• 대한토목학회논문집
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• 제31권1A호
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• pp.25-33
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• 2011

본 논문에서는 폭발에 의한 폭풍파 및 파편 충돌하중을 받는 강판보강 콘크리트 패널의 충돌손상거동 수치해석이 수행된다. 폭발로 인해 발생되는 순간 동역학적인 충돌손상 메커니즘은 매우 복잡하며, 이에 대한 실험적 연구 또한 막대한 비용과 시설이 요구되기 때문에 explicit 유한요소해석 프로그램인 AUTODYN을 이용하여 수치적 연구가 수행된다. 그러나, 단일의 수치해석기법을 적용하여 폭풍파 및 파편의 충돌에 의한 손상거동을 명확히 모사하기에는 한계가 있다. 따라서 수치해석의 정확성 및 효율성을 높이기 위해 Euler-Lagrange, SPH(smoothed particle hydrodynamics)-Lagrange 기법을 커플링하는 복합적 수치해석(multi-solver coupling) 기법이 제안된다. 제안된 해석기법과 2차원 축대칭 모델을 적용하여 강판보강 유무에 따른 콘크리트 패널의 충돌손상거동 해석이 수행된다. 수치해석 결과 무보강 콘크리트 패널의 경우, 파편 충돌에 의해 파쇄 및 관통이 발생되었고 강판보강 콘크리트 패널의 경우 강도 및 강성의 증가로 인해 관통이 발생되지 않았고 최대처짐 및 파편억제효과가 나타났다. 해석결과는 기존의 실험결과와 비교하여 잘 일치되었고 제안된 복합적 수치해석 기법은 충돌손상에 대한 보강성능을 평가하는데 효과적으로 적용가능하다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권11호
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• pp.1033-1041
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• 2011

본 논문에서는 현재 운용 중인 아리랑위성 2호와 발사예정인 아리랑위성 5호의 우주파편 충돌 회피기동 주기를 분석하였다. 이때, 각 위성들의 임무궤도 특성, 충돌 회피 여유시간, 허용 충돌확률, 위치 불확실성 등의 인자들의 변화에 따라 분석을 수행하였다. 또한, 결과의 타당성을 검증하기 위해 실제 1년 동안 생성된 NORAD TLE 카탈로그(catalog) 상의 우주 물체들과 아리랑위성 2호와의 충돌 회피기동 주기를 계산하였다. 분석 결과, 두 위성 모두 연중 약 1회 충돌 회피기동이 요구됨을 확인할 수 있었으며, 계산 인자들의 변화에 따른 결과 분석을 통해 추후 발사 예정인 저궤도 위성들의 충돌 회피기동 주기 예측 정밀도를 향상시키기 위한 방안들을 제시하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제50권12호
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• pp.829-838
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• 2022

본 연구에서는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 충돌 각도를 고려한 초고속 충돌(Hypervelocity impact) 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 비선형 구조 동역학 전산 해석 프로그램인 LS-DYNA의 완화 입자 유동법(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)을 사용하여 초고속 충돌 현상을 묘사하였으며, 금속 재료의 비선형 거동을 구현하기 위하여 Mie-Grüneisen의 상태 방정식과 Johnson-Cook의 재료 모델을 사용하였다. 구, 정육면체, 원기둥 및 원뿔 형상의 다양한 형상의 우주 물체를 이용하였으며, 우주 구조물은 알루미늄 평판(200 mm×200 mm×2 mm)으로 모델링되었다. 우주 물체가 우주 구조물 대비 4.119 km/s의 상대 속도로 충돌하는 시뮬레이션을 수행하여 동일 질량을 갖는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 0°, 30° 및 45°의 충돌 각도를 고려하였을 시 초고속 충돌에 의하여 발생되는 파편운(debris cloud) 형상을 분석하였다. 동일한 운동 에너지를 갖는 우주 물체는 형상의 차이로 인해 모두 다른 파편운이 형성되었다. 더불어 충돌 각도의 증가에 따라 파편운의 크기가 줄어드는 경향을 확인하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제39권7호
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• pp.674-681
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• 2011

