현대 전장에서 스텔스 기술은 적의 레이더, 적외선, 광학, 음향 등 각종 신호탐지수단에 대한 거부를 통해 아군 무기체계의 생존성을 높이고, 적에게는 치명적인 공격을 가할 수 있는 핵심적인 능력이다. 따라서 세계 각국은 스텔스 기술 확보를 위해 많은 노력을 기울이고 있으나, 적외선 스텔스 분야는 그 중요성에 비해서 아직 많은 연구와 기술발전이 이루어지지 못한 상황이다. 적외선은 ...
현대 전장에서 스텔스 기술은 적의 레이더, 적외선, 광학, 음향 등 각종 신호탐지수단에 대한 거부를 통해 아군 무기체계의 생존성을 높이고, 적에게는 치명적인 공격을 가할 수 있는 핵심적인 능력이다. 따라서 세계 각국은 스텔스 기술 확보를 위해 많은 노력을 기울이고 있으나, 적외선 스텔스 분야는 그 중요성에 비해서 아직 많은 연구와 기술발전이 이루어지지 못한 상황이다. 적외선은 절대온도 0 K 이상의 모든 물체에서 자체적으로 발생하는 특징으로 인해 항공기가 사전에 위협의 탐색 및 추적을 인지하고 회피하기 어렵다. 또한 적외선 유도무기의 지속적인 개발로 인해 항공기의 피해가 증가하고 있으며 생존성이 감소하고 있다. 항공기에서 발생하는 적외선 신호 중 고속비행에 따른 공력가열과 주변 배경에서 입사하는 원적외선(LWIR) 8∼12 μm 대역은 센서 기술의 발달로 최신의 적외선 유도무기에 많이 사용됨에도 불구하고 아직 적외선 신호감소 방안에 대한 연구자체가 많이 부족하며, 스텔스 기술은 거의 전무한 상황이다. 본 연구에서는 원적외선 영역에서 전투기의 적외선 스텔스 성능 구현을 통한 생존성 향상을 위해서, 주위 배경효과를 고려하여 전투기 표면 방사율 조절에 따른 적외선 신호 및 스텔스 성능을 분석하였다. 그리고 방사율 조절이 가능한 저방사율 페인트 제작 가능성을 확인하였다. 신호 분석을 위해서 ANSYS Fluent와 Radtherm IR 두 가지 상용프로그램을 통해 전도, 대류, 복사 열전달을 해석하였다. 수치해석의 정확성과 실전에서의 적용 가능성을 높이기 위해서 현재 운용중인 F-22 와 Su-27 전투기 형상을 모델링하였으며, 실제 한반도 기상자료와 비행가능 조건을 적용하였다. 적외선 스텔스 성능 평가를 위해서 전투기와 배경간의 평균 적외선 복사 대비 값과 적외선 유도무기의 탐지거리를 계산하였으며, BRDF 이미지를 통해 전투기와 배경간의 적외선 신호 차이를 확인하였다. 적외선 영역 저방사율 페인트는 실제 항공기 외피 도장에 사용되는 폴리우레탄 재질에 금속입자를 혼합하여 제작하였으며, 기존 페인트보다 낮은 방사율로 조절 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 정립된 항공기 적외선 신호 해석 및 평가방법은 차후에 다른 항공기 및 배경조건에서도 적용이 가능하며, 저방사율 페인트는 지속적인 연구가 이루어진다면 실전에서도 사용가능한 수준에 이를 수 있을 것이라 판단된다.
현대 전장에서 스텔스 기술은 적의 레이더, 적외선, 광학, 음향 등 각종 신호탐지수단에 대한 거부를 통해 아군 무기체계의 생존성을 높이고, 적에게는 치명적인 공격을 가할 수 있는 핵심적인 능력이다. 따라서 세계 각국은 스텔스 기술 확보를 위해 많은 노력을 기울이고 있으나, 적외선 스텔스 분야는 그 중요성에 비해서 아직 많은 연구와 기술발전이 이루어지지 못한 상황이다. 적외선은 절대온도 0 K 이상의 모든 물체에서 자체적으로 발생하는 특징으로 인해 항공기가 사전에 위협의 탐색 및 추적을 인지하고 회피하기 어렵다. 또한 적외선 유도무기의 지속적인 개발로 인해 항공기의 피해가 증가하고 있으며 생존성이 감소하고 있다. 항공기에서 발생하는 적외선 신호 중 고속비행에 따른 공력가열과 주변 배경에서 입사하는 원적외선(LWIR) 8∼12 μm 대역은 센서 기술의 발달로 최신의 적외선 유도무기에 많이 사용됨에도 불구하고 아직 적외선 신호감소 방안에 대한 연구자체가 많이 부족하며, 스텔스 기술은 거의 전무한 상황이다. 본 연구에서는 원적외선 영역에서 전투기의 적외선 스텔스 성능 구현을 통한 생존성 향상을 위해서, 주위 배경효과를 고려하여 전투기 표면 방사율 조절에 따른 적외선 신호 및 스텔스 성능을 분석하였다. 그리고 방사율 조절이 가능한 저방사율 페인트 제작 가능성을 확인하였다. 신호 분석을 위해서 ANSYS Fluent와 Radtherm IR 두 가지 상용프로그램을 통해 전도, 대류, 복사 열전달을 해석하였다. 수치해석의 정확성과 실전에서의 적용 가능성을 높이기 위해서 현재 운용중인 F-22 와 Su-27 전투기 형상을 모델링하였으며, 실제 한반도 기상자료와 비행가능 조건을 적용하였다. 적외선 스텔스 성능 평가를 위해서 전투기와 배경간의 평균 적외선 복사 대비 값과 적외선 유도무기의 탐지거리를 계산하였으며, BRDF 이미지를 통해 전투기와 배경간의 적외선 신호 차이를 확인하였다. 적외선 영역 저방사율 페인트는 실제 항공기 외피 도장에 사용되는 폴리우레탄 재질에 금속입자를 혼합하여 제작하였으며, 기존 페인트보다 낮은 방사율로 조절 가능함을 확인하였다. 본 연구에서 정립된 항공기 적외선 신호 해석 및 평가방법은 차후에 다른 항공기 및 배경조건에서도 적용이 가능하며, 저방사율 페인트는 지속적인 연구가 이루어진다면 실전에서도 사용가능한 수준에 이를 수 있을 것이라 판단된다.
