 이어주는 외판(hull)으로 구성된다. 선수부분에는 선수부 강성을 높이기 위해 스템(stem)이 존재하며 넘쳐흘러 들어오는 물과 공기의 와류를 감소시키기 위해 자그마한 갑판(deck)있다. 외판의 상부 즉 쉬어라인(sheer line)을 따라 선체의 강성을 높이기 위한 보강재인 건넬(gunwale)이 있으며 선체중앙에는 강성을 높임과 동시에 카누 운반 시 손잡이 역할을 하여 이동의 편리를 위한 스와트(thwart)와 요크(yoke)가 존재한다. 선체중앙을 중심으로 양 옆에는 그물로 짜여진 의자(seat)가 있는데 1인승이면 하나, 2인승이면 둘이 존재하고 이것은 전체적인 하중배분을 정확히 계산하여 위치를 정한다. 선수 스템에서 시작하여 선저를 통해 선미 스템 까지 이어지는 가상의 선이 있는데 이것을 킬라인(keel line)이라하고 만약 이 라인을 따라 실질적인 어떠한 형상의 부재가 장착된다면 이것을 킬(keel)이라 일컫는다. 하지만 특수한 경우를 제외한 일반적인 카누는 킬이 존재하지 않는 형상을 지닌다. 그 이유에 대해서는 이어지는 내용에서 설명되어진다.

 

Fig. 17 카누의 각부 명칭

2. 주요요목

가. 길이(length)

카누의 길이는 크게 두 가지로 표현된다. 선수 끝에서 선미끝단까지 연결한 직선 길이인 전장(length overall)과 물에 대한 선박의 성능에 직접적인 관계가 있는 수선간장(waterline length)이 있다(see Fig. 18).

전체적으로 조화롭게 잘 디자인된 선형은 선체를 사등분으로 나눌 때 가운데 두 부분인 ②부부분에서 복원성능과 적재성능의 75%를 발휘한다. 나머지 두 부분인 ①과 ③은 물살을 잘 해치고 나갈 수 있는 선수(bow)와 물을 부드럽게 흘러가게 하는 선미(stern) 부분이다. 배의 길이에 따라 적재능력이 증감하고 또한 선폭에 대한 배의 길이는 선속과도 밀접한 관계가 있다.

반적으로 길이가 길수록 선폭에 대한 길이 비(길이/폭)가 향상되어 날렵한 형상이 되며 이러한 형태는 동일한 추력에서 속력성능이 향상된다. 한편 배의 속도에 영향을 미치는 요소는 물과 파도의 물리적 특성에도 기인한다. 짧고 넓은 선형보다 가늘고 긴 형태의 선형이 물을 부드럽게 흘려보낼 수 있어 저항성분의 하나인 항력이 감소하게 되고, 물이 만나는 면적 즉 침수표면적이 적은 것이 나머지 저항성분이 물과의 마찰력을 줄일 수 있어 속력성능이 우수하다. 반면 속력성능이 뛰어난 선형은 일반적으로 길고 가는 형태를 유지해야하기 때문에 짧고 뚱뚱한 선체에 비해 선회성능이 감소하게 된다.

 

Fig. 18 측방향의 구획별 부분

나. 최대선폭(beam)

빔(beam)은 카누에서 폭이 가장 넓은 부분(일반적으로 선체의 기하학적 중앙 단면 폭의 넓이)을 지칭하는 용어이다. 빔이 좁은 카누는 앞서 설명한 바와 같이 선형이 날렵하고 물과 만나는 침수표면적이 줄어들어 추진을 위한 힘이 적게 소요된다. 반대로 빔이 넓은 카누는 좁은 빔의 카누에 비해 속도는 느리지만 적재능력이 뛰어나고 안정성이 우수한 경향을 보인다.

