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문제 정의
- 본 연구는 충돌 등의 사고로 발생한 파공을 "신속"하고 일정 범위내의 "곡면부" 봉쇄가 가능한 파공봉쇄장치를 이용해 해수의 유입을 방지할 수 있는 기술 및 장비의 개발이 매우 중요한 것으로 판단되어 이를 바탕으로 개발한 저압용 파공봉쇄장치(Liquid Spill Stopper, LSS)에 작용하는 유입압력 및 운항속도에 따른 분리 실험을 통한 성능검증을 수행하였다.
제안 방법
- 따라서 파공봉쇄장치를 부착한 후 항해 중 선속 증가에 따른 장치에 미치는 저항에 따라 파공봉쇄장치가 탈착하는 운항속도를 계측하는 실험을 위해 해군 SSU(Ship Salvage Unit, 해난구조대)팀의 협조로 Fig. 7과 같이 현재 작전 수행을 하고 있는 참수리 호(PKM)에 선수로부터 선체에 6개의 파공봉쇄장치를 함정의 길이 방향 중앙에 위치한 흘수선에서부터 선미 쪽으로 Ⅰ(흘수선)-120cm → Ⅱ(흘수선상 300mm) -160cm → Ⅲ(흘수선하 300mm)-140cm → Ⅳ(흘수선)-320cm → Ⅴ(흘수선상 300mm)-220cm → Ⅵ(흘수선하 300mm)로 간격을 두면서 부착한 후, 함정이 정지에서부터 전속력인 30knots까지 함정의 속도를 증가시키면서 부착된 침몰방지용 파공봉쇄장치가 어느 속도에서 분리되는지를 확인 하였다.
- 또한 현재 개발된 파공봉쇄장치가 시제품 단계임에 따라 파공이 발생한 선박에 직접적으로 설치하는 것은 다소 어려움이 따른다. 따라서 현재까지 연구 및 개발을 진행하면서 축적한 실험 및 문헌과 함께 압력측정을 하기 위해 별도로 장치를 제작하여 파공봉쇄장치의 제 성능을 발휘할 수 있는 압력 측정실험을 실시했으며 고속 운항이 가능한 해군 함정을 이용하여 장치 이탈 운항속도 계측실험을 실시했다.
- 6과 같이 제작하였다. 본 장치는 직경이 1m이고 높이가 0.8m인 원통형으로 만들었으며 수압과 공기압으로 장치의 내압을 측정할 수 있도록 설계하였고, 일정량의 물을 실험장치 내부에 주입한 후 밸브를 통해 압력을 조절하여 파공을 봉쇄하고 있는 장치의 성능을 측정했으며, 파공의 직경을 40mm, 100mm, 200mm로 조절할 수 있는 부착물을 마련하여 실험을 진행하였다.
- 선박 또는 함정에서 파공이 발생한 경우 장치를 선박에 부착하고 항해 또는 전투 중 해수의 유입으로 인한 선박과 함정의 침몰 방지를 위하여 부착 및 항해시험을 다음과 같이 시험하였다.
- 선박에 발생한 파공은 일정한 위치, 크기 등을 예측할 수 없기 때문에 개발된 파공봉쇄장치의 봉쇄가능 범위를 측정할 필요성이 있으며 파공의 위치와 내압에 따라 유출입압력이 달라지므로 압력을 측정하기 위한 별도의 압력 실험 장치를 제작하였으며 실험 장치의 파공은 40, 100, 200mm의 원형으로 제작하여, 해당 파공에 가해지는 압력을 측정할 수 있도록 Fig. 6과 같이 제작하였다. 본 장치는 직경이 1m이고 높이가 0.
- 선박에 파공이 발생하여 선내로 유입되는 해수를 신속하고 효율적으로 봉쇄하기 위해 개발된 파공봉쇄장치에 대해 해수가 유입되는 압력과 선체 외판에 봉쇄 후 운항에 따른 탈착에 영향을 미치는 항해속도 계측실험을 실시한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 이 파공봉쇄장치는 장치의 유연성을 높이기 위해 연성의 스테인리스 판재에 T5×W25×L40mm의 영구자석 20개가 봉쇄장치 외변을 따라 부착하여 부식을 방지하기 위한 고무 커버(cover)를 추가 결합하였으며, 선박과 봉쇄장치 사이에 해수유입 방지와 항해 중 탈착 방지를 위한 개스킷(Gasket)을 설치하였다.
- 8과 같이 부착한다. 이후 40mm의 파공 판을 제거한 후 100mm 파공 판을 부착시켜 실험을 진행했다.
