KR101469761B1 - 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치 - Google Patents

방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101469761B1
KR101469761B1 KR1020140139705A KR20140139705A KR101469761B1 KR 101469761 B1 KR101469761 B1 KR 101469761B1 KR 1020140139705 A KR1020140139705 A KR 1020140139705A KR 20140139705 A KR20140139705 A KR 20140139705A KR 101469761 B1 KR101469761 B1 KR 101469761B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
radiation
calculating
original sound
total
sound field
Prior art date
Application number
KR1020140139705A
Other languages
English (en)
Inventor
한승진
이종주
강명환
정우진
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020140139705A priority Critical patent/KR101469761B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101469761B1 publication Critical patent/KR101469761B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 수중 방사 소음 패턴 검출 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 해상/수중에서 이동하는 복잡한 형상의 대형 소음 방사체의 표면 진동으로 인하여 방사체 주변매질로 방사되는 원거리 수중방사소음을 3차원 패턴으로 예측하는 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치에 대한 것이다.

Description

방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치{Calculation Method and Apparatus of Underwater Acoustic Radiation Pattern of the Ship by Separate Calculation of Radiation Pattern and Total Radiation Power}
본 발명은 수중 방사 소음 패턴 예측 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 해상/수중에서 이동하는 복잡한 형상의 대형 소음 방사체의 표면 진동으로 인하여 방사체 주변매질로 방사되는 원거리 수중방사소음을 3차원 패턴으로 예측하는 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치에 대한 것이다.
일반적으로 선박의 선체 내에는 각종 기관 설비를 비롯하여 펌프 등과 같이 진동을 유발시키는 장치(이하, 이를 ′진동 발생체′라고 함)가 다수 설치된다. 이러한 진동 발생체로부터 발생된 진동은 선체까지 그대로 전달되어 선체외부에서 소음이 발생되며 선체외부와 접한 매질을 통하여 소음으로 전파되며 이를 수중 방사소음(Underwater Radiated Noise, URN)이라고 한다.
헬름홀쯔(Helmholtz Integral Equation) 방정식 또는 레일리 적분방정식(Rayleigh Integral Equation)을 BEM(Boundary Element Method) 및 FEM(Finite Element Method) 등의 수치적분 기법을 이용하여 방사소음을 계산하는 방식, 음향방사체의 표면 평균 진동 속도를 측정하고 음향방사체 표면의 방사효율을 이용하여 원거리 총 방사소음을 계산하는 방식, 방사체 표면 요소의 진동 속도의 상호스펙트럼(cross-spectrum)과 방사체 표면요소 각각의 방사효율을 이용하여 원거리 임의의 지점에서의 방사소음을 계산하는 방식 등이 알려져 있다.
첫 번째 방식은 예측 정확도가 높은 편이나 많은 계산시간이 소요되고 선박 등의 대형 소음 방사체의 방사소음을 실시간으로 예측하기는 거의 불가능하다.
두 번째 방식은 방사된 음향 에너지 총량에 대한 산출 방법으로써 음향방사의 방향성(directivity) 정보를 포함하지 못하는 단점이 있다.
세 번째 방식은 방사체 표면 요소 각각의 방사효율 값이 필요한데 함정 등의 복잡한 형상의 대형 방사체 표면요소의 방사효율을 모두 측정하기는 매우 어렵다는 단점이 있다.
1. 한국등록특허 제10-1357763호
1. 손권, "독립성분 분석기법을 이용한 수중표적 반사신호 에너지 복원기법"경북대학교, 2012년 . 2. 서영수외, "FRP 구조물의 공기중 및 수중 진동실험 고찰"한국소음진동공학회 2012년도 춘계학술대회 논문집, 2012년.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 해상 및/또는 수중에서 이동하는 복잡한 형상의 대형 소음 방사체의 표면 진동으로 인하여 방사체 주변매질로 방사되는 원거리 수중 방사 소음을 3차원 패턴으로 예측할 수 있는 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 사용자가 음향 방사체 표면을 다수의 진동장 요소(이하, 이를 ′표면패치′라 함)로 분할하고, 표면패치 각각에 대한 방사효율 측정없이 표면패치의 속도 측정값과 방사체 전체의 근사 방사효율 특성치를 계산하여 수중방사소음 예측면에서의 총 방사소음 파워뿐 아니라 방사소음 방향성을 기존의 방법보다 실용적이고 정확도 높은 3차원 방사소음 패턴으로 산출하는 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 해상 및/또는 수중에서 이동하는 복잡한 형상의 대형 소음 방사체의 표면 진동으로 인하여 방사체 주변매질로 방사되는 원거리 수중 방사 소음을 3차원 패턴으로 예측할 수 있는 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법을 제공한다.
