가스 작동식
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1. 개요
가스 작동식은 발사 시 발생하는 가스의 압력을 이용하여 총기의 작동을 제어하는 방식이다. 1856년 에드워드 린드너가 가스 피스톤을 사용한 소총으로 특허를 받으면서 처음 언급되었으며, 이후 윌리엄 커티스, 하이럼 맥심 등 여러 발명가들이 가스 작동 방식에 대한 특허를 출원했다. 가스 작동 방식은 크게 가스 피스톤 방식, 가스 직동식, 가스 지연 블로우백 등으로 나뉘며, 롱 스트로크 피스톤, 쇼트 스트로크 피스톤, 스토너 방식 등이 대표적이다. 이 방식은 자동 소총, 기관총, 산탄총 등 다양한 종류의 화기에 적용되었으며, 노리쇠 폐쇄 방식, 가스 트랩 방식, 소염기, 가스 배출 등 다양한 형태로 활용된다.
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| 가스 작동식 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 명칭 | 가스 작동식 |
| 영어 명칭 | Gas-operated |
| 일본어 명칭 | ガス圧作動方式 (가스아츠사쿠도우호우시키) |
| 작동 방식 | 자동 재장전 |
| 작동 원리 | |
| 기본 원리 | 가스 작동식은 자동화기에서 탄약 발사 시 발생하는 고압 가스의 일부를 이용하여 작동 사이클을 구동하는 작동 시스템임. 발사 가스는 총열의 구멍을 통해 빼내어 피스톤과 같은 표면에 작용하여 노리쇠를 후퇴시키고 탄피 배출 및 재장전을 수행함. |
| 작동 방식 종류 | |
| 직접 가스 작동식 (Direct Impingement) | 발사 가스가 총열에서 직접 노리쇠로 전달되어 작동함. AR-15 계열 소총에서 흔히 사용됨. |
| 가스 피스톤 방식 (Gas Piston) | 발사 가스가 피스톤을 밀어 노리쇠를 작동시킴. 피스톤은 짧거나 긴 스트로크를 가질 수 있으며, 총열 외부에 위치함. |
| 긴 행정 가스 피스톤 방식 (Long-Stroke Gas Piston) | 피스톤이 노리쇠 뭉치 전체 길이를 따라 움직임. AK-47 소총에서 사용됨. |
| 짧은 행정 가스 피스톤 방식 (Short-Stroke Gas Piston) | 피스톤이 짧은 거리를 움직여 노리쇠를 작동시키고, 이후 피스톤은 스프링의 힘으로 되돌아감. M1 카빈 소총에서 사용됨. |
| 가스 압력 조절 | 일부 가스 작동식 화기는 가스 압력을 조절하여 다양한 탄약이나 환경 조건에 맞게 작동을 최적화할 수 있음. 가스 조절기는 가스 시스템으로 들어가는 가스량을 변경하여 반동 및 작동 속도를 조절함. |
| 특징 | |
| 장점 | 높은 발사 속도와 신뢰성을 제공함. 다양한 종류의 탄약을 사용할 수 있음. |
| 단점 | 복잡한 구조로 인해 제조 비용이 높을 수 있음. 가스 시스템 오염으로 인해 작동 불량이 발생할 수 있음. |
| 사용 예시 | |
| 소총 | M16 소총 AK-47 소총 M14 소총 FN FAL 소총 |
| 기관총 | M249 SAW PK 기관총 |
| 기타 | |
| 참고 | 가스 작동식은 반동 이용식과 함께 자동 화기의 주요 작동 방식으로 사용됨. 대구경 기관포의 경우, 반동 이용식이 더 적합할 수 있음. |
2. 역사
가스압 작동 방식에 대한 최초의 언급은 1856년 독일인 에드워드 린드너가 미국과 영국에서 특허를 받으면서 시작되었다.[1] 1866년, 영국인 윌리엄 커티스는 가스 작동식 반자동 소총에 대한 최초의 특허를 출원했지만, 추가적인 발전은 없었다.[2] 1883년부터 1885년 사이에 하이럼 맥심은 블로우백, 반동 작동, 가스 작동 방식에 대한 여러 특허를 출원했다. 1885년, 영국의 발명가 리처드 폴슨은 가스 피스톤 작동 방식의 소총과 권총에 대한 특허를 받았다.[3] 1887년, 미국의 발명가 헨리 피처는 가스 작동식 개조 시스템에 대한 특허를 받았다.[5] 1889년, 오스트리아-헝가리 제국의 아돌프 오드콜렉 폰 우예즈드는 최초의 성공적인 가스 작동식 기관총에 대한 특허를 출원했다.[9]
탄환이 발사될 때, 연소 가스의 압력은 총열 내부 모든 방향으로 작용하여, 저항이 적은 총구 쪽으로 탄환을 밀어낸다. 동시에 같은 압력이 탄피에도 작용하여 약실을 후퇴시키려 한다.[19] 하지만 탄환이 총구를 떠나기 전 약실이 후퇴하면 고압 가스가 누출되어 위험하므로, 총열 내부 압력이 안전해질 때까지 약실 후퇴를 억제하는 기구가 필요하다.
