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공대지 폭탄용 유도키트 설계
Design of a Guidance Kit for Air-to-Surface Bomb 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.16 no.6, 2013년, pp.733 - 738  

이대열 (국방과학연구소) ,  이인원 (국방과학연구소) ,  조재호 (국방과학연구소) ,  김용빈 (국방과학연구소) ,  주현준 (국방과학연구소) ,  정나현 (국방과학연구소) ,  박준성 (국방과학연구소)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A guidance kit transforming a general purpose bomb into an air-to-surface gliding bomb was developed. This guidance kit consists of a flight kit and a tail kit. Flight kit contains deployable wing, GPS/INS integrated navigation system, guidance and control system. Also this guidance kit was designed...

주제어

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제안 방법

  • 또한 활공탄이 투하된 후 플래퍼론을 구동시키는 모터가 날개 안에 조립돼야 하므로, 에어포일의 최대 두께를 18% 두께로 수정한 후 Fig. 2의 (b)와 같이 양항비를 비롯한 여러 가지의 공력특성을 비교분석하여 운용개념에 가장 적합한 에어포일을 최종 선정하였다.
  • 단열상자의 효과를 검증하기 위해 전원공급장치를 환경챔버에 넣고 저온성능시험을 수행하였다. 환경챔버 내부의 온도가 영하 50도일 때 전원공급장치 내부의 온도는 영하 6.
  • 명령통신장치는 조종사가 휴대하는 무선통신장치이므로 MIL-STD-810과 RTCA/DO-160에 의한 환경시험을 통하여 모든 요구조건을 충족시킴을 확인하였다. 또한 MIL-STD-464A에 의하여 우리 공군에서 운용하고 있는 전투기 기종별 지상 정상절차 조건에서 Intra-system EMC/RFC 시험을 하였다. 유도키트와 명령통신장치를 동시에 운용하는 이 시험을 통하여 의도하지 않은 전자기 상호작용이 발생하지 않음을 확인하였으며, 사용하고자 하는 무선 주파수가 다른 장비의 사용 주파수와 간섭을 일으키지 않음으로써 사용 적합 판정을 받았다.
  • 또한 이 전원공급장치에는 회로차단기를 이용한 전원스위치 및 상태 표시등이 있으며, 점검자는 상태 표시등을 통하여 충전 상태를 확인할 수 있도록 하였다.
  • 이 활공탄을 우리 공군이 운용하고 있는 모든 전투기에 장착할 수 있도록 하기 위하여 기본적인 14인치 러그(Lug)를 비행보조키트 윗부분에 반영하였으며, 원래의 일반목적폭탄이 갖고 있는 러그 위치와 동일하도록 비행보조키트의 내부 구성품 위치 및 크기들을 조정하여 무게중심이 러그 사이에 있도록 설계하였다.
  • 전지 특성상 온도에 의한 영향을 많이 받는데, 활공탄이비행하는 고도가 높으므로 대기온도가 매우 낮은 환경에서 전원공급장치의 성능에 문제가 없어야 한다. 이를 해결하기 위해 Fig. 6에 보여진 바와 같이 리튬폴리머 2차전지를 단열상자에 넣고 진동 및 충격에 견딜 수 있도록 제작하였다.
  • 일반목적폭탄을 항공기의 기계적, 전기적 개조없이공대지 활공탄으로 활용할 수 있도록 해주는 유도키트를 국내 최초로 개발하였다. 이 유도키트는 비행보조키트와 꼬리날개키트로 구성되어 있으며, 비행보조키트에는 전개식 주날개를 비롯하여 유도조종장치, GPS/ INS 통합항법장치, 전원공급장치 등이 포함되어 있다.
  • 자체 추진력이 없는 활공탄의 특성상 비행속도를 증가시켜야 할 때에는 고도를 하강시켜 위치에너지를 속도에너지로 변화시키도록 하였으며, 속도를 측정할 수 있는 장치 대신에 바람을 추정할 수 있는 알고리즘을 개발하여 적용하였다. 바람추정알고리즘[5]에 따라 활공탄은 최대 활공비의 속도를 기준으로 비행 중 실속에 진입하지 않고 고도별 최적 활공속도를 따라 자율비행할 수 있게 설계되었다.
  • 이 유도키트는 비행보조키트와 꼬리날개키트로 구성되어 있으며, 비행보조키트에는 전개식 주날개를 비롯하여 유도조종장치, GPS/ INS 통합항법장치, 전원공급장치 등이 포함되어 있다. 조종사는 임무계획장비를 사용하여 필요한 임무자료를 산출하고 명령통신장치로 다운받은 후 무선통신기능을 이용하여 임무자료를 유도키트로 전송한다.
  • 7에 임무계획장비의 인터페이스 구성을 나타내었다. 조종사는 임무지역까지의 이동경로뿐만 아니라공격목표물을 효과적으로 파괴하기 위한 활공탄의 경로점을 설정하고 최적의 궤적을 도출한 후 이를 수행하기 위한 활공탄 투하가능영역을 산출한다. 이렇게 만들어진 최종 임무계획자료를 휴대형 명령통신장치에 옮겨 담아 전투기가 있는 곳으로 이동한다.
  • 조종사의 편의성을 고려한 그래픽 사용자 인터페이스(GUI : Graphic User Interface)로 설계되어 비행 중 비행보조키트의 비행제어장치에 내장된 자료송수신보드와 실시간으로 연동하면서 임무전달, 임무확인, 표적변경, 투하제원 및 비행정보 시현, 그리고 비행보조키트 상태의 정상 또는 비정상 확인 등 무선 데이터 송수신 기능을 수행한다.
  • 활공탄이 투하된 직후 가능한 한 빨리 비행자세를 안정시키기 위하여 날개의 전개를 2단계로 구분하였다. 항공기로부터 활공탄이 투하되면, 장전선에 의한 날개의 구속이 풀리고 압축스프링의 팽창에 의하여 최단시간 내에 1단 전개가 진행된다.

