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문제 정의
- 그러나 어린이가 즐겨 사용하는 비비탄총과 같이 탄환 운동에너지가 작은 경우에 대해서는 연구는 이루지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 발사체 운동에너지가 작은 비비탄총을 대상으로 젤라틴 simulant 농도, 균질성 및 냉장고에서의 simulant 정치시간의 영향을 살펴보고, 발사체와 타격 대상체 거리, 발사체 운동에너지에 따른 영향을 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 08 J)이며, 탄환은 플라스틱(HIPS)이다. 본 실험에 사용된 발사체의 운동에너지는 탄속측정기(제품명: Prochrono)를 이용하여 탄환의 속도를 측정한 후 1/2 mv2(m: 탄환질량, v: 탄환속도)로 계산하였다. 타격 대상체 재질은 젤라틴(삼미, 공업용)으로 하였으며, 젤라틴을 물과 혼합하여 simulant를 제조하였다.
- 타격 대상체 재질은 젤라틴(삼미, 공업용)으로 하였으며, 젤라틴을 물과 혼합하여 simulant를 제조하였다. 비비탄총의 탄환이 젤라틴 simulant 표면에 도달 직전의 충격속도와 simulant에 침투된 침투깊이 및 한계속도를 측정하기 위해서 고속카메라(Phantom, V640)를 이용하여 1/2000 frames로 촬영하였다.
- 어린이 비비탄총 탄환의 위험성을 측정하기 위하여 타격 대상체 재질을 젤라틴 simulant로 하여 젤라틴 simulant 농도, 균질성 및 정치시간, 발사체와 타격대상체 거리, 발사체 운동에너지에 따른 영향을 실험적으로 고찰하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 젤라틴 simulant를 냉장고에서 겔화시키는 동안 수분이 증발될 수 있기 때문에 정치시간에 따라 탄환의 침투깊이가 달라질 수 있다. 이에 냉장고(온도 5℃)에서 젤라틴 simulant의 정치시간에 따른 탄환의 침투 영향을 알기 위해 최소 24시간에서 최대 168시간까지 24시간 간격으로 정치하여 겔화된 simulant에 탄환을 격발하여 최대 침투깊이를 측정하였다. Fig.
- 91% 미만에서는 simulant가 제대로 고형화 되지 않아 실험 대상으로 고려하지 않았다. 이에 젤라틴 simulant 시편의 제작이 수월하며, 탄환의 침투깊이와 한계속도를 측정하는데 적합한 물과 젤라틴의 혼합비율을 젤라틴 농도 2.91%(물 100 g - gelatine 3 g)로 하였고, simulant 의 크기는 가로 5 cm, 세로 5 cm, 두께 4 cm로 제작하여 냉장고(온도 4℃)에서 24시간 겔화시키어 젤라틴 simulant 시편을 제작하였다. Fig.
- 08 J 이하)는 매우 작기 때문에 젤라틴과 물의 혼합비율을 선정하는 것이 필요하다. 이에 혼합비율을 질량단위 기준으로 물 100 g당 젤라틴 10 g(9.1%), 5 g(4.76%), 3 g(2.91%) 및 그 이하 농도로 변화시키며 발사체 운동에너지 0.08 J, 타격 거리 1 m에서 탄환이 젤라틴 simulant에 침투되는 정도를 측정하였다. 실험결과, 젤라틴 농도 9.
대상 데이터
- 1은 비비탄총 발사체, 젤라틴 simulant, 고속카메라(Phantom, V640) 등으로 구성된 실험 장치의 개략도를 나타낸다. 본 시험에 사용된 비비탄총은 어린이용 비비탄 권총(Carl walther, 운동에너지 0.08 J)이며, 탄환은 플라스틱(HIPS)이다. 본 실험에 사용된 발사체의 운동에너지는 탄속측정기(제품명: Prochrono)를 이용하여 탄환의 속도를 측정한 후 1/2 mv2(m: 탄환질량, v: 탄환속도)로 계산하였다.
