육상체계 현대 전차 철갑탄에 쓰이는 장약과 성능
DeltaForce
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종래 전차의 철갑탄은 상온(21도)과 고온(52도)에서 장약이 폭발할 때의 온도와 그에 따른 압력이 늘어나는 만큼 포구 초속이 빨라 이 때 최고의 관통 효율을 냅니다. 이런 특성은 장약의 대기 온도에 대한 민감도에 기인하는 것입니다.
하지만 기존 장약의 문제점은 고온에서 약실 압력이 너무 높다 보니 전차 포신의 수명을 갉아 먹고 안전에 문제를 가져 옵니다. 또한 저온에서 탄속 저하 또한 심한 편입니다.
때문에 장약의 표면에 온도 둔감 물질을 입혀 온도에 대한 내성을 올려 주는 둔감 장약 내지는 표면 코팅 복기 추진제 Surface Coated Double Base(SCDB)의 존재가 대두되었으며 이 SCDB의 등장은 전열 화학포(Electro-Thermal Chemical gun)개발에 몰락을 초래하기도 했습니다.
120mm XM291 전열 화학포로 플라즈마 인젝터가 달린 M829A2를 쏘는 라이트닝 볼트 시제차량
마음 같아선 다양한 종류의 장약에 관해 설명하고 싶지만 오늘은 간단하게 미 육군 M1 에이브럼스와 독일 레퍼드 전차에 쓰이는 전차 포탄 장약의 종류와 성능에 관해 간단하게 소개해 볼까 합니다.
JA-2/L5460
미 육군은 물론 독일의 120mm 활강포용 탄약에도 쓰인 장약이다.독일에선 L5460이라고 부릅니다.
사용 탄약은 M829, M829A1, M829A2, DM23, DM33, KEW A2입니다.
폭발 시 화염 온도는 3424 캘빈, 추동력은 1150J/g.
90년대 라인메탈의 L44 포는 개수를 거치지 않아 약내 압력 최대 기준이 6700 bar 정도였는 데 50도부터 이를 넘기기 시작해 60도에서는 7380bar까지 올라가 위험해집니다.
폭발 압력은 DM23,33 기준 4700J/g, M829A2, M829A1은 이들보다 장약량이 많지만 알려진 정보는 없습니다.
포구 초속은 M829A2 기준
M829A2 기준
1680m/s @ 21ºC
<1750m/s @ 52ºC
>1600m/s @ -20ºC
청사진으로 본 M829A2의 장약의 배치는 이렇습니다.
XM291 전열 화학포(ETC)에서 쏜 M829A2의 그래프. 보라색 정사각형 표시가 일반 M829A2인데 활강포가 아닌 전열 화학포에서 재래식 장약을 쏜 것이기에 M256 활강포에서 쏜 것과는 퍼포먼스 차이가 있습니다. 파란색 마름모 꼴의 포구 초속은 M829A2에 플라즈마 인젝터를 점화기로 쓴 결과물입니다.
위 그래프의 실험에 쓰인 탄약들.
M43
M1, IPM1 에이브럼스의 105mm M68A1과 스트라이커 MGS의 105mm M68A2에 쓰이는 M900A1 철갑탄에 쓰입니다.
추동력 1181J/g로 여기에 수치가 밝혀진 추진제 중 가장 추동력이 높습니다.
성분 비교표
RPD-380
폭발 시 화염 온도는 3573 캘빈, 발생 열량은 1156cal/g입니다.
*cal/g는 추동력의 단위인 j/g가 아닙니다.
RPD-380은 기존 JA-2 대비 연소 속도가 빠른(=추동력이 높은) 장약으로 M829A3에 사용됩니다.
길다란 일체형 막대 형태를 취합니다.
M829A3의 포구 초속
1632m/s @ 52℃
1555m/s 21℃
1493m/s -20℃
1446m/s -46℃
연소 속도가 빠르기 때문에 기존 장약 대비 대기 온도에 영향을 덜 영향받아 저온 구간에서 처진 곡선 형태가 아닌 직선을 그립니다.
JA-2, RPD-380, RPD-351의 성분 비교표
JA-2, RPD-380, RPD-351의 연소 속도 비교 그래프 속도는 RPD-351>RPD-380>JA-2 순입니다.
L1/M2400
독일LKE 사업으로 도입한 DM43과 DM53이 사용하는 장약으로 상당히 고에너지 장약입니다. 사용 탄약인 DM53의 폭발 압력은 5,000j/g이며
폭발 시 화염 온도 3600 캘빈, 추동력은 약 1165J/g입니다.
