배의 특성

1. 배의특성 배는 일반적으로 사람이나 화물을 싣고, 물에 떠서 물 위로 이동할 수 있는 구조물이다. 자동차 등의 육상 교통수단과 비행기 등의 항공 교통수단과의 차이를 이야기 할 때 몇 가지 특징이 있다.먼저, 배는 물 위, 그것도 바다 위의 열악한 환경에서 다닌다는 점이다. 불 균일한 화물 분포와 불규칙한 파도 등으로 인해 선체 각 부분에서 불 균일한 동적 힘을 받게 되어 변형이 일어나며, 파랑에 의한 충격이나 추진장치에 의한 진동 또한 크게 나타난다. 따라서 이러한 큰 외력을 이길 수 있는 강도와 탄성이 요구된다. 또한 염분으로 인해 부식이 잘 일어나고, 장비가 자주 고장을 일으킬 수 있다.다음으로, 크기가 크고 수리가 어려우면서도 수명이 길다는 점이다. 초대형 유조선의 경우 길이가380m, 폭이 68m, 깊이 34m로서, 축구장 3개가 넉넉히 들어가는 면적에 15층 아파트 높이에 조타실높이까지 더하면 20층이 훨씬 넘는 높이가 된다.대부분의 배는 20년 이상을 사용하면서도 주기관을 비롯하여 대부분의 장비와 배관 등을 교체할 수가 없다. 마지막으로, 대부분의 대형 선박은 육상 건축물과 마찬가지로 주문생산에 의해 만들어지며 시제품을 만들 수 없다는 점이다. 자동차나 비행기와는 달리, 배는 화물의 종류, 항로 및 항구, 선주나 화주의 취향 등에 따라 모두 다른 모양과 성능을 가지게 되므로, 동일 선주가 동일 항로에 투입하기 위해 만드는 경우 외에는 동일 모델이 없다고 보아야 할 것이다. 더구나 워낙 크고 비싼 제품이기에 시제품을 통한 성능 확인이 불가능하며, 주기관 등 주요 부품에 대해서는 성능이 미흡하다 하더라도 교체가 불가능하다고 볼 수 있다.이제, 배가 가지고 있는 독특한 기능들을 설명하고, 이러한 기능을 가지기 위한 장비들을 설명한 후, 배의 특성과 크기를 나타내는 치수와 톤수에 대해 설명하고자 한다. 또한 배 한 척에 대해 일반적인 구조와 각종 설비들을 어떻게 배치하였는가를 상세히 설명하고자 한다.

2. 배는물위에떠서다니는구조물로써, 자체의무게와짐의무게를견디고물에뜨는기능을가지고있어야한다. 배가크면클수록많은짐을실을수있기는하나, 배가커짐에따라구조물이더욱튼튼해져야하고, 추진에필요한연료도많이싣고다녀야한다. 또한항구의크기와항로의특성에따라배의크기는제한을받는다. 배의용도에따라크기를정하는것이필요하다. 배는물에뜬상태에서스스로의힘으로원하는방향으로갈수있어야한다.바지선과같이특별한배는자체의추진기능이없어다른배가끌어주어야하지만대부분이자체의힘으로움직이게된다. 같은크기의배라하더라도, 물에잠긴배껍데기부분의외형을잘만들어야물에대한저항이적고추진성능을좋게할수있다. 비록물에대한저항보다는적으나배는바람에대한저항도생기는데, 이를줄이기위해서는물위에드러난부분의모양도잘만들어야한다. 또한추진력을일으키는추진기관을적절하게정하고, 프로펠러도배와추진기관에잘어울리게만드는것이필요하다.

