KR101254172B1 - 함정 마스트 플랫폼의 ＲＣＳ 감소용 웨지（Ｗｅｄｇｅ）구조물 - Google Patents

함정 마스트 플랫폼의 ＲＣＳ 감소용 웨지（Ｗｅｄｇｅ）구조물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 함정 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS)을 감소시킬 수 있는 웨지(Wedge) 구조물 형상의 설계 방법에 관한 것으로, 기둥 형상의 메인 포스트, 상기 메인 포스트의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼 및 상기 마스트 플랫폼의 측면 직각 코너에 적어도 하나 이상 배치되어, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS : Radar Cross Section)을 감소시키기 위한 Wedge 구조물;을 포함한다. 상기 Wedge 구조물은 마스트 플랫폼의 높이와 동일한 높이를 갖는 이등변 삼각형 형상으로 마스트 플랫폼의 4곳의 모서리에 설치됨으로써, RCS감소시켜 레이더의 성능을 향상시킬 뿐만 아니라 적 레이더에 의한 탐지 확률을 감소시켜 함정의 생존성 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플렛폼은 기존 마스트 플랫폼 구조 대비하여 작업 공간이 증가되므로 탑재된 레이더와 통신 안테나 등의 정비시 접근성과 작업성을 향상시킬 수 있다.

Description

함정 마스트 플랫폼의 ＲＣＳ 감소용 웨지（Ｗｅｄｇｅ）구조물{WEDGE STRUCTURE FOR REDUCING RCS OF NAVAL VESSELS MAST FLATFORM}
본 발명은 함정 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS)을 감소시킬 수 있는 웨지(Wedge) 구조물 및 그 설계에 관한 것이다.
일반적으로 해상 작전을 수행시 함정을 탐지하기 위해 사용되는 탐지 센서는 레이더이다. 함정의 거리가 먼 경우 상기 레이더에 최초로 탐지되는 함정 구조물은 가장 높은 위치인 마스트 플랫폼이다.
따라서 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적 (RCS : Radar Cross Section)이 큰 경우 적 레이더에 탐지되는 거리가 증가된다. 상기 RCS증가에 의해 적 레이더에 탐지되는 거리가 증가되면 함정이 공격받을 수 있는 확률이 증가하기 때문에 함정의 생존성이 감소되고, 마스트에서 운용되는 레이더가 송신한 전자파를 수신할 때 전자파 산란에 의한 높은 신호 수준이 잡음으로 작용하여 탐지 성능이 저하된다. 또한 상기 마스트 플랫폼의 높은 RCS는 마스트 플랫폼상에 설치되는 각종 통신용 안테나에 전자파 잡음으로 작용하여 통신기 성능을 저하시킨다.
이러한 이유로 함정 마스트 플랫폼의 RCS를 감소시키면 레이더에 탐지되는 거리가 감소되어 함정 생존성을 증가할 수 있고, 전자파 잡음신호 수준의 감소로 레이더와 통신기의 성능을 향상할 수 있다. 그러나 함정 마스트 플랫폼상에는 레이더와 통신용 안테나, 신호(Light) 등화 등의 다양한 장비들이 설치되고 장비 설치 및 정비의 공간이 필요하기 때문에 RCS 감소를 위한 전폭적인 형상 변경이나 축소 등은 곤란한 상황이다.
종래에는 함정 마스트 플랫폼 구조물의 RCS를 감소하기 위하여 높은 RCS가 발생될 수 있는 영역에 전자파 흡수재료를 적용하는 방법을 사용하였다. 이 방법은 전자파 흡수재료를 함정 구조물에 접착하는 방식으로 약 10dB 정도의 RCS를 감소시킬 수 있으나 성능 유지를 위해 주기적인 교체가 필요하고, 고가이므로 상당한 유지 비용이 지출되는 문제점이 있다. 또한, 전자파 흡수재료를 적용하지 않을 경우 함정에는 마스트 플랫폼에 대한 설계 변경을 통해 RCS를 감소할 수 있으나, 운용중인 함정에 대해 형상을 변경하기 위해서는 재설계와 제작을 위해 상당한 비용과 기간이 필요하다. 상선 등의 선박인 경우에는 블록 단위로 제작되어 기존 설계를 사용하고 있고, 감소 방법이 명확하지 않기 때문에 높은 RCS를 가지는 기존 마스트 플랫폼 형상 설계를 그대로 사용하고 있는 실정이다.
