강선

 
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1. 개요[편집]

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腔線 / Rifling

총열 안쪽(총강)의 나선형 홈.

2. 역할과 원리[편집]

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강선이 있는 총열로 탄환이 발사되면 탄환이 나아갈 때 나선형 홈을 따라 회전하게 되면서 회전관성에 의한 각운동량을 가지게 된다. 스핀으로 인한 각운동량을 가진 탄환은 주변의 공기 흐름과 바람에 덜 영향을 받는 안정된 탄도를 가지게 된다.

초탄에선 활강포보다 10~20% 정도 약하다. 활강포는 발사 시 포탄이 포신 내부를 부드럽게 지나가지만 강선포는 총알이나 포탄이 강선에 맞물리고, 강선의 방향에 맞추면서 총알이 깎여나가는 매커니즘으로 회전하기 때문이다. 5.56mm탄의 경우도 발사시 5.56mm이지, 원래는 5.7mm인 이유도 이 때문이다.[2]

구체가 아닌 물체는 날아가는 방향에 대해 자세가 바뀌면 공기저항이 불균일해져서 제멋대로 날아가게 되는데, 따라서 명중률을 보장하려면 일정 방향으로 물체의 자세를 유지시켜야 한다.[3] 이 때 물체가 고속으로 회전하는 경우 외력이 가해져도 그 영향을 매우 적게 받게 되며, 이러한 원리를 이용한 것이 바로 강선이다.

공기가 있는 환경에서 회전이 들어간 탄환이 안정적인 탄도를 가질 수 있는 건 맞지만 그렇다고 무조건 회전수가 많다고 좋은 것은 아니다. 필요 이상의 회전을 주게 되면 회전에 에너지가 지나치게 치중되어 유효사거리가 줄어들고 착탄 시 수직이 아닌 좀 더 얕은 각도로 입사하게 되며 편류현상을 더 크게 받아 총알의 궤적이 좌 또는 우측(강선방향에 따라 다름)으로 더 많이 휜다. 반대로 회전이 불충분하면 탄도가 불안정해져 탄착군이 벌어진다. 심하면 비행 중 탄이 뒤집어져 탄미로(...) 착탄할 수도 있다. 결국 탄환에 필요한 만큼 최소한의 회전을 주는 것이 바람직하다.

강선은 소총, 기관총 등의 총열 뿐만 아니라 기관포, 대포 등의 포신에도 있다. 현대전에 사용되는 거의 모든 화기에 강선이 있다고 보면 된다. 단, 최근의 전차포는 APFSDS 및 HEAT의 사용을 최우선으로 하고 있기 때문에 강선이 없는 활강포가 대세가 되었다. 벅샷[4]을 주로 사용하는 산탄총도 대개 강선이 없는데 슬러그탄을 주로 사용하는 경우 강선이 파여진 총열이 사용되기도 한다.[5] 그리고 보병용 박격포도 포탄을 포구에서 떨어뜨려서 발사하는 형태이기 때문에 대부분 강선이 없다. 곡사포의 경우 작약을 꽉꽉 채운 풀 캘리버 고폭탄을 바람의 영향을 가능한한 적게 받으면서 멀리까지 날려보내야 하기 때문에 활강포가 아닌 강선포가 사용된다.

일반적으로 탄환이 무겁고 길수록 더 많은 회전을 주어야 탄도가 안정되기 때문에 구경이 클수록 강선의 수도 증가한다. 보통 현대의 소총에는 4~6조 그중에서도 주로 6조 강선을 쓰며 M2 브라우닝 중기관총이 8조, 50~75mm 정도의 포들은 24조, 90mm 전차포가 32조, 105mm급 이상의 포들은 36조 우선을 가진 경우가 많다.

우선이란 뜻은, 오른쪽부터 파여있는 강선이란 뜻이다. 현대의 소총은 거의 라이플로 총칭되는데, 라이플은 원래 강선이란 뜻이다. 그만큼 소총의 경우 극소수의 예외를 제외하고는 모두 강선을 갖고 있다.

3. 역사[편집]

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3.1. 강선의 발견[편집]

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강선의 기원은 불분명하다. 누가 언제부터 왜 이런 것을 만들기 시작했는지 모른다. 정확한 정론이 없어 여러 가지 설이 존재한다. 원시적인 강선이 등장한 것은 대략 16세기 유럽의 총이었다.

