[논문]유도탄 탄내케이블 브레이드 제거에 따른 고찰

은희현; 김지민; 이민형; 정재원

doi:10.12673/jant.2018.22.2.105

[국내논문] 유도탄 탄내케이블 브레이드 제거에 따른 고찰
Study on the Removal of the Cable Braid Inside the Missile 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.22 no.2 = no.89, 2018년, pp.105 - 110

은희현 (LIG넥스원 유도무기1연구소) , 김지민 (LIG넥스원 유도무기1연구소) , 이민형 (LIG넥스원 유도무기1연구소) , 정재원 (LIG넥스원 유도무기1연구소)

초록
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오늘날 북핵문제는 한반도와 동북아시아에 심각한 안보 위협 요인으로 대두되고 있다. 이에 따라 우리 군은 휴전선에서 수백 Km 떨어진 상공에서도 평양 등 북한 지휘부 건물과 핵시설을 정밀 타격할 수 있는 장거리 공대지 유도탄의 해외 도입과 국내 개발을 추진하고 있다. 본 논문에서는 장거리 공대지 유도탄 개발을 위한 여러 설계 요소 중 유도탄 경량화를 위한 탄내케이블 브레이드를 제거하고 이에 따른 성능을 예측 및 분석하였다. 브레이드 제거에 따른 탄내케이블 뭉치 내부의 누화 (cross-talk) 및 군사 EMI 규격인 MIL-STD-461F의 내성(conduction susceptibility) CS114 및 방사(radiated emission) RE101 규격을 적용하여 시뮬레이션을 통해 브레이드 제거 가능성을 분석하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The North Korea nuclear issue is now posing a serious security threat to the Korea and Northeast Asia. Accordingly, the South Korean military is pushing for the introduction of long-range air-to-surface flights and the development of domestic nuclear facilities that can precisely hit North Korea headquarters building and nuclear facility even hundreds of kilometers above the border. In this paper, we removed the cable braid for securing the weight of the missile among several design elements for long-range air-to-surface missile development and estimated and analyzed the resulting performance. The possibility of braid removal was analyzed in terms of crosstalk inside the cable and CS114, RE101 of MIL-STD-461F.

주제어

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문제 정의

항공기 장착 유도탄은 중량이 제한적이며 이러한 개발 분야에서 공통적으로 경량화, 소형화 등의 설계 조건들이 주어질 것으로 예상된다. 본 논문에서는 유도탄 체계설계/통합 분야에서 경량화를 할 수 있는 방안 중 하나인 탄내케이블 경량화에 대하여 연구하였다. 여기서 탄내케이블이란 유도조종장치, 위성항법장치, 관성항법장치 등 임무를 위해 유도탄 내부에 탑재되는 장치들 사이에 전기적 인터페이스를 위한 케이블이다.
본 논문에서는 체계설계 분야에서 탄내케이블 경량화에 대하여 연구하였다. 실제 유도탄 탄내케이블의 브레이드 유무를 측정 결과 기존 중량의 75% 수준으로 감소되며 수십 kg의 탄내케이블 무게를 고려하면 수 kg의 중량을 줄일 수 있다.
탄내케이블의 신뢰성을 보장하기 위한 설계상 요구 조건들은 전기적 안정성, 구조적 안전성, 내열성, 체계조립성 등이 있다. 본 논문에서는 탄내케이블의 최외각 실드인 브레이드를 제거하여 경량화하고 브레이드가 제거됨에 따른 성능을 전기적 안정성 측면에서 연구하였다. 전기적 안정성 측면에서 성능 변화를 전자기장 시뮬레이션 해석 소프트웨어인 HFSS(ANSYS 社)를 사용하여 분석하였다.

