[논문]5.56mm 소총 과열에 의한 운용한계 분석 - 인간공학 중심으로

이호준; 최시영; 신태성

doi:10.5762/kais.2020.21.9.49

5.56mm 소총 과열에 의한 운용한계 분석 - 인간공학 중심으로
Study on Operating Limits of 5.56mm Rifle Overheat - Focusing on Human Engineering 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.21 no.9, 2020년, pp.49 - 56

이호준 (국방기술품질원) , 최시영 (국방기술품질원) , 신태성 (국방기술품질원)

초록
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소총 사격 중 발생하는 고온의 열은 총기의 성능을 저하시킬 뿐 아니라 사용자의 원활한 운용에 제한을 가져온다. 본 연구에서는 인간공학 설계 기준을 참조하여 사격에 따른 총열덮개의 온도변화를 측정하고 재질에 따른 운용성을 검토하였다. 인간공학 설계 기준은 피부에 직접적으로 닿을 경우 단열재를 필요로 하는 것을 명시하고 있다. 이에 따라 사격시험을 위하여 총열덮개의 재질별로 대한민국 제식소총 3종과 해외 모델 1종을 선정하였으며, 접촉식 온도 측정기를 이용하여 사격시험을 실시하였다. 시험결과 열전도도가 낮은 플라스틱 총열덮개를 사용하는 소총과 열전도도가 높은 알루미늄 총열덮개를 사용하는 소총 모두 낮은 온도에서 100발 이상 사격에도 맨손으로 운용이 가능하였다. 그러나 평균 대기온도에서 약 60발 이상 사격 시 알루미늄 총열덮개는 맨손으로 운용이 제한되며, 다량으로 빠른 시간에 사격이 이뤄질 경우 덮개 재질에 관계없이 총열덮개의 운용이 제한되었다. 소총의 발열에 의한 운용제한 해소를 위해서는 장갑 또는 손잡이, 덮개 등을 활용하여 피부와 직접적인 접촉 차단이 필요하다. 본 연구를 통해 소총의 열 위험에 대한 운용성을 파악할 수 있었으며, 타 소총 및 군수품의 인간공학적 설계를 위한 기초자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

High temperature heat generated during rifle firing not only degrades the performance of the weapon, but also limits the user's operation. In this study, temperature change of handguard according to firing was measured with reference to Human Engineering criteria and the operability according to material was examined. Accordingly, for the firing test, three types of Korean rifle and one overseas model were selected for each material of handguard, and firing test was conducted using a contact type temperature meter. The test result shows that using a plastic handguard with low thermal conductivity and aluminum handguard with high thermal conductivity enabled the rifles to be operated with bare hands even when firing at more than 100 rounds at low atmospheric temperature. However, when firing more than 60 rounds at over 20℃ atmospheric temperature, aluminum handguard use is limited. When firing quickly over 100 rounds, handguard use is restricted regardless of its fabrication material. To eliminate operational limitations by overheating, it is necessary to eliminate direct contact with skin using gloves, vertical grips, etc. This study examined the operability of rifles in terms of thermal risk, and the resulting study results are expected to be used as basic data for Human Engineering of other rifles and munitions.

주제어

표/그림 (17)

표 Table 1. Design Criteria of Small Arms
그림 Fig. 1. Burn Criteria for Human Skin
표 Table 2. Cause of Temperature Increase of Handguard
표 Table 3. Temperature Exposure Limits
그림 Fig. 2. Wood Receiver Rifle (a) M1903 Springfield (b) M1 Garand (c) M14 Rifle
그림 Fig. 3. Plastic Handguard Rifle (a) M16 Rifle (b) M4 Carbine (c) K2 Rifle
그림 Fig. 4. Aluminium Picatinny rail Handguard Rifle (a) M4 Carbine with RAS (b) K2C1 Rifle
표 Table 4. Thermal Diffusivity and Conductivity
그림 Fig. 5. M4 Carbine Barrel Temperature Profile
그림 Fig. 6. M4 Carbine Handguard Temperature Profile
그림 Fig. 7. Experimental Conceptual Diagram
그림 Fig. 8. Test 1 Temperature Profile
표 Table 5. Test Equipment and Condition
그림 Fig. 9. Test 2 Temperature Profile
그림 Fig. 10. Test 3 Temperature Profile
그림 Fig. 11. Test 4 Temperature Profile
표 Table 6. Test Result

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 소구경화기의 열 위험과 관련된 인간공학적 설계 기준을 조사하였으며, 이에 따라 소총 사격 간 온도변화에 따른 운용한계를 분석하였다.

