함정의 스텔스 함형 설계 시스템 구축

Abstract

고도로 발전된 현대 무기체계에서 상대방에 대한 탐지 능력 및 스텔스 기술은 생존성향상에 중요한 인자중 하나이다. 스텔스 기술은 수상함정이 발생시키는 각종 신호를 감소시키는 기술을 나타낸다. 대표적인 예로는 레이다 반사면적(Radar Cross Section, RCS), 표적강도(Target Strength, TS), 수중방사소음(Underwater Radiated Noise, URN), 적외선 신호(Infrared Signature, IR) 등이 있다. RCS는 외부로부터 입사된 신호가 표적에 의해 산란되어 나오는 신호의 전력의 비율로 표현될 수 있으며 표적이 레이다 방향으로 산란시키는 전자파의 양에 관계된다. 고주파수 영역에서 표적의 RCS를 예측하기 위해서는 기하광학법(Geo- metric Optics, GO)과 물리광학법(Physical Optics, PO) 등이 있으며 파장에 비해 표적이 매우 큰 경우 적합한 해석방법이다. 고주파수 영역에서는 산란체가 다른 부분들과는 독립적으로 에너지를 산란시키는 특징이 있다. 이를 이용해서 전체 표적을 여러 개의 요소들도 분해한 후 각 요소가 표적 강도에 주는 각각의 공헌도를 구해 그것을 합함으로써 전체 표적의 산란 특성을 구할 수 있게 된다. 이에 따라 단일 평판부터 시작하여 좀 더 복잡한 구조물인 실린더, 원뿔에 대해서 표적 강도를 해석하고, 이론 해와 비교 검증하였다. 본 논문에서는 해외 첨단함형인 DDG-1000과 Holland Class를 이용하여 함정의 위협 주파수 대역에 대한 해석과 위협 고도각 분석을 통해 스텔스 함정의 RCS 특성을 분석하였다. 또한 RCS 감소기법인 전파흡수구조 기법(Radar Absorbing Structure, RAS)과 전파흡수재료 기법(Radar Absorbing Material, RAM)을 이용하여 형상의 변경 그리고 특수 재질을 이용하여 감소 특성을 확인하였다. RCS 감소는 형상을 변화시키는 것이 가장 효과적이고 비용 적으로 유리하지만 함정의 형상변경이 불가한 경우 전파흡수재료 기법을 사용한다. 최근 세계적으로 주목받고 있는 메타물질을 적용하여 함정의 RCS 감소효과를 분석 하였다. 메타물질은 기존의 전파흡수체와는 다르게 유전율과 투자율을 제어하여 완전 흡수체, 광대역 흡수체 등을 구현할 수 있으며 함정에 적용 가능한 메타물질을 선정하여 RCS 감소효과를 확인하였다.