[논문]함정 격실기밀 평가 방안에 대한 신뢰성 향상 연구

최상민; 박동규; 백용관

doi:10.5762/kais.2020.21.4.546

초록
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함정에는 격벽으로 구분되어 나누어지는 공간인 격실이 종류와 목적에 따라 수개 혹은 수십 개가 존재한다. 이러한 격실들은 화재 및 화재로 인한 연기의 전이방지, 침수 시 침수의 확산 방지 등 특정 격실에서 발생하는 특이 상황들이 타 격실로의 전이를 방지하여 생존성 향상에 목적을 두고 설계된다. 생존성 향상 목적 달성을 위하여 각 격실들은 기밀 또는 수밀을 유지하도록 건조하며, 각 격실의 기밀 또는 수밀 정도를 확인하기 위하여 함정 건조 단계에서 평가를 수행한다. 건조하고 있는 군함에 관한 평가는 해군 지침에 의거하여 함 건조업체 주관으로 해군 및 국방기술품질원이 입회하여 평가를 실시한다. 생존성과 직결되는 만큼 격실 기밀 평가의 중요성은 매우 높아 명확한 기준에 따라 수행되고 있으나, 1개 이상의 복수개 격실 기밀 평가 시 1개 압력센서로 압력을 측정하여 격실 압력을 실시간으로 확인하는 것과 각 격실별 미세한 압력 변동 사항 확인이 제한되는 것을 식별하였다. 따라서 본 연구에서는 현재 수상함정 중 군함에서 실시하고 있는 그룹 격실 기밀평가 방안에 대한 개선 방안 및 신뢰성 검증 방안에 대해 서술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Generally, surface vessels have many compartments for operation and living quarters, and each compartment is an important space for the ship's survivability. During ship construction, a compartment leak test is necessary and is carried out on each vessel. However, the current test method is in doubt...

Generally, surface vessels have many compartments for operation and living quarters, and each compartment is an important space for the ship's survivability. During ship construction, a compartment leak test is necessary and is carried out on each vessel. However, the current test method is in doubt when looking at the actual test results. The reason is that only one pressure gauge is used for the measurement to check the air, so an uncomprehended phenomenon is detected during group compartment leak tests. From this point of view, an improved test device and method are needed. In this study, a multi-channel data acquisition device with multiple pressure sensors is proposed to detect each compartment's pressure variation or pressure drop. This test is a more confidential compartment leak test than the current method, and the test device can show real-time pressure detection values of each of the pressure sensors, which are installed in each compartment, including unmanned space.

Keyword

표/그림 (8)

그림 Fig. 1. Step of Naval Surface Vessels's Trial
그림 Fig. 2. Group Compartments Case of OO ship
표 Table 1. Classification of Naval Surface Vessels's Trial
표 Table 2. Permissible Pressure Drop of Compartments
표 Table 3. Comparison Result of Compartments Leak Test
그림 Fig. 3. Established Compartments Leak Test Method
그림 Fig. 4. Improved Connector
그림 Fig. 5. Improved Compartments Leak Test Method

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 해군 수상함정 대상으로 실시하고 있는 격실 기밀 시험평가 중 그룹화 평가 대상 격실에 대하여, 복수개의 압력센서를 이용하여 기존보다 높은 수준의 신 뢰성을 확보할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여 全 격실에 대한 실시간 압력 변화량 및 격실 기밀 평가에 대한 신뢰성 확보를 통하여 보다 높은 안전성을 갖춘 함정을 확보할 수 있을 것이다.
또한, 주변 날씨, 기온 등과 같은 외부조건에 의한 특 정 격실의 압력 변화를 실질적으로 계측하기가 어려울 것으로 판단되었다. 따라서 그룹 격실을 검사하는 평가 수행 시, 멀티채널로 신호를 계측‧획득 가능한 데이터 수집 장치를 구비하고 복수개의 압력센서를 적용하여 그룹 격실의 기밀 평가에 대한 방법을 현재보다 높은 수준의 신뢰성을 확보하고자 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 해군 수상함정의 그룹 격실 기밀 평가 를 포함한 격실 기밀 평가의 신뢰성 향상 방안에 관한 연 구를 수행하였다. 함정의 격실은 함 승조원들이 거주하는 공간이며, 함 운용에 있어서 반드시 필요한 공간들로 구 성되어 있다.
본 연구에서는 식별된 문제점을 개선하기 위해 그룹 격실을 검사하는 평가 수행 시, 멀티채널로 신호를 계측‧ 획득 가능한 데이터 수집 장치를 구비하고 복수개의 압력센서를 적용하는 그룹 격실 기밀 평가에 대한 방법을 연구하였다. 본 연구를 통하여 계약업체에서 기존에 수행 중인 그룹 격실 기밀 평가 방법 보다 높은 수준의 신뢰성 을 확보할 수 있는 평가 방법을 도출하였다.
본 연구에서는 식별된 문제점을 개선하기 위해 그룹 격실을 검사하는 평가 수행 시, 멀티채널로 신호를 계측‧ 획득 가능한 데이터 수집 장치를 구비하고 복수개의 압력센서를 적용하는 그룹 격실 기밀 평가에 대한 방법을 연구하였다. 본 연구를 통하여 계약업체에서 기존에 수행 중인 그룹 격실 기밀 평가 방법 보다 높은 수준의 신뢰성 을 확보할 수 있는 평가 방법을 도출하였다. 그 결과 신 뢰성 확보뿐만 아니라, 명확한 데이터와 그래프 등으로 평가 결과를 산출할 수 있어 자료 수집 및 결과 분석에 용이할 것으로 판단된다.

