[논문]5.56밀리 소화기탄 탄자 코어 재질 변경에 따른 동심탄의 탄도호환성 분석

고용신; 박용덕

doi:10.9766/kimst.2016.19.6.712

문제 정의

따라서 본 연구에서는 인체 유해성과 환경오염 위해요소를 경감시킬 목적으로 종래 5.56 mm 보통탄 (KM193)의 납(Pb) 탄자를 구리(Cu) 소재로 대체하여 제작한 동심탄이 군에서 사용되는 5.56 mm 보통탄과 비교했을 때 일정 기준 이상의 탄도호환성 수준을 만족하는지 여부를 확인하고자 하였다. 확인방법으로 실제 사격시험 진행 후 얻어진 데이터 값을 이용한 가설검정과, 탄도분석 프로그램(PRODAS) 및 표준탄도 방정식을 통하여 얻은 데이터 값을 기준 값과 비교분석하는 방법을 사용하였다.
본 연구에서는 인체 유해성과 환경오염 위해요소를 경감시킬 목적으로 개발된 5.56 mm 동심탄의 탄도곡선에 따른 탄착점을 기존 군에서 운용중인 5.56 mm 보통탄(KM193)의 탄착점과 비교하여 일정 범위 이내의 탄도호환성 수준을 만족하는지 실 사격 시험,PRODAS 프로그램 및 표준탄도방정식을 통하여 확인하였다.

가설 설정

- 귀무가설(H0) : 각 실험 데이터의 평균값은 기준 값 보다 크거나 같다
대립가설(H1) : 각 실험 데이터의 평균값은 기준 값 보다 작다.

제안 방법

5.56 mm 보통탄과 동심탄의 탄도분석 모델링 및 시뮬레이션을 위해 탄자 도면 치수를 적용하여 각각의 Mass Properties를 분석하였으며, 실험을 위한 대기온도 및 속도 등은 두 탄 모두 5.56 mm 보통탄(기준탄)국방규격을 참고하여 설정하였다^[9].
동심탄자 설계 시에는 군에서 운용중인 모든 총기(M16A1, K1A, K2)에 탄이 호환될 수 있도록 회전안정성이 최우선적으로 고려되었으며, 회전안정성은 5.56mm 신형 보통탄(K100)의 국방규격을 참고하여 25 m사거리에서 15° 미만의 편주각(Yaw Angle, 탄자의 운동 방향과 탄자의 대칭축이 이루는 각)이 발생하는 것을 기준으로 하였다.
따라서 현재 국방규격 상에는 요구되는 탄도호환성 기준이 없으므로 이번 연구에서는 위 두 개의 규격을 활용하여 소요군의 통상적인 사격지점인 25 m, 100 m, 200 m, 250 m에서의 탄도호환성 기준을 산출하였다.
시험 간에는 기준탄(5.56 mm 보통탄) 사격 후 표적지를 올려 개개의 탄착점을 표시하였으며, 다음 시험탄(5.56 mm 동심탄)의 사격을 위하여 이 표적지를 최초의 위치에 맞추어 재부착 하였고, 시험탄 사격 후 표적지에는 기준탄과 구별되도록 시험탄의 탄작점을 구분 표시하였다.
시험 시작 시 시험총기가 정확하게 표적을 조준하고 있는지를 확인하기 위하여 같은 종류의 탄으로 충분히예비사격을 시행하였다. 예비사격 간 탄착군의 재조정이 필요할 경우 사수에게 알려 총구를 다시 조정하였다.
이를 위해 7.62 mm 보통탄 규격의 정확도 시험 시 시격장 거리를 보정하는 환산계수를 회귀분석 하여 사격지점별 계수를 계산하고, 이렇게 계산된 계수를 5.56mm 신형보통탄(K100)의 과거 국방규격 상 탄도호환성 기준(550 m 지점)에 적용하는 방법을 사용하였다.
이번 연구에서는 탄착군 중심의 평균을 계산하지 않고, 각 탄착점간의 편차를 계산하여 얻은 모든 데이터를 독립된 값으로 사용하였다]
탄도호환성 분석과 관련하여 현재 적용되는 소구경탄 국방규격 상에는 요구기준이 제시되어있지 않기 때문에 KM80 국방규격과 과거 개정 전 K100 국방규격에 명기된 수치들을 활용하여 회귀분석 등을 통해 기준 값을 산출하였으며, 실 사격 시험, PRODAS 프로그램 및 표준탄도방정식을 이용하여 수행한 탄도호환성 연구결과는 다음과 같다.
탄도호환성 시험은 각 탄종별 탄착군 중심을 비교하기 위하여 수행하는 시험으로, 기준탄 발사 시 탄자의 비행이 보여주는 탄도곡선과, 시험탄 발사 시 탄자가 보이는 탄도곡선을 비교하여 의미있는 지점(소요군의 통상적인 사격지점)에서의 탄자 간 수직 편차를 구하는 방식으로 진행된다. 본 연구에서 비교할 탄은 5.
표적지는 소요군의 통상적인 사격지점(25 m, 100 m,200 m, 250 m) 4곳에 설치하며 각 탄종 당 총 90발씩 사격하였고, 사격지는 탄착점 구별이 불가능할 시 교체하였으며 사격 종료 후 표적지들에 생긴 기준탄과 시험탄의 탄착점 수직편차를 측정하였다
56 mm 보통탄과 비교했을 때 일정 기준 이상의 탄도호환성 수준을 만족하는지 여부를 확인하고자 하였다. 확인방법으로 실제 사격시험 진행 후 얻어진 데이터 값을 이용한 가설검정과, 탄도분석 프로그램(PRODAS) 및 표준탄도 방정식을 통하여 얻은 데이터 값을 기준 값과 비교분석하는 방법을 사용하였다.

