복원암 (Righting Arm)

한 줄 정의: 선박이 경사졌을 때 무게중심을 지나는 중력 작용선과 부심을 지나는 부력 작용선 사이의 수평 거리(GZ)이다.

쉽게 풀면

배가 기울었을 때 다시 세우려는 힘이 작용하는 팔의 길이라고 볼 수 있다.

왜 중요한가

복원정 GZ는 경사각별 복원 모멘트를 배수량으로 나눈 값이므로, GZ곡선의 최대값과 곡선 아래 면적이 복원성 기준의 판정 항목으로 직접 쓰입니다. 실무에서는 손상복원성 계산에서 침수 후 잔존 GZ가 요구값을 넘는지, 바람이나 여객 이동 같은 경사 모멘트와 비교해 여유가 있는지를 이 값으로 판단합니다.

논문에서는 이렇게 쓰입니다

복원암(GZ)은 각 경사각에서 부력과 중력의 편심거리를 계산하여 얻으며, 이를 경사각에 대해 도시한 것이 GZ곡선이다.

유체정역학 계산 소프트웨어를 이용해 0도에서 90도까지 경사각별 GZ 값을 산출하여 GZ곡선을 작성한다.

"특정 경사각에서 복원암 값이 최대가 되는 지점을 확인하여 선박의 복원성 범위를 평가하였다."

복원암은 경사각에 따라 변화하는 값이며, 이를 경사각별로 그린 곡선의 형태를 통해 선박이 전복 없이 견딜 수 있는 최대 경사 범위를 판단할 수 있다.

조금 더 깊게 보면

GZ를 GM에 사인값을 곱해 구하는 근사는 소각도에서만 성립하고, 큰 각도에서는 갑판 모서리가 잠기는 순간부터 급격히 줄어들어 GM이 큰 배도 최대 GZ가 작을 수 있습니다. 또한 GZ는 기울어진 배의 실제 수선을 찾아 계산해야 하므로 트림 변화를 고려한 자유트림 계산과 트림을 고정한 계산의 결과가 다를 수 있으며, 화물이 이동하거나 액체 탱크가 부분 적재된 상태에서는 무게중심 이동분을 GZ에서 빼야 합니다. GZ는 각 경사각에서 부심의 새로운 위치와 무게중심을 지나는 두 작용선 사이의 수평거리로 정의되므로, 경사각이 커질수록 부심의 이동 궤적이 비선형적이 되어 GZ 곡선도 사인함수에서 크게 벗어난다. 갑판 모서리가 물에 잠기는 각도(갑판침수각) 이후에는 수선면 형상이 급변해 GZ 증가율이 눈에 띄게 둔화되거나 감소로 돌아서는 경우가 많다. 손상복원성 계산에서는 잔존 GZ가 손상 전보다 작아진 상태에서 요구 기준을 만족해야 하므로, 정상 상태의 GZ곡선과 손상 후 GZ곡선을 별도로 작성해 비교한다.

주의할 점

복원암 계산시 자유표면효과와 갑판침수각을 반영하지 않으면 실제보다 복원성이 과대평가될 수 있다. 복원암 계산시 자유표면효과와 갑판침수각을 반영하지 않으면 실제보다 복원성이 과대평가될 수 있다. 화물창이 부분적으로 채워진 산적화물선에서는 화물 자체의 이동에 따른 무게중심 이동분도 GZ 계산에서 별도로 차감해야 정확한 값을 얻을 수 있다.