[논문]탄약운반장갑차의 장약 파손 방지를 위한 최적설계에 관한 연구

노상완; 김성훈; 박영민; 김병현

doi:10.5762/kais.2019.20.11.494

탄약운반장갑차의 장약 파손 방지를 위한 최적설계에 관한 연구
A Study on the Optimum Design for Preventing Propelling Charge to Military Ammunition Vehicle 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.20 no.11, 2019년, pp.494 - 500

노상완 (국방기술품질원 기동화력센터) , 김성훈 (국방기술품질원 기동화력센터) , 박영민 (국방기술품질원 기동화력센터) , 김병현 (국방기술품질원 기동화력센터)

초록
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본 연구는 탄약운반장갑차의 장약이송 소프트웨어 최적 설계를 통해 장약이송 시 파손을 방지하는 것을 목표로 하고 있다. 탄약운반장갑차는 자동화된 장약이송시스템이 적용되어 있다. 군 운용 중 장약 적재 시 간헐적으로 장약이 파손되는 현상이 발생하여 다음과 같은 개선방법을 연구하였고, 입증시험을 실시하였다. 장약 이송기의 속도가 높을 경우 충격력이 증가하기 때문에 적재 속도를 기존보다 60% 감소 시켰고, 포스 게이지를 활용하여 충격력을 측정하였다. 충격력 측정 결과 평균 45% 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 적재관 내부의 간섭 등에 의한 이송기의 부하 발생 시 서보제어기의 최대전류 11A를 출력하면 장약이 파손 될 가능성이 있다. 또한, 최대전류가 낮을 경우 장약적재가 불가하기 때문에 적정 값을 찾아야 했고, 이는 시험을 통하여 최적의 최대전류 값 6.5A를 도출하였다. 최적설계 입증 시험에는 종이지관장약과 실제장약을 적용하여 시험 하였다. 종이지관 장약과 실제 장약으로 탄운차에 장약 적재시험을 실시한 결과 장약의 파손이 발생하지 않았으며, 장약 적재가 정상적으로 이루어져 설계 개선이 타당한 것을 입증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to determine a method to prevent damage during the transfer of loading through optimal design of loading transfer software for an ammunition-carrying armored vehicle. Typically, an ammunition carrier armored car is equipped with an automated charge transfer system. The load is intermittently damaged during the loading of the cargo, and this needs to be improved. The following improvements and verification tests were carried out. As impact speed increased, the loading speed was reduced 60%, and a special fixture utilizing a force gauge was developed and tested. If the maximum current of 11A for the servo controller is output when the load of the conveyor is generated by interference inside the loading tube, there is a possibility of charge breakage. If the maximum current is low, the load cannot be loaded. In the loading test for the ammunition carrier armored car with the actual charge, the improved design was found to be valid, as the load was not damaged and occurred nominally.

주제어

표/그림 (12)

그림 Fig. 1. Scheme of Charge Loading System
그림 Fig. 2. Charge transfer mechanism
그림 Fig. 3. Defect Phenomenon of Charge Loading System
그림 Fig. 4. Software approvement algorithm
그림 Fig. 5. Device of measuring impact force
그림 Fig. 6. Geometry of charge storage
그림 Fig. 7. Force measurement according to the current value
표 Table 1. Maximum force due to the effect of speed
그림 Fig. 8. Test method to prove design improvement
그림 Fig. 9. Result of improvement test
표 Table 2. Maximum force due to the effect of current
표 Table. 3. Result of improvement loading system test

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 주된 목적은 장약 적재 시 발생 가능한 장약 파손을 방지하기 위하여 장약이송기의 적재 속도감소 및 서보제어기 출력 최대전류를 감소시키는 방안을 고안하였다. 또한, 실제장약을 이용하여 적재시험을 실시하여 연구방안에 대한 효과성을 입증하였다.
주제어기의 에러 메시지는 최대전류가 3초 이상 작용할 경우 발생되고, 이는 밀대가 장약을 밀어주는 힘이 최대치로 3초 이상 작용 한다는 것이다. 따라서 장약 및 밀대의 파손을 방지하기 위한 개선 필요성이 있어서 본 연구를 수행하게 되었다.
본 논문은 탄운차에 장약을 적재하는 과정에서 발생하는 장약의 파손현상을 방지하기 위한 서보제어기 소프트웨어 설계변경 및 실제 차량에 적용하여 입증시험을 수행한 결론은 다음과 같다.
으로 표현할 수 있는데 밀대가 장약을 밀어주는 운동량이 동일하다고 가정하면 시간이 단축될수록 충격력은 증가한다. 이에 따라 저자는 밀대가 장약에 접촉하여 밀어 주는 시간을 증가시켜 충격력을 감소시키는 방안을 고안하였다.