대상 데이터

국내 소구경탄 전문 생산업체인 ㈜풍산에서는 서론에 언급한 납 오염 등의 방지를 위하여 5.56 mm 보통탄(KM193) 탄자에 충진되어 있는 납을 구리소재로 대체한 5.56 mm 동심탄을 자체개발하였으며, 본 연구에서는 해당 업체와 함께 수행한 시험 데이터 및 시뮬레이션 결과를 활용하였다.
탄도호환성 시험은 각 탄종별 탄착군 중심을 비교하기 위하여 수행하는 시험으로, 기준탄 발사 시 탄자의 비행이 보여주는 탄도곡선과, 시험탄 발사 시 탄자가 보이는 탄도곡선을 비교하여 의미있는 지점(소요군의 통상적인 사격지점)에서의 탄자 간 수직 편차를 구하는 방식으로 진행된다. 본 연구에서 비교할 탄은 5.56mm 보통탄(기준탄, 기존 군 운용탄)과 5.56 mm 동심탄(시험탄, 탄자 코어 재질 대체탄)이다.

데이터처리

데이터 검정을 위하여 통계 계산 프로그램인 Minitab 과 eZ SPC을 이용하였다
표본 데이터 분석은 통계적 의사결정방법인 가설검정을 활용하였다. 실험 데이터 값을 변수로 취급하여 변수들이 Table 1에 명기된 각 지점에서의 기준 값 이내에 드는지 여부를 유의수준 5 %에서 검정하였다. 다음은 단일표본 검정을 위한 가설이다.
표본 데이터 분석은 통계적 의사결정방법인 가설검정을 활용하였다. 실험 데이터 값을 변수로 취급하여 변수들이 Table 1에 명기된 각 지점에서의 기준 값 이내에 드는지 여부를 유의수준 5 %에서 검정하였다.
표준탄도방정식은 비선형 이계미분방정식으로 수치 해석방법(Numerical Analysis Method)으로 Excel을 이용하여 두 탄종의 탄도를 계산하였다. 주어진 초기조건은 Table 12와 같다.