빔의 형태는 크게 나누어 세 가지가 있다(see Fig. 19). 카누를 정면에서 바라보았을 때 ①과 같이 아랫부분에서 윗부분까지 넓이가 일정한 빔을 플럼(plumb)형 이라 한다. ②와 같이 빔의 건넬 부분이 좁아 선측 외판 형상이 불룩한 것을 텀블홈(tumblehome)형 이라 한다. 이 형태는 빔의 최대 폭이 넓어 적재능력이 우수하고 건넬 부분의 폭이 좁기 때문에 노 젓는 사람(paddler)이 노 젓기(paddling)가 쉬운 형태이다. 한편 아크모양의 선측외판은 선체의 강성을 높이는 효과가 있다. 하지만 텀블홈형의 카누의 초기 복원성(15도 미만의 소각도 경사)은 상당히 우수한 편이지만, 대각도 경사 시 복원성이 감소하기 때문에 평평하고 넓은 선저형태와 조화를 잘 이루어야 복원성능을 유지할 수 있다. 마지막으로 ③과 같이 건넬(gunwale)부분이 가장 넓은 것을 플래어(flare)형 이라한다. 카누에 있어 플래어형은 대각도 경사시 안정성이 뛰어나다. 또한 적재량이 많을 때 선체가 물아래로 잠기게 되는데 이때 물과 만나는 침수면의 폭이 넓어지기 때문에 예비부력이 크게 증가하여 선체의 안정성이 높다. 또한 플래어형의 측면은 파도를 잘 반사시키는 장점이 있다.

 

Fig. 19 빔의 형상에 따른 분류

다. 깊이(Depth)

카누의 깊이는 선체중앙의 건넬에서부터 선체바닥까지 수직선으로 연결하였을 때 건넬과 선체바닥까지의 직선거리를 뜻한다(see Fig. 20). 카누의 깊이는 10 inch(25.4 cm)의 솔로형 카누에서부터 24 inch(70 cm)정도의 화물을 운반하는 카누까지 다양하다. 측정기준이 다른 하나의 깊이는 선수 혹은 선미 스템(stem) 최상단에서부터 선저의 가장 낮은 곳까지의 거리를 깊이로 표현하기도 한다.

깊이와 유사한 표현 형태로서 건현(freeboard)이 있는데 이것은 건넬에서 수선(water line)까지의 수직거리를 나타낸다. 건현의 높이는 카누의 내항성능에 영향을 미치는 인자로서 너무 높으면 바람의 영향을 많이 받게 되어 속력성능과 조정성능이 감소되고, 반면 너무 낮으면 파도나 급류 등에서 물이 건현너머로 넘쳐 배가 침몰될 수 있는 위험성이 존재한다.

여러분이 카누 도면을 공부한다면 건현이 침수되는 길이(inch)당 적재하중(pound)에 대해 주의를 기울여 살펴볼 필요가 있다. 이 수치에 대한 감각을 익힘으로서 실질적인 카누의 적재능력에 대한 정보를 얻을 수 있음은 물론이고 자신이 직접 도면을 제작하고자 할 때 목표하는 적재하중에 도달하기 위해 도면을 어떻게 손질해야하는 가에 대한 감각을 얻을 수 있다.

 

Fig. 20 카누의 깊이(depth)

3. 형상

배의 깊이(depth), 폭(beam) 그리고 길이(length) 등 각각의 치수가 크거나 작다는 것을 평가하기 보다는 각각 치수들이 어떠한 비율로서 최적화된 조화를 이루고 있는가를 평가하여 선체형상과 제원의 크기를 정하는 것이 중요하다. 다시 말해 “어떻게 치수들을 조합하는 것이 물에 대한 저항을 적게 받으면서 조종성능(선회성능)을 우수하게 할 수 있고 용도에 알맞을 것인가?”를 고민하는 것이 카누 성능을 결정하는데 필요한 고민이다.

카누는 물과 선체를 격리시켜 선체를 수면상부에 부유시키는 외판이 있다. 특히 수면하부에 침수되는 외판은 선수에서 물결을 가르기 시작하여 카누 중앙부에서 물이 완전히 갈려지고 선미에서 갈려진 물결을 원상태로 되돌리는 역할을 담당하게 된다. 물속에서 운동하는 카누의 침수외판의 형상이나 표면 거칠기의 정도에 따라 외판과 물이 맞닿아 발생하는 항력(drag)과 마찰력(friction)에 큰 차이를 보인다.

가. 중앙단면

①같이 반원 혹은 둥근 선저형(round-bottom)의 선체는 적은 침수표면적을 가진다(see Fig. 21). 하지만 이 형상은 복원력이 크지 않아 쉽게 경사하기 때문에 평수면에서 고속이 요구되는 경주용에 적합하다.

