공기 독립 추진

Air-independent propulsion

공기 독립 추진력(AIP), 즉 공기 독립 추진력(Air-Independent provision, AIP)은 비핵 잠수함이 대기 산소에 접근하지 않고 (서핑하거나 스노클을 사용하여) 운항할 수 있도록 하는 모든 해양 추진 기술이다.AIP는 비원전 선박의 디젤-전기 추진 시스템을 증강하거나 대체할 수 있다.

현대의 비핵잠수함은 핵잠수함보다 잠재적으로 더 은밀하다; 비록 일부 현대 잠수함 원자로는 자연 순환에 의존하도록 설계되었지만, 대부분의 해군 원자로는 감지 가능한 소음을 발생시키면서 원자로 냉각수를 지속적으로 순환시키기 위해 펌프를 사용한다.[1][2]반면 배터리 전력이나 AIP로 달리는 비핵잠수함은 사실상 침묵할 수 있다.잠수 시간, 속도, 사정거리, 심해 성능 등에서 핵추진 설계가 여전히 우위를 차지하고 있지만, 소형, 첨단 비핵 공격 잠수함은 해안 작전에 매우 효과적일 수 있으며, 발음이 적고 기동성이 떨어지는 핵잠수함에 상당한 위협이 될 수 있다.[3]

AIP는 보통 보조 소스로 구현되며, 전통적인 디젤 엔진 취급 표면 추진력이 있다.대부분의 그러한 시스템은 전기를 발생시키고, 이것은 추진용 전기 모터를 구동시키거나 보트의 배터리를 충전한다.잠수함의 전기 시스템은 환기, 조명, 난방 등 "호텔 서비스"를 제공하는 데도 사용된다.—추진에 필요한 전력에 비해 소량의 전력을 소모하지만.

AIP는 추가 선체 구간을 삽입해 기존 잠수함 선체에 재장착할 수 있다.AIP는 일반적으로 대기 의존적인 추진력을 대체할 수 있는 내구성이나 동력을 제공하지 않지만, 통상적으로 추진되는 잠수함보다 더 긴 잠수시간을 허용한다.일반적인 재래식 발전소는 최대 3메가와트, 그리고 그것의 약 10%의 AIP 선원을 제공한다.원자력 잠수함의 추진 발전소는 보통 20메가와트보다 훨씬 크다.

미 해군은 선체 분류 기호 'SSP'를 사용해 AIP가 구동하는 보트를 지정하는 한편, 전형적인 디젤-전기 공격 잠수함의 경우 'SSK'를 유지한다.[a]

역사

바르셀로나에 있는 몬투리올의 선구적인 잠수함인 ICTineo II의 복제품이다.

잠수함의 개발에서는 수중에서의 만족스러운 추진 형태를 찾는 문제가 끈질기게 제기되어 왔다.초기의 잠수함들은 손으로 만든 프로펠러로 인력으로 움직였는데, 이 프로펠러는 내부의 공기를 빠르게 소모했다; 이 선박들은 해치가 열린 상태로 표면에서 대부분의 시간 동안 움직이거나, 선천적으로 위험하고 많은 초기 사고를 유발하는 어떤 형태의 호흡 튜브를 사용해야 했다.후에 기계적으로 움직이는 선박들은 압축 공기나 증기, 또는 전기를 사용했는데, 이것은 해안이나 선내 에어로빅 엔진에서 재충전해야 했다.

아나이로바틱하게 연소할 수 있는 연료의 가장 초기 시도는 1867년이었는데, 당시 스페인 엔지니어 나르시소 몬투리올은 화학적으로 동력을 받는 혐기성 또는 공기 독립 증기 엔진을 성공적으로 개발했다.[4][5]

1908년 러시아 제국 해군은 잠수정 포흐토비를 진수시켰는데, 이 잠수함 포흐토비는 압축 공기로 연료를 공급받고 물 속에서 소진되는 가솔린 엔진을 사용했다.

이 두 가지 접근 방법, 즉 개방 사이클 시스템에 에너지를 공급하는 연료의 사용과 폐쇄 사이클의 에어로빅 엔진에 산소를 공급하는 것이 오늘날 AIP의 특징이다.

