K9 자주포 사격안전성 향상 연구

최근 국외수출 확대 및 국내외 성능개선 요청 등에 따라 기존의 뇌관(KM82)보다 타격 요구에너지가 증대된 둔감뇌관(DM191A1)을 K9에 적용하였다. 이에 따라 뇌관의 증대된 타격 요구에너지에 맞추어 격발장치의 격발력 또한 증대가 필요하게 되었으며, ’17년 사격훈련 중 발생한 사고로 인해 K9 자주포의 사격안전성 향상에 대한 연구가 대두되었다.

K9 자주포의 사격안전성을 저해시키는 비정상 격발 요인을 찾기 위해 특성요인도(Fishbone Diagram) 기법으로 분석하였다. 운용 분야에서는 포미장치의 정비가 미흡하거나, 뇌관집 조립체 체결이 불량할 경우 불완전 폐쇄 현상이 발생할 수 있을 것으로 분석되었고, 탄약 분야에서는 외부 요인에 의해 뇌관 플런저의 유동 발생 시 비정상 기폭이 가능하였으며, 장비 분야에서는 격발장치의 오작동 및 유격 발생 시 안전 기능이 상실되어 뇌관의 비정상 기폭이 가능할 것으로 분석되었다.

1. 오조립/오작동 예방

뇌관집 조립체의 체결이 불량할 경우 뇌관 삽입 간 간섭이 발생되며, 대표적인 체결 불량에는 고정자 조립체의 체결 불량을 들 수 있다. 고정자 조립체는 뇌관집 조립체를 폐쇄기에 고정시키는 역할을 하는 부품으로 정확히 고정되지 않으면 뇌관이 정위치로 삽입되지 않고 격발장치와 폐쇄기 사이에 끼이게 되어 폐쇄기의 불완전 폐쇄가 발생한다. 따라서 뇌관집 조립체가 오조립되지 않도록 각인을 추가함으로써 뇌관 간섭에 의한 불완전 폐쇄를 예방하였다.

2. 뇌관 내충격성 향상

KM82 뇌관은 플런저에 구속조건이 없으며, 소뇌관과 플런저 사이의 간극으로 인해 플런저 유동이 발생한다. 반면 독일과 미국에서 사용 중인 둔감뇌관은 각각 Shearing Collar와 Foam Washer라는 부품으로 플런저의 유동을 방지하여 격발장치의 타격에 의해서만 뇌관이 기폭하도록 설계되어 있다.

해외 사례를 바탕으로 국내에서도 둔감뇌관 적용을 추진하였으며, 적용의 시급성과 경제성을 고려하여 수출된 K9 자주포에서 사용 중인 독일의 DM191A1 뇌관을 적용하여 뇌관의 내충격성을 향상시켰다.

3. 격발장치 개선

3.1 격발력 증대

DM191A1 뇌관에 요구되는 격발력은 1.4J로, KM82에서 요구되는 1.08J과 비교하여 약 1.3배 수준이다. 따라서 기존 격발장치를 그대로 적용할 경우 뇌관 불발율이 높을 것으로 예상되어, 격발력을 약 1.5배 증대시켰다.

목표 격발력은 뇌관의 설계 안전율과 동일한 1.3배 수준인 1.8J로 설정되었으며, 격발 스프링의 스프링 정수를 기존 1.6 kgf/mm에서 3.0 kgf/mm로 87.5% 증가시켜 높아진 격발력에 대응할 수 있도록 개선하였다.

3.2 공이 내구수명 증대

격발력이 증대되면 격발자의 공이 타격력이 증대되고, 공이와 공이스프링의 내구수명 감소에 직접적인 영향을 준다. 이를 방지하기 위해 스프링 재질을 기존의 스테인리스에서 탄성 복원력이 좋은 피아노선으로 변경하였으며, 공이 스프링 선경을 기존 ∅ 0.7에서 ∅ 0.8로 변경하여 타격에 의한 복원성을 상승시켰다.

공이와 공이 스프링의 내구도 시험을 위한 작동횟수는 연간 비사격 훈련 시의 격발장치 작동횟수와 창정비 주기를 고려하여 11,500회로 선정하였다. 시험 간 공이는 파손 없이 정상적으로 작동되었으며, 공이 스프링은 반복적인 작동에 의하여 자유장과 하중이 감소하였으나 최종 하중 0.681 kgf로 기준치인 0.65±0.065 kgf를 만족하였다.

3.3 부품 간 유격발생 가능성 개선

격발장치의 증가된 격발력은 격발장치의 각 부품에도 충격력을 증가시킨다. 이로 인해 부품 간 유격이 발생할 가능성이 있으며, 격발장치의 정상적인 작동에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 부품 간 유격발생을 최소화하기 위해 격발장치의 하우징을 비롯하여 격발자, 캠, 스토퍼 등 주요 부품의 공차 및 형상을 변경하여 기존 격발장치 대비 장기 간의 반복 작동에 의한 유격발생 가능성을 개선하였다.

기존 격발장치와 비교하여 분석한 결과 공이와 격발자 사이의 여유공간은 0.9mm로 기존품의 0.5mm 대비 80% 증가된 여유공간을 확보할 수 있었으며, 스토퍼의 작동범위도 이탈가능성 없이 정상 범위내에서 작동되었다.

4. 개선 검증 및 결과

개선된 격발장치의 국내외 뇌관 적용 가능성 확인을 위해 2018년 11월부터 12월까지 핀란드와 국내에서 KM82와 DM191A1 뇌관 각 300발(총 600발)에 대한 기폭 및 사격시험을 실시하였다. 경제성을 고려하여 시험은 뇌관 기폭시험 위주로 수행하였고, 실제 사격은 6발을 실시하였다. 시험 장소는 KM82 뇌관은 국내(육군 포병학교, 국방과학연구소)에서, DM191A1 뇌관은 동일 뇌관을 사용 중인 핀란드(기갑여단 훈련장, 폭발물센터 사격장)에서 시험하였다.

각 뇌관은 모두 정상기폭, 사격되었으며 시험 전, 후의 격발장치 상태도 양호하였다. 핀란드로부터는 육군의 공식레터를 통해 개선된 격발장치는 완벽하게 작동하였으며 모든 DM191A1 뇌관이 첫 번째 격발시도에 기폭되었다는 결과를 받았다. 개선 사항은 1급, 2급 형상통제심의를 통해 최종 확정되었으며, 소급적용은 육군본부의 통제 하에 야전에 배치된 모든 K9 자주포를 대상으로 ’19년 11월부터 시작되어 ’20년에 완료되었다.