[스크랩] 세일의 혁신 - AC 카타마란의 윙세일
올해 아메리카즈컵(AC34) 경기를 보면 카타마란 위에 비행기 날개같은 것이 떡하니 버티고 있다. 벳조각을 바느질해서 만드는 보통 세일과 달리 윙세일은 골격을 먼저 만들고 그 위로 벳조각을 붙혀 만들었다. 비행기 날개와 같이 고정된 부분(고정익)이 있고 움직이는 부분(가동익)이 있다. 그 사이는 보통 얇은 판으로 막아 놓는다.
쉽게 생각하면 가동익을 이쪽 저쪽으로 돌리면서 택킹도 하고 자이빙도 할 거 같다. 고정익도 마스트를 돌려서 회전을 시킬 수 있을 건데... 표면에 받는 바람의 힘이 세서 유압 장치 등을 장치해 움직이는 것 같다 (hydraulics). 유압 장치의 압력은 그라인더들이 제공하지 싶다.
보통 보트가 선회할 때 메인 세일은 붐이 돌아가고 집 세일도 어느 정도 지가 알아서 돌아간다. 하지만 윙세일 보트에선 선회할 때 윙의 접은 형태를 조심해서 맞추어 줘야 하지 않을까? 이번 AC34 경기 중 뉴질란드 팀이 한번은 크루의 실수로 윙세일을 접은 상태로 택킹을 하려고 한 적이 있다. 즉 시속 30노트로 달리는 보트가 선회하면서 메일 세일이 반대로 접혀있는 상태(Backwind)가 되자, 회전 모멘텀에 윙세일 양력이 가세하여 그 카타마란은 캡사이즈 될 뻔 했다 (통영만 세일링 클럽 이전 포스트 참조). 만약 넘어갔다면 게임오버! 왜냐면 그 충격에 윙세일은 프레임이 다 망가진다.
아래 그림은 비행기가 A) 순항할 때, B) 활주로에서 오를 때, C) 활주로에 내릴 떄, D) 착륙 후 설 때 날개 윙의 모양이다. 비행기는 운항 형태에 따라 윙의 플랩(flab, 가변익)을 변화시키는데, A는 저항이 가장 작은 모양이고, B는 윙 표면적을 늘려서 양력이 가장 큰 모양이며, C는 양력은 작으나 저항이 큰 모양이다. D는 속도를 줄여야 하므로 저항이 가장 큰 모양이다. 요트에서도 바람의 세기와 운행의 목적에 따라 다양한 윙 모양을 잘 이용하면 킬 양력과 함께 작용시켜 앞으로 가는 힘이 나올 수 있다. 단지 AC 카타마란 요트에선 고정익과 플랩을 하나만 가진 가동익의 형태로 매우 단순하다고 본다.
그림 출처 : 위키피디어 Wing
그림 A를 보면 비행기 윙이기 때문에 윙 표면과 수직방향으로 양력(lift)이 발생한다. 추진력은 엔진 배기구에서 폭발적으로 발생하는 고압 가스 때문에 생긴다. 윙세일 요트는 추진력이 세일 리치를 빠져나가는 공기의 흐름이다. 비행기에선 고정되어 있는 고정익과 달리 윙세일 요트에선 택에 따라 고정익이 회전을 해서 양력의 방향을 전진 방향으로 치우치게 하는 게 필요할 듯 보인다. 그래서 그림 B와 C에서 고정익을 시계뱡향으로 약간 돌리면 양력은 진행방향(오른쪽 윗 방향↗)으로 쏠리게 되어 추진력에 기여를 하리라 여겨진다.
뒷바람에서도 마찬가지이다. 바람의 방향만 바뀌고 양력의 방향은 거의 비슷하다고 보면 된다. 좀 더 조사해 보아야 하지만 Sailing by the lee 기법으로 뒷바람 달리기를 하는 거로 보인다. 즉, 가동익으로 먼저 바람을 받고 고정익을 지나 바람이 빠져 나가게 되며 양력은 고정익이 향한 방향으로 작용한다. 따라서 그림에서 고정익을 시계방향으로 약간 돌려주면 양력은 진행 방향으로 작용하여 뒷바람을 받더라도 킬에서 발생하는 양력과 더해져서 전진 방향으로 가속력이 발생하지 싶다. 즉, 기본적으론 보통 세일과 같이 작용한다고 보면 되고 뒷바람일때도 드랙(drag, 미는 힘)이 아니라 양력을 받아야 된다는 거만 차이점이다.
전통적인 세일은 캠버 뿐만 아니라, 사실 세일 헤드와 풋 사이에 트위스트도 주어진다. 하지만 AC 카타마란 윙세일엔 아직 트위스트를 줄 수 있는 기능은 보이지 않는다.
한편, 가변익이 없는 형태의 윙세일에선 유압을 이용하여 고정익의 캠버를 조정할 수도 있다고 한다. 아래 그림은 캠버와 두께를 조정할 수 있는 구조의 윙세일 단면이다. 이런 형태의 윙세일에선 세일 위 아래에 조정 장치를 따로 달아서 트위스트도 줄 수 있다고 한다.
그림 출처: 위키피디어 Wingsail