이때 강선의 목적은 탄도 안정이 목적이 아니었다. 초기의 탄환은 총열과 구경이 같으면 전장식의 경우엔 장전도 힘들고, 과거 금속 제련, 가공기술이 낮던 시기에는 높은 가스압력으로 총열이 폭발하는 경우도 있었기에 약간 큰 구경으로 만들어졌다. 이때 탄환이 다시 흘러나오는 것을 막기 위해 헝겊이나 종이를 끼웠는데, 이것이 쉽게 배출되게하기 위해 직선형 강선을 새겨넣은 것이 극초기 강선의 목적이었다.[6]

또한 머스킷의 낮은 연소율을 가진 흑색화약이 폭발하면서 그을린 화약과 납탄의 찌꺼기가 총구에 끼는 것을 조금이라도 개선하기 위한 이유도 있었을 것이다. 아무런 홈도 파져있지 않은 총구는 발사되면서 점점 흑색화약이 끼었고, 사수는 좁아진 총열에서 총알을 발사하기 위해 점차 작은 총알을 집어넣어야 했다. 이런 상황에서 총열 안에 직선 홈을 파 표면적을 늘리면 그곳에 화약 찌꺼끼가 들어가 좀 더 오래 총열을 깨끗하게 유지할 수 있다는 것이 발견되었던 것 같다.

이러한 이유들로 인해 총열에 더 많은 직선 홈을 팔수록 좋았지만, 총열에 추가로 강선을 파는 것은 총열의 내구성을 약화시켰고 추가 공정은 생산성의 저하로 이어져 총기의 값이 비싸졌다. 이러한 상황에서 직선이 아닌 나선으로 홈을 파면 홈의 길이가 늘어나 홈의 갯수에 비해 더 많은 홈을 가진 것과 같은 효과가 나온다는 것이 발견되었을 것이다. 그리고 이러한 총에서 발사되는 총알은 홈에 맞물려 회전하게 되었고, 왠지 모르지만 좀 더 정확하게 사격된다는 것이 발견된다.

3.2. 해석[편집]

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이런 강선의 기묘한 현상은 과학적 발견으로 이어져 유럽의 군사력의 강화로 연결된 대표적인 사례이기도 하다. 그 중심에는 영국의 동인도회사의 포병 장교로 활동했던 뛰어난 학자 벤자민 로빈스가 있었다. 1742년에 벤자민 로빈스가 쓴 책인 <새로운 포격 원리>(New principles of gunnery)>에서 그는 뉴턴 역학과 미분, 보일의 법칙 등을 이용하여 발사체의 운동과 공기저항의 관계에 대해 정밀하게 탐구했고, 갈릴레이가 제시했던 포물선이 공기저항과 바람 때문에 실제 환경에서는 틀렸다는 결론을 내린다.[7] 또한 기존의 무강선 소총이었던 머스킷의 총알 궤적이 왜 불안정한지에 대해서도 분석하게 된다.[8]

이후 1747년에 이르러 로빈스는 왕립학회에서 발표한 논문 <선조를 새긴 총신의 특성과 이득>(Of the nature and advantage of a rifled barrel piece)에서 포와 총에 강선을 파야 하며, 총알을 달걀형으로 제작해야 한다고 권고했다. 이는 유럽에서 큰 주목을 받았으며, 독일의 프리드리히 대왕은 3년 후에 유명한 수학자 레온하르트 오일러에게 새로운 포의 원리 번역을 맡기는 등 강선기술은 유럽 전체로 파급된다. 이로써 유럽은 당시 동시대 그 어떤 지역보다 더 위협적인 포와 총을 가지게 되었다. 한 예로는 프랑스의 라 히테 시스템(La Hitte system)이 있다.



히테 시스템에 따라 만들어진 포탄과 히테 시스템에 따라 만들어진 대포.[9] 포신 내부가 육각형으로 파여 있고, 이 홈에 포탄에 달린 금속 돌기가 맞물리게 하여 강선 효과를 낸다.