3. 배는튼튼한그릇으로서의역할을해야한다. 선체는물이새지않아야하고, 배에실린장비와화물들을튼튼하게받쳐주어야한다. 배가움직일때에는추진기관등에서생기는진동이있고, 배에실리는각종장비와화물의무게그리고파도에의한불균일한힘이가해지므로, 배는튼튼하게만들어져야한다. 그러나배를튼튼하게만든다고지나치게두껍게하면, 무게가늘어나서그만큼짐을못싣고추진성능도나빠지게되므로, 가능한한적절한강도를유지하도록해야한다. 배는물위에떠서쓰러지지말고안전하여야한다. 물위에떠있는모든물체는한쪽으로기울어지더라도곧바로원래의중립상태로돌아가는복원성이라는특성이있다. 그러나배는그릇같이윗부분이열려있으므로너무많이기울어지면배에물이차거나, 복원성을상실하여뒤집혀서가라앉게되어있다. 따라서배가크게기울지않도록충분한복원성을확보하여야한다. 그러나기울어지는것을방지하기위하여지나치게큰복원성을가질경우마치오뚝이처럼배가너무흔들려서도리어화물에손상을주거나타고있는사람이심한멀미를하게되므로, 이또한적절한크기의복원기능만을주어야한다. 배는파도중에서도그움직임이안정되어야한다. 배가다니는바다는물론강과호수까지도항상크고작은파도가있는데, 배가파도중에움직일때상하운동이나좌우운동등이없을수는없으나, 가능한한그움직임이작아야큰파도중에서도항해가가능하고, 원하는방향으로빨리움직일수있다.

4. 배는원하는방향으로조종하여나아갈수있도록해야한다. 이를위해서는적당한크기의방향타를설치하는것이가장중요하지만, 물속에잠긴배의모양도조종성능에많은영향을미치게되므로배의설계시조종성능도함께고려되어야한다. 배도자동차와마찬가지로프로펠러가정지중에는옆으로갈수없으므로, 항구에서의접안등의경우에는다른배가옆에서밀어주어원하는방향으로조종하게된다. 특별한용도의배에서는방향을자유자재로바꿀수있는추진장치가사용되기도하고, 배앞뒤에좌우방향으로만작용하는보조추진장치가설치되기도한다. 위에서설명한배의기능들을만족시키기위해서는여러가지장비를배에설치해야한다. 특히안전에관련된내용들은대부분국제규약및국내외법으로규정되어있다. 이들장비들을전부설치하기위해서는배는매우복잡한구조를갖게되는데, 이들을운항장비와동력장비그리고거주장비등으로나누어알아본다. 1) 조타장비 배를원하는방향으로움직이게하기위해서는타(舵)가있어야한다. 타는프로펠러바로뒤에두어야성능이좋아지므로대부분의배는타를배의맨뒷편에설치하게된다. 수중에설치된기뢰를제거하는소해정을비롯하여배를원하는방향으로쉽게조종해야하는특수선의경우에는수직날개의각도를적절히조절하며회전시켜주는연직축프로펠러(Voith-Schneider Propeller)가사용되기도하고프로펠러를전동모터로돌리게하면서그전체를원하는방향으로돌려줄수있는방향조정프로펠러(Azimuth Propeller)가사용되기도한다.

5. 2) 적하역장비 배에는화물을싣고내릴수있는장비가있어야한다. 배에실리는화물로는석탄과곡물등의건화물과원유및액화가스등의액체화물그리고컨테이너화물로크게나눌수있다. 적하역장비로는화물의내용에따라배또는항구에설치된크레인을사용하거나, 펌프를사용하게된다. 근래에이르러화물수송으로각광을받고있는컨테이너선의경우, 전용항만내에전용크레인을설치하여적하역자동화로작업속도를높여가고있다. 배의화물창위에는짐을보호하기위해서창구덮개를설치하는데, 컨테이너선의경우에는창구덮개로갑판을덮은후그위에컨테이너를더싣게된다. 3) 계선계류장비 배를항만안벽에묶어두거나, 항만내외에서앵커(anchor)를내리고정지해있을수있는장비가있어야한다.배를항구내안벽에나란히접안시키고줄로묶어놓는것을계선이라하는데, 배위에볼러드(Bollard)와함께줄이잘지나가게하는바퀴(Roller Fair Leader)와윈치(Winch) 등이있다.배를고정시키는또하나의방법이계류인데이는앵커를물밑땅바닥에걸리게하는것이다. 수심이낮은곳에서앵커는물론앵커체인이땅바닥에상당부분끌리게해야하므로앵커체인은길어야한다. 큰배의경우좌우두줄의합이500m 내지700m 정도가된다. 배위에는앵커를내리거나올릴때걸림이없도록미끄럼관이있고, 양묘기(windlass)와앵커체인저장고가있다.

