자유전단류(Shear free flow) 가정을 이용한 수상함 항적모델을 잠수함에 적용 결과 잠수함 난류항적 지름은 $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n\;<{\frac{1}{2}})$ 에 비례하였으며, 난류항적의 최소 확산을 가정할 때(${\sigma}=50.25$, 즉 ${\infty}\;x^{1/5}$인 경우), 길이65m, 폭 6.5m 속력 6kts 인 잠수함의 난류항적 반지름은 잠수함 함미로부터 1.2Km 후방에서 약 20m, 10Km 후방에서는 약 30m에 달하였고, 해수면에서 관측 가능한 잠수함 난류항적은 잔잔한 해상상태에서 잠수함 후방 약 15Km에 이르는 것으로 나타났으나 쇄파가 발생하는 악천후에서는 해수면에서 난류항적을 관측하기는 매우 제한되었다. 이는 적어도 서해와 같이 얕은 잠수함 작전환경에서는 잠수함 난류항적이 해수면에서 나타나는 것을 의미하며 SAR와 같은 탐지체계를 이용 시 탐색 가능함을 의미한다.
자유전단류(Shear free flow) 가정을 이용한 수상함 항적모델을 잠수함에 적용 결과 잠수함 난류항적 지름은 $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n\;<{\frac{1}{2}})$ 에 비례하였으며, 난류항적의 최소 확산을 가정할 때(${\sigma}=50.25$, 즉 ${\infty}\;x^{1/5}$인 경우), 길이65m, 폭 6.5m 속력 6kts 인 잠수함의 난류항적 반지름은 잠수함 함미로부터 1.2Km 후방에서 약 20m, 10Km 후방에서는 약 30m에 달하였고, 해수면에서 관측 가능한 잠수함 난류항적은 잔잔한 해상상태에서 잠수함 후방 약 15Km에 이르는 것으로 나타났으나 쇄파가 발생하는 악천후에서는 해수면에서 난류항적을 관측하기는 매우 제한되었다. 이는 적어도 서해와 같이 얕은 잠수함 작전환경에서는 잠수함 난류항적이 해수면에서 나타나는 것을 의미하며 SAR와 같은 탐지체계를 이용 시 탐색 가능함을 의미한다.
The width of a submarine's turbulent wake, using Shear-free and Ship wake theory, is proportional to $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n<{\frac{1}{2}})$ If we assume submarine's length, width, velocity are 65m, 6.5m, 6kts respectively, and the minimum diffusion of turbulent...
The width of a submarine's turbulent wake, using Shear-free and Ship wake theory, is proportional to $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n<{\frac{1}{2}})$ If we assume submarine's length, width, velocity are 65m, 6.5m, 6kts respectively, and the minimum diffusion of turbulent wake ; ${\infty}\;x^{1/5}$, the width of wake behind the submarine is about 20m at 1.2km, 30m at 15km when there is no breaking waves on the sea surface. However, in the case of breaking waves, it is very limited to identify submarine's wake on the sea surface because wind generated turbulent wake has higher turbulent kinetic energy than that of submarine's wake. As a result, there is a high possibility to detect submarine's wake on the sea surface in the shallow water such as the Yellow-Sea using a proper detection method such as SAR. This means that in anti-submarine operations, non-acoustic sea surface serveillance applied turbulent wake will be very effective way to detect a submarine in near future. To do this we have to develop exact theory of submarine's turbulent wake above all.
The width of a submarine's turbulent wake, using Shear-free and Ship wake theory, is proportional to $x^n,\;({\frac{1}{5}}{\leq}n<{\frac{1}{2}})$ If we assume submarine's length, width, velocity are 65m, 6.5m, 6kts respectively, and the minimum diffusion of turbulent wake ; ${\infty}\;x^{1/5}$, the width of wake behind the submarine is about 20m at 1.2km, 30m at 15km when there is no breaking waves on the sea surface. However, in the case of breaking waves, it is very limited to identify submarine's wake on the sea surface because wind generated turbulent wake has higher turbulent kinetic energy than that of submarine's wake. As a result, there is a high possibility to detect submarine's wake on the sea surface in the shallow water such as the Yellow-Sea using a proper detection method such as SAR. This means that in anti-submarine operations, non-acoustic sea surface serveillance applied turbulent wake will be very effective way to detect a submarine in near future. To do this we have to develop exact theory of submarine's turbulent wake above all.
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문제 정의
특히 지난 천안함 사건과 같이 북한의 잠수함 위협 상존하고 있는 안보현실과 해양 환경에 따라 음향 탐색의 신뢰도가 제한된다는 점을 고려할 때, 국내에서도 비 음향신호로서 난류항적을 이용한 해수면 광역 실시간 잠수함 탐색에 대한 연구가 무엇보다 필요하나 앞서 언급하였듯이 국내 난류항적에 대한 연구가 사실상 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존에 알려진 수상함 항적 모델을 잠수함에 적용함으로써 잠수함 항적의 확산 범위 및 에너지 준위를 살펴보고 이를 통해 잠수함 난류항적에 대한 개괄적인 해수면 탐색 가능성에 대하여 알아보고자 한다.
이상의 결과는 현재의 잠수함 탐색이 음향 및 레이더를 이용한 국지적 잠수함 탐색에서. SAR와 같은 영상 수단을 동원할 경우 실시간 해수면 광역탐색으로 확대될 수 있음을 의미한다.
