국방기술진흥연구소에서 주관하는 ‘고성능 추진 전동기 개발’ 시험개발 과제는 차세대 잠수함의 은밀성과 기동성을 결정짓는 핵심 국방 사업입니다. 42개월간 총 447.77억 원이 투입되는 이번 사업은 기존 체계 대비 출력 및 운용효율을 극대화하고, 전력변환장치 PEBB 구조 설계와 해수/청수 냉각 기술기반의 패키징 등 최고 난이도의 전동화 엔지니어링 역량을 요구하고 있습니다. RFP 필수 요구사항인 단계별 M&S 검증 자료 확보, 모아소프트의 서비스형 Product가 명쾌한 해답을 제시합니다.
1. REP 핵심 연구개발 요구내용 및 모아소프트의 기술 매칭 전략
모아소프트는 RFP의 개발 워크패키지를 자체 솔루션인 모터 다물리계 해석(P1), 시스템 통합 고정밀 해석(P2), PIDO 기반 엔지니어링(P3), 전동화 컨설팅(P4) 기술과 완벽하게 매칭하여 체계업체의 기술 제안서 품질을 압도적으로 높입니다.
고정자 및 회전자 성능 최적화 (REP 요구영역 A)
- RFP 요구사항: 전자기력을 이용한 고정자 및 영구자석형(PM) 회전자 설계·제작, 효율 향상 기술, 일부 결함 발생 시 제한된 출력으로 정·역회전 지속 운용 기능.
- 모아소프트 매칭 (P1/P3): MotorCAD 및 Maxwell을 사용하여 무부하/부하 해석을 수행하고, 고정밀 효율 맵(Efficiency Map)과 d-q 인덕턴스 맵을 자동으로 구축합니다. PIDO(Process Integration and Design Optimization) 기반의 자동화를 통해 영구자석의 불가역 감자 특성을 전자기력 맵과 연동 분석함으로써, 일부 권선이나 상(Phase) 결함 시에도 추진력을 유지할 수 있는 결함 허용 운용 제어 모델을 가상으로 실증합니다.
전력변환장치 및 감시 · 제어 장치 기술 실증 (REP 요구영역 B)
- RFP 요구사항: 전자기력을 이용한 고정자 및 영구자석형(PM) 회전자 설계·제작, 효율 향상 기술, 일부 결함 발생 시 제한된 출력으로 정·역회전 지속 운용 기능.
- 모아소프트 매칭 (P1/P3): MotorCAD 및 Maxwell을 사용하여 무부하/부하 해석을 수행하고, 고정밀 효율 맵(Efficiency Map)과 d-q 인덕턴스 맵을 자동으로 구축합니다. PIDO(Process Integration and Design Optimization) 기반의 자동화를 통해 영구자석의 불가역 감자 특성을 전자기력 맵과 연동 분석함으로써, 일부 권선이나 상(Phase) 결함 시에도 추진력을 유지할 수 있는 결함 허용 운용 제어 모델을 가상으로 실증합니다.
열 · 냉각 구조 및 신속 정비 안전성 확보 (RFP 요구영역 C, D)
- RFP 요구사항: 해수/청수 냉각장치 설계, 출력 연계 효율적 냉각기술, 구조 강도/강성 해석을 통한 안전성, 구성품 신속 교환, 보호등급(IP44/56) 반영 구조 설계.
- 모아소프트 매칭 (P1/P2): LPTN(수집매개 열네트워크) 기반 열해석과 입자법/CFD 복합 열전달 해석(Fluent, Icepak 활용)을 연동하여, 잠수함 내부의 엄격한 온·습도 환경과 변동되는 출력 조건에 따른 단계별 냉각 기능을 최적화합니다. 또한, 구조물에 대해 선형 모달 해석 및 구조 강도 해석을 수행하여 충격 안전등급 ‘A’ 기준을 충족하고 , 조립성 및 간섭 여부를 3D 디지털 공간에서 사전 확인합니다.
단계별 M&S 활용계획 및 시험평가 지원 (RFP 요구영역 E, F)
- RFP 요구사항: 요구사항 분석, 설계 단계의 구체적 규격 설정, 실제 시험이 제한되는 특수성능(충격, 경사, 구조음/공기음 소음 등)에 대한 신뢰성 있는 M&S 보고서 확보, DT&E 및 최초운용시험평가(OT&E) 대응.
- 모아소프트 매칭 (P3/P4): 임무/주행 시나리오에 기반한 토크-속도 출력 요구 맵을 정의하고 , 전자계-열-구조-NVH를 유기적으로 엮는 다물리계 결합 해석(MFBD 기반 거동 예측) 인프라를 제공합니다. DOE(실험계획법) 설계 공간 탐색, 대리모델 구축, UQ(불확실성 정량화) 및 다목적 강건최적화 컨설팅을 통해 실제 전 부하/부분 부하 시험 전 완벽한 가상 검증 데이터를 보고서 형태로 확보해 드립니다.