②의 평저형(flat-bottom)은 큰 침수표면적을 가지고 적재능력이 크다. 이것은 선회성이 뛰어나 바위가 많거나 늪지대 등 장애물을 빨리 회피해야하는 장소에서 적합한 선형이다. 선회가 자유롭다는 것은 평수면에서 직진성능이 감소한다는 것을 의미하고 침수표면적이 큰 만큼 물과의 마찰저항이 증가하여 속도는 느린 편이다. 많은 침수표면적으로 인해 큰 부력을 가지기 때문에 평저형의 선체안정성은 우수하다. 또한 부력이 크기 때문에 짐을 많이 싣고 다니는 용도로도 적합하다. 하지만 이것은 파도가 거의 없는 평수면에서 해당되는 경우이다. 만약 파도가 거친 수면의 경우 ⑤에서 보이는 것처럼 수면의 기울기에 따라 선체의 횡동요가 급격하게 증가하여 선체가 불안정 상태에 놓이게 된다. 따라서 이 선형은 평수면에서 짐을 많이 싣고 다니는 용도로서는 적당하지만 평수면상태를 제외하고 레저를 즐기기 위한 용도로서는 다소 적합하지 않는 선형이라 할 수 있다.

③의 얕은 아치형(shallow-arch) 혹은 반타원형(semi-elliptical)은 둥근선저형과 평저형의 장점만을 이어받은 형상이다. 이 선저형상은 평저형에 비해 구조강도가 뛰어나기 때문에 배를 가볍게 제작할 수 있고 적재성능도 다소 우수한 편이고, 둥근선저형과 비교하여 선저가 완전히 둥글지 않기 때문에 복원성능이 우수하여 안정성도 뛰어난 편이다. 또한 침수되는 외판 형상이 부드러운 곡면이기 때문에 물이 매끄러운 곡선을 따라 흘러 항력을 적게 받아 추진효율 또한 높은 편이다. 이 외에도 ⑥에서 볼 수 있는 것처럼 파도에 의한 횡동요가 작아 거친 바다에서 항해성(sea-kindly)이 우수하고, 선저에 킬라인이 있어 평저형에 비해 직진성도 우수하다. 이처럼 다양한 장점을 가진 아치형 카누는 안정성, 항해성, 직진성, 적재성 등을 골고루 갖추었기 때문에 카누를 위한 최적화된 형상이라 일컬어지고 있다.

④의 얕은 브이(shallow-v)형은 선저가 V형태이고 얕은 아치형과 비슷한 특징이 있다. 이것은 선저의 뾰족한 부분이 킬(keel)의 역할을 하기 때문에 직진성은 아치형에 비해 좋으나 선회성은 떨어진다. 선저가 뾰족하여 낮은 파도를 비교적 잘 가르며 전진하는 장점이 있어 잔잔한 파도가 있는 호수 혹은 우수한 직진성능이 요구되는 세일링(sailing)에 적합한 형태이다.

 

Fig. 21 중앙단면 형상

현대의 카누디자인은 위에서 소개한 다양한 형상의 조합으로 이루어진다. 예를 들어 크루저(cruiser)의 경우 물을 잘 갈라야하는 선수부분은 딥 브이(deep-v)형태로 만들고 선체 중앙부분은 물을 잘 미끄러지게 하는 형상인 얕은 아치형으로 바뀌었다가 선미에서는 다시 좁아지면서 딥 브이(deep-v)형태를 하게 된다. 이런 형상은 항해성과 직진성을 높이기 위한 조화와 절충(compromise)의 산물이다. 또한 이 형상은 선수가 큰 파도를 만나 물에 깊이 잠기게 될 경우 V형 특유의 예비부력(reserve buoyancy)이 크게 작용하여 파도에 파묻히지 않고 타고 넘어가는 능파성능을 유지하기에 유리한 형상이기도 하다.

나. 킬(keel)

카누에 있어 킬(keel)의 존재여부에는 대한 논쟁은 지속적으로 존재해 왔다. 킬은 선체의 강성을 높여주며 선저를 보호하는 역할을 하고 바람이 많이 부는 호수나 강을 지날 때 직진성을 향상시키지만 킬로 인해 바위같은 장애물을 신속하게 피할 수 없어 선회성이 떨어지는 단점이 있기 때문이다.

