배가 6.5노트밖에 못 나가던 이유 — 흔들림을 잡던 항이 전진까지 잡고 있었습니다

FFT 바다의 배는 최고 6.5노트였습니다. 기관 출력을 올려도 별로 안 빨라졌습니다.

원인은 부력 프로브에 걸어 둔 항력이었습니다. 전체 저항의 92%를 이 항이 차지하고 있었습니다.

흔들림을 잡으려고 만든 값이었습니다

이 항력은 원래 위아래 흔들림과 좌우 기울어짐을 가라앉히려고 넣은 것입니다. 그래서 크기를 배 바닥 면적 기준으로 잡았습니다. 물을 아래로 밀어낼 때 받는 저항이니 그게 맞습니다.

문제는 그 값을 모든 방향에 똑같이 걸었다는 것입니다. 앞으로 갈 때 물을 가르는 면적은 뱃머리의 단면이지 바닥이 아닙니다. 이 배에서는 1.76 대 20, 열 배 넘게 차이가 납니다. 흔들림에 맞춘 값을 전진에 걸었으니 전진만 과하게 막힌 것입니다.

전후 방향 성분만 그 비율로 줄이고, 선체 저항은 속도에 비례하던 것을 제곱에 비례하도록 바꿨습니다.

추력도 상수면 안 됐습니다

추력을 상수로 두고 있었습니다. 이것도 물리적으로 틀렸습니다.

프로펠러는 배가 빨라질수록 물을 붙잡기 어려워집니다. 26kN을 20노트까지 그대로 유지하면 물에 268kW를 넣는 셈인데, 이 크기의 배에 들어갈 기관으로는 불가능한 값입니다. 속도가 올라갈수록 추력이 줄도록 고쳤습니다.

빠르게 만들려고 저항을 줄이면서 추력도 같이 줄인 것인데, 결과는 6.5에서 18.6노트가 됐습니다. 저항 쪽 오류가 그만큼 컸습니다.

빨라지자 나타난 결함 둘

느릴 때는 도달하지 못하던 상태가 있었습니다.

선수가 처박힌 채 영구 고착됐습니다. 항력이 무게중심보다 0.62m 아래에 걸리니 뱃머리를 눌러 박는 회전력이 생기는데, 그걸 되돌릴 게 아무것도 없었습니다. 정수압 부력만 있었기 때문입니다. 실측 피치 69도, 속도 2노트. 한 번 빠지면 못 나옵니다.

빠르게 달리는 배는 물 위로 올라타면서 양력을 받습니다. 그 양력을 프로브에 나눠서 넣었습니다. 이러면 자동으로 해결됩니다 — 뱃머리가 묻히면 앞쪽 프로브가 더 깊어지고, 깊어진 만큼 양력을 더 받아서 뱃머리를 도로 들어 올립니다. 별도의 보정 규칙 없이 기하 구조가 알아서 합니다.

그 자세를 붙잡고 있던 건 추력이었습니다. 뱃머리가 처박히면 선미가 공중에 뜹니다. 그런데 추력을 낼지 말지의 판단 기준이 선체 전체의 침수율이라, 프로펠러가 공중에 있어도 25kN이 계속 나왔습니다. 그것도 아래를 향한 축으로요. 스스로를 계속 눌러 박고 있었던 것입니다.

기준을 프로펠러 지점의 침수로 바꿨습니다.

실측

최대 피치 6도, 전복 0초. 회귀도 확인했습니다 — 179도로 완전히 뒤집어도 1.5초 만에 스스로 일어서고, 정지 흘수 오차는 0.01m입니다.

남은 것

폭풍에서 전속으로 달리면 최대 8초간 70도를 넘습니다.

원인까지는 찾았습니다. 프로브의 침수 계수가 최대로 포화하면 부력 중심이 프로브 기하 중심에 고정되는데, 그 자리가 무게중심보다 0.6m 뒤입니다. 그러면 뱃머리를 눌러 박는 70kN·m가 생깁니다.

고치지 않고 인수인계 문서에 적어 뒀습니다. 폭풍 전속은 정상 운항 조건이 아니고, 이걸 건드리면 방금 맞춰 놓은 부력 중심 전체를 다시 봐야 합니다.