KR100220883B1 - 수중 물체에 사용하기 위한 공기 역학적으로 안정화된 발사체 시스템 - Google Patents

수중 물체에 사용하기 위한 공기 역학적으로 안정화된 발사체 시스템 Download PDF

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글렌 에이치. 렌젠 주니어
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Abstract

발사체(50)는 공기 중의 한 위치로부터, 공기/물 경계면을 통해, 그리고 수중물체(24)를 향해 추진된다. 발사체(50)는 발사체(50) 주위에 캐비테이션 공간(30)을 형성하는 전방 단부(52)를 포함하여, 발사체 주위의 물 견인을 피한다. 발사체(50)는 공기중에서 발사체(50)를 공기 역학적으로 안정화시키고 외향의 전개된 또는 핀형 후방 단부(54)와 물속에서 발사체를 안정화시키는 플레어를 더욱 포함하고, 각각의 경우는 요잉에 대항한다.

Description

[발명의 명칭]
수중 물체에 사용하기 위한 공기 역학적으로 안정화된 발사체 시스템
[발명의 배경]
본 발명은 군수품에 관한 것으로, 특히 적절한 수중의 사정 거리에 위치한 수중 물체에 대하여 공기 중에서 발사할 수 있는 발사체 시스템에 관한 것이다.
발사체들은 공기 중의 목표물에 대하여 널리 사용되고 있다. 가장 보편적인 시도로서, 발사체는 추진제와 함께 총 안에 위치하고 있다. 추진제는 점화되어 발사체를 총의 총신 외부로 그리고 목표물 쪽으로 추진시킨다.
발사체가 수중의 목표물에 대하여 공기 중에서 발사될 수 있는 능력은 주로 세 가지 이유로 인해서 매우 제한되어 있다 첫째, 발사체가 공기와 물 사이의 경계면(즉, 수면)에 도달한 때 발사체의 탄도가 급하게 변경된다는 것이다. 수면에 대한 작은 입사각에서, 발사체는 수중으로 전혀 진입하지 않고 그 대신에 수면에서 미끄러지게 된다. 수면에 대한 큰 입사각에서, 발사체는 수중으로 진입하지만 그 경로가 변경된다. 이러한 문제점은 항상 고려되었으며, 특히 수면이 파동에 기인하여 일정하게 변화하는 상태를 나타낼 때 발사체의 정확도와 관련하여 고려되었다. 둘째, 물에 의해 생성된 항력이 발사체를 급감속시키고 그 사정 거리를 현저하게 제한한다는 것이다. 종래의 발사체의 수중에서의 사정 거리는 발사체의 중량 및 속도에 따라 다르지만, 대개는 종래의 20밀리미터 구경 발사체에 대한 최적 조건 하에서 약 3 피트 이하이다. 셋째, 발사체 상에서의 측방향 유체동력학적 힘이 발사체를 전도시켜 그 사정 거리 및 파괴력을 제한한다는 것이다.
이러한 이유들로 인하여, 수중에 잠수되어 있는 목표물에 대하여 발사체를 공기 중에서 발사하기가 어렵다. 종래의 발사체들이 공기 중에서 수중에 잠수되어 있는 목표물을 향하여 발사되는 경우에 이들의 파괴력은 매우 약하다. 그 대신에, 어뢰 등의 자체 추진식 기구가 사용되며, 이 경우에 어뢰는 대개 자체의 추진이 개시되기 전에 수중에 떨어진다.
공기 중에서 수중에 있는 목표물에 대하여 발사할 수 있는 발사체가 유용해지는 용도가 있다. 예를 들어, 수륙 양용 군사 작전에 대한 표준 방어 시설로는 해변 상륙 구역에서 적절한 깊이에 위치한 수중 갱도가 있다. 이러한 수중 갱도는 상당한 위험 속에서 특수 잠수 훈련을 받은 사람들 또는 그 작동에 있어서 현저한 제한을 받는 로봇 기구에 의해 제거되었다. 다른 시도로는 헬리콥터로부터 공기 중에서 수중 갱도에 발사체를 발사하는 것이 있다. 발사체는 이러한 용도에서 자체 추진식 기구보다 매우 값싸고 소구경 및 대구경의 무기의 사정 거리에서 발사시키기 위해 상이한 크기 및 형태로 제조될 수 있다. 잠수되어 있는 목표물에 대하여 공기중에서 발사될 수 있는 발사체들은 방어 위치에 침투하려는 잠수자에게도 유용하다.
따라서, 수중 목표물에 대하여 공기 중에서 발사할 수 있는 발사체에 대한 필요성이 대두되었다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시키고 이와 관련한 장점을 제공한다.
