[논문]자주포 보조동력장치 엔진 마운트 강도안전율 향상에 관한 연구

김병현; 서재현; 박영일; 김용욱; 김병호

doi:10.9766/kimst.2016.19.3.281

자주포 보조동력장치 엔진 마운트 강도안전율 향상에 관한 연구
A Study on Improvement of Strength Safety Factor for K55A1 APU Engine Mounts 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.19 no.3, 2016년, pp.281 - 287

김병현 (국방기술품질원 창원센터) , 서재현 (국방기술품질원 창원센터) , 박영일 (국방기술품질원 창원센터) , 김용욱 (국방기술품질원 창원센터) , 김병호 (국방기술품질원 창원센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to analyze the vibration characteristics and develop a mounting which can improve the strength safety factor to replace the high failure rate APU(auxiliary power unit) imported metal mounts with rubber mount that can be domestically produced. For this study, we analyzed in 3 kinds of rubber mounts hardness for the natural frequency to avoid the average excited frequency of the APU. In addition, allowed vibration acceleration of rubber mount confirmed to 90.8 g by adding a strength safety factor. To assure the validity of the design, we measure the vibration acceleration equipped with a metal mount and rubber mount 2 species(Hs 50 and 60). As a result, the proposed design method in this study is reasonable because the rubber mounts is excellent strength safety factor and vibration transmissibility than metal mounts.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구는 간헐적으로 파손 및 변형이 발생하는 수입 금속마운트의 국내 대체품을 개발하기 위해 국내 제작이 가능한 고무 마운트의 설계 방안을 제시하는 연구이다. 본 연구를 위해 고유진동수 이론 및 강도안전율을 적용하여 마운트를 설계하고, 실제 자주포에 장착하여 시험을 수행한 결론은 다음과 같다.
본 연구를 통해 금속마운트에서 국내제작이 가능한 고무마운트로 적용이 가능토록 하였으며, 마운트 설계 시 고려해야 할 고유진동수 개념 및 강도안전율과 같은 필수 요인의 설계법을 제시하였다. 이에 따라 추후 궤도장비 APU 개발에 본 연구 결과를 적용가능하다.

제안 방법

(3) 고무재료의 적절성 여부를 확인하기 위해 금속마운트, 고무마운트 2종(Hs 50, 60)을 실제 차량에 장착하여 정차된 상태에서의 시동 및 가동상태에서의 가속도 값을 측정하여 분석하였다. 그 결과 고무마운트가 금속마운트보다 강도 안전율 및 진동 전달율이 운용 개념 상 가장 중요한 시동 시와 정차 중 가동 시에서 우수하여 본 연구방법이 타당한 것을 확인하였다.
기존의 고무마운트 설계 시 공진회피 관점에서 주로 설계를 하였으나, 본 연구에서는 고무가 외력에 버틸 수 있는 능력인 강도 안전율 개념을 추가하였다. 유사 장비의 강도안전율을 참고하여, K55A1 APU 마운트의 필요 강도안전율을 분석한 결과 4수준 이상의 강도안전율이 필요한 것을 확인하였다^[2].
마운트의 설계 시 과거에는 공진회피의 관점에서만 선정해 왔지만, 본 연구에서는 강도안전율의 관점을 추가하였다. 또한, 자주포의 주행진동 등과 같은 운용특성을 고려한 시험을 실시하여 개발의 타당성을 입증하였다.
민수 차량보다 가혹한 조건에서 운용되는 군용 차량의 특성을 고려하여 내구성 충족여부를 파악하기 위해 진동 및 충격시험을 실시하였다.
본 연구는 간헐적으로 파손 및 변형이 발생하는 수입 금속마운트의 국내 대체품을 개발하기 위해 국내 제작이 가능한 고무 마운트의 설계 방안을 제시하는 연구이다. 본 연구를 위해 고유진동수 이론 및 강도안전율을 적용하여 마운트를 설계하고, 실제 자주포에 장착하여 시험을 수행한 결론은 다음과 같다.
최적의 경도를 가진 마운트를 선정하기 위해 APU의 중량을 고려하여 Hs(쇼어경도) 50, 60, 70 세가지 경도의 마운트로 고유진동수를 산출하였다. 경도에 따른 스프링상수를 산출하기 위해 압축하중 시험을 실시하였다.

대상 데이터

2장의 설계방안에 대한 검증을 위해 기존의 금속마운트와 Hs50, 60의 고무마운트로 시험을 실시하였다.
APU용 엔진은 1기통이며, 4행정 사이클이다. 엔진은 2550~3000 rpm 사이에서 작동하며, 평균 2800 rpm으로 작동한다.
그러나 사격훈련 등 포탑 운용 시 주엔진인 디젤엔진의 동력을 사용함에 따라 운용이 불편하고 정차상태에서 장시간 사용에 따른 주엔진 내부 부품의 파손 발생가능성이 존재한다. 이와 같은 운용상의 문제점을 해결하기 위해 K55자주포의 성능개량의 일원으로 보조동력장치(APU : Auxiliary Power Unit)를 설치하였다. APU는 자주포 운용 시 차량 축전지 충전 및 주엔진 미가동 상태에서 포탑 구동 및 차량에 탑재된 전기, 전자장비 작동에 필요한 전원을 공급하는 기능을 한다.