인류 최초의 인공위성 스푸트니크가 발사된 이후 50여년의 기간 동안 인류의 지속적인 우주개발로 인해 저궤도는 물론 지구 정지궤도까지 상당수의 우주파편들이 생겨나 임무를 수행하는 유인 우주활동이나 인공위성을 위협하고 있다. 우리나라에서도 지난 2010년 6월 성공적으로 발사되어 현재 임무를 수행하고 있는 천리안 위성 또한 우주파편으로부터 자유로울 수 없기 때문에 적절한 우주임무설계가 요구된다. 본 연구에서는 지구정지궤도 위성의 충돌확률 및 임무궤도 환경 분석의 선행연구로써 천리안 위성에 대해 분석한 내용을 기술하였다. NORAD TLE를 이용하여 분석한 결과 지난 1월 14일 천리안 위성과 RADUGA 1-7 위성의 충돌확률은 정지궤도위성의 위치추정오차가 10km라고 가정했을 때 2.8753E-07로 나타났으며, 지구정지궤도 우주환경 특성에 따라 임무 궤도에 머무르는 우주파편의 상당 부분이 유성이나 유성우로 분석되었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제42권8호
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• pp.661-673
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• 2014

본 논문에서는 한국항공우주연구원에서 개발한 우주파편 충돌위험 종합관리 시스템(KARISMA, KARI Collision Risk Management System)의 궤도결정 기능을 이용하여, 정지궤도위성의 광학 관측데이터에 기반한 정밀궤도결정을 수행하였다. 광학 관측데이터로는 정지궤도 위성 ARTEMIS에 대한 유럽우주기구(ESA, European Space Agency)의 실제 광학 관측데이터를 사용하였다. 동일한 관측데이터에 대해 유럽우주기구의 정밀궤도결정 시스템을 통해 얻은 궤도결정 결과와 비교했을 때 약 420 m 정도의 평균 위치오차가 있음을 확인하였다. 또한, 4일간의 광학 관측데이터를 바탕으로 얻은 궤도결정 결과를 이용하여 궤도예측을 수행하였으며, 유럽우주기구의 궤도결정 결과와 비교했을 때 3일 동안 대략 500~600 m 수준의 위치오차를 보였다. 이러한 결과들에 기반하여 KARISMA의 궤도결정 성능이 우주파편 충돌위험 분석을 위해 사용가능한 수준임을 확인할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제41권2호
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• pp.156-163
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• 2013

우주파편과의 위험성을 판단하는데 가장 보편적으로 사용되는 것이 충돌확률이며, 현재 널리 사용되고 있는 방법은 최근접거리를 이용한 2차원 선형 충돌확률 계산방법이다. 본 논문에서는 우리나라가 운용하거나 운용을 계획 중인 아리랑 2호, 3호, 5호 위성에 접근하는 물체의 접근 특성을 분석하고, 2차원 선형 충돌확률보다 더 정밀한 3차원 비선형 충돌확률의 특성을 STK/Nonlinear Collision Probability Tool을 이용하여 분석하였다. 이를 통해 저궤도 위성인 아리랑 위성들에 대해 3차원 비선형 충돌확률의 효용성에 대해 고찰하였다. 분석결과 3차원 비선형 충돌확률은 350m/s 이하의 상대속도 영역에서 효용성이 있음을 확인하였으며, 우리나라 위성의 경우 낮은 상대속도를 가지고 접근하는 경우가 거의 없는 것으로 나타나 실질적으로 3차원 비선형 충돌확률에 대한 효용성이 낮은 것으로 나타났다.

• 한국항공우주학회지
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• 제40권4호
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• pp.354-363
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• 2012

현재 지구 주변의 궤도에는 폐기된 위성을 비롯한 많은 우주파편이 존재하고 있으며, 임무를 수행중인 인공위성이나 유인 우주활동을 위협하고 있다. 2013년 7월까지 임무를 수행할 예정인 아리랑 2호 위성 또한 우주파편에 대한 고려가 필요하다. 본 논문에서는 앞으로의 원활한 우주활동을 위해 제정된 25년 규정 중 저궤도의 경우 임무종료 후 25년 이내에 지구대기로 하강하여 소각되어야 하는 요구조건을 소개하고, 이를 준수하기 위해 연료소모를 최소화하는 폐기경로 설계에 대한 내용을 기술하고 있다. 그리고 생성한 폐기경로에 접근하는 물체로 인한 위험성을 분석하게 위해서 몬테칼로 시뮬레이션을 이용한 방법을 제안하였다. 분석 결과 가장 위험성이 높은 경로의 충돌확률은 6.0741E-07으로 나타났으며 접근한 상대 물체의 크기를 알 수 없으므로 보다 정밀한 분석이 필요함을 알 수 있었다.

