This is why IPS is considered the next generation propulsion and power system. The results show that IPS is not more efficient in terms of economy than the current system with a diesel engine.
연구 배경
구조를 객관적으로 평가하기 위해서는 평가방법 및 평가요소에 대한 연구와 검토가 필요하다고 생각된다. 전력계통 최적화 목표인 전투능력, 운용성, 경제성, 환경친화성을 중심으로 평가요소를 검토하였으며, 각 요소를 객관화, 정량화할 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다고 판단되었다.
연구 내용
함정 추진체계의 종류
기계식 추진체계
한국 해군의 세종대왕급 DDGHM(만톤 만재), 미 해군 알레이버크 DDGHM(9302톤 만재), CGHM(순양함, 헬리콥터 유도 미사일) 타이콘데로가 등 최대 1만톤에 달하는 대형 전함에는 (10,117톤 만재). 작동 중인 COGAG(가스터빈 및 가스터빈 결합) 추진 시스템에서 가스 터빈은 순항 속도 이하에서 전력을 생산하고, 그 이상의 속도에서는 추가 가스 터빈이 작동하여 전력을 생산합니다. 다른 기계적 추진 시스템에는 CODAD(디젤과 디젤 결합), CODOD(디젤 또는 디젤 결합) 및 CODAG-WARP(CODAG-워터 제트)가 포함되며 이는 선박 중량, 필요한 순항 속도, 최고 속도 및 임무에 따라 다릅니다. 그렇기 때문에 다양한 방식으로 사용됩니다.
복합식 추진체계
IPS (Integrated Power System)
IPS의 필요성
IPS 동력 시스템의 특징
제어피치프로펠러(CPP) 대신 고정피치프로펠러(FPP)를 사용하여 샤프트를 단순화합니다. 5) 구성기관을 연결하는 축이 사라지고 전기케이블로 연결되어 기관의 배열이 좋아진다. 엔진의 위치를 조정하고 직접 발생하는 소음 및 진동을 차폐함으로써 선박 내부의 소음 및 진동과 수중에서 방출되는 소음을 감소시킵니다.
IPS의 배전 방식과 에너지 저장장치
마찬가지로 기계적 추진력을 갖춘 선박의 경우 배전 시스템이 손상되면 선박의 전체 기능이 손상되므로 선박은 중복 전력 배분 시스템으로 건조됩니다. 동력 시스템은 추력을 생성하는 추진 시스템과 전기를 생성하는 전력 시스템으로 구성됩니다.
동력 시스템 구성 비교
기계식, 복합식 추진 함정의 동력 시스템 구성
최고속도는 엔진의 최대출력, 선박용 엔진의 종류, 선박의 중량 등에 따라 영향을 받으며, 전복능력은 선박용 엔진의 종류(사용하는 소형 고속디젤엔진)에 따라 영향을 받는다. 한국해군 참수리급 고속정에는 충무공 이순신급이 있다. 2) 무기체계의 능력. 해운 부문에서 발생하는 온실가스(GHG:Green House Gas)의 양은 전체 온실가스 배출량의 3%에 해당하며, 국제해사기구(IMO)에서도 선박의 에너지 효율을 향상시켜 배기가스 배출량을 줄이기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 다음과 같은 기술적, 운영적 조치가 취해졌습니다.[14] . 1) 선박에너지효율관리계획(SEEMP) – 총톤수 400톤 이상 모든 선박에 대해 SEEMP 유지관리가 의무적입니다.
IPS 동력 시스템 구성의 고찰
IPS 동력 시스템의 최적화 평가 인자
- 전투 능력
- 운용성
- 경제성
- 환경 친화성
함선의 전투 능력은 IPS 전력 시스템 최적화 평가 요소의 대부분을 차지합니다. 따라서 선박의 동력시스템 최적화를 평가하는 데에는 한계가 있다.
평가 인자의 정량화 및 평가 방법
연료 소모량과 시스템 중량을 모두 고려하면 출력 A의 구성이 최적화되었다고 할 수 있습니다. 원점()의 입력량 x, y는 CODOG 계통의 연료소비량과 동력계통의 중량이며, 최적의 선택을 결정할 때 중요도에 따라 가중치(α, β)를 적용할 수 있다. 두 개의 입력 수량.
동력 시스템의 연료소비 추세와 중량 추세 산출
이는 동일한 전력을 생산하는 전력계통에서 모터의 개수가 증가할수록 전체 시스템의 무게가 증가함을 의미한다. 또한, 발전엔진의 무게가 추진엔진에 비해 거의 2배에 달하는 이유는 엔진의 생산력을 전기로 변환하는 발전기가 장착되어 있기 때문입니다. 이를 통해 보면 발전기의 크기는 그보다 작습니다. 기계적 추진 시스템의 IPS가 더 크고 많아질수록 전체 전력 시스템의 무게도 증가할 것으로 예상됩니다.
실제 출력 PE는 저항 시험이나 이와 유사한 선박 저항 데이터로부터 구하고, 전송 출력 PD 또는 직접 표시 출력 PI는 추진 요소 또는 추진 효율 평가를 통해 구합니다. 4) 해군성 계수에 기초한 방법. 본 연구에서는 각국 해군 군함에 사용되는 엔진의 제동력, 전부하 톤수, 엔진 속도를 기준으로 를 추정하고, 가상치에 대한 역의 대표값을 이용하여 제동력을 계산하였다. 배.
