[논문]강내탄도 내 차압 감소를 위한 추진제 위치 연구

장진성; 성형건; 노태성; 최동환

doi:10.6108/kspe.2012.16.1.072

초록
AI-Helper

IBcode를 사용하여 강내 차압감소를 위한 추진제 위치 연구를 수행하였다. 보통 화포의 추진제는 금속재질의 탄피나 소진탄피에 장전된다. 따라서 약실이 탄피보다 크다면 탄피(추진제)의 위치가 강내탄도 성능의 주요 인자가 된다. 본 연구에서는 약실 내 빈 공간이 발생하였을 경우를 고려하여 연구를 수행하였다. 약실 내 추진제 위치를 3가지로 변형하여 연구를 수행하였고, 추진제가 포미(Breech)나 탄저(Base)에 위치하였을 경우 마이너스 차압이 발생하였으며 포미 압력과 탄저 압력의 차가 추진제를 약실 가운데에 위치하였을 경우에 비해 증가함을 확인했다. 따라서 약실 가운데에 추진제를 위치시키는 것이 강내탄도 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The position effect of the solid propellant in the combustion chamber on the decrease of the differential pressure has been investigated using the IBcode. Generally the metallic cartridge or CCC (combustible cartridge case) are used to load the propellant of the gun propulsion system. The position o...

The position effect of the solid propellant in the combustion chamber on the decrease of the differential pressure has been investigated using the IBcode. Generally the metallic cartridge or CCC (combustible cartridge case) are used to load the propellant of the gun propulsion system. The position of the cartridge(propellant) is, therefore, a major factor for the interior ballistics in case the combustion chamber is larger than the cartridge. In this study, three different positions in the empty space of the chamber have been considered. As results, the case of the propellant located in the region near the base and breech has shown that the negative differential pressure and the difference between the breech pressure and the base pressure are much higher than those of the case of the propellant located in the center of the chamber. The case of the propellant in the center of the chamber is, therefore, more profitable to improve the performance of the interior ballistics.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

강내탄도 내의 유동장의 속도는 정지 상태에서부터 최대 수 천 m/s 까지 증가하므로 이를 해석하기 위해 모든 속도 영역을 해석할 수 있는 압축성 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked) 알고리즘을 사용하여 1차원 강내탄도 해석 코드인 IBcode를 개발하였으며 본 연구를 위해 수정하였다. 또한 공간 이산화를 위해 3차 정확도와 TVD 특성을 가진 SMART 기법[6]을 사용하여 수렴 안정성을 높였다.
기존의 무차원 해석 코드는 약실 내 추진제의 위치에 대한 묘사가 불가능하며, 장진성 등이 1차원 해석 코드를 이용하여 추진제 위치에 따른 강내탄도 성능해석을 수행한 바가 있으나 강내 차압 감소 방안을 제시하지는 못하였다[3]. 이에 본 연구에서는 약실 내 추진제의 위치를 변경해 가며 강내탄도 성능해석을 수행하였으며, 강내탄도 내 차압을 감소시켜 강내탄도 성능향상에 적합한 약실 내 추진제 위치를 제시하였다.
3의 해석 Case 1과 같이 추진제를 포미(Breech) 쪽에 위치시켜 탄저(Base) 쪽에 빈 공간을 생성시키는 경우와 반대로 해석 Case 3과 같이 추진제를 탄저 쪽에 위치시켜 포미 쪽에 빈 공간을 생성시키는 경우, 마지막으로 해석 Case 2와 같이 추진제를 약실 가운데 위치시켜 포미와 탄저 쪽 양쪽에 빈 공간을 생성시키는 방법이다. 이에 본 연구에서는 언급한 3가지의 경우에 대한 강내탄도 성능해석 및 차압비교 연구를 수행하였다. 빈 공간의 크기는 전체 약실크기의 30%의 크기로 동일하며 추진제가 약실 가운데 위치하였을 경우에는 포미와 탄저 쪽에 각 전체 약실크기의 15% 크기의 빈 공간을 생성하였다.