제안 방법

각 격실의 수밀과 기밀의 정도를 확인하기 위해 함정 건조 단계에서 평가를 수행한다. 해군 수상함정의 경우에 는 해군의 지침을 바탕으로 함 건조업체가 주관하여 국 방기술품질원(이하 기품원) 및 해군 인수평가대가 입회 하여 격실 기밀 평가를 실시한다.
대한민국 해군의 수상함정 시험평가는 선도함과 양산함으로 구분되어 실시되며, 본 연구에서는 양산함 평가 기준으로 연구를 수행하였다. 시운전 단계는 설치 검사인 1단계를 제외하고 2단계부터 총 5단계로 구성되어 있으 며 상세 내용은 아래 Table 1과 같으며 단계 개념도는 Fig 1.
2과 같으며, 총 14개의 격실을 하나의 그룹 격실로 선정하였다. 보안상 이유로 각 격실의 이름은 음영처리 하였다.
개선된 격실기밀 평가 계측 방안은 Fig. 5와 같이 먼 저 격실기밀 평가를 수행할 그룹 격실을 선정 후 각 격실 에는 복수개의 압력센서를 각 격실별로 설치한다. 그 후 선수, 선미 방향의 문을 모두 닫고 개선된 연결구를 연결 한 다음, 압축공기를 주입하기 시작하여 각 격실별로 설치된 센서 에서 평가 기준이 되는 초기 설정 압력 값이 계측되기 시작하면 압축공기 주입을 중단한다.
5와 같이 먼 저 격실기밀 평가를 수행할 그룹 격실을 선정 후 각 격실 에는 복수개의 압력센서를 각 격실별로 설치한다. 그 후 선수, 선미 방향의 문을 모두 닫고 개선된 연결구를 연결 한 다음, 압축공기를 주입하기 시작하여 각 격실별로 설치된 센서 에서 평가 기준이 되는 초기 설정 압력 값이 계측되기 시작하면 압축공기 주입을 중단한다. 그리고 각 격실에서 계측되는 압력 센서들로부터 압력의 변화를 실시간으로 모니터링하며 특정 격실에서의 압력감소가 나머지 센서 들의 평균 및 허용 압력감소량 보다 큰 경우는 평가를 중단하고 압력 누수 부위를 확인한다.
그 후 선수, 선미 방향의 문을 모두 닫고 개선된 연결구를 연결 한 다음, 압축공기를 주입하기 시작하여 각 격실별로 설치된 센서 에서 평가 기준이 되는 초기 설정 압력 값이 계측되기 시작하면 압축공기 주입을 중단한다. 그리고 각 격실에서 계측되는 압력 센서들로부터 압력의 변화를 실시간으로 모니터링하며 특정 격실에서의 압력감소가 나머지 센서 들의 평균 및 허용 압력감소량 보다 큰 경우는 평가를 중단하고 압력 누수 부위를 확인한다. 누수 부위 가 식별되지 않고 허용 압력 감소량 보다 적은 경우에는 해당 격실의 평가를 완료한다.
함정의 격실은 함 승조원들이 거주하는 공간이며, 함 운용에 있어서 반드시 필요한 공간들로 구 성되어 있다. 하나의 격실에서 비상상황이 발생할 경우, 타 격실로 전이되지 못하도록 완벽한 기밀 또는 수밀이 필수요소이며 각 격실의 기밀 상태를 확인하기 위하여 함 건조 과정에서 시험 평가를 수행하게 된다. 현재 실시 중인 격실 기밀 평가 중 그룹 격실 기밀 평가는 함정마다 차이는 있지만 평균 10개 정도의 복수개의 격실을 하나 의 그룹 격실로 선정하며, 1개의 압력센서로 산출되는 값 으로 압력을 측정하게 된다.

