방향키 (항공기)
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1. 개요
방향타는 선박이나 항공기의 진행 방향을 조절하는 데 사용되는 장치이다. 선박의 경우 물의 흐름을 바꿔 방향을 바꾸며, 항공기의 경우 수직 미익에 부착되어 요(yaw, 기수의 좌우 회전)를 제어한다. 선박의 방향타는 고대부터 사용되었으며, 중국에서 1세기에 뱃꼬리에 부착된 키가 처음 등장했다. 방향타는 일반타, 현수타, 밸런스 러더 등 다양한 종류가 있으며, 작동 방식과 형태에 따라 분류된다. 항공기에서는 방향타 페달로 제어되며, 에일러론과 함께 사용되어 선회를 돕는다. 일부 선박은 방향타 없이 스크류 프로펠러나 아지무스 스러스터 등을 이용하여 방향을 조절하기도 한다.
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| 방향키 (항공기) | |
|---|---|
| 개요 | |
| 종류 | 조타 장치 |
| 사용 | 선박, 잠수함, 항공기, 기타 차량의 방향 제어 |
| 선박용 방향타 | |
| 위치 | 선박의 선미 |
| 작동 방식 | 선박의 진행 방향을 바꾸기 위해 회전 |
| 항공기용 방향타 | |
| 위치 | 수직 꼬리날개의 뒷부분 |
| 작동 방식 | 항공기의 요 운동을 제어 |
| 구조 및 작동 원리 | |
| 설명 | 방향타는 기본적으로 물이나 공기 흐름 속에 잠겨 있는 평판으로, 회전하여 흐름을 한쪽으로 밀어 배나 항공기를 돌린다. |
| 역사 | |
| 기원 | 초기 선박에서는 노를 사용하여 조타했으며, 이후 선미에 부착된 방향타가 개발되었다. |
| 현대 | 현대 선박과 항공기는 효율성과 제어력을 높이기 위해 다양한 형태의 방향타를 사용한다. |
| 관련 기술 | |
| 조타 장치 | 방향타를 조작하는 데 사용되는 기계 장치 |
| 자동 조타 장치 | 미리 설정된 코스를 유지하기 위해 자동으로 방향타를 조작하는 시스템 |
2. 역사
일반적으로 방향타는 "배나 선박의 선체 외부에 고정된 조타 장치의 일부"로, 모든 종류의 노, 패들 및 방향타를 의미한다.[1] 고대 선박의 조타 장치는 배의 위치에 따라 측면 방향타와 선미 장착 방향타로 분류할 수 있다. 조타 노는 두 가지 유형 모두를 나타낼 수 있다. 지중해 맥락에서 측면 방향타는 더 정확하게 쿼터 방향타라고 불리는데, 후자의 용어가 방향타가 장착된 위치를 더 정확하게 지정하기 때문이다. 선미 장착 방향타는 배 뒤쪽 중앙에 균일하게 매달려 있다.[2][3]
조타 노는 돛의 조작을 방해할 수 있으며(장거리 항해의 잠재력을 제한함), 좁고 빠른 물길을 이용하는 소형 선박에 더 적합했다. 반면 방향타는 돛의 조작을 방해하지 않았고, 선원이 조작하는 데 더 적은 에너지가 필요했으며, 대형 선박의 원양 항해에 더 적합했고, 서기 1세기경 고대 중국에서 처음 등장했다.[8][9][10][11][12]
소형 범선의 시대에는 좌우 어느 쪽 현 측의 뱃전에 부착된 키 노/steering oar영어를 조작하여 배의 진행 방향을 조작했다. 많은 배에서는 우현 측에 키 노가 부착되어 있었으므로, 키 노가 방해가 되지 않는 좌현 측에서 접안하는 경우가 많았다. 이로부터 우현 측은 스티어링 보드(Steering board)가 변화하여 "스타보드 사이드"(Starboard side)라고 불리게 되었고, 좌현 측은 "포트 사이드"(Port-side)라고 불리게 되었다. 스타보드 우선의 원칙은 이 시대의 규칙을 계승한 것이다.
배의 후단에 고정 키를 부착하는 것을 고안한 것은 서기 시대의 중국인이다.[50] 일본에서도 당나라의 조선 기술의 영향을 받아 8세기 이후에는 와선에 널리 사용되었다. 유럽에서도 13세기까지는 대형선에서도 키 노가 사용되었지만, 그 후, 舵板(키판)에 의해 후미 키가 사용되게 되었다(범선 시대의 舵板은 경첩으로 선미에 부착되었다).
소형선에 사용되는 키에는 키 면을 선상에서 조작하기 위한 "타륜"(틸러, Tiller)이 부착되어 직접 사람의 손으로 조작되었지만, 큰 배에서는 지렛대나 도르래 등으로 큰 키 면을 간편하게 조작하는 궁리가 이루어졌고, 로프를 경유하여 키를 조작하는 큰 "타륜"(스티어링 휠, steering wheel)도 이 궁리의 하나이다.
기선의 시대가 되자 키도 "조타기"에 의해 기계력으로 움직이게 되었지만, 그 후에도 선교나 함교에서의 타륜은 계속 남아 있었다.[51] 최근에는 대형 선박에서는 타륜을 폐지하고 스틱 조작에 의한 조타를 채용하는 배가 증가했지만, 비상용으로 기관실에 조타륜이 설치되어 있다.
