지상용 CIWS 발포충격으로 인한 건구축물 영향성 및 구조건전성 분석

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확장요약문

CIWS-II 근접방어무기체계는 함정의 생존성 향상을 위해 OOO급 이상 주요 함정에 탑재되어 적의 항공기와 미사일등의 대공 위협과 수상 위협으로부터 최종 방어를 위한 무기체계이다. 능동위상배열레이다(AESA) 를 탑재하여 표적을 탐지, 추적 및 교전을 할 수 있으며 현대 전장 환경에서 드론 및 소형 무인항공기(UAV) 에 대응하기 위해 성능 개량을 진행중에 있다. 더 나아가 CIWS-II 는 해상뿐만 아니라 지상에서도 핵심 기반시설과 수도권 주요 거점 및 군사시설 등을 보호하기 위해 지상용 CIWS로 발전 될 수 있으며 국내에서도 많은 관심을 갖고 추진 중이다. 현대 전장에서는 저비용, 대량 운용, 은밀 침투가 가능한 군집드론 및 소형 UAV 편대가 도심으로 공격해 올 경우 RCS가 작고 저고도에서 침투하기 때문에 기존 방공 체계의 교전 능력으로는 한계가 있다. 지상용 CWIS는 건구축물 고정형 및 이동형으로 개발 될 수 있으며, 기존 CIWS-II 체계보다 저비용, 고성능으로 효율적인 드론/UAV 및 공중 위협에 대해 대응이 가능하다.

이와 같은 지상용 CIWS는 도심의 건구축물 옥상이나 군사기지 건물 옥상에 배치될 경우 함포의 발포 충격에 대해 상주하는 인원들의 안전에 문제가 되지 않아야 하며, 건구축물 옥상의 구조건전성도 확보 되어야 한다. 본 논문에서는 현재 개발중인 CIWS-II 함포의 발포 충격 측정을 수행하여 데이터를 확보하였으며 확보된 데이터를 활용하여 지상용 CIWS가 설치되는 건물의 영향성 및 구조건전성을 분석하였다. 이를 위해 실제 지상용 CIWS가 설치될 수 있는 도심지역 건물 실사를 통해 설치될 건물 옥상 위치와 증축물의 형태를 파악하고 Beam-Shell 요소로 건축물 FEM 모델을 구축하였다. 모달 해석을 통하여 구축된 FEM 모델은 유사 건물의 고유진동수와 비교하여 유효성 및 적합성을 확보 하였으며 오차범위 5%이내로 확인되었다. 발포 충격으로 인한 건축물 구조 안전 평가는 DIN 4150-3 규격(건축물 구조 손상 가능성을 확인할 수 있는 규격)으로 진행되었으며 진동으로 인한 건축물 구조적 손상 위험성 PPV 지침 값에 따랐다. CIWS-II 함포의 발포 충격 측정데이터를 건물 옥상에 Input 데이터로 가진하여 Transient 구조해석을 수행하였으며, 건축물의 구조 손상 기준을 만족 하였다. 또한, 함포 사격 시 건물 내 상주 인원 및 운용 요원의 불편함을 확인할 수 있는 BS 6472-1 규격(건물 내 인체 진동 노출 평가)을 활용하여 구조해석 결과 기준이 초과되는 것을 확인하였으며, 향후 연구 과제로는 건물의 옥상부 지상용 CIWS 설치부에 Vibration Isolator 설계를 통해 발포충격 저감방안을 추가로 연구 할 계획이다.