선박 조종시 타의 작용

 타판에 작용하는 압력

우리가 선박을 조종하기 위해서는 자동차의 핸들과 같은 조타장치를 이용하여 타를 조작하게 되는데 이때 타판과 물 사이에 발생하는 저항에 의하여 우리가 원하는 방향으로 선박을 조선할 수 있게 되는 것입니다. 우리가 타를 운용할 시 타판에 작용하는 압력에는 직압력(Fn), 마찰력(Ff), 항력(Fd), 양력(Fl)이 있습니다.

 

직압력(Fn)

타판에 작용하는 여러 가지 힘의 기본적인 힘을 말합니다. 타가 양각(타면이 그 진행 방향과 이루는 각)을 가진 상태에서 전진할 때 타판에 미치는 압력 Vector의 합을 말합니다.

마찰력(Ff)

물의 점성에 의해 타판의 표면에 작용하는 힘을 말하며 다른 힘들에 비해 매우 낮아 보통 계산을 생략하는 경우가 많습니다.

항력(Fd)

타의 저항력을 말하며, 타각이 커지면 증가하고 조타 중 선체 저항이 증가하는 하나의 원인이라고 할 수 있습니다. 이 힘을 줄이기 위해 타판의 외형 및 두께를 정하고 선체단면을 유선형으로 만드는 것입니다.

양력(Fl)

선체에 작용하는 횡방향 추력을 말하며 선체를 회두시키는 우력의 성분입니다. 선체회두 시 효율을 높이기 위해 통상 최대한 큰 양력을 얻을 수 있도록 타판의 형상을 만들게 됩니다.

 

 각종 수류의 영향

 

추진기류(Screw Current)

 

 흡수류(Suction Current)

전진시에는 양쪽 Screw Blade의 추력에 차이가 생겨 우현 측 Blade에 좀 더 강한 입사류가 부딪히게 되어 선수를 좌회두 시킵니다. 반면, 후진 시에는 선미를 향해 직선으로 흘러 들어오기 때문에 회두 작용을 일으키지 않습니다.

 배수류(Discharging Current)

전진시에서는 타의 하부가 상부보다 큰 압력을 받아서 선미를 좌회두 시키고, 선수를 우회두 시킵니다. 반면, 후진 시에는 우현 측 배수류가 우현 선미 측을 거의 직각으로 때려서 선수를 우회두 시킵니다.

 

횡압력(Sidewave Effect)

프로펠러에 의한 힘은 선수미 방향 분력과 횡방향분력으로 분해되며, 선수 방향 분력은 추력이 됩니다. 횡방향 분력이 프로펠러 하부에 상부보다 더 큰 압력을 형성시키고 프로펠러 회전 방향으로 선미를 편향시킵니다. 그 결과로 전진시에는 선수가 좌회두하며 후진 시에는 선수가 우회두 하는 현상이 나타나며 선속이 빨라지면서 횡압력의 영향이 작아집니다.

 

반류

선체가 이동하면서 그 공백을 채우려는 수류를 지칭합니다. Keel 부근에서는 약하고 수면에 가까울수록 현저하게 나타나는 특징을 가지고 있습니다. 전진 시에는 프로펠러 상부에 하부보다 많은 압력을 받아 선수를 우회두 시키며 전진 중에만 발생하고 방형비척계수(Cb)가 클수록 크게 나타납니다.

 

기관 사용 초기 타각 사용에 따른 선체 회두 운동

정선중에 있던 선박이 기관을 사용하여 최초를 기동을 시작한 경우 전진 시에는 타를 사용하는 쪽으로 선수가 회두하시만 아직 타의 압력이 약하고 횡압력이 크기 때문에 좌현 회두가 용이하고 우현 회두는 더디게 발생합니다.

후진 시에는 타압이 약해 선수 우회 두를 막을 수 없으나 상당한 속력으로 후진을 할 경우에는 우현타를 사용하면 좌현 쪽으로 미미하게 회두하는 특성을 나타냅니다.

 타력의 종류 : 발동타력, 정지타력, 반전타력, 회두타력

 

발동 타력

정지 중인 선박에서 주기관을 전진방향으로 전속을 발동하여 출력에 해당하는 일정한 속력이 될 때까지의 타력을 말합니다.

정지 타력

일정한 속력으로 전진 중인 선박이 기관을 정지하여 선체가 정지할 때까지의 타력을 말합니다.

반전 타력

전진방향으로 전속 중에 기관을 후진방향으로 전속을 걸어서 선체가 정지할 때까지의 타력을 말합니다. 반전타력은 흘수와 비례하고 선체 하부 오손에 반비례하여 커지거나 작아지며 선체형태에 따라서 선폭이 좁거나 선체의 길이가 길면 상대적으로  반전타력이 커지는 특성이 있습니다.

회두 타력

회두 타력은 다시 변침 회두타력과 정침 회두타력으로 구분하여 확인할 수 있습니다. 변침 회두타력은 선박이 항주 중 일정 각도를 회두하는데 요하는 시간, 진출거리, 각 변위량 등으로 나타내며, 정침 회두 타력은 선박이 일정한 각도를 회두한 후 어떤 침로에 정침 하기 위해 타를 중앙으로 하였을 때, 선박이 회두를 멈추고 일정 침로의 직선상에 정침 할 때의 회두타력을 말합니다.

회두타력의 경우 흘수와 비례하며 선체 하부 오손에 반비례합니다. 또한 반전타력과는 반대로 선폭이 좁거나, 선체의 길이가 길면 작아지는 특징이 있습니다.

 

 관련용어

 

타효

타의 변화에 따른 선박의 회전능력의 효율을 말합니다.

피치(Pitch)

피치란 프로펠러가 1회전 하면서 선박이 이동하는 거리를 말하며 고정피치와 가변 피치 프로펠러로 구분할 수 있습니다. 고정피치 프로펠러의 경우 피치가 고정되어 선박 후진 시에는 엔진 가동 자체를 역전해야 하는 특징을 가지고 있습니다. 반면 가변 피치 프로펠러의 경우는 프로펠러는 한 방향으로 계속 회전하지만 선교에서 피치의 각도를 조정함으로써 전진과 후진, 저속, 정지 등을 자유롭게 운용할 수 있다는 특징이 있습니다.

실속현상(Stall)

타를 사용할 때 처음에는 타각이 증가함에 따라 압력이 증가하나 특정 각도가 되면 타 주위의 유선이 타 후면의 끝에서 떨어지면서 와를 만들게 됩니다. 이 와로 인하여 양력을 감소시키는 항력이 증가되기 때문에 압력의 값이 불안정하게 되어 타효를 저하시키는 현상을 바로 실속현상(Stall)이라고 합니다. 타의 경우에는 Burbling, 이때의 각도를 실속각 또는 위험각(Critical Angle)이라고 합니다.