잠수함 스노클
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1. 개요
잠수함 스노클은 잠수함이 수중에서도 디젤 엔진을 사용하여 배터리를 충전하고 운용할 수 있도록 돕는 장치이다. 1차 세계 대전 중 스코틀랜드에서 처음 설계되었으나, 2차 세계 대전 중 독일 해군이 네덜란드 기술을 활용하여 실용화했다. 스노클은 레이더 탐지, 속도 제한, 내부 기압 변화 등의 제한 사항이 있었지만, 2차 세계 대전 이후 각국 잠수함에 널리 사용되었다. 잠수함 외에도 오프로드 차량이나 전차 등에서 엔진에 물이 유입되는 것을 막기 위해 사용되기도 한다.
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| 잠수함 스노클 | |
|---|---|
| 장치 정보 | |
| 명칭 | 스노클 |
| 독일어 명칭 | Schnorchel (슈노르헬) |
| 용도 | 잠수함이 수면 위에서 공기를 흡입하면서 잠수 상태를 유지할 수 있게 하는 장치 |
| 기술적 특징 | |
| 작동 원리 | 잠망경과 유사한 방식으로, 잠수함이 잠망경 깊이에서 디젤 엔진을 작동시키는 데 필요한 공기를 공급한다. |
| 배기 방식 | 초기 모델에서는 흡입관과 동일한 관을 통해 배기했으나, 이후 모델에서는 별도의 배기 밸브를 사용했다. |
| 역사 | |
| 개발 배경 | 제2차 세계 대전 중 독일 U-보트가 연합군 항공기의 감시를 피하기 위해 개발되었다. |
| 최초 사용 | 1943년 독일 U-보트에 장착되어 실전 투입되었다. |
| 전후 | 전후 다른 국가의 잠수함에도 널리 사용되었다. |
| 기타 | |
| 단점 | 스노클을 사용하면 잠수함의 속도가 느려진다. 스노클이 파도에 잠기면 엔진이 정지될 수 있다. 연합군 레이더에 탐지될 가능성이 있었다. |
| 관련 용어 | U-3008 |
2. 역사
통상동력형 잠수함은 잠수함 중에서도 연속 잠항 능력이 비교적 제한되는 함정이다. 대표적인 통상동력형 잠수함인 디젤-전기 방식의 경우, 함내에 저장된 공기는 엔진을 운전하기에는 불충분하며, 스노클 개발 이전에는 수상 중에만 엔진 추진이 가능했다. 따라서 수상 중에 디젤 엔진으로 발전하여 축전지에 충전하고, 잠항 시에는 그 전기로 모터 추진하는 것이 일반적이었다.
잠항 시간을 늘리려면 축전지 용량을 늘리면 되지만, 이 방법은 함내 용적에 한계가 있었다.
스노클은 이 문제를 해결하기 위해 채용된 것으로, 수면 위로 돌출된 흡기관을 통해 디젤 엔진의 흡배기를 실시하여 지속적인 잠항을 가능하게 하는 장치이다. 스노클의 안전한 사용에는 침수를 방지하기 위한 밸브가 필요한데, 초기에는 스노클 선단부가 해수에 잠기면 플로트가 올라와 연결된 흡입구가 닫히는 간단한 구조의 것이 사용되었다. 이후 전자밸브가 채용되고 있다.
스노클의 단점으로는 관의 길이에 따라 잠항 심도가 얕게 제한된다는 점과 파도를 뒤집어쓰는 격랑 시에는 밸브가 닫혀 함내 기압이 급격히 저하되는 문제가 있다는 점이 있다.
스노클은 1894년 미국 기술자인 사이먼 레이크(Simon Lake)가 개발한 잠수함 아르고노트(Argonaut)에 장착되었고, 1906년에는 일본 최초의 잠수함인 홀랜드 개량형(호랜드급 잠수함)인 6번 잠수함에도 채용되었다. 초기 스노클은 단순한 관에 불과하여 관이 해수면 아래로 잠기면 많은 해수가 함내로 유입되는 것을 방지하는 기능이 충분하지 않았다. 자동 폐쇄 장치 개발 후에도 신뢰성이 낮아, 일본 해군의 제6잠수정은 가솔린 엔진에 장착된 스노클의 폐쇄 불량으로 인해 침수·침몰 사고를 일으켰다.
