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문제 정의
- )이 있다. 본 논문에서는 당시에 현저하게 작용한 조류의 영향과 함께 선체의 상하운동으로 인한 체인과 앵커의 영향을 추가적으로 고려하였다. 따라서 묘박 안전성은 다음의 식(1)과 같이 외력과 대항력으로 구성되는 평형방 정식으로 표현할 수 있다.
제안 방법
- 따라서 본 논문에서는 실제로 주묘가 발생했던 대상 선박의 사례를 분석하여 풍압력 등 외력의 적용 방법과 파주력의 계산 방식, 그리고 주묘 패턴을 분석하였다. 이는 추후 묘박지에서의 묘박 선박간의 적정 이격거리 산출을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
- 또한, 파주력 계산 시 추가로 고려하여야 할 사항은 Fig.4에서와 같이 외력의 크기에 따라 파주부의 길이가 달라지므로 이를 감안하여 파주력을 계산하였다.
- 실제로 주묘가 발생했던 실습선 한바다호의 사례를 분석하여 선체에 작용하는 외력과 파주력를 비교하여 주묘 한계에 대한 정량적인 분석을 수행하였고, 주묘 패턴을 분석한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 대상 선박은 2009년 6월 09일 16시경 부산항 남항 N-5 묘박지에 우현 묘쇄를 8섀클(Shackle)로 신출하여 단묘박을 실시하였고, 투묘지의 저질은 뻘(M)이고, 수심은 57m이었다.
- 대상선박에는 2.475톤의 고파주력 앵커(AC-14)가 설치되어 이를 계산에 사용하였고, 부산항 남항 N-5 묘박지의 수심 57m를 고려하여 해저에서 묘쇄공까지의 높이를 61m로 계산하였다. 또한 당시의 선박은 3/4 consumed condition으로 공선상태에 가까운 상태였다.
- 대상선박에서는 2009년 6월 10일 06시경부터 바람이 10m/s 이상으로 강해지기 시작하여, 주묘가 시작된 06시 30분경부터는 최대순간풍속이 22m/s로 관측되었다. 주묘가 지속된 06:30 ∼08:00까지의 최대풍속은 15m/s∼22m/s로 관측되었고, 파도도 점점 높아져 3m에 이르렀다.
- 2에 일반배치도를 제시한다. 대상선박은 크루즈선형으로 수면 상부의 구조물이 상대적으로 큰 면적을 차지하는 여객선형이다.
- 실선 시험 대상인 한바다호는 한국해양대학교의 실습선이며 다음의 Table 1에 주요 제원을, Fig.2에 일반배치도를 제시한다. 대상선박은 크루즈선형으로 수면 상부의 구조물이 상대적으로 큰 면적을 차지하는 여객선형이다.
- 실제로 대상 선박은 Fig.6에서의 형태로 풍압 및 조류의 영향을 받았으며, 그 당시의 유속은 Fig.3에서 알 수 있듯이 0.5kts(0.25m/s)이었다.
이론/모형
- ; Force by wind)은 식(2)에 의하여 산출하였으며, 여기에서 정면 풍압계수는 한바다호의 정면 및 측면 풍압면적, 풍압 중심점, 선교 높이 등을 기초로 Fujiwara et al.(1998)에 의해 제안된 추정식을 이용하였다.
- 유압력은 선수방향에서 작용하는 조류의 영향을 고려하여 식(4)에서와 같이 Froude가 제안한 마찰저항 계산법을 활용하여 근사적으로 계산하였으며, 그 결과를 Table 3에 나타낸다.
성능/효과
- 1) 묘박 중 스윙형태로 시시각각 움직이는 선체의 풍압력 계산은 상당히 곤란하기 때문에 정면 풍압면적을 이용하여 근사적으로 구할 수 있으며, 대상선박과 같이 풍압면적이 비교적 큰 여객선형의 경우 체인의 신출량이 8섀클인 단묘박 상태에서는 풍압력 계산 시 정면풍압면적의 2배 정도가 타당한 것으로 확인되었다.
- 1) 묘박 중뿐만 아니라 주묘 시에도 선체가 좌우로 스윙하는 현상이 발생하였고, 선박(GPS 위치 기준)의 좌우 이동범위 (WP)는 약 150m로 앵커를 기준으로 하였을 때 Fig.8에서와 같다. 앵커를 기준으로 스윙각을 계산하면 유도된 식(7)에 의하여 약 40˚정도로 확인되었다.
- 2) Fig.9는 Course Recorder에 기록된 지정시각에서의 선수 방위(Heading)를 나타낸 것으로, 값이 큰 꼭지점은 선박이 우측 끝단에 이르렀을 때의 선수방위이고, 반대로 값이 작은 꼭지점은 선박이 좌측 끝단에 이르렀을 때의 선수방위로 확인되었다. 여기에서 선수방위가 가장 큰 폭으로 바뀐 것은 7시 15분경 160˚에서 240˚로 바뀐 경우로 그 폭이 80˚에 이른다.
- 2) 주묘가 발생되는 대부분의 시점은 외력이 점점 강해져서 앵커의 샹크가 들리기 시작하는 순간으로 판단되므로 외력에 따른 현수부의 길이만 확인하여도 주묘의 가능성을 대략적으로 쉽게 판단할 수 있다.
