*이하 존칭 생략

만화, 진격의 거인에서 주인공 일행이 소속된 '조사병단'의 대 거인 표준 장비인'입체기동장치', 특히나 와이어 부분에 대한 나름 심오한 고찰을 수행해 보려 한다.

와이어

와이어를 사용한다는 것 자체에 대해서는 그다지 고민의 여지가 없었다. 이미 영화판에서는와이어를 이용하여 액션도 찍고 뭐시기 뭐시기 하니까 사람이 매달려도 되는 와이어가 있다는 것은 이미 판명된 상태.

그러나 영화용 와이어 액션의 경우 오래 매달려 있는 경우가 거의 없고, 진격의거인에서 조사병단원들이 하는 것 같은 격한 움직임은 불가능한 것으로 보여, 실제로 입체 기동 장치에사용할 수 있는 와이어는 어떤 것인지 알아보기로 하였다.

와이어의 인장강도

와이어의 인장강도는 단일 와이어가 견딜 수 있는 최대 하중을 가리킨다. 이인장강도는 금속 와이어 로프 뿐만 아니라 직물 로프에도 사용되는 단위이다.

필자가 소유하고 있는 밀스펙 낙하산줄(ROTHCO제. 소재 : 나일론 합성섬유)의경우, 단일 와이어의 인장강도가 250kg임. 그러나 인장강도만 가지고 이 와이어가 순전히 250kg을 버텨낸다고볼 수 없다.

이유인 즉슨, 다양한 상황(조사병단원들이입체기동장치를 사용할 때에 와이어에 걸리는 사용자의 체중x중력 가속도 같은)을 견디기 위해서는 명시된 인장강도에 훨씬 못 미치는 사용 하중 기준이 필요하기 때문이다.

아래는 http://www.wirerope.co.kr/htm/r_steewirerope.htm#수명 에서 참조한 사용 목적 별 요구 안전율(한국 산업안전 공단 고시. KOSHA CODE M-31-1999)이다. 안전율이란, '절단하중(최대 인장강도)/사용하중(실제로걸리는 무게)' 의 결과값으로서, 사용 목적에 따라다른 값이 요구된다. 주로 사람이 타는 것이면 좀 더 엄격한 안전율이 요구되는 듯.

사용 목적/요구 안전율

크레인(화물)/5 이상

리프트(화물용)/6 이상

리프트(승강용)/10 이상

엘리베이터(화물용)/6 이상

엘리베이터(승강용)/10 이상

지지용(운반 시 위치 조정 등에 사용)/4 이상

위에서 보면 알 수 있듯이 사람용으로는 10 이상의 안전율이 요구된다. 즉, 와이어의 최대 인장강도(절단 하중)는 사용 시 걸리는 하중의 10배를 견딜 수 있게 설정 되어야 한다는 뜻이다.

여기서, 우선 표준 체형인 엘렌 예거의 프로파일을 가지고 와이어에걸리는 하중에 대한 분석을 해보기로 한다.

엘런예거 : 주인공. 15세.신장170cm. 체중63kg(위키피디아에서 발췌)

위 프로파일에서 볼 때, 엘런 예거의 체중인 63kg의 10배(안전율)인 절단하중 630kg을 가진 와이어가 있으면 사용이 가능할 것으로 보이나, 만화나애니메이션 작중에서 표현되는 입체기동장치의 움직임은 단순히 매달리는 것 뿐이 아닌 허리에 장착된 윈치를 이용해 사용자를 권양(끌어올림)하거나 와이어 끝이 박힌 지점을 축으로 호를 그리는 등 다채롭고격렬한 움직임을 선보인다.

다음은 건설 및 운송용 크레인 분야에서 활용되는 줄걸이 각도 별 하중 계수이다.

여기서 하중계수가 2.0이라면 실제로 와이어에 걸리는 하중은 매달린 물체의 하중*2.0이 된다.

위 그림에서는 각도가 30도일 때 하중 계수가 2.0이 되는것을 알 수 있으며, 5도(거의 수평)이 될 경우 최대 11배 이상의 하중이 걸린다는 것을 알 수 있다.

단, 이 그림은 정지 상태의 화물이 매달려 있을 경우를 산정한 것으로서, 중심을기준으로 한 원운동에 의해 발생하는 원심력에 의한 하중 증가는 고려되어 있지 않다.

