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무한궤도
무한궤도는 둥글게 만든 궤도 안에 바퀴를 넣어서 전진할 때마다 '앞으로 궤도를 뻗어 바퀴가 계속 궤도 위에서 움직일 수 있게 하는 장비이다.[1]
개요
무한궤도 또는 캐터필러 궤도( continuous tracks 또는 caterpillar tracks)는 2개 이상의 바퀴와 그 둘레에 두른 판을 사용하는 무한궤도 차량(tracked vehicles)에서 사용되는 추진 방식이다. 바퀴에 두르는 판은 보통 군사용 차량의 경우 조립식 철판으로 만들고, 농업용이나 건설용 차량은 철사로 보강한 고무판을 쓰기도 한다. 무한궤도는 표면적이 넓기 때문에, 타이어보다 차량의 무게를 분산시키기 용이하다. 그 때문에 무한궤도 차량은 무른 땅에서도 가라앉거나 갇히지 않을 수 있다.[2]
등장배경
1차 세계대전, 지옥의 참호전이 장기화하면서, 양측 진영은 진퇴양난에 빠졌었다. 적의 참호 진지를 돌파하기 위해 수십만 발의 포탄을 쏟아붓고, 보병을 수도 없이 투입했지만, 적의 참호를 점령하는 횟수는 손에 꼽힐 정도였다. 그에 반해 희생당하는 보병의 숫자는 도저히 감당하기 힘든 정도에까지 이르렀다. 이를 타개하고자 영국군은 육상순양함의 개념을 도입한다. 즉 땅 위를 갈 수 있는 전함이 필요했다. 그런데 이 육상전함이 땅 위를 움직이려면 바퀴가 필요했다. 하지만 참호전이 벌어지는 전장이란 곳이 평평할 리 없다. 진흙과 바위가 뒤섞인 울퉁불퉁한 곳이 대부분이었고, 더욱 문제는 깊이와 넓이가 수 미터에 달하는 참호였다. 바퀴로 이런 지형을 빠져나갈 리 만무했다. 어떻게든 적의 참호를 돌파할 방법을 모색해야만 했다. 이때 어니스트 던롭 스윈튼(Ernest Dunlop Swinton)’이라는 영국군 공병 장교가 농업용 트랙터에서 힌트를 얻어, 무한궤도를 이용한 장갑차량으로 참호를 돌파하자는 아이디어를 내놓는다. 전차의 아버지는 농업용 트랙터였다. 무한궤도는 기본적으로 바퀴가 구덩이나 진흙에 빠지지 않게 땅 위에 길을 깔면서 나가는 형식이다. 즉, 표면적이 넓은 궤도로 차체의 무게가 분산되어 땅을 누르는 압력(접지 앞)이 낮아짐에 따라 무거운 물체도 진창에 빠지지 않게 하며 주행할 수 있다. 더욱이 차체의 길이가 참호보다 길다면, 참호에 빠지지 않고 돌파가 가능하다. 이 모든 요소를 고려해보았을 때, 무한궤도는 육중한 무게를 지닌 전차에 너무나도 어울리는 주행수단이었다.[3]
연결방식
전차 궤도는 보통 연결방식으로 나뉜다. 현재 여러 가지 제품들이 나와 있지만, 크게 싱글 핀 방식과 더블핀 방식 두 가지가 있다. 궤도 한마디를 연결하는 핀이 두 개이냐 하나이냐의 차이이다. 싱글 핀 방식은 구조가 간단하여 정비가 손쉽다. 반면 더블핀 방식은 말 그대로 두 개의 핀을 이용해 궤도 마디를 연결하는 방식인데, 당연히 싱글 핀 방식보다 교체 등의 정비에 손이 더 가고 구조도 조금 더 복잡하다. 하지만 더블핀 방식이 수명이 더 길고 외부 충격에도 강하다. 주행 시 하중을 핀 하나가 아니라 두 개가 받는 만큼 싱글 핀 방식보다 끊어지기가 쉽지 않다. 과거 전장에서의 신속한 정비성을 매우 중요시했던 소련군은 T-54부터 T-62 시리즈까지 이 싱글 핀 방식을 애용했었다. 반면 대부분의 서방측 전차들은 더블핀 방식의 궤도를 사용했다. 서방측은 내구성을 더 중시했다. 소련도 T-64부터는 아무래도 정비성보다는 내구성이 더 중하라 판단해 더블핀 방식의 궤도를 사용하기 시작했다.[3]
무한궤도의 옵션들
