Profile image

에이브럼스 파워팩 변천사

DeltaForce | 조회 수 293 | 2017.10.11. 13:44

 이 글은어디까지나 주행 성능만을 주로 다루고 있기 때문에 엔진 신뢰성, 지속 가능성, 연비 등은 간략하게 하고 넘어 간다. 후에 저자가 욕심이 생기면수정과 덧붙임을 통해 완성도를 높일 것이다. 또한, 미국과 한국은 도량이 각각 야드-파운드법, 메트릭 시스템으로 달라 미국 도량은 가능하면 메트릭 시스템으로 바꿔 놨으니 안심해도 좋다.

 

 

I.1979M1 에이브럼스

 

M1_LRIP.png 

 

매릴랜드 주 애버딘 성능 시험장을 누비는 LRIP XM1

 

미 육군은 1979M1 에이브럼스 전차100대(XM1 LRIP)를 양도 받았다.

 

XM1 전차 획득 사업에서 제너럴 모터스와 크라이슬러 디펜스가 서로다른 설계로 경합을 벌였고, 크라이슬러 디자인이 선정됨에 따라 XM1,후에 M1 에이브럼스로 불릴 이 전차는 AGT1500 가스터빈 엔진과 앨리슨 X1100-3 자동 변속기를 메인 파워 트레인으로 채용하게 된다.*

 

※변속기는 프로토타입 당시엔 XHM1500라고 다른 변속기를 썼고 후에앨리슨 X700을 손 봐 탑재한 게 X1100-3B이다.

 

 

 AGT1500_AVCT1360.jpg

 

AGT1500(위)과 AVCR-1360-3(아래)

 

당시 경쟁자였던 제너럴 모터스는 AVCR1360-3X1100-1A 변속기를 탑재한 모델을 밀었다.

 

AVCR1360-3는 가변 용량 트윈 터보차저를 탑재해 상당한 고성능을 뽐낸 가변 압축비 디젤 엔진이었다.

 

AGT1500_Vs._AVCR1360-3.png 

AVCR1360-3 Vs. AGT1500

 

허나 AGT1500은 이 엔진을 상대로 엔진 토크와 가속도 모두 압도적이었다. 쿨링에 소모하는 전력이 상대적으로 크게 적었기 때문(30마력 Vs. 240마력)드라이버 스프로켓(주행륜)에 들어가는 마력이 AVCR1360-3대비 127마력이나 더 들어 갔다. 또한 AGT1500은 최대 2000마력까지 출력을 늘릴 수 있었다. 또한 모듈식 디자인덕에 디젤 엔진과는 격을 달리하는 정비성을 보였으며 더 작고 조용했다. 덩달아 배기 가스는 눈에 보이지않았다. AVCR1360-3은 현용 MTU 디젤 엔진에 비해배연량이 훨씬 적었음에도 AGT1500 앞에선 요란하고 눈에 잘 띄는 엔진에 불과했다. AGT1500AVCR1360보다 엔진 무게만 883kg 가량이 가벼웠고 파워팩(3120(엔진 오일 x)~3855(엔진 오일 채움) vs 4900kg)) 가벼웠다. 장시 개발자였던 필립 W. 레트 박사는 AGT1500의 가벼운 무게 덕에 설계상 더 많은무게를 장갑에 투자할 수 있었다고 한다.

 

AGT1500_Vs._AVCR1360-3_2.png 

AGT1500 AVCR1360-3보다 무려 26퍼센트나 가속도가 빨랐다

 

 

이로 인해 AGT1500X1100-3엔진과 맞물려 54톤 중량의 M1을 데리고 0-32km/h 도달 속도6.1~6.2*의 가속도를 달성할 수 있었다.

 

※자료 별로 6.1초와 6.2초가엇갈린다.

 

AGT1500_SPEC.png 

 

당시 M60A1/3가 0-32km/h 도달 시간 15초를 띄는 데 반해 에이브럼스는 2.5배 적은 시간인 6.2초밖에 걸리지 않았다.