1892년 브라우닝이 가스압 작동 방식을 채용한 소총(U.S.Patent471,782[17])과 기관총(U.S.Patent471,783[18]) 특허를 취득했다. 1895년, 콜트 브라우닝 M1895 중기관총이 가스압 작동 방식을 채용한 최초의 상용화된 화기가 되었다.
제1차 세계 대전 이후, 브라우닝 M1918과 M1 개런드 등의 등장으로 가스 피스톤 방식이 기관총과 자동소총에 널리 채택되었다.
3. 작동 방식
가스압 작동 방식은 발사 시 총열과 약실을 폐쇄 결합시켜 탄환이 총구를 떠날 때까지 이 상태를 유지한다. 폐쇄 기구는 총구나 총열의 가스 유입구에서 가스압을 받은 피스톤, 레버 등의 작동으로 해제된다. 총열과 약실의 폐쇄가 해제될 때는 이미 탄환이 총구를 떠나 총열 내부 압력이 안전한 수준으로 낮아진 상태이다. 가스압을 받지 않게 된 약실은 후퇴 동작의 관성으로 복좌 스프링을 압축하며 후퇴하여 탄피를 배출하고, 압축된 복좌 스프링의 힘으로 전진하여 다음 탄환을 탄창에서 장전하여 다시 총열과 약실은 폐쇄된다.
이것이 가스압 작동 방식의 원리이며, 발사 가스 압력이 낮아질 때까지 총열과 약실은 폐쇄되어 있고 탄피는 후퇴하지 않는 점이 블로우백 방식과 다르다.
3. 1. 동작 예시 (롱스트로크 피스톤 방식)
롱스트로크 피스톤 방식의 작동 방식은 다음과 같다.
1. '''그림 I''': 총열(Barrel)과 약실(Bolt)은 로킹 블록(Locking Block)에 의해 폐쇄 결합되어 있다.
2. '''그림 II''': 탄피(Case) 내의 발사약이 연소하여 다량의 연소 가스가 발생하고, 주변으로 팽창하려는 압력이 발생한다. 신축성 있는 소재로 만들어진 탄피는 약실에 밀착하여 가스 누출을 방지한다. 동시에 압력을 받은 탄환은 전진을 시작하지만, 탄피는 총열과 폐쇄 결합된 약실에 의해 후퇴할 수 없다.
3. '''그림 III''': 총신 내부를 가속하면서 고속으로 전진하는 탄환이 가스 유입구(Gas導入孔)를 지나면, 가스 실린더(Gas Cylinder) 내에 고압의 연소 가스가 유입되고, 가스 피스톤(Gas Piston) 및 볼트 캐리어(Bolt Carrier)가 후퇴를 시작한다. 이때 볼트 캐리어는 후퇴하고 있지만, 약실은 폐쇄된 상태이다.
4. '''그림 IV''': 탄환이 총구를 떠나면, 총신 내의 연소 가스는 대기 중으로 방출되고 압력은 급격히 저하된다. 동시에 가스 실린더 내에서 가스 피스톤을 후방으로 밀고 있던 압력도 저하되지만, 관성을 얻은 가스 피스톤 및 볼트 캐리어는 복좌 스프링(復座ばね)을 압축하면서 후퇴를 계속한다.
5. '''그림 V''': 그대로 후퇴를 계속한 가스 피스톤 및 볼트 캐리어에 의해 약실이 후퇴하고, 총열과 약실의 폐쇄 결합이 해제된다. 볼트 캐리어와 약실은, 자신의 관성에 의해 복좌 스프링을 압축하면서 후퇴를 계속하고, 약실에서 탄피를 빼낸다.
이후, 볼트 캐리어와 약실은 후퇴를 계속하여 약실에서 탄피를 완전히 빼내고, 탄피는 배출 메커니즘(추출기(エキストラクター), 배출기(エジェクター))에 의해 배출된다. 그 후, 볼트 캐리어와 약실은 정지 위치까지 후퇴하고, 압축된 복좌 스프링의 힘에 의해 전진으로 바뀌어, 다음 탄환을 탄창에서 밀어낸다. 밀려나온 탄환은 약실에 장전되고 약실은 총열 후부에 부딪혀 정지하고, 볼트 캐리어만 전진을 계속하여, 로킹 블록의 작동에 의해 다시 총열과 약실은 폐쇄 결합되어 그림 I의 상태로 복귀한다.
4. 가스압 전달 방식
가스압 전달 방식에는 가스 피스톤 방식과 가스 직동식이 있다. 대부분의 현대 가스 작동식 시스템은 피스톤을 사용한다. 초기에는 총구 부근의 저압 가스를 활용했지만, 화기 경량화를 위해 약실 근처의 고압 가스를 사용하게 되었다. 이 고압 가스는 제어되지 않으면 화기를 파괴할 수 있어, 대부분의 가스 작동식 화기는 가스 포트 크기, 작동 부품 질량, 스프링 압력 등을 조절한다. M1 카빈은 짧은 피스톤을, M14 소총과 M60은 화이트 팽창 및 차단 시스템을 사용하지만,[10] 대부분은 과도한 가스를 배출하는 방식을 사용한다.
