[논문]폭발형 고섬광 발생장치의 설계 변수에 관한 실험적 연구

김경식; 안재운; 양희원; 권미라

doi:10.3795/ksme-b.2016.40.5.283

폭발형 고섬광 발생장치의 설계 변수에 관한 실험적 연구
Experimental Study on Design Parameters of Explosive-driven High-intensity Flash Generator 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.40 no.5 = no.368, 2016년, pp.283 - 288

김경식 ((주)한화) , 안재운 ((주)한화) , 양희원 ((주)한화) , 권미라 ((주)한화)

초록
AI-Helper

목표 대상을 치명적이거나 파괴하지 않고 제압할 수 있는 무기를 비살상무기라 하며, 그중 고섬광발생장치는 강한 섬광으로 적의 광학센서를 무력화시키거나 시력을 일시적으로 마비시키는 무기체계이다. 본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파로 인해 발생한 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치의 형상에 대한 설계 방안을 도출하여 시료를 제작하고 광학센서를 사용한 기초시험을 수행하였다. 또한, 시험결과를 분석하여 설계 변수에 따른 고섬광 효과를 최대화시키는 방안을 도출하고자 한다. 충전가스 종류로 아르곤보다 제논의 경우 2배 가량 광도가 높게 나타났으며, 비활성가스가 광도에 미치는 영향을 알아보기 위한 비교로써 공기보다 제논의 경우 4배 가량 광도가 높게 나타났다. 또한, 화약량이 증가할수록 원주방향으로 전달되는 충격파가 도달할 수 있는 단면적이 증가할수록 광도가 증가함을 알 수 있었으며, 단일기폭보다 이중기폭의 경우 광원이 2배가 되어 광도도 2배됨을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

A non-lethal weapon is a device that can subdue targets without causing death or mortal wounds. A high-intensity flash generator can negate electro-optical sensors and cause temporal flash blindness with a high intensity of light. In this study, we derive the design parameters of an explosive-driven high-intensity flash generator that uses the interaction of plasma caused by the detonation of explosives with surrounding inert gas. To determine the design parameters of the flash generator, we analyze test results measured using optical sensors. The experimental results show that the light intensity of xenon gas is about four times higher than that of air. In addition, the intensity increases with the weight of the explosive, and the inert gas cross-sectional area encountered a shock wave in the airframe. The light intensity caused by a double-initiation generator is about two times higher than that of the single-initiation generator.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파로 인해 발생한 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치의 형상에 대한 설계 방안을 도출하여 시료를 제작하여 포토디텍터(Photo detector)를 사용한 기초시험을 수행하였다. 또한, 시험결과를 분석하여 설계 변수에 따른 고섬광 효과를 최대화시키는 방안을 도출하고자 한다.
본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파와 비활성가스와의 충돌로 의한 고온고압의 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치를 포토디텍터를 사용한 기초시험을 수행하였다. 또한, 기초시험 결과를 분석하여 설계 변수에 따른 고섬광 효과를 최대화시키는 방안을 도출하였다.
이런 전장 패러다임의 변화에 대응하여 점차 목표 대상을 치명적이거나 파괴하지 않고 제압할 수 있는 무기체계인 비살상무기(Non-lethal Weapon)의 개발도 활발히 진행되고 있다. 이는 기존 재래식 무기에 비해 살상효과는 적은 방법으로 설계되어 목표에 손상을 입히기 보다는 감각 정보 획득 제한, 저항 의지 및 행동 불능 상태로 만드는 데 목적이 있다. ^(1,2)
폭발형 고섬광발생장치의 제약된 구조에서 고섬광의 광도를 최대화시키기 위한 설계 변수를 도출하고자 한다.