대상 데이터

격실의 개수가 많은 대표적인 OO함에서 그룹 격실 평가를 하는 항목 중 1개의 격실은 Fig.2과 같으며, 총 14개의 격실을 하나의 그룹 격실로 선정하였다. 보안상 이유로 각 격실의 이름은 음영처리 하였다.

성능/효과

전자와 후자의 평가 방법은 각 함정의 격실 위치와 목적에 따라 분류되며, 함 상세설계 단계에서 수밀‧기밀 격실 분류 등과 함께 검토 되어 확정되며, 추후 유관기관 검토 과정에서 변경될 수 있다[4]. 두 평가 방법 모두 평가 결과를 확인하는 압력 센서는 1개를 사용하게 되므로, 후자 평가 방법의 경우 그룹화 된 격실 수가 늘어날수록 각 격실 안의 실시간 압 력 변화나 압력 강하 현상 및 전체 그룹 격실의 압력 결 과에 대한 정확한 계측이 어려운 것으로 판단되었다.
본 연구에서 도출된 개선 방안을 적용할 경우, 복수개 의 압력 센서 각각의 계측 결과가 멀티채널 데이터 수집 장치 및 디스플레이 장치에서 실시간 확인되며, 압력의 변화 추이 또한 실시간 확인이 가능하여 기존에 수행중인 그룹 격실 평가 방법보다 신뢰성을 향상할 수 있다. 또한, 평가 후 계측 결과가 그래프로 출력되어 객관적인 시험 결과 산출물로도 활용할 수 있다.
위에서 서술한 개선된 격실기밀 평가를 적용할 경우, 아래의 세 가지 효과가 기대된다. 첫째, 그룹 격실의 평가 진행 과정 중에 각 격실에 설치해둔 압력 센서들로부터 압력변화 값이 실시간으로 전송‧확인되므로, 기존의 시험 방법보다 한층 높은 수준의 신뢰성을 확보할 수 있다. 둘 째, 각 격실별 압력 센서로부터 압력강하 수치가 산출되므로 기밀이 불량한 격실 및 개소를 특정하기 용이한데, 이는 기밀 누설 보완 작업에 도움이 되고 기밀 누설에 대한 데이터 축적 및 분석도 가능할 것으로 판단된다.
첫째, 그룹 격실의 평가 진행 과정 중에 각 격실에 설치해둔 압력 센서들로부터 압력변화 값이 실시간으로 전송‧확인되므로, 기존의 시험 방법보다 한층 높은 수준의 신뢰성을 확보할 수 있다. 둘 째, 각 격실별 압력 센서로부터 압력강하 수치가 산출되므로 기밀이 불량한 격실 및 개소를 특정하기 용이한데, 이는 기밀 누설 보완 작업에 도움이 되고 기밀 누설에 대한 데이터 축적 및 분석도 가능할 것으로 판단된다. 마지막으로 평가 결과가 그래프 형식으로 가시화되어 산출되 므로 평가 결과의 합부 판정이 용이하며 나아가, 계약업 체의 평가 수행자 및 입회자인 기품원‧해군 담당자간에도 업무 편차가 줄어들어 평가 과정에서 발생할 수 있는 이견을 좁힐 수도 있을 것이다.
본 연구를 통하여 계약업체에서 기존에 수행 중인 그룹 격실 기밀 평가 방법 보다 높은 수준의 신뢰성 을 확보할 수 있는 평가 방법을 도출하였다. 그 결과 신 뢰성 확보뿐만 아니라, 명확한 데이터와 그래프 등으로 평가 결과를 산출할 수 있어 자료 수집 및 결과 분석에 용이할 것으로 판단된다. 또한, 평가에 대한 객관적인 데이터 값을 얻을 수 있어 평가 수행자와 기품원‧해군 평가 입회자 간 이견을 좁힐 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