- 3) Fig.5 및 Fig.6에서 알 수 있듯이 풍속이 22m/s로 급격하게 증가된 06:30분경부터 주묘가 시작되었고, 15m/s 이하로 다소 풍속이 약해진 07:40분 이후에도 주묘는 계속되었다. 이는 주묘 중에는 파주계수가 1/5로 감소되기 때문(윤, 2002)에 파주력이 급격하게 감소되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 3) 수심이 깊을 경우에는 체인을 최대한 신출해도 현수부의 길이가 길어져서 작은 외력에도 앵커의 샹크가 빨리 들림으로써 파주력이 상대적으로 쉽게 작아질 수 있으므로 묘박 시 주의가 필요하다.
- 4) Fig.6의 선체의 이동패턴과 Fig.9의 선수방위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있다. 주묘 초기와 말기의 좌우 이동거리가 짧을 경우 선수방위각의 변화량도 적은 것으로 확인되었으며, 선박의 스윙폭의 끝단에서 선수방위각이 최대 또는 최저값을 나타낸 것으로 확인되었다.
- 4) 주묘가 일단 시작되면 파주력이 급격하게 감소되기 때문에 외력이 다소 감소되더라도 주묘가 쉽게 멈추지 않을 것으로 판단되며, 이러한 경우에는 양묘하여 외해로 항행하는 것이 최상의 방안으로 사료된다.
- 5) 묘박 중뿐만 아니라 주묘 시에도 선체가 좌우로 스윙하는 현상은 지속되었으며, 선체의 스윙 범위는 앵커를 기점으로 약 40˚정도로 확인되었고, 선수방위는 좌우 끝단에서 20˚정도 더 회두하였다.
- 5) 우현묘를 사용하였을 경우, 선박이 우측 한계에서 좌측으로 이동되면서 주묘가 시작되었다. 이는 외력의 작용 방향과 선 수미선이 이루는 각이 최대가 되는 시점에서 선수가 우측으로 회두하면서 회두 모우멘트로 인하여 우현 앵커의 체인에 장력이 크게 작용되었기 때문인 것으로 판단된다.
- 6) 주묘가 시작되면서부터 선수방위의 변동 폭이 크게 나타났으며, 이는 선박에서 주묘가 시작되고 있음을 확인할 수 있는 중요한 단서로 판단된다.
- 6) 주묘는 외력이 강하게 유지된 약 1시간 30분 동안 지속되었고, 이동거리는 외력이 작용하는 후방으로 약 230m로 계측되어 주묘 속도가 0.08kts임을 확인할 수 있었다. 이는 파주력에 대한 외력의 상대적 크기에 따라 결정될 것으로 판단되며, 묘박지에서의 주묘 가능성을 고려했을 때 좌우 스윙형태의 움직임과 이동속도는 묘박 선박간의 이격거리 산정에 기준이 될 것이다.
- 7) 우현묘를 사용하였을 경우, 선박이 우측 한계에서 좌측으로 이동되면서 주묘가 시작되었고, 선체의 이동패턴과 선수방 위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있었다.
- 8) 주묘 속도는 0.08kts로 파주력에 대한 외력의 상대적 크기에 따라 결정될 것으로 판단되며, 묘박지에서의 주묘 가능성을 고려할 경우 좌우 스윙형태의 움직임과 이동속도는 묘박 선박 간의 이격거리 산정에 기준이 될 것이다.
- 따라서 풍압면적이 비교적 큰 여객선형의 경우 2묘박 시 선박에 작용하는 풍압력 계산은 가장 풍압력을 많이 받는 공선상태에서도 정면풍압면적의 2배로 계산한 선행연구(정과 공, 2009)에서와 마찬가지로 체인의 신출량이 8섀클인 단묘박의 경우에서도 풍압력을 계산할 때 정면풍압면적의 2배 정도가 타당한 것으로 확인되었다.
- 9의 선수방위각의 변화패턴을 비교해 보면 거의 유사함을 알 수 있다. 주묘 초기와 말기의 좌우 이동거리가 짧을 경우 선수방위각의 변화량도 적은 것으로 확인되었으며, 선박의 스윙폭의 끝단에서 선수방위각이 최대 또는 최저값을 나타낸 것으로 확인되었다.
- 여기에서 선수방위가 가장 큰 폭으로 바뀐 것은 7시 15분경 160˚에서 240˚로 바뀐 경우로 그 폭이 80˚에 이른다. 즉, 선박이 좌우로 스윙하면서 움직이다가 끝단에 이르러서는 앵커체인을 기준으로 할 경우 선수방위는 추가로 20˚정도 더 회두하고 선미는 외측으로 더 선회(WS)하는 것으로 분석되었다. 따라서, 선미부까지를 포함한 선박의 전체 좌우 스윙폭(WT)은 유도된 식 (8)에 의하여 약 310m로 확인되었다.
후속연구
- 본 논문은 실제로 주묘가 발생된 실선 데이터를 확보하여 분석한 자료로 주묘 현상 및 패턴에 대한 연구 분야에 소중한 자료로 이용될 것이며, 추후 폭넓은 실선 데이터를 바탕으로 다양한 선형에 대한 검토가 함께 이루어져야 할 것으로 판단된다.
- 따라서 본 논문에서는 실제로 주묘가 발생했던 대상 선박의 사례를 분석하여 풍압력 등 외력의 적용 방법과 파주력의 계산 방식, 그리고 주묘 패턴을 분석하였다. 이는 추후 묘박지에서의 묘박 선박간의 적정 이격거리 산출을 위한 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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