이후, 네덜란드 해군 중령이었던 J. J. 위커스는 함내 환기용으로 사용되던 스노클을 이용하여 디젤 엔진을 구동할 수 없을까 검토하면서 스노클은 발전하게 된다.[11]
21세기에도 아르헨티나 해군의 산후안(San Juan) 침몰 등 스노클을 원인으로 하는 침몰 사고가 발생하고 있다.[15]
2. 1. 초기 개발
1916년 초, 스코틀랜드 그리녹에 있는 스콧 조선 및 엔지니어링 회사의 부매니저였던 제임스 리처드슨은 잠수함 스노클을 설계하여 영국 특허를 받았다.[2] 그러나 영국 해군성이 왕립 해군에서 사용하는 것을 허용하지 않아 더 이상 사용되지 않았다.[3]1926년 11월, 이탈리아 해군 기술 부대의 페리클레 페레티 대령은 잠수함 ''H 3''에 환기관을 설치하여 시험 운행을 했다. 시험은 대체로 성공적이었고, ''시레나''급 잠수함에도 유사한 시스템이 설계되었지만 결국 폐기되었다. 이후의 스노클 시스템은 페레티의 설계를 기반으로 하지 않았다.[4][5]
1938년, 네덜란드 왕립 해군은 잠수함 ''O-19''와 ''O-20''에 간단한 파이프 시스템을 실험하여 잠망경 심도에서 디젤 추진을 가능하게 하고 배터리를 충전했다. 이 시스템은 네덜란드인 얀 야곱 위처스가 설계했다.[6] 네덜란드의 O 21급 잠수함은 '스누이퍼'(snuiver, '냄새 맡는 기구')라는 이름의 장치를 장착했다.
2. 2. 제2차 세계 대전
1940년 독일군(독일 국방군)은 네덜란드를 점령했을 때 얀 야곱 위커스 방식의 스노클을 장착한 O-21급 잠수함 O-25, O-26, O-27을 노획했다.[11] 독일에서 실험이 이루어졌지만, 처음에는 별 관심을 받지 못했다. 그러나 대전 후반이 되면서 연합군의 잠수함 정찰기가 다수 배치되고, 레이더도 발전하면서 독일 잠수함(유보트)의 수상 항해 중 피해가 증가하기 시작했다. 이에 따라 U보트의 장시간 잠항 가능성을 카를 되니츠(Karl Dönitz)와 헬무트 발터(Helmut Walter)가 검토한 결과, 스노클 장비가 다시 검토되었다. 엔진에 직접 배관된 네덜란드 방식과는 달리, 독일 해군(독일해군)은 흡입구만을 단순히 함내로 끌어들이는 방식으로 변경하여 채용하였다.처음에는 스노클 자체를 레이더로 포착할 수 있었지만, 독일은 대응책으로 탈른마테(Tarnmatte)라고 불리는 전파 흡수 도료를 도포한 고무 커버[12]를 스노클에 씌움으로써 레이더파를 흡수·산란시켜 발각률을 크게 낮추는 데 성공했다. 그러나 완전히 탐지되지 않는 것은 아니었고, 4.8km 이내에서는 레이더 감지가 가능했다. 또한 스노클 사용 중에는 항적을 남기기 때문에 항공기에서 발견될 가능성이 있으며, 스노클에서 나오는 배기 연기 등을 목표로 시각적 탐색이 이루어졌다. 일시적으로 피해를 줄일 수 있었지만, 새로운 탐지 장치가 개발되고 호위 항공모함 등이 배치됨에 따라 다시 독일 잠수함의 피해가 증가하였다. 그 외, 미미하지만 스노클 선단부에 적의 대수상 레이더를 역탐지하는 낙소스 레이더 탐지기(Naxos radar detector)[13]가 장착된 것도 있다.
