[논문]가상현실 사격훈련을 위한 탄종별 K2 소화기의 주퇴산출 및 분석 연구

김종환; 진영호; 곽윤기

doi:10.7469/jksqm.2020.48.1.13

가상현실 사격훈련을 위한 탄종별 K2 소화기의 주퇴산출 및 분석 연구
A Study on K2 Rifle Recoil Measurement and Analysis for Virtual Reality Marksmanship 원문보기

品質經營學會誌 = Journal of Korean society for quality management, v.48 no.1, 2020년, pp.13 - 27

김종환 (육군사관학교 기계.시스템공학과) , 진영호 (국방과학연구소 4본부) , 곽윤기 (국방기술품질원 전력지원체계연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: The purpose of this study is to present a recoil measurement and analysis of K2 rifle for the development of a virtual reality marksmanship training in the Republic of Korea Army. Methods: For the recoil measurement, a test-bed is built by a barrel that has exact dimensions of K2 rifle and three piezoelectric pressure sensors mounted on the barrel. Data of over 200 rounds of 5.56mm M193 and K100 bullets are collected and analyzed from live fire experiments. For the recoil analysis, both the free recoil method and the gas exhaust aftereffect method are used to calculate a recoil velocity, momentum and kinetic energy of K2 rifle by applying the law of conservation of momentum. In addition, a new method is proposed that uses the third law of motion and the chamber pressure model for the recoil measurement Results: The results show how different between the previous and proposed methods with respect to M193 and K100 bullets of K2 rifle. In M193, the free recoil method demonstrates 1.113, 4.197, and 2.335, the gas exhaust aftereffect method computes 1.698, 6.407, and 5.441, and the proposed method calculates 0.990, 3.734, and 1.848 in recoil velocity, momentum and kinetic energy, respectively. In K100, the free recoil method demonstrates 1.190, 4.487, and 2.669, the gas exhaust aftereffect method computes 1.776, 6.699, and 5.949, and the proposed method calculates 1.060, 3.998, and 2.119 in recoil velocity, momentum and kinetic energy, respectively. Conclusion: This study implements live fire experiments to provide recoil velocity, momentum, and kinetic energy of K2 rifle using both M193 and K100 bullets. For the development of the army virtual reality marksmanship, the results in this paper would be useful to design and produce a gun and/or a rifle of virtual reality.

주제어

표/그림 (13)

그림 Figure 1. Forces acting on a rifle and a bullet
그림 Figure 2. Variation of chamber and base pressure with time(Sangkil 2014)
그림 Figure 3. Three bullets; 5.56mm M193 and K100, and 7.62mm MSC
표 Table 1. Specifications of 5.56mm M193 and K100, and 7.62mm MSC bullets
그림 Figure 5. Example of the pressure results at Ch #1, #2, and #4 mounted on the barrel with time of both shot start(t₀) and exit(t_m)
그림 Figure 4. (left) Interior ballistic pressure test-bed with four piezoelectric pressure sensors and (right) interior ballistic experimental environment(Kim et al. 2019)
그림 Figure 6. Results of recoil velocity, momentum, and energy with M193, K100, MSC of M16A2, K2, and AK-47 using free recoil method(Method #1)
표 Table 2. Ratio between bullet and recoil velocities using two methods
그림 Figure 7. Results of recoil velocity, momentum, and energy with M193, K100, MSC of M16A2, K2, and AK-47 using gas exhaust aftereffect method(Method #2)
그림 Figure 8. Pressure-Time results at the chamber of K2 rifle by using both M193 and K100 bullets
그림 Figure 9. Recoil velocity results of K2 rifle using both M193 and K100 bullets with a dash at shot exit
그림 Figure 10. Results of free recoil(Method #1), gas exhaust aftereffect (Method #2) and the proposed (Method #3) for M193 bullet using K2
그림 Figure 11. Results of free recoil(Method #1), gas exhaust aftereffect (Method #2) and the proposed (Method #3) for K100 bullet using K2

