Understanding the ship's pivot point -대본

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Understanding the pivot point

(Study on the sideways motion and rotation of ships)

By Captain Hugues Cauvier

소개

다음의 내용은 조선중 선박 Pivot Point 위치의 새로운 개념을 소개한다. 복합적으로 작용하는 단순한 물리법칙에 기반한 기존의 방법 역시 그 지점을 평가하는 것에 사용되는 용어 “Pivot”의 한계를 설명하고 있다. 우리는 최근까지 Pivot Point의 전통적 이해인 기본적인 경험법칙(Rule of the Thumb)으로부터 시작하여 선박을 회전시키는 실제 움직임의 보다 나은 설명인 더 복잡한 수준으로 나아갈 것이다.

현재의 접근은 선박에 작용하는 횡력(Side Force)이 선박의 회전(Rotation)과 횡방향 운동(Sideway Motion)에 미치는 효과를 강조한다. 조선의 각 단계에서 이들 효과의 이해는 Pivot Point를 엄격히 다루는 것보다 더 중요하다고 저자는 믿는다. 본문은 독자가 그의 필요성과 호기심을 충족하는 수준에 도달할 때 공부를 중지할 수 있게 편성되었다.

또한 이 내용은 실제 조선 동안 Pivot Point의 이해를 심화시키는 것에 명백한 Ship generated sideways current 현상을 설명할 것이다.

이론적인 이해 다음에, 당신은 Pivot Point의 전통적인 개념이 설명할 수 없는 실제 선박 조선 상황을 포함하는 부분을 발견할 것이다.

Definition: Pivot Point(더 정확하게는 “Apparent Pivot Point”)는 회전하는 선박의 선수미선축 선상에 있는 지점으로, 수면상에서 횡방향 움직임(Sideways Movement이 없는 지점이다.

Level 1

전통적인 이론: Pivot Point는 전진시 선수로부터 대략 1/3, 후진시는 선미로부터 대략 1/4지점에 위치한다. Pivot Point는 선박에 작용하는 힘의 작용중심(Center of Leverage)이다.

Level 2

일반적으로 Pivot Point는 전진시 선수로부터 대략 1/3, 후진시는 선미로부터 대략 1/4지점에 위치한다. 그러나, 선박 한쪽 끝단에서 강력하고 효과적인 횡력(Lateral Force)가 작용한다면, Pivot Point 위치는 다른 쪽 선단에서 1/3지점으로 이동할 것이다(작용력에 상대적으로).

Azipod 추진선박의 후진 예

Azipod* Thruster를 장착한 선박이 그림1의 부두로부터 천천히 후진하고 있다. 전통적인 이론에 따르면, 선박의 1/3L이 코너를 나올 때, 후진시 Pivot Point의 인지는 명백하므로, 선수를 강 쪽으로 선회시키기 위해 부두 쪽으로 90도 각도의 Kick이 주어진다면 선박은 접촉하지 말아야 할 것이다. 그러나 실제로 이렇게 되지 않는다. 이유는 그림3처럼 선수로부터 1/3L지점에 Pivot Point를 갖는 효과로 횡방향 Kick은 선박 선미 Sideways(2/3rd)를 더 많이 발생하게 된다.

*Azipod 추진선박을 예로 든 이유는 후진 추력 없이 매우 효과적인 Side Thruster를 생성할 수 있기 때문이다. 재래선에서 매우 효과적인 Tug Pushing도 비슷한 효과를 발생시킬 수 있을 것이다.

Level 3

Level 2에서 본 것처럼, Pivot Point는 전진시 선수로부터 대략 1/3L, 후진시는 선미로부터 대략 1/4L지점에 항상 위치하지 않는다. 이 규칙이 항상 적용되지 않는다면, 규칙이 아닌 것은 명백하다.