6. 4) 항해및통신설비 배의속력제어, 위치파악이나방향유지, 장애물탐지, 그리고통신기능등항해에필요한각종장비들을갖추어야한다.오래전에는나침반과망원경을가지고지형과위험물을관측하고해도를찾아가면서항로를찾고방향을잡아목표를향해항해하였다. 오늘날은인공위성과전자기기및컴퓨터의발달로전자동항법시스템이가능해졌고, 지구상어느곳에서나쉽고정확하게자기위치를파악할수있는GPS(Global Positioning System)와전세계해상에서의조난과안전운항을지원하는GMDSS(Global Maritime Distress and Safety System)등이지원되고있으며, 텔레비젼은물론자동전화와인터넷까지자유자재로사용하게되었다. 1) 주기관 배에는추진기를움직이기위한동력발생주기관이필요하다. 주로디젤기관을사용하나군함등과같이가볍고빠른배를위해서는가스터빈기관이장착되기도한다.배의주기관은열악한환경의제한된공간안에설치해야하고, 20년이상배의수명이다할때까지교체가불가능하며, 바다한가운데에서고장시전문기술자의지원이쉽지않다는특징이있다. 따라서선박용기관의기본장치는육상용기관과동일하지만, 선박용기관은습도와염분에강해야하고, 배의운동에잘적응해야하고, 설치장소가협소하므로간결하여야하고, 저속과고속간의급격한변화를이겨낼수있어야하며, 고장률이낮고수명이길어야한다.

7. 2) 보조기관 배에는주기관외에증기, 압축공기, 유압, 증류수등기타에너지원을만드는장비등이필요하다. 또한연료와윤활유의순환및세정장치와냉각수순환장치와열교환기등도필요하다. 3) 전기장치 배에는각종보조기관에전기를공급하고, 배안팎의조명및항해통신설비에전기를공급하기위한발전기와함께전기배선이필요하다. 대형선박의경우전선의총길이는10만m 이상이며, LNG선과같이복잡한배에서는그보다훨씬많은전선이필요하다. 또한전선은통신선이나배관과는가능한한멀리떨어뜨려설치해야한다. 더구나요즈음에는배를다만들고전선을설치하는것이아니고, 블록을만들때동시에설치하여나중에조립하게되므로설계와시공에많은주의를요한다.

8. 1) 선원거주구설비 배에는선원이일하며살수있도록업무공간과취사및취침용선실을갖추어야한다.모든거주구는기관실과조타실을고려하여배치하게된다. 조타실은전방의시야를좋게하기위해가능한한배앞에설치하는것이좋겠지만, 배앞부분에서는상하운동이커서작업이어렵고피로가크므로뒤쪽이유리하다. 또한조타실은기관실과가까이있어야하는데, 기관실은프로펠러가있는배뒷편에설치해야하므로, 일반상선의조타실은대부분배뒷편가장높은곳에위치한다.조타실에는각종항해장비, 통신장비, 조타장비가있으며, 주기관을비롯한각종작업장비의상태를감시및조정하기도한다. 일반상선에서는조타실아래에기타업무공간, 취사, 휴식및취침공간이있으며그아래에기관실이있다. 2) 소화장치및구명장치 배는해난사고에대비한인명구조설비를갖추어야하고, 화재시에대비한화재예방과소화장치를각각갖추어야한다. 화재나침수중인배에서는사람들이구명보트에탄후, 이를물위에안전하게내려놓도록되어있다. 물위에내려온구명보트가전복되는경우나기름등오염물에의해사람들이질식되거나시력을잃는경우도있으므로, 요즈음에는덮개가있는구명보트가사용되고있다.

