도선논단 KDX 구축함, 항공모함및해경함정의상부구조물및조종설비 한국해양수산연수원 (KIMFT) 교수우병구 Ⅰ. 서론 본연구는현재한국해군의구축함 (Destroyer) 및해양경찰 (Korea Coast Guard) 함정의대형화및현대화에따른함정의크기, 선체의외형, 상부구조물의특징및조종설비등등을검토하여실무에종사하는일반선박의선장, 항해사및항만도선사 (Pilots) 들에게연안이나항만의접근수역및입출항항로에서통항함정과의국제해상충돌방지규칙 (COLREG) 제2장항법규정에따른관련조치를적절하게실행할수있도록외관상함정식별방법및조종관련자료를제공하기위한것이다. 따라서, 본연구의제2장에서는 KDX 구축함 ( 驅逐艦 ), LPH 독도함, 미핵항공모함 (CVN) 및해경함정의상부구조물 에관한외형적인특징을기술하고, 제3장에서는 KDX 구축함과해경함정의조종설비및조종성 에관하여검토하기로한다. Ⅱ. 구축함및해경함정의상부구조물 2.1 구축함의상부구조물 우리나라해군의한국형구축함 (Korea Destroyer Experimental: KDX) 사업에따라 1990년대후반부터기존의재래식구축함 (DD) 을점차로퇴역시키고현대전에적합한구축함을건조하여취역한한국형구 18 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association 축함을 KDX 구축함 이라한다. KDX 구축함의제1단계사업에서건조된약 3,200톤급 KDX-Ⅰ 구축함의제1번함은 DDH-971 광개토대왕함 이고, 제2번함은 DDH-972함그리고제3번함은 DDH-973함이다. 제2 단계사업에서건조된약 4,500톤급 KDX-Ⅱ급의제1번함은 DDH-975 이순신함 이고, DDH-976 문무대왕함, DDH-977함, DDH-978함, DDH-979함및 DDH-981함등이다. 그리고또한제3단계 KDX-III급에서는약 7,600톤급의이지스 (Aegis system) 구축함으로제1번함은 DDG-991 세종대왕함 (ROKS Sejong The Great) 이고, 제2번함은 DDG-992 율곡이이함이다. 1) KDX-Ⅰ 급구축함의상부구조물및함정명세 아래 [ 그림 1] 은 KDX-Ⅰ 3,200톤급 DDH- 971 광개토대왕함의외형적인선체형상및상부구조물이다. 기존재래식구축함의복잡한상부구조물을단순화하였으며상갑판은선수부에서선체중앙까지좌우현의개방통로에불워크 (Bulwark) 설비대신에난간 (Handrail) 으로되어있고, 함교위의마스트 (Main mast) 는격자식마스트 (Lattice mast) 에신호용의횡방향시 [ 그림 1] KDX-Ⅰ 급 DDH-971 광개토대왕함 그널야드 (Signal yard), 그리고선미헬기갑판상의격납고에는헬리콥터 (Helicopter) 를탑재할수있다. 헬기를탑재할수있기때문에함번호에 DDH" 라고표기한것같다. 그리고또한 < 표 1> 에서는 KDX-Ⅰ 급, KDX-Ⅱ 급및 KDX-Ⅲ 급구축함의주요함정명세를나타내고있다. < 표 1> KDX 구축함의크기및주기관시스템에관한주요명세 구축함의주요명세 KDX-Ⅰ 급 KDX-Ⅱ 급 KDX-Ⅲ 이지스급제 1번함명 광개토대왕 이순신 세종대왕 함번호 DDH-971 DDH-975 DDG-991 전장 약 135 m 약 150 m 약 165 m 폭 14 m 17 m 21 m 흘수 4 m 5 m 6 m 배수량 3,200 톤 4,500 톤 7,600 톤 만재배수량 약 3,800 톤 약 5,500 톤 약 10,000 톤 추진시스템 CODOG, CODOG, COGAG MTU Diesel Engine, MTU Diesel Engine, GE LM2500 GE LM2500 GE LM2500 추진기 가변피치추진기 (CPP) 2축 CPP 2축 CPP 2축 항속거리 4,500 마일 5,500 마일 5,500 마일 2009년여름호 _ 19
