F 1 (Formula One World Championship)은 세계자동차연맹(FIA)이 주관하는 오플휠 자동차 경기의 한 종류입니다. 속도를 추구하는 이 자동차는 길고 낮은 차체에 밖으로 노출된 두꺼운 타이어와 앞뒤에 날개를 달고 있습니다. 흔히 아메리카 컵 대회를 바다의 F 1이라고 하는데요, 좀 무리가 있어 보입니다. 물론 특정 후원사들의 지원으로 운영되지만 루이뷔통 컵이라는 예선전을 거쳐 승리한 브왈리에가 결승전 격인 아메리카 컵에서 지난대회의 승자와 대결하는 1대1 경기 방식이며, 국가 대항전의 성격도 내포하고 있습니다. 이에 아메리카 컵 대회를 바다의 F1이라기 보다는 « 바다의 월드컵(축구경기)  » 이 더 어울리지 않을까 하며, 바다의 F1이라는 수식어가 더 어울리는 경기는 벙데 글로브(Vendée globe_3회 참조)대회라고 생각합니다. 이 대회에 출전하는 브왈리에는 평균 속도 12노트로 세계 일주를 하며, 세장한 브왈리에가 빠를 것이라는 상식과는 반대로, 이례적으로 넓고(장단비 ; PRB : 3.324, Veolia : 3.125) 낮은 선체와 사각형의 돛을 볼수 있습니다. 이러한 브왈리에를 우리는 « 이모카 오픈 60’(IMOCA OPEN 60’) » 이라고 부릅니다. 1986년 제 2회 BOC 챌린지 대회에 참석한 브왈리에 중 5척의 브왈리에가60피트(18.28m)로 같은 크기였고, 이 브왈리에들은 순풍에 초점이 맞춰진 설계로 당시로서는 최신의 브왈리에였습니다.  1991년 창설된 국제 단동선 오픈 클래스 협회 (IMOCA _International Monohull Open Class Association)는 60피트 브왈리에의 설계∙건조 및 경기에 대한 규칙을 마련하고, 두 개의 세계일주 대회와 몇 개의 유럽일주 및 대서양 횡단 대회를 주관하게 되었습니다. 이 협회의 주 목적은 브왈리에의 경기를 통한 인간에게 모험을 제공하고, 이를 극대화 하기 위하여 안전을 바탕으로 한 브왈리에의 기술발전에 있습니다. 여기서  오픈(Open) 그 만큼 열려 있다는 의미인데요, 기본적인 몇 개의 기준 아래, 성능을 향한 설계 및 건조를 최대한 허용한다는 이야기 입니다. 이모카에서 주관하는 오픈 클라스는, 건축가로 하여금 그들의 « 이기기 위한 브왈리에 » 설계와 건조의 욕망의 장을 마련해 주고 있습니다.

벙데 글로브(Vendée globe)

Photos : Jacques Vapillon /DPPI / Vendée globe

     바람의 힘으로 항해하는 브왈리에는 항해시 대부분의 조건에서 기울어진 상태로 항해합니다. 즉 « 브왈리에는 기울어서 항해한다 » 고 해도 과언이 아닙니다. 그러므로 복원성(Stabilité)은 상당이 중요한데요, 이는 브왈리에의 성능과 선장의 안전에 밀접하게 관련이 있습니다.