여기에 전통적인 P.P.이론의 중요한 허점이 있다: 당신이 소위 Pivot Point라고 부르는 지점의 약간 전방의 한 점에서 횡으로 민다고 상상하자. 만약 그 지점이 실제 Pivot Point라고 한다면 Pivot Point의 전부는 미는 방향으로 움직여야 하고, 후반부는 반대방향으로 Swing하여야 한다. 만약 Pivot Point가 고정축이고 이 축을 중심으로 회전한다면 사실일 것이다. 효과적인 횡력이 주어질 때 선체가 횡으로 표류할 수 있는 유체이기 때문에 상기의 방식은 일어나지 않는다. Pivot Point에 근접하게 힘이 작용할 때, 선체와 함께 이 점을 횡으로 밀고 이런 갑작스런 횡운동에 의해 Pivot Point는 자동적으로 주어진 이름의 특성을 상실하게 된다.

Apparent Pivot Point의 위치는 효과적인 횡력의 작용(Function)이다. 이것은 전진 또는 후진력에 기인하지 않는다.

기본 물리 원칙: 횡운동(Sideways Motion) + 회전(Rotation)

표면 마찰력이 없는 막대 형상의 유체를 가지고 한 끝단에서 횡력을 가하는 것을 가정해 보자(그림4). 결과적 Motion은 2가지로 분해할 수 있다.

첫째, COG에 관한 회전운동이다(그림5). 둘째로, 횡방향 물체의 운동이다(그림6). 복합되어 일정기간 동안 힘이 가해진 후 이들 두 결과는 그림 7과 같은 결과를 만들 것이다.

막대의 일부 중 공간에서 위치가 변하지 않은 점인, Apparent Pivot Point(그림7)는 힘이 가해진 끝단에서 떨어져서 COG에서 약간 떨어진 점에 위치한다는 것을 알 수 있다.

이 기본 원칙을 선박에 적용한다. 선박이 타를 사용하여 선회할 때, 선수로부터 1/3L지점에 Pivot Point가 위치하는 이유다. Lateral Motion과 Rotation의 합성 효과는 작용 횡력과 떨어진 Pivot Point를 갖는다. 이 점이 횡운동이 없는 수면상의 “Apparent Pivot Point”이다. 이것은 물리적으로는 중요하지 않다. Pivot Point는 선체에 작용하는 힘에 대한 작용 중심점으로 생각된다. “Apparent Pivot Point”는 어떤 것의 작용 중심이 아니다. 항내 선속에서, COLR(Center of Lateral Resistance, 효과적인 횡력이 가해졌을 때 회전이 일어나지 않는 점)은 선체 중간에 가깝다. 만약 선박이 선수 Trim이라면 약간 앞쪽, 선미 Trim이라면 약간 뒤쪽이다(여기서 약간의 의미는 선박길이의 10%이내이다). 이점이 COLR이다. (Level 5.1참조)

Level 4

이 수준부터 Level 3의 기본 원리를 끝내는 정보를 추가할 것이다. 심도 있는 설명은 Level 5에 있다.

• 선박의 중심(횡방향 유압중심)에 가깝게 힘이 작용하면 할수록, Apparent Pivot Point는 선박의 반대쪽 끝단으로부터 더 멀리 위치할 것이다. 선체의 물리적인 한계를 벗어날 수도 있다(Level 5.2)

• UKC가 적은 조건에서 Apparent Pivot Point는 선박 중심에 근접한다(Level 5.3참조)

• 선회중 더 이상의 힘이 작용하지 않게 되면, Apparent Pivot Point의 위치는 전통적인 이론에 따르게 된다(Level 5.4)

• 전진시 선회할 때 선폭이 넓을수록 Apparent Pivot Point는 선수에 근접하게 된다(Level 5.3참조)

Level 5

이 Level은 3과 4수준에서 주어진 규칙을 상세히 설명한다

5.1 COLR과 Apparent Pivot Point

COLR과 Apparent Pivot Point을 명확히 구분해 보자

COLR

주어진 순간에, 효과적인 횡력을 적용한다면 선박의 COLR은 선회가 일어나지 않을 지점이다. 이 점에서 작용하면, 횡력은 Arm Lever를 가지지 않고, 따라서 회두 Moment도 없으며 단지 선박을 횡방향으로 Push한다. COLR의 전부에서 가하는 힘은 후부에서 밀 때와 다른 방향으로 선박을 회두시킬 것이다. Lateral Resistance는 Hydraulic Lift라고도 불린다.