본 연구에서는 해군 수상함정 대상으로 실시하고 있는 격실 기밀 시험평가 중 그룹화 평가 대상 격실에 대하여, 복수개의 압력센서를 이용하여 기존보다 높은 수준의 신 뢰성을 확보할 수 있는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통하여 全 격실에 대한 실시간 압력 변화량 및 격실 기밀 평가에 대한 신뢰성 확보를 통하여 보다 높은 안전성을 갖춘 함정을 확보할 수 있을 것이다.
본 연구에서 도출된 개선 방안을 적용할 경우, 복수개 의 압력 센서 각각의 계측 결과가 멀티채널 데이터 수집 장치 및 디스플레이 장치에서 실시간 확인되며, 압력의 변화 추이 또한 실시간 확인이 가능하여 기존에 수행중인 그룹 격실 평가 방법보다 신뢰성을 향상할 수 있다. 또한, 평가 후 계측 결과가 그래프로 출력되어 객관적인 시험 결과 산출물로도 활용할 수 있다. 만약 해당 격실 기밀 평가 결과에 대해 추후 문제가 발생할 경우에도 결 과를 데이터로 기록‧보관할 수 있어 기존 방법보다 높은 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
또한, 평가 후 계측 결과가 그래프로 출력되어 객관적인 시험 결과 산출물로도 활용할 수 있다. 만약 해당 격실 기밀 평가 결과에 대해 추후 문제가 발생할 경우에도 결 과를 데이터로 기록‧보관할 수 있어 기존 방법보다 높은 신뢰성을 확보할 수 있을 것으로 판단된다.
둘 째, 각 격실별 압력 센서로부터 압력강하 수치가 산출되므로 기밀이 불량한 격실 및 개소를 특정하기 용이한데, 이는 기밀 누설 보완 작업에 도움이 되고 기밀 누설에 대한 데이터 축적 및 분석도 가능할 것으로 판단된다. 마지막으로 평가 결과가 그래프 형식으로 가시화되어 산출되 므로 평가 결과의 합부 판정이 용이하며 나아가, 계약업 체의 평가 수행자 및 입회자인 기품원‧해군 담당자간에도 업무 편차가 줄어들어 평가 과정에서 발생할 수 있는 이견을 좁힐 수도 있을 것이다. 추가적으로, 본 연구에서는 대한민국 해군 수상함정에서 실시하고 있는 격실 기밀 평가에 국한되어 연구를 수행하였지만, 해군의 수중함, 일반 상선 및 해경 등 다양한 분야의 격실 기밀 평가 방법에 적용한다면 현재보다 높은 수준의 격실 기밀 평가 방안에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다.
마지막으로 평가 결과가 그래프 형식으로 가시화되어 산출되 므로 평가 결과의 합부 판정이 용이하며 나아가, 계약업 체의 평가 수행자 및 입회자인 기품원‧해군 담당자간에도 업무 편차가 줄어들어 평가 과정에서 발생할 수 있는 이견을 좁힐 수도 있을 것이다. 추가적으로, 본 연구에서는 대한민국 해군 수상함정에서 실시하고 있는 격실 기밀 평가에 국한되어 연구를 수행하였지만, 해군의 수중함, 일반 상선 및 해경 등 다양한 분야의 격실 기밀 평가 방법에 적용한다면 현재보다 높은 수준의 격실 기밀 평가 방안에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다.
그 결과 신 뢰성 확보뿐만 아니라, 명확한 데이터와 그래프 등으로 평가 결과를 산출할 수 있어 자료 수집 및 결과 분석에 용이할 것으로 판단된다. 또한, 평가에 대한 객관적인 데이터 값을 얻을 수 있어 평가 수행자와 기품원‧해군 평가 입회자 간 이견을 좁힐 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 본 연구에서 도출된 개선 장치에 대한 제작 및 실선 검증이 기품원 내 부득이한 사정으로 실시되지 못하였다.
또한, 평가에 대한 객관적인 데이터 값을 얻을 수 있어 평가 수행자와 기품원‧해군 평가 입회자 간 이견을 좁힐 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 본 연구에서 도출된 개선 장치에 대한 제작 및 실선 검증이 기품원 내 부득이한 사정으로 실시되지 못하였다. 따라서 추후 건조 함정에 대하여 본 연구에서 도출된 멀티 채널을 이용한 그룹 격실 기밀평가 방법을 적용한 실선 검증에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.
하지만, 본 연구에서 도출된 개선 장치에 대한 제작 및 실선 검증이 기품원 내 부득이한 사정으로 실시되지 못하였다. 따라서 추후 건조 함정에 대하여 본 연구에서 도출된 멀티 채널을 이용한 그룹 격실 기밀평가 방법을 적용한 실선 검증에 관한 연구가 추가적으로 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	개선된 격실기밀 평가를 적용할 경우 어떤 효과가 기대되는가?	위에서 서술한 개선된 격실기밀 평가를 적용할 경우, 아래의 세 가지 효과가 기대된다. 첫째, 그룹 격실의 평가 진행 과정 중에 각 격실에 설치해둔 압력 센서들로부터 압력변화 값이 실시간으로 전송‧확인되므로, 기존의 시험 방법보다 한층 높은 수준의 신뢰성을 확보할 수 있다. 둘 째, 각 격실별 압력 센서로부터 압력강하 수치가 산출되므로 기밀이 불량한 격실 및 개소를 특정하기 용이한데, 이는 기밀 누설 보완 작업에 도움이 되고 기밀 누설에 대한 데이터 축적 및 분석도 가능할 것으로 판단된다. 마지막으로 평가 결과가 그래프 형식으로 가시화되어 산출되 므로 평가 결과의 합부 판정이 용이하며 나아가, 계약업 체의 평가 수행자 및 입회자인 기품원‧해군 담당자간에도 업무 편차가 줄어들어 평가 과정에서 발생할 수 있는 이견을 좁힐 수도 있을 것이다. 추가적으로, 본 연구에서는 대한민국 해군 수상함정에서 실시하고 있는 격실 기밀 평가에 국한되어 연구를 수행하였지만, 해군의 수중함, 일반 상선 및 해경 등 다양한 분야의 격실 기밀 평가 방법에 적용한다면 현재보다 높은 수준의 격실 기밀 평가 방안에 대한 신뢰성을 확보할 수 있을 것이다.
	해군에서 사용되는 격실은 무엇을 말하는가?	대한민국에서 운용중인 수상함정의 격실에 대한 정의 는 유사한 차이가 있지만, 해군에서 사용되는 격실은 수평‧수직 경계로 한정되어진 공간을 말하며, 커다란 공간 내에 구조에 의하여 형성된 작은 공간, 인장 철망 판격자 (Expanded Metal) 또는 망격벽(Mesh Bulk Head)에 의하여 형성된 작은 구획이나 주 공간을 뜻한다[1]. 함정의 종류와 목적에 따라서 함정마다 격실은 수 개에서 수 십 개가 존재한다.
	대한민국 해군의 수상함정 시험평가는 무엇과 무엇으로 구분되어 실시하는가?	대한민국 해군의 수상함정 시험평가는 선도함과 양산함으로 구분되어 실시되며, 본 연구에서는 양산함 평가 기준으로 연구를 수행하였다. 시운전 단계는 설치 검사인 1단계를 제외하고 2단계부터 총 5단계로 구성되어 있으 며 상세 내용은 아래 Table 1과 같으며 단계 개념도는 Fig 1.

