초음속 함대함/순항 미슬의 개발 연구용역 입찰공고

== > 초음속 미슬의 개발에 관한 ADD 의 연구용역 입찰 공고가 있어서 올려봅니다. 과제제안서 과제명 : 열-음향 복합하중에 대한 구조물의 동적 응답 및 피로파괴 해석기법 연구 (A study of structural dynamic response and fatigue failure under thermal-acoustic environments) 1. 연구목표 - 1 단계 : 고속비행체의 Thermal-acoustic환경에 대한 자료조사 및 구조물 응답특성 해석 기법 연구 1 차 연도 : - 선진국 유사 연구사례 조사/분석 및 세부 연구계획 수립 - 열-음향 환경에서의 주요 구조설계 항목 조사/분석 - Thermal-acoustic환경 모사를 위한 해석/시험 기법 조사/분석 - 복잡한 연결부를 가진 대형 구조물 및 내부 탑재장비의 열전달 해석 . 공력가열에 의한 기체 구조물의 열전달 현상 연구 . 체결부, 접촉부 등 조립부의 열전달 특성 연구 . 동체 내부 탑재장비로의 열전달 특성 연구(대류 현상 포함) - 공력 가열 및 열 충격에 대한 구조물의 열 좌굴 및 진동 해석 2차 연도 : - 고속비행체의 랜덤진동(Random vibration) 발생원인 및 하중 정의 . 난류 유동(충격파, 박리 등)에 의한 랜덤진동 발생과정 및 특성 연구 . 엔진 등에 의한 Acoustic load의 전달특성 연구 - 음향 가진에 의한 구조물의 동적 응답특성 연구 . 가상의 Acoustic load에 대한 확률론적 구조응답 해석 . 랜덤가진(random excitation)시험을 통한 해석결과 검증 . Acoustic load의 세기에 따른 구조응답 비선형성 연구 - 상용 pre & post processing S/W 연계방안 연구 3차 연도 : - 열-음향 복합하중하의 구조물의 동적 응답해석 프로그램 개발 . 구조물의 응답특성에 미치는 열-음향의 상관관계 연구 . 복잡한 구조물(조립체)에 대한 동적 응답특성 해석 - 열-음향 복합하중에 대한 구조물 피로강도 해석기법 연구 - 상용 프로그램 연계 GUI(Graphic User Interface) 개발 - 열-음향 복합하중 환경하의 구조 설계/해석/시험 process 제시 2. 연구필요성 초고속 비행체는 난류유동, 고출력 엔진 등으로부터 유발되는 소음과 공력 가열에 의한 열이 복합적으로 존재하는 가혹한 환경에서 운용되며, 특히 비행 중 발생하는 국부적인 박리현상이나 충격파는 열-음향의 영향을 확대시켜 구조물이나 시스템 구성품에 치명적인 손상을 초래할 수 있다. 따라서 초고속 비행체의 설계를 위한 기반기술로 열, 음향이 복합적으로 결합된 하중에 대한 구조물의 동적 응답 및 피로 해석 기술의 확보가 요구된다. 다양한 발사체와 초고속 비행체를 소유하고 있는 선진국에서는 이와 관련한 많은 연구가 수행되고 있으며, 상용 비행체의 고속화와 군용기의 수직 이착륙 및 스텔스 화 등의 영향으로 그 용도가 확대되고 있다. 현재 국내외적으로 동적 응답특성 해석과 관련한 다양한 프로그램이 존재하고 있지만, 초고속 환경에서 발생하는 열-음향 복합 하중이 특성상 광대역(wide band)의 랜덤진동(random vibration)이기 때문에 상용 프로그램을 이용한 다양한 해석이 어려울 뿐만 아니라 이론적, 실험적 연구 경험이 많지 않은 국내 여건에서는 그 해석 결과의 신뢰성을 판단할 수조차 없는 실정이다. 