철갑탄

3. 이론

철갑탄을 관통 방식에 따라 분류하면, 탄체가 손상되지 않고 온전한 상태로 관통이 발생하는 철갑탄과 탄체가 소모되는 철갑탄으로 나눌 수 있다.^[17]

=== 탄체가 건전한 철갑탄 ===

초기 철갑탄의 운동 이론은 Benjamin Robins와 Leonhard Euler에 의해 제안되었다.^[17] 이들은 철갑탄의 운동을 뉴턴의 운동 방정식에 따른 등가속도 운동으로 간주했다. 즉, 철갑탄의 재질, 치수, 장갑 강도에 따라 가속도가 결정되고, 정지까지의 거리가 성능을 나타낸다. 관통 깊이는 충돌 속도의 제곱에 비례한다. 그러나 Jacob de Marre의 경험 법칙에서는 관통 깊이가 충돌 속도의 1.3~1.4승에 비례하여 제곱과는 차이가 있다.^[18]

Jean-Victor Poncelet는 1835년, 관통 순간의 속도가 탄체의 가속도에 영향을 주는 모델을 제시했다.^[19] 탄체의 가속도 $a$는 $a\; =\; C+BV^2$로 표현된다. ($V$: 탄체 속도, $C$: 장갑 강도 비례 상수, $B$: 탄체 속도에 의한 저항 비례 상수) Euler-Robins와 Poncelet 이론은 철갑탄 성능을 운동 기반으로 도출하며, 관통 깊이 $P$는 각각 다음과 같다.

$\backslash mathrm\{Euler-Robins\}:\; P=\backslash frac\{V\_0^2\}\{2C\}$

$\backslash mathrm\{Poncelet\}:\; P=\backslash frac\{1\}\{2B\}\backslash ln\{\backslash left(1+\backslash frac\{BV\_0^2\}\{C\}\backslash right)\}$

상수 $B$, $C$는 탄체 형상, 밀도, 장갑 밀도, 강도에 의존한다. 넓은 속도 범위에서 Poncelet 식이 성립한다.^[19] Forrestal은 상수항과 탄체 및 장갑의 특성 관계를 해석적으로 검토한 식을 제안했다.^[19][20][21] Forrestal은 Cavity expansion analysis를 통해 장갑 강도가 탄체 운동에 미치는 영향을 평가했다.^[20]

Cavity expansion analysis는 다양한 형식이 있지만,^[19] 장갑이 비압축성이고 캐비티 형상이 구형일 때 상수 $C$는 다음과 같다.

$C\; =\; \backslash frac\{R\_tS\}\{m\}$

$R\_t\; =\; \backslash frac\{2\backslash sigma\_t\}\{3\}\backslash left[1+\backslash ln\{\backslash left(\backslash frac\{2E\}\{3\backslash sigma\_t\}\backslash right)\}\backslash right]$

($m$: 탄체 질량, $S$: 탄체 단면적, $\backslash sigma\_t$: 장갑 재료 항복 응력, $E$: 장갑 재료 탄성 계수)^[22]

Anderson과 Walker는 이 방법이 APFSDS에서도 장갑 강도 영향을 적절히 처리할 수 있다고 보고했다.^[19][23]

=== 탄체가 소모되는 철갑탄 ===

APFSDS탄, HEAT(성형작약)과 같이 고속으로 관통이 발생하는 철갑탄에서는, 장갑으로부터 받는 저항에 의해 탄체의 소성 변형·소모가 발생한다.^[19][24] 이러한 배경으로부터, 탄체가 소모되는 관통은 Hydrodynamic penetration이라고 불린다.^[19][25]

Birkhoff 등은 성형작약과 같이 탄체가 부드럽고, 또한 충돌 속도가 높기 때문에 장갑의 강도를 고려하지 않아도 되는 관통이 발생하는 경우에 대해, 운동량 보존 법칙에 기초하여 유체역학적인 취급으로 관통 속도와 관통 깊이를 유도했다.^[19][24] Birkhoff 등의 이론에 의하면, 관통 속도(탄체 선단의 속도) $u$와 탄체 속도(탄체 후단의 속도) $v$ 사이에는

$\backslash frac\{1\}\{2\}\backslash rho\_p\backslash left(v-u\backslash right)^2=\backslash frac\{1\}\{2\}\backslash rho\_t\; u^2$

의 관계가 있으며, 관통 깊이 $P$는

$P/L\; =\; \backslash sqrt\{\backslash frac\{\backslash rho\_p\}\{\backslash rho\_t\}\}$

로 표현된다. 여기서, $\backslash rho\_p$, $\backslash rho\_t$는 탄체 및 장갑의 밀도이며, $L$은 탄체의 초기 길이이다. 이는 충분히 고속인 속도 영역에서는, 그 관통 깊이는 탄체의 장갑 밀도와 탄체의 초기 길이에 의해 결정된다는 것을 보여준다.

