전차의 중량, 부피, 방호력-차체편 [1]

전차 Dimension 예측에 관한 방법론 2p

전차에서 화력, 기동, 장갑 및 생존성은 서로 밀접한 관계를 가지고 있다. 승무원을 지키기 위하여 많은 장갑을 투자한다면 전차의 기동성이 낮아지며, 반면에 공격적인 기동능력을 살리기 위하여 엔진의 크기가 커진다면 이 또한 전차 전체의 크기 증가로 이어져 피탐면적의 증가로 이어진다. 또 화력을 위해 주포의 구경을 키우거나 탄약을 많이 적재한다면 피격시 차량의 취약부위가 늘어나는 것을 피할 수 없다.

 

따라서 전차는 이러한 상관관계를 고려하여 최적의 설계를 구성해야 한다. 만약 사용자가 기존의 전차보다 속도도 빠르고 장갑도 더 두꺼우면서 그리 크지 않은 전차의 제작을 요구한다면 기술자는 기술적, 시간적, 비용 등 다양한 부분을 고려해야 한다. 

8호 전차 마우스 - Tank Archives

만약 사용자가 터무니 없는 장갑 조건을 장착한 전차를 요구한다면 전차의 중량은 늘어날 것이고, 무게가 늘어남에 따른 동력장치, 현수장치도 커질 것이다. 이러한 요구조건을 다 들어주면 어떻게 되는지 우리는 이미 알고 있다.

 

 

무게 중심과 포탑/엔진/승무원의 위치

차륜형 장갑차의 제동편향에 대한 고찰 - 2024년 한국산학기술학회 춘계 학술발표논문집

~기동화력1팀은 성수민 선임연구원을 주축으로 제동편향 현상을 개선하고자 원인을 찾아 나섰다. 그 결과, 차량의 급제동 시 전방으로 치우친 무게중심으로 인해 뒷바퀴가 들려 접지력을 잃으면서 나타난 현상으로 밝혀졌다. K808과 달리 개발과정에서 K806의 무게중심을 고려하지 못한 것이 1차 원인이었다. 기동화력1팀은 이를 개선하기 위한 다수의 개선사항을 제시했다. 규격허용치 내에서 차량의 무게중심을 아래로 낮추고 뒷바퀴가 접지력을 잃지 않도록 ABS(Anti-Lock Brake system)에 EBL(Electronic Brake Force Limiter) 기능을 추가했다. 또한 기동화력1팀은 국내외 규격 및 제도를 검토해 제동편향 기준을 수립했다.~

국방기술품질원(DTaQ) 기동화력 1팀 인터뷰 중

 

 

궤도차량에서도 무게중심은 제법 중요한데, 위의 M1전차는 포탑과 차체 전면에 증가하는 장갑을 감당할 수 있는지, 바꿔야 한다면 어느 부분을 개선해야 할지 무게추(판)를 달고 시험하는 장면이 찍힌 사진이며, K806의 경우 808과 달리 무게중심을 크게 신경쓰지 않자 제동편향이 일어나기도 했다.

 

궤도차량에서 동력장치(엔진+변속기+냉각장치)가 차지하는 비중이 그 중량이나 체적에서 대단히 크기 때문에 차량의 개념설계시 가장 먼저 고려 되어야 할 중요한 요소중에 하나이다. 대부분의 주력전차는 차량의 후방에 동력장치를 탑재하고 있으며, 그것은 차량의 전방이 특히 적의 화력으로 부터 보호되어야 한다는 방호개념과 차량의 설계시 중량의 균일한 분포를 위하여 불가피한 결과이다. 차량의 무게중심은 낮으면서 전/후 밸런스에서 중앙에 있는게 좋을 것이다. 차량의 전방에는 두터운 장갑은 후방의 동력장치와 무게 밸런스를 맞출 것이고, 중앙에 위치한 포탑은 주포의 발사시에도 그나마 적은 움직임을 가지게 된다.

