요철이 있는 한쪽 면이 닫힌 원통 구조의 전자기파 산란 해석 및 RCS 감소를 위한 요철의 최적화

Abstract

제트 엔진의 RCS를 해석하는 문제는 오래전부터 중요하게 연구되어온 분야이다. 제트 엔진의 RCS가 특히 중요한 이유는 레이더 신호가 엔진 내부에 의해 산란이 될 때, 산란된 신호는 엔진의 날개에 의해 변조가 되어 있다. 이를 JEM(Jet Engine Modulation) 현상이라고 하며, 이렇게 변조된 신호를 통해서 날개의 회전 속도, 날개의 길이, 날개의 개수 정보를 얻을 수 있고 이는 엔진의 종류 및 비행체의 종류를 알게 해주는 중요한 정보가 된다. 이러한 JEM 현상을 억제하는 방법은 제트 엔진 내부에 의한 RCS를 감소시키는 것이 된다. 이전의 제트 엔진의 RCS를 감소시키는 연구는 크게 엔진 내부에 RAM(Radar Absorbing Material)을 이용하거나 엔진의 전체적인 구조를 구부리는 방법을 이용하였다. 본 연구에서는 이러한 방법이 아닌 엔진의 내부에 요철을 삽입하여 이러한 요철에 의해서 RCS를 감소시키는 방법을 제안하고자 한다. 본 논문에서는 우선 제트 엔진을 한쪽 끝이 닫힌 열린 원통으로 모델링 하였고 이러한 원통형 구조에 요철이 존재할 때 모드 매칭 방법과 산란 행렬 방법을 조합하여 엄밀하고 정확한 해를 구하였다. 이러한 계산은 요철이 있는 복잡한 구조에서도 정확하고 빠른 계산 결과를 제공할 수 있다. 이러한 빠른 계산 결과를 이용하여 요철의 구조를 최적화 시킬 수 있다. 본 논문에서는 요철의 구조를 단일한 구조가 반복되는 주기적인 구조를 택하였고 이러한 구조에 대해서 유전 알고리즘을 이용하여 RCS를 최소화 시키는 요철의 개수, 깊이, 크기를 구하였으며 이를 통해서 요철이 없는 경우의 엔진에 비해서 요철이 있는 경우 RCS를 감소시킬 수 있었다. 이러한 RCS 감소는 적 레이더에서 JEM을 검출할 때 필요한 sensitivity를 증가 시킬 수 있게 된다.