2003년 미국이 ‘이라크 자유작전’에서 사용했던 e-폭탄이 승전에 미친 영향을 보고 세계 주요국은 EMP(Electromagnetic Pulse, 전자기펄스) 폭탄 개발에 매진하고 있으며, 북한의 지속적인 핵무기 개발로 인하여 우리나라도 EMP에 대한 방호태세를 확립해 나가야 하는 시점에 있다. 현재 우리나라는 국가 주요 지휘 및 통신시설 위주로 EMP 방호시설을 구축하고 있으나, 아직까지EMP 방호에 대한 전 국가적인 공감대가 미형성 된 상태이며, 관련 연구실적도 매우 미흡한 것이 현실이다. 본 논문은 대규모 군 지휘시설에 있어서 최소 2주 이상의 작전지속성 보장을 위해 시설 외부로부터 내부로의 수자원 및 ...
2003년 미국이 ‘이라크 자유작전’에서 사용했던 e-폭탄이 승전에 미친 영향을 보고 세계 주요국은 EMP(Electromagnetic Pulse, 전자기펄스) 폭탄 개발에 매진하고 있으며, 북한의 지속적인 핵무기 개발로 인하여 우리나라도 EMP에 대한 방호태세를 확립해 나가야 하는 시점에 있다. 현재 우리나라는 국가 주요 지휘 및 통신시설 위주로 EMP 방호시설을 구축하고 있으나, 아직까지EMP 방호에 대한 전 국가적인 공감대가 미형성 된 상태이며, 관련 연구실적도 매우 미흡한 것이 현실이다. 본 논문은 대규모 군 지휘시설에 있어서 최소 2주 이상의 작전지속성 보장을 위해 시설 외부로부터 내부로의 수자원 및 에너지자원 공급이 불가피한 실태에서 충분한 급기·급수·급유가 가능한 배관을 대상으로 EMP의 효율적 차폐를 위해 원형 다중도파관을 설치하여 차폐효율(Shielding Effectiveness, SE)을 실측 실험적으로 분석하였다.이를 위해 250 mm 직경의 대형배관을 선정하여 그 내부에 50 mm, 30 mm 직경의 파이프를 이용하여 다중으로 배열시킨 원형 다중도파관 등 시험체 3종류를 만들었다. 그리고 유체 3 종(공기, 물, 오일)을 대상으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학) 해석으로 다중도파관 내에서의 유체 흐름이 정상적으로 이루어지는지 확인하였다. 동시에 동일 시험체와 유체를 대상으로 SE 측정 실험을 실시하여 차폐성능을 평가하였다.CFD 해석은 CD-Adapco에서 개발한 상용프로그램인 STAR-CCM+9.06.011을 사용하였으며, 유체의 흐름은 정상적인 사용을 전제로 하되 각 배관의 90 %사용을 기준으로 하였고, 입구 유속을 1 m/s를 기준하였다.CFD 해석 결과 일반배관 대비 다중도파관으로 인한 유속의 저하는 없었으며, 오히려 다중도파관 부분을 통과할 때에는 유속이 평균 50 % 정도 빨라지는 것으로 나타났다. 또한 다중도파관이 배출구 부분에서 각 유체별로 일반배관보다 속도가 더 증가함을 알 수 있었다. 이는 배관의 유효단면적이 줄어들면서 베르누이의 법칙이 적용되었으며, 배관의 마찰저항 및 유체의 동점성 계수에 따른 것으로 판단된다.결론적으로 배관 내의 유속을 1 m/s로 할 경우 다중도파관을 설치한 대형배관에서 유속과 흐름도의 상태를 시뮬레이션한 결과 배관 내에서의 유체의 흐름은 크게 문제가 없을 것으로 판단되었다.SE 측정 실험은 측정대상인 시험체 3 종류를 EMP 차폐시설에 부착하여 유체3종에 대해 Horn Antenna 등 측정장비를 이용하여 각각 SE 측정을 실시하였다. 