Chapter 14

선박 설계

선주가 조선소에 건네는 요구서는 대개 몇 줄뿐이다. "재화중량 18만 톤, 서비스 속력 14.5노트, 브라질–중국 항로." 이 몇 줄에서 길이 290 m, 강재 2만 톤, 부품 수십만 개의 배가 나온다. 이 장에서는 앞 장들에서 배운 부력·복원성·저항·구조를 한데 모아, 설계 나선을 돌며 주요 치수를 정하고, 중량 방정식을 풀고, 선도와 일반 배치를 그리고, 선급 규칙과 경제성으로 검증하는 과정을 직접 따라가 본다.

개념·기본·상세·생산 설계의 단계와 설계 나선이 반복을 통해 수렴하는 이유를 설명한다.
L/B, B/T, L/D, $C_B$가 저항·복원성·화물 용적·건조비에 미치는 영향을 비교한다.
프루드 수로부터 경험식을 써서 블록 계수를 고른다.
중량 방정식 $\Delta = DWT + LW$를 반복해 주요 치수와 경하중량을 추정한다.
선도의 정면도·측면도·반폭도를 읽고 스테이션·수선·버톡의 관계를 이해한다.
일반 배치가 트림과 용적에 주는 영향, 선급·국제 협약의 역할, 요구 운임(RFR)의 계산을 안다.

설계 나선: 모든 것이 모든 것에 걸려 있다

배의 설계가 어려운 이유는 결정들이 서로 물고 물리기 때문이다. 화물을 더 실으려면 배가 커져야 하고, 배가 커지면 강재가 늘어 경하중량이 무거워지고, 무거워진 만큼 배수량을 다시 키워야 한다. 길이를 늘리면 조파 저항은 줄지만 강재와 건조비가 늘고, 폭을 늘리면 복원성은 좋아지지만 저항과 운하 통과 조건이 문제가 된다. 어느 하나를 먼저 확정할 수 없으니, 설계자는 모든 항목을 대략 한 바퀴 정하고, 그 결과로 다시 처음 가정을 고치는 일을 되풀이한다.

1959년 에반스(J. H. Evans)는 이 반복을 설계 나선(Design Spiral)으로 그렸다. 바퀴살마다 설계 항목이 있고, 한 바퀴를 돌 때마다 정밀도가 높아지며 나선이 안쪽으로 감겨 하나의 설계안으로 수렴한다. 실제 설계는 몇 개의 큰 단계로 나뉜다.

그림 14-1. 설계 단계. 개념 설계 단계에서 쓰는 돈은 전체 설계비의 몇 %에 불과하지만, 이때 정해진 치수와 배치가 건조비와 운항비의 대부분을 결정한다. 뒤로 갈수록 바꾸기 어렵고 비싸다.

개념 설계에서는 선주 요구를 만족하는 치수와 선형의 후보를 빨리 여러 개 만들어 비교한다. 기본 설계에서는 선도, 일반 배치도, 중앙 단면도, 사양서가 나오고 이것으로 건조 계약을 맺는다. 상세 설계는 선급 승인을 받을 구조·기관·배관·전기 도면이고, 생산 설계는 이를 15장의 블록으로 쪼개 부재 하나하나의 절단·용접 정보를 만드는 단계다.

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설계 나선 돌려 보기

바퀴살을 클릭하면 그 항목의 설명이 나온다.

회전 속도 불확실성 띠 표시

설계 단계—

현재 항목—

바퀴—

치수 불확실성—

해볼 것: 점이 한 바퀴를 돌 때마다 불확실성 띠가 좁아지는 것을 보라. 바퀴살을 클릭하면 회전이 멈추고 그 항목을 다루는 장으로 가는 링크가 나온다. "복원성"을 확인하고 나서 "중량"으로 돌아오면 왜 다시 치수를 고쳐야 하는지 생각해 보자.

나선은 비유다

실제 설계는 순서대로 돌지 않는다. 요즘은 수십 개의 설계 변수를 한꺼번에 놓고 최적화 알고리즘으로 탐색하거나(설계 공간 탐색), 여러 분야가 동시에 일하는 동시 공학(Concurrent Engineering)을 쓴다. 그래도 "가정 → 계산 → 검증 → 가정 수정"의 반복이라는 본질은 그대로다.

