ꊱ 복원성과 용어
1) 복원성
선박의 복원성 또는 복원력이란, 선박이 물 위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할 때의 저항 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을 때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 힘을 말한다.
2) 복원력과 관련된 용어
(가) 배수량( △ )
선박이 물위에 떠있을 때 그 선박이 배제한 물의 무게만큼 부력을 갖는다. 선박이 수면하의 잠겨있는 부분의 용적에 그 물의 밀도와 곱한 것을 배수량이라 한다.
△ = V × r ( △ : 선박의 배수량, V : 선박에 수면하에 잠긴 용적, r : 물의 비중)
(나) 무게 중심(G)
선체의 전체 중량이 한 점에 모여 있다고 생각할 수 있는 점을 무게중심이라고 한다.
(다) 부심(B)
부심은 수면하의 선체 용적의 기하학적 중심을 말한다.
(라) 부력과 중력
물에 떠 있는 선체에서는 중력이 하방으로 작용하고, 부력이 상방으로 작용하는데, 두 힘의 크기는 같다.
(마) 메타센터(M, 경심)
배가 똑바로 떠 있을 때 부력의 작용선과 경사된 때 부력의 작용선이 만나는 M점을 메타센터라고 한다.
ꊲ 초기 복원력
선박을 안정한 위치로 되돌리려는 것을 복원력이라고 한다.
여기에 곱해지는 거리를 복원정, 또는 GZ라고 부른다.
(가) 초기 복원력의 성질
GZ = GM x sin θ
복원력 = W × GZ = W × GM × sin θ
{ W : 선박의 배수량(톤), GM의 단위：미터(M), θ : 횡요각 }
(나) GM의 추정
선박이 한쪽 현으로 최대로 경사된 상태에서부터 반대현으로 기울었다가 다시 원위치로 되돌아오기까지 걸린 시간을 횡요 주기라고 한다.
횡요 주기 = { B : 선폭(M), 횡요주기(초) }
(다) GM에 따른 선박의 상태
① GM이 0보다 큰 경우 : 선박의 안정 상태
② GM이 0인 경우 : 선박의 중립 평형 상태
③ GM이 0보다 작은 경우 : 선박이 불안정하여 전복
ꊳ 복원력의 요소
(가) 선폭
선박은 선폭이 증가함에 따라 복원력이 커진다.
(나) 건현
적당한 폭과 GM을 가지고 있는 선박이라도 충분한 건현을 가지고 있어야 한다.
(다) 무게 중심
복원성을 높이기 위해서는 무게 중심의 위치를 낮추는 것이 가장 좋은 방법으로, 화물 선적시에 고려해야 한다.
(라) 배수량
복원력의 크기는 배수량에 따라서 변화한다.
(마) 현호
선박의 현호는 능파성을 증가시킬 뿐만 아니라 갑판 끝단이 물에 잠기는 것을 방지한다.
ꊴ 항해 경과와 복원력 감소
(가) 연료유, 청수 등의 소비 선박이 항해를 하면 연료유, 청수 등의 소비로 인해 배수량의 감소와 GM의 감 소를 가져온다.
(나) 유동수의 발생 탱크의 빈 공간에 선체의 횡동요에 따라 유동수가 생겨서 무게 중심의 위치가 상승하여 GM의 감소를 가져온다.
(다) 갑판적 화물의 흡수 갑판 위로 올라온 해수에 의하여 물을 흡수하게 되면 중량이 증가하여 GM의 감소 를 가져온다.
(라) 갑판의 결빙 겨울철에 북쪽 지방을 항행하게 되면 갑판 위로 올라온 해수가 갑판에 얼어붙어서 갑판 중 량의 증가로 GM의 감소를 가져온다.
ꊵ 화물 배치와 복원성
1) 화물 무게의 수직 배치
(가) 수직 배치의 원칙
선체의 무게 중심 G의 수직 방향 위치에 따라 GM의 크기가 변화한다.
(나) 무게 중심을 낮추는 방법
화물선은 선저부의 탱크에 밸러스트를 적재하게 되므로 복원성을 개선시킬 수 있다. 어선이나 모래 운반선 등은 높은 곳의 중량물을 아래쪽으로 옮기는 것이 무게 중심을 낮추는 것이다. 목재 운반선과 컨테이너 운 반선, 자동차 전용선 등에서는 높은 위치에 화물을 적재하므로 선저부의 탱크에 밸러스트를 만재시켜서 복 원력을 확보해야 한다.
