[국내논문]40mm 저속유탄(K200) 신관 품질개선을 통한 불발율 감소에 관한 연구 Research on the Decrease of Dud Ammunition Rate of 40mm Grenade(K200) Fuze through Quality Improvement원문보기
최근 군에서 사격 훈련 중 1990년에 제조된 40mm 저속유탄(K200)은 탄착불발에 의한 탄약 악작용이 발생하였다. 악작용 내용은 총 72발의 사격 중 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다. 탄약은 장기 저장 후 사용하는 품질특성을 가지고 있으므로 장기 저장시에도 성능 및 안전성 등의 확보가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 40mm 저속유탄용 신관의 품질개선을 통해 불발율을 최소화하고자 하였다. 첫 번째로 기폭관 성능시험, 발사시험 등을 수행한 결과 불발의 원인을 신관 화공품인 기폭관의 경시변화에 의한 성능저하로 판단하였다. 두 번째로 불발율을 최소화하기 위해 기폭관의 화약량을 증가시키고 화약량 증가에 따른 부품의 치수를 변경하는 등 40mm 저속유탄 신관의 품질개선을 추진하였다. 마지막으로 품질 개선 전 후 기존품과 개선품의 가속노화시험을 통해 저장수명을 예측해 본 결과 기존품은 6.5년, 개선품은 45.5년으로 개선되어 신관의 수명이 약 7배 향상된 결과를 도출하였다. 이에 품질 개선된 40mm 저속유탄 신관은 장기 저장시 불발율이 감소되어 40mm 저속유탄의 안전성, 신뢰성, 성능 향상에 기여할 것으로 판단된다.
최근 군에서 사격 훈련 중 1990년에 제조된 40mm 저속유탄(K200)은 탄착불발에 의한 탄약 악작용이 발생하였다. 악작용 내용은 총 72발의 사격 중 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다. 탄약은 장기 저장 후 사용하는 품질특성을 가지고 있으므로 장기 저장시에도 성능 및 안전성 등의 확보가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 40mm 저속유탄용 신관의 품질개선을 통해 불발율을 최소화하고자 하였다. 첫 번째로 기폭관 성능시험, 발사시험 등을 수행한 결과 불발의 원인을 신관 화공품인 기폭관의 경시변화에 의한 성능저하로 판단하였다. 두 번째로 불발율을 최소화하기 위해 기폭관의 화약량을 증가시키고 화약량 증가에 따른 부품의 치수를 변경하는 등 40mm 저속유탄 신관의 품질개선을 추진하였다. 마지막으로 품질 개선 전 후 기존품과 개선품의 가속노화시험을 통해 저장수명을 예측해 본 결과 기존품은 6.5년, 개선품은 45.5년으로 개선되어 신관의 수명이 약 7배 향상된 결과를 도출하였다. 이에 품질 개선된 40mm 저속유탄 신관은 장기 저장시 불발율이 감소되어 40mm 저속유탄의 안전성, 신뢰성, 성능 향상에 기여할 것으로 판단된다.
Recently, ammunition malfunctions of the 40mm grenade were reported during live fire training. When 72 40mm grenades were fired by the army, 11 duds were encountered. The dud ammunition rate was approximately 15%. Because ammunition is used a long time after its manufacture, it is necessary to ensur...
Recently, ammunition malfunctions of the 40mm grenade were reported during live fire training. When 72 40mm grenades were fired by the army, 11 duds were encountered. The dud ammunition rate was approximately 15%. Because ammunition is used a long time after its manufacture, it is necessary to ensure its performance after long-term storage. In this study, we attempted to decrease the dud ammunition rate of 40mm grenade (K200) fuzes through quality improvement. First, it was determined by the detonator performance test that abnormal explosions occurred due to the degradation of the detonator as a result of its aging characteristics. Second, we improved the fuze quality of the 40mm grenade. Third, we tested its shelf life to estimate its life expectancy. The shelf life of the 40mm grenade fuze obtained using the Arrhenius equation was 6.5 years for the existing grenade fuze and 45.5 years for the improved grenade fuze. This showed that the shelf life of the improved grenade was increased approximately 7 times. Therefore, the improved 40mm grenade fuze contributes to the quality improvement of the 40mm grenade by decreasing the dud ammunition rate during long term storage.