제안 방법

Figure 10에 나타나듯이 Case 1, 3의 경우, 강내 압력 진동에 의해 탄저 압력이 포미 압력보다 커지면서 마이너스 차압이 발생하는 것뿐만 아니라 차압 변동의 폭이 Case 2에 비해 상당히 증가함을 확인할 수 있다. 강내 차압에 영향을 미치는 요소에는 약실 내 점화제 주입 위치[9]나 추진제의 연소율[10] 등의 여러 가지 요인이 있으나 본 연구에서는 약실 내 추진제의 위치만을 고려하였다. 따라서 본 연구에서 가정한 조건하에서는 약실에 탄피(추진제)를 장전할 시 포미 쪽이나 탄저 쪽에 위치시키는 것이 아니라 양쪽에 균일하게 빈 공간을 두고 위치시키는 것이 화포의 안전성 및 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있다.
강내탄도 내 차압 감소를 위한 약실 내 추진제 위치에 대한 전산해석을 수행하였다. 약실 내 빈 공간이 발생할 경우, 강내 압력의 국부적인 상승으로 인한 압력파가 생성되며 약실 내 빈 공간 쪽으로 전파가 됨을 확인했다.
빈 공간의 크기는 전체 약실크기의 30%의 크기로 동일하며 추진제가 약실 가운데 위치하였을 경우에는 포미와 탄저 쪽에 각 전체 약실크기의 15% 크기의 빈 공간을 생성하였다. 빈 공간의 크기에 따른 강내탄도 성능해석은 본 연구의 주목적이 아니므로 성능해석을 수행하지는 않았으나 대신 참고문헌을 표시하였다[3].

이론/모형

고상의 지배방정식은 기상과 고상에서 발생하는 항력에 의해 계산되며 이를 위해 관내 고체입자에 의한 압력 손실을 측정하여 얻은 실험식인 Ergun의 압력 손실 식을 사용한다. 이 식을 추진제의 가속도식으로 정리하면 Eq.
강내탄도 내의 유동장의 속도는 정지 상태에서부터 최대 수 천 m/s 까지 증가하므로 이를 해석하기 위해 모든 속도 영역을 해석할 수 있는 압축성 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked) 알고리즘을 사용하여 1차원 강내탄도 해석 코드인 IBcode를 개발하였으며 본 연구를 위해 수정하였다. 또한 공간 이산화를 위해 3차 정확도와 TVD 특성을 가진 SMART 기법[6]을 사용하여 수렴 안정성을 높였다. 해석 평면에서 탄자는 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다고 가정하였으므로, 포미에 해당하는 왼쪽의 경계조건은 벽면조건을 사용하였으며 탄자의 이동에 의한 이동경계면은 탄자의 이동에 따라 새롭게 격자를 생성하는 기법인 Ghost Cell Extrapolation 기법[7]을 사용하여 계산하였다.
강내탄도의 추진제 연소현상은 기상-고상의 이상유동으로 추진제 연소가스는 기상, 추진제는 고상으로 구분된다. 이상유동을 해석하기 위해 기상은 Eulerian 좌표계를 이용하고 고상은 Lagrangian 좌표계를 이용하는 Eulerian - Lagrangian 접근법을 사용하였다[4].
해석 코드의 검증을 위해 기존의 연구에서 주로 사용되는 무차원 강내탄도 해석 코드인 IBHVG2를 이용하였다[8].
또한 공간 이산화를 위해 3차 정확도와 TVD 특성을 가진 SMART 기법[6]을 사용하여 수렴 안정성을 높였다. 해석 평면에서 탄자는 왼쪽에서 오른쪽으로 이동한다고 가정하였으므로, 포미에 해당하는 왼쪽의 경계조건은 벽면조건을 사용하였으며 탄자의 이동에 의한 이동경계면은 탄자의 이동에 따라 새롭게 격자를 생성하는 기법인 Ghost Cell Extrapolation 기법[7]을 사용하여 계산하였다.