상기 수중 방사 소음 패턴 산출 방법은,
a) 음향 방사체의 방사체 표면을 다수의 방사체 표면 패치로 분할하고 방사체 표면 패치별로 분산 설치되는 다수의 속도 센서를 이용하여 가진 특성에 따른 방사체 표면 패치별 속도 및 상기 방사체 표면 패치의 근접면에서 근접 음장을 측정하여 방사체 총 근사 방사효율을 계산하는 단계;
b) 예측하고자 하는 임의의 상태에서의 상기 다수의 방사체 표면패치별 속도를 측정하는 단계;
c) 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도를 입력으로 하는 헬름홀쯔 방정식을 이용하여 방사소음들을 계산하고 각 패치별 방사소음을 방사소음 합산 값으로 나누어 정규화(normalization)된 원음장 방사 패턴을 계산하는 단계;
d) 상기 방사체 총 근사 방사효율을 이용하여 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도에 대한 총 방사소음 파워를 계산하는 단계; 및
e) 상기 총 방사소음 파워 및 상기 정규화된 원음장 방사 패턴을 이용하여 원음장 패치별 수중 방사 소음 파워를 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 c) 단계는 상기 방사소음을 계산할 경우, 상기 음향 방사체의 표면 압력의 평면파 조건과 상기 다수의 방사체 표면패치의 완전 방사조건을 적용하여 계산하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 c) 단계, d) 단계, 및 e) 단계 중 어느 하나는 상기 다수의 방사체 표면 패치별 방사효율에 대한 측정을 수행하지 않고, 상기 다수의 표면 패치의 측정된 속도만을 이용하여 정규화된 원음장 방사 패턴을 선행 계산하고, 상기 총 방사 소음 파워를 보정항으로 이용하여 원음장 패치별 방사 소음 파워를 예측하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 방사체 전체 방사 효율은 수학식
Figure 112014098583754-pat00001
(여기서,
Figure 112014098583754-pat00002
는 근접 음장 측정을 통한 총 방사소음 파워,
Figure 112014098583754-pat00003
는 원음장 매질의 밀도,
Figure 112014098583754-pat00004
는 원음장 매질의 음속,
Figure 112014098583754-pat00005
는 원음장 패치의 총면적,
Figure 112014098583754-pat00006
는 방사체 표면의 진동 속도 제곱의 평균값,
Figure 112014098583754-pat00007
는
Figure 112014098583754-pat00008
번째 방사체 표면 패치의 속도를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 정규화된 원음장 방사 패턴은 상기 다수의 방사체 표면패치의 속도를 측정하여 방사체 표면패치의 완전방사조건을 적용하여 표면압력을 계산한 후, 원음장 방사소음을 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 수중 방사 소음 패턴 산출 방법은, 상기 e) 단계이후, 상기 원음장 패치별 방사소음 파워를 이용하여 3차원 방사 소음 패턴을 계산하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 원음장 패치별 방사소음 파워는 정규화된 원음장 방사 패턴 및 진동에 의하여 원음장에서 발생되는 총 방사 소음 파워의 곱에 의해 산출되는 것을 특징으로 할 수 있다.
