위협의 특성과 장갑의 방호 성능을 고려한 전투 시스템의 취약성 분석 방법 및 활용 : 고속정 모델을 대상으로 A Method and Application of Vulnerability Analysis for Combat Systems Considering Threats and Defense Ability : Focused on PKM Model원문보기
전투 시스템의 취약성을 분석하고 그 결과를 설계 단계에서 활용 및 반영하여 생존성의 향상을 목표로 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근에는 모듈 단위로 독립적으로 진행되었던 여러 연구들을 통합하기 위한 방법의 연구에 대한 요구가 생겨나게 되었다. 이를 위해 본 논문에서는 선행 연구를 분석하고, 분석한 내용을 토대로 위협의 특성 및 장갑의 방호 성능을 고려한 전투 시스템의 통합 취약성 분석 방법을 제안한다. 또한 제안한 내용을 적용하여 기존의 피격 확률 분석 프로그램을 개선하고, 이를 통해 취약성 분석 결과를 고속정의 생존성 향상을 위해 활용할 수 있음을 시나리오 기반으로 검증하였다. 이를 통해 위협의 특성 및 장갑의 방호 성능까지도 고려하는 것으로 취약성 분석의 신뢰도를 향상시키는 것은 물론 동시에 통합 요구도 만족시킬 수 있다. 나아가 전투 시스템의 통합 취약성 분석 방법과 이를 적용한 시스템의 개발을 위한 연계 연구가 될 것으로 판단된다.
전투 시스템의 취약성을 분석하고 그 결과를 설계 단계에서 활용 및 반영하여 생존성의 향상을 목표로 하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근에는 모듈 단위로 독립적으로 진행되었던 여러 연구들을 통합하기 위한 방법의 연구에 대한 요구가 생겨나게 되었다. 이를 위해 본 논문에서는 선행 연구를 분석하고, 분석한 내용을 토대로 위협의 특성 및 장갑의 방호 성능을 고려한 전투 시스템의 통합 취약성 분석 방법을 제안한다. 또한 제안한 내용을 적용하여 기존의 피격 확률 분석 프로그램을 개선하고, 이를 통해 취약성 분석 결과를 고속정의 생존성 향상을 위해 활용할 수 있음을 시나리오 기반으로 검증하였다. 이를 통해 위협의 특성 및 장갑의 방호 성능까지도 고려하는 것으로 취약성 분석의 신뢰도를 향상시키는 것은 물론 동시에 통합 요구도 만족시킬 수 있다. 나아가 전투 시스템의 통합 취약성 분석 방법과 이를 적용한 시스템의 개발을 위한 연계 연구가 될 것으로 판단된다.
There are many researches which analyze vulnerability for combat systems, have been progressing, and apply the analyzed result to reflect on design phase. Recently, there have been requirements for integrating the previous module based researches which conducted independently. In this paper, we prop...
There are many researches which analyze vulnerability for combat systems, have been progressing, and apply the analyzed result to reflect on design phase. Recently, there have been requirements for integrating the previous module based researches which conducted independently. In this paper, we propose an integrated vulnerability analysis method for the combat system considering characteristics of threats and protection performance of armors through an analysis of the advanced research. In addition, by applying the proposed method improves the existing hit probability analysis program and we are verified based on scenarios for improving survivability of PKM (Petrol Killer Medium) for vulnerability analysis confirmed the results. The proposed method improves reliability of vulnerability analysis by considering threats and defense ability. Also it able to satisfied with the integration requirements. Furthermore, we became buildup for the development of applied system and the method and integrated vulnerability analysis method for combat systems.
There are many researches which analyze vulnerability for combat systems, have been progressing, and apply the analyzed result to reflect on design phase. Recently, there have been requirements for integrating the previous module based researches which conducted independently. In this paper, we propose an integrated vulnerability analysis method for the combat system considering characteristics of threats and protection performance of armors through an analysis of the advanced research. In addition, by applying the proposed method improves the existing hit probability analysis program and we are verified based on scenarios for improving survivability of PKM (Petrol Killer Medium) for vulnerability analysis confirmed the results. The proposed method improves reliability of vulnerability analysis by considering threats and defense ability. Also it able to satisfied with the integration requirements. Furthermore, we became buildup for the development of applied system and the method and integrated vulnerability analysis method for combat systems.