2. 체계업체가 무조건 질문하는 [Technical Deep-Dive Q&A]
Q1. 잠수함 무기체계에서 가장 치명적인 수중 구조음 및 공기음 소음 규격(dB) 만족 여부를 M&S 단계에서 어떻게 신뢰성 있게 예측합니까?
A1. 모아소프트는 고정자 및 회전자에서 발생하는 전자계 가진력(Maxwell Force Wave)을 정밀하게 추출한 뒤, 이를 Ansys Mechanical 구조 모델 및 동역학 해석 도구와 결합하는 전자계 가진력 반영 결합해석(MFBD) 프로세스를 적용합니다. RFP에서 제시하는 00노트 운용 회전수(00RPM) 조건에서의 1/3 옥타브 밴드별 주파수 감쇠량을 로그축 상에서 내삽(Interpolation) 분석하여, 구조적 공진점과 공기음 허용치 초과 구간을 설계 초기 단계(PDR/CDR)에서 100% 식별하고 저감 설계를 반영합니다.
Q2. 잠수함이 가혹하게 거동할 때 발생하는 종경사(±30° ~ ±60°), 횡경사(±20° ~ ±60°) 비상운용 조건에서 베어링 오일 누유와 지속 운전 안정성을 가상으로 어떻게 검증합니까?
A2. 경사 운전 조건에서의 기동은 베어링 유막 형성과 오일 거동의 급격한 변화를 야기합니다. 모아소프트는 Fluent와 FreeFlow의 입자법(Moving Particle Simulation) 및 CFD 해석 기법을 활용하여 경사각 변화에 따른 베어링 하부(IP56) 및 내부 오일 풀(Oil Pool)의 3차원 유동을 시뮬레이션합니다. 이를 통해 최대 00분간의 연속/비상 운전 중에도 베어링이 소손되지 않고 오일이 누유되지 않는 유량 배치 및 구조물 가이드 형상을 최적화하여 설계 타당성을 증명합니다.
Q3. 전력변환장치의 핵심인 PEBB 모듈 소손이나 전원손실(DC 0,000V 환경) 이벤트 발생 시, 타 모듈로의 파급 효과 차단과 제한된 지속 운전 성능을 검증할 수 있습니까?
A3. 네, 가능합니다. 고전압(DC 0,000V) 전력변환 장치 시스템 내에서 1D 다물리계 모델 결합 해석(Twin-Builder 기반)을 수행하여 단락(Short) 혹은 소손 상황의 과도 전류/전압 스파이크를 모의합니다. 자가진단 고장신호와 연계된 보호 알고리즘을 1D 제어 모델에 내장하여, 결함이 발생한 특정 PEBB 모듈을 밀리초(ms) 단위로 절체(Isolate)하고 남은 모듈들이 유기적으로 출력을 분담해 지속 운전(정격 대비 000% 과부하 대응 등)이 가능함을 시스템 레벨에서 실증해 냅니다.
Q4.「무기체계 소프트웨어 개발 및 관리 매뉴얼」이 적용되는 감시·제어장치 내장형 SW 요구분석 및 시험, 그리고 규격화·목록화 등의 IPS 산출물 대응이 준비되어 있습니까?
A4. 모아소프트는 방위사업청 매뉴얼 제2024-06호를 완벽히 준수하는 전용 SW 신뢰성 검증 프로세스를 가동합니다. 내장형 SW의 요구사항 추적성 분석(SRS, SDD 문서화 지원)부터 정적/동적 시험을 통한 신뢰성 보고서 획득까지 일괄 지원합니다. 더불어, 군수지원 능력을 좌우하는 통합체계지원요소(IPS) 개발 결과물의 적절성을 확보하기 위한 규격화 및 목록화 서류 체계를 완벽히 구비하고 있어 체계업체의 사업 관리 리스크를 제로화합니다.
3. 컨소시엄 내 모아소프트의 독보적 파트너십 가치 (Consortium Value)
- RFP 최적화 매칭 맵 완비: RFP 요구내용(A~F 영역)과 모아소프트의 엔지니어링 Product(P1~P4)를 일대일로 연결하는 완벽한 기술적 연계성 확보.
- 개발 위험 및 비용 감소: 실제 부하 시험설비 확보 전 단계에서 정밀 M&S를 적극 활용하여 시행착오를 차단하고 개발 기간 단축 기여.
- 성공적인 제안 가점 전략: 요구성능별 신뢰성 있는 디지털 트윈 보고서를 통해 제안서 평가위원들에게 독보적인 ‘기술 능력 탁월성(B항목)’ 점수 획득 보장.
모아소프트는 차세대 잠수함 고성능 추진 시스템 국산화 개발을 위한 가장 확실한 M&S 및 전동화 엔지니어링 파트너입니다.
기술 협력 및 컨소시엄 구성 제안 문의
- 대표 문의: 02-420-3203
- 홈페이지: https://moasoftware.co.kr/contact-us/
- 핵심 전문 역량: 모터 다물리계 해석, PEBB 및 인버터 1D 연동 해석, 구조 NVH 및 특수 경사 환경 분석, 무기체계 내장형 SW 신뢰성 검증.