9. 1) 깊이(Depth: D) 선체중앙에있어서상갑판현측상면에서기선까지의수직거리를선박의깊이라한다. 2) 흘수(Draft) 선체가수중에잠겨있는부분의깊이를뜻한다.선저로부터수면까지의연직거리를말하는데, 필요에따라선수흘수, 선미흘수, 평균흘수등으로구별하여부르기도한다. 모든배에는흘수표(Draft Mark)를표시해야하는데, 선수및선미의외부양측면에선저로부터최대흘수이상에이르기까지표시한다.

10. 3) 만재흘수선(Load Line) 선박에화물을선적할때더이상실을수없는최대한도의흘수를만재흘수라고하고, 그때의흘수선을만재흘수선이라고한다.선박은항해의안전유지상항해시기와해역에따라적재중량을조정할필요가있으며이를위해“만재흘수선국제조약”에의한만재흘수선을정해선측에표시하도록되어있는데, 이것을만재흘수선표시라고한다. 만재흘수선을세계적으로적용하기위해전세계의항로를 ①계절동기대 ②열대 ③계절열대 ④하기대의4가지지역으로구분하고, 각지역에대해하기계절과동기계절또는열대로정하고있다. 모든배에는선체중앙부의양현에지정된만재흘수선을나타내기위해만재흘수선표(Load Line Disc)를그려넣어야한다. 4) 건현(Freeboard) 배가안전하게항해하기위해서는지나칠정도로많이수중에잠겨서는항해를감당할수없다. 따라서선박은상당한양의예비부력을가져야한다. 선박의예비부력은선체가물에잠기지않는부분의높이로표시되며, 이것을건현이라한다. 즉건현은선체중앙부건현갑판의현측상면으로부터만재흘수선까지의연직거리를말한다.

11. 5) 트림(Trim) 선박의종방향의경사로서선수흘수와선미흘수의차이를말한다. 선미흘수가선수흘수보다클때를선미트림이졌다고말하고, 선수흘수가선미흘수보다클때를선수트림이졌다고말한다. 6) 전장(Length Over All: LOA) 선체에고정적으로부속되고있는모든돌출물을포함한선수맨앞으로부터선미맨뒤까지의수평거리를말한다. 배를조종할때, 특히항구에서배를안벽에정박시킬때이길이가고려된다. 7) 수선간장(Length Between Perpendiculars : LBP 또는Lpp) 계획만재흘수선상에있어서선수수선으로부터선미수선까지의수평거리를말한다. 일반적으로선수수선은선수재전면이만재흘수선과만나는위치를말하며선미수선은선미에있는타주(타를지지하는기둥) 후면의위치를말한다. 8) 수선장(Length On Load Waterline: LWL) 계획만재흘수선상의선수전단에서선미후단까지의수평거리를말한다. 9) 등록장(Registered Length) 상갑판의선수재전면으로부터선미재후면까지의수평거리를말하며, 선박국적증서및선박원부에기재된다. 10) 전폭(Extreme Breadth: Bext) 선체의폭이가장넓은위치에서, 좌현외판의바깥면에서우현외판의바깥면까지의수평거리를말한다. 11) 형폭(Molded Breadth: Bmld) 선체의폭이가장넓은위치에서, 좌현늑골바깥면에서우현늑골의바깥면까지의수평거리를말한다. 즉, 위에서설명한전폭에비해외판의두께만큼작아진폭이다. 1) 노트(Knot) 선박이1시간동안1해리를항해하는속력의단위로1,852m/h 또는0.5144m/s 이다. 2) RPM(Revolution per Minute) 1분간돌아가는횟수를나타내는회전수의단위이다.

