[논문]비개방형 포탑드럼바스켓을 가진 대공포체계의 냉방장치개선 연구

황부일; 이동희; 김치환

doi:10.3795/ksme-b.2015.39.1.109

비개방형 포탑드럼바스켓을 가진 대공포체계의 냉방장치개선 연구
Study on Improvement in Cooled Air Defense Gun System Including Closed Drum Basket 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.39 no.1 = no.352, 2015년, pp.109 - 113

황부일 (국방기술품질원) , 이동희 (두산 DST 연구개발본부) , 김치환 (두산 DST 연구개발본부)

초록
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과거의 무기체계는 체계의 목적과 비용 등의 문제로 운용환경에 대한 관심이 부족하여 특히 냉방장치가 탑재되지 않은 체계가 많이 개발되었다. 근래 개발되는 무기체계는 고도의 정밀조준 및 고감도 시스템으로 진화함에 따라 무기체계를 효과적으로 제어하기 위하여 운용자의 운용환경도 중요한 요소로 대두되고 있다. 현재의 무기개발자들은 대부분 통합형 환경제어장치를 장착하도록 설계하고 있다. 본 연구에서는 기 개발된 내부 탄통을 가진 대공포 장갑차에서, 포탑이 회전을 하더라도 효율적으로 차가운 냉기를 전달할 수 있게 하기 위해 드럼바스켓 해석 및 시험을 통해 냉방개선 방안을 도출하고 결과를 실제 장비에 적용하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Combat vehicles need an air-conditioning unit, although new combat systems tend to use an integrated system for heating, cooling, and ventilating. The specifications of an air-conditioning unit depend on the combat vehicle's purpose. It is difficult to send cooling air from the air-conditioning unit to a gun turret through the drum basket because the gun turret rotates and consists of a closed anti-aircraft shell magazine. In this study, we considered an air-conditioning unit for armored combat vehicle based on the special requirements and military specifications. We evaluated the performance of the air-conditioning unit despite the rotating gun turret through analysis and tests in terms of flow improvement compared to the previous model.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

2(b)와 같이 해석을 위해 실제 모델을 단순화 했다. 드럼바스켓의 탑재된 구성품은 강체로 구성되어 있고, 그 중량에 의한 궤도차량에서 일어날수 있는 관성하중으로, 드럼바스켓의 구조적 강성 및 안정성 확보여부를 확인하고자 해석 단순화하였다.
본 연구는 기 개발된 냉방장치가 없는 비개방형 드럼바스켓의 내부 탄통구조를 가진 대공포 체계에 냉방장치를 추가하면서 냉방 유동개선을 위하여, 드럼바스켓 형상변경, 냉방덕트 변경등의 연구를 수행하였다.⁽²⁾
본 연구에서는 기 개발된 냉방장치가 없는 비개방형 드럼바스켓에 내부 탄통 구조를 가진 대공포 체계에 냉방장치를 추가하면서 냉방 유동개선을 위하여, 드럼바스켓 형상 개선 및 냉방덕트 개선 등을 검토하였다.⁽⁴⁾