4. 1. 가스 피스톤 방식
대부분의 현대 가스 작동식 시스템은 피스톤을 사용한다. 피스톤은 총열의 포트 또는 총구의 트랩에서 나온 연소 가스에 의해 작동한다. 뱅 라이플 및 M1 개런드와 같은 초기 총기는 총구 부근 또는 총구에서 비교적 저압의 가스를 사용했다. 이는 더 큰 작동 부품과 결합되어 기계 장치에 가해지는 부담을 줄였다. 화기를 단순화하고 경량화하기 위해 약실에 더 가까운 고압 가스를 사용해야 했다.이 고압 가스는 어떤 식으로든 조절되지 않는 한 화기를 파괴할 만한 충분한 힘을 가지고 있다. 대부분의 가스 작동식 화기는 가스 포트 크기, 작동 부품의 질량 및 스프링 압력을 조정하여 작동한다. 에너지를 조절하기 위해 다른 여러 가지 방법이 사용된다. M1 카빈은 매우 짧은 피스톤(태핏)을 사용하며, 이 피스톤의 움직임은 어깨 홈에 의해 엄격하게 제한되어 총열에서 취하는 가스의 양을 제한한다. M14 소총과 M60 다목적 기관총은 피스톤이 짧은 거리를 이동한 후 가스가 실린더로 들어가는 것을 멈추게(차단)하는 화이트 팽창 및 차단 시스템을 사용한다.[10] 그러나 대부분의 시스템은 슬롯, 구멍 또는 포트를 통해 과도한 가스를 대기 중으로 배출한다.
총열에 뚫린 가스 유입구에서 유도된 발사 가스를 이용하여 피스톤을 작동시킴으로써 움직이는 부분(유底)을 작동시키는 방식이며, 피스톤의 작동 형태에 따라 롱 스트로크 피스톤 방식과 쇼트 스트로크 피스톤 방식으로 분류된다.
4. 1. 1. 가스 트랩 방식
하이럼 맥심은 1884년에 총구 컵 시스템에 대한 특허를 받았고, 존 브라우닝은 M1895 콜트-브라우닝 기관총에서 이 디자인의 변형을 사용했다. 덴마크의 방 라이플은 총구 컵을 사용하여 작동을 시켰다. 초기 생산형 M1 개런드와 독일의 Gewehr 41도 가스 트랩 방식을 사용했다.가스 트랩 방식은 총구에서 나오는 연소가스를 가두어 운동 에너지로 변환하여 총기를 작동시킨다. 총구를 향해 앞으로 진행되는 운동을 볼트 작동에 필요한 후방 운동으로 변환하기 위해 기계 시스템이 필요하다. 이는 복잡성과 무게를 증가시키고, 총기 길이를 늘리며, 먼지가 쉽게 유입되는 단점이 있다. 그러나 낮은 압력의 가스를 사용하고 배럴에 구멍을 뚫을 필요가 없어 초기 설계에서 매력적이었다.
이 방식은 현대 무기에서는 더 이상 사용되지 않지만, 초기 미국의 M1 개런드 라이플 대부분은 장행정 가스 피스톤으로 개조되었기 때문에, 남아 있는 가스 트랩 라이플은 수집가 시장에서 귀중한 가치를 지닌다.[11]
존 모제스 브라우닝이 1889년에 발명한 초기 가스압 작동 방식은 총구에 부착된 컵 모양 부품으로 총구에서 분출되는 발사 가스를 받아 작동시키는 방식이었다. 사용된 탄약은 흑색화약을 사용하는 .44-40 탄이었다.
이 방식은 후에 가스 트랩 방식(Gas trap)으로 불리게 되었고, 브라우닝은 이를 벨트 급탄 기구와 결합한 기관총을 개발하여 1892년에 특허[20]를 취득했다. 총신 중간에 가스 유입구를 설치하여 레버를 작동시키는 방식으로 발전한 것이 M1895 콜트-브라우닝 기관총으로 제품화되었다.
가스 트랩 방식은 총신에 가스 유입구를 뚫을 필요가 없고, 가스 피스톤 방식에 비해 저압의 발사 가스를 이용할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 구조가 복잡하고, 총구 쪽에 작동 기구가 있어 총 길이가 길어지고 무게 중심이 치우치기 쉬운 단점이 있다. 대량 생산으로 이행된 것은 독일의 Gewehr 41 등 소수의 예만 볼 수 있다.
;채용 예
- M1895 콜트-브라우닝 기관총
- M1 개런드의 시제품·초기 생산품
- Gewehr 41
4. 1. 2. 롱스트로크 피스톤 방식
피스톤이 볼트 캐리어와 거의 같은 거리만큼 작동하는 방식이다.
