무기공학 7주차

전반부(1~6주차)에 배운 내용을 정리하는 수업이었다.

무기공학 개관

1. 무기공학의 학습 내용
- 총기와 화포의 발달 역사, 작동 기구 및 원리
- 탄약과 탄도의 형태 및 특성 
- 총기의 주퇴장치 구조 및 원리
- 탄도학: 강내탄도, 강외탄도, 최종탄도

2. 무기공학의 중요성 
- 방위산업의 기술혁신에 기여
- 국가안보 유지를 위한 전문가 양성
- 윤리적, 법적 책임감 함양
- 글로벌 안보 문제 이해와 해결책 모색
- 경제적 파급효과 (고용창출, 산업 성장 등)

3. 무기체계의 개념
- 협의: 무기 자체
- 광의: 무기, 인력, 시설, 소프트웨어, 군수지원 등 종합적 체계
- 시스템적 접근이 중요

4. 현대 주요 무기체계의 특성
- 다양성
- 복잡성 
- 고가성
- 가속적 진부화 
- 개발 장기화 및 위험성
- 비밀성
- 수요의 제한성
- 기술적, 경제적 파급효과
- 통합 시스템으로서의 운영 유지 특성

5. 무기체계의 분류
- 제작 재료, 전투 수행 기능, 활용 군에 따른 분류
- 한국: 8대 무기체계 (지휘통제 및 통신, 감시 정찰, 기동, 화력, 항공, 함정, 방호, 기타)

6. 무기체계의 발전 추세
- 전장 가시화
- 네트워크 기반 정보 공유 
- 장거리 정밀 교전 보편화
- 정밀성 혁명 (공산오차 제로화)
- 전장 공간 확장 및 중첩
- 전자전, 사이버전 강화
- 전투의사결정 사이클 가속화 
- 무인장비 기술 발전 (유무인 복합체계)
- 우주 무기체계 발전
- 비살상 무기체계 발전
- 정보전 무기체계 발전

총기의 발달과 작동 기구

1. 총포의 정의 
- 화약, 용수철, 공기, 전기 등의 힘으로 탄환을 가속시켜 대기 중에서 비행하도록 하는 장치
- 총과 포의 구분: 일반적으로 구경 20mm 기준 (예외 존재)

2. 자동화기구의 발달
- 손실되는 에너지의 일부를 사용해 발사 속도와 명중률 향상
- 빈 탄피 추출 및 장전 운동기구 개선
- 기관총 등의 등장과 연결

3. 자동화기구의 종류와 특징
- 가스작용식: 경량 작동 부품, 충분한 제어력 / 고장 다소 많음, 부식 가능성 (K2 소총, M16 등)
- 주퇴작용식: 신뢰도 향상, 유독가스 적음 / 무거운 작동부품, 약한 작동력 (권총, 화포의 주퇴장치 등) 
- 블로백 시스템: 간단, 저렴, 견고 / 무거운 작동부품, 낮은 정확도, 잔고장 (기관단총, 콜트 K5 권총 등)

4. 작용순환 과정
- 탄약 장전: 탄창에서 총신으로 탄약 이동 및 장전
- 노리쇠뭉치 잠김: 발사 시 고압을 안전하게 견디기 위함  
- 격발: 방아쇠 당김으로 공이가 탄약 뇌관을 쳐서 발사 (강내탄도학 시작점)
- 노리쇠뭉치 후퇴: 격발 후 가스압력으로 인한 후퇴 (주퇴장치의 후퇴와 유사)
- 탄피 추출: 노리쇠뭉치 후퇴 시 탄피를 총신에서 빼냄
- 복좌에너지 저장: 노리쇠뭉치 후퇴로 복좌 스프링 압축 (다음 사격 준비) 
- 탄피 방출: 사용된 탄피를 총기 바깥으로 방출
- 탄약 송탄: 복좌 스프링 에너지로 노리쇠뭉치 전진, 다음 탄약을 탄창에서 총신으로 장전

5. 핵심 사항
- 소화기와 대구경 화포 모두에서 주퇴(노리쇠뭉치 후퇴)와 복좌(복좌에너지 저장) 관계 이해가 중요
- 작용순환 과정을 통해 소화기와 화포의 작동원리 연결 및 이해의 폭 확장

탄약 및 탄두

1. 탄약의 정의
- 발사기의 방아쇠 작동에 의해 축적된 에너지로 발사되거나 가속되는 모든 탄자의 집합적 용어

2. 탄약의 구성
- 탄피(소화기) / 약협(중구경 화기), 뇌관, 추진제, 탄자(소화기) / 탄두(중대구경 화기)