- 이후 Fig. 10과 같이 압축 공기를 0.1, 0.5, 0.7, 1.0, 1.3bar의 압력에 순서대로 각각 도달하게 한 다음, 15 초를 유지하여 누설 여부를 확인 한 후 이상이 없으면 점점 그 다음 단계로 높여가며 실험하였다.
- 파공 크기를 조절하기 위해 마련한 연결부위와 밀봉패드와 접촉되는 부분에 압력이 높아질 경우 누설 문제로 인하여 본 실험 장치에서는 압력 상승으로 인한 장치의 변형, 누설 등의 상태를 확인한다. 이후 파공의 크기를 100, 200mm로 변경하여 실험을 계속 실시했다.
- 파공 크기를 조절하기 위해 마련한 연결부위와 밀봉패드와 접촉되는 부분에 압력이 높아질 경우 누설 문제로 인하여 본 실험 장치에서는 압력 상승으로 인한 장치의 변형, 누설 등의 상태를 확인한다. 이후 파공의 크기를 100, 200mm로 변경하여 실험을 계속 실시했다.
- 파공의 크기를 직경 100mm로 조절하여 0.1∼1.3bar의 압력 변화에 따른 파공봉쇄장치의 성능을 실험했다.
- 파공의 크기를 직경 200mm로 조절하여 압력을 상승시켜 보았다. 해당 크기의 파공에서는 0.
- 함정에 Fig. 7과 같이 파공봉쇄장치를 부착한 후 정지부터 30knots까지 순차적으로 상승시키면서 분리 상태 여부를 관측하였다. 함정의 속도를 20.
- 함정을 정지부터 속도를 5, 10, 12, 15, 20, 25, 30 knots의 단계로 점점 증속시켜 해당 속도에 5분씩 머물게 하면서 분리되는 항해속도가 얼마인지에 대해 Fig. 12와 같이 항해실험을 하였다.
대상 데이터
- Fig. 5와 같이 경량으로 제작되어 혼자서도 들고 옮길 수 있으며 탈·부착이 가능하도록 개발된 410×640×15mm 파공봉쇄장치를 사용하였다.
- 실험은 압력 실험 장치 바닥면에 만들어진 200mm의 파공뿐만 아니라 파공의 크기를 조절하기 위해 별도로 만든 40mm 파공의 판을 Fig. 8과 같이 부착한다. 이후 40mm의 파공 판을 제거한 후 100mm 파공 판을 부착시켜 실험을 진행했다.
성능/효과
- 1) 40mm의 파공에 1.3bar(수심 13m)의 압력으로 유입하는 해수는 파공봉쇄장치를 사용하여 막음으로 물의 유입을 봉쇄할 수 있다.
- 2) 100mm 파공의 경우라 하더라도 1.0bar(수심 10m)의 압력으로 유입하는 해수는 파공봉쇄장치를 사용하여 봉쇄가 가능하다.
- 3) 함정의 외판에 부착한 파공봉쇄장치의 부착력은 해군 작전속도는 18knot이며 장치의 탈착속도 측정 결과 최초로 20.2knots에서 탈착되었기 때문에 함정에서 발생한 파공으로 인한 침수 및 침몰 사고를 방지할 수 있으므로 전투력 유지에 아무런 문제가 없다.
- 4) 수심 10m 이내 환경에서 지름 100mm까지의 파공이 발생한 선박에서 신속한 초동 대응 가능하며 봉쇄 후 20knots 이상의 속력으로 회항이 가능해 짐에 따라 추가적인 함정(선박) 침몰을 방지할 수 있게 되었다.
- 본 연구에서는 이동성이 용이하여 신속한 이동 및 설치가 가능하며 일정부분의 곡면부에도 부착이 가능한 장점이 있는 저압형 파공봉쇄장치를 이용하여 손상부위로부터 기름 등 오염 물질의 유출과 해수의 유입을 방지할 수 있다.
- 직경 40mm의 파공에서 실시한 유입 압력에 대한 파공봉쇄장치는 1.3Bar에 가까워지면서 Fig. 13과 같이 파공 부위의 고무 커버가 볼록하게(convexity) 약간의 변형이 발생했지만, 충분히 제품의 제 기능을 발휘했으며, 이는 수면 아래 깊이 13m 환경조건까지 해당 크기의 파공이 발생하더라도 효율적으로 봉쇄가 가능하다고 판단된다.
후속연구
- 5) 선박파공으로 인한 선박 침수 방지를 위한 파공봉쇄장치 성능의 실험적 연구를 하였지만, 유출압력 실험의 경우와 다양한 각도에서 파공봉쇄장치에 미칠 수 있는 외력의 분석 등에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
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