주요 치수 비: 숫자 네 개의 줄다리기

배수량이 정해져도 그 부피를 담는 상자의 모양은 무수히 많다. 설계자는 치수 자체보다 무차원 비를 먼저 생각한다. 비가 같으면 성능의 경향이 비슷하기 때문이다.

그림 14-2. 주요 치수. 수선간장 L, 형폭 B, 흘수 T, 형깊이 D와 블록 계수 $C_B$(2장)가 설계의 출발점이다.

비	대표 범위	크게 하면 좋아지는 것	크게 하면 나빠지는 것
L/B	5~7.5	조파 저항↓, 침로 안정성↑	강재 중량↑(종강도), 복원성↓, 선회성↓
B/T	2.3~3.5	복원성(GM)↑, 흘수 제한 항만 접근	마찰 저항(침수 면적)↑, 횡동요 가속도↑
L/D	10~14	강재 절약(얕은 선체)	종강도↓(단면 계수 ∝ D²), 건현·화물 용적↓
$C_B$	0.55~0.87	같은 L·B·T에 더 많은 배수량, 건조 단순	조파·형상 저항↑, 고속에 불리

아래 시뮬레이터는 배수 용적을 80,000 m³(대략 6만 톤급 재화중량)로 고정하고 네 가지 비를 바꾸었을 때 다섯 가지 지표가 기준선(점선)에 비해 어떻게 변하는지 보여 준다. 저항은 ITTC-1957 마찰 계수와 와타나베의 형상 계수 $k$, 조파 저항은 $C_B$와 $F_n$에 대한 단순 근사, 복원성은 $KM = KB + BM$에 $KG \approx 0.62D$를 가정한 근사다.

$$BM \approx \frac{C_{WP}^2\,B^2}{12\,C_B\,T},\qquad KB \approx T\left(\frac{5}{6}-\frac{C_B}{3C_{WP}}\right),\qquad C_{WP}\approx\frac{1+2C_B}{3}$$

$C_{WP}$: 수선면 계수. $BM$은 $B^2/T$에 비례하므로 폭을 조금만 늘려도 복원성이 크게 오른다(3장).

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치수 비 트레이드오프 레이더

L/B B/T L/D 블록 계수

L × B × T × D—

F_n (14.5 kn)—

전 저항 R_T—

GM (근사)—

화물 용적—

강재 중량—

해볼 것: L/B를 9까지 올리면 저항 효율은 좋아지지만 복원성과 건조비 지표가 찌그러진다. B/T를 키우면 복원성 꼭짓점이 튀어나오지만 저항이 늘어난다. L/D를 15 이상으로 하면 건현이 모자라 경고가 뜬다. 다섯 꼭짓점을 모두 기준선 밖으로 밀어낼 수 있는 조합이 있는지 찾아보라(아마 없을 것이다).

블록 계수 고르기: 속도가 날씬함을 정한다

블록 계수는 경제성의 핵심 손잡이다. $C_B$가 크면 같은 크기에 화물을 더 싣지만, 선수·선미가 뭉툭해져 고속에서 조파 저항이 급격히 커진다(6장). 조파 저항을 지배하는 것은 프루드 수 $F_n = V/\sqrt{gL}$이므로, 오랜 실적선 자료는 "$F_n$이 정해지면 적절한 $C_B$가 정해진다"는 경험식으로 정리되어 있다.

$$C_B = 0.70 + \frac{1}{8}\tan^{-1}\!\left(\frac{23-100F_n}{4}\right)\quad\text{(Watson–Gilfillan)},\qquad C_B = 1.06 - 1.68\,F_n\quad\text{(Ayre)}$$

$F_n$은 서비스 속력과 수선간장으로 계산한다. 두 식 모두 실적선의 회귀선이며, 실제 선택은 화물 특성과 항로 제약에 따라 ±0.03 정도 달라진다.