== 고대 이집트 ==
조향을 위해 옆에 설치된 노는 메네스(기원전 3100년) 시대 훨씬 전부터 대형 이집트 선박에 등장했다.[14] 고왕국(기원전 2686년 – 기원전 2134년) 시대에는 여객선 각 측면에 5개의 조향 노가 있었다.[14] 조향 노의 자루를 관통하는 작은 핀이었던 타일러는 제5왕조(기원전 2504–2347년)까지 거슬러 올라간다.[15] 타일러와 선미에 수직으로 세워진 조향 포스트의 도입으로 필요한 조향 노의 수를 양쪽에 하나씩으로 줄였다.[16] 당시의 여러 무덤 모형에서 선미에 장착된 단일 조향 노를 찾을 수 있으며,[17] 특히 이집트 중왕국 시대에는 무덤 부조에서 나일 강 항해에 흔히 사용되었음을 보여준다.[18] 첫 번째 문헌 언급은 고대 그리스 역사가인 헤로도토스(기원전 484-424년)의 저작에 나타나는데, 그는 이집트에서 여러 달을 보냈다. 그는 "그들은 하나의 키를 만들고, 이것은 용골을 관통한다"고 썼는데, 아마도 용골 끝의 갈라진 부분( "멘나의 무덤"에 묘사된 대로)을 의미하는 것으로 보인다.[19][20]
== 고대 로마 ==
로마의 항해는 지느러미 분기 조타 노를 사용했으며, 지느러미 분기 조타 노는 오랜 기간 동안 지속적인 개선과 개량을 거쳐 지중해를 항해했고, 로마 시대에 이르러 고대 선박은 엄청난 크기에 도달했다.[21] 조타 노의 강점은 효과성, 적응성, 단순함의 결합에 있었다.[21] 로마의 지느러미 분기 조타 노 장착 시스템은 중세 시대에도 거의 그대로 유지되었다.[21]
1세기 전반에 이르러, 로마의 강과 항구에서 사용되는 선박에도 선미에 장착된 조타 장치가 널리 사용되었음이 부조와 고고학적 발견(Zwammerdam, Woerden 7)을 통해 증명되었다. 하드리아누스 시대의 묘비에는 더 나은 지렛대를 위해 긴 선미 장착 노를 가진 오스티아의 항구 예인선이 묘사되어 있다.[22] 그 배는 이미 스프릿 세일을 갖추어 항구 선박의 기동성을 더했다.[23] 선미 장착 조타 노의 로마식 사용은 예인되는 바지선, 와인 통 운송선, 그리고 다양한 다른 유형의 선박에서 추가적으로 확인되었다.[24][25][26] Zwammerdam 근처 라인강 하구에서 발견된 큰 강 바지선은 선미에 장착된 대형 조타 장치를 갖추고 있었다.[27][28] 새로운 연구에 따르면, 황제 칼리굴라(37-41 AD)의 궁정 바지선인 진보된 네미 선박은 14m 길이의 방향타를 갖추었을 수 있다.[29]
== 고대 중국 ==
세계에서 가장 오래된 뱃꼬리에 부착된 키의 묘사는 서기 1세기 한나라 시대의 중국 정크선 도기 모형에서 찾아볼 수 있다.[8][10][33] 중국에서는 전국 시대 (c. 기원전 475–221년)부터 조타용 노가 있는 배의 소형 모형이 발견되었다.[8] 뱃꼬리에 부착된 키는 서기 1세기부터 중국 배 모형에 나타나기 시작했다.[8]
중국식 키는 나무 턱이나 소켓을 사용하여 선체에 부착되었으며,[34] 일반적으로 더 큰 키는 위에서 밧줄 도르래 시스템으로 매달려 물 속에서 올리거나 내릴 수 있었다.[34]
== 고대 인도 ==
찬드라케투가르 (웨스트 벵골) 인장이 서기 1세기에서 3세기 사이에 제작되었으며, '대양의 인드라'(잘라디사크라)라고 불리는 배의 조종 장치를 묘사하고 있는데, 이는 이 배가 해상 선박이었음을 나타낸다.[36][37]
== 중동 ==
아랍 선박 또한 선미에 장착된 방향타를 사용했다.[38] 그들의 배에서 "방향타는 두 개의 밧줄로 제어되며, 각각 방향타 헤드에 장착된 가로대에 연결되어 방향타 날의 평면에 수직으로 위치한다."[38] 가장 초기의 증거는 985년에 알-무카다시가 저술한 ''Ahsan al-Taqasim fi Marifat al-Aqalim'' ('지역 분류를 위한 최고의 구분')에서 찾을 수 있다.