대부분 피스톤이 볼트 캐리어와 일체형 구조로 되어 있으며, 가스 유입구에서 유입된 발사 가스의 압력으로 후방으로 밀린 피스톤과 볼트 캐리어가 후퇴하여 탄창의 폐쇄를 해제하고 후퇴시키는 구조이다.[10] 발사 가스가 피스톤에 작용하는 것은 처음뿐이며, 그 이후의 후퇴 동작은 관성력만으로 이루어진다.
구조가 비교적 단순하고 각 부품을 크게 만들 수 있기 때문에 고강도 설계가 가능하다. 또한 볼트 그룹(피스톤, 볼트 캐리어, 탄창)의 질량과 관성이 커지기 때문에 작동이 안정된다. 반면, 무거운 볼트 그룹의 작동으로 중심 이동이 커지고, 볼트 캐리어가 스트로크 끝에 도달했을 때의 충격도 커지기 때문에 자동 사격 시 명중률이 저하되기 쉽고(특히 일반적인 어깨 사격의 경우), 사수에게 주는 부담도 크다는 단점이 있다.
정확한 저격보다는 탄막 전개가 주목적이며, 고정 설치 운용이 기본이기 때문에 취급의 용이성이나 연사 시 명중률보다 견고한 구조와 확실한 작동이 요구되는 기관총의 대부분에서 채용되어 온 방식이다. 자동소총으로서는 구소련의 광대한 영토에 분포하는 다양하고 가혹한 자연 환경에도 적응할 수 있는 내구성과 신뢰성을 중시한 AK47이나, 그것을 참고로 개발된 동구권의 소총에 채용되었다. 서구권에서도 탄약의 소구경화에 따라 화기의 경량화와 반동의 감소가 달성됨으로써 "취급이 나쁘다", "명중률이 낮다"라는 단점을 어느 정도 해소할 수 있게 되었기 때문에, 1970년대부터 1990년대 사이에 개발된 소총의 대부분에서 채용되었다.
장행정 방식의 주요 장점은 피스톤 로드의 질량이 볼트 캐리어의 운동량에 더해져 더욱 확실한 탄피 배출, 장전, 약실 결합 및 잠금을 가능하게 한다는 것이다. 이 방식의 주요 단점은 질량중심이 작동 주기 동안 변화하고, 볼트 캐리어 이동의 시작과 끝에서 갑작스러운 정지가 발생하며, 총열을 지렛대 삼아 볼트를 후퇴시키는 등 여러 요인으로 인해 조준점이 흔들린다는 것이다. 또한 움직이는 부품의 질량이 더 크기 때문에 시스템 작동에 더 많은 가스가 필요하며, 그에 따라 더 큰 작동 부품이 필요하다.
; 채용 예
: 핫치키스 기관총, 루이스 경기관총, BAR, ZB26, 브렌 경기관총, 십일년식 경기관총, 구육식 경기관총, 구구식 경기관총, M1 개런드, AK-47, PK 기관총, FN MAG, 미니미 경기관총, 갈릴, FN FNC, K2 자동소총, SAR21, 베레타 AR70/90, SIG SG550, 89식 5.56mm 소총 등
4. 1. 3. 쇼트스트로크 피스톤 방식
M1 카빈처럼 직접 볼트 그룹 부품을 밀거나, 아말라이트 AR-18이나 SKS처럼 연결봉이나 어셈블리를 통해 작동할 수 있다. 어떤 경우든 에너지는 짧고 급격한 밀어주는 동작으로 전달되고, 가스 피스톤의 움직임은 멈춰, 볼트 캐리어 어셈블리가 운동 에너지를 통해 작동 사이클을 계속 진행할 수 있게 한다.[10] 이는 롱스트로크 피스톤에 비해 후퇴하는 부품의 총 질량을 줄이는 장점이 있다. 볼트 캐리어 이동의 양 끝에서 멈춰야 하는 질량이 줄어들기 때문에 무기의 제어력을 향상시키고, 뜨거운 연소 가스가 내부로 밀려들어가는 것을 방지하며, 수신기에 탄약 잔류물이 남는 것을 제거하여 신뢰성을 크게 향상시킨다.[10]쇼트스트로크 작동 시스템은 군용(HK416 계열, LMT MARS) 및 민수 시장 모두에서 AR-15 계열 무기의 단점을 해결하기 위한 대안 또는 개조 방식으로 사용 가능하다.[10] 스토너의 내부 가스 피스톤 작동 시스템의 단점을 해결하기 위한 것이다.
;채용 사례
:
4. 1. 4. 단축형 가스 피스톤 (Fixed Short-stroke)
M1 개런드 방식의 장축형 가스 피스톤 시스템과 유사한 중간 형태이다. 작동 방식은 일반적인 단축형 피스톤과 유사하게, 머리 부분에 충돌 공간이 있는 개방형 가스 피스톤을 사용하며, 이는 총열의 가스 블록에 놓인다. 그러나 M1 개런드에 사용된 장축형 가스 피스톤 시스템과 마찬가지로, 피스톤 어셈블리는 작동봉과 통합되어 볼트 그룹과 함께 움직인다.이 시스템의 단점은 AK-47, 타보르, FN FNC 등의 소총에 사용되는 현대적인 장축형 가스 피스톤 시스템보다 움직이는 질량이 더 크다는 것이다. 따라서 이 시스템을 사용하는 화기는 동급의 현대적인 장축형 가스 피스톤 방식 화기에 비해 후퇴 반동이 더 크게 느껴진다.