종류들

오픈 사이클 시스템

X-1 미젯 잠수함이 미국 Submarch Force 도서관과 박물관에 전시되어 있다.

제2차 세계 대전 동안 독일 회사인 월터는 수중 산소 공급원으로 과산화수소를 고시험(집중)한 잠수함을 실험했다.이들은 과산화수소가 과산화칼륨 촉매에 의해 분해되어 생성된 증기/산소 대기에 디젤 연료를 태워서 가열되는 증기를 이용하면서 증기 터빈을 사용했다.

비록 그 작업이 실행 가능한 전투선으로 성숙하지는 못했지만, 여러 척의 실험용 보트가 생산되었다.한 가지 단점은 관련 연료의 불안정성과 희소성이었다.또 다른 것은 이 시스템이 높은 수중 속도를 내는 동안 연료로 사치스러웠다는 점이었다; 첫 번째 보트인 V-80은 50해리(93km)를 여행하는데 28톤의 연료를 필요로 했고, 최종 설계는 별로 나아지지 않았다.

전쟁 후, 제2차 세계 대전 말기에 싸웠던 U-1407호가 인양되어 영국 해군에 HMS 운석호로 재등장되었다.영국은 1950년대 후반에 HMS 탐색기와 HMS 엑스칼리버라는 두 가지 개량 모델을 만들었다.운석은 위험하고 변덕스러운 것으로 간주되는 승무원들에게 인기가 없었다. 운석은 공식적으로 75% 안전하다고 묘사되었다.[6]엑스칼리버와 탐험가의 명성은 조금 더 나아졌다; 그 배들은 엑스크루시터와 엑스포더라는 별명이 붙여졌다.[7]

소련도 이 기술을 실험했고 월터 엔진에 과산화수소를 이용한 실험용 보트가 1척 만들어졌다.

미국은 또한 XII형 보트인 U-1406을 받았고, 계속해서 두 개의 AIP 잠수함 프로젝트를 시작했다.프로젝트 SCB 66은 1955년 9월에 발사된 실험용 소형 잠수함 X-1을 개발했다.이것은 1957년 5월 20일 그녀의 과산화수소가 폭발하기 전까지 과산화수소/디젤 엔진과 배터리 시스템에 의해 구동되었다. X-1은 나중에 디젤 전기로 변환되었다.[8][9]

두 번째 미국 해군 프로젝트는 1950년 SCB 67, 이후 SCB 67A에 따라 완전한 크기의 AIP 잠수함에 대한 것이었다.SSX로 지정된 이 잠수함은 발터 오픈 사이클 수소 과산화수소 발전소(용어 알톤), 액체 산소 증기 발전소(엘리스), AIP 가스 터빈(울버린) 등 3개의 추진 발전소 중 하나를 개발하게 된다.1951년 말에 해군은 경쟁 핵 설계가 차폐로 인해 더 무거웠지만, AAP 3개 공장보다 더 작다는 것을 깨달았다: SSX는 SSN보다 거의 40피트 더 길 것이다.SSN은 이 시대의 AIP 기술보다 더 조용하고 덜 복잡할 것이다.1952년경에는 원자로가 너무 발전해서 SSX 잠수함이 임시변통으로 필요하지 않을 것으로 보인다.이 프로젝트는 1953년 10월 26일에 취소되었다.[10]

당시 이 기술을 실험 중인 것으로 알려진 유일한 국가인 구소련과 영국도 미국이 잠수함 추진에 적합할 정도로 원자로를 소형으로 개발하자 이를 포기했다.독일과 스웨덴을 포함한 다른 나라들은 나중에 AIP 개발을 재개할 것이다.

HMS 시돈 참사로 인해 전자가 급히 포기하였지만, 영국과 소련이 추진 어뢰로 보유하였다.이것과 러시아 잠수함 쿠르스크의 상실 모두 과산화수소 추진 어뢰와 관련된 사고 때문이었다.