원심력을구하는 데에는 와이어의 길이, 물체의 하중, 속도와 같은값이 필요하지만 본인은 물리나 수학에 조예가 없으므로 위 그림에 나온 정지 상태의 하중 계수에 얼렁뚱땅 대충+@를 할 것이다.

원작만화에서도 알 수 있다시피, 입체기동장치를 이용한 움직임은 상하 좌우를 막론하지 않음. 따라서 와이어에 걸리는 하중 계수는 위 그림에서 표시되는 최대 하중계수인11.74+@일 것으로 예상된다.

따라서최종적으로 입체 기동장치에 걸리는 하중 계수를 약 14~15로 설정하기로 한다.

그런데여기서 문제는... 저 하중계수가 항공기 조종에서 말하는 G와동의어이다.(엄밀히 따지면 실제 G와 다른 방식이지만, 회전 운동이 들어가므로 얼추 비슷해질 듯) 결론적으로 입체 기동장치사용 중에는 전투기하고는 비교도 안 되는 G가 걸린다는 얘기가 되는데...이 부분은 제대로 검증이 안 되므로 일단은 와이어에 걸리는 하중 얘기부터 마무리 하겠다.

이 부분은 정정 환영!(아무리 생각해도 15G는 안 걸릴 거 같은데...)

어쨌든위 하중계수를 바탕으로 최종적으로 와이어에 걸리는 최대 하중을 계산해보기로 하였다.

엘렌예거의 체중 63Kg+장비의 무게로 전체 하중을 구해야 하는데, 장비의총 중량을 대략적으로나마 계산해 보기로 한다.

입체기동 장치는 대략 3개 부위로 나뉘어져 있다.

벨트와권양기(줄 감개), 검집,봄베. 일단은 벨트와 권양기. 이 부분의 무게는추후 계산될 와이어의 무게가 가산되어야 하므로 일단 뒤로 미룬다.

그다음은 검집.

위 그림에서 볼 수 있다시피 검집은 봄베와 동일한 소재로 만들어져 있는 것으로 추측된다.

엘렌의정강이 부위의 길이를 기준으로 검집과 봄베의 대략적 길이를 추산해 보았다.

앨런의키는 170. 이 경우 정강이+발+전투화 뒷굽까지의 길이를 대략 추산해보면 약 50~55센티 정도의길이로 추정할 수 있다. 이것을 토대로 검집의 길이를 약 60cm으로 추정(근데 저만한 칼집에서 저런 긴 검이 어떻게 나오지...?)

그다음. 검집의 무게를 추산하기 전에 봄베의 무게를 추정해 보겠다.

위봄베와 비슷한 형태의 봄베를 찾던 도중 아래와 같은 물건을 발견하였다.

위물건은 할론 소화기라는 물건으로 내용물 용량이 1킬로그램이고 길이30cm, 굵기 8cm의 스테인레스 스틸 용기가 약600그램이다. 단, 작중의 묘사에서 입체기동장치에사용된 금속은 고도로 경량화 되었다는 설정에 따라, 600그램보다는 적게 나갈 것으로 추측된다.

위에서칼집의 길이를 구했을 때 약 60 여 cm이었고, 육안으로 봤을 때 길이 차가 크게 나지 않는 것으로 볼 수 있으므로, 칼집에붙어있는 봄베의 무게는 소화기 용기*2-경량화에 따른 무게 감소 즉,600*2-x라고 볼 수 있을 것이다. 편의상 여기서는 이 금속의 무게를 알루미늄과 동급으로처리할 것인데, 알루미늄의 무게는 같은 부피라고 가정했을 때 스테인레스 스틸의 3분의 1이다.

최종적으로봄베의 무게는 (600*2)/3*2개, 양쪽을 다 합쳐 800g이라는 결론을 이끌어 낼 수 있다.

이것을 바탕으로 칼집과 칼집에 포함된 6개의 칼날의 무게를 구해보겠다.

육안상 칼집은 넓이가 봄베의 약 1.5배로 보이고, 폭은 봄베와 동일, 길이는 봄베보다 약간 긴 정도라는 것을 알 수 있다. 외관상으로는 칼집의 외부를 이루고 있는 금속은 통짜의 판재로 보이지만, 내부 구조가 어떻게 되어 있는지 파악되지 않으므로 판재의 두께에 의한 무게 증가는 배제하도록 하겠다.

단순한 계산을 거쳐, 칼집 자체에만 봄베 무게의 1.5배를 할당한다. 결과적으로 칼집 두 개의 무게는 약 1.2Kg이 된다.