4. 2. 가스 직동식 (Direct Impingement)
가스 직동식(Direct Impingement, DI)은 총열 중간 부분에서 배출되는 가스를 관을 통해 소총의 작동 부품으로 보내어 볼트 캐리어에 직접 충돌시키는 방식이다. 이 방식은 더 간단하고 가벼운 기전을 만들어낸다.
이 시스템을 사용하는 화기로는 프랑스제 MAS-40, 스웨덴제 Ag m/42 등이 있다. 미국의 M16, M4, AR-15 계열 소총은 가스 튜브를 통해 볼트 캐리어에 가스를 전달하여 볼트에 충돌시키는 변형된 버전을 사용하는데, 이 볼트가 피스톤 역할을 한다.[15]
움직이는 부품이 포신 축과 일직선상에 배치되어 조준선이 크게 방해받지 않는다는 장점이 있다. 특히 전자동 기전에 있어 유리하다. 그러나 고온의 추진제 가스와 그에 따른 오염 물질이 작동 부품으로 직접 분출된다는 단점이 있다.[15] 이로 인해 사격 시 수신기에 축적되는 열량이 증가하여 윤활유를 태우고, 부품의 수명, 신뢰성 및 평균 고장 간격이 감소한다.[16]
하위 섹션에서 '''류ングマン 방식'''과 '''스토너 방식'''으로 더 자세히 다룬다.
4. 2. 1. 류ングマン 방식 (Ljungman)
독립적인 가스 피스톤과 실린더를 갖지 않고, 가스 유입구에서 가스 튜브를 통과한 발사 가스를 직접 볼트 캐리어에 분사하여 작동시키는 방식이다. 영어로는 “Direct Impingement”(다이렉트 임핀지먼트(방식), 이하 본 절에서는 “DI식”으로 표기)이 공식 명칭이지만, 이 방식을 채용한 총기로 유명한 스웨덴의 Ag m/42 개발 회사 이름을 따서 “Ljungman”(류옹만)식이라고 통칭된다.[15]
“다이렉트 임핀지먼트”는 「직접(Direct) 충격(Impingement: 이 경우는 발사 가스를 가리킨다)이 가해진다」는 의미이지만, 발사 가스로 직접 볼트 캐리어 전체를 움직이는 것이 아니라, 가스 튜브의 후단을 두껍게 하여 실린더(외통)로 하고, 볼트 캐리어의 선단이 가스 튜브의 후단에 끼워져 피스톤(내통)이 되어 가스 피스톤/실린더로 기능하는 구조이다. 이를 통해 작동에 충분한 압력을 확보하고 있다.
이 방식은 일반적인 가스 피스톤 방식에 비해 구성 부품이 적고, 간단한 구조로 할 수 있으며, 볼트 그룹의 질량도 작기 때문에 작동 시 중심 변동이 적고, 체감 반동을 작게 할 수 있다는 장점이 있다. 하지만, 고온 고압의 가스가 총기 작동부에 분사되기 때문에 부품과 윤활유의 수명 단축, 작동 부품의 과열에 의한 폭발 가능성, 연소 가스에 포함된 성분의 축적에 의해 부품이 오손되어 발생하는 작동 불량을 방지하기 위해 사용 후 청소에 신경 써야 하는 등의 단점이 있다.[16] 작동 시 기관부가 크게 열리는 것은, 가스 튜브에서 기관부로 분사된 고온 고압의 가스가 사수에게 분사될 위험이 있다는 문제도 있다. 또한, 발사약의 양이 적은(연소 가스의 양과 발생하는 압력이 작은) 소구경 경량탄에서는 확실한 작동이 보장되지 않으므로, 소구경 경량탄을 사용하는 돌격소총의 기구로는 사용하기 어렵다는 단점이 있었다.
총기의 작동 사이클(발사 속도)이 가스 튜브의 길이와 사용 탄약의 발사약 연소 속도 및 화약량에 의존하기 때문에, 단순히 총열 길이를 변경하면 그에 비례하여 작동 사이클이 변동하여 불안정해지고, 단총신형 등의 파생형을 만드는 것이 어렵고, 규정 성능을 발휘할 수 있는 탄약의 선택 폭이 좁기 때문에 폭넓은 탄약을 사용하기 어렵다는 문제도 있다. 이와 관련하여, 소음기(소음기)를 장착함으로써 발생하는 작동 환경의 변화를 받기 쉽다는 문제도 있었다. 이러한 문제에 대처하기 위한 기구(가스 튜브의 배치나 가스 포트의 위치를 총열 길이에 따라 고안하는 것, 가스 유량 조절 장치를 부착하는 것 등)를 장착하면, 이 방식의 장점이었던 “가스 피스톤 방식에 비해 구성 부품이 적고, 단순하고 가볍다”는 장점을 잃게 된다.