다만 강선의 비싼 비용과 느린 재장전 때문에 강선의 효용성을 의심하는 경우도 많았다. 강선이 파진 머스킷을 장전하려면 강선이 안 파진 머스킷보다 더 큰 힘으로 형겊/가죽으로 싼 탄을 'bullet starter'라는 별도의 도구로 밀어넣어야 했고, 그 때문에 19세기 초의 나폴레옹 조차 비싸고 재장전이 느린 강선 머스킷보다는 무강선 머스킷을 더 선호했다고 한다(한술 더 떠서 아예 베르사유 라이플의 생산을 중지해버렸다). 남북전쟁 초기에 사용된 강선총인 베이커 라이플의 경우도 2분에 한발이라는 끝내주게 느린 공속을 자랑했다. 그리고 투박하고 묵직한 쇠붙이들이 맞물려서 엄청난 힘으로 비벼지다 보니 강선이 필연적으로 마모될 수밖에 없어서 강선이 없는 총포보다 강선이 있는 총포의 수명이 짧다는 문제도 있었다.[10]

강선이 비쌌던 이유는 제작 공정이 매우 까다로웠기 때문이다. 강선을 파는 일 자체가 엄청난 중노동이었는데, 옛날엔 기계를 이용해 인간이 직접 강철 총신에 강선을 새겼기 때문에 당연히 머스킷에 비해 제작 난이도와 속도가 끝내주게 느렸고, 제작 과정이 늘어났기 때문에 생산비용도 기존의 머스킷보다 오르게 되었다.

그러나 18세기 중후반부터 산업 혁명이 더욱 가속화되어 자동화 기계들이 나오면서 강선의 제조도 이전보다는 쉬워졌고, 결정적으로 19세기 말에 미니에 탄이라는 강선에 특화된 탄환이 등장하면서 라이플 소총의 전성기를 이끌어내게 되었다.

3.3. 한국의 경우[편집]

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유럽 외에서도 강선과 유사한 방식을 도입해 명중률을 높여 보려는 시도는 있었다. 대표적인 게 1470년 이전 만들어진 것으로 보이는 대한민국 경주 출토 경주 이총통(참조링크)인데, 세계에서 유일하게 포신의 단면이 삼각형이다.[11] 이는 명중률을 높이기 위해 화살을 쟁여 쏘는 게 일반적이었던 당시,[12] 3개의 화살깃이 포신에 정확히 맞물려 강선과 같은 효과를 내게 하기 위한 구조였다. 다만 이렇게 하면 전용 삼각형 격목을 따로 만들어야 하고, 다른 탄종과 호환이 힘들어 장기적으로 쓰이지는 않았다.

그 외에는 화살이 아닌 철환을 주로 쏘는 차승자총통(참조링크)이나 소승자총통/승자총통 중 일부에서 현대의 페인트볼용 에어건처럼 총신을 일부러 약간 굽게 해 철환 발사 시 회전이 걸려 탄도 안정을 노린 것으로 추정되는 유물들이 몇 점 있으나, 이 경우 전장식인 총통의 구조 때문에 재장전이 힘들어 많이 쓰이진 않은 것으로 보인다. 또한 이런 구조가 의도된 것이 아니라 나중의 충격으로 총신이 굽은 거 아니냐는 설도 있다. 당장 서울역사박물관 소장 중인 청계천 출토 만력19년명별총통도 총신 일부가 파손된 채로 발견되어 나중에 외부 충격으로 파손된 거 아니냐는 설이 있다.덧글참조

3.4. 현대[편집]

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파일:Polygonal vs normal rifling.png
좌측이 전통적인 강선, 우측이 다각형 강선.

현대에 와서는 더 발전해서, 특히 소화기에 적용되는 강선의 경우 다각형 강선(polygonal rifling)을 적용하는 경우가 있다. 전통적인 강선보다 훨씬 부드러운 모양이 나온다. 그에 따라 원래 강선에서 튀어나온 부분을 Land, 가라앉은 부분을 Groove라 부르는데, 다각형 강선은 튀어나온 부분이 Hill, 가라앉은 부분이 Valley이다. 대부분 6각형 또는 8각형을 쓴다고 한다. 글록이 이런 강선으로 유명하다.

