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 물 위를 달리는 자전거가 있다?

하얀 거품을 일으키며 파아~란 바다를 시원하게 가로지르는 자전거, 인력선.
과연 어떤 원리로 작동하는가에 대한 궁금증을 해결하고자 6월의 끝 무렵 항구의 도시 울산을 찾았습니다. 전국에 몇 안 되는 조선해양학공학과가 있는 울산대에서 8월에 개최되는 인력선 대회에 참가하는 조선해양공학도인 이승환 학생을 만날 수 있었습니다.


Q. 본인 소개를 간단히 부탁드립니다.
A. 안녕하세요. 저는 울산대학교 조선해양공학부 3학년에 재학 중인 이승환이라고 합니다. 현재 학과 내 학술동아리 특수선연구회의 회장을 맡고 있습니다.

Q. 인력선 대회에 참가한다고 들었는데, 대회에 대한 소개와 참가 동기가 궁금하네요. 
A. 8월에 대전에서 개최되는 HSPVF(인력선-솔라보트 경연대회)는 1999년 이래로 14회째를 맞고 있는 축제입니다. 무공해 에너지원인 사람의 힘과 태양광 에너지를 이용한 보트 축제로 전국의 조선해양학도들이 직접 인력선을 만들고 라이딩 할 수 있는 무대입니다. 저는 작년에 일반회원 자격으로 처음 참가했습니다. 장려상을 수상했지만, 아쉬운 점이 많아서 회장 자격으로 참가하게 되었습니다. 이번 선보일 인력선은 제가 원하는 방향으로 만들고 있는 만큼 자부심을 가지고 있습니다.


Q. 인력선이란 무엇인지 자세히 알려주세요.
A. 인력선은 ‘물 위를 달리는 자전거’라고 보시면 됩니다. 인력선은 모터를 사용하지 않고 자전거 바디와 체인, 페달로 사람의 힘을 동력원으로 사용하는 소형선박이라 할 수 있는데요, 연료를 사용하지 않기 때문에 환경친화적이며 수질오염이나 소음공해와 같은 문제가 발생하지 않습니다. 인력선의 종류는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 바로 ‘배수량선’과 ‘수중익선’입니다. 배수량선이 물에 선체의 일부분이 잠긴 상태로 잠긴 부분의 부력으로 물위에 떠서 주행한다면, 수중익선은 배수량선에 수중날개, 전공용어로 ‘수중익’을 이용하여 고속 주행 시에 날개를 제외한 선체가 물위에 떠서 주행한다는 차이점이 있습니다.

Q. 배가 뜨는 원리와 같은 것인가요?
A. 네. 그렇다고 보시면 됩니다. 이해를 돕기 위해 배가 물에 뜨는 원리에 대해 설명해드리겠습니다. 어떤 물체가 물위에 있으면, 물을 누르는 힘이 가해집니다. 이것은 중력으로 물체가 물에 가라앉도록 하는 힘입니다. 그런데 만약 물체의 밀도가 물보다 적으면 물이 반대로 그 물체를 위로 밀어내는 힘이 작용합니다. 이때, 물체의 전 방향으로 이 힘이 발생하지만, 다른 방향의 힘들은 모두 상쇄되고 수직 방향의 힘만 남아있게 됩니다. 이를 ‘유체정수합’ 이라고 합니다. 유체정수합이 물체에 작용하면 중력의 반대 방향 힘만 남아 물체가 물위에 뜨게 되는 것이지요.

 일반적으로 배는 철로 만듭니다. 철은 물보다 밀도가 높으나 그 안이 비워져 있으면 물체 전체의 총 밀도가 감소해서 물보다 밀도가 작아지게 됩니다. 그래서 배가 물에 뜰 수가 있는 것이죠. 이렇게 배가 물에 뜬 상태에서 사람의 힘으로 자전거 쳇바퀴를 굴려 프로펠러를 돌려서 앞으로 나가게끔 하는 것이, 바다 위의 자전거, 인력선이랍니다.


Q. 배수량선과 수중익선의 차이점이 궁금합니다.
A. 배수량선은 가로 30cm, 세로 4~5m인 선체 두 개 사이에 자전거 프레임이 얹어져 있는 형태입니다. 수중익선은 배수량선에 하이드로 포일이라는 수중날개를 달고 고속 주행을 하는 것입니다. 수중익선의 장점은 물의 저항이 아닌 공기의 저항을 더 많이 받는 다는 것인데요, 공기의 저항이 물의 저항보다 작기 때문에 더 작은 저항으로 주행하게 되어 주행속도가 증가하게 됩니다. 일반적으로 초속 7m로 주행합니다.


