[논문]고장 사례분석을 통한 유도탄고속함 함포체계 사격안전성 개선방안 연구

나라별; 김병호; 서재현

doi:10.9766/kimst.2017.20.2.159

고장 사례분석을 통한 유도탄고속함 함포체계 사격안전성 개선방안 연구
A Study for Increasing the Safety of Gun Firing System of Patrol Killer Guided Missile from Failure Mode Analysis 원문보기

韓國軍事科學技術學會誌 = Journal of the KIMST, v.20 no.2, 2017년, pp.159 - 169

나라별 (국방기술품질원 기동화력센터) , 김병호 (국방기술품질원 기동화력센터) , 서재현 (국방기술품질원 기동화력센터)

Abstract ▼ AI-Helper

This study aims to the increasing the reliability of gun firing system of patrol killer guided missile from failure mode analysis. In order to find out the breakdown parameter, the examination process of the sources of the problems and the quality improvement activities are analyzed with performance testing data. From this study, the rate of operation and the reliability of 76 mm naval guns will be increase. And the result of the study is expected to be used as a reference data in the naval gun firing system for another failure mode analysis.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 본 연구에서는 사격시스템 안전성 개선을 위해 함포 운용 시 발생한 고장원인을 사격의 각 단계별로 분석하고 사례별 해결방안을 검토하였으며, 최종적으로 실사격 시험평가를 통한 연구결과에 대해서 논의하였다.
현재 한국 해군이 도입하여 운용하고 있는 주요 함포에는 5인치, 76 mm, 40 mm, 30 mm 함포 등이 있으며, 그 외 구경이 작은 함포는 근접방어무기체계의 일환으로 이용되고 있으나, 본 논문에서는 고속함에 탑재된 76 mm 성능개량 함포에 대해서 논하도록 하겠다. 76 mm 성능개량 함포(상부함포)의 시스템 구성 및 형상은 Fig.

가설 설정

하한 응력계수는 스프링이 조립된 기본 상태에서의 응력계수이며, 상한 응력계수는 스프링이 작동(인장)되었을 때의 응력계수이다. 스프링의 감김수를 줄이게 되면 스프링의 길이가 줄어들어 조립 상태의 응력과 작동 상태의 응력이 모두 증가하게 된다. 하한 응력계수와 상한 응력계수가 같이 증가한다는 것은 그래프 상에서 우상방으로 점점 이동한다는 것이고, 결국스프링의 수명이 감소한다는 것을 알 수 있다.
14 오른쪽과 같은 격발상태로 바로풀리는 현상이 확인되었다. 폐쇄기 상승충격에 의한 앵글레버의 회전을 방아쇠용 레버가 제어하지 못한 것이다. 이상의 내용을 정리해 보면, 결국 격발장치 작동불량은 폐쇄기 닫힘 충격과 레버 접촉부 마모에 의한 레버 간 미끄러짐(Slip) 현상이 원인임을 도출할 수 있었다.

제안 방법

76 mm 함포 사격 안전성 개선내용에 대한 입증시험평가는 부품교체 및 신규 개선품 적용에 따라, 단품시험 및 야전 운용과 동일 조건으로 실사격 시험(해상 입증 사격), 내구성 시험까지 실시하여 평가 하였고, 본 논문에서는 사격장치 내구성 시험과 해상 입증 사격 결과에 대해서만 논의 하도록 하겠다.
미끄러짐 현상에 대한 개선을 위해 방아쇠용 레버의 개선과 레버와 연결된 스프링 2종에 대한 개선을 진행하였는데, 여기서는 스프링 2종에 대한 개선내용에 대해서 살펴보도록 하겠다. Fig.
본 연구에서는 유도탄고속함 함포 사격시스템 안전성을 개선하기 위해, 함포 운용 시 발생한 고장원인을 사격 메커니즘에 의해 단계별로 분석하고 사례별 해결방안을 검토하여 아래와 같은 결론을 도출하였다
사격안전장치의 조립체 시험은 개발업체가 보유한 76 mm 함포 포미장치에 개선품을 조립/장착하여 격침격발시험을 실시하였고, 작동시험 후 스프링은 별도의 내구도 시험을 실시하여 인장력 변화량을 측정하였다. Fig.
입증사격시험은 각 함대의 해상 사격구역에서 76 mm 함포를 이용하여 총 12발의 입증사격을 실시하였다. 주요 확인 내용은 레버 간 미끄러짐 현상의 유무였으며, 이를 확인하기 위해 5발의 단발시험과 6연발의 연속발사시험을 수행 하였고, 총 12발의 입증사격을 실시한 결과 모두 정상적으로 격발되었다.

