함정의 추진기관 및 발전기를 통해 만들어진 고온의 폐기가스(exhaust gas)와 이로 인해 뜨거워진 연돌(funnel) 주변에 금속표면(metal surface) 적외선 신호는 적 위협무기체계의 표적이 되어 함의 생존성을 감소시키는 주원인이 된다. 이를 위해 함정에 적외선 신호저감(infrared signature suppression, IRSS)장치를 설치하여 신호를 감소시키고 있으며, 일반적인 IRSS는 난류유동을 형성해 주변 공기와 혼합하는 이덕터(eductor), 믹싱튜브(mixing tube)와 외기와의 압력차에 의해 공기필름(air film) 형성하는 디퓨져(diffuser)로 구성되어 있다. 그러나 난류유동은 추진기관의 종류, 성능, 부하율에 따라 변화하기 때문에 본 연구의 해석모델은 공기필름을 형성하는 디퓨져만 고려하였다. 연구과정으로는 상용 ...
함정의 추진기관 및 발전기를 통해 만들어진 고온의 폐기가스(exhaust gas)와 이로 인해 뜨거워진 연돌(funnel) 주변에 금속표면(metal surface) 적외선 신호는 적 위협무기체계의 표적이 되어 함의 생존성을 감소시키는 주원인이 된다. 이를 위해 함정에 적외선 신호저감(infrared signature suppression, IRSS)장치를 설치하여 신호를 감소시키고 있으며, 일반적인 IRSS는 난류유동을 형성해 주변 공기와 혼합하는 이덕터(eductor), 믹싱튜브(mixing tube)와 외기와의 압력차에 의해 공기필름(air film) 형성하는 디퓨져(diffuser)로 구성되어 있다. 그러나 난류유동은 추진기관의 종류, 성능, 부하율에 따라 변화하기 때문에 본 연구의 해석모델은 공기필름을 형성하는 디퓨져만 고려하였다. 연구과정으로는 상용 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 프로그램을 사용하여 해석을 수행하였으며, 해석결과의 신뢰성 검증을 위해 기존 열 풍동 모형시험 결과와 비교·분석하였다. 그리고 해석조건은 디퓨져의 설계변수와 수준을 결정하고 다구치 직교배열을 사용하여 설정하였으며, 설계변수의 영향성 분석은 S/N비와 간이분석법을 통한 기여율을 활용하였다. 이를 통해 본 연구에서는 IRSS 성능에 영향을 주는 설계변수를 선정함으로써 함정의 적외선 스텔스 향상을 위한 폐기관의 디퓨져 설계 방안을 마련하고자 하였다.
함정의 추진기관 및 발전기를 통해 만들어진 고온의 폐기가스(exhaust gas)와 이로 인해 뜨거워진 연돌(funnel) 주변에 금속표면(metal surface) 적외선 신호는 적 위협무기체계의 표적이 되어 함의 생존성을 감소시키는 주원인이 된다. 이를 위해 함정에 적외선 신호저감(infrared signature suppression, IRSS)장치를 설치하여 신호를 감소시키고 있으며, 일반적인 IRSS는 난류유동을 형성해 주변 공기와 혼합하는 이덕터(eductor), 믹싱튜브(mixing tube)와 외기와의 압력차에 의해 공기필름(air film) 형성하는 디퓨져(diffuser)로 구성되어 있다. 그러나 난류유동은 추진기관의 종류, 성능, 부하율에 따라 변화하기 때문에 본 연구의 해석모델은 공기필름을 형성하는 디퓨져만 고려하였다. 연구과정으로는 상용 전산유체역학(computational fluid dynamics, CFD) 프로그램을 사용하여 해석을 수행하였으며, 해석결과의 신뢰성 검증을 위해 기존 열 풍동 모형시험 결과와 비교·분석하였다. 그리고 해석조건은 디퓨져의 설계변수와 수준을 결정하고 다구치 직교배열을 사용하여 설정하였으며, 설계변수의 영향성 분석은 S/N비와 간이분석법을 통한 기여율을 활용하였다. 이를 통해 본 연구에서는 IRSS 성능에 영향을 주는 설계변수를 선정함으로써 함정의 적외선 스텔스 향상을 위한 폐기관의 디퓨져 설계 방안을 마련하고자 하였다.
The high temperature exhaust gas emanating from the propulsion engines and generators of naval ship along with the infrared signature emanating from metal surfaces around the heated funnel provide an easy target for infrared homing missiles. This is the main cause of low survivability of naval ships...
The high temperature exhaust gas emanating from the propulsion engines and generators of naval ship along with the infrared signature emanating from metal surfaces around the heated funnel provide an easy target for infrared homing missiles. This is the main cause of low survivability of naval ships.
To address this issue, the infrared signature can be reduced by installing an Infrared Signature Suppression (IRSS) device on navy ships. The general IRSS configuration comprises an eductor and a mixing tube, which mix with the surrounding air by forming turbulent flows, and a diffuser, which forms an air film by creating a pressure difference from outside air.
However, as the turbulent flow changes depending on the type, performance, and load of propulsion engines, only a diffuser that forms an air film was considered as an analytical model in this study.
The analysis was conducted using commercially available Computational Fluid Dynamics (CFD) software. In order to verify the reliability of the analytical results, a comparison was performed with the results obtained from an existing thermal wind tunnel model test.
In addition, the operating conditions in the analytical test were set by determining the design variables and levels of a diffuser and using the Taguchi orthogonal array. For analyzing the influence of design variables, the contribution rate was used through a simplified analysis method. Through these methods of analysis, this study aimed at designing the diffuser of an exhaust pipe to improve the infrared stealth performance of navy vessels by selecting design variables that affect IRSS performance.
The high temperature exhaust gas emanating from the propulsion engines and generators of naval ship along with the infrared signature emanating from metal surfaces around the heated funnel provide an easy target for infrared homing missiles. This is the main cause of low survivability of naval ships.
To address this issue, the infrared signature can be reduced by installing an Infrared Signature Suppression (IRSS) device on navy ships. The general IRSS configuration comprises an eductor and a mixing tube, which mix with the surrounding air by forming turbulent flows, and a diffuser, which forms an air film by creating a pressure difference from outside air.
However, as the turbulent flow changes depending on the type, performance, and load of propulsion engines, only a diffuser that forms an air film was considered as an analytical model in this study.
The analysis was conducted using commercially available Computational Fluid Dynamics (CFD) software. In order to verify the reliability of the analytical results, a comparison was performed with the results obtained from an existing thermal wind tunnel model test.
In addition, the operating conditions in the analytical test were set by determining the design variables and levels of a diffuser and using the Taguchi orthogonal array. For analyzing the influence of design variables, the contribution rate was used through a simplified analysis method. Through these methods of analysis, this study aimed at designing the diffuser of an exhaust pipe to improve the infrared stealth performance of navy vessels by selecting design variables that affect IRSS performance.
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