[발명의 요약]
본 발명은 발사체 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다. 이 발사체 시스템은 잠수된 수중 물체를 향해 공기중으로부터 발사되어, 목표물로 가는 도중에 공기/물 경계면을 통과한다. 이 발사체는, 발사체의 입사각에 관계없이, 거의 또는 전혀 편향없이 공기/물 경계면을 통과할 수 있다. 발사체는 비교적 값이 싸고, 다양한 구경의 각종 재래식 또는 비재래식 무기용으로 제작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 발사체 시스템은 발사체 본체 전방 단부 및 발사체 본체 후방 단부를 갖는 대체로 원통 대칭형 발사체를 갖는다. 발사체는 발사체가 발사체 본체 전방 단부에 위치한 물을 통과할 때 발사체 주위에 캐비테이션 공간을 형성하기 위한 수단을 포함한다. 발사체는 발사체 본체 후방 단부에 인접한 발사체 본체에 연결된 측방향 안정성에 대해 발사체 본체를 안정화시키기 위한 수단도 포함한다.
안정화 수단은 바람직하게 발사 본체의 후방 단부에서 방사상 외향으로 확대된 구역 또는 발사체의 외주 둘레에 대칭적으로 위치된 한 세트의 핀(fin)들이다.
핀들은 고정되거나 접혀질 수 있어서, 핀들은 발사체가 발사되기 전에 접혀지고 비행중에 접혀지지 않는다. 확대된 부분 또는 핀들은 공기중에서 발사체의 공기 역학적 안정성을 제공한다.
발사체가 물속에 있을 때, 캐비테이션 공간은 발사체의 측면 및 후방 주위에 형성된다. 캐비테이션 공간은 발사체의 젖은 전방 단부로부터 반경방향 외측 및 후방으로 연장하는 거의 액체가 없는 체적이다. 공기 및 수증기로만 채워진 이러한 체적은 발사체의 본체 상에 거의 저항 및/또는 측방향 힘을 가하지 않는다. 결과적으로, 발사체는 물을 통해 적절히 먼 거리로 이동할 수 있다. 만일, 발사체가 물 속으로 진입 또는 이동함에 따라, 발사체가 측방향 불안정성을 갖게 되어 발사체의 원통 축이 발사체의 탄도(비행 경로)와 일치하지 않는 경우, 안정화 수단이 캐비테이션 공간의 표면과 상호작용하여, 발사체의 원통 축을 탄도와 일치시키는 경향이 있는 복귀력을 가한다. 그러한 복귀력이 없으면, 발사체는 탄도로부터 신속히 이탈하여, 전도되기 시작한다.
양호한 실시예에서, 발사체 시스템은 발사체 전방 단부 및 발사체 후방 단부를 갖춘 대체로 원통 대칭형 발사체를 구비한다. 발사체는 발사체 전방 단부에 스팅어(stinger) 헤드를 갖고 있다. 스팅어 헤드는 노우즈 최대 직경을 갖는 스팅어 노우즈와, 스팅어 노우즈의 후방 단부에 연결된 스팅어 본체 전방 단부를 갖는 스팅어 본체를 갖고 있다. 스팅어 본체는 노우즈 지지 직경을 갖는 스팅어 노우즈 지지부와, 스팅어 노우즈 지지부와 스팅어 노우즈 사이의 유동 분리 홈을 포함한다. 유동 분리 홈은 노우즈 최대 직경보다 더 작은 직경을 갖는다. 발사체는 스팅어 헤드에 연결된 대체로 원통 대칭형이고, 노우즈 최대 직경보다 큰 발사체 후방부(afterbody) 직경을 갖는 발사체 후방부와, 전방 단부가 스팅어 노우즈 지지부에 그리고 후방 단부가 발사체 후방부에 연결된 발사체 전방부(forebody)를 갖고 있는 발사체 본체를 더 포함한다. 상술된 바와 같이, 발사체 본체의 후방 단부에서 발사체 본체에 연결된 측면 안정성에 대해 발사체를 안정화시키는 수단이 제공된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, "발사체"는 외부의 힘에 의해 추진되고 자체 추진 능력은 없는 물체이다. 따라서, 사용시에, 탄환이 발사된 후 총에 남는 추진제 통에 장착된 탄환은, 탄환 자체는 전혀 자체 추진 능력을 갖고 있지 않기 때문에, 발사체이다. 예컨대, 엔진이 내장되고 자신의 연료를 갖고 있는 항공기, 로켓 및 어뢰는 발사체가 아니다. 본 발명은, 자체 추진 장치에 관한 것이 아니라, 발사체 및 그 이용을 위한 시스템에 관한 것이다.
