최근 진보된 과학 기술로 전투 체계의 양상이 변화하고 있다. 정밀도와 성능이 높은 센서와 무기를 이용하여, 재래식 전투에서 보기 어려웠던 장거리 정밀 탐지 기술이 보편화 되고 있다. 이로 인해 아군의 전투 차량이 적군의 장거리 타격 기술에 노출되는 위험성이 증대되고 있다. 고출력의 엔진이 탑재된 전투 차량의 큰 배기 소음은 적에게 탐지되기 쉬우며 승무원의 생존을 위협하는 요인 중 하나이다. 이런 문제를 해결하기 위해서 최근에 음향 스텔스 기술에 대한 관심이 증가하고 있다. 음향 스텔스 기술은 잠수함 그리고 전투차량과 같은 장치에서 발생하는 음향 신호를 차단하거나 억제하여 적에게 노출되는 상황을 미연에 방지하고, 노출이 되더라도 신호가 왜곡되어 적의 상황 판단을 지연시키는 기술이다.
전투차량 운용시 병력의 생존성 증대 및 무결한 임무 완수를 목적으로, 본 연구에서는 전투차량의 음향 스텔스를 위한 배기 소음 저감 장치에 대한 설계 방법론을 제시한다. 먼저 전투차량의 배기 소음을 측정하여 주파수 별로 저감하여야 하는 소음 저감 레벨을 획득하고, 이를 바탕으로 소음 저감 장치가 달성해야 하는 목표 삽입 손실(Insertion loss)을 결정한다. 음향 메타물질과 생성적 설계 기법을 활용하여 넓은 주파수 범위에 높은 소음 저감 대역을 형성하는 배기 소음 저감 장치를 설계한다. 설계한 소음 저감 장치를 제작하여 실험적 방법으로 설계 결과를 검증한다.
추진배경
◯ 전차는 크기, 무게, 소음 등 다양한 취약요소를 가지고 있으며, 특히 소음은 원거리에서도 작전기도를 조기에 노출시키는 대표적인 취약요소로 작용하고 있음
◯ 지상전투차량의 스텔스화(RCS감소 및 적외선차단 등) 연구는 진행되고 있으나, 소음을 저감시키기 위한 음향스텔스 연구는 미흡
◯ 가솔린 및 디젤 엔진의 소음을 저감하기 위한 연구는 다양한 학자들에 의해 연구 결과가 보고되고 있으나, 대부분 이론 및 연구실 데모실험 위주로 실제 플랫폼에 적용하기에는 많은 한계점을 가지고 있음
◯ 민수분야에서 활용되는 소음기는 적용분야 및 사용자 의견, 연구자들의 경험 들에 의존하여 기존 내부 구조를 부분적으로 변경하는 수준에 그치고 있음
◯ 전기차와 같은 미래형 자동차의 등장으로 내연 기관으로 동력을 발생시키는 차량에 사용되는 소음기에 대한 수요가 줄어들 것이라는 예상이 지배적이나 고출력 전기차의 기술개발 추세를 고려할 때 향후 10 ~ 20년 내에 내연기관 엔진 소음기에 대한 소요는 지속될 것임
◯ 첨단기술을 적용한 소형 하이브리드 엔진은 개발되어 민수용 차량에 적용되고 있으나, 고출력 하이브리드 엔진에 대한 기술수준 미충족 및 개발이 지연되고 있음
◯ 육군에서는 평시 교육훈련 목적으로 전차 엔진 배기소음 감소를 위해 소음기를 제작하여 운용 중에 있으나 발생된 소음에 대한 감소 효과가 미흡하여 고출력 디젤엔진을 운용하는 지상전투차량의 소음 저감 기술 확보가 필요
※ 기대효과
- 전차, 장갑차, 지휘소 등 원거리 작전기도 노출 최소화와 음향 탐지장비 및 위협체계로부터 생존성 증대
- 평시 훈련, 정비, 부대이동 간 발생하는 소음으로 인한 민원감소에 기여
□ 기획주안점
◯ 육군에서 운용중인 고출력 디젤엔진을 적용한 전투차량에 크기, 무게, 성능이 최적화된 소음감소 기반기술 확보 필요
◯ 특수환경에서 작전기도 노출 감소와 기동성 유지를 위해 소음기의 경량화 및 소형화 기술 확보 필요
○ 최종목표 : K2계열 전차 등 지상전투차량용 메타물질 기반 소음기 개발과 소음 저감 성능 확인
○ 최종 성과목표
▶ 최적 설계된 전차용 메타물질 기반 소음기
· 목표 소음 수준 만족
: 소음기 단품의 음향삽입손실 : 30 dB 이상 (현재 수준 20dB)
· 단순한 내부 구조: 단위체의 반복 배열
· 경량화/소형화: K1전차 소음기 대비 중량 80% 이하의 소음기 설계
· 배기계의 소음 저감 장치로 인한 엔진 출력 저하를 줄이는 소음기 설계
도움
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출처
아주대학교 기계공학과 | 연구분야
https://me.ajou.ac.kr/me/labor/labor03_b.jsp
연구분야 | 기계공학과
1. 딥러닝을 이용한 진동/음향 해석과 설계 2. 진동/음향 메타물질의 해석과 설계 A. 광대역 고주파 소음 차단을 위한 음향 메타물질 패널 설계 B. 구멍 뚫린 강판의 차음 성능 향상을 위한 음
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2023 춘계 학술대회 초록집
71p(표지 포함시 73p)
https://kshf-sessions.org/upload/notice/40614_1682490488.pdf
| 메타구조를 활용한 전투차량 소음감소 기술 | 2021.07 ~ 2023.12 | 수행중 | 과학기술정보통신부 (한국연구재단) |
아주대학교 |
파동에너지극한제어연구단 > 연구활동 > 수행과제
신호 증폭, 감쇄, 감지용 그래핀 메타물질 제조기술 개발 2022.4 ~ 2023.12 수행중 과학기술일자리진흥원(2) ㈜엠씨케이테크
www.camm.re.kr
https://www.camm.re.kr/0304/view/page/2/id/750
파동에너지극한제어연구단 > 연구성과 > 기술소개서(국문) > 메타 물질 구조를 이용한 소음기 설
www.camm.re.kr
'21_'35 핵심기술기획서(일반본, DTiMS 탑재용)
https://www.krit.re.kr/common/download.do?atchFileId=F20220104130039261&fileSn=0
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전차용 엔진배기장치
- 출원 : 현대로템 주식회사
- 출원일자 : 2003.09.02
- 등록일자 : 2004.03.02
- 공고일자 : 2004.03.10
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