일본 해군도 태평양 전쟁 말기에 스노클 장치의 실용화를 도모하여, 1945년(쇼와 20년)에 "수중 충전 장치"라는 명칭으로 기성함과 건조 중인 함에 도입했다. 장비된 것은 승강식 타입으로, 기도식은 없었다. 일본 해군 잠수함의 주기관인 함본식 1호와 2호는 2사이클 디젤 엔진이어서 배기압력이 낮아 수중 배기에 부적절했기 때문에(수상에서도 배기관 수몰 시 배기 역류가 자주 발생), 주로 보조 발전기(4사이클 기관으로 구동)용인 미쓰비시식 400KW, 가와사키식 450KW, 특형 450KW 등에 장착되었다.[14] 보조 발전기를 갖지 않은 함으로, 주기관이 함본식 21호, 22호, 23호, 24호는 4사이클 디젤 엔진이어서 편현 주기에 장착했다(주기관이 1기뿐인 경우는 그 주기관에 장착).[14]
2. 3. 전후 발전
미국 해군은 제2차 세계 대전 중 입수한 독일 해군 잠수함을 연구하여 스노클의 가치를 평가했다. 1945년 8월에 R급 잠수함 USS R-6(SS-83)에서 시험을 실시한 후, 잠수함 추력 증강 계획에 따라 기존 함에 스노클을 추가 장착했다.[15]제2차 세계 대전 이후 스노클은 각국 잠수함의 표준 장비가 되었다. 현대 잠수함에는 전자 밸브, 고진공 차단 센서 등 안전장치가 추가되어 스노클 사용의 안전성이 향상되었다.
3. 작동 원리 및 제한 사항
통상동력형 잠수함은 잠수함 중에서도 연속 잠항 능력이 비교적 제한되는 함정이다. 대표적인 통상동력형 잠수함인 디젤-전기 방식은 함내에 저장된 공기로는 엔진 운전에 불충분하여, 스노클 개발 이전에는 수상에서만 엔진 추진이 가능했다. 따라서 수상에서 디젤 엔진으로 발전하여 축전지에 충전하고, 잠항 시에는 그 전기로 모터를 추진하는 것이 일반적이었다.
잠항 시간을 늘리기 위해 축전지 용량을 늘리는 방법이 있지만, 함내 용적에 한계가 있었다. 스노클은 이러한 문제를 해결하기 위해 채택되었다.
3. 1. 작동 원리
잠수함은 디젤 엔진의 연소에 필요한 산소를 흡입하고 배기가스를 배출하기 위해 스노클을 사용한다. 스노클은 수면 위로 돌출된 흡기관을 통해 공기를 공급하고 배기가스를 배출하는 장치이다. 침수를 방지하기 위해 밸브가 사용되는데, 초기에는 스노클 끝부분이 해수에 잠기면 플로트가 올라와 흡입구를 닫는 플로트 밸브가 사용되었다. 이후에는 전자밸브가 채용되었다.[7]초기 스노클에는 자동 볼콕 밸브가 장착되어 있어 파도로 인해 바닷물이 엔진으로 유입되는 것을 막았다. 그러나 거친 날씨에는 밸브가 급격히 닫히면서 엔진이 잠수함 내부 공기를 빠르게 빨아들여 문제가 발생했다. 이로 인해 압력이 급격히 감소하여 승무원들은 귀에 심한 통증을 느꼈고, 심한 경우 고막이 파열되기도 했다.[7]
현대 잠수함에도 비슷한 문제가 남아있지만, 고진공 차단 센서를 통해 압력 강하를 감지하여 엔진을 정지시키는 방식으로 영향을 완화한다. 현대식 스노클은 안전 장치를 갖추고 있으며, 전기 회로를 통해 압축 공기 시스템을 제어하여 "헤드 밸브"를 열어둔다. 파도가 접점을 덮으면 회로가 끊어져 압축 공기가 배출되고 헤드 밸브가 닫히며, 접점이 다시 물 위로 드러나면 압축 공기가 밸브를 다시 연다.
