구상선수 (Bulbous Bow)

조선해양공학
한 줄 정의: 선수 흘수선 아래에 둥근 벌브 형상을 부가하여 선체가 만드는 파와 벌브가 만드는 파를 상쇄시켜 조파저항을 줄이는 선수 형상이다.

쉽게 풀면

배 앞쪽 물속에 둥근 혹을 붙여서 물결을 줄이는 방법이다.

왜 중요한가

구상선수는 설계 속력 부근에서 조파저항을 크게 줄여 연료를 절감하므로, 대형 상선 대부분에 채택되며 선형 최적화 연구에서 가장 자주 변경되는 형상 변수입니다. 실무에서는 감속 운항이 일반화되면서 기존 선박의 구상선수를 저속에 맞게 개조하는 사업이 실제로 이루어졌고, 그 효과는 예인수조시험과 해상시운전으로 검증됩니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

구상선수의 형상과 크기는 설계 프루드수에서 조파저항이 최소가 되도록 CFD 해석과 모형시험을 통해 최적화되며, 저속 운항시에는 오히려 저항을 증가시킬 수 있다.

컨테이너선의 구상선수 형상을 설계속도에 맞추어 최적화하여 조파저항계수를 저감한다.

"벌브형 선수를 채택한 선박은 동일 속력에서 조파저항이 감소하여 연료 소비량이 줄어들었다."

선수 아래 둥근 형상이 만드는 파와 선체 자체가 만드는 파가 서로 상쇄되도록 설계하면, 물살을 가르는 데 드는 저항이 줄어 연비가 개선된다는 의미입니다.

조금 더 깊게 보면

구상선수는 파를 상쇄하는 원리상 특정 속력과 흘수에 맞춰 설계되므로, 설계점을 벗어난 저속이나 밸러스트 흘수에서는 오히려 저항이 늘어날 수 있습니다. 이 때문에 운항 프로파일이 넓은 선박에서는 구상선수를 작게 하거나 없애는 선택도 있습니다. 또한 벌브는 수선 아래 형상이라 슬래밍과 앵커 체인 간섭도 고려해야 하며, 구상선수가 곧 저항 저감이라는 등식은 성립하지 않습니다. 구상선수가 만드는 파는 선체 자체가 만드는 선수파와 위상이 반 파장 어긋나 마루와 골이 겹치도록 설계되어야 상쇄 효과가 최대가 되므로, 벌브의 종방향 위치와 부피가 특정 설계속력에 정밀하게 맞춰져야 한다. 벌브는 수선 아래 형상이라 슬래밍과 앵커 체인 간섭도 함께 고려해야 하며, 구상선수가 곧 저항 저감이라는 등식은 항상 성립하지 않는다.

주의할 점

최근 저속운항이 늘면서 설계속도보다 낮은 속도에서 운항하는 선박은 구상선수 형상을 저속에 맞게 재설계할 필요가 있다. 최근 저속운항이 늘면서 설계속도보다 낮은 속도에서 운항하는 선박은 구상선수 형상을 저속에 맞게 재설계할 필요가 있다. 설계점을 벗어난 저속이나 밸러스트 흘수에서는 오히려 저항이 늘어날 수 있어, 운항 프로파일이 넓은 선박에서는 구상선수를 작게 하거나 없애는 선택도 검토된다.

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