[논문]전차포 소음 저감을 위한 배플형 소음기의 수치해석

고성호; 이동수; 강국정

doi:10.3795/ksme-b.2007.31.3.217

전차포 소음 저감을 위한 배플형 소음기의 수치해석
A Numerical Analysis of the Baffled Silencer for the Noise Diminution of Tank Gun 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.31 no.3 = no.258, 2007년, pp.217 - 224

고성호 (충남대학교 기계설계공학과) , 이동수 (충남대학교 대학원 기계설계공학과 BK21메카사업단) , 강국정 (국방과학연구소)

Abstract ▼ AI-Helper

A numerical analysis for a silencer with three baffles of 120mm tank gun has been performed. The Reynolds-Averaged Wavier-Stokes equations with Baldwin-Lomax turbulence model were employed to compute unsteady, compressible flow inside the tank gun and the silencer. An axisymmetric computational domain was constructed by using 12 multi block chimera grids. The resolution of flow field is observed by depicting calculated pressure and muzzle brake force. The peak blast pressure and noise through the silencer reduced approximately 99% and 41dB in comparison to the tank gun without the silencer at near filed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 120mm 전차 포 사격시 발생하는 고온 고압의 폭발 유동장에 대한 배플형 소음기의 소음 감소 및 제퇴 효과에 대해 해석하였다. 소음기를 지난 폭발 유동은 소음기가 없는 형상과 비교한 결과 대기영역에서 최대 99%의 압력 및 41dB의 SPL 저감이 이루어졌다.
본 연구는 소음기 특성 연구를 위하여 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 기술적 방안을 도출하고자 하였으며, 실제 적용 및 운용 여부는 많은 trade-off 사항에 대한 운용자 측면의 검토가 필요하다.
또한 격침 격자 기법⑭을 이용하여 격자를 구성하였다. 본 연구는 저압 충격파 관에 대해 해석 한참 고문헌을 통해㈣ 이미 타당성을 검증하였다. Fig.
본 연구는 전차포 사격 시 발생하는 고온, 고압의 포신 내에 충만해 있는 가스를 초기 조건으로 하여 비정상상태의 전산 유체 해석을 수행하였다. 그리고 사격 시 포탄에 의해 형성되는 선임충격파에 비해 포탄 뒤쪽의 추진 충격파가 매우 큰 소음을 유발함에 따라 해석의 용이를 위해 포탄을 배제하였다.
그리고 사격 시 포탄에 의해 형성되는 선임충격파에 비해 포탄 뒤쪽의 추진 충격파가 매우 큰 소음을 유발함에 따라 해석의 용이를 위해 포탄을 배제하였다. 본 연구의 목적은 이러한 폭발충격파의 유동 해석을 통해 효율적인 배플형 소음기를 설계하여, 근거리 및 원거리 유 동장에서 최대한 소음을 감소시키는 데 있다.
제 퇴기는 이러한 반발력을 감소시키는 포구 장치의 일종으로써 포탄의 진행 방향과 동일하게 추력을 주어 사격에 의한 반발력을 감소시킨다. 이러한 이유로 배플의 역할을 제퇴의 관점에서도 살펴보았다. Fig.

제안 방법

3의 1번 지점은 포구 끝 지점, 2, 3, 4 번 지점은 배플 뒤쪽 지점이며, 그리고 5번 지점은 소음기를 지난 대기 영역 지점이다. 1번 지점에서 발생한 압력이 각 배플을 통과함에 따라감소되는 결과를 비교하여 소음기의 효율을 계산하였다.
4%의 압력이 감소하였으며, 이를 SPL로 전환한 값은 257dB에서 215dB로 42dB 감소하였다. 3.3 소음기 내벽에 작용하는 접선 응력 소음기의 형상 설계를 위해 소음기 내벽에 작용하는 접선 응력을 계산하였다.
그리고 3개의 배플에 의해 발생하는 압력 및 소음 감소 효과를 비교 해석하기 위해 소음기가 적용되지 않은 형상을 계산하였다. 먼저 R/D=2인 지점을 해석한 Table 1에서 볼 수 있듯이 0。에서는 99%, 90。에서는 85%의 최대 압력이 감소하였으며, 각각 38dB오} 37dB의 SPL의 감소가 이루어졌다.
이와 같은 포신 내부의 초기 조건은 포신을 일체의 형상으로 가정 한 lumped method에. 근거하여 포신 내부의 압력 변화를 계산한 예측 결과를 토대로 설정하였다. 그리고 경계조건은 모든 벽면을 비점성 단열로 설정하였고, 유출 및 유입 조건으로는 Riemann invariant에 근거한 특성 조건을 사용하였다.
사용하였다. 또한 격침 격자 기법⑭을 이용하여 격자를 구성하였다. 본 연구는 저압 충격파 관에 대해 해석 한참 고문헌을 통해㈣ 이미 타당성을 검증하였다.
375 지점에 위치시켰다. 또한 폭발 유 동장의 압력을 고려하여 가장 높은 압력을 받는 첫 번째 배플은 0.625의 두께로 설정하고, 상대적으로 낮은 압력이 작용하는 2개의 배플은 0.375의 두께로 설계하였다.
전산해석의 이점을 살려 실험으로 수행하기 힘든 소음기 내부의 중앙 지점을 선택하여 계산하였다.

