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문제 정의
- 항력감소제가 비활성인 탄과 활성인 탄의 교차사격 후 결과의 분석을 통해 정량적인 항력감소분석이 가능할 것이라고 판단된다. 본 논문에서는 155 mm 곡사포탄의 비행시험 결과를 통해 항력계수를 산출하였으며 이론값과 비교 분석하여 분석방법의 타당성을 검증하였으며 항력감소제 적용된 탄의 비행시험을 통하여 항력감소량의 분석가능성을 확인하였다.
제안 방법
- 항력계수는 마하수의 함수로 나타내야 하기 때문에 고도별 마하수의 계산이 필요하다. 도플러 데이터에서 제공되는 탄의 변위와 속도로 각 시간단계별 마하수를 계산하였다. 마하수를 구하기 위한 음속은 Eq.
- 항력감소제가 적용된 155 mm 탄의 비행시험 분석을 위하여 항력계수에 대한 산출 이론을 바탕으로 항력계수 산출 프로그램을 개발하였다. 비활성 항력감소제가 적용된 탄의 비행시험 결과분석과 이론적 항력계수를 비교하여 항력계수 산출 프로그램에 대한 정확성을 검증하였으며 항력감소제가 적용된 탄의 항력계수를 산출하였다. 4호 장약에 발사고각은 250mil의 시험조건에서 항력감소제의 연소시간은 21.
- 최근 버전의 PRODAS의 경우 McDrag Code를 이용한 항력계수의 계산결과를 동시에 제공하고 있으며 본 논문에서도 이 결과를 이용하였다. 비활성 항력감소제를 갖는 155 mm 탄의 탄도해석하여 시험결과와 비교분석하였다. 시험 조건은 추진제 장약 4호와 발사고각은 400 mil 이다.
- 항력감소제에 대한 효과를 보기 위하여 고체추진제로 제작된 항력감소제를 적용한 155 mm 탄의 비행시험을 수행하였다. 시험 조건은 4호 장약에 발사고각은 250 mil로 하였으며 재현도 확인을 위해 3기(130312-20~22호기)를 동일조건으로 시험하였다. 최대 사거리에서 효과를 확인하는 것이 항력감소제 분석으로 가장 좋은 방법이다.
- 탄의 비행시험을 하게 되면 도플러 장치 및 Range Instrumental Radar (RIR)을 이용하여 각 시간대별 탄의 가속도, 속도, 변위를 측정할 수 있다. 이 결과를 바탕으로 시간대별 마하수, 항력계수, 항력감소량에 대한 분석을 위하여 프로그램을 개발하였다. Fig.
- 이를 위해 항력감소제가 적용된 고회전의 탄을 풍동시험 설비 등을 이용하여 항력을 구하기에는 설비의 구축과 높은 시험 비용이 요구될 것이다. 이러한 이유로 항력 및 항력감소량을 시험적으로 구하기 위해 비행시험결과를 이용하는 방법을 적용하였다. 항력감소제가 비활성인 탄과 활성인 탄의 교차사격 후 결과의 분석을 통해 정량적인 항력감소분석이 가능할 것이라고 판단된다.
- 입력파일은 비행시험결과로 2차원 탄도 결과, 고도별 대기조건, 마하수별 비활성 탄의 항력계수의 3가지 파일을 입력하도록 하였다.
- 항력감소제가 적용된 155 mm 탄의 비행시험 분석을 위하여 항력계수에 대한 산출 이론을 바탕으로 항력계수 산출 프로그램을 개발하였다. 비활성 항력감소제가 적용된 탄의 비행시험 결과분석과 이론적 항력계수를 비교하여 항력계수 산출 프로그램에 대한 정확성을 검증하였으며 항력감소제가 적용된 탄의 항력계수를 산출하였다.
- 항력감소제에 대한 효과를 보기 위하여 고체추진제로 제작된 항력감소제를 적용한 155 mm 탄의 비행시험을 수행하였다. 시험 조건은 4호 장약에 발사고각은 250 mil로 하였으며 재현도 확인을 위해 3기(130312-20~22호기)를 동일조건으로 시험하였다.
- 항력계수 산출은 155 mm 탄의 사거리 연장을 위한 모델을 적용하였으며 비활성 모델을 통하여 항력계수에 대한 이론적 계산결과와 비행시험을 통해 분석된 항력계수산출 결과를 비교하여 개발된 프로그램의 정확도를 검증하였다. Fig.
이론/모형
- PRODAS 프로그램의 공기역학(Aerodynamics) 모듈에 적용된 Spinner 2004 Code와 McCoy가 개발한 McDrag Code[4]를 이용하여 탄의 항력계수의 계산을 수행하였다.
- 비활성탄의 항력계수는 시간대별 항력감소량을 구할 때 기준 값으로 사용되며 이 값은 PRODAS에 포함된 Spinner2004 코드와 McDrag Code[4]에 의한 이론적 방법과 비행시험 결과를 이용한 실험적 방법으로 구할 수 있다.
성능/효과
- 9와 같다. 마하수 결과만으로는 비행 중에 항력감소제의 연소의 여부를 판단하기 힘드나 항력계수결과에서 마하수가 1.2 이상에서 항력감소효과가 나타나는 것으로 미루어보아 항력감소제의 연소시간이 약 21.8 초인 것을 확인할 수 있었다.
- Spinner 2004를 이용한 항력계수의 값이 높게 계산되었으며 McDrag의 결과와 시험값이 상당히 유사한 것으로 나타났다. 시험결과를 1000포인트에 대한 Savitzky-Golay 방법을 이용하여 분석한 결과를 보면 마하 1.25 이상에서 McDrag결과보다 다소 낮게 계산되었다. 이러한 결과가 Fig.
- 이론적 항력계수와 비행시험을 통하여 계산한 항력계수를 비교 분석하여 유사함을 확인하였으며 정확한 오차는 알 수 없지만 외탄도 해석의 결과로 미루어보아 시험분석의 정확도는 확보된 것으로 판단된다.
후속연구
- 본 논문에서 수행된 방법으로 비행시험분석을 유용하게 사용되어 질 것으로 판단되면 항력감소제의 연소특성에 관한 부분을 포함하여 분석을 한다면 정확한 탄도해석의 기초자료로 사용되어 질 수 있을 것으로 판단된다.
- 이러한 이유로 항력 및 항력감소량을 시험적으로 구하기 위해 비행시험결과를 이용하는 방법을 적용하였다. 항력감소제가 비활성인 탄과 활성인 탄의 교차사격 후 결과의 분석을 통해 정량적인 항력감소분석이 가능할 것이라고 판단된다. 본 논문에서는 155 mm 곡사포탄의 비행시험 결과를 통해 항력계수를 산출하였으며 이론값과 비교 분석하여 분석방법의 타당성을 검증하였으며 항력감소제 적용된 탄의 비행시험을 통하여 항력감소량의 분석가능성을 확인하였다.
- 고회전에서 원심력에 의해 추진제의 연소속도가 증가하여 회전연소시험 분석이 수반되어하나 현재까지는 수행되지 못하였다. 향후 위에 제시된 방법에 회전연소특성에 대한 부분을 적용하여 분석을 수행한다면 정확한 탄도해석을 위한 기초자료로 사용되어 질 수 있을 것으로 판단된다.
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