KR20110016180A - 수륙양용 전투차량 - Google Patents

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KR20110016180A
KR20110016180A KR1020090073759A KR20090073759A KR20110016180A KR 20110016180 A KR20110016180 A KR 20110016180A KR 1020090073759 A KR1020090073759 A KR 1020090073759A KR 20090073759 A KR20090073759 A KR 20090073759A KR 20110016180 A KR20110016180 A KR 20110016180A
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Abstract

본 발명은 동일한 트랙 벨트로서 지면과 수면 위를 달릴 수 있도록 한 플래닝(Planning) 트랙과 구동(Driving) 트랙으로 구성된 궤도 벨트 시스템을 갖춘 수륙양용 전투차량(Amphibious Fighting Vehicle)에 관한 것으로서, 더욱 상세히 설명하면 수륙양용 전투차량은 지상에서는 전방에 조향을 위하여 2열 4개의 타이어로 구성된 두 셋트의 플래닝 트랙과 후방에 2열 다섯개의 타이어로 구성된 구동 트랙의 좌우 셋트로서 엔진의 동력에 의해 구동되도록 하였으며, 수상에서는 전면 궤도 벨트는 조향과 더불어 플래닝 기능을 갖도록 수면과의 접촉 시, 구름 마찰 만으로 회전하도록 하였으며, 후방의 궤도벨트는 지상에서 가동되는 동일한 엔진으로 구동되는데, 임계속도 이하에서는 궤도벨트의 하이 트랙으로서 연속적으로 임의의 양의 물을 후방으로 배제시키는 반작용에 의해 앞으로 진행하고, 임계속도 이상에서는 수면과의 구름마찰로서 수상 이동이 개시되며, 가속하면 보다 빠른 속도로 수면 상을 달리게 되는 것을 특징으로 한다.
궤도 벨트(Tracked Belt), 플래닝 트랙(Planning Track), 구동 트랙(Driving Track), 부가 부력(Additional Buoyancy), 원정 전투 차량(EFV: Expeditionary FightingVehicle), 수륙양용 전투차량(Amphibious Fighting Vehicle), 임계속도 (Critical Speed

Description

수륙양용 전투차량{Amphibious Fighting Vehicle }
본 발명은 동일한 트랙 벨트로서 지면과 수면 위를 달릴 수 있도록 한 플래닝(Planning) 트랙과 구동(Driving) 트랙으로 구성된 궤도 벨트 시스템을 갖춘 수륙양용 전투차량(Amphibious Fighting Vehicle)에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 수륙양용 전투차량은 차체 내부에 많은 공간을 부여하고, 차량의 총중량을 물 속으로 완전히 침수되는 무게(즉,배수량)보다 가볍게 설계함으로써 물의 부력에 의해 뜨게 만든 것으로, 이렇게 설계된 수륙양용 장갑차는 최대 적재무게로 인원 또는 장비가 탑재되면, 전체 차 중에서 대략적으로 80％ 이상이 물 속으로 잠기게 된다.
따라서 수륙양용 전투차량의 사용 예를 설명하면 2차 세계 대전에서 독일의 점령지역인 유럽을 탈환하기 위해서 연합군이 노르망디 상륙 작전을 감행하여 유럽을 독립시켰으며, 한국전에 있어서도 인천상륙 작전을 시도함으로서 북한군의 퇴로를 차단하여 전황을 유리하게 만든 것도 상륙작전에 없어서는 안 될 해병대의 수륙양용 전투 차량의 역할이었다.
이렇게 전쟁에서 전황을 유리하게 이끌 수 있는 기습적인 상륙작전이 최근 상대방의 전력 및 화력의 발전으로 인하여 수평선 너머 작전(Over The Horizon Operation)이라는 작전 개념의 변화를 가져왔고, 이러한 새로운 작전개념 및 환경에 필수적인 요구사항으로서 해상에서의 기동성을 충족시키기 위해서 세계강국들은 신 개념의 수륙양용 전투차량의 개발에 박차를 가하고 있다.