발사체의 길이를 따라 발사체의 직경이 변하기 때문에, 발사체 시스템은 처음에 발사체 주위에 끼워지고 발사 무기의 총구에서 원활하게 끼워지는 균일한 직경을 형성하는 폐기가능한 탄저판을 포함하고 있다. 발사체 시스템이 발사된 후, 탄저판은 떨어져 나가고, 발사체는 목표물을 향해 탄도를 따라 이동한다.
본 발명은 발사체 시스템 기술 분야에서 중요한 진전을 제공한다. 본 발명의 발사체는 수중 목표물을 향해 공기 중으로부터 효율적으로 발사될 수 있다. 공기 중에서, 발사체는 직선 탄도를 따라 안정화된다. 발사체는, 광범위한 입사각에 대해, 편향이 거의 없이 공기/물 경계면을 통과한다. 수중에서, 탄도가 유지되고, 적절한 수심 범위가 존재한다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은 본 발명의 원리를 예로써만 설명하는, 첨부 도면과 관련하여 이루어진, 다음의 양호한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해진다.
[도면의 간단한 설명]
제1도는 수중에 잠수되어 있는 목표물을 향해서 공중으로부터 발사되는 일련의 발사체에 대한 개략도이다.
제2도는 발사체의 일 실시예에 대한 측면도이다.
제3도는 제2도의 발사체의 전방 단부 정면도이다.
제4도는 제3도의 선 4-4를 취하여 제2도 및 제3도의 발사체에 대한 단면도이다.
제5도는 제2도에 대한 개략적 상세도로서 발사체의 후방부를 나타내는 도면이다.
제6도는 제2도에 대한 상세도로서 스팅어 헤드를 나타내는 도면이다.
제7도는 직선 탄도 상에서 물을 관통하여 항진하는 발사체에 대한 개략도이다.
제8도는 발사체가 측방향으로 불안정한 상태에 있는 것들 제외하고는 제7도와 유사한 발사체에 대한 개략도이다.
제9도는 탄저판(sabot)을 구비한 발사체에 대한 개략도이다.
제10도는 발사체의 제2 실시예에 대한 측면도이다.
제11도는 스팅어 헤드의 또 다른 실시예를 나타낸 제10도를 도시한 도면이다.
제12도는 제10도의 발사체에 대한 정면도이다.
제13도는 물 속의 목표물을 파괴시키는 방법에 대한 블럭 흐름 선도이다.
[발명에 상세한 설명]
제1도는 공중에 있는 총(22)의 총신으로부터 수중에 잠수되어 있는 목표물(24)을 향하여 추진되는 일련의 발사체 열(20)을 나타내는 것이다. 최초 발사된 발사체(26)는 공기와 물 사이의 경계면(28)을 관통하여서 물에 둘러싸이게 된다. 최초 발사된 발사체(26)는 캐비테이션 공간(cavitation void)(30) 내에 체류하게 되므로 물에 젖어 있는 최선단부를 제외하고는 발사체를 둘러싸고 있는 물은 최초 발사된 발사체(26)에 실질적으로 접촉하지 않게 된다. 두번째로 발사된 발사체(32)는 아직 공중의 탄도를 따라서 항진하고 있는 상태에 있다. 탄저판의 탄피(34)는 두번째로 발사된 발사체(32)가 총(22)을 떠난 바로 직후에 두번째로 발사된 발사체(32)로부터 분리된다. 세번째로 발사되는 발사체(36)는 아직 발사체 둘레에 위치하고 있으면서 분리되기 전인 탄저판(38)을 구비한다. 발사체(36)와 탄저판(38)은 서로가 한 형태의 발사체 시스템(40)을 구성한다.
제2도는 발사체(50)의 일 실시예를 측면도로 도시하는 것이고, 제3도는 이것을 정면도로 도시하는 것이다. 발사체(50)는 일반적으로 원통 대칭형을 이루며 전방 단부(52)와 후방 단부(54)를 구비한다. 본 명세서에서 사용되는 용어로서 "일반적으로 원통 대칭형"이라는 용어는 본체의 원주 둘레에서 이격되어 있는 파편 홈, 핀 또는 확개부와 같은 불연속적인 구성이 있는 것을 제외하고는 본체가 원통 축(56)을 중심으로 하여 원통형으로 대칭을 이루고 있다는 것을 의미하는 것이다.
발사체(50)의 길이의 대부분은 발사체 본체(58)가 차지한다. 발사체 본체(58)는 발사체 본체(58)의 최후미 절반부를 거의 차지하는 일반적으로 원통 대칭형인 발사체 후방부(60)를 포함한다. 발사체 본체(58)는 또한 후방 단부(64)가 발사체 후방부(60)와 연속인 일반적으로 원통 대칭형인 발사체 전방부(62)도 포함한다. 발사체 본체(58)에 있어서, 발사체 전방부(62)는 원추의 절두체 형상이다. 발사체 본체(58) 또는 전방부(62)와 같은 그곳의 적어도 일부는 텅스텐과 같은 고밀도 침투 재료로 형성하는 것이 바람직하다.
