다이나모메터, 세계적 기동무기체계 탄생 ‘숨은 주역’
특별한 곳에는 특별한 무엇이 있기 마련이고, 대개 ‘하나밖에 없다(유일하다)’고 하는 것들은 이런 특별해 보이는 곳을 찾아보면 나온다.
국방과학연구소(ADD)가 연구개발하는 주요 기동 무기체계의 성능을 시험하는 창원시험장을 찾아 ‘국내 유일’의 차량을 살펴보았다.
창원시험장에는 본관 뒤로 산 중턱에 길고 넓은 시험로가 있다. 중앙에 관제탑 같은 시험통제소도 있어 이곳이 시험장이란 사실을 모르면 활주로로 오인하기 딱 알맞다.
이 시험로 저편에서 흰색으로 도장한, 마치 냉동 운송 차량처럼 보이는 육중한 몸체의 8×8 트럭이 느린 속도로 다가온다.‘차량동력계 시스템(Mobile Dynamometer System, MDS)’이란다. 시험장 연구원들은 보통 다이나모메터라 부른다. 본체(Field Dynamometer, FD)와 동력흡수 트레일러(Power Absorption Trailer, PAT)로 구성돼 있다.
트레일러까지 포함해 길이가 12.3m이고 무게가 82톤이다. 차기전차보다 무겁다. 옆에 K1A1전차가 보인다. 정확히는 K1A1 시제전차다. K1A1이 양산, 전력화하기까지 시제로서 수많은 시험을 거친 뒤 이곳에서 시험지원용으로 제2의 삶을 살고 있는 것이다.
연구원들이 이 시제전차를 다이나모메터 트레일러 뒤에 연결, 주행하기 시작한다. 부하모드(power absorption mode)로 놓고 K1A1의 견인력과 냉각성능 등을 측정하는 것이다. 다이나모메터는 최대 500kN의 힘, 즉 약 51톤의 힘을 부하로 줄 수 있다. 다시 말해 K1A1이 앞으로 끌고 나가는 힘이 얼마나 되는가를 다이나모메터에 거는 부하로 알 수 있는 것이다.
이는 주행능력과 밀접한 관계가 있다. 예를 들어 장갑차량의 성능을 나타내는 것으로 경사 60도 등판 능력이 있다. 시험장에는 이 능력을 확인할 수 있는 가파른 언덕이 있지만 불과 20m 남짓할 뿐이다. 산악지형에서는 이보다 훨씬 더 긴 언덕이나 능선이 있을 수 있어 이에 대한 평가도 필요하다.
이때 다이나모메터가 쓰인다. 60도 경사에 오르는 힘에 해당하는 부하(값)를 다이나모메터에 주고 경사를 주행하는 거리에 해당하는 시간만큼 끌게 하는 것이다. 비록 평지 도로에서 이뤄지는 시험이지만 산악지형에서와 동일한 시험 효과를 얻을 수 있다.
반대로 전차를 다이나모메터 뒤에 연결해 주행 저항과 제동력도 확인할 수 있다. 견인 모드(prime mover mode)로 최대 215kN의 힘, 즉 약 22톤의 힘으로 뒤에 달린 시험차량을 끌 수 있다. 따라서 이 힘을 올려가며 전차가 얼마나 버티는가(제동력)를 측정하게 된다.
다이나모메터는 이렇듯 시험 대상이 되는 차량의 견인력뿐만 아니라 주행속도, 엔진·축의 회전수, 연료소비율, 회전축의 토오크, 냉각수·오일의 온도·압력 등의 항목을 실시간으로 동시에 80채널까지 측정할 수 있다.엔진의 성능은 그 자체로 테스트하기도 하지만 이곳 시험장에서는 장비가 완성된 상태에서 실제와 비슷하게 시험, 검증을 받는다는 점에서 그 의의가 있다.
세계적으로 운용 중인 차량동력계는 공히 차륜차량 형태다. 미국은 1979년에 제작한 최대제동력 245kN의 M16 차량동력계(중량 61.7톤)를 현재까지 M18과 함께 계속 사용하고 있고, 프랑스는 부하모드 전용의 차량동력계를 운용하고 있다.