제안 방법

Fig. 5와 같이 다이얼 포스게이지를 내부에 장착하여 실제 장약과 동일한 무게와 크기의 모의치구를 개발하였다. 치구 외부에서 가해지는 힘을 게이지를 통해 확인할 수 있으며, 속도 개선 전 후 장약이 받는 충격력을 비교할 수 있다.
검증방법은 실제장약과 동일한 크기의 모의장약을 활용하여 장약적재관에 적재를 한 이후 3번째에는 치구를 적재하여 시험을 실시하였다. 장약적재관은 Fig.
첫 번째로는 장약의 파손방지를 위하여 실제장약과 유사한 물리특성을 가지는 종이지관을 적용하여 모의시험을 먼저 진행 하였다. 두 번째로는 개선효과를 입증하기 위하여 실제장약을 이용한 시험을 진행하였다.
0A에서 간헐적으로 힘이 부족하여 장약 적재 불가한 현상이 발생되었다. 따라서 장약 파손 방지를 위하여 파손 시작점인 87.0kgf 보다 약 8% 낮은 힘이 측정된 6.5A를 최대 전류로 적용 하였다.
서보제어기와 이송기 모터 등 실제 장비에 적용 되는 부품(좌, 우)를 사용하였고, 전류에 따른 힘을 측정하였다. 시험방법은 서보제어기의 최대전류인 11.
서보제어기의 전류에 따른 힘을 측정하기 위하여 Fig. 7과 같이 체인컨베어에 적용된 밀대와 동일한 크기의 시험치구를 제작하여 한쪽 끝에서 밀어주었고, 반대쪽에는 포스게이지를 활용하여 시험을 실시하였다.
서보제어기와 이송기 모터 등 실제 장비에 적용 되는 부품(좌, 우)를 사용하였고, 전류에 따른 힘을 측정하였다. 시험방법은 서보제어기의 최대전류인 11.0A에서부터 각각 1.0A 단위의 변화에 따라 작용되는 힘을 확인하였다. 11.
실제 군에서 사용하는 탄운차에서 해당 입증시험을 진행하였다, 장비의 장약 적재속도는 기존대비 60%로, 최대전류 값을 기존 11.0A에서 6.5A로 설정 하였다. 장약 적재 완료 후 적재 가능여부, 장약 파손여부를 확인하였다.
위에서 나타낸 2가지 시험 모두 Fig.8과 같이 1,2번째 장약이 적재된 상황에서 파손현상이 발생하였던 3번째 장약에 적용하였고, 종이지관장약/실제장약 2가지를 사용하였다.
5A로 설정 하였다. 장약 적재 완료 후 적재 가능여부, 장약 파손여부를 확인하였다.
반복적인 장약 적재/보급을 실시하면 장약 눌림 또는 파손 현상 발생가능성이 있다[5~6]. 장약의 파손을 방지하기 위하여 시험은 총 2종류의 시험을 진행하였다. 첫 번째로는 장약의 파손방지를 위하여 실제장약과 유사한 물리특성을 가지는 종이지관을 적용하여 모의시험을 먼저 진행 하였다.
검증방법은 실제장약과 동일한 크기의 모의장약을 활용하여 장약적재관에 적재를 한 이후 3번째에는 치구를 적재하여 시험을 실시하였다. 장약적재관은 Fig. 6과 같이 A~D 4개의 층과 14개의 열로 구성되어 있으며, 전체 적재관에 속도 개선 전 후에 대한 힘의 변화를 확인하였다.
장약의 파손을 방지하기 위하여 시험은 총 2종류의 시험을 진행하였다. 첫 번째로는 장약의 파손방지를 위하여 실제장약과 유사한 물리특성을 가지는 종이지관을 적용하여 모의시험을 먼저 진행 하였다. 두 번째로는 개선효과를 입증하기 위하여 실제장약을 이용한 시험을 진행하였다.

대상 데이터

종이지관장약과 실제장약 2가지 장약에 대하여, 탄운차 1대당 모든 장약 적재함 위치(14개 열, 4개 행) 64곳에 위와 같은 시험을 진행하였다. 시험 결과 Table 3과 같이 64곳에서 장약 및 밀대에 파손현상 없이 정상 적재되었고, 모든 탄운차에서 Fig.