다른 한편으로, 본 발명의 다른 일실시예는, 음향 방사체의 방사체 표면을 다수의 방사체 표면 패치로 분할하고 방사체 표면 패치별로 분산 설치되는 다수의 속도 센서; 상기 다수의 속도 센서를 이용하여 가진 특성에 따른 방사체 표면 패치별 속도 및 상기 방사체 표면 패치의 근접면에서 근접 음장을 측정하여 방사체 총 근사 방사효율을 계산하는 방사 효율 계산부; 예측하고자 하는 임의의 상태에서의 상기 다수의 방사체 표면패치별 속도를 측정하여 입력으로 하는 헬름홀쯔 방정식을 이용하여 방사소음을 계산하고 계산된 방사 소음들을 정규화하여 원음장 방사 패턴을 계산하는 방사 패턴 계산부; 상기 방사체 총 근사 방사효율을 이용하여 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도에 대한 총 방사소음 파워를 계산하는 파워 계산부; 상기 총 방사소음 파워 및 상기 정규화된 원음장 방사 패턴을 이용하여 원음장 패치별 방사소음 파워를 예측하는 수중 방사 소음 패턴 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 장치를 제공한다.
본 발명에 따르면, 이동 중인 방사체 표면 요소의 진동 속도를 실시간으로 측정하고 3차원 수중 방사 소음 패턴을 효과적으로 계산할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 효과로서는 이러한 방사 소음 패턴의 계산시 계측이 어려운 방사체 표면 요소 각각의 방사효율 측정이 불필요하고, 표면 속도측정과 표면 요소의 완전방사 조건을 도입하여 정규화된 방사소음 패턴 선행 계산 후, 총 방사소음 파워 계산값을 이용하여 방사패턴을 보정하는 방법을 도입함으로써 이동 중인 해상/수중 소음 방사체의 수중방사소음을 실시간으로 효율적으로 예측할 수 있다는 점을 들 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 N 개의 방사체 표면 패치와 원음장 패치에 대한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 M 개로 구성된 원음장 패치에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴을 산출하는 과정을 보여주는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 방사 소음 패턴 장치(400)의 구성 블록도이다.
도 5는 도 2에 도시된 일례로 62개로 구성된 원음장 패치에 대한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 250Hz의 경우 수중 방사 소음 패턴의 산출결과를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 1750Hz의 경우 수중 방사 소음 패턴의 산출 결과를 보여주는 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 N개의 방사체 표면 패치(surface patch)(130)와 원음장 패치(far-field patch)(120)에 대한 개념도이다. 도 1을 참조하면, 음향 방사체(미도시)에 의한 방사체 표면(radiating surface)(140)이 존재하고, 이 방사체 표면(140)을 구 형성으로 하는 원음장 표면(Far-field surface)(110)은 원음장 패치(far-field surface)(120)들로 이루어진다. 수중 방사 소음 예측면은 구형 표면으로 정의하여 다수의 원음장 요소(이하, 이를 ′원음장 패치′라 함)로 분할하여 방사 소음 패턴을 전시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 사용되는 M 개로 구성된 원음장 패치에 대한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴을 산출하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 바탕으로 도 3을 참조하면, 도 1 및 도 2를 참조하면, 구(Sphere) 형태의 원음장 표면(Far-field surface)(110)을 M개의 원음장 패치(120)들로 분할할 경우,
Figure 112014098583754-pat00009
번째 방사체 표면 패치(130)의 면적과 속도는
Figure 112014098583754-pat00010
,
Figure 112014098583754-pat00011
이 된다.
또한, 진동에 의하여 원음장에서 발생되는 총 방사 소음 파워(Total Acoustic Power)는
Figure 112014098583754-pat00012
이다(단계 S310,S311,S312).
방사체 표면 패치(130)로부터 방사되는 소음은 다음식과 같은 헬름홀쯔 적분 방정식(Helmholtz Integral Equation)으로 표현된다.
Figure 112014098583754-pat00013
여기서, P는 음원 예측면의 임의의 점(
Figure 112014098583754-pat00014
)에서의 음압,
Figure 112014098583754-pat00015
는 방사체 표면패치(
Figure 112014098583754-pat00016
)에서의 표면음압,
Figure 112014098583754-pat00017
은 방사체 표면 요소의 수직벡터,
Figure 112014098583754-pat00018
는 그린함수(Green function,
Figure 112014098583754-pat00019
)이다.
원거리 음장 조건을 적용하면 수학식 1은 다음식과 같이 표현된다.
