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선체 부식 및 부식 방지장치에 의한 수중 전기장 신호 해석 방안 연구
A Study on Analysis Method of Underwater Electric Field Signature due to Ship's Corrosion and Corrosion Protection System 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.11 no.2 = no.33, 2008년, pp.43 - 52  

정현주 (국방과학연구소) ,  양창섭 (국방과학연구소) ,  전재진 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The galvanic corrosion of a vessel, or systems fitted to minimize the ship's corrosion such as ICCP (Impressed Current Cathodic Protection) system and sacrificial anodes, can lead to significant electrical current flow in the sea. The presence of vessel's current sources associated with corrosion wi...

주제어

#갈바닉 부식   #전기장   #희생 양극   #능동 부식방지장치  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 함정 선체의 갈바닉 부식 및 부식방지장치에 의해 수중에서 발생되는 정 전기장 신호의 발생원리 및 특성을 자세히 소개하고, 선체 부식 및 부식방지장치에 의한 수중 전자기장 해석 도구인 FNREMUS 소프트웨어를 이용하여 반 원통 형태의 함정 등가모델에 대해 선체 도장 손실(Coating Damage) 및 ICCP 장비의 양극(Anode) 배치 변화에 따른 선체 표면의 전위 분포 및 임의 수심에서의 전기장 신호 분포 예측 결과들에 대해 상세히 기술하고자 한다.
  • 본 논문에서는 함정 선체의 갈바닉 부식 및 선체 부식방지 장치에 의해 수중에서 발생되는 정 전자기장 신호의 발생원리 및 특성을 소개하고, 함정 등가 모델을 가정하여 선체 도장 손실 및 ICCP의 양극 배치에 따른 선체의 전위 및 임의 수심에서의 전기장 신호 분포 예측 결과들을 제시하였다.

가설 설정

  • 8V 유지)에서 선체 도장 손실은 5%, 프로펠러 도장 손실은 50%로 가정하고 ICCP 양극의 개수 및 배치 변화에 따른 선체표면 전위, ICCP 양극 전류 및 수심 20m에서의 전기장 신호를 예측하였다. ICCP의 양극은 그림 13과 같이 1 pair, 2 pairs, 3 pairs 등 3가지 경우로 가정하여 해석을 수행하였다.
  • 식 (1)에서 알 수 있듯이 전기장 신호 해석에 있어서 중요한 변수중의 하나인 해수의 전도율(σ)은 4 [S/m]로 가정하였다.
  • 그러나 양극을 배치하는 zone의 수가 증가하게 되면 개별 양극에서 방출되는 전류의 크기가 감소하고 zone의 증가에 따라 양극의 배치도 분산되므로 ICCP 양극으로부터 선체 및 프로펠러까지의 거리가 감소하여 상대적인 전기 다이폴의 크기(P)가 감소하므로 전기장 신호 또한 감소하게 된다. 식 (3)은 전기 다이폴에 의한 수중 전기장 신호 특성을 해석하기 위한 전계방정식으로서 본 논문에서는 측정 위치로부터 해저면이 충분한 수심을 가진다는 가정 하에서 전도율 차이에 의한 전기장 신호의 반사 효과는 고려하지 않았다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
선체 부식방지장치가 위협무기체계의 주요탐지원이 될 수 있는 까닭은 무엇인가? 그러나 자기처리 및 소자 등을 통하여 정 자기장 신호에 대한 함정의 자기 스텔스 능력이 지속적으로 향상되고, 최근에는 정 자기장 신호 외에 정 전기장 및 교류 전기장/자기장 신호를 탐지할 수 있는 다양한 센서들이 개발되어 디지털 신호처리 기술들과 접목됨으로써 표적 식별 능력 또한 크게 향상되었다[7～8]. 특히, 함정 선체의 갈바닉 부식(Galvanic Corrosion) 및 ICCP(Impressed Current Cathodic Protection) 장비, 희생 양극(Sacrificial Anode) 등과 같은 선체 부식방지장치들은 해수를 통해 직접적인 부식전류 및 부식방지전류를 형성하게 되고 이로 인해 수중 전자 기장 신호를 발생시켜 위협무기체계의 주요 탐지원이 될 수 있다. 그러므로 함정 부식방지장치를 이용한 함정의 선체 부식방지 연구와 더불어 수중에서 발생되는 전자기장 신호를 최소화하기 위한 노력이 필요하지만 지금까지 국내에서는 관련분야의 연구가 극히 미흡한 실정이다.
선체의 갈바닉 부식이란 무엇인가 선체의 부식은 부식의 여러 현상 중에서 갈바닉 부식에 해당된다. 갈비닉 부식은 두개의 서로 다른 금속이 쌍을 이룬 상태로 전해질 용액(부식용액) 내에 놓이게 되면 두 금속의 갈바닉 전위(Galvanic Potential)차에 의하여 상대적으로 (-) 전위(이온화 경향이 큼)를 가지는 금속이 우선적으로 부식되고 (+) 전위(이온화 경향이 작음)를 가지는 다른 한 금속은 부식으로부터 보호받게 되는 현상을 의미한다.
함정의 수중에서 발생되는 전자기장 신호의 원인은 무엇이 있는가? 함정에 의해 수중에서 발생되는 전자기장 신호는 기뢰 체계 및 감시체계의 센서들을 통해 쉽게 탐지되므로 함정 생존성에 큰 위협이 되고 있다. 함정에서 발생되는 수중 전자기장 신호원(Underwater Electro-magnetic Field Signature)들을 발생 원인별로 분류하면 강자성 재질의 선체 및 탑재장비에 의한 정(Static) 자기장, 선체와 프로펠러의 이종 금속 간에 전위차에 의해 발생되는 갈바닉 부식 및 이를 방지하기 위한 부식 방지장치에 의한 정 전기장/자기장, 프로펠러(Propeller)의 회전에 의한 부식 및 부식 방지 전류의 변조에 의한 교류(Alternate) 전기장/자기장, 함내 전력공급장치(모터, 발전기, 배전반, 전력선 등)에 의한 교류 전자기장 신호등으로 구분될 수 있다[1～6]. 과거의 감응 기뢰체계 및 감시체계들은 주로 강자성 선체에 의한 정 자기장 신호를 탐지하여 왔다.
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참고문헌 (10)

