함정용 추진시스템 연구개발 동향 분석과 국산화 방안에 대한 연구

최청석 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.8

함정의 추진체계는 추진뿐만 아니라 통합 에너지원으로서의 기능도 수행함으로써 무기체계 내의 핵심장비로 분류되어진다. 국내외적으로 함정들은 에너지원의 통합, 생존성 향상, 효율 개선, 미래무기 전력원 확보, 친환경화 등을 목표로 기존 기계식 추진시스템으로부터 통합전력시스템을 갖춘 전기함정으로 전환 중에 있다. 국내 함정의 추진체계 획득은 해외의존도가 높은 편이다. 원동기나 발전기에 대해 기술협력생산 또는 구매로 획득하고, 축 및 프로펠러는 국내 주문생산으로 획득하여 함에 탑재하였다. 하지만 해외장비를 탑재한 전기추진방식의 잠수함(KSS-I, II)의 2006년부터 2012년까지 약 7년간의 고장유형을 계통별로 살펴보면 추진계통인 전기 및 내연분야가 전체 고장의 72%를 차지하고 있을 정도로 운용 간 애로사항이 빈번하게 발생한다. 이는 전력운영 측면에서 추진체계의 영향이 크다는 것을 단적으로 보여준다. 이러한 배경에서 본 연구를 통하여 전기식 추진체계의 부품국산화를 통해 해외의존 탈피와 운용성 향상에 기여하고자 한다. 국내외 추진체계의 기술동향, 적용현황, 개발사례 등을 살펴보며 KDDX(Korea Destroyer Next Generation) 등 미래 함정에 적합한 전기식 추진체계의 국산화 방안을 연구결과로 수립하였으며, 향후 함정체계에 적용 가능한 수준의 연구개발방안 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

전자지원체계 연구개발 동향 분석과 국산화 방안에 대한 연구

최청석(Chung Seok Choi),김동욱(Dong Uk Kim),우정완(Jeong Wan Woo) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.2

전자전체계(EW)는 혼재된 전자파환경(민간/상용/군용 통신장비, 레이다 등)에서 敵 위협신호를 탐지/분석/식별하고 수집된 정보를 이용하여 상태를 파악하고 경보하며, 필요시 방해전파를 방사하여 적의 레이더 및 통신장비 등을 마비시켜 아군의 성공적인 작전수행을 가능하게 한다. 이러한 전자전체계는 전자지원(ES), 전자공격(EA), 전자보호(EP)로 구분할 수 있으며, 목적에 따라 세분화된 기능을 통합 또는 분리하여 운용할 수 있다. 최근 전세계적으로 AESA, MFR과 같은 신규위협의 증가에 따라 전장에서의 탐지능력을 담당하는 전자지원장비는 핵심장비로 여겨진다. 특히, 임무영역이 가장 넓은 대한민국 해군 전력은 높은 전자전 능력을 함양하여야 한다. 하지만 대한민국은 전자전장비에 대한 해외의존도가 높아 관련 연구가 미비한 편이다. 본 연구는 함정 전자전체계의 전자지원을 중점적으로 다루며, 향후 국산화 개발시 활용이 가능하도록 운용개념과 RESM, ELINT, CESM/COMINT 등 연구개발에 필요한 요소기술 조사‧분석을 목적으로 하고 있다. 연구의 결과로, 국산화 시 고려가 필요한 개발범위, 요구성능, 개발기간 및 비용, 시험평가 방안 등을 수립할 수 있었다. 본 연구에 기반하여 국산화에 성공한다면 1,400억원 이상의 경제적 효과, 군사력 증대, 기술파급 등 다양한 효과 창출이 가능할 것으로 예상된다. EW (Electronic Warfare) detects/analyses/identifies a threat signal in a mixed electromagnetic environment (e.g., civil/commercial/military communication equipment, radar). It paralyzes the enemys radar and communication equipment by radiating jammer signals to enable the successful operation of friendly forces. These electronic warfare systems can be divided into ES (Electronic Support), EA (Electronic Attack), and EP (Electronic Protection), and the subdivided functions can be integrated/separated according to the operation type and the loading system. With the recent increase in new threats (e.g., AESA, MFR) worldwide, electronic warfare systems that are responsible for detection capabilities on the battlefield are considered core equipment. In particular, the Republic of Korea Navy, which has the widest mission area, must develop advanced electronic warfare capabilities. On the other hand, Korea is strongly dependent on the overseas electronic warfare market, and related research is insufficient. This study focuses on the electronic support of the electronic warfare system, and investigates and analyzes the key functions and operational concepts, as well as element technologies necessary for R&D, such as RESM, ELINT, and CESM/COMINT. As a result of the study, it was possible to set up the development scope, required performance, development period and cost, and test and evaluation plans that need to be considered in localization. If localization is successful based on this study, various effects will be achieved, such as economic effects of over 140 billion won and increased military power and spread of technology.

