CFD-DEM 연동 기법을 이용한 함정 및 항공기용 채프의 동적 거동 해석 = Numerical Simulation of Dynamics of Chaffs for warships and Warplanes Using CFD-DEM Coupling Method

국문 초록 (Abstract)

채프는 레이더를 이용한 표적 탐지를 방해하는 가장 일반적인 대응 수단으로, 짧은 머리카락과 유사한 형상이다. 채프는 제2차 세계대전 중 처음 사용된 이후 현대까지 연구개발이 진행되고있는 핵심 군사기술 중 하나이다. 수십만 개 이상의 채프들이 공간상에 확산되어 있는 것을 채프운(Chaff cloud)이라고 하며, 채프운은 허위 레이더 반사 단면적을 생성하여 적의 레이더를 기만한다. 채프는 초기에 카트리지에 담겨있기 때문에, 허위 레이더 반사 단면적 생성을 위해서는 다수의 채프들을 발사 및 확산시켜야 한다. 채프는 주로 함정 또는 항공기에서 사용되며, 사용처에 따라 채프의 발사 및 확산 방법이 다르다. 따라서 본 논문에서는 함정용 및 항공기용 채프운을 각각의 발사 방법에 따라 수치적으로 모델링하고 분석하였다. 수치해석 기법은 폭발, 바람과 같은 유체의 영향을 계산할 수 있는 CFD와 채프들 사이의 충돌 영향을 고려할 수 있는 DEM을 결합한 CFD-DEM 연동 기법을 이용하였다. 해석 결과로 함정용 채프운은 폭발에 의한 방사형 확산, 난류와 충돌에 의한 전 방향 확산, 낙하 속도 차이에 의한 중력 방향 확산의 세 가지 확산 단계로 구분되는 것을 확인하였다. 항공기용 채프운은 항공기 이동 방향으로 확산된 이후 낙하속도 차이에 의해 중력 방향으로 확산되는 것을 확인하였다. 동시에 각 채프들의 방향각 분포는 모두 시간 경과에 따라 전 방향으로 균일해짐을 확인하였다. 또한, 사례 연구를 통해 채프운 확산에 영향을 미칠 수 있는 여러 가지 환경 및 발사 조건이 채프운의 분포에 미치는 영향을 확인하였다. 본 연구의 해석 결과는 채프 운용과 기술 개발에 대한 기초가 될 수 있으며, 채프운의 레이더 반사 단면적을 분석하기 위한 채프운의 분포 정보를 제공할 수 있다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 1.1 연구배경 2
• 1.2 연구목적 및 내용 4
• 2. 이론적 배경 6
• 2.1 유체의 지배방정식과 CFD 6
• 2.2 입자의 지배방정식과 DEM 9
• 2.3 CFD-DEM 연동 기법 12
• 3. 채프운 해석을 위한 수치적 모델 14
• 3.1 채프의 구조 14
• 3.2 해석 모델 및 조건 15
• 4. 함정용 채프운 해석 결과 및 고찰 20
• 4.1 함정용 채프운 시공간 분포 해석 20
• 4.1.1 함정용 채프운의 시공간 분포 20
• 4.1.2 함정용 채프운의 시간에 따른 방향각 분포 23
• 4.1.3 함정용 채프들 사이의 충돌에 대한 고찰 27
• 4.2 변수에 따른 함정용 채프운 분포 특성 분석 28
• 4.2.1 바람에 따른 함정용 채프운 분포 28
• 4.2.2 카트리지 초기 각도에 따른 함정용 채프운 분포 31
• 4.2.3 폭발 압력에 따른 함정용 채프운 분포 34
• 5. 항공기용 채프운 해석 결과 및 고찰 36
• 5.1 항공기용 채프운 시공간 분포 해석 36
• 5.1.1 항공기용 채프운의 시공간 분포 36
• 5.1.2 항공기용 채프운의 시간에 따른 방향각 분포 38
• 5.1.3 항공기용 채프들 사이의 충돌에 대한 고찰 42
• 5.2 변수에 따른 항공기용 채프운 분포 특성 분석 43
• 5.2.1 바람에 따른 항공기용 채프운 분포 43
• 5.2.2 항공기 진행 각도에 따른 항공기용 채프운 분포 46
• 5.2.3 항공기 속력에 따른 항공기용 채프운 분포 49
• 6. 결론 52
• 참고문헌 54
• 국문초록 58