Figure 112014098583754-pat00020
여기서,
Figure 112014098583754-pat00021
은 방사체 표면 패치
Figure 112014098583754-pat00022
로부터 원음장 예측 지점
Figure 112014098583754-pat00023
까지의 거리,
Figure 112014098583754-pat00024
은 총 방사체 표면 패치 개수,
Figure 112014098583754-pat00025
는 방사체 표면 패치의 수직벡터와 방사체 표면 패치로부터 R을 잇는 선이 이루는 각,
Figure 112014098583754-pat00026
는 방사체 표면 패치의 표면 압력을 나타낸다.
표면 압력(
Figure 112014098583754-pat00027
)을 측정하면 원음장 패치(120)에서의 소음수준이 계산되나 실제 수중에서 움직이는 방사체 표면에서의 음압을 측정하는 것은 불가능하다.
따라서 본 발명의 일실시예에서는 방사소음을 계산할 경우, 방사체 표면 패치(130)에서의 완전방사조건을 가정하여 표면압력(
Figure 112014098583754-pat00028
)을 다음식으로 대치하여 방사체 표면에 부착된 가속도 센서로부터 측정 가능한 표면 속도를 포함한다(단계 S320).
Figure 112014098583754-pat00029
여기서,
Figure 112014098583754-pat00030
는
Figure 112014098583754-pat00031
번째 표면패치의 근접음장 음향파워,
Figure 112014098583754-pat00032
는 표면 압력,
Figure 112014098583754-pat00033
는
Figure 112014098583754-pat00034
번째 방사체 표면 패치(130)의 면적,
Figure 112014098583754-pat00035
는
Figure 112014098583754-pat00036
번째 방사체 표면 패치(130)의 속도,
Figure 112014098583754-pat00037
는 원음장 매질의 밀도,
Figure 112014098583754-pat00038
는 원음장 매질의 음속을 나타낸다.
위 수학식 3의 우변은
Figure 112014098583754-pat00039
번째 표면패치의 진동 에너지이며 좌변은 방사체 표면 패치(도 1의 130)의 근접 음장으로 방사된 총 음향 에너지이다. 위 수학식 3을 수학식 2에 대입하여 원음장 패치에서의 방사소음 파워를 나타내면 다음식과 같이 표현된다.
Figure 112014098583754-pat00040
여기서,
Figure 112014098583754-pat00041
은 i번째 방사체 표면 패치
Figure 112014098583754-pat00042
로부터 원음장 예측 지점
Figure 112014098583754-pat00043
까지의 거리를 나타낸다.
위 수학식 4로부터
Figure 112014098583754-pat00044
번째 원음장 패치(120)의 방사소음 파워(Wk)는 다음식과 같이 계산된다.
Figure 112014098583754-pat00045
여기서,
Figure 112014098583754-pat00046
는
Figure 112014098583754-pat00047
번째 원음장 패치(120)의 면적을 나타낸다.
따라서, 패치별 방사소음 파워 합(
Figure 112014098583754-pat00048
)으로 나누어 정규화된 원음장 패치별 방사소음 파워(
Figure 112014098583754-pat00049
)는 다음식과 같이 표현된다.
Figure 112014098583754-pat00050
여기서,
Figure 112014098583754-pat00051
는 k번째 원음장 패치(120)의 방사소음 파워이다.
진동 속도 측정값(위에서 측정한 표면 패치별 진동 속도값, 수학식 4의
Figure 112014098583754-pat00052
)을 입력하여 위 수학식 4 및 수학식 6으로부터 우선적으로 방사패턴을 계산한다.
이와 함께, 아래에서 설명할 총 방사소음 파워(
Figure 112014098583754-pat00053
)를 분리 계산하여 보정함으로써 함정의 수중 방사 소음 패턴을 산출한다.
근접음장 측정을 통한 총 방사소음 파워(
Figure 112014098583754-pat00054
)와 방사체 표면 패치(130)에서 계측된 평균 진동 속도 변화를 이용하여 방사체 전체 방사효율(
Figure 112014098583754-pat00055
)를 계산하면 식 7과 같이 표현된다(단계 S330).
