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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 비비탄총의 안전성 향상을 위해 현 비비탄총의 탄환 재질을 연질의 재료로 바꾸어 개량된 탄환이 얼마나 안전한지를 파악하기 위하여 실험을 수행하였다. 타격대상체 재질은 인체로 직접 실험할 수 없기 때문에 젤라틴simulant를 사용하였고, 실험을 통하여 탄환의 침투깊이와 충격속도와의 관계, 한계속도와 탄환의 단면 밀도와의 관계를 살펴보고, 현행 탄환과 개량된 탄환의 normalized 에너지를 계산하여 안구 상해 확률을 문헌8)에서 보고한 결과를 이용하여 고찰하고자 한다.
제안 방법
- 3) 4가지 탄환 재질로부터 얻은 운동에너지를 normalized 에너지로 환산 한 후 문헌8)에서 보고된 normalized 에너지에 따른 안구 손상 위험확률과 연관시켜 안구 손상 위험확률을 추정하였다. 추정결과, P 탄환으로 인한 각막 찰과상 발생확률은 약 97%로 다른 재질의 탄환보다 위험성이 가장 높았으며, SP 탄환은 약 52%로 위험성이 가장 낮았다.
- 1과 같이 비비탄총 발사체, 젤라틴simulant, 고속카메라(Phantom, V640) 등으로 실험장치를 구성하였고, 이는 기존 문헌1)에서 사용된 실험장치 구성과 동일하다. 본 실험에서는 어린이용 비비탄 권총(Carl walther, 운동에너지 0.08 J)을 사용하였으며, 발사체 운동에너지는 탄속측정기(제품명: Prochrono)를 이용하여 탄환속도를 측정한 후 1/2 mv2(m: 탄환질량, v: 탄환속도)로 산정하였다. 어린이용 비비탄총의 현행 탄환과 개량된 탄환이 어느 정도 인체의 피부에 상해를 줄 수 있는 지를 조사하기 위해 젤라틴 simulant를 타격 대상체로 사용하였다.
- 어린이용 비비탄총의 현행 탄환과 개량된 탄환이 어느 정도 인체의 피부에 상해를 줄 수 있는 지를 조사하기 위해 젤라틴 simulant를 타격 대상체로 사용하였다. 비비탄총의 탄환이 젤라틴 simulant 표면에 도달 직전의 충격속도와 젤라틴 simulant 표면에서부터 최대 침투깊이에 도달하는 탄환의 한계속도를 측정하기 위해서 고속카메라(Phantom, V640)를 이용하여 1/2000 frame 속도로 촬영하였다.
- 어린이 비비탄총의 안전성 향상을 위해 탄환재질을 플라스틱(P), 의료용 실리콘(S), 고무(R), 실리콘 피복 플라스틱(SR) 4 종류로 하여 탄환의 침투깊이와 충격속도, 한계속도와 탄환단면밀도의 관계를 살펴보았고, 현행 탄환과 개량된 탄환의 normalized 에너지를 계산하여 안구상해 확률을 문헌에서 보고한 결과를 이용하여 고찰하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 어린이 비비탄총의 현행 탄환과 본 실험에서 안전성 향상을 위해 개량된 탄환이 사람의 안구에 어느 정도 손상을 줄 수 있는지를 직접 실험할 수 없기 때문에 실험에서 얻은 탄환의 kinetic 에너지(=1/2 mv2, J)를 normalized 에너지(=mv2/2 πr2)로 환산한 후, 이를 Eric 등8)의 연구결과와 연관시켜 안구상해 위험확률을 추정하였다.
- 이에 본 연구에서는 비비탄총의 안전성 향상을 위해 현 비비탄총의 탄환 재질을 연질의 재료로 바꾸어 개량된 탄환이 얼마나 안전한지를 파악하기 위하여 실험을 수행하였다. 타격대상체 재질은 인체로 직접 실험할 수 없기 때문에 젤라틴simulant를 사용하였고, 실험을 통하여 탄환의 침투깊이와 충격속도와의 관계, 한계속도와 탄환의 단면 밀도와의 관계를 살펴보고, 현행 탄환과 개량된 탄환의 normalized 에너지를 계산하여 안구 상해 확률을 문헌8)에서 보고한 결과를 이용하여 고찰하고자 한다.
