선박 수중폭발 실험 성공한 KAIST 신영식 교수 (대전=연합뉴스) 국내 최초로 모형 선박을 이용한 폭약의 수중폭발 실험에 성공한 KAIST(한국과학기술원) 해양시스템공학전공 신영식 교수. 2013.5.16.<< 지방기사 참고, KAIST >>
(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국내 연구진이 모형 선박을 이용한 폭약의 수중폭발 실험에 성공했다.
KAIST(한국과학기술원)은 해양시스템공학전공 신영식 교수 연구팀이 지난 9일 충남 당진의 한 채석장에서 폭약의 수중폭발로 인한 충격이 선박에 미치는 영향에 대한 실험을 실시했다고 16일 밝혔다.
지난해에 이어 두번째로 이뤄진 이번 실험에서는 국내 최초로 실제 배를 폭발시키는 모의실험이 실시됐다. 지난해 처음 시작된 연구에서는 시뮬레이션으로 얻은 데이터를 통해 수중충격 결과를 예측하는 데 그쳤다.
연구팀은 작은 힘으로도 공진에 의해 선박을 침몰시킬 수 있는 휘핑(whipping) 현상을 재현하는 실험과 물속에서 순식간에 발생하는 가스 버블로 압력이 생기면서 순식간에 물 위로 물기둥이 솟구치는 버블제트(Bubble Jet) 현상에 의해 배가 파손되는 실험을 수행했다.
우선 세로 8.4ｍ, 가로 0.68ｍ, 무게 350㎏의 알루미늄 재질의 모형 선박에 가속도, 속도, 압력 측정 센서를 부착한 뒤 물에 띄운 상태에서 폭약의 양과 폭약과 배의 거리를 바꿔가며 수중에서 폭약을 폭발시켰다.
버블제트에 의해 산산조각 난 배 (대전=연합뉴스) KAIST(한국과학기술원) 해양시스템공학전공 신영식 교수 연구팀은 폭약에 인해 물속에서 발생하는 가스 버블로 압력이 생기면서 순식간에 물 위로 물기둥이 솟구치는 버블제트(Bubble Jet) 현상에 의해 배가 파손되는 실험을 수행했다고 16일 밝혔다. 연구팀이 물속 1.5ｍ 아래에서 1㎏의 폭약을 폭발시키자, 순식간에 30ｍ 높이의 물기둥이 솟구치면서 선박을 타격해 산산조각냈다. 2013.5.16. << 지방기사 참고, KAIST >>
연구팀이 각 센서의 응답 데이터를 기록해 휘핑 실험을 진행한 결과, 선박 바로 아래 3ｍ 깊이 물속에 있는 0.2㎏의 약한 폭약에도 모형 선박이 위태로울 정도로 크게 요동치는 것으로 나타났다.
이는 배의 고유진동수와 가스 버블의 주기가 비슷해면서 공진현상(특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 현상)이 발생하기 때문이라고 연구팀은 전했다.
실제 1940년 미국 타코마 다리는 초속 53ｍ의 강풍에도 견딜 수 있게 설계됐지만, 바람이 다리에 부딪히면서 생긴 와류의 진동과 다리의 고유 진동이 일치하면서 초속 19ｍ의 약한 바람에도 무너져 내렸다.
버블제트에 의한 배의 손상 실험은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 배의 파손을 극대화하기 위한 수치를 계산했다. 연구팀이 물속 1.5ｍ 아래에서 1㎏의 폭약을 폭발시키자, 순식간에 30ｍ 높이의 물기둥이 솟구치면서 선박을 타격해 산산조각냈다.
신 교수에 따르면 천안함 폭침 사건도 공진과 버블제트 현상으로 설명할 수 있다.
천안함 함정이 가진 1Hz(헤르츠)의 고유진동수와 물속 아래 5~6ｍ 깊이의 어뢰 탄두에 실린 450㎏ 무게의 폭약이 일으킨 진동이 일치하면서 가공할만한 파괴력을 갖게 된 것으로 분석된다고 신 교수는 설명했다.