성능/효과

(1) 고속함 함포 사격시스템 안전성에 미치는 영향을 분석한 결과 급탄-장전-격발의 3가지 주요 작동과정별로 분류할 수 있었으며, 폐쇄기 미닫힘 원인 및 급탄 간 흔들팔 작동 불량에 대한 요인을 이러한 사격 메커니즘에 의해 검토 할 수 있었다.
(2) 폐쇄기 미닫힘 현상은 풀림방지너트가 체결되는 테이퍼핀의 끝단 길이를 증가시키고, 홀을 가공하여 그 곳에 분할핀을 삽입함으로써, 풀림방지너트가 풀리더라도 분할핀에 걸려 테이퍼핀에서 이탈되지 않도록 개선하였다.
(3) 급탄간 흔들팔 작동 불량은 상부 클램프와 탄두끝단 사이의 간극 조정 및 추가적인 풀림방지용 너트와 와셔로 덮개의 이탈을 2중으로 방지 하였으며, 또한, 격발 시 비정상 발사현상은 사격안전장치인 방아쇠용 레버와 앵글레버에 대한 구조 진단을 통하여 개선하였다.
(4) 고속함에 부착하여 안전성이 향상된 함포에 대한 단품 시험 및 야전 운용과 동일 조건으로 해군에 의한 해상 입증 사격을 통해 그 성능과 기능이 검증되었다.
폐쇄기 상승충격에 의한 앵글레버의 회전을 방아쇠용 레버가 제어하지 못한 것이다. 이상의 내용을 정리해 보면, 결국 격발장치 작동불량은 폐쇄기 닫힘 충격과 레버 접촉부 마모에 의한 레버 간 미끄러짐(Slip) 현상이 원인임을 도출할 수 있었다.
함포의 창정비 주기와 사격빈도를 고려하였을 때, 성능개량 함포는 창정비 도래 시까지 5,000발 미만을 사격할 것이 예측되나, 안전율(Margin)을 고려하여 스프링의 적정수명을 10,000회로 산정하고 모델링을 실시한 결과 스프링의 감김수를 2산 줄였을 때 인장력이20 % 증가하고, 수명은 10,000회 이상을 유지한다는 결과를 얻을 수 있었다. 모델링 결과를 바탕으로 실물을 제작한 결과도 Table 1과 같이 모델링과 유사한 결과를 얻을 수 있었다.

후속연구

이 연구를 통해 향후 장비 가동률 상승 및 운용 신뢰성 확보로 군 전투력이 향상될 것으로 예상되며, 유사장비의 품질문제 검토 시 사격시스템의 전반적인 설계사항을 보완하는 데에 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 해군 함정의 함포 체계에 대한 사격을 비롯한 각종 메커니즘의 안전성 개선방안에 관한 연구도 지속적으로 이루어져야 할 것이다.
이 연구를 통해 향후 장비 가동률 상승 및 운용 신뢰성 확보로 군 전투력이 향상될 것으로 예상되며, 유사장비의 품질문제 검토 시 사격시스템의 전반적인 설계사항을 보완하는 데에 참고자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 해군 함정의 함포 체계에 대한 사격을 비롯한 각종 메커니즘의 안전성 개선방안에 관한 연구도 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	본 연구에서 사격시스템 안전성 개선을 위해 함포운용시 고장원인을 검토한 까닭은 무엇인가?	그러나 최근 함포 운용 시 급탄/장전 도중 탄걸림 현상이 발생하거나 포탄 오발로 인한 인명사고가 발생하는 등, 함포의 사격시스템에 대한 안전성 문제가 지속적으로 발생됨에 따라 76 mm 성능개량 함포의 운용신뢰성에 대한 의문이 대내·외적으로 크게 대두되었으며 이에 대한 해결방안이 시급한 상황이 되었다.
	76 mm 함포 사격시스템의 단계는 어떻게 나누어지는가	76 mm 함포 사격시스템 구성 및 작동과정은 Fig. 2와 같이 포탄의 이동경로에 따라 크게 급탄, 장전, 격발의 3단계로 나누어 볼 수 있다. 먼저 급탄 단계에서는 포탄이 회전급탄대부터 나선형 인양기와 흔들팔을 거쳐 장전통까지 이동하게 되며, 장전 단계에서는 장전통에서 포신내부 약실까지, 격발 단계에서는 약실에서 앵글레버의 작동에 의한 격발로 최종사격이 이루어지게 된다.
	소형 함정의 생존성을 결정하는 요소는 무엇인가?	90년대 이전에 배치된 국내의 대다수 함정 및 최신의 고속함과 같은 소형 함정들은 기본 화력인 함포를 중심으로 대공/대함전을 수행하고 있다. 특히 유도탄고속함과 같은 소형 함정의 경우는 연안 방어의 임무 특성으로 인해 대공/대함 위협 세력의 발생 가능성이 중형 함정에 비해 더욱 크지만 대공/대함전 수단이 한정되어 있기 때문에 함포를 이용한 대공/대함전 수행 능력이 함정의 생존성을 결정한다고 할 수 있다[2~3]. 실제로도 2002년 북측의 서해 북방한계선(NLL : Northen Limit Line) 침범으로 발행한 제2차 연평해전에서 해군이 승리할 수 있었던 주요한 무기체계는 함포라고 평가되고 있다.

참고문헌 (7)

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Hwang K. C., "A Study on the Gun-Oriented Anti Air Warfare Capability of the Patrol Killer Combat System," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 10, No. 4, pp. 62-72, 2007.
DTaQ, "The Report on Improvement Completion of the 76mm Naval Gun Firing System Quality," 2015.
KSA, "Helical Compression and Extension Springs - Requirements for Design," KS B 2400, p. 13, 2007.
KSA, "Hot Formed Helical Springs," KS B 2402, p. 2, 2009.
KSA, "Cold Coiled Helical Compression Springs," KS B 2403, p. 4, 1979.

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