도산안창호급과 X 자 함미 방향타

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2017-08-02

[❗정보] 도산안창호급과 X 자 함미 방향타앱에서 작성

pantera0427

2022.08.24 16:27:38

조회 7102 추천 41 댓글 38

몇몇 갤러들이 궁금해하고 개인적으로도 관심이 있어 정리해봤다.

먼저 방향타라는 물건이 어디에 쓰이는 지에서 부터 짚어보자.

수상함의 경우 모두가 잘 알고 있듯이 해수면에 대한 2차원적(x-y축) 이동을 위해

추진에 의한 전후방향(x)에 더해 아래 그림과 같이 생긴 방향타(보통 rudder라고 함)를

추진축 및 프로펠러 바로 앞에 두어 좌우방향(y) 이동을 만듬.

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그러나 주로 수중에서 작전해야 하는 잠수함의 경우 x-y축에 더해 z축(잠항심도)으로도 움직일 수 있어야 함.

즉, 잠수함이란 물건은 수평적 이동뿐만 아니라

잠항과 부상에서부터 해저지형과 작전환경(추적 회피기동)을 고려해서 3차원적 이동이 반드시 가능해야 함.

때문에 밸러스트에 의한 부력 제어와 더불어 orthogonal한 2방향의 함미 방향타를 가지게 된 것임.

또한 잠수함 형상에 따라 커닝타워나 함측 혹은 함수에 수평타를 따로 두기도 함.

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조종계통으로 따지자면 수평이동과 수직이동을 분리하여 2개의 컨트롤로 잠수함의 3차원 이동을 결정하는 간단한 원리인 셈.

때문에 방향타 조종에 2명이 필요하다는 말이 나온 것임.

2차대전 후 현대에 이르기까지 미국 러시아 독일 일본 스웨덴 등 이른바 잠수함 선진국에서 개발된 대부분의 전통적인 잠수함의 경우 +형태의 함미 방향타를 채택해왔음. 이는 대양에서의 긴급 부상 및 잠항이나 조종계통의 복잡도 측면에서 운용에 용이하기 때문. 당연히 독일로부터 출발한 우리나라의 장보고급 손원일급도 모두 이러한 +형태의 함미 방향타를 가지고 있음.

그런다가 90년대부터 x형태의 새로운 함미 방향타를 채택한 잠수함들이 나타나기 시작하는데. 그 원리 그렇게 대단한 것은 아님. 아래 영상 참조 바람.

https://youtu.be/_EHDBxhOQPw

영상을 보면 알겠지만 비교적 단순한 +형태의 방향타와는 달리 조종계통 측면에서 인간에 의한 직관적인 제어가 어려움.

때문에 컴퓨터의 도움으로 1개의 컨트롤만 가지고도 4개의 러더에 대한 독립적 제어를 실현하고 각각의 움직임을 조합하여 유체역학적으로 잠수함이 상하좌우 원하는 위치로 보다 효율적으로 움직일 수 있게 된 한 것.

간단히 말해 항공기의 fbw 개념처럼 잠수함 조종계통에 적용된 기술이라고 이해하면 됨.

x형태의 방향타는 스웨덴 일본 독일 등 중소형 재래식 잠수함을 개발 및 운용하는 국가들이 먼저 선보이기 시작했는데.

일본은 소류급, 스웨덴은 고틀란드급, 독일은 216급이 그 시작임.

의외로 미국은 그 유명한 시울프급에도 +형태를 적용하다가 최근 컬럼비아급에서부터 이러한 x형태의 방향타를 채택함.

아래 논문은 +형태 x형태 y형태의 방향타에 대한 수평이동(z축에대한 변위없음) 성능에 대한 연구자료임.

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요약하자면 잠수함의 속도 및 형상, 수중 유체 특성 등의 타조건이 동일할 경우, x형태의 방향타가 가장 적은 회전 반경을 가지고, +형태의 방향타는 y형태의 방향타보다 더 큰 회전 반경을 가짐. (모든 러더 각에 대해 동일한 결과)

추가적으로 x형태의 방향타는 기존 +형태의 방향타 대비 다음과 같은 장점을 가짐.

1. 추진계통 연동 시 유체학적 보상에 따른 고기동성 및 상대적으로 적은 noise 발생

2. 고심도 및 고속잠항 시 단순 조종실수, stern plane jam, snap roll 현상 등에 대한 안전성 측면에서 유리

3. 물리적 형상에 따른 해저면 기동 및 해수면 정박 시 상하좌우 필요 공간을 최소화

(+형태는 상하좌우로 튀어나오게 되지만 x형태는 그렇지 않음)

간단히 말하면 기존 +형태 대비 진보한 기술임에는 틀림없음.

이쯤에서 우리 도산안창호급을 살펴보면 아쉽게도 x형태의 방향타가 아닌 +형태의 방향타를 가지고 있음.

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좀 실망스러울수도 있겠지만 필자가 보기엔 우리나라의 기술력이 부족해서가 아님.

아래는 도산안창호급 개발당시 대우조선해양에서 제안한 모델로 x형태의 함미타를 가지고 있음.

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그럼 왜 적용하지 않았느냐?

아래 논문을 보면 한국해군이 도산안창호급에 대해 어떤식으로 접근했냐를 간접적으로 알 수 있음.

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요약하면,

1. x형태의 동적 안정성이 +형태보다 떨어진다는 것.

2. 커닝타워의 위치 조정은 동적 안정성에 크게 영향을 끼치지 않는 다는 것.

어찌 보면 이 연구의 결과는 앞서 본 해외 논문의 결과에 비해 완전 다른 소리를 하는 것처럼 보임.

그렇지만 필자가 보기에는 완전 헛소리를 하는 것은 아니라고 봄.

자동차 조향 스티어가 팍팍 잘돌아 가는 것이 유체속에서 동적 안정성 측면에서는 더 불리할 수 있는 것과 같은 원리.

여기서 필자가 결론 지은 도산안창호급 설계에 있어 한국 해군의 판단은

1. 전체적인 기동성보다는 체급에 대한 수중 안정성을 더 높이 고려.

2. 한번도 운용해보지 않은 x형태의 도입은 필수적으로 개발 및 운용적합판단의 시간증가를 야기.

3. 최초의 국산 설계함으로서 리스크를 낮추기 위해 보수적인 설계사상을 고려.

결국 기본의 장보고급 손원일급에 큰 형상 변경 없이 크기만 키운 3천톤급을 원했다는 것.

다만 서해와 같은 수심이 낮은 환경에서는 x자 형태의 방향타가 더 낫다고 하고.

일본의 차기 잠수함인 타이게이급 심지어 대만조차 차기 국산 잠수함에 x형태를 채택하는 등 현시점 신규개발예정인 대부분의 잠수함의 전체적인 트렌드인 것은 명백한 사실임.

때문에 추후 진행할 손원일급 개량 사업 검토 내용에는 리튬이온전지 적용과 더불어 x형태의 함미방향타 적용에 대한 언급도 있음. 따라서 만약 적용이 된다면 개량된 손원일급과 도산안창호급 배치2/3에서는 볼수 있을 가능성이 있음.

결론

해군: 장단점이 있으나 급하지도 않으니 천천히 적용할게.

- dc official App

고정닉 35

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