도선논단 2) KDX-Ⅱ 급구축함의상부구조물 [ 그림 2] 미국 New York 항에입항중인 KDX-Ⅱ 급 DDH-975 이순신함 [ 그림 2] 는 KDX-Ⅱ 4,500톤급 DDH- 975 이순신함의외형적인선체형상및상부구조물이다. 그림에서처럼 KDX-Ⅱ급은 Ⅰ급의외부로부터노출된개방형구축함보다밀폐형으로상당히단순화하였으며, 즉상갑판의 4각상자형함교 (Bridge) 전부에서함 ( 선 ) 미부까지좌우현의개방통로대 신에밀폐형으로선외부와완전히차단하였다. 또한함 ( 선 ) 수갑판은황천시선수파의방파용불워크 (Bulwark) 설비로되어있고, 함교위의주마스트 (Main mast) 는격자식마스트대신일체식마스트에횡방향시그널야드 (Signal yard) 1개, 그리고함미헬기갑판상의격납고에는헬기 (Super lynx helicopter) 를탑재할수있다. 3) KDX-Ⅲ 급이지스구축함의상부구조물 [ 그림 3] KDX-Ⅲ 급이지스구축함의 DDG-991 세종대왕함위용 [ 그림 3] 은 KDX-Ⅲ 7,600톤급 DDG-991 세종대왕함의외형적인선체형상및상부구조물이다. KDX-Ⅲ급은 Ⅱ급의 4각형의함 ( 선 ) 교대신전세계이지스 (Aegis) 함처럼레이더스텔스 (Stealth) 기능을갖춘함교구조로되어있다. 선수부는불워크 (Bulwark) 설비로되어있고, 함교위의주마스트 (Main mast) 는일체식마스트에횡방향시그널야드 (Signal yard) 2개로크게단순화하였으며선미헬기갑판상의격납고에는헬리콥터를탑재할수있다. 그리고유도장치미사일 (Guided missile) 을탑재하고있으므로함번호에 "DDG" 라고표기한것같다. 2.2 독도함및항공모함의상부구조물 아래 [ 그림 4] 및 [ 그림 5] 는만재배수톤수 18,000톤급전장 199 미터, 폭 31 미터의함대기함 (Flagship) 로서상륙강습함의독도함이다. 독도함은전세계항공모함처럼 함교가우현비행갑판상 에배치되어있어쉽게식별할수있다. 20 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association 아래 [ 그림 6] 은배수톤수 88,000톤급 260,000마력미항공모함 72번째 Nimitz급의 USS Abraham Lincoln함 이고, [ 그림 7] 은항공모함의복원성능시험이다. 그리고, 현재취역중인미핵항공모함 Nimitz급총 10척중최신형은 < 표 2> 와같은 2009년 1월 10 일에취역한 USS George H.W. Bush (CVN-77) 함 이다. [ 그림 4] 헬기상륙강습함 1,8000DT 급독도함 [ROKS LPH-6111 DOKDO] 위용 [ 그림 5] 우현함교의우현접안중인기함 (Flag ship) 독도함 [ 그림 6] 우현함교의미핵항공모함 USS Abraham Lincoln (CVN-72) 함위용 [ 그림 7] 복원성 ( 외방경사 ) 시험중인미핵항공모함 USS John C. Stennis 함 2009년여름호 _ 21
도선논단 < 표 2> 최신형미핵항공모함 USS George H. W. Bush 함의주요명세 USS George H.W. Bush (CVN-77) Career (USA) Name George H. W. Bush Namesake George Herbert Walker Bush, The 41st President of the United States. Building cost US$ 6.2Billion Keel Laid down September 6, 2003 Launched October 9, 2006 Commissioned January 10, 2009 General characteristics Nimitz-class aircraft carrier [Active: USS Nimitz (CVN-68), Dwight D. Eisenhower, Carl