 

궤도차량에서 동력장치를 전방에 탑재하고 운전석을 옆으로 나란히 배치할 때 궤도차량의 길이를 줄이고 또한 이전보다도 짜임새 있는 탑재 방식 이라는 장점이 부각되기도 한다. 또 동력장치와 조종석을 전방에 탑재함으로써 동력장치는 승무원을 방호하는 수단으로도 활용되는 장점이 있다.

 

동력 장치를 전방에 탑재하면 차량 후방에 탄약 적재의 용이성과 전투요원 등의 활동공간 확보, 승하차의 편이성 등의 이점에도 불구하고 정비유지를 위한 동력 장치에 접근시 차량의 전방에 설치된 방호를 위한 무거운 장갑재의 취급이 용이치 않아 힌지식 등 특별한 장치를 설치하거나, 크레인 등의 별도 장비가 소요되는 등의 이유로 주력전차에서는 동력장치를 후방에 탑재하여 왔다.

 

위의 정비로 인한 접근 문제를 해결하여도 문제는 남는데 동력장치는 현대의 주력전차에서 5톤 정도의 중량과 큰 부피를 차지하는데, 이는 전방에 탑재하면서 이미 중량이 많이 차지하고 있어 전방에 많은 장갑 자체를 투자하기에 중량 분배에서도 좋지 않다. 큰 부피도 문제로 다수의 전차는 차량의 크기 대비 고출력 동력장치를 장비하기 위해 후방의 동력장치실이 차체에서 높은 공간을 차지하고 있는데, 이를 전방에 옮기면 차량이 높아지거나 하는 애로사항이 생길 수 있다.

메르카바 전차 차체의 대략적인 구조도

메르카바의 차체 구조물 및 파워팩

실제로 동력장치를 전방에 설치한 이스라엘의 메르카바 전차의 경우에는 차량의 높이가 개발 당시의 많은 전차 및 현대의 전차보다 높고, 전방의 장갑도 다소 부실한 편인 것을 알 수 있다.

 

따라서 주력전차에서는 1945이후 현재까지 동력장치를 후방에 탑재하고 있는 실정이다. 장갑재료의 중량이 동력장치를 정비하는데 큰 영향을 미치지 않는 범위에서 동력장치를 전방에 탑재할 수 있는 경(輕) 전투차량과 중(中) 전투차량에서만이 전방 탑재를 하고 있다.

K2 전차 (좌)

K21 전투장갑차 (중)

K9 자주곡사포 (우)

위의 궤도차량으로 구성된 현대의 전차, 장갑차, 자주포는 겉보기엔 죄다 선회포탑을 장착한 비슷한 무기로 보여진다. 하지만 이들의 역할은 상당히 다르며, 엔진 및 포탑의 위치 차량의 높이, 장갑의 분배 등 설계적으로 매우 다른 성격을 가진 무기군이다.

 

전차

• 강력한 직사화력과 일반적인 장갑차량중에 두터운 장갑을 가진 차량으로 돌파적인 성격을 가지고 있다.

 

장갑차

• 장갑을 통해 전투지역에 도달하기까지 안전하게 전투원의 이동을 시도하며, 필요에 따라 하차한 전투원을 지원하는 화력을 제공하고 있다.

 

자주포

• 위의 전차나 장갑차처럼 전투지역까지 직접 이동하지는 않고 긴 사거리, 화력을 바탕으로 아군에게 도움을 제공한다. 견인포와 비교하면 자율적인 기동이 가능하기에, 훨씬 유동적인 움직임이 가능하며 장갑은 적의 습격조(소총 및 기관총)나 대포병사격에 일부 대응하는 정도로 구성한다.

 

위의 대략적인 역할군이 이해되었다면 차량의 구조에 대해 어느 정도  이해할 수 있을 것이다.