 

 

 

 3560NM.png

이 당시 엔진 토크는 회전 속도 3000rpm에서 3560N.M(2,620LB.FT)으로 후에 기술할 21세기의 AGT1500보단 좀 낮다

 

 

 

II. 1985M1A1 에이브럼스

 M1E1-S-Zaloga-coll.jpg

 

장갑 추가를 위한 무게추를 단 M1

 

미 육군은 M1 에이브럼스 전차에 120mm주포를 탑재할 것을 계획했다.

 

1984년이 되어 때가 왔다. 이때 당시 M1 에이브럼스 전차는 이미 1984년 IPM1으로 업그레이드를하면서 포탑 전면 장갑이 150mm가량 추가면서 55톤이 된다. 1985M1A1 에이브럼스로 개량됨에 따라 탑재한 신형 120mm M256 활강포의무게는 3톤에 달해 기존 105mm M68 강선포보다 2배 이상 더 무거웠다. 이 때문에 무게 증가는 필연적이었고 M1 에이브럼스의 기동성은 이전만 못 해진다.

 

55(미국 톤으로 60)이었던 에이브럼스 전차의 중량은 3톤 가량 뛰어 이젠 58톤에 달하게 되었다.

 

3~4톤의 중량 증가는 M1 에이브럼스의가속도는 물론 기동성을 크게 저하시킨다. 이는 후술할 TMEPS 사업에서드러난다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III. 1986~1990Transverse Mounted Engine Propulsion System

 

III-1. 사업 개념

 

TMEPS.png 

 

1986년 제너럴 다이내믹스 랜드시스템즈와 미 육군 Tank-Automotive command

Research, Development & EngineeringCenter Tardec은 에이브럼스 전차의 파워팩을 가로로 달고 여러가지 개량점을 적용해 전차의 정비성, 신뢰성은 물론 연비와 속력을 개선하려는 시도를 한다.

AGT1500 엔진을 재설계해 AGT1500A라는명칭을 부여하려 했다. 자동 청소 에어 필터 Self-CleaninIing Air Filter 달아 사막 지형에서도 능히 기동할 있게 하려 했으며 기존 X1100-3 변속기(전진 4/ 후진 2) 다른 변속기를 사용하려 했다. TMEPS 적용될 XT1100 변속기는 전진7 후진3 비율을 가져 최대 속도에서 유리했다. 또한 무려 80마력 짜리 John Deere 스파크 점화 회전식 APU 장착해 NBC 시스템을 가동시키고 전력을 형성하려 했다.

 

이 사업을 TransverseMounted Engine Propulsion System 내지는 TMEPS 부른다.

 TMEPS_COMPART.png

 

 

 

TMEPS_2.png 

TMEPS의 개량점은 위와 같다.

 

 

 1500마력엔진이라고 해서 엔진의 모든 출력이 기동에 투입되는 게 아니다. 엔진에 걸리는 마력은 Shaft Horse Power 즉 축마력이라 부르고

 

흡기 과정, 배기 소음기에서의 손실을 뻰 값이 Net Horse Power 내지는 순마력으로 변속기에 들어가는 마력이다.

트랜스 미션과 보조 계통(냉각 장비 등)에서 손실되고남는 건 Drive Sprocket Horse Power 내지는주행륜 마력이라고 한다.

 

III – 2. 순마력Net Horse Power과 주행륜 마력 DriveSprocket Horse Power

 

TMEPS_TRANSMISSION.png 

TMEPS 개량 당시 밝혀진 바에 의하면 기존 M1 에이브럼스는 물론 M1A1 에이브럼스는

1122 NHP만이 트랜스미션에 걸렸다. TARDEC GDLS는 신형 변속기 1358 NHP가 걸리는 걸 목표로 삼았다.

 

 

 

 

AVG_SPROCKET.png 

 

1,305 순마력에서 가속 기어 7개 짜리 XT1100 변속기는 기존 가속 기어 4개짜리 변속기 보다 86마력 가량 더 많은 드라이브 스프로켓 파워가 발생한다.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III-3. 대망의 가속 성능 테스트

 

Performance_Test.png 

 

그리고 1990년 미 육군은 TMEPS기술이 적용된 차량과 기존 M1A1 에이브럼스(57)을 테스트하기에 이른다. TMEPS가 적용된 M1A1 ATR 차량은 빈 상태에서 55톤이었고 연료와 밸러스트(일종의 무게 추다)를 잔뜩 넣고 사람을 조금 태워 57톤을 만들었다. 65(아마 1988년의 M1A1 HA를 상정)은밸러스트가 더는 들어가지 않아 포기했다.

