카약과 안정성

더 나은 카약의 안정성을 위한 디자인 : 왜, 어떻게




안정성(stablity)이란 무엇인가.

안정성은 변화와 악화,이동 등에 대한 저항으로 정의 되며, 믿음 혹은 신뢰와 비슷한 말이다.
해양 용어로는 균형을 유지하려는 선박의 능력 혹은  바다나 바람등에 의해 변화가 생긴 이후 곧바로 처음 상태로 복원하려는 능력을 말한다.
이 글은 앞으로 부터의 안정성이 아니라 측면으로부터의 안정성에 대한 것이다.
왜 측면으로부터의 안정성이 중요한가.
측면 안정성은 카약킹과 카약 피싱에 있어서 카약커나 카약 앵글러의 사고를 막는 것은 물론 무사하도록 하는데 있어 관건적이 요소이기 때문이다.

이 글은 안정성과 관계되는 카약 디자인의 기본적인 조건을 설명하고, 미국 국제 특허의 W 카약이 어떻게 이전의 카약에서는 얻을 수 없었던 정도의 측면으로 부터의 안정성 제공하게 되는 지 설명한다.
나아가 글쓴이는 '에스키모 롤(Eskimo Roll, 카약을 360도 회전시켜 물속으로 들어갔다가 나오는 기술)과 같이 카약커들의 기술을 안전의 전제 조건으로 삼는 것은 실패했으며, 최근 십년간 카약 패들링을 하는 압도적인 대부분의 사람들은 그것을 점점 무시하고 있다는 점을 강조한다.
그 이유는 롤링 기술은 기본적으로 만약을 대비한 복원의 수단이지 뒤집히는 것은 미리 방지하는 것을 의미하는 것이 아니기 때문이다.
이것은 왜 대부분의 제조업자들과 카야커들이 상식을 가지고 신뢰할 수 없는 복원 테크닉보다 사고를 막는데 주안점을 두게 되었는지 설명해준다.

제1, 제2의 안정성

제1의 안정성은 호수와 같이 고여있는 물에 있을 때 카약이 어떻게 느껴지게 되는지에 관한 것이다. 카약이 안정성만 있으면 기본적인 편안함과 신뢰를 전달하는가?

제2의 안정성은  외부적 조건 때문이건, 카약커 때문이든 일단 한번 카약이 기울어졌을 때, 혹은  지속적이거나 그리고/혹은 갑자기 기울어지는 악조건의에서 다시 안정시키고 컨트롤 하기가 얼마나 쉬운가에 대한 것이다.

제1, 제2의 안정성 모두 모두 중요한 것이다.
그러나 제1 안정성은 카약커가 어떻게 느끼는가에 관해 주로 관련되어 있다면,
제2의 안정성은  패들링과 피싱의 수행과 안전에 영향을 끼친다.

배안에 어떤 사람이 들어가는가에 대한 판단없이 이러한 조건을 더 논하는 것은 쓸데없는 일이다. 
대부분의 경우, 카약에 탄 사람은 카약의 몇 배가 넘는 체중을 가지고 있으며, 이 사람은 배를 불안정하게 하는 안팎의 힘에 대해 배가 반응하느데 있어 관건적인 요소이다.
호수와 같이 고여있는 물에서의 레이싱 카약은 18-19인치(47cm 내외)로 좁으며 어떤 피싱카약은 갑판보가 40인치(약 114cm)가 넘는 것도 있다. 
앞의 것은 물에서 패들링을 계속하지 않는 한 안정적일 수 없기 때문에 상대적으로 작고 기술이 뛰어난 카약커를 위해 디자인 되었다.
두번째 것은 W 카약에서 할 수 있는 것처럼  패들링과 낚시를 할 때 가끔 자신의 카약에서 일어서거나, 크고 힘센 고기와 파이팅을 해야하는 상대적으로 크고 기술이 적은 패들러에게 좋은 안정성을 제공하기 위한 것이다.