 

조종수는 기본적으로 차량에서 주행을 담당하기 때문에, 전방을 주시해야 하고 가능한 선에서 시야를 최대한 확보해야 한다. 이는 대다수의 장갑차량들에서 조종수가 차량의 전방에 위치한 이유다.

Mk.1 Archer

위 같은 특수사례를 가지고 와서 전방에 배치하지 않는다는 얘기는 하지말도록 하자. 위의 아처 자주포는 급하게 투입된 차량으로 발렌타인 전차의 차체 후방으로 주포를 장착한 차량이다. 차량의 후방을 바라보게 조종수를 탑승시킨 것이 아니다.

 

장갑차는 차량의 전방은 적의 화력투사를 막고, 이에 전투원의 승하차는 비교적 안전하게 차량의 후방에서 이루어진다. 이는 차량이 전방에 엔진이 장착되고 차량 내부에 전투원을 가득 태우는 특성상 차체의 높이를 전차 수준으로 낮추기 어렵다는 것을 의미한다. 

이미지 출처 - 학생용 책·걸상의 크기·형태, 대폭 바뀐다/산업통상자원부

KAFV 30mm - 대우중공업 홍보물

대략 170cm를 조금 넘는 키의 성인 남성이라면 앉았을 때 머리에서 바닥까지의 길이는 약 130cm 를 조금 넘는 정도이다. 장갑차량의 최저 지상고는 0.4m 전후이며 이를 더하면 1.7m가 살짝 넘는 정도일 것이다. 하지만 하차시의 여유공간 바닥과 천장의 장갑 구조물의 두께, 바닥의 하부 구조물(예: 토션바) 등을 고려하면 빠듯하게도 1.9m를 조금 넘는 정도가 될 것이다.

 

또한 포탑의 위치도 전방(조종실/동력장치실)이나 후방(전투인원 탑승구역)에 장착할 수 없어 중앙에 포탑이 장착하게 된다. 포탑이 후방에 있으면 무게중심 면에서도 좋지 않지만, 더욱 중요한 것은 전투인원의 승하차에 불리하기 때문이다.

 

자주포는 차량의 전방에 조종수와 동력장치를 배치하는 것 까지는 같으나, 포탑이 차량의 후반을 다수 차지한다. 이는 자주포는 화력을 제공하기 위해 대형 주포를 장착하고 있기 때문에 대형의 탄과 장약을 차량의 후방을 통해 바로 전달이 가능하다는 장점이 있다. 또 소화기로 치면 불펍처럼 방아쇠가 약실보다 앞에 있는 것은 아니지만 주포의 차지 공간을 차체가 일정 이상 같이 차지 한다는 것도 평시의 주행환경에 장점일 것이다.

K9 차체 기반 Krab 자주포

2차대전 독일군의 6호 전차 티거 - Tank Archives

현지개수된 M4전차 - Wargaming wiki

과거 2차대전쯤의 많은 전차들은 차량의 높이가 높은 경우가 많다. 위의 사진들을 보다시피 티거와 셔먼의 차체 높이는 당시 성인 남자의 신장과 비슷하니 말이다.

라이필드 모델 M4A3E8 인테리어 키트

라이필드 모델 티거1 인테리어 키트

이는 왜 이럴까? 이런 전차들의 대부분은 엔진과 변속기의 위치가 정반대에 존재한다. 엔진은 차량의 후방, 변속기는 차량의 전방, 이 둘을 연결해 줄 샤프트가 포탑 아래를 지나간다. 포탑 하부에 축이 지나가니 포탑의 시작 높이를 높게 시작하며, 이는 전고의 상승으로 이어진다. 이러한 설계의 장점은 동력장치가 발달하지 않은 시대에 포탑을 차량의 중심에 두기 좋게 설계할 수 있으며, 조종수의 조향장치와 변속장치에 직접적인 조작이 가능하다는 것이다.

