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마이크로 터보 엔진 배기 플룸에서의 적외선 신호 측정 및 검증
구본찬(Bonchan Gu),백승욱(Seung Wook Baek),제갈현욱(Hyunwook Jegal),최성만(Seongman Choi),김원철(Won Cheol Kim) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.12
적외선 신호에 대한 측정 시스템은 저피탐 기술 개발 및 전자기 방사의 분광 분석에 기여한다. SR (Spectroradiometer)의 적용은 배기 플룸에서 방사되는 열원만으로 복사량이 측정 가능하다. 마이크로 터보 엔진을 이용한 측정 시스템의 구축은 항공기 플룸을 모사하는데 목적을 두었다. 엔진은 성능 시험을 위해 테이블에 계측 장비와 함께 설치되었다. 배기플룸 축과 수직을 이루도록 분광복사기를 위치하여 적외선 신호를 측정하였다. 원 데이터에 대한 보정을 위하여 흑체를 사용하여 참조 데이터를 획득하였고 플룸 신호와 비교하기 위해서 배경에 대한 신호도 측정하였다. 보정된 spectral radiance는 데이터 처리를 통해 계산되었고 밴드별로 분석되었다. 본 측정 시스템으로 종합적인 분석 연구가 가능하게 되었다. Development of an accurate infrared signature (IR) measurement system is expected to contribute in the development of low observable technology and the spectroscopic analysis of electromagnetic radiation. Application of a spectroradiometer (SR) allows for the measurement of detailed infrared signature from the exhaust plume due to its own heat source. Establishment of a measurement system using a micro-turbo engine is intended to simulate the modelling of the aircraft plume. The engine was installed on a test stand to measure the engine performance. The IR signature was measured by placing the SR perpendicular to the axis line of the exhaust plume. Reference data from the blackbody were also measured to calibrate the raw data, and the infrared signature of the background was also measured for comparison with that of the plume. The calibrated spectral radiance was obtained through the data reduction process and the results were analyzed in specific bands. The experiments revealed that the measurement system established here showed sufficient performance for further comprehensive analysis.
구본찬(Bonchan Gu),백승욱(Seung Wook Baek),이경주(Kyung Joo Yi),김만영(Man Young Kim),김원철(Won Cheol Kim) 한국항공우주학회 2014 韓國航空宇宙學會誌 Vol.42 No.8
추진기관 배기 플룸의 적외선 복사(Infrared radiation :IR) 신호는 항공기 생존성에 영향을 미치는 주요 요인이다. 항공기의 생존성 향상을 위해 IR 감소 설계 기술이 적용된 추진기관의 정확한 IR 신호 예측이 필요하다. 본 연구는 유동 및 열전달 해석 코드를 이용하여 노즐 내부, 외부 자유류, 플룸 영역의 열유동장을 수치 해석하였다. 비회색가스의 특성을 효율적으로 해석하는 좁은밴드 기반의 재조합 회색가스가중합법을 적용하여 항공기 플룸에서 방사되는 파장별 IR 신호를 계산하였다. 개발된 프로그램의 정확성과 신뢰성을 확보하고자 1차원 모델에 대한 검증을 거친 후 항공기 추진기관의 열유동장 및 파장별 IR 신호 해석을 수행하였다. 해석을 통하여 상대적으로 플룸 내부에서 IR 복사강도가 높은 것을 확인하였고 온도, 분압, 화학종에 따라 다른 파장별 IR 신호 특성을 파악하였다. 노즐 출구 부근에서는 노즐 벽면의 고체 방사로 인하여 파장별 IR 복사강도가 연속적으로 나타났다. Infrared signature of aircraft exhaust plume is the critical factor for aircraft survivability. To improve the military aircraft survivability, the accurate prediction of infrared signature for the propulsion system is needed. The numerical analysis of thermal fluid field for nozzle inflow, free stream flow, and plume region is conducted by using the in-house code. Weighted Sum of Gray Gases Model based on Narrow Band with regrouping is adopted to calculate the spectral infrared signature emitted from aircraft exhaust plume. The accuracy and reliability of the developed code are validated in the one-dimensional band model. It is found that the infrared radiant intensity is relatively more strong in the plume through the analysis, the results show the different characteristic of the spectral infrared signature along the temperature, the partial pressure, and the species distribution. The continuous spectral radiant intensity is shown near the nozzle exit due to the emission from the nozzle wall.