COLR의 위치는 다음의 요인들로 결정된다.

• The center of gravity

• The center of the underwater surface area (hull shape & trim)

• The pressure fields around the hull

1. COLR의 시작점은 Center of Gravity와 Center of the Underwater Surface Area가 일치하지 않을 때 2 지점 사이이다.

2. 한 선박의 Center of the Underwater Surface Area는 주로 Trim에 의해 영향을 받는다. Trim by the Stern은 COLR을 후방으로, Trim by the Head는 전방으로 이동한다.

3. 전진시 유압면은 COLR을 전방으로 이동한다. 이것은 선수부에 형성되는 양압 때문이다. 동일한 원리가 후진시도 적용된다. 실질적인 조선 목적으로는, 선속에 의한 COLR의 이동은 선박의 운동방향으로 선박길이의 10%를 거의 넘지 않는다.

COLR은 Arm Lever의 Leaning Point이다. 이 점은 Apparent Pivot Point가 아니다. 실지로 이 2점은 거의 일치하지 않는다.

The “Apparent Pivot Point”(또는 우리가 기존에 알고 있는 Pivot Point)

선박의 선수미선상에서 Sideways Movement를 갖지 않는 지점

Apparent Pivot Point의 위치

특정 순간의 Apparent Pivot Point의 위치는 다음의 요인들로 결정된다.

• 횡운동에 대한 선체 수면하 저항

• 선박에 작용하는 효과적인 횡력

• 선박의 회전관성

Apparent Pivot Point 위치를 추정하기 위해서 우리는 횡력이 어떻게 작용할 것인가를 평가해야 한다:

선박의 회전

선박의 횡방향 운동(Level 3참조)

다음 움직임의 보다 나은 이해를 위해서, 조선자는 선박이 무-마찰 표면에서 자유롭게 움직이는 것을 상상해 보자.

5.2 작용 횡력의 위치

COLR에서 떨어져 작용하는 횡력은(그림 9), 동일한 회전각에 대해서, COLR에 보다 가깝게 작용하는 경우보다 상대적으로 작게 COLR을 횡방향으로 민다.  이 결과는 선박의 중심에서 더 멀리 Apparent Pivot Point를 만든다(그림 10). 작용력이 COLR에 가까울수록 Apparent Pivot Point는 중심에서 더 멀어질 것이고, 이것은 Pivot Point가 선박의 물리적 한계바깥에 위치할 수도 있다(그림 11). 이 원칙은 Tug를 사용할 때, 매우 유용하다.

5.3 Lateral Resistance

앞에서 살펴 본 것처럼, 양력(Lift)은 선박의 횡방향 운동에 대한 물의 저항이다.

Hydraulic Lift는 다음에 따라서 달라진다:

• 선형(The Shape of the Hull): 날씬한 선체일수록 상대적으로 더 많은 양력을 생성할 것이다. 같은 길이, 같은 흘수를 가지지만 선폭이 2배가 차이 나는 선박을 비교해 보자. 선박들이 횡방향 운동이 진전되게 한 후에 거의 동일한 횡저항에 대하여 선폭이 넓은 선박의 Drift를 중지하기가 더욱 어렵다.

• UKC: 적은 UKC는 더 많은 양력을 의미한다(좁은 UKC는 다른 쪽으로의 물의 흐름을 어렵게 하여 선박의 횡이동을 어렵게 한다)

큰 양력은 Pivot Point가 COLR에 근접함을 의미한다.

동일한 각의 변화에 대해서, 높은 양력을 가진 선박의 COLR은 횡력이 주어질 때, 낮은 횡저항을 가진 선박보다 적게 이동할 것이다.

5.4 횡력이 작용한 후 선박 움직임

The rotation effect

마찰이 없는 표면에서 움직임에 자유로운 단단한 막대를 생각해 보자. 약간의 반시계 방향으로 막대를 횡으로 밀어보자. 막대에 작용하는 힘을 중지하고 움직임을 살펴보자: COG는 오른쪽으로 이동하고 막대는 이 주위를 회전한다. 속도가 없는 점이 “P”, Apparent Pivot Point이다.