같은 14노트라도 길이 300 m 배($F_n \approx 0.13$)에게는 느린 속도라 $C_B$ 0.83의 뭉툭한 선형이 경제적이지만, 길이 120 m 배($F_n \approx 0.21$)에게는 꽤 빠른 속도라 0.7 정도로 날씬해야 한다. 큰 배일수록 뚱뚱해도 되는 이유다. 컨테이너선은 화물이 가볍고 부피를 많이 차지해 무게보다 갑판 면적이 중요하므로, 경험식보다 $C_B$를 낮게 잡는 경우가 많다.

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프루드 수로 블록 계수 정하기

서비스 속력 수선간장 L 선종별 대표 값 표시

F_n—

C_B (Watson–Gilfillan)—

C_B (Ayre)—

비슷한 선종—

해볼 것: 그래프 위의 점을 좌우로 끌면 속력이 바뀐다. 속력을 14.5노트에 두고 길이를 400 m에서 100 m로 줄여 보라. 같은 속력인데 권장 $C_B$가 0.85에서 0.6대로 떨어진다. $F_n$ 0.2~0.3 사이에서 곡선이 가장 가파른 이유는 조파 저항의 험프가 이 영역에 있기 때문이다.

개략 설계: 중량 방정식 풀기

개념 설계의 중심에는 두 개의 식이 있다. 하나는 무게의 합, 다른 하나는 부력이다. 배는 떠 있으므로 둘은 같아야 한다.

$$\Delta = DWT + LW,\qquad \Delta = \rho\,L\,B\,T\,C_B\,(1+s),\qquad LW = W_S + W_O + W_M$$

$DWT$: 재화중량(화물·연료·청수·선원 등 실을 수 있는 무게), $LW$: 경하중량(빈 배의 무게), $W_S$: 강재, $W_O$: 의장(갑판 기기·거주구·배관 등), $W_M$: 기관. $s$는 외판·부가물 보정(약 0.5%)이며 여기서는 생략한다.

문제는 $LW$가 치수에 따라 달라진다는 것이다. 그래서 처음에는 실적선의 $DWT/\Delta$ 비(벌크선 약 0.84, 탱커 0.85, 컨테이너선 0.70)로 배수량을 가정하고, 치수를 정한 다음 경하중량을 추정하고, 그 결과로 배수량을 고쳐 다시 치수를 정한다. 경하중량의 각 항목은 실적선 자료로 만든 근사식을 쓴다. 강재 중량은 왓슨(Watson)의 선체 수치 $E$를 쓴다.

$$E = L(B+T) + 0.85L(D-T) + 0.75\sum l_ih_i,\qquad W_S = K\,E^{1.36}\left[1 + 0.5\,(C_B' - 0.70)\right]$$ $$C_B' = C_B + (1-C_B)\frac{0.8D - T}{3T},\qquad W_O = K_O\,L\,B,\qquad W_M \approx 0.72\,\mathrm{MCR}^{0.78}$$

$K$: 선종별 계수(이 장의 시뮬레이터는 탱커 0.029, 벌크선 0.028, 컨테이너선 0.034를 쓴다), $\sum l_ih_i$: 상부 구조물 측면적, $K_O$: 의장 계수(t/m²), MCR: 주기관 최대 연속 출력(kW). 동력은 어드미럴티 계수 $P_B = \Delta^{2/3}V^3/C_{adm}$($P_B$ kW, $V$ kn, $C_{adm}$ 비대선 약 750~800, 컨테이너선 약 600)로 추정하고, 해상 여유 15%와 상용 출력 90%를 더해 MCR로 만든다(8장).

그림 14-3. 경하중량 구성. 상선에서는 강재가 경하중량의 2/3~3/4을 차지하므로 강재 중량 추정의 정확도가 개념 설계의 정확도를 좌우한다.

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개략 설계 도구: 중량 방정식 반복

#	Δ 가정(t)	L(m)	B(m)	T(m)	C_B	LW(t)	DWT+LW	오차

선종

요구 재화중량 서비스 속력

항로 제약

L × B × T × D—

C_B / F_n—

배수량 Δ—

경하중량 (강재/의장/기관)—

주기관 MCR—

상태—

해볼 것: "한 바퀴 돌리기"를 눌러 배수량 가정이 3~5회 만에 수렴하는 것을 확인하라. 벌크선 8만 톤에 "구 파나마"를 걸면 폭 32.26 m에 막혀 L/B가 커진다. 컨테이너선을 25노트로 올리면 기관 중량과 $F_n$이 커지고 $C_B$가 떨어진다. 32만 톤 탱커에 "말라카"(흘수 20.5 m)를 걸면 어떤 치수가 제약에 걸리는가?