측정거리는 3.0 m로서, 방호실 외부에서 방호벽과 안테나간 거리인 송신 1.5m와 방호실 내부에서 방호벽과 안테나 간 수신 1.5 m의 거리에서 MIL-STD-188-125-1의 측정 기준에 따라 Horn 안테나의 측정범위 내에서 200 MHz∼1 GHz를 측정하였으며, 주파수 샘플링 간격은 2 MHz로 하였다. SE 측정 실험 결과 250 mm 일반배관의 차폐효율은 공기와 오일과 같이 유 전율이 낮은 유체에 대해서는 차단주파수() 이상의 주파수에서는 전혀 차폐 효율이 없었으나, 유전율이 높은 물에서는 유전체에 의한 차폐효과로 인하여 차단주파수 이상의 주파수에서도 차폐효율이 발생하였다. 하지만 전반적으로 차폐효율이 낮게 측정되므로 250 mm 일반배관을 급기·급수·급유용으로 사용 시에는 MIL-STD-188-125-1에서 추구하고자 하는 최소 차폐효율 기준을 달성하기 위해 별도의 조치가 필요한 것으로 나타났다.또한 50 mm와 30 mm 다중도파관의 차폐효율은 공기와 오일은 차단주파수가 매우 높은 상태이며, 시험주파수 내에서의 차폐효율 역시 매우 크게 측정됨에 따라 급기·급유용으로 사용 시 문제점이 없다고 판단하였다. 그러나 물충만 시의 차폐효율은 유전체에 의한 차폐효과가 있었음에도 불구하고 각 차단주파수의 영향으로 많은 구간에서 최소 차폐효율 기준을 만족하지 못함을 알 수 있었다.따라서 50 mm와 30 mm 다중도파관을 급수용으로 사용 시에는 MIL-STD-188-125-1에서 추구하고자 하는 최소 차폐효율 기준을 충족하는 별도의 조치가 필요한 것으로 나타났다. 이에 대해 유전율이 높은 물에 대해서는 이론식을 통하여 직경을 13.2mm까지 조정해서 급수용 다중도파관을 제작해야 함을 제시하였다. 결론적으로 대형 EMP 방호시설에 설비되는 대형배관에 대해 현재 방호 차폐벽과 대형배관과의 연결 시에 용접과 같은 방법을 쓰고 있는데, 이에 추가 하여 본 연구에서 제시한 다중도파관을 대형배관의 일정한 부분에 설치하여 급기·급수·급유용으로 사용 시에는 더욱 효과적으로 EMP 차폐효율을 높일 수 있을 것이다.
2003년 미국이 ‘이라크 자유작전’에서 사용했던 e-폭탄이 승전에 미친 영향을 보고 세계 주요국은 EMP(Electromagnetic Pulse, 전자기펄스) 폭탄 개발에 매진하고 있으며, 북한의 지속적인 핵무기 개발로 인하여 우리나라도 EMP에 대한 방호태세를 확립해 나가야 하는 시점에 있다. 현재 우리나라는 국가 주요 지휘 및 통신시설 위주로 EMP 방호시설을 구축하고 있으나, 아직까지EMP 방호에 대한 전 국가적인 공감대가 미형성 된 상태이며, 관련 연구실적도 매우 미흡한 것이 현실이다. 본 논문은 대규모 군 지휘시설에 있어서 최소 2주 이상의 작전지속성 보장을 위해 시설 외부로부터 내부로의 수자원 및 에너지자원 공급이 불가피한 실태에서 충분한 급기·급수·급유가 가능한 배관을 대상으로 EMP의 효율적 차폐를 위해 원형 다중도파관을 설치하여 차폐효율(Shielding Effectiveness, SE)을 실측 실험적으로 분석하였다.이를 위해 250 mm 직경의 대형배관을 선정하여 그 내부에 50 mm, 30 mm 직경의 파이프를 이용하여 다중으로 배열시킨 원형 다중도파관 등 시험체 3종류를 만들었다. 그리고 유체 3 종(공기, 물, 오일)을 대상으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 CFD(Computational Fluid Dynamics, 전산유체역학) 해석으로 다중도파관 내에서의 유체 흐름이 정상적으로 이루어지는지 확인하였다. 