본 연구에서는 첨단 함형에 레이더 반사면적 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, 레이더 반사면적에 영향을 주는 요소, 레이더 반사면적을 최소화 하는 방안, 표적의 특수 재질 물성에 대한 레이더 반사면적의 변화 영향을 고찰하였다. DDG-1000 type 첨단 함형의 함정 고각별 레이더 반사면적 해석 결과 고각이 10도 높아짐에 따라서 RCS 평균값이 23.91 dBsm 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 함정 상부구조물의 경사각이 6도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 1.27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 마지막으로 상부구조물 앞면과 뒷면에 전파흡수체를 부착한 경우 RCS 평균값이 2.27 dBsm 감소 하는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 첨단 함형에 레이더 반사면적 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, 레이더 반사면적에 영향을 주는 요소, 레이더 반사면적을 최소화 하는 방안, 표적의 특수 재질 물성에 대한 레이더 반사면적의 변화 영향을 고찰하였다. DDG-1000 type 첨단 함형의 함정 고각별 레이더 반사면적 해석 결과 고각이 10도 높아짐에 따라서 RCS 평균값이 23.91 dBsm 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 함정 상부구조물의 경사각이 6도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 1.27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 마지막으로 상부구조물 앞면과 뒷면에 전파흡수체를 부착한 경우 RCS 평균값이 2.27 dBsm 감소 하는 것을 확인하였다.
In this paper, Radar cross section (RCS) calculations of advanced naval vessels model with RCS reduction methods are simulated and RCS results are discussed. Especially, this paper are mainly focusing on the facts influencing on RCS, the ways minimizing RCS and material characteristics of RCS changi...
In this paper, Radar cross section (RCS) calculations of advanced naval vessels model with RCS reduction methods are simulated and RCS results are discussed. Especially, this paper are mainly focusing on the facts influencing on RCS, the ways minimizing RCS and material characteristics of RCS changing-rate. RCS analysis results are given for a DDG-1000 type advanced naval vessels, which show that as the elevation angle increased 10 degree, the mean RCS value increased 23.91 dBsm. Also, as the superstructure angle increased 6 degree, the mean RCS value reduced 1.27 dBsm. Finally, the radar absorbing material attachment at the front and back superstructure have been reduced 2.27 dBsm in terms of mean RCS value.
In this paper, Radar cross section (RCS) calculations of advanced naval vessels model with RCS reduction methods are simulated and RCS results are discussed. Especially, this paper are mainly focusing on the facts influencing on RCS, the ways minimizing RCS and material characteristics of RCS changing-rate. RCS analysis results are given for a DDG-1000 type advanced naval vessels, which show that as the elevation angle increased 10 degree, the mean RCS value increased 23.91 dBsm. Also, as the superstructure angle increased 6 degree, the mean RCS value reduced 1.27 dBsm. Finally, the radar absorbing material attachment at the front and back superstructure have been reduced 2.27 dBsm in terms of mean RCS value.
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문제 정의
본 연구에서는 복합 구조물의 RCS를 해석할 수 있는 프로그램, RACSAN을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형 (DDG-1000 type)에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, 함정의 형상 설계만으로 RCS 감소를 만족하기 어려운 경우에 활용될 수 있는 전파흡수체 설계 방법을 구현하여 표적의 특수 재질 물성에 대한 RCS의 감소 효과를 분석하였다.
가설 설정
○ 경사각을 가지는 평판이 사용되어야 하며 평판의 방향은 희생각으로 설정된 주요위치를 지향해야 한다.
제안 방법
Fig. 5의 결과로부터 Fig. 6에서 보는 것처럼, Fig. 2의 함정 상부구조물 앞면과 뒷면에 전파흡수체를 부착한 경우에 대하여 RCS 해석을 수행하였다. 전파흡수체의 주요 재료특성은 유전율 (∈r = 15), 투자율(μr = 0.
또한, 항공기나 유도탄이 대상표적을 공격할 때 탐색 및 표적 탐지 단계에서 상대적으로 원거리에서 탐색이 이루어지기 때문에 0~10도 부근이 함정의 피탐지 주 위협고각이 된다. 따라서, Fig. 2의 함정 고각별 RCS 해석을 위하여 4GHz의 전자파가 방위각 0도부터 360도까지 0.2도 간격으로 입사할 경우에 고각을 0도에서 10도까지 2도 간격으로 변화시키면서 RCS 해석을 수행하였다.