APFSDS와 같이 탄체의 강도가 높고, 충돌 속도가 낮은 탄체에서는, 탄체, 장갑의 강도가 관통 속도, 관통 깊이에 영향을 줄 수 있다. Tate^[26] 및 Alekseevskii^[27]는 탄체와 장갑의 강도를 고려한 모델을 독립적으로 제안하고 있다.^[17] 이 모델에 따르면, 충돌 속도가 충분히 높을 때 관통 깊이는 밀도비에 의해 결정되지만, APFSDS 정도의 속도 영역(1~2 km/s)에서는 장갑의 강도가 관통 깊이에 큰 영향을 준다.^[19]

Anderson 및 Walker는 탄체가 소모되는 관통을 연속체 역학의 관점에서 취급하고, 탄체가 소모되는 관통과 탄체가 건전한 관통을 통일적으로 취급하는 모델을 제안하고 있다.^[19][28]

3. 1. 탄체가 건전한 철갑탄

3. 2. 탄체가 소모되는 철갑탄

4. 종류

wikitext

徹갑탄은 금속판이나 경금속으로 만들어진 탄두와 강철로 만들어진 탄체로 구성된다. 탄체 안에 소량의 폭약을 채워 넣고 관통 후 내부 파괴를 기대하는 徹甲榴彈도 사용된다.

徹甲탄의 종류(en:Armor-piercing_ammunition)^[29]

그림	명칭	특징
	徹甲탄	운동 에너지로 장갑을 관통한다.
	被帽식 徹甲탄 (APC)	탄두에 연강의 탄두덮개(좌측 그림의 회색 부분)를 부착하여, 착탄 시 튀어 오름을 방지한다.
	가탄두식 徹甲탄 (APBC)	탄두에 공기저항 감소용 가탄두(좌측 그림의 파란색 선 부분)가 있다.
	가탄두식 被帽식 徹甲탄 (APCBC)	탄두에 연강의 탄두덮개(좌측 그림의 회색 부분) 및 공기저항 감소용 가탄두(좌측 그림의 파란색 선 부분)가 있다.
	경심철갑탄/고속철갑탄 (APCR/HVAP)	경심부가 중금속(좌측 그림의 파란색 부분)이며, 외피는 상대적으로 가벼운 금속으로 되어 있다. 착탄 시 경심부만이 장갑 관통을 목표로 한다.
	徹甲榴彈 (APHE)	徹甲탄 내부에 폭약(좌측 그림의 빨간색 부분)을 가지고 있다. 지연신관을 갖추고, 탄체가 장갑을 관통하여 목표물 내부에 들어간 후 폭발하도록 설정되어 있다.
	장약통식 철갑탄 (APDS)	장약통(좌측 그림의 갈색 부분)을 가지고 있다. 발사 후 장약통은 분리되고, 탄체(파란색 부분)만이 비행·착탄한다.
	장약통식 날개 안정 철갑탄 (APFSDS)	장약통(좌측 그림의 갈색 부분)을 가지고 있다. 발사 후 장약통은 분리되고, 탄체(파란색 부분)가 비행·착탄한다. 안정 날개에 의해 비행 중 안정성을 확보한다.

4. 1. 포탄

• AP (Armor-Piercing): 고체 철갑탄.^[29]
• APC (Armor-Piercing Capped): 철갑탄두.^[29]
• APBC (Armor-Piercing Ballistic Capped): 철갑탄두(탄도용).^[29]
• APCBC (Armor-Piercing Capped Ballistic Capped): 철갑탄두(탄도용, 철갑탄두).^[29]
• APHE (Armor-Piercing High-Explosive): 철갑고폭탄.^[29]
• SAPHE (Semi-Armor-Piercing High-Explosive): 반철갑고폭탄.^[29]
• APCR/HVAP (Armor-Piercing Composite Rigid/High-Velocity Armor-Piercing): 경심철갑탄/고속철갑탄.^[29]
• APDS (Armor-Piercing Discarding Sabot): 장갑관통철갑탄.^[29]
• APFSDS (Armor-Piercing Fin-Stabilized Discarding Sabot): 장갑관통익안정철갑탄.^[29]

4. 2. 소총탄

5. 방어

대부분의 현대식 능동방어체계(APS)는 고속철갑탄의 높은 질량, 강성, 짧은 전장, 그리고 두꺼운 탄체 때문에 대구경 대전차포에서 발사되는 완전구경 철갑탄을 무력화시키기 어렵다. APS는 파편탄두 또는 투사판을 사용하며, 두 가지 모두 현재 사용되는 두 가지 가장 일반적인 대전차 발사체인 HEAT탄과 운동에너지철갑탄을 무력화하도록 설계되었다. HEAT탄은 폭발 충전물을 손상시키거나 폭발시키거나, 성형작약 라이너 또는 신관 시스템을 손상시킴으로써 무력화될 수 있다. 운동에너지탄은 요(yaw) 또는 피치(pitch)의 변화를 유도하거나 탄체를 파괴함으로써 무력화될 수 있다.

참조

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