3. 탄약의 형태와 특징
- 고정탄: 탄두가 약협에 영구 고정, 추진장약 조절 불가, 발사속도 높음 (소화기, 기관총, 전차 등)
- 반고정탄: 탄두가 약협에 느슨하게 결합, 추진장약 조절 가능, 발사속도 중간 (105mm 곡사포 등) 
- 분리장전탄: 탄두, 추진장약, 뇌관 개별 장전, 추진장약 조절 가능, 발사속도 느림 (155mm 곡사포 등)
- 분리탄: 추진장약은 약협에 고정, 탄두는 개별 장전, 추진장약 조절 불가, 발사속도 빠름 (대공포 등)

4. 소화기 탄약의 구성과 기능
- 탄피: 결합, 방수, 밀폐 기능
- 뇌관: 점화 기능 (충격에 의한 뇌관 화약 점화 및 화염 방출)  
- 추진제: 다양한 형태 (환형, 구형, 다공관형 등)에 따른 연소 특성 차이
- 탄자: 강체탄자(대인공격, 장갑관통용), 충전탄자(예광용, 소이용)

5. 포병탄약의 구성과 기능
- 약협: 황동/강철 재료, 추진제 용기, 밀폐, 결합 기능 (반고정탄) 
- 뇌관: 소화기와 유사, 분리장전탄은 수동 삽입
- 추진장약: 추진제와 점화장약으로 구성, 형태에 따라 위치 다름
- 탄두: 신관, 도폭제, 오자이브, 정심대, 작약, 탄체, 회전대, 탄저, 탄저마개 등으로 구성
  * 탄체: 정심대-회전대 사이 원통부
  * 오자이브: 탄두 곡선부 (저속/고속에 따라 반경 차이)
  * 회전대: 강선과 맞물려 회전 제공, 추진가스 전방유출 방지, 출발압력 제공 등
  * 정심대: 강선등에 밀착되어 정확한 이동 유도
  * 탄저: 추진가스 폭약 접촉 방지, 비행안정성 증진, 항력 감소 등
  * 신관: 표적 도착/예정시간에 작약 폭발 점화 (충격/시한/접근신관)

6. 포병탄약 탄두의 종류
- 고폭탄: 폭풍, 굴토, 파편 효과
- 개량고폭탄(ICM탄): 시한신관 사용 공중 폭발, 대인 살상용
- 이중목적 개량고폭탄: 대장갑 공격용
- 로켓보조추진탄(RAP탄): 탄저 로켓모터로 사거리 연장
- 탄저항력감소탄(BB탄): 탄저 항력감소제로 사거리 연장 
- 지뢰살포탄, 연막탄, 조명탄, 대인탄, 유도포탄
- 장갑 및 특수목적탄: 장갑감응파괴탄, 자기단조파편탄 등

7. 전차탄약의 종류
- 등구경탄: 경심탄두, 철갑탄두, 고폭철갑탄두 등
- 감소구경탄: 회전안정분리철갑탄(회전강선포용), 날개안정분리철갑탄(활강포용)  
- 성형작약탄(HEAT탄): 라이너 용융으로 장갑 관통
- 고폭플라스틱탄(HESH탄): 충격에 의한 장갑 파괴 및 내부 파편 효과

강내탄도학

1. 탄도학의 정의와 구성
- 탄, 로켓, 미사일 등의 발사부터 비행, 무기효과까지의 운동과 영향 요소를 다루는 역학
- 강내탄도학(발사), 강외탄도학(비행), 최종탄도학(무기효과)로 구성

2. 강내탄도학의 정의와 학습 내용
- 추진제 연소로 발생한 추진가스의 힘을 받는 동안 강내에서 탄의 운동 특성 연구
- 추진제의 연소, 압력 변화, 포구 속도 등을 중점적으로 학습

3. 강내탄도학의 영향 요소
- 추진제, 약실 및 탄자, 포신 등이 압력-이동거리 곡선, 포구 압력과 속도, 효율 등에 영향
- 포의 최적 설계와 직결되는 중요 요소

4. 양호한 추진제의 특성
- 폭발하지 않고 빠르게 연소, 연소 조정 가능, 낮은 민감도, 잔재 최소화 
- 적절한 화염 온도, 비폭발성, 연기와 섬광 적음