 

실험에 앞서 미 육군 TARDECGDLSTMEPS 기술을 적용한Automotive Test Rig(ATR) 내지는 주행 성능 테스트 차량이 1차적으로 0-32km/h 가속도 7초를 달성해 57톤의 현용 M1A1 에이브럼스의 가속 성능 면에서 앞서길 바랬다. 심지어 55톤의 초기형 M1 에이브럼스(0-32km/h 가속도 6..1~6.2) 수준의 기동성을 확보하는 걸 목표로 삼았다.

 

그런데-

 

 

 

 

 Performance_Test_Result.png

 

실험 조건:

장소: 제너럴 모터스 밀포드 주행 시범장 

주행장 상태습한 날씨고도 600m, 포장도로

시작 조건: 1300rpm(택티컬 아이들)

NBC용양압 장치꺼짐.

방식:0-32km 도달 시간

 

TMEPS ATR 차량은 기존 M1A1의가속 성능(7.5)보다 퍼포먼스가 낮았다(8.7, 교정 후 7.9). 기존 M1A1의 순마력은1122마력에 불과한데도 말이다. 과연 왜 그랬을까?

 

 

 

 

T202T.png 

 1990 3 6일에는 무려 1541 축마력을형성하던 엔진이 어째선지 9 21일에 야전 정비를 받으러 1498 축마력밖에 내질 못 했다.

 

텍스트론, GDLS, 도널드슨 사는 진상 규명을 위해 테스트에 쓰인 파워팩을 회수했다.

 

 

 

REASON_OF_MALFUNCTION.png 

그들의 말을 옮기면 다음과 같다.

 

1.    야전 운용 때문에 압축기가 더러워 지고 엔진 오일이 오염되 43 축마력(1541마력->1498마력)을 잃었다.

 

2.    야전 테스트로 인한 엔진 오일 오염이 자동 에어 필터 청소기의 압력 저하를 높여 81 축마력 손실을 유발했다. (결과적으로 순수 마력은 1358마력이 아닌 1270마력이 들어감)

 

3.    131 축마력의 손실로 가속 시간이 1초 증가했다.

 

4.    그 외 다른 시스템 로스가 가속 시간을 1초증가시켰다.(이것을 현장에서 부분적으로나마 해결해 7.9초찍은 것)

 

즉 그들의 분석 대로라면 TMEPS 엔진을 탑재한 ATR 차량은 대략 6.7초 이하를 달성해야 했다.

 

 

M1A1의 후진 속도가 20mph(32.2km/h)TMEPS ATR 12mph(19.31km/h)라는 걸알아 두자.

 

왜냐면 후기형이랑은 좀 상이하니까.

 

 

FILTER.png 

회수한 TMEPS 엔진 T202의 깨끗한 공기 필터()와오염된 공기 필터()를 각각 1000배 확대 사진

 

 

 

 

III-4. 결론

 

 

TMEPS사업은 1990 10 25일 마지막 보고를 기점으로 소식이 없는 걸로 보아 체택되지 않은 사양이다.

 

하지만 미 육군은 에이브럼스 전차의 파워팩개량을 멈추지 않았다.

 

GM-Milford-Proving-Ground-1024x819.jpg

 

 

 

 

IV. 1991M1A1 HA+/M1A1 HC

 

IV. 1. 86년 양산분 91년 차이

 

 

1990년 말 TMEPS 사업은종료되었지만

 

1991년 이 사업에서 얻은 데이터를 토대로 개량 사업을 진행했다.