동시에 동일 시험체와 유체를 대상으로 SE 측정 실험을 실시하여 차폐성능을 평가하였다.CFD 해석은 CD-Adapco에서 개발한 상용프로그램인 STAR-CCM+9.06.011을 사용하였으며, 유체의 흐름은 정상적인 사용을 전제로 하되 각 배관의 90 %사용을 기준으로 하였고, 입구 유속을 1 m/s를 기준하였다.CFD 해석 결과 일반배관 대비 다중도파관으로 인한 유속의 저하는 없었으며, 오히려 다중도파관 부분을 통과할 때에는 유속이 평균 50 % 정도 빨라지는 것으로 나타났다. 또한 다중도파관이 배출구 부분에서 각 유체별로 일반배관보다 속도가 더 증가함을 알 수 있었다. 이는 배관의 유효단면적이 줄어들면서 베르누이의 법칙이 적용되었으며, 배관의 마찰저항 및 유체의 동점성 계수에 따른 것으로 판단된다.결론적으로 배관 내의 유속을 1 m/s로 할 경우 다중도파관을 설치한 대형배관에서 유속과 흐름도의 상태를 시뮬레이션한 결과 배관 내에서의 유체의 흐름은 크게 문제가 없을 것으로 판단되었다.SE 측정 실험은 측정대상인 시험체 3 종류를 EMP 차폐시설에 부착하여 유체3종에 대해 Horn Antenna 등 측정장비를 이용하여 각각 SE 측정을 실시하였다. 측정거리는 3.0 m로서, 방호실 외부에서 방호벽과 안테나간 거리인 송신 1.5m와 방호실 내부에서 방호벽과 안테나 간 수신 1.5 m의 거리에서 MIL-STD-188-125-1의 측정 기준에 따라 Horn 안테나의 측정범위 내에서 200 MHz∼1 GHz를 측정하였으며, 주파수 샘플링 간격은 2 MHz로 하였다. SE 측정 실험 결과 250 mm 일반배관의 차폐효율은 공기와 오일과 같이 유 전율이 낮은 유체에 대해서는 차단주파수() 이상의 주파수에서는 전혀 차폐 효율이 없었으나, 유전율이 높은 물에서는 유전체에 의한 차폐효과로 인하여 차단주파수 이상의 주파수에서도 차폐효율이 발생하였다. 하지만 전반적으로 차폐효율이 낮게 측정되므로 250 mm 일반배관을 급기·급수·급유용으로 사용 시에는 MIL-STD-188-125-1에서 추구하고자 하는 최소 차폐효율 기준을 달성하기 위해 별도의 조치가 필요한 것으로 나타났다.또한 50 mm와 30 mm 다중도파관의 차폐효율은 공기와 오일은 차단주파수가 매우 높은 상태이며, 시험주파수 내에서의 차폐효율 역시 매우 크게 측정됨에 따라 급기·급유용으로 사용 시 문제점이 없다고 판단하였다. 그러나 물충만 시의 차폐효율은 유전체에 의한 차폐효과가 있었음에도 불구하고 각 차단주파수의 영향으로 많은 구간에서 최소 차폐효율 기준을 만족하지 못함을 알 수 있었다.따라서 50 mm와 30 mm 다중도파관을 급수용으로 사용 시에는 MIL-STD-188-125-1에서 추구하고자 하는 최소 차폐효율 기준을 충족하는 별도의 조치가 필요한 것으로 나타났다. 이에 대해 유전율이 높은 물에 대해서는 이론식을 통하여 직경을 13.2mm까지 조정해서 급수용 다중도파관을 제작해야 함을 제시하였다. 결론적으로 대형 EMP 방호시설에 설비되는 대형배관에 대해 현재 방호 차폐벽과 대형배관과의 연결 시에 용접과 같은 방법을 쓰고 있는데, 이에 추가 하여 본 연구에서 제시한 다중도파관을 대형배관의 일정한 부분에 설치하여 급기·급수·급유용으로 사용 시에는 더욱 효과적으로 EMP 차폐효율을 높일 수 있을 것이다.