따라서 기존의 함정 마스트 플랫폼 형상과 면적을 유지하면서 RCS를 감소할 수 있는 방법의 고안이 필요하며 간단한 형상 설계를 통해 구조물을 용이하게 제작하고 적용하여 RCS 감소 효과를 달성할 수 있는 방법이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명의 목적은 함정 마스트 플랫폼의 RCS 감소시킬 수 있으며 제작이 용이한 웨지(Wedge)형 구조물과 그 형상 설계 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같음 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 함정 마스트 플랫폼은, 기둥 형상의 메인 포스트; 메인 포스트의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼; 및 상기 마스트 플랫폼의 측면 직각 코너에 적어도 하나 이상 배치되어, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS : Radar Cross Section)을 감소시키기 위한 Wedge 구조물;을 포함한다.
상기 Wedge 구조물은 이등변 삼각형 형상으로 마스트 플랫폼의 4곳의 측면 모서리에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 Wedge 구조물은 마스트 플랫폼 구조에 용접을 통해 접합되거나 마스트 플랫폼과 일체형으로 형성된다.
상기 Wedge 구조물의 세부 제원은 마스트 플랫폼의 제원에 따라 결정된다.
상기 Wedge 구조물의 변의 길이는 마스트 플랫폼의 길이에 따라 변경되며, 상기 마스트 플랫폼 길이의 1/3이 되도록 형성되며, 높이는 마스트 플랫폼과 동일하게 형성된다.
상기 마스트 플랫폼의 RCS는 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 구조를 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링한 후 함정 RCS 해석 및 분석용 소프트웨어에 의해 분석된다.
본 발명은 기존 마스트 플랫폼 형상을 유지하면서 마스트 플랫폼에서 발생되는 이중반사기 구조를 제거하기 위해 Wedge형 구조물을 마스트 플랫폼의 측면 4곳 모서리에 적용함으로써 종래 전자파 흡수재료를 적용하여 RCS를 감소시키는 방법에 비해 주기적인 교체가 필요치 않으므로 유지 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 RCS 감소시켜 레이더의 성능을 향상시킬 수 있고, 적 레이더에 의한 탐지 확률을 감소시켜 함정의 생존성 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 특히 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플렛폼은 기존 마스트 플랫폼 구조 대비하여 작업 공간이 증가되므로 탑재된 레이더와 통신 안테나 등의 정비시 접근성과 작업성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 Wedge 구조물이 적용되지 않은 기존 마스트 플랫폼의 CAD 모델.
도 2는 본 발명의 실시에에 따른 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 CAD 모델.
도 3은 도 2에 도시된 Wedge 구조물의 형상 설계 방법을 나타낸 도면.
도 4는 Wedge 구조물이 적용되지 않은 기존 마스트 플랫폼의 RCS 값을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 실시에에 따른 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 RCS 값을 나타낸 도면.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
해상에서 작전을 수행하는 함정은 적 함정에 탑재된 레이더에 대한 탐지 확률과 거리를 줄이는 것이 함정의 생존성을 향상하는 방법이다. 함정에서 사용되는 주된 탐지 수단인 레이더는 탐지 정보의 정확성과 장거리 탐지 능력으로 인해 널리 이용되고 있다. 따라서 레이더에 대한 함정의 탐지 확률 감소가 필수적이다.
장거리에서 함정을 탐지하는 레이더는 함정 구조물 중 가장 높은 위치인 마스트 플랫폼을 최초로 탐지하게 되므로, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적 (RCS : Radar Cross Section)을 줄여야 레이더에 탐지되는 거리가 감소되어 함정이 공격받을 수 있는 확률이 줄어들게 되어 함정의 생존성이 향상된다.
상기 마스트 플랫폼의 RCS를 감소하기 위해서는 형상 변경이나 면적 축소 등의 방법이 있으나, 상기 함정 마스트 플랫폼 상에는 레이더와 통신 안테나, 신호등화(Light) 등의 다양한 장비들이 설치되고 장비의 정비 공간이 필요하므로 RCS 감소를 위한 전폭적 형상 변경이나 축소 등은 곤란한 상황이다. 따라서 기존의 함정 마스트 플랫폼 형상과 면적을 유지하면서 RCS를 감소할 수 있는 방법의 고안이 필요하며 간단한 형상 설계를 통해 구조물을 용이하게 제작하고 적용하여 RCS 감소 효과를 달성할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 기존의 마스트 플랫폼 형상을 유지하면서 형상 설계와 제작이 용이한 웨지(Wedge) 구조물을 마스트에 추가 적용하여 마스트 플랫폼의 RCS를 감소하는 방법을 고안하였다.
이하 본 발명의 실시예에 따른 함정 마스트 플랫폼의 RCS 감소용 Wedge 구조물 형상의 설계 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 기존 함정의 마스트 플랫폼의 CAD 모델이다.