일단 연결방식의 궤도마디와 핀이 있다. 그리고 현재는 매우 중요한 요소로 취급되는 고무패드가 있다. 사실 무한궤도 자체가 고무로 되어있는 제품도 있지만 아무래도 내구성의 문제가 있어 전차에는 쓰이지 않는다. 고무패드는 2차 대전 때부터 많이 쓰였는데, 고무패드의 장점은 크게 두 가지이다. 첫째, 주행소음이 줄어든다. 생각을 해보라. 강철의 궤도가 딱딱한 지면에 닿으면 그 소리가 어떨지를. 일본군의 경우 전차궤도에 고무패드를 씌우지 않았기 때문에 중국전선이나 노몬한 전투에서 위치가 쉽게 발각되는 예가 많았다. 두 번째로는 시멘트나 아스팔트 바닥을 달릴 때 길 표면에 상처를 덜 입힐 수 있다. 시가전의 비중이 늘어난 지금 전차가 아스팔트길을 갈아엎고 다닌다면 후속부대의 차량들이 매우 곤란할 것은 불을 보듯 뻔할 것이다. 고무패드가 붙어있으면 길에 상처가 거의 나지 않거나 나더라도 길에 심각한 손상을 줄 정도는 아니다. 이 고무패드는 아예 처음부터 장착되어 나오는 경우도 있고, 필요시 탈착이 가능한 경우도 있다. 서방측 전차들은 일찍부터 고무패드의 중요성을 인식하고 널리 사용했지만, 도로망이 발달하지 않아 험지 주행이 원칙이라고 여겨진 과거 소련전차들에는 고무패드의 사용 빈도가 매우 낮았었다. 하지만 현재는 러시아의 전차들도 대부분 고무패드가 달린 전차궤도를 사용 중에 있다. 빙판길에 사용하는 그로서(Grouser)라는 금속 스파이크 부품도 있다. 쉽게 말해 차량이 겨울 눈길 및 빙판길에 사용하는 스노우 체인이라 생각하면 된다. 이 그로서는 보통 탈부착이 가능하다. 또한 현대 전차에는 동적궤도장력조절기라는 장치가 있다. 동적궤도장력조절기(Dynamic Track Tensioning System)는 전차 궤도의 팽팽함을 유지시켜주는 장치로 궤도의 이탈로 작전에 차질을 빚는 경우가 다반사여서 이를 극복하기 위해 개발된 장치이다. 이 장치는 기동 중에도 궤도의 장력변화를 관측하면서 궤도의 장력을 유지시켜주는 핵심적인 장치이다. 보통 전차의 구동륜 옆에 붙은 유압 실린더가 그것인데 옛날 전차의 경우에는 DTTS가 아니라 Tension Actuator란 장치가 있어서 손으로 조절 나사를 돌려 위치를 당기거나 뒤로 밀어서 장력을 조절했는데, 너무 꽉 조이면 기동 시 제 속도가 안 나오고, 너무 느슨하면 궤도가 이탈할 가능성이 컸다. 따라서 적절히 조절하는 것이 매우 중요했는데, 그만큼 정비병들의 손이 많이 가는 장치였다. 하지만 지금은 DTTS 덕분에 수고를 덜게 되었다. 하지만 이것도 만능은 아닌지라, 지나치게 급격한 기동을 하여 유압시스템의 한계를 벗어나 버리면 궤도가 이탈하는 경우를 종종 볼 수 있다.[3]
장단점
장점
무한궤도는 타이어에 비해 내구성이 높다 무한궤도는 넓은 면적에 힘을 분산시켜 보다 무거운 무게를 감당할 수 있고 그만큼 두터운 장갑을 가질 수 있게 되었다.[4] 궤도에 진흙이 낄때를 제외하고는 험지돌파 능력이 우수하다. 동력을 한 부분에만 전달해도 궤도가 길을 깔아주며 가는 방식이기 때문에 효율성도 좋다.[3]
단점
진흙탕 같은 지형에서 바퀴는 힘으로 빠져나올 수 있지만 무한궤도 차량은 무한궤도 사이에 진흙이 껴 아예 구동 자체가 불가능해져 버리기 때문에 구동 자체가 불가능해져 버린다. 무한궤도 자체가 무겁기 때문에 전체적인 중량이 증가하고 엔진에 추가적인 부담을 주게 된다. 무한궤도는 지형에 악영향을 미칠 뿐만 아니라, 마모나 충격 등의 문제로 인하여 최대 속도에 제한이 온다. 현대식 주력 전차는 최대 시속 80km 정도를 낼 수 있다고 하지만, 이는 엔진, 무한궤도 등에 심각한 부담을 주는 속도로서 일반적인 전투 속도는 70km/h를 넘기 어렵다. 자칫 궤도가 끊어지면 기동 자체가 불가능해 진다. 6륜이나 8륜식 장갑차, 하다못해 4륜의 일반승용차 조차 바퀴 하나가 펑크 났다 해도 일단 느리게나마 주행이 가능하다. 하지만 무한궤도는 한번 끊어지거나 궤도가 이탈해 버리면 ‘길’ 자체가 없어지기 때문에 주행이 불가하다.[3] 따라서 바퀴에 비해 정비에 손도 많이 가고 유지와 운용에도 비용이 바퀴에 비해 많이 든다. 또 무한궤도는 현륜 장치의 충격 흡수력이 한계가 있어서, 주행 시의 포탄 명중률이 타이어 차량보다 떨어진다는 점도 있다. 