     60’ 이모카는 외부의 응력이 없는 상태에서, 브왈리에의 자체의 움직이는 무게의 작용으로 횡방향으로 « 10° » 이상 기울어지면 안됩니다. 이 규칙은60’ 이모카의 경기의 탄생과 함께하는데요, 과거에는 브왈리에에서 발라스트만이 움직이는 무게에 해당하여, 발라스트에 대한 제한 조항이었지만,  1991년 선박건축가 베헤-하꾸포(Berret-Racoupeau)가 설계한 에퀴헤이 다키텐느 (Ecureuil d’Aquitaine) 에서 처음 현실화 시킨 기울어지는 용골(Quille inclinable) 의 등장으로 그 의미가 희석되고, 이후 주로 과도한 복원성(Stabilité) 증가를 위한 선체 폭의 무리한 계획을 제한하는 규정으로 변하였습니다(물론 발라스트와 용골의 영향도 포함). 거의 모든60’ 이모카 건축가들은 복원성을 높이기 위해 넓은 선체를 고민해 왔는데요(Harlé-Mortain은 그들의 브왈리에 36.15 MET 와 Helvim 에서 세장한 선체를 제안), 이러한 넓은 선체는 크게 3가지 장점이 있습니다. 첫째로 브왈리에를 기울이기 위해 더 큰 힘이 필요함으로 즉 브왈리에 자체의 저항 응력이 크므로 자연히 큰 복원력을 확보할수 있으며, 둘째로, 기울어지는 과정에서 부력 중심의 이동이 커, 레스트와의 거리가 멀어짐으로 레스트의 효율이 증가됩니다(운동=힘X거리). 마지막으로는 선저에 위치한 중앙 발라스트의 이동 폭을 넓으므로 10° 이하의 기울어 짐에서 발라스트의 무게 중심의 이동이 크므로 기울어 질때 선체의 전체 무게 중심을 낮추는데 일조합니다. 이렇게10° 규정하에 60’ 이모카의 복원력을 증가시키기 위한 노력은 그 폭을6m에 다다르게 만들었습니다.

좁은 선체 : 폭 5.2m, 용량 8톤, 레스트 3.2톤, 최대각도 30°, 중앙 발라스트 4톤

넓은 선체 : 폭 6.2m, 용량 10톤, 레스트 4톤, 최대각도 42°, 중앙 발라스트 4톤

10° 평형상태 : 부력중심과 무게중심이 일치 -> 브왈리에 평형상태.

            : 용골에 의해 기울어진 브왈리에의 무게중심과 발라스트 무게중심 일치-> 각도 변화없이 전체무게 중심 낮아짐

수평상태 : 최대로 기울어진 용골에 발라스트 유무에 따라 부력과 무게중심이 거리(Gz) 약 50% 증가

             :복원력 86% 증가(발라스트와 함께) : 복원력 73%증가(발라스트 제외)

10° 기울임상태 :  최대로 기울어진 용골에 발라스트 유무에 따라 부력과 무게중심이 거리(Gz) 약 50% 증가

              : 브왈리에 무게 17% 증가에 따른 복원력 72% 증가

결론 : 넓은 선체의 복원력이 더 좋다.

IllustrationGérard Chenus et Ruvue Bateaux

      선박건축가가 브왈리에를 더 잘 이해하게 되면서, 복원력이 증가하고 큰 돛을 달게 됨으로 브왈리에의 성능은 좋아졌지만, 그들의 성능과 속도추구의 욕심은 경기용 브왈리에의 전복 사고를 더 자주 일으켰고, 자칫 선장의 안전에 큰 위협을 가하게 되었습니다. 복원력이 좋은, 폭이 넓은 브왈리에는 전복 되기도 힘들지만, 한번 전복되면 다시 복원되기도 힘들며, 또한 전복 각도를 낮추게 됩니다. 이렇게 선장의 안전에 초점을 맞춘 조항으로, 60’ 이모카는 전복각 « 127.5° »를 규정합니다. 즉 지나친 복원력을 제안하게 됩니다. 이는 선체의 폭을 줄어들게 하였고, 실례로 2000년과 2004년에는 대회 브왈리에 평균이 5,5m 이하로까지 줄어들었습니다.