발사체 본체(58)는 선택적으로는 제4도에 도시된 바와 같이 탄두 공동(66)을 수용하기 위하여 중공으로 형성할 수 있다. 탄두 공동(66)은 리튬 과염소산염 산화제 또는 폭발제와 같은 반응성 화학제를 수용한다. 목표물(24)에 충돌하였을 때에 발사체 본체(58)의 파편화와 그리고 이에 후속한 탄두 공동(66) 내의 내용물의 확산을 촉진시키기 위하여, 발사체 본체(58)의 외부 표면 상에 제5도에 도시된 바와 같이 파편 홈(68)의 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 파편 홈(68)은 원통 축(56)에 평행하게 연장되는 종방향 홈(70)과 탄두 본체(58)의 원주 둘레에서 연장되는 하나 이상의 원주 방향 홈(72)을 포함한다.
파편 홈(68)은 목표물(24)에 충돌하는 경우에 독특한 것으로서, 발사체가 물 또는 다른 곳에 들어갈 때 작용하지 않는 파편력을 발사체 본체(58) 상에 부여함으로써 작용한다. 발사체 전방부(62)가 목표물을 관통할 때, 발사체 전방부(62)의 외부 부분은 파편 홈(68)을 향하여 후방으로 밀려진다. 원주 방향 홈(72)상에 작용된 힘은 후방부(60)의 표면이 부서지고 파편 생성을 시작하도록 작용한다. 종방향 홈(70)은 발사체 후방부(60)의 길이를 따라 부서짐이 진행하도록 도와준다. 이러한 상대적 운동은 발사체 후방부(60)의 외부 케이싱의 파편 형성과 탄두 공동의 내용물의 노출 및 분산을 유도한다.
발사체(50)가 물을 신속하게 관통하여 항진할 때에 발사체(50) 둘레의 캐비테이션 공간(30)을 형성하는 구조체는 발사체(50)의 전방 단부(52)에 위치된다. 이러한 구조체는 물이 발사체(50)를 따라서 유동하지 않도록 물을 통과한다. 다만, 물은 발사체 본체(58)의 측면에 접촉하지 않고 적시기만 하도록 횡방향으로 힘을 작용하게 된다. 캐비테이션 형성 구조체만이 물과 접촉하여 물에 적셔진다. 캐비테이션 공간(30)은 부분적으로 진공을 이루는데, 약간의 물과 수증기를 담고 있을 수 있다.
제6도는 공동 형성 구조체의 바람직한 형태 즉, 스팅어 헤드(74)를 도시하는 것이다. 스팅어 헤드(74)는 원통 축(56)을 중심으로 하여 원통형으로 대칭을 이루고 발사체 본체의 선단부(76)에 부착된다. 스팅어 헤드(74)는 최전방 스팅어 노우즈(78)를 포함한다. 이 실시예에서, 스팅어 노우즈(78)는 노우즈의 최대 직경 DN을 갖는 편평하고 무딘 전방 면(80)을 포함한다. 이러한 전방 면(80)은 표면 조도(roughness)를 0.4064μm(16마이크로인치) 이하로 하여 아주 평활하게 하는 것이 바람직하다. 전방 면(80)의 후방 쪽을 향하여 보았을 때 스팅어 노우즈(78)는 각도 A로 반경방향 안쪽으로 테이퍼져 있는데, 상기 각도는 전방 면(80)에 대해서 약 80°인 것이 바람직하다.
스팅어 노우즈(78)는 스팅어 본체(82) 상에 지지되는데, 이것은 결국 발사체 본체의 전방 단부(76)에 부착된다. 스팅어 본체(82)는 원통형 스팅어 노우즈 지지부(84)와 그리고 스팅어 노우즈 지지부(84)와 스팅어 노우즈(78) 사이의 원주 방향 유동 분리 홈(86)을 포함한다. 예시된 양호한 실시예에 있어서, 유동 분리 홈(86)은 선택적으로는 스팅어 노우즈 지지부(84)와 스팅어 노우즈(78) 사이의 전방 쪽으로 대면하는 쇼울더로서 도시될 수도 있다. 유동 분리 홈(86)의 직경 DG은 스팅어 노우즈(78)의 전방 면(80)의 직경 DN미만이다.
