[논문]40 mm 중구경 화포용 천공형 소음기 설계

이해석; 홍준희

doi:10.7735/ksmte.2016.25.6.479

[국내논문] 40 mm 중구경 화포용 천공형 소음기 설계
A Muffler with Ventilation Holes for a 40 mm Medium Caliber Gun 원문보기

한국생산제조학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.25 no.6, 2016년, pp.479 - 485

이해석 (The 8th Research and Development Institute, Agency for Defense Development) , 홍준희 (Department of Mechanical Engineering, Chungnam National University)

Abstract ▼ AI-Helper

A 40 mm medium caliber gun to be equipped with ventilation holes is designed and manufactured in this study. The muffler used is composed of holes, blades, and several spaces in the tube. Accordingly, a numerical analysis is performed with computational fluid dynamics (CFD) before testing the muffler. The validity of the numerical analysis is examined by analyzing the differences between the measured data of the firing test and the results of the CFD analysis. The CFD analysis showed that the numerical analysis can be used positively in the muffler design because no difference exists between the results of the field test and the CFD analysis. The test result also indicated a noise reduction of approximately 10 dB. Moreover, the muzzle velocity is almost equivalent, regardless of the muffler.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 일반적인 배플형 소음기와 다른 천공형 소음기를 설계하여 유동해석 후 실 사격시험을 통해 감음효과를 측정, 분석함으로써 향후 화포용 소음기 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 본 논문은 천공형 소음기에 대한 해석, 설계 및 실험논문으로서 전반부에서는 사격시험에 의해 발생하는 충격소음 원리를 고찰하였으며, 중반부에서는 소음기의 전산해석 타당성 검증, 계측방법 등에 대해 기술하였다.

제안 방법

따라서 본 논문에서는 일반적인 배플형 소음기와 다른 천공형 소음기를 설계하여 유동해석 후 실 사격시험을 통해 감음효과를 측정, 분석함으로써 향후 화포용 소음기 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 한다. 본 논문은 천공형 소음기에 대한 해석, 설계 및 실험논문으로서 전반부에서는 사격시험에 의해 발생하는 충격소음 원리를 고찰하였으며, 중반부에서는 소음기의 전산해석 타당성 검증, 계측방법 등에 대해 기술하였다. 후반부에서는 소음기 유무에 따른 소음저감도 비교 및 포구속도 차이를 분석 하였으며 결론에서는 화포용 소음기개발을 위한 설계방안과 사용가능성 등을 고찰하였다.
본 논문은 천공형 소음기에 대한 해석, 설계 및 실험논문으로서 전반부에서는 사격시험에 의해 발생하는 충격소음 원리를 고찰하였으며, 중반부에서는 소음기의 전산해석 타당성 검증, 계측방법 등에 대해 기술하였다. 후반부에서는 소음기 유무에 따른 소음저감도 비교 및 포구속도 차이를 분석 하였으며 결론에서는 화포용 소음기개발을 위한 설계방안과 사용가능성 등을 고찰하였다.

대상 데이터

2에 표시된 점에서 구한 압력 데이터를 비교, 분석하였다. 여기서 사격방향(firing direction)은 화포의 포구로부터 탄자가 이탈하는 방향이며 45도, 90도, 135도 방향의 1, 2, 3, 4 m구간은 압력값을 획득한 지점이다.

데이터처리

전산해석의 타당성을 검증하기 위해, 소음기를 적용하지 않은 화포에 대해 관련문헌^[13]으로부터 얻은 유동장과 본 연구에서 사용된 해석방법으로 구한 유동장을 비교하였다. 또한 40 mm 화포에 대한 실험데이터와 수치해석 결과를 직접 비교하여 데이터의 신뢰도를 검증하였다.

이론/모형

천공형 소음기 해석을 위하여 상용 코드인 Fluent가 사용되었으며, ICEM-CFD를 이용하여 소음기 내, 외부에 걸쳐 사각 형태의 격자를 생성하였다. 총 해석시간은 0.

성능/효과

넷째, 본 논문에서 제시된 소음기는 탄두가 이동하는 구간에 천공과 천공 외부에 결합된 날개와 몸통에 의해 소음이 저감되므로 기존 격막만으로 이루어진 소음기에 비해 소음기 외부로 소음을 토출하는 시간이 길어지므로 소음기의 성능측면에서 우수하다고 판단된다.
둘째, 소음기를 적용하지 않았을 때에 비하여 소음기 적용 시 현저한 음압감소 효과를 얻을 수 있었으며 평균적으로 약 10 dB의 소음 감소율을 보였다.
셋째, 소음기 장착유무에 따라 포구속도에 차이를 보이지 않으므로 각종 시험평가 수행 시 소음기 사용이 가능할 것으로 판단된다.