슈킬(shoe-keel)은 높이가 약 3/8 inch(1 cm),이고 2~3 inch(5~7.6 cm)정도의 폭을 가진다. 이것은 깊이가 작은 킬로서 선회성능에 크게 영향을 미치지는 않고 선체를 보강하는 효과가 뛰어 나기 때문에 조정성능(선회성능)이 요구되는 흐르는 강에서 사용하기에 적합하다.

딥킬(deep-keel)은 슈킬에 비해 높이가 높고 폭이 좁은 형상을 가진다. 이것은 직진성능은 우수하나 선회성이 떨어지기 때문에 흐름이 거의 없고 장애물이 존재하지 않는 호수에서 사용하기에 적합한 형태이다. 역으로 말하면 물살이 거칠고 장애물이 존재하는 급류용 카누로는 부적합하다고 할 수 있다. 카누의 킬라인(keel-line)은 킬과는 다른 의미로 카누 길이방향 선저중심선을 지칭하는 것이다(see Fig. 22). 킬과 비슷한 역할을 하여 조종성과 직진성에 영향을 미친다.

 

Fig. 22 카누의 킬라인(keel-line)

다. 로커(rocker)

로커란 카누를 선측에서 바라보았을 때 선저의 킬라인이 형성되는 곡선(curve)을 의미한다. 일반적으로 로커의 중심은 선체 길이방향의 기하학적 중심과 일치하고 Fig. 23과 같이 ① Extreme rocker, ② Moderate rocker, ③ Straight keel-line 등 크게 세 종류로 나눌 수 있다.

 

Fig. 23 로커(rocker)

①과 같은 형상은 로커가 크기 때문에 선체중량의 대부분이 선체 중심에 집중되어 선체가 수면  하 깊숙이 잠기게 되므로 선저표면에 작용하는 저항이 증가되어 속력성능이 감소하는 경향이 있다. 하지만 이것은 조종성이 매우 뛰어나기 때문에 급류에서의 장애물 통과가 매우 유리하다. 따라서 급류타기나 슬라롬(slaom) 경기정은 이러한 Extreme Rocker를 적용하는 것이 바람직하다.

일반적인 카누에서는 ①과 같은 로커형상보다는 ②와 같이 Moderate Rocker처럼 선수, 선미가 상방향으로 약간 치솟아 오르는 형태의 로커가 많이 적용된다. 이 형상은 적재물을 많이 실었을 경우 좋은 직진성능을 보이고 로커 또한 적당하기 때문에 선회성능도 갖춘 형태라 할 수 있다. 또한 파도 속에서 운항할 경우 적정한 로커로 인해 선수, 선미에 예비부력을 확보할 수 있어 능파성도 우수한 형상이라 할 수 있다.

③과 같이 Straight keel-line은 직진성능이 매우 우수하여 적은 추력으로 속력성능을 향상시키는 형상이지만 조종성능이 떨어져 잔잔하고 물살이 없는 넓은 수면에서 적합하다.

다. 선수(bow)

선수의 측면형상(profile)은 카누의 미적인 아름다움을 좌우하기도 하지만 성능에도 영향을 미친다(see Fig. 24). ①과 같이 약간의 경사를 가지며 상방향으로 곧게 뻗은 형상을 플럼선수(plumb bow)형이라 한다. 이러한 카누의 쉬어라인(sheer line)은 곡이 완만하여 거의 직선에 가깝고 다른 형태의 카누와 비교하여 동일한 전장(length overall)일 경우 수선간장(waterline length)이 가장 길어 직진성능이 우수하다. 플럼선수형의 카누는 선측외판의 플레어(flare)를 형성시키는데 만약 선수 스템의 기울기가 더 커진다면 선측외판의 플레어 각도도 비례해서 더 커지게 된다.

