4 만톤급밖에 안 되면서도 사출기를 갖춘 프랑스의 샤를 드골급 항공모함도 있기 때문에 사출기를 갖춘 항공모함을 정규 항공모함이라고 제목 달았습니다.
봐야 할 부분은 5 분 분량도 안 되니 아래 동영상을 우선 보시고요.
2 분 50 초 지점부터 보세요.
2 분 50 초 ~ 6 분 30 초 사이는 이륙 시키는 사출기 설명
사출 동력원인 고압증기탱크 (Accumulator) 를 충전했을 때 압력은 최대 465 psi (약 32 기압) 이며, LPG 가스통의 약 4 배에 달하지만, 이 정도는 산업계에서 아주 흔해빠진 압력 수준이죠.
( 증기 방출하면 점점 압력이 낮아지겠죠. 첫 출발 순간 피크 파워. )
1 평방센티미터 (손가락 끝 면적) 에 약 33 kg 무게로 누르는 압력이니까요.
자동차 디젤 엔진 실린더 압력 기준인 35 ~ 45 kg / cm^2 수준도 안 됩니다.
길면 수십년 계속 굴리는 엔진보다 낮은 압력이 걸리는 실린더라는 얘기죠.
465 psi 는 32.7613 kg/cm^2 이고 실린더 2 개를 써서 750 KN 이 나오려면
( 추력(KN)=PI*실린더직경^2/4*압력*0.00980665 )
실린더 내부 직경은 최소 38.55048 cm 가 필요합니다.
실린더 외부 구조물 직경은 이것저것 다 고려해도 1 미터가 안 된다는 얘기입니다.
생각보다 매우 평범하죠. 이 정도 만드는 것이 뭐가 어렵단 말야라는 소리가 나올만합니다.
사출기를 갖춘 포레스탈급 항공모함이 1948 년에 자금 투입해서 1955 년에 운용 시작했습니다.
아무리 천조국이라 하지만, 미국이 1955 년에 이미 써먹던 기술을 현대 한국이 못 한다면 말이 안 되죠.
물론 어려운 점이 있습니다.
4 분 30 초 지점에 나온 실린더 구조를 보시면 아시겠지만,
셔틀과 피스톤을 연결하는 구조물이 왔다갔다 할 틈 (open slot) 이 실린더에 있어야 합니다.
틈의 크기는 얼마 안 되겠지만 구조물이 틈새로 왔다 갔다 해도 증기 누설을 최소화하는 길이 70 미터는 족히 넘을 Flexible strip 이 핵심 기술이겠고요.
( 다른 것들은 반세기전에도 평범했던 기술 )
항공모함에서 이륙시키는 동영상을 보면 셔틀이 지나가는 레일에서 증기가 새어 나오는 장면이 보일겁니다. 어떤 동영상에서는 이게 거의 안 보이기도 하고요. 왜 그럴까요 ? 온도/습도등 주변 환경과 촬영 거리/앵글에 따라 안 찍힐 수도 있지만요.
플렉시블 스트립이 마모될수록 새어나오는 증기가 많아질 것이고, 너무 심해지면 플렉시블 스트립을 교환해야겠죠.
플렉시블 스트립의 수명이 사출기의 신뢰성 및 유지보수 비용과 직결되겠고, 아울러 증기 누출을 감안해서 플렉시블 스트립 수명 말기에도 충분한 힘을 내기 위해서는 실린더 직경이 39 cm 보다는 조금 더 커야 할거고 고압증기탱크도 더 커야 할겁니다.
항공기가 뜰 수 있는 속도를 내주지 못 한 상태에서 이함하면 ?
바로 바닷물 속으로 풍덩입니다. 미국조차 이렇게 날려먹은 함재기가 꽤 있는 것으로 알고요.
정상적인 이륙에서도 함재기가 갑판 아래로 사라졌다가 다시 둥실 떠오르는 장면이 많이 보이죠.
물론 플렉시블 스트립 없어도 할 수는 있습니다.
일반적인 공압실린더와 같은 구조. 즉 최대로 확장했을 때 170 미터는 훌쩍 넘을 거대한 주사기 형태로 만들면 되죠.
이 정도는 지금 당장이라도 만드는데 별 무리없을겁니다.
