[논문]수중용 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화 방안에 관한 연구

장호성; 조규룡; 황재교; 이상용; 김용태

doi:10.5762/kais.2019.20.6.472

수중용 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화 방안에 관한 연구
A Study on Stabilization of Underwater TAS Winch System Deploy/Recover Operation Performance 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.6, 2019년, pp.472 - 482

장호성 (국방기술품질원) , 조규룡 (국방기술품질원) , 황재교 (국방기술품질원) , 이상용 ((주)대우조선해양) , 김용태 ((주)신우이앤디)

초록
AI-Helper

본 논문은 수중용 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화 방안에 대한 내용을 서술하고 있다. TAS윈치는 함미에 장착되어 자함과 이격되어 운용되는 센서, 예인케이블 및 꼬리로프의 전개/회수 기능을 수행하고, TAS에 대한 전원공급 경로, 수중환경 정보 및 수신된 음향신호 송/수신을 위한 데이터 전송 경로 제공 역할을 수행한다. TAS윈치 시험평가 과정에서 간헐적으로 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상이 식별되었다. TAS 전개/회수에 필요한 토크를 제공하는 구성요소인 윈치모터에 대한 고장분석 결과, 구성품 중 회전자의 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상에 따른 자기장 왜곡이 발생한 것을 확인하였다. 자기장 왜곡 발생 방지를 위해 윈치모터 회전자 및 슬립링 등 윈치모터 구성품의 고정성 향상 방안을 제안하였다. 제안된 방안에 대한 신뢰성 확보를 위해 LBTS 환경에서 TAS윈치 운용환경을 모사하여 TAS윈치 전개/회수 성능을 검증하였다. 최종적으로 TAS윈치 전개/회수 성능 뿐만 아니라 해상에서 TAS윈치를 운용할 경우 요구되는 함 속력 및 타각별 TAS 지속 운용능력과 같은 여러 가지 항목에 대한 해상 시험평가를 수행함으로써 설계 요구조건 만족 및 제안 방안에 대한 타당성을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper describes the stabilization of underwater TAS winch system Deploy/Recover operation performance. TAS winch installed on the stern of submarine performs to deploy/recover sensor, towing cable and rope tail which is deployed from the stern and separated from submarine itself. Also TAS winch provides transmission path of power to the sensor and data transmitting/receiving path which data are acquired from underwater environment like sound, depth and temperature. At the step of TAS winch evaluation test, sporadic standstill and rotating speed oscillation phenomenon were occurred. Winch motor provides the available torque to deploy/recover TAS and root cause analysis to the winch motor was done to find exact reason to sporadic malfunction. When winch motor was disassembled, eccentricity of rotor, slip-ring and the other composition part for winch motor were found. These might cause magnetic field distortion. To make TAS winch system more stable and block magnetic field distortion, this paper suggests methods to enhance fixing status installed in winch motor. For reliable data acquisition for TAS winch operation, the deploy/recover function of the improved type of TAS winch was verified in LBTS making similar condition with sea status. At the end of stage, improved type of TAS winch was tested on some functions not only deploy/recover function, but sustainability of TAS operation on specific velocity, steering angle of submarine in the sea trial. Improved type of TAS winch was verified in accordance with design requirement. Also, validity of suggested methods were verified by the sea trial.

주제어

표/그림 (25)

그림 Fig. 1. Operational concept of TAS system
그림 Fig. 2. Composition of TAS winch for outer part
그림 Fig. 3. Interface of TAS winch for inner & outer parts
그림 Fig. 4. Disassemble of stern casing of submarine
표 Table 1. Function of TAS winch for outboard equipment
표 Table 2. Causes of TAS winch malfunction
그림 Fig. 5. The position and structure of winch motor
그림 Fig. 6. Measuring back-EMF for winch motor
그림 Fig. 7. Winch motor rotor/stator alignment check circuit
그림 Fig. 8. The movement of washer installed in winch motor
표 Table 3. Result of RCA(Root Cause Analysis)
그림 Fig. 9. Structure of PMSM
그림 Fig. 10. Dowel pin installation to prevent movement of rotor
그림 Fig. 11. Installation position & number of dowel pin
그림 Fig. 12. Installation position of fitting piece
그림 Fig. 13. Cross-sectional diagram of resolver
그림 Fig. 14. The result of FEM Analysis
표 Table 4. Measuring C/A on deploy/recover function test
그림 Fig. 15. LBTS test environment for verifying winch motor speed control & deploy/recover function
그림 Fig. 16. Result of winch motor deploy/recover function test
표 Table 5. Sea trial evaluation result of TAS winc
그림 Fig. 17. Scenario for checking maneuverability(I)
그림 Fig. 18. Sonar stave status obtained from TAS
그림 Fig. 19. Environment data status obtained from TAS
그림 Fig. 20. Scenario for checking maneuverability(II)

