소나 탐지를 피하기 위해 잠수함 외벽에 붙이는 타일의 원리가 무엇인가요?

Question

소나 탐지를 피하기 위해 잠수함 외벽에 붙이는 타일의 원리를, 점탄성 고분자와 고밀도 무기 입자들이 입사된 음파 에너지의 진동을 내부 마찰과 산란을 통해 열에너지로 소산시키는 음향 임피던스 조절 기제로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

잠수함의 스텔스 성능을 결정짓는 음향 타일은 외부의 소나 음파가 선체 표면에서 반사되지 않게 흡수하여 소멸시키는 정교한 장치입니다. 먼저 소나가 잠수함에 닿을 때 매질의 변화로 인한 반사를 최소화하기 위해, 타일의 음향 임피던스를 주변 해수와 유사하게 맞춥니다. 이를 통해 음파는 튕겨 나가지 않고 자연스럽게 타일 내부로 유입됩니다.

​타일 내부로 들어온 음파 에너지는 점탄성 고분자 매질과 그 안에 분산된 고밀도 무기 입자들의 상호작용을 통해 제거됩니다. 폴리우레탄과 같은 점탄성 고분자는 음파의 진동에 의해 분자 사슬이 변형되는데, 이때 발생하는 내부 마찰이 운동 에너지를 열에너지로 변환하여 소산시키는 역할을 합니다.

​여기에 포함된 고밀도 무기 입자들은 입사된 음파를 불규칙하게 산란시킵니다. 산란된 음파는 타일 내부에서 더 복잡한 경로를 그리며 다중 반사를 일으키고, 이 과정에서 고분자 매질과 접촉하는 시간과 면적이 늘어나 열 소산 효과가 극대화됩니다. 결과적으로 잠수함으로 들어온 음파는 내부 마찰과 산란 과정을 거치며 대부분 미세한 열로 바뀌어 사라지게 되며, 적의 소나 시스템에는 탐지 가능한 수준의 반사파가 돌아가지 않게 됩니다. 이러한 물리적 기제를 통해 잠수함은 수중에서 은밀함을 유지할 수 있습니다.