보트 선형의 이야기 2편

라덴氏입니다. 

공부하던 연습장을 공개한다는 것은 무척 창피하기도 하고 한편으로 귀찮은 일이기도 합니다. 써야 하니깐요..

영웅심리도 아니고.. 장사꾼의 이미지 관리도 아닙니다... 그냥 쓰는겁니다. -.-;;

단지 누군가 보고 좀더 도움이 되신다면 좋은거구용. 같은 고민을 한사람이라도 덜 하기 바랄뿐입니다. 

요즘은 자동저장 기능이 생겨서 그렇게 좋을 수가 없습니다. 쓰다가 닫고 또 쓰고 할 수가 있어서요. 

저처럼 짬내서 쓰는 사람에게는 너무 좋은 기능!!

오늘도 수많은 오타가 나올것 같지만..이해하시리라 믿고.. 오늘도 출발합니다.

============================================================

오늘은 지난시간의 보론으로 시작하겠습니다. 

1. 소금쟁이가 물에 뜰 수 있는 이유는 몸이 가볍기도 하지만 다리의 수많은 털이 표면장력을 최대한 받기 때문에 

    가능한 일입니다. 일반적으로 표면장력은 유체에 접하는 표면적에 비례해서 커지게 됩니다. 

2. 제가 설명하면서 에너지 운운하는 것은 그 상황에서 벌어지는 역학적 관계를 수식으로 풀어 설명하거나 

    계산할 수 없기 때문입니다. 즉.. 무식해서 그런거지요.. 다만 배가 나아가는 과정이 곧 수없이 다양한 에너지의

    충돌로 이루어지고 있고.. 그중에서 우리가 익히 이해하고 있는 몇몇 대표적인 현상으로부터 출발하는 것입니다. 

    지하철을 타러 내려갈 때.. 1번 입구로 갈 수도 있고.. 3번 입구로 내려갈 수 있는 것 처럼...

3. 태초부터 과학이란 가설과 증명의 연속이었습니다. 어느 가설과 입증방법이 틀렸다면 또다른 가설을 세우고

  

    이를 입증하고.. 그렇게 발전해 온 것이죠.. 그런 측면에서 제 글들은 매우 저급한 과학에 속합니다..

    제가 쓰는 것들이 진리가 아닐 수 있습니다. 단지 이해의 난이도를 좀더 낮추어 보자 하는 시도이니..

    그렇게 생각해주시고 틀린게 있으면 말씀 해주시기 바랍니다.  

====================================================

오늘은 뻘설로 스타트를 합니다. 

일전에 아웃보드 말씀드릴 때도 저는 에너지라는 개념을 언급한 적이 있습니다. 

아웃보드 모터가 휘발유를 때우면 대부분 추력으로 변환되고.. 일부는 열로 바뀔겁니다. 

냉각수를 덥혀주겠죠....  그럼 그 추력 ( 미는힘 ) 은 어떻게 될까요.. 

엔진이 선체를 밀면 일부는 선처를 앞으로 이동시킬 것이고.. 일부는 선체를 들어올릴겁니다. ( 부상판의 효과 )

또 일부는 파도를 쪼개는데 쓰일 것이구요.  배가 앞으로 나가면 저항을 받으면서 또다른 물결을 만들어낼겁니다

( 마찰저항과 조파저항이 있어요 )

엔진이 정지해 있다면 파도의 힘을 받겠지요. 종으로 받으면 아마 말을 탈 것이고.. 횡으로 받으면 롤링을 할겁니다. 

왜 이런 말씀을 드리냐 하면.. 

배라는 것이 그러한 에너지의 순환의 한 부분이 되는 것이라는 것을 말씀드리는 것이고 

배의 선형은 그러한 에너지 순환의 형체 및 특성을 결정지어준다는 것을 말씀드리고 싶은것입니다. 

쉽게 이야기하면 배의 모양은 주행의 특성을 대변한다고 것과..

그런 만큼 보트란 어느것이 좋다 나쁘다.. 나의 용도와 맞느냐 아니냐.. 라고 말하는게 맞지 않나.. 싶습니다. 