스팅어 헤드(74)는 물과의 충격을 견디어낼 수 있게 하기 위하여 고속도강, 텅스텐 초경합금, 또는 텅스텐 합금과 같은 강성 재료로 제조하는 것이 바람직하다. 스팅어 헤드(74)는 초 당 915 내지 1220미터(3000 내지 4000피트)의 고속으로 물과 충돌하는데, 이러한 충돌은 약 0.1μsec의 시간에 스팅어 헤드 상에 약 50Kbar의 하중을 부과한다. 스팅어 헤드(74)의 스팅어 노우즈(78) 부분은 얇은 경계층의 치수를 향상시키기 위해서는 아주 평활해야 한다. 시험에 의하면, 발사체가 물을 관통하여 항진하는 동안에 소정의 경계층 치수를 얻을 수 있기 위해서는 스팅어 노우즈(78)는 약 0.4064μm(16마이크로인치) 이하의 표면 조도를 가져야 한다는 것이 밝혀졌다.
발사체(50)가 고속으로 물을 관통함에 따라 물 유동 경계층이 스팅어 노우즈(78)에 발생한다. 물 유동 경계층은 스팅어 노우즈(78)의 표면에 달라붙는다. 스팅어 노우즈(78)의 측면을 따라서 스팅어 노우즈(78)의 내측으로 테이퍼진 형상은 유동 분리 홈(86)과 상호 작용하여서 발사체(50)가 물을 통과함에 따라 발사체(50)로부터의 물의 유동 분리가 목적한 바 대로 야기된다. 제7도에 도시한 바와 같이, 이러한 유동 분리는 캐비테이션 공간(30)을 발생시킨다. 이에 따라, 발사체(50)의 스팅어 노우즈(78) 부분의 전방 대면 표면(80)만이 물과 접촉하게 되고 발사체(50)의 나머지 부분은 젖지 않게 된다. 이에 따라 발사체(50)의 압력과 표피 항력이 최소화되어서 결과적으로는 종래의 발사체와 비해 발사체의 수중 범위가 크게 확장된다. 또한, 탄도 편차를 잠재적으로 야기하게 되는 발사체 상의 유체 동력학적 효과도 감소한다. 스팅어 노우즈(78)는 공기를 통과하는 동안에 최적으로 유선화되지 않지만 그 직경이 작기 때문에 추가되는 공기 저항은 중요치 않으며 발사체(50)는 공중에서 초음속으로 비행할 수 있게 된다.
그렇지만, 발사체가 공기-물 경계면(28)에서 물로 들어가거나 혹은 물 속을 항진할 때에 발사체(50)에 측방향력이 가해진다. 발사체(50)의 통상적인 운동에 있어서, 발사체의 탄도는 안정된다. 이하에서 설명하는 바와 같은 측방향 안정화 수단이 없는 경우에 측방향 불안정이 발생할 때에, 후방 단부(54)는 전방 단부(52)에 대해서 측방향으로 운동한다. 발사체의 측면은 캐비테이션 공간(30)의 벽과 접촉하게 된다. 이 경우, 발사체(50)에 공중 제비 운동이 야기되고, 이에 따라 물의 항력과 캐비테이션 공간(30)의 붕괴와 발사체(50)의 급속한 속도 저하가 증가하게 된다.
횡방향 불안정성에 대응하기 위해, 횡방향 불안정성에 대해 발사체를 안정시키는 수단이 발사체 본체(58)에 제공된다. 그 안정화 수단으로서 발사체(50)는 제2도, 제4도, 제7도 및 제8도에서 알 수 있는 바와 같이 발사체 후방 단부(54)에 인접하여 위치된 방사상 외향으로 확대된 확장부(90)를 포함한다. 방사상 외향으로 확대된 확장부(90)는 발사체 후방부(60)의 직경을 앞선 전방 위치에서보다 후방 단부(54)에서 크게 만듦으로써 형성된다.
방사상으로 확대된 확장부(90)는 제8도에 도시된 방식으로 기능한다. 발사체(50)의 후방 단부(54)가 공동(cavity, 30)의 벽으로 요잉(yaw)하면 방사상으로 확대된 확장부(90)는 캐비테이션 공간(void, 30)의 외피와 접촉하게 된다, 제8도에서 화살표(R)참조. 방사상으로 확대된 확장부(90)에 대한 수압은 발사체(50)의 원통형 축(56)을 탄도(88)와 일치하게 복귀시키도록 가압하는 복귀력을 발생시킨다.
방사상으로 확대된 확장부(90)의 사용은 발사체(50)의 중력 중심에 대해 긴 모멘트 아암을 제공하는 이점이 있다 이러한 긴 모멘트 아암은 캐비테이션 공간(30)의 중심으로 복귀시키는 안정력 및 그의 안정된 탄도(88)를 발생시키는 데 효과적이다. 발사체(50)의 외부 직경을 증대시키고 앞선 전방보다 오히려 발사체의 후방에 원하는 중량을 첨가하는 잇점이 있다.
