2. 선박의 종류(2)

2.1.1 선체 지지 방식에 따른 분류

1. 배수량 형(Displacement type)

배가 밀어낸 물의무게와 같은 크기의 부력에 의해, 즉 수정역학적인 방식으로 지지되는 형태를 뜻하며, 대부분의 배가 여기에 속한다. 단동선(monohull)인 배가 대부분이지만 넓은 갑판 면적, 횡방향 안정성 등이 필요한 경우에는 쌍동선(catamaran), 삼동선(trimaran) 등의 형태를 가지기도 한다.

 

2. 수동역학적 방식

비행기의 날개와 같은 원리로 작동하는 수중익에 의해 지지되는 수중익선(hydrofoil craft)과 수상스키와 같이 물 위에서 활주 할 수 있도록 설계된 활주선(planing craft) 등으로 크게 나눌 수 있다. 수중익선과 활주선 모두 수동 압(hydrodynamic pressure)에 의해 지지되기 때문에 선체의 상당 부분이 물 밖으로 들려진 상태에서 운항하게 되며, 따라서 배의 침수 표면적, 즉 마찰저항을 크게 감소시킬 수 있다. 수중익선은 해상의 파도가 클 때에 대비하여 자세 제어를 위한 시스템을 가지기도 하며, 활주선은 활주에 의해 얻어지는 양력이 배수량의 얼마나 큰 부분을 차지하는가에 따라서 선형 특성이 달라진다.

 

3. 공기 정역학적 방식

선저부에 스커트 또는 측벽을 설치하고 압축공기를 배의 아래쪽으로 주입하여 배를 부양시키는 공기부양선(Air Cushion Vehicle, ACV)과, 쌍동선으로 측벽을 삼고 배의 전후부에만 스커트를 설치하는 표면효과선(Surface Effect Ship, SES) 등이 있다. 압축공기에 의해 부양력을 얻으므로 이 경우에도 침수 표면적은 대단히 작으며, 해상의 높은 파도에 대비하여 자세 제어 시스템을 가지는 경우가 많다. 추진력은 공기부양선은 주로 공기 중에서 작동하는 공력 프로펠러를, 표면효과선은 물제트를 사용하여 얻으며, 공기부양선은 땅 위에서도 운항이 가능하다는 장점이 있다.

 

 

2.2.1 추진기에 따른 분류

1. 나사 프로펠러

피치(pitch)의 가변성 관점에서 고정 피치 프로펠러(Fixed Pitch Propeller, FPP)와 가변피치 프로펠러(Controllable Pitch Propeller, CPP)로 나뉜다. 또, 한 축 위에 서로 반대방향으로 회전하는 2개의 프로펠러를 장착한 상반 회전 프로펠러(Contra-Rotating Propeller, CRP)도 높은 효율 때문에 종종 채택되고 있다. 단면의 형상이 수중익으로 된 노즐 안에서 나사 프로펠러를 회전시키는 코르트 노즐(Kort nozzle) 방식은 큰 추력을 발생시킬 수 있으므로 예인선 등에 채택된다.

 

2. 날개 차 프로펠러(Voith-Schenider propeller)

이 프로펠러는 추력의 방향을 원하는 방향으로 얻을 수 있기 때문에 별도의 타를 설치할 필요가 없어 특수선에 사용되고 있다. 단 나사 프로펠러에 비해 기구가 복잡하여 고가이며, 단위 출력당 추력이 낮고, 또 날개가 공중에 노출되는 일이 많아서 예인선 등에는 예인줄(towing rope)이 날개에 걸려 손상을 입기 쉽다는 결점이 있다.

 

3. 물제트(water jet)

물제트의 분사에 의한 제트 추진방식과 펌프로 해수를 토출 하면서 그 반력으로 추진하는 해수 토출 방식의 두 종류가 있다. 제트 추진방식은 프로펠러의 공동 문제를 극복하기 위하여 고속정용으로 개발되었는데, 그 밖에 수심이 얕은 곳이나 수초류가 많은 곳에서도 프로펠러 손상의 우려가 없다는 장점 때문에 소형정에 많이 채용되고 있다. 해수 토출 방식은 발생되는 소음이 어류에 미치는 영향이 적기 때문에 소형어선에 채용되고 있다.