- 본 실험에 사용된 발사체의 운동에너지는 탄속측정기(제품명: Prochrono)를 이용하여 탄환의 속도를 측정한 후 1/2 mv2(m: 탄환질량, v: 탄환속도)로 계산하였다. 타격 대상체 재질은 젤라틴(삼미, 공업용)으로 하였으며, 젤라틴을 물과 혼합하여 simulant를 제조하였다. 비비탄총의 탄환이 젤라틴 simulant 표면에 도달 직전의 충격속도와 simulant에 침투된 침투깊이 및 한계속도를 측정하기 위해서 고속카메라(Phantom, V640)를 이용하여 1/2000 frames로 촬영하였다.
데이터처리
- 01 J 간격으로 증가시킨 비비탄 권총을 사용하였다. 실험은 각 에너지별 5회 반복하였고, 그 결과를 평균하였다. 운동에너지가 0.
성능/효과
- 1) 젤라틴 simulant 농도에 따른 영향에서 젤라틴 농도 9.1%(질량단위)는 탄환이 simulant에 박히지 않고 튕겨 나갔으며, 4.76%는 최대 침투깊이가 약 10 mm, 2.91%는 약 35 mm로 나타났고, 2.91% 미만에서는 simulant가 고형화 되지 않았다. 또한 젤라틴 simulant 농도의 균질성을 알아보고자 탄환을 10회 발사한 결과, 표준편차는 0.
- 2) 타격거리에 따라 탄환이 simulant에 침투된 침투깊이의 결과를 살펴보면, 0.6 m에서 1 m까지는 침투깊이가 증가하는 경향을 나타내다가, 1 m 이후의 거리에서는 감소하는 하는 것으로 나타났다. 이는 충격속도와 관련된 것으로 보이나, 그 영향은 매우 작았다.
- 3) 비비탄총 탄환 발사 운동에너지에 따른 탄환의 충격속도, 한계속도 및 최대 침투깊이를 보면, 운동에너지가 0.1 J인 경우 충격속도는 약 39.1 m/s, 한계속도는 약 15.7 m/s로 나타났으며, 어린이 비비탄총 법적 기준 운동에너지 0.08 J의 경우와 비교할 때, 충격속도는 약 12%, 한계속도는 22% 높은 것으로 나타났다. 발사체 운동에너지가 증가할때 충격속도가 증가하며, 충격속도가 증가할 때 한계속도 또한 증가하는 것으로 나타났다.
- 08 J)와 비교할 때, 충격속도인 경우에는 약 12%, 한계속도는 22% 높은 것으로 나타났다. Fig. 6과 Fig. 7에 보여지는 바와 같이, 운동에너지가 증가할 때 충격속도가 증가하며, 충격속도가 증가할 때 한계속도 또한 증가하는 것으로 나타났으며, 탄환의 침투깊이는 충격속도에 비례하였다. 충격속도와 침투깊이에 대한 함수 관계를 다항식을 이용하여 나타내면 y = 0.
- 67 m/s)는 1 m까지는 증가하고, 그 이후의 거리에서는 감소하였다. 그러나그 영향이 매우 미비하였고, 그 결과로 거리에 따른 탄환의 침투깊이 차이도 1 m를 기준으로 하였을 때 최대 상대편차가 0.6 m에서 6.62%로 매우 작게 나타났다.
- 069로 양호한 것으로 나타났다. 냉장고에서 젤라틴 simulant의 정치시간에 따른 영향에서는 72시간 이내로 정치된 simulant는 탄환 침투깊이의 변화는 거의 없는 것으로 나타났고, 72시간 이상 정치된 simulant는 경과시간에 따라 침투깊이가 급속히 감소되는 것을알 수 있다. 이는 수분 증발과 관련된 것으로 판단 된다.
- 91% 미만에서는 simulant가 고형화 되지 않았다. 또한 젤라틴 simulant 농도의 균질성을 알아보고자 탄환을 10회 발사한 결과, 표준편차는 0.069로 양호한 것으로 나타났다. 냉장고에서 젤라틴 simulant의 정치시간에 따른 영향에서는 72시간 이내로 정치된 simulant는 탄환 침투깊이의 변화는 거의 없는 것으로 나타났고, 72시간 이상 정치된 simulant는 경과시간에 따라 침투깊이가 급속히 감소되는 것을알 수 있다.