Class and type Vinson, Theodore Roosevelt, Abraham Lincoln, George Washington, John C. Stennis, Harry S. Truman, Ronald Reagan, and USS George H.W. Bush(CVN-77)]. Length Overall 1,092 feet (332.8 m), Water line: 1,040 feet (317 m) Beam Overall 252 feet (76.8 m), Water line: 134 feet(40.8 m) Draft Maximum navigational: 37 feet (11.3 m), Limit 41 feet Displacement Approximately 88,000 tons full load Propulsion and Rudders 2 Nuclear reactors, 4 Steam turbines, 4 Out-turning FP Propellers with 5 blades, 260,000 SHP, Twin rudders. Speed 30+ knots (56+ km/h) Complement Ship's company: 3,200, Air wing: 2,480. Aircraft carried 90 fixed wing and helicopters Sensors and processing systems Service life Range Average annual operating cost 3-D air search radar, 2-D air search radar, Target acquisition radar, Air traffic control radars, Air traffic control radars, Landing aid radars, Gidance system. 50+ years Essentially unlimited (Capable of continuously operating for 20 years without refueling) US$ 160Million 2.3 해경함정의상부구조물 우리나라해양경찰 (Korea Coast Guard) 의대형함정중배수톤수 5,000톤급함정은 1척으로서제1번함은 5001함삼봉호 ( 독도의옛명이삼봉 ) 이고, 배수톤수 3,000톤급함정은총 7척이며제1번함은 3001 함태평양 1호이다. 그리고배수톤수 1,500톤급함정은총 10 척으로서제1번함은 1501함제민 1호이다. 참고로 3007함은배수톤수 3,000톤급의제 7번함 ( 태평양 7호 ) 이다. 22 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association 1) 대형해경함정의상부구조물및함정명세 아래 [ 그림 8], [ 그림 9] 및 [ 그림 10] 은 5001함, 3007함및 1510함의외형적인선체형상및상갑판상의상부구조물이다. 우리나라해경험정 1,500톤급이상의대형해경함정은외형적인선체형상은거의비슷하고선체도색도동일하다. 선체중앙부좌우현에 KOREA COAST GUARD" 표기가선명하여누구나쉽게함정의함명과배수톤수 (D/T) 을확인할수있다. < 표 3> 은대형해경함정의주요명세이다. [ 그림 8] 해양경찰 5001 함 ( 삼봉호 ) [ 그림 9] 해경 3007 함 ( 태평양 7 호 ) [ 그림 10] 해경 1510 함 ( 제민 10 호 ) < 표 3> 대형해양경찰함정의크기및추진시스템에관한주요명세 해경함정의주요명세 함정크기 5,000톤급 3,000톤급 1,500톤급 제1번함명 삼봉호 태평양 1호 제민 1호 함번호 5001 3001 1501 전장 약 145 m 약 110 m 약 98 m 폭 16.5 m 15.4 m 14 m 흘수 5.5 m 4.9 m 4.3 m 배수량 (D/T) 5,000톤급 3,000톤급 1,500톤급 추진기시스템 가변피치추진기 (CPP) 2 축 CPP 2축 CPP 2축 최대속력 23 노트 21 노트 21 노트 헬기설비 헬기갑판및격납고 헬기갑판및격납고 헬기갑판 2009년여름호 _ 23