한편, 수륙양용 전투차량이 수상에서 추진력을 얻는 방법으로는 궤도회전방법과 물제트(water jet) 추진방법이 사용되고 있다.
그러나 궤도회전방법은 단지 현수장치의 무한궤도가 회전함에 따라 물을 밀어내어서 추진력을 얻는 방법이며, 별도의 추진장치가 필요 없으므로 편리하고 경제적이기는 하지만 속도가 느린 단점이 있다.
한편, 물제트 추진방법은 차체의 내부에 유관을 설치하고, 그 유관에 펌프를 설치하고, 펌프를 작동시키면 유관에 물이 입수되고, 그 입수된 물을 외부로 배출하고, 그 배출되는 힘에 의해서 추진력을 얻는 방법이다. 이 방법에 의하면 비교적 빠른 수상 운행속도를 얻을 수는 있지만, 물제트 장비는 대단히 고가일 뿐만 아니라 차체 내에 특수하게 부설되기 때문에 차체의 내부 공간을 감소시키고 차체의 무게를 증가시키는 결점을 지니고 있다.
그리고 수륙양용 전투차량은 배처럼 유선형이 아니기 때문에 구조적으로 물 저항을 상당히 많이 받으며, 따라서 궤도회전방법에 의한 수륙양용 전투차량의 수상 운행속도는 시속 6∼7 km 정도이며 물제트 추진장치를 채택하더라도 시속 10∼ 12 km 정도인 것으로 알려져 있다.
즉, 상륙작전의 핵이라고 할 수 있는 기존의 수륙양용 전투차량들은 수중속도가 20 km/hr에도 미치지 못하였기 때문에, 새로운 워터젯트 엔진으로 추진방식을 바꾸고, 수중에서의 벨트트랙의 마찰저항을 줄이기 위해 카버를 씌우고, 차량의 전/후방에 보우(Bow)와 플래닝 플레이트(Planning Plate)로서 수중에서 45 km/hr로 활주할 수 있는 기동성을 갖는 모델을 개발 하는 등 기동성의 향상을 위하여 부단히 노력하고 있는 중이다. 그러나 이러한 모델은 다소 높은 파고에서 운용 시, 제 속력을 내지 못할 뿐만 아니라 보우 상으로 쳐 올라오는 물보라로 운전자가 시야를 확보하지 못하고, 더욱이 무리하게 파도 속에서 속력을 유지하려다 보니 엔진의 소음이 지나치게 커서 차량 내에서의 육성에 의한 의사소통이 불가능 하다는 결점이 있다.
그리하여, 차선책으로 호버크라프트와 헬리콥터 그리고 수직이착륙수송기로 병력과 장비를 운송하려고 하나, 호버크라프트는 높은 파고에서도 기동성은 좋으나 한 대 이상의 수륙양용 전투차량을 운반하지 못하고, 소화기로부터 발사되는 탄에도 수송능력을 상실하는 등의 취약점이 있으며, 헬리콥터와 수직이착륙수송기는 상륙작전에 요구되는 시간 내에 병력은 운송할 수 있으나, 화력을 갖고 있는 30톤이 넘는 중량의 수륙양용차량의 수송은 할 수 없다는 단점이 있다. 따라서, 수평선 너머의 상륙작전을 성공적으로 수행하기 위해서는 병력수송과 화력을 겸비한 수륙양용 전투차량이 100 km 이상의 해상 거리를 90분 이내에 주파할 수 있는 기동성이 요구되는게 현실이다.
따라서 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 수상이동기술로서 설계 및 제작된 신 개념의 수륙양용 전투차량으로서 수평선 너머의 상륙작전에 필요한 기동성 및 화력을 겸비하고 있고, 파고를 평탄화 하면서 수상 위를 이동하기 때문에 에너지 효율이 높을 뿐만 아니라, 소음도 적은 수륙양용 전투차량을 제공한다.
