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표적 회피기동과 어뢰음향대항체계를 고려한 경어뢰의 효과도 분석
Effectiveness Analysis for a Lightweight Torpedo Considering Evasive Maneuvering and TACM of a Target 원문보기

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.20 no.4, 2011년, pp.1 - 11  

박정민 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  구본화 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  이영현 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  류동기 (국방기술품질원) ,  홍우영 (해군사관학교 전기전자공학과) ,  고한석 (고려대학교 전기전자전파공학과) ,  임묘택 (고려대학교 전기전자전파공학과)

초록
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어뢰 개발 단계에서는 어뢰의 성능 예측과 운용 방법 습득을 위해 효과도 분석이 실시되고 있다. 이 때 신뢰성 있는 데이터를 획득하기 위해서는 전술 상황을 실제에 가깝게 모델링한 시뮬레이션 프로그램이 필요하다. 경어뢰의 경우 잠수함을 주요표적으로 삼고 있는데, 잠수함의 어뢰 대항 수단인 회피 기동이나 어뢰음향대항체계(TACM)를 상세히 모델링해야 신뢰성 있는 효과도 분석 결과를 획득할 수 있다. 본 논문에서는 잠수함의 운동 특성을 반영하여 회피기동을 모델링하였으며 부유식 기만기, 자항식 기만기, 재머(jammer) 등 다양한 음향대항체계를 고려하여 잠수함 표적을 모델링하였다. 그리고 이러한 모델링을 통해 개발한 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 경어뢰의 효과도를 측정하고 분석하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the development phase of a torpedo, the effectiveness analysis is carried out to predict the performance and to learn how to use the torpedo. In order to obtain reliable data, it is required to model the tactical situation closely to the actual one. Because the submarine is a target of a lightwei...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 잠수함 표적의 회피 기동과 어뢰음향대항체계까지 고려한 경어뢰 교전 시뮬레이션 프로그램을 개발하고, 이를 이용해 천해와 심해 시나리오에서 어뢰의 입수 지점 및 잠수함의 음향대항체계에 따른 경어뢰의 효과도를 분석하였다. 그 결과 심해 보다 천해에서 잠수함의 음향대항체계 종류에 따라 경어뢰의 표적격침확률이 크게 차이가 나는 것을 알 수 있었으며, 수중 환경 및 잠수함의 음향대항체계 시나리오 별로 표적 탐지 및 격침에 효과적인 경어뢰 투하 지점을 도출할 수 있었다.

가설 설정

  • Mjelde(1977), 윤현규(1996), 허성필(1996), 박정민(2007) 등은 능동 음향 탐지 방식을 사용하는 어뢰에 대해 전술 변수 및 성능 변수들이 어뢰의 탐지 확률에 미치는 영향을 분석하였다. 그러나 어뢰의 종류(중어뢰/경어뢰)와 표적의 종류(수상함/수중함)를 명확하게 지정하지 않아 전술 상황이 불분명하고 어뢰와 표적이 동일 평면에 존재한다는 가정 하에 음향 모델 및 운동모델을 2차원으로 축소시켜 사용함으로써 실제 3차원 공간에서의 특성을 정확히 반영하지 못하였다. 김찬기(2001), 신지환(2007) 등은 3차원 수중 환경을 고려하여 경어뢰의 나선형 및 원형 탐색 방법의 효과도를 분석하였으나 잠수함 표적이 일정한 심도에서 직진만 하는 것을 가정하여 잠수함의 회피기동이나 어뢰음향대항체계(TACM :Torpedo Acoustic Counter Measure)의 영향이 반영되지 않았다는 단점이 있다.
  • 기만기는 한번에 1기씩 발사 가능하며 회피 기동을 위해 잠수함이 속도를 높여 최대속도에 도달하면 발사가 불가능해진다. 본 논문에서 기만기는 최대 4기까지 발사 가능하며 다음 기만기를 발사하기 위해 1분의 준비 시간이 필요한 것으로 가정하였다. 부유식 기만기는 잠수함에서 발사 된 후 그 자리에 고정되며 자항식 기만기는 자체 추진 기관을 이용해 잠수함의 회피 침로와 반대 방향으로 항진한다.
  • 이처럼 다양한 경어뢰의 발사 방법을 모두 시뮬레이션 하기는 어려우므로 본 논문에서는 경어뢰의 발사 과정에 대한 시뮬레이션은 생략하며 어뢰의 입수(入水) 시점 이후부터 고려한다. 이 때 어뢰는 잠수함으로부터 어뢰의 최대탐지거리 이내에 투하된다고 가정한다.
  • 한 쌍의 재머는 잠수함 진행 방향에서 좌우 30°, 거리 40 m에 멈추어 작동을 시작한다. 재머의 음향 신호 교란 반경은 20 m이며 지속 시간은 40초로 가정하였다(Knut Rief Armo, 2000).
  • 표적 잠수함은 세계 각국에서 널리 운용되는 연안 작전용 디젤 잠수함을 기준으로 하였으며, 배수량은 1200톤, 크기는 60×6×6 m, 최고 속도는 22 knots, 최대 잠항 심도는 약 250 m로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
효과도란? 일반적으로 어뢰를 개발할 때는 개발할 어뢰의 제원을 결정하거나 어뢰 운용 방법을 습득하기 위해 사전에 효과도 분석을 실시한다. 여기서 효과도(Effectiveness)란 특정 체계(System)의 임무가 시작되는 시점에서 정상 작동할 확률인 ‘가용도’, 임무 시작 시점에서 종료시점까지 정상 작동할 확률인 ‘의존도’, 임무의 목표를 달성할 확률인‘성능 발휘도’가 결합되어 정량적으로 산출되어지는 양이며, 체계의 성능을 나타내는 지표 역할을 한다. 이러한 효과도를 정확하고 신뢰성 있게 측정하기 위해서는 어뢰의 상세한 특성까지 파악하여 이를 반영해야 하지만, 개발 완료 전 연구 단계에서는 상세한 특성까지 알기는 어려우므로 단순하면서도 신뢰성 있는 효과도 측정 방법이 필요하다.
어뢰를 개발할 때 실시하는 것은? 일반적으로 어뢰를 개발할 때는 개발할 어뢰의 제원을 결정하거나 어뢰 운용 방법을 습득하기 위해 사전에 효과도 분석을 실시한다. 여기서 효과도(Effectiveness)란 특정 체계(System)의 임무가 시작되는 시점에서 정상 작동할 확률인 ‘가용도’, 임무 시작 시점에서 종료시점까지 정상 작동할 확률인 ‘의존도’, 임무의 목표를 달성할 확률인‘성능 발휘도’가 결합되어 정량적으로 산출되어지는 양이며, 체계의 성능을 나타내는 지표 역할을 한다.
심도 변경의 2가지 시나리오는? 심도 변경은 어뢰의 음향 탐지가 어려운 깊은 바다 속으로 내려가기 위해 실시하는데 본 논문에서는 2가지 시나리오를 고려하였다. 첫 번째 천해 시나리오는 우리나라의 서해와 같은 얕은 바다를 고려한 것으로, 여기서 잠수함은 초기에 50 m의 심도에서 기동하다가 어뢰를 발견하면 100 m의 심도로 하강한다. 두 번째 심해 시나리오는 우리나라 동해와 같은 깊은 바다를 고려한 것으로, 잠수함은 초기에 100 m의 심도에서 기동하다가 어뢰 공격을 탐지하면 최대 잠항 심도인 250 m로 하강한다. 그림 3은 잠수함의 심도 변경(하강)에 따른 운동 모습을 나타내고 있는데, 자세각을 수평(0°)에서 하향으로 조정하여 목표 심도까지 하강한 뒤, 다시 자세각을 수평으로 재조정하여 심도 변경을 완료하게 된다.
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참고문헌 (12)