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 수중용 TAS윈치 시험평가 과정에서 발생한 간헐적 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상에 대한 원인분석 및 전개/회수 성능 안정화 방안에 대해 기술하였다. 문제 발생 원인분석을 위해 역기전력 계측, 윈치모터 분해 점검을 수행하였으며, 윈치모터 내 고정자 및 회전자간 정렬 틀어짐이 발생하여 자기장 왜곡이 발생한 것을 확인하였다.

제안 방법

함외장비 중 TAS 전개/회수 성능과 직접적인 연관이 있으며, 전개/회수 시 필요한 토크를 발생 및 전달하는 윈치모터의 고정자 및 회전자간 정렬상태 확인 시험을 수행하였다. Fig. 7과 같이 윈치모터의 슬립링 내 설치된 리졸버에서 제공되는 위치정보 관련 피드백 신호를 차단 하고, 별도 모터를 설치하여 이상적인 위치 정보를 윈치 모터에 제공하도록 회로를 구성하였다.
이때, 회전자의 편심과 타원형 공극은 비대칭 법선방향 힘을 유발하는 요소이며, 특히 회전자의 편심은 조립상의 부주의 또는 부품 불량 등으로 고정자와 회전자의 기하학적 중심이 벗어날 경우 발생 가능하다[11,12,13]. PMSM인 윈치모 터의 정상구동을 위해서는 구성품의 고정 및 정렬상태 확보가 필수적인 요소이므로 이에 대한 면밀한 검토를 수행하여 윈치모터 정류각 안정화 방안을 도출하였다.
TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상의 원인으로 가이드튜브 조립체 내 이물질 고착, 윈치드럼에 감겨있는 TAS의 꼬임과 같은 감김상태 불량 등이 의심되어 Fig. 4와 같이 함미 케이싱을 탈거하여 전반적인 함외장비 상태를 육안점검 하였다. 점검결과, 함외장비와 외부 물질간의 고착이나 윈치드럼 내 감김상태 불량과 같은 요소는 식별되지 않았다.
TAS윈치 전개/회수 성능 안정화 검증과 직접적으로 연관이 있는 방안은 세 번째 방안이나, TAS윈치의 작전 운용 성능 확보를 위해서는 전개/회수 성능과 더불어 통합전투체계와의 정상연동, TAS 운용에 따른 함정 기동성및 조종성능 확보가 동시에 이루어져야 하므로 종합적인 검증 방안을 수립하여 해상 시험평가를 수행하였다.
개선방안 적용품에 대해 국방기술품질원이 입회하여 LBTS 환경에서 공식적인 성능입증 시험을 수행하였다.
개선방안에 대한 신뢰성 확보를 위해 Fig. 15와 같이 육상시험체계를 통해 수중환경을 모사하여 TAS윈치 속도 변경 및 전개/회수 기능 확인시험을 수행하였다. 이때, 모사한 수중환경 요인은 함속이며, TAS 전개 시 함운용속력인 Okts에 해당하는 장력을 Fig.
모터와 같은 회전기기에서 고정자 및 회전자의 의도하지 않은 접촉이나 정렬 불량은 진동, 소음, 부하토크 변동, 나아가서는 회전기기 자체의 파손까지 일으켜 모터의 직접적인 성능에 영향을 미치게 된다[7,8]. 고정자 및 회전자 접촉여부와 정렬 틀어짐 발생 여부 확인을 위해 윈치모터 분해 및 육안점검을 수행하였다. 확인결과, 고정자 및 회전자간 접촉은 발견되지 않았으므로 고정자 및 회전자간 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상 발생 가능성이 높은 것으로 추정하였다.
다음으로 개선방안 적용품의 수중환경에서의 충격 안정성 확인을 위해 FEM 해석을 수행하였다. 85g 조건에서 8ms 하중을 적용하였다.
둘째, TAS 운용에 따른 함정 기동성 및 조종성능을 검증하였다. 함정 기동성 검증을 위해 자함은 Fig.
둘째, 함내장비 및 함외장비 간 연동오류를 검토하였 다. Fig.
본 논문에서는 수중용 TAS윈치 시험평가 과정에서 발생한 간헐적 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상에 대한 원인분석 및 전개/회수 성능 안정화 방안에 대해 기술하였다. 문제 발생 원인분석을 위해 역기전력 계측, 윈치모터 분해 점검을 수행하였으며, 윈치모터 내 고정자 및 회전자간 정렬 틀어짐이 발생하여 자기장 왜곡이 발생한 것을 확인하였다.
그러나, TAS윈치 시험평가 과정에서 간헐적으로 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상이 식별되었으며, 이는 잠수함이 음파 탐지성능이 우수한 TAS를 보유하고 있음에도 불구하고, 유사 시 즉각적으로 TAS를 전개/회 수할 수 없어 작전운용 시 효과적으로 활용할 수 없음을 의미한다. 문제점 해결을 위해 역기전력(Back-EMF) 계측, 윈치모터 분해, 정류각(Commutation Angle) 계측등 원인분석을 수행하였으며, 문제점 발생 원인으로 윈치 모터 내 회전자, 슬립링 및 리졸버의 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상을 식별하였다. 식별된 원인을 제거하기 위해 윈치모터 내 회전자 및 구성품의 고정성 향상 방안을 적용하였으며, 제안된 방안을 육상시험체계(LBTS:Land Based Test System, 이하 LBTS)를 통해 검증하고, 최종적으로 해상 시험평가를 통해 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화가 달성된 것을 확인하였다.