독일의 MF60은 동력흡수 트레일러가 필요 없는 세계에서 가장 큰 용량의 차량동력계로서 최대 견인력이 600kN이다. ADD가 2000년에 도입한 M20 차량동력계는 세계에서 가장 최근에 개발한 첨단장비로서 AC모터 제어방식의 가장 우수한 제어정밀도를 보유하고 있는 것으로 평가되고 있다.
한편 창원시험장은 산 중턱을 가로지르는 야지 주행시험로도 있다. 기동차량의 내구도, 즉 이 시험로를 직접 달리며 차량과 중요 구성품의 결함을 평가하고 예측하기 위한 것이다. 여기서 중요한 것이 노면의 진동 환경인데, 시험장의 이 시험로는 전방지역 도로의 굴곡 정도(가혹도) 등 노면상태의 특징을 그대로 지니고 있다.
이러한 노면 환경을 가능토록 한 것이 노면굴곡 측정장비(Profilometer)다. 마치 튼튼한 4발 자전거 형상의 이 장비는 국방과학연구소가 우리 환경에 맞는 시험로를 조성하기 위해 자체 개발한 국내에서 유일한 계측 트레일러다. 견인차량에 의해 견인되며 레이저 센서와 자이로스코프 등 다양한 계측기기와 함께 4개의 바퀴, 2개의 차축을 갖고 있다.
창원시험장은 이 장비를 이용, 2001년부터 2003년까지 약 3년 간에 걸쳐 노면 굴곡의 특성을 분석해 시험노면을 표준화한 후 전방 10개 지역 26개 기동로에 대한 노면굴곡 특성을 측정해 그 가혹도에 대한 유사성을 평가했다. 그 결과 92.5%의 유사정도를 확인했다. 시험로로서의 객관성을 확보한 것이다.
최근 선보인 국산 주요 기동무기체인 보병전투장갑차 K21과 차기전차 등은 이 같은 첨단의 시험장비에 의해, 또 한국적 지형에서 철저하고 엄격한 시험평가를 받아 성능적 신뢰성을 확보했다. 세계적인 기동 무기체계 탄생에 숨은 주역들이라면 다이나모메터와 프로파일로메터를 빼놓을 수 없을 것이다.
◆ ADD 창원시험장은?
경남 창원시 동읍에 위치한 국방과학연구소 창원시험장은 약 60만 평 부지에 31개 각종 연구·시험동(棟), 31개 시험로(路), 45개 시험시설, 250여 점의 계측장비 등 표준시험시설·정밀계측장비와 함께 전문인력을 갖춘 국내 유일의 국제 공인 시험장이다. 전차와 자주포를 비롯한 각종 군용 기동장비에 대한 연구개발 기술시험, 양산품에 대한 품질 확인시험, 해외도입 장비 성능시험, 민수차량의 군용화 시험 등을 수행하고 있다.
이와 함께 민수차량에 대한 시험도 실시하고 있다.1995년 개장한 창원시험장은 그동안 K-9자주포, 차기전차, K-21 보병전투장갑차 등 총 413종 932대에 대해 각종 시험을 수행했다. 1일 평균 2.7대에 달한다. 96년에 6개 시험항목이 처음으로 공인시험 항목으로 인증된 이래 2008년 현재 국제 공인 시험 항목은 18개 항목으로 확대됐다.
이에 따라 시험의 정확성과 시험 결과의 일관성을 보장하고 있을 뿐만 아니라 미국·영국 등 국제공인시험인증기구(ILAC)에 가입한 45개국에 통용되는 국제시험 성적표를 발급, 기동장비의 수출을 지원하고 있다.창원시험장은 현재 미래 무기체계의 시험을 위한 준비를 위해 로봇시험로를 확보하는 등 로봇시험 환경을 조성하고 있다.
조호영 기동시험장장은 “앞으로 네트워크 기반의 기동성능시험 기술과 가상 기동시험 환경을 구축하기 위한 지형 및 토양 모델링 기술 등 부단한 시험기술 개발을 통해 미래 무기체계 시험 능력을 보유한 세계적인 국제 공인 시험장으로 발전해 나가도록 하겠다”고 밝혔다.
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