저속에서 조선할 때(선체 유압이 매우 적을 때), Apparent Pivot Point가 후진 선회시 뒤로 이동하고 전진 선회시 앞쪽으로 이동하는 것으로 보이는 것은 주로 상기 효과 때문이다. 영향을 미치는 다른 요소는 The ship generated sideways current이다.

Lever 6

The ship generated sideways current

선박의 전진 선회를 살펴보자. 선미의 Sweeping Movement는 진공상태를 생성하고, 이후 선미 선측으로 물을 끌어 당긴다. 또한 바깥 현측은 물을 밀어낸다. 우리는 이 현상을 The ship generated sideways current라고 부를 것이다. 회두를 일으키는 힘을 중지해 보자.

회두 관성을 가진 선박은 선회를 유지하지만, 물의 마찰 때문에 ROT는 감소할 것이다. 선박의 전부가 물의 방해를 받지 않는 반면, 관성을 가진 The ship generated sideways current는 선미를 따라 가면서 횡방향 Pushing을 계속한다. 선미에서 다소간 횡방향으로 작용하는 이 힘은 Apparent Pivot Point를 더 앞쪽으로 이동하는 데 기여한다.

The ship generated sideways current효과는 넓고 가벼운 Barge보다는 만재한 선박에 상대적으로 더 중요하다. 경흘수 선박의 회전 효과는 더 확연할 것이다. 그렇지만 결과는 동일하다: Apparent Pivot Point는 선수쪽에 위치한다.

Note: The ship generated sideways current는 효과적인 횡력(예를 들어 강한 Tug)이 전진시 Shoulder에서 후진시 Quarter에서 긴 시간 동안 작용할 때, 놀랄만한 효과를 가질 수 있다. 선박은 반대방향으로 선회한다.

실제 움직임 관찰과 이들이 이론을 충족하는 법

The ship generated sideways current와 후진시 선미 향풍성

1. 횡풍하에서 선박 표류는 횡방향으로 밀린다.

   이 운동은 A ship generated sideways current를 생성한다.

   

2. 선박이 후진중(횡추력효과는 여기서 무시한다), 선박의 선미부를 The ship generated sideways current에서 벗어나게 한다. 그러면 선미부는 상대적으로 정수중에 있게 되고 나머지 선체는 국지적으로 계속 Local ship generated sideways current에 있게 되어 선회 우력이 생성되고 선미 향풍성을 가져온다.

   

점진적으로 선미가 바람이 부는 방향으로 향하게 됨에 따라서, 선미는 The ship generated sideways current에서 빠져 나오고, The ship generated sideways current를 덜 생성한다. 또 다른 우력이 형성된다: 바람과 반대 방향으로 향하는 프로펠러 Pull의 요소는 증가하고, 프로펠러 힘과 풍압작용점 사이의 거리”d”의 Arm Lever를 만드는 요인이다(그림 19)

전방 Escort Tug에 의한 선박의 Donkey-Like Behavior 참조(Http://Www.Imsf.Org/2001agmpresentations/Genua_Paper_1.Doc)

1. 전진시

   선수를 Port로 회두시키기 위해 전방 조력 Tug가 밀기 시작한다.

   

2. Tug Pushing은 선박에 다음과 같은 효과를 미친다:

• 좌현으로의 선박 횡이동

• 힘이 COLR의 전방에서 작용하므로, 좌현으로의 선박 회두

  횡이동 때문에, 선박의 체적이 횡이동 물로 대체된다:

• 물을 좌현으로 Pushing한다

• 물을 우현으로 끌어 당긴다

1. 선박이 전진함에 따라, 선수는 상대적으로 정수중에 위치할 것이다. 대신에 선미는 2)단계에서 발달되기 시작한 The ship generated sideways current에 영향을 받을 것이고, 좌회두를 감소시키는 회두모우멘트를 만들거나 우회두를 시작하기도 한다.

   선박이 우회두를 시작할 때, 회전 때문에 선미부는 선수부보다 더 많은 The ship generated sideways current상에 노출되어 있으므로서 회두 모우멘트를 강화한다.