2) 화물 무게의 세로 배치
화물의 무게 분포가 전후부 선창에 집중되는 호깅이나, 중앙 선창에 집중되는 새깅 상태가 되지 않도록 해야 한다.
3) 유동수의 영향
유동수에 의한 무게 중심의 상승은 유동수의 양에는 관계가 없고, 자유 표면의 관성 모멘트와 관계가 있다.
4) 화물의 이동 방지
과적이나 한쪽 현에 화물의 집중을 막기 위해서 화물을 만재하거나 만재시에는 화물의 이동 방지책에 대한 대책을 세운다.
< 복원성(stability)과 GM >
① 선박이 외력의 영향으로 한쪽으로 경사 하였을 때 원위치로 돌아오려는 성능을 복원력 또는 복원성이라 한다.
② 경심(metercenter, M) : 선박이 외력의 작용으로 경사했을 때 이동한 부심 B'에서 세운 수직선과 선박의 중심선이 만나는 점을 말한다.
③ 복원력의 크기는 부력과 중력에 의하여 생기는 우력(moment)으로서 표시된다.
복원력=W×GZ 단, W : 배수량, GZ : 복원정
④ 초기 복원력이란 15°이내의 소각도 경사의 복원력으로 Metacenter의 위치는 소각경사에서는 일정하므로 GZ=GM sinθ가 되어 초기 복원력=W GM sinθ가 된다.
GZ : 복원정(Righting arm) GM : Metacentric height BM : Metacentric radius
⑤ 정적 복원력(Statical stability) :경사에 대하여 원위치로 되돌아 갈려는 우력
⑥ 동적 복원력(Dynamical stability) : 경사 때문에 생기는 선박의 역학적 일 양
⑦ 직립 상태(upright) : 선박은 중력과 부력의 힘에 의하여 수면에 평형하게 떠있게 된다.
⑧ 선박의 안정성
㉠ 안정상태 : G가 M의 하방에 있는 상태로서 중력과 부력은 선박을 원 위치로 돌리려는 작용을 한다. KM-KG>0
㉡ 불안정 상태 : G가 M의 상방에 있는 상태로서 중력과 부력은 선박을 점점 더 경사 시키려는 작용 KM-KG<0
㉢ 중립 균형 상태 : G와 M가 일치된 상태로서 중력과 부력은 한 점을 통하여 작용하기때문에 우력은 생 기지 않는다. KM-KG=0
< 적당한 GM 값 >
① GM가 큰 선박 : 중량 화물을 하창에 많이 적재하였을 때 bottom heavy선 또는 stiff ship(경두선) 이라 한 다. 복원력이 과대하여 횡요 주기가 짧고 승조원에게 불쾌감을 주며 선체, 속구, 화물 등에 손상을 주게 된다.
② GM가 작은 선박 :화물을 갑판에 적재 하였을 때 top heavy선 또는 tender ship, crank ship(중두선)이라 한다. 복원력이 과소하여 횡요주기가 길고 경사 하면 전복의 위험이 있다.
③ 적당한 GM 값 : 여객선에서는 선폭의 약 2%, 일반화물선에서는 선폭의 약 5%, 유조선에서는 선폭의 약 8%를 적당한 GM 값으로 보고 있다. 원양 화물선에서는 일반적으로 평온한 해상에서의 GM는 60∼ 80cm 정도, 대양에서는 80∼100cm 정도가 적당하다.
④ Steady ship(안정선) : 적당한 복원력을 가진 선박
< 복원력에 영향을 끼치는 요소>
1) 형상 복원성에 영향을 끼치는 요소
① 선폭의 영향 : 선폭이 증가함에 따라서 최대복원력이 증가한다.
② 건현의 영향 : 건현을 높이면 해수에 잠기는 각도가 커지게 되어 복원력 범위가 증가한다.
③ 현호의 영향 : 항해 중에 해수가 들어오지 못하므로, 복원력 범위가 증가한다.
④ 트림의 영향 : 트림이 있는 경우가 없는 경우보다 복원성은 양호하다.
2) 중량 복원성에 영향을 끼치는 요소
① 중심 위치의 영향 : 중심 위치가 낮아지면 복원력이 증가한다.
② 유동수의 영향 : 유동수에 의한 중심의 상승량 GG'는 유동수의 양에는 관계가 없고, 자유표면의 관성 모 멘트 i 에만 영향을 받는다.
＊유동수에 의한 GM의 감소비율은 탱크를 2등분 하였을 때는 1/4, 3등분하였을 때는 1/9 과 같이 1/n 로 된다.