:"선장은 까마귀 둥지에서 바다를 주의 깊게 관찰한다. 바위가 발견되면, 그는 "우현!" 또는 "좌현!"이라고 외친다. 거기에 배치된 두 명의 젊은이가 그 외침을 반복한다. 키잡이는 손에 두 개의 밧줄을 쥐고 외침을 들으면 오른쪽 또는 왼쪽으로 밧줄을 잡아당긴다. 큰 주의를 기울이지 않으면 배가 바위에 부딪혀 난파된다."[39]
== 유럽 ==
배 측면에 장착된 노는 쿼터 조향 노로 발전하여 고대부터 중세 말까지 유럽에서 사용되었다. 배의 크기와 현측 높이가 증가하면서 쿼터 조향 노는 다루기 힘들어졌고, 더 튼튼한 핀틀 및 거더(경첩) 부착 방식의 키로 대체되었다. 조향 노는 로마 시대부터 지중해의 가벼운 군용 갤리선을 포함한 다양한 유럽 선박에서 발견되었지만,[9][33] 핀틀 및 거더 방식의 키에 대한 가장 오래된 묘사는 1180년경의 체덜겜과 윈체스터의 교회 조각에서 찾을 수 있다.[9][33]
초기의 키는 키 포스트나 태클로 선미에 장착되었지만, 철제 경첩을 통해 키를 선미 기둥 전체 길이에 영구적으로 부착할 수 있게 되었다.[40] 그러나 수직 선미 기둥과 14세기에 풀 리그 선박이 도입된 후에야 키의 잠재력을 완전히 실현할 수 있었다.[41] 대항해 시대 이후, 핀틀 및 거더 키를 장착한 유럽 선박들은 7대양을 성공적으로 항해했다.[41]
역사학자 조셉 니덤은 선미 장착 키가 중세 시대에 중국에서 유럽과 이슬람 세계로 전해졌다고 주장한다.[8][30][33]
== 근대 ==
전통적인 방향타는 이잠바드 킹덤 브루넬이 1843년 SS ''Great Britain''에 밸런스 러더를 도입하고[42] 1866년 SS ''Great Eastern''에 조향 엔진을 도입한 이후 본질적으로 변하지 않았다.[43] 선박이 저속에서 추가적인 기동성을 필요로 하는 경우, 방향타는 선수의 기동 스러스터에 의해 보완되거나[44] 완전히 아지무스 스러스터로 대체될 수 있다.
2. 1. 고대
일반적으로 방향타는 "배나 선박의 선체 외부에 고정된 조타 장치의 일부"로, 모든 종류의 노, 패들 및 방향타를 의미한다.[1] 고대 선박의 조타 장치는 배의 위치에 따라 측면 방향타와 선미 장착 방향타로 분류할 수 있다. 조타 노는 두 가지 유형 모두를 나타낼 수 있다. 지중해 맥락에서 측면 방향타는 더 정확하게 쿼터 방향타라고 불리는데, 후자의 용어가 방향타가 장착된 위치를 더 정확하게 지정하기 때문이다. 선미 장착 방향타는 배 뒤쪽 중앙에 균일하게 매달려 있다.[2][3]조타 노는 돛의 조작을 방해할 수 있으며(장거리 항해의 잠재력을 제한함), 좁고 빠른 물길을 이용하는 소형 선박에 더 적합했다. 반면 방향타는 돛의 조작을 방해하지 않았고, 선원이 조작하는 데 더 적은 에너지가 필요했으며, 대형 선박의 원양 항해에 더 적합했고, 서기 1세기경 고대 중국에서 처음 등장했다.[8][9][10][11][12]
소형 범선의 시대에는 좌우 어느 쪽 현 측의 뱃전에 부착된 를 조작하여 배의 진행 방향을 조작했다. 많은 배에서는 우현 측에 키 노가 부착되어 있었으므로, 키 노가 방해가 되지 않는 좌현 측에서 접안하는 경우가 많았다. 이로부터 우현 측은 스티어링 보드(Steering board)가 변화하여 "스타보드 사이드"(Starboard side)라고 불리게 되었고, 좌현 측은 "포트 사이드"(Port-side)라고 불리게 되었다. 스타보드 우선의 원칙은 이 시대의 규칙을 계승한 것이다.
배의 후단에 고정 키를 부착하는 것을 고안한 것은 서기 시대의 중국인이다.[50] 일본에서도 당나라의 조선 기술의 영향을 받아 8세기 이후에는 와선에 널리 사용되었다.
== 고대 이집트 ==
조향을 위해 옆에 설치된 노는 메네스(기원전 3100년) 시대 훨씬 전부터 대형 이집트 선박에 등장했다.[14] 고왕국(기원전 2686년 – 기원전 2134년) 시대에는 여객선 각 측면에 5개의 조향 노가 있었다.[14] 조향 노의 자루를 관통하는 작은 핀이었던 타일러는 제5왕조(기원전 2504–2347년)까지 거슬러 올라간다.[15] 타일러와 선미에 수직으로 세워진 조향 포스트의 도입으로 필요한 조향 노의 수를 양쪽에 하나씩으로 줄였다.[16] 당시의 여러 무덤 모형에서 선미에 장착된 단일 조향 노를 찾을 수 있으며,[17] 특히 이집트 중왕국 시대에는 무덤 부조에서 나일 강 항해에 흔히 사용되었음을 보여준다.[18] 첫 번째 문헌 언급은 고대 그리스 역사가인 헤로도토스(기원전 484-424년)의 저작에 나타나는데, 그는 이집트에서 여러 달을 보냈다. 그는 "그들은 하나의 키를 만들고, 이것은 용골을 관통한다"고 썼는데, 아마도 용골 끝의 갈라진 부분( "멘나의 무덤"에 묘사된 대로)을 의미하는 것으로 보인다.[19][20]
== 고대 로마 ==