근사식의 한계

여기서 쓴 계수들은 대표적인 값이고, 실적선에 비해 10~15% 정도의 오차를 가질 수 있다. 실제 개념 설계에서는 조선소가 가진 유사 실적선 데이터베이스로 계수를 보정한다. 그래도 반복 구조와 각 제약이 치수를 미는 방향은 똑같다.

선도: 곡면을 세 장의 평면도로

선체 외판은 어디 하나 평평하지 않은 3차원 곡면이다. 이를 종이에 옮기기 위해 조선 기술자들은 수백 년 동안 선도(Lines Plan)를 써 왔다. 선체를 서로 직교하는 세 종류의 평면 묶음으로 자른 단면 곡선들을 세 장의 도면에 그린 것이다.

그림 14-4. 선도의 세 가지 단면. 스테이션은 길이 방향으로 등간격(보통 10등분), 수선은 높이 방향, 버톡은 폭 방향으로 일정 거리마다 자른다. 한 점은 세 도면에 모두 나타나야 하므로, 세 도면이 서로 맞는지 맞추는 작업을 페어링(Fairing)이라 한다.

정면도(Body Plan): 스테이션 단면을 겹쳐 그린다. 관례상 왼쪽 반은 선미 쪽 스테이션, 오른쪽 반은 선수 쪽 스테이션이다.
반폭도(Half-Breadth Plan): 위에서 본 수선 곡선. 좌우 대칭이므로 반쪽만 그린다.
측면도(Sheer Plan): 옆에서 본 버톡 곡선과 선수미 윤곽.

선도에서 각 스테이션·수선의 반폭 값을 표로 뽑은 것을 오프셋 표(Table of Offsets)라 한다. 이 표를 심프슨 공식으로 적분하면 배수량, 부심, 수선면적, 메타센터 반지름을 모두 계산할 수 있다(2장). 아래 시뮬레이터는 이 책의 공용 선형을 실제로 적분해 형상 계수를 구한다.

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선도 탐색기: 정면도·반폭도·측면도

선택할 단면

번호 비대도 full 다른 단면선 표시

선택—

C_B—

C_M / C_P—

C_WP—

LCB (중앙 기준)—

해볼 것: 반폭도나 측면도를 클릭하면 그 위치의 스테이션이 선택되어 정면도에서 강조된다. 스테이션 9번(선수 근처)을 고르고 비대도를 0.5→0.85로 올리면 단면이 V형에서 U형으로 부풀고 $C_B$가 커진다. 버톡을 고르면 측면도의 곡선이 반폭도에서는 직선으로, 정면도에서는 수직선으로 나타나는 것을 확인하라.

일반 배치: 공간을 나누는 퍼즐

일반 배치도(General Arrangement, GA)는 배의 공간을 화물창, 기관실, 거주구, 각종 탱크로 나눈 도면이다. 배치는 단순한 공간 나누기가 아니라 무게중심과 트림, 손상 시의 침수 범위, 화물 효율을 함께 결정한다.

충돌 격벽(Collision Bulkhead): SOLAS는 선수 수선(FP)에서 0.05L~0.08L 사이에 두도록 요구한다. 선수가 부딪혀 찢어져도 침수를 선수창에 가두기 위해서다(5장).
기관실: 현대 상선은 거의 모두 선미에 둔다. 축계가 짧아지고 화물창이 하나로 이어지기 때문이다. 대신 화물창이 배의 앞쪽으로 몰리므로 만재 시에는 선수 트림, 화물이 없는 밸러스트 상태에서는 무거운 기관 때문에 선미 트림 경향이 생긴다. 비대선은 부심(LCB)을 중앙보다 2~3% L 앞에 두는 선형으로 이 균형을 맞춘다(시뮬레이터의 선형도 그렇게 만들었다).
밸러스트 탱크: 이중저, 선수·선미 탱크, 톱사이드 탱크. 빈 배로 돌아갈 때 프로펠러를 물에 잠기게 하고 선수 슬래밍을 피할 만큼 흘수를 확보한다. MARPOL은 분리 밸러스트만으로 평균 흘수 $2.0 + 0.02L$ 이상, 선미 트림 $0.015L$ 이하, 프로펠러 완전 잠김을 요구한다.

