[배 이야기]선박 자유롭게 움직여주는 ‘방향타’

러더, 물고기 처럼 유선형 디자인
배 전체 면적의 60분의 1크기···수백t 달해

지난 2월 26일 경남 통영시 성동조선해양 조선소에서 육상 건조 선박으로는 세계최대이자 땅위에서 100번째 건조한 18만t급 벌커가 안벽에서 플로팅 도크로 이동시키는 '로드 아웃(Load-Out)'을 하고 위해 대기하고 있다. 거대한 크기의 러더와 프로펠러가 현장 인력과 대비된다.

[아시아경제 채명석 기자] 물고기는 수면 아래에서 헤엄을 칠 때 꼬리 지느러미를 흔들어 진행방향 대로 정확히 나아가고, 수시로 방향을 바꾸기도 한다.

선박은 엔진의 추진력으로 프로펠러를 돌려줌으로써 항해를 하게 된다. 이 때 선박이 파도가 출렁이는 바다 위에서도 전진이나 후진을 똑바로 할 수 있도록 수시로 제어하거나 좌측 또는 우측으로 방향을 선회하려면 프로펠러의 추진력을 정확히 맞춰주거나 변형시키는 물고기의 꼬리 지느러미와 같은 부속품이 있어야 한다.

이렇듯 선박 항해 방향을 바꿔줄 수 있는 구성품을 ‘러더(Rudder)’, 또는 방향타로 부른다. 항공기에도 부착된 수직 꼬리 날개에 달려있는 보조날기와 같은 명칭인데, 기능도 동일하다.

러더는 통상 선미 프로펠러 바로 뒷편에 수직으로 설치되며, 프로펠러로부터 받은 추진력의 방향을 원하는 쪽으로 작용하게 해 배의 방향을 잡아주는 역할을 한다.

전체 선박 크기에서 러더가 차지하는 비중은 작지만 크기는 크기와 형상에 의해 선박의 조정성능이 결정되며 바람·파도와 같은 외부교란이나 선박·암초 등과의 충돌 또는 좌초될 위험으로부터 회피할 수 있는 수단이 되기도 한다. 여기에 러더의 성능에 따라 선박의 운항속도와 연비에 큰 영향을 준다.

국내 선박용 러더 시장 점유율 82%를 차지하고 있는 해덕파워웨이에 따르면 러더는 총 7가지의 구성품이 모여 하나의 시스템으로 구성된다.

러더 블레이드(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

우선 ‘러더 블레이드(방향타)’는 주강소재와 고장력강 및 일반 탄소강을 용접해 제작하며, 프로펠러가 미는 물이 뒤로 잘 흐를 수 있도록 러더 단면은 물고기처럼 날렵한 유선형으로 제작된다. 수만~수십만t에 달하는 선박이 좌우로 움직이도록 하려면 러더 블레이드는 엄청난 힘을 받기 때문에 제작 단계에서 고도의 용접 품질을 필요로 한다.

배가 클수록 방향 전환에 드는 힘이 커지는 데다가, 선박의 종류에 따라 적용되는 모양이 달라지는데, 통상 배가 물에 잠기는 면적의 1.7%, 또는 배 전체 면적의 60분의 1에 해당하는 크기로 러더 블레이드가 제작된다.

대우조선해양이 인도·건조한 선박 중 가장 큰 러더는 헬레스폰트의 44만2000t급 초대형 원유운반선(ULCC)으로 높이 17.2m, 최대폭 11.5m, 최대 두께 2.3m, 무게 227.8t이며, 821t의 힘을 버텨낼 수 있다.

러더 혼(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

‘러더 혼’은 선미쪽에 선체와 결합돼 있는 구조물로 러더 블레이드를 지지해주는 역할을 한다. 높은 중량과 선박의 회전에 의한 응력을 견디기 위해 강도가 높은 주강품으로 제작됐으나 용접기술 및 제작 기술의 발달로 최근에는 주강품과 고장력 철판을 용접한 구조물로 제작된다.

구조물 제작시 좌우 대칭은 물론 선체 주구조물과 용접 결합시 높은치수 정밀도를 필요로 요로 하며, 높은 중량과 응력에 견딜 수 있도록 고품질의 용접 작업으로 진행한다.

러더 스톡(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

‘러더 스톡’은 선박 운항시 방향 전환을 위해 선교에 있는 조타수가 핸들, 즉 키(Key)를 돌리면 이 조종신호가 전기적 계통을 따라 조향장치(타기, 스티어링기어)를 유압으로 움직이게 되고 이렇게 발생하는 회전력을 러더 블레이드에 전달하는 매개체 역할을 한다.

선박에서 발생되는 강한 진동과 엄청난 회전응력을 견뎌야 하기 때문에 강도가 강한 단조소재로 제작된다. 러더 블레이드와 스티어링 기어 시스템간 금속면의 마찰력에 의해 결합하기 때문에 매우 높은 조도와 정밀한 경사 가공을 필요로 하며, 슬리브(회전축 등을 둘러싸도록 축 외주에 끼워서 사용되는 비교적 긴 통형 부품)가 열박음되는 부위는 100분의 50mm의 허용 오차를 요하는 정밀 가공으로 제작된다.

핀틀(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

‘핀틀’은 러더 블레이드를 설치할 때 러더 혼과 결합시키는 연결부품이다. 반복적인 회전 운동과 회전 응력을 견디기 위하여 높은 강도를 가진 단조품으로 제작되며 마모와 부식방지를 위해 스테인레스로 된 슬리브를 씌운 뒤 가공한다.

러더 캐리어(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

‘러더 캐리어’는 러더 블레이드를 움직이는 방법중 실린더의 램 운동을 이용하는 방법을 적용할 때 설치된다. 러더 블레이드와 러더 스톡의 무게를 지지하고, 러더 스톡의 회전 진동을 최소화하는 역할을 한다. 특히 러더 스톡의 회전운동에 의한 마모를 방지하기 위해 내부에는 러더 스톡보다 재질이 부드러운 구리합금으로 만든 부시(BUSH, 원통형의 베어링 메탈)가 부착되며 윤활유를 흘려주는 통로가 시공된다.

‘스턴 튜브 앤 보스’는 선박 추진 장치인 프로펠러를 회전시키는 축인 프로펠러 샤프트가 통과하는 원통형 구조물이다. 해덕파워웨이는 선박 제조사에서 공정기간을 단축할 수 있도록 스턴 튜브(선미관, 축이 선체를 관통해 선체 박으로 나오는 곳에 장치하는 원통 모양의 관)와 보스(차륜 형상의 주물 등에서 축이 끼워지는 구멍 가장자리를 보강하기 위해 두껍게 돌기한 부분)을 결합해 정밀 가공함으로써 공정 기간을 5분의 1로 단축시켰다.

프로펠러 쉐프트(사진: 해덕파워웨이, www.haedukpw.com)

이밖에 ‘프로펠러 쉐프트’는 엔진에서 생산된 동력을 회전체인 프로펠러에 전달하는 역할을 하는 중요한 선박 추진축이다. 회전 진동을 방지하기 위해 길이가 길고 중량이 크지만 정밀 가공을 요하는 제품이다.
<자료: 해덕파워웨이·현대중공업·대우조선해양·삼성중공업·STX조선해양·성동조선해양·한진중공업>