[논문]미래함정 개념설계 발전방향

최원준

문제 정의

대형수송함-II의 개념설계는 방위사업관리규정 개정 이후 최초로 해군에서 위탁 수행하는 것으로 수직이착륙기 운용을 위한 플랫폼 최적의 ROC를 도출하는 것을 목표로 설계가 진행 중에 있다.
본고에서는 이러한 무기체계 획득환경 변화에 따라 미래함정에 대한 개념설계 방향을 제시하고자 한다.
함정의 개념설계를 수행하기 위한 설계방법과 절차를 고찰하고 미래함정의 개념설계를 효율적으로 수행하기 위한 여러 가지 요소들에 대해 설명하였다. 타군 무기체계 획득절차와 달리 해군은 기술군으로서 제대로 된 요구조건을 도출하여 원하는 함정을 획득할 수 있어야 한다.

제안 방법

Well Deck 제거에 따른 항공기 격납, 정비 및 항공무장공간 활용 등 21개의 설계인자(Design Variable)로 설정하여, 최적의 설계조합을 도출해내기 위한 개념설계를 수행하였다. 표1에서 보는 바와 같이 주요 설계인자는 격납고 길이 및 정비를 위한 높이, 항공기 정비 및 부품 보관을 위한 용적 등으로 제한된 함정의 규모에 함성능을 극대화하기 위한 변수의 옵션이 도출된다.
서론에서 언급했듯이 대형수송함-II는 소요군 중심으로 개념설계를 수행하고 조선소가 설계를 지원하기 위한 용역의 형태로 진행이 되는 첫 사례이다. 대형수송함-II 개념설계의 경우 수직이착륙기를 탑재하는 함정 플랫폼 설계를 고려하여 개념설계 기술지원을 위한 제안요청서에 국외유사함정 설계/건조 경험 보유 업체 협력 방안 및 함정 특성을 고려한 전력화 지원요소 (전투발전요소, 종합군수지원요소) 식별 및 분석을 포함한 개발 계획 등을 포함시켰다.
한정된 기간 내에서 형태가 다른 두 가지 설계를 동시에 진행하는 것은 비용과 기간 상승을 동반한다. 따라서 소요군은 기술적인 위험 부담을 갖더라도 함내 진회수 방식을 선택하였다. 만일 개념 설계 기간 중 이러한 대안에 선택 과정이 없었다면, 함정 건조 단계에서 소요군의 의견을 반영함에 애로사항이 존재하였을 것이다.
그림 3은 대형수송함-II에 적용된 종합효과도 도출 절차로 Set Based Design을 적용한 사례이다. 신속한 의사결정을 지원하기 위한 종합효과도 모델을 정의하고 각 설계인자별 가중치를 설정하여 조선소에서 보유한 설계모듈을 활용하여 설계 결과를 범위 형태로 도출하였다. 각 설계인자별 조합에 따른 설계결과로서 설계초기 단계의 개략적인 주요제원을 산출하고 그에 따른 효과도는 시각적으로 표현이 가능하다.
2013년도 한국형차기구축함(KDDX) 개념설계 수행 당시 사업관리는 방사청이, 개념설계 종합관리는 군에서 수행하였고, 개념설계 수행은 조선소에서, 국과연에서 연구개발탑재 무기 체계에 대해 검토 수행하는 것으로 업무분장 하였다. 이에 따라 설계관리에 있어서 각 기관별 전문가로 구성된 개념설계 전담인력을 분야별(운용개념 분야, 플랫폼 분야, 탑재장비 분야, 특수성능 분야 등)로 구성하여 개념설계를 진행하였다. 이것이 개념설계 수행간 협업 관계를 구축하는 시초가 되어 이후 잠수함구조함(ASR-II)의 개념설계도 유사한 형태로 전담인력을 구성하여 설계를 관리하였다.

대상 데이터

이러한 조합들의 수치화 된 효과도를 도출하기 위해서는 각 설계인자에 대해 가중치를 선정하고, 정량적으로 산출할 수 없는 경우 전문가를 활용하여 가중치를 구현하는 계층화분석법(Analytic Hierarchy Process : 이하 AHP) 기법을 적용하여 종합효과도(Overall, Measures of Effectiveness : 이하 OMOE)를 구할 수 있다. LHA의 경우 美 해상체계사령부 (NAVSEA), 사업전문가(PEO), 운용부대 등 전문가 12명으로 구성된 인원으로 AHP를 수행하였다. 이를 바탕으로 초기요구 조건을 설정함에 있어서 광범위한 설계범위에서 의사결정 단계를 통해 설계를 수렴해가는 방식으로 개략적인 제원을 추정하게 된다.

이론/모형

그림 2에서 보는 바와 같이 英 퀸엘리자베스급 항공모함의 경우 항공기를 150대 탑재하고 일일 출격회수를 150회를 충족하는 최초 설계 안(Alpha Design)을 도출하였으나, 고비용으로 실용적인 설계 요구가 되어 항공기 탑재수량 및 출격회수를 줄임에 따라 함크기를 축소한 Bravo Design을 채택하였다. 이는 복원성과 손상통제 능력의 불만족으로, 갑판면적을 확장하여 Charie Design을 적용하였으나 통합전기추진체계 적용에 따른 발전용량 불만족으로 디젤원동기를 2대에서 4대로 증가하여 최종적으로 Delta Design을 채택하게 되었다.
설계대안은 이러한 옵션들의 조합으로 이루어진다. 이러한 조합들의 수치화 된 효과도를 도출하기 위해서는 각 설계인자에 대해 가중치를 선정하고, 정량적으로 산출할 수 없는 경우 전문가를 활용하여 가중치를 구현하는 계층화분석법(Analytic Hierarchy Process : 이하 AHP) 기법을 적용하여 종합효과도(Overall, Measures of Effectiveness : 이하 OMOE)를 구할 수 있다. LHA의 경우 美 해상체계사령부 (NAVSEA), 사업전문가(PEO), 운용부대 등 전문가 12명으로 구성된 인원으로 AHP를 수행하였다.

성능/효과

신속한 의사결정을 지원하기 위한 종합효과도 모델을 정의하고 각 설계인자별 가중치를 설정하여 조선소에서 보유한 설계모듈을 활용하여 설계 결과를 범위 형태로 도출하였다. 각 설계인자별 조합에 따른 설계결과로서 설계초기 단계의 개략적인 주요제원을 산출하고 그에 따른 효과도는 시각적으로 표현이 가능하다.

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