정숙함과 효율성 두 마리 토끼를 한번에 – 덕티드 프로펠러

잠수함에서 사랑 받는 덕티드 프로펠러

 군용 함정은 잘 보이지 않아야 하고, 먼저 봐야하고, 빨리 움직여야 하고, 좀더 강한 화력을 가지고 있어야 합니다. 그래야 전술적 우위를 가지고 전장을 지배할 수 있지요. (아래 짤은 이미 포스팅한 LCS 연안 전투함입니다. 포스팅 클릭)

출처 : bremolympicnlus.wordpress.com

 천안함 사건을 기억 하시겠지만, 이런 의미에서 잠수함은 최고의 전술 무기입니다. 수면 아래 숨어있어 잘 보이지 않고, 어뢰 한발에 함정을 격침 할 정도의 강한 화력을 가지고 있습니다. 빨리 움직이는 기동성이 조금 부족하지만 그럼에도 현대전에서 최고의 전술, 심지어는 전략 병기로 꼽히고 있습니다.

 

출처 : dailypakistan.com.pk

 잠수함이 속도만 빨랐다면 아마 최강의 무기기 되었을 겁니다. 그런데 아이러니하게도 정숙성과 기동성은 반비례 하는 경향이 있습니다. 

 빨리 다니려면 더 큰 출력의 기관이 필요하니 시끄러워 집니다. 내부 소음을 아무리 잘 차단해도, 물과의 마찰로 인한 주행소음은 없앨 수 없습니다. 높은 속도를 가지더라도 소음이 커지면 적에게 위치를 노출 시킬 수 밖에 없습니다. 쉽게 공격 당할 수 밖에 없습니다. 속도를 높이느니 차라리 보이지 않는 쪽을 선택한 병기가 바로 잠수함입니다.

 출처 : www.dailymail.co.uk

 공밀레 공밀레. 아무리 두 상성이 반비례에 있다 한들. 공돌이를 갈아서 해결되지 않는 난제는 있을까요. 잠수함에 날개를 날기 위해 어떻게든 소음을 없애봐라 라는 특명을 받은 공돌이들. 밤낮을 연구해 가며 만든 솔루션이 몇 개 있습니다. 

 수중 주행시 마찰을 줄이기 위한 유선형 선체, 해수와의 마찰 소음을 흡수하기 위한 흡음패드, 그리고 스크류의 회전 소음을 줄이기 위한 덕티드 팬입니다. 오늘 살펴볼 내용이 바로 요녀석 이지요.

출처 : en.wikipedia.org 

 덕티드 팬은 스크류 외부에 원통형 덕트를 씌운 추진방식입니다. 스크류가 회전하면서 함정이 나아가면 후방에 큰 와류(볼텍스) 가 발생합니다. 와류는 배를 뒤로 당기기 때문에 여간 성가시지 않은데요. 덧씌워진 덕트가 와류 생성을 억제하여 주행 효율이 좋게 만들고, 덤으로 소음도 줄이게 됩니다. 

출처 : people.mpi-inf.mpg.de

 간혹 워터제트와 헷갈리기도 하는데, 워터제트(펌프제트) 는 주행 속도에 초점이 맞추어진 장치입니다. 효율은 좋지만 정숙성과는 거리가 있습니다. 바나나보트를 끄는 제트스키가 워터제트를 사용합니다. 조낸 빠르지요. 워터제트는 펌프를 배에 달았다 라고 보시면 됩니다.

출처 : www.easymarmaris.com 

 덕티드팬은 동축반전 혹은 이중반전이라 불리는 스크류를 적용한 경우가 많습니다. 덕트 때문에 스크류 사이즈를 키우지 못하는데, 이를 두개의 스크류를 한 축에 달아 극복하는 방법을 사용합니다. (큰 선풍기의 바람이 더 세다는 사실을 상기해 보세요. 추진력을 키우려면 스크류 사이즈를 키워야 합니다) 

 서로 다른 방향으로 돌기 때문에 선체의 회전현상을 막을 수 있고 (롤링), 회전으로 버려지는 에너지를 뒷 스크류가 다시 받아 추진에 사용하기 때문에 효율이 매우 좋습니다. 볼텍스도 상쇄됩니다.

출처 : articles.maritimepropulsion.com 

 게다가 캐비테이션 (공동화)을 억제하여 추진효율을 높입니다. 물을 뒤로 밀어내는 과정에서 스크류 전후 압력차가 발생하는데 심한 경우 거의 뒤가 비다시피 해서 허공에 노질하는 현상이 발생합니다. 덤으로 물속에 숨어있던 공기들이 기포로 발생하면서 소음도 발생하고요 (뽀글뽀글 수준이 아닙니다. 쿠콰콰콰 수준입니다 관련 포스팅) 

출처 : www.themercury.com.au 

출처 : www.messersmith.name

 동축반전 프로펠러는 다른 분야에서도 많이 찾아 볼 수 있는데요. 주로 불곰국 형님들이 많이 사용합니다. 

 카모프의 동축반전 헬리콥터는 회전 토크를 자체 상회하기 때문에 테일로터가 없는 장점이 있습니다. 로터의 사이즈도 70%면 충분하지요. 아, 서방에서는 치누크 헬기가 같은 원리를 이용하는군요. 

출처 : pictures.4ever.eu

 한번씩 한반도의 방공식별구역을 기웃거리는 투폴레스 Tu-95 베어 정찰기 역시 동축반전 프로펠러를 사용합니다. 동축반전으로 프로펠러를 겹쳐놓은 탓에 보다 낮은 rpm에서 충분한 추진력을 얻을 수 있습니다. 성능에 비해 작은 사이즈를 사용하니 프로펠러의 항력도 적지요. 

출처 : en.wikipedia.org

 사실상 천음속을 낼 수 있는 세계 유일의 프로펠러 항공기입니다. 러시아 본토에서 미국을 찍고 다시 돌아 올수 있는 항속거리의 위엄. 최근 개발이 완료된 에어버스 A-400 역시 같은 방식을 채택했습니다.

 

마무리를 해야하는데 사설이 길었네요.

 

 여러 장점 덕분에 신형 잠수함들을 보면 거의 덕티드팬 방식을 사용하고 있습니다. 미국의 최신예 잠샴인 씨울프 급, 버지니아급이 모두 사용중이고, 영국은 애당초 아스튜드에 벌써 적용하여 잘 써먹고 있습니다. 

출처 : www.dailymail.co.uk

 심지어는 러시아의 최신예 킬로급에도 사용되었다고 하니, 잠수함 분야의 완소 아이템입니다. 기술자체가 최신 기술은 아니지만 개발로 인해 단점이 보완되면서 (동축반전에서 오는 구조적 복잡함) 애용되고 있는 재활용 기술이기도 합니다.

출처 : warships1discussionboards.yuku.com

엔하위키 : 동축반전 로터

지고의 기술 원자력 잠수함의 새로운 발상

위저드아이언 : 세계 최강의 잠수함 씨울프

위저드아이언 : 캐비테이션이란 

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