잠수함이 압력을 버티는 원리가 궁금합니다.

Question

잠수함은 수백 미터 이상의 깊은 바다에서 엄청난 수압을 받는데도 왜 외부 압력에 의해 찌그러지거나 붕괴되지 않나요?

선체가 어떤 구조와 재료를 사용해서 심해의 높은 압력을 견디도록 설계되있는건가요

Answer 1

안녕하세요. 박성수 전문가입니다.

잠수함이 깊은 바다에서도 버틸 수 있는 이유는 압력을 견딜 수 있도록 계산된 구조와 재료를 사용하기 때문입니다.

잠수함은 내부에 사람이 생활할 수 있는 거의 1기압 상태로 유지하면서 바깥의 엄청난 수압을 선체 전체가 균일하게 분산해서 버텨야하기 때문에 단순히 평평한 구조가 아닌 압력을 분산하기 유리한 원통형 구조를 사용합니다. 또 두 겹 구조를 사용하여 바깥쪽은 물의 흐름과 장비 보호 역할을 하는 외피와 실제로 압력을 버티는 안쪽의 압력선체의 구조를 사용합니다.

그리고 일반 강철이 아니라 높은 항복강도와 인성을 가진 고장력강이 사용되며 일부 잠수정은 티타늄 합금까지 사용됩니다. 이러한 재료들은 높은 압축 응력을 받아도 쉽게 변형되지 않습니다.

Answer 2

안녕하세요. 고한석 전문가입니다.

잠수함은 외부 수압을 모든 방향에서 균등하게 분산시키기 위해 선체를 완벽한 원통형이나 구형으로 설계하며, 내부에는 거대한 수압에 저항할 수 있도록 촘촘하고 튼튼한 늑골(Frame) 구조를 덧대어 형태를 유지합니다.

선체의 재료로는 일반 강철보다 강도가 훨씬 높은 고장력강이나 티타늄 합금을 사용하는데, 이는 심해의 엄청난 압력에도 미세하게 수축했다가 다시 복원되는 탄성을 갖추고 있어 금속이 피로로 인해 파괴되는 것을 방지합니다.

또한, 사람이 거주하는 내압 선체(Pressure Hull) 외부를 유선형의 외판으로 한 번 더 감싸는 '복각식 구조'를 채택함으로써, 수압을 직접 견디는 부분과 물의 저항을 줄이는 부분을 분리해 구조적 안정성을 극대화합니다.

Answer 3

안녕하세요. 조일현 전문가입니다.

잠수함 형태는 주로 원통형 입니다.

이는 압력을 모든 방향으로 분산 시키기 위한 구조 이죠

만약 잠수함이 각진 모양이라면 모서리 부분에 압력이 집중되어 쉽게 파손되어 집니다.

또한 압축에 강한 재료인 고강도 특수강을 사용하여 압력이 버틴다고 볼 수 있겠습니다.

Answer 4

안녕하세요. 서종현 전문가입니다.

잠수함이 깊은 바다의 높은 수압을 견디는 원리는 크게 두가지입니다.

첫째, 잠수함 선체는 내부 압력을 외부 압력과 거의 같에 유지하여 압력 차이를 최소화합니다.

두번째로, 선체는 원형(구형또는 원통형)구조를 가지는데, 이는 압력을 골고루 분산시키기 때문입니다.

재료는 고강도 합금강이나 티타늄같은 강한 금속을 사용하여 외부 압력으로부터 변형과 파손을 방지합니다. 더불어, 선체 두께를 충분히 두고, 내부 보강재(리브 등)를 배치해 구조적 강성을 높입니다 .