무한궤도
1. 개요
셔먼 파이어플라이의 궤도를 교체하는 영상
둥글게 만든 궤도 안에 바퀴를 넣어서 전진할 때마다 '앞으로 궤도를 뻗어' 바퀴가 계속 궤도 위에서 움직일 수 있게 하는 장비.
2. 명칭
영어로는 (Continuous) track, Crawler track 혹은 treads라고 한다. 종종 '캐터필러'라고 부르기도 하는데, 이는 본디 무한궤도를 사용하는 것으로 유명해진 트랙터의 상표/회사 명칭이다.[1] 스카치 테이프의 경우와 마찬가지로 무한궤도 자체를 뜻하는 대명사격으로 사용하게 된 것.
3. 발명
무거운 차량이 일반 바퀴를 사용했다가는 바퀴가 지면에 가하는 압력이 너무 높아 땅에 박혀버리기 십상이다. 때문에 압력을 줄이기 위해 스스로 길을 놓아 바퀴를 굴려가는 형태를 취한 것이다.
대략 1770년대에 이미 고안되었다. 처음에는 증기 트랙터나 마차(!) 바퀴가 진흙탕에 빠지는 것을 막기 위한 것이었다. 제대로 실용화 한 것은 캐터필러라는 상표명으로 나온 트랙터가 출시된 이후이며, 무한궤도=캐터필러로 굳어진 것도 이 때문이다.
4. 구조
무한궤도는 기본적으로 '바퀴가 빠지지 않게 땅 위에 길을 깔면서 나간다.'라는 발상에서 시작된 것으로, 실제로 여러 바퀴들이 땅에 깔려 있는 궤도 위를 달리는 형태로 나가게 된다. 좀 더 이론적으로 설명하자면 표면적이 넓은 궤도로 차체의 무게가 분산되어 땅을 누르는 압력(접지압)이 낮아짐에 따라 진창에 빠지지 않는 것. 즉 차량의 무게는 무거워지지만, 단위면적당 땅을 누르는 압력이 낮아지는 셈이다. 사람의 보행에 비유하면 폭설이 내리는 지역에서 발이 빠지지 않기 위해 사용하는 설피와 같은 역할을 한다 보면 된다.
보통 궤도 자체는 철 등의 금속재질로 만들며, 마디 하나하나가 분리되는 구조다. 덕분에 무게도 상당히 나가는 편. 비교적 소형인 농기구 같은 곳에는 저가로 만들기 위해 통짜 고무 재질로 된 무한궤도를 사용하기도 한다. 군용 중에도 이런 통짜를 사용하는 차량이 있다. 이를 테면 M3 하프트랙.
무한궤도를 움직이는 동력을 제공하는 바퀴는 보통 앞이나 뒤에 하나만 존재한다. 이를 기동륜이라고 하며 영어로는 자전거 체인 등을 걸어 움직이는 톱니바퀴인 스프로켓(Sprocket)이라고 한다. 보통 톱니바퀴 모양으로 생겨서 궤도를 돌리도록 되어 있으며 장력을 확실히 걸기 위해 차체의 전후 끝부분에 위치하는 것이 보통이다. 무한궤도의 경우 급경사지를 돌파할 일이 많기 때문에 차체의 전후에 장착된 바퀴는 평지에서는 땅에 바로 닿지 않게 높은 위치에 설치해서 경사 극복성을 높이는 경우가 많으며 따라서 자연히 기동륜도 땅에 직접 닿지 않게 된다. 물론 다 그런 것은 아니고, 일례로 크리스티 현가장치를 채용한 일부 차량(대표로 BT 전차)은 기동륜이 땅에 닿아있어 궤도를 벗기고도 주행이 가능하다.
기동륜의 반대편 끝에 달리는 바퀴는 보통 동력이 들어가지 않아 궤도에 맞물려 도는 역할만 한다. 이는 유동륜(Idler)라고 한다. 차량이 움직이는데 필수적인 장치는 아니고 상대적으로 고속으로 주행할 경우가 없는 오늘날의 대부분 건설장비의 경우에는 이 유동륜이 없기도 한다. 실린더+램 등과 같은 장치로 궤도에 적정한 장력을 유지하여 더 쾌적하게 고속으로 달릴 수 있게 하거나 차량의 경사 진입각을 개선시키는 역할을 한다. 기동륜은 엔진 구동축에 직결되는 만큼 위치를 옮기기 힘들고 보기륜은 서스펜션이 들어가 마찬가지로 위치 조절이 힘들지만 유동륜은 그런 게 없기 때문에 유동륜의 위치를 조금씩 조절해서 궤도에 장력을 걸어 쉽게 빠지지 않게 할 수 있다.