후속연구

첫째, 40 mm 중구경 화포에 적용할 수 있는 천공형 소음기를 설계하여 소음기 적용 전, 후 유동장과 압력 분포를 수치해석적으로 규명하였다. 이를 통해 향후 신규 화포용 소음기 개발을 위한 하나의 설계도구로써 신뢰성 있게 활용할 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	화포를 이용하여 사격 시 발생하는 충격소음의 문제점은 무엇인가	화포를 이용하여 사격 시 발생되는 충격소음은 140 dB 이상의 과도한 수준으로 짧은 지속시간, 저주파특성, 강한 방향성 등으로 운용자에게 치명적인 영향을 미치며, 인근 주거지역에 여러 가지 환경문제를 야기시킬 수 있다.
	포구 전방에서 발생하는 고압의 가스는 어떻게 진행되는가	포구 전방에서 발생하는 고압의 가스는 포탄의 앞 쪽에 발생하는 선임충격파(precursor shock wave)와 포탄이 포구를 벗어난 후에 형성되는 추진제 충격파(propellant shock wave)의 형태로 발달하며 진행된다[10]. 선임충격파는 장약폭발 후 포신 내부에서 포탄에 앞서 일차적으로 전진하는 유동이며, 대기 영역에서 급격히 팽창하면서 초기 폭발충격파(blast shock)로 발달된다.
	음압레벨은 어떻게 구하는가	음압레벨은 공기 중에서의 음에너지를 가장 쉽게 측정할 수 있는 것이 음압이다. 일반적으로 음의 세기 10-12 W/m2에 대응되는 음압은 2×10-5 N/m2가 된다. 이 값을 기준음압 P0라 하고 음의 세기레벨을 음압으로 환산하면 식 (1)이 된다[11].

참고문헌 (16)

Kevin, S. F., Raymond, V. W., 1991, A Muffler Design for Tank Cannon Acceptance Testing, Memorandum Report BRL-MR-3931, 1-10.
Gustave, K. H., 1998, Evaluation of an Add-on Muzzle Exhaust Flow Manipulator for Noise Suppression on Large Caliber Guns, ADA196-601, 1-5.
Kevin, S. F., David, H. L., 1986, Attenuation of Muzzle Blast using Configurable Mufflers, Technical Report BRL-TR-2979, 1-16.
Larry, L. P., John, W. S., 1981, Techniques for Reducing Gun Blast Noise Levels : An Experimental Study, NSWC TR 81-120, 1-12.
Larry, P., Anthony, K., 1998, Development of a Muffler for Small Arms Range Noise Mitigation, USACERL Technical Report 98/126, 1-12.
Kang, K. J., Ko, S. H., Kwak, Y. K., Lee, D. J., Lee, I. C., 2007, An Evaluation of Silencer Characteristics by Live Firing Test, Journal of the KIMST, 10:3 217-224.
Park, M. S., Ku, T. W., Kang, B. S., 2003, Performance Evaluation for Noise Suppression of a Silencer in Small Arms, Journal of the Korean Society of Precision Engineering, 20:9 151-159.
Jeong, A. Y., Kim, J. S., 2011, A analysis of Acoustic Characteristics and Shooting Noise Prediction for Shooting Range shielding in Military, Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering, 24:11 833-839.
Kim, J. W., 1999, An Experimental Study of Manufacture and Effectiveness of Noise Reduction of Silencer Adapted to K-2, A Thesis for a Master, A Graduate School of Soldier Science, Republic of Korea.
Rehman, H., Hwang, S. H., Fajar, B., Chung, H., Jeong, H., 2011, Analysis and Attenuation of Impulsive Sound Pressure in Large Caliber Weapon during Muzzle Blast, Journal of Mechanical Science and Technology, 25:10 2601-2606.

원문보기 상세보기
Cha, I. W., 1994, Noise and Vibration Engineering, Mun Woon Dang, Seoul.
Jung, B. S., 1981, A Handbook of Weapon Engineering, Agency for Defence Development (AMDC-1-81-0001), Seoul.
Klingenberg, G., Heimerl, J. M., 1992, Gun Muzzle Blast and Flash, The Progress in Astronautics and Aeronautics Series, 139 13-18.
US Army Test and Evaluation Command Test Operations Procedures, 1981, Sound Level Measurement, TOP 1-2-608, Maryland.
Arnold, P. G., 1984, Handbook of Noise Measurement, GenRad, Massachusetts.
Korean Standard Association, 2003, Quality Management, Korean Standard Association, Seoul.

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