발사체(50)는 바람직하게는 제2도 및 제4도에 도시된 바와 같이, 그후 최종 발사체(50)로 조립되는 스팅어 헤드(74), 전방 본체 유니트(92) 및 후방 본체 유니트(94)의 3개 부분으로 제조된다. 후방 본체 유니트(94)는 전방 본체 유니트(92)의 하방 단부로 활주하여 하중 공간을 한정하는 감소된 직경 구역(96)을 갖는다. 이 방식은 스팅어 헤드(74)가 고속도강, 텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 합금과 같은 경질의 내식성 및 내충격성 재료로 만들어질 수 있게 한다. 스팅어 헤드(74)는 극히 원활한 마무리 처리로 기계 가공될 수 있다. 발사체 전방 본체 유니트(92)는 질량을 제공하고 총신 내의 마모를 감소시키기 위해 텅스텐과 같은 조밀한 재료로 만들어진다. 발사체 후방 본체 유니트(94)는 발사체 후방의 질량을 감소시키기 위해 동 또는 황동과 같은 연질의 덜 조밀한 재료로 만들어진다.
발사체(50)는 제9도에 도시된 바와 같이, 처음에는 탄저판(38)내에 내장되어 공급된다. 탄저판(38)은 발사체 본체(58)위로 끼워져 발사체 전방 본체(62) 및 스팅어 헤드(74)가 그로부터 연장되게 허용하는 복수의 부품(34)들로 형성된 섹션 하우징이다. 탄저판(38)은 발사체 본체(58)를 구성하는 경질의 금속 재료와는 달리 발사체 시스템(40)이 그로부터 발사될 때 대포(22)의 총신의 내부벽을 과도하게 마모시키지 않는 나일론(612)과 같은 비교적 연질의 재료로 만들어진다. 발사체 시스템(40)은 종래의 탄환과 같은 방식으로 화약과 탄저판 뒤의 뇌관을 또한 포함하는 카트리지내로 장전된다. 이 조립체는 대포(22)내로 장전되고, 장전된 화약이 점화되고, 발사체 시스템의 총신의 길이를 이동하여 대포를 벗어난다. 본 발명의 공기 역학적으로 안정된 발사체(50)는 강선이 없는 배럴로부터 바람직하게 발사되고, 그것이 배럴을 벗어날 때 탄저판(38)과 거기서부터 발사체 시스템(40)의 스핀이 없다. 대포(22)를 떠날 때 처음에는 탄저판(38)은 발사체(50)와 접촉 유지된다[제1도의 발사체(36) 참조]. 짧은 시간후 탄저판 부분(34)들은 제1도의 발사체(32)에서 알 수 있는 바와 같이, 인가된 공기역학적 힘의 영향 하에 발사체로부터 분리된다. 그러므로 탄저판 부분(34)들은 폐기되고 발사체는 목표물을 향한 그 탄도를 따라 이동한다.
발사체(50)는 바람직하게는 4:1보다 크고, 바람직하게는 4:1 내지 8:1인 직경 대 길이 비(L/D)를 갖는다. 더 작은 값의 L/D에서, 복귀력 모멘트 아암은 횡방향 불안정성에 대응하기에는 불충분하며, 만족스런 관통을 위한 발사체의 질량이 부족하다. 더 큰 값의 L/D에서 발사체는 안정화시키기 어려워지며 종래의 대포 기구에 수용될 수 없다. 비교하자면 종래의 발사체는 약 2 내지 3의 L/D비를 갖는다.
다양한 수정이 제10도 내지 제12도에 도시된 바와 같이 발사체에 가해질 수 있다. 이러한 수정된 발사체의 특징은 전술한 발사체(50)의 설명과 동일하고, 그 설명은 여기 포함된다. 이 특징들은 다양한 조합으로 적절히 사용될 수 있다.
제10도 및 제12도는 발사체의 하방 단부(54)에 일련의 핀(102)들을 갖는 발사체(100)를 도시한다 일련의 핀(102)들은 공기중을 비행할 때 발사체(100)의 공기 역학적 안정성을 제공한다. 일련의 핀(102)들은 방사상으로 확대된 확장부로서 작용하고 그렇기 때문에 발사체(100)가 물속을 비행할 때 전술된 측면 변위에 대향한 안정 기능을 수행한다. 일련의 핀(102)들중 하나가 측면 불안정성의 결과로서 캐비테이션 공간(30)의 측면에 접촉하면, 방사상 외향으로 확대된 확장부(90)에 대해 앞서 설명한 방식으로 복귀력을 발생시킨다.
