배수량

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1. 개요
2. 계산
- 2.1. 계산법 (일본 자료)
3. 종류
4. 역사적 배경
참조

1. 개요

배수량은 선박이 물에 떠 있을 때, 선체에 의해 밀려난 물의 무게를 의미하며, 선박 설계 및 성능 평가에 중요한 지표로 사용된다. 배수량은 흘수를 측정하여 계산하며, 선박의 상태에 따라 만재 배수량, 경하 배수량, 기준 배수량, 정상 배수량 등으로 구분된다. 특히 기준 배수량은 워싱턴 해군 군축 조약에서 각국 함선의 비교를 위해 정의되었으며, 현재 대한민국 해군에서도 함정의 크기를 나타내는 데 사용된다.

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배수량
개요
정의	함선이 물에 떠 있을 때 밀어내는 물의 무게
목적	함선의 크기를 나타내거나 함선이 얼마나 많은 화물을 실을 수 있는지 나타냄
흘수선이 표시된 드 제벤 프로빈시엔 (F802)
배수량의 종류
경하 배수량	표준 상태에서 선박 자체의 무게 (연료, 물, 보급품, 승무원 제외)
만재 배수량	선박이 최대한의 화물, 연료, 물, 보급품, 승무원을 적재했을 때의 배수량
정상 배수량	전쟁 시 선박이 전투 준비를 완료한 상태의 배수량 (만재 배수량과 경하 배수량 사이)
표준 배수량	1930년 워싱턴 해군 군축 조약에서 정의된 배수량 (연료와 보급수 제외)
배수량 측정 단위
미터톤 (metric ton)	1,000 킬로그램
톤 (ton)	국가 및 맥락에 따라 다른 무게 단위를 지칭 (예: 영국에서는 롱톤, 미국에서는 쇼트톤)
톤수 (tonnage)	배의 크기를 나타내는 척도, 무게가 아닌 부피와 관련된 용어
추가 정보
배수량 계산	아르키메데스의 원리에 따라 배가 밀어낸 물의 무게를 계산하여 결정
중요성	선박 설계, 건조, 운영 및 규제에 중요한 요소

2. 계산

선박의 배수량을 결정하는 과정은 흘수를 측정하는 것에서 시작한다.^[3] 흘수는 선체에 표시된 "흘수선"을 이용해 측정하는데, 상업용 선박의 경우 보통 선수, 선미, 그리고 선체 중앙의 좌현 및 우현 양측에 각각 하나씩, 총 세 쌍의 흘수 표시가 있다.^[3] 이 표시들을 통해 선박의 배수량을 약 0.5%의 정확도로 알아낼 수 있다.^[3]

각 위치에서 측정된 흘수 값들의 평균을 내어 평균 흘수를 구한다. 이후 선박의 정수압 표(hydrostatic tables)를 참조하여 해당 평균 흘수에 맞는 물에 잠긴 선체의 부피를 찾는다.^[4]

아르키메데스의 원리: 물에 뜨는 물체는 물체의 무게와 부력이 균형을 이루며, 부력의 크기는 물체가 밀어낸 물의 무게와 같다.

배수된 물의 무게, 즉 배수량을 계산하기 위해서는 물의 밀도를 알아야 한다. 해수의 밀도(평균 약 1,025 kg/m³)는 담수의 밀도(약 1,000 kg/m³)보다 높기 때문에, 선박은 담수에서보다 염수에서 더 높게 뜬다.^[5] 또한 물의 밀도는 온도에 따라서도 변하므로 계산 시 이를 고려해야 한다.

