천안함 스크루 변형 시뮬레이션 오류 - 해설[1]

글쓴이
가을밤
등록일
2013-03-20 00:53
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충남대 노인식 교수의 다음 논문은,

천안함 프로펠러 손상분석 및 시뮬레이션
노인식 / 2010년12월 / 대한조선학회지 제47권 제4호
http://academic.naver.com/openUrl.nhn?doc_id=42717519&linkType=doclink

아래와 같은 현상의 관찰과 추측, 가정에 기반한 것으로,

1360059286.gif
[그림 1] 축방향 충격 씨나리오의 구성 (gif 애니메이션, 페이지 당 20초 유지)


스크루가 아래 그림과 같이 움직였다고 가정하고,

1360152014.gif
[그림2] 축방향 충격 씨나리오 상의 스크루 운동 (gif 애니메이션)


아래의 시뮬레이션 결과를 얻은데 대한 것으로,

천안함 추진기 변형 분석 및 시뮬레이션 영상
조사결과/조사결과 2010/09/13 15:00
http://cheonan46.go.kr/98


위 시뮬레이션 동영상에서 0.02초 단위의 프레임을 추출하여 만든 아래의 gif 애니메이션을 보면,

1360150244.gif
[그림 3] 동영상의 0.02초 단위 프레임의 gif 애니메이션 (0.01초 프레임 포함, 구별이 쉽게 0초 때의 스크루 색상 변경)


노인식 교수가 논문에서 가정한 것처럼 스크류가 0~0.02초 사이에 [그림 2]의 A위치(정상 위치)에서 B위치(현재 위치)로 100mm 이동하는 과정도 묘사되어 있습니다. (0초 때의 스크루 위치와 0.02초 이후의 위치 차이에 주목, 0초 때의 스크루 색상은 청동색으로 바꿈)

문제는 스크류 본체(보스)가 B위치에 도달하고 멈춘 0.02초 이후에는 스크루 날개에 아무런 외력(外力)이 가해지지 않는데 어째서 0.6초 가까이 날개의 변형이 지속되느냐는 것입니다. 이것은 마치 자발적 변형?

1360150278.gif
[그림 4] 동영상의 0~0.02초 까지의 모든 프레임과 속도 플롯, 스크루의 축방향 이동모습 gif 애니메이션 (윤곽 중첩)


여기서 잠깐; T=0.02초, V=0, B위치에서의 날개의 운동방향은? 잠깐이지만 스크루 날개가 스크루 보스에 끌려 다니기 때문에 보스가 움직이는 동안 날개의 관찰자(지구^^;)기준 운동 방향 또한 보스가 움직이는 방향이고, 설때는 보스가 먼저 서기 때문에 스크루 보스가 멈췄을 때 날개는 스크루의 운동 방향, 즉 이 글을 보시는 분의 왼팔 쪽, 천안함 기준으로는 함미 쪽으로 휘게 됩니다.(*1) 시뮬레이션은 이와는 반대로 스크루의 정지 후에도 날개가 계속 함수 쪽으로 휘어집니다. 노인식 교수가 이 문제를 알아채지 못했을까요?

(*1) 스크루의 운동 중에 날개가 충분히 잘 휘어지는 상태일 경우, 즉 스크루 날개의 强性(Stiffeness)에 비해 날개의 질량이 충분히 클 경우에 해당됩니다. 노인식 교수의 시뮬레이션은 이런 조건으로 실시되었습니다. (자세한 사항은 '천안함 사건과 당신의 물리상식을 시험하는 어떤 논문'의 Lollipop Experiment 참조)


이에 대하여 어떤 이는 아래의 동영상 캡쳐 이미지를 제시하며 모종의 인문학적인 해석을 내놓기도 했습니다만,

1360059520.png
(아래 동영상의 2분10초 장면)

합조단, 천안함 의혹에 답하다.(영상)
Story, 천안함 이야기/ 동영상사결과 2010/10/12 19:59
http://cheonan46.go.kr/104


과학적인 설명은 다음과 같습니다.

먼저 시뮬레이션 동영상의 0~0.02초 사이에 스크루가 이동하는 장면과 이어지는 '자발적 변형' 장면의 조합은 어떤 시나리오에서도 공학 시뮬레이션의 근간인 과학적 원리와 부합하지 않는 Reality Show 내지는 엄격히 따지면 Visual Hoax 입니다. 외형적 움직임을 시뮬레이션 결과의 일부로 도입한다면 그 결과 또한 외형적 움직임과 일치하여야 하기 때문입니다.([그림 4]의 첨부 문단 참조) 논문의 가정에 딱 맞춘 시각화, 공학자의 친절로 보아 주기에는 석연찮은 구석이 있습니다.

다음, 시뮬레이션 동영상 중의 0.02초 까지의 스크루가 이동하는 장면을 0.02초 이후의 스크루 보스 위치(움직이지 않음)를 기준으로 정렬시키면 아래와 같은 gif 애니메이션을 만들 수 있는데, 이렇게 하면 시뮬레이션 목적('날개의 변형을 확인해 보자')과의 시각적 정합성이 확보됨은 물론 기준관성계(Inertial Reference Frame)를 스크루 보스에 둠으로써 시뮬레이션에 도입할 다른 변수들(가감속 등)은 일관된 하나의 관성계, 즉 스크루 보스를 기준으로 변환하여 적용할 수 있게 됩니다.

