철창형 장갑(Cage Amor)

작동방식

철창형 장갑은 흔히 슬랫아머, 방호네트, 체인커튼 등으로 차량 외부에 대전차 로켓 및 무반동총에 대한 차량의 보호를 위해 설치된다. 다른 차량의 외부설치 HEAT 방호 목적으로 반응장갑을 생각할 수 있으나, 이 둘의 작동원리는 차이가 있다.

RPG 로켓의 구조

 

RPG 탄두의 작동방식

철창형 장갑의 작동원리

폭발반응장갑의 작동원리

반응장갑은 두 개의 금속 판 사이에 화약이 충진 된 샌드위치 구조를 가지며, 탄이 반응장갑에 도달하면 반응을 일으켜 탄의 흐름을 망가트리는 방호방식을 가지고 있다.

 

철창형장갑은 압전 요소가 표적 - 일반적으로 전투 차량의 장갑 차체에 충돌할 때, 전류가 기폭 장치를 통해 흐르지 않도록 하여 탄두를 불발시킨다.* 이때, 불발을 일으킬 만듬 탄두에 충분한 손상이 가해지지 않았더라도 성형작약의 라이너에 손상을 가함으로써 탄두의 관통력을 감소시킬 수 있다. 다만 철창형장갑이 압전 요소에 직접적으로 맞닥뜨리는 경우, 철창형장갑은 탄두를 불발시키거나 손상키지 않고 일반적인 탄두의 기폭요소로서 작용한다.

 

단순하게 보면 반응장갑은 화학에너지탄들(+제한적인 물리에너지탄)에 대한 반응을 일으켜 추가적인 방호력을 제공하는 일회성 장갑이라면, 철창형장갑은 대전차로켓, 무반동포 등의 화학에너지탄에 대한 미작동 확률 아이템이다.

 

반응장갑은 더 나은 보호를 가지지만, 철창형 장갑은 더 가볍다. 그렇기에 주로 경차량이나 전차의 비승무원 구획의 추가 보호 용도로 장착되는 것이다.​

* 이는 탄두가 전방에 배치되어 있지 않은 경우에는 취약하다. 대전차미사일들의 경우엔 미사일 전방에 시커가 자리잡고 있어 충분히 탄두 오작동을 방지할 가능성이 높다.

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형태

바 아머(Bar Armor)

 

 

바 아머는 철창형 장갑중에 가장 단순한 구조이다. 차량에 수평 막대를 부착하여 성형탄두로부터 보호하는 것으로 구성된다. 막대는 원형을 주로 사용하지만 막대가 탄의 손상 효과를 증대하기 위해 사각형 막대를 사용하는 경우도 있다.

 

슬랫 아머(Slat Armor)

슬랫 아머는 일반적으로 철망형 장갑으로 가장 많이 알려진 장갑일 것이다.  바 아머와 달리 수평으로 넓은 구조로 되어 있으며, 이는 중량의 증가를 일으키지만 일반적인 착탄각에서는 바 아머보다 높은 성능을 가진다. 무게가 무거운 만큼 차량의 결합구조가 튼튼해야 하고 이는 또 많은 중량을 사용한다.

 

슬랫 아머는 중량을 문제로 강철이 아닌 알루미늄을 사용하기도 하는데 자동차 부품에 관심이 있다면 알겠지만 더 가볍지만 더 비싸다.

 

방호네트(Net Armor/Mesh Armor)

금속 기반 방호네트(좌) 섬유 기반 방호네트(우)

압전 퓨즈 위에서 폴리머 섬유 기반 그물 케이지 갑옷 시스템의 매듭이 미끄러지는 것을 보여주는 고속 카메라 영상의 스틸 시퀀스

네트 아머, 방호네트 등으로 불리우는 방호네트의 경우에는 철창형 장갑중에 가장 가벼운 축에 속한다. 소재로는 고강도의 금속 및 합성섬유를 사용한다. 금속 메쉬의 경우, 금속은 전단 저항과 인장 저항이 비슷한 경향이 있기 때문에 상대적으로 높은 장력이 네트에 허용된다.

이는 고강도 고분자 섬유를 기반으로 한 네트의 경우와 다르다. 이러한 섬유는 일반적으로 섬유 방향을 따라 최대 장력을 갖도록 최적화되어 있으므로 섬유 방향에 수직인 방향의 전단 저항은 제한된다. 이로 인해 고분자 섬유 기반 네트 솔루션의 장력은 너무 높아서는 안 된다. 이러한 구조의 차이로 가져올 수 있는 설계적 장점이 있는데 압전소자가 네트에 닿더라도 압전소자에 충분한 충격이 전달되기전에 미끄러짐이 유도될 수있다.

 

다만 합성섬유의 중요한 단점으로 특히 다양한 기상 조건에 노출될 때 노화로 인해 섬유의 특성이 변하기 때문에 서비스 시간과 보관 수명이 제한되어 있다는 것이다. 이로 인해 통제된 환경에 보관하더라도 일반적으로 장기간 성능을 보장할 수 없다.

방호네트의 변형으로는 네트의 격자점에 불발 유도체를 장착한 경우다. 철창형 장갑중에 가장 보호 효과가 높다.

 

체인 커튼(chain curtain)

메르카바 전차

체인 아머로도 불리우는 체인 커튼은 차량의 포탑과 차체의 간극을 메꾸기 위해 사용된다. 포탑에 장착된 구체가 차체에 소폭 닿더라도 플랫폼의 사용에는 문제가 없으며, 포탑을 돌려 조종수 앞에 위치하더라도 커튼처럼 걷어낼 수 있다. 체인 끝에 매달린 구체는 체인과 발사체 사이의 충분한 상호 작용을 보장하기 위해 일반적으로 체인 끝에 무거운 볼을 부착하여 체인의 관성을 증가시킨다. 일반적으로 체인 사이의 여유 공간이 상대적으로 적기 때문에 효율성이 낮지만 탄두의 불발 가능성, 성형탄 손상 및 격리 거리 증가로 효과가 없는 것은 아니다.