;채용 사례
- 로시뇰 ENT(영문)
- Ag m/42
- 하킴(영문)
- MAS 49
4. 2. 2. 스토너 방식 (Stoner)
유진 스토너가 발명하고 특허[21]를 취득한 방식으로, AR-10, M16(AR-15) 계열 소총에서만 사용된다. Ag m/42 등의 류ングマン 방식과 유사하지만, 볼트 캐리어를 작동하는 실린더로 하고, 볼트 캐리어에 덮이는 형태로 배치된 폐쇄기(볼트)를 고정된 피스톤(내통)으로 사용하는 독자적인 방식이다.
볼트와 볼트 캐리어의 틈은 피스톤 링에 의해 밀폐되어 가스가 유입될 때 일정한 압력을 유지한다. 가스 튜브에서 유입된 발사 가스가 볼트 캐리어 내부에 가득 차면, 기준치 이상의 압력이 발생하면 볼트 캐리어가 후퇴하고, 그에 따라 볼트의 고정이 해제되어 볼트도 연동하여 후퇴하는 구조이다.
장점은 다음과 같다.
- 소량의 가스로 볼트 그룹을 작동시킬 수 있다.
- DI 방식의 단점이었던 "발사약의 양이 적고 가스 발생량이 적은 소구경 경량탄약에서는 확실한 작동이 보장되지 않는다"는 점을 극복했다.
- 볼트 그룹의 소형화가 가능하다.
- 총열과 볼트, 그리고 볼트 캐리어를 같은 축선상에 배치할 수 있기 때문에, 총 전체를 소형화할 수 있다.
- 작동 시 중심 이동을 최소화할 수 있으므로, 체감 반동이 작고 명중률이 높다.
단점은 다음과 같다.
- 볼트 그룹 내부로 가스가 유입되기 때문에, 단순한 DI 방식에 비해 작동 부품이 손상되기 쉽다.
- 구조상 볼트 후방에 리코일 스프링을 내장한 통인 "버퍼 튜브"를 배치할 필요가 있으며, 이 부분이 레시버 후부로 돌출되기 때문에, 레시버 후단(스톡의 근본)에서 좌우로 접는 방식의 스톡 장착이 어려워진다.
- 자주 그리고 세심한 청소가 필요하며, 관리가 부실한 경우 신뢰성이 현저히 저하되는 문제가 있다.
- 미국군이 제조사가 권장한 것과 다른 부적절한 발사약을 사용했기 때문에 그을음이 축적되기 쉬워 작동 불량이 빈발했다는 사례가 있다.
; 채용 예
: AR-10, M16 시리즈, CQ311, K1
4. 3. 가스 지연 블로우백 (Gas-delayed blowback)
다른 후퇴식 작동 방식과 마찬가지로 볼트는 잠기지 않고 팽창하는 추진제 가스에 의해 후방으로 밀려난다. 하지만, 추진제 가스는 배럴에서 실린더로 배출되고, 실린더 내 피스톤이 볼트의 개방을 지연시킨다. 폴크슈투름게베어 1-5 소총, H&K P7, 슈타이어 GB, 발터 CCP 권총 등에서 사용된다.4. 4. 부유식 약실 (Floating chamber)
데이비드 마셜 윌리엄스가 발명한 방식으로, 부유식 약실이 가스 피스톤 역할을 하며 연소 가스가 부유식 약실 앞쪽에 직접 충돌한다.[13] .22 LR탄을 사용하는 훈련용 화기(.45구경 M1911 권총용 .22구경 콜트 서비스 에이스 개조 키트 등)에 사용되어 실제 사격과 유사한 반동을 느끼게 해준다.[14]
5. 노리쇠 폐쇄 방식
가스 작동식 자동화기에 흔히 쓰이는 노리쇠 폐쇄 방식으로는 회전 노리쇠 방식과 틸팅 볼트 방식이 있다. 초기 가스압 작동 방식으로는 존 브라우닝이 발명한 가스 트랩 방식 자동소총에 사용된 레버 액션 방식의 윈체스터 라이플에 사용되었던 토글 조인트 폐쇄 기구가 있었다. 이어서 실용화된 호치키스 기관총에 사용된 것은 로킹 블록 방식이며, 후에 십일년식, 구구식 등 일본제 경기관총에 채용되었다.
