선박의 복원성과 안전성

 

선박의 복원성

복원성의 의미 : 선박의 복원성 또는 복원력이란, 선박이 물 위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할 때의 저항 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을 때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 힘을 말한다. 복원력은 그 선박의 안전성을 판단하는데 있어서 가장 중요한 기준이 됩니다. 아무리 선체가 튼튼한 철판으로 구성되어 있어도 복원력이 부족하면 선박으로서의 기능을 잃어버리게 됩니다. 그리고 복원력은 적당한 크기를 유지해야 하며 너무 크거나, 너무 작으면 선박에 위험을 초래하게 됩니다. 일반 화물선에서는 화물의 적재 장소 및 적재량에 따라서 복원력이 크게 변화하므로, 항해자는 화물의 배치에 의한 선박이 복우너성에 관하여 충분한 지식을 갖고 있어야 합니다. 선박은 폭에 비하여 길이가 길므로, 종방향으로 경사되어서는 전복될 위험은 없기 때문에 복원력은 주로 횡경사에 대해서만 생각합니다.

복원력과 관련된 용어

배수량 : 선박이 물위에 떠있을 때 그 선박이 배제한 물의 무게만큼 부력을 갖습니다. 선박이 수면하의 잠겨있는 부분의 용적에 그 물의 밀도와 곱한 것을 배수량이라 합니다.

 

무게 중심 : 선체의 전체 중량이 한 점에 모여 있다고 생각할 수 있는 점을 무게중심이라고 합니다.

 

부심 : 부심은 수면하의 선체 용적의 기하학적 중심을 말합니다.

 

부력과 중력 : 물에 떠 있는 선체에서는 중력이 하방으로 작용하고, 부력이 상방으로 작용하는데, 두 힘의 크기는 같다.

 

메타센터 : 잔잔한 수면 위에 똑바로 떠 있는 배에서는 중심과 부심이 같은 수직선 위에 있습니다. 그러나 10도 이내의 소각도로 배를 경사시키면 부심은 침하부의 체적 중심으로 이동하게 됩니다. 배가 똑바로 떠 있을 때 부력의 작용선과 경사된 때 부력의 작용선이 만나는 점을 메타센터라고 합니다. 메타센터는 소각도 경사에서 이동이 거의 없으므로 고정된 점이라고 볼 수 있습니다. 중심에서 메타 센터까지의 높이를 GM 또는 메타센터 높이라고 하는데 GM의 크기로서 배의 안전성을 판단할 수 있습니다.

선박의 안전성

초기 복원력 : 선박을 안정한 위치로 되돌리려는 것을 말하며, 여기에 곱해지는 거리를 복원장, GZ라고 부릅니다.

초기 복원력의 성질 : 선박이 소각도로 횡경사하면 복원력과 복원성은 진자의 움직임과 비슷한 식으로 나타낼 수 있습니다.

 

GZ = GM x sinΘ , 복원력 = W x GZ = W x GM x sinΘ

 

복원력을 나타낸 위의 식을 보면, 소각도 경사했을 때에는 복우너력이 GM에 비례하므로, GM이 큰 선박은 복원력이 큰 것을 알 수 있습니다. 선박이 소각도로 경사했을 때의 복우너력을 초기 복원력이라고 부르며, 초기 복원력의 크기는 위의 공식으로 구해집니다.

 

GM의 추정 : 선박이 한쪾 현으로 최대로 경사된 상태에서부터 반대현으로 기울었다가 다시 원위치로 되돌아오기까지 걸린 시간을 횡요주기라고 합니다. 선박의 횡요주기를 측정하면 GM과 횡요주기는 일정한 관계에 있음을 알 수 있습니다. 

적당한 GM 값

GM이 큰 선박 : 중량 화물을 하창에 많이 적재하였을 때 경두선이라 합니다. 복원력이 과대하여 횡요 주기가 짧고 승조원에게 불쾌감을 주며 선체, 속구, 홤루 등에 손상을 주게 됩니다.

GM이 작은 선박 : 화물을 갑판에 적재 하였을 때 중두선이라 합니다. 복원력이 과소하여 횡요주기가 길고 경사하면 전복의 위험이 있습니다.

적당한 GM 값 : 여객선에서는 선폭의 약 2%, 일반화물선에서는 선폭의 약 5%, 유조선에서는 선폭의 약 8%를 적당한

GM 값으로 보고 있습니다.

안정선 : 적당한 복원력을 가진 선박

 

복원력의 요소

선체 구조물의 영향 

선폭 : 선박은 선폭이 증가함에 따라 복원력이 커집니다.

건현 : 적당한 폭과 GM을 가지고 있는 선박이라도 충분한 건현을 가지고 있어야한다.

무게중심 : 복원성을 높이기 위해서는 무게 중심의 위치를 낮추는 것이 가장 좋은 방법으로, 화물 선적시에 고려해야 함.

배수량 : 복원력의 크기는 배수량에 따라서 변화합니다.

현호 : 선박의 현호는 능파성을 증가시킬 뿐만 아니라 갑판 끝단이 물에 잠기는 것을 방지합니다.

 

복원력 감소의 요인

연료유, 청수 등의 소비 : 선박이 항해를 하면 연료유, 청수 등의 소비로 인하여 배수량의 감소를 가져올 뿐만 아니라, 이러한 것들은 선체 밑 부분의 탱크에 적재되어 있으므로, 이들을 소비하면 중심의 위치가 높아져서 결과적으로 GM의 감소를 가져옵니다.

유동수의 발생 : 항해를 하면서 탱크에 가득차 있는 연료유나 청수를 소비하면, 그 탱크의 빈공간에 선체의 횡요에 따라 유동수가 생겨서 가상 중심의 위치가 상승하는 효과를 나타냅니다.

갑판적 화물의 흡수 : 원목 또는 각재와 같은 갑판적 화물이 갑판 위로 올라온 해수에 의하여 물을 흡수하게 되면 중량이 증가하여 중심의 위치가 상승하는 효과를 나타내어 GM의 감소를 가져옵니다.