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제안 방법
- 사용되는 3 종류의 약실은 다음과 같다. 12.7 mm과 20 mm 약실의 경우, 시험시 디스크가 총열에 결합된 상태에서 이탈피를 갖는 탄자를 삽입하게 되어있으며, 30 mm 약실의 경우는 부싱에 이탈피를 갖는 탄자 조립체를 결합한 후 다시 탄피에 결합하여 약실에 이탈피를 갖는 탄자를 삽입하게 설계하였다. 이는 탄피의 치수 및 약실의 중량에 대한 설계상 고려에 의해 채택하였으며, 기존 파편충격장치용 20 mm 총열의 설계에서 기 사용한 설계개념이며[2], 기존과 동일한 크기의 부싱 설계치수를 가지고 있어 호환이 가능하다.
- 강내 탄도 분석에는 O. K. Heiney의 강내 탄도 해석이론을 활용하였으며, 본 시험 장비의 총열에 대하여 추진제의 연소에 의한 가스의 힘이 총열 내에 작용하는 순간부터 탄자가 총열 내를 이동하여 총구를 완전히 이탈할 때까지 총열 전반부에 작용하는 압력 상태및 탄자의 운동 특성을 분석하였다.
- 7 mm 파편탄자를 비행시킬 수 있는 신규 구경 20 mm 총열을 개발하였다. 개발된 총열은 3개의 다른 구경 약실을 하나의 총열에 결합해 사용할수 있도록 약실교환 방식으로 설계하였다.
- 이와 같은 경우 시험 준비과정이 복잡해지고 시험의 연결성이 나빠진다. 따라서 이러한 단점을 보완하여 탄자속도 400 ～ 2,000 m/s 범위에서 재현성있게 12.7 mm 파편탄자를 비행시킬 수 있는 신규 구경 20 mm 총열을 개발하였다. 개발된 총열은 3개의 다른 구경 약실을 하나의 총열에 결합해 사용할수 있도록 약실교환 방식으로 설계하였다.
- 이론적으로는 30 mm 탄피내의 추진제량을 조절하여 탄속을 최고 속도 범위까지 조절할 수 있지만, 속도가 낮은 경우에는 탄피 내에 추진제량이 적게 들어가므로, 즉 30 mm 탄피 내에 빈공간이 많아 탄피 내에서 추진제를 일정하게 분포시키는 것이 쉽지 않으므로, 같은 추진제량이라도 탄속의 변화가 심하여 안정적이고 재현성 있는 속도구현이 어렵다. 따라서 탄피 내에서의 추진제량 조절은 일정량 이하의 경우에는 안정적인 탄속을 유지하기 힘들어 화약 감도측정시험인 경우, 임계충돌속도가 30 mm 약실을 사용하는 일반적인 속도범위에 있지 않은 경우 이를 해결하기 위해 20 mm 약실을 갖는 20 mm 총열을 사용하였다. 이와 같은 경우 시험 준비과정이 복잡해지고 시험의 연결성이 나빠진다.
- 또한 조립시 이탈피를 갖는 탄자 조립체를 디스크에 삽입하므로 이탈피를 갖는 탄자 조립체가 분리되지 않고 정확하게 삽입되도록 하는 역할을 한다. 또한 디스크는 금속 밀폐링을 사용하므로 사격시 발생되는 가스의 압력에 대해 좀 더 완벽한 밀봉 상태가 되도록 설계되었다. 총열에 디스크의 조립은 나사산 없이 삽입하는 형식으로 되어있다.
- 9의 부싱은 약실과 총열부분을 원만히 연결시키며, 이탈피를 갖는 탄자를 항상 일정하게 탄피에 고정시켜 약실에 삽입할 수 있는 기능을 갖고 있으며, 약실과 총강시작부의 연결 부위에 삽입하도록 하는 방법을 사용하여 이탈피 파편탄자 조립체가 총열 삽입시 분리되는 것을 방지할 수 있다. 또한 부싱의 끝부분을 탄피와 밀착시켜 발사시 가스 누출을 최소화하며, 이탈피 조립체의 총열삽입을 용이하도록 설계하였다. 그리고 약실에 삽입시 상단이 돌출된 이탈피 파편탄자와 부싱의 결합체는 20 mm 총열 상단 총강시작부에 밀착 되게 삽입되어 발사방향에 정확히 일치하게 하였다.
- 30 mm 약실 사용시는 중간의 디스크 없이 총열과 약실로 구성되어 있다. 약실은 국내 생산 중인 12.7 mm, 20 mm, 30 mm 탄피를 사용할 수 있도록 각 총열 약실과 동일하게 설계하였다. 총열 앞부분에 위치한 총열 보호용 덮개는 시험시 발생하는 파편으로부터 총열을 보호하고 속도측정시 참조점으로 사용하기 위해 Fig.
