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문제 정의
- 기존에 적용 중인 방식은 외부 기상조건을 열적 평형상태로 가정한 해석방식이며[1], 이러한 조건에서는 1월과 7월의 특정시간 및 기상조건에 대하여 분석하였으나 변화되는 기상조건이 반영되어있지 않아 향후 이를 평가 및 검증할 때 해당되는 시간, 대기온도, 풍향풍속 등의 기상조건과 동일하게 맞추려면 변화가 심한 기상조건하에서 열적 평형에 도달하는 상태를 기다려야 하므로 현실적으로 이들 조건을 만족시키는 것은 거의 불가능하다[4]. 따라서 좀 더 실질적으로 검증이 가능하도록 하기 위해 표면온도의 시간별 변화특성을 적외선 신호와 연계하여 해석하는 것이 가능한지를 모색하기 위한 연구를 수행하였다. 따라서, 함정에 대한 적외선 신호의 목표치는 이러한 과도상태의 온도변화를 감안하여 함정 모든 위치에서의 표면온도가 항상이 목표치 이내에 들어가도록 설정할 필요가 있다.
- 본 연구에서는 겨울과 여름의 각각 한 달간 나타날 수 있는 적외선 신호의 변화량을 분석하였다. 그 이유는 표면온도가 심하게 변화하기 때문에 한 달간 나타날 수 있는 적외선 신호량을 단순히 하나의 수치만으로 정의할 수 없기 때문이다.
- 6℃의 평균온도를 보였다. 본 연구에서는 이러한 함정과 배경의 온도를 활용하여 시간별로 변화되는 함정 복사대비 신호의 범위를 파악하기 위해 매시간 함정의 표면온도와 배경의 온도차이를 계산하였다. 1월과 8월에 대해 함정 표면온도와 배경온도간의 차이를 매시간별로 계산한 결과를 Fig.
- 그러나 실제 표면온도의 시간에 따른 변화가 크게 나타나고 있는 점을 고려했을 때[3] 실제 조건에 맞게 해석조건을 개선할 필요가 있다. 본 연구에서는 해석방식의 개선을 위한 새로운 방안을 모색하기 위해 시간에 따른 표면온도의 변화와 적외선신호 변화간의 관계성을 파악하였다. 이와 유사한 연구로 여러 국가에서 변화되는 기상조건이 배경과 표적의 신호에 미치는 영향에 대해 지속적인 연구를 수행하고 있으며, 노르웨이에서는 실험선을 통해 적외선신호의 모델링와 실측 간의 차이를 검증하였으며 약 20～95%가량 차이가 발생될 수 있음을 파악하고 해석수행 시 급격히 변화되는 기상조건을 반영할 필요성을 확인한 바 있다[6].
- 독일, 벨기에 등에서는 해석과 계측간의 오차를 저감하기 위해 적외선 신호해석 SW를 개발하는 데에 CUBI 테스트와 미국의 검증된 프로그램인 RadThermIR과 비교하여 표면온도 예측 결과의 정확성을 검증하였다[5]. 본 연구에서도 함정과 배경 간의 변화되는 적외선신호 특성연구를 통해 향후 함정의 적외선 신호 목표치를 설정하는데 필요한 연구를 수행하였다. 적외선 신호 실선 계측 시에도 외부 기상특성과 시간변화에 따른 적외선 신호의 변화가 나타날 수 있으며 향후 평가 및 검증을 수행시 적용이 가능한 기준을 설정하는 방안을 연구하였다.
- 따라서 배경과 함정 간의 온도차이를 활용하였을 때 적외선 신호 방사특성을 평가할 수 있는 조건이 될 수 있음을 도출할 수 있었다. 연구결과 변화가 심한 기상조건을 반영하기 위해 한 시간 간격으로 계측된 기상 값을 계산에 반영하였으며, 함정과 배경 간의 온도차이를 활용하여 적외선 신호의 변화구간을 확인하였으며 MWIR과 LWIR에 미치는 영향을 파악하고 다양한 기상조건에서도 설계목표를 계측실정에 맞도록 정할 수 있는 방안에 대해 연구하였다. 함정과 배경 간의 온도차이는 CRI값과 거의 비례하는 특성이 있으며, 1월 기상조건에서 함정이 정지 중인 경우 함정과 배경의 온도 차가 -17.
- 본 연구에서도 함정과 배경 간의 변화되는 적외선신호 특성연구를 통해 향후 함정의 적외선 신호 목표치를 설정하는데 필요한 연구를 수행하였다. 적외선 신호 실선 계측 시에도 외부 기상특성과 시간변화에 따른 적외선 신호의 변화가 나타날 수 있으며 향후 평가 및 검증을 수행시 적용이 가능한 기준을 설정하는 방안을 연구하였다. 표면 온도는 변화되는 기상변수인 대기온도, 태양복사, 운량 및 풍향/풍속 등이 반영되어 결정되는 값이다.
가설 설정
- 이러한 기상변수들은 함정의 운용 상태와 배경조건에 따라 적외선 신호의 불규칙적인 변화 특성을 야기하며, 향후 함정의 적외선 방사특성을 실측하여 평가할 때 이와 같은 모든 기상조건(대기온도, 풍향속, 태양, 운량, 습도 등)과 운용조건을 적용하여 함정의 신호를 계측하는 것은 현실적으로 어려운 문제가 있다. 기존의 해석을 위한 기상조건 적용방식은 미 해군의 NMCAW자료(U.S Navy marine climate atlas of the world, 1995)를 활용하였고[1] 외부 기상조건이 정적인 열적평형이 이루어지는 정상상태를 가정하고 있다[2]. 그러나 적외선 신호를 구하기 위한 표면온도를 구할 때 주요 환경조건들이 시간에 따라 표면온도 특성이 변화되는 비정상상태를 고려하지 못하고 있는 실정이다.
- 본 논문에서는 센서의 파장별 반응률은 고려하지 않았다(Ψ(λ) = 1.0으로 가정).
- 이 도포된 것으로 가정하였다. 내부열원인 엔진은 별도로 고려하지 않았다.
- 1과 같으며, 고려된 모델의 격자수는 17,126개이다. 표면온도 분석에 필요한 재질은 전부 주철(열 전도율 : 52.019W/mK)로 가정하였으며, 적외선신호 분석에 필요한 페인트는 짙은 회색으로 해석수행시 적용된 표면페인트의 광학적 특성은 Fig. 4에 나타내었다.
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