대상 데이터
- Table 1은 현행 어린이 비비탄총에 사용되는 탄환과 본 연구에서 안전성 향상을 위해 개량한 탄환의 주요 특성을 나타낸 것이다. 본 실험에 사용된 탄환 재질은 4가지이며, 플라스틱(P) 탄환은 HIPS(High Impact Polystyrene: 로그웰 경도 M50) 재질로 현재 시중에서 판매되어 사용되는 것이며, 의료용 실리콘(S: 경도 Shore A 50)과 EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer: 경도 Shore A 65) 재질의 고무(R)는 플라스틱 재질의 탄환을 대체하기 위해 적용된 탄환이고, 2 mm 지름의 의료용 실리콘 (경도 Shore A 50)을 4 mm의 지름을 가지는 HIPS(로그웰 경도 M50) 재질의 플라스틱에 피복한 탄환(SP)은본 연구에서 개발한 총알이다. 실험에 사용된 모든 탄환은 직경 = 6 mm, 단면적 = 0.
- 비비탄총의 현행 탄환과 안전성 향상을 위해 재질을 개량한 탄환이 어느 정도 안전한지를 알아보기 위해 Fig. 1과 같이 비비탄총 발사체, 젤라틴simulant, 고속카메라(Phantom, V640) 등으로 실험장치를 구성하였고, 이는 기존 문헌1)에서 사용된 실험장치 구성과 동일하다. 본 실험에서는 어린이용 비비탄 권총(Carl walther, 운동에너지 0.
- 본 실험에 사용된 탄환 재질은 4가지이며, 플라스틱(P) 탄환은 HIPS(High Impact Polystyrene: 로그웰 경도 M50) 재질로 현재 시중에서 판매되어 사용되는 것이며, 의료용 실리콘(S: 경도 Shore A 50)과 EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer: 경도 Shore A 65) 재질의 고무(R)는 플라스틱 재질의 탄환을 대체하기 위해 적용된 탄환이고, 2 mm 지름의 의료용 실리콘 (경도 Shore A 50)을 4 mm의 지름을 가지는 HIPS(로그웰 경도 M50) 재질의 플라스틱에 피복한 탄환(SP)은본 연구에서 개발한 총알이다. 실험에 사용된 모든 탄환은 직경 = 6 mm, 단면적 = 0.283 cm2이고, EPDM 재질인 고무(R) 탄환의 무게는 0.126 g으로 가장 무겁고, HIPS 재질인 플라스틱 탄환은 0.114 g으로 가장 가벼웠다. 탄환의 단면밀도(K= 탄환무게/탄환 단면적)를 비교하면, 고무인 경우, K = 0.
- 08 J)을 사용하였으며, 발사체 운동에너지는 탄속측정기(제품명: Prochrono)를 이용하여 탄환속도를 측정한 후 1/2 mv2(m: 탄환질량, v: 탄환속도)로 산정하였다. 어린이용 비비탄총의 현행 탄환과 개량된 탄환이 어느 정도 인체의 피부에 상해를 줄 수 있는 지를 조사하기 위해 젤라틴 simulant를 타격 대상체로 사용하였다. 비비탄총의 탄환이 젤라틴 simulant 표면에 도달 직전의 충격속도와 젤라틴 simulant 표면에서부터 최대 침투깊이에 도달하는 탄환의 한계속도를 측정하기 위해서 고속카메라(Phantom, V640)를 이용하여 1/2000 frame 속도로 촬영하였다.
데이터처리
- 08 J, 타격거리 1 m에서 실험에 사용된 4 종류의 서로 다른 재질의 탄환이 젤라틴 simulant 표면에 도달하기 직전에 측정된 충격속도와 표면에 침투된 탄환의 최대 침투깊이의 관계를 나타낸 것이다. 실험은 탄환 종류별로 5회 반복하여 그 결과를 평균하였다. 실험결과, 플라스틱(P) 탄환의 충격속도는 34.
성능/효과
- 1) 현재 사용되고 있는 플라스틱(P) 탄환의 충격 속도는 34.45 m/s로 가장 높았으며, 본 연구에서 개발한 실리콘 피복 플라스틱(SP)은 28.73 m/s로 가장 낮게 나타났다. 침투깊이는 P 탄환이 33.
- 2) 탄환단면밀도(K)가 0.403 g/cm2로 가장 낮은 플라스틱(P) 탄환의 한계속도는 12.23 m/s로 가장 높게 나타났으며, P 탄환 보다 높고 S 탄환이나 R 탄환보다 작은 K를 가지는 SP 탄환의 한계속도는 8.70 m/s로 가장 작게 나타났다. 이는 SP 탄환의 충격속도가 S 또는 R 탄환의 충격속도보다 작기 때문인 것으로 판단된다.