성능/효과

(1) 장약 이송기의 속도가 높을 경우 충격력이 증가하기 때문에 적재 속도를 기존 보다 60% 감속하였다. 치구를 통하여 장약 적재시 충격력 측정결과 평균 45% 감소하는 것을 확인하였다.
(2) 적재관 내부의 간섭 등에 의한 이송기의 부하 발생 시 서보제어기의 최대전류 값인 11A를 출력하면 장약 파손 발생가능성이 있다. 또한, 전류 값이 낮을 경우 3번째 장약적재가 불가하기 때문에 시험을 통해 최적의 최대전류 6.
(3) 실제 장약으로 탄운차에 장약 적재시험을 실시한 결과 장약의 파손이 발생하지 않았으며, 적재가 정상적으로 수행되었기 때문에 설계 개선이 타당한 것을 입증하였다.
3kgf가 나타났 다. 7.0A에서 좌, 우측 각각 충격력을 측정한 결과 장약 파손을 야기 할 수 있는 87.0kgf와 근접한 84.0kgf, 76.5kgf가 측정되었다. 따라서 7.
7kgf 이다. 그 이후 속도를 60% 감소하여 시험을 진행한 결과 B층 적재관의 평균이 20.2kgf로 가장 높게 나타났으면, 전체 적재관 평균은 19.3kgf였다. 속도를 감소하였을 때 적재관 충격력 평균이 34.
5kgf가 측정되었다. 따라서 7.0A와 근접한 전류를 적용하여 모의 적재 시험을 동시에 진행한 결과 5.0A에서 간헐적으로 힘이 부족하여 장약 적재 불가한 현상이 발생되었다. 따라서 장약 파손 방지를 위하여 파손 시작점인 87.
9와 같이 종이지관장약과 실제장약에 눌림, 찍힘과 같은 손상이 발생하지 않았다. 또한, 모든 적재가 정상적으로 수행되었고, 설계 개선방안이 타당한 것을 확인하였다.
따라서 본 연구의 주된 목적은 장약 적재 시 발생 가능한 장약 파손을 방지하기 위하여 장약이송기의 적재 속도감소 및 서보제어기 출력 최대전류를 감소시키는 방안을 고안하였다. 또한, 실제장약을 이용하여 적재시험을 실시하여 연구방안에 대한 효과성을 입증하였다.
3kgf였다. 속도를 감소하였을 때 적재관 충격력 평균이 34.7kgf에서 19.3kgf로 약 45% 감소하여, 개선에 대한 효과가 있는 것으로 판단하였다
따라서, 과도한 외력이 작용할 경우 눌림, 찍힘, 파손과 같은 파손이 발생할 수 있다. 연구자료를 활용하여 87kgf의 힘이 가해질 경우 장약 파손이 시작된다는 결과를 확인하였다.
(1) 장약 이송기의 속도가 높을 경우 충격력이 증가하기 때문에 적재 속도를 기존 보다 60% 감속하였다. 치구를 통하여 장약 적재시 충격력 측정결과 평균 45% 감소하는 것을 확인하였다.

후속연구

향후 ATAS 구조물(이송장치, 적재관 등) 변경 등과 같은 복합적인 개선에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되며, 본 연구를 통해 유사한 메커니즘을 갖는 기동장비의 설계 시 유용한 참고자료로 활용될 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	탄약운반장갑차의 역할은 무엇인가?	탄운차는 탄 및 장약의 보급을 위해 기존 군용 트럭의 단점인 야지 기동성과 생존성을 향상시키고, 탄약/장약의 자동화된 탑재를 위한 군 전용 장비로써 K9자주포와 패키지화하여 군에 전력화를 하고 있다[1~2].
	탄약운반장갑차가 개발된 이유는 무엇인가?	K9 자주포는 대화력전을 수행하기 위해 운용되고 있다. 이러한 K9자주포에 원활한 탄약공급 및 작전수행능력 향상을 위해 기존에는 군용 트럭에 탄약/장약을 적재하여 자주포에 보급 하였으나, 탄약 보급의 신속성, 정확성이 요구 되어 탄약운반장갑차(이하 탄운차)를 개발하였다.
	탄약운반자동화 시스템을 이용한 탄/장약 이동 과정에서 파손 발생 가능성이 있는 이유는 무엇인가?	탄약의 고속 운반을 위해서는 이 장치들이 다축제어를 통해 순차적, 동시적으 로 동작한다. 탄운차의 내부 공간 상 많은 장치들이 구조적으로 배열되어 있으므로 정밀제어가 필요하며, 각각의 동작들이 정밀하게 제어되지 않으면 탄/장약 이송기의 충돌로 파손이 발생할 수 있을 뿐만 아니라 탄/장약이 전 달과정에서 파손 발생가능성이 있다. 이를 방지하기 위해 전류한계치 및 이송속도 등 다양한 제어방법이 적용되어 있다.

참고문헌 (6)

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C. Y. Jung, J. M. Lee, J. Y. Lee, Y. K. Park, "Operational Effectiveness Analysis of Field Artillery Ammunition Support Vehicle for K-55 Self-Propelled aArtillery Using Simulation", Journal of the Korea Society for Simulation, Vol.20, No.3, pp.11-18, 2011. DOI: https://doi.org/10.9709/JKSS.2018.27.2.011
S. Y. Lee, K. S. Kang, J. Lyou, "A Falut Detection and Isolation Method for Ammunition Transport Automation System", Journal of control, automation and systems engineering, Vol.11, No.10, pp.880-887, October, 2005.

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H. J. Kang, B. H. Kim, B. H. Kim, J. H. Seo, "Structural weld Strength Analysis on Door Hinge of Field Artillery Ammunition Support Vehicle", Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol.15 No.3, pp.58-54, 2016 DOI: https://doi.org/10.14775/ksmpe.2016.15.3.058
C. K. Hong, C. I. Ho, "A Study on the Effect of Storing Temperature upon the Self Life of Propelling Charge K676 and K677", Journal of the KIMST, Vol.8, No.1, pp.14-24m 2005
K. S. Yoon, S. W. Park, "A Study on the Estimation of Shelf-life for 155mm propelling charge KM4A2 using ASRP's data", Journal of the Korean Society Quality Management, Vol.42, No.3, pp.291-300, 2014 DOI: https://doi.org/10.7469/JKSQM.2014.42.3.291

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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].

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