과거 1950년대부터는 이러한 계산을 돕기 위해 계산자와 유사한 장치가 사용되었으나, 현재는 대부분 컴퓨터 프로그램을 이용하여 계산한다.^[6]

배수량은 일반적으로 톤 또는 영국 톤(long ton) 단위로 측정된다.^[7]

2. 1. 계산법 (일본 자료)

일본에서는 배를 수상에 띄웠을 때 밀려나는 물의 무게, 즉 배수량을 계산할 때 실제 배를 계량하는 대신 설계도를 바탕으로 흘수선 아래의 체적을 계산하는 방식을 주로 사용한다. 이는 아르키메데스의 원리에 따라 배의 무게와 배수량이 같다는 점을 이용한 것이며, 계산 시에는 해수의 비중을 고려한다.

계산 과정은 먼저 정면 선도를 사용하여 각 단면에서의 계획 흘수선 아래 면적을 플래니미터로 구하는 것에서 시작한다. 이 면적 값들을 이용하여 심슨의 제1법칙을 적용해 나각 배수량(naked displacement^eng)을 계산한다. 마지막으로, 이렇게 구해진 나각 배수량에 부가적으로 외판 배수량(skin displacement^eng)과 부가물 배수량(appendages displacement^eng)을 더하여 최종적인 전체 배수량을 산출한다.

재원 배수량에 대해서는 다음과 같은 개략적인 계산법(개산법)이 알려져 있으며, 이 방법을 통해 실제 값의 95~98% 정도에 해당하는 근사값을 얻을 수 있다.

:

\Delta_N = 1.025L_{wl}B_{wl}dC_b

여기서 각 기호는 다음을 의미한다.

$\Delta_N$ : 재원 배수량
$L_{wl}$ : 수선장
$B_{wl}$ : 수선폭
$d$ : 흘수
$C_b$ : 방형계수 (구축함의 경우 일반적으로 0.47 ~ 0.52 정도)

3. 종류

1940년 사진에서 USS ''Aaron Ward''(왼쪽)와 USS ''Abel P. Upshur''(오른쪽)는 크기가 비슷한 구축함이지만, 후자가 더 무겁게 실려있기 때문에 더 낮게 가라앉아 더 많은 물을 배수한다.

선박의 배수량은 특정 조건, 즉 선박이 얼마나 많은 화물, 연료, 승무원 등을 싣고 있는지와 같은 상태에 따라 달라진다. 이 때문에 선박의 상태를 기준으로 여러 종류의 배수량 용어가 사용된다.

배수량을 설명할 때 언급되는 '물'은 일반적으로 마시는 음료수와 같은 생활 용수가 아니라, 증기 기관을 사용하는 선박에서 보일러에 보충하기 위해 싣는 예비용 물을 의미하는 경우가 많다.

3. 1. 만재 배수량 (Loaded/Full Load Displacement)

만재 배수량(full load displacement|풀 로드 디스플레이스먼트^eng)은 선박이 화물, 승객, 연료, 물, 저장품 등 항해에 필요한 모든 품목을 실어 만재 흘수선까지 잠겼을 때의 배수량을 의미한다.^[9] 이는 재화 배수량과 거의 동일한 개념으로 사용되기도 한다.

일반적으로 만재 배수량은 선급 협회나 기국(미국 해안 경비대 등)이 승인한 최대 허용 흘수에서의 배수량으로 정의된다.^[8] 하지만 군함의 경우, 해군 설계 과정을 통해 만재 상태가 결정되며, 상선에 적용되는 기국 법률의 상업적 요구 사항에서는 제외된다.^[8] 미국 해군에서는 이 만재 배수량을 설계 기준으로 사용하기도 한다.

3. 2. 경하 배수량 (Light Displacement)

'''경하 배수량'''(light displacement|라이트 디스플레이스먼트^영어, LDT)은 선박 자체의 무게를 나타내는 지표로, 화물, 연료, 식수, 밸러스트, 보급품, 승객, 승무원 등을 제외하고, 보일러가 있는 경우 증기 운전 수준까지 물을 채운 상태의 선박 무게를 의미한다.^[9] 즉, 탄약, 연료 등 모든 소모품을 탑재하지 않은 상태의 배수량이다.