함정용 추진시스템 연구개발 동향 분석과 국산화 방안에 대한 연구

최청석(Chung Seok Choi) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.8

함정의 추진체계는 추진뿐만 아니라 통합 에너지원으로서의 기능도 수행함으로써 무기체계 내의 핵심장비로 분류되어진다. 국내외적으로 함정들은 에너지원의 통합, 생존성 향상, 효율 개선, 미래무기 전력원 확보, 친환경화 등을 목표로 기존 기계식 추진시스템으로부터 통합전력시스템을 갖춘 전기함정으로 전환 중에 있다. 국내 함정의 추진체계 획득은 해외의존도가 높은 편이다. 원동기나 발전기에 대해 기술협력생산 또는 구매로 획득하고, 축 및 프로펠러는 국내 주문생산으로 획득하여 함에 탑재하였다. 하지만 해외장비를 탑재한 전기추진방식의 잠수함(KSS-I, II)의 2006년부터 2012년까지 약 7년간의 고장유형을 계통별로 살펴보면 추진계통인 전기 및 내연분야가 전체 고장의 72%를 차지하고 있을 정도로 운용 간 애로사항이 빈번하게 발생한다. 이는 전력운영 측면에서 추진체계의 영향이 크다는 것을 단적으로 보여준다. 이러한 배경에서 본 연구를 통하여 전기식 추진체계의 부품국산화를 통해 해외의존 탈피와 운용성 향상에 기여하고자 한다. 국내외 추진체계의 기술동향, 적용현황, 개발사례 등을 살펴보며 KDDX(Korea Destroyer Next Generation) 등 미래 함정에 적합한 전기식 추진체계의 국산화 방안을 연구결과로 수립하였으며, 향후 함정체계에 적용 가능한 수준의 연구개발방안 수립에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. Ship propulsion systems are classified as core equipment within weapon systems, as they not only provide propulsion but also serve as integrated energy sources. Domestically and internationally, ships are transitioning from conventional mechanical propulsion systems to electric ships equipped with integrated power systems, in accord with the goals of integrating energy sources, improving survivability, increasing efficiency, securing power sources for weapon systems, and achieving environmental friendliness. However, acquiring propulsion systems for domestic ships depends heavily on foreign suppliers. Engines and generators are acquired through technological cooperation agreements, while shafts and propellers are domestically manufactured. Nevertheless, operational difficulties are common, as evidenced by malfunctions from 2006 to 2012 in submarines (KSS-I and II) equipped with foreign-made electrical propulsion systems. In fact, the electrical and internal combustion sectors of propulsion systems accounted for 72% of all malfunctions. This paper proposes a plan to increase domestic self-reliance and operational efficiency by promoting the localization of submarine electric propulsion systems and focusing on technological trends, application statuses, and development cases of domestic and international propulsion systems. In addition, it suggests localization strategies for electric propulsion systems suitable for future ships such as the KDDX (Korea Destroyer Next Generation) and should contribute to establishing R&D plans for future ship systems.

