펜스충돌시험기
▣ 시험장치는 대체로 Gas gun과 Solenoid valve system, 투사체(core), LM guide로 구성된 포신 등으로 구성된다. 또한 시험장치와 시험전체를 제어할 수 있는 모니터링 시스템이 구비되어 간편하게 시험을 수행할 수 있도록 고안되었다(그림7).
▣ 투사체(core)는 포신 후단부까지 이동되어 마그네틱장치로 고정되고 solenoid valve로부터 유입되는 질소가스 압력으로 투사체가 발사되고 유입된 개스압력은 포신에 설치된 air vent hole로 소산된다(그림8, 그림9).
▣ 투사체(core)는 발사 후 시험중의 안전확보를 위하여 총신 개구부에 core stoper를 부착하여 과도한 압력으로 인하여 투사체가 허용된 변위 이상으로 돌출되지 않도록 하여 피사체인 안전펜스가 파손되지 않도록 한다(그림 10). 한편 시험기는 안전펜스 외곽면에 완전히 밀착되어야만 시험기가 작동하도록 설계(근접센서 확인)하여 안전한 시험 환경을 확보한다(그림 11). 이 모든 시퀜스는 부착된 모니터를 통하여 제어할 수 있다(그림 12).
▣ 투사체(core)는 실린더 상의 홈을 통하여 투사체를 실린더 뒤로 밀착시켜 고정한다. 고정방식은 마그네틱으로 고정하고 고정유무는 근접센서로 점검한다(그림 13). 실린더 전면부가 안전펜스에 완전히 밀착하였는지 여부를 점검하는 것과 같은 방식으로 시험기에 부착된 모니터로 확인 후 시험을 실시한다(그림 14).
▣ 시험장치에 부착되어 있는 N2 gas bomb를 열어 gas cylinder에 N2 gas를 30bar 압력까지 충진한다(그림 15). 충진이 완료되고, 시험준비가 모두 완료되면 Solenoid valve를 오픈하여 Gas cylinder에 충진되어 있던 N2 Gas를 한번에 방출하여 투사체를 발사한다. N2 gas bomb는 최고 충전압력 150bar 용량으로 내압시험압력은 250bar이다. N2 gas bomb로부터 gas cylinder로 충진 시 Regulator로 제어하도록 한다(Regulator 사양: 1차측 최고압력:200bar, 2차측 최고압력: 180bar, 그림 16).
▣ 방출된 N2 gas가 투사체의 뒷 부분을 밀어내고 투사체는 LM guide를 따라 발사되며 발사속도는 4.19±0.02m/s(m=1.22kg 투사체의 경우)이다. 아래 식과 같이 인체의 평균 머리무게를 13kg으로 가정하면 1.22kg의 투사체가 가져야 할 충격속도는 약25m/s이지만 시험기의 안전상 위와 같이 4.19m/s로 시험해야 하므로, 실제 충격상해치(HIC)는 시험결과상 계산되어 표시되는 값의 약 5.9배에 해당한다. 즉, 시험결과상 HIC10=20인 경우는 실제로는 약 295에 해당하는 충격 상해치로 인식하게 된다. 이는 전술된 FMVSS기준(자동차 충격기준)으로 보면 2~3등급에 해당하는 범위의 충격 상해치이다.
▣ 투사체가 안전펜스와 충돌하기 전 유입속도와 충돌 후 리바운딩 되어 나온 반발속도를 레이져 센서로 측정한다. 이 데이터로부터 반발계수를 계산하여 충격흡수력을 grading하며, time domain에 대한 속도/가속도 프로파일로부터 HIC10를 계산하여 상해치를 평가한다.
아래사진은 2015년 마산야구장에 실제 시험장치 사용하는 모습입니다.