따라서 제1의 안정성은 편안함과 많은 관계가 있으며,
제2의 안정성은 실제 상황에서 카약이 뒤집히는 것은 방지하는 것과 더 많은 관계가 있다

카약의 안정성을 어떻게 극대화시키는가.

1. 먼저,  안정성을 확대하는 방법은 대중적이지 않은 것으로, 전통적인(모노헐)에 있어서 카약커의 체중에 의한 불안정을 최소화하거나, 이러한 체중을 이용하는 것이다.
이 방법이 효과적이기 위해서는 이 무게 중심이 가능한 낮고 수면의 아래 쪽에 있는 것이 가급적 좋다.
전통적인 모노헐의 sit-in 카약에 있어서 이 방법을 적용하여 무게 중심(CG)을 가능한 낮추기 위해 디자이너는 보다 깊은 헐을 통하여 카약커를 카약의 바닥과 가장 가깝게에 자리 잡도록 디자인한다.
그러나 이러한 디자이너의 노력은  전통적인 카약이 물 속에 얕게 잠겨야만 하고,  충분한 여유고를 가질 수 없다는 것, 현대의 카약커들이 요구하는 패드식 좌석의 높이가 바닥으로부터 최소한 2인치를 능가하기 때문에 때문에 한계에 도달하고 만다.
이러한 접근은 대부분 수동적이며 카약커를 넓이와 무게를 가지고 있는 짐처럼 간주하는것이다.
이러한 안정화 수단을 sit-on-top(SOT)에 적용하게 되면 카약 시장의 2/3는 잃어 버리고 말 것이다. 왜냐하면 SOT카약커들은 데크에서 배수구로 물이 빠질 수 있도록 수면에서 몇 인치 위에 앉아 있어야 하고, 이 배수 구멍으로 물이와  데크에 넘치는 것을 방지해야 하기 때문이다.

W 카약은 여유고와 물에 잠기는 부분의 문제에 대한 제약을 받지 않는다.
카약커들은 자신의 체중을 곧바로 수면 아래에 있는 양쪽 헐의 가장 가장 낮은 곳에 있는 자신의 발로 지탱한다. 특히 스탠딩 혹은 승마자세는 다리에 대부분의 체중을 전달한다.
이러한 W 카약의 접근은 카약커들의 사이즈와 체중을 감안하는 것과 더불어 카야커들의 발과 다리 등을 이용해서 균형을 잡을 수 있는 타고 난 자질과 능력을 함께 고려하는 것이다.

간단한 질문    이러한 점에 대한 명확한 이해를 돕기 위해 스스로 다음과 같은 질문을 던져 보기  바란다.  써핑이나 말을 탈 때, 혹은 스노모빌이나  제트 스키 등을 탈 때 L자 형의 앉은 자세를  생각 할 수 있겠는가.  정답은 전혀 아니다 이다. 그것은 이 모든 스포츠 활동이  다리를 이용해서   액티브하고  효율적인 균형 얻을 수 있기 때문이며 이러한 목적에 비추어 보면   L 자형으로 앉는 자세는 생각할 수 있는 최악의 것이다.

왼쪽 그림은 91kg의 사람이 탔을 때 물에 잠기는 부분이 10 cm 일 때의 단면도 이다.
빨간 화살표는 양쪽 헐의 가장 낮은 바닥에 사람의 체중이 발에 실릴 때를 나타낸다.
이 경우 수면은 배의 10 cm 아래에 있다.

2. 카약의 안정성을 높이는 가장 보편적인 방법은  넓은 카약이 패들링이 비효율적으로 되더라도 갑판보를 넓히는 것이다.
너무 넓은 카약은 어떠한 위치에서도 패들링을 하는 것이 실제로 불가능하다.
제1의  측면 안정성을 개선하는 것은 최대 부력을 가능한 카약의 길이 축으로 부터 멀리 있도록 하는 것이다.
모노 헐mono hull 카약에서 (터널 헐 tunnel hull도 마찬가지로)  안정성을  얻을 수 있는 방법은 갑판보를 넓히는 것밖에 없다. 그러나 가장 넓은 모노헐 카약이라 할지라도 대부분의 부력은 그림 2에서 보는 바와 같이 아직도 길이의 충심 축으로 집중될 수 밖에 없다.