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문제 정의
하지만 이러한 첨단 무기 체계는 현재 연구 및 개발 초기 단계이며, 현재까지는 관통 성능 등을 정량화하기가 어려운 실정이다. 따라서 본 논문에서는 총탄, 포탄, 미사일 등과 같이 직접 전투 시스템을 직접 타격하여 관통 및 폭발에 의한 피해를 줌으로써 임무 수행 능력을 저하 혹은 상실시키기 위한 목적을 가지는 위협에 관한 내용을 다룬다. 총탄은 권총, 소총 등 개인 화기에서 발사되는 탄을 의미하고, 포탄은 자주포, 전차의 주포, 함정의 함포 등 전투 시스템의 포에서 발사되는 탄을 의미한다.
또한, 대표적인 대전차포탄으로는 운동 에너지탄인 날개안정분리철갑탄(APFSDS, armor piercing fin stabilized discarding sabot)과 화학 에너지탄인 다목적 성형작약탄(HEAT-MP, high explosive antitank-multi purpose)이 대표적이며, 알려진 RHA 대비 관통 성능은 각각 약 800mm, 약 500mm이다[16,17]. 미사일이나 어뢰의 경우에는 균질압연장갑 대비 관통 성능을 측정한 데이터를 쉽게 얻을 수 없기 때문에 본 논문에서는 일반적으로 알려진 수준에서의 파괴력을 고려하여 관통 성능을 정의하였고, 정의한 위협의 속성을 표 2에 정리하였으며, 향후 연구를 위해 사용자 정의 위협 설정이 가능하도록 한다.
본 논문에서는 참수리급 고속정 모델을 대상으로 제안하는 방법을 적용하여 취약성을 분석하고, 그 결과를 생존성 분석에 활용하는 것에 관한 내용을 다룬다. 이를 위해서는 먼저 고속정의 모델링이 선행되어야 한다.
그러나 생존성 분석의 신뢰도를 보다 향상시키기 위해서는 이러한 부분까지도 고려한 분석이 함께 이루어져야 한다. 이러한 이유로 본 논문에서는 위협의 특성과 장갑의 방호성능을 고려하기 위한 방법을 제안하고, 제안한 방법과 기존 연구를 통합한 전투 시스템의 취약성 분석과 그 결과의 활용에 관한 내용을 다룬다.
최근, 모듈 단위로 독립적으로 진행되었던 여러 연구들을 통합하고 활용하기 위한 방법에 관한 연구가 요구된다. 이를 위해 본 논문에서는 위협의 특성 및 방호 성능을 고려하여 전투 시스템의 취약성을 통합적으로 분석하기 위한 방법을 제안하고, 시나리오를 통해 취약성 분석 결과를 전투 시스템의 생존성 향상을 위해 활용하기 위한 방법을 제시하였다. 향후 연구로는 첫째, 화재 및 폭발의 가능성이 있는 부품으로 인한 영향을 분석하기 위한 방법의 통합에 관한 연구가 진행 중이다.
이러한 요구는 (1) 모듈 단위로 독립적으로 진행되었던 선행 연구의 통합과 활용, (2) 위협의 특성 및 장갑의 방호성능과 관련한 요소를 추가적으로 고려하여 취약성 분석 결과의 신뢰도 향상으로 정리할 수 있다. 이를 위해 본 논문에서는 위협의 특성 및 장갑의 방호 성능을 고려하여 전투 시스템의 취약성 분석의 신뢰성을 향상시키기 위한 방법을 제안하고, 취약성 분석 결과를 전투 시스템의 생존성 향상을 위해 활용하기 위한 방법에 관한 내용을 다룬다. 본 논문은 다음과 같이 구성된다.
가설 설정
일반적으로 운동 에너지탄은 복합 장갑에 강하고, 화학 에너지탄은 균질압연장갑에 강한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 논문에서는 위협의 종류 및 장갑의 종류를 고려하여 RHA 대비 방호 성능(STeq)이 변화하는 것으로 가정한다. 본 논문에서 적용한 관통 성능의 배율을 표 3에 정리하였고, 향후 연구를 위해 방호 성능 변화 배율의 값은 변경 가능하다.
본 논문에서 제안한 위협 특성 및 장갑의 방호 성능을 고려한 취약성 분석 방법의 유용성과 그 결과를 생존성 향상에 활용하는 것이 가능함을 검증하기 위하여 두 가지 시나리오를 설정하였다. 시나리오 1에서는 장갑의 개선 전을 가정하여 장갑 상/중/하의 두께를 각각 200/300/300으로 설정하였으며, 시나리오 2에서는 장갑의 두께를 두 배로 개선한 것을 가정하여 각각 400/600/600으로 설정하였다. 실질적으로 고속정 선체(hull)의 두께는 15~30T(1.