로마의 항해는 지느러미 분기 조타 노를 사용했으며, 지느러미 분기 조타 노는 오랜 기간 동안 지속적인 개선과 개량을 거쳐 지중해를 항해했고, 로마 시대에 이르러 고대 선박은 엄청난 크기에 도달했다.[21] 조타 노의 강점은 효과성, 적응성, 단순함의 결합에 있었다.[21] 로마의 지느러미 분기 조타 노 장착 시스템은 중세 시대에도 거의 그대로 유지되었다.[21]
1세기 전반에 이르러, 로마의 강과 항구에서 사용되는 선박에도 선미에 장착된 조타 장치가 널리 사용되었음이 부조와 고고학적 발견(Zwammerdam, Woerden 7)을 통해 증명되었다. 하드리아누스 시대의 묘비에는 더 나은 지렛대를 위해 긴 선미 장착 노를 가진 오스티아의 항구 예인선이 묘사되어 있다.[22] 그 배는 이미 스프릿 세일을 갖추어 항구 선박의 기동성을 더했다.[23] 선미 장착 조타 노의 로마식 사용은 예인되는 바지선, 와인 통 운송선, 그리고 다양한 다른 유형의 선박에서 추가적으로 확인되었다.[24][25][26] Zwammerdam 근처 라인강 하구에서 발견된 큰 강 바지선은 선미에 장착된 대형 조타 장치를 갖추고 있었다.[27][28] 새로운 연구에 따르면, 황제 칼리굴라(37-41 AD)의 궁정 바지선인 진보된 네미 선박은 14m 길이의 방향타를 갖추었을 수 있다.[29]
== 고대 중국 ==
세계에서 가장 오래된 뱃꼬리에 부착된 키의 묘사는 서기 1세기 한나라 시대의 중국 정크선 도기 모형에서 찾아볼 수 있다.[8][10][33] 중국에서는 전국 시대 (c. 기원전 475–221년)부터 조타용 노가 있는 배의 소형 모형이 발견되었다.[8] 뱃꼬리에 부착된 키는 서기 1세기부터 중국 배 모형에 나타나기 시작했다.[8]
중국식 키는 나무 턱이나 소켓을 사용하여 선체에 부착되었으며,[34] 일반적으로 더 큰 키는 위에서 밧줄 도르래 시스템으로 매달려 물 속에서 올리거나 내릴 수 있었다.[34]
== 고대 인도 ==
찬드라케투가르 (웨스트 벵골) 인장이 서기 1세기에서 3세기 사이에 제작되었으며, '대양의 인드라'(잘라디사크라)라고 불리는 배의 조종 장치를 묘사하고 있는데, 이는 이 배가 해상 선박이었음을 나타낸다.[36][37]
2. 1. 1. 고대 이집트
조향을 위해 옆에 설치된 노는 메네스(기원전 3100년) 시대 훨씬 전부터 대형 이집트 선박에 등장했다.[14] 고왕국(기원전 2686년 – 기원전 2134년) 시대에는 여객선 각 측면에 5개의 조향 노가 있었다.[14] 조향 노의 자루를 관통하는 작은 핀이었던 타일러는 제5왕조(기원전 2504–2347년)까지 거슬러 올라간다.[15] 타일러와 선미에 수직으로 세워진 조향 포스트의 도입으로 필요한 조향 노의 수를 양쪽에 하나씩으로 줄였다.[16] 당시의 여러 무덤 모형에서 선미에 장착된 단일 조향 노를 찾을 수 있으며,[17] 특히 이집트 중왕국 시대에는 무덤 부조에서 나일 강 항해에 흔히 사용되었음을 보여준다.[18] 첫 번째 문헌 언급은 고대 그리스 역사가인 헤로도토스(기원전 484-424년)의 저작에 나타나는데, 그는 이집트에서 여러 달을 보냈다. 그는 "그들은 하나의 키를 만들고, 이것은 용골을 관통한다"고 썼는데, 아마도 용골 끝의 갈라진 부분( "멘나의 무덤"에 묘사된 대로)을 의미하는 것으로 보인다.[19][20]
2. 1. 2. 고대 로마
로마의 항해는 지느러미 분기 조타 노를 사용했으며, 지느러미 분기 조타 노는 오랜 기간 동안 지속적인 개선과 개량을 거쳐 지중해를 항해했고, 로마 시대에 이르러 고대 선박은 엄청난 크기에 도달했다.[21] 조타 노의 강점은 효과성, 적응성, 단순함의 결합에 있었다.[21] 로마의 지느러미 분기 조타 노 장착 시스템은 중세 시대에도 거의 그대로 유지되었다.[21]
1세기 전반에 이르러, 로마의 강과 항구에서 사용되는 선박에도 선미에 장착된 조타 장치가 널리 사용되었음이 부조와 고고학적 발견(Zwammerdam, Woerden 7)을 통해 증명되었다. 하드리아누스 시대의 묘비에는 더 나은 지렛대를 위해 긴 선미 장착 노를 가진 오스티아의 항구 예인선이 묘사되어 있다.[22] 그 배는 이미 스프릿 세일을 갖추어 항구 선박의 기동성을 더했다.[23] 선미 장착 조타 노의 로마식 사용은 예인되는 바지선, 와인 통 운송선, 그리고 다양한 다른 유형의 선박에서 추가적으로 확인되었다.[24][25][26] Zwammerdam 근처 라인강 하구에서 발견된 큰 강 바지선은 선미에 장착된 대형 조타 장치를 갖추고 있었다.[27][28] 새로운 연구에 따르면, 황제 칼리굴라(37-41 AD)의 궁정 바지선인 진보된 네미 선박은 14m 길이의 방향타를 갖추었을 수 있다.[29]
2. 1. 3. 고대 중국
세계에서 가장 오래된 뱃꼬리에 부착된 키의 묘사는 서기 1세기 한나라 시대의 중국 정크선 도기 모형에서 찾아볼 수 있다.[8][10][33] 중국에서는 전국 시대 (c. 기원전 475–221년)부터 조타용 노가 있는 배의 소형 모형이 발견되었다.[8] 뱃꼬리에 부착된 키는 서기 1세기부터 중국 배 모형에 나타나기 시작했다.[8]