  1. 고용석(1994), "유도탄 수중 발사 체계 효과도 분석 기법 연구", 국방과학연구소 기술보고서, NWSD-719-941041. 

  2. 구본화, 이영현, 박정민, 정석문, 홍우영, 김우식, 임묘택, 고한석(2009), "회피기동에 강인한 수상 항적 탐색 방법", 한국군사과학기술학회지, 제12권, 제1호, pp. 8-17. 

  3. 김찬기, 이심용(2001), "경어뢰의 원형/나선형 탐색 효과도 분석", 국방과학연구소 기술보고서, NSDC-519-010002. 

  4. 박정민, 구본화, 홍우영, 고한석, 임묘택, 김우식(2007), "표적의 회피 기동 및 기만기를 고려한 음향 유도 어뢰의 효과도 분석", 2007년도 한국음향학회 학술발표대회 논문집, 제26권, 제1(s)호, pp. 41-46. 

  5. 박정민(2008), "음향 유도 어뢰의 효과도 분석", 석사학위 논문, 고려대학교. 

  6. 신지환(2007), "교전수준 어뢰체계 표준모델 개발 방안 연 구",한국시뮬레이션학회 논문지, 제16권, 제3호, pp. 19-28. 

  7. 윤현규(1996), "어뢰 탐지 효과도 분석 기법 연구", 국방과학연구소 기술보고서, NWSD-519-960331. 

  8. 이영현, 박정민, 송태엽, 구본화, 임묘택, 고한석, 정석문, 홍우영(2009), "음향/항적 융합 추적 대잠어뢰의 효과도 분석", 한국군사과학기술학회 2009년 종합학술대회 논문집, pp. 534-537. 

  9. 최성환, 송광섭, 허성필, 이상용, 김연선, 이형욱(1995), "함정 회피 확률 분포의 최적화 기법 연구," 국방과학연구소 기술보고서, NWSD-417-950227. 

  10. 최성환, 허성필, 정석문, 신성철(1999), "어뢰 대항 전술 개발을 위한 알고리즘 연구(I)", 국방과학연구소 기술보고서, NWSD-413-990150. 

  11. A. Mjelde (1977), "A Homing Torpedo : The Effect of the Tactical Situation and the Torpedo Parameters on the Torpedo Effectiveness", Master Thesis, Naval Postgraduate School (USA). 

  12. Knut Rief Armo (2000), "The Relationship Between a Submarine's Maximum Speed and It's Evasive Capability", Master Thesis, Naval Postgraduate School (USA). 

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