[논문]중형전술차량의 항속거리 향상 방안 연구

이형채

doi:10.5855/energy.2019.28.1.030

중형전술차량의 항속거리 향상 방안 연구
A Study on the Improvement of Distance Range for Medium Tactical Vehicle 원문보기

에너지공학 = Journal of energy engineering, v.28 no.1, 2019년, pp.30 - 36

이형채 (광운대학교 대학원 방위사업학과)

초록
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군에서는 다양한 전술차량들을 개발하여 운용하고 있다. 그 중 중형전술차량은 기존 군용트럭을 대체하면서 병력수송에 적합한 차량으로 개발되어 보병부대의 전투력에 중요한 영향을 끼친다. 이런 중요한 무기체계인 중형전술차량에 연료 효율을 높이는 기술을 적용한다면 항속거리가 증가되어 효과적인 작전수행과 유류비를 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 연료 효율을 높이기 위해 오일 온도 제어 전략을 적용하여 중형전술차량의 항속거리를 향상시키기 위한 방안에 대해 연구하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The military has developed and operated a variety of military vehicles. Among them, medium tactical vehicles are developed as vehicles suitable for transporting troops, replacing existing military trucks, which have a significant impact on infantry forces' combat capability. Applying technology to increase fuel efficiency to these critical weapons systems, medium tactical vehicles, increases the distance range, which can reduce effective operational performance and oil costs. In this study, a measure was taken to improve the distance range of Medium Tactical Vehicles by applying an oil temperature control strategy to increase fuel efficiency.

주제어

표/그림 (20)

그림 Fig. 1. Types of Military Vehicles
그림 Fig. 2. Factors in the Development of Military Vehicles
그림 Fig. 3. Medium Tactical Vehicle
그림 Fig. 4. Express Bus
표 Table 1. The Specifications of Medium Tactical Vehicle
표 Table 2. Engine Specification of Express Bus
표 Table 3. Fuel conomy contribution on the Express Bus
그림 Fig. 5. Relationship between oil temperature and engine friction
그림 Fig. 6. Relationship between oil temperature and transmission and differential
그림 Fig. 7. Data Measurement Equipments
표 Table 4. Experimental section of real road
그림 Fig. 8. Engine oil flow diagram
그림 Fig. 9. Motion of engine oil temperature on real road
그림 Fig. 10. Friction with varying engine oil temperature
그림 Fig. 11. Motion of transmission and differentia oil temperature on real road
그림 Fig. 12. Friction with varying transmission and differentia oil temperature
그림 Fig. 13. Engine friction
그림 Fig. 14. Transmission and Differentia friction
표 Table 5. Effects of Change in Engine Oil Temperature on Fuel Efficiency
표 Table 6. Effects of Change in Transmission and Differentia Oil Temperature on Fuel Efficienc

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기계적 마찰력을 줄이기 위해 각 부품의 오일 온도의 상향 제어를 통해 마찰력을 줄여 연료 효율을 향상시키는 방안에 대해 연구하 였다.
과 같이 엔진의 회전속도, 엔진 부하, 엔진 오일 온도의 함수로 모델링 할 수 있다. 본 연구에서는 선행 연구자에 의해 정립된 모델을 이용하여 선행 실험을 통하여 실험 차량 엔진의 각 변수에 따른 엔진 마찰력을 측정하였다.
본 연구에서는 실 도로 실험을 통해 엔진, 변속기, 차동기어 오일 온도 거동을 알아보았다. 실 도로 실험은 차량을 고속도로에서 주행하면서 마찰에너지와 연관된 오일 온도 데이터를 측정하였다.
본 연구에서는 중형전술차량과 동일한 디젤엔진을 사용하는 민간 고속버스의 엔진, 변속기, 오일 온도가 연료 효율에 영향을 미치는 요소로 판단하여 대형디젤엔진차량에서 각 오일 온도가 연료효율에 미치는 영향을 알아보고, 오일 온도 상향제어를 통해 연료 효율 향상 정도에 대해 연구하였다.
본 연구에서는 중형전술차량의 작전운용성능 중 하나인 항속거리 향상을 통해 장거리 수송능력을 높여 환경 및 경제성 측면에서 유리한 차량개발이 필요하다고 판단하였다.
실 도로 실험 결과를 토대로 엔진, 변속기, 차동기어 오일 온도 상향제어에 따른 연료 효율 개선효과에 대해 분석해 보았다.
본 연구에서는 중형전술차량의 작전운용성능 중 하나인 항속거리 향상을 통해 장거리 수송능력을 높여 환경 및 경제성 측면에서 유리한 차량개발이 필요하다고 판단하였다. 항속거리를 향상을 위해 대형디젤엔진차량의 오일 온도 제어에 따른 연료효율을 높이는 기술을 민간 상용차량에 적용하여 연료효율 개선에 대해 연구하고 중형전술차량에 적용하는 방안에 대해 서술하였다.