이론/모형

충격내구성은 진동내구성시험을 완료한 후 실시하였다. 시험 방법은 Mil-Std-810F:2003의 516.5, Procedure I(Functional Shock)과 V(Crash Hazard Shock)에 따라 실험을 실시하였으며, APU를 진동 · 충격시험기 위에 설치한 후 Functional Shock 톱니파 충격을 각 축(X,Y,Z)당 양/음 각 방향에 대하여 3회, 6번 실시한 후 Crash Hazard 톱니파 충격을 동일하게 실시한다. 그 결과 Fig.
진동내구성을 확인하기 위해 Mil-Std-810F:2003의 514.5, Procedure I(General Vibration)에 따라 실험을 실시하였다. 시험 방법은 APU를 진동·충격시험기 테이블에 설치한 후 각 축(X,Y,Z) 당 270분 동안 진동을 인가하였다.

성능/효과

(2) 기존의 공진회피의 개념에 강도안전율을 추가하여 분석하였으며, 지상궤도장비 마운트의 강도안전율을 분석한 결과 4수준 이상이 요구되었다. 마운트의 신장률 및 장비의 운용특성을 고려하여 인장강도를 설계하였고 그에 따른 고무마운트의 허용진동수준은 90.
(3) 고무재료의 적절성 여부를 확인하기 위해 금속마운트, 고무마운트 2종(Hs 50, 60)을 실제 차량에 장착하여 정차된 상태에서의 시동 및 가동상태에서의 가속도 값을 측정하여 분석하였다. 그 결과 고무마운트가 금속마운트보다 강도 안전율 및 진동 전달율이 운용 개념 상 가장 중요한 시동 시와 정차 중 가동 시에서 우수하여 본 연구방법이 타당한 것을 확인하였다.

후속연구

이에 따라 추후 궤도장비 APU 개발에 본 연구 결과를 적용가능하다. 이 외에도 소음진동이 심한 궤도차량 및 차륜형 장갑차 등 소음진동 저감이 필요한 분야에 본 연구를 이용한 응용이 가능할 것으로 사료되며, 이에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자주포가 개발된 이유는?	자주포(Self propelled artillery)는 스스로 움직여 사격할 수 있도록 무한궤도 등의 차체에 탑재한 야전포를 말하며, 제2차 세계대전에서 전차와 작전행동을 함께 하면서 대포에 기동력을 부여하기 위해 개발되었다.
	자주포란?	자주포(Self propelled artillery)는 스스로 움직여 사격할 수 있도록 무한궤도 등의 차체에 탑재한 야전포를 말하며, 제2차 세계대전에서 전차와 작전행동을 함께 하면서 대포에 기동력을 부여하기 위해 개발되었다.
	K55 자주포의 문제점은?	미국 M108 자주포를 도입하여 생산한 K55 자주포는 군의 작전 수행 능력을 월등히 향상시켰다. 그러나 사격훈련 등 포탑 운용 시 주엔진인 디젤엔진의 동력을 사용함에 따라 운용이 불편하고 정차상태에서 장시간 사용에 따른 주엔진 내부 부품의 파손 발생가능성이 존재한다. 이와 같은 운용상의 문제점을 해결하기 위해 K55자주포의 성능개량의 일원으로 보조동력장치(APU : Auxiliary Power Unit)를 설치하였다.

참고문헌 (5)

B. H. Kim, H. J. Kang, Y. I. Park, J. H. Seo, "The Optimal Design Technique for Improving Durability of Spline Shaft of the Self Propelled Artillery' Generator," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 18, No. 5, pp. 1-7, 2015.

원문보기 상세보기
DTaQ, "A Report on the Improvement for the Auxiliary Power Unit(APU) Mounts of K55A1," 2014.
S. Y. Youn, S. C. Lee, "Development of Shear Type Rubber Isolator," Journal of the Korean Society of Precision Engineering, Vol. 15, No. 10, 1998.
S. J. Moon., Y. H. Shin, J. H. Chung and C. K. Song "Experimental Review on Dynamic Characteristics of the Commercial Mounts for Vibration Reduction," Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng., Vol. 24, No. 9, pp. 687-694, 2014.

원문보기 상세보기
Y. K. Ahn, D. W. Kim "Hybrid Rubber Mount by Using Magnetic Force," Trans. Korean Soc. Noise Vib. Eng., Vol. 24, No. 3, pp. 236-246, 2014.

원문보기 상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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