Recently, ammunition malfunctions of the 40mm grenade were reported during live fire training. When 72 40mm grenades were fired by the army, 11 duds were encountered. The dud ammunition rate was approximately 15%. Because ammunition is used a long time after its manufacture, it is necessary to ensure its performance after long-term storage. In this study, we attempted to decrease the dud ammunition rate of 40mm grenade (K200) fuzes through quality improvement. First, it was determined by the detonator performance test that abnormal explosions occurred due to the degradation of the detonator as a result of its aging characteristics. Second, we improved the fuze quality of the 40mm grenade. Third, we tested its shelf life to estimate its life expectancy. The shelf life of the 40mm grenade fuze obtained using the Arrhenius equation was 6.5 years for the existing grenade fuze and 45.5 years for the improved grenade fuze. This showed that the shelf life of the improved grenade was increased approximately 7 times. Therefore, the improved 40mm grenade fuze contributes to the quality improvement of the 40mm grenade by decreasing the dud ammunition rate during long term storage.
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문제 정의
세 번째로 발사시험 방법은 00업체의 시험장에서 저속유탄발사기(K201)를 통해 발사시험 수행하였다. 발사 시험의 목적은 탄착지 상태가 양호한 시험장에서 발사시험을 수행하여도 불발이 발생하는지 여부를 파악하기 위함이다. 합부판정기준은 국방규격에 의거 72발 중 4발 이상 불발 시 불합격으로 판단하였다[8].
본 논문에서는 최근 40mm 저속유탄에서 발생한 불발율을 최소화하기 위해 다음과 같은 연구결과를 제시하였다.
본 연구에서는 장기 저장 시 화공품 경시변화(시간이 경과함에 따라 제품의 성능이 경미하게 변화하는 것)에 의해 불발율이 급격히 증가하는 40mm 저속유탄의 불발율을 최소화하기 위한 연구를 통해 기폭관의 화약량을 증가하는 등 40mm 저속유탄 신관의 품질을 개선하여 장기 저장 시에도 40mm 저속유탄의 안전성, 신뢰성 및 성능을 확보할 수 있도록 하였다.
제안 방법
1차 가속노화시험은 기존품 및 개선품 각각 60발의 신관에 대해 80 ± 1℃에서 124일 동안 환경처리 한 후 발사시험을 수행하였다.
40mm 저속 유탄의 불발 원인을 파악하기 위해서 기존 논문들의 실험방법[6,7]을 준용하여 국방규격[4, 5, 8]에 따라 기폭관, 연결관 성능시험, 발사시험을 통해 불발률을 분석하였고, 가속노화시험을 통해 장기저장시 품질 개선 전 40mm 저속 유탄의 문제점을 파악하고 개선방안을 제시하였다.
40mm 저속유탄용 신관 개선 전·후에 대한 품질 개선 여부를 확인하기 위해 가속노화시험을 수행하였다.
40mm 저속유탄의 불발요인이 어떤 화공품의 노화에 의한 것인지를 검증하기 위해 ’90년 생산품과 ’15년 생산품에 대해 비교 실험을 수행하였다.
마지막으로 신관의 품질개선 전·후 기존품과 개선품에 대해 가속노화시험을 수행하여 저장수명을 예측하였다. 가속노화시험 방법은 신관상태로 80℃에서 가속노화시험을 수행하였다. 가속노화시험 합부판정기준은 발사시험 국방규격을 준용(72발 중 4발이상 불일치시 불합격[8])하여 불발률이 5.
가속노화시험 방법은 신관상태로 80℃에서 가속노화시험을 수행하였다. 가속노화시험 합부판정기준은 발사시험 국방규격을 준용(72발 중 4발이상 불일치시 불합격[8])하여 불발률이 5.5% 이상이면 고장시점으로 판정하였다.