일반적인 강선에 비해 가지는 강점은 다음과 같다. 영어 위키백과 설명

• 모서리 형상이 더 부드럽고, 파인 부분이 더 얕아서 가스 밀폐가 더 잘 되며, 그 결과 가스 팽창에 의한 추진력이 더 잘 전달돼서 포구속도가 약간 더 높고, 정확도도 약간 더 높아진다.
• 기존 강선 형상은 각각의 홈으로 인해 일정하지 않은 총열의 두께를 가졌는데, 이를 개선하여 응력 집중(불균일한 부분에 응력이 집중되는 현상)으로 인한 총열 손상에 덜 민감하다.
• 총알의 변형이 줄어 총열 내에서 마찰력이 적고, 이는 포구초속 증가에 도움이 된다. 또한 기존 강선에서 생기는 날카로운 강선흔이 없어져서, 발사 후에 공기 저항이 줄어든다.
• 날카롭게 파고드는 강선 모서리나, 청소하기 힘든 푹 파인 홈이 없기에 총열 내에 구리 찌꺼기가 덜 쌓이고, 정비하기 편하다.
• 열기계적인 응력이 더 넓은 곳에 분산되어 사용시에 발생하는 마모가 적고, 총열 수명이 더 길다.

이처럼, 기존 강선에 비해서 모두 소소하지만 나쁠 게 없는 특징들이다. 다만 제조에 대부분 단금 성형(Hammer forging)을 이용한다고 하는데, 이 장비가 정말로 비싸고 일반적인 장비도 아니라서 큰 제조사만 사용할 수 있다. 또한 이 성형 과정에서 많이 발생하는 응력을 기존 강선에서는 필요없는 열처리 과정으로 없애야 하고, 그러고도 잔류 응력(Residual stress)이 있을 가능성이 있다. 잔류 응력으로 인해 정확도 하락이 발생하는데, 이로 인해 정확도가 생명인 슈팅 종목 같은 데서는 꺼려진다고 한다. 다만 실질적으로 호신용/부무장용 권총이나 헌팅 라이플 정도에서는 잔류 응력으로 인한 문제는 전혀 없을 것이라고.

또한 3번째에서 어느 정도 언급했지만 눈에 띄는 강선흔이 없다. 이로 인해 범죄 포렌식에서 기존 강선처럼 홈 사이의 길이를 재는 수사는 불가능하다. 그러나 실제 범죄 수사에서 하는 총기 검사는 총열 내부 표면에 있는, 제조 시에 생긴/총알이 발사된 정말로 미세한 흔적을 찾는 것이기에 총열 표면 자체는 여전히 지문처럼 모두 다르다고 한다.

4. 제작 방법과 생산[편집]

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파일:라이플생산2.jpg
강선은 기술공이 수작업으로 직접 파는건 아니다. 아무리 18세기 이전이라도 그런식으로 만들지는 않았다. 강선은 총열을 기계에 놓은 다음 핸들을 돌려서 판다. 위 사진은 18세기 미국 식민지 시대에 라이플을 만드는 장면을 재현한 것이다. 저 기계로 핸들을 돌리면 기계가 총열안에 강선을 파주는 방식이다. 생산자는 숙련된 기술자일 필요는 없고 핸들 돌릴 힘만 있으면 된다. 손으로 끌같은걸 들고 직접 파는 것보다야 비교할수없이 편하겠지만 그래도 인력으로 핸들을 돌려야 하니까 시간과 힘이 많이 들고 라이플이 머스킷보다 값이 비싼 이유였다.

19세기에는 산업 혁명으로 인해 자동화 생산 기계가 나오면서 라이플의 생산도 엄청나게 편해졌다. 당시 주요 라이플의 생산량을 보면 프랑스의 샤스포 라이플이 200만정, 영국의 엔필드 패턴 1853이 150만정, 프로이센의 드라이제 췬트나델게베어가 115만정, 오스트리아의 로렌츠 라이플이 70만정, 미국 스프링필드 M1861이 100만정 넘게 만들어졌다. 수작업으로 만들 수 있는 양이 아니다.

19세기 중반 부터는 라이플이 대량 생산됨에 따라 가격도 머스킷과 별 차이 없어졌다. 브라운 베스 머스킷의 가격은 18세기 말을 기준으로 보통 3파운드였고, 이는 당시 미국화폐로 환산하면 14.25 US$였다. 남북전쟁 당시 스프링필드 조병창의 m1861 강선총 납품가는 14.75 US$였다.