비슷한 현상이, Tug가 Quarter에서 계류하여 Pulling하면서 선미로부터 오는 흐름이 있는 Unberthing을 할 때 때때로 관측된다.  만약 선미부가 긴 시간 강 중앙으로 향하여 Open되게 Tug가 사용된다면, 선미보다 선수가 The ship generated sideways current에 더 많이 영향을 받을 것이다. 이 현상이 잠시 후에 Tug가 Pull하는 방향과 같은 방향으로 선수가 돌게 하는 원인이 될 것이다.

후진시 Kick Ahead, Hard Over

후진운동을 만드는 Astern Engine후, Hard over rudder를 사용한 체 곧 바로 Ahead Engine Movement시행해 보자. 주변 수류의 반대 흐름과 프로펠러 추력에 기인한 타 주위의 수류교란은 이러한 움직임의 효과성을 감소시킨다. 선회를 시작하는 재래식 타의 능력은 매우 빈약하다. 대부분의 프로펠러 추력은 후진을 줄이지만 단지 일부만이 Stern Sideway를 Push한다.

그렇지만, 강력한 Twin Screw, Azipod 또는 고효율 Rudder로 선박이 계속 후진타력을 가지고 있을지라도 첫 번째 기본 원칙에 따라 Apparent Pivot Point를 전방으로 이동하기 위해 당신은 충분히 효율적인 횡력을 생성할 수 있다.

Bow Thruster 효용성

전진시 Bow Thruster의 빈약한 선회 효과와 후진시 훌륭한 조타 성능은 잘 알려진 사실이다. Bow Thruster 효용성에 대한 매우 흥미로운 내용이 Nautical Institute 책자 “Pilotage”로 출판되었다. 이 내용에서 Captain H. Hensen은 선박이 전진시 Thruster로부터 배출된 수류의 빠른 흐름은 선체를 따라 흐른다(그림 23). 이 물의 빠른 유속은 우리가 밀기를 원하는 반대편으로 선수를 당기는 저압 영역을 생성한다. 결과는 두 힘들이 서로를 상쇄하고 순 추력은 매우 미약하다.

Bow Thruster는 선박이 전진시 그 효용성이 미약하다. 따라서 선회효과의 손실은 Thruster와 COLR의 Arm Lever거리 변화와는 관계가 없다.

선박이 후진시(그림 24), Thruster에 의해 생성되는 진공효과는 이것이 작용하는 선체 영역이 작으므로 뚜렷하지 않다.

Light Ship & Loaded Ship

Light Ship은 보통 By The Stern이다. 이 상태의 COLR은 만재상태보다 후부에 위치한다. 이 결과는 타에서 COLR까지의 짧은 Arm Lever가 된다. 한눈에 이 상태는 타효가 좋지 않아야 한다. 이 짧은 Arm Lever는, 거의 동일한 타 양력(동일한 기관과 동일한 타, 완전히 침하되지 않으면 덜 효율적일 수도 있지만)에 대해서 Light Ship(제어하기에 상대적으로 적은 질량, 그러므로 빠른 반응이 일어난다)의 적은 회전 관성에 의해 극복된다.

만재시 타-COLR Arm Lever가 상대적으로 길지라도 더 큰 회전 관성이 선박을 느리게 반응하게 한다.

회전 관성에 친숙하지 않은 사람들을 위해서, 힘이 작용하지 않으면 동일한 ROT를 유지하려는 물체의 성향으로, 직진하고 있다면 침로를 유지하려는 것 또한 같은 의미다. 다음의 현상 역시 조타를 복잡하게 하는데, 특히 선박이 Even Keel이나 Trim By The Head일 때 그렇다. 이러한 선박들의 선수 주위 고압부와 결합된 더 중요한 수면하 선수부는 COLR를 중앙에서 더 앞쪽으로 위치하게 한다.