참고문헌 (7)

R.O.K. Navy, "Criteria for Compartment Name & Numbering Designation Criteria for Naval Ship Design & Construction", R.O.K. Navy, Korea, pp 1, 2017.
S. K. Park, J.H. Choi, J.H. Kim, and G.Y. Gong, "Structural Integrity Evaluation of Sliding Type Watertight Door for Ship", The Korea Society for Naval Science & Technology, pp.008-010, March. 2019, DOI: http://doi.org/10.31818/JKNST.2019.03.2.1.8.
R.O.K. Navy, "Guideline for Total Ship Survivability Management Criteria for Naval Ship Design & Construction", R.O.K. Navy, Korea, pp2-35, 2018.
R.O.K. Navy, "Criteria for Stability Criteria for Naval Ship Design & Construction", R.O.K. Navy, Korea, pp 1-15, 2018.
I. H. Hwang, J. H. Shin, Y. M. Kim, and J. G. Shin, "Spatial Arrangement of Naval Ships Considering Functions and Relationships between Compartments", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, pp.388-395, Oct. 2014, DOI: http://dx.doi.org/10.3744/SNAK.
R.O.K. Joint Chiefs Staff, "Manual of Weapons System Test and Evaluation Manual", R.O.K. Joint Chiefs Staff, Korea, pp 1-175, 2015.
R.O.K. Navy, "Guideline for Watertight/Airtight Testing of Compartments and Tanks Survey", R.O.K. Navy, Korea, pp 1-9, 2018.

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