Earticle

초록

영어

Naval propulsion systems operate in a variable-speed environment where shaft RPM and vibration characteristics change continuously; however, conventional fixed-threshold approaches for anomaly detection fail to account for these variations. This study analyzes vibration characteristics associated with changes in propulsion system rotational speed in both the time domain (RMS) and the frequency domain (monitoring-band energy), supported by physics-based simulation and real-data cross-validation on the Paderborn and CWRU public benchmarks. Normal RMS increased monotonically with rotational speed, forming statistically distinct populations across RPM bins, while characteristic fault frequencies shifted proportionally with RPM. On both public benchmarks, envelope-analysis-based fault separability was clear for both outer-race and inner-race fault modes and was consistently strengthened with increasing rotational speed. In physics-based simulation, fixed-threshold experiments showed detection rates collapsing to 0% at low speeds, quantitatively illustrating the structural inadequacy of a single fixed value, while cross-validation on two independent public benchmarks consistently confirmed RPM-dependent normal distributions and envelope separability. These findings indicate that adaptive threshold setting according to operating conditions is essential for condition-based diagnostics of naval propulsion systems.

한국어

선박⋅함정 추진체계는 속력 변경에 따라 추진축 회전수가 수시로 변하는 가변속 환경에서 운용된다. 그러나 현재의 진동 기반 상태기반진단은 하나의 고정된 경보기준(임계치)을 모든 운용 조건에 동일하게 적용하는 방식이 일반적이어서, 고속에서는 정상적인 진동 증가를 고장으로 오판(오경보)하고 저속에서는 실제 결함 징후를 놓치는(미탐지) 문제가 구조적으로 발생할 수 있다. 본 연구의 목적은 이 문제를 이론⋅시뮬레이션⋅실측의 세 층위에서 정량적으로 실증하고, 임계치를 회전수의 함수로 재정의하는 적응적 설정의 필요성을 제시하는 것이다. 정상 RMS는 회전수 증가에 따라 단조 증가하여 회전수 구간별로 통계적으로 상이한 모집단을 형성하였고, 결함 특성 주파수는 RPM에 비례하여 이동하였다. 공개 벤치마크에서 외륜⋅내륜 두 결함 모드 모두 포락선 분석 기반 결함 분리도가 명확하였고, 회전수 증가에 따라 일관되게 강화되었다. 물리 기반 시뮬레이션의 고정임계치 실험에서는 저속 구간 탐지율이 0%까지 저하되어 단일 고정값의 구조적 한계를 정량적으로 예시하였고, 두 독립 공개벤치마크 실측에서 회전수별 정상 분포의 상이성과 포락선 분리도의 회전수 의존성이 일관되게 확인되었다. 이론⋅시뮬레이션⋅실측이 정합적으로 가리키는 결론은, 함정 추진체계 상태기반진단에 운용조건별 적응적 임계치 설정이 필수적이라는 점이다.

목차

ABSTRACT
초록
Ⅰ. 서론
1.1 연구목적 및 배경
1.2 연구방법론
1.3 논문의 구성
Ⅱ. 이론적 배경
2.1 CBM 정의와 진동기반 고장탐지 원리
2.2 결함 특성 주파수 및 영역별 특징
2.3 기타 진단 지표
Ⅲ. 임계치 설정 방법론과 선행연구
3.1 고정 임계치 설정 방법론
3.2 적응적 임계치 개념과 기존 연구 한계
Ⅳ. 고정 임계치의 구조적 한계 이론 분석
4.1 RPM과 진동 에너지⋅주파수의 관계
4.2 고정 임계치의 구조적 한계
Ⅴ. 실증 분석
5.1 시뮬레이션 분석
5.2 공개 데이터 활용을 통한 검증
5.3 결과 종합
Ⅵ. 결론
6.1 연구의 기여 및 시사점
6.2 연구의 한계 및 향후 연구
6.3 향후 연구 과제
참고문헌

키워드

저자

• 이현준 [ Hyeon-jun Lee | 광운대학교 일반대학원 방위사업학과 ] 교신저자
• 손채봉 [ Chae-Bong Sohn | 광운대학교 일반대학원 방위사업학과 ]

참고문헌

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• 간행물명

  한국방위산업학회지 [Journal of the Korean Association of Defense Industry Studies]

• 간기

  연3회

• pISSN

  1738-6144

• 수록기간

  2000~2026

• 등재여부

  KCI 등재

• 십진분류

  KDC 390 DDC 355