제안 방법

고폭화약의 폭발에 의한 충격파두와 반응하는 비활성가스의 단면적의 증가에 따른 광도변화를 조사하기 위하여 탄체 직경을 130mm와 150mm인 2종류 탄체를 시험하였다. 이때 탄체의 길이는 동일하며 탄체에 충전된 가스는 제논가스이다.
광학센서 중 1개의 측정값이 다른 1개와 비교하여 측정값의 편차가 50% 이상이면 센서 오작동으로 판단하여 데이터 값을 제외시켜 측정값의 신뢰성을 보증하였다. 섬광의 지속시간은 최대 광도 값 기준으로 상승 시 10% 지점부터 하강 시 10% 지점까지의 시간을 기록하였다.
기폭형태에 따른 광도의 차이를 조사하기 위하여 단일기폭과 이중기폭에 의한 광도의 차이를 비교하였다. Fig.
폭발형 고섬광 발생장치의 형상은 고폭 화약의 충격파가 비활성가스에 최대한 직접적으로 전달되도록 탄체의 중앙에 고폭화약을 위치하여 이를 고정하는 60계열의 알루미늄 지지대(Support fixture)를 개방형 구조로 설계하였다. 또한, 공중 폭발 시, 고섬광 효과를 넓은 영역에 영향을 미칠 수 있도록 원주방향 고섬광이 방출될 수 있도록 방사형 구조로 제작되었다.
본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파와 비활성가스와의 충돌로 의한 고온고압의 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치를 포토디텍터를 사용한 기초시험을 수행하였다. 또한, 기초시험 결과를 분석하여 설계 변수에 따른 고섬광 효과를 최대화시키는 방안을 도출하였다.
본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파로 인해 발생한 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치의 형상에 대한 설계 방안을 도출하여 시료를 제작하여 포토디텍터(Photo detector)를 사용한 기초시험을 수행하였다. 또한, 시험결과를 분석하여 설계 변수에 따른 고섬광 효과를 최대화시키는 방안을 도출하고자 한다.
2에 고섬광 발생 장치에 대한 시험계측 구성도를 나타내었다. 시료(고섬광 발생장치)는 방사형으로 방출되는 섬광이 지면에 의해 차단되지 않도록 지면에서부터 1.5m 높이의 시험대에 고정 설치하고 가시광선 영역인 350~1100 nm를 계측하는 6 ea의 광학센서를 시료로부터 각 거리별(30, 50, 70 m)로 레이저 조준경을 사용하여 중심선이 일치하도록 설치하였다. 이때 V(λ) filter는 사람 눈과 같은 기능을 하기 위해, 사람 눈에 가장 민감한 광도인 555nm 파장에 초점을 맞추어 계측되도록 하는 역할을 수행하며, Diffuser는 빛이 산란을 방지하여 한 지점에 집중되도록 하는데 사용한다.
주간의 태양광에 의한 노이즈를 제거하기 위해 야간 정치시험 실시하였다. Fig.
폭발형 고섬광 발생장치는 화약폭발 충격파가 비활성기체와 충돌하여 플라즈마를 형성하는 Los Alamos⁽⁴⁾의 연구 결과를 기반으로 설계하였으며, Fig. 1에 고섬광 발생장치의 형상을 나타내었다. 기본원리로 전기적 신호를 인가하고 기폭(Detonator)관과 연결관(Lead)이 점화하고 난 후, 맞닿아 있는 고폭화약(High explosive)이 연쇄적으로 폭발 반응을 일어난다.
폭발형 고섬광 발생장치의 형상은 고폭 화약의 충격파가 비활성가스에 최대한 직접적으로 전달되도록 탄체의 중앙에 고폭화약을 위치하여 이를 고정하는 60계열의 알루미늄 지지대(Support fixture)를 개방형 구조로 설계하였다. 또한, 공중 폭발 시, 고섬광 효과를 넓은 영역에 영향을 미칠 수 있도록 원주방향 고섬광이 방출될 수 있도록 방사형 구조로 제작되었다.

대상 데이터

기본 구성은 충격파를 전달하는 고폭화약으로 HMX 계열의 폭속 8.77 km/s의 DXC-56이 적용되었으며, 충격파를 받아 고온의 섬광을 발생시키는 비활성 기체로써 밀도가 다른 아르곤(Ar)와 제논(Xe) 가스를 적용하였다. 또한, 비활성가스를 저장하는 역할을 하는 탄체로써 빛의 손실이 최소화할 수 있도록 투과도(Light transmittance) 좋으며, 탄의 후진관성력(Set-back)을 견딜 수 있는 내충격성을 가지는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 사용하였다.
77 km/s의 DXC-56이 적용되었으며, 충격파를 받아 고온의 섬광을 발생시키는 비활성 기체로써 밀도가 다른 아르곤(Ar)와 제논(Xe) 가스를 적용하였다. 또한, 비활성가스를 저장하는 역할을 하는 탄체로써 빛의 손실이 최소화할 수 있도록 투과도(Light transmittance) 좋으며, 탄의 후진관성력(Set-back)을 견딜 수 있는 내충격성을 가지는 폴리카보네이트(Polycarbonate)를 사용하였다.

