« 선체 »를 가르키는 프랑스어로는 « 꼬끄(Coque_Hull) »와 « 플로퇴르(Flotteur_Float) »가 있습니다. 꼬끄는 폭넓게 배 분야에서 선체를 뜻하며, 프로퇴르는 경기용 분야에서 주로 사용됩니다. 좀더 세부적으로 보면 선체 중 물에 잠기는 부분, 즉 선체의 수면 이하의 부분을 까렌(Carène_Hull bottom)이라고 합니다. « 카타마란(Catamaran_쌍동선) », 두 개의 선체(Coque_Hull)를 갑판 혹은 어떤 구조물로 연결한 배의 한 종류를 일컫습니다. 카타마란의 가장 큰 장점은 공간성(Spatialité)과 복원성(Stabilité_Stability)인데요, 이는 두 선체의 « 존재 »에 의해서 보다, 두 선체의 « 간격 »에 의해 더 큰 영향을 받습니다. 특히 그 장점의 횡적 요소를 확보하는데 선체의 폭을 늘릴 필요가 없습니다(단동선의 경우 이를 확보하기 위하여 선체의 폭을 넓힘). 횡적 요소에 어느정도 자유로워진 카타마란의 선체는 미끌림 방지를 위한 그의 그 친구들(방향타, 데리브)과의 조화를 고려하며 종적 요소에 주력할 수가 있습니다.

                                   카타마란의 선체                                                         단동선의 선체

                                                                                                                                                       Illustration KIM Nam Jung

    비단 카타마란에서 뿐만 아닌, 배의 선체에서 고려해야 할 물에 대한 저항은 크게 두 가지로 생각해 볼 수 있는데요, 물에 떠있는 선체가 « 나아가면서 받는 마찰의한 저항(Résistance à l’avancement) »과, 파도에 의한 « 조파저항(Résistance de vague) »입니다. 마찰에 의한 저항은, 물에 잠겨진 표면적에 비례하므로, 즉 까렌(Carène_Hull bottom) 의 표전적에 비례하므로, 단면이 « 반원인 까렌»이 마찰 저항에 가장 유리합니다(면적대비 둘레가 가장 작은 형태는 원). 조파저항은 프루드(Froude) 수 0.3을 지나면서부터 급격히 증가하는데요, 선체가 세장할수록 파도를 더 잘 가르는 건 당연하겠죠. 하지만 얇은 선체는 그만큼 부피(배수량)에 대한 표면적이 늘어남으로 무게와, 마찰 저항에 불리하게 됩니다. 따라서, 이론적으로, 마찰 저항과 파도 저항을 동시에 고려하면, 까렌의 단면(Section du carène)이 깊이 방향으로 더 긴 « 반 타원형 » 일 때 저항이 가장 작습니다. 사실 이러한 형태는 저항만을 고려한 형태이기에 준 경기용, 경기용 카타마란과 까렌 내부의 부피를 고려하지 않아도 되는 경우만으로 제한적입니다. 여가용의 경우 낮은 흘수(Tirant d’eau_Draft)와 내부의 공간성은 포기할 수 없는 요소이므로, 이론적 형태에 이러한 요소가 고려되어야 할 것입니다.

               노티테크 475의 뒷부분 선체단면                                  노티테크 475의 앞부분 선체단면

                                                                                                                                      Extrait Revue Bateaux et Illustration MORTAIN MAVRIKIOS

    1994년 선박건축가 모르탕(Mortain)과 마브리키오스(Mavrikios)는 노티테크 475(Nautitech 475)에서, 물론 작지만, 마찰면적(Surface mouillée_wetted surface)의 증가를 감수하고서도 흘수 깊이를 줄이기 위해 바닥이 평평한 까렌을 계획하였고, 동시에 선저의 선(Ligne de quille_Keel-line)의 흐름을 유지하여 미끌림과 앞뒤 흔들림을 줄이고, 선두의 단면을 약한 V형으로(마찰면적은 증가) 설계하여 슬라밍(Slamming_파도가 선수를 밀어 올리는 현상)에도 저항하는 효과를 주었습니다.