무한궤도는 면적이 넓은 만큼 피해를 보기도 쉽다. 현대식 차륜 장갑차(타이어식 장갑차)의 경우, 지뢰나 공격 등에 의해 바퀴 중 몇 개를 잃더라도 주행이 가능하다. 그러나 무한궤도는 그중 일부만 상처를 입어도 아예 주행 자체가 불가능해진다. 그리고, 활동 범위에서도 무한궤도 차량이 월등히 뒤진다. 차륜 장갑차의 경우 속도도 빠르지만, 무한궤도가 자주 정비를 하고 교환해야 하지만, 타이어는 특별히 문제가 생기지 않는 한 몇 달이고 사용할 수 있어서, 무한궤도식보다 수배 이상의 활동 범위를 갖게 된다.[4]
원리
무한궤도(Track) 전차는 평탄한 도로를 자신이 가지고 다니며 이를 회전시키고, 그 도로를 바퀴가 통과하면 다시 이를 감아 바퀴 앞에 재 부설하는 방식으로 전진하게 된다. 물론 무한궤도를 사용하는 이유는 전차의 중량을 효과적으로 분산시킬 수 있기 때문이다. 무한궤도가 발명되기 전에는 차량의 중량이 클 경우 바퀴가 땅속에 파묻히게 되어 제대로 움직일 수 없었다. 그래서 초기에는 바퀴 위에 일정한 크기로 판자를 대어 바퀴의 접지면을 넓게 해주었는데, 이것이 발전되어 현재의 무한궤도와 같은 모양을 갖게 되었다. 무한궤도가 지면에 주는 압력, 즉 접지압은 전차의 중량과 궤도의 면적에 따라 결정되는데 대략 제곱센치당 0.8∼1.0kgf로 사람 보행 시 접지압의 2배 정도이다. 무한궤도가 움직이는 것을 전차 밖에서 관찰하면 전차의 움직임과 관계없이 무한궤도가 지면과 접한 부분은 전혀 움직이지 않고 있다는 것을 발견하게 됩니다. 바로 이것이 무한궤도 전차의 전진 원리이다. 즉,속도의 관점에서 보면 지면에 대하여 접지면의 속도가 제로가 되지만 기동륜과 맞물리는 위쪽 무한궤도는 전차의 전진 속도의 약 2배가 된다. 이를 쉽게 설명하기 위해 우선 위아래 무한궤도를 포함하는 정도의 직경을 지닌 가상 바퀴를 생각해보면 물론 이 바퀴의 회전 중심은 전차의 차체에 축으로 고정되어 있다고 보면 이 경우 바퀴의 접지면이 고정되어 있음으로 접지 점은 지면과 상대운동이 없게 된다. 이 접지 점을 회전이동의 순간중심이라 하고 이 점에서 무한궤도와 기동륜과 맞물리는 위쪽 무한궤도까지를 가상 바퀴의 등가직경으로 볼 수 있다. 이 경우 위쪽 무한궤도의 전진 속도는 기동륜의 회전수와 순간중심[접지면]에서의 거리[등가 직경]를 곱한 값과 같다고 생각할 수 있다. 한편 전차의 이동은 순간중심으로부터 거리에 비례하는 속도가 되므로 기동륜과 맞물리는 무한궤도의 속도의 약 반이 되는 것이다. 전차의 무한궤도는 차체 양측에 각 1세트씩 있고 전차의 무게로 지면에 밀착되어 있습니다. 이는 정지상태에서 전차를 회전시킬 수 있게 한다. 정지상태에서의 전차의 회전을 시키는 방법은 좌우의 무한궤도를 서로 역방향으로 구동 시켜 차체 길이에 해당하는 폭 내에서 지면을 비벼대며 강제로 돌리게 되는데, 이러한 정지상태에서의 회전을「제자리 회전」이라고 한다. 또한 전진 이동 시 방향 전환은 양쪽 궤도의 속도에 차이를 두어 구동하여 자동차의 차동장치처럼 주행 중에 방향을 바꾸게 된다. 이처럼 전차의 방향 전환은 좌우 무한궤도의 구동력을 가감하여 실시한다. 그러나 간혹 잘못된 장력설정으로 무한궤도가 벗겨지는 경우가 있음으로 노면 조건에 따라 적절한 장력을 유지하도록 정비를 해주어야 한다. 한편 장거리 이동 시에는 전차로 이동하는 것보다 철도나 트레일러를 이용하여 이동하는 편이 더 경제적이다. 흔히 철도차량에 전차를 실어 날으는 것을 보게 되는데 이런 경제적인 이유 때문이다.[5]
각주
참고자료
- 〈무한궤도〉, 《나무위키》
- 〈무한궤도〉, 《위키백과》
- 국방홍보원, 〈전차궤도는 원래 트랙터의 것이었다는데..〉, 《일분》, 2018-07-25
- pyodogi, 〈무한궤도의 장단점〉, 《조이에스애프》
- 자두아빠, 〈탱크의 회전과 진행 원리〉, 《네이버 블로그》, 2004-07-24
같이 보기