제안 방법

국내에서는 K2소총의 성능개량형으로 보급된 K2C1소총에서 과열 문제가 발생하였다[3]. K2C1소총은 기존 대한민국 제식소총인 K2소총에서 조준경, 손잡이 등 악세사리를 추가로 장착할 수 있는 마운트 시스템인 피카티니레일과 신체에 맞춰 길이 조절이 가능한 개머리판 등을 개선적용 하였다. 그러나 보급된 지 얼마 지나지 않아 총열덮개의 과열로 인해 맨손파지가 제한되는 문제가 발생하였으며 전방손잡이와 방열덮개를 추가하여 문제를 해소하였다.
먼저 사격대상 총기를 선정, 환경조건을 설정한 뒤 측정 장비를 선정하였다. 각 환경조건별로 사격시험을 통해 총열덮개의 온도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 분석하였다.
국내 소총의 과열에 의한 운용한계 분석을 위하여 총열덮개의 재질이 다른 총기별로 사격 간 온도변화를 측정하였으며 분석결과는 다음과 같다.
네 번째 시험은 알루미늄 총열덮개 A소총과 플라스틱 총열덮개 B소총 각 1정을 21℃의 대기온도에서 240발을 사격하여 온도상승 정도를 확인하였다. 측정결과 Fig.
두 번째 시험은 알루미늄 총열덮개 A소총과 플라스틱 총열덮개 B소총을 9℃의 낮은 대기온도에서 각각 100발씩 사격하여 온도변화를 측정하였다. Fig.
7과 같이 실험을 설계하였다. 먼저 사격대상 총기를 선정, 환경조건을 설정한 뒤 측정 장비를 선정하였다. 각 환경조건별로 사격시험을 통해 총열덮개의 온도 변화를 측정하였으며, 그 결과를 분석하였다.
대상이 된 총기는 총열덮개의 재질별로 한국형 소총 3종(A, B, C)과 국내에서 발열 문제가 발생한 총기와 동일한 레일 시스템을 가진 해외 모델 1정(D)을 사용하였다. 사격에 따른 총열덮개의 온도 변화를 측정하기 위해 접촉식 Thermocouple을 사용하였으며 총열덮개 측면에 부착한 상태에서 사격 간 온도변화를 기록하였다. 실험결과는 MATLAB을 이용하여 X축은 사격발수, Y축은 온도로 설정하여 사격발수에 따른 온도변화 추이를 그래프로 나타내었다.
세 번째 시험은 피카티니레일 총기들의 온도상승 비교를 위해 국내 알루미늄 총열덮개 소총 A, C와 해외 모델 D 각 1정을 26℃의 대기온도에서 100발씩 사격하여 온도변화를 측정하였다. 측정결과 Fig.
첫 번째 시험은 알루미늄 총열덮개의 A소총 2정 중 1정은 태양에 노출된 상태, 나머지 1정과 플라스틱 총열덮개 B소총 1정은 그늘 아래에서 대기온도가 높은 38℃에서 100발을 사격하여 온도변화를 측정하였다. 측정결과는 Fig.

대상 데이터

대상이 된 총기는 총열덮개의 재질별로 한국형 소총 3종(A, B, C)과 국내에서 발열 문제가 발생한 총기와 동일한 레일 시스템을 가진 해외 모델 1정(D)을 사용하였다. 사격에 따른 총열덮개의 온도 변화를 측정하기 위해 접촉식 Thermocouple을 사용하였으며 총열덮개 측면에 부착한 상태에서 사격 간 온도변화를 기록하였다.

성능/효과

넷째, 대기온도가 높아질수록 운용제한온도에 도달하는 최소사격발수가 작아진다.
둘째, 20℃ 이상의 기온에서 100발 사격 시 플라스틱 총열덮개 소총은 맨손으로도 운용이 가능하나 알루미늄소총은 맨손으로 운용이 제한될 수 있다.
셋째, 총열덮개의 재질에 관계없이 많은 탄을 사격할 경우 모두 맨손으로 운용이 제한된다.
첫째, 대기온도조건이 낮을 경우 일정 사격발수 이하에서는 플라스틱과 알루미늄 총열덮개 소총을 맨손으로 잡고 운용이 가능하다.