제안 방법

또한 대공방어용 체계의 운용은 진지에 배치하여 대공방어 임무를 수행하며, 이때 체계 내부에는 포탑의 사수와 반장, 탄약수가 체계를 운용하며, 조종수는 경계임무등의 기타 임무를 수행한다. 따라서 조종수 전용으로 향하는 냉방덕트를 포탑과 조종수로 분리하여 포탑부로 냉기유량 및 회전시 포탑부로의 냉기 유입 증대를 하도록 변경하였다. 그 결과로 조종수의 냉방효과가 감소되고, 포탑부의 냉방효과가 개선되었는데, 이는 냉방덕트의 유로변경에 의한 개선 효과로 판단된다.
따라서, 전산해석을 통하여 드럼바스켓에 강도에 문제가 없는 범위에서 송풍구를 4 개소확장, 추가 2 개를 적용하였고, 개선효과를 확인하기 위하여 아래와 같이 개선전후의 비교시험을 수행하였다.
본 논문에서는 비개방형 드럼바스켓에 내부 탄통구조를 가진 대공포 체계의 냉방 유동개선을 위하여, 드럼바스켓 형상변경 및 냉방 덕트 경로 개선을 수행하였으며, 특히 드럼바스켓 변경은 CAD 및 CAE 상용 S/W 인 CATIA 를 사용였고, 구조해석은 Nastran 을 이용하였으며, 냉방 유동을 위해 개선사항을 실 체계에 적용하여, 냉방성능시험을 하여 개선효과를 검증하였다.
해석결과를 바탕으로 실제 체계에 적용하였으며, 실제 체계를 통한 시험을 수행하여 개선내용을 확인하였다.시험 방법은 실제 군 운용조건을 모사하여, 시험 방법 및 조건을 설정하였고, 원하는 시험결과를 획득할 수 있었다.
전산모델을 위해서 CATIA V5 3D 를 이용해서, 드럼바스켓 탑재물 중량을 반영하여 모델링하였고, 전산해석을 위한 요소 모델링 및 경계조건 설정은 Nastran 에서 각각 수행하였다
포탑 회전간 비개방형 구조의 드럼바스켓에 의한 송풍구 확보를 위한 구조해석을 수행하였고, 대공체계는 진지에 주둔하여, 포탑에서 주운용을 함으로 조종수 전용 냉방 덕트를 포탑부로 분리하여, 포탑부의 냉방효과를 증대될 수 있도록 개선하였다. Fig.
무기체계의 포탑 회전간 밀폐형구조의 드럼바스켓에 의한 송풍구 확보를 위한 구조해석을 수행하여, 개선 전/후 최대응력의 분포 및 응력수준 동등수준으로 영향이 없는 것으로 확인하였다. 해석결과를 바탕으로 실제 체계에 적용하였으며, 실제 체계를 통한 시험을 수행하여 개선내용을 확인하였다.시험 방법은 실제 군 운용조건을 모사하여, 시험 방법 및 조건을 설정하였고, 원하는 시험결과를 획득할 수 있었다.

데이터처리

이는 체계에서 요구하는 내구시험을 수행하여, 검증이 가능하지만 상당한 시간 및 비용이 수반되기때문에 전산해석을 수행하였다.

성능/효과

외기 35~37 도 조건에서 체계를 외부에 2 시간이 방치 시에는 체계내부의 온도는 38~40 도의 온도를 유지하며, 냉방장치를 가동하면서 온도가 서서히 떨어지는 경향을 나타내며,(3) 냉방장치의 운용조건인 1 시간이내 29.5 도를 충족하는 것을 확인할 수 있다.
개선 전/후 최대응력의 분포 및 응력수준 동등 수준으로 영향이 없는 것으로 확인하였다.
개선 전의 모델의 경우, 포탑에 위치한 사수와 반장은 포탑 회전 시 온도가 급격하게 올라갔다 내려가는 현상을 확인했으며, 개선 후 모델에서는 포탑의 회전 시에도 약간의 온도변화는 있지만 일정하게 온도가 포탑 내부로 냉기가 유입되어 온도가 유지되었으며, 이는 드럼바스켓 냉기 유입구 개선에 대한 결과를 확인할 수 있었다
개선전의 모델의 경우, 포탑에 위치한 사수와 반장은 포탑회전시 온도가 급격하게 올라갔다 내려가는 현상을 확인했으며, 이는 포탑 회전 시 드럼바스켓의 냉기 유입구와 냉방덕트가 서로 일치 하는 구간일 경우로 냉기가 포탑으로 유입되어 포탑부의 온도가 내려가나, 회전시 특정구간에서 드럼바스켓의 비개방형 구조에 의해 가로막혀서 냉기가 포탑부로 유입되지 않는 구간에는 온도가 급격하게 온도가 올라가는 것을 알 수 있다. 반면 개선후 모델에서는 포탑의 회전 시에도 약간의 온도변화는 있지만 일정하게 온도가 포탑내부로 냉기가 유입되어 온도가 유지되었으며, 이는 드럼바스켓 냉기 유입구 개선결과로 판단된다.
따라서 조종수 전용으로 향하는 냉방덕트를 포탑과 조종수로 분리하여 포탑부로 냉기유량 및 회전시 포탑부로의 냉기 유입 증대를 하도록 변경하였다. 그 결과로 조종수의 냉방효과가 감소되고, 포탑부의 냉방효과가 개선되었는데, 이는 냉방덕트의 유로변경에 의한 개선 효과로 판단된다.
3 과 Table 2 의 해석결과를 보면, 드럼바스켓의 재질은 AL5083 을 적용하고 있고 AL5083 의 항복강도 187Mpa 에는 못 미치는 것으로 확인 할 수 있다. 다만, 상하 10g 조건에서 안전율이 1.03 으로 안전율이 부족하다고 판단할 수 있으나, 개선 전/후 모델이 최대응력이 걸리는 위치가 동일하고, 개선 전 모델은 야전에서 실제 운용을 통해서 검증이 되었으며, 하중조건에도 안전율이 반영되어 있기 때문에 드럼바스켓의 강도저하 문제는 없는 것으로 판단되었다.
무기체계의 포탑 회전간 밀폐형구조의 드럼바스켓에 의한 송풍구 확보를 위한 구조해석을 수행하여, 개선 전/후 최대응력의 분포 및 응력수준 동등수준으로 영향이 없는 것으로 확인하였다. 해석결과를 바탕으로 실제 체계에 적용하였으며, 실제 체계를 통한 시험을 수행하여 개선내용을 확인하였다.
개선전의 모델의 경우, 포탑에 위치한 사수와 반장은 포탑회전시 온도가 급격하게 올라갔다 내려가는 현상을 확인했으며, 이는 포탑 회전 시 드럼바스켓의 냉기 유입구와 냉방덕트가 서로 일치 하는 구간일 경우로 냉기가 포탑으로 유입되어 포탑부의 온도가 내려가나, 회전시 특정구간에서 드럼바스켓의 비개방형 구조에 의해 가로막혀서 냉기가 포탑부로 유입되지 않는 구간에는 온도가 급격하게 온도가 올라가는 것을 알 수 있다. 반면 개선후 모델에서는 포탑의 회전 시에도 약간의 온도변화는 있지만 일정하게 온도가 포탑내부로 냉기가 유입되어 온도가 유지되었으며, 이는 드럼바스켓 냉기 유입구 개선결과로 판단된다.