 

 

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2.3.1 주기관에 따른 분류

1. 디젤기관

배에 사용되는 디젤기관은 회전수가 60~300 rpm인 저속 기관과 300~1000 rpm인 중속 기관이 있으며, 최고 효율은 50%를 넘을 정도로 고효율의 기관이다. 저속 기관은 현재 상선에 가장 널리 사용되며, 1기의 최고출력 기록은 144 Khp이다. 프로펠러에 직접 연결되는 것이 보통이며, 대형일수록 배의 중앙 횡단면에 가깝게 설치하여 강도(strength) 측면에서 이점을 살리고 있다. 중속 기관은 최고출력이 27 Khp정도이며, 출력 당 부피가 작아 RORO선, 카페리, 객선 등 용적이 중요시되는 배에 주로 설치된다. 중속 기관은 보통 감속기어(reduction gear)를 통하여 프로펠러에 연결되므로 프로펠러 회전수를 결정하는데 제약조건이 없다는 이점이 있다.

 

2. 증기터빈

재래식 보일러를 사용하는 증기터빈은 현재 초대형 원유 탱커, 초고속 컨테이너선, 대형 여객선 등 대마력을 요구하는 배들의 주기관으로 쓰이고 있으며 유지보수가 비교적 간단하다는 장점은 있으나 기관 효율은 디젤기관에 비해 작다는 결점이 있다. 통상 증기터빈은 1,000 rpm 이상에서, 프로펠러는 100 rpm 이하에서 각각 최대 효율을 가지므로 감속기어를 사용하여 주기관-프로펠러 효율을 최대화한다. 핵반응로를 사용하는 증기터빈은 연로의 재공급이 거의 불필요하며 대형화에 유리하므로 앞으로 쇄빙선, 극지 항해선 등을 필두로 상선에 보다 광범위하게 사용될 가능성이 있다.

 

3. 가스터빈

가스터빈은 중량당 출력이 디젤기관이나 증기터빈에 비해 매우 높으며, 짧은 가속 시간 등의 장점을 가지고 있어 해군 함정에 널리 사용되고 있다. 특히 디젤기관-가스터빈의 조합으로 더욱 많이 사용되고 있는데, 평상시에는 디젤기관으로 운항하다가 일단 유사시에 가스터빈을 같이 작동하여 고속을 빠른 시간 내에 얻을 수 있는 시스템으로 환영받고 있다. 가스터빈의 가장 큰 문제는 지속적으로 상승하는 기름값으로 상선에서는 채택 가능성이 그리 크지 않지만, 기관실 공간을 줄이는 데는 가스터빈이 가장 유리하므로 기관실 공간에 대한 제약이 매우 큰 선박은 예외로 볼 수 있을 것이다.

 

 

2.4.1 상선의 분류

1. 화물선

화물선은 화물 운반을 목적으로 화물창을 극대화하고, 짐을 싣고 내리는 하역설비를 갖추고 있다. 건화물 운반선으로는 일반화물선, 산적화물선(각종 전용선 및 겸용선), 자동차 운반선, 컨테이너선 등이 있으며, 액체화물 운반선은 원유, 화공품, 정제유, LNG를 운반하는 탱커와 FPSO 등을 들 수 있다.

 

1) 일반화물선(general cargo ship)

일정 항로를 정기적으로 운항하는 정기선(liner)과 임의의 항로를 필요에 따라 운항하는 부정기선(tramper)이 있다. 일반화물선(또는 다목적 화물선)은 각종의 건화물을 적재해야 하므로 여러 개의 갑판을 설치하여, 하역 시간이 제한되어 있기 때문에 통상 10K ~ 15K GT로 비교적 작은 크기의 화물선이다.