함정 동력 시스템의 연간 운용 시간 비율의 추정
동력계통별 연료소비율을 비교하기 위해 기계적 추진시 CODOG 시스템을 기준으로 각 시스템의 구동이 최적부하에서 작동하는 가상선박의 작동모드를 다음과 같이 분류하고 가정하였다. 이 작동 모드에서는 CODOG 시스템의 동력계통을 구성하는 주엔진이 최적의 부하로 구동되어 연료 소비를 줄입니다.
IPS 가상함정 설정
본 연구에서는 각 동력계통별 전달손실을 고려하기 위해 먼저 CODOG 시스템의 제동력(PB)에 전달손실을 적용하여 각 계통에 동일하게 적용되는 유효동력(PE)을 계산하였다. 그리고 각 시스템별 다양한 변속기 손실을 유효동력으로 환산하여 주엔진의 제동력(PB)을 산출하였고, 최적화 평가 요소인 연료소비율과 중량을 추정하였다.
기관 체계별 동력 전달
기계식 추진 체계의 동력 전달
복합식 추진 체계의 동력 전달
IPS의 동력 전달
가상함정의 추진 방식에 따른 동력 시스템 구성
CODOG 시스템의 구성
IPS 동력 시스템의 구성
동력 시스템의 연간 연료 소비량 및 중량 산출
CODOG의 연간 연료 소비량과 중량 산출
동력계통의 중량은 kW당 경향에 엔진 제동력(PB)을 곱하여 계산됩니다. CODOG 추진시스템을 가상선박에 적용할 때 추진 및 발전에 필요한 원동기와 발전기 구성의 총중량을 계산한 결과를 Table 4.5에 나타내었다.
IPS 동력 시스템의 연간 연료 소비량과 중량 산출
이는 일부 디젤 엔진이 전력 생산량이 증가할 때 B 및 C 모드에서 낮은 부하로 작동하기 때문입니다. 이 경우, -Y 구간에서는 대신 소형 디젤 엔진이 작동하여 전력을 생산하므로 모든 엔진이 최적의 부하 또는 정지 상태로 작동하며, 엔진 상태를 유지하는 역할을 하기 때문에 중형 디젤 엔진이 많아질수록 디젤 엔진일수록 모드 C와 D에서는 가스터빈 엔진의 출력을 줄여 높은 연료 소비로 전기를 생산함으로써 연료 소비를 줄일 수 있습니다. 반면, 메인 드라이브와 발전기의 총 중량은 가상 선박의 추진 시스템은 소형 디젤 엔진을 구동해 전기를 생산할 때 약 3톤 증가한다.
IPS 동력 시스템의 최적화 비교
소형 발전기를 가동할 때 중대형 발전기는 항상 최적의 효율로 가동되고 있어 가동하지 않을 때보다 연료소모가 줄어들고 중량은 증가하는 것을 볼 수 있다. 소형 발전기는 정박 중(해외 항구 등) 해안 전력을 사용하기 어려운 경우에도 유용하기 때문에 IPS 선박을 운용 및 연구하는 영국과 미국 해군도 그 필요성에 동의하고 있습니다.
CODOG과 IPS 동력 시스템의 비교
연료 소비량 비교
동력 시스템의 중량 비교
베어링, 커플링 등 축요소와 제거된 감속기어로 인해 무게가 감소한 것에 비해 전동모터와 대용량 배전설비를 추가 설치하여 무게와 부피가 증가하여 구동부에 부착된 발전기의 무게만큼 증가합니다. 모터가 설치되었습니다. 크기가 커질수록 전체 구조의 무게와 부피도 더욱 커질 것으로 판단됐다.[2] 그러나 IPS 선박이 CODOG 시스템 선박과 동일한 속도에 도달하면 추진 시스템의 중량 증가로 인해 증가된 중량에 대응하는 무기 시스템의 탑재량이 감소하고 지급 유속이 감소하며, 연료 공급 증가. 소비로 인해 궁극적으로 다음과 같은 결과가 발생합니다. 트랩의 전투력 감소.
COGAG과 IPS 동력 시스템의 비교
따라서 선박 배기가스의 환경영향을 정량화하여 전력계통 최적화를 위한 평가요소로 반영하기 위한 추가적인 연구 검토가 필요하다. EEDI 및 EEOI는 선박의 전력 시스템으로 인한 배출을 정량화하는 데 중요한 참고 자료입니다.
만재톤수과 전력량에 따른 IPS 최적화 비교
인력 운용
평가요소를 고려하면 인력운용이 전투능력과 운용성에 영향을 미치는 것으로 판단됐다. 그러나 전력계통을 운용하는데 소요되는 인력을 정확하게 예측하기 어렵기 때문에 선박의 임무와 역할, 선형성, 무기체계 등의 다양성에 따라 운용되는 인력을 계산하는 방법이 있다. (승무원/총톤수)를 정량화합니다. ., 전력은 스팬/kW, 무기사용은 스팬/kW 등)에 대한 타당성을 검토할 필요가 있다고 판단된다.
선형과 추진기에 따른 공간 활용도, 소요 동력의 변화
따라서 CPP 대신 FPP를 사용하는 것이 가능해 축 길이를 줄이고 축 시스템을 단순화하지만 전방향 구동과 달리 러더 구동을 위해서는 별도의 공간이 필요하다. 하지만 기존 기계식 드라이브와 전방향 드라이브 설치에 비해 공간 활용도가 높아진다.
환경 요소
본 논문에서는 IPS 전력 시스템 구성 방법을 검토하고, 개별 구성 방법 중 최적의 구성을 선택할 때 고려해야 할 평가 요소와 평가 방법을 살펴보았다. IPS 전력계통의 최적 구성을 평가하기 위한 요소로 전력계통의 중량과 연간 연료소비량을 선정하였다.