- 08 J의 경우와 비교할 때, 충격속도는 약 12%, 한계속도는 22% 높은 것으로 나타났다. 발사체 운동에너지가 증가할때 충격속도가 증가하며, 충격속도가 증가할 때 한계속도 또한 증가하는 것으로 나타났다.
- 5%(2건)로 나타났다. 상해 부위로 나누어 살펴보면, 눈, 코, 귀, 얼굴 등 사람의 머리에 집중되었으며, 이중 눈에 대한 상해가 40%로 다른 부위보다 가장 높게 나타났다. 이는 안구의 외상성 전방출혈, 실명 등과 같은 치명적인 상해를 유발할 가능성이 높고, 문헌3-6)에서도 관련 위험성을 보고하고 있으나 이에 대한 기술적인 대책은 미흡한 실정이고, 얼마나 상해를 줄 수 있는지에 대한 연구도 매우 미비한 실정이다.
- 4 m까지 증가시켰으며, 실험의 재현성을 위해 5회 반복하였으며, 그 결과를 평균하였다. 실험결과, 0.6 m 에서 1 m까지는 침투깊이가 증가하는 경향을 나타내다가, 1 m 이후의 거리에서는 감소하는 것으로 나타났다. 1 m를 기준으로 탄환이 simulant에 침투하는 깊이가 증·감하는 이유는 발사된 탄환이 simulant 표면에 도달하기 직전의 충격속도와 관련된 것으로 보인다.
- 08 J, 타격 거리 1 m에서 탄환이 젤라틴 simulant에 침투되는 정도를 측정하였다. 실험결과, 젤라틴 농도 9.1%인 경우에 탄환이 simulant에 박히지 않고 튕겨 나갔으며, 4.76%에서는 침투깊이는 약 10 mm 정도, 2.91%에서는 약 35 mm 정도 도달하였고, 2.91% 미만에서는 simulant가 제대로 고형화 되지 않아 실험 대상으로 고려하지 않았다. 이에 젤라틴 simulant 시편의 제작이 수월하며, 탄환의 침투깊이와 한계속도를 측정하는데 적합한 물과 젤라틴의 혼합비율을 젤라틴 농도 2.
- 3의 왼쪽은 simulant의 정면이고, 오른쪽은 simulant 측면이다. 실험결과, 평균 최대 침투깊이는 17.15 mm, 표준편차는 0.069로 simulant 농도의 균질 정도 및 발사체 운동에너지의 정확성은 비교적 양호한 것으로 판단된다. 젤라틴 simulant를 냉장고에서 겔화시키는 동안 수분이 증발될 수 있기 때문에 정치시간에 따라 탄환의 침투깊이가 달라질 수 있다.
- 5는 타격거리에 따라 탄환이 simulant에 침투된 최대 침투깊이의 변화를 나타낸다. 여기서, 타격거리는 0.6 m에서 0.2 m 간격으로 최대 1.4 m까지 증가시켰으며, 실험의 재현성을 위해 5회 반복하였으며, 그 결과를 평균하였다. 실험결과, 0.
- 실험은 각 에너지별 5회 반복하였고, 그 결과를 평균하였다. 운동에너지가 0.1 J인 비비탄총으로 격발한 탄환의 충격속도는 약 39.1 m/s, 한계속도는 약 15.7 m/s이며, 이는 현 어린이용 비비탄총 탄환 발사 운동에너지(법적 기준 0.08 J)와 비교할 때, 충격속도인 경우에는 약 12%, 한계속도는 22% 높은 것으로 나타났다. Fig.
후속연구
- 본 연구에서는 비비탄총 탄환이 사람의 안구에 어느 정도 상해를 줄 수 있는지 직접 실험할 수 없어 안구상해 위험성을 기술하지 못하였으나 향후 연구에서 탄환의 kinetic 에너지를 normalized 에너지로 환산한 후, 이를 문헌에서 보고한 연구결과와 연관시키면, 안구상해 위험성을 추정할 수 있으리라 판단된다.
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