함정용 추진전동기 적용형태 및 개발동향에 대한 연구

최청석(Chung Seok Choi) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.10

군 함정의 추진 시스템은 군사 작전과 해양 안전에 핵심적인 역할을 하는 중요한 구성 요소다. 최근 수십 년간 이러한 추진 시스템은 기계식에서 전기식으로의 전환 중에 있다. 이로써 군 함정의 성능과 효율성을 향상시키는 데 큰 기회가 열렸으며, 그 결과로 더 나은 군사 작전 능력을 제공한다. 전기식 추진 시스템은 디젤 엔진과 기계식 감속장치를 대체하고, 전동기와 발전기, 전력 전자 장치를 중심으로 하는 시스템이다. 이러한 시스템은 높은 효율성, 운용 유연성, 유지보수 용이성, 환경 친화성 등 다양한 이점을 제공하며, 군 함정의 성능을 향상시키는 주요 요소로 인식되고 있다. 국내외에서는 전기식 추진 시스템을 통한 함정의 현대화가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 추진 시스템의 발전은 군함정의 작전운용성능을 획기적으로 높이고 있다. 이 논문은 이러한 추진 시스템 종류 및 개발 현황을 다루며, 향후 군함정 적용을 위한 방안제시를 목표로 한다. The propulsion system of a military ship is a critical component that plays a crucial role in military operations and maritime safety. In recent decades, these propulsion systems have been transitioning from mechanical to electric, presenting significant opportunities to enhance the performance and efficiency of military vessels, resulting in better military operational capabilities. Electric propulsion systems replace diesel engines and mechanical reduction gears and are systems centered on electric motors, generators, and power electronics. These systems offer numerous advantages, including high efficiency, operational flexibility, ease of maintenance, and environmental friendliness, and are recognized as a critical factor in improving the performance of military ships. The modernization of ships using electric propulsion systems is progressing domestically and internationally, significantly enhancing the operational performance of military vessels. This paper covers the types and development status of these propulsion systems and aims to present a plan for future application to military ships.

방위산업 분야 부품공급망 정보관리 방안 연구

우정완,최청석,김동욱 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.6

최근 들어 공급망 안정성 강화가 미국을 중심으로 주요 이슈로 부상하고 있다. 미국 바이든 행정부는 자국의공급망에 대한 점검을 위해 행정명령(‘21. 2. 24.)을 발표하였고. 그에 따라 각 부처는 공급망의 취약성을 극복하고자계획을 마련하였다. 유럽의 경우, EU 집행위원회 주도로 핵심원자재법(CRMA : Critcal Raw Material Act, 이하CRMA)을 입법 제안(’23. 3. 16.)하는 등 국가 주도의 공급망 관리 움직임이 강화되고 있다. 따라서 국내 방위산업부품공급망의 현황 파악, 문제점 진단. 그리고 이를 해결하기 위한 정책 수립 체계를 마련하기 위해 정부 차원의 방위산업 공급망 정보관리가 필수적이다. 단순 공급망(supply chain) 정보가 아닌 데이터기반 정책수립 지원을 위한 공급망(value chain) 정보의 구성을 위해 공급망 참여 기업의 현황정보와 R&D사업의 유기적 연계를 통한 공급망 가시화가필수적이다. 즉 유관기관을 통해 정보를 수집하고 이를 표준화하여 데이터 연관 관계 분류를 통해 정보분석 및 활용하는체계확립이 필수적이다. 이를 통해 방위산업 부품공급망 내 위험을 사전에 식별하고 위험을 해소하기 위해 데이터기반방산육성 지원사업 정책 수립지원 및 기획·운영에 활용함으로써 공급망 위기에 선제적 대응을 할 수 있을 것으로 기대된다.

역설계 기반의 40mm 함포용 슬립링 설계 및 국산화 개발

김원재,이호준,최청석,박상흠 국방기술품질원 2020 국방품질연구논집 Vol.2 No.2

The slip ring is a key component for providing continuous power and signals to equipment that operates infinitely, such as a rotating turret, and is a component that relies on imports due to its high-level technology. It is a large-capacity, multi-channel and hybrid slip ring that has never had successful domestic development. Therefore, through localization, we want to do independent development beyond the current situation of relying on developed countries. This study introduce the reverse design analysis process of slip ring that have been successfully domestic development.

특허정보를 이용한 무기체계 부품국산화 개발기술 동향조사 및 분석

김성규(Sung-Kyu Kim),최청석(Chung-Seok Choi),최윤혁(Yoon-Hyeok Choi),김진하(Jin-Ha Kim) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.6

