전차의 주포구경과 전기포의 원리

 

 

§ 전차의 주포구경을 증대시킨 이유와 그 한계는?

2차대전 초 30~50mm에 불과했던 전차의 주포구경은 Leopard I, AMX-30, T-62전차 등의 2세대 전차에 105mm로 증가하였고, 3세대에는

120mm로 약 3배 가량 증가하였다. 이렇게 전차의 주포구경을 지속적으로 증가시킨 이유는 전차탄의 포구속도를 크게하기 위해서다.

즉, 포구속도를 크게 하여 탄자의 운동에너지를 증가시키면 전차포의 사거리, 관통력 및 정확도를 향상시킬 수 있기 때문이다.

 

포탄을 격발시 추진가스가 포신내부에 미치는 압력(P) 변화를 나타낸 것으로 압력에 탄저단면적(A)을 곱하면 탄자에 미치는 힘을 구할 수

있다. 따라서 압력-이동거리곡선 아래의 면적에 탄저단면적을 곱한 값은 추진가스가 탄자에 가한 일이 되고 이 값은 탄자의 운동에너지와

같다.

 

탄자의 질량을 m, 포구속도를 v, 탄자의 이동거리를 x이라 하면 탄자의 운동에너지는 다음과 같다.

 

따라서, 포구속도를 증가시키려면 압력-이동거리곡선 밑의 면적을 가능 한 넓게 해야하는데, 구경을 증대시키면 탄저의 단면적과 포구압력이 동시에 증가한다. 왜냐하면 약실체적이 커져 더 많은 화약을 충전시켜 큰 포구압력이 발생하기 때문이다.   그러나 현재의 주포 구경증대를 통한 포구속도 증가는 분자량이 큰 화약 가스 CO₂의 단열팽창을 이용하고있어 그림2에서 보듯이 이미 한계에 이르렀다.

<그림2. 고체추진제의 포구속도 한계>

전차포의 포구속도는 로 (:특성계수, :추진제의 비폭발열, :탄자 질량, :추진제 질량, :동행계수)

다른 변수들이 일정할 때  값이 작아짐에 따라 포구속도가 증가하고, 무한히 작을 때( → 0) 최대 한계속도는 2500m/s

이다. 그러나 고체추진제 및 고강도 포신재료 등의 한계상황을 고려했을 때, 120mm 주포를 기준으로 2,000m/s가 한계 포구속도로 현재

화포의 포구속도가 1,800m/s 수준임을 고려할 때 고체 추진제에 의한 포구속도 증가는 이미 기술적 한계에 접근하고 있다.

 

이에 따라 전차포의 포구초속을 증가하기 위해 추진제를 액체로 대체한 액체추진포와 전기에너지를 이용하여 탄자를 가속시키는

전기포에 대한 연구가 진행중이다.

 

 

§ 전기를 이용하여 발사되는 전기포의 원리는?

전기포(electric gun)는 전기에너지를 이용하여 탄자를 가속하는데, 현재 레일건과 전열화학포를 중심으로 무기체계 적용을 위한 연구가

집중되고 있다.

 

레일건은 전기에너지에 의해 발생된 전자기력으로 직접 탄자를 가속시키는데 반하여 전열화학포는 전기에너지를 가하여 고온의 이온화된

가스인 플라즈마를 발생시켜 탄자를 가속시킨다.

 

가. 레일건 그림1과 같이 평행하게 설치된 레일을 전기자(電機子, amature)로 연결하고 여기에 고전류를 인가하면 레일주위에 자기장이 형성되고, 자기장내에서 전기자는 전자기력을 받는다.   전기자는 플레밍의 왼손법칙에 의해 레일을 따라 포구방향 으로 가속되어 탄자를 추진시키며 이때 발생되는 가속력(로렌 쯔힘) 은 F=(LI²)/2로서 전기자에 인가된 전류(I)와 인덕턴스(L) 에 비례한다.(그림2)   일반적으로 레일건에 의해 가속되는 탄자의 무게는 약 10kg으 로 이 탄자를 포구속도 5000m/s까지 가속시킬 수 있기 때문에 기존 고체추진제 전차포에 비해 3배 이상 포구속도가 증가한 다.

<그림1. 레일건 작동원리>

 

<그림2. 레일건에 적용된 플레밍의 왼손법칙>

 

 

나. 전열화학포

펄스형태의 전류에 의한 저항열로 아크에서 고온의 플라즈마(Plasma, 전기방전등으로 발생된 기체 상태의 전기적 입자 집단) 를 발생

시켜 약실내의 추진장약을 연소시킨다. 이때 발생된 추진가스의 팽창으로 탄체를 가속시키는데, 10kg의 탄자를 포구속도

3000m/s까지 가속시킬 수 있다.

 

 

<그림3. 전열화학포 작동원리>

 

이러한 전기포는 기존 전차포의 포구속도 한계를 극복할 수 있을 뿐 아니라, 향후 기동체계가 전전기 전투차량(all electric

combat vehicle system)으로 발전해가는 추세를 고려할 때 전원장치를 공유할 수 있다는 장점으로 인해 이에 대한 연구가 활발히

진행중에 있다.