기계연, '수중방사소음' 예측 기술 개발...함정 은밀성 극대화

이성현 기계연 가상공학연구센터 책임연구원이 방사소음 예측 알고리즘 시험 장비를 살펴보고 있다.

국내 연구진이 선체에 부착된 가속도센서를 활용해 함정 '수중방사소음'을 예측, 이상 진동을 진단할 수 있는 알고리즘을 국내 최초로 개발했다. 실선 시험으로 성능 검증도 마쳤다.

군함 은밀성 확보에 핵심이 되는 수중방사소음을 실시간 예측하고, 이상 징후를 사전에 감지할 기반을 마련했다. 국내 해군 전력 강화와 함정 운용 효율성 제고에 크게 기여할 전망이다.

국가과학기술연구회(NST·이사장 김영식) 산하 한국기계연구원(원장 류석현)은 이성현 가상공학플랫폼연구본부 가상공학연구센터 책임연구원팀이 이같은 성과를 거뒀다고 2일 밝혔다.

특히 제한된 센서 수를 이용하면서도 예측 정밀도를 유지할 수 있는 최적화 설계 기술을 확보했으며 실선 시험으로 최대 4데시벨 이내 예측 오차율을 달성했다.

연구팀은 함정 선체에 부착된 가속도센서로 접수판 진동 정보를 실시간 계측하고, 이를 기반으로 방사효율과 주파수 특성을 결합해 수중방사소음 정량 예측 알고리즘을 정립했다.

신호처리 및 진동 해석 기법으로 주요 진동 특징을 추출하고 최소한 센서 수로 최대 정확도를 낼 수 있는 최적 배치 방법을 도출했다. 또 통계 기반 이상 탐지 알고리즘과 운항 조건별 임계치 설정 기법을 통해 다양한 운용환경에서 적용 가능한 기반 기술을 확보했다.

수중방사소음 예측 알고리즘 기술 개요도

기존 수중방사소음 계측 방식은 외부 해양 측정 장비로 조용한 해역에서 주변 운항 중인 선박이 없는 조건에서 간헐적으로 수행돼야 하며, 해양 환경 변화나 선체 외판 생물 부착물에 따라 측정 결과가 달라질 수 있어 데이터 신뢰성 확보에 어려움이 있었다.

반면 이번 개발된 알고리즘은 함정 내부에 설치된 센서만을 활용해 실시간으로 진동 및 수중방사소음을 예측하고 진단할 수 있어, 측정 조건 제약이 적고 운용 효율성과 이상 대응 속도에서 뚜렷한 우위를 가진다.

특히 공동현상(프로펠러 회전이 빨라지면서 생긴 기포가 붕괴하면서 소음·진동·충격이 발생하는 현상) 발생 여부나 추진 모드 전환 등에 따른 소음 변화를 실시간 반영할 수 있어 작전 중 함정 상태 변화 파악에 유리하다.

본 기술은 실시간 진동 계측·분석으로 이상 진동 감지, 수중방사소음 예측, 임계치 기반 경고 기능까지 일괄 수행할 수 있으며 다양한 함정 설계·운용 환경에 따라 유연하게 적용할 수 있다. 또 최적화된 센서 배치와 적응형 알고리즘 구조 덕에 장비 설치·운용 비용 절감 효과가 있으며 함정 유지관리 및 수중소음 통제 측면에서도 효율적인 운영이 가능하다.

또 연구팀은 다양한 운항 조건에서 계측 진동 데이터를 바탕으로 성능을 검증했다. '수중방사소음 측정을 위한 국제 표준(ISO 17208-1:2016 등) 적용 통합성능시험' 수행 결과, 예측 알고리즘과 실측 결과 간 최대 오차가 4데시벨 이내로 나타나 실환경 적용 가능 수준 신뢰도를 확보했다.

이성현 책임연구원은 “수중방사소음이라는 전략적 정보 실시간 예측·모니터링을 가능하게 한 세계 수준 시스템으로, 군사적 은밀성 확보뿐 아니라 운용 장비 이상 진단 및 유지관리 효율화 측면에서도 폭넓은 활용이 가능할 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 방위사업청과 국방신속획득기술연구원 지원 아래 LIG넥스원과의 공동연구로 진행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com

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