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작성일 : 21-04-19 13:58
[잡담] 경항공모함 사출기 아이디어, 그냥 압축공기로 하면 됩니다.
 글쓴이 : gupi
조회 : 1,224  

별별 아이디어 내시는데. 롤러코스터, 전기 사출, 증기사출..등등 
미국은 증기 사출 방식을 쓰지만 
우리가 적용할 수 있는 것은 압축 공기로 동작 하는 방식이면 됩니다.
기계효율, 정비, 공간, 여러가지로 따져서, 가장 부피 적고, 순간적으로 가장 큰 동력 내고, 정비 쉽고 한게 압축 공기를 이용한 겁니다.
 보통의 소형 엔진이나, 자동차에 들어가는 엔진 기동시에는 전기 시동 모터로 시동해도 될정도이지만, 
선박의 초 대형 엔진을 시동할때는 시동 전기 시동모터로는 어림도 없어서 압축공기를 사용하여, 기동합니다.

2가지 기동 방법이 있는데
1. 실린더 내부로 직접 압축공기를 넣어 엔진을 회전하여 시동 걸게 합니다. 주로 5000~100000마력급의 메인 엔진 기동에 사용합니다.
2. 그보다 조금 작은 엔진들은 터빈 방식의 압축공기 시동 모터를 플라이 휠에 연결, 시동 회전수까지 엔진의 rpm을 올려서 시동이 되게 합니다.

 
T100-F Series Turbotwin Engine Air Starters On The Rowland Company 
위에것은 2번 방식의 간단한 구조의 tdi사 트윈 터빈 시동 모터인데 10kg/cm2의 압축공기로 3000kw급 현대 힘센 엔진을 어렵지 않게 단 5초만에 300rpm이상으로 회전 시켜 줍니다. 크기도 출력에 비해 매우 작고 토크가 대단히 크죠. 
미국의 슈퍼캐리어 증기식 캐터필터 급의 파워를 내려면  
 시중에 이미 30bar 압력급 고출력 시동모터가 있고 이런거 수십대를 병렬 연결해서 캐터필터에 기어나, 와이어 방식으로 연결 기동하면 됩니다. 
경 항공모함에 내부에 여러대의 고성능 공기 압축기와 에어탱크 확보 공간만 있음 되지요. 물론 공기 압축기 운전할 전력도 많이 필요 하겠네요.

아래는 미 항공모함 증기사출식 캐터필터 인데. 증기 대신 압축 공기를 사용해도 됩니다.
미국은 원자로의 증기로 터빈엔진을 돌리는 김에 증기 캐터필터 까지 사용하지만, 
원자로가 없는 선박은 그냥 전기로 공기압축기를 여러대 돌려서 압축 공기를 압축 탱크에 저장하고 있으면 됩니다.
 위 1번 방식의 대형 선박의 메인엔진 기동시 방법이니 적용에 어려움은 없을 겁니다.

 external/www.tpu...
아님 2번 방식의 모터를 사용하여 위 그림의 셔틀& 피스톤에 와이어로 연결하여 당겨도 됩니다.

아마 경항공모함 건조시 사출기가 필요하다면 위 방식의 압축 공기 사용한 것이 제작되지 않을까 싶습니다.
국내에 이미 선박 관련 중공업, 기계 제작 기술이 있고
 위의 사출기를 제작해 본적 없으니 처음 설계, 제작시 약간의 시행 착오, 결함 등은 격겠지만 투자, 시간만 있으면 금방 해결, 제작 가능하리라 봅니다. 
출처 : 해외 네티즌 반응 - 가생이닷컴https://www.gasengi.com


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포케불프 21-04-19 14:09
   
사출에 필요한 에너지를 압축공기를 통해 전달 할 것이냐

아니면 지금처럼 플라이휠에 저장해서 쓸 것이냐의 차이네요
     
gupi 21-04-19 14:45
   
어느 방식이 되었든 효율이 중요 하겠지요.
비용적고, 공간적게 차지하고, 정비 용이하고, 고도의 전문엔지니어가 없어도 되는 것.
에너지를 압축 공기로 보관하는것이 변환 효율이 좋고 언제든지 쓸수 있다는 장점이 있습니다.
플라이 휠에 에너지를 저장하는 방식은 잘 모르지만, 무게추를 지속적으로 고속 회전 시켜, 필요한 운동에너지를 빼쓰는 방법도 효율만 좋다면 괜찮을듯 합니다.
아이쿠 21-04-19 15:32
   
압축 공기보다 증기압 방식이 훨씬 효율적입니다

우선 공기압 방식으로 하려면

대형 선박에 장착된 공기압 탱크보다 훨씬 더 대형의 공기 탱크를 수십개는 설치후
대용량 에어 컴프레서를 수십대 설치해야하고
이 컴프레서에 공급할 발전기를 또 여러대 설치해야합니다.
전체적인 시스템이 보일러의 증기압 방식에 비해 훨씬 효율이 떨어집니다