북쪽으로 전진하면서 우선회를 시작하는 선박을 예로 들어보자. 일반 선회가 시작되면, 선박의 COG는 초기침로의 약간 좌측인 새로운 방향을 가지며, 이 방향을 350도로 가정하자. 관성 때문에, COG는 350도를 유지하려고 한다. 그렇지만 선박 자체는 다른 방위 가령, 030도를 지향한다. 이것은 COG의 새 방향에 상대적인 COLR은 오른쪽으로 d 만큼의 거리에 위치할 것이라는 점을 의미한다. 이 길이는 타가 Midship에 위치할지라도 ROT를 가속하기에 충분히 높을 수 있는 Arm Lever에 상당한다. 이러한 선박의 조타는 바람속에서 풍향계 화살을 유지하는 것과 같다.

여기에 이 효과를 설명하는 친숙한 육상의 예가 있다:

물건으로 가득찬 마트의 카트를 뒤로 밀어보라. 외력이 카트에 약간의 회두 모우멘트를 주자마자 ROT는 가속하고 카트는 완전히 회전한다. 이것은 COLR이 뒤쪽 고정 바퀴에 있기 때문에 일어난다. 이들 고정된 바퀴가 카트의 뒷 부분이 카트의 COG와 같은 방향으로 가는 것을 방지하고 회전 우력을 만드는 요인이다.

Tug를 잡은 체 후진하는 선박의 조타

후진시 전통적인 Pivot Point가 놓여 있는 선미로부터 1/4위치에 Tug를 잡을지라도 선박 조타는 가능하다. Tug가 Pushing 할 때 전통적인 이론이 제시하는 선체의 움직임을 얻을 수 없고, Tug가 작용하는 방향으로 선미의 이동을 목격할 수 있다. Arm Lever는 짧다. 저속 후진이므로 COLR은 Midship 에서 약간 후방에 위치한다. 생성된 회전은 작고 횡이동은 중요한데, Apparent Pivot Point는 결과적으로 선수와 선수로부터 1/3L의 거리 사이에 있다.

Note: 앞에서 본 것처럼, 이 Pushing이 중요한 ship generated sideways current가 나타나기에 충분히 길게 작용한다면, 선회는 중지하고 반대쪽으로 돌기도 할 수 있다.

Voight-Shneider Tugs Pivot Point

Voight-Shneider Tugs는 현재의 이론을 확인하는 명백한 예다. 이런 선형에서 선수부에 위치한 Propellers는 조타력이기도 하다. Tug가 선회할 때, Propellers들의 작동에 의해 선수 전부에 횡력이 발휘되기 때문이다. 선회 반대방향으로 선회하는 것이 선미가 아니고, 화살의 꼬리처럼 배후의 선미 Trailing을 가진 선회의 방향으로 당겨지는 선수이다. 이것은 Apparent Pivot Point가 선체중앙에서 선미쪽에 위치한 결과다.

Azipods

Azipods추진 선박이 후진하면서 선회시 현재의 이론을 가장 잘 설명한다(Level 2). 이들 선박의 고 횡추력 능력은 후진중일지라도 Pivot Point를 선박 중앙의 전부에 나타낼 것이다(특히, 저속에서). 실제로 Azipods와 Z-Drive 선박들을 조종하는 사람들에게 현재 이론의 최상의 유용성을 예견한다.

심흘수 컨테이너선과 Hovercraft

이들 두 운송수단은 공통점이 없어 보인다. 이들이 가진 공통점이 하나 있다: 횡력이 작용할 때 이들의 각각의 움직임은 현재의 접근으로 설명될 수 있다.

Hovercraft: Hovercrafts는 정의상으로 양력이 없다. 이들 선박들은 보통 길이가 짧다. 가령, Air Cushion 선박이 Overshooting 없이 침로를 000도에서 030도로 변침한다고 하자. 횡력을 발생하는 Steering Flap은 상대적으로 COLR에 가깝고 주어진 침로 변경에서 중요한 횡이동이 나타난다. 양력 저항(Lift Resistance)의 부재는 이 상대적인 Sideways Motion을 증폭하고, 결과적으로 Apparent Pivot Point는 실제로 선체의 범위를 벗어나 COLR과 많이 떨어져 있다(그림 28).