본 발명 수륙양용 전투차량은 동일한 트랙 벨트로서 지면과 수면 위를 달릴 수 있도록 한 플래닝(Planning) 트랙과 구동(Driving) 트랙으로 구성된 궤도 벨트 시스템을 갖춘것으로서 지상에서는 전방에 조향을 위하여 2열 4개의 타이어로 구성된 두 셋트의 플래닝 트랙과 후방에 2열 다섯개의 타이어로 구성된 구동 트랙의 좌우 셋트로서 엔진의 동력에 의해 구동되도록 하였으며, 수상에서는 전면 궤도 벨트는 조향과 더불어 플래닝 기능을 갖도록 수면과의 접촉 시, 구름 마찰만으로 회전하도록 하였으며, 후방의 궤도벨트는 지상에서 가동되는 동일한 엔진으로 구동되는데, 임계속도 이하에서는 궤도벨트의 하이 트랙으로서 연속적으로 임의의 양의 물을 후방으로 배제시키는 반작용에 의해 앞으로 진행하고, 임계속도 이상에서는 수면과의 구름마찰로서 수상 이동이 개시되며, 가속하면 보다 빠른 속도로 수면 상을 달리게 되는 구조이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명 수륙양용 전투차량은 해상에서 임계속도 이상으로 주행 시, 차량 전방의 플래닝 궤도 벨트가 파도의 파고를 평탄화하면서 후방의 구동 궤도벨트의 추진력으로 고속 수상 이동을 함으로서 현대 상륙작전의 작전 개념인 수평선 너머로부터 작전을 개시하여 적의 해변까지 작전시간 내에 병력과 화력을 갖춘 수륙양용 전투차량을 이동시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 해안의 지면과 수면 사이의 이동을 순간의 지체함도 없이 환경 적응 속도로 진행할 수 있어 적의 화력의 목표물이 될 기회를 최대한 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
더욱 본 발명은 상륙작전 개시 시, 수송전단함의 하역 데크로부터 임계속도 이상으로 출발 시, 그대로 해면상으로의 이동이 가능하고, 해변으로부터 수송전단으로의 복귀 시에도 지면의 이동속도를 그대로 유지하면서 해상으로 진입하여 가속함으로서 작전 시간을 최소화시키는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 임계속도 이상으로 수면 위를 질주하고 있는 모습을 도시한 도면으로 해당 차량의 전방에는 2열 4개의 타이어(10)로 구성된 로우 트랙의 플래닝 트랙(11)이 좌우 한 조로서 파고를 평탄화하면서 구름마찰로 회전하면서 진행하고, 후방에는 2열 5개의 타이어(10)로 구성된 하이트랙의 구동 트랙(12)이 좌우 한조로 역시 구름마찰로서 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)을 수면 위로 구동시킨다.
여기서 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 수면 위를 달리는 임계조건을 구하여 보면, 수면과의 접촉하고 있는 트랙의 전체 면적을 "A" 라 하고, 차량 자체 의 중량을 "W", 그리고 수면 위를 달리는 임계속도를 " VC" 이라 했을 때, 이때 발생되는 드래그(Drag)는 다음 식으로 표현 할 수 있다.
Figure 112009503083451-PAT00013
여기서, "ρ W " 는 물의 밀도이다. 또한, 본 발명인 수륙양용전투차량(100)이 수면 위에 있기 위한 조건은 차량의 중량을 트랙의 수면과의 접촉 면적이 상당 면 압 "P" 로 받치고 있어야 한다.
즉,
Figure 112009503083451-PAT00014
본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 수면 위를 달리는 임계속도에서의 운동량의 변화(Momentum Change)는 역적(Impulse)과 같으므로 다음 식을 도출 할 수 있다.
Figure 112009503083451-PAT00015
이 때, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 쿨롬 구름 마찰(Coulomb Rolling Friction) "μ"로 물위를 달린다고 하면 (1) 식과 (2) 식은 다음과 같은 관계를 갖게 된다.