5. 1. 로킹 블록 방식 (Locking Block)
로킹 블록 방식은 약실과 별개인 로킹 블록이 상하로 움직여 약실을 열고 닫는 방식이다. 쇼샤 기관총, 구구식 경기관총 등 일본제 기관총 대부분이 이 방식을 채택하였다. 돌격소총 중에서는 Vz 58이 이 방식을 사용한 사례이다.5. 1. 1. 플랩 폐쇄 방식 (Flap Locking)
플랩 폐쇄 방식은 약실 측면에서 좌우로 움직이는 두 개의 플랩으로 개폐를 수행한다. Gew43 반자동소총, EM-2 자동소총, RPD 경기관총, 에리콘 KD 35mm 기관포 등에서 사용된다.5. 2. 틸팅 볼트 방식 (Tilting Bolt)
틸팅 볼트 방식은 약실 전단 또는 후단의 상하 운동으로 약실 개폐를 수행하는 방식이다. 약실 폐쇄 시 약실이 비스듬히 기울어지는(tilt) 특징이 있다. 일본에서는 약실 후단이 아래쪽으로 기울어져 폐쇄되는 경우가 많아 "낙하 방식(落とし込み方式)"이라고도 불린다. 초기 제품인 ZH-29는 약실 후단이 좌우로 움직여 기관부 왼쪽 측면과 맞물리는 구조를 채용했다.이 방식은 구조가 단순하여 강도가 높고 제조가 용이하다는 장점이 있다. StG44, BAR, ZB26, SKS 카빈, MAS 49, FN MAG, FN FAL, 62식 기관총, 64식 소총 등에서 채용되었다.
그러나 폐쇄 시 약실 후부와 맞물리는 빗장이 기관부에 배치되므로 기관부에는 발사 시 압력에 견딜 수 있는 강도가 필요하다. 따라서 경합금 등을 사용한 경량화가 어렵다는 단점이 있다. 또한 빗장 자체에도 특수한 소재와 열처리가 필요하다. 이러한 이유로 1970년대 이후 개발된 모델에서는 채용 사례가 거의 없다.
5. 3. 회전 노리쇠 방식 (Rotating Bolt)
회전 노리쇠 방식(로터리 볼트식, 턴록 볼트식이라고도 함)은 잠금 돌기를 가진 볼트 헤드를 볼트 캐리어의 캠을 이용해 회전시켜 볼트 헤드와의 결합 및 해제를 수행한다.
비교적 높은 강도의 구조로 설계가 가능하고, 작동 기구를 소형·경량화할 수 있기 때문에, 현재 가스 작동 방식에서 가장 널리 채택되고 있는 폐쇄 방식이다.
잠금 돌기는 총열 후단의 연장 부분에 고정되므로, 경사 볼트 방식과 달리 기구부에 높은 강도가 필요하지 않아, 기구부에 알루미늄 합금(M16 등)이나 플라스틱(H&K G36, 슈타이어 AUG 등)을 사용한 총기도 존재한다.
잠금 돌기는 M1 개런드, AK-47처럼 일반적인 볼트 액션과 마찬가지로 두 개의 형태를 가진 것과 M16, G36처럼 6~7개의 소형 잠금 돌기를 사용한 마이크로 잠금 돌기라고 불리는 형태가 있다. 어느 쪽이든 발사 시의 압력을 고르게 받을 수 있기 때문에, 경사 볼트 방식에 비해 이론적으로는 정확도와 수명 면에서 유리하다.
마이크로 잠금 돌기는 볼트 헤드의 회전 각도를 작게 설계할 수 있고, 폐쇄 및 해제에 필요한 시간이 짧기 때문에 명중 정확도에 미치는 영향이 적어 AR-10, M16, AR-18에 채용된 후 각국의 돌격소총에 보급되었다.
그러나 볼트 끝이 복잡한 형상이기 때문에 진흙이나 오물의 부착에 약하고, 또한 작은 돌기에 큰 부하가 걸리기 때문에 볼트 및 약실에 사용하는 재료에 높은 강도가 요구되며, 산업 수준이 낮은 여러 나라에서는 제조가 어렵다는 등의 단점도 있다. 같은 이유로 세심한 관리·청소가 필요하며, 특히 마이크로 잠금 돌기에서 중요하다.
6. 기타 가스 활용
가스는 총기의 작동 방식 외에도 다른 용도로 사용된다.
6. 1. 소염기 (Muzzle Booster)
일부 반동 작동 화기는 가스 트랩 방식 메커니즘을 사용하여 반동으로 제공되는 에너지를 "증폭"하는 추가 에너지를 제공한다. 쇼샤 기관총, MG 34, MG 42, 비커스 기관총 등이 이러한 방식을 채택했다. 이 "증폭"은 더 높은 사격 속도 및/또는 더 안정적인 작동을 제공한다. 이것은 "가스 보조"라고도 하며, 일부 유형의 실탄 발사기 어댑터에서도 찾아볼 수 있다.[20]6. 2. 가스 배출 (Gas ejection)
아우구스트 슐러가 특허를 받은 개량 권총은 각 발사 시 위로 전진하는 수직 배열의 총열을 특징으로 하여 발사된 약실을 노출시켰다. 아래쪽 총열이 발사될 때, 총열 사이의 가스 구멍이 빈 총열에 충분한 압력을 가하여 탄피를 뒤쪽으로 배출했다.[2] 해머의 연장된 돌기는 사용한 탄피가 발사자의 얼굴에 부딪히는 것을 방지했으며,[2] 마지막 탄피는 수동으로 추출해야 했다.[2]7. 일본의 가스 작동 방식 도입
1902년 일본은 러일전쟁 직전 호치키스 기관총을 라이선스 생산한 보식 기관포를 제식 채택하면서 가스 작동 방식을 도입했다. 이후 많은 국산 기관총이 가스 작동 방식을 채택했다.