Figure 112014098583754-pat00056
여기서,
Figure 112014098583754-pat00057
는 근접 음장 측정을 통한 총 방사소음 파워,
Figure 112014098583754-pat00058
는 원음장 매질의 밀도,
Figure 112014098583754-pat00059
는 원음장 매질의 음속,
Figure 112014098583754-pat00060
는 원음장 패치(120)의 총면적,
Figure 112014098583754-pat00061
는 방사체 표면(140)의 진동 속도 제곱의 평균,
Figure 112014098583754-pat00062
는
Figure 112014098583754-pat00063
번째 방사체 표면 패치(130)의 속도를 나타낸다.
위 수학식 7을 이용하여 방사체 표면의 진동 속도에 따른 총 방사소음 파워(
Figure 112014098583754-pat00064
)는 다음식과 같이 표현된다(단계 S340).
Figure 112014098583754-pat00065
위 수학식 6의 정규화된 방사 패턴 계산결과에 수학식 8의 총 방사소음 파워를 패치별 방사소음의 보정항으로 이용하면 원음장 패치별 방사소음 파워(
Figure 112014098583754-pat00066
)는 식 9와 같이 계산되고 3차원 수중 방사소음 패턴을 구할 수 있다(단계 S350).
Figure 112014098583754-pat00067
여기서,
Figure 112014098583754-pat00068
는 정규화된 원음장 패치별 방사소음 파워,
Figure 112014098583754-pat00069
는 진동에 의하여 원음장에서 발생되는 총 방사 소음 파워를 나타낸다.
Figure 112014098583754-pat00070
는 도 2의 각 패치별 방사소음 파워 값이므로 도 2의 예측면에서 3차원 방사소음 패턴이 구해진다.(원음장 패치별 방사소음 파워 = 3차원 방사소음 패턴)
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수중 방사 소음 패턴 장치(400)의 구성 블록도이다. 도 4를 참조하면, 수중 방사 소음 패턴 장치(400)는, 음향 방사체(401)의 방사체 표면을 다수의 방사체 표면 패치로 분할하고 방사체 표면 패치별로 분산 설치되는 다수의 속도 센서(410-1 내지 410-n)로 구성되는 센서 어레이(140), 상기 다수의 속도 센서(410-1 내지 410-n)를 이용하여 가진 특성에 따른 방사체 표면 패치별 속도 및 상기 방사체 표면 패치의 근접면에서 근접 음장을 측정하여 방사체 총 근사 방사효율을 계산하는 방사 효율 계산부(430), 예측하고자 하는 임의의 상태에서의 상기 다수의 방사체 표면패치별 속도를 측정하여 입력으로 하는 헬름홀쯔 방정식을 이용하여 방사소음을 계산하고, 계산된 방사 소음들을 정규화하여 원음장 방사 패턴을 계산하는 방사 패턴 계산부(420), 상기 방사체 총 근사 방사효율을 이용하여 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도에 대한 총 방사소음 파워를 계산하는 파워 계산부(440), 및 상기 총 방사소음 파워 및 상기 정규화된 원음장 방사 패턴을 이용하여 원음장 패치별 방사소음 파워를 예측하는 수중 방사소음 패턴 계산부(450) 등을 포함하여 구성된다.
상기 다수의 속도 센서(410-1 내지 410-n)는 가속도 및/또는 속도 센서로 구성된다.
도 5는 도 2에 도시된 일례로서 62개로 구성된 원음장 패치에 대한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 음향 방사체(도 4의 401)의 진동수가 250Hz의 경우 수중 방사 소음 패턴의 산출결과를 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 원음장 패치의 개수에 따른 원음장 음압(Acoustic Pressure)의 크기를 실제 측정값(610)과 본 발명의 일실시예에 따른 예측값(620)을 보여준다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 음향 방사체(도 4의 401)의 진동수가 1750Hz의 경우 수중 방사 소음 패턴의 산출 결과를 보여주는 그래프이다. 도 7을 참조하면, 원음장 패치의 개수에 따른 원음장 음압(Acoustic Pressure)의 크기를 실제 측정값(710)과 본 발명의 일실시예에 따른 예측값(720)을 보여준다.