- 예상탄속 및 예상압력을 이용하여 시험탄속과 예상 탄속의 차이를 비교하였으며, 약실압력을 간접적으로 분석하였고 이를 통해 총열의 안전도를 간접적으로 확인하였다. 신규 총열 제작시, 기 제작된 총열의 해석과정 및 결과자료를 안전도 문제에 관련하여 신규 총열 제작에 활용하였다[2].
- 이와 별도로 감도측정시험은 화약이 고속의 파편에 피격될 경우 탄두/탄약의 반응현상을 예측하고, 취약성을 평가하거나, 고속의 파편 충돌 시 화약의 상대적 민감도를 측정하는 시험으로서, 화약이 50 % 확률로 폭발되는 임계 충돌속도를 측정하여 시험화약 또는 탄약의 파편충격 감도를 측정하며, 화약 감도계수, 파편 탄자의 형상계수 등을 구하고 있다. 이 시험을 위해서 다양한 탄속을 구현하여 발사, 화약의 반응에 따른 임계충돌속도를 측정한다.
- Heiney가 구성한 프로그램을 사용하였다. 장치계에 대한 전산 프로그램을 수행하기 위한 입력상수로 사용 되는 총열과 추진제의 요구제원을 사용하였다.
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2. 시험장치 설계 및 제작
제작총열은 Fig. 1 같은 직경 20 mm 원추형 파편탄자 및 원통형 파편탄자를 저속(약 400 m/s)에서 고속 (2,000 m/s 이상)까지 비행시킬 수 있도록, 즉 탄속범위를 넓게 하기 위하여 하나의 총열에 국내에서 생산되는 3 종류의 약실을 교환하여 사용하도록 설계되었다. 사용되는 약실은 12.
- 총열의 안전성은 최대 허용압력 계산 및 강내 탄도 해석 프로그램을 사용하여 검토하였다. 계산결과 30 mm 약실에서 사용한 추진제의 충전량(120 g)은 파편 충격시험 속도범위를 넘어서는 탄속을 나타내었으며, 발사시 약실의 압력은 30,000 psi 이내의 범위 안에 있었으며, 최대 허용압력보다 낮음을 확인하였다.
- 화약 감도측정시험 및 파편충격시험을 위한 20 mm 총열을 개발하였다. 총열에 12.
대상 데이터
- 30 mm 약실 사용시는 중간의 디스크 없이 총열과 약실로 구성되어 있다. 약실은 국내 생산 중인 12.
- 1 같은 직경 20 mm 원추형 파편탄자 및 원통형 파편탄자를 저속(약 400 m/s)에서 고속 (2,000 m/s 이상)까지 비행시킬 수 있도록, 즉 탄속범위를 넓게 하기 위하여 하나의 총열에 국내에서 생산되는 3 종류의 약실을 교환하여 사용하도록 설계되었다. 사용되는 약실은 12.7 mm, 20 mm, 30 mm 약실로서, 시험의 요구속도에 따라 사용되는 약실이 달라지며 이에 따라 사용되는 부속치구가 달라진다.
- 7 mm 약실 사용시 예상탄속, 예상약실압력은 Table 1에서 시험 탄속과 함께 비교하였다. 시험에서 사용한 추진제 범위에서의 예상 약실압력은 2,624 ～7,372 psi의 범위에 있었으며 시험탄속과 예상탄속의 차이는 4.1 ～ 24.8 % 정도의 범위에 있었다.
- 총열 길이는 12.7 mm 및 20 mm 약실 사용시 2,470 mm이다. 12.
- 화약 감도측정시험 및 파편충격시험을 위한 20 mm 총열을 개발하였다. 총열에 12.7 mm, 20 mm, 30 mm 약실을 교환하며 사용 가능하게 하였으며, 이를 통하여 화약 감도측정시험의 경우 탄속의 측정범위 전체를 신규 총열 하나로 시험이 가능하게 되었으며, 전체 속도구간은 400 ～ 1,930 m/s로 광범위한 속도구현구간을 획득하였다.
데이터처리
- 총열의 안전도 분석을 하기 위해 O. K. Heiney의 강내 탄도 해석 이론[3]을 활용한 전산 프로그램을 활용하여 예상탄속 및 약실압력을 각 약실별 시험탄속과 비교하였으며 약실압력을 추정할 수 있었다.
이론/모형
- 이상과 같은 지배방정식과 일정 함수로부터 총열 내에서의 최고 압력, 총구에서의 속도, 압력-시간, 압력이동거리, 속도-이동거리의 관계 등 강내 탄도에 대한 궁극적인 해를 얻을 수 있었으며, 관련 프로그램은 O. K. Heiney가 구성한 프로그램을 사용하였다. 장치계에 대한 전산 프로그램을 수행하기 위한 입력상수로 사용 되는 총열과 추진제의 요구제원을 사용하였다.
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