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문제 정의
- 본 논문에서는 관통탄에 의한 효과를 중심으로 취약 확률 계산 과정을 제시하였다. 그러나 실제 전투 환경에서는 관통탄에 의한 효과보다는 폭발 효과에 따른 압력파 및 충격파에 의한 취약성 평가가 고려되어야한다.
- 본 논문은 함정 생존성 요소 중 취약성 평가를 위한 절차정리하고 예제를 제시하였다. 특히 COVART 모델에서 사용하는 관통 효과를 취약 면적에 반영하기 위한 절차를 중심으로 설명하였다.
- 위협 무기의 효과도는 크게 폭발에 대한 압력과 파편에 의한 관통 여파로 구분할 수 있다. 본 연구는 우선 파편에 의한 효과도 만을 고려하였다. 앞서 언급한 것과 같이 취약면적 기반의 평가 방법에 관통 효과 및 관통선을 적용하여 취약성을 평가하는 절차를 제시하였다.
- 본 연구는 취약면적 기반의 평가 절차에 탄두 특성에 따른 관통 효과를 반영하고자 한다. 피격선(shotline) 별로 관통자(Penetrator)에 따른 각 구성품의 피격 여부를 판단하기 위한 절차를 제시함으로써 취약 면적 기반 방법을 개선하고자 한다.
- , 2007). 충격파와 압력파에 의한 구조 손상이 함정에 치명적이지만, 효과도 분석에 많은 계산시간과 해석이 필요하므로, 본 연구는 우선 관통에 의한 효과만을 고려하여 예제를 정립하고자 한다.
- 본 논문은 함정 생존성 요소 중 취약성 평가를 위한 절차정리하고 예제를 제시하였다. 특히 COVART 모델에서 사용하는 관통 효과를 취약 면적에 반영하기 위한 절차를 중심으로 설명하였다.
- 본 연구는 취약면적 기반의 평가 절차에 탄두 특성에 따른 관통 효과를 반영하고자 한다. 피격선(shotline) 별로 관통자(Penetrator)에 따른 각 구성품의 피격 여부를 판단하기 위한 절차를 제시함으로써 취약 면적 기반 방법을 개선하고자 한다. 다만, 피격선을 가진 파편의 관통 효과를 대상 무기로 가정하였다.
가설 설정
- (1) 위협 무기 선정: 본 예제는 근접 폭발 (Proximity blast)효과를 가진 무기의 피격을 가정하였으며, 폭발 탄의 피격 횟수는 단발 (Single shot)로 가정하였다. 여기에 근접 폭발 시 폭발 압력에 따른 손상 여파는 고려하지 않고 폭발 시 발생하는 파편에 대하여 손상여파를 평가하였다.
- Fig. 3은 주요 구성 요소를 결정한 후에 진행되는 취약성 평가 절차에 필요한 데이터 및 생성 과정을 간략하게 표현하고 있으며, 각 구성 요소의 취약 확률은 LFT&E를 통하여 이미 주어진 것으로 가정하였다.
- 각 단품의 취약면적 또는 취약확률은 무기 체계의 종류, 효과도에 따른 추적된 자료가 필요하다. 그러나 본 연구의 대상이 되는 함정 재료 및 무기 체계에 따른 취약면적 실험식은 주어지지 않은 상태이기 때문에 Pei, et al. (2009)이 언급한 바와 같이 취약 면적의 값은 상수로 가정하였으며, 구성품의 총면적(Ap)의 약 80%를 취약면적 (Av)으로 가정하였다. 상기 미비점은 LFT&E를 통하여 얻은 값 또는 공개된 활용 가능한 값을 확보하여야만 해결될 수 있을 것으로 판단된다.
- (4) 주요 구성품(Critical or vital component) 정립: 주요 구성품은 함정의 임무 수행과 연관된 구성품들을 결정하는 단계로서 FMEA와 FTA를 통해 얻은 결과로부터 함정 임무 수행과 연관된 기능들의 상실에 영향을 미칠 수 있는 구성품을 주요 구성품으로 정하였다. 다만, 본 연구는 문제의 단순화를 위해서 엔진구역 피격 시에 fuel oil system, engine, propeller, gear box 가 Mission Denial Kill Level에 영향을 미치는 주요 구성품으로 가정하였다.