수중에서 터진 폭약에 의해 요동치는 선박 (대전=연합뉴스) KAIST(한국과학기술원) 해양시스템공학전공 신영식 교수 연구팀은 공진에 의해 선박을 침몰시키는 휘핑(whipping) 현상을 재현하는 실험에 성공했다고 16일 밝혔다. 실험 결과 선박 바로 아래 3ｍ 깊이 물속에 있는 0.2㎏의 약한 폭약에도 모형 선박이 위태로울 정도로 크게 요동치는 것으로 나타났다. 2013.5.16. << 지방기사 참고, KAIST >>
신 교수는 "천안함 폭침 사건과 관련해 지진파나 암초에 의한 것이라는 주장들이 제기됐지만, 30년 넘게 관련 분야에서 연구한 결과 그 같은 가능성은 희박하다"면서 "1㎏의 폭약에도 가스 버블에 의해 엄청난 압력의 팽창과 수축이 반복되면서 배가 두 동강 나는 이번 실험으로 증명할 수 있다"고 말했다.
이어 "미국 등 선진국에서는 함정의 내충격성을 강화하고 선원들의 생존율을 높이려고 선박과 잠수함을 설계할 때 수중폭발 실험을 반드시 수행한다"면서 "보안상의 이유로 다른 나라에서 실험 자료를 공개하지 않고 있기 때문에 국내에서도 독자적인 실험이 필요하다"고 강조했다.
연구팀은 앞으로 해군과 협의해 폐 해군함정 등을 이용한 실제 폭발 실험도 진행할 예정이다.
수중충격분야 세계적 석학인 신 교수는 미 해군대학원에서 30여년 동안 교수로 재직하면서 수중폭발, 탑재 전자 장비의 충격 내구성 검증, 충격 및 진동문제 해결 등의 성과를 인정받아 2005년 이 대학 최고의 영예직인 특훈교수로 임명되기도 했다.
기사입력 2013-05-16 11:25 최종수정 2013-05-16 12:34
http://news.naver.com/main/read.nhn?mode=LSD&mid=sec&sid1=102&oid=001&aid=0006263205
KAIST 신영식 교수,“선박 수중폭발 연구 내충격성과 생존성 높이기 위해 반드시 수행돼야”
#1. 1940년 미국 타코마 다리는 초속 53m의 강풍에도 견딜 수 있게 설계됐다. 하지만 바람과 다리가 부딪히며 생긴 와류의 진동수와 다리의 고유 진동수가 일치하면서 초속 19m의 약한 바람에 무너져버렸다.
#2. 지난 2011년 7월 서울 구의동 '테크노마트' 건물 입주자들이 대피하는 소동이 벌어졌다. 마치 지진이 난듯 건물이 흔들렸기 때문. 원인은 다름아닌 12층 헬스클럽에서 '태보운동'을 하던 열 댓명 가량의 사람들의 발구름 때문이었다. 테크노마트 건물의 수직진동수와 발구름의 진동수가 일치하면서 증폭돼 건물을 흔든 것으로 밝혀졌다.
위의 사례와 같이 다리를 무너뜨리고 건물을 순간적으로 뒤 흔든 원인은 다름아닌 공진현상 때문이다. 각각의 물질은 고유의 진동수를 가지고 있는데 외부에서 물질이 가진 진동수와 같은 힘이 더해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 것이 공진현상의 원리다.
이러한 공진현상은 물속에서도 예외가 아니다. 지난 2010년 3월 발생한 천안함 사태의 원인도 선체의 진동수와 어뢰가 폭발하며 만들어진 가스버블의 진동수가 일치하면서 공진현상이 발생해 피해를 키웠다는 분석이다.