오늘날 대부분의 군사용 무한궤도 차량에서는 유동륜이 전방에 위치하며 통상 엔진에 가까운 쪽이 기동륜, 반대쪽이 유동륜이 위치하게 되지만 M4 셔먼처럼 엔진은 후방에 있고 동력축으로 변속기를 전방에 설치해 후방에 유동륜, 전방에 구동륜이 들어가는 경우도 있었다. 또 기동륜과 마찬가지로 높은 데 달려서 땅에 직접 닿지 않는 경우가 보통이나 예외도 많다. 일례로 94식 경장갑차의 경우는 초기형은 후방유동륜이 소형에 땅에 닿지 않았으나 후기형은 유동륜이 대형화되며 땅에 닿게 되었다.
기동륜과 유동륜 사이에서 궤도를 통해 지면에 직접 닿는 바퀴는 보기륜(Bogie wheel)이라고 한다. 서스펜션이 장착되어 있어 지면의 충격을 직접 흡수하며 무게를 골고루 배분한다. 보기륜이 많을수록 무게를 더 잘 분산시킬 수 있지만, 그만큼 관리가 불편해지기도 한다. 티거 전차 등의 2차 대전 독일군 장갑차량은 얇은 보기륜을 몇 개로 겹쳐서 장착해서 지형적응성이 좋았지만, 이 보기륜들의 정비가 매우 힘들었다.
보기륜이 크기가 큰 경우 궤도 위아래에 동시에 보기륜에 닿아 돌아가지만(Slack track), 보기륜을 작게 만들 경우 궤도 윗부분은 허공에 뜨게 된다. 이게 꼬이거나 할 수 있기 때문에 지지륜(Return roller)라는 아주 작은 바퀴를 장착해서 윗부분을 별도로 지지해주기도 한다.
방향전환 방식도 일반 차량과는 다른데, 일반 차량은 앞바퀴나 뒷바퀴 등 조향륜을 꺾은 채로 전/후진을 해서 방향을 전환하지만 무한궤도 차량은 이것이 불가능하므로 좌· 우 궤도의 속도를 다르게 하여 방향전환을 한다. 급선회를 하려면 안쪽 궤도를 브레이크를 걸어 잠그고 다른 쪽만 움직여서 돈다. 브렌건 캐리어나 테트라크 등은 바퀴의 방향이 꺾이면서 궤도가 약간씩 꺾이는 식으로 미세한 방향조정이 가능하기도 했지만 급선회시에는 마찬가지로 브레이크를 썼다.
내부 구조가 좀 더 복잡해지긴 하지만 좌·우 궤도의 진행 방향을 아예 반대로 돌려서 정지상태에서 제자리 선회(Spin)가 가능해지는 경우도 있다. 일반 차량으로는 방향전환을 하기 힘든 좁은 공간이나 급구배 구간에서도 문제없이 돌 수 있다. 그래서 무한궤도가 달린 차량을 조종해 본 사람은 나중에 군입대 후 무한궤도 달린 차량을 조종하는 보직을 받았을 때 적응이 빠르다.[2]
이런 제자리 선회를 중립조향(Neutral Steering)이라고 부른다. 피벗 턴(Pivot turn)이라고도 하는데, 단어의 의미를 보면 알겠지만 원래는 한쪽 궤도를 멈추고 그것을 중심으로 피봇 선회를 하며 도는 방식을 일컬었는데, 제자리 선회가 가능한 차량이 늘어나면서 의미가 혼동되어 요즘에는 같은 뜻으로 쓰이고 있다.
굳이 구분하자면 스핀턴(Spin turn)이라고 불러야 맞다. 한자문화권(일본)에선 '피벗턴'을 '신지선회(信地旋回)', '스핀턴'을 '초신지선회(超信地旋回)' 라고 부르기도한다.