스노클은 기체 흡입 및 배출을 위해 설계되어 잠수함의 디젤 배기가스는 수면 위 약 4.5km까지 보일 수 있었다.[8] 또한 잔잔한 바다에서는 스노클이나 잠망경이 이동하면서 생기는 "잠망경 깃털(periscope feather)"이라는 파도를 통해 위치가 노출될 수 있다.
3. 2. 제한 사항
스노클을 사용하면 잠수함의 속도와 잠항 심도가 제한된다. 스노클을 올린 잠수함은 소나(sonar)를 사용할 수 없어 탐지 능력에 제한이 생긴다. U보트는 스노클 손상을 피하기 위해 6노트로 속도를 제한해야 했다.[7] 또한 잠항 중 디젤 엔진을 가동하는 동안에는 수중 청음기(hydrophone) 배열(Phased array)이 무용지물이 되었다.[7]격랑 시에는 밸브가 닫혀 함내 기압이 급격히 저하될 수 있으며, 이는 승무원에게 고통을 유발할 수 있다.[7] 초기 스노클에는 자동 밸브콕(ballcock) 밸브가 장착되어 있었는데, 거친 날씨에는 이 밸브가 급격히 닫히면서 엔진이 잠수함 내부의 공기를 빠르게 빨아들이게 되어 압력이 급격하게 감소했다. 이로 인해 승무원들은 귀에 극심한 통증을 느끼고, 때로는 고막이 파열되기도 했다.[7] 현대 잠수함에도 이 문제는 여전히 존재하지만, 고진공 차단 센서를 사용하여 엔진을 정지시켜 압력 강하의 영향을 완화하고 있다.[7]
스노클의 배기 가스는 수면 위에서 관측될 수 있으며,[8] 스노클이 이동하면서 발생하는 "잠망경 깃털(periscope feather)" 현상도 탐지될 수 있다.[9] 제2차 세계 대전 초반, 영국 함선은 1940년 시험에서 271형 레이더(Type 271 radar)를 사용하여 잠항 중인 잠수함의 잠망경을 800m 거리에서 탐지할 수 있었다.[9]
4. 자동차용 스노클
스노클은 오프로드 주행, 특히 강 등을 건너야 하는 자동차에 장착되기도 한다.
전차와 같은 장갑차는 강 등을 통과할 때 탑승용 해치에 스노클을 장착하여 사용한다. 민수용 차량의 경우, 특히 크로스컨트리 지향의 하드한 SUV를 중심으로 비슷한 목적으로 장착한다. 대개 프런트 펜더에 환기구를 뚫고 A필러를 따라 루프와 같은 높이에 흡기구를 설치하는 덕트 형태이다.
참조
[1]
서적
The Price of Admiralty
https://archive.org/[...]
Viking
1989
[2]
특허
GB 106330 (A) - Improvements in or relating to Submarine or Submersible Boats
http://worldwide.esp[...]
Scott's Shipbuilding & Engineering Co., and Richardson, James
1916-05-19
[3]
논문
Scotts of Greenock: Shipbuilders and Engineers, 1820-1920: A Family Enterprise
Glasgow University
1993
[4]
서적
U.S. Submarines through 1945
Naval Institute Press
1995
[5]
간행물
Il sottomarino italiano: storia di un'evoluzione non conclusa, 1909–1958
Rivista Marittima
1999-04
[6]
서적
An Analytical Diary of 1939-1940: The Twelve Months that Changed the World
Cambridge Scholars Publishing
2017
[7]
서적
Battle of the Atlantic
Pen & Sword Books
2003
[8]
서적
The Far Distant Ships
Queen's Printer, Canada
1961
[9]
서적
On the triangle run
https://archive.org/[...]
Totem Books
1987
[10]
서적
デーニッツと「灰色狼」
[11]
서적
Uボート入門
[12]
서적
Uボート入門
[13]
웹사이트
http://uboat.net/tec[...]
[14]
서적
日本潜水艦史
[15]
웹사이트
1年ぶり発見のアルゼンチン潜水艦、内部の損壊確認 引き揚げ資金は不足
https://www.afpbb.co[...]
AFP
2018-11-18
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