대상 데이터

  • 이에 따라 Fig. 2의 (a)에 보이는 바와 같이 천음속 에어포일 RAE2822, SC20412, GIIId, NLR7301, CAST102를 대상 후보로 선정하였다. 또한 활공탄이 투하된 후 플래퍼론을 구동시키는 모터가 날개 안에 조립돼야 하므로, 에어포일의 최대 두께를 18% 두께로 수정한 후 Fig.
  • 전원공급장치는 유도키트의 소요전원을 공급하기 위한 장치로서 리튬폴리머 2차전지를 사용하였다. 이 전원공급장치는 활공탄에 있어서 유일한 전원 공급원이기 때문에 활공탄이 착탄할 때까지 모든 장치에 필요로 하는 전력을 일정하게 공급할 수 있어야 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
유도조종장치는 무엇인가? 유도조종장치는 활공탄이 투하되자마자 자세안정화가 이루어지는 초기유도, 비행 중 최적 활공속도를 유지하는 중기유도, 그리고 활공탄이 공격목표물을 정확하게 타격하도록 하는 종말유도를 가능하게 하는 장치이다.
일반목적폭탄을 정밀하게 유도하는 유도키트는 어떤 성능을 갖도록 설계되었는가? 이 유도키트는 항공기와의 전기적, 기계적 인터페이스 없이 운용할 수 있으며, GPS/INS 통합항법장치 및유도조종장치에 의한 높은 정확도 구현과 무동력 활공을 가능하게 함으로써 조종사 및 항공기의 생존성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 성능을 갖도록 설계되었다[3].
일반목적폭탄에 장착하는 유도키트는 어떤 것을 포함하는가? 1에 나타내었다. 유도키트는 비행보조키트와 꼬리날개키트로 구성되어 있으며, 비행보조키트에는 전개식 날개를 비롯한 통합항법장치, 유도조종장치, 전원공급장치 등이 포함되어 있다.
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참고문헌 (5)

  1. 이호근, 이대열, "공대공 GPS 유도폭탄 개발 및 기술현황", 국방과학연구소 연구보고서, MADC-501-020819, 2002. 

  2. Polites M., Lin C. F., and Wise K., "Recent Events in Guided, Navigation and Control in Weapons and Missile", AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference and Exhibit, pp. 14-17, Denver CO., U.S.A. 2000. 

  3. 이기두, 이인원, 백승욱, "공대지 폭탄용 유도키트 개발", 한국항공우주학회 2012년도 추계학술대회 논문집, pp. 415-420, 2012. 

  4. 신동호, 박덕배, 권승복, 손석보, "속도보정기법의 재밍대응 성능 검증을 위한 실험실 및 지상시험 방안", 한국항공우주학회 2008년도 추계학술대회 논문집, pp. 570-573, 2008. 

  5. 이은용, 홍진성, 이광현, "바람추정필터를 적용한 GPS 유도비행체의 제어법칙 설계", 한국항공우주학회 2010년도 춘계학술대회 논문집, pp. 662-665, 2010. 

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