군함의 은밀성 확보에 핵심이 되는 수중방사소음을 실시간으로 예측하고 이상 징후를 사전에 감지할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.
뉴시스 보도에 따르면, 한국기계연구원은 가상공학연구센터 이성현 박사팀이 다수의 함정을 대상으로 확보한 실측 데이터를 통해 선체 진동 및 수중방사소음을 정량적으로 예측하고 모니터링할 수 있는 알고리즘 및 센서배치 설계기술을 국내 처음으로 개발했다고 2일 밝혔다.
또 연구팀은 제한된 센서로 예측 정밀도를 유지할 수 있는 최적화 설계기술을 확보하고 실선시험을 통해 최대 4dB 이내의 예측 오차율을 기록, 고성능도 확인했다.
연구팀은 함정 선체에 부착된 가속도센서를 통해 접수판의 진동정보를 실시간으로 계측하고 이를 기반으로 방사효율과 주파수 특성을 결합해 수중방사소음을 정량적으로 예측하는 알고리즘을 정립했다.
이어 신호처리 및 진동 해석기법을 활용, 주요 진동 특징을 추출하고 최소한의 센서 수로 최대 정확도를 낼 수 있는 최적 배치 방법을 도출했다.
또 이상 탐지 알고리즘과 운항 조건별 임계치 설정기법을 통해 다양한 운용환경에서 적용 가능한 기술도 확보했다.
기존 수중방사소음 계측 방식은 외부 해양 측정 장비를 이용해 조용한 해역, 주변에 운항 중인 선박이 없는 조건 등에서 간헐적으로 수행했고 해양 환경 변화나 선체 외판에 부착된 따개비 등의 생물 부착물로 측정 결과가 달라질 수 있어 데이터의 신뢰성 확보에도 어려움이 있었다.
이번에 개발된 알고리즘은 함정 내부에 설치된 센서만을 활용해 실시간으로 진동 및 수중방사소음을 예측하고 진단할 수 있어 측정 조건에 대한 제약이 적고 운용 효율성과 이상 대응 속도에서 뚜렷한 우위를 가진다.
특히 공동현상(캐비테이션) 발생 여부나 추진 모드전환 등에 따른 소음변화를 실시간으로 반영할 수 있어 작전 중 함정의 상태 변화파악에 유리하다.
공동현상(cavitation)은 프로펠러의 회전이 빨라짐에 따라 주변의 압력이 낮아지면서 기포가 발생하고 이 기포들이 붕괴하면서 소음, 진동 및 충격이 발생하는 현상이다.
이 기술은 실시간 진동 계측 및 분석을 통해 이상 진동 감지, 수중방사소음 예측, 임계치 기반 경고 기능까지 일괄적으로 수행할 수 있으며 다양한 함정의 설계 및 운용환경에 따라 유연하게 적용할 수 있는 확장성을 갖고 있다.
연구팀은 함속 증가에 따른 진동 및 소음변화 특성을 분석하고 예측알고리즘의 정밀도를 평가키 위해 '수중방사소음 측정을 위한 국제 표준 적용 통합성능시험'을 수행해 예측 알고리즘과 실측 결과 간 최대 오차가 4dB 이내임을 확인, 실환경에서의 적용가능성을 입증했다.
이성현 책임연구원은 "이번 기술은 수중방사소음이라는 전략적 정보의 실시간 예측과 모니터링을 가능케 한 세계적 수준의 시스템"이라며 "군사적 은밀성 확보뿐만 아니라 운용장비 이상 진단 및 유지관리 효율화 측면에서도 폭넓은 활용이 가능하다"고 말했다.
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