도선논단 Ⅲ. 구축함및해경함정의조종설비 3.1 구축함의조종설비 1) KDX-Ⅰ 급구축함의조종설비 아래 < 표 4> 에서 KDX-Ⅰ DDH-971 광개토대왕함의항해및조종관련설비를살펴보면최첨단항해용레이더시스템을갖추고있다. 그리고 CODOG(COmbined Diesel Engine Or Gasturbine) 추진시스템에의한효율적인추진기의 가변피치 (CP) 쌍추진기 를장치하고있으나선체횡이동조종을위한선수미스러스터가없다. 그러나선수좌우현에고파주력의개량형바우앵커 (Bow anchors) 설비가되어있어좌우현계류조선시나비상시에효과적으로사용할수있다. 2) KDX-Ⅱ 급구축함의조종설비 [ 그림 11] KDX-Ⅱ 급구축함의정선수부 내의 "Head anchor" < 표 3> 에서 DDH-975 이순신함의항해및선박조종관련설비를살펴보면 KDX-Ⅰ급과거의동일하다. 그러나선수부의 Anchor 설비가 KDX-Ⅰ급과는달리 [ 그림 11] 과같이정선수부의 Panama chock하부헤드앵커 (Head anchor) 와선수부우현의바우앵커 (Bow anchor) 가장치되어있다. 만약정선수부의 Head anchor 를사용하여정박한경우에는선수 Yawing작용을크게감소시킬수있다. 3) KDX-Ⅲ 급이지스구축함의조종설비 아래 < 표 4> 에서 DDG-991 세종대왕함의항해및조종관련설비를살펴보면추진시스템을제외하고는 KDX-Ⅱ급과거의동일하다. 본함은 COGAG(COmbined Gasturbine And Gasturbine) 추진시스템이다. 그리고선수부 Anchor 가정선수및선수우현에장치되어있어우현접안시에는선수좌현앵커를사용할수없다는큰단점은있으나, Head anchor 로정박하는경우선수부 Yawing 작용을크게감소시킬수있는장점도있다. 참고로 KDX 구축함은선수스러스터설비가없기때문에입출항시안전상선수및선미에예선을사용하는것이바람직하다. 우리나라대형해군함정중 LPH-6111 독도함 은선수스러스트가장치되어있다. 아래 [ 그림 12] 는구축함에장치된외선식가변피치쌍추진기익과쌍타이다. 24 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association < 표 4> KDX 구축함의항해및조종설비 KDX 구축함의항해및조종설비 KDX-Ⅰ 급 KDX-Ⅱ 급 KDX-Ⅲ 이지스급 레이더시스템 해상레이더장치 해상레이더장치 해상레이더장치 추진시스템 CODOG CODOG COGAG 추진기축 CPP 2축 5익 CPP 2축 5익 CPP 2축 5익 Anchor 설비 선수좌현, 선수우현 정선수, 선수우현 정선수, 선수우현 개량형각각 1개 개량형각 1개 개량형각 1개 돌출흘수 Keel Draft 에 UKP 를합한흘수 [ 그림 12] KDX 구축함의외선식가변피치쌍추진기익및 UKP Line 참고로, KDX 구축함의선저부는일반선박의선저와는달리용골선 (Keel line) 하부에돌출 (Projection) 부분이있어이돌출부분을돌출깊이 (Under Keel Projection: UKP) 라고한다. 따라서구축함의흘수 (Draft) 는 Keel 에서수선 (Water line) 까지의흘수를편의상용골흘수 (Keel draft)", 선저 돌출부분의하부에서 수선까지흘수를돌출흘수 (Projection draft)" 라고하며, 즉 [ 돌출흘수 = Keel draft + UKP]" 로표시할수있다. 양현선수및선미에 2개의흘수표시가되어있다. 3.2 해경함정의조종설비 아래 < 표 5> 는 1,500톤급이상의대형해경함정의항해및조종설비를나타내고있다. 우선해경함정의주임무는구축함과는달리악천후의기상및해상조건에서도조난선박의수색과구조 (Search and rescue: SAR) 을완벽하게수행하여야하기때문에함정은고도의조종성능이요구되고있다. 따라서일반상선이나해군함정과는달리해경함정은선체의선수미방향속력조절과선미횡이동을위한가변피치쌍추진기가요구되고, 또한선수, 선미또는선체횡이동을위한선수스러스터 (Bow thruster) 와선미스러스터 (Stern thruster) 가절실히요구되기때문에가변피치쌍추진기시스템과선수미스러스터설비가장치되어있다. 2009년여름호 _ 25