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형태 별 성능 비교

수직 충격 각도의 함수로서 고려된 다양한 철창형 장갑 시스템의 효율성

위는 철창형 장갑간의 수직 충격각 효율성 비교다. 그래프가 높을 수록 탄두에 대한 보호 효과가 높다. 위 표를 보고 알 수 있는 것은 다음과 같다.

 

• 슬랫 아머는 0도에서 효과는 매우 뛰어나지만, 각도에 따라 효과가 가장 급격하게 떨어진다.
• 바 아머는 원형이 사각형보다 효과가 뛰어나다.
• 관성 분산 중량 케이지 장갑(inertial distributed weight cage armor)는 방호네트의 격자점에 불발유도체를 추가적으로 단 것으로 수직각에선 가장 뛰어난 효과를 가진다.

슬랫 아머(좌) 원형 바 아머(중) 사각형 바 아머(우)

빨간색은 철창형 장갑이 신관이 완전히 충격을 가했음을 나타내고, 주황색은 철창형 장갑에 신관이 스쳐지나갔으며, 녹색은 철창형 장갑이 올바르게 작동함을 보인다. 위 이미지를 통해 수직각이 0도에서 벗어날 수록 슬랫 아머의 효과가 낮은지 알 수 있다.​​

수평 및 수직 충격 각도에 따른 철창형 장갑 솔루션의 효율성

하지만 차량에게 접근해오는 위협체는 정직하게 수평각 0도로 오지 않는다. 이에 따라 수평각을 고려한 효과는 위 그림과 같다. 위 그림 중에 4개의 상부 그래프는 바 아머와 슬랫 아머인데, 표가 가로로 일정한 것을 볼 수 있다. 이는 바 아머와 슬랫 아머는 수평으로 배치된 구조를 가지고 있기 때문이다. 이와 반대로 네트 구조물들은 수평한 각에 대한 보호 효과가 달라짐을 알 수 있다.

 

RPG의 궤적 및 발사체 비행 특성

게다가 RPG7의 궤적 및 비행 특성을 고려하면 철창형 장갑의 수직각 15도 이상의 데이터는 현실적으로 어려운 값이다.

고려된 수평 충격 각도 범위의 함수로서 최대 수직 충격 각도 15°에 대해 고려된 다양한 철창형 장갑 시스템의 평균 효율(좌) 고려된 다양한 철창형 장갑 시스템의 면적 밀도(우)

고려된 수평 충격 각도 범위의 함수로서 최대 수직 충격 각도 15°에 대해 고려된 다양한 철창형 장갑 시스템의 질량 효율

이를 기반하여 수직각 15도 이내의 평균값을 내고 수평 60도와 90도에 대한 그래프는 위와 같다. 수평 90도가 아닌 60도가 있는 이유는 60도를 넘어가면 피격차량의 면적이 극도로 좁아지기 때문이다.

 

수직각 15도 내외의 평균값을 기반한 표에서도 방호네트를 기반하는 관성 분산 중량 철창형 장갑(inertial distributed weight cage armor)가 가장 높은 효율을 보이고 있다.

 

일반적인 방호네트는 탄도 효율성과 관련하여 명백한 단점이 있지만, 특히 합성 섬유 기반 솔루션은 가장 가벼우며, 높은 질량 효율성을 제공한다. 장갑 차량에 철창형 장갑 솔루션을 추가하기 위한 무게 제약이 심각한 경우 방호네트 시스템이 가장 실용적인 솔루션을 제공한다.

 

그러나 합성 섬유 기반 방호네트와 관성 분산 중량 갑옷의 주요 단점은 합성 섬유 사용으로 인해 복잡성이 증가하고 보관 및 사용 수명이 제한된다는 것이다. 슬랫, 바 및 강철 방호네트 솔루션은 제한된 선반 및 사용 수명이라는 단점이 없으며 특히 바 및 알루미늄 슬랫 솔루션은 저비용, 저복잡성, 고성능 철창형 장갑 시스템을 제공한다.

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출처 및 참고

Efficiency of Different Cage Armour Systems

https://www.mdpi.com/2076-3417/12/10/5064

Efficiency of Different Cage Armour Systems

방호네트 불발유도체

• 출원 : 현대로템 주식회사, (주)삼양컴텍

방호네트

• 출원 : 현대로템 주식회사
• 출원일자 : 2015.03.09
• 등록일자 : 2015.09.24

http://www.kipris.or.kr/khome/main.jsp

KIPRIS 특허정보검색서비스 특허무료검색서비스

보병전투장갑차 개발동향 및 발전방향

https://www.krit.re.kr/cover.jsp

 

전환기 국방환경변화에 따른 기동전력발전방안 KRIS

PDF 기준 213/237p(표기 207/231p)

https://www.dbpia.co.kr/journal/voisDetail?voisId=VOIS00564443

[KRIS정책연구 보고서 19-3] 전환기 국방환경 변화에 따른 기동전력 발전방안

K계열 전차 장갑의 성능개량 필요성과 기술추세

http://kidet.or.kr/webzine/2011/09.php

:: 국방기술 포디움 No.03 ::

전장을 내달리는 60톤의 강철 괴수, 전차 이야기(下) 

https://www.thessen-lig.com:10010/svcShowWebZinDetail.do

THE SSEN LIG