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비행탄두 형상 최적화를 이용한 사거리 증대 연구

Extended Range of a Projectile Using Optimization of Body Shape

한국시뮬레이션학회논문지 = Journal of the Korea Society for Simulation, v.29 no.3, 2020년, pp.49 - 55  

김진석 (Agency for Defense Development)

초록
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발사체의 사거리 증대는 중요한 성능개선 목표 중 하나이다. 일반적으로 발사체 비행탄두의 형상은 공기역학 및 구조적인 요소를 복합적으로 고려하여 선정한다. 몸체, 탄두부 및 탄미부 형상의 선정은 공기역학적 설계에 중요한 영향을 미친다. 발사체 비행탄두 형상의 주요 설계 요소는 공기역학적 항력이다. 공기역학적 항력은 발사체의 운동과 반대 방향으로 작용하는 공기역학적 힘이다. 준실험적 기법을 이용하여 탄두부, 탄미부 및 몸체 형상이 발사체의 공기역학적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위한 연구를 수행하였다. 여러 가지 비행탄두 형상 변수에 대한 연구를 수행하였으며, 최대 사거리 성능 분석에는 탄도 모사분석 모델을 사용하였다. 발사체 비행탄두 형상 최적화를 이용한 사거리 증대 가능성을 분석하고, 형상 변수 최적화에 의한 사거리 증대 효과를 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

A goal of improving projectile is to increasing achievable range. The shape of a projectile is generally selected on the basis of combined aerodynamics and structural considerations. The choice of body, nose and boattail shape has a large effect on aerodynamic design. One of the main design factors ...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구는 동일한 발사 조건에서 발사체의 사거리를 증대시키기 위해 공기역학적 항력을 최소화는 설계 변수 값을 산출하기 위한 형상 최적화 설계 방법을 연구하였다. 발사체 비행탄두의 공기역학적 항력계수를 계산하기 위해 준실험적 방법을 활용하였으며, 비행탄두의 형상 변수가 사거리에 미치는 영향을 분석하기 위해 공기역학적 항력계수를 비행탄두의 비행탄도 모사분석 모델에 연계 적용하여 사거리 개선 효과를 계산하고, 최적의 설계 변수 값을 산출하는 비행탄두 형상 최적화 설계 모델을 연구하였다.
  • 본 연구를 통해 탄두부 길이, 탄두부 형상 변수, 탄미부 길이 및 탄미부 각도 변수에 따른 공기역학적 항력계수 변화와 연계한 사거리 개선 효과를 분석하고, 사거리 극대화 설계 변수 값을 도출하기 위한 최적화 설계 모델을 연구하였다. 다음, 본 연구의 최적화 설계 모델에 탄두부 길이, 탄두부 형상 변수, 탄미부 길이 및 탄미부 각도 변수를 동시에 적용하여 최적화한 변수 값을 산출하였으며, 사거리를 극대화하기 위해 본 연구를 통해서 최적화한 비행탄두 형상과 M107탄의 제원을 비교하면 Table 2와 같다.

가설 설정

  • 탄두부 형상의 영향을 최소화하기 위해 M107탄 모델의 탄두부를 오자이브 반경 R이 ∞인 원뿔형 오자이브 형상으로 가정하고, 현용 탄의 최대 전장을 고려하여 탄두부 길이 상한 값을 5.0 caliber로 설정하였다.
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참고문헌 (9)

  1. McCoy, R.L. (1981) "MC DRAG - A Computer Program for Estimating the Drag Coefficients of Projectiles", US Army Ballistics Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD, ARBRL-TR-02293 

  2. McCoy, R.L. (1999) "Modern Exterior Ballistics", Schiffer Military History, Atglen, PA 

  3. Sahu, J. (1986) "Drag Predictions for Projectiles at Transonic and Supersonic Speeds", US Army Ballistics Research Laboratory, Aberdeen Proving Ground, MD, BRL-MR-3532 

  4. Sawicki, S.J. (1966) "Design for Control of Projectile Flight Characteristics", US Army Material Command, Washington, AMC Pamphlet 706-242 

  5. Siewert, J. (2010) "PRODAS V3 User Manual", Arrow Tech Associates, South Burlington, VT 

  6. Torangatti, K., and Basawaraj (2014) "Drag Prediction and Validation of Standard M549, 155mm Projectile", International Journal of Engineering Research and Reviews, 2(3), 26-32 

  7. Vanderplaats, G.N. (1995) "DOT Design Optimization Tools", Vanderplaats Research & Development, Inc., Colorado Springs, CO 

  8. Wessam, M.E., and Chen, Z.H. (2015) "Firing Precision Evaluation for Unguided Artillery Projectile", International Conference on Artificial Intelligence and Industrial Engineering (AIIE 2015), 584-587 

  9. Whyte, R.H. (1973) "SPIN-73 An Updated Version of the Spinner Computer Program", Feltman Research Laboratory, Picatinny Arsenal Dover, NJ, Technical Report 4588 

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