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일반 배치 드래그: 격벽을 옮겨 트림 맞추기

적재 상태

화물

화물창 수 기관실 길이

화물창 용적—

화물량—

흘수 선미 / 선수—

트림 (+선미)—

충돌 격벽 위치—

판정—

해볼 것: 갑판 위 삼각형 손잡이로 선미 탱크 격벽과 충돌 격벽을, 회색 기관실 블록을 끌어서 옮긴다. 기관실을 중앙으로 옮기면(옛 탱커 배치) 화물창이 기관실 앞뒤로 갈려 화물 무게중심이 뒤로 가므로 만재 시 선미 트림이 커진다. 밸러스트 상태로 바꾸어 충돌 격벽을 뒤로 밀어 선수 탱크를 키우면 선미 트림이 줄고, 선미 탱크 격벽을 앞으로 밀면 트림이 0.015L을 넘는다. 철광석은 무거워 화물창이 3분의 1도 차지 않는다는 것도 확인하라.

선급과 국제 협약: 누가 무엇을 정하나

배는 국경을 넘나들며 여러 나라의 항구에 들르므로, 안전과 환경 기준은 국제적으로 통일되어야 한다. 이 일을 두 축이 나누어 맡는다.

국제해사기구(IMO)의 협약: 회원국(기국)이 국내법으로 받아들여 집행한다. SOLAS(해상 인명 안전: 구획·복원성, 방화, 구명 설비, 항해 장비), MARPOL(해양 오염 방지: 기름, 유해 액체, 하수, 쓰레기, 대기 오염과 에너지 효율), 국제 만재흘수선 협약(Load Line)(건현과 수밀·풍우밀 폐쇄 장치)이 설계에 가장 큰 영향을 준다.
선급(Classification Society): ABS(미국), DNV(노르웨이), LR(영국), BV(프랑스), ClassNK(일본), KR(한국선급) 등. 선체 구조·기관·전기 설비의 기술 규칙을 만들고, 도면을 승인하고, 건조 중과 운항 중 검사를 한다. 선급에 들지 않은 배는 보험에 들기 어려워 사실상 상업 운항이 불가능하다. 주요 선급의 협의체인 IACS는 공통 구조 규칙(CSR)과 통일 규칙을 만든다. 많은 기국이 협약 검사도 선급에 위임한다.

그림 14-5. 승인 도면의 흐름. 상세 설계 도면은 선급과 선주에게 동시에 제출되어 승인을 받은 뒤에야 생산 설계로 넘어간다. 승인이 늦으면 강재 절단 일정이 밀린다.

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이 요구는 어디서 왔을까: 규정 분류 게임

—

카드의 요구 사항이 어느 규정에서 왔는지 고르라.

점수0 / 0

남은 카드—

해볼 것: 열두 장의 카드를 모두 분류해 보라. 경계가 모호한 것도 있다. 예를 들어 손상 복원성은 SOLAS가 요구하지만 계산 방법의 해석은 IACS 통일 해석과 선급이 맡는다.

경제성: 요구 운임으로 설계를 평가한다

상선은 돈을 벌기 위한 기계다. 두 설계안 중 어느 쪽이 나은지는 결국 "화물 1톤을 나르는 데 얼마가 드는가"로 판단한다. 이를 요구 운임(Required Freight Rate, RFR)이라 한다. 선주가 투자 수익률을 맞추려면 최소한 이만큼의 운임을 받아야 한다는 뜻이다.

$$RFR = \frac{\mathrm{CRF}\cdot P_{ship} + C_{op} + C_{voy}}{Q_{year}},\qquad \mathrm{CRF} = \frac{i(1+i)^n}{(1+i)^n - 1}$$

$P_{ship}$: 선가, CRF: 자본 회수 계수(이자율 $i$, 내용 연수 $n$년), $C_{op}$: 연간 운항비(선원·보험·수리), $C_{voy}$: 연간 항해비(연료·항비), $Q_{year}$: 연간 수송량(t).