성능입증 시험은 총 4회 수행하였으며, 합격 기준은 TAS윈치 전개/회수 소요시간 설계 요구조건인 “OO분 이내”를 기준으로 하였다.
셋째, TAS윈치 전개/회수 성능을 검증하였다. 자함은 자체기동 하였으며, 상세 확인대상은 전개/회수 각 5회시 TAS 감김 상태, 전개/회수 소요시간, TAS 구간별 윈치모터 회전속도 정상변경 여부이다.
셋째, 함외장비의 물리적 고장 중 가이드튜브 조립체내 이물질 고착, 윈치드럼에 감겨있는 TAS의 꼬임과 같은 감김상태 불량 등을 점검하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다. 아울러, 회전자인 영구자석 이상 유무 확인을 위해 역기전력을 계측하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다.
PMSM의 성능평가를 위한 시험항목 및 방법은 국내· 외에서 다양하게 연구되고 있으며, 역기전력 계측, 최대 전압 및 최대속도 계측, 속도-토크 변화율 계측 등 여러 가지 확인 요소가 존재한다. 영구자석 이상 유무를 파악하기 위해 윈치모터의 정상 성능 발휘를 위한 핵심 요소인 역기전력을 계측하였다. 윈치모터에 전력을 공급하고 모터가 요구속도에 도달 및 안정화된 후 역기전력을 계측하여 회전수(rpm) 대비 역기전력이 정상인지 확인하였다[6].
윈치모터 성능에 영향을 주는 요인인 정류각 안정화를 위해 윈치모터 내 고정자 및 회전자, 리졸버 내 고정자및 회전자, 그리고 슬립링 고정성 향상 방안을 적용하였다. 첫째, 윈치모터 회전자 기하학적 중심 유지를 위해 Dowel pin을 3개소 8곳에 적용하여, 윈치모터 내 회전자 움직임을 방지하였다.
윈치모터 정류각 안정화 방안으로 제안된 3가지 개선 방안에 대한 검증을 위해 정류각 계측을 수행하였다. 윈치모터 정상작동을 위한 정류각 변동 범위는 -A° ∼ A° 이며, 개선방안 적용 전·후에 대한 정류각 계측결과는 Table 4와 같다.
영구자석 이상 유무를 파악하기 위해 윈치모터의 정상 성능 발휘를 위한 핵심 요소인 역기전력을 계측하였다. 윈치모터에 전력을 공급하고 모터가 요구속도에 도달 및 안정화된 후 역기전력을 계측하여 회전수(rpm) 대비 역기전력이 정상인지 확인하였다[6]. 측정결과, Fig.
정류각 안정화 달성, 즉 윈치모터 회전자의 기하학적 중심을 고정자의 중심에서 벗어나지 않도록 하기 위해 Fig. 10 및 Fig. 11과 같이 Dowel Pin을 적용하였다. 적용 타입은 3가지이며, 총 8곳에 추가 설치를 하였다.
첫째, Fig. 10(b)의 ⓐ위치인 회전자의 동력을 전달하기 위해 설치한 연결 고정판 외측에 안전율 2.0을 적용하여 90° 간격으로 4곳에 설치하였다.
첫째, 함내 통합전투체계와의 정상연동을 검증하였다.
함내장비 소프트웨어 오류, 함내장비 및 함외장비 간연동오류, 함외장비의 물리적 고장 등은 발생하지 않았으므로 윈치모터 및 구성품에 대한 기하학적 중심에 대한 검토를 수행하였다.
함외장비 중 TAS 전개/회수 성능과 직접적인 연관이 있으며, 전개/회수 시 필요한 토크를 발생 및 전달하는 윈치모터의 고정자 및 회전자간 정렬상태 확인 시험을 수행하였다. Fig.
둘째, TAS 운용에 따른 함정 기동성 및 조종성능을 검증하였다. 함정 기동성 검증을 위해 자함은 Fig. 17에 따라 기동하였으며, TAS에서 음파 탐지가 정상적으로 이루 어지고 있음을 명확하게 식별하고자 조음기를 이용하여모의 소음을 송출하였다. 상세 확인대상은 최고 예인속력을 포함한 함 속력별 TAS 지속운용 상태, 소나 스테이브, 수중환경 정보(수심, 수온) 및 자함의 헤딩정보 전시상태 이다.
본 연구에서 발생한 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상은 함내장비 소프트웨어 오류, 함내장비 및 함외장비 간 연동오류, 함외장비의 물리적 고장 등으로 발생할 수 있으며, 추정할 수 있는 원인은 Table 2와 같다. 해당 추정원인에 대한 분석을 위해 함외장비 육안점검, 윈치모터 회전자의 역기전력 계측, 윈치모터 고정자및 회전자간 정렬상태를 확인하였다.