최근까지 국내에서는 작은 힘으로 선박을 침몰시킬 수 있는 수중충격분야에 대한 연구가 활발히 이뤄지지 않았다. 국방부 내에서 제한적으로 실험이 이뤄진 데다 국내에서 이를 가르치고 연구를 수행하는 연구자들이 거의 없었기 때문이다.
▲KAIST 해양시스템공학과 신영식 교수
수중충격분야에 대한 연구가 본격 시작된 것은 지난 2009년 KAIST 해양시스템공학전공에 신영식 교수가 초빙되면서 부터다. 신 교수는 수중폭발충격 관련 분야의 세계적 전문가로 미해군대학원에서 지난 1981년부터 약 30년 간 교수로 재직하며 수중폭발, 탑재 전자장비의 충격 내구성 검증, 충격 및 진동문제해결 등의 분야에서 탁월한 성과를 보였다.
신교수는 지난해 국내에서 처음으로 수중폭발충격 실험을 진행한 데 이어 지난 9일에 두번째로 폭약의 수중폭발로 인한 충격이 선박에 미치는 영향에 대한 실험을 실시했다.
충남 당진에 위치한 한 채석장에서 진행된 이날 실험에서 연구팀은 작은 힘으로도 공진에 의해 선박을 침몰시킬 수 있는 휘핑(whipping) 현상을 재현하는 실험과 물속에서 순식간에 발생하는 버블제트(Bubble Jet)에 의해 배가 파손되는 실험을 수행했다.
연구팀은 크기 8.4m(세로) X 0.68m(가로) x 0.41m(깊이), 무게 350kg의 알루미늄 재질 모형 선박을 만들어 가속도, 속도, 압력, 변형 측정 센서를 부착했다. 실험은 모형선을 물에 띄운 상태에서 폭약의 양과, 폭약과 배와의 거리를 바꿔 수중에서 폭약을 폭발시킨 뒤 각 센서의 응답데이터를 기록하는 방식으로 진행됐다.
휘핑 실험결과 선박 바로 밑 물속 3m에 위치한 0.2kg의 약한 폭약에도 모형선박이 위태로울 정도로 크게 요동쳤다. 배의 고유진동수(약 7Hz)와 가스버블의 주기가 유사하기 때문에 발생한 것이다.
버블제트로 인해 배의 손상 정도를 알아보는 실험은 국내 최초로 실시된 것으로 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 거쳐 물속 1.5m에 1kg의 폭약을 위치시키고 폭파시켰다. 그 결과 순식간에 약 30m의 물기둥이 솟구치면서 선박을 타격해 형체를 알아볼 수 없을 만큼 산산조각 났다.
신영식 교수는 "세계 2차대전 이후 미국과 영국, 네덜란드 호주 등 선진국에서는 함정의 내충격성 강화 및 생존성을 높이기 위해 선박과 잠수함 등의 설계 시 수중폭발 실험을 반드시 수행한다"며 "각국에서는 실험결과를 보안자료로 관리하기 때문에 다른 나라에 공개하지 않는데다 우리나라의 경우 3면이 바다인 해양국가임에도 상대적으로 선박의 수중폭발 및 충격 실험 데이터가 전무해 안타까워 국내에 들어와 연구를 하게 됐다"고 말했다. 또 그는 "선박의 모양과 소재, 두께 등에 따라 진동수가 달라질 수 있기 때문에 독자적으로 계속 실험을 수행하고 데이터를 늘려 다양한 데이터를 축적한다면 더욱더 안전한 선박 및 잠수정 구축이 가능하고 결과적으로 우리 국방력 향상에 도움이 될 것"이라고 덧붙였다.