제안 방법

2nd : F-13A의 실제 calibration 데이터와 모델링 데이터를 비교 및 확인 한다.
3rd : 브레이드 유/무 및 주파수별 인가되는 노이즈에 따른 케이블의 유도기전력 비율을 시뮬레이션하여 확인한다.
검토항목으로 브레이드를 제거함에 따라 탄내케이블 내부 케이블간의 누화, 탄내 케이블의 내성 성능, 탄내케이블의 방사 성능을 시뮬레이션하여 분석하였다.
본 논문에서 브레이드의 영향성을 탄내케이블 단독으로 해석하였다. 향후에는 유도탄 탑재장비들과 인터페이스하여 실제 아날로그, 디지털, 전원 신호등을 모의하는 연구가 필요하다.
01 MHz ~ 200 MHz 대역으로 하였다. 시뮬레이션 결과 그림3의 모델링에서 최 외곽 케이블 사이에 누화의 가장 큰 성능 저하가 일어났으며, 본 논문에서는 이중 3번 케이블을 노이즈 소스 라인, 1번 케이블을 노이즈를 인가받는 라인으로 설정하여 시뮬레이션 하였다.
시뮬레이션에서 입력은 bulk injection probe이며 본 논문에 언급될 결과는 그림 9에서 볼 수 있듯이 가장 많은 유도기전력(자기장 밀집)을 발생시키는 최외각 케이블 중 9번 케이블로 하였다.
브레이드의 유무에 따른 전자기적 영향성을 파악하기 위한 조건은 표 1과 같다. 첫 번째, 탄내케이블 중 인접 케이블 간 누화 특성을 파악하며[3], 두 번째, 전자기 내성 성능을 파악하며, 세 번째, 탄내케이블의 전자기 방사 성능을 파악한다. 탄내케이블은 유도탄 내부에 장착되므로 전자기 방사 성능은 유도탄 레벨에서 분석하였다.
전기적 안정성 측면에서 성능 변화를 전자기장 시뮬레이션 해석 소프트웨어인 HFSS(ANSYS 社)를 사용하여 분석하였다. 첫째, 탄내케이블 내부 케이블들 간의 누화, 둘째 전자기파 간섭 미국 군사 규격인 MIL-STD-461F[2]의 CS114 규격으로 탄내케이블의 전자기파 내성 분석, 셋째 MIL-STD-461F의 RE101 규격으로 유도탄 레벨에서 브레이드 제거에 따른 성능을 분석하였다.
탄내케이블 방사 시뮬레이션은 유도탄 시스템 레벨에서 시뮬레이션을 하였으며, 유도탄 모델은 해성 함대함 유도탄으로 하였다. 시뮬레이션의 조건은 브레이드 유무(유도탄 제외), 브레이드 유무(유도탄 포함) 4가지로 하였으며, 케이블 길이는 200 mm, 케이블 양단에 유도조종장치를 각각 인터페이스 하였다.
첫 번째, 탄내케이블 중 인접 케이블 간 누화 특성을 파악하며[3], 두 번째, 전자기 내성 성능을 파악하며, 세 번째, 탄내케이블의 전자기 방사 성능을 파악한다. 탄내케이블은 유도탄 내부에 장착되므로 전자기 방사 성능은 유도탄 레벨에서 분석하였다.
탄내케이블의 내부 누화는 NEXT (near-end crosstalk), FEXT (far-end crosstalk) 두 가지 누화를 시뮬레이션 하였다. 여기서 누화란 두 개의 회로나 도선이 충분히 가까울 때, 전기 신호의 파장 크기에 비례해서 일어나는 전기적 간섭 현상을 말한다.

대상 데이터

벌크 전류 인가 프로브는 fischer 社의 전자기장 인가장비인 F-130A, 방사시험을 위한 유도탄은 국방과학연구소와 LIGNEX1에서 개발한 함대함 유도탄 해성으로 하였다. 표 2에 각 모델링과 파라미터를 정리하였다.
탄내케이블 방사 시뮬레이션은 유도탄 시스템 레벨에서 시뮬레이션을 하였으며, 유도탄 모델은 해성 함대함 유도탄으로 하였다. 시뮬레이션의 조건은 브레이드 유무(유도탄 제외), 브레이드 유무(유도탄 포함) 4가지로 하였으며, 케이블 길이는 200 mm, 케이블 양단에 유도조종장치를 각각 인터페이스 하였다. 유도조종장치의 위치는 실제 장착 위치인 전방 동체부(그림 11의 박스 내부 하얀색 스킨영역)에 장착하였다.

데이터처리

브레이드 유무에 따른 탄내케이블 성능 모델링과 시뮬레이션은 ANSYS 社의 전자기장 해석 툴인 HFSS으로 수행하였다.
본 논문에서는 탄내케이블의 최외각 실드인 브레이드를 제거하여 경량화하고 브레이드가 제거됨에 따른 성능을 전기적 안정성 측면에서 연구하였다. 전기적 안정성 측면에서 성능 변화를 전자기장 시뮬레이션 해석 소프트웨어인 HFSS(ANSYS 社)를 사용하여 분석하였다. 첫째, 탄내케이블 내부 케이블들 간의 누화, 둘째 전자기파 간섭 미국 군사 규격인 MIL-STD-461F[2]의 CS114 규격으로 탄내케이블의 전자기파 내성 분석, 셋째 MIL-STD-461F의 RE101 규격으로 유도탄 레벨에서 브레이드 제거에 따른 성능을 분석하였다.

이론/모형

탄내케이블 내성 시뮬레이션은 MIL-STD-461F의 CS114 규격에 준하여 시뮬레이션을 진행하였다. CS114의 한계치는 그림 5의 빨간색 영역으로 하였으며 이에 해당하는 주파수 대역에 따른 인가 노이즈는 그림 6의 curve 5와 같다.

