[검량사] 복원력의 요소

 

배가 화물을 적재하고 물 위에 떠서 이동할때 바람이나 파도 또는 화물이 한쪽으로 쏠림으로 인해서 기울어지면 부력과 중량의 작용방향이 달라 모멘트가 발생한다.

이 모멘트에 의해서 배는 원래의 상태로 되돌아오는 특성이 있는데 이를 복원성이라 한다.

선박이 물위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할때의 저항 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 힘(고시각)

 

1.GM(메타센터높이)

배가 똑바로 떠 있을때 부심을 통과하는 부력의 작용선과 경사된 때 부력의 작용선이 만나는 점을 메타센터라고

하는데 메타센터는 미소각도경사에서 이동이 거의 없으므로 고정된 점이라고 볼수 있다.

무게중심에서 메타센터까지의 높이를 GM 또는 메타센터높이 라고 하는데 이 GM의 크기로서 다음과 같이 배의 안정성을 판단할 수 있다.

 

2.GM에 따른 선박의 상태

- GM이 0보다 큰 경우 : 선박의 안정상태 -> 메타센터 M점이 무게중심 G점보다 위쪽에 위치

- GM이 0인 경우 : 선박의 중립평행상태 -> 메타센터 M점과 무게중심 G점이 같은 점에 위치

- GM이 0보다 작은 경우 : 선박이 불안정하여 전복 -> M점이 G점보다 아래쪽에 위치

 

3.적당한 GM의 값

선체 구조물의 영향	선폭	선폭이 증가함에 따라 복원력이 커진다.
	건현	적당한 폭과 GM을 가지고 있는 선박이라도 충분한 건현을 가지고 있어야 한다.
	무게중심	복원성을 높이기 위해서는 무게중심의 위치를 낮추는 것이 가장 좋은 방법이다.
	배수량	복원력의 크기는 배수량에 따라서 변화한다.
	현호	능파성을 증가시킬뿐만 아니라 갑판 끝단이 물에 잠기는 것을 방지한다.
항해 경과 와 복원력 감소	연료유/청수등의 소비	선박이 항해를 하면 연료유 청수등의 소비로 인해 배수량의 감소와 GM의 감소를 가져온다.
	유동수의 발생	탱크의 빈공간에 선체의 횡동요에 따라 유동수가 생겨 무게중심의 위치가 상승하여 GM이 감소한다.
	갑판적화물의 해수흡수	갑판위로 올라온 해수에 의하여 물을 흡후하게 되면 중량이 증가하여 GM이 감소한다.
	갑판의 결빙	겨울철에 북쪽지방을 항행하게 되면 갑판에 해수가 얼어붙어서 간판중량의 증가로 GM이 감소한다.

 

1)GM이 큰 선박

중량화물을 하창에 많이 적재하였을때는 선박의 중심이 밑에 있어 GM이 크다.

즉 저부가 무겁고 두부가 가벼운 상태가 된다. 이와 같은 상태의 선박을 Bottom heavy 선 또는 경두선이라 하며 이와 같은 선박은 복원력이 과대하여 횡요주기가 짧아 승조원에 불쾌감을 주고 선체, 속구화물등에 손상을 주게 된다.

2)GM이 작은 선박

갑판적 화물을 적재하였을 때는 중심이 올라가 GM은 작게 된다.

저부는 가볍고 두부는 무거운 상태가 된다. 이와 같은 상태의 선박을 Top heavy 선 또는 중두선이라 한다. 복원력이 과소하여 횡요주기가 길고 경사하면 경사된 채로 일어나기 힘들때가 있으며 이 상태로 항해중엔 전복의 위험이 있다.

4. 화물의 배치와 복원성

1)화물무게의 수직배치

- 수직배치의 원칙 : 선체의 무게중심 G의 수직방향위치에 따라 GM의 크기가 변한다.

- 무게중심을 낮추는 방법

① 화물선은 선저부의 탱크에 밸러스트를 적재하게 되므로 복원성을 개선시킬 수 있다.

② 어선이나 모래운반선 등은 높은곳의 중량물을 아래쪽으로 옮긴다.

③ 목재운반선과 컨테이너 자동차 전용선등에서는 선저부의 탱크에 밸러스트를 만재시킨다.

2)화물무게의 세로배치

화물의 무게분포가 전후부선창에 집중되는 호깅이나 중앙선창에 집중되는 새깅상태가 되지 않도록 해야한다.

3)유동수의 영향

유동수에 의한 무게중심의 상승은 유동수의 양에 관계없고 자유표면의 관성모멘트와 관계된다.

4)화물의 이동방지

과적이나 한쪽현에 화물의 집중을 막기위해서 화물을 만재하거나 만재시에는 화물의 이동방지책에 대한

대책을 세운다.

 

 

5.복원성에 영향을 미치는 요소

중심의 상하위치 - 무게중심을 낮게 하면 복원력은 증가한다.

선박의 길이가 길어지면 복원력도 증가한다.

선폭이 증가하면 복원력도 증가한다.

단 복원력의 최대값은 커지나 복원각과 복원성의 범위는 작아진다.

선박의 깊이를 증가시키면 처음의 갑판 모서리가 물속에 잠기는 경사각까지는 복원력이 감소하나

경사각을 넘어서면 복원력은 현저히 증가한다.

흘수가 증가하면 배수량이 증가하므로 복원력이 증가한다.

건현을 증가시키면 무게중심은 상승하나 최대복원력에 대응하는 경사각은 커진다.

적당한 선폭과 GM을 가지고 있어도 충분한 건현을 가지고 있지 않으면 경사하여

갑판끝이 물속에 잠기게 되는 각이 작아져서 복원성 범위가 보장되지 못하여

건현을 높이면 갑판 끝이 물속에 잠기는 각도가 커지게 되고

선체경사에 따라 선폭을 크게 하는 효과가 있기 때문에 복원성 범위가 현저히 증대된다.

(복원력의 최대값이 커지고 복원력이 최대가 되는 경사각도 커지게 된다.)

선루의 길이가 길면 복원력은 증가한다.

배수량의 크기에 따라 복원력은 변한다.

현호는 갑판으로 들어오는 해수의 유입을 막아주는 역할로 복원력을 증가시킨다.

유동수/바람의 영향을 받는다.

파도의영향 - 호깅상태에서는 복원력이 감소하고 섀깅상태에서는 복원력은 증가한다.