 

물론 TMEPS 사업 당시 테스트에서 쓰인 연료 다 채우고 밸러스트꽉꽉 넣어다 57톤을 찍는 M1A1이 아니라 트랜스 포트웨이트만으로 59톤을 찍는 M1A1 HA 에이브럼스로 중량이 2톤이 증가했지만 말이다*.

 

M1에서 M1A1으로 넘어감에 따라 불과 2~3톤의 증가로 0-32km/h 도달 시간이 1.3초나 늘어났단 사실을 생각해 보라. 추중비는 무시하지 못 할변수다.

 

 

 

M1A1_91.png 

 

1991, 에이브럼스전차의 파워팩은 한 번 더 큰 규모의 개량에 들어 간다.

TMEPS 대비 들어가지 않은 개량이 많지만 14개의 Reliability, Availability,Maintainability, and Durability 내지는 RAM-D 개량은 물론APU(TMEPS와 달리 언더 아머 식은 아님)와 자동 필터청소(일체형이 아니라 위 표엔 없다고 나와 있다.)기도 달고있다.

M1A1_91_HARD_WARE_COMMONALITY.png 

 

보면 알겠지만 91년도 사양은 배연 장치가 개량됬고

흡기 과정을 생략해 퍼포먼스를 높이고자 흡기계를 삭제*했으며

APU와 자동 필터 청소기*가달렸다.

 

※야마하 모터 사이클은 가벼운 중량과 엔진 퍼포먼스 향상을 위해 흡기계를 제거하기도 한다. 이게 전차 엔진에도 영향을 미칠 지는 본인도 모르겠다.

 

※미 육군은 터빈이 모래먼지를 빨아 들이는 걸 진작에 알고 있었기에 86년도 사업인 TMEPS에서엔진 일체형 자동 필터 청소기를 구비하려 했다. 그리고 걸프전 당시 미 육군 7 군단과 18 공수군 소속 기갑 여단들은 모래 폭풍의 먼지 때문에엔진 토크 다운은 물론 심할 경우 엔진 손상까지 입었고 걸프전 종전 이후 자동 필터 청소기 도입을 서둘렀다.

 

 

 

 

 

 

 

IV-1. 86 Vs. 91 순마력, 주행륜 마력

 

M1A1_91_NET_HORSE_POWER.png 

 

그 외 1122 순마력이 걸리던 차량이 1358 축마력이 걸리게 되었으며(XT1100-3B는 그냥 가속 기어 4, 후진 기어 2개의기존 엔진을 가로로 꺽어 부착하기만 한 것)

 

 

 

 AVG_SPROCKET.png

 

 

주행륜 마력은 1,305 축마력이 들어올 시 1,044마력이 들어간다.

 

여기에 따른 향상점은 미 해병대에서 들여온 다음 M1A1 Heavy Common에이브럼스를 통해 볼 수 있다.

 

 

 

 

 

IV-2. 미 해병대 M1A1독촉(…) 문서에 나온 M1A1 HA의 퍼포먼스

 

 

 

M1A1_91_DU.png 

우선 M1A1 HA 에이브럼스는 1988년에 생산됬고 걸프전 당시 해병대는 M1A1 Common 사양 에이브럼스를 받을 예정이었으나 정작 미 육군의 보급 혼선으로 전쟁 당시엔 수령하지 못 했다.

 

어쨌든 여기 M1A1의 퍼포먼스가 잘 나온다.

 

이 문서의 M1A1DU 장갑인 Heavy Armor Package를 쓰고 있다. 장비품, 보급 물자를 뻬고 기름만 채운 명목 중량이 57.3이고

전투 중량은 61.2톤이나 된다.

 

 

TMEPS에서 최대 중량 57톤의M1A1 에이브럼스는 0-32km/h 도달 시간은 7.5초였지만

 

M1A1 HC 0-32km/h 도달시간은 중량이 기존보다 더 나가는 데도 6.8초다.

 

NBC를 키면 7.1초다.

 

 

 

IV-3. 결론    

 

M1A1_91_GDLS_BORCHURE.png 

 

GDLS 브로셔의 0 – 32km/h 도달 시간 7초는 NBC on, NBC off 시의 가속도를 합한 평균값 정도라 볼 수 있겠다.

