이번에는 선박에 작용하는 힘에 대해 알아보았다.
먼저 선박에 작용하는 힘 중 저항에 Focus를 맞추었다.
저항이란?
- 물리적인 관점에서 물체의 운동 방향과 반대 방향으로 작용하는 힘
그래서 이 말만 듣는다면 저항은 부정적인 힘이구나 라고 생각이 들수도 있다.
하지만 저항이 없다면 하늘에서 낙하산을 펴도 소용이 없다.
이처럼 저항을 긍정적으로 이용하는 사례도 있는데
예를들어 자동차는 고속으로 달릴수록 공기의 저항때문에 지면에 가라앉아 전복 사고를 예방한다.
선박에 작용하는 저항
선박에 작용하는 저항으로는 이렇듯 여러 저항이 존재한다.
이번 포스팅에서는 가장 큰 4 종류의 저항을 주로 다뤄보도록 하자.
각 저항의 분포는 선체의 형상, 크기, 속력에 의하여 달라지지만 전체 저항에 대한 일반적인 구성비는 다음과 같다
1. 마찰저항 – 저속선(80%)
– 고속선 (40~50%)
2. 조파저항 – 저속선(10~15%)
– 고속선 (40~50%)
3. 와류저항 – 2~10%
4. 공기저항 – 1%
마찰저항(물과 선체 표면의 마찰로 인한 저항)
- 선체의 침수면에 닿는 물의 부착력이 선체의 진행을 방해하여 나타나는 저항
- 물의 점성 때문에 생기는 저항으로 침수면의 매끄러움에 반비례한다
- 저속일 때에는 전체 저항의 대부분이 마찰저항(80%)
- 고속일 때에는 전체 저항에 대한 마찰저항 비율이 작아진다 -> 조파저항이 커지기 때문
마찰저항에 영향을 미치는 요소
조파저항(파로 인한 마찰로 추진력 적어짐)
- 선박의 선수와 선미가 진행하면서 발산파와 가로파를 만듦
How? -> 선박이 수면 위를 항주하면 선수와 선미 부근에는 압력이 높아져서 수면이 높아지고, 선체 중앙 부근에서는 압력이 낮아져 수면이 낮아지므로 파(wave)가 생김
So
-> 선체의 진행운동(추진력)의 에너지를 상당부분 뺐김
-> 저속선은 전체 저항의 10~15%
-> 고속선은 전체 저항의 40~50%
- 배의 저항 중 두 번째로 큰 성분
조파와 저항간의 관계
- 저속 -> 주로 선수미에서 발산파가 생김
- 고속 -> 선수미에서 생기는 횡파가 커짐
- 선체길이 : 배수량이 일정하면 길이가 길수록 조파저항이 감소
- Bulbous Bow
발산파와 가로파
가로파 :멀어지면서 파고 감소
발산파 : 가로파보다 느리게 감쇠되므로 뒤로 갈수록 커짐
특징
- 속도, 질량 크기와 상관없이 파도의 운동방향의 각도는 항상 약19도
Bulbous bow(벌버스 보우) : 구상선수
- 선수(bow)의 종류 중 하나
- 선박의 조파저항을 감소시키기 위해 수면하에 둥근 공처럼 설계
- 구상선수가 만든 파도와 선수부의 선체가 만든 파도가 간섭하여 저항을 감소시키는 원리
와류 저항
- 선박이 있으면 부착력으로 인하여 선박 주위의 물 분자들은 속도가 느림
- 선체에서 먼 곳의 물 분자는 상대적으로 속도가 빠름
- 이러한 물 분자간의 속도차에 의해 선미 부근에서 와류가 생성
- 와류로 인해 선체는 전방에서 후방으로 힘을 받게됨
- 선체의 형상에 따라 저항의 크기가 달라지므로 형상 저항이라고도 불림
- 유선형의 선체가 가장 작은 저항을 나타내서 최근 선박들은 거의 유선형
공기저항
- 약 1%를 차지
- 악천후때는 매우 큰 영향을 끼침
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