폐쇄 사이클 디젤 엔진

이 기술은 해저 디젤 엔진을 사용하는데, 이 엔진은 표면에서는 관례적으로 작동할 수 있지만, 물에 잠길 때 보통 액체 산소로 저장되는 산화제를 제공할 수도 있다.엔진의 금속은 순수한 산소로 연소되기 때문에, 산소는 보통 재활용된 배기가스로 희석된다.엔진이 시동되면 아르곤이 배기 가스를 대체한다.

1930년대 후반 소련은 폐쇄 사이클 엔진을 실험했고, 다수의 소형 M급 선박들이 REDO 시스템을 이용해 건조되었지만 1941년 독일의 침공 전에는 완성되지 않았다.

제2차 세계 대전 동안 독일 크리그스마린은 그러한 시스템을 Walter 과산화수소계 대안으로 실험하여 그들의 타입 XVII U-보트와 타입 XXVIIB Seehund midget 잠수함인 타입 XVIIK와 타입 XXVIIK의 변형을 각각 설계했다. 비록 둘 다 전쟁이 끝나기 전에 완성되지는 않았지만.

전쟁 후 USSR은 650톤의 작은 퀘벡급 잠수함을 개발했고, 그 중 30척은 1953년에서 1956년 사이에 만들어졌다.이들 엔진에는 세 개의 디젤 엔진이 있었다. 두 개는 재래식이고 한 개는 액체 산소를 사용하여 폐쇄된 사이클이었다.

'단일 추진계통'으로 불리는 소련 시스템에서는 석회 기반의 화학 흡수제를 통해 배기 가스를 여과시킨 후 산소가 첨가됐다.이 잠수함은 스노클을 사용하여 디젤을 달릴 수도 있다.퀘벡 주에는 3개의 구동축이 있었는데, 중앙축에는 32D 900bhp(670kW) 디젤이, 외부축에는 M-50P 700bhp(520kW) 다이젤 2개가 있었다.또한 100 hp(75 kW) "creep" 모터가 중심축에 결합되었다.이 보트는 중앙선 디젤만 사용하여 저속으로 주행할 수 있다.[11]

액체 산소는 무기한 보관할 수 없기 때문에 이 배들은 기지에서 멀리 떨어진 곳에서 운항할 수 없었다.그것은 위험했다; 적어도 7척의 잠수함이 폭발을 겪었고, 이 중 하나인 M-256은 폭발과 화재에 이어 침몰했다.그들은 때때로 담배 라이터라는 별명을 얻었다.[12]이 기술을 사용한 마지막 잠수함은 1970년대 초에 폐기되었다.

독일 해군의 옛 205형 잠수함 U-1(발사 1967)에는 실험용 3000hp(2200kW) 부대가 장착됐다.

폐쇄 사이클 증기 터빈

프랑스 조선소 DCNS는 프랑스 MESMA(Module d'Energie Sous-Marin Autonome) 시스템을 제공하고 있으며, 아고스타 90B와 스콜페네급 잠수함도 MESMA를 이용할 수 있다.그것은 본질적으로 에탄올과 산소에 의해 생성된 열을 가진 그들의 핵 추진 시스템의 변형된 버전이다.구체적으로는 기존의 증기터빈 발전소는 에탄올 연소로 생성된 증기와 60기압의 저장산소에 의해 구동된다.이 압력발사는 배기압축기 없이 어느 깊이에서도 배기 이산화탄소를 배출할 수 있게 한다.

각 MESMA 시스템은 약 5천만 달러에서 6천만 달러의 비용이 든다.스콜페네스호에 탑재된 대로 잠수함에 8.3m(27ft), 305t급 선체 구간을 추가해야 하고, 속도 등 변수에 따라 수중 21일 이상 잠수함이 활동할 수 있게 된다.[13][14]

해저전 매거진에 실린 한 기사는 "MESMA가 다른 대안보다 높은 출력 전력을 제공할 수 있지만, 그것의 본질적인 효율은 AIP 후보 4명 중 가장 낮으며, 산소 소비율은 그에 상당할 정도로 높다"[14]고 지적했다.

스털링 사이클 엔진

HSwMS Gotland in San Diego

스웨덴의 조선업체 코쿰스는 스웨덴 해군용 고틀란드급 잠수함 3척을 건조했는데, 이 잠수함에는 액체산소와 디젤 연료를 연소시켜 추진용 75kW급 발전기를 구동시켜 추진용이나 충전용 배터리를 탑재했다.1,500톤급 보트의 내구성은 약 14일(5.8mph; 9.3km/h)이다.

