왜 디젤인가?

Jul 15, 2023

움직임이 소음을 발생시킵니다. 수중 물체가 진동하면 음파가 바다를 통과하면서 물 분자를 교대로 압축하고 압축을 푸는 음압파가 생성됩니다. 음파는 연못 표면의 잔물결처럼 음원에서 멀어지는 모든 방향으로 방사됩니다.

움직일 때 잠수함의 축이 회전하며 회전율에 따라 소음이 발생합니다. 샤프트율이라고 합니다. 회전 기계가 3,600RPM으로 회전한다면 초당 60번 회전하는 것입니다. 어떤 기계도 완벽하지 않기 때문에 기계의 한 지점에서 작은 오류가 발생하면 소음에 약간의 변화가 발생합니다. 그러면 톤이 생성됩니다. 그 톤은 60Hz가 될 것입니다. 해당 기계를 선박이나 잠수함의 선체에 장착하면 선체가 가정용 사운드 시스템의 스피커 원뿔처럼 작동하여 물 속에서 음파를 생성합니다.

기계가 로터리 펌프인 경우 베인이 한 지점을 얼마나 자주 통과하는지에 따라 소음이 발생합니다. 예를 들어, 펌프에 베인이 5개 있으면 300Hz에서 소리가 납니다.

모든 회전 기계는 비슷한 소음을 냅니다. 예를 들어, 모터에 12개의 회전자 권선이 있는 경우 720Hz에서 신호음이 발생합니다.

이 방법은 선박의 프로펠러에도 적용됩니다. 나사가 120RPM으로 회전하는 경우 샤프트 속도는 2.0Hz가 됩니다. 블레이드가 6개라면 블레이드 속도는 12Hz가 됩니다. 12Hz는 2Hz의 고조파이기 때문에 블레이드 속도와 6번째 샤프트 속도가 서로 강화되어 블레이드 속도를 훨씬 더 강하게 만듭니다.

이 목록은 움직이는 부품이 있는 잠수함의 모든 장비로 확장될 수 있습니다.

그 음파는 (주파수가 낮기 때문에) 먼 길을 이동하며 수중청음기(물 속의 마이크)로 감지할 수 있습니다.이러한 소리를 제거하는 것이 자산이 감지되지 않도록 하는 핵심 요소입니다.

질문으로 돌아가서:

핵보트 내부에는 소음을 발생시키는 많은 물질이 들어있습니다.

원자로 냉각수 펌프 및 관련 감속 기어를 갖춘 고속 추진 터빈. 핵 잠수함의 원자로 냉각수 펌프는 엔지니어링 공장의 다른 단일 기계 장비보다 훨씬 작은 3층 높이입니다. 장비가 클수록 일반적으로 소음이 더 많이 발생합니다.

대부분의 해군 원자로는 PWR(가압수형 원자로)입니다. 왜냐하면 다른 설계보다 전투에서 가장 안전했기 때문입니다. 이 시스템에서 원자로는 증기 발생기(보일러와 유사)에 사용되는 냉각수를 가열하여 증기를 만듭니다. 증기는 나사를 돌리는 터빈이나 발전기(또는 교류 발전기)를 돌립니다.

증기 흐름, 배관 및 터빈 펌프 소음은 수중 모드에서 단순히 배터리로 전기 모터를 작동시키는 것보다 더 큽니다.

따라서 핵무기의 독특한 점은 배터리 모드의 디젤 보트에는 전혀 없는 펌프, 터빈 및 감속 기어입니다. 배터리를 장착한 보트(또는 AIP 장비를 사용하는 공기 불요 추진(AIP) 보트)에서 들을 수 있는 유일한 소리입니다.

또한 선체는 물을 통과하는 것만으로도 소음을 내고 선체가 클수록 소음도 더 많이 발생합니다. 더 작고 느린 디젤 전기 보트는 더 빠른 원자력 잠수함보다 소음이 적습니다.

디젤 발전기 기계는 많은 소음을 유발할 수 있습니다. 디젤 전기는 전기 모드로 작동할 때만 조용합니다.

실제로 디젤 보트는 디젤을 작동하여 배터리를 충전할 때 연소를 위한 신선한 공기를 흡입하여 전 세계에 보이도록 스노클을 올려야 합니다.

디젤 엔진이 작동하고 전기를 충전하는 상태에서는 조용히 달릴 수 없으며 물에 잠긴 전기 전용 모드에서만 조용히 달릴 수 있습니다. 그리고 배터리가 없기 때문에 수중 내구성이 제한됩니다.

디젤 전기 잠수함은 수면 위를 이동하거나 스노클링할 때만 디젤 모드를 사용합니다. 그러나 두 개의 추진 시스템을 완전히 물 속에서 작동시킬 수 있는 스털링 엔진 잠수함이 있습니다.

이러한 문제는 미 해군이 세 척의 실험용 잠수함인 USS Tullibee, USS Glenard P. Lipscomb, USS Narwhal을 통해 해결했습니다. Tullibee와 Lipscomb은 증기 터빈 전기식이었습니다. 감속기어가 없습니다. 일각고래에는 자연 순환 원자로(정상 작동 시 주 냉각수 펌프가 필요 없음)와 저속 직접 연결 주 엔진이 있었습니다. 저속에서 펌프 소음이 없고 감속 기어도 없습니다. 오하이오급과 버지니아급이 가장 최근에 적용되었습니다. 곧 출시될 컬럼비아급 SSBN은 터빈 전기 구동 장치를 사용하여 한 단계 더 발전할 것입니다.