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블로그에 퀸 엘리자베스급 항모의 이중 함교에 대해서 써보았습니다. 딱딱한 말투 죄송합니다!ㅠ 글의 두서가 많이 없고 부족합니다.

사진 및 출처 등 자세한 내용은 블로그 링크에 첨부되어 있습니다.

오류 및 지적사항 휙득을 위해 업로드합니다. 밀리돔에 계신 분들이 더 많이 아실거라 생각합니다.

블로그 홍보 목적은 아니지만 문제 시 링크 삭제 및 게시글 삭제토록 하겠습니다.

 

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HMS-Queen-Elizabeth-aircraft-carrier-plan.jpg

 

HMS Queen Elizabeth

R08 Queen Elizabeth (QEC)

R09 Prince of Wales (PoW)

1번 함 퀸 엘리자베스는 現 영국의 국왕 엘리자베스 알렉산드라 메리의 이름을 따온 항공모함으로 2014년 취역했다.

2번 함 프린스 오브 웨일즈는 영국 왕세자의 칭호이며 現 왕세자인 찰스 필립 아서 조지를 의미한다. 함은 2019년 취역하였다.

퀸 엘리자베스급은 70년대 중반 국가 재정 악화로 인한 정규항모의 퇴역과 함께 1980년 부터 취역한 3척이 건조된 만재 20,000톤 급의 인빈시블급 경항공모함, 그리고 만재 54,000톤 가량의 오데이셔스급을 대체하기 위해 만들어졌다.

퀸 엘리자베스급은 70억 유로, 한화 약 9조 3천억 원의 가격으로 영국에서 가장 비싼 무기체계이다.

미국의 항모 체계를 모방한 것이 아닌, 독특한 디자인과 내부를 가지고 있는 무기체계이다.

퀸 엘리자베스 급 항모의 특징

- 고도 기계화 무기 통제 체계 HMWHS : Highly Mechanized Weapon Handling System 를 통한 항공기 소티 효율성 증대 및 무기고 인력 감축

* 사실상 이를 본 받아 한국 해군 차기 항공모함을 제작함에 있어 군 인력 감축 및 효율성에 대해 논해야한다고 생각한다.

- 非핵추진 방식 및 이중 가스터빈 및 전기 추진 CODLAG

- 사출기 및 착함구속와이어 (어레스팅 와이어)가 없는 함수 스키점프 방식

- 이중 함교에서 오는 이점과 FLYCO 체계

이 중 세계에서 유일한 이중 함교에 조사해보았다.

 

이중함교

보통의 항공모함들은 단일 함교를 채택하였지만, 퀸 엘리자베스 급은 세계 최초로 전이 대신, 두개의 함교를 채택했다.

전방 함교는 항해 조타실과 항모전투단장의 지휘통제실로 활용된다.

후방 함교는 항공기 통제 및 관제를 위해, 그리고 전방 함교 피격 등 긴급 시 조타를 할 수있는 예비 지휘실 역할을 수행할 수도 있다.

통제 콘솔이 위치한 후방 함교의 명칭을 After Island emergency conning bridge (전방 함교 비상 조타 함교) 라고 명시해놓았다.

* 출처 : Faircount Media Group이 2017년 발간한 HMS Queen Elizabeth 책자

 

항공관제탑 'FLYCO (Flying Control Room)'이라고 불리는 후방 함교는 세계 정상급 관제탑 제작사인 Tex ATC社가 개발했다.

함재기 통제에 용이하게 돌출된 파노라마 형태의 3m 높이의 방탄유리로 이뤄졌으며, 290도로 전체 비행갑판을 통제할 수 있으며, 대형 수송헬기 날개와 충돌에 방호능력을 갖추고 있을 만큼 견고하다.

FLYCO를 통해 항모에 접근하는 함재기를 함교 내 모두가 쉽게 볼 수 있게 되었다. 일부 오래된 함정에서는 작은 항공통제소로 인해 통제관들이 높은 고도의 항공기를 확인하기 위해 창에 가까이 다가가야 하는 경우가 있다고 한다.

FLYCO 에서는 함재기 조종사에게 지침을 내리며, 격납고 관제실과 연결되어 있다.

이중 함교에서의 전방 함교는 기존의 단일 함교보다 더욱 함수 전방에 위치할 수 있다.