컨테이너선: 천수에서 심흘수 컨테이너선의 경우, Apparent Pivot Point 위치는 Hovercraft와 비교할 때, Spectrum의 다른 끝단에 있다. 알아본 것처럼, Fine Ship이 Full Hull Ship보다 양력이 많이 발생한다. 이것은 선회시 횡이동이 적게 발생하고 Apparent Pivot Point는 COLR에 더 가깝다. 추가적으로, 적은 UKC는 한 현에서 다른 현으로 물의 흐름을 방해하기 때문에 이 효과로 선회시 Sideways Drift는 다시 감소한다. 이것이 Apparent Pivot Point 위치를 COLR에 더 근접하게 한다(그림 29)

Trivia Question

과정을 잘 이해했는지 알아보기 위해 하나의 질문을 하자

조류방향에 직각으로 Drifting하고 있는 선박이 있다. 충분히 체인을 신출한 체로 Anchor를 투묘하였다. 5 SS in Water로 Brake를 잠갔다. 선박이 스윙을 시작한다. Pivot Point는 어디인가? COG, Or Hawse Pipe?, 1/3L From The Bow?, 1/4L From The Stern, 기타 어디?

Appendix

COG와 수면하 유압면적의 중심(Center of Underwater Surface Area)

마찰이 없는 공간의 물체에서, 회전을 일으키는 Arm Lever는 물체의 COG다. 유체중 선박에서, 이것은 기본적으로 진리지만 Arm Lever 적용의 실제 중립 위치는 수면하 면적 저항의 함수다.

사례: 다음의 형상(그림 30)을 가지는 동일한 부유 물체가 있다고 가정하자. COG “G”와 Center of Underwater Surface “ CS”가 동일 수직선상에 있다. 이것은 COLR의 위치이기도 하다.

그림 31 에서 우리는 대형 Stern Keel을 추가하고 있다. 이 추가 표면이 매우 가볍고 COG 위치를 무시할 수 있다고 가정하자. 그림 30의 G점에서 힘을 가한다면 Arm Lever가 없어서 횡이동이 발생하고 회전은 일어나지 않을 것이라는 점은 쉽게 알 수 있다. 다른 한편으로, 그림 31에서 같은 힘을 G점에 가한다면, G점 전후로 수저항의 불균형이 발생할 것이다. 이 경우 CS의 중심은 후부에 있을 것이고, COLR은 실제로 G와 CS사이에 위치할 것이다.

모형선의 실험

다음의 실험이 2005년 7월 폴란드 Ilawa 조선 센터에서 수행되었다. Even Keel의 만재 Bulk선으로 수행된 실험은 센터의 고정밀 위치시스템으로 기록되고 출력되었다.

이 실험의 목적은 선박이 대수속력을 가지고 있을 때 선박의 다른 지점에 효율적인 횡력을 적용하는 것이었다. 이를 위해 선박 선수미선에 90도 각도로 수동 Pull Towing Line을 사용했다. 라인의 사용으로 결과들이 Hull/Working Force Hydraulic Interactions(Tugs나 Bow Thruster로 생성되는 것처럼)에 의해 달라지지 않는다.

4가지 실험이 행해졌다

1. 전진속력(5노트전후) 및 정침, 기관정지, 선수에서 당김

   

2. 전진속력(5노트전후) 및 정침, 기관정지, 선수로부터 1/3L 지점에서 당김

1. 후진속력(5노트전후) 및 정침, 기관정지, 선미에서 당김

1. 후진속력(5노트전후) 및 정침, 기관정지, 선미로부터 1/4L 지점에서 당김

결과는 다음을 말하고 있다

• 선단에서 힘이 작용하면(실험 1과 3), 전통적인 이론이 기대하는 반대방향에 Apparent Pivot Point가 있게 된다.

• 전통적인 Pivot Point에 힘이 작용하면(실험 2와 4), 전통적 이론의 기대되는 결과는 Arm Lever가 없으므로 횡이동만 일어나야지만 그렇지 않다. 회두가 일어나고 그러므로 Arm Lever도 있다. Apparent Pivot Point 역시 힘이 작용하는 반대쪽에 있다. 이것은 전통적인 이론의 취약성을 다시 한번 나타낸다.

[wsuhmoon]

소중한 자료 감사합니다. 대본이 없었으면 ^^;

[송태석]

최교수님 수고하십니다
좋은 자료 잘 활용하겠습니다