후속연구

금번 연구를 통해서 기 전력화된 체계에 냉방장치를 적용하여, 포탑 회전 시에도 포탑부로 원활히 냉기가 유입되도록 적용하였으며, 향후 비개방형 드럼 바스켓 구조에서 설계에 미리 반영할 수 있는 결과로 활용할 수 있게 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	통합형 환경제어장치란 무엇인가?	현재의 무기개발자들은 대부분 통합형 환경제어장치를 장착하도록 설계하고 있다. 통합형 환경제어장치란 화생방, 냉난방 및 양압장치를 하나의 통합시스템으로 개발하여 승무원의 운용성을 향상시킨 체계라 볼 수 있다.(1)
	해외무기체계에서 개발된 포탑 중앙부로 회전하는 슬립링 중심으로 냉기를 송출하는 구조가 국내에 적용하기 어려운 이유는 무엇인가?	실제 해외무기체계에서도 동일한 구조적인 문제로 인하여 포탑 중앙부로 회전하는 슬립링 중심으로 냉기를 송출하는 구조를 가진 무기체계가 개발되기도 했다. 이러한 구조는 현 운용체계에서는 전원 및 신호분배체계를 가진 슬립링의 과도한 변경으로 인해 기존 시스템에 적용하는 것은 제약이 따라서 본 연구에서는 제외하였다.
	근래 개발되는 무기체계에서 중요한 요소로 대두되는 것은 무엇인가?	근래 개발되는 무기체계는 고도의 정밀조준 및 고감도 시스템으로 진화함에 따라 무기체계를 효과적으로 제어하기 위하여 운용자의 운용환경도 중요한 요소로 대두되고 있다. 현재의 무기개발자들은 대부분 통합형 환경제어장치를 장착하도록 설계하고 있다.

참고문헌 (3)

ASHRAE, 1996, "Heating, Ventilating and Air-Conditioning System and Equipment," ASHRAE Handbook, p.19.
KS C 9306, 2011, "Air Conditioners," Handbook, pp. 32-46.
Kim, H.-Y. and Yee, J.-J., 2007, "Preparation the Standard Weather Data and TAC Map for Heating and Cooling Load Calculation in the 17 Provinces of Korean," Trans. of Architectural Institute of Korea, Vol. 23, No. 9, pp. 197-204.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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