협대역 전파흡수체는 탑재장비 또는 구조물간에 발생할 수 있는 특정 대역에서 다중반사를 줄이기 위해 사용하거나, 위협 주파수가 특정 주파수에서 알려져 있을 경우 사용할 수 있으며, 광대역 전파흡수체는 불특정 위협 주파수에서 존재하는 RCS를 줄이기 위해 사용한다. 따라서, Fig. 2의 함정에 전파흡수체 배치에 따른 RCS 감소 효과를 살펴보기 위하여, 먼저 Fig. 2의 함정에 대해 RCS 해석을 수행하고 기여도가 높은 부분에 대하여 협대역 전파흡수체를 적용하고 RCS 해석을 수행하였다.
본 연구에서는 복합 구조물의 RCS를 해석할 수 있는 프로그램, RACSAN(Kwon et al., 2014)을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, RCS 감소에 활용될 수 있는 전파흡수체 설계 방법을 구현하여 표적의 특수 재질 물성에 대한 RCS의 변화 영향을 고찰하였다.
본 연구에서는 복합 구조물의 RCS를 해석할 수 있는 프로그램, RACSAN(Kwon et al., 2014)을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, RCS 감소에 활용될 수 있는 전파흡수체 설계 방법을 구현하여 표적의 특수 재질 물성에 대한 RCS의 변화 영향을 고찰하였다.
위의 설계 원칙에 따라 Fig. 2의 함정 상부구조물 경사각별 RCS 해석을 위하여 4 GHz의 전자파가 방위각 0도부터 360도까지 0.2도 간격으로 입사할 경우에 상부구조물 경사각을 변화시키면서 RCS 해석을 수행하였다. Fig.
전파흡수체의 주요 재료특성은 유전율 (∈r = 15), 투자율(μr = 0.09 - 1.66j) 및 두께(t = 1,1mm)를 적용하였다(Michielssen et al., 1993).
, 2014)을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, RCS 감소에 활용될 수 있는 전파흡수체 설계 방법을 구현하여 표적의 특수 재질 물성에 대한 RCS의 변화 영향을 고찰하였다.
본 연구에서는 복합 구조물의 RCS를 해석할 수 있는 프로그램, RACSAN을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형 (DDG-1000 type)에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 특히, 함정의 형상 설계만으로 RCS 감소를 만족하기 어려운 경우에 활용될 수 있는 전파흡수체 설계 방법을 구현하여 표적의 특수 재질 물성에 대한 RCS의 감소 효과를 분석하였다.
대상 데이터
, 2014)을 이용하여 최근 건조되어진 첨단 함형에 RCS 감소기술을 적용하고 특성을 분석하였다. 해석 모델은 Fig. 2에 나타낸 길이 180m, 폭 24.6 m, 흘수 8.4 m, 만재배수량 14,064 tons의 DDG-1000 type 함정을 4,065개의 요소로 모 델링하여 RCS 해석을 수행하였다.
이론/모형
, 2014). 본 프로그램은 기하광학법(GO)을 이용하여 다중 반사 시 경로와 유효면적(effective area)을 계산하고 최종 반사면에서는 물리광학법(PO)을 이용하여 RCS를 해석한다.
임의의 형상을 갖는 복합 구조물에 대한 RCS를 해석하기 위해서 RACSAN(RAdar Cross Section ANalysis program)을 이용하였다(Kwon et al., 2014). 본 프로그램은 기하광학법(GO)을 이용하여 다중 반사 시 경로와 유효면적(effective area)을 계산하고 최종 반사면에서는 물리광학법(PO)을 이용하여 RCS를 해석한다.
성능/효과
27 dBsm 감소하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 함정의 형상 설계만으로 RCS 감소를 만족하기 어려운 경우에는 Fig. 5의 RCS 기여도 분석을 통해서 RCS가 크게 나타나는 요소에 전파흡수체를 적용하는 것이 RCS 감소에 효과적일 것으로 판단된다.
희생각에서는 RCS 감소를 우선하지 않고, 오히려 반사에너지를 희생각 방향으로 모이도록 유도하여 형상설계를 수행한다. 또한, Fig. 5의 RCS 기여도 분석을 통해서 3.2절에서 언급된 것처럼 함정의 상부구조물이 선체보다 함정의 RCS가 큰 값이 나오도록 기여를 하고 있는 것을 알 수 있다. 특히 상부구조물의 옆면이 아니라 앞면과 뒷면에서의 RCS 기여도가 큰 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
선택 기준에 따라 성능 평가에 차이가 있을 수 있는데, 수신 신호의 강도를 통계적인 관점에서 확률로 판단할 경우에는 대푯값을 평균값으로 정의하는 것이 타당하다. 또한, RCS 측정 장비의 데이터 처리방법 및 레이더 표적 탐지원리를 고려해도 평균값으로 정의하는 것이 타당하다. 평균값의 의미는 평방미터로 정의된 RCS에서 평균을 취한 후 dBsm을 계산해야 한다.