도선논단 < 표 5> 대형해경함정의항해및조종설비 해경함정의항해및조종설비 5,000톤급 3,000톤급 1,500톤급 제1번함 삼봉호 태평양 1호 제민 1호 레이더시스템 해상레이더장치 해상레이더장치 해상레이더장치 추진기축수 가변피치추진기 (CPP) 2 축 (Two screws) CPP 2 축 CPP 2 축 Anchor 설비선수좌우현각 1 개선수좌우현각 1 개선수좌우현각 1 개 선수및선미 Thrusters 선수, 선미각 2 기선수, 선미각 1 기선수, 선미각 1 기 참고로, [ 그림 13] 은 KDX 구축함및대형해경함정에장치된내 외선식 (Inward and outward turning) 가변피치쌍추진기의종류및전후진기관사용에의한추진기횡방향분력 (Sideways forces), [ 그림 14] 는가변피치추진기 (CPP) 의전후진추력을발생하는나선추진기익각조절의기계적구조를나타내고있다. [ 그림 13] 내 외선식가변피치쌍추진기선의횡방향분력크기 26 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association 그리고또한 [ 그림 15] 는나선추진기피치를운항조건에맞게조정할수있는가변피치 (Controllable Pitch: CP) 쌍추진기선의양현추진기와타사용에의한횡방향합벡터력 (FRV) 을나타내고있다. 원래표준가변피치쌍추진기는추진기회전방향이내측으로회전하는내선식 (Inward turning) 이나선박의운항목적과특성에따라서외선식 (Outward turning) 도장치되고있다. 그러나 KDX 구축함의경우에는외관상양현추진기의하부익이용골 (Keel) 아래까지수중에완전히잠겨있고, 또한선미선저중앙과용골간의선미스케그 (Skeg) 설비가없기때문에쌍추진기의횡방향작용에있어서단추진기의일반상선에서나타나는그런현저한횡압작용 (Paddle-wheel effect) 과배수류측압작용 (Lateralwash effect) 은거의미미할것이며대신에압력-흡인작용 (Pressure-and-suction effect) 과오프센터추력작용 (Offcenter thrust effect) 은다소작용할것으로생각된다. 그리고또한좌우현쌍타를사용할경우에는전진피치의추진기배수류에의한타압력이발생할것이다. 따라서협수로나항내조선 ( 함 ) 시전후진, 선회및횡방향이동등의고도의조종을시도하는함교조선자는함정조종 (Shiphandling) 을시도하기전에반드시 [ 그림 14] 가변피치쌍추진기의이양현추진기와타의합벡터력 (FRV) 을상황에따라효과적으로추진기익각조절의기계적구조사용할수있도록계획하여야할것이다. [ 그림 15] 가변피치쌍추진기선의추진기와타에의한합벡터력 2009년여름호 _ 27
도선논단 Ⅳ. 결론 본연구는한국해군의 KDX 구축함, 항공모함및해경함정의대형화및현대화에따른함정의크기, 선체의외관형상, 상부구조물의특징및함정조종설비등등을검토하여실무에종사하는대형상선의선장, 항해사및도선사들에게 COLREG와관련한통항함정과의항해및선박조종에서필요한조종자료를제공하기위한측면에서검토하였다. 그결과를요약하면다음과같다. 첫째, KDX-Ⅰ급구축함의외형적인선체형상및상부구조물은재래식구축함의복잡한상부구조물을단순화하였으며상갑판의개방통로도난간으로보호되어있고, 레이더마스트는격자식마스트로되어있다. KDX-Ⅱ급은밀폐형의 4각상자형함교 (Bridge) 로선외부와완전히차단하였으며, 선수갑판은황천시선수파도의방파용불워크 (Bulwark) 설비로되어있다. 