실제로 경하 배수량 상태로 항행하면 선박의 복원성이 저하될 수 있다. 이 때문에 밸러스트 탱크에 밸러스트수를 채워 선박의 중심을 낮추기도 하는데, 이 상태의 배수량을 보정 경하 배수량(ballasted light displacement|밸러스티드 라이트 디스플레이스먼트^영어)이라고 한다.

3. 3. 기준 배수량 (Standard Displacement)

기준 배수량은 1922년 워싱턴 해군 군축 조약에 의해 정의된 특정 용어이며, "워싱턴 배수량"이라고도 한다.^[11] 조약에서는 "이는 완전히 승무원이 탑승하고, 엔진이 장착되었으며, 항해 준비가 완료된 선박의 배수량으로, 모든 무장과 탄약, 장비, 비품, 승무원 식량 및 담수, 기타 잡화, 전쟁에 사용될 모든 종류의 도구를 포함하지만, 연료 또는 예비 보일러 급수 탱크는 제외한다."라고 정의했다.^[11] 즉, 만재 상태에서 연료와 예비 보일러 급수를 제외한 상태의 배수량을 의미한다. 이는 군축 조약에서 사용하기 위해 정해진 계산상의 값이며, 실제 운용에서 이와 정확히 일치하는 상태가 존재하는 것은 아니다.

기준 배수량은 전함이나 항공모함과 같은 수상함의 보유 수량에 대해 국제적인 제한을 가한 워싱턴 해군 군축 조약(1923년 발효)에서 각국의 함선을 동일한 기준으로 비교하기 위해 사용되었다. 이 정의는 당시 회의에서 영국의 제안을 채택한 것이었다. 이후 잠수함에 대해서도 런던 해군 군축 조약(1930년 발효)에서 기준 배수량 개념이 채택되었다. 이러한 배경 때문에 신문이나 연감, 잡지 등에서 함선의 크기를 나타내는 수치로 종종 사용된다.

그러나 워싱턴 해군 군축 조약은 사실상 효력을 잃었으며, 특히 제2차 세계 대전 이후 건조된 함정에 기준 배수량 정의를 적용할 의무는 없다. 제인 해군 연감과 같은 자료에서 일부 국가 함선의 기준 배수량을 기재하기도 하지만, 산정 기준이 통일되어 있지 않고 제각각이어서 해군력의 객관적인 척도로 삼기에는 적합하지 않다는 지적이 있다.

3. 4. 정상 배수량 (Normal Displacement)

'''상비 배수량'''(normal load displacement|노멀 로드 디스플레이스먼트^eng)은 승무원과 탄약을 정수만큼 싣고, 연료·담수·식량 등의 소모품은 3분의 2를 탑재한 상태에서의 배수량을 말한다. 이는 군함이 전장(목적지)에 도착했을 때의 상태를 상정한 것이다.

일본 제국 해군에서는 이를 '''공시 배수량'''이라고 불렀다. 일본 해군은 전통적으로 군함이 전장에 도착했을 때 최대의 성능을 발휘해야 한다는 설계 사상을 가지고 있었으며, 이 공시 배수량(상비 배수량)을 기준으로 군함을 설계했다. 한편, 다이쇼 시대 말기까지 일본 제국 해군에서는 공시 배수량과는 별개로, 탄약 4분의 3, 연료 4분의 1, 물 2분의 1을 실은 상태를 상비 배수량으로 정의하기도 했다.

3. 5. 공시 배수량 (일본 제국 해군)

'''상비 배수량'''(normal load displacement^eng)은 승무원과 탄약은 정원을 채우고, 연료·담수·식량 등의 소모품은 3분의 2를 탑재한 상태의 배수량을 의미한다. 이는 전장(목적지)에 도착했을 때의 상태를 가정한 것이다.