배가 커지면 선가와 운항비는 크기만큼 늘지 않는다(선가는 대략 $DWT^{0.6}$, 선원 수는 거의 같다). 이것이 규모의 경제다. 그러나 너무 크면 항만에서 하역 시간이 늘고 들어갈 수 있는 항구가 줄어든다. 속도는 반대 방향으로 작용한다. 빠르면 1년에 더 많이 나르지만 연료 소비는 속도의 세제곱으로 늘어 운항 거리당 연료는 제곱으로 는다. 그래서 RFR에는 최적 속도가 있고, 그 값은 연료 가격에 따라 움직인다(19장의 감속 운항).

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요구 운임 계산기와 최적점

재화중량 서비스 속력 편도 항해 거리 연료 가격 이자율

선가 (추정)—

MCR—

연간 항차 / 수송량—

비용 비율 자본/운항/항해—

요구 운임 RFR—

해볼 것: 연료 가격을 300 → 1,200 $/t으로 올리면 왼쪽 그래프의 최적 속력이 4~5노트 내려간다(연간 연료비는 $V^3$에 비례하므로 최적점에서 연료비가 자본비+운항비의 절반이 된다). 항해 거리를 3,000해리로 줄이면 항만 시간의 비중이 커져 큰 배의 이점이 줄어든다. 오른쪽 그래프에서 규모의 경제가 어디서 완만해지는지 보라. 비용 모델은 교육용 근사다.

디지털 설계: 도면에서 모델로

1980년대까지 선도는 실물 크기 마루(형판장, mould loft) 위에 나무 자(배튼)로 그렸다. 지금은 모든 설계가 하나의 3차원 제품 모델에서 출발한다.

CAD: 선형은 NURBS 곡면으로 정의되고, 구조·배관·전기가 같은 3차원 모델 위에서 설계된다. 간섭 검사가 자동으로 되고, 생산 설계의 부재 정보(절단 경로, 용접 길이, 블록 중량)가 모델에서 바로 나온다.
CAE: 유한 요소법(FEM)으로 전선 구조 해석과 피로 해석을 하고(13장), 손상 복원성·적재 계산을 한다.
CFD: 점성 유동 계산으로 저항·반류·프로펠러 성능을 예측해 모형 시험 전에 선형 후보를 걸러낸다. 수만 개의 선형 변형을 자동으로 계산하는 선형 최적화도 일반적이다.
디지털 트윈: 인도된 배의 센서 데이터(속력, 연료, 응력, 운동)를 설계 모델과 연결해, 운항 중 성능 저하와 피로 손상을 추적하고 다음 설계에 되먹인다.

그림 14-6. 디지털 스레드. 하나의 모델이 설계에서 생산, 운항까지 이어지면 설계 나선의 한 바퀴가 몇 주에서 며칠로 줄어든다.

핵심 정리

선박 설계는 개념 → 기본 → 상세 → 생산 설계로 진행하며, 항목들이 서로 의존하므로 설계 나선처럼 반복하며 수렴한다. 초기 결정이 비용 대부분을 확정한다.
L/B는 저항과 강재·복원성, B/T는 복원성과 저항, L/D는 종강도·건현과 강재, $C_B$는 적재량과 저항 사이의 트레이드오프다. $BM \propto B^2/T$다.
$C_B$는 프루드 수로 정한다. Watson–Gilfillan 식 $C_B = 0.70 + \tfrac18\tan^{-1}\!\big((23-100F_n)/4\big)$에 따르면 크고 느린 배일수록 비대해도 된다.
개략 설계는 $\Delta = DWT + LW$와 $\Delta = \rho LBTC_B$를 반복해 푼다. 경하중량은 강재($K E^{1.36}$), 의장, 기관으로 나누어 추정하며, 운하 폭·흘수 같은 항로 제약이 치수 비를 바꾼다.
선도는 스테이션·수선·버톡 단면을 정면도·반폭도·측면도에 그린 것이며, 오프셋 표를 적분해 형상 계수와 부심을 구한다.
일반 배치는 무게중심과 트림, 손상 시 침수 범위를 정한다. 충돌 격벽은 FP로부터 0.05L~0.08L, 밸러스트 상태는 MARPOL의 흘수·트림 조건을 만족해야 한다.
IMO 협약(SOLAS, MARPOL, Load Line)은 기국이 집행하고, 선급은 구조·기관 규칙과 도면 승인·검사를 맡는다. 경제성은 요구 운임으로 평가하며 크기와 속력에 최적점이 있다.