적어도 가속도와 APU를 통한 아이들 타임 연비 개선, 공기 필터 자동 청소기 등 미군은 TMEPS 사업에서 원하던 바를일정 부분 이뤘다고 볼 수 있다.

 

 

M1A1_91_PJAC.png 

 

여담이지만 미군은 펄스 제트 에어 클리닝 시스템 내지는 PJAC 1991년 사양부터 도입했다.

 

 

 

V. 포스트 걸프워 파워팩

 

 

V-1.21세기의 에이브럼스 에이브럼스

 

21세기에 들어서 에이브럼스 전차의 파워팩은 연식이 제법됨에 따라컴포넌트 노후를 면할 수 없었다.

 

육군은 1996AbramsIntegrated Management XXI에서 다음과 같은 개선을 제안한다.

 

21st_Abrams_AIM_XXI.png 

 

이에 따라 Allied Signal Engines Corporation 사는 Service Life Extension 사업 계약을 맺어

 

21st_Abrams_SLE.png 

 

다음과같은 개량 점을 통해 평균 고장 간격Mean Time between Failure (MTBF)* 750시간 가량 올라 기존 대비 배의 신뢰성을 확보했다.

 

평균 창정비 간격MeanTime Between Depot Return (MTBDR)과는 다르다.

 

후에 Allied Signal이 허니웰을 인수 합병함으로써 Allied Signal Engines CorporationHoneywellInternational이 된다.

 

 

21st_Abrams_TIGER.png 

 

그 외 TIGER를 통해 평균 창정비 간격Mean Time Between Depot Return (MTBDR)1,400 시간으로 늘어 났다. 그 외

 

많은 분들이 파워팩의 성능적 향상점이 없어 실망했을 수 있을 것이다. 하지만 냉전 종식후 군축의 바람이 불고 있었고 신병기의 도입은 지양됐기에 어쩔 수 없이 기존 병기를 오래 운용하는 방안을 마련해야 했다.

 

때문에 성능 향상을 원하는 여러분 입장에선 실망이 클 수도 있다.

 

 

 

 

 

 

 

그러나-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V-2. 끝나지 않은 퍼포먼스 향상

 

 

21st_Abrams_91_VS_TIGER.png

 

허니웰인터내셔널이 TIGER 프로그램을 수주 받으면서 공개한 AGT1500브로셔에 의하면 작지만 기존 대비 토크 향상이 있었다. 아무래도 많은 컴포넌트를 새 것으로바꿔준 결실을 받은 모양이다.

AGT-1500은 1,582마력이 걸리게 됐다. 물론 M1A2 SEP v1, v2M1A1 SA, FEP는 늘어난 차내 서브시스템 때문에 이를 온전히 다 주행륜에 쓰진 못 하겠지만. 어쨌든 파워 트레인에 어느 정도 여유가 생긴 것이다. 2005년보고에 따르면 늘어난 차내 서브시스템에 18kw(24마력)의전력을 할애해야 한다고 한다.

 

 

21st_abrams_M1A1_FEP.png 

 

또한 미 해병대 교범에 보면 M1A1 FEP 에이브럼스 전차의 후진 속도가 25mph(40km/h). , 80년대와 걸프전 시절(20mph(32km/h))보다8km/h가 증가했음을 확인할 수 있다.

 

 

 

V-3. 결론

 

21st_Abrams_M1A2.png 

 

M1A1에서 M1A2 계열로넘어옴에 따라 늘어난 중량은 늘어난 토크 값과 엔진 출력으로 어느 정도 메꿀 수 있을 것이다. 다만접지압이 높아져서 험지 돌파력은 다소 낮아진 것 같다.

 

여지껏 종합해보면 다음과 같다.