이 그림은  동일한 길이와 넓이의 모노 헐 카약(왼쪽)과 새로운 W 카약(오른쪽)을 위에서 본 것이다.
세로 점선은 각 카약의 길이의 중심 축이다.
흰색 부분은 배가 기울어지는 것을 방지하는데 효율적으로 기여하는 세로 축에서 떨어진 부분이다.
왼쪽의 모노 헐 카약이 싸이즈에 비해 매우 넓다고 하여도 이 부분이 카약의 전체 볼륨에  비하여 작은 지극히 작다.
반면, 오른쪽 W카약의 노란 부분은 전체 부력의 100%를 보여주고 있으며, 전통적인 카약의 몇 배 큰 부력을 가지고 있음을 보여주고 있다.

모든 모노 헐 카약의 디자인(sit- in,SOT와 터널 헐)은 효율적인 안정성을 위한 부력의  적 부분밖에 이용하지 못하는 반면, W 디자인은 이러한 목적의 부력을 100% 이용한다.

이것이 W 카약이 왜 비교할 수 없는 제1의 안정성을 가질 수 있는가와
전설적인 제2의 안정성에 대한 답이기도 하다.

3. 측면 안정성을 높이기 위한 다른 일반적인 해결책은 좌우 회전 움직임에 저항하는 힘을 증가시켜 카약의 롤링과 전복하려는 경향을 최소화 하는 것이다. 
이 방법은 주로 제1의 안정성을 보강하는데 유용하다.

카약 A : 전통적인 카약의 바닥 단면은 둥글다. 이러한 카약은  '둥근 바닥'이라고 부를 수 있을 것이다.(둥근 바퀴나 통을 연상시킨다) 이러한 카약은 실제로 좌우 회전력에 회전 아무런 저항력을 가지지 못하며 따라서 특히 불안정하다.
카약 B : 전통적인 카약의 각이 진 바닥 단면이다. 이러한 형태의 바닥은 카약의 좌우 회전력에 대한 약간의 저항을 가지고 있어 카약 A보다는  안정적이다.
카약 C는 W 카약이다 : 이 카약을 기울이거나 좌우 회전을 주기 위해서는 많은 양의 물을 밀어 내어야 하며, 따라서 회전력에 대해 최대의 저항력을 갖는다.

터널 헐 Tunnel hull

터널 헐은 뱃머리에서 선미까지 길이의 축을 따라  하나의 터널을 가진 모노 헐에 부쳐진 이름이다.
터널은 맨 윗부분까지 포함해서 항상 물에 잠겨있다
터널 헐 카약은 앞으로 설명하는 바와 같이 sit-in 혹은 SOT 등의 비슷한 크기의 다른 모노 헐보다 더 안정적이지 않다.
터널 헐은 1870년대 후반부터 사용되어졌으며, 이 컨셉은 이미 여러 종류의 카누와 카약의 디자인에 적용되고 시험되었다.
터널 헐은 멀티 헐 카약(그림2)이 아니라 또 다른 형태의 모노 헐이다.
멀티 헐과는 달리 터널 헐은 일반 모노 헐보다  바깥 쪽의 부력을 높히는데 기여를 하지 못한다.(그림 2)
다른 말로 하면, 터널 헐 부력의 대부분은 측면 안정성을 높이는 것이 필요할 때 안쪽의 부력을 높이는데 허비된다. 이것은 모노 헐 디자인이 가지고 있는 문제와 똑 같은 것이다. 

제1,제2의 안정성

멀티 헐 카약보다 측면 부력이 적은 터널 헐이 안 정적이지 않을 것이라는 것은 쉽게 알 수있다.
재미있는 것은 터널 헐 카약은 일반적인 모노 헐 카약보다 부력이 적다는 것이다.
다른 말로 하면 터널은 카약의 적재 능력과 제1,제2의 안정성을 오히려 감소 시킨다는 것이다.