일본 제국 해군에서는 이를 '''공시 배수량'''이라고 불렀다. 이는 전장에 도착했을 때 최대의 성능을 발휘하도록 설계하는 일본의 전통적인 사상을 반영하며, 이 공시 배수량(상비 배수량)이 설계 배수량으로 사용되었다. 또한 일본 제국 해군은 다이쇼 시대 말기까지 공시 배수량과는 별개로, 탄약 4분의 3, 연료 4분의 1, 물 2분의 1을 탑재한 상태를 상비 배수량으로 정의하기도 했다.

3. 6. 해상자위대의 기준 배수량

일반적으로 기준 배수량은 모든 장비와 물품, 탄약 등의 3분의 2를 적재한 상태에서의 선박 배수량을 의미한다.^[10] 해상자위대는 함정의 공식 제원으로서 "'''기준 배수량'''"을 공표하고 있지만, 그 정의는 다음과 같다.

: "만재 상태에서 연료/담수, 소비 보급 물품(식량, 탄약 등), 밸러스트 등을 제외한 상태에서의 배수량"

::※ 근거 규정: 선박 설계 기준 세칙 (1978년〈쇼와 53년〉 제정)

이는 사실상 '''건조 배수량''' (순수한 함으로서의 무게)과 같다.

4. 역사적 배경

'''기준 배수량'''은 1922년 워싱턴 해군 군축 조약에서 정의된 특정 용어로, "워싱턴 배수량"이라고도 불린다.^[11] 이는 만재 상태에서 연료와 예비수를 제외한 상태의 배수량을 의미하며, 군축 조약을 위해 정해진 계산상의 값이다. 실제 운용에서 이와 정확히 일치하는 상태가 존재하는 것은 아니다. 워싱턴 해군 군축 조약에서의 정의에 따르면, 기준 배수량은 "완전히 승무원이 탑승하고, 엔진이 장착되었으며, 항해 준비가 완료된 선박의 배수량으로, 모든 무장과 탄약, 장비, 비품, 승무원 식량 및 담수, 기타 잡화, 전쟁에 사용될 모든 종류의 도구를 포함하지만, 연료 또는 예비 보일러 급수 탱크는 제외한다."^[11]

기준 배수량은 전함이나 항공모함과 같은 수상함의 보유 수량을 국제적으로 제한하기 위한 워싱턴 해군 군축 조약(1923년 발효)에서 각국의 함선을 동일한 기준으로 비교하기 위해 처음 사용되었다. 이 정의는 당시 회의에서 영국의 제안을 채택한 것이었다. 이후 잠수함에 대해서도 런던 해군 군축 조약(1930년 발효)에서 기준 배수량이 적용되었다. 이러한 역사적 배경 때문에 신문이나 연감, 잡지 등에서 기준 배수량이라는 용어가 종종 사용되기도 한다.

하지만 워싱턴 해군 군축 조약은 사실상 효력을 잃었으며, 특히 제2차 세계 대전 이후 건조된 함정에는 기준 배수량을 적용할 의무가 없다. 제인 해군 연감과 같은 자료에서 일부 국가가 기준 배수량을 기재하기도 하지만, 산정 기준이 제각각이고 해군력의 객관적인 척도로 보기에는 적합하지 않다는 지적이 있다.

참조

_[1] 웹사이트 Ship Tonnage Explained - Displacement, Deadweight, Etc. https://www.ggarchiv[...] 2019-01-14
_[2] 웹사이트 A Guide to Understanding Ship Weight and Tonnage Measurements http://www.themariti[...] 2011-05-16
_[3] 서적 undefined 2005
_[4] 서적 undefined 2005
_[5] 서적 undefined 1980
_[6] 서적 undefined 2005
_[7] 서적 Chapman Great Sailing Ships of the World Hearst Books 2005
_[8] 간행물 undefined Department of the Navy 1942
_[9] 간행물 undefined Military Sealift Command
_[10] 서적 undefined United States Naval Institute 1897
_[11] 간행물 Conference on the Limitation of Armament 1922

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