Using HyperWorks to Generate Electrically Large Surface Meshes for Radar Cross Section or Antenna Placement Simulation

Overview

Radar Cross Section (RCS)과 탑재된 안테나의 배치는 항공기 설계에 중요한 요소 입니다. RCS는 항공기와 같은 물체를 얼만큼 탐지할 수 있는지의 기준이 됩니다. RCS가 크다는 것은 제트비행기 같은 물체가 쉽게 탐지 됨을 의미합니다.

SELEX Galileo는 최적의 안테나의 위치를 결정하거나 항공기의 RCS를 계산하기 위한 Electromagnetic (EM) Solver를 사용하기 위하여, 요소 레벨에 전기적 특성이 정의된 임의의 넓은 Surface Mesh 들을 HyperWorks를 사용하여 생성하였습니다.

레이더 추적 및 회피 기능에 대한 이 제트비행기의 사례 연구에 대략 1억 개의 Mesh 요소가 계산 되었습니다.

Business Profile

Finmeccanica 그룹의 SELEX Galileo회사는 극한 임무를 수행하는 항공시스템 분야에서의 뛰어난 강점과 전장에서의 광범위한 전술 수행 능력, 그리고 국토 방위 어플리케이션 능력 등으로 국방 전자 시장에서 선두를 달리고 있습니다.

SELEX Galileo는 글로벌 비즈니스 회사이며 5대륙에 걸쳐 7,000명의 직원을 고용하고 있습니다.

Challenge

1억개 정도의 Surface Mesh 를 생성하기 위하여, 전체 Geometry를 효과적인 요소생성이 가능한 충분히 작은 여러개의 모델들로 나누는 과정이 필요합니다. 이렇게 생성된 요소들은 기계적 모델을 마이크로웨이브 해석 툴에 적용하고, 전기적으로 매우 작고 고품질인 Surface Mesh 들을 얻기 위한 EM 솔버들을 구동하기 위하여 사용됩니다.

모든 요소들은 해석 안정성과 요소의 최소크기를 모두 고려하여 만들어진 λ/8 와 λ/12 사이의 요소 크기 가이드라인을 지켜야 합니다. 또한 소형 요소의 대량 생성이 메모리와 런타임 필요조건에 영향을 끼치게 되기 때문에 최적의 삼각형 길이가 필요하게 됩니다.

Solution

SELEX Galileo는 소형 요소들의 대량 생성을 위하여 HyperMesh를 사용하였고, 크고 복잡한 구조가 전자기장과 어떻게 상호작용하게 되는지를 묘사해주는 Numerical Method of Moments (MOM) 방법을 적용하였습니다.

반복적인 박스 형태의 작은 조각들을 사용하여 큰 구조를 이해하는 Multi-Level Fast Multipole Method (MLFMM) 라는 기법이 개발되었습니다. 이 기법을 통하여, 풀어야 할 문제의 크기를 줄임으로써 소요 메모리의 크기와 해석 런타임을 줄일 수 있게 되었습니다.

이러한 모델을 쉽게 생성하기 위하여, Altair 사는 SELEX Galileo사가 큰 모델을 쉽게 작은 모델로 분할할 수 있도록 자동화 프로세스를 개발하였습니다. 일단 큰 모델이 작은 컴포넌트들로 분할되고 나면, 요소들은 각각의 컴포넌트의 경계면을 정의하는 곡선들에 생성이 됩니다. 이렇게 생성된 요소의 절점들은 컴포넌드 간의 연결고리가 됩니다.

큰 모델을 구성하는 각 작은 모델들은 각각의 파일에 저장 됩니다. 일단 하위 모델들이 각 요소의 다양한 매개변수들로 전기적 특성이 알맞게 할당되고 나면, 요소의 속성이 알맞은지 점검한 후, EM Solver에 이러한 전기적 특성들의 해석문제를 할당하게 됩니다.

Result

프로세스 자동화 툴셋은 RCS와 탑재 안테나 최적 배치 시뮬레이션을 위한 1억 개의 고성능 Surface Mesh 를 생성하기 위하여 Altair HyperMesh를 사용하여 개발되었습니다. 이 툴셋은 Mesh를 여러번 생성 및 Export 할 필요가 없도록, Meshing 알고리즘 과 EM solver사이에서 최적의Mesh Quality 조건들이 사용될 수 있다는 것을 입증했습니다. 이 자동화 프로세스는 로컬 컴퓨팅 리소스에 설정 제한 없이 매우 많은수의 mesh의 생성을 가능하게 했습니다.

MLFMM에 기초를 둔 EM solver와의 통합은 SELEX Galileo 엔지니어들에게 이전에 사용할 수 없었던GUI 환경에서 모델의 전기적 특성을 설정할 수 있는 작업 환경을 제공하고 있습니다. EM Solver와의 통합은 또한 이전 모델들이 GUI 환경에서 읽히고 수정되고 그리고 전기적 특성의 해석문제를 다시 할당될 수 있도록 해주었습니다.

HyperWorksSELEX Galileo 설계자들이 큰 EM 모델을 개발하는데 소요하는 시간을 획기적으로 줄일 수 있게 도와 줌으로써 설계시 발생하는 비용을 절감하는데 기여를 하였습니다.

아래 슬라이드가 안보이시는 분들은 여기를 클릭해주세요.

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