400: 수중 방사 소음 패턴 산출 장치
401: 음향 방사체
410: 센서 어레이
420: 방사 패턴 계산부
430: 방사 효율 계산부
440: 파워 계산부
450: 수중 방사소음 패턴 계산부

Claims (7)

  1. a) 음향 방사체의 방사체 표면을 다수의 방사체 표면 패치로 분할하고 방사체 표면 패치별로 분산 설치되는 다수의 속도 센서를 이용하여 가진 특성에 따른 방사체 표면 패치별 속도 및 상기 방사체 표면 패치의 근접면에서 근접 음장을 측정하여 방사체 총 근사 방사효율을 계산하는 단계;
    b) 예측하고자 하는 임의의 상태에서의 상기 다수의 방사체 표면패치별 속도를 측정하는 단계;
    c) 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도를 입력으로 하는 헬름홀쯔 방정식을 이용하여 방사소음들을 계산하고 각 패치별 방사소음을 방사소음 합산 값으로 나누어 정규화된 원음장 방사 패턴을 계산하는 단계;
    d) 상기 방사체 총 근사 방사효율을 이용하여 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도에 대한 총 방사소음 파워를 계산하는 단계; 및
    e) 상기 총 방사소음 파워 및 상기 정규화된 원음장 방사 패턴을 이용하여 원음장 패치별 수중 방사 소음 파워를 산출하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계는 상기 방사소음을 계산할 경우, 상기 음향 방사체의 표면 압력의 평면파 조건과 상기 다수의 방사체 표면패치의 완전 방사조건을 적용하여 계산하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 c) 단계, d) 단계, 및 e) 단계 중 어느 하나는 상기 다수의 방사체 표면 패치별 방사효율에 대한 측정을 수행하지 않고, 상기 다수의 표면 패치의 측정된 속도만을 이용하여 정규화된 원음장 방사 패턴을 선행 계산하고, 상기 총 방사 소음 파워를 보정항으로 이용하여 원음장 패치별 방사 소음 파워를 예측하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사체 전체 방사 효율은 수학식
    Figure 112014098583754-pat00071
    (여기서,
    Figure 112014098583754-pat00072
    는 근접 음장 측정을 통한 총 방사소음 파워,
    Figure 112014098583754-pat00073
    는 원음장 매질의 밀도,
    Figure 112014098583754-pat00074
    는 원음장 매질의 음속,
    Figure 112014098583754-pat00075
    는 원음장 패치의 총면적,
    Figure 112014098583754-pat00076
    는 방사체 표면의 진동 속도 제곱의 평균,
    Figure 112014098583754-pat00077
    는
    Figure 112014098583754-pat00078
    번째 방사체 표면 패치의 속도를 나타낸다)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정규화된 원음장 방사 패턴은 상기 다수의 방사체 표면패치의 속도를 측정하여 방사체 표면패치의 완전방사조건을 적용하여 표면압력을 계산한 후, 원음장 방사소음을 계산함으로써 산출되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 원음장 패치별 방사소음 파워는 정규화된 원음장 방사 패턴 및 진동에 의하여 원음장에서 발생되는 총 방사 소음 파워의 곱에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법.
  7. 음향 방사체의 방사체 표면을 다수의 방사체 표면 패치로 분할하고 방사체 표면 패치별로 분산 설치되는 다수의 속도 센서;
    상기 다수의 속도 센서를 이용하여 가진 특성에 따른 방사체 표면 패치별 속도 및 상기 방사체 표면 패치의 근접면에서 근접 음장을 측정하여 방사체 총 근사 방사효율을 계산하는 방사 효율 계산부;
    예측하고자 하는 임의의 상태에서의 상기 다수의 방사체 표면패치별 속도를 측정하여 입력으로 하는 헬름홀쯔 방정식을 이용하여 방사소음을 계산하고, 계산된 방사 소음들을 정규화하여 원음장 방사 패턴을 계산하는 방사 패턴 계산부; 상기 방사체 총 근사 방사효율을 이용하여 상기 다수의 방사체 표면 패치별 속도에 대한 총 방사소음 파워를 계산하는 파워 계산부;
    상기 총 방사소음 파워 및 상기 정규화된 원음장 방사 패턴을 이용하여 원음장 패치별 방사소음 파워를 예측하는 수중 방사 소음 패턴 계산부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 장치.