제안 방법

변속기와 차동기어 오일 온도 상향에 따른 연료 효율 개선효과 분석은 엔진 오일 상향에 따른 연료 효율 개선 효과 예상과 같은 방법으로 구동계 소모 동력 측정을 통해 연료 효율 개선 효과를 분석해 보았다. Fig. 14.에서와 같이 각각의 구동계 소모 동력을 이용하여 엔진 오일과 동일한 방법으로 목표온도를 변속기와 차동기어 오일 온도를 냉각수 온도 (90℃) 수준으로 상향 시켰을 때 연료 효율 개선 효과를 계산하였다.
차량의 엔진속도, 차속, 엔진토크, 그리고 엔진 냉각량과 관련된 엔진 냉각수 온도 측정을 위해 차량의 CAN 통신을 이용하여 ETAS ES580장비를 사용하여 측정하였다. 그리고 연비측정을 위해 연료 유량계를 설치하였다. 연료 유량계를 통해 연료량을 측정하기 위해 아날로그 측정 장비인 ETAS ES610장비를 사용하였다.
대형디젤엔진이 탑재된 민간 고속버스의 샤시동력계 시험을 통해 엔진오일과 구동계에 사용되는 오일 온도가 엔진마찰력과 구동계마찰력에 미치는 영향을 알아보았다.
또한 동일 구간에서 목표온도를 상향하였을 때 소모 동력을 계산하여 비교 해 보고, 실험 조건 대비 온도 상승 시 연비 개선 효과를 계산하였다. 목표온도는 오일 팬 온도를 120℃ 상향 시켰을 때 연료 효율 개선 효과를 계산하였다.
먼저 군용차량의 종류와 개발 시에 중요하게 요구되는 요소에 대해 알아보고 산업계에서 개발된 중형전술차량에 특징에 대해 알아보았다.
또한 동일 구간에서 목표온도를 상향하였을 때 소모 동력을 계산하여 비교 해 보고, 실험 조건 대비 온도 상승 시 연비 개선 효과를 계산하였다. 목표온도는 오일 팬 온도를 120℃ 상향 시켰을 때 연료 효율 개선 효과를 계산하였다.
변속기 및 차동기어의 마찰을 , 8)과 같이 차량의 속도와 변속기 및 차동기어 오일의 온도에 따라 모델링하여 사용하였다.
변속기와 차동기어 오일 온도 상향에 따른 연료 효율 개선효과 분석은 엔진 오일 상향에 따른 연료 효율 개선 효과 예상과 같은 방법으로 구동계 소모 동력 측정을 통해 연료 효율 개선 효과를 분석해 보았다. Fig.
이 결과를 토대로 엔진 속도에 따른 마찰력을 추출하고 8)를 이용하여 구간별 실시간 측정한 요구동력(Actual Torque)과 차량 속도(Vehicle speed)를 기반으로 소모동력을 계산하였다.
차량의 엔진속도, 차속, 엔진토크, 그리고 엔진 냉각량과 관련된 엔진 냉각수 온도 측정을 위해 차량의 CAN 통신을 이용하여 ETAS ES580장비를 사용하여 측정하였다. 그리고 연비측정을 위해 연료 유량계를 설치하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 실 도로 실험을 통해 엔진, 변속기, 차동기어 오일 온도 거동을 알아보았다. 실 도로 실험은 차량을 고속도로에서 주행하면서 마찰에너지와 연관된 오일 온도 데이터를 측정하였다. Table 4.
은 본 연구를 위해 현 시스템에서 각 부품의 오일 온도 거동 특성을 알아보기 위해 차량에 데이터 측정 장비를 구축한 구성도이다. 엔진 오일 온도 측정을 위해 오일 PAN과 오일 쿨러 전, 후에 T타입 온도센서를 설치하였다. 변속기와 차동기어 오일온도를 측정하기 위해 T타입 온도센서를 드레인 볼트에 설치하였다.

이론/모형

은 실험 차량의 구동계 마찰을 측정한 값이다. 마찰 측정 실험은 샤시 동력계 상에서 Stripdown method를 이용하여 측정하였다. Strip-down method란 요소별 마찰을 측정하는데 이용되는 방법 중 하나로 마찰요소가 되는 부품들에 대한 마찰력을 부분 조립 상태에서 측정하는 방법으로 본 연구에서는 드라이브 샤프트를 탈거한 상태에서 타이어의 마찰력, 변속기와 차동기어 사이의 등속조인트를 제거한 상태에서 차동기어의 마찰력, 변속기의 중립상태에서 변속기 출력 기어부의 마찰력을 각각 측정하였다.