따라서 본 연구를 통하여 초고속 비행 환경에서 운용되는 기체구조의 개발에 요구되는 주요 해석/시험 기술에 대한 자료를 수집하고, 열-음향 복합하중에 대한 구조물의 동적 응력해석, 피로와 관련된 이론과 해석기법 정립 및 독자적인 해석 프로그램 개발로 초고속 비행체 구조물 개발에 필요한 기술 자료를 확보하고자 한다. 3. 연구내용 Thermal-acoustic 환경에서 운용되는 고속 비행체는 Acoustic load의 진동수가 매우 높을 뿐만 아니라 열이 구조물의 응답 응력을 증폭시키기 때문에 피로 수명이 크게 단축된다. 본 연구에서는 열-음향 복합하중 환경에서 운용되는 비행체의 하중 정의 및 구조해석/시험과 관련한 자료를 수집/분석하고 이를 통하여 고속 비행체의 구조설계 공정(Process)을 설정하고자 한다. 공력가열로 인한 구조물의 열전달 특성 연구를 통하여 다양한 연결방법으로 조립된 구조물 및 탑재 장비로의 열전달 현상과 박판 구조물의 열 좌굴/진동 현상을 해석한다. 또한 광대역의 복잡한 랜덤신호로 구성된 acoustic load에 대한 구조물의 주요 응답특성을 시간영역에서 구할 수 있는 해석 프로그램을 개발하고 다양한 하중조건에 대하여 구조물의 응답특성을 예측해 본다. 이를 통하여 현재 국내 여건상 실험적 구현이 불가능한 Thermal-acoustic 환경에서의 구조물 응답 특성 및 피로수명 예측기법을 수립하고 고속 비행체 구조물 개발에 필요한 주요 설계과정을 확립하고자 한다. 주요 연구 내용은 다음과 같다. - 국내외의 유사 연구사례 조사/분석 및 세부 연구계획 수립 - 고속 비행체의 열-음향 하중 정의 및 관련 자료 수집 - Thermal-acoustic 문제 해결을 위한 해석/시험 기법 연구 - 공력가열시 구조물 조립체 및 내부 탑재장비로의 열전달 해석 (체결부, 접촉부, 조립용 창 등 불연속 구조물의 열전달 특성 연구) - 공력가열 및 열 충격에 의한 구조물의 좌굴 및 진동 해석 - 고속비행체의 랜덤진동(Random vibration) 발생원인 및 하중 정의 . 난류 유동(충격파, 박리 등)에 의한 랜덤진동 발생과정 및 특성 연구 . 엔진 등에 의한 Acoustic load의 전달특성 연구 - 음향 가진에 대한 구조물의 동적 응답특성 연구 . 구조물 재질(Al, Steel, Composite)에 따른 응답특성 비교 . 이종(Al+Composite)접합 구조물의 동적 응답특성 연구 . 임의의 Acoustic load에 대한 확률론적 구조응답 해석 . 소형 모델을 이용한 임의가진(random excitation)시험으로 해석결과 검증 - 상용 pre & post processing S/W 연계방안 연구 - Thermal-acoustic하중에 대한 구조물의 동적 응답해석 프로그램 개발 . 구조물의 응답 특성에 미치는 열-음향의 상관관계 연구 . 복잡한 구조물(조립체)에 대한 동적 응답특성 해석 - 열-음향 복합하중에 대한 구조물 피로강도 해석기법 연구 - 상용 S/W 연계 GUI(Graphic User Interface) 개발 - 열-음향 복합하중 환경하의 구조 설계/해석/시험 process 제시 4. 예상실적 o 1차년도 : - 선진국에서 수행한 유사연구에 관한 획득자료 및 이에 대한 분석결과 - Thermal-acoustic 문제 해결을 위한 해석/시험 기법 조사 결과 - 다양한 조립부를 가진 구조물의 열전달 해석결과 - 공력가열 및 열 충격에 의한 구조물 좌굴 및 진동 해석결과 - 연구보고서 o 2차년도 : - 임의 진동하중에 대한 구조물 응답특성 해석 프로그램 - 가상의 Acoustic 가진에 대한 구조응답 해석결과 - 랜덤가진 시험을 통한 해석 프로그램 검증 결과 - 연구보고서 o 3차년도 : - 열-음향 복합 하중하의 구조물 동적 응답해석 프로그램 - 열-음향 복합 하중하의 구조물 피로해석 기법 연구결과 - 열-음향 환경하의 구조물 설계/해석/시험 등 개발공정(Process) 자료 - 연구보고서 5. 