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 가상현실 기반의 사격훈련을 위한 모의소총이 실제 소총사격 시 발생하는 동일한 반동현상을 구현하기 위하여 실제 사격 간 소총 내부에서 발생하고 반동력의 주요 요인으로 볼 수 있는 약실압력을 고려하여 새로운 주퇴 산출방법을 제안하고 기존의 주퇴산출방법의 결과와 비교하였다. 이를 위해, 일반적으로 적용되는 운동량 보존법칙 기반의 기존 이론을 적용하여 K2 소총과 M16A2 및 AK-47의 유사소총에 대하여 주퇴속도, 주퇴운동량, 그리고 주퇴에너지를 산출하여 비교하였다.

제안 방법

본 연구는 가상현실 기반의 사격훈련에 사용될 모의소총이 실제 소총사격 시 발생하는 동일한 반동현상을 갖도록 약실압력을 통한 주퇴산출방법을 제안하고 기존의 주퇴산출방법의 결과와 비교 및 분석하였다. 일반적으로 사용되는 운동량 보존법칙 기반의 기존 이론을 적용하여 K2 소총, M16A2 그리고 AK-47 소총들의 주퇴속도, 주퇴운동량, 그리고 주퇴에너지를 산출 및 비교하였으며, 실제 강내탄도 실험을 통해 계측된 K2 소총의 약실압력을 기초로 Newton 운동법칙의 ‘작용 및 반작용 법칙’을 적용한 새로운 주퇴산출방법을 제안하고 K100 및 M193 탄과의 결과를 비교 및 분석하였다.
본 연구는 가상현실 기반의 사격훈련에 사용될 모의소총이 실제 소총사격 시 발생하는 동일한 반동현상을 갖도록 약실압력을 통한 주퇴산출방법을 제안하고 기존의 주퇴산출방법의 결과와 비교 및 분석하였다. 일반적으로 사용되는 운동량 보존법칙 기반의 기존 이론을 적용하여 K2 소총, M16A2 그리고 AK-47 소총들의 주퇴속도, 주퇴운동량, 그리고 주퇴에너지를 산출 및 비교하였으며, 실제 강내탄도 실험을 통해 계측된 K2 소총의 약실압력을 기초로 Newton 운동법칙의 ‘작용 및 반작용 법칙’을 적용한 새로운 주퇴산출방법을 제안하고 K100 및 M193 탄과의 결과를 비교 및 분석하였다.

대상 데이터

본 연구는 K2 소화기의 탄종별 주퇴를 산출하고 유사체계와 비교 및 분석을 위하여, K2, M16A2, 그리고 AK-47소총에 대한 제원을 수집하고 각 소총에 사용되는 5.56mm M193, K100, 그리고 7.62mm MSC탄의 제원을 수집 및 실측하였다. 또한, 본 연구는 주퇴력을 산출하는 방법론에 대한 비교 및 각 방법론에 대한 탄종별 주퇴결과를 비교 및 분석하기 위하여, 기존의 두 가지 주퇴산출방법과 본 연구에서 제안하는 방법을 포함하여 주퇴산출방법론에 대한 비교를 진행하고, 각 방법론에 대한 탄종별 비교는 K2 소총의 경우 5.

데이터처리

K2 소총의 5.56mm M193 및 K100탄에 대하여 본 연구에서 제안한 약실압력을 통한 주퇴산출 결과(Method #3)와 기존의 자유주퇴방법(Method #1) 및 자유주퇴방법을 기초로 탄자가 총구를 벗어난 이후의 장약의 연소가스 운동량을 고려한 방법(Method #2)을 비교 및 분석하였다. Figure 10에는 세 가지 방법에 의한 M193탄의 주퇴속도, 주퇴운동량, 그리고 주퇴에너지 결과가 제시되었다.

