선체저항에 영향을 주는 선형요소들에 대하여 설명하시오.

선박의 저항은 선형에 따라 크게 달라짐. 탱커나 벌크선과 같이 가능한 한 많은 화물을 싣고 느린 속도로 운항하는 선박과, 여객선이나 컨테이너선과 같이 상대적으로 빠른 속도로 운항하는 선박의 형상은 저항성능의 관점에서 큰 차이를 가짐.

선박의 형상을 선수부와 선미부로 구분하여 살펴보면, 일반적으로 선수부는 조파저항, 선미부는 점성저항에 큰 영향을 미침. 잘 설계된 상선의 조파저항은 전체저항의 35%를 넘지 않는 것이 보통이므로 우선 선미부의 형상을 최적화하는 것이 선형 설계의 기본적인 절차임. 또한 선미부의 형상은 프로펠러에 유입되는 유동에 영향을 미치기 때문에 추진효율에 직접적인 영향을 주며, 선체의 소음과 진동에도 영향을 끼쳐 선박의 성능, 품질에 직결되므로 중요함.

 

- 선수형상

선수부의 선형설계의 주요인자는 단면적곡선(Cp곡선), 횡단면형상, 구상선수(Bulbous bow) 및 수선면의 도입각(Entrance angle) 등이다.

단면적곡선의 면적분포를 보면 선수부와 선미부의 체적 분포 비율을 알 수 있으며, 종부심(LCB)의 위치는 Cb 및 Fn(프루드넘버)에 따라 적절히 결정되어야 한다. Cb가 작고 Fn가 큰 배는 조파저항이 상대적으로 커서 선수부의 체적이 비교적 작아 LCB는 선미쪽에 위치하며, 반대의 경우는 LCB가 선수쪽에 위치한다.

선수부의 횡단면형상은 Cb>0.8인 저속비대선의 경우 U형, Cb<0.7인 고속세장선인 경우 V형을 가지며, 저속선의 경우에는 선수만곡부의 곡률반경을 가능한 한 크게 해 주는 것이 저항성능 측면에서 유리하다.

구상선수는 선박이 진행하면서 생성되는 파도와 위상차를 가지도록 하여 조파저항을 감소시킬 뿐만 아니라 선수부에서 자주 관찰되는 쇄파(Breaking wave)를 감소시킨다.

수선면의 도입각이 작으면 조파저항이 감소하는 경향을 보인다.

 

- 선미형상

선미부 선형설계의 주요인자는 단면적곡선, 횡단면형상, 측면형상(Stern profile) 등이며, 선미부에는 프로펠러와 타가 위치하므로 이에 대한 고려도 필요하다.

선미부 단면적곡선의 형상은 가급적 완만하게 변화해야 하며 특히 프로펠러가 놓이게 될 평면에서는 주의를 요한다.

선미부의 횡단면형상도 U형과 V형으로 나뉠 수 있다. V형은 점성저항을 줄이는 장점은 있으나, 프로펠러에 유입되는 유동이 불균일하게 되는 단점이 있다. U형은 선미만곡부에서 유동이 떨어져 나가는 경향이 심하여 형상저항을 증가시키지만 프로펠러에 유입되는 유동이 V형에 비해 훨씬 균일하다는 장점이 있다. 최근에는 V형과 U형의 중간형상을 채택하는 경우가 일반적이다.

측면형상은 두 가지 상반되는 요구를 만족시키도록 결정된다. 하나는 수면 아래의 배의 길이를 길게 하면 할수록 저항의 관점에서는 유리한 선형이 될 수 있다는 점이며, 다른 하나는 프로펠러와 선체 사이의 거리를 가능한 멀리 해주어야 한다는 점이다.