함정 추진 운용 모드 최적화 연구 : FPP-CPP 선택적 운용을 통한 정숙성 극대화

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 해군 함정의 특정 저속 운용 구간에서 발생하는 캐비테이션 및 수중방사소음 문제를 해결하기 위해 하이브리드 가변피치 프로펠러 운용 개념을 제안한다. 해당 구간에서 고정피치 모드를 선택적으로 적용함으로써 캐비테이션을 억제하고 수중방사소음을 효과적으로 저감하였다. 이를 통해 대잠전 운용 가능 속도 범위를 연속적으로 확장하는 효과를 확인하였다. 본 연구는 기존 함정에 개조 적용이 가능한 실용적인 추진 운용 방안을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• Ⅰ. 서 론 1
• 1.1. 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2. 연구목적 및 방법 3
• Ⅱ. 이론적 배경 및 선행연구 6
• 2.1. 수중방사소음 6
• 2.1.1. 수중방사소음의 정의와 분류 6
• 2.1.2. 수중방사소음의 군사적 중요성 7
• 2.2. 추진시스템 특성 9
• 2.2.1. 고정피치 추진기(FPP) 9
• 2.2.2. 가변피치 추진기(CPP) 10
• 2.2.3. 추진시스템 효율 12
• 2.2.4. FPP와 CPP의 상반된 제약 13
• 2.3. 캐비테이션 현상 15
• 2.3.1. 캐비테이션의 기본 원리 15
• 2.3.2. 추진기 캐비테이션의 유형 17
• 2.3.3. CPP의 부분 피치 캐비테이션 18
• 2.4. 선행연구 검토 20
• 2.4.1. 국외 연구 동향 20
• 2.4.2. 국내 연구 동향 22
• 2.4.3. 연구 동향 종합 분석 22
• Ⅲ. CPP 추진시스템 운용 특성 분석 25
• 3.1. CPP 시스템 운용 모드 분석 25
• 3.1.1. CPP 추진시스템 구성 25
• 3.1.2. 속도별 운용 모드 특성 26
• 3.1.3. 추력베어링 제약 조건 28
• 3.2. 추진성능 추정
• 3.2.1. 대상 함정 제원 29
• 3.2.2. 함속별 추진시스템 조건 31
• 3.3. 수중방사소음 발생 메커니즘 33
• 3.3.1. 소음원별 특성 분석 33
• 3.3.2. CPP 부분 피치 캐비테이션 메커니즘 35
• 3.3.3. 수중방사소음 특성 37
• Ⅳ. 추진 운용 모드 최적화 방안 40
• 4.1. 하이브리드 운용 개념 설계 40
• 4.1.1. 설계 철학 및 목표 40
• 4.1.2. FPP-CPP 선택적 운용 전략 41
• 4.1.3. 운용 시나리오 44
• 4.2. 기계시스템 설계 47
• 4.2.1. 추력베어링 시스템 47
• 4.2.2. 축계 설계 고려사항 50
• 4.3. 전기시스템 설계 54
• 4.3.1. 추진전동기 설계 54
• 4.3.2. 전력변환장치 설계 57
• 4.4. 제어 전략 60
• Ⅴ. 성능 분석 및 평가 64
• 5.1. 추진성능 분석 64
• 5.1.1. 추진 특성 비교 65
• 5.1.2. 연료소비 분석 66
• 5.1.3. 가속 및 감속 성능 68
• 5.2. 수중방사소음 특성 평가 71
• 5.2.1. 소음 감소 메커니즘 71
• 5.2.2. 주파수 특성 분석 73
• 5.2.3. 시간영역 특성 76
• 5.3. 대잠작전 운용성 평가 78
• 5.3.1. 작전가능 속력범위 78
• 5.3.2. 소나 탐지성능 영향 79
• 5.3.3. 전술적 이점 분석 80
• 5.4. 경제성 분석 81
• 5.4.1. 초기투자비 분석 81
• 5.4.2. 운영비용 절감 분석 83
• 5.4.3. 생애주기비용(LCC) 분석 84
• 5.4.4. 투자 타당성 종합 평가 85
• Ⅵ. 결론 87
• 참고문헌 90
• ABSTRACT 94