     기본적으로, 큰 상부 구조물과 세장한 선체를 가진 카타마란은 단동선에 비해 선체 자체의 깊은 흘수를 피할 수 없습니다. 이론적으로 저항에 이상적인 반 타원형에, 여가용이라는 프로그램이 가미되어 낮은 흘수가 고려되었다 할지라도 아르키메데스의 법칙에서는 벗어날 수 없습니다. 여가용 카타마란의 경우 전체의 무게 중심이 상대적으로 뒤에 위치하기 때문에, 그에 상응하는 지점에서 선체의 가장 큰 부피, 즉 선체의 가장 낮은 지점이 위치합니다(아르키메데스 법칙). 그러나 여기에 고려해야 할 사항이 있습니다. 선체의 갯수를 떠나 브왈리에는 돛에 이르는 바람의 힘(상부의 뒷쪽에서 미는 힘)으로 전진하고 물의 저항(하부의 앞쪽에서 미는 힘)을 받기 때문에, 항해 시 선수가 어느정도 « 쳐박히게(Moment piqueur) » 되는데요, 카타마란의 경우, 안정성이 높기 때문에 큰 돛을, 깊은 흘수로 큰 저항을 받기에, 선체의 가장 낮은 지점이 뒷 쪽으로 갈수록 이러한 문제는 더 두두러집니다. 큰 쥐프(Jupe_Deck skirt)는 그의 실용성에서는 좋지만, 이러한 현상을 더 가중시키는 역할을 합니다. 이러한 단점을 줄여 보고자, 선체의 미끄러짐에 크게 해치지 않는 범위에서, 쥐프의 하부의 선의 다소 급하게 올리는데(쥐프의 부피를 줄임), 프로그램에 따라, 가볍고 빠른 카타마란의 경우, 보통 쥐프가 물에 잠기게 설계되므로 그 범위가 제한적이 될 수 밖에 없고, 무거운 카타마란의 경우, 쥐프가 물위로 떠오르므로 그나마 자유로우나, 이 또한 쥐프 하부의 물의 점성에 대한 저항(Résistance de viscosité) 때문에 큰 효과를 보지 못합니다. 전통적인 이론으론, 물을 더 잘 가르기 위해서는 브왈리에 건보트(Gun Boat)처럼 선수가 뾰족하고 특히 브리옹(Brion_Fore-foot) 부분이 날카로워야 저항에 유리합니다. 이러한 선수는 슬라밍(Slamming)을 줄이지만, 특히 선수 상부의 부피 증가가 없을 때는 카타마란의 선수의 처박힘 현상에 더 취약할 수 있습니다.

                                                                          건보트(Gun Boat)                                 Extrait Hompage de Gunboat

    라빌레뜨 건축학교 선박건축 교수님인 크리스토프 바호(Christophe Barreau)는 카타마란의 이러한 현상에 관심이 많았는데요, 그는 15년 전부터 선두 처박힘 현상의 대안으로 « 구상선수(Etraves bulbées_Bulbous bow) »를 제안했습니다. 건보트와는 반대의 개념이죠. 대형 상선의 조파저항을 줄이기 위하여 고안된 벌브는, 이곳에서 그의 전통적인 효과와 함께 선수 처박힘(Moment piqueur)과 앞뒤 흔들림(Tangage_Pitching)을 완화하여 승선감에 기여하고, 아울러 수면과 만나는 부분의 선수는 최대한 날카롭게 해 물의 저항을 줄여 속도에도 어느정도 효과를 가져오고 있습니다. 그의 선체에서 숨겨진 또 하나의 비밀은 축이 하부에서 바깥으로 벌어졌다는 것입니다. 이는 무게중심을 양쪽으로 더 분산시켜 측면 복원성(Stabilité latéral)을 증가시켰습니다. 그가 설계한 카타나(Catana)는 동급에 비해 다소 비싼데요, 이러한 디테일 등이 숨어 있기 때문입니다.

                             쥐프(Jupe_Deck skirt)의 부피 줄임 개념도                           우트르메르 49(Outremer 49)