 

2) 산적화물선(bulk carrier)

산적화물선은 곡물(grain), 석탄(coal), 목재(timber), 광석(ore) 등을 수송하는 서박을 총칭하며, 한 종류의 화물을 운반하는 전용선과 여러 종류를 운반할 수 있는 겸용선으로 구분할 수 있다. 전체 선박의 약 40%를 차지하고 있으며, 우리나라는 가장 많은 산적화물선을 건조한 나라이다. 광석 운반선(ore carrier)의 경우에는 화물의 비중(specific weight)이 비교적 크므로 이중저(double bottom)로 구조를 보강하고 화물창 내 구조부재를 증가시키며, 적절한 크기의 GM 값을 가지도록 광석을 높은 위치에 적재하도록 화물창을 배치한다. 부패 가능성이 있는 식료품 등의 화물을 운송하는 경우에는 냉동 설비를 갖춘 배(reefer)를 사용한다.

 

 

3) 탱커(tanker)

원유, 정제유(oil products), 화공품, 액화가스 등 액체화물을 화물창에 적재하여 운송하는 선박이다.

 

(1) 원유탱커(oil tanker or crude oil tanker, COT) 또는 유조선

원유 탱커는 천연의 가공하지 않은 원유를 선박의 화물창에 실어 수송하는 배다. 이전에는 원유 탱커의 선체 외판이 곧 화물창 벽이 되는 단일 선각 구조였으나, 1983년 IMO(국제해사기구)가 MARPOL을 채택한 이후 이중 선각 구조로 변화하게 되었다.

원유 탱커는 트림 조정 등에 활용되는 선수미 피크 탱크, 화물창, 스롭탱크(slop tank), 기관실, 펌프실 및 거주구로 이루어지는 간단한 형태의 배치를 가진다. 원유 탱커의 펌프실에는 일반적으로 화물 펌프와 밸러스트 펌프를 설치하지만, 화물의 종류가 다양한 정제유 탱커의 경우 각 화물창 별로 펌프를 배치하여 별도의 펌프실이 없는 경우도 있다.

산적화물선과 달리 액체를 나르는 탱커는 화물창 내에 종격벽 및 횡격벽을 가지며, 격벽은 원유 탱커의 경우 보강재가 부착된 평면 형상을 가지도록 하며, 정제유 탱커의 경우 파형 격벽(corrugated type)으로 화물창 내 격벽이 쉽게 세척될 수 있도록 한다.

화물창의 경우 화물의 특성상 해상 오염의 위험을 가만하여 이중선각 및 이중저(double hull and double bottom)로 되어 있으며, 화물창과 선체 외벽 사이에 일정 거리 이상의 간격을 확보하여야 한다.

 

(2) 정제유 탱커(product tanker)

휘발유, 석유, 경유 등의 정제유를 운송하는 선박으로 최대 150K DWT 정도이다. 여러 종류의 정제유를 동시에 운송할 수 있도록 화물창을 배치하고 배관(piping) 계통을 설치한다.

 

(3) 화공품탱커(chemical tanker)

부식성, 인화성, 유독성을 등을 지닌 액체 화공품을 운송하는 전용선이다. 특히 MARPOL은 바다의 생명체 및 인간의 건강에 유해한 물질을 유독성 액체로 규정하고 A, B, C, D의 네 등급으로 분류하고 규제하고 있다. A가 가장 독성이 강하고 D가 가장 약한 등급인데, A, B, C는 화공품 탱커, C, D는 정제유 탱커를 이용해야 한다.

