728x90
반응형

폭풍파 스케일 법칙(=상사 법칙, scale law)은 홉킨슨(Hopkinson)과 크란츠(Cranz)가 공식화하였다. 이 스케일 법칙은 일반적으로 ⅓승 상사를 이용한다. 다음 그림과 같이 같은 폭약, 같은 형상에 크기만 다른 지름 과 인 두 폭약 과 가 각각 대기 중에서 폭발했다고 가정하자.

 

다른 두 폭약과 폭풍압의 상사 관계

 

먼저 각 폭약은 다음과 같은 관계가 있다.

$$ W_{1} \propto d_{1}^{3} ,W_{2} \propto d_{2} ^{3} $$

$$ {W_{1} \over W_{2}}= \left( {d_1 \over d_2} \right)^3 $$

$$ {d_{1} \over d_{2}}= \left ( W_1 \over W_2 \right )^{1/3} $$

두 폭약의 지름 비율을 $ d_1 / d_2 = \lambda $라고 하면, 폭약 $ W_2 $의 폭발로 거리 $ R_2 $의 위치 B에 발생하는 폭풍압 $ P_B $(=$ P_S $)와 폭약 $ W_1 $의 폭발로 거리 $ R_1 $(=$ \lambda R_2 $)의 위치 A에 발생하는 압력 $ P_A $(=$ P_S $)는 같다.

$$ {d_{1} \over d_{2}} = {\lambda ~·~ d_{2} \over d_{2}} = {R_{1} \over R_2}= \left( {W_1 \over W_2} \right)^{1/3} $$

이 관계로 환산거리(scaled distance, $Z$)를 이용하여 다음 식을 유도할 수 있다.

$$ Z = {R \over W^{1/3}} $$

여기서 $R$은 폭약 중심으로부터 떨어진 거리(m), $W$는 TNT 등가약량(kg)이다. 

 

위 식에서 주어진 환산거리를 이용하여 다양한 폭풍파 실험에서 얻은 데이터를 하나로 정리할 수 있다. 또한, 위 식의 환산거리는 기준폭약으로 TNT를 사용하므로, 다른 폭약의 폭풍압을 산정할 때 TNT에 해당하는 폭약량으로 환산할 필요가 있다. 가장 간단한 방법은 TNT의 비에너지(specific energy)에 근거한 등가계수와 각종 폭약의 질량을 곱하는 방법이다.

 

다음 표는 각종 폭약의 TNT 등가계수이다. 예로 RDX의 TNT 등가계수는 1.185 (비에너지 5,360/4,520 = 1.185)이며, RDX 100kg은 TNT 118.5kg에 해당한다.

 

다른 방법은 압력과 충격량에 의한 등가계수를 이용하는 방법이다. 마찬가지로 실제 폭약의 폭발로 발생한 최대 과압이나 충격량이 TNT에 해당하는 폭약량과 일치하는지에 따라 선택한다. 

 

다음 표는 TM 5-855-1에 표시된 등가계수이다.

 

TNT 등가계수

폭약의 종류 단위 질량 당 에너지 $ Q_x $ [kJ/kg] TNT 등가계수 $ Q_x / Q_{TNT} $
TNT 4,520 1.000
RDX 5,360 1.186
HMX 5,680 1.257
PETN 5,800 1.283
펜트라이트 5,110 1.131

 

폭약의 종류 압력 등가계수 충격량 등가계수
TNT 1.00 1.00
C-4 폭약 1.37 1.19
PETN 1.27 -
펜트라이트 1.40 1.07
테트릴 1.07 -
728x90
반응형

+ Recent posts