여기에 칼집의 여섯 개의 슬롯에 꽂힌 칼날의 무게를 구할 것인데, 이 부분 역시 대강 계산하여 칼집의 무게에서 대략 200g을 빼고 계산할 것이다.

다시 정리를 해보자면, 봄베+칼집+칼날의 무게는 0.8Kg+1.2Kg+1Kg으로 대략 3Kg으로 추산하였다. 결과적으로 봄베+칼집+칼날 두 세트의 무게는 약 6Kg으로 추정하였다.

여기까지, 권양기를 제외한 엘렌의 무게는 63Kg+6Kg+@(옷이나 기타 장구류)였다.

마지막으로 권양기인데, 와이어의 무게가 포함된 권양기의 무게를 추정하기 전에, 지금까지 계산된 하중을 버틸 수 있는 와이어에 대해서 알아보기로 한다.

현재까지의 무게는 대략 70~73Kg으로 볼 수 있을 것이다.

저 위에서 계산한 최대 하중 계수인 15*73Kg을 하면, 극한의 상황에서 와이어에 걸리는 하중은 약 1095Kg. 1톤이 넘는 수치다!

그런데 맨 위의 와이어 안전율에 대한 항목을 보면 사용 하중(위에서 계산한 1095Kg)의 10배에 해당하는 수치를 견딜 수 있어야 사람이 탑승하는 용도로 사용할 수 있었다.

그렇게 되면 결과적으로 입체기동 장치에 사용되는 와이어는 1095kg의 열 배. 즉, 10.95t를 견뎌야 한다는 계산이 나온다.

인터넷을 뒤져서 강철 와이어들의 제원표를 살펴 본다.

이 도표는 철심으로 된 와이어의 굵기와 최대 사용 하중을 표시한 도표이다.

앞서 말한 것과 같이 절단 하중이 10톤급인 물건을 사용해야만 입체 기동 중 와이어가 파손되지 않는다.

위 도표에서는 굵기 12.6mm의 헤라클레스 와이어가  약 10t 오버의 절단하중을 가지고 있다.

적어도 이 정도 급은 되어야 입체기동에 필요한 최소 요구 조건을 만족하는 것이다!

그런데 문제가 생겼다. 와이어의 지름이 12.6mm라니... 이렇게 해가지고는 여섯바퀴만 감아도 두께가 14cm나 된다. 더군다나, 길이로는 암만 좋게 봐줘도 입체기동장치의 권양기에 2미터 이상 들어갈 것 같지가 않다.

그렇다면 여기서 몇 가지 설정을 변경해야 한다.

사실은 조사병단은 안전율 따위는 무시하고 겨우 한계 하중을 버틸 수 있는 얇은 와이어를 쓰고 있든가, 아니면 현실 세계에서는 12mm나 되는 두꺼운 와이어를 써야만 버틸 수 있는 하중을 목측 6~8mm정도 되는 와이어로 버틸 수 있게 하는 기술을 가지고 있든가.

그러나 의외로 조사병단의 기술부의 능력이 뛰어나고 우리가 모르는 최첨단 신소재가 사용되고 있을지도 모른다. 애시당초 고도로 경량화된 비밀의 금속을 다루는 집단이니 후자가 더 타당할 수도 있겠다.

얘기가 좀 흐지부지 된 거 같은데, 한번 정리해 보자.

1. 입체 기동 장치 사용 시 와이어에 걸리는 하중은 사용자와 장구류를 포함한 하중을 70+@Kg이라고 가정하였을 때 하중 계수에 의해 약 1톤에 달한다.

2. 이런 입체 기동을 안전하게 수행하려면, 적어도 위 하중의 10배의 하중을 버틸 수 있는 와이어가 필요하다.

3. 현실에서 위 무게를 버틸 수 있는 와이어의 굵기는 약 12.6mm이다.

4. 가설은 두 가지. 조사병단이 형편없는 절단하중을 가진 와이어를 지급하고 병사들을 사지로 내몰고 있든가, 병단 기술부의 기술이 졸라 짱짱맨이든가.

사족 : 얼렁뚱땅 하중계수 15G라는 값이 나오기는 했는데 괜찮은거냐, 이거.

추신 : 하중계수 부분 정정해주실 분이 계시면 좋겠습니다. 하중 계수에 따라서 이 분석 결과 자체가 크게 달라지니...