Many countries impressed by the United States’ successful operations using e-bombs in Operation Iraq Freedom are committed to the development of EMP(Electromagnetic Pulse) bombs, and this includes North Korea. In response to North Korea's continuous nuclear weapons development, South Korea should al...
Many countries impressed by the United States’ successful operations using e-bombs in Operation Iraq Freedom are committed to the development of EMP(Electromagnetic Pulse) bombs, and this includes North Korea. In response to North Korea's continuous nuclear weapons development, South Korea should also construct a protection system against the possibility of North Korean nuclear attacks. So far, South Korea has only constructed protective facilities to block EMP attacks for the national command and communication facilities. Moreover, not only is related research still in its infancy, but also a social consensus toward the importance of EMP protection has not been established. This study analyzes the shielding effectiveness of circular multiwaveguides through experiments and computer simulations. In general, the waveguide is used to facilitate air, oil, and water supply to guarantee operation sustainment for more than two weeks under unusual conditions in which no necessaries can be procured from sources external to the facilities. Three types of specimens were made, were tested of their fluid flows, i.e. air, water and oil transmitting, by using CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis. The specimens were made with a round pipe which was 250 mm in diameter, and was filled with several smaller pipes whose diameters were 30 mm and 50 mm. Afterwards, experiments on the same specimens and fluids were done to measure shielding effectiveness, followed by the evaluation of the shielding performance. STAR-CCM+9.06.011, which is the commercial software produced by CD-Adapco, was used for the CFD analysis. The analysis was done on the premise that fluid consumption is at a normal state and that the fluid is pure water filling 90 % of the pipes, having 1 m/s fluid velocity at the entrance. According to the simulation, not only was there no velocity reduction of the fluid within the multi-waveguide, but was nearly 50 % faster in comparison with normal pipes. In addition, the fluid velocity at the exhaust pipe of the multi-waveguide was accelerated more than that of normal pipes due to the reduced effective area causing the Bernoulli effect, the frictional resistance of the pipes, and the fluid's kinematic viscosity. This means that if the fluid velocity is 1m/s, it could be determined that there will be no more problems of fluid flow at the large pipe where the multi-waveguide is installed. Secondly, the shielding effectiveness of the three types of specimens, which were installed at the EMP shielding facility, were measured with equipment such as the Horn antenna. It was measured at a 3 m distance (1.5m between the outside of the protective facility and protective wall, and 1.5 m between the walls of the protective cell and the antenna), and within the measuring range of the Horn antenna(200 MHz to 1 GHz) according to the MIL-STD-188-125-1. The sampling of frequency was done in 2 MHz intervals. The results revealed that at a high frequency above the cutoff frequency(fc), it is hard to identify the shielding effectiveness of the pipes filled with air and oil, which contains a lower permittivity. But, there were different outcomes for water which had high dielectric permittivity. However, the measurement of shielding effectiveness for the 250 mm general pipe to transmit air, water, and oil were low, verifying that it needs special instruments to meet the minimum requirements indicated in the MIL-STD-188-125-1. The cutoff frequencies of the 50 mm and 30 mm multi-waveguides, which were filled with air and oil, were very high, meeting the required shielding fectiveness. This means that the 50 mm and 30 mm multi-waveguides can be used at the point of entry to supply air and oil. However, the 50 mm and 30 mm multi-waveguides filled with water failed to satisfy the requirements of MIL-STD-188-125-1 in spite of dielectric loss, revealing that they need special instruments to transmit water. Therefore, it is suggested through calculation that the diameter of a multi-waveguide should be reduced to 13.2 mm for transmitting water. In short, it could be concluded that the multi-waveguides shown in this study meet the shielding effectiveness requirements of MIL-STD-188- 125-1, meaning that it can be used to supply air, water, and oil effectively to the EMP protective facilities.