성능/효과

강내 차압에 영향을 미치는 요소에는 약실 내 점화제 주입 위치[9]나 추진제의 연소율[10] 등의 여러 가지 요인이 있으나 본 연구에서는 약실 내 추진제의 위치만을 고려하였다. 따라서 본 연구에서 가정한 조건하에서는 약실에 탄피(추진제)를 장전할 시 포미 쪽이나 탄저 쪽에 위치시키는 것이 아니라 양쪽에 균일하게 빈 공간을 두고 위치시키는 것이 화포의 안전성 및 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있다.
강내 차압의 경우, 추진제를 약실 가운데 위치시켜 압력진동을 감소시킨 결과 마이너스 차압이 거의 나타나지 않은 뿐만 아니라 추진제를 탄저 쪽이나 포미 쪽에 위치시킨 경우에 비해 낮은 차압 변화를 확인했다. 따라서 약실에 추진제를 장전할 시 탄저, 포미 양쪽에 균일하게 빈 공간을 두고 위치시키는 것이 화포의 안전성 및 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있었다. 또한 탄자의 안전성 측면에서도 추진제를 약실 가운데 위치시키는 것이 유리하다는 결론을 다시 한 번 내릴 수 있었다.
Figure 2는 동일한 초기조건에 대한 각 해석 코드의 강내 평균압력이며 해석 결과 2% 이내의 오차를 보이는 것을 확인하였다. 또한 추가적으로 추진제 질량 및 형상에 따라 검증을 수행하였으며 검증결과 최대 2.5% 이내의 오차를 보임을 확인하였으므로 IBcode에 대한 신뢰성이 확보되었다고 판단하였다. 자세한 검증 자료는 본 논문에 표시하지 않았으며 대신 참고문헌을 표시하였다[4].
따라서 약실에 추진제를 장전할 시 탄저, 포미 양쪽에 균일하게 빈 공간을 두고 위치시키는 것이 화포의 안전성 및 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있었다. 또한 탄자의 안전성 측면에서도 추진제를 약실 가운데 위치시키는 것이 유리하다는 결론을 다시 한 번 내릴 수 있었다. 하지만 이는 점화제의 주입위치 및 추진제의 연소율 등의 다양한 발사 조건을 고려하지 않고 동일한 조건에서 추진제의 위치만을 고려한 연구 결과이므로 화포의 성능향상을 위해서는 다양한 조건에 대한 전산해석 및 실험을 통한 추가적인 성능해석이 필요하다고 판단된다.
약실 내 빈 공간이 발생할 경우, 강내 압력의 국부적인 상승으로 인한 압력파가 생성되며 약실 내 빈 공간 쪽으로 전파가 됨을 확인했다. 압력파의 전파에 의해 강내 압력진동이 발생하나 추진제의 위치를 약실 가운데에 위치시켜 압력파의 전파를 탄저와 포미 쪽 양쪽으로 분산시켜 서로 상쇄시키는 경우에는 압력 진동이 감소함을 확인했다. 강내 차압의 경우, 추진제를 약실 가운데 위치시켜 압력진동을 감소시킨 결과 마이너스 차압이 거의 나타나지 않은 뿐만 아니라 추진제를 탄저 쪽이나 포미 쪽에 위치시킨 경우에 비해 낮은 차압 변화를 확인했다.
강내탄도 내 차압 감소를 위한 약실 내 추진제 위치에 대한 전산해석을 수행하였다. 약실 내 빈 공간이 발생할 경우, 강내 압력의 국부적인 상승으로 인한 압력파가 생성되며 약실 내 빈 공간 쪽으로 전파가 됨을 확인했다. 압력파의 전파에 의해 강내 압력진동이 발생하나 추진제의 위치를 약실 가운데에 위치시켜 압력파의 전파를 탄저와 포미 쪽 양쪽으로 분산시켜 서로 상쇄시키는 경우에는 압력 진동이 감소함을 확인했다.