성능/효과

둘째, 탄내케이블 내성은 MIL-STD-461F의 CS114 규격으로 시뮬레이션 하였으며, 앞선 누화 결과와 같이 최대 –123 dB에서 –97 dB로 성능 저하가 있었지만 역시 브레이드를 제거하는데 문제가 없을 것으로 판단하였다.
시뮬레이션 결과는 그림 12와 같다. 먼저 유도탄 미 적용 시 대부분의 주파수 대역에서 약 25 dB의 성능 저하를 보였으며, 유도탄 적용 시 브레이드 유무에 따른 성능은 최대 89 dB의 성능 저하를 예상할 수 있었다. 유도탄이 존재함으로서 케이블에서 방사되는 대부분의 노이즈를 유도탄 스킨이 차폐하는 것을 알 수 있으며, 앞선 탄내케이블 내부 누화와 내성에서와 같이 수십 dB의 성능 저하가 있어도 그 크기가 1 * e^-17에서 1 * e^-13으로의 성능 저하는 무시할 수 있다.
브레이드 유무에 따라 케이블에 유기되는 유도기전력은 주파수가 낮을수록 차이가 많이 났으며 최대 –123 dB에서 –97 dB로 약 26 dB의 성능 저하를 알 수 있다.
셋째, 탄내케이블 방사 시뮬레이션은 탄내케이블 단독(브레이드 적용/미적용) 및 유도탄 포함(브레이드 적용/미적용) 4가지 조건으로 수행하였으며, 결과는 유도탄 적용 시 유도탄 스킨이 차폐막의 역할을 하여 브레이드를 제거하여도 문제가 없을 것으로 판단하였다.
시뮬레이션 결과는 그림 4에서 보는바와 같이 저주파 대역에서는 NEXT, FEXT 각각 최대 –96.8 dB에서 –73.3 dB로 성능이 저하됨을 알 수 있다.
본 논문에서는 체계설계 분야에서 탄내케이블 경량화에 대하여 연구하였다. 실제 유도탄 탄내케이블의 브레이드 유무를 측정 결과 기존 중량의 75% 수준으로 감소되며 수십 kg의 탄내케이블 무게를 고려하면 수 kg의 중량을 줄일 수 있다.
첫째, 탄내케이블 내부 누화는 NEXT, FEXT 각각 최대 –96.8 dB에서 –73.3 dB로 성능 저하가 있었지만 기존신호가 5 kV인 경우 1 V만큼의 영향을 주는 것이며 실제 탄내 신호 레벨은 50 V이하 이므로 브레이드를 제거하여도 문제가 없을 것으로 판단된다.

후속연구

본 논문에서 브레이드의 영향성을 탄내케이블 단독으로 해석하였다. 향후에는 유도탄 탑재장비들과 인터페이스하여 실제 아날로그, 디지털, 전원 신호등을 모의하는 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	공대지 유도탄는 무엇인가?	이에 우리 군은 휴전선에서 200 km 떨어진 대전 상공에서도 평양 등 북한의 주요 핵심시설을 타격할 수 있는 공대지 유도탄의 도입 및 국내 개발을 추진하고 있다. 공대지 유도탄은 비행중인 항공기에서 지상표적에 대하여 발사하는 유도탄으로, 항속거리가 3000 km인 전략폭격기에 장착 시 유도탄 사거리 포함 3000 km 이상을 비행하여 지상표적에 명중하는 전략 무기이다. 또한 공대지 유도탄은 임무 항공기 및 조종사의 생존성을 보장할 수 있다.
	브레이드의 유무에 따른 전자기적 영향성을 파악하기 위한 조건은 무엇인가?	브레이드의 유무에 따른 전자기적 영향성을 파악하기 위한 조건은 표 1과 같다. 첫 번째, 탄내케이블 중 인접 케이블 간 누화 특성을 파악하며[3], 두 번째, 전자기 내성 성능을 파악하며, 세 번째, 탄내케이블의 전자기 방사 성능을 파악한다. 탄내케이블은 유도탄 내부에 장착되므로 전자기 방사 성능은 유도탄 레벨에서 분석하였다.
	공대지 유도탄은 무엇을 보장할 수 있는가?	공대지 유도탄은 비행중인 항공기에서 지상표적에 대하여 발사하는 유도탄으로, 항속거리가 3000 km인 전략폭격기에 장착 시 유도탄 사거리 포함 3000 km 이상을 비행하여 지상표적에 명중하는 전략 무기이다. 또한 공대지 유도탄은 임무 항공기 및 조종사의 생존성을 보장할 수 있다. 이러한 장거리 공대지 유도탄의 국내 개발 사업은 현재 국내 F-15K 장착용 유도탄인 타우러스급 수준의 무기체계를 2020년 이후에 획득하는 사업으로, 국방과학연구소 주관 연구개발로 2018년에 착수한다[1].

참고문헌 (3)

Defence acquisition program administration. Result of 98 national defense project committee, [internet]. Available: http://www.dapa.go.kr/user/boardList.action?commandview&page14&boardIdI_626&boardSeqO_26254&titleIdnull&iddapa_kr_040200000000&columnnull&search.
MIL-STD-461F, Requrements for the control of electromagnetic interference characteristics of subsystems and equipment, 2007.
J. H. Kim, S. J. Lee, and S. K. Oh, "Design of UTP LAN cable with enhanced alien crosstalk characteristic," The Journal ofthe Korean Institute of Communication Sciences, Vol. 37, No.12, pp. 1115-1121, 2012.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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