성능/효과

56mm M193 M16A2의 결과는 총구속도와 주퇴속도의 비가 상대적으로 낮은 것으로 인하여 모든 주퇴기준에서 가장 낮은 결과를 보여주었다. 또한, 약실압력을 통한 주퇴산출방법의 결과는 탄자의 중량과 속도만으로 산출된 기존의 방법들과 다르게 실제 사격실험을 통해 계측된 약실압력을 적용하였기 때문에 P-T 및 V-T 결과를 기초로 M193 및 K100탄의 구체적인 차이를 확인하였다. ;
소총별 및 탄종별 주퇴속도, 주퇴운동량, 그리고 주퇴에너지를 산출한 결과 7.62mm MSC AK-47의 결과는 소총의 중량과 탄자의 중량이 다른 소총에 비해 상대적으로 무겁기 때문에 주퇴운동량 및 주퇴에너지에서 가장 높은 결과를 보여주었던 반면에, 5.56mm M193 M16A2의 결과는 총구속도와 주퇴속도의 비가 상대적으로 낮은 것으로 인하여 모든 주퇴기준에서 가장 낮은 결과를 보여주었다. 또한, 약실압력을 통한 주퇴산출방법의 결과는 탄자의 중량과 속도만으로 산출된 기존의 방법들과 다르게 실제 사격실험을 통해 계측된 약실압력을 적용하였기 때문에 P-T 및 V-T 결과를 기초로 M193 및 K100탄의 구체적인 차이를 확인하였다.

후속연구

본 연구는 실제 사격실험의 결과 데이터를 기초로 K2소총의 약실압력 기반의 주퇴를 산출하였다. 비록 실제 주퇴력과 제안하는 방법의 결과에 대한 검증의 한계가 존재하나, 본 연구를 통해 가상현실 기반의 사격훈련의 연구 및 실제와 동일한 반동력을 제공하는 모의소총 개발에 도움이 되기를 기대한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	가상현실 기반의 사격훈련이 주목받고 있는 이유는?	가상현실 기반의 사격훈련은 훈련병 또는 경험이 없는 전투원에게 다양한 전투상황을 간접적으로 경험하도록 하고, 반복적인 훈련을 통해 개인전투행동을 숙달할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존의 사격훈련으로 인한 소음, 도비탄 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 불확실한 미래전장 대비를 위한 가변적인 전장환경을 조성하고 제대별 임무에 특화된 콘텐츠를 통해 임무수행 능력을 향상시킬 수 있어 차세대 사격훈련으로 개발되고 있다.
	사격훈련이란?	사격훈련은 사수가 다양한 전장상황에서 식별된 적을 사살하기 위하여 조준 및 격발하는 일련의 과정을 숙달하는 훈련으로, 개인의 생존 및 전투의 승패에 중요한 영향을 미치기 때문에 현역과 예비군을 대상으로 주기적으로 실시하는 훈련이다. 그러나 사격훈련 시 발생하는 소음문제 및 도비탄 등의 안전문제로 인하여 군은 사격장 폐쇄 및 이전 또는 권역별 통합훈련장 운용의 요구를 받고 있어 사격훈련을 수행하는데 어려움이 있는 실정이다.
	가상현실 기반의 사격훈련의 장점은?	최근 4차 산업혁명 핵심기술 중의 하나인 가상현실을 우리군의 사격훈련에 적용하는 방안에 대해 관심이 증대되고 있다. 가상현실 기반의 사격훈련은 훈련병 또는 경험이 없는 전투원에게 다양한 전투상황을 간접적으로 경험하도록 하고, 반복적인 훈련을 통해 개인전투행동을 숙달할 수 있는 장점이 있다. 또한, 기존의 사격훈련으로 인한 소음, 도비탄 등의 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라, 불확실한 미래전장 대비를 위한 가변적인 전장환경을 조성하고 제대별 임무에 특화된 콘텐츠를 통해 임무수행 능력을 향상시킬 수 있어 차세대 사격훈련으로 개발되고 있다.

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저자의 다른 논문 :

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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