대상 데이터

17에 따라 기동하였으며, TAS에서 음파 탐지가 정상적으로 이루 어지고 있음을 명확하게 식별하고자 조음기를 이용하여모의 소음을 송출하였다. 상세 확인대상은 최고 예인속력을 포함한 함 속력별 TAS 지속운용 상태, 소나 스테이브, 수중환경 정보(수심, 수온) 및 자함의 헤딩정보 전시상태 이다. 시험 결과, Fig.
자함은 자체기동 하였으며, 상세 확인대상은 통합전투체 계를 통한 TAS윈치 AC 전원 인가, 콘솔 상에서 함외 CCTV를 통한 TAS윈치 전개/회수 상태 확인, 함외 CCTV 밝기조절, 전개/회수 명령, 전개/회수길이 설정, 함외 카메라를 통한 전개/회수 상태 녹화이다. 검증 결과, 연동 관련 모든 기능이 정상적으로 연동되어 구동함을 통합전투체계를 통해 확인하였다.
11과 같이 Dowel Pin을 적용하였다. 적용 타입은 3가지이며, 총 8곳에 추가 설치를 하였다. 첫째, Fig.
측정함정 조종성능 검증을 위해 자함은 Fig. 20에 따라 기동하였으며, 상세 확인대상은 수평타 ±10° 및 수직타 ±20° 범위에서 침로를 변경 및 유지 시 TAS 지속운용 상태이다.

데이터처리

개선방안 적용품 성능검증을 위해 정류각 계측 및 FEM 해석을 실시하여 제안된 방안에 대한 1차 타당성 검증을 수행하였으며, 육상시험체계를 통해 수중환경을 모사하여 TAS윈치 속도 변경 및 전개/회수 기능 확인시험을 수행함으로써 2차 타당성 검증을 수행하였다. 최종 적으로 해상에서 TAS윈치 전개/회수 성능 뿐만 아니라 함내 통합전투체계와의 정상연동, TAS 운용에 따른 함정 기동성 및 조종성능을 통합적으로 확인함으로써 개선방안 적용품에 대한 3차 타당성 검증을 수행하였다.