선박에서 메인 엔진 시동을 공기압을 사용하는건
증기압 방식으로 시동이 불가능하기 때문입니다

대형 상선들이 이렇게 증기압 사용이 곤란한 기기들을 제외하고
고용량 펌프등 큰 힘이 필요한 부분에는 증기압 방식으로 가동합니다
특히 탱커선들은 원유들을 펌핑하는 고용량 펌프들을 증기압을 이용하죠

압축공기는 압축하고 사용하는 방법이 매우 복잡하고 기계적인 문제가 많이 발생하여
정비소요가 극심하며 한번 사용후 재충전하는데 오랜 시간이 소요됩니다

반면 증기압 방식은 시스템이 매우 단순하고 한번 보일러를 가열시켜 놓으면
증기압을 소모해도 매우 빠르게 보충이 가능하죠
     
gupi 21-04-19 19:20
   
원자력 항공모함 캐터펄트에 대해서는 증기 방식이 님 의견처럼 제일 좋은 것 같습니다.
솔찍히 원자력이 아닌 경항모에서는 증기식이나, 압축공기식이나 공간이나 운영등 상황이 여의치 않을듯 합니다. 두 방식다 오십보 백보고, 그나마도 비좁은 경항모 공간을 많이 차지 하게 될 듯 합니다.  그래도 쪼금은 압축공기 방식이 경항모에는 좀더 여유가 있지 않을까하는
하는 저의 생각입니다.

 원자력 항공모함에는 스팀 터빈이 있으므로 증기식이 최고로 효율적이지만, 경항모에는 주기관이 보일러 타입이 아닌 내연기관 이라면, 스팀 보일러가 운영하기가 더 어려울 듯 합니다. 따로 특 고압 보일러를 운영해야하는데 공간이 여유가 있을까요. 물론 님의견처럼 공기압축기, 발전기, 에어탱크도 자리를 많이 차지하긴 마찬가지겠네요.ㅎ
요즘 lng 선이 아니라면 주기관이 보일러인 경우가 거의 없으므로 주기관으로 보일러를 운영하지 않을듯 하며, 군함들은 외연기관으로 가스 터빈은 사용해도 스팀 터빈은 2차대전 군함이후로는 거의 사용치 않습니다.
 물론 탱커선용 스팀터빈 발전기나, 고용량 펌프들도 잇습니다만, 그런 보일러로는 캐터필터용으로 압력을 형성하기 어려울듯 하네요.
미국 항공모함 캐터필터에 필요한 스팀압력, 소모량이 얼마인지 검색해도 나오지 않던데. 기밀 사항 이라도 되는건지.....
예전 다큐를 봤을때 10톤이 넘는 항공기를 2초만에 200km이상 가속해서 내던질 정도라고 봤는데, 그것을 2분마다 시행해서 비행기 연속 이륙 한다하니, 그정도 에너지를 낼수 있는 보일러의 압력이 60~100bar 이상 되는 특고압 보일러를 따로 운영해야 하고, 언제 출동해야 하는지 모르는 항공기 이륙을 위해서만 사용 해야 할듯 하고, 평상시에도 미리 보일러 예열하고 지속적으로 고압으로 압력 유지도 쉽지 않을듯 합니다. 그리고 원자력이 아니니 기름 보일러를 운영해야 할텐데 배기가스로 항공기 착륙시 시야를 가리는 문제도 있고,  배기, 복수, 냉각등 공간을 많이 차지 하는 문제도 있습니다.
 그리고 꼭 증기식이라고 빨리 보충되고, 공기 압축기를 돌린다고 늦는것도 아닙니다.
 결국 들어가는 기름양(열량) 만큼 기계효율에 따라 증기 발생량, 공기 압축량이 정해질 것이고, 둘다 모든 공간, 효율 비교하면 어느게 나은지는 설치를 해서 테스트 해보기 전까지는 알수 없겠지요..
 기계적인 복잡성은 당연히 증기 발생 보일러보다 공기압축기가 복잡할 것이지만 관리만 잘한다면 그리 큰 문제가 발생치 않습니다. 오히려 여러대를 필요 부하에 따라 나눠서 동시에 운전 가능하고 , 순환정비도 쉬우며, 다단압축을 하여 스팀압력으로 올릴수 없는 수백bar 이상도 올릴수가 있습니다. 항공모함 캐터필터에 비행기 사출에 필요한 압력(에너지)이 얼마인지는 검색해도 알수 없어서 정확히는 모르겠네요. 아마 대형선박 주기관 시동 공기량에 비해서 수십배는 많을듯 합니다.
아마 일반 선박과는 다른 특 대형, 고압, 다수의 공기 압축기가 필요하겠지요.
 그래서 위글처럼 2안처럼 압축공기시동모터 여러대를 이용한 기어나, 와이어로 캐터필터를 구동할수도 있다고 하였네요. 물론 압축공기나, 증기를 사용한 1안보다는 효율이 낮겠지만, 1안보다 낮은 압력(?)의 압축공기를 사용한 것이니까요.
 항공모함 이륙 방식의 다른분들의 좀 뜬금없는 기발한 아이디어보다 좀더 현실적이지 않을까 하는 걍 제생각 입니다..ㅎㅎ
 의견 감사합니다.