KR20110126770A - 피탄충격 시험용 충격탄 및 이를 이용한 피탄충격 모의 시험장치 - Google Patents

피탄충격 시험용 충격탄 및 이를 이용한 피탄충격 모의 시험장치 Download PDF

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KR20110126770A
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KR1020100046213A
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박지우
김학인
구만회
주재현
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은, 전투 차량이 피탄되는 경우 전투 차량의 장갑을 형성하는 패널의 충격흡수 성능을 평가할 때, 패널을 관통하지 않으면서도 고속의 충격을 가할 수 있도록 한 피탄충격 시험용 충격탄과 이 충격탄이 패널에 충돌할 때 발생하는 충격량을 정량적으로 측정할 수 있도록 한 피탄충격 모의 시험장치에 관한 것으로서,
피탄충격 시험용 충격탄은, 내부에 추진제(12)가 충전된 탄피(11)와; 시험대상 패널(30)을 관통하지 않고 충격량만 전달하도록 전면이 평평한 실린더 형상으로 형성되어 탄피(11)의 앞부분에 결합되며, 시험대상 패널(30)과의 충돌에 따라 변형되도록 무른 재질의 금속으로 이루어진 충격탄두(15)와; 탄피(11)와 충격탄두(15)를 겹합시키는 탄대(13)와; 탄피(11)의 후방에 구비되어 추진제(12)를 기폭시키는 뇌관(14);을 포함하는 것을 특징으로 하고,
피탄충격 모의 시험장치는, 충격탄(10)을 발사하는 총기(20)가 고정되는 총기 고정지그(21)와; 총기(20)로부터 발사되는 충격탄두(15)의 탄속을 측정하는 탄속 측정장치(22)와; 총기 고정지그(21)로부터 일정 거리 이격되게 설치되며 시험대상 패널(30)이 고정되는 패널 고정지그(23)와; 시험대상 패널(30)에 가해지는 충격량을 감지하는 충격량 센서(24)에 케이블(26)로 연결된 충격량 측정장치(25)와; 측정 데이터를 이용하여 시험대상 패널(30)의 비선형 동적 거동을 해석하는 프로그램이 구비되고, 측정 데이터 및 해석 결과가 저장되는 컴퓨터(27);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 충격탄두를 제외한 충격탄의 나머지 부분이 실탄과 동일한 구조로 형성되어 실탄의 탄두와 동등한 고속 충격을 가함으로써 실제와 유사한 조건으로 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 정확하게 평가할 수 있게 함은 물론, 충격탄두에 의한 충격량의 조절을 통해 다양한 소재의 패널에 대한 시험을 수행하고, 궁극적으로는 강철이나 알루미늄과 같은 금속소재는 물론 복합재, 폼, 고무 등의 다양한 충격 흡수 소재들을 적층하여 형성한 최적의 충격흡수 패널의 개발에 이바지할 수 있다.

Description

피탄충격 시험용 충격탄 및 이를 이용한 피탄충격 모의 시험장치{The Shock Projectile for Ballistic Impact Test and Simulator of Ballistic Impact by It}
본 발명은 전투 차량이 피탄되는 경우 전투 차량의 장갑판에 형성되는 패널의 충격흡수 성능을 평가하기 위한 장치에 관한 것으로서, 특히 패널을 관통하지 않으면서도 고속의 충격을 가할 수 있도록 한 피탄충격 시험용 충격탄 및 이 충격탄이 패널에 충돌할 때 발생하는 충격량을 정량적으로 측정할 수 있도록 구성된 피탄충격 모의 시험장치에 관한 것이다.
일반적으로 장갑차를 비롯한 전투 차량의 경우에는 임무 수행시 적탄에 의해 피습되는 경우가 많기 때문에 일정 이상의 방호력을 가져야 함은 물론 그 충격에 의해 내부의 탑승자들과 주요 장비들이 충격을 받지 않도록 해야 한다. 따라서, 전투 차량의 외피로 사용되는 패널은 외부 충격을 충분히 흡수할 수 있는 소재로 형성되어야 하며, 해당 소재가 실제로 충분한 충격흡수 성능을 확보하고 있는지에 대해서는 충격 시험을 통해 미리 확인할 필요가 있다. 이러한 패널의 충격흡수 성능을 평가하기 위한 통상적인 충격시험 방법으로는, 진자시험이나 낙하 충격시험과 같이 위치에너지를 이용한 충격시험법, 또는 공기압에 의해 발사된 시험체의 충돌 에너지를 이용한 발사 충격시험법이 있다.
그런데, 상기한 충격시험 방법들은 충격속도가 낮아 전투 차량의 피탄과 같은 고속 충격을 모사할 수 없다. 이에 따라 고속 충격을 가할 수 있도록 실탄을 이용하기도 하지만, 이 경우에는 대부분 실탄이 패널을 관통하거나 탄의 박힘이 일정하지 않기 때문에, 성능시험의 신뢰성을 확보할 수 없고 피탄충격에 따른 충격흡수 성능을 시험하기 위한 조건을 설정하기가 어렵다.
특히 실탄을 이용하여 충격흡수 성능을 평가하는 경우 패널을 관통한 탄두나 파편에 의한 안전사고가 발생할 수 있고, 실탄 사용에 따라 시험 비용이 증가하는 문제점이 있다.
이에 따라 방호 패널과 같은 내충격 패널이 충격흡수 패널을 개발하기 위해서는 피탄충격을 모사하여 충격흡수 성능을 시험할 수 있는 새로운 시험방법이 요구된다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 시험대상 패널에 피탄에 따른 충격량을 전달하면서도 패널을 관통하지 않도록 하는 피탄충격 시험용 충격탄을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 실탄과 동등한 피탄충격을 가할 수 있도록 함으로써 실제와 유사한 시험 결과를 얻을 수 있도록 하는 피탄충격 시험용 충격탄을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 충돌 에너지의 전달이 효율적으로 이루어지도록 함과 아울러 충돌 에너지의 소실을 최소화할 수 있는 피탄충격 시험용 충격탄을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명은 시험대상 패널을 관통하지 않는 충격탄을 이용하여 실탄과 동일한 충격량을 시험대상 패널에 전달할 수 있도록 함으로써 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 정확하게 평가할 수 있는 피탄충격 모의 시험장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또, 본 발명은 실탄 대신 충격탄을 사용하여 시험대상 패널에 피탄충격을 부여함으로써 실탄 사용에 따른 안전 사고를 예방하고 시험 비용을 절감할 수 있는 피탄충격 모의 시험장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 피탄에 따른 충력량을 조절하면서 다양한 소재의 패널에 대한 충격성능을 평가하도록 함으로써 최적의 충격흡수 패널을 개발하는데 이바지할 수 있는 피탄충격 모의 시험장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄은, 내부에 추진제가 충전된 탄피와; 시험대상 패널을 관통하지 않고 충격량만 전달하도록 전면이 평평한 실린더 형상으로 형성되어 상기 탄피의 앞부분에 결합되며, 상기 시험대상 패널과의 충돌에 따라 변형되도록 무른 재질의 금속으로 이루어진 충격탄두와; 상기 탄피와 충격탄두를 결합시키는 탄대와; 상기 탄피의 후방에 구비되어 상기 추진제를 기폭시키는 뇌관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 상기 충격탄두는, 알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 상기 충격탄두는, 상기 시험대상 패널과의 충돌에 따라 파손 및 분리되지 않은 버섯 모양으로 변형되도록 한 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 상기 충격탄두는, 그 길이가 직경의 2.5 ~ 3.75배가 되도록 형성된 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치는, 충격탄을 발사하는 총기가 고정되는 총기 고정지그와; 상기 총기로부터 발사되는 충격탄두의 탄속을 측정하는 탄속 측정장치와; 상기 총기 고정지그로부터 일정 거리 이격되게 설치되며 시험대상 패널이 고정되는 패널 고정지그와; 상기 시험대상 패널에 가해지는 충격량을 감지하는 충격량 센서에 케이블로 연결된 충격량 측정장치와; 측정 데이터를 이용하여 상기 시험대상 패널의 비선형 동적 거동을 해석하는 프로그램이 구비되고, 측정 데이터 및 해석 결과가 저장되는 컴퓨터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 상기 시험대상 패널은, 고강도 알루미늄 합금재(Al 7039), 복합재료(S2 FRP), 케블라 섬유(Kevlar FRP) 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 상기 시험대상 패널은, 알루미늄 판재에, 알루미늄 폼(Foam)재, 고무 판재, 복합재료 판재 중 적어도 하나 이상이 적층되어 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 상기 패널 고정지그는, 상기 시험대상 패널의 상단 좌우 양측과 하단 좌우 양측의 4점 지지 방식으로 상기 시험대상 패널을 고정하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 상기 컴퓨터에 구비된 프로그램은, 3차원 비탄성 구조물의 비선형 동적 거동을 모사할 수 있는 LS-DYNA 프로그램인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 피탄충격 시험용 충격탄은, 충격탄두의 전면이 평평하게 형성되어 패널에 충돌 후 패널을 관통하지 않고 충격량만 전달하게 되므로, 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 정확하게 평가할 수 있게 하는 효과가 있다.
또, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 충격탄두를 제외한 나머지 부분이 실탄과 동일한 구조로 형성되어 실탄의 탄두와 동등한 고속 충격을 가함으로써 실제와 유사한 조건으로 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 평가할 수 있게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 충격탄두가 시험대상 패널에 충돌하여 파손 및 분리되지 않은 버섯 모양으로 변형되므로 충돌 에너지의 대부분이 시험대상 패널로 전달되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄에 따르면, 충격탄두가 상대적으로 길게 형성되어 충돌 에너지의 전달이 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치는, 실탄과 유사한 구조로 이루어진 충격탄을 발사하되 충격탄두가 시험대상 패널을 관통하지 않고 충격량만 전달하도록 하므로, 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 정확하게 평가할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 시험시 탄두가 시험대상 패널을 관통하지 않음은 물론 충돌 후 파손 및 분리되지 않은 버섯 모양으로 변형되므로, 시험 도중 안전사고의 발생 위험이 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 고속 충격을 가하기 위하여 실탄을 모사한 충격탄을 사용하게 되므로, 실탄 사용에 따르는 위험 요인을 줄일 수 있고 시험 비용이 절감되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에 따르면, 총기에서의 발사속도를 제어하여 충격탄두가 가진 충격량을 자유롭게 조절하면서 충격성능 시험을 수행하게 되므로 다양한 소재의 패널에 대한 시험이 가능한 효과가 있다. 즉, 기존의 장갑 소재로 사용되던 강철이나 알루미늄과 같은 금속소재는 물론 복합재, 폼, 고무 등의 다양한 충격 흡수 소재들을 적층한 경우에도 적용할 수 있게 되어 최적의 충격흡수 패널의 개발에 활용할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 피탄충격 시험용 충격탄이 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 충격탄에서 비행하는 충격탄두의 사거리와 요잉각 사이의 그래프.
도 3은 본 발명의 충격탄에서 비행하는 충격탄두의 사거리와 회전 안정성 팩터 사이의 그래프.
도 4는 본 발명의 충격탄에서 비행하는 충격탄두의 사거리에 따른 속도 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치를 이용한 시험에서 탄속 변화에 따른 충격탄두의 변형 형상이 도시된 참고도.
도 6은 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치를 이용한 시험시 표적 형상이 도시된 참고도.
도 7은 본 발명에 의한 피탄충격 모의 시험장치가 개략적으로 도시된 구성도.
도 8은 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치를 이용한 시험 장면이 도시된 참고도.
도 9는 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치를 이용한 시험 결과 변형된 충격탄두의 양부 판정을 설명하기 위한 참고도.
도 10은 세라믹과 알루미늄 적층판에 대하여 12.7㎜ AP탄의 관통이 되지 않는 조건에서의 충격에너지를 해석한 그래프.
도 11은 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치에서 시험대상 패널의 충격 전후 모습을 나타낸 사진.
도 12는 시험대상 패널의 충격흡수 거동을 분석하기 위한 LS-DYNA 프로그램에 따른 모델링 도면.
도 13은 본 발명의 요부 구성인 패널 고정 지그의 일부가 도시된 사진.
도 14는 시험대상 패널의 종류별 피탄 형상이 도시된 참고도.
도 15는 실제 내충격 구조에 대한 피탄 충격 결과를 모의시험 데이터와 비교한 그래프.
도 16은 실제 내충격 구조에서 피탄충격 직후 및 충격탄 분리 직후의 폰 미제스(Von Mises) 응력 분포를 나타낸 참고도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄 및 이를 이용한 피탄충격 모의 시험장치를 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄은 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 추진제(12)가 충전된 탄피(11)와; 시험대상 패널(30)을 관통하지 않고 충격량만 전달하도록 전면이 평평한 실린더 형상으로 형성되어 상기 탄피(11)의 앞부분에 결합되며, 상기 시험대상 패널(30)과의 충돌에 따라 변형되도록 알루미늄과 같이 무른 재질의 금속으로 이루어진 충격탄두(15)와; 상기 탄피(11)와 충격탄두(15)를 겹합시키는 탄대(13)와; 상기 탄피(11)의 후방에 구비되어 상기 추진제(12)를 기폭시키는 뇌관(14);을 포함하는 이루어진다.
이때, 상기 충격탄두(15)는, 상기 시험대상 패널(30)과의 충돌에 따라 파손 및 분리되지 않은 버섯 모양으로 변형되도록 하며, 그 길이가 직경의 2.5 ~ 3.75배가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 충격탄두(15)의 길이가 직경의 2.5배 미만인 경우에는 충돌 에너지의 전달량이 작아 효율이 떨어지고, 직경의 3.75배를 초과하는 경우에는 탄도 및 회전 안정성이 떨어질 수 있기 때문이다.
상기 충격탄두(15)의 시험 적합성을 확인하기 위하여 공지의 탄도해석 프로그램(PRODAS)을 이용하여 탄도특성과, 비행안정성 및 속도변화를 계측하였으며, 그 결과가 도 2 내지 도 4에 도시되어 있다. 탄도특성은 도 2에 도시된 바와 같이, 사거리의 증가에 따라 요잉각(Yaw Angle)이 증가하지만 전체적으로는 최대 요잉각이 0.05도 미만으로 매우 작게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 비행안정성 팩터(Gyroscopic Stability Factor)의 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 변화량이 크지 않고 안정적임이 확인되었다. 또한, 속도변화의 경우에도 도 4에 도시된 바와 같이 시험구간 내에서의 감속량이 매우 작은 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 충격탄두(15)는 매우 안정적인 비행을 하며, 속도 감속량도 매우 작아 시험에 적합한 것을 확인하였다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 피탄충격 시험용 충격탄은 충격탄두 부분을 제외한 나머지 부분은 실탄과 동일한 구조로 형성되어 실제과 유사한 피탄 효과를 보임으로써 피탄충격 시험시 정확한 데이터를 얻을 수 있도록 한다.
총기(20)의 공이가 뇌관(14)을 때리면 상기 뇌관(14)이 기폭하여 탄피(11) 내부의 추진체(12)를 폭발시키게 된다. 상기 추진체(12)의 폭발에 따라 탄피(11) 내부의 압력이 급격히 증가하게 되며, 이 폭발압력에 의해 충격탄두(15)가 상기 탄피(11)로부터 이탈함과 아울러 추진력을 얻어 발사된다. 발사된 상기 충격탄두(15)는 폭발압력에 의한 추진력으로 탄도 비행을 하게 되며, 목표물인 시험대상 패널(30)에 충돌하게 된다.
이때, 상기 충격탄두(15)의 전면부가 평평하게 되어 있으므로, 충격탄두(15)는 상기 시험대상 패널(30)을 관통하지 못하고 변형된다. 따라서, 상기 충격탄두(15)가 가지고 있는 운동 에너지의 일부는 상기 충격탄두(15)가 변형되는 변형 에너지로 전환되어 소실되지만, 대부분의 운동 에너지는 충돌 에너지로 전환되어 상기 시험대상 패널(30)에 전달되는 것이다.
한편, 상기 충격탄두(15)가 시험대상 패널(30)에 충돌하였을 때의 안전도를 확인하기 위하여 상기 충격탄두(15)를 시험대상 패널(30)에 다양한 속도로 충돌시킨 후 탄두의 변형상태를 확인하였다. 그 결과 관통 현상은 없었고, 충돌속도 530m/s에서는 탄체 결합부 파단 현상이 발생하였으며, 278~476m/s 구간에서는 단계적으로 크기가 다른 버섯 모양을 형성하는 것이 확인되었다. 즉, 충돌 후 탄체 결합부의 형상과 요(Yaw) 및 알루미늄 표적 형상을 확인하였을 때, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 다만, 도 9의 (a)와 같이 탄체 결합부가 파단된 경우에는 불량으로 판정하고, 도 9의 (b)와 같이 탄체 결합부가 버섯 모양으로 변형된 경우에만 양호한 변형이 이루어진 것으로 판정하였다.
여기서, 상기 충격탄(10)의 충격탄두가 상기 시험대상 패널에 충돌하는 속도, 즉 충돌속도는 상기 시험대상 패널이 실제 화기에 의해 관통되지 않는 조건으로 설정해야 함은 당연하다. 이를 위해서 실제 화기에 의해 관통이 발생하지 않는 조건에서의 충격에너지 수준을 도 10과 같이 확인하고, 그에 대응하도록 상기 충격탄의 시험속도를 설정한다. 참고로 도 10은 세라믹 판재와 알루미늄 판재가 적층되어 형성된 시험대상 패널에 대하여 12.7㎜ AP탄의 관통이 되지 않는 조건에서의 충격에너지를 해석한 그래프이다.
그리고, 상기한 충격탄(10)을 이용하여 충격흡수 성능을 시험하기 위한 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치는 도 7과 도 8에 도시된 바와 같이, 충격탄(10)을 발사하는 총기(20)가 고정되는 총기 고정지그(21)와; 상기 총기(20)로부터 발사되는 충격탄두(15)의 탄속을 측정하는 탄속 측정장치(22)와; 상기 총기 고정지그(21)로부터 일정 거리 이격되게 설치되며 시험대상 패널(30)이 고정되는 패널 고정지그(23)와; 상기 시험대상 패널(30)에 가해지는 충격량을 감지하는 충격량 센서(24)에 케이블(26)로 연결된 충격량 측정장치(25)와; 측정 데이터를 이용하여 상기 시험대상 패널(30)의 비선형 동적 거동을 해석하는 LS-DYNA 프로그램이 구비되고, 측정 데이터 및 해석 결과가 저장되는 컴퓨터(27);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 패널 고정지그(23)는, 상기 충격탄두가 상기 시험대상 패널에 충돌할 때 그 충격량이 잘 전달되도록 하기 위하여, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 시험대상 패널(30)의 상단 좌우 양측과 하단 좌우 양측을 모두 지지하는 4점 지지 방식으로 상기 시험대상 패널(30)을 고정하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 시험대상 패널(30)은 충격에 의한 풀림이 없도록 상기 패널 고정지그(23)에 볼트로 단단하게 고정되어야 함은 당연하다. 또한, 상기 충격량 센서(24)는 상기 시험대상 패널의 후면에 설치되는 가속도 센서로서 4개 이상 설치되는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 피탄충격 모의 시험장치는, 총기에서 발사되어 비행하는 충격탄두가 시험대상 패널에 충돌할 때 발생하는 충격량을 계측하여 시험대상 패널의 충격흡수 성능을 평가하게 된다.
총기 고정지그(21)에 고정된 총기(20)에 충격탄(10)을 삽입한 후 방아쇠를 당기면 상기 충격탄(10) 내부의 추진제(12)의 폭발력에 의해 충격탄두(15)가 발사된다. 발사된 충격탄두(15)는 패널 고정지그(23)에 고정된 시험대상 패널(30)에 충돌하게 되며, 상기 시험대상 패널(30)을 관통하지 않고 충격량만을 전달한다. 이때, 탄속 측정장치(22)는 상기 총기(20)에서 발사되는 상기 충격탄두(15)의 총구속도와 상기 충격탄두(15)가 상기 시험대상 패널(30)에 충돌할 때의 속도인 충돌속도를 계측한다. 그리고, 충격량 측정장치(25)는 상기 시험대상 패널(30)의 후면에 설치된 충격량 센서(24)에 의해 감지된 충격 신호를 케이블(26)을 통해 전달받아 충격량으로 계산하며, 이를 컴퓨터(27)로 전달한다. 상기 컴퓨터(27)는 상기 충격량 측정장치(25)로부터 전달된 충격량 데이터 및 상기 탄속 측정장치(22)로부터 전달된 탄속 데이터를 이용하여 상기 시험대상 패널(30)에 가해지는 충격량을 분석 및 저장한다.
도 11은 다층 구조의 시험대상 패널에 대하여 충격탄두를 충돌시켰을 때, 충돌 전후의 패널 형상을 나타낸 것이며, 이를 상기 컴퓨터에서 3차원 비탄성 구조물의 비선형 동적 거동을 모사할 수 있는 LS-DYNA 프로그램을 이용하여 모델링한 결과, 도 12와 같이 나타났다. 도 12의 (a)는 내충격 패널에 대한 20㎜ 충격탄의 충돌 해석을 위한 LS-DYNA 해석 모델이고, (b)는 시험대상 패널의 피탄 부위의 변형 형상을 LS-DYNA 프로그램으로 해석한 결과를 나타낸 것이다. 이에 따르면, 충격탄두의 충돌에 따른 충격량에 의해 시험대상 패널 중 바깥쪽에 있는 3개의 층에서 대부분의 충격이 흡수되어 가장 안쪽의 층에는 충격량이 거의 전달되지 않음을 확인할 수 있다.
그리고, 시험대상 패널에 대한 모의시험 대신에 실제 내충격 구조에 대한 피탄충격 시험을 실시하여, 모의시험 결과와 비교함으로써 평가의 신뢰성을 확보한다. 도 15는 실제 내충격 구조에 대한 피탄 충격 결과를 모의시험 데이터와 비교한 그래프로서, (a)는 금속재 구조물에 대한 20㎜ 충격탄을 피탄시킨 후 구조물의 측면 좌측의 가속도 센서 위치에서 측정한 가속도를 측정한 시험 결과와 LS-DYNA 해석 결과를 비교한 것이고, (b)는 구조물의 중앙 좌측의 가속도 센서 위치에서 측정한 가속도를 측정한 시험 결과와 LS-DYNA 해석 결과를 비교한 것이다. 도 15의 (a)와 (b)를 참조하면, 해석 가속도가 시험에서 실제 측정된 가속도가 비슷한 경향을 보이고 있음을 확인할 수 있다. 따라서 LS-DYNA 해석 결과에 신뢰성이 있음을 알 수 있다. 참고로 도 16은 실제 내충격 구조에서 피탄충격 직후 및 충격탄 분리 직후의 폰 미제스(Von Mises) 응력 분포를 나타낸 것이다. 도 16의 (a)는 금속재 구조물에 대한 20mm 충격탄 충돌 초기 시점의 폰 미제스 응력 분포를 LS-DYNA 해석한 것으로, 충격탄의 충돌 초기에는 탄의 충돌로 인해 방사형으로 응력이 발생하고 있음을 알 수 있다. 또, 도 16의 (b)는 금속재 구조물에 대한 20mm 충격탄 분리 시점의 폰 미제스 응력 분포를 LS-DYNA 해석한 것으로, (a)에서 발생한 응력이 구조물의 좌측면 전체로 전달되면서 응력의 크기가 감소하고 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 시험대상 패널(30)로는, 도 14의 (a) 내지 (c)와 같이, 고강도 알루미늄 합금재(Al 7039), 복합재료(S2 FRP), 케블라 섬유(Kevlar FRP) 중 어느 하나로 형성된 것을 사용한다. 물론, 상기와 같이 단일 재질로 이루어진 패널을 사용하지 않고 서로 다른 재질의 경량 판재를 적층하여 형성한 패널을 사용할 수도 있다. 즉, 도 14의 (d)와 같이 알루미늄 판재에, 알루미늄 폼(Foam)재, 고무 판재, 복합재료 판재 중 적어도 하나 이상을 적층하여 시험대상 패널(30)을 형성하는 것이다. 다시 말해서, 내충격 패널 개발에 적용될 소재를 기존 장갑재인 강철이나 알루미늄뿐만 아니라 복합재, 폼, 고무 등 다양한 충격흡수 소재들도 적층 적용하도록 함으로써 최적의 충격흡수 패널을 개발에 활용할 수 있도록 하는 것이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
10: 충격탄
11: 탄피
12: 추진제
13: 탄대
14: 뇌관
15: 충격탄두
20: 총기
21: 총기 고정지그
22: 탄속 측정장치
23: 패널 고정지그
24: 충격량 센서
25: 충격량 측정장치
26: 케이블
27: 컴퓨터
30: 시험대상 패널

Claims (9)

  1. 내부에 추진제(12)가 충전된 탄피(11)와;
    시험대상 패널(30)을 관통하지 않고 충격량만 전달하도록 전면이 평평한 실린더 형상으로 형성되어 상기 탄피(11)의 앞부분에 결합되며, 시험대상 패널(30)과의 충돌에 따라 변형되도록 무른 재질의 금속으로 이루어진 충격탄두(15)와;
    상기 탄피(11)와 충격탄두(15)를 결합시키는 탄대(13)와;
    상기 탄피(11)의 후방에 구비되어 상기 추진제(12)를 기폭시키는 뇌관(14);을 포함하는 것을 특징으로 하는 피탄충격 시험용 충격탄.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충격탄두(15)는, 알루미늄 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 피탄충격 시험용 충격탄.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 충격탄두(15)는, 상기 시험대상 패널(30)과의 충돌에 따라 파손 및 분리되지 않은 버섯 모양으로 변형되도록 한 것을 특징으로 하는 피탄충격 시험용 충격탄.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충격탄두(15)는, 그 길이가 직경의 2.5 ~ 3.75배가 되도록 형성된 것을 특징으로 하는 피탄충격 시험용 충격탄.
  5. 충격탄(10)을 발사하는 총기(20)가 고정되는 총기 고정지그(21)와;
    상기 총기(20)로부터 발사되는 충격탄두(15)의 탄속을 측정하는 탄속 측정장치(22)와;
    상기 총기 고정지그(21)로부터 일정 거리 이격되게 설치되며 시험대상 패널(30)이 고정되는 패널 고정지그(23)와;
    상기 시험대상 패널(30)에 가해지는 충격량을 감지하는 충격량 센서(24)에 케이블(26)로 연결된 충격량 측정장치(25)와;
    측정 데이터를 이용하여 상기 시험대상 패널(30)의 비선형 동적 거동을 해석하는 프로그램이 구비되고, 측정 데이터 및 해석 결과가 저장되는 컴퓨터(27);를 포함하는 것을 특징으로 하는 피탄충격 모의 시험장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 시험대상 패널(30)은, 고강도 알루미늄 합금재(Al 7039), 복합재료(S2 FRP), 케블라 섬유(Kevlar FRP) 중 어느 하나로 형성된 것을 특징으로 하는 피탄충격 모의 시험장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 시험대상 패널(30)은, 알루미늄 판재에, 알루미늄 폼(Foam)재, 고무 판재, 복합재료 판재 중 적어도 하나 이상이 적층되어 형성된 것을 특징으로 하는 피탄충격 모의 시험장치.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 패널 고정지그(23)는, 상기 시험대상 패널(30)의 상단 좌우 양측과 하단 좌우 양측의 4점 지지 방식으로 상기 시험대상 패널(30)을 고정하는 것을 특징으로 하는 피탄충격 모의 시험장치.
  9. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 컴퓨터(27)에 구비된 프로그램은, 3차원 비탄성 구조물의 비선형 동적 거동을 모사할 수 있는 LS-DYNA 프로그램인 것을 특징으로 하는 피탄충격 모의 시험장치.

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