최근 무기체계 핵심부품 개발 필요성 증가 등으로 인해 무기체계 부품국산화 개발사업이 확대되고 있다. 개발된 핵심부품의 국내 무기체계 적용 및 해외시장 진출을 위해 사전 기술동향을 반영한 과제기획이 필요한 실정이다. 이에 본 연구는 무기체계 핵심부품 국산화 대상과제의 특허 조사 및 분석을 통한 부품국산화 개발기술 동향을 도출하였다. 또한 개발기술 동향 분석결과를 과제 선정 시 활용하기 위한 구체적인 방안을 제시하였다. 연구의 세부 추진 방법으로 2019년 선정된 과제 관련 특허를 조사하여, 최초 출원 시점부터 현재까지의 특허의 연도별 출원수, 출원인수를 분석하였다. 이를 종합하여 시계열에 따른 기술시장 성장단계를 도출하였다. 2019년 과제선정 시 산출된 선정기준 가중치를 이용하여 기술시장 성장단계와 부품국산화 과제선정 기준을 양축으로 하는 Matrix를 구성하였다. 각 영역별 배치된 부품국산화 기술의 포트폴리오 분석을 실시하였으며, 그 결과 Matrix 영역별 기술을 배치하고 해당 영역의 종합적인 기술동향을 분석하였다. 향후 효과적인 과제기획을 위해 기술동향 분석결과의 활용을 위한 절차개선 방안을 제안하였으며, 이를 통한 효율적인 과제기획 및 효과적인 국내 방위산업 중소기업 육성지원이 기대된다. Recently, due to the increasing necessity of developing core parts for weapons systems, the project for localization of parts for weapons systems is expanding. In order to apply the developed core parts to the domestic weapon system and advance into the overseas market, it is necessary to plan a project that reflects the technology trends in advance. This study derived trend of technology development through conducting the patent research and analysis. Also, suggested plan for applying the analysis results when project planning and selecting. As a detailed method, patents related to the 2019 year selection project were investigated. The number of patent applications by year and number of applicants from the time of the first application to the present were analyzed. And the growth stage of the technology market was derived. The comprehensive result was derieved through the portfolio analysis by arranging the parts localization technology in each area of the matrix consisting of market growth stage and the criteria for the selection of parts localization project. This research suggested the applying plan for improving project selection process. we expect the promotion of defense industry and the effective task planning.

국방 중소기업자 우선선정 품목지정 제도 개선을 위한 후보군 강화 방안 연구

김동욱(Dong Uk Kim),우정완(Jeong Wan Woo),최청석(Chung Seok Choi) 한국산학기술학회 2023 한국산학기술학회논문지 Vol.24 No.5

국방 연구개발 사업 중소기업자 우선선정 품목지정제도는 기술력을 갖춘 중소기업을 육성하고 방산 중소기업의 연구개발사업 참여 확대를 위한 제도이다. 제도에 따라 고시하는 품목에 대하여는 국방 연구개발 주관기관 또는 시제품 생산업체 선정 시 중소기업자를 우선 선정할 수 있다. 하지만 우선선정 품목 선정을 위한 후보군의 낮은 활용도와 품목지정 후 개발에 적합한 업체 부재 등의 제도를 운영하면서 여러 문제점이 발생하였다. 본 연구는 무기체계 WBS(Work Breakdown Structure) 조사 · 분석 결과를 활용한 후보군 조사 · 분석 강화방안을 제시하였다. 제시 방안을 통해 후보군-품목 연계성을 높여 심층적인 조사 · 분석을 수행하고 중소기업자가 개발하기 적합한 품목 지정을 유도할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 지정품목이 확대되어 중소기업의 국방 분야 참여를 높이고 방산 중소기업의 역량을 높일 수 있는 제도개선 효과가 예상된다. The small business protection policy in defense research and development (R&D) is a system for fostering small businesses with technological capabilities and expanding participation in defense R&D by small and medium-sized enterprises (SMEs). Based on the policy, SMEs can be selected as a defense R&D host or prototype producer for priority items. However, since the policy was implemented, there have been some problems, such as low utilization of candidate groups, which are a pool of selecting priority items, and an absence of a proper company after items were selected. This study suggests a way of reinforcing candidate group analysis based on work breakdown structure (WBS) analysis of a weapon system. Through the suggested measure, connectivity is increased between candidate groups and priority items, in-depth research and analysis can be conducted, and suitable items for SMEs to develop are expected to be selected. In addition, it would be helpful for SMEs to participate in the defense field and to increase their capacities.

차륜형장갑차용 유압펌프의 해석 및 시험을 통한 신뢰성 확보에 관한 연구

김원재(Won-Jae Kim),이호준(Ho-Jun Lee),최청석(Chung-Seok Choi),서석호(Suk-Ho Seo),최성웅(Sung-Woong Choi) 한국기계가공학회 2020 한국기계가공학회지 Vol.19 No.9

This paper introduces the structural and vibration analysis performed in the localization development process of hydraulic pumps used in wheeled armored vehicles. The maximum strain, maximum stress, maximum displacement, and minimum safety factor were calculated using structural analysis. Furthermore, it was found that the dangerous resonance frequency was avoided through vibration analysis. In addition, the reliability of the analysis results was verified by passing various tests, such as the actual vibration test and the actual durability test. The developed hydraulic pump is expected to contribute significantly to the maintenance of military vehicles in the future.