선체의 화물의 배치, 복원성과 외력 및 선체 경사

수직 배치의 원칙

선체의 무게 중심 G의 수직 방향 위치에 따라서 GM의 크기가 변합니다. 적당한 크기의 GM을 가질 수 있도록 화물 무게를 하부 선창과 종갑판에 구분하여 배치하게 됩니다. 무게 중심의 위치설정은 항해중의 연료, 청수 등의 소비와 유동수의 영향 등을 고려해야 합니다. 일반적으로 만재시의 적화 배치는 적화물의 무게를 각 구획의 용적비에 맞도록 하는것이 이상적입니다.

 

무게 중심을 낮추는 방법

화물선은 선저부의 탱크에 밸러스트르 적재하게 되므로 복원성을 개선시킬 수 있습니다. 어선이나 모래 운반선 등은 높은 곳의 중량물을 아래쪽으로 옮기는 것이 무게 중심을 낮추는 것입니다.목재 운반선과 컨테이너 운반선, 자동차 전용선 등에서는 높은 위치에 화물을 적재하므로 선저부의 탱크에 밸러스트를 만재시켜서 복원력을 확보해야 합니다.

 

화물 무게의 세로 배치

선체의 길이 방향으로 화물을 배치할 때에 어떤 곳에 화물이 집중 배치되면, 과도한 응력이 선체에 발생하여 절단될 위험이 있다. 화물의 배치 계획을 세울 떄에는 화물의 무개 분포가 전후부 선창에 집중되는 호깅이나, 중앙 선창에 집중되는 새깅 상태가 되지 않도록 해야 합니다. 또, 각 선창별 무게 분포가 심한 불연속선이 되지 않도록 가능한  한 고르게 배치해야 합니다. 특히, 길이가 긴 광석 전용선, 유조선 등에서는 하역 중에 적재 상태, 적화 상태, 적화 완료시의 허용 응력을 구하여 허용 가능한 범위인가를 확인해 보아야 합니다.

 

기관실이 선체 중앙부에 있는 일반 화물선은 공선시에 새깅이 되고, 만선시에는 호깅이 되는 경향이 있습니다. 기관실이 선미에 있는 대형 전용선은 공선시에는 호깅, 만선시에는 새깅이 되는 경향이 있습니다. 선형에 따라서 자체의 중량 배치가 균등하지 않으므로, 화물의 적화 계획시에 화물 중량 및 선체 중량의 세로 방향 배치가 선체의 부력과 비슷하게 배분해야 합니다.

유동수의 영향

청수, 해수, 기름 등의 액체가 탱크 내에 가득차 있지 않으면 액체의 표면은 선체 동요와 함께 움직이는 자유 표면이 됩니다. 자유 표면이 있으면, 선체의 동요시에 액체가 유동하여 선체의 무게 중심이 상승한 것과 같은 효과가 나타납니다. 무게 중심의 상승량은 바로 GM의 감소량이므로 그만큼 복원력이 작아집니다. 유동수에 의한 무게 중심의 상승은 유동수의 양에는 관계가 없고, 자유 표면의 관성모멘트와 관계가 있습니다. 보다 간단하게 생각하면 자유 표면의 넓이에 대략적으로 비례합니다. 유동수의 영향을 줄이기 위하여 유조선에서는 2열 종격벽을 설치하여 자유 표면의 넓이를 작게 합니다. 황천시에는 갑판에 파랑이 올라와서 바로 배수되지 못하면 자유 표면이 생기고, 갑판 상부에 중량 화물을 적재한 것과 같아서 복원성을 나쁘게 합니다.

 

화물의 이동 방지

살적 곡물, 물에 젖은 미분 광석, 모래 등을 적재한 선체가 갑자기 크게 경사하면 화물이 이동되어 선체의 침수나 전복에 이를 수 있습니다. 과적이나 한쪽 현에 화물의 집중을 피하고 만재시키든지, 만재시에는 화물의 이동 방지책에 대한 대책을 세웁니다. 트롤 어선이나 선내에서 어획물을 가공하는 선박에서는, 물에 젖은 어획물이 유동하기 쉬우므로 미리 튼튼한 칸막이로서 이동을 막아야 합니다. 또한 어망은 갑판에 쌓아둘 때가 많은데 상당한 중량이므로, 물에 젖든가 쓰러지면 복원성이 나빠지므로, 바다가 거칠어지기 시작하면 미리 고정시켜서 이동을 막습니다.

 

외력과 선체 경사

바람에 의한 선체 경사 : 선박이 바람을 정횡방향에서 받을 때에 선체를 미는 풍압력은 바람을 받는 측면적에 비레하고, 풍속의 제곱에 비례합니다. 즉, 공선일수록, 풍속이 강할수록, 선체는 큰 풍압력을 받게 됩니다. 수면 상부의 선체에  작용하는 풍압력에 대항하여 수면하부의 선체에는 수저항이 작용합니다. 이때에 풍압력 작용점은 수저항 작용점보다 높아서 선체를 횡방향으로 경사시키게 합니다.

 

파도에 의한 선체 경사 : 횡파를 받으면서 항진할 때에 파의 주기와 자선의 횡요주기가 같아지면 횡요 경사각이 점점 커지는데 이것을 동조 횡동요라고 하며, 파도가 아주 클 때에 나타날 수가 있습니다. 이러한 횡요각 증가를 막기 위해서는 속력과 침로를 바꾸어서 동조 횡동요를 피해야 합니다. 추파나 사추파 중에서는 배의 속도가 파도의 속도와 비슷하여 선체는 파와 함께 전진하므로 최악의 상태일 때에는 파정에 얹힌 상태로 항주하게 됩니다. 이때에 옆에서 큰 파도를 받는다든지 급속한 조타를 하면 전복할 위험이 큽니다. 특히, 빠른 소형 어선 등에서 추파에 의한 전복 사실들이 알려져 있으므로, 출항시에는 충분한 복원력을 확보하기 위하여 노력하고, 항해중의 추파시에는 속도와 침로를 조절하여 추파를 받게 되는 상태를 피해야 합니다.