기타공학/선박2016.01.26 00:30


생각보다 기술 확보가 힘든 워터제트 추진기관




선박 추진 방식 중에 워터제트라는 녀석이 있습니다. 스크류를 돌리는 대신 물을 뿜어내는 방식입니다. 




단순해 보이지만 만들기가 힘든 워터제트의 원리와 구조1www.nauticexpo.com





원리는 단순합니다. 비행기와 마찬가지로 선체에 물이 들어가는 구멍을 만듭니다. 그리고 후미에 물이 나가는 구멍을 만듭니다. 중간에 펌프 하나를 달아 놓으면 끝. 



방향을 바꾸고 싶으면 나가는 구멍 끝에 가변 노즐을 달아 방향을 바꾸어 주면 됩니다.





위키피디아

www.norcalblogs.com




높은 속도를 낼 수 있어서 소형 선박이나 고속정에 많이 사용되고 있지요. 게다가 추진기관이 선박 내부에 있어 저항도 적고 수중 부유물의 제약을 덜 받는 편입니다. 



스크류는 그물이 엉키기라도 하면 풀어낼 때 까지 꼼짝을 할 수 없거든요.



www.boatdesign.net




이런 장점 때문에 작전환경에 영향을 받지 않아야 하는 코스트가드나 해군의 소형 선박들을 중심으로 적용이 늘고 있습니다. 



반면, 연료효율이 좋은 편이 아니고, 추진 시스템 전체의 가격이 높으며, 후진이 까다롭다는 단점도 존재 합니다. 



연료 소모량이 중요한 '대형 선박'에서는 아직 사용 되지 않고 있지요.



www.dynaflow-inc.com



단점보다는 장점이 더 많아 보이고, 원리도 단순해 보이는데, 



의외로 우리나라도 2000년대 초반까지는 워터제트를 만들어 내지 못했습니다. 왜일까요?




www.thegraduateengineeronline.co.uk





워터제트에서는 



캐비테이션 제어와 추진 효율향상을 위한, 흡입구의 형상설계와 펌프 설계가 매우 중요합니다. 



워터인렛의 설계가 잘못되면 물이 잘 빨려 들어가지 않고, 잘 빨려 들어가더라도 펌프의 효율이 떨어진다면 추진력을 얻기가 힘듭니다. 




www.craft-tech.com




캐비테이션은 유체를 3차원 시뮬레이션으로 해석해야 하고 또 실제와 잘 맞아 들어가는지 실물 시험을 많이 해야 합니다.



반복 시험 데이터의 축척이 반드시 필요하고, 여기에는 시간과 돈이 필요합니다.



워터제트에는 공업용으로 사용되는 원심형 워터펌프와는 다른, 사류형 혹은 축류형 워터펌프가 사용되기에,



즉, 써보지 않았던 시스템을 새로 장착해야 하는 상황이므로, 쉽게 이야기 하면 맨땅에서부터 헤딩해서 만들어 가야 한다는 소리가 되는군요.





en.wikipedia.org




www.thrustmaster.net





아시는대로, 첫 국산 워터제트가 장착되었던 윤영하 고속정이 취역 후 한동안 여러 문제에 시달렸었습니다. 



언론에 알려진 굵직한 것만 해도 몇 가지가 있는데요.





가장 유명한 결함이 바로 고속기동시 조향 문제 였습니다. 40노트 이상으로 내달리면 배가 직진을 못하고 회전하게 되는 이상현상이 발생했습니다.



기사에는 '동력 계통 이상'이라고 되어 있는데, 동력이 아닌 워터제트의 조향장치의 문제라는 추측이 더 많았습니다. 



고속에서 유압제어장치의 민감도가 갑자기 높아져 조그마한 조타에서 배가 방향을 바꾸는 현상이 나타났다고 하지요.





forum.keypublishing.com




만약 그 사실이 맞다면, 개별 파트를 설계했는데, 전체 시스템을 유기적으로 연결하지 못해 일어났던 사례라고 봐야합니다. 



뭐랄까. 눈이 이상해서 눈을 성형하고, 코가 이상해서 코를 성형하고, 입까지 손대었는데 전체적인 조화가 무너져 더 이상해 졌다. 정도로 이해할 수 있을까요. 



모든 시스템이 그렇지만 처음 설계때 부터 부품간의 연계가 고려된 컨셉은 매우 중요합니다. 맨땡에서 헤딩해서 만들어 가면 이런 문제는 반드시 생기게 됩니다. 



개발 당사자가 아닌 이상 원인을 정확히 알진 못하지만, 현상만으로도 충분히 워터제트의 기술력이 왜 확보하기 힘든지 보여준 대표적이 사례였습니다.



* 석션부에 대형 부유물이 끼면서 물의 흡입이 되지 않았고, 부하가 사라진 엔진이 컨트롤 이상으로 오버런이 되었다고 하네요. 



덕분에 컨트롤이 되지 않아 조향이 되지 않다는 제보가 있었습니다. 확인 감사합니다!












워터제트의 원리와 핵심 기술 그리고 국내 적용 사례에 대해 간단히 살펴보았는데요.



바닷가에서 흔히 볼 수 있는 제트스키가 사실은 생각보다 만들기 쉽지 않은 기술이었다는 사실. 



우리나라도 국산 워터제트 시스템 개발에 우여곡절이 많았던 걸 보면, 



빈손으로 시작하는 기술확보가 얼마나 대단한 일인지 다시 한번 생각이 듭니다.





Posted by 위저드아이언 wizard_IRON