제1 안정성:
모노 헐 카약의 터널이 충분히 깊고 넓다면 그리고 수직 방향으로 올바른 형태를 가지고 각이져 있다면(그림 4) 하드 챠인(hard chine, 각이진 헐 바닥) 처럼 작용하여  회전력에 대해 약간의 제1의 적항력이 추가될 수 있다.
그러나 이것도 헐의 길이가 전체 배의 길이와 같은 W카약과 같은 카타마란보다  터널 측면의 길이가 훨씬 짧기 때문에 그 효과는 비교 대상이 될 수 없다.
호수와 같이 고여있는 물에서 터널 헐 카약은 전통적인 SIK,SOT카약보다 약간더 첫번째 안정성을 더해 줄 수 있다. 그러나 이러한 잠재적인 장점은  터널 헐의 부력 결핍에 의해 상쇄되고 만다.

두번째 안정성 :
터널 헐 카약은 사람의 체중으로 인한  빠른 추가적인 안정성은 제공하지 못하며 흐르는 조류나 파도와 같은 역행하는 조건이 형성되면 곧바로 쓸모가 없게 된다.
터널 헐의 두번째 안정성은 같은 사이즈의 일반적인 모노헐 카약의 한도를 넘지 않는다.
즉 멀티 헐의 카약보다 매우 불안정하다.

안정성의 요소로서 인체공학

터널 헐 카약에서 패들러나 앵글러는 발목보다 겨우 몇인치 높은 트렁크에 자신의 다리를 앞으로 뻗고 앉는다.
이 자세는 악명 높은 비인체공학적 L자형 앉은 자세와 거의 다르지 않다.
따라서 균형과 컨트롤, 힘을 일으키는 능력에 관한 한 어떠한 개선도 제공하지 못한다.
으며, 따라서  한다.

터널 헐은 정말로 카약에 어떤 작용을 하는가.

모노 헐의 터널은 배가 가는 방향과 평행하게 물을 헐을 따라 직선으로 흐르게 하기 때문에 트레킹을 개선하는 효과적인 수단이 될 수 있다. 트레킹을 하기 어려운 매우 넓은 모노헐의 카누나 카약에는 많은 도움을 준다.
러더(방향키)와 마찬가지로 터늘은 스피드에는 부정적인 영향을 미친다.
엔진을 단 배에 있어서 터널은 수평을 유지하는데 도움이 되지만 낮은 속도의 배 특히 인간의 동력으로 움직이는 카누와 카약 같은 배와는 상관이 별로 없다.

만약.. - 실체에 대한 빠른 체크

터널 형태의 모노 헐 카약은 안정성의 증가나  패들링이나 피싱 자세의 현저한 개선이 없이 일반 모노 헐 카약보다 사람이 높은 곳에 앉아 있어야 한다.
만약 터널 헐 카약 디자인이 안정성을 보강하는 실질적인 장점이 있었다면, 지금까지의 카누나 카약보다는 보다 좁게(따라서 빠르게) 만들었을 것이다..
그러나 실제에 있어서  터널은 그와 같은 효과를 내지 못하기 때문에 시장에 나와 있는 터널형태의  카누와 카약, 배들은 더 넓게 디지인 되어 있는 것이다.

결론

비교를 통해 W 카약의 디자인은 인체공학적적 개선과 함께  최고의 제1.제2의 안정정 모두를 제공한다는 것을 보았다.
다른 카약에서는 할 수 없는 일들을 하며,  가장 넓고 안정하다는 다른 카약보다도 비교할 수 없는 안정성을 제공한다.
W 카약은 이러한 최고의 안정성을  빠르다고 하는 바다용  카약 sea kayak 의  넓이인 72cm에서 구현하였다.


구형 W 300의 시연 동영상,
어떻게 물에 젖지 않고 런칭과 비치잉을 할 수 있는지를 알 수 있네요