                     Aquitaine Innovation                                         Virbac-Parec                                             DCNS

     사실 브왈리에가 기울어질 때 선체가 넓으면 넓을수록 선체 중심은 더 낮아집니다(도면참조). 이러한 원리는 비단 이모카를 넘어서 거의 모든 브왈리에에 바이블로 적용됩니다. 60’ 이모카의 예로는, 선박건축가 이브 파를리에르(Yves Parlier)에가 설계하고 96~97년 벙데 글로브에 참가 했던, 60’ 이모카의 르네상스로 평가받는 아키텐느 이노바시옹(Aquitaine Innovation_용량:6.9톤, 폭:5.8m)을 들수 있는데요, 건축가는 넓은 선체를 포기하지 않으며, 127.5° 조항을 충족하려 했기 때문에, 레스트의 무게를 낮추고, 점진적으로 넓은 선체를 줄여가는 방식으로 접근하여 5.8m, 7톤 이하의 브왈리에를 완성하였습니다. 2002년 브휘스 파흐(Bruce Farr)는 또 다른 방법으로 접근하였는데요, 그의 60’ 이모카 비르박 파렉(Virbac-Parec)에서 레스트의 무게 조절과 함께, 넓은 볼륨 편심 지붕을 설계함으로 경사시 부력면적을 늘려 127.5° 기준을 만족시켰습니다. 이 지붕은 또 다른 아이디어로 이어지는데요, 중앙부를 삭구의 통로로 할애함으로 의장의 단순화에 유도하고, 아울러 갑판의 가장자리 이동로(Passavant)가 정리됨으로 선장의 이동에도 도움을 주었습니다. 그 후 이 아이디어는 한번 더 진화하여, 2007년 피노-꽁크(Group Finot-Conq)에 의해 DCNS(폭:6m)에서, 두개로 분리된 지붕 나타납니다. 두 지붕 사이에 복도가 만들어져, 선장의 선수로의 접근에 안전과 편의를 더하였습니다. 이렇게 127.5° 규칙과 넓은 선체는 양립할수 없을 것 처럼 여겨졌었지만 레스트의 무게 조절과 지붕의 계획으로 가능하게 되었습니다.

127.5° 규정에 영향을 미치는 지붕의 형태 연구

Illustration Cédric Bruguier et Ruvue Bateaux

     반대로, 쥐엉 쿠윰디이엉(Juan Kouyoumdjian)은 팡다흐(Pindar)에서 넓은 선체와 상대적으로 무거운 레스트의 조합을 계획하고 건현을 증가 시킴으로, 이 두 요소의 화해를 시도하였습니다. 이론적으로, 무거움은 분명 항해시 속도에 불리합니다. 게다가 그 만큼 선장에게 신체적 조건을 요구함으로 조종성에는 떨어지게 됩니다. 그의 브왈리에는 일반적인 60’ 이모카 보다 약 2톤까지 무거웠는데요, 높아진 건현으로127.5° 를 만족하게 하였고, 추가된 무게의 80%가 용골과 돛에 집중 하게함으로 같은 조건의 다른 브왈리에보다30~40% 가량 복원력을 향상시켰고, 무게에 대해서도 항해중 발라스트의 양이 다른 브왈리에보다 적어 항구에서의 무게가 아닌 항해 중 무게는 별 차이가 없다 라고 건축가는 설명하고 있습니다.

팡다흐(Pindar)

     60’ 이모카는 대양 항해 경기용 브왈리에로 이기기 위한 브왈리에 입니다. 경기에서 승패는 선장의 실력이 70% 건축가의 설계 및 건조력이 30%를 차지한다는게 일반적입니다. 이 30%에 최선을 다하기 위하여, 브왈리에를 최적화하는 과정에서 응력의 극한점까지 접근하는데요, 이에 따라 경기 중, 각종 파손 사고가 많이 일어나며, 특히 돛이 부러지는 사고는 자주 발생하고 있습니다. 돛이 부러지고 브왈리에가 전복될 시 선장의 안전은 크게 위협받기 때문에  60’ 이모카는 받드시 자체의 힘으로 다시 되돌아 와야 합니다. 이러한 역할의 당담은 기울어지는 키(Quille inclinée)와 발라스트 입니다.