12. 3) 해리(Nautical Mile) 항해시사용되는길이의단위로써지구적도상에서경도1' 변화에대응되는해면상호의평균길이이다. 국제단위계(SI)와함께잠정적으로사용이허용된단위이며, 1해리는1,852m에해당된다. 선박의무게를표현하는데에는오래전부터톤수(Tonnage)가사용되었다. 선박에사용되는톤은중량의단위뿐만아니라용적의단위로도사용되고있다. 배에서사용되는톤수로는중량을나타내는배수톤수, 배의용적을나타내는총톤수와순톤수, 배가적재할수있는화물의중량을나타내는재화중량톤수와경하배수톤수, 선박의종류별가공공수에대한상대적지표인표준화물선환산톤수의6가지가주로사용되고있다. 군함에는배수톤수가주로사용되고있다. 상선에있어서선복량과건조량이같은통계목적으로는일반적으로총톤수가많이사용되고있고, 일반화물선·유조선과같이화물을주로운송하는선박은재화능력을나타내는재화중량톤수가많이사용되고있으며, 객선과같이적재능력이적은선박은총톤수가많이사용되고있다. 1) 배수톤수(Displacement Tonnage) 배가정수중에떠서평형을유지할때, 배가밀어낸물의중량을배수중량이라고하는데, 이는수선밑배의용적과물의비중과의곱과같다. 이배수중량을톤으로나타낸값을배수톤수라한다. 2) 총톤수(Gross Tonnage: GT 또는G/T) 용적을나타내는톤수로써선각(船殼)으로둘러싸여진선체총용적으로부터상갑판상부에있는추진, 항해, 안전, 위생에관계되는공간을뺀용적을말한다. 3) 순톤수(Net Tonnage: NT 또는N/T) 직접영업행위에사용되는면적, 즉화물과여객의수송에제공되는용적을말한다. 즉, 총톤수에서선원실, 해도실, 기관실, 밸러스트탱크등선박운항에이용되는부분을제외한순적량을톤수로환산한수치이다. 보통총톤수의약65% 정도에해당된다. 순톤수는직접상행위를하는용적이므로항세, 톤세, 운하통과료, 등대사용료, 항만시설사용료의기준이된다. 4) 재화중량톤수(Deadweight Tonnage: DWT) 선박이적재할수있는화물의중량을말하며, 여기에는화물외에여객, 선원및그소지품, 연료, 음료수, 밸러스트, 식량, 선용품등의일체가포함되므로실제수송할수있는화물의톤수는배수톤수로부터화물외의각종중량을뺀무게가된다.

13. 5) 경하배수톤수(Light Displacment Tonnage : LWT) 선박자체와기계류, 제반기구및여러가지부속품의무게, 즉경하상태에있는선박의무게를말한다. 이경하배수량은 선박을 해체하기 위하여 매각하는 경우 지급되는 선가의 기본 단위가 된다. 짐을 만재하였을 때의 배수톤수와 이 경하배수톤수의 차이가 재화중량톤수이다. 6) 표준화물선환산톤수(Compensated Gross Tonnage: CGT) 조선소간혹은국제간의선박건조량을비교하기위해각종선박의건조량을표준화물선에대한값으로환산한톤수이다. 총톤수1만톤의일반화물선에있어서1톤당건조에소요되는가공공수를1.0으로하여선종과크기등에따라상대적계수를정하고, 여기에총톤수를곱함으로써실질적건조량을나타낼수있는톤수이다컨테이너선10,00G/T 1척과여객선10,00G/T 1척은종전의G/T 개념으로는동일하나, 실제건조원가와부가가치면에서여객선이컨테이너선보다월등히높다고볼수있다. 따라서CGT 개념을적용하면, 10,000G/T 컨테이너는환산계수가1.2이므로12,000CGT가되며, 10,000G/T 여객선은환산계수가3.0이므로30,000CGT가되어견적과통계의상호비교를위한기준이된다. 앞에서설명한배의기능과장비그리고치수등을사용하여임의의배한척에대해그내용을상세히설명하도록한다.이사진은한진중공업에서건조하여2002년에프랑스의FT Marine사에인도한8,200톤급케이블부설선의전시용모형이다. 이배는해저에전선을부설하거나, 부설된전선을보수하는데쓰이는배이다. 배의제원은다음과같다.전장: 143.0m수선간장: 120.0m형폭: 22.0m깊이(상갑판) : 17.0m깊이(주갑판) : 12.0m설계흘수: 7.4m재화중량톤수: 8,200톤배수톤수: 15,000톤

