고진동에 사용되는 “초탄성 충돌 효과”에 대한 이론적이고 실험적인 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2291(2023) 이 기사 인용

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고중력 충격 환경 실험을 위한 가진 기술은 현재 관심 대상이며, 수직 적층체의 충돌에 의한 속도 증폭을 사용하여 고중력 충격 시험을 성공적으로 개발했습니다. 본 연구에서는 고속의 1차원 삼체 충돌 시 발생하는 초탄성 충돌 효과를 조사하였다. 충돌에 대한 분석적 조사를 위해 이론적인 공식이 간략하게 도출되었습니다. 서로 다른 높이에서 자유낙하하여 얻은 서로 다른 초기 속도를 사용하여 4가지 실험을 수행했습니다. 삼체 충돌에서는 5보다 큰 속도 이득이 얻어졌고, 두 번째 충돌에서는 2.5보다 큰 반발 계수가 관찰되었습니다. 실험 결과는 1차원 삼체 충돌에서 초탄성 충돌 효과의 존재를 잘 검증했습니다.

병기 관통기와 같은 첨단 관통 무기의 피해와 효율성을 극대화하기 위해 스마트 퓨즈나 미사일 탑재 기록 장치를 사용하여 환경 정보를 감지하고 표적 타격 시 폭발 지점을 제어합니다. 타격 과정에서 이러한 시스템의 구성 요소와 시스템 자체는 일반적으로 수 밀리초 동안 수만 g(1 g = 9.8 m/s2)에 해당하는 충격을 경험합니다. 모든 구성 요소와 시스템 자체는 이러한 충격 부하 상황을 견뎌야 하며 혹독한 환경에 대한 자격을 갖추어야 합니다1,2,3,4. 따라서 개발 및 생산 과정에서 이러한 고중력 충격 환경에서 부품과 시스템을 테스트하여 생존 가능성과 작동 성능을 평가하는 것은 의심할 여지 없이 필수적입니다.

현재 고중력 충격 테스트는 실험실 테스트와 실탄 테스트의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 총이나 박격포에서 발사체를 실제로 발사하는 등의 실탄 시험은 실제 사용 환경에 가장 가까운 적절한 시험 환경을 제공할 수 있습니다. 그러나 실탄 테스트는 수행하기 어렵고 비용도 매우 많이 듭니다.3; 따라서 개별 구성 요소와 해당 어셈블리에 대해 원하는 결과를 얻기 위해 수많은 반복이 필요한 엔지니어링 개발 작업에는 실용적이지 않습니다. 낙하 테이블5,6, Machete Hammer7,8, Hopkinson Bar9,10 및 가스 건 방법4,11을 포함하여 실험실 조건에서 다양한 고중력 충격 테스트 방법을 채택할 수 있습니다. 이러한 테스트 방법에는 고유한 장점과 한계가 있으므로 여기서는 반복하지 않겠습니다. 이러한 제한은 고중력 충격 테스트 기술의 개발을 촉진합니다. 1960년대 초에 1차원 다물체 충돌을 통해 속도 증폭이 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌습니다. 이 문제에 대한 일부 자세한 논의는 후속 문헌13,14,15에서 찾을 수 있습니다. 따라서 기존 낙하 테이블과 결합된 DMSA(듀얼 질량 충격 증폭기)는 고중력 충격 테스트에 사용하기 위해 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 그들은 2차 충격을 사용하여 5000g에서 최대 100,000g까지 낙하 테스트 중에 얻을 수 있는 가속도 범위를 주장합니다16,17,18,19. 그러나 기존의 영향표를 사용하기 때문에 한계도 분명합니다. 또한 Rodgers et al.20,21,22,23,24는 4질량 수직 적층형 충격 증폭기를 개발했습니다. 그러나 테스트 결과에 따르면 4개의 질량을 수직으로 쌓은 충격 장치는 Hopkinson Bar나 드롭 테이블 방법에 비해 어떤 이점도 없는 것으로 나타났습니다. 현재까지 우수한 신뢰성, 반복성, 편의성 및 저렴한 비용을 갖춘 다양한 고중력 충격 시험 환경을 생성하는 것은 상당한 어려움을 안고 있는 오랜 문제입니다. 고중력 충격 테스트의 기술적 요구 사항과 기존 아이디어에서 영감을 받아 현재 저자는 수직으로 적층된 3체 충격 증폭기를 갖춘 소형 고중력 충격 시험기를 개발했습니다. 실험 결과는 이 설계가 성공했음을 확인했습니다25,26,27. 그러나 속도 증폭에 대한 자세한 연구는 의도적으로 무시된 것으로 보입니다. 이는 주요 초점이 충격 가속도 펄스 매개변수에 있었기 때문일 가능성이 높습니다.