대상 데이터

그리고 경계조건은 모든 벽면을 비점성 단열로 설정하였고, 유출 및 유입 조건으로는 Riemann invariant에 근거한 특성 조건을 사용하였다. 그리고 총 12개의 멀티 블록과 약 150만 개의 격자를 사용하여 해석하였으며, 슈퍼컴퓨터 NEC-SX 5를 사용하여 85, 000 스텝을 해석하는데 약 100시간이 소요되었다.
1은 3개의 배플이 적용된 소음기 해석에 사용된 계산 영역이다. 본 논문에서 쓰이는 모든 길이는 전차포 지름 120mm(D)로 무차원화되었다. 소음기 출구는 X=0지점이고 포구는 X= -20.
설계하였다. 설계에 적용된 재료는 105mm 전차포 재질인 항복응력 1027MPa, 밀도 7.85g/cm³인 MIL-S-46119로써 20%의 안전율을 적용하여 계산하였다. 그 결과 소음기 벽면 두께는 9.

이론/모형

근거하여 포신 내부의 압력 변화를 계산한 예측 결과를 토대로 설정하였다. 그리고 경계조건은 모든 벽면을 비점성 단열로 설정하였고, 유출 및 유입 조건으로는 Riemann invariant에 근거한 특성 조건을 사용하였다. 그리고 총 12개의 멀티 블록과 약 150만 개의 격자를 사용하여 해석하였으며, 슈퍼컴퓨터 NEC-SX 5를 사용하여 85, 000 스텝을 해석하는데 약 100시간이 소요되었다.
전차포의 고온, 고압 폭발 유 동장을 해석하기 위해 지배방정식으로 3차원, 비정상, 압축성, 그리고 난류에 대한 Reynolds Averaged Navier- Stokes 방정식을 사용하였다. 그리고 이 식을 일반 곡면 좌표계로 변환 시 다음과 같다.
폭발 유 동장의 해석을 위해 대류 항은 3차 정확도를 가지는 Roe의 풍상차분법岡으로 이산화하였고, 시간 적분으로는 LU-SGS의 내재적인 방법, 3) 그리고 Baldwin-Lomax 난류모델을 사용하였다. 또한 격침 격자 기법⑭을 이용하여 격자를 구성하였다.

성능/효과

85g/cm³인 MIL-S-46119로써 20%의 안전율을 적용하여 계산하였다. 그 결과 소음기 벽면 두께는 9.6cm, 총 중량은 11, 863kg이 계산되었다. 하지만 최 대 압력 분포 지역에 재료를 보강하거나, 강도에 비해 밀도가 크게 낮은 고가의 재료를 사용한다면 중량은 크게 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.
본 해석에 사용된 포신 내의 초기 조건은 대기 상태의 압력 및 밀도 그리고 온도로 무차원화 되었다. 초기 압력은 852.
해석하였다. 소음기를 지난 폭발 유동은 소음기가 없는 형상과 비교한 결과 대기영역에서 최대 99%의 압력 및 41dB의 SPL 저감이 이루어졌다. 그리고 소음기 내부의 배플에 의해 발생하는 제퇴의 효과를 볼 수 있었다.
그리고 R/D=4의 해석 결과를 나타낸 Table 2의 경우 0。에서 98%, 90。에서 84% 의 최대 압력이 감소하였다. 이를 토대로 SPL로 전환한 결과 36dB의 감소가 계산되었다.
1번 지점에서 그래프가 가장 크게 감소하는 것을 볼 수 있다. 최대 압력의 경우 139MPa에서 L12MPa로 98.4%의 압력이 감소하였으며, 이를 SPL로 전환한 값은 257dB에서 215dB로 42dB 감소하였다. 3.

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