76 dBsm 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상부구조물의 경사각이 3도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 0.51 dBsm 감소 하는 것을 확인할 수 있다. Table 2는 Fig.
91 dBsm 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 함정 상부구조물의 경사각이 6도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 1.27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 마지막으로 RCS 기여도 분석을 통해서 RCS가 크게 나타나는 상부구조물 앞면과 뒷면에 전파흡수체를 부착한 경우 RCS 평균값이 2.
27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 마지막으로 RCS 기여도 분석을 통해서 RCS가 크게 나타나는 상부구조물 앞면과 뒷면에 전파흡수체를 부착한 경우 RCS 평균값이 2.27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 연구 결과 들을 활용하여 차세대 함정 첨단 함형 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단한다.
2에 나타낸 함정의 상부구조물 경사각을 16도와 22도로 변경한 RCS 해석 결과를 나타낸다. 상부구조물의 경사각이 3도 낮아짐에 따라서 RCS 평균값이 0.76 dBsm 증가하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상부구조물의 경사각이 3도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 0.
2에 나타낸 함정의 고각을 0도에서 10도까지 2도 간격으로 증가시키면서 해석한 RCS 평균값들이다. 예상했던바와 같이 고각이 높아 질수록 RCS 평균값이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
2에 나타낸 함정 상부구조물 경사각을 16도에서 22도까지 3도 간격으로 증가시키면서 해석한 RCS 평균값들이다. 예상했던바와 같이 상부 구조물 경사각이 증가할수록 RCS 평균값이 감소하는 것을 확인할 수 있다.
2도 간격으로 입사할 경우에 각각의 방위각별 RCS 기여도 분석 결과이다. 일반적인 함정의 희생각 이외에 32도, 100도, 122도, 147도에서 RCS가 큰 값이 발생하는 것을 알 수 있는데 각각의 각도에서 RCS가 크게 나오도록 기여하는 요소를 나타내었다. 붉은색으로 표시된 구역이 RCS가 큰 값을 나타내는 요소이다.
91 dBsm 증가하는 것을 확인할 수 있다. 특히, 고각이 4도 이상부터 RCS 평균값이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있다. Table 1은 Fig.
함정 고각별 해석 결과 고각이 10도 높아짐에 따라서 RCS 평균값이 23.91 dBsm 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 함정 상부구조물의 경사각이 6도 증가함에 따라서 RCS 평균값이 1.
후속연구
27 dBsm 감소하는 것을 확인하였다. 따라서, 본 연구 결과 들을 활용하여 차세대 함정 첨단 함형 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단한다.
향후에는 전파흡수체에 사용되는 스텔스 특수도료에 대한 추가 연구와 실측 자료에 대한 비교 연구가 추가 연구 수행이 요구된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
스텔스 기술은 무엇인가?
최근 함정들은 고성능 전자 장비를 기반으로 첨단화되었으며, 적의 탐색 장비에 감지될 확률을 감소시키는 스텔스 기술(stealth technology)은 함정의 생존성(survivablity) 향상에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 스텔스 기술은 적의 레이더, 적외선 탐지기, 음향 탐지기 등의 탐지로부터의 은폐 기술을 의미한다.
레이더 반사면적은 무엇인가?
레이더 반사면적(RCS; radar cross section)은 레이더에서 방사된 전자파가 물체에 반사되어 되돌아온 크기를 면적의 단위로 나타낸 값으로(Knott et al., 1993), 함정의 스텔스 성능과 생존성을 평가하는 주요 설계인자이다.
상부 구조물의 설계는 어떤 원칙에 따라 설계되어야 하는가?
함정의 상부 구조물은 선체보다 RCS에 미치는 영향이 크다. 따라서, 상부 구조물의 설계는 다음과 같은 원칙에 따라 설계되어야 한다.
○ 경사각을 가지는 평판이 사용되어야 하며 평판의 방향은 희생각으로 설정된 주요위치를 지향해야 한다.
○ 면을 구성하는 모든 평판은 동일한 경사각 각도를 적용하여 불연속을 최소화해야 하며 코너 반사 구조를 피해야 한다.
○ 평판의 경사각은 요구되는 RCS 수준에 따라 경사각을 결정할 수 있다.
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