WIPL-D Pro CAD를 활용한 3D 모델링
WIPL-D Pro CAD 소프트웨어를 사용하면 복잡한 3D 형상 모델을 쉽고 빠르게 제작할 수 있습니다. 다양한 CAD 형식에서 모델을 가져오는 것도 가능하며, 내장된 프리미티브(primitives)를 사용해 처음부터 모델을 직접 만들 수도 있습니다.
이번 사례에서는 WIPL-D Pro CAD를 활용해 금속 미사일 모델과 유전체 코팅 미사일 모델을 제작하고, 각 모델의 전자파 산란 결과를 비교했습니다.
해석에 사용된 미사일 모델
이번 해석에서는 총 세 가지 유형의 미사일 모델을 사용했습니다.
첫 번째는 가장 기본이 되는 금속 미사일 모델입니다. 두 번째는 금속 미사일 모델을 하나의 유전체 층으로 코팅한 모델입니다. 세 번째는 유전체 층을 하나 더 추가해 두 개의 유전체 층으로 코팅한 금속 미사일 모델입니다.
이처럼 코팅 층의 유무와 개수에 따라 미사일 모델을 구분하고, 각 조건에서 전자파 산란 특성이 어떻게 달라지는지 확인했습니다. 원문은 WIPL-D Pro CAD를 활용한 미사일 모델 제작과 산란 시뮬레이션 결과를 다룹니다.
Copy-Layer 기능을 활용한 유전체 층 추가
본문에서 제시하는 세 가지 미사일 모델은 앞서 언급한 프리미티브를 이용해 처음부터 제작되었습니다.
유전체 층은 WIPL-D Pro의 Copy – Layer 과정을 통해 추가했습니다. Copy – Layer 과정은 CAD 모델을 메쉬(mesh)한 뒤 적용할 수 있습니다.
이 기능을 활용하면 레이어의 양쪽 표면이 동일한 방식으로 메쉬되는 임의의 얇은 레이어를 모델링할 수 있습니다. 다만 형상 모델링의 정확도와 시뮬레이션 정확도 모두 중요하기 때문에, 가까운 표면에서 동일한 메싱을 확보하는 것이 핵심 요소로 고려됩니다.
유전체 코팅에 따른 산란 결과 비교
금속 미사일, 하나의 유전체 층으로 코팅된 미사일, 두 개의 유전체 층으로 코팅된 미사일, 총 세 가지 유형의 모델을 사용해 시뮬레이션 결과를 비교했습니다.
시뮬레이션 결과는 그림 3에 제시되어 있으며, 미사일을 유전체 층으로 코팅했을 때 산란 값이 줄어드는 것을 확인할 수 있습니다.
시뮬레이션 환경
시뮬레이션은 다음 하드웨어 플랫폼에서 수행되었습니다.
| 항목 | 사양 |
|---|---|
| CPU | Intel® Core™ i7-7700 CPU @ 3.60GHz |
| RAM | 64GB |
| GPU | NVIDIA GeForce GTX 1080 |
CPU는 행렬(matrix) 채우기에 사용되었고, GPU는 행렬 반전에 사용되었습니다.
모델별 메쉬 수, 메모리, 시뮬레이션 시간
메쉬 수(Number of unknowns), 필요한 컴퓨터 메모리, 시뮬레이션 시간은 아래 표와 같습니다. 시뮬레이션 시간은 행렬 채우기, 행렬 반전, 방사 패턴 계산에 소요된 시간을 모두 합산한 값입니다.
모든 시뮬레이션 상황에서 방사 패턴을 계산하는 데 필요한 시간은 행렬 채우기 시간 및 행렬 반전 시간에 비해 무시할 수 있는 수준이었습니다.
| Model | Number of unknowns | Memory [GB] | Simulation time [sec] |
|---|---|---|---|
| Metallic missile | 12,208 | 1.1 | 36 |
| Metallic missile with one dielectric layer | 36,992 | 10.2 | 420 |
| Metallic missile with two dielectric layers | 114,480 | 97.6 | 4,011 |
LU 분해를 활용한 빠른 Monostatic 분석
행렬은 LU 분해(LU decomposition)를 통해 반전됩니다. LU 분해는 행렬을 하삼각행렬 L과 상삼각행렬 U로 분해하는 수치해석 기법입니다.
이 방식은 순방향 및 역방향 치환만을 요구하므로, excitations가 많은 monostatic 분석도 WIPL-D에서 매우 빠르게 수행될 수 있습니다.
유전체 코팅이 전자파 산란에 미치는 영향
이번 사례에서는 WIPL-D Pro CAD를 활용해 금속 미사일 모델과 유전체 코팅 미사일 모델을 제작하고, 코팅 층에 따른 전자파 산란 결과를 비교했습니다.
금속 미사일에 유전체 층을 추가하면 모델의 메쉬 수와 필요한 메모리, 시뮬레이션 시간이 증가합니다. 하지만 시뮬레이션 결과에서는 유전체 코팅을 적용했을 때 산란 값이 줄어드는 것을 확인할 수 있었습니다.
따라서 WIPL-D는 복잡한 3D 형상 모델링과 유전체 코팅 구조의 전자파 산란 해석에 활용할 수 있는 효과적인 시뮬레이션 도구입니다.
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