중국식 키는 나무 턱이나 소켓을 사용하여 선체에 부착되었으며,[34] 일반적으로 더 큰 키는 위에서 밧줄 도르래 시스템으로 매달려 물 속에서 올리거나 내릴 수 있었다.[34]
2. 1. 4. 고대 인도
찬드라케투가르 (웨스트 벵골) 인장이 서기 1세기에서 3세기 사이에 제작되었으며, '대양의 인드라'(잘라디사크라)라고 불리는 배의 조종 장치를 묘사하고 있는데, 이는 이 배가 해상 선박이었음을 나타낸다.[36][37]2. 2. 중세
소형 범선의 시대에는 좌우 어느 쪽 현 측의 뱃전에 부착된 키 노/steering oar영어를 조작하여 배의 진행 방향을 조작했다. 많은 배에서는 우현 측에 키 노가 부착되어 있었으므로, 키 노가 방해가 되지 않는 좌현 측에서 접안하는 경우가 많았다. 이로부터 우현 측은 스티어링 보드(Steering board)가 변화하여 "스타보드 사이드"(Starboard side)라고 불리게 되었고, 좌현 측은 "포트 사이드"(Port-side)라고 불리게 되었다. 스타보드 우선의 원칙은 이 시대의 규칙을 계승한 것이다.배의 후단에 고정 키를 부착하는 것을 고안한 것은 서기 시대의 중국인이다.[50] 일본에서도 당나라의 조선 기술의 영향을 받아 8세기 이후에는 와선에 널리 사용되었다. 유럽에서도 13세기까지는 대형선에서도 키 노가 사용되었지만, 그 후, 舵板(키판)에 의해 후미 키가 사용되게 되었다(범선 시대의 舵板은 경첩으로 선미에 부착되었다).
소형선에 사용되는 키에는 키 면을 선상에서 조작하기 위한 "타륜"(틸러, Tiller)이 부착되어 직접 사람의 손으로 조작되었지만, 큰 배에서는 지렛대나 도르래 등으로 큰 키 면을 간편하게 조작하는 궁리가 이루어졌고, 로프를 경유하여 키를 조작하는 큰 "타륜"(스티어링 휠, steering wheel)도 이 궁리의 하나이다.
2. 2. 1. 중동
아랍 선박 또한 선미에 장착된 방향타를 사용했다.[38] 그들의 배에서 "방향타는 두 개의 밧줄로 제어되며, 각각 방향타 헤드에 장착된 가로대에 연결되어 방향타 날의 평면에 수직으로 위치한다."[38] 가장 초기의 증거는 985년에 알-무카다시가 저술한 ''Ahsan al-Taqasim fi Marifat al-Aqalim'' ('지역 분류를 위한 최고의 구분')에서 찾을 수 있다.:"선장은 까마귀 둥지에서 바다를 주의 깊게 관찰한다. 바위가 발견되면, 그는 "우현!" 또는 "좌현!"이라고 외친다. 거기에 배치된 두 명의 젊은이가 그 외침을 반복한다. 키잡이는 손에 두 개의 밧줄을 쥐고 외침을 들으면 오른쪽 또는 왼쪽으로 밧줄을 잡아당긴다. 큰 주의를 기울이지 않으면 배가 바위에 부딪혀 난파된다."[39]
2. 2. 2. 유럽
배 측면에 장착된 노는 쿼터 조향 노로 발전하여 고대부터 중세 말까지 유럽에서 사용되었다. 배의 크기와 현측 높이가 증가하면서 쿼터 조향 노는 다루기 힘들어졌고, 더 튼튼한 핀틀 및 거더(경첩) 부착 방식의 키로 대체되었다. 조향 노는 로마 시대부터 지중해의 가벼운 군용 갤리선을 포함한 다양한 유럽 선박에서 발견되었지만,[9][33] 핀틀 및 거더 방식의 키에 대한 가장 오래된 묘사는 1180년경의 체덜겜과 윈체스터의 교회 조각에서 찾을 수 있다.[9][33]초기의 키는 키 포스트나 태클로 선미에 장착되었지만, 철제 경첩을 통해 키를 선미 기둥 전체 길이에 영구적으로 부착할 수 있게 되었다.[40] 그러나 수직 선미 기둥과 14세기에 풀 리그 선박이 도입된 후에야 키의 잠재력을 완전히 실현할 수 있었다.[41] 대항해 시대 이후, 핀틀 및 거더 키를 장착한 유럽 선박들은 7대양을 성공적으로 항해했다.[41]
역사학자 조셉 니덤은 선미 장착 키가 중세 시대에 중국에서 유럽과 이슬람 세계로 전해졌다고 주장한다.[8][30][33]
2. 3. 근대
전통적인 방향타는 이잠바드 킹덤 브루넬이 1843년 SS ''Great Britain''에 밸런스 러더를 도입하고[42] 1866년 SS ''Great Eastern''에 조향 엔진을 도입한 이후 본질적으로 변하지 않았다.[43] 선박이 저속에서 추가적인 기동성을 필요로 하는 경우, 방향타는 선수의 기동 스러스터에 의해 보완되거나[44] 완전히 아지무스 스러스터로 대체될 수 있다.소형 범선의 시대에는 좌우 어느 쪽 현 측의 뱃전에 부착된 키 노/steering oar영어를 조작하여 배의 진행 방향을 조작했다. 많은 배에서는 우현 측에 키 노가 부착되어 있었으므로, 키 노가 방해가 되지 않는 좌현 측에서 접안하는 경우가 많았다. 이로부터 우현 측은 스티어링 보드(Steering board)가 변화하여 "스타보드 사이드"(Starboard side)라고 불리게 되었고, 좌현 측은 "포트 사이드"(Port-side)라고 불리게 되었다. 스타보드 우선의 원칙은 이 시대의 규칙을 계승한 것이다.