- 계산 결과, P 탄환의 normalized 에너지는 약 2,399 J/m2로 가장 높았으며, SP 탄환은 약 1,741 J/m2로 가장 작았다. P 탄환과 SP 탄환의 normalized 에너지 차이는 약 658 J/m2로 P 탄환이 SP 보다 27.9 % 높은 것으로 나타났으며, S 탄환과 R 탄환은 거의 유사한 것으로 보였다.
- 5와 같다. 계산 결과, P 탄환의 normalized 에너지는 약 2,399 J/m2로 가장 높았으며, SP 탄환은 약 1,741 J/m2로 가장 작았다. P 탄환과 SP 탄환의 normalized 에너지 차이는 약 658 J/m2로 P 탄환이 SP 보다 27.
- 전방출혈 발생 확률은 실험에 사용된 탄환 재질에 관계없이 약 8%로 거의 유사하였다. 본 실험조건에서 얻은 데이터로 계산된 최대 normalized 에너지는 약 2,399 J/m2로 Eric 등8)의 연구결과와 비교하였을 때 안구 손상 형태 중 수정체 탈구, 망막 분리 및 망막 파열은 발생하기 힘들 것으로 판단된다.
- 본 연구를 통하여 현행 플라스틱 탄환이 개량된 실리콘 피복 플라스틱 탄환 보다 안구의 각박 찰과상 발생확률 측면에서 약 1.87배 더 위험한 것으로 파악되었다.
- 4는 실험에 사용된 4 종류의 서로 다른 재질의 탄환이 젤라틴 simulant에 침투된 최대 침투 깊이까지 걸린 시간을 고려한 한계속도와 각 탄환단면밀도(K=탄환무게/탄환 단면적)의 관계를 나타낸 것이다. 실험결과, 탄환단면밀도(K)가 0.403 g/ cm2로 가장 낮은 플라스틱(P) 탄환의 한계속도는 12.23 m/s로 가장 높게 나타났다. 이는 Jussila9)이 보고한 내용 중 탄환의 단면밀도는 젤라틴 simulant에 침투된 총알의 한계속도와 반비례하는 경향과 일치한다.
- 실험은 탄환 종류별로 5회 반복하여 그 결과를 평균하였다. 실험결과, 플라스틱(P) 탄환의 충격속도는 34.45 m/s로 가장 높고, 실리콘 피복 플라스틱(SP) 탄환은 28.73 m/s로 가장 낮았으며, P 탄환이 SP 탄환보다 약 16.46%로 높은 것으로 나타났다. 젤라틴 simulant에 침투된 탄환의 침투깊이는 P 탄환이 33.
- 6을 이용하여 추정한 결과를 나타낸 것이다. 안구손상 중 안구 각막 찰과상 발생확률은 플라스틱 탄환에서는 약 97%로 가장 높았으며, 실리콘 피복 플라스틱 탄환은 약 52%로 가장 낮았다. 전방출혈 발생 확률은 실험에 사용된 탄환 재질에 관계없이 약 8%로 거의 유사하였다.
- 46%로 높은 것으로 나타났다. 젤라틴 simulant에 침투된 탄환의 침투깊이는 P 탄환이 33.55 mm로 가장 높고, SP는 27.25 mm로 가장 낮았으며, P 탄환이 SP 보다 약 18.78 % 높은 것으로 나타났다. 그러나 실리콘(S)과 고무(R) 탄환에서의 충격속도 및 침투깊이는 거의 유사하였다.
- 에서 보고된 normalized 에너지에 따른 안구 손상 위험확률과 연관시켜 안구 손상 위험확률을 추정하였다. 추정결과, P 탄환으로 인한 각막 찰과상 발생확률은 약 97%로 다른 재질의 탄환보다 위험성이 가장 높았으며, SP 탄환은 약 52%로 위험성이 가장 낮았다.
- 이러한 원인은 SP 탄환의 충격속도가 S 또는 R 탄환의 충격속도보다 작기 때문이다. 탄환과 SP 탄환의 한계속도 차이는 3.53 m/s로 P 탄환이 SP 탄환보다 약 28.86% 빠른 것으로 보였고, S 탄환과 R 탄환의 한계속도는 거의 유사한 것으로 나타났다. 플라스틱 탄환은 한계속도가 높기 때문에 다른 재질의 탄환보다 피부에 가장 큰 충격을 입을 것이라고 판단되며, 한계속도가 가장 낮은 실리콘 피복 플라스틱 탄환은 가장 피부에 충격을 덜 입힐 것으로 판단된다.
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