성능/효과

(1) 실 사격 시험 시 기준탄과 시험탄의 탄착점 수직 편차는 산출된 탄도호환성 기준 값의 유효범위를 만족한다는 가정이 통계적으로 유의한 것으로 나타났다
(2) PRODAS 프로그램을 이용한 데이터와 표준탄도방정식을 통하여 계산한 데이터를 분석한 결과, 두 방법 모두 산출된 탄도호환성 기준 값을 만족하는 것으로 나타났다.
Table 11에 나타낸 바와 같이 5.56 mm 보통탄(KM193)과 동심탄의 탄도를 PRODAS를 이용하여 비교분석한 결과, 소요군의 통상적인 사격지점인 25 m,100 m, 200 m, 250 m에서 모두 10 mm 이내의 수직편차를 갖는 것으로 분석되어 모든 지점에서 탄도호환성 기준 값을 만족하는 것으로 판단된다
결론적으로 탄도호환성 측면에서 5.56 mm 동심탄을 현재 사용되고 있는 5.56 mm 보통탄과 다양한 분석방법을 통하여 비교한 결과 소요군의 통상적인 사격지점 4곳에서 제시된 탄도호환성 수준을 만족함을 확인할 수 있었다. 따라서 군 장병들의 사격훈련에 인체에 유해한 납을 포함하고 있는 기존 탄을 대체하여 해당 동심탄을 사용하여도 동일한 총기로 추가적인 조정없이 사격훈련이 가능할 것으로 사료된다.
회전안정성을 만족하고 코어 재질 변경에 따른 중량손실을 최소화 하는 범위에서 실험을 통하여 탄자의 길이 및 중량이 결정되었다. 그에 따른 결과로 탄자의 길이는 기존탄 대비 약 8.6 % 증가하였고, 탄자의 중량은 약 3.2 g으로 9.8 % 가량 감소하였다.
3에 나타내었다. 비교결과 5.56mm 보통탄에 비하여 5.56 mm 동심탄의 공기 역학적 도약이 작은 것으로 분석되었다.
Table 13의 데이터는 표준탄도방정식을 이용하여 계산한 각 측정지점별 탄의 수직편향, 속도 및 탄종간 편차를 나타낸 값이다. 표준탄도방정식을 수치해석방법을 이용하여 계산한 결과 소요군의 통상적인 사격지점인 25 m, 100 m에서는 수직편향이 동일하여 수직편차가 0 mm로 계산되었으며 200 m, 250 m에서는 각 2mm, 5 mm의 수직편차를 갖는 것으로 계산되어 모든 지점에서 탄도호환성 기준 값을 만족하는 것으로 판단된다.
56mm 신형 보통탄(K100)의 국방규격을 참고하여 25 m사거리에서 15° 미만의 편주각(Yaw Angle, 탄자의 운동 방향과 탄자의 대칭축이 이루는 각)이 발생하는 것을 기준으로 하였다. 회전안정성을 만족하고 코어 재질 변경에 따른 중량손실을 최소화 하는 범위에서 실험을 통하여 탄자의 길이 및 중량이 결정되었다. 그에 따른 결과로 탄자의 길이는 기존탄 대비 약 8.

후속연구

따라서 군 장병들의 사격훈련에 인체에 유해한 납을 포함하고 있는 기존 탄을 대체하여 해당 동심탄을 사용하여도 동일한 총기로 추가적인 조정없이 사격훈련이 가능할 것으로 사료된다. 그러나 본 연구결과로 확인할 수 있는 성능은 해당 지점에서의 탄도호환성으로 제한되며 이를 제외한 지점 및 탄에 요구되는 타 성능들에 대한 확인을 위해서는 추가적인 연구가 요구되어진다.
56 mm 보통탄과 다양한 분석방법을 통하여 비교한 결과 소요군의 통상적인 사격지점 4곳에서 제시된 탄도호환성 수준을 만족함을 확인할 수 있었다. 따라서 군 장병들의 사격훈련에 인체에 유해한 납을 포함하고 있는 기존 탄을 대체하여 해당 동심탄을 사용하여도 동일한 총기로 추가적인 조정없이 사격훈련이 가능할 것으로 사료된다. 그러나 본 연구결과로 확인할 수 있는 성능은 해당 지점에서의 탄도호환성으로 제한되며 이를 제외한 지점 및 탄에 요구되는 타 성능들에 대한 확인을 위해서는 추가적인 연구가 요구되어진다.
모든 분야에서 친환경적인 요소가 강조되고 있는 요즈음 인체 유해성과 환경오염 위해요소를 경감시킬 목적으로 개발된 5.56 mm 동심탄에 대한 본 연구 결과는 친환경과 관련된 국방 분야 중장기 정책의 수립 등에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄도호환성 시험은 어떤 시험인가?	탄도호환성 시험은 각 탄종별 탄착군 중심을 비교하기 위하여 수행하는 시험으로, 기준탄 발사 시 탄자의 비행이 보여주는 탄도곡선과, 시험탄 발사 시 탄자가 보이는 탄도곡선을 비교하여 의미있는 지점(소요군의 통상적인 사격지점)에서의 탄자 간 수직 편차를 구하는 방식으로 진행된다. 본 연구에서 비교할 탄은 5.
	K2 소총의 강선회전율은 얼마인가?	현재 군에서 5.56 mm 보통탄이 사용되는 총기는 M16A1, K1A, K2로 총기별 강선회전율은 K2가 1 turn in 7.3″, 그 외 1 turn in 12″으로 각각 상이하다.
	납 소재를 대체한 5.56 mm 동심탄이 기존 K100 보통탄과 비교하였을 때 형태적 변화점은 무엇이 있는가?	회전안정성을 만족하고 코어 재질 변경에 따른 중량손실을 최소화 하는 범위에서 실험을 통하여 탄자의 길이 및 중량이 결정되었다. 그에 따른 결과로 탄자의 길이는 기존탄 대비 약 8.6 % 증가하였고, 탄자의 중량은 약 3.2 g으로 9.8 % 가량 감소하였다.

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