기술 적용분야 무기체계분야 => 초음속 함대함 등 추후 개발예정인 고속 유도무기 체계 민수활동분야 => 고속 항공기 설계, 우주 발사체 설계 6. 추진계획 06-08 1.6 억 7. 기술현황분석 - 선진국 기술현황 및 발전추세 음향가진에 의한 내열구조 응답 및 피로파괴 해석은 초고속 비행체를 개발 중인 미국을 비롯한 일부 선진국에서만 수행되고 있는 첨단 분야임. 열과 음향을 각각 독립적으로 해석할 수 있는 상용프로그램이 있지만, 음향과 열이 연성된 초고속 환경에 대한 시스템해석은 자체개발 프로그램을 주로 이용하는 것으로 추측되며, 다양한 시험과 해석을 통하여 많은 기술자료와 경험을 축적하고 있음. - 국내 기술현황 및 발전추세 공력가열에 의한 구조물의 응력해석 및 강도시험 등은 국과연 자체의 유도무기 개발과정에서 일부 수행되고 있으며, 구조물의 음향 및 진동 응답해석의 경우 잘 개발된 상용프로그램과 국내 자체연구를 통하여 상당한 수준의 연구가 수행되고 있는 것으로 판단됨. 그러나 음향가진에 의한 피로파괴, 열과 음향이 연성된 시스템에 대한 동적 응답해석에 대한 연구는 매우 초보적인 수준이며 특히 실제 구조물에 대한 적용 경험은 전무한 실정임. - 선진국과 국내의 기술수준 비교분석 선진국의 경우 1960년대 이후 수행되어온 인공위성 발사체나 초음속 순항 유도탄 개발 등을 통하여 이론적인 연구와 실험이 수행되어 상당한 기술력을 축적한 상태이지만 국내에서는 그 경험이나 수준이 매우 미미할 뿐만 아니라, 선진국에서 이미 수행된 연구자료 및 결과를 입수하는데도 상당한 어려움이 있어 기술적인 격차는 더욱 커지고 있는 실정이다. ===================================================================== ===> 다른 것은 몰라도 적용분야에서 추후 개발 예정인 고속 유도무기가 무었일지 상당히 궁금하지요. 너무나 당연하겠지만 초음속 순항미슬이겠지요...... ====================================================================== 과제제안서 과제명 : 로켓 부스터에서 액체 램제트로의 천이 시 점화특성 및 연소안정화 연구 A Research on ignition characteristics and combustion instability during transition from rocket booster to ramjet sustainer 1. 연구목표 - 1단계 : 로켓 부스터에서 램제트 엔진으로의 천이 시 점화 안정화 연구 1차 연도 : 해석적 및 수치적 알고리즘의 적합성 검증 ?부스터 분리 메카니즘의 해석적(analytic) 알고리즘 검증 ?연소 불안정 해석 알고리즘의 적합성 검증 ?3차원 비정상 화학 반응의 수치적 알고리즘 적합성 검증 2차 연도 :비정상 작동 램제트 엔진 해석 ?부스터 분리 시 흡입구/연소실내 공기 역학 특성 (비정상 충격파, 비정상 과압) 예측 ?연소 불안정 비선형 해석 ?3차원 비정상 다상 화학반응 수치 프로그램 개발 3 차 연도 :점화 특성 인자 영향 도출 ?각종 연료의 다단계 연소 반응 모델 연구 ?연소 불안정 비선형 프로그램 개발 ?3차원 비정상 다상 화학 반응 수치 프로그램 개발 - 2 단계 : 로켓 부스터에서 램제트 엔진으로의 천이 시 연소 안정에 필요한 기초 자료 확보 1 차 연도 :부스터-램제트 엔진 천이 시 연소 안정성 판단 기법 도출 ?