그러나 2척간의가장쉬운선체형상식별법은 KDX-Ⅰ급은 Anchor 가각각좌현및우현선수부 (Bow) 에설치되어있는 바우앵커 (Bow anchors)" 이지만, KDX-Ⅱ급은정선수부헤드앵커 (Head anchor) 와선수우현에설치되어있는우현바우앵커 (Starboard bow anchor) 로되어있다. 둘째, KDX-Ⅲ급이지스구축함은 KDX-Ⅱ급의 4각상자형의함교대신전세계이지스함처럼스텔스 (Stealth) 기능을갖춘함교구조로되어있으며함교위의주마스트는일체식마스트에 시그날야드 2개 로되어있어타구축함과혼동하지않고쉽게식별할수있으며, 또한선수앵커설비도정선수부헤드앵커 (Head anchor) 와우현바우앵커 (Starboard bow anchor) 로되어있다. 그리고참고로선수좌 우현바우앵커로정박한것과구별하기위하여헤드앵커로정박한것 (Anchoring by the head anchor) 을간단히 "Head-anchoring" 이라정의하고자한다. 셋째, 구축함은선체선저용골선 (Keel line) 하부로돌출 (Projection) 된부분이있어일반상선과달리수선하의선체깊이는용골흘수 (Keel draft) 에돌출깊이 (UKP) 를합한돌출흘수이다. 따라서전세계모든구축함의실제선저여유수심 (Under Projection Clearance: UPC) 은, 즉 "UPC= 수심 (Water depth) - 돌출흘수 " 이다. 넷째, 상륙강습함의독도함은전세계항공모함과동일하게전통적으로함교조타실이우현비행갑판상 (Starboard flight deck) 에배치되어있어쉽게식별할수있다. 다섯째, 1,500톤급이상의대형해경함정의경우외형적인선체형상, 상부구조물및선체도색은거의비슷하며, 선체중앙부좌우현에 KOREA COAST GUARD" 및선수좌우현에함번호가선명하게표기되어있어쉽게함정의함명과개략적인배수톤수를식별할수있다. 28 _ 한국도선사협회
Korea Maritime Pilots' Association 마지막으로, KDX 구축함은가변피치쌍추진기시스템을갖추고있지만선수미스러스터장치가없기때문에선체횡이동이요구되는항내접이안조선시에는안전측면에서최소한선수예선 (Tug) 1척은사용하는것이바람직할것이다. 그러나해경함정은완벽한수색과구조 (SAR) 의임무를수행하기위하여가변피치쌍추진기에충분한마력의선수미스러스터가장치되어있으므로정상적인기상조건에서는선체횡방향이동에별문제가없을것이다. [ 참고문헌 ] 1) " 광개토대왕함 / 이순신함 ", http://www.naver.com/, http://www.daum.net/ 2) " 세종대왕함 / 율곡이이함 ", http://www.daum.net/, http://www.naver.com/ 3) " 상륙강습함독도함 ", http://www.daum.net/, http://www.naver.com/ 4) " 삼봉호 / 태평양호 / 제민호 ", http://www.daum.net/, http://www.naver.com/ 5) "USS Nimitz/USS Abraham Lincoln/USS John C. Stennis/USS George H. W. Bush", http://www.yahoo.com/ 6) Captain Henk Hensen, FNI, "Ship Bridge Simulators", Nautical Institute, 202 Lambeth, London, England SE1 7LQ 7) R. S. Crenshaw. Jr., Captain, U.S. Navy(Retired) "Naval Shiphandling", US Naval Institute, Annapolis, Maryland, pp. 41-55. 2009 년여름호 _ 29