전차의 경우에는 제자리 선회를 처음 도입한 것은 프랑스의 샤르 B1 bis로서, 차체에 장착된 주포는 위아래로만 움직일 수 있고 좌우로는 움직일 수 없는 기묘한 형태라 조준의 편의를 위해 제자리 선회 기능을 넣을 수밖에 없었다. 아무래도 있으면 좋은 기능이기는 했지만 구동계에 무리가 갈 수 있고 가격도 비싸지는 단점이 있다. 이후로는 영국군이 처칠 전차과 크롬웰 전차, 코멧 전차 등에 도입했다.[3] 독일의 경우도 티거나 야크트판터, 판터 등이 가능했으나 빠른 속도로 선회할 수는 없었으며 역시 궤도에 무리가 가는 문제로 자주 쓰지는 않았던 것으로 보인다.[4] 2차 대전 이후 대부분의 전차들은 제자리 선회가 가능해졌지만, 이상하게도 러시아의 경우는 이를 불필요하다고 판단한 것인지 계속 쓰지 않았는데, 21세기의 T-14에 들어서야 겨우 도입했을 정도다. 러시아의 경우에는 변속기 관련 문제로 인해 제자리 선회를 도입하지 않았다는 이야기가 있다. 전차의 제자리 선회를 위해서는 자동변속기를 채용하는 쪽이 이로운데, 러시아 전차의 경우에는 오랫 동안 전통적으로 수동변속기를 채용해 왔었기 때문에 제자리 선회를 도입하기 어려웠다는 이야기가 있다. T-14의 경우에는 기존의 러시아 전차가 채용하던 수동변속기 대신 자동변속기가 채용된 덕분에 제자리 선회가 가능해졌다는 것.[5] 아니 제자리선회 되도록 만드는 게 뭐가 그리 어렵다고...하고 생각이 든다면 이 영상을 보도록 하자. # 반대로 T-80U와 비슷한 시기에 채택된 BMP-3, 2S6 퉁구스카 같은 차량은 또 제자리 선회가 된다. 기술 딸려서 아예 못 만드는 건 아니라는 것.
5. 활용
험지에서도 바퀴가 빠지지 않고 잘 다니기 때문에 건설기계뿐만 아니라 야전에서의 기동력이 매우 중요한 전차, 장갑차, 자주포와 같은 군용 차량류에도 많이 쓰인다. 하지만 바퀴가 여러개 되어야 하고 궤도 자체도 있고 해서 전체적으로 무거워지는데다가, 접지면적이 크다보니 도로나 비교적 평탄한 지형에서는 일반 바퀴를 쓰는 차량에 비해서 최대속도는 떨어진다. 또 바퀴가 많고 최악의 경우 무리하게 기동하다가 궤도가 벗겨지는 경우가 있어서 정비소요도 일반 바퀴형 차량에 비해 많은 편. 즉 가격 + 무게 + 유지비에서 유리하기 때문에 바퀴를 쓰는 차륜형 중장비나 기갑차량도 꾸준히 등장하는 상황이다.[6] 다만 무한궤도라고 무조건 빠지지 않는건 아니다. 잘 찾아보면 몇몇 전차가 진흙탕에 빠져서 자력으로 빠져나오는데 오래 걸리거나 다른 전차에 연결해서 빠져나오는 것을 볼 수 있다.
그리고 험로 주행 외에 우리가 일반적으로 생각하는 포장도로 주행에는 적합하지 않다. 특히 무한궤도가 장착된 전차나 장갑차가 아스팔트 도로에서 움직이면 무한궤도에서 덜컹거리고 끼리릭거리는 특유의 소리가 나는데, 듣는 사람에겐 이 소리가 다소 공포감을 안겨줄 수 있을 정도로 소음이 엄청나기 때문이기도 하고,[7] 특히 궤도차량 훈련이 많은 전방지역의 경우 차량 자체의 무거운 중량 뿐만 아니라 철제 궤도가 아스팔트를 긁어대고 다닐 수 밖에 없기 때문에 도로 파손이 상당할 뿐만 아니라[8] 험로 주행과 병행할 경우 궤도에 묻었던 흙을 도로에 흘리고 다니는 격이 되어 도로 환경 측면에서도 좋지 않다. 그래서 훈련 및 작전을 위한 군용 궤도차량을 제외한 나머지 일반 궤도차량들은 포장도로에서 이동시에 직접 주행하지 않고 트럭이나 트레일러에 운반한다.