대부분의 전통적인 카누 선수형상은 ②와 ③처럼 상방향으로 치솟아 오르면서 곡을 형성하여 스탬의 상단부분이 선체중앙방향으로 향하게 되는데 이러한 곡을 리커브(recurve)라 한다. 이러한 선수 리커브는 동일한 수선장과 빔을 갖는 두 배를 비교했을 때 전진방향에서 불어오는 바람의 와류를 적게 생성시켜 바람이 부드러운 곡선을 그리며 선수부를 지나기 때문에 저항을 줄이는 역할을 한다. 또한 이 형상은 선수부분의 높이가 높기 때문에 예비부력이 풍부한 장점을 가진다. ③의 High Recurve처럼 곡이 심하고 스탬의 상단이 너무 높을 경우엔 측방향과 선수방향에서 불어오는 바람의 영향을 많이 받게 되고 카누의 무게를 증가시키는 요인이 되기도 한다. 하지만 ③의 형상은 미적으로 수려하여 High Recurve를 선호하는 사람들도 다수 존재한다.

Fig. 24 선수의 측면형상(profile)

라. 선수도입부(entry line)

카누의 운항에 있어 물과 처음 만나는 곳이 선수 도입부(entry line)이고 이것의 형상에 따라 선체주위를 따라 흘러가는 물의 유선형상이 결정되어 카누의 속력성능과 추진효율에 영향을 미치게 된다(see Fig. 25).

②처럼 선수도입부가 뚱뚱하다면 선체외판에 접하는 물이 선체표면과 직각방향의 힘을 많아 받아 선수방향의 옆으로 한꺼번에 많은 물이 움직이게 되고 이러한 이유로 선체표면을 따라 흐르는 물의 속력은 줄어들게 된다. 이것을 다르게 표현하면 추력이 배의 직진을 위해 소요되는 에너지 보다 물을 옆으로 밀어내는 에너지로 많이 소모된다는 뜻으로 앞으로 전진 방향저항이 커진다는 의미가 되므로 속력성능이 떨어진다고 할 수 있다.

반대로 ①처럼 도입부가 날렵하면 옆으로 밀려나가는 물의 속도는 늦어지고 뒤로 흘러가는 물의 속력이 빨라지는데 이것은 패들링의 추력에너지가 물을 옆으로 밀어내는데 많이 소모추진효율이 향상되는 결과가 생긴다. 날렵한 도입부는 적은 물보라(spray)를 생성시키고 표면마찰과 항력에 기인하여 선체표면을 따라 생성되는 항주파(발산파+횡단파)의 하나인 발산파(divergent waves) 또한 적게 생기는 특징이 있다.

Fig. 25 선수 도입부 형상

카누의 전형적인 형태는 선수와 선미가 대칭을 이루지만 현대의 디자이너들은 그러한 원칙에서 벗어난 선형개발을 위한 디자인을 하고 있다. 일반적으로 비대칭 디자인은 빔의 위치가 중심에서 선미방향으로 옮겨지고 선수가 좀더 길어지는 형상을 가진다. 이 형상은 선수부분이 길어져 날렵한 엔트리를 가능케 하고 선미방향으로 치우친 부력중심으로 인해 패들링과 선회성이 향상되는 특징이 있다.

마. 조화와 절충의 수수께끼

선수도입부가 뚱뚱한 형상, 적재성능이 우수한 평저형, 날렵하게 생긴 경주용 등 다양한 형상이 존재하고 이러한 인자들은 용도에 따라 유용하게 적용된다. 하지만 적재, 속력, 조종, 능파성능 등을 다양하게 만족시키는 이상적인 선형은 존재하지 않는다. 전술한 몇 가지 주요인자들은 특정 용도를 위해 알맞게 변경가능하나 한가지의 성능향상을 위해 어떤 다른 성능이 감소한다는 것은 필연적이다. 예를 들어 만약 당신이 배가 직진성이 뛰어나길 바란다면 조종성능(선회성능)이 감소하게 될 것이고 반대의 경우라면 직진성능의 감소를 감수해야 할 것이다.

각각의 특성에 알맞게 다양화된 형상이 존재하지만 어떤 것이 절대적으로 우수하다고는 말할 수는 없다. 만약 당신이 어린아이와 함께 타고 즐거운 시간을 보내고자 한다면 선체의 안정성이 가장 중요한 인자가 될 것이지만, 혼자 패들링을 즐길 목적이라면 안정성 보다는 속력성능이 더 중요한 인자가 될 수 있기 때문이다. 이처럼 여러 인자들의 절충과 조화를 통해 자신의 목적에 알맞은 선형을 선택할 수 있는 능력을 키우는 것이 바람직하다고 할 수 있다.