후속연구

본 연구를 통해 5.56mm소총 과열현상의 인간공학적 측면에서 운용제한 온도와 사격발수를 파악할 수 있었으며, 타 소구경화기의 설계뿐 아니라 신체와 직접적으로 접촉하는 군수품에 대하여 열 위험 방지대책 수립을 위한 자료로 활용 될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	MIL-STD-1472란?	인간공학 설계 기준 표준인 MIL-STD-1472는 군사 시스템, 장비 및 시설의 설계 및 개발에 대한 일반적인 인간공학 기준을 설정한 규격으로 아래와 같은 기본적인 목적을 가지고 있다[5].
	소총의 사격은 어떻게 이루어지는가?	소총의 사격은 격발 시 소총탄의 뇌관에 의해 추진제가 점화되면서 생성된 높은 가스압에 의해 탄자가 총열을 통해 빠져나와 목표물을 명중시키는 것으로 이루어진다. 이 과정에서 발생한 고온 고압의 가스는 총열의 온도를 상승시키고 주변 부품으로 열이 전달된다.
	총열의 높은 온도에 의해 발생할 수 있는 문제에는 어떤 것이 있는가?	총열의 높은 온도에 의해 발생할 수 있는 문제는 여러 가지가 있다. 총열 내 마멸과 침식을 가속시키고 탄자의 속도를 떨어뜨리고 총구속도를 다양하게 만들며 회전속도를 줄인다. 고온에 의해 손상된 총열로 사격할 경우 사격이 부정확하고 극단적인 경우에는 탄자의 비행이 불안정하게 된다[1]. 그리고 총열의 수명을 빠르게 단축시키고 기능고장이 발생하거나 심할 경우 총열 파손이 발생하게 된다.

참고문헌 (14)

Lee, Hung Ju, Rifle and Ballistics. Chung Moon Gak, p.464.
The Buzz. Firefight Fail:How the U.S. Army's M-4 RifleOverheated and Jammed in a Bloody Battle[Internet].The National Interest, c2019 [cited 2019 March 13], Available From: https://nationalinterest.org (accessedMay. 14, 2020)
Jung Young-tae. A hundred shots...New rifle that can'tget hot [Internet]. SBS, c2016 [cited 2016 October 12],Available From: https://news.sbs.co.kr (accessed May. 25, 2020)
Paul H. Ellis, SOME HUMAN FACTORS CONSIDERATIONS IN THE DESIGN OF A COMBAT RIFLE, Technical Note 7-82, U.S ARMY HUMAN ENGINEERING LABORATORY, U.S, pp. 3-11.
DEPARTMENT OF DEFENSE DESIGN CRITERIA STANDARD HUMAN ENGINEERING, MIL-STD-1472, DEFENSE AGENCY FOR TECHNOLOGY, U.S, pp. 361.
Armemuseum. M1903 Springfield [Internet]. wikimedia,c2012 [cited 2012 February 3], Available From: https://commons.wikimedia.org (accessed May. 25, 2020)
Armemuseum. M1 Garand rifle [Internet]. wikimedia, [cited 2019 July 9], Available From: https://commons.wikimedia.org (accessed May. 25, 2020)
US Air Force. M14 Stand-off MunitionsDisruptor(SMUD) [Internet]. wikimedia, c2017 [cited2017 February 17], Available From: https://commons.wikimedia.org (accessed May. 25, 2020)
M16 rifle [Internet]. namu.wiki, Available From: https://namu.wiki (accessed May. 25, 2020)
M4 Carbine [Internet]. namu.wiki, Available From: https://namu.wiki (accessed May. 25, 2020)
Photo Courtesy of PEO Soldier. PEO M4 Carbine RASM68 CCO[Internet]. wikimedia, c2010 [cited 2010August 27], Available From: https://commons.wikimedia.org (accessed May. 25, 2020)
Thermal diffusivity [Internet]. wikipedia, Available From: https://wikipedia.org (accessed May. 25, 2020)
List of thermal conductivities [Internet]. wikipedia, Available From: https://wikipedia.org (accessed May. 25, 2020)
Jeff Windham, External Barrel and handguard Temperature of the 5.56mm M4 Carbine, Final Report SMCAR-ES-94-1, U.S Army Armament Research, Development and Engineering Center(ARDEC), U.S, pp. 86.

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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