복사 데이터베이스를 활용한 항공기 배기 플룸 IR 신호 해석
조평기(Pyung Ki Cho),구본찬(Bonchan Gu),백승욱(Seung Wook Baek),김원철(Won Cheol Kim) 한국항공우주학회 2016 韓國航空宇宙學會誌 Vol.44 No.7
항공기로부터 방사되는 IR 신호(Infrared : IR)는 전투 생존성 관점에서 예측과 분석이 필요하다. 본 연구에서는 배기 플룸에서 발생하는 IR 신호에 대해 IR 탐지기 관점에서 신호 예측을 수행하였다. 복사 데이터베이스와 이를 활용하는 Line-By-Line 기법을 적용하여 복사 물성치를 해석하고 이를 바탕으로 1차원 Line Of Sight(LOS)에 대해 복사 강도를 해석하였다. 상용 프로그램을 이용하여 노즐의 배기 플룸 열유동장을 해석하였고, 이 플룸열유동장에 IR 탐지기 관점에서 서로 다른 탐지 각도에 대한 LOS를 설정하여 이에 대한 IR 신호 해석을 수행하였다. 해석을 통해 플룸 내부의 국부적으로 높은 온도 영역을 지나는 LOS에서 강한 IR 신호가 확인되었다. 또한 노즐 벽면을 포함한 LOS에서 가장 강한 IR 신호가 확인되었으며, 이를 통해 고체 벽면에 의한 복사 방사가 IR 신호에 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. For the combat survivability, an infrared signature emitted from aircraft is needed to be predicted and analyzed. In this study, we studied the infrared signature from the exhaust plume from the viewpoint of Infrared(IR) detector. The Line-By-Line method using the radiation database is used for radiative property, and radiative intensity analysis is conducted along 1-D line of sight based on the radiative property. The numerical thermo-fluid field for the plume is conducted by ANSYS FLUENT, while setting the lines of sight having the different detection angle on the thermo-fluid field. We found the high IR signature on the line of sight passing through the locally high temperature region of the plume inside, and the strongest signature from the line of sight toward the nozzle surface. Based on this, it confirms the influence of the surface radiative emission on the infrared signature.
대기환경을 고려한 항공기 배기플룸의 IR 신호해석에 관한 연구
고건영(Gun Yung Go),구본찬(Bonchan Gu),김만영(Man Young Kim) 한국항공우주학회 2023 韓國航空宇宙學會誌 Vol.51 No.3
항공기의 생존성과 피탐지성에 관련된 기술은 현대 전투에서 필수적인 요소이다. 항공기의 생존성을 향상시키기 위해서는 항공기 플룸의 고온 영역에서 방사되는 높은 수준의 적외선 신호를 저감하고, 열 추적 및 적외선 유도 미사일 또는 지상의 IR seeker에서 탐지되는 IR 신호의 분석이 필수적이다. 본 연구에서는 아음속 항공기 플룸의 열유동장을 해석하고 배기플룸의 IR 신호특성을 분석하고자 수치적 방법을 사용하였다. 또한 대기전파 해석 프로그램인 LOWTRAN 7을 사용하여 대기조건, 가시거리, 계절 그리고 관측각도에 따른 대기투과율을 분석하였다. 최종적으로, 아음속 항공기에서 배출된 플룸의 IR 신호가 비행고도 및 관측각도에 따라 지상의 IR seeker에서 탐지되는 신호 수준을 분석하였다. 항공기에서 방사하는 IR 신호는 CO₂ 및 H₂O 가스에 의한 대기효과 때문에 Blue 및 Red spikes 형태로 탐지된다. 또한 항공기 고도가 높고 지상의 IR seeker와의 관측각도가 커질수록 IR 신호가 감소하는 것을 확인하였다. Technologies associated with aircraft survivability and susceptibility are of considerable importance in modern warfare. In order to enhance the aircraft survivability, it is necessary to reduce the IR signature level of the hot plumes exhausted from an aircraft and analyze the IR signature detected in heat seeking or IR homing missiles or IR seeker on the ground. In this work, numerical method is adopted to attack the thermal flowfield and IR signature level of the exhaust plume from a subsonic aircraft. Also, atmospheric transmissivities with different air mass, visibility range, season, and observation angle are investigated by using the LOWTRAN 7. Finally, the IR signature level, which is emitted from the hot plume exhausted from subsonic aircraft, is analyzed according to flight altitude and observation angles from the view of IR seeker on the ground. It can be found that the Blue and Red spikes are appeared due to the atmospheric effects caused by CO₂ and H₂O. Also, it was confirmed that the IR signature level is reduced as the aircraft altitude was high and the observation angles on the ground increased.