핀(102)들은 발사체(100)의 본체(58)로부터 외향으로 고정되어 확장된다. 그러나, 핀(102)들은 바람직하게 탄저판(38)내에 둘러싸여질 때 발사체(100)의 측면에 대향하여 접혀진다. 탄저판(38)의 탄피(34)들이 떨어질 때, 핀(102)들은 제10도 및 제12도에 도시된 위치로 외향 개방된다. 핀(102)들의 개방 작동은 여러 방향으로 발생 될 수 있다. 하나로, 핀(102)들은 스프링 금속으로 제조되고 발사체의 측면으로부터 캔틸레버된다. 핀들은 탄저판이 발사체(100)의 본체 주위에 놓여질 때 발사체의 측면에 대향하여 놓여지도록 아래로 접혀진다. 탄저판의 부품(34)들이 발사체가 발사된 후 비행할 때 핀(102)들은 탄성적으로 개방된다. 제10도 및 제12도에서 도시된 다른 접근에서, 핀(102)들은 핀들이 접혀져서 평탄한 밀폐된 위치와 핀들이 확정된 개방 위치사이를 작동하는 힌지(104)에 의해 발사체(100)의 본체(58)에 장착된다.
스팅어 헤드(106)의 다른 실시예가 제10도에 도시되고, 제11도에 더 자세히 도시된다. 스팅어 헤드(106)는 원추형 전방면(108)이 제6도의 평탄 전방면(80)을 대체한다는 점을 제외하고는 스팅어 헤드(74)와 동일하다. 원추형 노우즈(108)의 원추 내각(B)은 여전히 스팅어 헤드(106)가 유동 분리 홈(86)과 협동하여 발사체(100)가 물속을 이동할 때 캐비테이션 공간(30)의 형성에 이르는 유동 분리(flow separation)를 일으키도록 하면서 최대 약 130도가 될 수 있다. 제6도의 평탄 전방면(80)이 유동 분리의 야기를 위해 선호되나, 원추형 전방면(108)의 사용은 발사체(100)가 공기/물 경계면(28)에서 물에 들어갈 때 충격 로드를 감소시키는 장점이 있다. 발사체의 높은 질량과 높은 포구 속도를 발생시키는 추진체를 사용하는 설계에서, 발사체가 물에 들어갈 때 파쇄되지 않도록 이같은 충격 로드를 감소시킬 필요가 있을 수 있다.
제10도는 또한 발사체 전방 본체(118)의 다른 실시예를 도시한다. 제2도의 발사체 전방 본체(62)는 대체로 원추형이다. 제10도의 발사체 전방 본체(118)는 첨두 아치형(ogival) 형상을 갖는다. 타원의 일부분을 구성하는 것으로 대체로 설명가능한 형상을 갖는 첨두 아치형은 원추형에 비해 외측으로 볼록 곡선을 갖는다. 첨두 아치는 그 후방을 향하지 않고, 원하는 대로 발사체(110)의 전방 단부를 향해 발사체(110)의 부가적 질량이 집중되게 허용한다. 첨두 아치 형상은 종래의 탄환, 미사일 및 로켓과 같은 다른 분야에서 공기역학적 저항력을 감소시키는 다른 이유로 사용된다. 첨두 아치형 발사체 전방 본체(118)는 원추형 발사체 전방 본체(62)에 비해 공기역학적 저항력에 거의 영향이 없다. 대신에 그 기능은 발사체(110)의 질량을 증가시키고 질량이 전방 단부 가까이 위치하는 하는 것이다. 다른 형상의 발사체 전방 본체가 또한 사용될 수 있다.
제13도는 수중 물체를 파괴하기 위한 본 발명에 의해 만들어진 발사체 및 발사체 시스템중 어느 하나를 이용하는 바람직한 방법을 도시한다. 참조 부호 130으로 지시된 발사체 시스템이 제공된다. 발사체 시스템은 전술한 것과 같거나 전술한 특징들의 조합을 갖는다. 발사체 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이 공중의 지점(132)으로부터 수중의 목표물을 향해 추진된다. 발사체는 처음에는 공기중을 이동하고, 공기/물 경계면을 통과한 후, 목표물을 향해 수중 이동한다.
본 발명의 특정 실시예가 예시를 위해 상세히 설명되었으나 다양한 수정과 개선이 본 발명의 정신 및 범주에서 벗어나지 않은 채 이루어질 수 있다. 그러므로 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해서 외에는 제한되지 않는다.