Figure 112009503083451-PAT00016
여기서, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 물위를 달리는 임계조건은 차량의 트랙이 수면과 미끄러짐이 없이 맞 물려 돌아가야만 한다.
즉,
Figure 112009503083451-PAT00017
또한, 평평한 트랙 벨트(Flat Track Belt)의 드래그 계수(Coefficient of Drag) "CD" 는 1.0 이므로, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 물 위를 달리는 임계속도 " VC"는 다음과 같이 주어진다.
Figure 112009503083451-PAT00018
상기와 같이 임계속도가 구해지면, 임계 정체 시간 "ΔT" 은 다음과 같이 계산된다.
Figure 112009503083451-PAT00003
상기와 같은 임계 선속도를 낼 수 있는 트랙 벨트 내의 타이어의 반경 "R" 은 다음 식으로 주어진다.
Figure 112009503083451-PAT00019
또한, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 수면 위를 달리기에 소요되는 벨트 트랙이 수면과의 접촉 면적 "A" 는 다음과 같다.
Figure 112009503083451-PAT00020
상기 (1)식으로부터 (9) 식으로 수면 위를 달리는 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 설계가 가능하고, 수면에서의 작전 최고 속력 "VM" 이라 하면, 그에 따 른 소요 동력 " HP"은 다음과 같이 추정 할 수 있다.
Figure 112009503083451-PAT00021
상기 식에서 "ρ Air " 는 공기 밀도이고, " AF" 는 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 전면 면적에 해당되며, "CD"는 대기 중에서 움직이는 물체의 드래그 계수이다.
상기의 식들을 이용하여 계산된 타이어의 직경이 0.75 m이므로 임계속도인 13 km/hr 이상에서 본 발명인 수륙양용 전투차량은 수면 위를 달릴 수 있다.
여기서의 임계속도는 식 (6)과 같은 함수이며, 엔진으로부터 주어진 동력에 의해 트랙이 회전하여 수면과의 접촉 시, 발생되는 수면 압력과 지속적인 동력의 공급에 의해 트랙에 주어지는 모멘텀이 구름마찰 저항으로서 트랙에 수면 압력(0.571 kg/cm2)으로 차량 전체의 무게를 받치게 되므로, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 수면 상에서 질주할 수 있으며, 수면 상의 최고 속도를 120 km/hr 이라고 하면, 이때의 엔진의 소요 마력은 해당 속도에 대한 구름마찰 저항과 수면 상의 대기에 의한 드래그를 합한 값으로 구할 수 있다. 예를 들면, 해당 차량의 중량이 30 톤이라고 하고, 120 km/hr의 최고 속도로서 달리기에 필요한 엔진의 마력은 1,585 HP에 달한다.
동일한 마력의 엔진으로서 지면상을 지상의 도로 여건에 의해 80 km/hr로 달리는 데에는 충분한 동력원이라고 하겠다.
도 2는 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 부가 부력 후측 브이(20)와 측면 브이(21 및 22: 본도에서는 보이지 않음)에 따른 흘수선을 가지게 되고, 후방의 하이트랙의 회전에 의한 반작용으로 수중에서 임계속도 이하의 저속으로 진행하는 모습을 보여 주고 있다.
이렇게 진행하면서 속도가 임계속도에 다다르면, 플래닝 트랙이 부상하기 시작하면서, 구동 트랙이 구름마찰로의 구동으로서 가속하여 수평선 너머의 상륙작전에 필요한 속도로서 작전을 수행하게 된다.
상기 예에서와 같이 본 발명의 수륙양용 전투차량(100)의 중량이 30 톤이고, 트랙을 구성하고 있는 타이어의 직경이 0.75 m의 경우, 가능한 한 부가 부력을 추가하여 흘수선이 0.375 m 이하로 하는 것이 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 임계속도에서 수면 위로 부상하기에 유리하다.