개선품의 1차 가속노화시험 결과 80℃에서 전량 양호하여 고장이 발생하지 않아서 추가로 2차 가속노화시험을 80 ± 1℃에서 101일부터 239일간 환경처리한 후 기존품 100발, 개선품 99발에 대해 발사시험을 수행하였다.
기폭관 성능시험 방법은 ’90년 및 ’15년 생산품에서 기폭관을 각각 50개씩 추출하여 Fig. 6의 좌측과 같은 기폭관 성능시험 치구에 기폭관 삽입한 후 Fig. 6의 우측과 같이 기폭관을 강철판 위에 놓고 기폭관을 격침으로 타격한 후 강철판이 파열된 정도를 측정하였다.
두 번째 시험으로 연결관 성능시험은 연결관 기능을 판단하기 위해 기폭관과 연결관을 Fig. 8과 같은 시험치 구에 삽입한 후 기폭관이 기폭된 후 연결관의 기폭여부를 확인하는 시험이다. 연결관 성능시험은 ’15년 생산 기폭관과 ’90년 생산 연결관으로 구성된 시료 30개와 ’15년 생산 기폭관과 ’15년 생산 연결관으로 구성된 시료 30개에 대해 성능시험을 수행하였다.
또한 기폭관 치수가 증가됨에 따라 로터결합체의 기 폭관 조립구멍 수정, 상부판 전장수정, 하부판 치수 수정 등 관련된 신관 부품 15종도 변경하였다.
마지막으로 신관의 품질개선 전·후 기존품과 개선품에 대해 가속노화시험을 수행하여 저장수명을 예측하였다.
세 번째로 발사시험 방법은 00업체의 시험장에서 저속유탄발사기(K201)를 통해 발사시험 수행하였다. 발사 시험의 목적은 탄착지 상태가 양호한 시험장에서 발사시험을 수행하여도 불발이 발생하는지 여부를 파악하기 위함이다.
연결관 성능시험은 ’15년 생산 기폭관과 ’90년 생산 연결관으로 구성된 시료 30개와 ’15년 생산 기폭관과 ’15년 생산 연결관으로 구성된 시료 30개에 대해 성능시험을 수행하였다.
첫 번째 시험으로 기폭관 성능시험은 기폭관 성능을 판단하기 위해 ’90년 및 ’15년 생산품에 대한 기폭관 성능을 확인하는 시험이다.
대상 데이터
40mm 저속유탄 신관은 기폭관, 연결관, 전폭관 등 세가지 화공품으로 구성되어 있다. 40mm 저속유탄의 불발요인이 어떤 화공품의 노화에 의한 것인지를 검증하기 위해 ’90년 생산품과 ’15년 생산품에 대해 비교 실험을 수행하였다.
5%이상이 되는 시점을 고장발생시점으로 판단해서 1차 가속노화시험 결과 기존품의 최초고장발생시점은 30일(불발률 33%), 2차 가속노화시험 결과 개선품의 최초고장발생시점은 239일(불발률 8%)이었다. 가속노화시 기존품 및 개선품의 수명은 고장이 발생되지 않은 마지막 시점인 기존품 25일, 개선품 175일을 기준으로 저장 수명을 예측하였다. 저장수명 예측을 위한 식은 아레니우스 식을 이용하여 가속계수를 구하는 식 2를 사용하였다[13].
마지막으로 발사시험은 ’90년 생산된 40mm 저속유탄에 대한 완성탄 기능이상 여부를 확인하는 시험으로 총 72발 수행하였다.
마지막으로 발사시험은 ’90년 생산된 40mm 저속유탄에 대한 완성탄 기능이상 여부를 확인하는 시험으로 총 72발 수행하였다. 발사시험 장소는 국방규격[8]에 규정된 탄착지가 자갈밭으로 덮여 있는 00업체의 시험장에서 시험을 진행하였다. 발사시험 결과 신관불발 6발 및 신관반폭 2발이 발생하였고 불발률은 약 11%였다.
