국가 전체적으로 퍼스트 무버 보다는 패스트 팔로워의 특성을 띄고 있기 때문인지 몰라도 새로운 것에 대한 시도를 겁내는 경우가 무척 많은 것 같습니다. 군사무기쪽으로는 애초에 보수적일 수밖에 없긴 하지만, 패스트 팔로워 정도도 하지 못 하고 기술이전 받을 수 있나 없나를 프로젝트 성공 기준으로 삼는 경우가 무척 많아서 답답하기 짝이 없고요. ( KFX 에서도 4 대 핵심 기술 이전 어쩌고로 말 많았으니.. )
전자기식 사출기의 독자 개발 가능성을 생각하기에 앞서서 남들이 이미 해놓은 것의 스펙 정도는 알아보고자 글을 씁니다.
위 페이지를 보면 미국이 이미 실용화한 제너럴 R.포드급 항공모함의 전자기식 사출기에 대해 알 수 있는데요.
45 톤을 240 km/h 로 가속한다고 되어 있네요.
정확히 100 MJ 의 운동에너지를 발생시키는군요.
흥미롭게도 플라이휠을 에너지 저장 장치로 써서
45 초만에 121 MJ 을 충전시키고 2 ~ 3 초에 방전하고 있습니다.
충전하는 과정은 외부의 힘으로 플라이휠을 6400 RPM 속도까지 회전시키는 것이고,
방전은 발전기에 연결된 플라이휠이 발전기를 돌리면서 에너지를 잃고 5205 RPM 까지 회전 속도가 느려지는 과정입니다.
[ 엔진 - 플라이휠 - 발전기 ] 이런 형태라 할 수 있겠네요.
121 MJ 을 넣어서 사출기로 출력하는 최종 운동에너지는 100 MJ 이니까 82.6 % 의 효율이군요.
( 90 % 가 목표치인 모양 )
** 사출기 하나당 플라이휠 하나입니다. 플라이휠 4 개로 사출기 4 개 작동시키는거죠.
------------------
전기이중층 캐패시터를 쓰는 에너지 저장 시스템으로 할 수도 있습니다.
아무래도 노우하우가 필요한 기계적 장치인 플라이휠 기반보다는 이게 더 쉬울겁니다.
전자부품 글로벌 쇼핑몰에서 검색했더니 이게 걸리네요. 더 좋은 것도 있겠지만 간단히 선정해서 살펴봅니다.
개당 3V 400F 이니까 121 MJ 을 저장하려면 67222 개면 되지만,
캐패시터가 방전하면 출력전압도 낮아지므로,
실제로는 75 % 의 전력만 사용 가능하다고 본다면 9 만개가 있어야 합니다.
25 % 의 전력은 버리는 것이 아니라 남겼다가 더 충전해서 100 % 가 되는 것이고요.
( 9 만개가 많은 것 같지만, 수작업 생산도 아니고, 에너지 저장 시스템에서 셀 만개 단위는 아무 것도 아님. )
무게로는 7.2 톤이 나오는군요.
배선, 부가회로, 고정용 기구 포함 대강 12 톤 정도일 것 같습니다.
그냥 바둑판식으로 가로/세로/높이 모두 45 개씩 쌓는다면 전체가 1.6 * 1.6 * 3 미터면 되겠고,
배선, 부가회로, 고정용 기구를 감안하면 2 * 2 * 4 미터 정도로 보면 될 것 같습니다.
500 개 주문시 개당 가격이 1 만원이 안 되지만, 개당 1 만원이라 해도 9 억원이면 되겠고요.
나머지 부분 합치면 최대 15 억원 정도 ? 이보다 비싸게 들리는 없을겁니다.
이 캐패시터의 정격전류는 267 A 입니다. 9 만개면 평균 54 MW ( 36 ~ 72 ) 출력이 가능하고,
2.25 초만에 121 MJ 을 방전할 수 있으니 전자기식 사출기에 쓰기에 충분한 성능이겠고요.
( 캐패시터 전압이 3V 에서 1.5V 까지 떨어지는 동안 75 % 전력을 뽑아내는 것 기준임. )
니.미.츠급 항공모함이 550MW 원자로 2 개를 쓰고 있지만, 발전기 용량은 64 MW 입니다.
캐패시터 무더기로 모아놓은 것의 순간 출력은 원자력 항공모함의 발전기와 맞먹는군요.
이 말을 뒤집어본다면 전자기식 사출기를 운용하는데 원자로가 필수는 아니라는 얘기입니다.
전력을 충전해줄 수 있는 발전기만 있으면 되죠.
------------------
121 MJ 을 45 초 이내에 충전하려면 약 2.7 MW ( 약 3600 마력 ) 의 발전용량만 있으면 됩니다.
참고로 세종대왕급 3 번함 (DDG-993) 이 30.2 ~ 35.32 MW 의 발전용량을 갖고 있다네요.
동시에 충전시킬 에너지 저장 시스템 갯수가 4 개라 해도 10.8 MW 에 불과합니다.
( 사출기 4 개라 해도 에너지 저장 시스템이 4 개까지 필요하진 않겠죠 )
------------------
원자력 아니면 정규 항공모함이 불가능한 것처럼 생각하는 사람들이 왜 이리 많은지 원..
전자기식 사출기라 해도 원자로가 필요하지 않습니다.
앞으로 함선들이 전기추진 형태로 바뀌어가면 발전 용량은 기하급수적으로 늘어날겁니다.
만재 1 만톤 수준인 세종대왕급도 전기추진으로 바뀌게 되면 적어도 100 MW 발전능력을 갖춰야만 하죠.
( 발전용을 제외한 항해용 엔진이 12 만 마력에 가까운데 이것만 해도 90 MW 임. )
정 안 되면 이미 국내 함선에 두루 쓰이고 있는
2.7 * 3.8 * 9.9 미터, 45 톤, 4 MW 발전기인 AG9140RF 를 추가하면 그만이고요.
KF-21 의 사출은 62.72 MJ 이 필요하므로 동시 사용 사출기 1 개당 1.7 MW 발전용량만 있으면 되니까,
AG9140RF 발전기 1 개로 사출기 2 개를 동시 연속 사용할 수 있겠군요.
** 위 글에 나온 모든 수치와 계산은 검산할만큼 했으므로 의문을 갖지 않으셔도 됩니다.
위 수치를 바탕으로 과연 현실성이 있는가만 생각하시면 되고요.
** 글 첫부분에 나온 121 MJ 을 투입해서 100 MJ 의 운동에너지를 얻어서 82.6 % 의 효율이라는 것에 의문을 품을 분도 많으시겠네요. 물론 저도 같은 생각입니다. 아무리 리니어 모터의 효율이 좋아도 ?
함재기의 자체 엔진에 의한 추력까지 보태서 100 MJ 의 운동에너지를 얻는거죠. 함재기 스스로 추력 내는 것이 10 ~ 20 % 라고 본다면 실제 리니어 모터와 시스템 전체의 효율은 70 % 근처라고 봐도 될 것 같습니다. 물론 이것만 해도 증기식에 비하면 압도적으로 높은 효율이죠.
작성일 : 21-04-17 23:56
조회 : 1,891