성능/효과

1) 엔진의 기계적 마찰은 연료 효율 중 16.65%을 차지하고 오일 온도를 120℃상향시켜 운행 시 개선효과는 0.8% 연료효율이 향상 되었다.
전술차량 중 중형전술차량은 적절한 방호력을 제공하며 신속한 기동성을 갖고 전투지역까지 병력을 수송하는 차량을 말한다.¹⁾²⁾ 현재 새로운 중형전술차량은 산업계에서 개발이 완료되었고 군에서 운용하는 부분에 대한 결정만 남아있다. 중형전술차량은 토크 및 출력 그리고 효율 측면에서 유리한 산업계에서 사용되는 대형디젤엔진차량을 사용하고 있다.
2) 구동계의 기계적 마찰의 전체 연료 효율 중 2.12%을 차지하고 90℃로 오일 온도를 상향시켜 운행 시 개선효과는 1.9%의 연료효율이 향상되었다.
3) 엔진, 변속기, 차동기어 오일 온도 상향제어를 통한 연료효율 향상 기술을 중형전술차량에 전용한다면 2.7%의 연료효율이 향상될 것으로 기대된다. 이것을 항속거리를 계산하면 본래 600km을 운행할 수 있지만 오일 온도 상향제어 기술을 적용한다면 616km 운행이 가능하다.
4) 중형전술차량은 민간 고속버스와 같은 엔진을 사용하고 변속기는 오일 용량이 더 큰 자동변속기를 사용한다. 또한 차동기어는 차축이 하나 더 있는 구조로 오일 용량이 더 많을 것이다.
Table 3.에서 알 수 있듯이 대형디젤엔진차량의 특성상 차량의 무게에 기인하는 주행저항이 57.6%로 가장 많은 비율을 차지하였고, 다음으로 차량관성 21.21%, 엔진 마찰 16.62%, 구동계 마찰 2.12% 순의 비율이었다.
그 중 엔진 마찰력과 구동계 마찰력이 전체 연비 기여도는 18.86%을 나타내며 연료 효율에 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
총 세 가지 오일 온도 상향제어에 따른 연료 효율 개선효과는 2.7%이다.
은 대형디젤엔진의 엔진 속도, 엔진 부하 및 엔진 오일 온도에 따른 마찰을 선행 실험을 통하여 측정한 값이다. 측정결과를 통해 엔진 마찰은 엔진 오일 온도에 따라 감소하고, 이를 이용하여 엔진 마찰이 연료 효율에 미치는 영향을 분석할 수 있다.
오일 온도와 연료 효율의 관계에 대해 간략하게 정리하면 대형디젤엔진차량의 엔진에는 내부 부품의 내구성 문제 때문에 엔진 오일 온도의 상승을 막기 위한 오일 쿨러(Oil Cooler)가 장착되어 있다. 하지만 실 도로 실험 결과, 오일 쿨러 영향 때문에 엔진 오일 온도가 필요 이상으로 낮게 제어되어 연료 효율에 악영향을 준다는 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 대형디젤엔진차량은 승용 대비 상대적으로 무게가 크기 때문에 변속기 및 차동기어에서의 마찰이 연료 효율에 크게 영향을 미치게 된다.

후속연구

군용차량을 크게 지프와 트럭으로 구분하여 각각에 대한 개발 시 고려요소들을 알아볼 수 있다.⁴⁾ 그 중 유류비 상승과 환경오염문제에 대해 군에서도 심각하게 고려하여 군용차량을 개발하여야 한다. 최근 지구환경 보호를 위해 자동산 산업에서는 환경규제를 강화하고 있어⁵⁾ 군용차량도 예외가 될 수 없으므로 신규로 개발되는 군용차량은 고효율, 친환경 차량을 개발해야한다.
5) 본 연구결과를 중형전술차량에 적용하면 항속거리가 증가되어 장거리 수송안전성이 높아지고 유류비는 감소할 것으로 예상되어 군의 전투력이 향상될 것으로 기대된다.
와 같다. 중형전술차량은 보병 작전병력의 신속한 이동 지원과 인명 방호능력이 강화된 군용차량으로 군용 트럭을 대체할 것으로 기대된다. 중형전술차량의 대한 개발은 완료되었으며 군에 운용하는 부분에 대한 결정만 남아있는 상태이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	중형전술차량은 무엇인가?	최근에는 고속 기동능력과 군수지원능력 그리고 장거리 수송성, 편의성 등의 운용개념과 환경 및 경제성 등을 고려하여 차량개발이 요구되고 있다. 전술차량 중 중형전술차량은 적절한 방호력을 제공하며 신속한 기동성을 갖고 전투지역까지 병력을 수송하는 차량을 말한다. 1)2) 현재 새로운 중형전술차량은 산업계에서 개발이 완료되었고 군에서 운용하는 부분에 대한 결정만 남아있다.
	중형전술차량의 연료 효율을 높여 기대할 수 있는 효과는 무엇인가?	그 중 중형전술차량은 기존 군용트럭을 대체하면서 병력수송에 적합한 차량으로 개발되어 보병부대의 전투력에 중요한 영향을 끼친다. 이런 중요한 무기체계인 중형전술차량에 연료 효율을 높이는 기술을 적용한다면 항속거리가 증가되어 효과적인 작전수행과 유류비를 감소시킬 수 있다. 본 연구에서는 연료 효율을 높이기 위해 오일 온도 제어 전략을 적용하여 중형전술차량의 항속거리를 향상시키기 위한 방안에 대해 연구하였다.
	오일 온도 상향제어 기술을 중형전술차량에 적용할 때의 예상되는 효과는 무엇인가?	5) 본 연구결과를 중형전술차량에 적용하면 항속거리가 증가되어 장거리 수송안전성이 높아지고 유류비는 감소할 것으로 예상되어 군의 전투력이 향상될 것으로 기대된다.

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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