도 1을 참조하면, 기존 함정의 마스트 플랫폼은 기둥 형상의 메인 포스트(50)와, 상기 메인 포스트(50)의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼 (51)으로 구성된다. 상기 마스트 플랫폼(51)의 측면은 직각 형태 코너 구조를 가지고 있다. 따라서, 기존의 함정의 마스트 플랫폼은 상기 직각 형태 코너 구조때문에 전자파 측면에서 이중반사기 구조를 형성하여 넓은 방위에 걸쳐 높은 RCS를 발생하는 특성(단점)을 가진다.
본 발명은 기존 마스트 플랫폼 형상을 유지하면서 마스트 플랫폼에서 발생되는 이중반사기 구조를 제거하기 위해 Wedge 구조를 제작한다. 상기 Wedge 구조는 제작이 용이한 특성을 가지며 기존 마스트 플랫폼 구조에 용접을 통해 접합하거나(접합형) Wedge 구조를 반영하여 제작시 마스트 플랫폼 구조를 변경한다(일체형).
도 2는 본 발명의 실시예 따른 마스트 플랫폼의 RCS 감소를 위해 설계된 함정 마스트 플랫폼의 CAD 모델이다.
도 2에 도시된 바와같이, 본 발명의 실시에에 따른 함정 마스트 플랫폼은 기둥 형상의 메인 포스트(50), 상기 메인 포스트의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼(51) 및 상기 마스트 플랫폼(51)의 측면 직각 코너에 적어도 하나 이상 배치되어, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS : Radar Cross Section)을 감소시키기 위한 Wedge 구조물(52)을 포함하여 구성된다.
상기 Wedge 구조물(52)의 형상은 이등변 삼각형 형태이며, 상기 Wedge 구조물(52)의 제원은 마스트 플랫폼(51)의 제원에 따라 결정된다.또한, 상기 Wedge 구조물(52)의 형상은 이등변 삼각형 형상으로 한정되는 것이 아니라, 두변이 마스트 플랫폼(51)의 직각 코너에 연결되는 구조이면 모두 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 Wedge 구조물의 형상 설계 방법을 나타낸 상세 배치도이다.
Wedge형 구조물(52)의 세부 제원은 마스트 플랫폼(51)의 제원에 따라 결정된다. 즉, 상기 Wedge형 구조물(52)은 마스트 플랫폼(51)의 높이(H)와 동일한 높이 (H)를 갖는 이등변 삼각형 형상으로 설계되고, 변의 길이(A')는 마스트 플랫폼의 길이(A)에 따라 변경된다. 즉, 상기 Wedge 구조물(52)의 변의 길이(A')는 마스트 플랫폼 길이(A)의 약 1/3이 되도록 설계되며, 높이(H)는 마스트 플랫폼(51)의 높이와 동일하도록 설계된다. 특히 본 발명은 대칭형인 마스트 플랫폼(51)의 특성으로 인해 동일하게 설계된 마스트 플랫폼(51)의 4곳의 측면 모서리에 적용한다.
본 발명에서 마스트 플랫폼 구조를 개선하기 위하여 Wedge 구조를 적용한 마스트 플랫폼 구조를 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링한다. 상기 모델링된 결과는 함정 RCS 해석 및 분석용 소프트웨어에 입력하여 RCS가 해석된다. 마스트 플랫폼의 의 RCS 해석은 국방과학연구소가 보유한 함정 RCS 해석 및 분석용 소프트웨어를 사용하여 수행하였다.
도 4는 기존 마스트 플랫폼의 RCS 값을 나타내고, 도 5는 본 발명의 실시에에 따른 Wedge 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 RCS 값을 나타낸다.
도 4 및 도 5에 도시된 바와같이, 기존 마스트 플랫폼 구조와 Wedge 구조물에 대한 RCS를 해석한 후 기존 마스트 플랫폼의 RCS 해석 결과(도 3)와 Wedge 적용 후 RCS 해석 결과(도 4)를 비교하면 다음 [표1]와 같다. 이때 RCS 값은 평균값을 사용하여 비교하였다.
기존 마스트 Wedge 구조물
적용 마스트		 비고
HH 편파 25.11 dB㎡
= 324.34 ㎡		 7.18 dB㎡
= 5.22 ㎡		 17.93 dB㎡ 감소
= 319.12 ㎡ 감소
VV 편파 25.30 dB㎡
= 338.84 ㎡		 7.25 dB㎡
= 5.31 ㎡		 18.05 dB㎡ 감소
= 333.53 ㎡ 감소
상기 [표1]에 도시된 바와같이, Wedge 구조물(52)을 마스트 플랫폼(51)에 적용하면, 레이더에서 송수신 시 사용되는 전자파의 편파 형태인 HH 편파(수평-수평 편파, Horizontal-to-Horizontal Polarization)인 경우 평균 RCS는 17.93dB㎡ 감소되고, VV 편파(수직-수직 편파, Vertical-to-Vertical Polarization)인 경우 평균 RCS는 18.05dB㎡ 감소된다.