Q. 배에 날개를 단 수중익선의 원리에 대하여 좀 더 자세히 말씀해주세요.
A. 배 밑에 있는 날개를 달고 배가 일정 속도 이상이 되면 베르누이 원리에 의해 양력이 발생합니다. 여기서 베르누이 원리란 ‘유체의 속력이 증가하면 압력은 낮아진다’는 다니엘 베르누이의 ‘유체역학'(1738년)의 기본 법칙입니다. 점성과 압축성이 없는 이상적인 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 속력과 압력, 높이의 관계에 대한 법칙이지요. 다시 말해, 유체의 위치 에너지와 운동 에너지의 합이 항상 일정하다는 성질을 이용한 것으로, 완전 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 해당됩니다.

양력에 의해서 선체(날개를 제외한)가 물에 뜨면 물의 저항대신 공기의 저항을 받기 때문에 배수량선 보다 속도가 빠릅니다. 그러나 날개 각도에 따라 배에 적합한 일정속도 기준치는 상대적이라고 할 수 있습니다.

Q. 새로운 방식으로 개발 중인 인력선은 없는가요?
A. 있습니다. 몇 해부터 대회에도 솔라보트 부문이 생겼습니다. 솔라보트는 솔라셀을 이용하여, 태앙열의 힘으로 추진하는 배입니다. 솔라보트의 장점은 청정에너지를 이용하기 때문에 연료비가 없다는 것입니다. 그러나 초기 비용이 많이 발생하는 단점이 있습니다. 솔라보트는 배수량선의 자전거 대신 솔라보트 모터(전동기)를 달아서 그 추진력으로 주행합니다.

Q. 세 배 중에서 가장 빠른 것은 무엇입니까?
A. 가장 빠른 것은 수중익선입니다. 이유는 앞서 말씀드린 물의 저항이 아닌 공기의 저항을 받기 때문입니다. 현재 MIT에서 만든 인력선이 세계 기록을 보유하고 있는데 시속 32.4km/h로 주행한다고 알려져 있습니다. 현재까지 속도가 가장 느린 것은 솔라보트입니다. 그러나 과학적 근거에 따르면 솔라보트가 가장 빠를 가능성이 있지요. 왜냐하면 수중익선으로 솔라보트를 만들 수 있기 때문입니다. 현재까지는 솔라보트 장비가 무거워서 배수량선으로만 만들고 있습니다. 작년에 실제로 수중익선으로 도전한 배가 있었으나 물에 뜨지는 못해서 아쉬웠습니다.

Q. 마지막으로 대회에 대한 홍보와 참가 의지를 보고 싶네요.
A. 배수량선, 수중익선의 메뉴버링과 스프링트, 5000m 전 종목 그리고 솔라보트 부문에 참가했습니다. 여기서 메뉴버링은 곡선주행으로 정해진 코스를 따라서 주행하는 것이고 스프링트는 직선주행으로 예선은 100m, 결선은 200m를 주행합니다. 모든 종목은 각기 다른 매력을 가지고 있지만 스프링트가 백미이지요.
각 배에는 보통 2명씩 타고 직접 라이딩 합니다. 저는 작년에 배수량선의 메뉴버링 전 부문에 출전했습니다. 부분별 입상은 했지만 아쉬운 점이 많습니다. 올해는 종합 삼위를 목표로 하고 있습니다. 올해 대회는 16일부터 18일까지 대전 갑천수상스포츠 체험장에서 열리니 많이 오셔서 응원해주세요.


조선계를 이끌어 나갈 차세대 리더의 면모를 보였던 이승환 학생과의 즐거운 인터뷰를 통해 배의 원리와 물 위에서 자전거가 달릴 수 있는 원리를 알 수 있었습니다. 차세대 조선학계의 앞날에 청신호가 울려 퍼지고 있습니다.

 일본에서는 이미 10년 전부터 전국 규모의 인력선 대회가 열리며 미국, 독일 등의 선진국에서는 인력선과 솔라보트가 상용화되어 전 국민의 사랑을 받는 수상 레저 스포츠로 자리 잡고 있습니다. 이번 기회에 인력선 축제에 참가하여 즐긴다면 여름 더위를 이겨내는 또하나의 방법이 되지 않을까요?


 

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