                                                                        Extrait Revue Bateaux et Illustration CHENUE BARREAU NEUMAN

                                                          카타나 47(Catana 47)                                    Photos KIM Nam Jung

    카타마란은 두 개의 선체로 이루어 졌기 때문에 가로 흔들림(Roulis_Bank)에 상당히 안전한 반면, 앞뒤 흔들림(Tangage_Pitching)에는 특히 주의 해야 합니다. 이 흔들림을 어떻게 다루느냐가 카타마라의 승선감과 속도를 좌우하며, 이는 선체의 전체적인 형태에도 영향을 미칩니다. 만약, 선수의 처박힘 현상이 파저를 향해 나타난다면, 파고는 갑판의 밑바닥(Nacelle)에 충격을 줄 가능성이 커집니다. 따라서 최고 적재량과 이러한 현상이 고려되여 갑판 높이가 결정되고, 이에 일반적으로 카타마란의 선체의 건현은 다소 높은 편입니다(위도면 참조). 하지만, 카타마란 샤틀워쓰(Shuttleworth)처럼 « 르덩(Redan_Step-bottom) »의 도움으로 파도를 옆으로 퍼지게 유도한다면, 갑판의 높이를 낮출 수 있고, 이는 카타마란의 전체 무게 중심을 낮추어, 안정선을 높이며, 동시에 더 강력한, 더 빠른 카타마란이 가능하게 합니다. 게다가 르덩은 내부 공간성에도 장점이 있어 두 마리 토끼를 잡을 수 있습니다. 그러나 여기에서 르덩은 다소 미(美)를 해치는 요소로 많은 선박건축가들은 두 선체 사이 터널 부위에만 적용 하기도 하고, 최근 설계된 카타나 92(Catana92)의 경우, 안벽은 큰 르덩으로, 수직에 가까운 선체 외벽에는 작은 르덩으로, 그의 효율성과 미(美)의 타협을 시도하기도 했습니다. 또 한가지 선수의 처박힘과 앞뒤 흔드림을 줄이는 요소로 « 역선수(Etrave inverse_Invers bow) »를 들 수 있는데요, 현재는 경기에용 카타마란에 많이 적용되고 있습니다. 프로그램에 맞쳐 고려된 선체에, 선수하부를 덧붙이는 형식으로, 이는 수선(Ligne de flottaison_Waterline)을 늘리는데도 도움을 줘 속도에도 긍정적인 영향을 미칩니다.

                                                                 샤틀워쓰(Shuttleworth)                      Extrait Hompage de John-Shuttleworth

    카타마란의 복원성이 뛰어나기 때문에 대부분 용골을 설치하지 않습니다. 단, 옆 밀림을 방지하기 위해, 전통적인 방법으로는, 선체 밑에 가로로 긴 날개를 설치하는데요, 이는 방향타를 보호하는 역할도 합니다. 최근 세로로 긴 요소로 들어 올려지는 데리브(Dérive sabre_Dagger-bord)의 사용이 많은데요, 이는 같은 면적의 가로요소 보다 효율이 좋고, 순풍 시에는 들어 올려, 저항을 줄일 수 있는 장점이 있습니다. 만약 여기에 방향타 마저 들어 올려진다면, 흘수 깊이는 더 낮아질 수 있습니다.

    지금까지 말씀 드린 카타마란의 선체의 구성요소 중 가장 근본적인 요소는 세장하고 다소 높은 선체를 어떻게 효율적으로 혹은 안정적으로 물에서 미끌어 지게 할 것인가 입니다. 타원이라는 주관적이 형태는 물과 함께, 헤아릴 수 없는 경우의 수를 만듦니다. 선박건축가는 이를 이해하고 그들 잘 다루어야 할 것입니다.   

                                                                                                          Extrait Architecture navale Connaissance et pratique

리슈-프루드 수(Nombre de Reech-Froude) : Fn=VB/√(gxLWL)

           VB : 배의 속도(Vitesse du Bateau)

           g : 중력 가속도 9.81m/s²

           LWL : 수선 길이(Longueur à la flottaison_Waterline)(단위:m)

    프랑스의 수학자이자 물리학자인 페르디넝 리슈(Ferdinand Reech)의 연구를 이어 받아(?) 영국의 유체역학자이자 선박건축가인 윌리엄 프루드(William Froude)가 배의 모형으로 연구한 배의 길이와 속도와의 관계를 나타냅니다. 배의 속도에 따라 배에 의해 발생되는 파도의 파장과 파고가 달라집니다. 이 파형의 변화는 조파저항에 밀접한 관계가 있어 배의 속도에 영향을 줍니다. 이 수식은 배의 길이와 경제속도를 관계를 설명하며, 이를 이용하면 선체의 볼륨과 적정 속도를 결정할 수 있습니다. 위의 왼쪽 그래프에서 카타마란(빨강)과, 플라닝 선체(파랑), 그리고 이드롭테르(노랑)의 프루드수와 조파저항과의 관계를 확인 할 수 있습니다.

www.nautitech.fr(노티테그 홈페이지)

www.gunboat.com(건보트 홈페이지)

www.catana.com(카타나 홈페이지)

www.john-shuttleworth.com(샤틀워쓰 홈페이지)

프랑스 파리에서 김남중 올림(hinamjung@hotmail.fr)