 

 

 

 

Table.png 

 

참고 자료

 

참고 자료

 

1.    TARDEC Story: Sixty-Five Yearsof Innovation, 1946-2010: Sixty-Fuve Years of Innovation, 1946-2010

 

2.    Modern U.S. Tanks and AFVs, MichaelGreen & Greg Stewart

 

3.    AGT 1500 POWERPACK IMPROVEMENTPROJECT (M41 TMEPS) VOLUME I, J. Edwards and R. Brayer, General Dynamics LandSystems Div. & U.S Army TARDEC

 

4.    Cost-benefit Analysis (CBA) ofthe Total Integrated Engine Revitalization (TIGER) Condition-based Overhaul(CBO) Process for the M1 Abrams AGT 1500 Turbine Engine at the Army Depot Levelof Maintenance

 

5.    M1 Abrams Tank (Images of War),Michael Green

 

6.    MATERIEL FIELDING PLAN (MFP)FOR THE M1A1 TANK, R.A. TIEBOUT

 

7.    The M1 Abrams tank: a casestudy in major weapon systems acquisition and program management, Millspaugh,Kevin C, Monterey, California. Naval Postgraduate School

 

8.    Armor Magazine,January-Feburary 1977

 

9.    MCWP 3-12 Marine Corps TankEmployment 2014, US Marine Corps

 

10.  AGT1500 Turbine Technology How to be Quick and Smart, HoneywellAerospace

 

11. OPERATION DESERT STORM Early Performance Assessment of Bradley and Abrams

 

12.  M1A1 ABRAMS, GDLSLAV

 

13.  M1A2 ABRAMS, GDLSLAV

 

 

 

 

실차 이미지는 보유 중인 M1 Abrams Tank (Images of War), Michael Green에서 가져 왔다.

 

 

다음 글은 타 국가 전차들의 파워 트레인과 비교도 해보도록 하겠다. 

 

 

타국가 엔진 관련 소실된 유물도 획득한 상태라서 말이다.





    



  • |
facebook twitter google plus pinterest kakao story band
Profile image 운영자 2017.10.11. 14:00

메니아리뷰로 이동합니다. 

좋은 자료 감사합니다.

Profile image DeltaForce 2017.10.11. 16:02

많이 부족한 글인데도 올려 주신 것에 감사할 따름입니다.

Profile image DeltaForce 2017.10.11. 14:08

GM-Milford-Proving-Ground-1024x819.jpg

출처 http://gmauthority.com/blog/wp-content/uploads/2013/09/GM-Milford-Proving-Ground-1024x819.jpg

 

참고로 TMEPS ATR M1A1과 바닐라 M1A1이 붙었던 제너럴 모터스 밀포드 주행 시범장은 다음과 같이 생겼답니다 ㅎㅈㅎ

shaind 2017.10.18. 22:44

"MTU 873 Ka 500이 터보 차져도 없이 꿀럭꿀럭 대고 돌아 다닌 것" 

은 금시초문이군요. 애초에 과급기를 전제로 설계된 파워팩이었을텐데...

 

60년대에 개발된 그 사이즈의 디젤엔진이 과급 없이 자연흡기로 1500마력이라는 건 그야말로 외계인기술이죠.

Profile image DeltaForce 2017.10.18. 22:47

저도 얼마 전에 얻은 독일 엔진 관련 자료에서 확인했습니다. 수정합니다.

밀리돔 | milidom 의 저작물은 이용약관에 의거해 이용 가능합니다. 이 라이선스의 범위 이외의 이용허락은 별도로 문의하시기 바랍니다.

글/댓글 작성 전 이용약관을 숙지는 의무사항입니다. 규정 미준수에 의한 책임은 온전히 작성자 본인에게 있습니다.

에이브럼스 파워팩 변천사

October 11, 2017
에이브럼스 파워팩 변천사

First Test M1 Abrams

September 21, 2017
First Test M1 Abrams

작전적-전술적 로켓 복합체 《이스칸데르》 (9K720) file

August 21, 2017
작전적-전술적 로켓 복합체 《이스칸데르》 (9K720)

101회 방추위를 살펴봅시다. file

April 26, 2017
101회 방추위를 살펴봅시다.
  • unmp07 ·
  • 조회 수 649 ·
  • 4 ·
  • 댓글 7 ·