다시 말하면, 전투차량(100)이 부가 부력 후측 브이(20)와 측면 브이(21 및 22)을 포함한 밑면적을 "S" 라고 하면, 예상 흘수선의 높이(타이어의 반경) " R" 은 다음과 같은 식으로 표현 될 수 있다.
Figure 112009503083451-PAT00007
상기 식에 의해 소요 부가 부력의 부피를 계산 할 수 있다.
도 3은 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 측면 사시도(3a)로서 해당 차량이 지면이나 수면 위를 진행 시, 전방 2열 4개의 타이어(10)로 플래닝 트랙(11)과 후방 2열 5개의 타이어(10)로 구동 트랙으로 좌우 각 2조의 벨트 트랙으로 구성되 어 있고, 부가 부력으로서 후측 브이 (20)와 좌측 브이(21)을 보여 주고 있다. 또한, 전면 사시도(3b)에는 로우 트랙으로 구성된 전방 플래닝 트랙(11)과 좌 우측 부가 부력(21,22)이 배치된 모습을 보여 주고 있고, 후면 사시도(3c)에는 좌우 측면 부가 부력(21,22)와 하이트랙으로 형성된 후방의 구동 트랙(12)의 단면을 보여 주고 있다. 여기서, 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)이 고속으로 수면 위를 주행 시, 해당 시스템의 무게 중심(Center of Gravity)을 가능한 한 낮추면서, 압력 중심(Center of Pressure)보다 앞으로 위치하도록 하는 것이 해당 시스템의 주행 안정성을 향상시킨다.
도 4는 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 평면 사시도로서 부가부력으로서 후측 브이(20)과 좌우측 브이(21,22)를 전개하고 있는 모습으로, 임계속도 이하로서 수중에서 진행 할 경우에 해당된다.
도 5도 역시 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)의 배면 사시도로서 임계속도 이하로 진행 시, 후측 부이(20)와 좌 우측 브이(21,22)가 전개 되어 있는 상태이며, 전방의 플래닝 트랙(11)이 로우 트랙으로 트랙 벨트 면을 형성하고 있고, 후방 트랙은 구동을 위해 하이 트랙으로 형성된 구동 트랙(12)의 트랙 벨트 면을 보여 주고 있다. 참고로, 본 발명이 수상 위를 고속으로 주행 시, 시스템의 무게 중심(C.G)이 압력의 중심(C.P)보다 앞에 위치하도록 하는 것이 시스템의 주행 안정성을 높여 준다.
본 발명의 상륙작전 실시 예를 들어 본 발명의 작용효과를 설명하고자 한다.
적의 임의의 해안으로 상륙작전을 실시하는 D-day에 전투 병력과 본 발명인 수륙양용 전투 차량을 실은 수송전단이 해안으로부터 수평선 너머에서 상륙작전을 개시하고자, 분대의 전투 병력을 실은 본 발명의 수륙양용 전투 차량이 수송함의 하역 데크로부터 임계속도(약 13 km/hr) 이상으로 해면으로 진입하면, 바로 해면상에서 중량 30톤의 본 발명의 수륙양용 전투 차량(100)이 가속하여 시속 120 km의 수상 이동 속도로서 적의 해변을 향하여 질주하게 된다. 만일 수송함의 하역 데크로부터 임계속도 이하로 출발하게 되는 경우에는 본 발명인 수륙양용 전투 차량(200)의 측면과 후면으로부터 각 브이(Buoy)들을 전개하고, 엔진 출력을 올리면 본 발명의 후방 구동 궤도벨트가 가속 회전하게 되고, 구동 궤도벨트를 형성하고 있는 구동 하이 트랙의 반작용에 의해 해당 차량은 전진하여, 임계속도(13 km/hr)에서 전방 플래닝 트랙이 부상하면서 궤도벨트 전체가 해상으로의 이동을 개시하게 된다. 이때, 전개되었던 브이들을 제 위치로 옮긴 다음, 가속하여 역시 시속 120 km으로 수상 이동한다.