14. 우리가배를관찰할때에는먼저, 물위에나타나있는부분과물속에잠겨있는부분을함께생각해보아야하겠다.우리가바다에서혹은사진으로물위에떠있는배를볼때에는물밑에잠긴배의모습을알수가없다. 아래사진에서볼때붉은색으로칠해져있는부분이물속에잠기는부분이다. 대부분의배에서물속에잠기는부분은붉은색페인트를칠하게되는데, 이는해양의동식물이붙어서표면이거칠어지므로추진성능이나빠지는것을막기위해특별히제조된방오페인트이다.물속모양은비교적단순해보이나, 이부분이조금만달라져도저항추진성능과운동조종성능에큰영향을미치므로아주공을들여설계를하고제작을해야한다. 앞쪽에타원형공같은것이튀어나와있는데, 이는배가일으키는파도를상쇄시켜서저항성능을좋게하기위한것으로대부분의배에서적용되고있다. 배뒤쪽에는프로펠러가두개있는데, 이배는추진력이많이필요하나프로펠러를크게할수없는상황이므로프로펠러가두개인쌍축선을적용 적용한것이다. 각각의프로펠러는프로펠러축과이를지지해주는스트럿에연결되어있다. 프로펠러뒤에는각각고양력타가설치되어있다. 본선박은해저에케이블을부설및수리하는배로서, 배의위치고정및동적제어(Dynamic Positioning)가중요하므로고양력타와함께배앞뒤에는저속혹은정지중에도옆으로움직일수있도록사이드스러스터(Side Thruster)가두개씩설치되어있다. 사이드스러스터는배의좌우를관통시키고그가운데프로펠러를설치하여추력을좌우방향으로발생시킬수있도록한장치이다. 또한사진상에는나타나지않으나, 선수스러스터바로뒤선체중앙아래부분에상하로출입이되는스러스터(Retractable Thruster) 1기가장착되어있다. 동적위치제어시에는이상의모든기기들이유기적조합을이루어자동제어가되도록시스템이갖추어져있다.이제배윗부분을관찰해본다. 이배는일반상선에비해조타실의높이가낮고가운데부분으로치우쳐져있음을알수있다. 배뒷편의갑판에서케이블부설작업을해야하므로조타실이다소앞으로갔으며, 갑판위에짐을많이실을필요가없으므로갑판을줄이고거주구를넓게배치하였다. 배뒷편에는케이블부설을위한크레인과에이프레임등각종장비가있으며, 바다위에띄워위치, 조류속도, 파고등해상상태를관측하기위한부이(Buoy)도있다.배앞부분에는선수마스터와크레인외에좌우현에두개의닻과각각의양묘기(Windlass)가있다. 선수좌우과선미좌우에접안용볼러드(Bollard)이있다. 또한여분의프로펠러도보이는데, 다른배와는달리이배는배뒤쪽에서많은작업이이루어지므로여분의프로펠러를앞쪽에실었다.배중간부분에조타실이있으며, 조타실위에선박의항해및케이블수리및부설을위한위치추적장치등여러가지의안테나가있다. 그옆에구명보트가준비되어있다.이배의경우배수톤수가15,000톤임에비해재화중량톤수가8,150톤으로서매우작은데, 이는화물을운반하는상선이아니고, 작업선이므로싣고내리는짐이거의없으며케이블수리및부설을위한각종기기류가많은특성때문이다.선박바닥은2중바닥구조로견고하게하여, 좌초했을경우에해수가바로선내에침수되는것을막는것과동시에, 그부분을연료탱크, 청수탱크, 밸러스트탱크등으로구분해서이용하고있다. 또2중바닥상부는상갑판까지횡격벽을적당한간격으로세워선창내를구획함으로써선내에화재가일어나거나, 침수해도한구획내에서그치도록하였다.2중바닥의양측은선내에고이는오수를저장하는빌지웰로되어있는데, 여기에는기관실의펌프와연결된배수관을통하여선내에고인오수를수시로배밖으로배출한다. 이처럼배의수중에있는밑부분은방수와배수가잘되도록되어있다