기사입력 2013-05-16 14:34기사수정 2013-05-16 14:34
KAIST 신영식 교수, '선박 수중폭발 실험' 등 연구 본격화
KAIST 신영식 교수가 지난 9일 충남의 한 채석장에서 모형선박을 이용해 수중폭발 실험을 진행한 장면.(사진=KAIST 제공) © News1
(대전=뉴스1) 박지선 기자= KAIST 신영식(해양시스템공학전공) 교수가 최근 선박 수중폭발 실험을 시작으로 올해 본격적인 연구를 시작한다.
16일 대학에 따르면 신 교수는 지난 9일 충남 당진에 위치한 한 채석장에서 폭약의 수중폭발이 선박에 미치는 영향을 알아보는 실험을 진행했다. 지난해에 이은 두 번째 실험이다.
이날 연구팀은 작은 힘으로도 공진에 의해 선박을 침몰시킬 수 있는 ‘휘핑(whipping) 현상’을 재현하는 실험과, 물속에서 순식간에 발생하는 ‘버블제트(Bubble Jet)’에 의해 배가 파손되는 실험을 수행했다.
이를 위해 크기 8.4m(세로)×0.68m(가로)×0.41m(깊이), 무게 350kg의 알루미늄 재질 모형 선박을 만들어 가속도·속도·압력·변형 측정 센서를 부착했다.
실험은 모형선을 물에 띄운 상태에서 폭약의 양과, 폭약과 배와의 거리를 바꿔가며 수중에서 폭약을 폭발시켜 각 센서의 응답데이터를 기록하는 방식으로 이뤄졌다.
휘핑 실험결과 선박 바로 밑 물속 3m에 위치한 0.2kg의 약한 폭약에도 모형선박이 위태로울 정도로 크게 요동쳤다고 신 교수는 전했다. 배의 고유진동수(약 7Hz)와 가스버블의 주기가 유사하기 때문이라는 것.
그의 말에 따르면 공진현상으로 잘 알려진 이 현상은, 특정 진동수를 가진 물체가 같은 진동수의 힘이 외부에서 가해질 때 진폭이 커지면서 에너지가 증가하는 것이다.
이 현상은 1940년 초속 53m의 강풍에도 견딜 수 있게 설계된 미국 타코마 다리가 초속 19m의 약한 바람에도 무너져버린 사건으로 유명해졌다.
신영식 KAIST 교수© News1
배의 손상실험은 버블제트의 위력을 알아보기 위해 국내 최초로 실시됐다.
버블제트는 물속에서 폭약이 폭발할 때 가스 버블에 의한 엄청난 압력의 팽창과 수축이 반복되면서 수면 위로 순식간에 물기둥이 솟구치는 현상이다.
연구팀은 배의 손상을 극대화하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을 거쳐 물속 1.5m에 1kg의 폭약을 위치시켰다.
폭약이 터지자 순식간에 약 30m의 물기둥이 솟구치면서 선박을 타격해 형체를 알아볼 수 없을 만큼 산산조각 났다고 신 교수는 밝혔다.
신 교수는 “미국 등 선진국에서는 함정의 내충격성 강화 및 생존성을 높이기 위해 선박과 잠수함 등의 설계 시 수중폭발 실험을 반드시 수행한다”며 “각국에서는 실험결과를 보안자료로 관리하기 때문에 다른 나라에 공개하지 않아 독자적으로 실험을 수행해야한다”고 이번 실험의 중요성을 밝혔다.
그는 미국해군대학원에서 약 30년 동안 교수로 재직하면서 수중폭발, 탑재 전자장비의 충격 내구성 검증, 충격 및 진동문제해결 등의 분야에서 탁월한 성과를 인정받아 2005년 최고 영예직인 특훈교수로 임명되기도 했다.
현재 KAIST 해양시스템공학전공 초빙교수로 재직 중인 신 교수는 미국에서의 경험을 바탕으로 수중폭발이 선박이나 해양구조물에 비치는 영향 등 국내에서는 수행하기 어려운 연구를 수행 중이다.
입력 2013.05.16 17:03:45 | 최종수정 2013.05.16 17:03:45
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