1) 복원성
선박의 복원성 또는 복원력이란, 선박이 물 위에 떠 있는 상태에서 외부로부터 힘을 받아서 경사하려고 할 때의 저항 또는 경사한 상태에서 그 외력을 제거하였을 때 원래의 상태로 돌아오려고 하는 힘을 말한다.
2) 복원력과 관련된 용어
(가) 배수량( △ )
선박이 물위에 떠있을 때 그 선박이 배제한 물의 무게만큼 부력을 갖는다. 선박이 수면하의 잠겨있는 부분의 용적에 그 물의 밀도와 곱한 것을 배수량이라 한다.
△ = V × r ( △ : 선박의 배수량, V : 선박에 수면하에 잠긴 용적, r : 물의 비중)
(나) 무게 중심(G)
선체의 전체 중량이 한 점에 모여 있다고 생각할 수 있는 점을 무게중심이라고 한다.
(다) 부심(B)
부심은 수면하의 선체 용적의 기하학적 중심을 말한다.
(라) 부력과 중력
물에 떠 있는 선체에서는 중력이 하방으로 작용하고, 부력이 상방으로 작용하는데, 두 힘의 크기는 같다.
(마) 메타센터(M, 경심)
배가 똑바로 떠 있을 때 부력의 작용선과 경사된 때 부력의 작용선이 만나는 M점을 메타센터라고 한다.
ꊲ 초기 복원력
선박을 안정한 위치로 되돌리려는 것을 복원력이라고 한다.
여기에 곱해지는 거리를 복원정, 또는 GZ라고 부른다.
(가) 초기 복원력의 성질
GZ = GM x sin θ
복원력 = W × GZ = W × GM × sin θ
{ W : 선박의 배수량(톤), GM의 단위：미터(M), θ : 횡요각 }
(나) GM의 추정
선박이 한쪽 현으로 최대로 경사된 상태에서부터 반대현으로 기울었다가 다시 원위치로 되돌아오기까지 걸린 시간을 횡요 주기라고 한다.
횡요 주기 = { B : 선폭(M), 횡요주기(초) }
(다) GM에 따른 선박의 상태
① GM이 0보다 큰 경우 : 선박의 안정 상태
② GM이 0인 경우 : 선박의 중립 평형 상태
③ GM이 0보다 작은 경우 : 선박이 불안정하여 전복
ꊳ 복원력의 요소
(가) 선폭
선박은 선폭이 증가함에 따라 복원력이 커진다.
(나) 건현
적당한 폭과 GM을 가지고 있는 선박이라도 충분한 건현을 가지고 있어야 한다.
(다) 무게 중심
복원성을 높이기 위해서는 무게 중심의 위치를 낮추는 것이 가장 좋은 방법으로, 화물 선적시에 고려해야 한다.
(라) 배수량
복원력의 크기는 배수량에 따라서 변화한다.
(마) 현호
선박의 현호는 능파성을 증가시킬 뿐만 아니라 갑판 끝단이 물에 잠기는 것을 방지한다.
ꊴ 항해 경과와 복원력 감소
(가) 연료유, 청수 등의 소비 선박이 항해를 하면 연료유, 청수 등의 소비로 인해 배수량의 감소와 GM의 감 소를 가져온다.
(나) 유동수의 발생 탱크의 빈 공간에 선체의 횡동요에 따라 유동수가 생겨서 무게 중심의 위치가 상승하여 GM의 감소를 가져온다.
(다) 갑판적 화물의 흡수 갑판 위로 올라온 해수에 의하여 물을 흡수하게 되면 중량이 증가하여 GM의 감소 를 가져온다.
(라) 갑판의 결빙 겨울철에 북쪽 지방을 항행하게 되면 갑판 위로 올라온 해수가 갑판에 얼어붙어서 갑판 중 량의 증가로 GM의 감소를 가져온다.
ꊵ 화물 배치와 복원성
1) 화물 무게의 수직 배치
(가) 수직 배치의 원칙
선체의 무게 중심 G의 수직 방향 위치에 따라 GM의 크기가 변화한다.
(나) 무게 중심을 낮추는 방법
화물선은 선저부의 탱크에 밸러스트를 적재하게 되므로 복원성을 개선시킬 수 있다. 어선이나 모래 운반선 등은 높은 곳의 중량물을 아래쪽으로 옮기는 것이 무게 중심을 낮추는 것이다. 목재 운반선과 컨테이너 운 반선, 자동차 전용선 등에서는 높은 위치에 화물을 적재하므로 선저부의 탱크에 밸러스트를 만재시켜서 복 원력을 확보해야 한다.