 

다른 장점으론 차량은 무게중심이 차량의 중앙에 있을 수록 차량을 조종하기 좋아지는데, 이 시기의 동력장치는 지금과 같이 발전하지 않았기에 동력장치를 한 곳에 몰아 넣으면 차량의 무게 중심이 전방으로 치우치는 경우가 많다. 또한 전방에 변속기가 있기에 포탑 앞에 공간 좀 있는 편이고, 이는 조종수나 무전수의 해치를 통한 출입이 비교적 용이하게 된다.

MAN의 설계안(좌)

다임러-벤츠의 설계안 (우)

(언제나 그렇듯 대체로 그렇게 설계하기 좋다는 것이다. 판터의 경쟁안에서 알 수 있는 사실은 오히려 포탑이 전방에 치우친 다임러-벤츠사의 모델이 무게중심이 중앙에 있었으며, 포탑이 중앙에 있는 양산 채택된 MAN사의 판터는 무게중심이 120mm 뒤에 있다.)

 

단점은 차량의 무게중심이 높아지고 동력장치에서 나오는 소음/열/냄새를 승무원과 차단하기가 힘들다는 것이다. 또 동력계가 분리되어 있고, 샤프트로 연결된 이 구조는 당시 떨어지는 동력장치의 내구성 및 피격시 교체에도 어느 정도 문제가 있다는 것이다.

셔먼의 분리되는 전면구동부

판터의 해치로 들어내는 변속기(좌)

판터 전차 삼면도(우)

이러한 문제는 셔먼의 경우에는 차량 전면의 구동부(기동륜-종감속기-제동장치-변속기)를 분리할 수 있는 설계를 가져 비교적 나은 편이다. 티거? 답이 없다. 포탑이나 전면의 장갑을 탈거해야 하는 수준일 것. 이에 후속으로 등장한 판터나 티거2의 경우에는 변속기를 탈거하기 위해 차량 전방 해치를 통해 탈거가 가능하게 바뀌었다. 물론 여전히 힘든 작업일 것임은 분명하나 이전의 독일의 전차들보다는 낫다는 점에서 위안을 삼자.

A34 Comet Tank A Technical History 뒷표지 (좌)

Cromwell 유압 시스템 (우) - Tank Museum

이 시기 다수의 소련, 영국 전차들은 현대의 일반화된 주력전차들처럼 차체 전방부터 크게 조종수실/포탑전투실/동력장치(엔진+변속기+냉각장치)실로 3구획으로 쪼개져 있는 경우가 많다. 이 시기의 동력장치는 크기/중량 대비 마력이 낮기 때문에 포탑의 위치가 전방에 많이 치우칠 수 밖에 없다. 또 이러면 전차의 조종수와 동력장치와의 거리는 멀어지고 조향, 제동, 가속에 대한 유압라인의 길이도 길어진다.

 

장점도 존재한다. 동력장치를 한 곳에 합쳐놓았기에 공간효율성이 높으며, 차체의 높이를 낮추기 비교적 쉽다. 동력장치와 전차 승무원들은 격리된 구획에 있기 때문에 소음/열/냄새 억제에 유리하고, 승무원실의 간섭없이 동력장치의 탈거가 가능하다. 또 동력장치의 교체나 동력장치 자체를 하나로 패키징하기 쉬운 구조다. 실제로 현재의 전차들은 정비와 교체가 용이한 파워팩(Power Pack) 설계를 가지고 있다.

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같이보기

https://v.daum.net/v/5cd94ab2709b530001aa5531

전차와 장갑차의 엔진배치는 왜 다를까?

이 편은 김민석(Maxi) 씨의 글을 다수 참고하였다.

 

글이 길어지게 되어 2편으로 나누었는데, 2편엔 동력장치/현수장치/탄/연료 등에 대한 내용을 다룰 것이다. 이전 글인 포탑편이 1년 이상 전 글인 것을 생각하면 매우 오래 묵혀둔 글이며, 실제로 이해하기 쉽게 쓰기 어려워 여러번 갈아치운 흔적이 남아있다.