성능/효과

성능입증 시험은 총 4회 수행하였으며, 합격 기준은 TAS윈치 전개/회수 소요시간 설계 요구조건인 “OO분 이내”를 기준으로 하였다. 4회 시험결과, Fig. 16과 같이 설계 요구조건 대비 최대 52%, 최소 30%의 소요시간이 측정되어 전개/회수 기능이 정상적임 확인할 수 있었다.
85g 조건에서 8ms 하중을 적용하였다. Fig. 14와 같이 주황색 영역 에서 최고 응력인 460.5MPa가 발생하였으며, 윈치드럼 구조물 최대 허용 응력 570MPa 미만으로 이상이 없음을 확인하였다. 아울러, 개선방안이 적용된 영역은 연두색 영역으로 응력 76.
둘째, 함내장비 및 함외장비 간 연동오류를 검토하였 다. Fig. 3과 같이 함내제어캐비닛 연동 대상 장비인 윈치드럼 조립체, 전향장치 조립체, 전개장치 조립체, 절단 장치 조립체, 전시/제어장치, 유압캐비닛, 비상절단/정지 스위치 박스, DC ON/OFF 스위치 박스 등과의 연동 관련 소프트웨어 오류 여부를 점검하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다.
개선방안 타당성 검증을 위한 1차, 2차 및 3차 시험 결과, TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상은 해소된 것을 확인하였다.
자함은 자체기동 하였으며, 상세 확인대상은 통합전투체 계를 통한 TAS윈치 AC 전원 인가, 콘솔 상에서 함외 CCTV를 통한 TAS윈치 전개/회수 상태 확인, 함외 CCTV 밝기조절, 전개/회수 명령, 전개/회수길이 설정, 함외 카메라를 통한 전개/회수 상태 녹화이다. 검증 결과, 연동 관련 모든 기능이 정상적으로 연동되어 구동함을 통합전투체계를 통해 확인하였다.
그러나, TAS윈치 시험평가 과정에서 간헐적으로 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동현상이 식별되었으며, 이는 잠수함이 음파 탐지성능이 우수한 TAS를 보유하고 있음에도 불구하고, 유사 시 즉각적으로 TAS를 전개/회 수할 수 없어 작전운용 시 효과적으로 활용할 수 없음을 의미한다. 문제점 해결을 위해 역기전력(Back-EMF) 계측, 윈치모터 분해, 정류각(Commutation Angle) 계측등 원인분석을 수행하였으며, 문제점 발생 원인으로 윈치 모터 내 회전자, 슬립링 및 리졸버의 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상을 식별하였다.
넷째, 함외장비의 물리적 고장 중 윈치모터 내 조립체의 정렬 불량을 점검하였으며, 윈치모터 내 고정자 및 회전자, 리졸버 내 고정자 및 회전자, 슬립링 내 고정성 불량을 확인하였다.
첫째, 윈치모터 회전자 기하학적 중심 유지를 위해 Dowel pin을 3개소 8곳에 적용하여, 윈치모터 내 회전자 움직임을 방지하였다. 둘째, 슬립링 기하학적 중심 유지를 위해 고정용 부재를 설치하여 슬립링 움직임을 방지하였다. 셋째, 리졸버 기하학적 중심 유지를 위해 상부및 하부 베어링 설치, 고정자 및 회전자 상·하부에 고정용 부재를 설치하여 리졸버 내 회전자의 움직임을 방지 하였다.
따라서 TAS 전개 중 멈춤현상 및 회전속도 변동 현상의 원인으로 고정자 및 회전자간 기하학적 정렬 틀어짐으로 인한 자기장 왜곡으로 최종 판단하였다.
윈치모터 성능에 영향을 미칠 수 있는 수중환경 요소는 함 속력에 따른 TAS윈치에 작용하는 장력 외에도 수압, 수온, 유속, 수중 미생물 등 다양한 요소가 존재하며, 육상시험체계는 상기 요소를 구현하는데 제한사항이 있다. 따라서 상기 요소가 종합적으로 반영된 실제 해상 시험평가를 통해 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화 달성여 부를 최종 검증하였다.
본 연구를 통해 선배열예인소나 운용에 필수적인 수중용 TAS윈치의 전개/회수 성능 안정화를 달성함에 따라 잠수함 작전운용 성능을 확보하고, 군 전력증강에 기여할 수 있는 계기가 되었다. 본 논문에 제시된 TAS윈치 전개 /회수 성능 안정화 방안은 향후 유사장비 개발 시 참고자 료가 될 수 있으며, 유사 문제점 발생 시 원인분석 및 개선방안을 수립하는데 있어 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.
셋째, 리졸버 기하학적 중심 유지를 위해 상부및 하부 베어링 설치, 고정자 및 회전자 상·하부에 고정용 부재를 설치하여 리졸버 내 회전자의 움직임을 방지 하였다.
셋째, 함외장비의 물리적 고장 중 가이드튜브 조립체내 이물질 고착, 윈치드럼에 감겨있는 TAS의 꼬임과 같은 감김상태 불량 등을 점검하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다. 아울러, 회전자인 영구자석 이상 유무 확인을 위해 역기전력을 계측하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다.