가설 설정
난류항적은 비선형 시스템으로서 무수히 많은 자유도가 존재하기 때문에 문제해결을 위한 가정을 필요로 한다. Naudascher[15], Milgram[8] 등에 의하면, 자유전단류(Shear free) 모델은 수상함 항적을 기술함에 있어 훌륭한 가정이라 할 수 있으며 다음과 같다.
제안 방법
수상함에 대한 항적모델 연구는 Hasselmann[12], Snyder[13], Milgram[8], Benilov[14] 등을 들 수 있다. 본 장에서는 Benilov의 연구방법론을 따라서 난류항적을 기술하고, 다음 장에서 잠수함에 적용함으로써 잠수함 난류항적의 해수면 분포 가능 범위에 대하여 알아보기로 한다.
성능/효과
의 값을 나타내고 있다 그림6.(a)는 쇄파가 없는 잔잔한 해상상태로서 해수면에서 탐색 가능한 잠수함 항적의 길이는 약 15Km임을 보여 준다. 반면 그림6 (b)와 같이 쇄파가 발생하는 경우 해수면에서의 잠수함 항적탐색은 매우 제한됨을 알 수 있다.
후속연구
현재의 잠수함 탐지체계가 대부분 음향에 의존하고 천안함 사건과 같이 잠수함을 이용한 북한의 도발 위협이 증가하고 있는 현실 그리고 이미 14개 국가가 SAR 체계를 개발 운용하고 있음을 고려할 때 우리나라에서도 난류항적 및 SAR를 이용한 잠수함 광역 감시체계의 개발은 필수적이며, 이를 위해 잠수함 항적난류를 정확히 기술할 수 있는 항적 모델 개발이 시급하다. 언급하였듯이 본 연구는 수상함 항적모델을 잠수함에 그대로 적용하였다는 한계를 갖고 있다. 하지만 잠수함 난류항적에 대한 개괄적 이해에는 무리가 없다고 판단하며 본 논문을 계기로 국내에서도 잠수함 항적난류에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되길 희망한다.
언급하였듯이 본 연구는 수상함 항적모델을 잠수함에 그대로 적용하였다는 한계를 갖고 있다. 하지만 잠수함 난류항적에 대한 개괄적 이해에는 무리가 없다고 판단하며 본 논문을 계기로 국내에서도 잠수함 항적난류에 대한 관심과 연구가 활발히 진행되길 희망한다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
원격 감시체계는 어떤 분야의 연구에 지대한 공헌을 하였는가?
원격 감시체계를 이용한 해수면 물리현상 연구는 1980년대 중반부터 본격적으로 이루어졌다. 원격 감시체계는 해수면의 광학영상 및 레이더 또는 자외선 영상을 제공함으로써 광대역 해양 표면연구[1]를 가능하게 하였을 뿐 아니라, 해수면의 온도분포[2], 해양 표면 해류[3], 해수면 상의 바람 분포[4], 해수면상의 생물 분포 연구[5]등에 지대한 공헌을 하였다. 특히 고 분해능 합성 개구면 레이더 (SAR : Synthetic Aperture Radar)에 의해 제공되는 해수면 레이더 영상은 수상함 항적(Ship Wake)을 식별 가능케 함으로써 항적탐색[6]-[8]이라는 새로운 학문분야를 개척 하였다.
원격 감시체계를 이용한 해수면 물리현상 연구가 본격적으로 이루어지게 된 시기는 언제부터인가?
원격 감시체계를 이용한 해수면 물리현상 연구는 1980년대 중반부터 본격적으로 이루어졌다. 원격 감시체계는 해수면의 광학영상 및 레이더 또는 자외선 영상을 제공함으로써 광대역 해양 표면연구[1]를 가능하게 하였을 뿐 아니라, 해수면의 온도분포[2], 해양 표면 해류[3], 해수면 상의 바람 분포[4], 해수면상의 생물 분포 연구[5]등에 지대한 공헌을 하였다.
합성 개구면 레이더 영상에서 수상함 항적이 주변과 대비되는 검은 흔적으로 나타나는 이유는 무엇인가?
과 같이 밝은 주변과 대비되는 검은 흔적으로 나타나며 그 이유는 다음과 같다. 해수면에 존재하는 수 cm 크기의 수면파 (short waves)들은 SAR 신호를 난반사시킴으로써 밝은 영상으로 표현된다. 이에 반해 수상함이 생성하는 난류는 해수면 표면장력을 변화시킴으로써 수면파를 소멸[7],[8] 하는 역할을 함으로써 수상함 항적은 상대적으로 주변과 대비되는 검은 영상으로 나타나게 된다.
참고문헌 (20)
Stewart, "Methods of Satellite Oceano- graphy", Univ. of California Press, Berkely, 1985.
Minnett, "The Regional Optimization of Infrared Measurement of Sea Surface Temperature from Space", J. Geophysical Research, Vol. 95, No. C8, pp 13497 - 13510, 1990.
Shemer, Maron and Markman, "Estimates of Currents in the Nearshore Ocean Region using interferometric Synthetic Aperture Radar", J. Geophysical Research, Vol. 98, No. C4 pp 7001 - 7010, 1993.
Milgram, Peltzer, Griffin, "Suppression of Short Sea waves in Ship Wake Measurements and Observations", J. Geophysical Research, Vol. 98, No. C4, pp 7103 - 7114, 1993.
Milgram, Skop, Peltzer, Griffin, "Modeling Short Wave Energy Distributions in the Far Wakes of Ships", J. Geophysical Research, Vol. 98, No. C4, pp 7115-7124, 1993.
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