레이더를 이용하여 표적을 탐지함에 있어 표적의 Radar Cross Section(RCS)은 매우 중요한 요소이다. 동일한 표적이라도 레이더를 바라보는 방향에 따라 RCS 값이 크게 차이 나며, 레이더로 표적을 탐지하는 확률을 높이기 위해 RCS가 크게 나타나는 곳에 레이더를 배치하는 것이 유리하다. 북한의 탄도미사일은 우리의 안보에 큰 위협이 되고 있으며, 탄도미사일 방어를 위해 레이더를 이용하여 미사일을 조기에 탐지하여 추적하여야한다. 본 논문에서는 탄도미사일의 RCS 특성과 북한 탄도미사일의 탄도를 분석하여 탄도미사일의 탐지확률을 높이기 위한 레이더 배치 방안을 제시하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제10권6호
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pp.762-781
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2018
This paper presents the ballistic armor performance examination and thickness estimation for the latest naval ship structure materials in the Republic of Korea. Up to date, research regarding methods of ballistic experiments establishing database on the latest hull structure materials as well as a precise method of estimating required thickness of armor against specific projectiles have been rarely researched. In order to build a database and estimate proper thicknesses of structure materials, this study used four structure materials that have been widely applied in naval ships such as AH36 steel, AL5083, AL5086, and Fiber Reinforced Plastics (FRP). A $7.62{\times}39mm$ mild steel core bullet normally fired by AK-47 gun was considered as a threat due to its representativeness. Tate and Alekseevskii's penetration algorithm was also used to calculate a correction factor (${\alpha}$) and then estimate the armor thickness of naval ship hull structure materials with a given impact velocity. Through live fire experiments, the proposed method performance difference was measured to be 0.6% in AH36, 0.4% in AL5083, 0.0% in AL5086, and 8.0% in FRP compared with the experiment results.
본 논문에서는 다기능 레이더를 이용한 탄도탄 추적을 위해 알파-베타 필터, 칼만 필터, 탄도탄 추적 필터의 성능을 분석하였다. 제시된 필터들은 탄도탄의 궤적과 다기능 레이더의 신호처리기를 모의하는 시뮬레이터를 기반으로 시뮬레이션 되었다. 그 결과, 제안한 탄도탄 추적 필터의 성능이 알파-베타 필터에 비해 최대 75.3 %의 속도 오차 감소 효과가 있음을 확인하였다. 또한, 추적 초기화 이후에 제안한 필터가 칼만 필터보다 거리, 속도 오차가 작아 안정적인 성능을 보였다. 마지막으로 각도 추적에서도 전체 시나리오 구간에서 안정적인 동작을 확인하여 초고속 탄도탄 표적의 추적에 적합함을 입증하였다.
표적의 RCS(Radar Cross Section)는 레이더 탐지 성능을 결정하는데 중요한 요소이므로 표적을 효율적으로 탐지하기 위해 RCS가 크게 나타나는 위치에 레이더를 배치하는 것이 유리하다. 그러나 표적의 RCS와 함께 표적과 레이더 간의 거리 또한 레이더에 수신되는 신호의 강도를 결정하는 중요한 요소이다. 본 논문에서는 탄도미사일을 대상으로 동일한 횡축 선상에서 위치를 변경하면서 표적을 관측하였을 때 레이더에 수신되는 전력을 계산하고, 탐지 효율을 높이기 위한 레이더 배치 방안에 대해 연구하였다.
탄도미사일은 작은 레이다 단면적 및 빠른 기동 특성으로 인하여 탐지가 매우 힘들며, 또한 탄도미사일의 각 비행단계에서 탄두와 유사한 운동 변수로 기동하는 연료탱크 및 기만체의 존재로 인하여 탄두의 식별 및 요격이 매우 어렵다. 따라서 비행 단계에 따라 표적의 기동 및 미세운동을 이용한 특성벡터가 필요하며, 또한 이를 적절히 융합하여 비행단계에 상관없이 식별하는 방법이 요구된다. 본 연구에서는 탄도미사일의 비행단계에 따른 유용한 특성벡터를 소개하고, 이를 특성벡터 및 구분기 레벨에서 융합하는 효과적인 기법을 제안한다. CAD 모델들을 사용하여 예측된 레이다 신호들로 시뮬레이션을 수행한 결과, 구분기 레벨 융합을 통하여 잡음환경 내에서 비행단계에 상관없이 종말 단계로 갈수록 보다 향상된 탄두 식별이 가능하였다.