시나리오 1에서는 장갑의 개선 전을 가정하여 장갑 상/중/하의 두께를 각각 200/300/300으로 설정하였으며, 시나리오 2에서는 장갑의 두께를 두 배로 개선한 것을 가정하여 각각 400/600/600으로 설정하였다. 실질적으로 고속정 선체(hull)의 두께는 15~30T(1.5~3cm)정도로 장갑으로 보기에는 얇을 수 있지만, 선체와 내부 선각(inner hull) 사이의 공간이나 강성을 높이기 위한 추가 구조물 설치 등을 고려하여 두께를 임의 가정하였다. 또한, 시나리오 1에서는 장갑의 재질을 균질압연장갑으로 설정하였고, 시나리오 2에서는 이를 복합장갑으로 변경하는 것으로 설정하였다.
제안 방법
이러한 방식으로 시나리오 1 및 시나리오 2에 대한 고속정의 전면 및 측면에 대한 피격 확률을 분석하였다. 개선된 피격 확률 분석 프로그램은 위협 및 장갑의 특성을 고려하여 피격 확률을 분석한다. 즉, 장갑이 관통되지 않으면 장갑의 보호를 받는 내부 부품이 피격되지 않았다고 판단한다.
이를 위해서는 먼저 고속정의 모델링이 선행되어야 한다. 따라서 고속정의 주요 부품을 선정하고, 선정된 구성 부품 및 장갑을 상용 CAD 도구인 Rhino 5를 이용하여 3차원 CAD로 모델링하였으며, 이를 그림 2에 나타내었다[19].
이처럼, 전투 시스템의 방호 성능은 장갑뿐만 아니라 다른 요소들도 종합적으로 고려되어 결정되어야 하지만 이를 일반화하여 정량적으로 나타내기는 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 장갑의 종류로 단일장갑 및 복합장갑을 대상으로 하며, 복합장갑의 경우 균질압연장갑 기준으로 환산하여 적용한다.
5~3cm)정도로 장갑으로 보기에는 얇을 수 있지만, 선체와 내부 선각(inner hull) 사이의 공간이나 강성을 높이기 위한 추가 구조물 설치 등을 고려하여 두께를 임의 가정하였다. 또한, 시나리오 1에서는 장갑의 재질을 균질압연장갑으로 설정하였고, 시나리오 2에서는 이를 복합장갑으로 변경하는 것으로 설정하였다. 이때, 위협은 앞서 정의한 위협 중 균질압연장갑 대비 관통 성능 600mm을 가지는 화학 에너지(CE)탄인 “Missile Type A (Ship to ship)”으로 설정하였으며, 설정한 시나리오에 관한 내용을 표 4에 정리하였다.
본 논문에서 제안한 위협 특성 및 장갑의 방호 성능을 고려한 취약성 분석 방법의 유용성과 그 결과를 생존성 향상에 활용하는 것이 가능함을 검증하기 위하여 두 가지 시나리오를 설정하였다. 시나리오 1에서는 장갑의 개선 전을 가정하여 장갑 상/중/하의 두께를 각각 200/300/300으로 설정하였으며, 시나리오 2에서는 장갑의 두께를 두 배로 개선한 것을 가정하여 각각 400/600/600으로 설정하였다.
이러한 이유로 전투 시스템의 취약성 분석에 관한 연구의 필요성이 강조되고 있으며, 이에 따라 취약성 분석과 관련한 연구가 이루어지고 있다. 이들 연구에서는 개별적으로 시스템 수준, 기능 수준, 부품 수준 등의 전투 시스템 취약성 분석 방법을 제안하고, 제안한 방법을 적용한 시스템을 개발하여 유용성을 검증하였다.
그림 3은 위협의 특성과 방호 성능을 고려하여 고속정 모델의 피격 확률을 분석한 화면으로, 시나리오 2의 측면을 분석한 경우에 해당한다. 이러한 방식으로 시나리오 1 및 시나리오 2에 대한 고속정의 전면 및 측면에 대한 피격 확률을 분석하였다. 개선된 피격 확률 분석 프로그램은 위협 및 장갑의 특성을 고려하여 피격 확률을 분석한다.
피격 확률 분석에는 선행 연구인 [5]에서 개발한 피격 확률 분석 프로그램을 기반으로 본 논문에서 제안하는 내용을 적용한 후, 개선된 피격 확률 분석 프로그램을 활용하였다. 그림 3은 위협의 특성과 방호 성능을 고려하여 고속정 모델의 피격 확률을 분석한 화면으로, 시나리오 2의 측면을 분석한 경우에 해당한다.