 

(4) 액화천연가스운반선(Liquefied Natural Gas Carrier, LNG선)

액화 천연가스운반선 또는 간단히 줄여서 가스운반선은 천연가스의 경제적 운송을 위하여 액화된 상태로 운반하는 선박이며 대표적인 가스운반선으로는 LPG선 및 LNG선이 있다. LPG(Liquefied Propane Gas, 액화 프로판가스)는 -42.3 ºC 이하로 액화시켜 운반하는데, LNG에 비하여 비중은 크고 액화 온도가 상대적으로 높으므로 간단한 구조보강을 추가하여, -33.4 ºC에 액화되는 암모니아(NH3)와 같이 운반하기도 한다. LNG(Liquefied Natural Gas, 액화 천연가스)는 천연가스의 주성분인 메탄을 -161.5 ºC 이하로 액화시킨 것이다. 액화된 천연가스의 부피는 기체 상태의 1/600, 비중은 0.42~0.47(원유 비중의 절반 정도)이기 때문에 수송 및 취급이 용이하며, 또한 LNG는 액화공정 전에 탈황/탈습 공정을 거치기 때문에 청결하면서도 고품질, 고열량인 장점이 있다. LNG선은 초저온 화물을 운반하기 때문에 내저온성 재료를 사용하여 화물창을 제작하며 극저온 화물로 인한 열응력을 고려하여 보냉/방열 구조 설계에 주안점을 두어야 하고, 안전상 화물 유출을 방지하는 1차 방벽과 2차 방벽을 설치하여 LNG의 누수로 인한 2차적 사고를 방지한다.

 

 

4) 컨테이너선(container ship)

컨테이너선은 화물을 담은 컨테이너(자재 및 화물의 운송에 이용되는 용기)를 적재하여 수송하는 선박이며 일명 Box Ship이라고도 한다. 1957년 미국 Sealand 선사가 소형 유조선을 개조하여 35ft 컨테이너를 226개 적재할 수 있는 컨테이너선으로 사용한 것을 시초로 20세기 후반 해상수송 방식에 가장 큰 변화를 가져 왔으며, 현재 정기 화물선의 대부분을 차지하고 있다. 컨테이너를 사용함에 따라 육상수송과의 연계가 쉬워지고, 화물의 하역이 빨라졌으며, 선박의 수송효율이 혁신적으로 향상되었고 화물운송에서 택배 서비스(door to door service)가 가능해졌다. 일반적으로 적재 가능한 컨테이너 수가 용량(capacity) 분류의 기준이 된다. 

 

5) 자동차 운반선(Roll-On/Roll-Off ship, RORO선)

자동차운반선 또는 RORO선은 자동차를 직접 운전하여 배에 싣고 내리므로 그에 필요한 램프(ramp)와 승강기를 설치하며, 여러 층의 갑판을 배치한다.

 

6) FPSO(Floating Production Storage and Offloading vessel)

FPSO는 해저유전으로부터 원유를 생산, 저장, 하역하는 선박을 뜻하며, FPSO로부터 해상에서 원유를 전달받아 육지의 터미널로 운반하는 선박을 셔틀탱커(shuttle tanker)라고 한다. 최근에는 LNG를 다루는 LNG FPSO도 건조되었다.

※ 향후 해양플랜트와 FPSO에 대해 좀 더 자세히 알아볼 예정이다.

 

 

2. 여객선

1) 크루즈선

항공기의 발달로 현재 정기여객선은 거의 자취를 감추었으며, 여행의 즐거운 자체를 목적으로 하는 승객들을 위한 크루즈선이 각광을 받고 있다. 크루즈선을 이용하는 관광객의 수는 앞으로 계속 증가할 것으로 보이며, 이에 따라 우리나라 조선업계는 이 분야에서도 시장점유율을 높이기 위해 큰 노력을 기울이고 있다.

 

2) 카페리(car ferry)

카페리는 승객과 차를 같이 운반하는 선박이며, 섬으로 운항하는 많은 여객선들이 근자에는 이와 같은 형태를 취하고 있다. 자동차를 싣고 부리는 방법은 RORO선과 같으며 승객을 위한 객실을 가지고 있는 RoPax(RoRo PASSenger ship)도 카페리의 일종으로 볼 수 있다.