코쿰스는 스웨덴의 베스테르예틀란드급 잠수함을 스털링 AIP 플러그인 섹션으로 개조하고 업그레이드했다.2개(소데르만란드, 외스테르제르제트란드)는 스웨덴에서 소데르만란드급으로, 나머지 2개국은 싱가포르에서 아처급(아처와 검술인)으로 복무 중이다.[citation needed]

코쿰스는 스털링 엔진도 일본에 납품했다.일본 잠수함 10척에는 스털링 엔진이 장착돼 있었다.동급 최초의 잠수함인 소류함은 2007년 12월 5일에 진수되어 2009년 3월에 해군에 인도되었다.이 중 11번째 등급은 스털링 엔진 없이 리튬이온 배터리를 탑재한 첫 번째 등급이다.[15]

스웨덴의 새로운 블루킹급 잠수함은 스털링 AIP 시스템을 주요 에너지원으로 하고 있다.물속에 잠긴 지구력은 AIP를 이용해 5노트로 18일 이상이다.[citation needed]

연료전지

독 안에 있는 독일 해군의 연료전지 추진력을 갖춘 212형 잠수함

지멘스는 연료와 산화제의 화학적 에너지를 전기로 전환하는 장치인 30–50 킬로와트 연료 전지 장치를 개발했다.연료전지는 화학반응을 유지하기 위해 가압탱크에 있는 용기에 운반되는 연속적인 연료원(수소 등)과 산소가 필요하다는 점에서 배터리와 다르다.이 중 9대는 독일 해군의 212A형 선두함인 도이체 베르프트 AG의 1,830t급 잠수함 U-31에 통합돼 있다.이 등급의 다른 보트와 HDW의 AIP 탑재 수출 잠수함인 돌핀급, 209형, 214형은 지멘스 소속의 120kW(160hp) 모듈 2개를 사용한다.[16]

하왈츠베르케 도이체베르프트 AG의 수출활동 성공 이후 여러 건설사들이 잠수함용 연료전지 보조장치를 개발했지만 2008년 현재 이 같은 장비를 갖춘 잠수함을 계약한 조선소는 없다.[citation needed]

스페인 해군의 S-80급에 구현된 AIP는 바이오에탄올 프로세서(Abengoa, Abengoa에서 하이네그린이 제공함)와 바이오에트를 변형시키는 여러 중간 코프록스 원자로로 구성된 바이오에탄올 프로세서(Bioethanol Processor, SA, Hyergreen 제공)를 기반으로 하고 있다.고순도 수소 속으로 OH.이 출력물은 콜린스 에어로스페이스(Collins Aerospace)로부터 일련의 연료전지를 공급한다.

개혁자는 연료로 바이오에탄올을, 산소(고압 극저온 탱크에 액체처럼 저장)를 공급받아 수소를 보조제품으로 생산한다.생산된 수소와 더 많은 산소가 연료 전지에 공급된다.[17]

인도 국방연구개발기구의 해군재료연구소는 라르센&투브로, 써맥스와 공동으로 전갈 설계에 기반한 칼바리급 잠수함에 동력을 공급하기 위해 270킬로와트급 인산 연료전지(PAFC)를 개발했다.6척의 칼바리급 잠수함은 모두 첫 업그레이드 때 AIP로 개조될 예정이다.붕산나트륨에서 생성되는 수소와 반응해 전기를 생산하고 전해질 역할을 하는 인산염을 저장한 산소를 사용한다.[18][19][20]

Kalvari급 잠수함을 위한 DRDO AIP(공중 독립 추진) 모델

포르투갈 해군 트라이던트급 잠수함에도 연료전지가 장착돼 있다.