다만 이런 기계가 없다면, 소총을 생산할 때 크게 시간이 걸리는 것이 총신이었으며, 레지스탕스 등의 게릴라 조직에서 홈메이드 소총을 만들 때 가장 문제가 된 것이 총열과 탄창이었을 정도로 강선 파는 일이 만만치 않았다. 이런 이들에게 이미 강선이 파여진채로 지급된 스텐 기관단총 같은 물건은 더 좋은 총이 널린 정규군들에게는 악몽이었겠지만 그거라도 아쉬웠던 레지스탕스에겐 축복이였다.

4.1. 3D 프린터를 통한 제작[편집]

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3D 프린터를 이용해 직접적인 총열 제작은 못하지만 3D 프린터를 이용해 총열에 겅선을 세길수 있는 도구를 만들 수는는 있다. 단 모든 도구를 3D 프린터로 만들수 있는것은 아니고 일부 도구만 프린팅 가능하다. [13] 물론 프린팅해야 할 푸품 외에도 DC 파워 서플라이, 구리 전선, 소금물, 금속 배관등이 필요하기 때문에 완벽한 3D프린팅이라고 하기 힘들다.

전해가공의 원리 *

관련내용:*, *, *

5. 오해[편집]

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강선을 파놓은 이유에 대한 잘못된 미신이 많이 퍼져있다. 대표적으로는 강선의 영향으로 총알이 드릴처럼 맹렬히 회전하며 몸을 휘저어버리고 그로 인해 입사구는 좁지만 출사구는 크다는 식이다.

기본적으로 강선은 총알 궤도의 안정성을 높이기 위한 것이지, 총알을 회전시켜 위력을 강화시키고자 새긴 것이 아니다. 실제로는 원추형의 총탄이 공기 속을 나아가는 도중 중력에 의해 뒷부분이 내려앉으며 난류가 발생해서 탄도가 뒤틀려 빗나가는 것을 막기 위한 것이다. 앞뒤로 길쭉한 유선형의 형상(Boat Tail)을 갖는 소총탄의 탄자의 경우, 강선에 의한 회전력이 없으면 탄자의 앞부분이 위로 들리면서 회전하는 현상, 즉 탄자가 뒤로 텀블링을 하는 현상이나 불안정하게 움직이는 편주 현상이 일어나게 되며, 그것을 막기 위해 강선에 의한 회전을 걸어주는 것이다. 또한 탄자에 회전이 과하게 걸리면 오히려 명중률이 떨어진다.

출사구가 크다는 이야기도 강선과는 관계가 없는 이야기로, 출사구가 큰 것은 운동에너지의 영향으로 발생하는 것으로 강선이 없는 시절의 총상에서도 흔히 발견할 수 있는 현상이다. 또한 5.56 mm 탄은 인체에 적중하면 탄자가 깨지게 설계되어 있어서 깨지면서 생긴 파편이 연질 목표물에 충격을 넓게 분산하며 전달하면서 구멍을 크게 벌려놓는다.

애당초 총알이 그렇게 맹렬하게 회전하며 날아가지도 않는다. 예시를 드는 K2의 강선은 7.3인치에 1회전인데, 일반 남성 몸통의 가장 두꺼운 부분을 관통한다 쳐도 2~3회 회전하는 것이 다이다. 회전으로 인체에 타격을 주려면 드릴처럼 회전수가 높아야 한다.



의무병과를 나온 예비역이라면 다양한 총격에 의해 발생한 실제 총상의 사진이 실린 책자를 봤을 테니 따로 설명하지 않아도 새끼손가락 끄트머리만 한 소총탄이 얼마나 무서운 놈인지 잘 알 것이다. 이런 것 없이 지근거리에서 맞으면 깨끗하게 직선으로 관통할 가능성이 높고, 이게 주요 장기를 피해 간다면 치명상을 못 입히는 경우도 많다.

6. 기타[편집]

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• 강선에 의해 탄환에는 흠이 새겨지게 되는데 이것은 각 총기마다 다르다. 이를 '강선흔', '선조흔'이라 하며 총기의 지문으로도 불린다.

• 산탄총에 쓰이는 슬러그 탄중 라이플드 슬러그탄(Rifled Slug)이 있는데, 발사후 날아가면서 공기저항으로 회전이 걸린다. 물론 진짜 강선 새긴 총보다 못하지만 그런대로 효과가 있다고 한다.