이를 통해 당직사관 (OOW, Officer of the Watch) 이 함수 전방의 물체를 쉽게 확인 할 수 있으며, 이는 특히 협수로 등에서 유용하다.

또한, EDCIS-N (Naval Electronic Chart Display and Information System)을 포한한 첨단 Sperry Marine INBS (Integrated Navigation Bridge System) 가 장착되어 있다.

하지만, 단순히 지휘통제의 용이함과 비상조함을 위해 만들어진 것이 아니다.

이는 추진체계 배치 구조때문에 생겨난 구조이다.

CODLAG (COmbined Diesel-eLectric And Gas Turbine)

디젤 전기 및 가스터빈 복합추진방식

저속 순항 시 디젤 엔진을 통한 전기 추진을, 고속 항해 시 가스 터빈을 통한 구동을 병행 해 항해하는 방식이다.

하이브리드 자동차와 비슷한 원리라고 생각하면 쉬운 방식이다.

 

대한민국 해군 대구급 FFG에서도 사용하는 방식이다. 하지만, 대구급은 현재 QEC 와 같은 엔진인 MT30 가스터빈 엔진의 결함으로, 디젤-가스터빈 전환 시 소요 시간이 상당히 오래 (8분 20초) 소요되며, 터빈 블레이드 손상 등의 이유로 사실상 전력에서 제외될만한 수준이다. 이는 다른 문제임으로 깊게 짚지는 않겠다.

 

간단히 요약하자면, 2개의 기관실에서 생성되는 가스 배출구인 연돌 때문이다.

전부 기관실과 후부 기관실에는 각각 Rolls Royce社 MT30 가스터빈 엔진이 있으며, 선체 아래 2대의 10MW 디젤 엔진이 있어 통합 전기 추진 (IEP, Integrated Electric Propulsion) 이 위치한다.

* Rolls Royce 社 MT30 엔진은 항공기 엔진인 Trent 800 기반으로 제작된 함정 엔진으로, MT 또한 Marine Trent의 약자이다. Type 23 호위함 또한 MT30 엔진이 아니지만, 같은 구동 방식의 추진 체계를 동력으로 사용한다.

선체 손상, 피격, 내부 고장 등으로 인한 작동 불능에 빠져 동력 상실로 인한 전투력 손실을 방지하기 위해, 기관부를 2개로 나누고 이를 전 후방으로 나누었다. 이를 통해 전,후부 기관실 중 하나가 불능에 빠진 상황에서도 나머지 1개의 가스터빈을 통해 충분한 속력을 유지할 수 있다.

게다가, 2개의 가스터빈 엔진 모두 운용이 불가능한 상황에서도, 4개의 디젤엔진으로 전기 추진을 할 수 있다.

2개의 가스터빈 엔진은 각각의 가스 배출구, 연돌을 필요로 한다.

함교를 과하게 길게 만들거나, 연돌을 함교와 이격된 곳에 배치한다면 공간 및 설계의 낭비와 함께 추가적인 난기류와 레이더 반사 면적의 손실을 가져올 수 있다.

기존의 단일 함교에서 발생하는 비행갑판에서의 난기류보다 이중 함교가 난기류가 적어진다.

실제로 항해 난기류 실험에서도, 커다란 단일 함교보다 이중 함교가 더 감소된 결과를 얻었다.

 

2001년, Thales社 CVF 디자인 팀에서 논의된 초기 개념에서 별도의 함교에 대해 논의되었다.

몇 가지 장점들이 있었지만, 그중 가장 큰 장점은 이격된 거리에서 오는 엔진 간의 분리가 가능하다는 점이 었다.

각 함교 바로 아래 갑판에 위치하는 가스터빈 엔진은 특성 상 더 큰 연돌과 하향 통풍로가 필요하다.

이 점에서 이중 함교 구조는 내부 구조에 미치는 영향을 최소화 가능했다.

기존의 단일 함교 항모 설계에서는 비행 갑판 공간 창출에 해가 되는 매우 긴 함교를 요구했고, 배기구가 더 작아질 수 밖에 없었다.​

배기구는 격납고 공간에 영향을 주고, 설계 각도에서도 제한을 미쳤다. 이로 인한 취약성이 증대될 수 밖에 없었다.

아무튼 이중 함교는 각각 설계 및 건조되었다. 전방 함교는 포츠머스에서, 후방 함교는 글래스고에서 건조되어 로사이스로 이동되어 완성되었다.