확인 퀴즈

Q1. 설계 나선에서 "중량" 항목을 계산한 뒤 다시 "주요 치수"로 돌아가야 하는 가장 근본적인 이유는?

$\Delta = DWT + LW$에서 $LW$는 치수의 함수다. 가정한 배수량으로 치수를 정하면 $LW$가 새로 계산되고, 그 결과 배수량이 바뀌므로 다시 치수를 고쳐야 한다. 이 반복이 나선의 본질이다.

Q2. 배수량을 유지한 채 B/T만 키우면(폭↑, 흘수↓) 가장 확실하게 커지는 것은?

$BM \approx C_{WP}^2B^2/(12C_BT)$이므로 폭이 늘고 흘수가 줄면 BM이 빠르게 커진다. 대신 침수 면적이 늘어 마찰 저항이 커지고, 지나치게 큰 GM은 횡동요를 급하게 만든다.

Q3. 길이 289 m, 서비스 속력 14.5노트인 벌크선의 $F_n$과 Watson–Gilfillan 권장 $C_B$에 가장 가까운 것은?

$V = 14.5 \times 0.5144 = 7.46$ m/s, $\sqrt{9.81 \times 289} = 53.2$ m/s → $F_n = 0.140$. $(23-14)/4 = 2.25$, $\tan^{-1}2.25 = 1.153$ rad, $/8 = 0.144$ → $C_B \approx 0.844$.

Q4. 개략 설계에서 운하 폭 제한(예: 구 파나마 32.26 m)에 걸렸을 때 같은 재화중량을 유지하려면 치수는 대체로 어떻게 바뀌는가?

$\nabla = C_BLBT$에서 B가 막히면 L과 T가 커져야 한다. 흘수까지 막히면 길이만 남는다. 그래서 파나막스 벌크선은 L/B가 6.5~7 정도로 날씬하다. 길이마저 제한되면 $C_B$를 높이는 수밖에 없다.

Q5. 선도에서 버톡(Buttock)은 반폭도에 어떻게 나타나는가?

버톡은 중심면에서 일정 거리 떨어진 세로 평면이다. 위에서 보면(반폭도) 중심선과 평행한 직선, 정면도에서는 수직선, 측면도에서만 곡선으로 보인다. 스테이션과 수선도 마찬가지로 자기 도면에서만 곡선이다.

Q6. 길이 200 m 벌크선의 충돌 격벽은 SOLAS에 따라 선수 수선에서 어느 범위에 두어야 하는가?

0.05L = 10 m, 0.08L = 16 m(길이가 아주 긴 배는 각각 10 m, 10 m + 0.08L 상한 적용 등 세부 규정이 있다). 너무 앞이면 선수 손상이 격벽을 넘고, 너무 뒤면 선수창 침수만으로 선수 트림이 과도해진다.

Q7. 연료 가격이 크게 오르면 요구 운임(RFR)을 최소로 하는 속력은 어떻게 되는가?

운항 거리당 연료비는 대략 속력의 제곱에 비례하고, 자본비·운항비는 빨리 갈수록(연간 수송량이 늘수록) 톤당 줄어든다. 연료비 비중이 커지면 균형점이 낮은 속력 쪽으로 이동한다. 2008년 이후 감속 운항이 일반화된 이유다.

Q8. 다음 중 선급(Classification Society)의 역할이 아닌 것은?

국제 협약(SOLAS, MARPOL 등)은 IMO에서 회원국이 채택한다. 선급은 자체 기술 규칙을 만들고, 기국 정부의 위임을 받아 협약 검사를 대행할 뿐이다.