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거북선은 대체로 판옥선에 지붕을 씌운 배라는 점, 거북선도 다른 많은 한국 전통 배와 마찬가지로 한국식 노를 사용한다는 점에 대해서는 여러 학자들 사이에 의견의 일치를 보고 있으나, 거북선의 구체적인 구조에 대해서는 아직까지도 의견이 분분한 실정이다.
그동안 거북선은 한국 조선사의 개척자인 고 김재근(전 서울대 조선공학과) 박사가 주장한 대로, 내부가 2층 구조를 갖고 있다는 것이 정설이었다.
그러나 최근(2004년)해군사관학교 교수와 박물관장을 역임한 장학근 박사는 “노와 포가 한 층에 있는 2층 구조였다면 거북선은 순간의 기동력이 승패를 좌우하는 해전에서 연전연패를 면치 못했을 것”이라며 자신이 복원한 3층으로 된 내부구조도를 공개하며, “3층 내부구조의 거북을 만들어 운행 실험을 해본 뒤 기존의 복원 거북선에 대해 재검토할 필요가 있다”고 지적했다
현재까지 알려진 거북선 종류는 세가지가 있다. 가장 널리 알려진 것이 이충무공전서에 실린 통제영 거북선과 전라좌수영 거북선이다. 이순신 종가집에도 거북선 그림 2장이 전해져 오는데, 이 거북선은 이충무공전서의 거북선과는 또 다른 모양을 가지고 있다.


아래 거북선의 구조는 김재근박사의 주장을 기초로 하였다.

저판
- 배밑은 10쪽을 이어 붙였는데 길이는 64자 8치
- 머리쪽(이물) 너비는 12자,
- 허리(한판)의 너비는 14자 5치,
- 꼬리쪽(고물) 너비는 10자 6치이다.

저판의 역할은 평저선인 한선의 독특한 형태로 대륙붕의 해안에 적합하다.
외판
- 좌우 삼판은 각각 7폭을 이어 묶어 올림, 높이는 7자 5치
- 맨 아래 첫째 판(부자리)의 길이는 68자이고,
- 차차 길어져서 맨 위 일곱째 판의 길이는 113자가 됨, 두께는 다같이 4치이다.

배의 외판 이음은 판자를 서로 맞대어 고착하는 카벨(carvel)이음방식과 판자의 끝을 서로 겹치게 붙이는 클링거(clinker)이음방식이 있 는데 거북선은 그 중간방식으로
턱붙이 클링거방식으로 판을 연결하였다. 이는 파도와 충돌에 강하게 작용할 수 있는 이점이 있다..
선수재(船首材), 선미재(船尾材)
- 이물 비우는 가로다지로 4쪽, 높이는 4자이고, 둘째 판 좌우에는 현자 대표 구멍을 각 각 1개식 뚫었다.
- 고물비우는 가로다지로 7장, 높이는 7자 5치
- 위쪽 너비는 14자 5치, 아래쪽 너비는 10자 6치이다.
- 여섯째 판 한가운데에 직경 1자 2치가 되는 구멍을 뚫어 키(치)를 꽂았다.
- 키는 산유자나무 타축(舵軸)에 5장의 판자를 장삭 4개로 우선 결착하고 양면에 거머리못 50개를 써서 고착 보강한다.
선수재는 돌격시 위용을 자랑하여 기선을 제압함은 물론 충돌시 적선에 막대한 피해를 줄 수 있도록 하였고, 선미재는 배의 주요 부분인 키를 보호하기 뒤쪽으로 위용 있게 만들었다.
가목(駕木).가룡목(加龍木)
- 좌우 뱃전 밖으로 멍에 뺄목 위에 신방(도리)을 걸고 신방 머리쪽에 멍에(가룡)를 가로로 걸쳤는데 바로 이물(뱃머리)앞에 닿게 되어 마치 소나 말의 가슴에 멍에를 메인 것 같다.
배의 횡강력을 강화, 부지하고 선체를 구분하여 구획을 만드는 역할을 한다.
상장(上粧)
- 신방을 따라가면서 안쪽으로 널판대기(포판)을 깔고 신방 위에 기둥을 세우고 방패를 둘러 세웠다.
- 방패 위에 또한 언방(살림 집의 도리와 같음)을 걸었는데 신방(현란)에서 언방(패란)까지의 높이는 4 자 3치이다.
- 언방(패란)의 좌우 안쪽으로 각각 11장의 거북 잔등판을 겹쳐서 올려 덮었다. 그 잔등에는 1자 5치의 틈(등골)을 내어서 돛대를 세웠다 뉘었다 하기 편하게 하였다.
용두(龍頭).귀두(鬼頭)
-뱃머리(이물)에 거북 대가리(용머리)를 달았는데 길이는 4자 3치, 너비는 3자가 된다. 안에서 유황과 염초를 태워 입을 벌려서 마치 안개처럼 연기를 토함으로써 적을 혼미케 한다.
노역(櫓役).범장(帆裝)
-좌우에 노가 각각 10척씩 있고, 배의 좌우에 각각 14개의 방패 그 방패에 각각 22개의 대표 구멍을 뚫었고 또 각각 12개의 문을 냈다.
-뱃머리(이물)의 거북 대가리(용머리) 위쪽에 2개의 대포 구멍이 있고, 거북 대가리(용머리) 아래에 2개의 문을 냈다.
-문 옆에 각각 1개씩의 대포 구멍이 있다.
-거북 잔등 판 좌우에도 각각 12개의 대포 구멍을 뚫었다. 그리고 거북 '귀'자의 기를 꽂았다.
명의 화옥(華鈺)은 “조선의 귀선은 돛대를 세우고 눕히기를 임의로 하고 역풍이건 퇴조 때이건 마음대로 갈 수 있다.”했듯이 노와 돛을 같이 사용함으로써 전투시 기동성을 최대한 발휘할 수 있었다.