해면으로부터 해변의 지면으로 진입 시에는 해변의 지면 상태에 따라 주행속도를 감속하여 그대로 진행하여 해면으로부터 지면에 도달하고, 해당 전투차량의 화력으로 적의 해안 진지를 제압한 후에 전투 병력을 투입하게 된다.
만일 전황이 불리하게 되어 퇴각 시에는 해변의 지면에서의 주행속도(60 km/h: 수상이동 임계속도는 13 km/hr)로서 그 대로 해면으로 진입하여 가속하여 120 km/hr의 속도로서 수상 이동하여 수송전단으로 복귀하게 된다.
이와 같이 본 발명인 수륙양용 전투차량(100)은 상륙작전 시, 고속으로 해면을 수상이동하고, 한 순간의 지체함이 없이 해면과 지면 사이를 왕래할 수 있다.
도 1은 본 발명이 임계속도 이상에서 플래닝 및 구동 트랙으로 수상을 주행하는 대표도.
도 2는 본 발명이 부가부력에 의한 흘수선 아래 수중에서 임계속도 이하의 저속으로 이동하는 실시 예.
도 3은 본 발명이 부가 부력을 제 위치에 구비하고 있는 측면 및 전,후면 사시도.
도 4 는 본 발명이 부가 부력을 전개하고 있는 평면 사시도.
도 5는 본 발명이 부가 부력을 전개하고 있는 배면 사시도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10: 타이어 11: 로우트랙의 플래닝 트랙
12: 하이트랙의 구동트랙 20: 후축 브이
21: 좌측브이 22: 우측브이
100: 수륙양용 전투차량

Claims (6)

  1. 수상 이동이 가능한 소요 중량의 수륙양용 전투차량에 있어서,
    상기 수륙양용 전투차량(100)의 궤도벨트는 양측을 전후방으로 구분하여,
    전방에는 로우 트랙의 플래닝 트랙(11)의 궤도벨트 시스템과, 후방에는 하이 트랙의 구동 트랙(12)의 궤도벨트 시스템을 구성하고, 낮은 흘수선을 갖도록, 해당 전투차량(100)의 양 측면에 측면 브이(21, 22)와, 상기 수륙양용 전투차량(100)의 후 측에 후측 브이(20)로 부가 부력 시스템을 부여하고, 한 조의 동일엔진으로 조향과 수면 및 지면의 수상 및 지상 고속 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 수륙양용 전투차량.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전방의 로우 트랙의 플래닝 트랙(11)은 2열 4개의 타이어(10)로서 한 조를 구성하여 임계속도 이상에서는 수상으로 부상하여 구름마찰로서 수면 상을 이동하고, 유압 제동장치로서 조향이 되는 것을 특징으로 하는 수륙양용 전투차량.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 후방의 하이 트랙(12)의 구동 트랙은 2열 5개의 타이어(10)로서 한 조를 구성하며, 엔진의 변속기를 거친 구동축에 의해 4륜 구동되며, 임계속도 이하에서는 수중에서 하이 트랙(12)의 반작용으로 추진되고, 임계속도 이상에 도달하면 수면과의 구름마찰로서 수면 상을 질주하는 것을 특징으로 하는 수 륙양용 전투차량.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흘수선을 낮추게 하는 양측 좌우측 브이(21, 22)와 후측 브이(20)는 임계속도 이하에서는 부가 부력을 위해 전개되고, 임계속도 이상에서는 원 위치로 하여 고속으로 수상이동을 하는 수륙양용 전투차량.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 수륙양용 전투차량(100)은 수상에서의 최고 속도를 기준으로 하여, 구름마찰력과 드래그에 해당 최고속도로 진행시에 요구되는 마력으로 동력이 결정된 것을 특징으로 하는 한조의 엔진만으로 수상 및 지상을 왕래하는 수륙양용 전투차량.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 수륙양용 전투차량(100)은 3인의 승무원과 17인의 완전무장 병력 및 소요 화력이 구비된 중량을 갖고 있으면서 수상 이동이 가능한 수륙양용 전투차량.
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