 다들 각자의 용도와 특징이 있을 뿐이죠.

=========================

지난번에는 표면장력과 부력을 말씀드렸던것으로 기억합니다. 

사실 배의 선형, 무게, 추력의 크기 등.. 모든 요소를 다 생각하면 머리가 많이 아픕니다. 

우리는 단지 배 모양을 보고 어떻게 갈 것이다 예측만 할 수 있으면 됩니다.

전번 이슈는 원리를 이해하는데 대한 개념을 말씀드렸습니다만.. 

오늘은 마찰저항과 조파저항에 대해 말씀드려보겠습니다. 

위 두가지 개념은 배에 대하여 공부해 보신 분이라면 다들 알고계신 개념이기에 간단히 이해하는 수준에서 

말씀드리겠습니다. 

마찰저항은 네이버 사전에서는 아래와 같이 이야기하고 있습니다. 

"마찰저항은 선체가 수중을 진행할 때 선체와 물이 접하여 있는 모든 면에 물의 부착력이 작용하여 선박의 진행을 방해하는 힘을 말한다. 이 저항을 감소시키기 위해서는 접촉면적의 감소 및 선체의 청결유지가 필요하며, 최근에는 특수 페인트를 많이 사용한다.

②항행하는 선박의 근처 물을 살펴보면, 선체 표면과 접하고 있는 물은 선박과 함께 움직이며, 그보다 조금 떨어져 있는 곳의 물은 선체 표면 근처의 물보다는 움직임이 작다는 것을 알 수 있다. 그리고 선박과 아주 떨어진 곳의 물은 선박의 움직임과는 상관없이 전혀 움직이지 않음을 알 수 있다. 이러한 현상은 물이 가지고 있는 점성에 기인한 것으로서, 선박의 움직임과 함께하는 물과 전혀 움직이지 않는 물의 경계를 경계층이라고 부른다. 경계층 내의 물은 선박의 움직임에 따라 운동하며, 그 운동 에너지는 물체의 움직임에 따라 발생하는 마찰력과 동일한 개념이기 때문에 이러한 선박 저항 요소를 마찰저항이라 한다. 마찰저항은 저속선의 경우에 전체저항의 70~80% 정도에 이르고, 고속선에서도 40~50%를 차지할 정도로 전체 저항 중에 가장 큰 성분이다."

혹은 선박의 저항에 대해서는 아래 블로그에서 더 많은 설명을 보실 수 있습니다. 

http://blog.syszone.co.kr/2979

곧 배라는 구조물이 물이라는 유체를 지나갈 때 물이라는 유체에서 어느정도의 저항을 받느냐 (마찰저항)/ 그리고 어떤 

파도를 만드느냐(조파저항) 의 문제입니다. 특히 조파 저항의 경우 파도를 만드는 것도 곧 에너지의 소모이기 때문입니다. 

원래는 두가지를 같이 봐야 하겠지만.. 우리는 캐쥬얼 ( CASUAL ) 하게 저항! 으로 통일해서 생각해 보도록 하지요.. 

그렇다면  배의 재질, 표면, 흘수선의 단면을 고려해 보시면 될것 같습니다. 선수의 모양은 이번에는 넘어가도록 합시다.

우번 배의 재질은 우리 입장에서 보면 고무냐 FRP/알미늄 이냐를 따질 수 있을 것입니다. 

다시 등장하는 곰보트 바닥 사진입니다. 

물론 보강을 하느냐 하지 않느냐에 짜라 차이가 있겠습니다마는.. 보강을 했다고 기준했을 때 러빙보강을 하면 

올록볼록한 보강재가 표면적을 더 넓게 만듭니다. 보강을 하지 않더라도 단단하고 매끈한 FRP 보다는 

PVC 원단은 더 많은 저항을 일으킬 것입니다. ( 형태로 인한건 무시하더라도 말이죠.. )

 마찰저항이 많아진다면 곧 배를 움직이기 위해 더 큰 힘이 필요하게 될 것입니다. 