독일 연방군의 레퍼드 2 전차의 DM53 LKE II에 사용되는 장약입니다.
포신에 무리를 많이 주는 편입니다.
라인 메탈 L1/SCDB
DM53의 L1 장약의 표면을 복기 처리한 것으로 DM63과 DM53A1에 쓰입니다.
DM63은 세계 최초로 표면 코팅 복기 추진제(SCDB)를 사용한 전차 포탄입니다.
폭발 시 화염 온도 약 3580 캘빈, 추동력은 약 1160J/g입니다.
아래의 그래프에 DM53과 DM63의 퍼포먼스 특성을 통해 SCDB가 가지는 이점을 확인할 수 있습니다.
저온에서 1600m/s, 상온/고온에서 1650m/s의 탄속을 보여 줍니다.
최대 장약 압력이 낮기 때문에 -46도~63도의 널널한 온도에서 사격할 수 있으며 포신 수명을 위협하지 않고 소소한 이점으로 분산도가 더 조밀합니다.
EFC가 DM53의 1/3로 400-600발 정도 사격할 수 있습니다.
포탄의 분산도, SCDB를 사용하면 정확도도 향상됩니다.
-포구 초속
DM53 DM63
-40℃ 1570m/s 1600m/s
-20℃ 1550m/s 1620m/s
21℃ 1670m/s 1650m/s
52℃ 1760m/s <1650m/s
-약실 압력
DM53 DM63
-40℃ 4900 bar 5000 bar
-20℃ 4500 bar 5000 bar
21℃ 5800 bar 5500 bar
52℃ 6500 bar 5600 bar
JA-2, L1/SCDB, L1의 추동력 및 화염 온도 비교표
M829A4의 장약
최근 공개된 M829A4에는 미국에서 개발한 고에너지 표면 코팅 복기 추진제가 추가되었습니다. 거기에 19개의 RPD-380 스틱을 사용합니다.
여기서 어떤 기술적 변경점이 있는 지 확인해 보도록 합시다.
우선 좀 전에 언급했 듯이 막대형 추진제와 고에너지 SCDB 추진제를 복합적으로 사용합니다.
기존의 짧은 M123A1 뇌관을 M35L70 뇌관으로 대체했습니다.
이는 짧은 뇌관을 쓸 경우 발생하는 높은 델타 압력과 저온에서 생기는 후염으로 인해 발사체의 꼬리 날개 쪽에 긴 폭발
이 일는 점화 문제를 해결하기 위함입니다.
RPD-380과 SCDB + 19 RPD-380 조합의 온도에 따른 포구 초속 차이
장약을 교체한 결과 모든 구간에서 M829A3의 RPD-380 조합을 압도합니다.
M829A3 M829A4
52℃ 1632m/s 1632m/s
21℃ 1555m/s 1650m/s
-20℃ 1493m/s 1600m/s
-46℃ 1446m/s 1555m/s
RPD-380과 SCDB + RPD-380 조합의 온도에 따른 약실 압력 차이.
여기 나온 약실 압력 수치는 테스트이기 때문에 실탄과는 다르지만 복합 장약과 기존 장약의 차이를 확인할 수 있는 좋은 예시입니다. M829A3의 장약 무게는 8.1kg(표의 실험탄은 7.84kg)이며 상온에서의 압력은 5660bar입니다.
그래프에 의하면 새 장약의 압력은 기존 장약 대비 상온 21에서 32퍼센트 이상입니다. 이를 M829A3의 5660 bar에 곱하면 7500 bar 가량이 나옵니다.
즉 실제 M829A4는 포신의 안전 압력 한계치인 7600 Bar와 닿을 듯 말듯한 압력을 지닐 것으로 예상됩니다.
참고 문헌:
코팅제를 적용한 추진제의 온도둔감 특성 연구 (1), 주현혜, 주형욱, 권태수, 정준창, 권순길
Insensitive Propulsion Systems for Large Caliber Ammunition, Beat Vogelsanger, Alexander Huber, and Heinz Jaskolka, Rhinemetall
insensitivity aspects of NC bonded and DNDA plasticizercontaining gun propellants, M.A. Bohn and D. Mueller
HIGH PERFORMANCE PROPULSION DESIGN FOR FUTURE KINETIC ENERGY AMMUNITION, U. Jeck-Prosch and K. Ryf, 19th International Symposium of Ballistics, 7–11 May 2001, Interlaken, Switzerland
Temperature Insensitive Propulsion for KE Tank Ammunition, Neal Hylton(General Dynamics Ordnance & Tactical Systems:
Large Caliber Ammunition), Dr. Klaus-Achim Kratzsch – Rheinmetall Waffe Munition
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