- 피격선(shotline) 별로 관통자(Penetrator)에 따른 각 구성품의 피격 여부를 판단하기 위한 절차를 제시함으로써 취약 면적 기반 방법을 개선하고자 한다. 다만, 피격선을 가진 파편의 관통 효과를 대상 무기로 가정하였다.
- 함정의 구성품은 피격(Hit)에 의하여 손상을 입을 수 있으나, 손상된 모든 구성품이 함정의 임무수행에 영향을 미치는 것은 아니다. 따라서 손상되었을 경우 Kill Level에 영향을 미치는 것만을 주요 구성품 (또는 핵심 구성품)으로 정의하며, 취약성 및 생존성에 영향을 주는 것으로 가정한다. 주요 구성품 정립 과정은 Table 3에 요약한 것과 같이 손상 모드 분석 (FMEA), 결함수 분석(FTA)를 거쳐서 주요 구성품을 결정한다.
- MOTISS™ (Chung & Kwon, 2008a)는 구성품의 형상을 AABB(Axis Aligned Bounding Box) 방법으로 정의하고 있으며, Survive도 단순한 직사각형 형태로 구성품을 단순화시켜 표현하고 있다 (Chung & Kwon, 2008b). 본 연구도 구성품의 엄밀한 3차원 형상 대신 직사각형으로 단순화 할 수 있다고 가정 하였다.
- 본 연구에서 대상으로 삼은 예제는 잉여(Redundancy)를 가진 장비가 비겹침(Non-overlap)으로 존재하는 시스템으로 가정하였다 (Fig. 17). 식(6)는 피격된 i-번 구성 요소의 취약성(Pk/h,i)을 고려하여 대상 시스템의 취약확률(PK/H)을 구하기 위한 식이다.
- 5는 함정의 SWBS 체계 일부를 보이고 있다. 본 연구에서는 SWBS 분류 체계 중 추진시스템의 일부 구성품을 가정하여 고장및 손상 모드(FMEA) 해석을 수행하였으며, 이 결과를 Fig. 6에 정리하였다. FMEA를 수행 절차는 Ball (2003)과 Xu, et al.
- 다음 단계는, 피격 후 함정 또는 구성품에 손상이 발생할 경우에 함정의 임무 수행 정도에 따른 취약 정도(Kill Level)을 정의하여야 한다. 본 연구에서는 함정이 가진 임무는 기능적인 역할을 기준으로 크게 두 가지로 가정하였다. 첫째는 ‘항해(Navigation)’ 기능이고, 다른 하나는 각 함정에 부여되는 전투 및 탐지 등의‘설계 임무(Design Mission)’로 정의하였다.
- 9 및 관통식에서 언급한 바와 같이 피격 선에 놓인 구성품을 대상으로 관통 여부를 판단해야 한다. 본 예제에서는 앞서 결정한 파편 수를 바탕으로 Fig 14와 같이 기관실을 관통하는 방향으로 탄이 이동하는 피격선을 가정하고 관통식을 적용하였다.
- 생성되는 총 파편 수는 70개, 폭발 지점과의 거리(r)는 80m, 폭발 시 파편의 진행 방향(θ)은 40°(Radian=0.7)로 가정하였다.
- 6은 추진시스템을 구성하는 구성품이 피격으로 인하여 손상을 받았을 경우에 발생 되는 고장 유형을 비롯하여 연관된 다른 구성품에 미치는 영향과 이에 따른 단계적인 고장 모드를 나타내고 있다. 예를 들어 기어 박스 피격에 따른 고장 발생 시 엔진에서 발생되는 동력을 프로펠러로 전달해 줄 수 없으며 이에 따른 고장여파는 추진력의 상실을 비롯하여 최종적으로는 조종불가 상태인 Mission Denial Kill Level로 이어지는 것으로 가정하였다. Fig.
- 15와 같다. 탄두의 초기 충돌 속도는 Table 7에 추정한 위협무기의 이동속도와 동일하다고 가정하였으며, 선체 외판과 엔진 외벽의 두께는 각각 15mm, 5mm로 가정하였다.
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