자함은 자체기동 하였으며, 상세 확인대상은 전개/회수 각 5회시 TAS 감김 상태, 전개/회수 소요시간, TAS 구간별 윈치모터 회전속도 정상변경 여부이다. 시험 결과, 5회 모두 구간별 윈치모터 회전속도 정상 변경 및 OO분 이내로 TAS윈치 전개/회수가 정상적으로 이루어진 것을 확인하였다.
상세 확인대상은 최고 예인속력을 포함한 함 속력별 TAS 지속운용 상태, 소나 스테이브, 수중환경 정보(수심, 수온) 및 자함의 헤딩정보 전시상태 이다. 시험 결과, Fig. 18 및 Fig. 19와 같이 소나 스테이브를 포함한 기타 정보, 수심, 수온과 같은 수중환경 정보가 정상 전시되는 것을 확인하였다.
20에 따라 기동하였으며, 상세 확인대상은 수평타 ±10° 및 수직타 ±20° 범위에서 침로를 변경 및 유지 시 TAS 지속운용 상태이다. 시험 결과, 침로 변경 및 유지 시 TAS 예인중 조종성능이 정상임을 확인하였다.
시험결과, 윈치모터 회전속도 변경 시 물리적 기계 소음이 발생하였으며, 이는 통상적으로 회전자의 고정 상태가 불량한 경우 발생한다. 최종 고장진단을 위해 윈치모터 분해 점검을 수행하였고, Fig.
문제점 해결을 위해 역기전력(Back-EMF) 계측, 윈치모터 분해, 정류각(Commutation Angle) 계측등 원인분석을 수행하였으며, 문제점 발생 원인으로 윈치 모터 내 회전자, 슬립링 및 리졸버의 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상을 식별하였다. 식별된 원인을 제거하기 위해 윈치모터 내 회전자 및 구성품의 고정성 향상 방안을 적용하였으며, 제안된 방안을 육상시험체계(LBTS:Land Based Test System, 이하 LBTS)를 통해 검증하고, 최종적으로 해상 시험평가를 통해 TAS윈치 전개/회수 성능 안정화가 달성된 것을 확인하였다.
아울러, 개선방안이 적용된 영역은 연두색 영역으로 응력 76.6MPa ∼ 115MPa가 발생하였으 며, 설계변경 전·후와 비교했을 때 큰 차이가 없고, 최대 허용 응력 미만임을 확인하였다.
악조건에서의 윈치모터 내 구성품의 고정 및 정렬상태 신뢰성 검증을 위해 기존 설계대비 안전율 1.5에 해당하는 함 속력인 O+2kts 추진 시 발생하는 장력을 윈치모터에 인가하여 동일 시험을 수행하였으며, 간헐적 윈치모터 멈춤현상 및 회전속도 변동현상은 발생하지 않음을 재검증하였다.
4와 같이 함미 케이싱을 탈거하여 전반적인 함외장비 상태를 육안점검 하였다. 점검결과, 함외장비와 외부 물질간의 고착이나 윈치드럼 내 감김상태 불량과 같은 요소는 식별되지 않았다.
첫째, Fig. 3과 같이 TAS 전개/회수 관련 정보 통합및 명령을 수행하는 핵심 탑재장비는 함내제어캐비닛이며, 통합전투체계 및 전시/제어장치가 보조역할을 하므로, 상기 세 가지 탑재장비에 대한 전개/회수 기능 관련 소프트웨어 오류 여부를 점검하였으며, 이상이 없는 것을 확인하였다.
윈치모터 성능에 영향을 주는 요인인 정류각 안정화를 위해 윈치모터 내 고정자 및 회전자, 리졸버 내 고정자및 회전자, 그리고 슬립링 고정성 향상 방안을 적용하였다. 첫째, 윈치모터 회전자 기하학적 중심 유지를 위해 Dowel pin을 3개소 8곳에 적용하여, 윈치모터 내 회전자 움직임을 방지하였다. 둘째, 슬립링 기하학적 중심 유지를 위해 고정용 부재를 설치하여 슬립링 움직임을 방지하였다.
개선방안 적용품 성능검증을 위해 정류각 계측 및 FEM 해석을 실시하여 제안된 방안에 대한 1차 타당성 검증을 수행하였으며, 육상시험체계를 통해 수중환경을 모사하여 TAS윈치 속도 변경 및 전개/회수 기능 확인시험을 수행함으로써 2차 타당성 검증을 수행하였다. 최종 적으로 해상에서 TAS윈치 전개/회수 성능 뿐만 아니라 함내 통합전투체계와의 정상연동, TAS 운용에 따른 함정 기동성 및 조종성능을 통합적으로 확인함으로써 개선방안 적용품에 대한 3차 타당성 검증을 수행하였다.
윈치모터에 전력을 공급하고 모터가 요구속도에 도달 및 안정화된 후 역기전력을 계측하여 회전수(rpm) 대비 역기전력이 정상인지 확인하였다[6]. 측정결과, Fig. 6과 같이 윈치모터 생산시점과 그로부터 2년이 지난 고장분석 시점 모두 3상 기준 정현파 형태로 12V/rpm이 계측되어 회전자인 영구자석은 이상이 없음을 확인하였다.
15에 명시한 방향으로 인가하였다. 해당 상태에서 100회 이상 윈치모터 속도 변경 및 전개/회수 기능시험을 수행하였으며, 간헐적 윈치모터 멈춤현상 및 회전속도 변동현상은 해소된 것을 확인하였다.
고정자 및 회전자 접촉여부와 정렬 틀어짐 발생 여부 확인을 위해 윈치모터 분해 및 육안점검을 수행하였다. 확인결과, 고정자 및 회전자간 접촉은 발견되지 않았으므로 고정자 및 회전자간 정렬 틀어짐으로 인한 편심현상 발생 가능성이 높은 것으로 추정하였다.

