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기타공학/선박

잠수함의 소음과 캐비테이션의 상관관계


잠수함에게 가장 중요한 정숙성 – 캐비테이션 (공동화 현상)

 


함정에서 캐비테이션은 쉽게 이야기 하면 거품이 발생하는 현상입니다.



반죽이나 녹즙을 위해 믹서기를 돌려보시면 '거품'이 생기는 걸 보셨을 겁니다. 휘젓는 속도가 빠르다 보니 액체 내부에 숨어있던 공기들이 모여 탈출하면서 생기는 방울들이지요.



출처 : nourition.com


 

이 현상이 선박이나 잠수함의 스크류에서도 발생하게 되는데요.



가만히 있으려는 물, 이를 밀어내기 위한 스크류 사이의 압력차가 기포를 만듭니다.



너무 빨리 휘져으면 물이 밀려나서 순간적으로 빈 공간이 생기니 (공동화) 잘 나아가질 못하고,



빈 공간때문에 압력이 낮아져서 물속에 녹아있던 공기가 탈출하게 되는 거지요.



출처 : www.youtube.com


출처 : www.youtube.com


 

압력차에 의해 없던 기포가 생긴다….



이해가 조금 어려운데 콜라를 생각해보시면 쉽습니다. 



마구 흔든뒤 뚜껑을 열어 압력을 낮추어 주면 (스크류가 물을 급격하게 밀어주면서 일부 공간에 압력이 사라지면) 거품이 마구 뿜어져 나오는 것과 비슷한 원리입니다.



출처 : en.wikipedia.org


 

그런데 발생한 기포가 사라지면서 생기는 소음이 꽤 큽니다. 



앞이 보이지 않는 물속에서 상대방을 추적하는 유일한 수단이 ‘음파’인데요. 상선이야 그렇다 치고 은밀성이 가장 중요한 수상함, 특히 잠수함은 이런 소음이 치명적이죠.



출처 : www.blingcheese.com


출처 : glennisnz.blogspot.com 



이에 대응하기 위해 개발된 기술이 워터제트추진과 펌프제트추진 방식입니다. 



캐비테이션 현상을 없애 추진효율을 높이기 위해 개발되었습니다만, 오늘의 주제는 소음이므로다음번에 따로 다루도록 하겠습니다.



출처 : boatus.com


출처 : www.subsim.com


출처 : www.genewscenter.com


 

일반적으로 잠수함의 스크류 형상은 군사기밀에 해당합니다. 형상으로부터 잠수함의 음문을 파악할 수 있기 때문인데요. 



미국의 최신예함 버지니아급만 보더라도 가려진 사이로 추진부 형상이 펌프제트 형식임을 알 수 있습니다. (그 아래는 러시아 킬로급)



출처 : www.jeffhead.com


출처 : www.alrosa.net

 


사족입니다만,



잠수함 3대 소음은 추진소음 (엔진+추진축), 잠항소음 (잠수함 표면 마찰소음), 공동화소음 (기포) 입니다. 



표면 음향타일 장착, 펌프제트 추진기관 채용, 소음감소를 위한 선형채용 등 다양한 방면에서 소음을 줄이려는 노력이 꾸준히 이루어지고 있는 중입니다.



출처 : steelnavy.com

 

출처 : www.dailymail.co.uk



공동화 어뢰 스퀄처럼, 소음은 아얘 무시하고 속도전으로 가는 특이한 경우도 있긴 하지만 



비대칭 전략으로 위력을 떨치는 잠수함에서 가장 큰 무기인 은밀성은 계속해서 발전하지 않을까요.



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