선박의 크기에 한계가 사라지고 있다. 최근 대우조선해양이 초대형 컨테이너선 ‘MSC 오스카(MSC OSCAR)' 호의 명명식을 가지면서 1만 9224TEU급 컨테이너선 오스카호의 위용이 세상에 드러났다.   

지난 2013년 7월 중국 교통은행이 스위스 해운선사인 MSC 社에 장기 용선키로 하며 발주한 3척의 컨테이너선 가운데 하나인 이 선박은 길이 6m, 폭 2.5m, 높이 2.5m 크기의 컨테이너들을 1만 9224개 실을 수 있다.  오스카 호는 기존의 컨테이너선 중 가장 큰 규모로 알려져 있다.  

길이 395.4미터, 폭 59미터, 높이 30.3미터로 축구장 4개를 합친 것과 같으며 적재한 컨테이너 박스를 일렬로 놓을 경우, 거제에서 울산까지의 거리와 맞먹는 115km나 된다. 이 오스카호가 한 번의 운항에서 소비하는 연료의 양은 상상을 초월한다.  

전문가들은 “컨테이너선의 생명은 속력이지만 선박 운항비의 60%를 연료비가 차지하고 있어 그 절감 여부가 곧바로 경쟁력으로 이어진다”고 말한다.  

이에 오스카 호는 ‘퓨어 드라이(Pure Dry)'라는 장비를 장착해 연료를 절약하고 있다. 회사 측에 따르면 이 장비는 연료유 사용 시에 나오는 침전물이나 누수 오일에서 2% 정도의 오일 량을 추출해 재활용하는 원리다.  

그러나 선박의 가장 큰 장점은 뭐니 뭐니 해도 속도다. 축구장 4배의 크기에도 불구하고, 매우 빠른 속도를 내야 한다. 그런데 속도를 내기 위해 어쩔 수 없이 포기해야 하는 부분이 바로 선박의 진동 문제다. 적은 연비로 더 멀리, 더 오래, 더 빠르게 항해할 수 있는 선박이 속속 개발되고 있지만 아직도 선박의 진동 문제는 해결하기 어려운 난제다.  

다행스럽게도 최근에는 전자 추진기 등과 같은 신기술들이 개발되면서 선박의 진동도 크게 감소하고 있다.   

선박의 진동 제거는 불가능 

선박이 물위에서 움직이려면 프로펠러의 날개가 회전하면서 물을 뒤로 밀어내야 한다. 이 원리는 선박의 프로펠러가 빨리 회전해 많은 양의 물을 배 뒤로 밀어내야 강한 추진력을 얻을 수 있는 것을 의미한다.  

하지만 선박이 빠르게 나아가려면 어쩔 수 없이 진동 문제를 야기하고, 이로 인해 운항 상에 각종 문제점을 발생시킨다.  

전문가들은 “선박의 진동 원인은 주기관, 보조기관, 프로펠러, 파도 등에 의해 다양하게 나타나므로 쉽게 제거되기 어려운 요소다”고 말한다. 실제로 진동과 소음이 없는 선박 건조는 거의 불가능한 것으로 알려졌다.  

이에 최근의 조선업체들은 선박의 대형화 추세에 발맞춰 진동과 소음을 아주 없애는 것보다는 최소한도로 줄이는 방향 쪽으로 가닥을 잡고 기술을 개발하고 있다. 그중 하나가 바로 프로펠러의 진동을 잡는 기술이다.  

선박의 추진 장치 중에는 스크루 프로펠러(Screw Propeller)가 가장 보편적으로 많이 사용되고 있다. 일반적으로 스크루 프로펠러 추진장치는 소형 어선에서부터 초대형 컨테이너선 등 선박의 크기와 종류에 관계없이 사용되는 장비다.  

따라서 기존에는 선박의 진동을 제어하기 위해 프로펠러를 조종하는 것이었다.  그중 하나가 바로 프로펠러의 끝부분 각도를 조절, 운항 시 선체에 전달되는 압력을 감소시키는 것이다. 국내의 경우, 삼성중공업이 이 기술을 적용해 20% 이상의 선박 진동 감소 효과를 거뒀다.  

또 국내 STX조선해양의 경우, 저 진동 추진기(Wide chord tip) 프로펠러를 적용했다. 이 저 진동 추진기 프로펠러는 선박 진동원인 중 하나인 추진기 변동압력을 상당히 감소시켰다. 변동압력은 프로펠러가 회전하며 발생하는 공동현상에 의한 프로펠러 상방에서 선체에 발생하는 압력변화를 말한다.  

회사 측에 따르면 이 기술은 향후 초대형 유조선(VLCC), 초대형 컨테이너선(1만3000TEU) 등에 적용할 수 있는 것으로 알려졌다.  

추진기에 프로펠러를 없애라  

프로펠러형 추진 장치들은 완벽하게 선박의 진동을 제어하기 어려운 것이 사실이다. 이를 개선하기 위해 프로펠러를 사용하지 않는 워터제트 추진기(Waterjet propulsion)와 같은 기술들이 개발되고 있다.  

이는 바닥면에 있는 흡입구에서 물을 빨아들여 유도관을 거쳐서 물을 배의 뒤쪽으로 분사해 추력을 얻는다. 선체내부에 장착되므로 소형 선박 등에서 사용하는데 고속으로 운항할수록 추진효율이 증가할 뿐 아니라 임펠러가 유도관 내부에서 회전해 선체의 진동과 소음을 감소시킬 수 있다.  

이에 고속함정, 어선, 소형 고속선, 수륙양용 장갑차 등 다양하게 활용되고 있다. 최근에는 대형 선박 및 초고속선의 추진 장치로 활용이 급속히 증가하고 있다.  

또 초전도 전자기 추진기(Superconducting Electro Magneto-Hydro-Dynamic Propulsor)도 프로펠러를 사용하지 않는 진동 제어기술이다. 이 초전도 전자추진기는 기계적 동력을 이용하는 프로펠러 등과 같이 기계의 회전운동을 통해 추력을 얻지 않는다.  

대신에 전자력을 이용. 물의 흐름을 가속해 추진력을 얻는 방식이다. 이는 초전도자석에 의해 해수 중에 강한 자장을 형성, 그 자장 가운데 전류를 흘려 발생하는 전자유체력을 직접 추진력으로 이용한다.  

이는 플레밍의 왼손법칙에 따라 자장에 교차해서 전류를 흘리면 자장과 전류가 만드는 면에 수직방향으로 발생하는 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 통해 배를 전진시키서  추진력을 얻는다.  

따라서 물속에서 프로펠러를 돌려 추진력을 얻는 기존의 방식과 전혀 다른 방식으로 프로펠러가 필요 없고,  추진기의 회전장치를 통하지 않고 해수에 힘을 직접 전달하므로 진동과 소음이 거의 없게 된다.