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포탑과 전면에 추가장갑의 효과를 얻기 위해 예비 궤도를 장착해 놓은 티거 2와 M4 셔먼.
2차대전 당시 전차사진들을 보다보면 차체 정면이나 측면에 달려있는 예도 많은데, 이는 전차의 방어력 부족을 커버하는 추가장갑같은 효과를 노린 것. 궤도 한장 한장이 10mm 두께 장갑에 준하는 방어력을 갖는 튼튼한 강철판이기 때문이다. 증가장갑의 일종으로 간주할 수 있다.
6. 하프트랙
제2차 세계 대전 중에는 방향전환 장치를 좀 단순하게 하려고 앞쪽은 일반 트럭처럼 방향전환이 되는 앞바퀴가 있고, 뒤쪽은 무한궤도로 되어 있는 하프트랙도 많이 만들어졌다. 하지만 막상 만들어보니 이도저도 아닌 애매한 물건이 돼서, 2차 세계 대전을 마지막으로 사라진다.
단 스노모빌은 앞은 스키, 뒤는 무한궤도인 구조가 대부분이다.
7. 관련 문서
[1] 참고로 catapillar는 영어로 '애벌레'라는 뜻을 갖고 있다.[2] 다만 제자리 선회(Spin)를 무리하게 하는 경우 궤도 장력이나 노면 마찰력, 기동륜 마모상태 등 상황에 따라 벗겨지는 경우가 있다. 이를 이유로 부대에 따라서 정비과장이 사용하지 말도록 하거나, 조종수들이 기피하는 경우도 있다.[3] 사람들이 잘 몰라서 그렇지 당대에 가장 우수한 조향장치를 개발한 나라가 영국이다. 예를 들어 둘다 무거운 걸로 유명한 야크트티거와 A39 토터스를 비교 할 경우, 둘다 제자리 선회가 가능하지만, 야크트티거는 현가가 퍼질 각오를 해야 했지만, 토터스는 (비록 매우 느리지만) 적어도 퍼지지는 않는다. 뭐 이런 극단적인 비교가 아니더라고 해도, 크롬웰 전차같은 경우 적당히 인터넷에 검색만 해도 박물관에서 꺼낸 뒤 제자리 선회를 하는 영상을 쉽게 찾을 수 있다. [4] 말 그대로 시궁창인 동부전선의 도로 사정에서 점점 무거워지는 독일군 전차의 하중을 분산시켜 그나마 정상적인 기동을 가능하게 하려면 궤도의 폭을 굉장히 넓혀야 되었기 때문에 제자리선회를 하면 마찰력이 굉장히 커져 결국 궤도가 벗겨졌다.[5] 소련-러시아는 가격도 가격이었지만 무엇보다 NATO와의 대결에서 주 전장이 될 환경이 우랄산맥 서쪽부터 동유럽까지 펼쳐진 광활한 평야지대라 전차의 등속 제자리선회 기능을 경시한 편이었다. 소련도 프로토타입으로는 고성능 자동변속기가 장착된 전차를 50년대 이후부터 드문드문 선보였지만 전부 채택되지 못했다.[6] 이 절약 발상의 대표적인 물건이 세계 최초의 장륜형 자주포 ShKH vz.77 Dana다.[7] 전쟁터에서 이런 무한궤도 소리가 나면 적의 전차나 장갑차가 접근한다는 뜻이니 궤도차량과 맞서는 군인으로서는 상당한 압박감을 느낄 수 있다. 이러한 점은 영화 라이언 일병 구하기에서 잘 묘사되어 있다. # [8] 한국군에서 사용되는 장갑차 및 전차들의 궤도 접지면에 고무패드가 장착되어 있기 때문에 그나마 도로 파손의 정도가 상대적으로 적은 편이다. 그런데도 각종 민원으로 인해 장거리 이동시엔 철도로, 중거리 이동시엔 H.E.T를 이용한다.