배수량, 부심(부심의 위치), 매센티당배수톤(TPC)

라. 배수량(排水量; Displacement)

선박이 물에 떠 있을 때 배제한 물의 중량을 배수량이라한다.

아르키메데스의 원리에서 알 수 있듯이 배수량은 그 선박의 중량(重量)과 같다.

따라서, 선박이 떠 있는 수면까지의 배수용적에 그 선박이 떠 있는 물의 비중량(단위체적에 대한 중량)을 곱하면 그 수선으로 떠 있는 그 선박의 중량 즉, 배수중량을 얻을 수 있다.

해수의 비중은 해역에 따라 다르나 대략 1,020 ～ 1,030 의 범위에 있다. 일반적으로 그 평균값인 1,025를 사용한다. 어떤 흘수로 떠 있는 선박의 중량은 그 선박의 중량을 직접 계측하지 않고서도 그 수선까지의 용적만을 구함으로서 얻을 수 있는 것이다. 아래 그림에서 배수량을 심슨제1법칙을 적용하여 구하면 다음과 같은 산식으로 표현할 수 있다

 

 

마. 부심 (浮心; Center of Buoyancy)

수압은 물의 깊이에 정비례하므로 깊이가 깊을수록 수압이 크게 된다. 아래 그림은 수압의 분포상태를 나타낸 것이며 좌우 양편의 수평수압은 크기가 같고 방향이 반대이며, 동일선상에 있고 대칭이기 때문에 선체를 가압(加壓)하려는 작용을 한다. 만곡부에 작용하는 수압은 그림(b)와 같이 이것을 수평, 수직분력으로 분해하면, 수평분력은 전술한 바와 같이 좌우 양현에 작용하나 수직분력은 선저부에 작용하는 상향의 수압과 함께 선체를 상방향으로 밀 어 올리는 작용을 한다. 이 힘을 부력이라 한다.

선박을 지지하고 있는 부력은 부력의 중심 즉, 선박의 수선하부의 용적의 기하학적인 중심인 부심을 통하여 수직 상방향으로 작용한다. 그러므로 부심은 선박자체의 중량의 중심과는 아주 다르다. 선박의 중심은 구조부재의 중량의 분포와 선박안의 모든 중량물의 배치에 따라 정해지며, 부심은 오로지 선박의 수선하부의 형상에 의해서만 정해진다.

 

1) 부심의 수직위치(KB)

부심은 수선하부의 용적의 기하학적인 중심이기 때문에 아래 그림과 같은 상자형 선박이나 삼각형 단면을 가지는 선박의 경우에는 부심의 수직위치를 간단히 찾을 수 있다. 즉, 상자형 선박에서는 수선하부의 직사각형 단면의 중심점인 d/2 의 위치에 있으며, 삼각형 단면의 선박에서는 수선하부의 삼각형단면의 중심적인 2d/3 의 위치에 있게 된다.

그러나 일반선박에 있어서는 수선하부의 용적이 규칙적인 입방체로 되어있지 않고, 3차곡면에 의하여 이루어지는 입체형상을 가지므로 실제 계산에 있어서는 간단하지 않다.

일반선박에 있어서 부심의 기선으로부터의 수직거리 KB는 기선에 대한 수선하부의 배수용적모멘트를 그 배수용적으로 나눔으로써 얻을 수 있다.

기선에 대한 배수용적모멘트는 용적계산을 위한 각각의 수선면적에 기선으로부터의 거리를 곱하여 얻을 수 있다. 따라서, KB는 다음과 같은 계산식으로 구할 수 있다.

 

 

2) 부심의 세로방향의 위치 (LCB)

부심의 세로방향의 위치는 보통 선체중앙(Midship)으로부터의 거리로 나타낸다. 그러므로 선체중앙에 대한 배수용적모멘트를 배수용적으로 나누면 선체중앙으로부터 부심까지의 거리를 얻을 수 있다.

선체중앙에 대한 배수용적모멘트는 용적계산을 위한 각각이 횡단면적에 선체중앙으로부터의 거리를 곱하여 얻을 수 있다.

따라서, LCB는 다음과 같은 계산식으로 구할 수 있다.

 

바. 부면심 (浮面心; Center of Flotation)

선박이 떠 있는 수선면(水線面; Water Plane)의 면적중심(도심)을 부면심(浮面心)이라 한다.

선박이 똑바른 상태로 떠 있으면, 선박은 세로수직중심선면에 관하여 대칭이기 때문에 부면심은 세로중심선상에 있게 된다. 선박안에 있는 중량물을 세로방향으로 이동할 경우 선박은 배수량에 변화없이 트림을 한다. 만일 그 트림의 변화가 크지 않다면, 부면심에서의 흘수는 변화가 없다. 즉, 선박은 부면심을 지나고 중심선에 수직인 축에 대하여 트림의 변화를 일으킨다. 또한, 작은 중량물을 선박의 부면심위에 실었을 경우에는 증가한 중량과 증가한 부력이 선박의 원래의 중심과 부심으로부터 같은 거리만큼 떨어진 위치에 있게 되므로 트림의 변화가 없을 것이다. 그리고, 이들 두 증가량은 서로 같으므로 그 선박의 중심과 부심은 평형을 유지하면서 같은 거리를 이동할 것이다. 부면심의 세로방향위치는 배수량등곡선도에 그려진다. 그 곡선에는 부면심(Center of Flotation) 또는 수선면의 중심 (Center of Gravity of Waterplane)이라고 불리워지며, 영문표기로는 F로 표시된다.

 

 

사. 매센티당배수톤수(cm當排水톤數: Tons per cm immersiom)

선박이 어떤 주어진 흘수로 떠 있을 경우, 무게를 알 수 있는 어떤 중량물을 선박에 실었을 때 얼마나 가라앉을 것인가 또는 중량물을 제거했을 때 얼마나 떠 오를것인가를 알아야 할 경우가 있다. 선박의 전 배수량은 그 선박의 중량과 같으므로 선박에 실을 중량물에 의한 배수량의 증가는 그 실을 중량과 같다. 어떤 수선(Water Line)에서의 매센터당배수톤수는 그 수선에서 1cm의 흘수변화를 주기 위하여 그 선박에 실어야 할 중량, 또는 그 선박에서 제거 하여야 할 중량을 뜻한다.

1cm사이의 현측을 수직이라고 가정하면, 해수에 떠있는 선박에 대하여 다음의 관계가 성립한다.

 

매센티당배수톤수는 배수량등곡선도에 그려지며, 영문표기로는 TPC로 표시된다.