곧 세팅해서 수입 판매계획에 있는 FRP 보트의 바닥입니다.   겔코트 표면이 매끈매끈하지요.. 

표면이 매끈매끈하면 그만큼 저항이 줄어들게 되는데 이런저런 돌출물이 돠연 유체의 저항을 얼마나 

받겠느냐.. 하시겠지만.. 모터사이클을 타보신 분은 실감하시죠?  헬멧안으로 파고드는 엄청난 풍절음.. 차도 그렇죠? 

물과 마찬가지로 공기도 유체에기 때문에 같습니다. 

( 헬멧에.. 이런거 달고 다니는 것과 아닌것... 풍절음과 목에 전달되는 힘은 엄청난 차이가 납니다. )

 다음 고려할 수 있는 것은 물에 닿는 면적과 단면입니다. 

이번에도 쉽게 자동차를 예를 들어 가볼께요..  생각하기 쉽게 

저는 현대 자동차를 그다지 좋아하지 않습니다만. 

저희집도 탔던.. 추억의 차.. 현대 포니입니다. 전체적으로 각진 모양입니다. 

실은 요즘 곤충패밀리 보면.. 저 디자인으로 다지 차가 나와주었으면 하는 소망이 있습니다만.. 

지나간 한 시대를 풍미한 스포츠(루킹)카 티뷰론입니다.  훨씬 곡선이 부드럽죠. 

주행시 공기 저항을 덜 받을 것 이라는 것은 눈으로 확인하실 수 있습니다. 

그럼 공기저항으로 손실되는 출력이 줄어들어 훨씬 더 쾌적하고 매끄러운 주행이 될 것입니다. 

그렇다면 배의 경우에는 어떨까요..

330 고무보트의 활주영상입니다. 

요건 제가 수입/판매예정인 보트의 시운전영상입니다.  호주의 hudson 405 모델입니다. 

( 앞부분이 통통 튀기는 특성에 대해서는 별도 말씀드릴 예정이구요. )

일단 활주를 가정했을 때 두 보트가 수면에 닿는 면적 ( 절대적 비교는 어렵습니다. ) 비교해 보면.. 

이정도로 예상할 수 있습니다. 

물론 엔진에 따라 조금씩 달라질 수 있지만 같은 길이에 같은 마력이라면 활주시 수면에 닿는 면적은 고무보트가 더 

넓고 저항을 많이 받습니다. 만약 같은 조건으로 주행하고자 한다면 좀더 세게 밀어주어야 합니다. 

콤비의 경우 고무보트보다는 훨씬 나은 주행을 보여주지만 양옆 튜브로 인해 역시 FRP보다는 저항을 받는 편이구요.

( 정말로.. 이상적인건 이런 식이겠죠?  거의 배가 엔진에 매달려서 가는.. 

  다만 끝가지 보세요 ^^ 바다에서 배스보트를 운영하기 어려운 이유이기도 합니다. )

특히 해외의 경우 콤비보트의 튜브를 가급적 얇게 하고 헐을 깊게 하는쪽으로 가고있는데 비해 

국내의 경우 일단 튜브빵은 무조건 크고봐야 한다는 인식이 큰것 같습니다.  일단 기본 50cm는 가지고 가야 한다는 인식이 크죠..

그래서 작은 사이즈의 경우 사실상 운용하는데 있어 필요한 출력을 생각하면 FRP에 비해 좀더 큰 힘이 필요합니다. 

튜브 직경이 큰 쪽이 안전이나 부력상 잇점이 있지만 그만큼 저항이 커지는 것도 생각을 해야 합니다. 

어느쪽이 옳고 그르다는 문제가 아니라 특성이 다르게 나온다는 것으로 생각하시는게 맞습니다. 

서두에 말씀드렸듯.. 배라는 것을 에너지 순환의 한 과정중에 있고.. 그 형태와 특성이 다를 뿐이라는 것.. 

그래서 이를 극복하고자 쌍동선이 소형화되어 나오기도 합니다.  ( 개인적으로 쌍동선형을 좋아합니다. )

뉴질랜드의 타카캣입니다. 