  1. G. J. Webb, S. S. Tut, S. J. Davidson and A. J. Wilkinson, "Multi-influence electromagnetic and acoustic ranging", Conference Proceedings UDT Pacific 98, Sydney Convention Centre, Australia, pp. 11-14, 1998 

  2. P. G. Rawlins, S. J. Davidson and P. B. Wilkinson, "Aspects of Corrosion Related Magnetic (CRM) Signature Management", Conference Proceedings UDT 1998, Wembley Conference Centre, London, UK, pp. 237-240, 1998 

  3. P. G. Rawlins, S. J. Davidson, "Modelling of AC Vessel Signatures Using Time Dependent Dipoles", Marelec 99, pp. 257-265, 1999 

  4. J. C. Hubbard, S. H. Brooks, B. C. Torrance, "Practical measures for the reduction and management of the electro-magnetic signatures of in-service surface ships and submarines", UDT 96, July, pp. 480-485, 1996 

  5. P. M. Holtham, I. G. Jeffrey, "ELF signature control", UDT 96, July, pp. 486-489, 1996 

  6. 양창섭 외, "함정 발생 수중 전자기장 신호의 특 성 및 측정 기법", 한국군사과학기술학회, 제9권 제2호, pp. 11-19, 2006 

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  7. Richard Holt, "The Source of Electric Fields in Seawater, and Their Measurement", Warship Cathodic Protection 2001, 21-23 August 2001 

  8. H. Jones, "Development of a Low a Noise Electric Field Sensor For Measurement and Ranging Applications", MARELEC 2004, 17-18th March 2004 

  9. Godwin Kakuba, "The Impressed Current Cathodic Protection System", Master's Thesis, Technische Universiteit of Eindhoven, 2005 

  10. A J Keddie, "FNREMUS Detailed Modeller User Guide", Issue 4, FNC Dorking Surrey 

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