본 연구에서는 추진제 연소면적을 조절하여 이중추력 프로파일을 구현하는 단일연소관 이중추력 로켓모터의 내탄도성능 분석 방법을 제시한다. 천이 구간에서의 연소속도 보정계수 및 비추력의 점진적 변화를 고려하며 성능 예측에 필요한 변수를 획득할 수 있는 분석법을 제시하고, 해당 분석법을 적용한 결과와 천이 구간 내 변화를 고려하지 않는, 기존 연구의 분석법을 적용한 결과를 비교함으로써 새로 제시하는 분석법에서 개선된 부분을 확인한다. 추진제 초기 온도 또는 배치 조건이 다른 네 가지의 시험 조건에 대하여 제시하는 분석법을 이용해 내탄도 변수를 획득하고, 이를 이용하여 각 시험 조건별로 성능 예측을 수행한다. 해당 예측 결과는 실제 연소시험 결과와 잘 일치하며, 따라서 본 연구의 분석법을 기반으로 설계 형상이 동일한 이중추력 모터의 성능 예측이 가능함을 확인할 수 있다.
본 논문은 MIL-STD-662F의 방호한계속도 산출을 위해 충돌속도를 추정하는 새로운 방법을 제안하였다. 기존 MIL-STD-662F의 방법은 충돌속도를 추정하기 위해 상대공기밀도, 항력계수, 형상인자, 탄도계수 등이 필요하여 기초연구가 필수적이라는 한계를 가지고 있다. 하지만 제안한 방법은 기초연구 없이도, 기기에서 측정된 속도와 측정기기와 타격점까지 거리만으로 충돌속도를 추정할 수 있다. 이를 검증하기 위해 M193탄과 M80탄을 사용하였고, 미국의 검증된 PRODAS의 데이터를 기반으로 MIL-STD-662F 방법의 충돌속도 추정값과 제안한 방법의 충돌속도 추정값을 비교하고 분석였다. 실험결과에서 제안한 방법이 일부 속도구간에서는 MIL-STD-662F의 방법보다 오차가 크지만 방호한계속도 산출은 가능하였고, 대부분의 속도구간에서는 MIL-STD-662F보다 오차가 작다는 것을 보였다.
고체추진제를 사용한 초소형 추력기의 내탄도 모델링과 성능예측에 관하여 기술하였으며, 특히 초소형화 되면서 고려해야하는 연소실 내의 열손실을 고려하였다. 추진제는 일반 HTPB-AP계열을 선택하였으며, 계산 모델은 간단한 1차원 축대칭 end-burner 모델로 정하였다. 연소실내의 화염에 노출되는 표면과 체적에 대한 비율을 변화시키면서 연소실 가스 온도, 압력, 추력을 계산하여 본 논문의 경우 열손실효과로 약 3%의 총역적 감소가 있음을 확인하였다.
Database for the damage reference by armor piercing bullet test was established for both tube and plate specimens having a range of thickness. As the inclined angles of hit are increasing, it has been found that penetration damage diameter tends to increases accordingly in both specimen of the tube and plate, and such penetration damage diameter on the rear side becomes bigger than those on the front side. The tube specimen showed that the damage becomes bigger when central areas rather than the peripheral were hit. Through the plate test, it also has been found that the penetration ballistic limit for Al alloy is about 25.4mm and that of stainless steel about 12.7mm. From the fatigue analysis results using the database for damage reference, it has been identified whether the safety requirements of military aircraft could be met.
As the propellant mass is being accelerated out of the gun chamber along with the projectile, a continuous pressure gradient exists between the end of chamber and the base of the projectile. For this reason, the base pressure-travel curve is very important to design a conventional gun barrel in the interior ballistics, but it is not obtained briefly by empirical or theoretical method. In this paper, a simple relation between chamber pressure and base pressure was determined by the factor of base pressure(Cb) obtained from the experimental method. The simple relation gives a reasonable prediction for the reduction of pressure between the breech and the base of projectile owing to the axial gradient in the gun tube. The predictions have been validated by the infrared screen sensor and the PRODAS(PROjectile Design and Analysis System) for interior ballistic systems. Therefore, the base pressure-travel curve could be calculated from the chamber pressure measured by piezoelectric sensor. The base pressure-travel curve obtained from the simple relation offers initial information to gun barrel designer and is used for calculation of muzzle velocity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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