따라서, 상기 [표1]의 비교 결과로부터 본 발명에 따른 Wedge 구조물(52)을 마스트 플랫폼(51)에 적용할 때 RCS 값은 dB㎡ 값으로 비교할 때 종래의 형상 대비 16%, 약 수준으로 감소되었으며, ㎡ 값으로 비교 시에는 1.6%, 약 1/6수준으로 감소되었다. 그 결과 RCS는 레이더에서 이용되는 두 가지 편파인 HH 편파와 VV 편파에서 모두 약 18dB㎡(=320㎡) 감소가 가능하다.
상술한 바와같이 본 발명은 본 발명은 기본 마스트 플랫폼 형상을 유지하면서 마스트 플랫폼에서 발생되는 이중반사기 구조를 제거하기 위해 Wedge 구조물을 마스트 플랫폼의 모서리에 적용함으로써 영구적인 RCS 감소가 가능하며, 종래 전자파 흡수재료를 적용하여 RCS를 감소시키는 방법에 비해 주기적인 교체가 필요치 않기 때문에 유지 비용을 줄일 수 있다.
따라서, 본 발명은 Wedge 구조물을 마스트 플랫폼에 적용하여 RCS 감소시킴으로써 적 레이더에 의한 탐지 확률을 감소시켜 함정의 생존성 향상시키며, 상기 Wedge 구조물에 의해 기존 마스트 플랫폼 구조 대비 작업 공간이 증가되므로 탑재된 레이더와 통신 안테나 등의 정비시 접근성과 작업성의 향상이 가능하다.
그리고 상술한 같이 설명된 함정 마스트 플랫폼은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
50 : 메인 포스트 51 : 마스트 플랫폼
52 : Wedge 구조물

Claims (11)

  1. 메인 포스트의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼; 및
    마스트 플랫폼의 측면 직각 코너에 적어도 하나 이상 배치되어, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS : Radar Cross Section)을 감소시키기 위한 웨지 (Wedge) 구조물;을 포함하는 함정 마스트 플랫폼.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨지 구조물은
    이등변 삼각형 형상으로 마스트 플랫폼의 4곳의 측면 모서리에 배치되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨지 구조물은
    마스트 플랫폼 구조에 용접을 통해 접합되거나 마스트 플랫폼과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  4. 제1항에 있어서, 상기 웨지 구조물의 세부 제원은
    마스트 플랫폼의 제원에 따라 결정되는 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  5. 제4항에 있어서, 상기 웨지 구조물의 변의 길이는 마스트 플랫폼 길이의 1/3이 되도록 형성되며, 높이는 마스트 플랫폼과 동일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  6. 제1항에 있어서, 상기 마스트 플랫폼의 RCS는
    웨지 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 구조를 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링한 후 함정 RCS 해석 및 분석용 소프트웨어에 의해 분석되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  7. 기둥 형상의 메인 포스트;
    메인 포스트의 상부에 수평 방향으로 설치되는 마스트 플랫폼; 및
    마스트 플랫폼의 측면 직각 코너에 적어도 하나 이상 배치되어, 상기 마스트 플랫폼의 레이더 피탐 면적(RCS : Radar Cross Section)을 감소시키기 위한 웨지 (Wedge) 구조물;을 포함하며,
    상기 웨지 구조물은 마스트 플랫폼의 높이와 동일한 높이를 갖는 이등변 삼각형 형상으로 마스트 플랫폼의 4곳의 모서리에 설치되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  8. 제7항에 있어서, 상기 웨지 구조물은
    마스트 플랫폼 구조에 용접을 통해 접합되거나 마스트 플랫폼과 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  9. 제7항에 있어서, 상기 웨지 구조물의 세부 제원은
    마스트 플랫폼의 제원에 따라 결정되는 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  10. 제7항에 있어서, 상기 웨지 구조물의 변의 길이는 마스트 플랫폼의 길이에 따라 변경되며, 상기 마스트 플랫폼 길이의 1/3이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
  11. 제7항에 있어서, 상기 마스트 플랫폼의 RCS는
    웨지 구조물이 적용된 마스트 플랫폼의 구조를 CAD 소프트웨어를 이용하여 모델링한 후 함정 RCS 해석 및 분석용 소프트웨어에 의해 분석되는 것을 특징으로 하는 함정 마스트 플랫폼.
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