지붕의 형태가127.5° 규정에 미치는 긍정적 영향 (Hugo Boss_Finot-Conq)

동일 조건에서 선체 폭에 따른 40cm무게중심의 차이 -> 레스트가 35%에서 43%로 증가하는것과 동일한 효과

작은 경사에서 긍정적인 영향을 미치는 기울어지는 용골과 중앙∙측면 발르스트는 108° 에서는 부정적 영향

Illustration Gérard Chenus, Finot-Conq et Ruvue Bateaux

     그룹 피노-꽁크의 대표인 장-마리 피노(Jean-Marie FINOT)는 큰 발라스트의 잠재적 단점에 대해 역설해 왔습니다. 발라스트는 작은 각도에서는 확실히 복원력에 도움이 되지만, 브왈리에의 경사가 커지면 오히려 전복 각을 더 빨리 지나가게 함으로 불안적 요소로 변한다는 것입니다. 사실127.5° 규정은 발라스트가 없고, 축에 위치한 용골의 조건에서 시험되기 때문에, 큰 경사에서 발라스트와 용골의 움직임은 고려되지 않습니다. 즉 90° 이상 기울었을 경우 발라스트는 오히려 전복 방향으로 쏠리게 됩니다. 좀 더 상상을 해보면, 브왈리에가 더 기울어 질 경우 용골 또한 전복 잘( ?) 되도록 돕습니다. 이렇게 하여 2006년 발라스트의 영향과 용골 움직임의 최악의 경우를 설정하고 전복각 « 108° » 가 규정됩니다. 127.5° 규정이 다소 이론적이고 딱딱하였다면, 108°는 더 현실적이고 직접적인 규정인거 같습니다. 조건이 복잡하지만 이러한 조건은 더 많은 가능성을 낳게 되므로, 선박 건축가들의 말랑말랑한 머리를 자극할 것으로 기대됩니다.

     60’ 이모카는 경기에 출전하기 위해, 위의 모든 규칙을 만족해야 합니다. 전복시 스스로 복원되는 규칙과 10°규칙은 잔잔한 파도 혹은 바다에서 시험에 통과해야 하며, 127.5° 와108° 는 90° 경사에서 얻어진 자료의 추정치로 결정하게 됩니다. 또한 시험관이 인정한 « Maat Hydro »라는 요트 설계  컴퓨터 프로그램에 의해 자격이 있는 건축가가 작성한 브왈리에 관련 도면이 기준을 만족해야 하며, 특히108° 경사에 따른 복원력에 관하여서는 해당 설계자 이외의 건축가의 확인서가 요구됩니다.

     무엇보다 중요한 것은 안전이기에, 설계 규칙들은 날로 보완되고 있지만, 실제 경기에선, 시간이 갈수록 경제적 상업적 요소가 가미되고 있습니다. 특히 벙데글로브에서는 막대한 자본이 오가는데요, 보이지 않는 권력은 건축가에게 그리고 브왈리에의 발전에 달갑지만은 않을때가 많습니다. 실제로 2008~2009년 벙데 글로브의 60’ 이모카들은 브왈리에의 르네상스라고 불리는 아키텐느 이노바시옹(Aquitaine Innovation)처럼 실험적인 브왈리에는 없었습니다. 실험적인 브왈리에에게는 실패와 성공의 갈림길에 서게 되지만, 큰 권력들은 이 갈림길에서 그들의 이미지 훼손의 가능성을 용납할리 없기 때문입니다. 최고의 설계가 아닌 최적의 설계가 되어야 함은 맞습니다. 서로 물려있는 요소들 속에서 한가지 장점을 부각시키면 반대편에서 단점으로 작용되기도 하기 때문입니다. 이렇게 상황과 목적에 맞는 특화된 설계가 필요하지만 외부의 힘에 의해 최적이라는 단어가 정의 된다면, 안타까운 사실이 될거 같습니다.

     경기도의 이천의 모 고등학교에선 F1 자동차 설계 수업을 하고 있습니다. 학생들의 포부가 곧 한국 자동차 미래라고 생각합니다. 이제 F1은 남의 이야기가 아닙니다. 그리고 곧 60피트 이모카 오픈도 남의 이야기만으로 들리지 않을 것입니다.

http://www.imoca.org (이모카 공식 홈페이지)

프랑스 파리에서 김남중 올림(hinamjung@hotmail.fr)