이론/모형
온도에 의한 가속노화시험에서 수명 예측시 가장 널리 사용되는 모형으로 아레니우스(Arrhenius) 모델 식 (1)을 사용한다[12]. 신뢰성에서 사용되는 아레니우스 모델은 화학 반응시 온도와 반응속도가 활성화에너지(Ea)에 비례하여 선형관계를 갖게 되고, 온도 상승에 따라 반응속도가 증가하므로 이러한 온도상승이 잠재된 고장을 유발하는 것을 증명하는 모델이다.
가속노화시 기존품 및 개선품의 수명은 고장이 발생되지 않은 마지막 시점인 기존품 25일, 개선품 175일을 기준으로 저장 수명을 예측하였다. 저장수명 예측을 위한 식은 아레니우스 식을 이용하여 가속계수를 구하는 식 2를 사용하였다[13].
성능/효과
1차 가속노화시험은 기존품 및 개선품 각각 60발의 신관에 대해 80 ± 1℃에서 124일 동안 환경처리 한 후 발사시험을 수행하였다. Table 6에서 볼 수 있듯이 1차 가속노화시험 결과 기존품은 60발중 15발 신관불발이 발생하여 불발율은 25% 이었으나, 개선품은 신관이 60발 전량 완폭되어 개선품의 품질이 양호한 것으로 판단되었다.
Table 7에서 볼 수 있듯이 2차 가속노화시험 결과 기존품은 100발중 11발 불발이 발생하여 불발율은 11%였고, 개선품은 99발 중 2발의 불발이 발생하여 불발율이 2%였다.
가속노화시험 결과 발사시험 국방규격과 동일하게 불발률이 5.5%이상이 되는 시점을 고장발생시점으로 판단해서 1차 가속노화시험 결과 기존품의 최초고장발생시점은 30일(불발률 33%), 2차 가속노화시험 결과 개선품의 최초고장발생시점은 239일(불발률 8%)이었다. 가속노화시 기존품 및 개선품의 수명은 고장이 발생되지 않은 마지막 시점인 기존품 25일, 개선품 175일을 기준으로 저장 수명을 예측하였다.
가속노화시험 결과 성능이 개선된 탄약의 수명이 약 7배 향상됨으로써 품질이 개선된 40mm 저속유탄은 기존 유탄에 비해 저장관리, 취급, 사격간 안전성과 신뢰성이 상당히 향상될 것으로 판단된다.
결론적으로 품질이 개선된 40mm 저속유탄 신관은 장기 저장시 불발율이 감소되어 40mm 저속유탄의 안전성, 신뢰성, 성능 향상에 기여할 것으로 판단된다.
2015년 군에서 사격 훈련 중 1990년에 제조된 40mm 저속유탄(K200)은 탄착불발에 의한 탄약 악작용이 발생하였다[1]. 군에서 총 72발의 사격을 실시한 결과 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다. 전투 시 불발율이 높은 탄약의 사용은 아군의 사기를 저하시키고 국지전의 승패를 좌우하는 요소가 되기 때문에 불발율 감소는 군 전력에 중요하다.
기폭관 성능시험 결과 ’90년 생산품은 50개 중 불폭 3개, 반폭 3개가 발생하였고, ’15년 생산품은 50개 전체가 완폭되었다.
기폭관 성능시험 결과 Table 3에서 볼 수 있듯이 ’90년 생산 기폭관은 ’15년 생산 기폭관에 비해 장기저장 노화에 의한 경시변화로 기폭관 성능이 저하됐음을 알 수 있었다.
도출한 가속계수를 사용하여 정상조건에서 수명은 식 (4)로 구할 수 있으며, Table 8에서 볼 수 있듯이 기존품은 6.5년, 개선품은 45.5년으로 개선된 신관의 수명이 약 7배 향상되었음을 확인할 수 있었다.
둘째, 40mm 저속유탄 신관의 불발율을 최소화하기 위해 기폭관의 화약량을 증가시켰고, 화약량 증가에 따른 신관 부품 15종도 변경하는 등 40mm 저속유탄 신관의 품질을 대폭 개선하였다.
