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선저폭발에 의한 배의 손상

몰라몰라 | 조회 수 369 | 2018.01.09. 19:24

꽤 잘 설명되어 있는 듯한 영상이라 가져왔습니다.

 

요약하자면,

 

선저폭발의 모드는 크게

1. 폭발 산물인 Gas Bubble이 선체에 닿는 경우

2. Gas Bubble이 선체에 닿지 않으나 충분히 가까이 있을 경우

3. Gas Bubble이 선체에 닿지 않고 충분히 멀리 있는 경우

로 나눌 수 있다고 합니다.

 

1의 경우는 배의 비교적 좁은 영역에 고압, 고온의 가스로 인한 큰 파괴가 생기고

2와 3의 경우는 1차적으론 Shock wave에 의한 충격, 2차적으론  Bubble pulsation에 의한 파괴가 생깁니다.

물의 밀도가 대기의 밀도에 비해 약 1000배 더 크므로, 수중에서의 폭발은 육상에서의 폭발과는 다른 양상을 보입니다.

가장 특징적인 것이 Bubble pulsation인데, 폭발에 의해 생성된 고압의 기체가 순간적으로 크게 팽창했다가, 외부의 수압보다 내부 기체 압력이 낮아져 다시 작게 수축했다, 다시 팽창하는 것의 반복을 지칭합니다.

Young.S.Shin[1]에서 참조할만한 사진을 가져왔습니다.

 

캡처.JPG

 

개괄적인 설명에 대해 좀 더 관심이 있으신 분은, 동영상에서도 지속적으로 인용하는 Szturomski[2]을 참조하시면 될 것 같습니다.

Bubble pulsation에 의한 파괴는 천안함 피격 사건 이후 버블제트라는 이름으로 더 유명합니다.

 

선저폭발이 배와 멀리 떨어진 곳에서 일어났을 경우엔 Shock wave, Bubble pulsation 모두 배의 구조에 치명적인 영향을 주지는 않습니다.

특히, Thomas A.Vernon[3]에 따르면 Bubble pulsation의 진동수가 배 용골의 고유진동수와 일치하는 경우에도 배의 구조에 심각한 영향을 주지 않을 것으로 추정됩니다. TNT 167kg을 통상적인 호위함(Frigate) 크기의 배 용골 정중앙 24m 아래에서 터트렸을 경우에도 용골에는 최대 70-80MPa 정도의 응력(Stress)만이 가해지고, 이는 용골의 탄성한계 범위 안입니다.

 

"The maximum stress induced in the hull from the whipping motions is predicted to be 70-80MPa in the midship area. This stress level is well below the midship stresses expected from the design wave loading and the response in this case is completely elastic. The maximum pressure at the keel are not expected to cause any permanent local deformation for this load case."[3]

 

배와 가까운 곳에서 폭발이 일어났을 경우엔 피해가 더 큽니다. 기뢰/어뢰가 배의 중앙 부근에서 폭발한 경우, 영상에서 설명되었듯 배의 중앙이 수면 위로 붕 떴다가 다시 Gas Bubble이 수축하며 떨어지는 과정에서 절반으로 뚝 부러질 가능성도 있다고 합니다. 천안함 침몰의 원인으로 추정된 현상입니다.[4][5]

 

개인적으로 Near-field underwater explosion의 경우에 대한 설명에는 확신이 없습니다.  Bubble pulsation의 진동수가 용골의 고유진동수와 일치하는 경우 배가 더 크게 파괴될까요? Near-field underwater explosion이 선체에 미치는 영향에 대한 자료가 있으신 분은 댓글로 알려주시면 감사하겠습니다. 읽어보고 수정하겠습니다.

 

영상출처: https://www.youtube.com/watch?v=UdFNuc5XtII

 

[1] Young.S.Shin, <Ship shock modeling and simulation for far-field underwater explosion>, 2004, Computers and Structures 82

[2] Bogdon Szturomski, <The effect of an underwater explosion on a ship>, 2015, Scientific Journal of Polish Naval Academy 201

[3] Thomas A.Vernon, <Whipping response of ship hulls from underwater explosion bubble loading>, 1986, Document from Canada National Defence Research Branch and Defence Research Establishment Atlantic

[4] http://news.chosun.com/site/data/html_dir/2013/05/17/2013051701157.html?Dep0=twitter&d=2013051701157

[5] 전호환, 조용진, <함정의 침몰손상>, 2010, 대한조선학회 47





    



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  1. 캡처.JPG (File Size:29.2KB/Download:15)
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Profile image Baccine 2018.01.20. 18:53

영상게시판에 좋은 자료들이 많은데 덜 활성화가 되어서 그런지 조회수들도 적네요.

 

좋은 글인것 같습니다.

shaind 2018.01.25. 13:24

버블 펄스와 버블 제트는 폭발환경에 따른 당연한 물리적인 현상인데도 "북한이 무슨 첨단 버블제트 어뢰를 갖고 있냐" 운운하는 뒷목잡는 소리가 많았죠. 

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