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작성일 : 22-08-28 18:30
[기타] 도산 안창호급과 X 자 함미 방향타
 글쓴이 : 노닉
조회 : 3,846  


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.

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.


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.

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.


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.

좀 실망스러울수도 있겠지만 필자가 보기엔 우리나라의 기술력이 부족해서가 아님.
아래는 도산안창호급 개발당시 대우조선해양에서 제안한 모델로 x형태의 함미타를 가지고 있음.

그럼 왜 적용하지 않았느냐?

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



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 도산 안창호급 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 도산 안창호급 배치2/3에서는 볼수 있을 가능성이 있음.

결론
해군: 장단점이 있으나 급하지도 않으니 천천히 적용할게.






출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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찍수니 22-08-28 18:47
   
저도 X타에 대해 관심이 많았는데... 잘 설명해 주셔서 감사하네요.
독일 212급의 수평 잠항타가 멋있게 보여서... 왜 우린 X타로 못 만드나...?
나중에 알고 보니 "X타가 기술적 난이도" 높다라고 들었음.
우리도 X타로 건조한 잠수함 보고 싶네요!
대팔이 22-08-28 19:06
   
우리도 X타 기술을 개발하고 있으며 안창호급 다음 잠수함부터는 적용하겠죠...
그리고 X타는 수중기동성뿐 아니라 낮은 선저심도에서도 조종성이 뛰어나 천해에서 기동해야하는 잠수함에 좋다고 하네요...
그래서 수심낮은 발트해나 지중해에서 활동하는 U212는 X타...북해나 대서양에서 활동하는 U214는 +타를 적용했죠...
구름위하늘 22-08-29 12:08
   
제가 들었던 이야기는 X타 방식이 확실히 운동성이 좋은데,
전시나 사고로 방향타에 피해가 있어서 수동으로 움직여야 할 경우에는
+타에 비해서 수동 조작의 난이도가 무지무지 높아지는 단점이 있다고 들었습니다.

둘 다 일장일단이 있는 선택으로 그중 덜 도전적인 안전한 선택을 한 것이라고 봅니다.
도나201 22-08-29 13:45
   
이게  잠수함의 전술상 특징에 의해서 ...  X자 방향타에 대한 적용을 포기했다라는게 더 정확할겁니다.

물론 기술적인  우위성은 X자형 방향타가  높고.  이에 대해서 현대에서. 정보사관련 침투용잠수함에 적용하려고 했습니다.  실제로 적용되었는지 ....  안되었는지는 정확히는 알수 없는데.

정보사의 이사업에서.  3척에서. 2척으로 줄인다라는 정보가 있어서.  사실상 X자형방향타 개발이 실패한것 아닌가 하는 추측이 돌기는 했습니다.

하지만  정확히는  문제는 전혀 다른데 있었다라는 것입니다.   
서해상이  X자형이 낫다.....라는 것은 사실 이를 뒤집는 운영전술에. 뒤바뀐것으로 알려졌습니다.

바로 서해상의 해류가 문제였죠.   
즉,  서해상의 해류가  우리나라에서  북한  발해만  중국해안지역을 타고서  양쯔강 의 영향으로  대한해협으로 빠져나간다라는 것입니다.   

즉,  해류만 타면.. 바로 중국에 탐지없이 용이하게 접근할수 있다라는 이야기 입니다.

중국에서도 이런 부분은 지금 엄청나게 걱정하고 잇고,  그래서 장보고1급도 .. 우습게 보지 못한다라는 소리가 들립니다.   

이런 해류를 타는데 있어서는 X자 보다는  조종능력이 익숙한 .. +형이 낫다라는 판단을 한것입니다.

어차피 동해는 심해라서  바닥에 가라앉을 일이 없으니...  동해안의 해안지형의 관해서는 소형잠수함외에는 접근이 불가능하고    실제로 장보고1급이라도  전력적으로  동해상에서는 상당히 유용한 전력이라서.

침투형잠수정은  특별히 따로 제작해서...  이사업이 진행중이니.     

즉, 이런 전술적인 특성 때문에 . X자형 방향타의 도입을  포기한 것으로 알려져 있습니다. 

X자형 방향타가 가장 좋은 이유가 .... 바로 속도가 빠를때일수록 더 유리하다라는 것입니다.
그것은 20노트 이상의 속력에서나 ... 좋은 기동성을 발휘한다라는 것이고,

디젤기관으로 마구 달릴때 .. 득달같이 달려드는 습성의 ... 소류급잠수함의 전술적인 특성이 전혀 다르다라는것이죠.    일명 소류급잠수함의  전술은  닌자방식이라서, 
해저심저층에 대기타고 있다가...... 바로 득달같이 덤비는 방식이라서 .    수상에서는 초계기 및  수상함이  잠수함쪽으로 몰이하는 방식으로 전술체계가 잡혀 있는 상황입니다.

하지만 우리나라 잠수함은 독자적인 성향의 중국침투를 상당히 노린 잠수함이라는 것이죠.
대류를 타고서 긴밀히 접근하면서  항만시설 앞에서 대기 탄다라는 이야기죠.

이건 각국의 전술적인 특성에 따라서  노리는 방향성이 다르다라는 이야기 입니다.
북한도 이런 잠수함이 등장함으로 인해서 대동강의 갑문공사를 급히 시행한것이고,

중국측에서는  황하,  양쯔강. 등 대운하강줄기에 이러한 갑문을 설치공사가 힘드니.
더욱 위협스럽게 느껴지겠죠.