배의 후단에 고정 키를 부착하는 것을 고안한 것은 서기 시대의 중국인이다.[50] 일본에서도 당나라의 조선 기술의 영향을 받아 8세기 이후에는 와선에 널리 사용되었다. 유럽에서도 13세기까지는 대형선에서도 키 노가 사용되었지만, 그 후, 키판에 의해 후미 키가 사용되게 되었다(범선 시대의 키판은 경첩으로 선미에 부착되었다).
소형선에 사용되는 키에는 키 면을 선상에서 조작하기 위한 "타륜"(틸러, Tiller)이 부착되어 직접 사람의 손으로 조작되었지만, 큰 배에서는 지렛대나 도르래 등으로 큰 키 면을 간편하게 조작하는 궁리가 이루어졌고, 로프를 경유하여 키를 조작하는 큰 "타륜"(스티어링 휠, steering wheel)도 이 궁리의 하나이다.
기선의 시대가 되자 키도 "조타기"에 의해 기계력으로 움직이게 되었지만, 그 후에도 선교나 함교에서의 타륜은 계속 남아 있었다.[51] 최근에는 대형 선박에서는 타륜을 폐지하고 스틱 조작에 의한 조타를 채용하는 배가 증가했지만, 비상용으로 기관실에 조타륜이 설치되어 있다.
3. 종류
해상 산업에서 다양한 종류의 방향타가 사용되며, 여기에는 스페이드 러더,[46] 세미 스페이드 러더, 고양력 러더 및 밸런스 러더가 있다.
=== 회전축 지지 방법에 따른 분류 ===
타는 회전축의 지지 방법에 따라 일반타와 현수타로 분류된다.[46]
일반타(Ordinary Rudder영어)는 타의 회전축이 상하 양쪽에서 지지되어 구조적으로 견고하다. 킬에서 뻗어 나온 부분을 "슈 피스"라고 부른다.[46]
현수타(Hanging Rudder영어)는 타의 회전축이 상단에서만 지지되어 일반타보다 큰 강도가 요구된다. 선미 선저를 깊게 할 수 없는 배에 적합하다.[46]
=== 회전축 설치 위치에 따른 분류 ===
밸런스 러더(Balanced Rudder, 평형타)는 타를 회전시키는 축이 타에 걸리는 수압의 중심 부근에 있어 타를 움직이는 힘이 적게 든다.[46] 세미 밸런스 러더(Semi-Balanced Rudder, 반평형타)는 밸런스 러더와 언밸런스 러더의 중간 특성을 가진다.[46] 언밸런스 러더(Unbalanced Rudder, 불평형타)는 타를 회전시키는 축이 타에 걸리는 수압을 받는 위치에 있어 타를 움직이는 힘이 커진다.[46] 타의 양력은 타의 중심보다 약간 앞에 위치하기 때문에, 밸런스 러더의 경우에도 타의 회전축은 약간 앞으로 설치된다.[46]
=== 특수한 방향타 ===
플랩 부착 러더는 항구 출입이 잦은 내항선에서 항구 내 조작성을 높이기 위해 타판 후단부에 '플랩'이라는 가동 가능한 판을 부착한 형태이다.[46] 플랩은 주타면의 닻각의 2배까지 움직일 수 있으며, 최대 70도 정도까지 닻각을 취할 수 있어 좁은 항구에서의 조선이 용이하다.[46] 베커 러더, 갈매기 K7 러더, 가와사키식 플랩 러더 등이 이에 해당한다.[46]
실링 러더는 특수한 형상의 타판 상하단에 정류판이 부착되어 있어 타에 닿은 스크류로부터의 수류를 놓치지 않고 편향시킬 수 있다.[46] 최대 70도까지 닻각을 줄 수 있어, 최대 각도에서는 거의 전진력이 손실되고 선미는 옆으로 이동한다.[46] 선수 스러스터가 있다면 배를 옆으로 이동하거나 그 자리에서 선회도 가능하다.
벡 트윈 러더(Vec-Twin Rudder)는 좌우로 105도까지 움직일 수 있는 2장의 실링 러더를 조이스틱으로 조작하는 시스템이다.[46] 닻만으로 후진도 가능하게 되는 등, 2장의 닻의 방향을 조합함으로써 다양한 운동이 가능하다.