만주사변에서 일본군은 봉천군벌이 사용하던 ZB26 경기관총의 우수성을 확인했고, 제2차 상하이 사변에서는 중국 국민혁명군이 대량으로 사용한 ZB26에 큰 영향을 받았다. 일본군 병사들은 노획한 ZB26을 그대로 사용하기도 했다.[19]
이를 바탕으로 구육식 경기관총이 개발되었고,[19] 구경 변경에 따라 채택된 구구식 경기관총은 미국군에게도 높은 평가를 받았다. 해군은 노획한 M1 개런드를 참고하여 구구식 보통 실탄을 사용하는 사식 자동소총을 개발, 해군 공수부대에 배치했다. 육군도 자동소총 국산화를 시도했으나, 기술 및 물자 부족으로 어려움을 겪었다. 가스 유입구가 명중률에 악영향을 준다는 이유로 자동소총에 가스 작동 방식을 채용하는 것을 오랫동안 고려하지 않았기 때문이다.[19]
종전 후 육상자위대는 미국으로부터 BAR, M1 개런드, M1 카빈 등 가스 작동 방식 화기를 제공받아 사용했다. 이후 국산 62식 기관총, 64식 소총, 89식 소총, 20식 소총 및 라이선스 생산한 5.56mm 기관총 MINIMI 등을 개발/채택했다.
8. 산탄총의 가스 작동 방식 도입
1963년, 레밍턴사가 레밍턴 M1100을 출시하면서 산탄총에도 본격적인 가스압 작동 방식이 도입되기 시작했다. 그러나 반자동 산탄총은 반자동 소총과 비교하여 다음과 같은 문제점이 있었다.
- 시판되는 탄약의 장약량이 매우 다양하다.
- 총열과 평행하게 관상탄창이 설치되어 있어, 일반적인 가스 피스톤 방식을 적용하기 어렵다.
- 총열 교환이 용이해야 한다.
레밍턴 M1100은 롱 스트로크 피스톤 방식과 류ングマン 방식을 절충한 듯한 구조를 채택하여 총열 교환은 가능하게 만들었으나, 다양한 장약량에 대응하기는 어려웠다. 경장탄을 사용할 때는 가스 피스톤 부분에 전용 O링을 부착해야 했다.
토요와공업과의 기술 제휴를 통해 개발된 후지 슈퍼오토(후지오토)는 쇼트 스트로크 피스톤 방식과 유사한 방식을 채택하여 다양한 장약량에 대응하는 데 성공했으나, 연장 탄창 장착이 불가능했다.
베넬리사는 관성 작동 방식을 개발하여 연장 탄창 장착과 다양한 장약량 대응을 모두 만족시켰다.
참조
[1]
웹사이트
Abridgments of the Specifications Relating to Fire-arms and Other Weapons, Ammunition, and Accoutrements: A.D. 1588-1858]-Pt. II. A.D. 1858-1866
https://books.google[...]
Great Britain Patent Office
[2]
웹사이트
The Curtis Rifle – the First Repeating Bullpup
https://armourersben[...]
2018-08-10
[3]
웹사이트
Report of the Committee on Awards of the World's Columbian Commission: Special Reports Upon Special Subjects Or Groups, Volume 2
https://books.google[...]
[4]
웹사이트
The Revolver, 1889-1914
https://books.google[...]
[5]
웹사이트
Magazine-gun
https://patents.goog[...]
[6]
웹사이트
Pitcher 1890 Rifle 30
https://www.rockisla[...]
[7]
웹사이트
Automatic Weapons:French Forerunners
http://www.smallarms[...]
2021-12-14
[8]
서적
The Hand Gun Story: A Complete Illustrated History
https://books.google[...]
2008-06-30
[9]
서적
Hotchkiss Machine Guns: From Verdun to Iwo Jima
https://books.google[...]
2019-11-28
[10]
특허
[11]
웹사이트
Тульский "Карабинер". Винтовка ТКБ-0145С | Оружейный журнал "КАЛАШНИКОВ"
https://www.kalashni[...]
2018-06-19
[12]
특허
[13]
뉴스
Delightful diversion: testing Kimber's new rimfire was a tough job, but someone had to do it
http://findarticles.[...]
2004-03-01
[14]
서적
Blue Book of Gun Values
[15]
서적
Small Arms of the World
Stackpole Company
[16]
간행물
Increasing Small Arms Lethality in Afghanistan: Taking Back the Infantry Half-Kilometer
US Army
[17]
웹사이트
A FREE patent search tool
http://www.pat2pdf.o[...]
2009-12-06
[18]
웹사이트
A FREE patent search tool
http://www.pat2pdf.o[...]
2009-12-06
[19]
웹사이트
A FREE patent search tool
http://www.pat2pdf.o[...]
2009-12-06
[20]
웹사이트
US471783A
https://patents.goog[...]
2020-12-11
[21]
웹사이트
US2951424A
https://patents.goog[...]
2023-08-21
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