따라서 기폭관, 연결관 성능시험 및 발사시험 결과를 통해 40mm 저속 유탄의 불발 원인은 장기 저장 후 기폭관 화공품 노화에 의한 기폭관 성능 저하로 신관불발 또는 신관반폭이 발생한 것으로 판단되었다.
발사시험 장소는 국방규격[8]에 규정된 탄착지가 자갈밭으로 덮여 있는 00업체의 시험장에서 시험을 진행하였다. 발사시험 결과 신관불발 6발 및 신관반폭 2발이 발생하였고 불발률은 약 11%였다. 사격 후 불폭된 탄약은 분해과정에서 기폭의 위험이 있기 때문에 분리하지 못했으나, 반폭된 탄약을 분해한 결과 Fig.
발사시험 결과 신관불발 6발 및 신관반폭 2발이 발생하였고 불발률은 약 11%였다. 사격 후 불폭된 탄약은 분해과정에서 기폭의 위험이 있기 때문에 분리하지 못했으나, 반폭된 탄약을 분해한 결과 Fig. 9와 같이 기폭관의 폭발에너지 부족으로 연결관이 기폭하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
셋째, 품질 개선 전·후 기존품과 개선품의 성능을 비교하기 위해 가속노화시험을 통해 저장수명을 예측해 본 결과 기존품은 약 6.5년, 개선품은 약 45.5년으로 개선된 신관의 수명이 약 7배 향상된 결과를 도출하였다.
연결관 성능시험 결과 시료 60개 전량 기폭관과 연결관 모두 완폭하였다. 이 시험으로 기폭관의 성능만 우수하다면 연결관은 노후화되어도 성능에 문제가 없다는 것을 알 수 있었다.
연결관 성능시험 결과 시료 60개 전량 기폭관과 연결관 모두 완폭하였다. 이 시험으로 기폭관의 성능만 우수하다면 연결관은 노후화되어도 성능에 문제가 없다는 것을 알 수 있었다.
전술한 바와 같이 40mm 저속유탄은 ASRP 시험결과를 분석해보면 22년 이상 보관시 불발률이 크게 증가하는 것을 알 수 있고 26년 이상 보관시 불발률이 5.5%를 초과함을 알 수 있다. 따라서 40mm 저속유탄의 불발률을 최소화하기 위해서는 3장에서 분석한 불발의 원인인 기폭관의 품질개선이 필요하다.
첫째, 40mm 저속유탄의 불발 발생 원인을 파악하기 위해 ’90년도 생산품과 ’15년도 생산품의 기폭관, 연결관 성능시험 및 발사시험을 수행하였고, 시험결과 신관 불발 발생 원인은 신관 화공품인 기폭관의 경시변화에 의한 성능저하로 판단되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
악작용이 발생한 저속유탄 등 탄약이 장기 저장시에도 성능 및 안정성 등이 확보되어야 하는 이유는?
악작용 내용은 총 72발의 사격 중 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다. 탄약은 장기 저장 후 사용하는 품질특성을 가지고 있으므로 장기 저장시에도 성능 및 안전성 등의 확보가 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 40mm 저속유탄용 신관의 품질개선을 통해 불발율을 최소화하고자 하였다.
1990년에 제조된 40mm 저속유탄 악작용에서 불발탄의 수와 비율은?
최근 군에서 사격 훈련 중 1990년에 제조된 40mm 저속유탄(K200)은 탄착불발에 의한 탄약 악작용이 발생하였다. 악작용 내용은 총 72발의 사격 중 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다. 탄약은 장기 저장 후 사용하는 품질특성을 가지고 있으므로 장기 저장시에도 성능 및 안전성 등의 확보가 필수적이다.
1990년에 제조된 40mm 저속유탄은 무엇에 의한 탄약 악작용이 발생하였는가?
최근 군에서 사격 훈련 중 1990년에 제조된 40mm 저속유탄(K200)은 탄착불발에 의한 탄약 악작용이 발생하였다. 악작용 내용은 총 72발의 사격 중 11발의 불발탄이 발생되어 불발율은 15% 정도였다.
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