후속연구

본 연구를 통해 선배열예인소나 운용에 필수적인 수중용 TAS윈치의 전개/회수 성능 안정화를 달성함에 따라 잠수함 작전운용 성능을 확보하고, 군 전력증강에 기여할 수 있는 계기가 되었다. 본 논문에 제시된 TAS윈치 전개 /회수 성능 안정화 방안은 향후 유사장비 개발 시 참고자 료가 될 수 있으며, 유사 문제점 발생 시 원인분석 및 개선방안을 수립하는데 있어 유용한 자료로 활용될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	선배열예인소나란 무엇인가?	선배열예인소나(TAS: Towed Array Sonar, 이하 TAS)는 함미에서 전개되어 예인되는 센서로 자함이 발생하는 소음과 이격하여 저주파 장거리 탐색이 가능하며, 수중환경 정보(수심, 수온) 측정 및 LF, MF, HF 대역 음향신호를 수신하여 전처리 및 전송함으로써 잠수함 함미에 대한 음파 탐지가 가능토록 하는 탑재장비이다. TAS 윈치는 TAS 운용 시 센서, 예인케이블 및 꼬리로프의 전개/회수 기능을 수행하고, TAS에 대한 전원공급 및 통합 전투체계로 신호 데이터 전송을 위한 경로를 제공한다.
	TAS 윈치의 기능은?	선배열예인소나(TAS: Towed Array Sonar, 이하 TAS)는 함미에서 전개되어 예인되는 센서로 자함이 발생하는 소음과 이격하여 저주파 장거리 탐색이 가능하며, 수중환경 정보(수심, 수온) 측정 및 LF, MF, HF 대역 음향신호를 수신하여 전처리 및 전송함으로써 잠수함 함미에 대한 음파 탐지가 가능토록 하는 탑재장비이다. TAS 윈치는 TAS 운용 시 센서, 예인케이블 및 꼬리로프의 전개/회수 기능을 수행하고, TAS에 대한 전원공급 및 통합 전투체계로 신호 데이터 전송을 위한 경로를 제공한다.
	TAS 윈치가 중요한 이유는?	즉, 수중에서 운용되는 TAS의 작전운용 성능을 제대로 발휘하기 위해서는 함과 TAS의 연결 매체이며, 전기 및기계적으로 TAS 예인과 직접적인 연관이 있는 TAS윈치의 운용성능 신뢰성 확보가 필수적이라고 할 수 있다.

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증