3. 1. 회전축 지지 방법에 따른 분류
타는 회전축의 지지 방법에 따라 일반타와 현수타로 분류된다.[46]일반타(Ordinary Rudder영어)는 타의 회전축이 상하 양쪽에서 지지되어 구조적으로 견고하다. 킬에서 뻗어 나온 부분을 "슈 피스"라고 부른다.[46]
현수타(Hanging Rudder영어)는 타의 회전축이 상단에서만 지지되어 일반타보다 큰 강도가 요구된다. 선미 선저를 깊게 할 수 없는 배에 적합하다.[46]
3. 2. 회전축 설치 위치에 따른 분류
밸런스 러더(Balanced Rudder, 평형타)는 타를 회전시키는 축이 타에 걸리는 수압의 중심 부근에 있어 타를 움직이는 힘이 적게 든다.[46] 세미 밸런스 러더(Semi-Balanced Rudder, 반평형타)는 밸런스 러더와 언밸런스 러더의 중간 특성을 가진다.[46] 언밸런스 러더(Unbalanced Rudder, 불평형타)는 타를 회전시키는 축이 타에 걸리는 수압을 받는 위치에 있어 타를 움직이는 힘이 커진다.[46] 타의 양력은 타의 중심보다 약간 앞에 위치하기 때문에, 밸런스 러더의 경우에도 타의 회전축은 약간 앞으로 설치된다.[46]3. 3. 특수한 방향타
플랩 부착 러더는 항구 출입이 잦은 내항선에서 항구 내 조작성을 높이기 위해 타판 후단부에 '플랩'이라는 가동 가능한 판을 부착한 형태이다.[46] 플랩은 주타면의 닻각의 2배까지 움직일 수 있으며, 최대 70도 정도까지 닻각을 취할 수 있어 좁은 항구에서의 조선이 용이하다.[46] 베커 러더, 갈매기 K7 러더, 가와사키식 플랩 러더 등이 이에 해당한다.[46]실링 러더는 특수한 형상의 타판 상하단에 정류판이 부착되어 있어 타에 닿은 스크류로부터의 수류를 놓치지 않고 편향시킬 수 있다.[46] 최대 70도까지 닻각을 줄 수 있어, 최대 각도에서는 거의 전진력이 손실되고 선미는 옆으로 이동한다.[46] 선수 스러스터가 있다면 배를 옆으로 이동하거나 그 자리에서 선회도 가능하다.
벡 트윈 러더(Vec-Twin Rudder)는 좌우로 105도까지 움직일 수 있는 2장의 실링 러더를 조이스틱으로 조작하는 시스템이다.[46] 닻만으로 후진도 가능하게 되는 등, 2장의 닻의 방향을 조합함으로써 다양한 운동이 가능하다.
4. 작동 원리
방향타는 배의 진행 방향을 변화 및 조절하는 장치로, 수중의 판에 의해 물의 흐름을 바꾼다.[45] 스크루를 가진 선박에서는 스크루 직후에 위치하여 스크루가 만들어내는 물의 흐름 방향을 바꿈으로써 선체의 방향을 바꾼다. 세일링 보트(요트) 등 스크루가 없는 선박에서는 선체가 나아가면서 생기는 물의 흐름을 받아 선체에 반동을 전달함으로써 선박의 방향을 바꾼다.
선외형 방향타는 선미 또는 트랜섬에 매달려 있으며, 선내형 방향타는 용골 또는 스케그에 매달려 선체 아래에 완전히 잠겨 있다. 선내 용골에 매달린 방향타는 원양 항해에 가장 손상 저항성이 있는 방향타로 간주된다.[45] 작은 핀 킬을 가진 보트의 경우 스케그에 매달린 방향타를 사용하면 더 나은 성능과 더 빠른 핸들링 특성을 제공할 수 있다.
방향타 포스트와 마스트의 배치는 케치와 요트의 차이점을 정의한다. 요트는 미즌 마스트가 방향타 포스트 뒤쪽에 있는 반면, 케치는 미즌 마스트가 방향타 포스트 앞쪽에 있다.
작은 보트 방향타는 선체의 종축에 대해 거의 수직으로 조향할 수 있어 "하드 오버"로 밀면 효과적인 브레이크가 된다. 트랜섬에 매달린 방향타 또는 가장 뒤쪽에 장착된 핀 방향타는 더 전방에 장착된 용골에 매달린 방향타보다 더 큰 모멘트와 더 빠른 회전을 생성한다. 작은 선박의 방향타는 방향타 호일에 부착되는 방향타 스톡에 맞는 틸러를 사용하여 작동할 수 있다. 틸러의 길이가 헬름의 움직임을 방해할 수 있는 선박은 고무 유니버셜 조인트로 분할할 수 있으며 틸러에 인접한 부분은 틸러 연장이라고 한다. 틸러는 조절 가능한 텔레스코픽 트위스트 잠금 연장을 통해 더 연장될 수 있다.
배럴형 방향타는 선박의 스크류가 덮여 있고 선박을 조종하기 위해 회전할 수 있는 형태이다.[45]
대형 선박(총 톤수 10,000톤 이상)은 러더 회전 시간에 대한 요구 사항이 있다. 이를 충족하기 위해 고 토크 러더 제어 장치가 사용된다.[47] 일반적으로 사용되는 시스템 중 하나는 램 타입 조향 장치이다. 이 장치는 4개의 유압 램을 사용하여 러더 스톡(회전 축)을 회전시키고, 이는 러더를 회전시킨다.[48]
5. 기본 형상
기본적인 방향키의 모양은 수중에서의 저항을 최소화하기 위해 유선형으로 되어 있다. 유체의 특성에 맞춰 방향키의 수평 단면 형상은 앞쪽이 둥글고 뒷부분은 완만한 곡선이며 후단부는 날카롭게 뾰족하다. 이 때문에 가장 두꺼운 부분이 약간 앞쪽에 위치한다. 비행기 날개와 비슷한 형상이지만, 비행기 날개가 양력을 얻기 위해 상하 비대칭인 것에 비해, 배의 방향키는 저항을 줄이기 위해 좌우 대칭으로 되어 있다. 대형 선박에서는 좌우 2장으로 하거나, 대소로 나누어 전후에 배치하는 경우도 있다. 선수에 방향키를 설치하는 실험이 이루어졌지만, 그다지 효과가 없어 실용화되지 않았다.
