모래더미의 부력에 의한 초기 깊이를 고려한 자유낙하 투사체의 침투 깊이 예측 모델 연구

Abstract

본 연구는 입상매체(granular material)에 대한 자유 낙하하는 투사체의 최종 침투 깊이에 대한 수정된 공식을 제시한다. 둥글고 평평한 발사체의 침투 깊이를 추정하기 위한 관련 연구가 수행되어 왔지만, 무작위 형태의 발사체에 대한 최종 침투 깊이의 추정은 여전히 어렵다. 무딘(둥글고 또는 평평한) 발사체의 공식은 무작위 형태의 발사체에 직접 적용할 수 없으며, 특히 뾰족한 코끝을 가지고 있는 발사체에 직접적인 적용은 어렵다. 그러나 본 연구는 여러 실험적 연구를 통해 예리한 발사체의 초기 관통 깊이를 무딘 발사체의 최종 침투 깊이 공식에 추가함으로써 기존 공식을 적용할 수 있음을 제시한다. 이를 검증하기 위해 먼저 구형 투사체와 원통형 투사체의 자유 낙하 실험을 통해 기존 이론을 실험적으로 확인하였다. 이후 예리한 발사체로서 다양한 지름과 길이, 무게의 원뿔형 발사체의 자유 낙하 실험을 진행했다. 이후 세 형상의 초기 침투 깊이 실험을 통해 부력의 효과를 확인하였다. 부력과 투사체 무게의 균형을 통해 결정되는 이 초기 침투 깊이를 고려함으로써, 예리한 발사체의 침투 깊이 또한 기존 공식으로 설명 가능하다. 두 가지 관점으로 진행된 지난 연구 결과들에 따라 투사체의 자유낙하를 총 낙하 높이와 충격시의 속도, 2 가지 관점으로 해석하여 침투 깊이를 유도한다. 본 논문에서 제안한 관계식을 사용함으로써 길이를 가진 원통형과 원뿔형 투사체도 구형 투사체와 같은 관계식으로 침투 깊이를 설명 가능하며, 초기 침투 깊이의 고려로 기존 관계식보다 향상된 침투 깊이의 예측이 가능하다. 새롭게 정리된 관계식의 유효성을 확인하기 위해 다양한 원뿔형 투사체의 실험이 진행된다.