천이시 비정상 섭동 유동 특성이 연소 안정에 미치는 영향 연구 ?램제트 엔진의 연소 안정 판단 알고리즘 적합성 검증 2 차 연도 :램제트 엔진 작동시 연소 안정 판단 및 능동제어(active control) 기법개발 ?연소 불안정 능동 제어 알고리즘 적합성 검증 ?3차원 비정상 다상 화학 반응 수치 계산을 이용한 불안정 모드 계산 3차 연도 :램제트 엔진의 연소 불안정 영역 도출 2. 연구필요성 액체 램제트의 연소는 고속의 공기흡입을 이용한 램압축으로 연소실의 연소 조건이 매우 비정상적(unsteady)이다. 특히 로켓 부스터에서 램제트 엔진으로의 천이 시에는 흡입구에서의 충격파 거동과 연소실의 열유동 특성이 심한 동적 환경에 있으므로 점화/연소 환경이 매우 불안정하다. 이러한 특성은 부스터의 형태에 따라 매우 다르며, 실험적 방법으로 접근하기에는 막대한 실험 비용은 물론 실험 방법이 매우 어려움으로 해석적/수치적 접근이 필요하다. 램제트 엔진이 구조적으로는 간단하면서 심한 동적 특성을 가지고 있으므로 연소 안정성 및 불안정에 대한 능동 제어(active control) 기법은 선진국에서는 오래전부터 연구되어 왔으며 현재에도 지속되는 중요한 연구 분야 중 하나이다. 본 과제의 기술 난이도는 매우 높지만, 천이 구간에서의 성능 특성이 전체 비행 조건에 미치는 영향이 매우 크기 때문에 중장기 적으로 꾸준히 연구될 필요가 있다고 판단된다. 3. 연구내용 o 부스터/램제트 천이 해석 o 액체 램제트 엔진의 비정상 천이 과정에 대한 해석적/수치적 알고리즘 개발 o 액체 램제트 엔진의 비선형 연소 불안정 해석 프로그램 개발 o 흡입구의 유동 특성과 부스터의 형태를 고려한 점화 특성 인자 도출 o 액체 램제트 엔진의 연소 안정 예측 알고리즘 및 프로그램 개발 o 흡입구의 유동 특성을 고려한 연소 불안정 능동제어 기법 개발 o 램제트 엔진의 연소 불안정 영역 도출 4. 예상실적 o 로켓-램제트 엔진으로의 천이 특성 해석 기술 o 램제트 엔진의 비정상 천이 시 점화 특성 연구결과 o 액체 램제트 엔진의 연소 안정화 기술 o 액체 램제트 엔진의 연소 불안정 영역 데이터 o 연소 불안정 해석적(analytic) 및 수치(numerical)해석 기술 5. 기술 적용분야 무기체계분야 => 함대함 및 유도무기 민수활동분야 =>차세대 초고속 항공기용 복합 싸이클 엔진 개발 6. 추진계획 06-11 4 억원 ( 2 단계 ) 7. 기술현황분석 o 선진국 기술현황 및 발전추세 : 1950년대 이후 본격 기술개발로 대공, 대지, 대함 등 다양한 램제트 엔진 실용화 o 국내 기술현황 및 발전추세 : 기초적 기술파악 수준인 학술적 연구단계로 차세대 초음속 순항 유도탄에의 적용을 대비해 기초 연구 중임. o 선진국과 국내의 기술수준 비교 분석 : 추진기관 성격상 연구개발비/인력/기간이 대폭 뒷받침되어야 하기 때문에 국내 에서는 기초적 수준에 머물고 있음 ============================================================================ 마지막의 국내 기술현황 및 발전추세라는 항목에서 언급된 " 차세대 초음속 순항 유도탄에의 적용을 대비해 기초 연구 중임" 이라는 언급에서 답이 나오는군요. 작년 국방부 자료에서 언급되었던 것처럼 초음속 순항미슬의 개발 계획이 분명히 있고 이에대한 준비로 연구 중이라는 사실이 다시 확인되었습니다. 그리고 일부에서 언급되던 국산 초음속 순항미슬의 개발 완료 및 배치설이 사실이 아니고 그것은 아음속순항미슬의 배치가 와전 된 것라는 추측이 설득력을 얻게되는 것같습니다.