이론/모형
부품별 위험도를 비교 및 분석하기 위하여 선행 연구인 [6]에서 제안한 중요도 및 부품별 피격 확률 기반의 FMECA 기법을 이용하였으며, 분석한 화면은 그림 4와 같다. 이렇게 분석된 시나리오 1과 시나리오 2에 대한 부품별 위험도 및 차이를 표 5에 정리하였다.
성능/효과
이렇게 분석된 시나리오 1과 시나리오 2에 대한 부품별 위험도 및 차이를 표 5에 정리하였다. 위험도 분석 결과를 비교해보면, 위협의 특성과 장갑의 방호 성능이 반영되어 부품별 위험도가 장갑 보강 전을 가정한 시나리오 1보다 장갑 보강 후인 시나리오 2에서 낮아지거나 동일하게 나타났음을 확인할 수 있다. 여기서 위험도가 동일하게 나타난 부품은 외부에 노출되어 있어 장갑의 보호를 받지 못했기 때문으로 해석될 수 있다.
후속연구
향후 연구로는 첫째, 화재 및 폭발의 가능성이 있는 부품으로 인한 영향을 분석하기 위한 방법의 통합에 관한 연구가 진행 중이다. 둘째, 관통 혹은 비관통 충격에 의해 파손될 가능성이 있는 부품으로 인해 저하되는 전투 시스템의 생존성을 분석하기 위한 연구를 진행이 필요하다. 셋째, 국방 분야의 전문가를 통해 취약성 분석 시 설정하는 속성 값 등 분석에 사용되는 여러 파라미터를 보다 실제와 가깝게 조정하여 분석 결과의 정확도를 향상하기 위한 연구가 필요할 것이다.
전투 시스템을 구성하는 부품은 위치에 따라 외부에 노출되어 있어 장갑의 보호를 받지 못할 수도 있고, 내부에 있어 장갑의 보호를 받을 수도 있다. 만약, 구성 부품이 피격되면 구성 부품의 손상 여부 및 동일 피격선상의 다른 구성 부품으로 전달될 잔류 관통 성능의 분석이 이루어져야 하고, 장갑이 피격되면 관통 분석을 비롯하여 전투 시스템 내부의 다른 구성 부품에 미치는 영향을 분석하기 위한 잔류 관통 성능의 분석이 이루어져야 한다. 이를 위해서는 위협의 관통 성능에 대한 장갑의 방호 성능 및 일반 부품의 내구도가 고려되어야 한다.
따라서 본 논문에서는 위협의 종류 및 장갑의 종류를 고려하여 RHA 대비 방호 성능(STeq)이 변화하는 것으로 가정한다. 본 논문에서 적용한 관통 성능의 배율을 표 3에 정리하였고, 향후 연구를 위해 방호 성능 변화 배율의 값은 변경 가능하다. 이에 따라 식 (3)은 식 (4)와 같이 재정의되며, 이때 SDA는 방호 성능 변화 배율을 의미한다.
둘째, 관통 혹은 비관통 충격에 의해 파손될 가능성이 있는 부품으로 인해 저하되는 전투 시스템의 생존성을 분석하기 위한 연구를 진행이 필요하다. 셋째, 국방 분야의 전문가를 통해 취약성 분석 시 설정하는 속성 값 등 분석에 사용되는 여러 파라미터를 보다 실제와 가깝게 조정하여 분석 결과의 정확도를 향상하기 위한 연구가 필요할 것이다.
이를 위해 본 논문에서는 위협의 특성 및 방호 성능을 고려하여 전투 시스템의 취약성을 통합적으로 분석하기 위한 방법을 제안하고, 시나리오를 통해 취약성 분석 결과를 전투 시스템의 생존성 향상을 위해 활용하기 위한 방법을 제시하였다. 향후 연구로는 첫째, 화재 및 폭발의 가능성이 있는 부품으로 인한 영향을 분석하기 위한 방법의 통합에 관한 연구가 진행 중이다. 둘째, 관통 혹은 비관통 충격에 의해 파손될 가능성이 있는 부품으로 인해 저하되는 전투 시스템의 생존성을 분석하기 위한 연구를 진행이 필요하다.
참고문헌 (19)
H. G. Hwang, H. K. Kim, J. S. Lee, H. J. Lee and J. S. Park, "A development of penetration analysis program for analyzing survivability of combat system," in Proceeding of The 2013 Annual Conference of Korea Institute of Military Science and Technology, Jeju, Korea, pp. 1997-1998, Jun, 2013.