Many countries impressed by the United States’ successful operations using e-bombs in Operation Iraq Freedom are committed to the development of EMP(Electromagnetic Pulse) bombs, and this includes North Korea. In response to North Korea's continuous nuclear weapons development, South Korea should also construct a protection system against the possibility of North Korean nuclear attacks. So far, South Korea has only constructed protective facilities to block EMP attacks for the national command and communication facilities. Moreover, not only is related research still in its infancy, but also a social consensus toward the importance of EMP protection has not been established. This study analyzes the shielding effectiveness of circular multiwaveguides through experiments and computer simulations. In general, the waveguide is used to facilitate air, oil, and water supply to guarantee operation sustainment for more than two weeks under unusual conditions in which no necessaries can be procured from sources external to the facilities. Three types of specimens were made, were tested of their fluid flows, i.e. air, water and oil transmitting, by using CFD(Computational Fluid Dynamics) analysis. The specimens were made with a round pipe which was 250 mm in diameter, and was filled with several smaller pipes whose diameters were 30 mm and 50 mm. Afterwards, experiments on the same specimens and fluids were done to measure shielding effectiveness, followed by the evaluation of the shielding performance. STAR-CCM+9.06.011, which is the commercial software produced by CD-Adapco, was used for the CFD analysis. The analysis was done on the premise that fluid consumption is at a normal state and that the fluid is pure water filling 90 % of the pipes, having 1 m/s fluid velocity at the entrance. According to the simulation, not only was there no velocity reduction of the fluid within the multi-waveguide, but was nearly 50 % faster in comparison with normal pipes. In addition, the fluid velocity at the exhaust pipe of the multi-waveguide was accelerated more than that of normal pipes due to the reduced effective area causing the Bernoulli effect, the frictional resistance of the pipes, and the fluid's kinematic viscosity. This means that if the fluid velocity is 1m/s, it could be determined that there will be no more problems of fluid flow at the large pipe where the multi-waveguide is installed. Secondly, the shielding effectiveness of the three types of specimens, which were installed at the EMP shielding facility, were measured with equipment such as the Horn antenna. It was measured at a 3 m distance (1.5m between the outside of the protective facility and protective wall, and 1.5 m between the walls of the protective cell and the antenna), and within the measuring range of the Horn antenna(200 MHz to 1 GHz) according to the MIL-STD-188-125-1. The sampling of frequency was done in 2 MHz intervals. The results revealed that at a high frequency above the cutoff frequency(fc), it is hard to identify the shielding effectiveness of the pipes filled with air and oil, which contains a lower permittivity. But, there were different outcomes for water which had high dielectric permittivity. However, the measurement of shielding effectiveness for the 250 mm general pipe to transmit air, water, and oil were low, verifying that it needs special instruments to meet the minimum requirements indicated in the MIL-STD-188-125-1. The cutoff frequencies of the 50 mm and 30 mm multi-waveguides, which were filled with air and oil, were very high, meeting the required shielding fectiveness. This means that the 50 mm and 30 mm multi-waveguides can be used at the point of entry to supply air and oil. However, the 50 mm and 30 mm multi-waveguides filled with water failed to satisfy the requirements of MIL-STD-188-125-1 in spite of dielectric loss, revealing that they need special instruments to transmit water. Therefore, it is suggested through calculation that the diameter of a multi-waveguide should be reduced to 13.2 mm for transmitting water. In short, it could be concluded that the multi-waveguides shown in this study meet the shielding effectiveness requirements of MIL-STD-188- 125-1, meaning that it can be used to supply air, water, and oil effectively to the EMP protective facilities.
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