일반적인 고무 쌍동선과는 좀 다른 배인데.. 킬 쪽 튜브를 참 잘 만들었습니다. ( 최고사양의 경우 )

물도 잘 가르고 활주시 물에 닿는 면적이 무척 적기때문에 고속직진성이 좋고 동일마력이면 

좀더 효율적인 주행이 됩니다.

( 이 부분 논란이 많을텐데.. 나중에 다시 말씀드릴겁니다. )

물에 잠기는 부분의 형태도 마찬가지입니다. 사실 FRP의 경우에도 소형은 큰 의미 없겠으나.. 

사이즈가 커지면 커질 수록 물에 잠기는 부분의 단면은 유션헝에 가까운 반면 고무보트는 상당히 뭉툭하게 나오게 됩니다. 

당연히 FRP 쪽이 좀더 저항을 덜 받게 될 것입니다. 

물론! 고무보트나 빵이 큰 콤비가 이런 단점만 있는게 아닙니다. 

충분한 부력, FRP와는 비교할 수 없는 안티롤링 능력.. 등..  이건 일본형 선형과 미국-유럽형 선형의 특징과도 비슷한데..

다들 일장 일단이 있는 것으로 이해하시면 되겠습니다. 특별히 못난이가 아닌이상.. 나름 태어난 의미는 다 있는겁니다. 

다음은 조파 저항인데.. 

배는 주행시 필연적으로 파도를 만들어내게 됩니다. 그냥 활주시에도 만들고 파도에 말타기하면서도 부왘 부왘!!!

큰 배가 옆으로지나가면 그 파도때문에 다들 롯데월드를 경험하곤 하죠.. ( + 물벼락까지.. )

그것은  배가 엔진의 힘으로 물을 밀고 나기기 때문에 발생하는 것으로 불가피 한 것입니다. 

제가 늘 말하는 식으로 하자면.. 불가피한 에너지의 소모.. 라고 하는게 맞을지도 모르겠습니다. 

파도를 만드는 것도 역시 에너지가 소모되는 일이기 때문입니다. 

하여 이러한 조파 저항을 줄이기 위해 가급적 유선형으로 배를 만들게 되고 

가늘고 긴 눈물 모양새가 나오게 됩니다. 

( 대표적인 예로 잠수함입니다. )

이쯤 오면 상상이 되시겠지만 .. 선폭, 선저와 배의 중량 ( 배가 잠기는 깊이를 결정.. ) 과  승선감.. 안정성은 비례하겠지만..

그만큼 많은 저항을 수반하게 됩니다..

해서 유럽 - 미국보트들이 타면 아.. 좋구나 하지만 엔진을 크게 올려야 하고 일본보트들이 롤리이 있고.. 

좀 튀는 경향이 있지만 작은 엔진을 쓰고.. 연비가 좋지요.. 

( 나중에 이 부분은 다시 말씀드립니다. )

위 블로그에서도 나오긴 했지만 이 때문에 구상선수가 등장하게 됩니다. 

이런거죠 밑에 불룩~한.. 

구상선수는 대형선박에서 많이 볼 수 있는데 앞부분에 구체를 놓으면 마찰저항은 늘어나지만 

구체가 일으키는 파도와 선체가 일으키는 파도가 상쇄되어 조파저항을 줄이기 때문에 .. 

전체적으로 저항치가 감소하기 때문입니다. 장점이 단점을 덮는다.. 는 식이지요.. 

요런.. 그림입니다. 

즉.. 설계를 할때 늘어나는 저항치와 감쇄되는 저항을 감안하여 최적화 되는 접점을 찾아 건조하게 될 것입니다. 

알면 알수록 머리아프지요.. 우리는 이런 것이 있다..그 특성을 알면 됩니다. 

구체적인 수치부분은 설계하시는 분들께 넘겨주자구요..

일단 이번 시간은 이쯤해서 끊도록 하겠습니다. 거의 일주일째 짬내며 쓰고 있는데.. 저도 지치네요.. 

다음시간에는 선수 모양과 주행의 특성에 대해 짤막하게 말씀드리도록 하겠습니다. 

감사합니다.