원자력

주요 기사:핵잠수함 및 핵해양추진

공기 독립 추진은 통상적으로 추진되는 잠수함의 성능을 향상시키는 맥락에서 사용되는 용어다.그러나, 보조 전력 공급으로서, 원전은 AIP의 기술적 정의에 들어간다.예를 들어, AECL이 "핵전지"로 칭하는 200킬로와트의 소형 원자로를 보조 전원에 사용하자는 제안은 캐나다 잠수함의 언더아이스 능력을 향상시킬 수 있다.[21][22]

원자로는 1950년대부터 잠수함에 전력을 공급하기 위해 사용되어 왔다.최초의 잠수함은 1954년에 취역한 USS 노틸러스였다.오늘날 핵추진 잠수함을 성공적으로 건조하고 운용한 나라는 중국, 프랑스, 인도, 러시아, 영국, 미국뿐이다.

비핵 AIP 잠수함

2017년 현재 약 10개국이 AIP 기반 잠수함을 보유하고 있으며 거의 20개국이 AIP 기반 잠수함을 운용하고 있다.

나라 AIP형 빌더 AIP가 탑재된 잠수함 연산자 AIP가 있는 숫자 및 참고 사항
독일. 연료전지 지멘스시센크루프 돌핀 클래스 이스라엘 5개의 활성/건설[23][24] 중 1개
타입 209-1400mod 대한민국.

그리스
이집트

AIP와 함께 레트로핏 1개 확인,[25] 최대 9개 장보고 등급 추가 레트로핏 가능.[26][27][28][29]
212식 독일.
이탈리아
노르웨이(계획됨)		 10개의 활성/8개 더 계획됨[30][31]

노르웨이는 오는 2025년까지 212형 기준 잠수함 4척을 조달할 계획이다.[32]

214식 대한민국.
그리스
포르투갈
터키 		13개 활성/2개 건설 중/8개 추가 계획[33][34]

귈취크 해군 조선소에 터키 수주가 3건 건설되고 있다.3개 더 계획되어 있다.

218식 싱가포르 건설 중인 2개 / 추가 계획 2개, 2020년에 첫 배송 예정.[35][36][37]
스웨덴 스털링 AIP 코쿰스 고틀란드급 스웨덴 3 활성[38]
아처 클래스 싱가포르 2 활성(베스테르공트랜드 클래스의 리트로핏)[39]
쇠데르만란드급 스웨덴 2 활성(베스테르공트랜드 클래스의 리트로핏)
블링키급 잠수함 스웨덴 계획된 2
일본. 스털링 AIP 카와사키코쿰스 하루시오급 일본. 1 리트로핏:아사시오 [40]입니다
소류급 일본. 12 활성
프랑스.
 메스마 네이비 그룹 아고스타 90B 파키스탄 가동중3길
전갈자리 칠리
브라질(계획됨)		 6개 활성(7개 완료) / 4개 공사 중 / 3개 더 계획됨
스페인 연료전지 나반티아 S-80 클래스 스페인 공사 중인 4개/예정된 4개
인도 연료전지 국방연구개발기구 칼바리급 인도 6개의 Kalvari 클래스 모두 첫 번째 업그레이드[41] 동안 AIP로 리폼될 것이다.
러시아 연료전지 루빈 디자인국
니이셋 크릴로프		 프로젝트 677 л사바 (라다) 러시아 루머 상태: 러시아 잠수함에서 시스템이 작동 중인지 확인 안 함
프로젝트 1650 аур (Amur) 없음
중화인민공화국 스털링 AIP 711 연구소-CSHGC 041식(위안급) 중화인민공화국 준공 15건, 준공 5건
032식(칭 클래스) 중화인민공화국 실험잠수함
대한민국. 연료전지 현대중공업
대우조선해양		 도산안창호급 잠수함 대한민국. 1개 완료/2개 공사 중/6개 더 계획됨

참조

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메모들

  1. ^ 미국 해군 용어집(GNST)SSI는 때때로 사용되지만, SSP(ASW Submarrier)는 1950년대에 미국의 전통적인 디젤-전기 잠수함의 지정자가 은퇴하였기 때문에 USN에 의해 선호되는 용어라고 선언되어 왔지만, USN에 의해 구어적으로 계속 사용되고 있으며, 제인의 정보 그룹과 같은 영국 영연방 해군과 기업들에 의해 공식적으로 사용되고 있다.

원천

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추가 읽기