1360150309.gif
[그림 5] 동영상의 0.02초 단위 프레임의 gif 애니메이션 (보스 기준 정렬, 0.01초 프레임 포함)

결론부터 말하자면, 위와 같은 시뮬레이션 결과는 스크루가 아래 애니메이션과 같은 운동을 하는 경우와 또 다른 한 경우(나중에 설명됨)에 얻을 수 있습니다. (애니메이션의 스크루가 더디게 움직이면 다운 받아서 보십시오. 끝에서 끝까지 이동하는데 1초 정도)

1360150367.gif
[그림 6] 스크루의 축방향 가속(100G x 0.01초) 후 등속운동(10m/sec) 케이스의 gif 애니메이션 (0.02초 단위 프레임으로 구성)


노인식 교수의 시뮬레이션은 위 그림에 묘사된 것처럼 스크루-엄밀히는 스크루 보스 부분이 가속 후 등속운동을 하는 경우에 대한 것으로 가속 단계인 100G x 0.01초 구간에서 뿐만 아니라 이어진 0.6초 동안의 등속운동 구간에서도 지속적으로 스크루 날개에 임펄스가 가해진 결과입니다.

<참고 1>몸통(보스) 부분이 가속 후 등속운동 하는 중임에도 날개가 아직 몸통 보다 뒤쳐지는 상태면 이 속도차이를 상쇄하기 위한 임펄스가 계속 날개에 작용합니다. 이때 날개에 작용하는 힘이 날개에 탄-소성 변형을 일으킵니다. (자세한 사항은 '천안함 사건과 당신의 물리상식을 시험하는 어떤 논문'의 Lollipop Experiment 그림3 참조)

<참고 2>날개가 휘어지는 모양도 이상하지만 논외로 함.(날개 끝이 밑둥을 깍지 끼는 듯한 모습과 날개 중간부분의 꺾이는 모양)


또한 위에서 언급한 '또 다른 한 경우'란 스크루가 상당한 속도, 예컨대 10m/sec 쯤의 속도를 사전에 확보한 상태로 함수 방향으로 운동 중 무엇인가와 부딪치는 경우입니다. 물론 이런 일이 발생할 가능성은 없습니다만 이와 원리적으로 동일한 케이스는 스크루가 함수 방향을 지면으로 향한 채 지상 5m에서 약간의 완충효과(100G x 0.01초, 50mm 완충)가 제공되는 지상에 낙하하는 경우입니다. 바로 충돌을 말하는 것인데, 대개의 사람들이 충돌 현상에 대해 경험으로 잘 알고 있다고 생각하고 있고 스크루 시뮬레이션에 동원된 가정도 충돌과 비슷하지 않을까 하는 선입견을 갖기 때문에 잘못된 점을 쉽게 알아채지 못합니다.

그러면 이런 엉터리 시뮬레이션 결과는 어떻게 나올 수 있을까? 시뮬레이션 때 반대방향의 임펄스(-100G x 0.01초) 적용을 누락, 즉 감속구간을 빼버리면 됩니다. 앞서 기준관성계를 스크루 보스에 맞춘다는 언급을 했는데, 이렇게 하면 작업이 매우 수월해 집니다. 보스는 좌표공간에 고정시켜 두고, 보스에 작용하는 +100G x 0.01초 임펄스를 날개에 작용하는 관성력 x 지속시간으로 바꿔 작용시킨 다음 -100G x 0.01초 구간에서는 앞선 관성력 작용의 결과를 초기값으로 두고 방향만 반대인 관성력을 작용시키면 시뮬레이션이 정상적으로 완성되는데, 바로 이 두번째 반대방향의 관성력이 작용하는 단계의 시뮬레이션을 생략하고 첫번째 관성력 작용 이후의 상황을 계속 진행하면 바로 이 문제있는 스크루 시뮬레이션이 완성됩니다.

이것이 제가 노인식 교수의 논문에 대한 연구진실성 재조사를 요구하며 교과부,국방부,국과위,중앙행정심판위에 제출한데 이어 최근 대한조선학회에 제출한 다음과 같은 자료로 설명하고자 하는 것입니다.

천안함 사건과 당신의 물리 상식을 시험하는 어떤 논문
http://www.seoprise.com/board/view.php?table=seoprise_13&uid=189878

1360059659.jpg
[그림 6] '노인식 교수 스크루 변형 시뮬레이션 오류 및 부실검증 문제에 대하여'에서 발췌

<주1> 제목에 대하여; 제목을 '천안함 스크루 변형 시뮬레이션 오류 해설[1]'로 달았지만 해설[2,3...n]은 가능성만 열어 두었을 뿐 준비된 게 없습니다.

숫자가 더 올라가기 전에 책임있는 기관과 관련 학계가 문제 해결에 나서주길 바랍니다.

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