6. 역학
6. 1. 양력
타가 만드는 양력은 다음 식으로 나타낸다.:
:''F'' : 양력
:''CL'' : 양력 계수. 타의 형상에 따라 결정되며 받음각의 함수가 된다.
:ρ : 물의 밀도
:''U'' : 물의 유입 속도
:''S'' : 타 면적
6. 2. 박리
타의 받음각이 클수록 큰 양력을 얻을 수 있지만, 흐름에 대한 뒷면에서 흐름이 타면에 따라 흐르지 않고 떨어져 나가는 박리가 발생하면 양력은 반대로 작아진다. 이는 실속이며, 비행기 날개에서 발생하는 현상과 같다.박리가 발생하면 타의 조종성이 나빠지므로 일반적인 타의 타각은 최대 35도 정도이다.
6. 3. 선체에 작용하는 모멘트
타륜에 의해 발생하는 횡력은 선체 전체 질량에 비해 작기 때문에, 효과적으로 선체에 회전력을 가하기 위해서는 가능한 선체의 무게중심에서 먼 위치에 두는 것이 좋다. 선체에 작용하는 회전력은 "회전 모멘트"라고 불리며, 무게중심 위치로부터의 거리 × 타륜이 만들어내는 횡력(양력)으로 구해진다. 이 때문에 타륜은 배의 후미 부근에 위치하고 있다.7. 면타와 취타
진로 방향을 오른쪽으로 잡는 경우 "면타(오모카지)", 왼쪽으로 잡는 경우 "취타(토리카지)"라고 한다. 단순히 "면타"라고 하면 오른쪽으로 15도, "면타 일배"라고 하면 민간 선박에서는 오른쪽으로 30도, 군함에서는 35도가 되며, "취타", "취타 일배"는 그 반대이다. "일배"라는 어원은, 앞서 언급한 박리(剥離) 현상으로 인해 이 이상의 타각(舵角)에는 변각 효과가 없으며, 최대 타각이기 때문에 유래되었다.
또한, 배는 키를 돌려도 관성으로 인해 키를 잡은 방향으로 계속 움직이기 때문에(일본 제국 해군과 해상자위대에서는 "이키아시"라고 한다), 잡았던 키의 반대 방향으로 키를 꺾어 선체가 흔들리는 것을 막는 "반타(아테카지)"를 한다. 각도는 5도가 보통이지만 군함의 경우 전함은 7도, 그 외 수송선 등은 10도가 많이 사용되듯이, 선체 무게에 따라 다르다. “오른쪽으로 반타”라면 항해사는 조타수에게 "면타에 반타"라고 지시한다.
이러한 표현은 항공기에도 공통적으로 사용된다.
8. 항공기 방향타
항공기에서 '''방향타'''는 비행 제어면 중 하나로, 수직 미익(수직 안정판)에 부착되어 있다. 승강타는 수평 꼬리 구조에 부착되어 피치를, 에일러론은 날개에 부착되어 롤을 제어하는 반면, 방향타는 수직축에 대한 비행 역학(기수의 수평 방향 변경)을 제어한다.
선박과 달리, 항공기를 선회할 때는 에일러론과 방향타 제어를 함께 사용한다. 에일러론은 롤을, 방향타는 요를 발생시키며, 반대 요 현상을 보상한다. 방향타만으로도 일반적인 고정익 항공기를 선회할 수 있지만, 에일러론을 함께 사용하는 것보다 훨씬 느리다. 때때로 조종사는 슬립 또는 옆 미끄럼 기동에서 의도적으로 방향타와 에일러론을 반대 방향으로 작동시킬 수 있는데, 이는 측풍을 극복하고 동체를 활주로와 일직선으로 유지하거나, 항력을 증가시켜 고도를 낮추기 위해 수행할 수 있다.
일부 테일리스 항공기 및 플라잉 윙에서는 분할 에일러론과 같은 하나 이상의 항력 생성 표면을 날개 바깥쪽에 추가하는 요 제어 기술이 사용되기도 한다. 이러한 표면 중 하나를 작동하면 날개에 항력이 발생하여 해당 방향으로 항공기가 요를 일으키는데, 이러한 표면은 종종 항력 방향타라고 한다.
방향타는 일반적으로 방향타 페달로 제어된다.
9. 단독으로 방향타를 갖지 않는 선박
선외기를 동력으로 사용하는 선박은 스크류 프로펠러를 포함한 선외기의 방향을 바꿈으로써 선체의 진행 방향을 바꾼다. 추진원인 스크류 프로펠러 자체가 변각할 수 있으므로 방향타가 필요 없다. 아지무스 스러스터 탑재 선박도 마찬가지이다. 수상 오토바이 등 워터 제트 추진을 하는 선박은 저속 항행용 스크류 프로펠러를 가진 것을 제외하고는 방향타를 갖추고 있지 않다. 호버크라프트는 전진 추력을 내는 프로펠러 후방에 항공기와 비슷한 조타 기구를 가지고 있으며, 수중에는 방향타가 없다. 예인선은 기동성을 갖게 하기 위해 방향타 기능을 가진 특수한 스크류 프로펠러(슈나이더 프로펠러 또는 아지무스 스러스터)를 장비하고 있으며, 단독으로 방향타를 장비하지 않은 배가 많다.
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