후속연구

또한 탄자의 안전성 측면에서도 추진제를 약실 가운데 위치시키는 것이 유리하다는 결론을 다시 한 번 내릴 수 있었다. 하지만 이는 점화제의 주입위치 및 추진제의 연소율 등의 다양한 발사 조건을 고려하지 않고 동일한 조건에서 추진제의 위치만을 고려한 연구 결과이므로 화포의 성능향상을 위해서는 다양한 조건에 대한 전산해석 및 실험을 통한 추가적인 성능해석이 필요하다고 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	강내탄도 성능해석을 위한 기존의 무차원, 1차원 해석코드의 제한점은 무엇이 있는가?	하지만 실제로 화포를 운영할 시, 때때로 탄피의 크기보다 약실의 크기가 큰 경우가 발생하며 이 경우에는 약실 내 탄피(추진제)의 위치가 강내탄도의 성능에 영향을 미치는 주요인자가 된다. 기존의 무차원 해석 코드는 약실 내 추진제의 위치에 대한 묘사가 불가능 하며, 장진성 등이 1차원 해석 코드를 이용하여 추진제 위치에 따른 강내탄도 성능해석을 수행한 바가 있으나 강내 차압 감소 방안을 제시하지는 못하였다[3]. 이에 본 연구에서는 약실 내 추진제의 위치를 변경해 가며 강내탄도 성능해석을 수행하였으며, 강내탄도 내 차압을 감소시켜 강내탄도 성능향상에 적합한 약실 내 추진제 위치를 제시하였다.
	강내탄도는 어떤 과정인가?	강내탄도는 화포의 약실 내에서 추진제가 점화제에 의해 연소되고 생성된 연소가스의 압력에 의해 탄자가 가속되어 포구를 이탈하는 일련의 과정으로, Fig. 1과 같이 나타낼 수 있다[4].
	약실 가운데에 추진제를 위치시키는 것이 강내탄도 성능 향상에 유리하다는 결론의 근거는 무엇인가?	본 연구에서는 약실 내 빈 공간이 발생하였을 경우를 고려하여 연구를 수행하였다. 약실 내 추진제 위치를 3가지로 변형하여 연구를 수행하였고, 추진제가 포미(Breech)나 탄저(Base)에 위치하였을 경우 마이너스 차압이 발생하였으며 포미 압력과 탄저 압력의 차가 추진제를 약실 가운데에 위치하였을 경우에 비해 증가함을 확인했다. 따라서 약실 가운데에 추진제를 위치시키는 것이 강내탄도 성능 향상에 유리하다는 결론을 내릴 수 있었다.

참고문헌 (10)

Paul S. Gough, "Initial Development of Core Module of Next Generation Interior Ballistic Model NGEN," ARL-CR-234, 1995
Ludwig Stiefel, Gun Propulsion Technology, AIAA, 1988
장진성, 성형건, 이상복, 노태성, "약실 내 추진제 위치에 따른 강내탄도 성능해석," 한국전산유체공학회지, 제15권, 제4호, 2010, pp.17-24

원문보기 상세보기
성형건, 장진성, 이상복, 최동환, 노태성, 장영재, "Eulerian-Lagrangian 접근법과 SMART scheme을 이용한 강내탄도 전산해석 코드 개발," 한국국사과학기술학회지, 제13권, 제3호, 2010, pp.349-357
Ergun, S., "Fluid Flow Through Packed Columns," Chem Eng Prog, Vol. 48, No. 2, 1952, pp.89-94
Gaskell, P. H. and Lua, A. K. C., "Curvature-Compensated Convective Transport : SMART, A New Boundedness Preserving Transport Algorithim," Interational Journal for Numirical Methods in Fluids, Vol. 8, 1988, pp.617-641

상세보기
Chertock A. and Kurganov A., "A Simple Eulerian Finite-volume Method for Compressible Fluids in Domains with Moving Boundaries," Common Math Sci., Vol. 6 No. 3, 2008, pp.531-556

상세보기
Ronald, D. A. and Kurt D. F., "IBHVG2-A User's Guide," Technical Report, BRL-TR-2829, 1987
장진성, 성형건, 이상복, 노태성, 최동환, "점화제 주입에 따른 강내탄도 성능해석," 한국군사과학기술학회지, 제14권, 제1호, 2011, pp.22-29

원문보기 상세보기
장진성, 성형건, 노태성, 최동환, "추진제 형상 및 배열에 따른 강내탄도 성능해석," 국방과학연구소 창설40주년 기념 종합학술대회, 2010, pp.351-354

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

강내탄도 내 차압 감소를 위한 추진제 위치 연구
Study on the Propellant Position for the Decrease of the Differential Pressure in the Interior Ballistics of a Gun Propulsion System 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

강내탄도 내 차압 감소를 위한 추진제 위치 연구 Study on the Propellant Position for the Decrease of the Differential Pressure in the Interior Ballistics of a Gun Propulsion System 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

장진성 (8) 성형건 (9) 노태성 (46) 최동환 (22)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

강내탄도 내 차압 감소를 위한 추진제 위치 연구
Study on the Propellant Position for the Decrease of the Differential Pressure in the Interior Ballistics of a Gun Propulsion System 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper