강내탄도는 화포 사용 과정에서 밀리초 단위의 매우 짧은 시간 동안 발생하는 현상이다. 고체 추진제는 다공형 형상을 하고 있으며, 이 추진제의 형상 변수에 의해 화포의 성능을 결정된다. 이에 본 연구에서는 강내탄도 전산해석 프로그램을 사용하여 형상 변수에 의한 화포의 성능 해석을 수행 하였다. 추진제 형상 변수가 화포 성능에 미치는 영향을 분석 하였으며, 목표 화포 성능을 만족하는 다공형 추진제 형상 설계를 수행 하였다. 이를 통해 추진제 형상 변수와 화포 성능의 상관관계를 정리하였으며, 고체 추진제 형상 설계의 기초적인 자료를 제시하였다.
Performance analysis of the interior ballistics has been conducted using the 1-D numerical code called IBcode according to the various conditions such as length of ignition-gas injector, amount of ignition-gas, mass of projectile, and drag force of projectile. In case of the length of ignition-gas injector, the 25~100 % of the full-injector length has been considered as well as the mass & mass flow of the ignition-gas. The mass of the projectile 5~70 kg and its drag force of 0~69 MPa have been also considered. Variables such as breech & base pressure, negative differential pressure and muzzle velocity for the performance analysis have been sorted, too. Firing conditions for the optimal performance have been investigated through these variables.
Using the numerical code for the interior ballistics, the performance of the interior ballistics with the characteristic of the ignition-gas injections has been investigated. The ignition gas has been assumed to be injected into the chamber with 3 cases. As the results of analysis, when the ignition-gas has been injected into all chamber area, the pressure distributions of the chamber of the interior ballistics have been uniform and the differential pressure has been stable. The ignition-gas has been injected into the partial area of the chamber, however, the pressure distributions and the differential pressure have been unstable. The case using the longer ignition injector, therefore, seems to be more suitable to improve the stability of the interior ballistics.
JA2 추진제는 고에너지 특성으로 전차탄용 추진제로 무용제 공정으로 제조된다. 105미리 전차탄용으로 JA2 조성과 변경 JA2 조성에 대한 형상 설계를 실시하였다. 설계된 추진제의 연소특성, 열역학 특성 및 강내탄도 특성을 계산하고 시험을 실시하였다. 105미리 전차포에서 T2 스러그 탄에 적용하여 성능시험을 실시하였다. 기존의 K274 105미리 탄의 KM30 추진제에 비하여 포구속도가 증대됨을 확인하였다.
화포에서 탄저 압력이 포미 압력 보다 높은 역압력 구배가 발생하면 화포에 잠재적인 충격이 증가하는 것으로 알려져 있다. 화포의 안전성을 확보하기 위해 발사 과정에서 이 역압력 구배를 최소화시키는 설계가 필요하다. 이에 수치 해석을 통해 점화제 연소율이 역압력 구배에 미치는 영향을 조사하였다. 점화제 연소율 상수가 증가할수록 역압력 구배는 증가하였고, 특정 연소율 계수에서 급격한 압력변동이 발생하였다.
The current development tend of the gun propellants that they should have low sensitivity and high energy. We studied a nitrocellulose based propellant composition that replaced sensitive NG with RDX and DEGDN which high energy and low sensitivity. The important factors in the design of the gun propellant were impetus and flame temperature. NC-based propellant containing RDX showed similar impetus but low flame temperature compared to KM30A1, a triple-based propellant. The developed propellant composition didn't show any abnormal combustion reaction and the characteristics of ballistic resistance were also confirmed.
The important factors in the design of the gun propellant are impetus, flame temperature and pressure. In this paper, we considered a nitrocellulose based propellant composition that replaced sensitive NG(Nitroglycerin) with RDX(Cyclotrimethylenetrinitramine) and DEGDN(Diethylene glycol dinitrate) which high energy and low sensitivity. Particle size and content of RDX are the two main factors that affect the burning stability of RDX-based propellants. Among them, the characteristics of the propellant according to the particle size of RDX were confirmed. The relative combustion rate(R.Q., Relative Quickness) of the propellant changed according to the RDX particle size, and internal ballistics of properties of propellant were also varied. The particle size of RDX can be confirmed as a major factor in the combustion and internal ballistics characteristics of the propellant.
1-D 강내탄도 전산해석 코드인 IBcode를 이용하여 점화제 주입유량 조절을 통한 화포 약실 내 차압 감소방안 연구를 수행하였다. 대구경 화포의 경우 추진제의 점화를 위해 고온의 점화제를 뇌관의 주입구를 통해 약실에 주입시킨다. 따라서 각 주입구를 통해 주입되는 점화제의 유량이 약실 내 추진제의 연소에 영향을 미치게 된다. 기존의 뇌관의 경우 각 주입구의 점화제 유량이 일정하게 설계되어 있다. 이에 본 연구에서는 각 주입구에서의 점화제 유량을 다르게 하여 추진제의 연소에 차이를 주었다. 해석 결과 점화제 주입유량을 탄저 쪽 방향으로 증가시킬 경우 점화제 주입유량이 일정할 경우에 비해 강내 차압이 감소함을 확인하였다.
연소 및 추진 기관 공학 교육 과정의 일부로써 간단한 형태의 열기관인 감자총 (Potato Gun)의 제작, 시험 및 해석을 수행하였다. 정적 연소실의 화학 평형 해석을 이용하여 연소실의 압력을 계산하고, 팽창과정의 열역학 해석을 통하여 열에너지의 운동에너지로 변환되는 내탄도 과정을 계산하였다. 공기역학적 지식을 도입한 구형 탄도 궤적 해석을 통하여 비행거리를 추정할 수 있었으며, 이를 통하여 감자총의 에너지 변환 효율 및 혼합기의 당량비를 추정하였다. 본 과제는 재활용 자재를 이용하여 학부 수준에서 열-유체역학공학 지식을 활용하여 실습하고 학생들의 관심을 유발할 수 있는 적당한 예로 여겨진다.
본 연구는 투명한 120미리 전차포 약실 모사장치를 통하여 수행했다. 모사장치에서의 포미와 탄저(전위)의 압력 상승은 PCB 압력 센스로 측정하였다. 여러 종류의 신형 120미리 전차탄 개발에 이와 같은 장치를 이용되고 있다. 120mm 전차탄에서 초기 강내탄도의 점화현상에 대하여 관찰 분석하였다. 이는 점화제의 기능 화염 전파 그리고 약실 내부의 압력파 형성을 이해할 수 있게 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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