그러나 피스톤이 너무 거대해집니다. 수십톤의 무게를 밀고 나갈 수 있는 막대나 와이어 무게가 얼마나 될까요 ? 함재기 무게에 이것까지 추가하니, 고압증기탱크와 증기 생산할 엔진도 훨씬 커져야 합니다.
자기부상열차, 레일건등에서도 쓰이는 전자기식 추진 기구를 쓰는 캐터펄트가 각광받게 된 이유겠죠.
전자기식 추진은 열차 차량들을 끌고 다닐 정도이니 충분히 현실성 있는 것이고,
미국에선 이미 운용 시작했고, 중국도 머잖아 할 것 같네요.
위 동영상을 봐도 아시겠지만, 캐터펄트는 경항모에도 충분히 넣고도 남을 정도밖에 안 됩니다.
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20 톤을 2 초내에 시속 265km 로 가속해주며, 세계에서 가장 좋은 롤로코스터의 2 배가 넘는 4G 에 가까운 가속도라서 건강이 나쁘면 기절할 수도 있죠.
이때 사출기가 만드는 추력은 FA-50 엔진의 10 배 가까운 추력이고,
누리호의 75톤급 엔진 추력과 거의 비슷한 수치입니다.
100 미터도 안 되는 짧은 거리에서 이륙시키려니 필요한 것이고요.
40 초마다 2 대의 항공기 사출은 사출 동력원인 고압 증기 충전/방출 사이클이 40 초라는 의미도 됩니다.
70 대의 함재기를 일제히 출격시키려면 23 분이 걸린다는 얘기네요.
실제로는 승조원들이 20 초마다 1 대 속도로 함재기들을 준비시킬 수 없을 것 같고요.
만약 24 대 정도 함재기만 탑재한다면 고압 증기 생산 능력이 훨씬 적어도 되니까 엔진도 더 작은 것을 써도 되겠네요.
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사출기 쓰려면 원자력 추진이라야 한다고 생각하실 분들도 많겠지만,
포레스탈급 항공모함은 원자력이 아닌 일반적인 28 만 마력 엔진을 쓰고도 사출기를 운용했습니다.
2 만톤도 안 되는 독도급 대형수송함이 12.8 만 마력 엔진,
1 만톤도 안 되는 세종대왕급 구축함이 11.6 만 마력 엔진을 갖추고 있죠.
F-35B 를 운용한다는 항모도 3 ~ 4 만톤은 될 모양인데, 이거 엔진 출력이 포레스탈급 항공모함보다 작을 것 같지 않습니다. ( 아무려면 70 년전보다 엔진의 마력대비 크기가 작아졌겠죠 )
원자력이 아니면 사출기 쓸 수 없다는 것은 단순히 현재 운용되는 사출기 탑재 항공모함이 모두 원자력이라는 것에서 출발한 생각일뿐이죠.
만약 24 대 정도만 탑재할거라면 원자력 안 쓰고도 사출기 갖춘 경항모급 정규 항공모함을 충분히 갖출 수 있습니다.
8 만톤급 수준으로 커진 이유는 함재기를 많이 탑재하기 위해서이고,
함재기를 동시에 정비할 수 있는 공간도 더 많이 필요하죠.
정비할 수 있는 공간, 인력이 많으면 많을수록 같은 함재기 수량이라도 소티를 더 많이 할 수 있겠고요.
경항모는 단순히 함재기 숫자만 적은 것이 아니라 정비 능력도 작아서 소티도 더 적어질 수밖에요.
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6 분 30 초 ~ 7 분 30 초 사이는 착륙 과정 설명
시속 240 km 로 착륙하는 항공기를 2 초내에 정지시키며, 100 미터의 거리가 필요함.
제동시 에너지 흡수는 실린더를 압축시키는 방식으로 하며 실린더 내부는 약 44 기압 ( LPG 가스통의 약 6 배 압력 ) 까지 상승함. 역시 기술 자체는 매우 평범.
물론 함재기들의 랜딩기어, 테일후크와 항공모함의 어레스팅 와이어의 내구성이 핵심기술이겠고요.
역시 유지보수가 쉽지는 않은지, 미국의 정규 항공모함에서도 착륙과정에 어레스팅 와이어가 끊기고 튕겨 날아가면서 사람들을 다치게 만드는 일도 발생했고요.
작성일 : 20-11-21 15:31
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