[논문]1D CCM 탄도수정 성능예측 및 알고리즘 구현 연구

김기표

1D CCM 탄도수정 성능예측 및 알고리즘 구현 연구
A Study on Course Correction Performance Expectation & Algorithm Implementation of 1D CCM 원문보기

The trajectory of an current artillery munition is subject to a variety of different error sources resulting in more or less big deviation from the nominal predicted flight path. The 1D CCM(Course Correction Munition) has appeared to solve this problem and the mechanism of 1D CCM is a simple and low cost one using the influence of drag to range behavior of an artillery munition. In the paper 1D CCM concept has been simulated using wind tunnel experiment results of the specified Korean munition with CCF(Course Correction Fuze) and calculated the performance of its rang error reduction. From the simulated results it can be numerically explained that the possibility of adaptation of 1D CCM concept to Korean artillery munitions.

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문제 정의

국내에서는 Metal형 탄도 수정 신관의 설계 제작 및 비행 시험을 통해 1D 탄도 수정탄에 대한 특성 연구를 수행한 바 있으며, (3) 본 논문에서는 국내에서 설계 제작된 1D 탄도 수정 신관과 현용 K3xx 탄에 대한 풍동 실험결과를 바탕으로 탄도 수정 개념의 모델링 및 1D 탄도 수정 신관의 유형별 탄도 수정성능을 예측 비교 분석하였으며, 탄도 수정 알고리즘 구현 방법에 대해 고찰하였다.

제안 방법

그림 2는 K3xx 155미리야포탄의 축소모델이며 그림 3은 1D 탄도 수정 신관이 체결된 K3xx 탄의 풍동 실험 장면이다. 국과 연삼중 음속 풍동에서 Mach Number 0.7~3.0의 조건에 대하여 수행하였다.
그림 1의 항력 브레이크 3가지 유형별 탄도 수정 특성을 알아보기 위하여 각 항력 브레이크의 항력 증가 계수 자료를 바탕으로 사거리 방향 탄도 수정 성능을 시뮬레이션을 통해 비교분석하였다.
그림 5에서 직경이 90m皿인 Disk90, 직경이 120mm 인 Diskl20 그리고 직경이 158mm인 4 Baffle 형태의 항력 증가 계수 값을 K3xx 탄약의 항력 브레이크 전개 시간 이후의 항력 계수로 적용하였다.
우선 각 사거리 오차에 대한 항력브레이크 전개 시간을 식 (11)을 이용하여 계산한 결과 조건 1, 2, 3의 각 경우에 대하여 발사 후 18.5초, 24초, 47초를 항력 브레이크 전개 시간으로 설정하였다.
탄도 수정탄의 개념을 K3xx 탄에 적용하기 위하여 K3xx의 공력 계수를 탄도 식 (1)~(12)에 대입하여 모델링 및 시뮬레이션을 수행하였으며, 항력 브레이크는 그림 5의 항력 증가 계수 자료를 바탕으로 일정 시간에 탄의 비행 항력을 증가시키는 방법으로 탄도 수정 개념을 구현하였다.
탄속 811m/s, 고각 800mil의 발사 조건에서 위의 3가지 유형별로 그 전개 시간을 발사 후 40초, 50초, 60초, 70초, 80초로 설정하여 시뮬레이션을 하였다. 그림 8~1。에서 보는 바와 같이 항력 브레이크가 없는 경우(w/o CCF) 비행 시간이 약 90초이고 사거리가 약 28km였으나, 발사 후 항력 브레이크 전개 시간에 따른 사거리 감소 영향을 확인할 수 있다.
0 이상에서 탄속에 비례하여 증가하는 경향을 보인다. 탄속에 대한 항력 증가 계수를 입력 값으로 하여 항력 변화 영향을 모델링하였다.
표 4와 같이 발생되어진 오차에 대하여 직경이 90mm인 항력브레이크의 탄도 수정 거리를 추정 한식 (11)을 이용하여 탄도 수정탄의 개념을 적용해 보았다.

대상 데이터

실험이다. 그림 1은 시험에 이용한 항력 브레이크로서 왼쪽에서부터 직경 90mm, 120mm인 Disk형 항력 브레이크 (Drag Break), 직경 158.2mm의 Baffle형 항력 브레이크의 실험모델 사진이다. 그림 2는 K3xx 155미리야포탄의 축소모델이며 그림 3은 1D 탄도 수정 신관이 체결된 K3xx 탄의 풍동 실험 장면이다.
오차를 포함한 실제 탄도를 시뮬레이션하기 위하여 K3xx 탄을 대상으로 표 4의 3가지 발사 조건에 대하여 아래에 표시된 오차 조건을 포함하였다.

데이터처리

모델링의 신뢰성 확인을 위해 그림 7에서 보는 바와 같이 국내에서 설계 제작된 Baffle형 탄도수정 신관을 K3xx에 적용한 최종 비행 시험(Flight Test)(3) 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하여 표 2에 나타내었다.
위의 식을 이용하여 그 결과를 확인하기 위해 M107 탄의 공력자료를 입력하여 시뮬레이션 한 결과와 탄도해석 상용 프로그램인 PROD AS 의 결과와 비교하였다. 그 결과 표 1과 같이 사거리에 대하여 약 1% 의 오차범위 내에서 만족할만한 결과를 얻을 수 있었

성능/효과

본 논문에서는 항력 브레이크를 현용 K3xx 탄에 적용한 모델의 풍동 실험 결과로부터 항력 브레이크의 특성별 탄도 수정 성능을 정량적으로 예측하였고, 실제 포발사 환경에서의 오차를 고려한 탄도 수정 탄의 정확도 개선 효과를 확인할 수 있었다.
위와 같이 사거리가 증가하는 방향으로 오차 조건을 입력하여 시뮬레이션을 수행한 결과 표 4에서 보는 바와 같이 조건 1에서는 161m, 조건 2에서는 213m, 조건 3에서는 406m의 사거리가 증가 오차가 발생하였음을 확인할 수 있었다.
탄도 수정이 없는 경우(w/o CCF) 사거리가 증가할수록 161m에서 406m로 오차가 증가하였으나, 탄도 수정 개념을 적용한 경우(w CCF) 오차가 10m 내외로 28km 사거리 전 구간에 대하여 일정한 값을 유지함을 확인할 수 있다.
항력 브레이크 전개 시간이 빠를수록 사거리 감소량이 크며, Disk 90, Disk 120, 4 Baffle 형의 순서로 직경이 클수록 사거리 감소 효과가 커짐을 확인할 수 있다.

후속연구

오차를 보상하는 방법이다. 기존의 현용탄에 탄도 수정 신관을 체결함으로써 저렴한 비용으로 표적에 대한 사거리의 타격 정확도를 개선시킬 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 국내에서는 현재 포발사 환경에 견딜 수 있는 GPS 수신 장치 및 관련 전자 부품의 소형화 및 내고충격화 기술 수준이 미흡한 실정이다.

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