5. 추진제 연소와 압력-이동거리 곡선
- 가스 압력이 포신 최대 허용 압력 초과하지 않도록 연소 조정
- 연소율 영향 요인: 약립 형태와 크기, 공간거리, 화학성분, 온도, 압력 등
- 약립 형태에 따른 연소 형태: 누감연소(표면적 감소), 누진연소(표면적 증가), 중성연소(표면적 일정)
- 약립 크기, 포신 길이와 단면적, 장전밀도율 등도 압력-이동거리 곡선에 영향

6. 강내 가스 작용과 속도 변화
- 뇌관 점화제 → 추진제 연소 → 압력 증가 → 탄자 분리 → 강선 회전의 과정
- 압력-이동거리 곡선은 이동거리에 따른 압력 변화 (증가 → 최고압력 → 감소) 
- 속도-이동거리 곡선은 이동거리에 따른 속도 증가 (쌍곡선 형태)
- 탄자 운동에너지와 포구속도는 압력-이동거리 곡선의 적분(아래 면적)으로 계산

7. 실험을 통한 압력-이동거리, 속도-이동거리 곡선 도출 
- 압력 게이지와 증폭기로 압력-시간 곡선 측정
- 속도-시간 곡선과 이동거리-시간 곡선 도출
- 압력-이동거리, 속도-이동거리 곡선으로 변환 (도식적 접근법 활용)

8. 류드크 경험식
- 속도-이동거리 곡선의 쌍곡선 형태에 착안한 경험식
- 간단한 계산으로 속도, 압력, 최고압력점 위치 등 예측 가능  
- 포신길이, 포구속도, 탄자질량, 포구압력 등으로부터 류드크 상수 A, B 결정
- 류드크 상수로부터 임의 위치에서의 속도, 압력 계산 가능

9. 강내탄도에 영향을 미치는 요소
- 추진제 온도: 20도 기준, 온도 상승 시 포구속도 증가
- 포신 온도: 연속사격으로 인한 온도 상승이 강내탄도에 영향  
- 포강 침식: 마손(추진가스 분출), 삭마(탄자 마찰)로 인한 초기저항 증가, 압력/속도 감소 등

주퇴장치

1. 용어 정의
- 주퇴: 포신 및 부속장치가 포구 반대 방향으로 운동하는 것
- 복좌: 주퇴부가 최초 사격 위치로 돌아가는 것

2. 주퇴장치의 역할
- 사격 시 발생한 에너지 조정 및 활용
- 포가에 미치는 힘 조절
- 발사속도와 명중도 향상에 기여

3. 주퇴장치의 기본 요소
- 주퇴제동기: 주퇴부를 일정 거리 내에서 정지하도록 제동
- 복좌기: 주퇴부를 발사 위치로 복귀시키는 장치 (주퇴제동력의 20% 보조)
- 복좌완충기: 주퇴 및 복좌 시 포가에 미치는 충격 감소

4. 주퇴제동기의 작동원리
- 원통형 실린더와 피스톤으로 구성
- 오리피스를 통한 주퇴에너지 소산 및 주퇴속도 조절
- 안정적인 저항력 유지와 포가에 미치는 힘 최소화가 설계 요점

5. 복좌기의 종류와 특징
- 스프링식 복좌기: 압축 스프링의 힘으로 복좌 
- 가스식 복좌기: 압축 가스의 힘으로 복좌

6. 복좌완충기의 역할과 종류
- 복좌 말기에 복좌에너지 소산하여 파손 방지
- 습식 완충기: 주퇴유의 오리피스 작용으로 완충
- 건식 완충기: 공기 유통기를 통한 완충 작용

7. 포구제퇴기의 역할과 효과  
- 추진가스의 방향을 조절하여 포신에 운동량 전달
- 총주퇴량 감소, 포가 안정도 향상, 난류 영향 감소 등
- 단, 포신에 작용하는 굽힘 모멘트 다소 증가

8. 총주퇴력의 계산
- 주퇴제동기 저항력, 복좌기 저항력, 포구제동력, 마찰력, 기타 저항력의 합
- 연속방정식, 베르누이 방정식 등으로 각 요소별 저항력 도출

9. 자유주퇴속도와 지연주퇴속도
- 자유주퇴속도: 저항이 없다고 가정한 주퇴속도 (운동량 보존법칙)
- 지연주퇴속도: 일정한 저항력이 작용한다고 가정한 주퇴속도

10. 특수 주퇴장치
- 무반동장치: 후진가스와 전진가스의 운동량을 같게 하여 반동 제거
- 연식주퇴장치: 복좌 중 탄 발사로 주퇴운동량 상쇄 (반동력 75% 감소)