빨리 다 써서 좀 다른 글 쓸 메모리가 있어야 할텐데

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출처 및 참고

궤도장비 현수장치의 발전과 미래의 고찰 -전차를 중심으로-

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE07995899

궤도장비 현수장치의 발전과 미래의 고찰 : 전차를 중심으로 | DBpia

군용 궤도차량의 현수장치 기능 및 설계 특성

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE00342354

테마기획 방산 기술 : 군용 궤도차량의 현수장치 기능 및 설계 특성 | DBpia

군용 동력장치 기술

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE00342353

테마기획 방산 기술 : 군용 동력장치 기술 | DBpia

군용차량 구조설계 기술

https://www.dbpia.co.kr/journal/articleDetail?nodeId=NODE00342355

테마기획 방산 기술 : 군용차량 구조설계 기술 | DBpia

전차 Dimension 예측에 관한 방법론

https://koreascience.kr/article/JAKO197807523593832.pdf

 

21세기의 주력전차(1) -전차의 변천과 향후 발전방향-

https://koreascience.kr/article/JAKO198941548416412.pdf

 

21세기의 주력전차(2) -전차의 변천과 향후 발전방향-

https://koreascience.or.kr/article/JAKO198941548585819.pdf

 

전투 궤도 차량의 동력장치 획득방안

https://koreascience.kr/article/JAKO199641548476829.pdf

 

전투 궤도 차량의 동력장치 획득방안(2)

https://koreascience.kr/article/JAKO199641548295198.pdf

 

IDA -  Method of Estimating the Principal Characteristics of an Infantry Fighting Vehicle from Basic Performance Requirements

https://apps.dtic.mil/sti/citations/ADA586994

 

지상군의 핵심전력 전차에 관한 고찰

http://audio.dn.naver.com/audio/ncr/1406_1/20120817134910420_IXSJJILJ4.pdf

 

https://youtu.be/_J1dHNtyOLI

https://www.tankarchives.ca/2022/12/the-elusive-maus.html

The Elusive Maus

https://www.tankarchives.ca/2017/10/exhibit-with-history.html

Exhibit with a History

https://panzerserra.blogspot.com/2015/07/archer-self-propelled-17-pdr-valentine.html

Archer Self Propelled 17 pdr Valentine Mk I - case report

http://www.ryefield-model.com/

RYEFIELD MODEL

https://www.the-blueprints.com/blueprints/tanks/ww2-tanks-germany-2/63807/view/sdkfz_171_pzkpfwv_panther_ausfd/

Blueprints > Tanks > WW2 Tanks (Germany, 2) > Sd.Kfz. 171 Pz.Kpfw.V Panther Ausf.D

https://www.toadmanstankpictures.com/panther_2.htm

TOADMAN'S TANK PICTURES PANTHER AUSF. A

https://warspot.ru/14561-panteri-predki

Пантерьи предки

https://tanks-encyclopedia.com/ww2-germany-vk3002-prototypes-panther/

VK30.01(D) and VK30.02(M) - Panther Prototypes - Tank Encyclopedia

https://wiki.wargaming.net/ko/XBOX:M4_Sherman

M4 Sherman - Global wiki. Wargaming.net

https://x.com/TankMuseum/status/1768699009000984706

 

https://x.com/TankMuseum/status/1120724865860947968

 

도서 - A34 Comet Tank A Technical History

 

https://www.hyundai-rotem.co.kr/ko/main/index.do

현대로템

https://www.hanwhaaerospace.com/kor/index.do

한화에어로스페이스

https://dapa-magazine.kr/page/vol126/view.php?volNum=vol126&seq=1

청아람 :: 방위사업청

https://www.dtaq-media.kr/content/%EA%B8%B0%EC%88%A0%EB%A1%9C-%ED%92%88%EC%A7%88%EB%A1%9C?id=94

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https://www.motie.go.kr/kor/article/ATCL3f49a5a8c/161734/view

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