그렇다면 각각의 함교에서 레이더는 어떻게 운용하게 될까?

전방 함교 장착 - Type 1046 장거리 대공 감시 레이더

후방 함교 장착 - Type 997 Artisan 3D 중거리 레이더

고출력의 레이더는 서로 다른 주파수를 갖더라도 안테나가 가까이 위치하면 상호 간섭이나 사각 지대를 발생할 수 있다.

하지만, 전후방 이격된 함교로 인해 방해를 줄일 수 있었다.

또한, 탐색 시 상호 전자 간섭과 음영구역을 최소화 및 제거할 수 있는 기능이 추가되어 있다.

위의 장점들로 인해 이중 함교 설계를 채택한 것은 아니고, 이는 모두 이중 함교 채택으로 인한 결과이며 부수적 효과이다.

물론, 이중 함교 구조에도 단점은 있다.

항모의 진로와 속도는 항공 작전과 통합되어야 한다.

하지만 당직사관과 비행 관제관 간의 분리로 인해 통신 장치에 의존할 수 밖에 없다.

과거 이중 함교 설계를 채택하지 않은 것에는 이러한 이유가 있다. 고도화된 통신 체계 없이는 조함과 항공 통제에 있어 통합성을 가질 수가 없었다.

퀸 엘리자베스급 항공모함에서는 이를 위해 통신체계망 및 함교 간 통합성을 구축해 해결했다고 할 수 있다.

그럼에도 불구하고, 위의 장점들이 단점을 압도함을 알 수 있다.

완벽한 조감도가 나오지는 않았지만, 한국형 경항모 사업에서도 이중 함교를 채택한 안을 확인할 수 있다.

 

요약

이중 함교 선체 구조는 추진 체계 구동체계로 인해 채택된 것이다.

이를 통해 항공 통제의 효율성 증대, 난기류 감소, 비상 시 후방함교 조타 지휘 가능,전방 함교 당직사관 시야 확보, 레이더 간 상호 전자간섭 최소화 등 장점이 있다.

퀸 엘리자베스의 장점을 배워 한국형 경항공모함 사업에 적용할 수 있으면 좋겠다.

* 오류 사항 및 지적사항은 감사합니다. *

 







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Profile image StarSeeker 2021.06.20. 17:59

 초창기 항공모함이라는 함종이 처음 등장했을때, 가장 큰 문제점이 굴뚝과 함교로 인한 난기류 해결이었습니다.

 

결과적으로 영국왕립해군과 미해군은 비교적 일찍 해결을 하는데 성공합니다만, 일본제국해군은 그리하지 못했으며, 꽤나 고생 좀 했지요.   함교는 좌우 왔다리갔다리, 굴뚝은 해수면으로 바로 빼 보기도하고(아카기, 가가), 옆으로 빼보기도 하고(소류) 했지만 결과적으로 모두 시원찮았지요. 심지어 함교를 없애도 봤지만(정확히는 활주로 밑에 있었음), 지휘통제상에 심각한 문제가 생긴다는 점을 간과했지요.

 

결과적으로 왕립해군과 미해군식으로 굴뚝과 함교 모두 오른쪽에 두되 크기는 최대한 줄이는게 답이었지요.

 

굴뚝 문제야, 이후 미해군이 엔터프라이즈를 건조하면서, 어느 정도 해결했는데, 함교는 또 다른 문제였지요. 함교가 너무 작으면 지휘통제에 문제가 생기고, 시대가 발전하면서, 함교에 집어 넣는 설비도 많아지고, 레이더가 겹치면 또 레이더끼리 문제가 생긴다는 점이 문제였지요.

 

덕분에 말씀대로 왕립해군은 거대한 단일 함교보다는 둘을 나누어서 운영한다는 방침을 정한거지요. 뭐 이게 제법 괜찮아보였는지, 이탈리아도 배워서 써먹었고, 한국도 둘을 나누는 설계를 하는걸 보면, 함정 설계 면에서 제법 효과가 있는건 확실한가 봅니다.

 

"이중 함교"를 어느 동네의 누구는 왕립해군의 뻘짓거리라고 소리 지르고 있습니다만, 그럼 재래식 추진으로 적당한 출력과 레이더와 각종 설비를 장착하고, 난기류 문제까지 해결할 수 있는 방법은??? 아마도 이중 함교 말고는 해결책이 없을꺼에요. 

 

잘 읽었습니다 :D

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