KR1020140139705A 2014-10-16 2014-10-16 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치 KR101469761B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140139705A KR101469761B1 (ko) 2014-10-16 2014-10-16 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140139705A KR101469761B1 (ko) 2014-10-16 2014-10-16 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101469761B1 true KR101469761B1 (ko) 2014-12-05

Family

ID=52677869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140139705A KR101469761B1 (ko) 2014-10-16 2014-10-16 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101469761B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113011093A (zh) * 2021-03-15 2021-06-22 哈尔滨工程大学 基于LCWaveGAN的船舶航行噪声仿真生成方法
KR102312037B1 (ko) * 2021-04-29 2021-10-14 대한민국 인공지능 기반 수중방사소음 변환 시스템
CN115307647A (zh) * 2022-10-12 2022-11-08 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 基于宽频线谱实时分析的船舶振动噪声预分析系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050110113A (ko) * 2004-05-17 2005-11-22 현대모비스 주식회사 음향센서를 이용한 충돌유형 판별장치
KR20110042938A (ko) * 2009-10-20 2011-04-27 삼성전자주식회사 음향 방사 패턴 생성 장치 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050110113A (ko) * 2004-05-17 2005-11-22 현대모비스 주식회사 음향센서를 이용한 충돌유형 판별장치
KR20110042938A (ko) * 2009-10-20 2011-04-27 삼성전자주식회사 음향 방사 패턴 생성 장치 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113011093A (zh) * 2021-03-15 2021-06-22 哈尔滨工程大学 基于LCWaveGAN的船舶航行噪声仿真生成方法
KR102312037B1 (ko) * 2021-04-29 2021-10-14 대한민국 인공지능 기반 수중방사소음 변환 시스템
CN115307647A (zh) * 2022-10-12 2022-11-08 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 基于宽频线谱实时分析的船舶振动噪声预分析系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104502127B (zh) 一种外场声激励船舶振动噪声传递路径分析方法
AU2015264529B2 (en) System and method of measuring defects in ferromagnetic materials
US7894303B2 (en) Detection device, detection program and detection method
KR101469761B1 (ko) 방사 패턴과 총 방사파워 분리계산을 통한 함정의 수중 방사 소음 패턴 산출 방법 및 장치
NO345721B1 (no) Aktiv deteksjon av sjøpattedyr i løpet av en marin seismisk kartlegging
MX2014001007A (es) Aparato y metodo para la determinacion de firma de campo alejado para fuente vibradora sismica marina.
RU2346295C1 (ru) Активный гидролокатор
JP2018096858A (ja) 非接触音響探査法および非接触音響探査システム
Hall et al. Ultrasonic guided wave imaging for damage characterization
JP5664869B2 (ja) 測定装置、測定システム、測定方法、及びプログラム
JP2003004848A (ja) ソーナー探知範囲予察可視化システム、方法及びプログラム
Wan et al. Simulation and prototype testing of a low-cost ultrasonic distance measurement device in underwater
Sertlek et al. Airgun source model (AGORA): Its application for seismic surveys sound maps in the Dutch North Sea
KR101948459B1 (ko) 다중 경로 전파 효과가 제거된 신뢰 음향 신호를 산출하고 음원까지의 거리 및/또는 방향을 결정하는 방법 및 그 장치와 선체
KR101136399B1 (ko) 함정소나 수동모드에 대한 기만기의 기만능력 예측 방법
JP7268377B2 (ja) 配置推奨装置、配置推奨方法、及びプログラム
JP6043026B1 (ja) 流場測定装置および流場測定方法
JP3562493B2 (ja) ソーナー探知範囲予察システム、方法及びプログラム
Ainslie et al. Guest editorial special issue on verification and validation of air gun source signature and sound propagation models
JP2005321290A (ja) 空力音源探査システム及び空力音源探査方法
JP2013545568A5 (ko)
KR101135456B1 (ko) 수동 소나의 센서 신호 모의 장치
Reeder et al. Walking on snow-covered Arctic sea ice to infer ice thickness
Lippert et al. On the prediction of pile driving induced underwater sound pressure levels over long ranges
JP2011106838A (ja) ソーナー装置用カバーの音響特性シミュレーション方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171204

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181204

Year of fee payment: 5