In the modern battlefield, stealth technology is critical for increasing the survivability of weapon systems and executing lethal attacks on enemies by confounding various signal detection systems, including those based on radar, infrared, optics, and acoustics. Many countries are therefore investin...
In the modern battlefield, stealth technology is critical for increasing the survivability of weapon systems and executing lethal attacks on enemies by confounding various signal detection systems, including those based on radar, infrared, optics, and acoustics. Many countries are therefore investing heavily in stealth technology, but infrared stealth technology remains underdeveloped relative to its potential. Infrared radiation is autonomously generated from all objects that have an absolute temperature above 0 K. It is difficult for aircraft to recognize and avoid infrared-guided weapon threats. Furthermore, owing to the ongoing development of infrared-guided weapons, damage to aircraft has increased and survivability has decreased. Among infrared signals from aircraft, the LWIR 8∼12 μm band, generated by aerodynamic heating and background emissions, is widely used for detection by sensor systems on the latest infrared-guided weapons. However, there has been little research on aircraft stealth technologies to reduce the emission of infrared signals. In the present study, to improve survivability by masking the emission of infrared signals in the LWIR regions, we analyzed stealth performance by adjusting the surface emissivity of the fighter aircraft, taking into consideration the ambient background effect. We also confirmed the potential of low-emissivity paint to control infrared emissions. Convection, conduction, and radiation heat transfer were analyzed using two commercial programs, ANSYS Fluent and Radtherm IR. To improve the accuracy of our numerical model for the F-22 and Su-27 combat aircraft, we applied actual Korean Peninsula meteorological data and flight conditions. To evaluate infrared stealth performance, we calculated average contrast radiance between the combat aircraft and the background, as well as the detection range of infrared-guided weapons. The IR signal difference between the combat aircraft and the background was confirmed through BRDF imaging. We fabricated low-emissivity paint by mixing metal particles with polyurethane paint used on real aircraft, and confirmed that this paint could control emissivity. The infrared signal analysis and aircraft evaluation methods of the present study can be applied to other aircraft and background conditions in future studies. Low-emissivity paint has the potential to be developed for practical use.
In the modern battlefield, stealth technology is critical for increasing the survivability of weapon systems and executing lethal attacks on enemies by confounding various signal detection systems, including those based on radar, infrared, optics, and acoustics. Many countries are therefore investing heavily in stealth technology, but infrared stealth technology remains underdeveloped relative to its potential. Infrared radiation is autonomously generated from all objects that have an absolute temperature above 0 K. It is difficult for aircraft to recognize and avoid infrared-guided weapon threats. Furthermore, owing to the ongoing development of infrared-guided weapons, damage to aircraft has increased and survivability has decreased. Among infrared signals from aircraft, the LWIR 8∼12 μm band, generated by aerodynamic heating and background emissions, is widely used for detection by sensor systems on the latest infrared-guided weapons. However, there has been little research on aircraft stealth technologies to reduce the emission of infrared signals. In the present study, to improve survivability by masking the emission of infrared signals in the LWIR regions, we analyzed stealth performance by adjusting the surface emissivity of the fighter aircraft, taking into consideration the ambient background effect. We also confirmed the potential of low-emissivity paint to control infrared emissions. Convection, conduction, and radiation heat transfer were analyzed using two commercial programs, ANSYS Fluent and Radtherm IR. To improve the accuracy of our numerical model for the F-22 and Su-27 combat aircraft, we applied actual Korean Peninsula meteorological data and flight conditions. To evaluate infrared stealth performance, we calculated average contrast radiance between the combat aircraft and the background, as well as the detection range of infrared-guided weapons. The IR signal difference between the combat aircraft and the background was confirmed through BRDF imaging. We fabricated low-emissivity paint by mixing metal particles with polyurethane paint used on real aircraft, and confirmed that this paint could control emissivity. The infrared signal analysis and aircraft evaluation methods of the present study can be applied to other aircraft and background conditions in future studies. Low-emissivity paint has the potential to be developed for practical use.
주제어
#적외선 스텔스 기술 방사율 평균 적외선 복사 대비 탐지거리저방사율 페인트 IR stealth technology emissivity average contrast radiance detection range low emissivity paint
학위논문 정보
저자
배문장
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
기계공학과
지도교수
조형희
발행연도
2017
총페이지
ix, 78장
키워드
적외선 스텔스 기술 방사율 평균 적외선 복사 대비 탐지거리저방사율 페인트 IR stealth technology emissivity average contrast radiance detection range low emissivity paint
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