H. G. Hwang, J. W. Lee, J. S. Lee and J. S. Park, "A development of 3D penetration analysis program for survivability analysis of combat system : focused on tank model," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 1, pp. 244-250, Jan, 2015.
H. G. Hwang, H. K. Kim, J. W. Lee and J. S. Lee, "A study on importance estimation of critical components for combat system survivability analysis," in Proceeding of The 2014 1st Annual Conference of Next Defense (NexDef), Seoul, Korea, pp. 145-146, Nov, 2014.
H. G. Hwang, J. W. Lee, J. W. Lee and J. S. Lee, "A development of survivability analysis system for tank using importance of components," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 5, pp. 1269-1276, May, 2015.
H. G. Hwang, J. W. Lee, B. K. Yoo and J. S. Lee, "A development of kill vulnerability analysis system for tank based on hit probability using fault tree analysis technique," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 8, pp. 1981-1989, Aug, 2015.
H. G. Hwang, J. W. Kang and J. S. Lee, "A development of component vulnerability analysis program for armored fighting vehicle using criticality based on FMECA," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 19, no. 8, pp. 1973-1980, Aug, 2015.
H. G. Hwang, H. K. Kim, B. K. Yoo and J. S. Lee, "A methodology of multi-level vulnerability analysis for armored fighting vehicle" in Proceeding of The 2015 Annual Conference of Korea Institute of Military Science and Technology, Jeju, Korea, pp. 599-600, Jun, 2015.
H. G. Hwang, B. G. Yoo, J. W. Kang and J. S. Lee, "3Dbased vulnerability and reliability analysis methodology for armored fighting vehicle," in Proceeding of The International Conference on Materials and Reliability (ICMR) 2015, Jeju, Korea, pp. 58-59, Nov, 2015.
M. O. Said, "Theory and practice of total ship survivability for ship design," Naval Engineers Journal, vol. 107, no. 4, pp. 191-203, Jul, 1995.
M. S. Wi, S. M. An, T. H. Eom, H. J. Jin, D. S. Kim and J. S. Park, "Survivability and reliability analysis for combat system by using fault tree structure" in Proceeding of The 2014 Spring Conference of The Korean Society of Mechanical Engineers(Division of Reliability), Jeju, Korea, p. 174, 2014.
D. F. Haskell, "Systems vulnerability and lethality in the development phase," Army Ballistic Research Laboratory, Technical Report AD-A149 737, 1984.
H. K. Kee, Trends of Research and Development for HPRF, Agency for Defense Development, 2005.
S. C. Lee, Y. R. Park, H. P. Lee, Y. J. Park and H. R. Kim, "Heat and flow characteristics on the high speed bullet penetrated a fuel tank," in Proceedings of 2010 Fall Conference of the Korean Society of Safety, p.34, 2010.
S. C. Lee, Y. R. Park, H. P. Lee and Y. J. Park, "Heat and flow characteristics on the high speed bullet penetrated a fuel tank", in Proceedings of the 2010 Fall Conference of Korean Institute of Fire Science and Engineering, pp.324-327, 2010.
S. C. Lee, Y. R. Park, W. C. Jeon and H. P. Lee, "Heat transfer characteristics on the high speed bullet penetrated a fuel tank," in Proceedings of the 2011 Fall Conference of Korean Institute of Fire Science and Engineering, pp.533-536, 2011.
E. S. Jang, K. Park, and S. Y. Choi, "The target modeling and the shot line analysis system to assess vulnerability of the ground combat vehicle," in Proceedings of the 2014 Summer Conference of the Society of CAD/CAM Engineers, pp. 197-199, 2014.
H. G. Hwang, J. S. Lee, S. C. Lee, Y. J. Park and H. P. Lee, "A development of flash fire prediction program for combat system," Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, vol. 17, no. 1, pp. 255-261, Jan, 2013.
H. K. Kim, H. G. Hwang and J. S. Lee, "A vulnerability analysis for armored fighting vehicle based on SES/MB framework using importance of component," Journal of the Korea Society for Simulation, vol. 24, no.4, pp.59-68, Dec, 2015.
J.W. Kang, J. S. Lee and H. G. Hwang, "A design of survivability analysis system for petrol killer medium based on multiple-shotlines considering defense ability," in Proceedings of the 40th KOSME Spring Conference, p.157, 2016.
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