2) 화물 무게의 세로 배치
화물의 무게 분포가 전후부 선창에 집중되는 호깅이나, 중앙 선창에 집중되는 새깅 상태가 되지 않도록 해야 한다.
3) 유동수의 영향
유동수에 의한 무게 중심의 상승은 유동수의 양에는 관계가 없고, 자유 표면의 관성 모멘트와 관계가 있다.
4) 화물의 이동 방지
과적이나 한쪽 현에 화물의 집중을 막기 위해서 화물을 만재하거나 만재시에는 화물의 이동 방지책에 대한 대책을 세운다.
< 복원성(stability)과 GM >
① 선박이 외력의 영향으로 한쪽으로 경사 하였을 때 원위치로 돌아오려는 성능을 복원력 또는 복원성이라 한다.
② 경심(metercenter, M) : 선박이 외력의 작용으로 경사했을 때 이동한 부심 B'에서 세운 수직선과 선박의 중심선이 만나는 점을 말한다.
③ 복원력의 크기는 부력과 중력에 의하여 생기는 우력(moment)으로서 표시된다.
복원력=W×GZ 단, W : 배수량, GZ : 복원정
④ 초기 복원력이란 15°이내의 소각도 경사의 복원력으로 Metacenter의 위치는 소각경사에서는 일정하므로 GZ=GM sinθ가 되어 초기 복원력=W GM sinθ가 된다.
GZ : 복원정(Righting arm) GM : Metacentric height BM : Metacentric radius
⑤ 정적 복원력(Statical stability) :경사에 대하여 원위치로 되돌아 갈려는 우력
⑥ 동적 복원력(Dynamical stability) : 경사 때문에 생기는 선박의 역학적 일 양
⑦ 직립 상태(upright) : 선박은 중력과 부력의 힘에 의하여 수면에 평형하게 떠있게 된다.
⑧ 선박의 안정성
㉠ 안정상태 : G가 M의 하방에 있는 상태로서 중력과 부력은 선박을 원 위치로 돌리려는 작용을 한다. KM-KG>0
㉡ 불안정 상태 : G가 M의 상방에 있는 상태로서 중력과 부력은 선박을 점점 더 경사 시키려는 작용 KM-KG<0
㉢ 중립 균형 상태 : G와 M가 일치된 상태로서 중력과 부력은 한 점을 통하여 작용하기때문에 우력은 생 기지 않는다. KM-KG=0
< 적당한 GM 값 >
① GM가 큰 선박 : 중량 화물을 하창에 많이 적재하였을 때 bottom heavy선 또는 stiff ship(경두선) 이라 한 다. 복원력이 과대하여 횡요 주기가 짧고 승조원에게 불쾌감을 주며 선체, 속구, 화물 등에 손상을 주게 된다.
② GM가 작은 선박 :화물을 갑판에 적재 하였을 때 top heavy선 또는 tender ship, crank ship(중두선)이라 한다. 복원력이 과소하여 횡요주기가 길고 경사 하면 전복의 위험이 있다.
③ 적당한 GM 값 : 여객선에서는 선폭의 약 2%, 일반화물선에서는 선폭의 약 5%, 유조선에서는 선폭의 약 8%를 적당한 GM 값으로 보고 있다. 원양 화물선에서는 일반적으로 평온한 해상에서의 GM는 60∼ 80cm 정도, 대양에서는 80∼100cm 정도가 적당하다.
④ Steady ship(안정선) : 적당한 복원력을 가진 선박
< 복원력에 영향을 끼치는 요소>
1) 형상 복원성에 영향을 끼치는 요소
① 선폭의 영향 : 선폭이 증가함에 따라서 최대복원력이 증가한다.
② 건현의 영향 : 건현을 높이면 해수에 잠기는 각도가 커지게 되어 복원력 범위가 증가한다.
③ 현호의 영향 : 항해 중에 해수가 들어오지 못하므로, 복원력 범위가 증가한다.
④ 트림의 영향 : 트림이 있는 경우가 없는 경우보다 복원성은 양호하다.
2) 중량 복원성에 영향을 끼치는 요소
① 중심 위치의 영향 : 중심 위치가 낮아지면 복원력이 증가한다.
② 유동수의 영향 : 유동수에 의한 중심의 상승량 GG'는 유동수의 양에는 관계가 없고, 자유표면의 관성 모 멘트 i 에만 영향을 받는다.
＊유동수에 의한 GM의 감소비율은 탱크를 2등분 하였을 때는 1/4, 3등분하였을 때는 1/9 과 같이 1/n 로 된다.
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