• 전산구조공학
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• 제10권4호
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• pp.12-21
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• 1997

차량충돌에 대하여 운전자의 안전확보를 위하여 새로 개발한 철재 중앙분리대에 대한 안전성 분석을 위하여 인체모형을 탑재한 실물차량 충돌실험을 실시하였다. 인체모형의 두부와 흉부, 대퇴부 및 차량의 무게중심점에서 가속도와 충격하중을 계측하여 철재 중앙분리대 방호울타리에 차량충돌시 운전자의 안전성을 검증한 결과 다음과 같은 결론을 도출하였다. 1) 철재 중앙분리대 방호울타리는 콘크리트 중앙분리대 방호울타리에 비해 운전자의 신체 상해치와 차량파괴 등에 있어서 뛰어난 충격흡수성능을 보여주었다. 2) 철재 중앙분리대 방호울타리는 콘크리트 중앙분리대 방호울타리의 경우 빈번히 발생하는 차량전복과 같은 2차사고의 유발 가능성이 전혀 없는 구조적 안정성을 보여주었다. 3) 경량의 차량충돌에 대하여 자체 탄성영역내에서 충격을 흡수하여 유지보수 측면에서 유리함을 나타냈다. 4) 충돌 수 충돌차량에 대한 차량유도성능이 뛰어났으며, 차량의 충돌후 이탈각도는 충돌각도의 60% 이내로 나타났다. 5) 철재 중앙분리대 방호울타리로부터 분리된 파편이 거의 없어 도로소통에 지장을 초래하지 않는다.

• 화약ㆍ발파
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• 제37권3호
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• pp.13-24
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• 2019

본 논문은 명시적 유한요소 해석을 이용하여 군함이나 수상함 아래의 수중에서 어뢰가 폭발할 때의 파편들의 거동을 조사하기 위하여 작성되었다. 본 연구에서는 LS-DYNA에서 라그랑주-오일러 (ALE) 접근법이라 불리는 유체-구조물 상호작용(FSI) 기법을 적용하여 어뢰파편과 선체의 응답을 관찰하였다. 오일러 모델은 공기, 물, 폭약으로 구성되며, 라그랑주 모델은 파편과 선체로 이루어져 있다. 본 모델링의 핵심은 최악파편이 어뢰로부터 가까운 곳(4.5 m)에 위치한 선체에 파공을 일으킬 수 있는지 여부를 파악하는 데 있다. 시뮬레이션은 별도의 두 단계로 수행되었다. 첫 번째의 예비해석에서는 팽창하는 어뢰의 외피가 찢어지는 데 폭약에너지의 30%가 소모된다는 가정 하에 수중폭발 시의 파편속도에 대해 잘 알려져 있는 실험결과를 토대로 최악파편의 초기속도를 결정하였다. 두 번째의 총괄해석에서는 최악파편이 선체에 부딪치기 직전에 보일 것으로 예상되는 파편의 종단속도를 찾고자 하였다. 그 결과, 주어진 조건 하에서 최악파편의 초기속도는 매우 빠른 것으로 나타났다(400 및 1000 m/s). 하지만 충돌이 발생할 때의 파편과 선체 간의 속도차이는 불과 4 m/s 정도로 매우 작았다. 이 결과는 물에 의한 큰 항력의 영향도 있지만 선체에 부여한 비파괴 조건도 영향을 끼쳤을 것으로 보인다. 하지만 적어도 본 논문에서 가정한 해석조건 하에서는 최악파편의 느린 상대속도로 인하여 선체에 파공이 발생하기는 어려운 것으로 나타났다.

• 한국시뮬레이션학회논문지
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• 제29권3호
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• pp.1-8
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• 2020

적 무인기가 거대 도시지역에 침투 시 다양한 형태의 대공화기들이 넓은 지역에 배치되어 대응한다. 대공무기의 특징상 다량으로 비행체에 대해서 사격함으로 명중탄을 제외한 잔여탄은 자체 폭발 후 다양한 크기의 파편으로 낙하한다. 파편이 지상으로 낙하하면서 인명에게 피해를 줄 수 있는 임계속도, 파편질량, 파편 초기속도, 물체충돌 속도 등 4가지 요소를 도출하여 대공포와 유도무기로 구분하여 피해율을 분석하였다. 앞으로 북은 비대칭전력인 무인기를 활동하여 수도서울에 대한 침투가 예상됨으로 대응 간 인명 피해 최소화를 위해 사전 피탄지역과 사격제한지역을 설정해 둠으로서 피해를 최소화 할 수 있을 것이다.