잠수함의 날개는 왜 홀수 일까?

잠수함 스크류에 대한 지식은 제가 어렸을적 무기에 참 관심이 많았을 때 알아두었던 지식의 하나입니다. 한동안 잊고 있다가, 제가 지금 인턴근무중인 사무실에서 과장님들간에 대화에서 떠올리게 되었습니다. 

당시 과장님들은 선풍기 날개가 많은게 좋은지 적은게 좋은지에 대해 논의 중이었는데, 제 상식으로 날개는 많을 수록 좋은 걸로 알고 있었습니다. 그러다 날개가 왜 많을 수록 좋은지 그리고 날개는 왜 홀수여야 하는지를 설명해주는 법칙이름이 생각나질 않더군요.....-_-;;;; 그때부터 머리를 쳐가며 검색을 했습니다. 그렇게 한참을 고민해서 찾아낸것이 바로 캐비테이션 효과입니다. 

케비테이션효과란? 

액체가 유동하고 있을 때, 어느 점의 압력이 그때의 액온의 증기압보다 내려가 액속의 공기와 수증기가 분리되어 기포를 발생시키고, 공동을 만드는 현상을 말한다. 캐비테이션으로 유리된 공기와 수증기는 압력이 높은 부분에서 망가지고, 국부적으로 고압ㆍ고온이 되어 진동과 소음이 발생해 부식의 원인이 된다. 또한 재료에 손상을 입힌다. 수차와 펌프의 날개, 또는 유체의 통로에 급격한 변화가 있는 장소 등에서 발생한다.

출처 : http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=627680&mobile&categoryId=554

요 케비테이션 효과란것이 왜 잠수함과 중요하냐면, 유용원의 군사세계 게시판에서 검색한 글로 그 답을 대신해 봅니다. 

초창기 잠수함은 추진축이 대부분 2개고 프로펠러의 형태도 수상함과 별차이가 없었으나, 2차 대전에 아즈택(소나)이 개발되면서 소음발생여부가 잠수함의 은밀성에 중요한 영향을 및쳤습니다. 소음은 프로펠러의 회전속도가 낮을수록 소음이 감소 하므로 프로펠러 날개의 직경을 증가 시키고 회전수를 줄여 같은 추진력 상태에서 소음을 감소 하는식으로 발전 하게 되었습니다.2차 대전 이후까지 날개수가 수상함과 동일한 3엽 위와같이 발전하다가 프로펠러 소음의 많은 부분이 종횡타가 일으킨 물결을 프로펠러 날개가 지나가면서 큰소음을 발생시키는걸 알게되면서 프로펠러 날개의 휘어진 각도를 연구하게 됩니다. 이를 캐비테이션이라 합니다. 캐비테이션이란 프로펠러 날개에서 발생한 압력 차이로 생긴 공기 방울이 수압으로 터지면서 발생하는 소음으로 잠수함의 추진기 소음에서 가장 큰 비중을 차지 합니다. 캐비테이션을 줄이기 위해서는 날개의각을 휘게하고 날개수를 늘리고 회전수를 감소 시키면 같은 추진력에서 소음은 줄게 됩니다. 프로펠러 날개수는 짝수보다 홀수가 소음이 발생하지 않습니다. 그래서 서방 잠수함은 대부분 프로펠러 날개수는 7엽 입니다. 날개의 면이 매우 부드럽게 물을 갈라야 하므로 가공기술이 매우 어려워 선진 몇나라만이 프로펠러 날개를 가공할수 있었습니다. 그러다 1980년대 미소 원잠이 수중에서 충돌사건이 발생했는데 이는 일본 도시바가 9축 공작기계를 팔고 유럽에서 소프트웨어를 도입하여 서방의 잠수함과 동일한 프로펠러 날개를 만든 결과였습니다. 현재는 7엽 프로펠러 둘레에 시리우드링을 설치한 펌프제트를 도입,소음을 크게 낮추었습니다. 펌프제트는 1980년대 영국 해군의 트라팔가급이 최초로 추진 소음을 크게 낮출수 있으나 (15-20노트 내외에서는 소음이 거의 발생하지 않음), 추진력의 효율은 떨어지는 단점이 있습니다.

출처 : http://bemil.chosun.com/nbrd/bbs/view.html?b_bbs_id=10040&num=14044 (유용원의 군사게계)

조금 어렵죠? 자 이제 그림으로 공부해볼까요??

포루투칼의 신형 209PN(사실상214급)급 잠수합의 스크류입니다. 214급이라 함은 우리나라 손원일함이 214급 잠수함입니다.

보통은 아래그림과 같이 잠수함의 스크류는 잘 공개하지 않습니다. 스크류 형태는 항상 탑시크릿이었는데요. 왜냐하면 스크류형태로 잠수함의 음문 즉 특정한 소리를 유추해낼수 있기 때문이죠. 그런데 요새는 잠수함 스크류에대해 보안장치를 하지 않는경우가 점점 많아지고 있습니다. 

그리고 스크류에관해서 나온 글 중에 시리우드링을 채용한 펌프제트란건 잠수함의 소음을 줄이기위한 장치로 간단히 생각하면 위에 보이는 스크류를 원통형 물체로 감싼다고 생각하시면 됩니다. 

씨울프급 잠수함의 펌프제트 예상도입니다. F-22와 함께 마지막 냉전의 산물인 씨울프급. 돈을 생각하지 않고, 오로지 성능만 생각해서 만들어낸 공격잠수함 역사상 가장 고성능 공격잠수함으로 여겨집니다.

요렇게 스크류를 감싸버리면 소음은 획기적으로 줄일수 있으나 추진효율이 많이 떨어진다고 합니다. 그래서 디젤 잠수함에서는 언감생심 꿈도 꾸지 못하는 추진방법이죠. 씨울프급의 경우 저 펌프젯 탓에 디젤잠수함 수준의 소음을 달성 했다는 소리도 있습니다. 원자력잠수함만의 사치품이라고 할수도 있겠죠 ㅎㅎㅎ 

ps : 여기서 함정은 선풍기는 3엽이 바람이 가장세다네요.소음도 더 적은 편이고........다만 이론적으로 날개가 많을 수록 바람의 파형이 촘촘해져 더 부드러운 바람을 만들어 낸다고 합니다.