성능/효과

(1) 화약량을 증가시킬 때 광도가 선형적으로 증가하지 않았으며, 이것은 화약 폭발에 의한 충격파와 충돌할 수 있는 비활성가스의 단면적과 관계가 있다.
(2) 기폭방법을 이중기폭으로 점화시킬 경우는 광원이 2개가 되어 단일기폭보다 광도가 2배로 증가한다.
(3) 아르곤 가스의 충전 압력 증가시켜도 광도의 크기에 영향이 없으며, 아르곤보다 제논의 광도가 약 2배 정도 높게 나타났다. 이것은 Los Alamos⁽¹⁾보고서의 광도가 높은 것은 기체의 최대 온도가 분자량의 제곱근에 비례하기 때문이라고 한 내용과 일치한다.
(4) 공기가 채워진 고섬광 발생장치를 단일기폭 시킨 경우에 제논가스를 사용했을 경우 보다 0.25배 가량 광도가 낮아졌음을 알 수 있다.
(5) 고폭화약의 폭발에 의한 충격파두와 반응하는 비활성가스의 단면적의 증가함에 따라 광도가 증가하며, 단면적 33%를 증가시킬 때 광도가 약 25% 증가하였다.
탄체 중앙에 위치한 화약 직경(D 20 mm, D 30 mm, D 50mm)에 따라 각각 151g, 341g, 947g의 화약량으로 정해진다. 그래프의 결과를 보면 화약량을 증가시켜도 광도가 크게 증가하지 않고 완만한 기울기로 거의 광도의 변화량이 작음을 알 수 있다. 또한, 화약 직경 D 20mm에서 D 30mm으로 화약량을 증가시켰을 때의 광도의 증가량보다 오히려 화약 직경 D 30mm에서 D 50mm으로 416g 만큼 화약량이 증가시켜도 광도가 크게 증가하지 않음을 알 수 있다.
또한, Fig. 11은 공기가 채워진 고섬광 발생장치를 단일기폭시킨 경우의 측정치로써 평균 0.63억 촉광 결과가 나타났으며, Fig. 10의 광도 결과와 비교하면 제논가스에 비해 0.25배 가량 광도가 낮아졌음을 알 수 있다.
그래프의 결과를 보면 화약량을 증가시켜도 광도가 크게 증가하지 않고 완만한 기울기로 거의 광도의 변화량이 작음을 알 수 있다. 또한, 화약 직경 D 20mm에서 D 30mm으로 화약량을 증가시켰을 때의 광도의 증가량보다 오히려 화약 직경 D 30mm에서 D 50mm으로 416g 만큼 화약량이 증가시켜도 광도가 크게 증가하지 않음을 알 수 있다. Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	고섬광 발생장치의 전술적 역할은 무엇인가?	고섬광 발생장치는 운용환경에 따라 투발 수단을 달리 사용하여 여기서 발생하는 고섬광으로 적의 각종 광학장비의 센서 및 적군의 시력을 파괴·마비시키는 비살상 무기로서, 미래 전장 에서 폭 넓게 사용될 것으로 예상되는 무기체계 이다. 이것은 정보전자전으로 특성화되는 미래 전장에서 각종 광학장비, 영상장비, 열상장비, 야시장비, 탐색기 및 병사의 시력을 효과적으로 무력화시켜 적의 전장 정보 획득 능력을 무력화시킬 수 있으므로 전술적 효용성은 매우 클 것으로 사료된다.
	고섬광 발생장치의 종류는 무엇이 있는가?	고섬광 발생장치는 섬광의 발생방법에 따라 고폭화약 폭발로 발생한 충격파를 아르곤 혹은 제논 등의 비활성 가스에 가하여 생성되는 고온•고압의 플라즈마에 의하여 수 천만 ~ 수억 촉광 이상의 고섬광을 발생시키는 폭발형 고섬광 발생장치와 알루미늄 혹은 마그네슘 등의 금속분말과 산화제로 구성된 파이로테크닉 조성물을 연소시켜 수 천만 ~ 수억 촉광 이상의 고섬광을 발생시키는 연소형 고섬광 발생장치가 있다.
	비살상무기란 무엇인가?	목표 대상을 치명적이거나 파괴하지 않고 제압할 수 있는 무기를 비살상무기라 하며, 그중 고섬광발생장치는 강한 섬광으로 적의 광학센서를 무력화시키거나 시력을 일시적으로 마비시키는 무기체계이다. 본 연구에서는 고폭화약에 의한 충격파로 인해 발생한 플라즈마를 이용한 폭발형 고섬광발생장치의 형상에 대한 설계 방안을 도출하여 시료를 제작하고 광학센서를 사용한 기초시험을 수행하였다.

참고문헌 (5)

Kim, H. J., Choi, S. W., Kwon, M. R., Hwang, J. S. and Chang, K. H., 2014, "A Pyrotechnic Mixture Composition and Design Verifrication of Bright Flash," Journal of the KIMST, Vol. 17, No. 3, pp. 289-295.
Evancoe, Paul. R., "Tomorrow's Weapons of Choice," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Military Technology MILTECH, pp. 68-71 8/84.
Kwon, M. R., Ahn, J. W., Ham, W. S., Kim, S. S. and Bang, G. B., 2012, "A Study on the Pyrotechnic Shutter for Measuring the High Speed Flash," KSAS, pp. 1029-1032.
Jones, C. R. and Davis, W. C., 1982, "Optical Properties of Explosive-driven Shock Waves in Noble Gases," Los Alamos LA-9475-MS.
Kim, K. S., Ahn, J. W. and Chang, K. H., 2013, "Structural Design of Transparent Shell," Conf. of KSME, pp. 1702-1705.

저자의 다른 논문 :

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].

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