Claims (22)

  1. 발사체 전방 단부 및 발사체 후방 단부를 구비한 대체로 원통 대칭형의 발사체를 포함하는 발사체 시스템에 있어서, 발사체 전방 단부에 제공된 스팅어 헤드-상기스팅어 헤드는 노우즈 최대 직경을 갖는 스팅어 노우즈와, 스팅어 노우즈의 후방 단부에 연결된 스팅어 본체 전방 단부를 갖는 스팅어 본체를 포함하고, 상기 시팅어 본체는 노우즈 지지 직경을 갖는 스팅어 노우즈 지지부와, 스팅어 노우즈 지지부 및 스팅어 노우즈 사이에 있고 노우즈 최대 직경보다 작은 홈 직경을 갖는 유동 분리 홈을 포함함-와, 스팅어 헤드에 연결된 대체로 원통 대칭형의 발사체 본체-상기 발사체 본체는 노우즈 최대 직경보다 더 큰 발사체 후방부 직경을 갖고 원통형 중심 영역과 상기 중심 영역 내의 복수의 홈들을 포함하는 발사체 후방부와, 전방 단부에서 스팅어 노우즈 지지부에 그리고 후방 단부에서 발사체 후방부에 연결된 발사체 전방부를 포함함-와, 측면 불안정성에 대해 발사체를 안정화시키기 위해 발사체 후방 단부에 연결된 한 세트의 핀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 핀들은 접혀질 수 있는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 각각의 핀들은 힌지에 의해 발사체 본체에 연결되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 스팅어 노우즈는 무딘 전방면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 발사체 후방부는 발사체 후방 단부에서 방사상으로 확대된 확대부를 구비하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 스팅어 헤드는 강 및 텅스텐 탄화물로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  7. 제1항에 있어서 스팅어 노우즈는 원추형 전방면을 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 발사체 후방부는 탄두 공동과, 상기 탄두 공동에 내장된 탄두를 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 발사체 전방부 직경은 후방 단부에서의 후방부 직경으로부터 전방 단부에서의 노우즈 지지 직경으로 점차 감소되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 발사체 전방부는 원추형인 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 발사체 둘레에 고정된 폐기 가능한 탄저판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 발사체 본체 전방 단부는 발사체 본체가 물을 통과할 때 발사체 본체의 나머지 부분이 젖지 않도록 전체 발사체 본체 주위로 충분히 연장되는 캐비테이션 공동을 형성하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 발사체는 총으로부터 발사되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 유동 분리 홈은 스팅어 노우즈와 스팅어 노우즈 지지부 사이에서 전방을 향한 분리 홈 견부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 발사체는 수중 목표물을 향해 대기 중의 한 위치로부터 공기/물 경계면을 통해 물속으로 발사되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 발사체 전방부는 첨두 아치형인 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  17. 제1항에 있어서, 스팅어 노우즈는 0.4064 마이크로미터(16 마이크로인치) 이하인 표면 다듬질을 갖는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  18. 제1항에 있어서, 홈들 중 적어도 일부는 발사체 후방부의 중심 축에 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  19. 제1항에 있어서, 발사체는 비행중에 회전하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  20. 제1항에 있어서, 발사체 본체는 적어도 부분적으로 텅스텐으로 제조되는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  21. 발사체 전방 단부 및 발사체 후방 단부를 구비한 대체로 원통 대칭형의 발사체를 포함하는 발사체 시스템에 있어서, 발사체 전방 단부에 제공된 헤드-상기 헤드는 노우즈 최대 직경을 갖는 노우즈와, 노우즈의 후방 단부에 연결된 본체 전방 단부를 갖는 본체를 포함하고, 상기 본체는 노우즈 지지 직경을 갖는 노우즈 지지부와, 노우즈 지지부 및 노우즈 사이에 있고 노우즈 최대 직경보다 작은 홈 직경을 갖는 유동 분리 홈을 포함함-와, 헤드에 연결된 대체로 원통 대칭형의 발사체 본체-상기 발사체 본체는 노우즈 최대 직경보다 더 큰 발사체 후방부 직경을 갖고 원통형 중심 영역과 상기 중심영역 내의 복수의 홈들을 포함하는 발사체 후방부와, 전방 단부에서 노우즈 지지부에 그리고 후방 단부에서 발사체 후방부에 연결된 발사체 전방부를 포함함-와, 측면 불안정성에 대해 발사체를 안정화시키기 위해 발사체 후방 단부에 연결된 한 세트의 핀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
  22. 발사체 전방 단부 및 발사체 후방 단부를 구비한 대체로 원통 대칭형의 발사체를 포함하는 발사체 시스템에 있어서, 발사체 본체 전방 단부에서 발사체 본체 둘레에 캐비테이션 공동을 형성하는 수단과, 캐비테이션 공동을 형성하는 수단에 연결된 대체로 원통 대칭형의 발사체 본체-상기 발사체 본체는 원통 중심 영역과 상기 중심 영역 내의 복수의 홈들을 포함하는 발사체 후방부와, 전방 단부에서 캐비테이션 공동을 형성하는 수단에 그리고 후방 단부에서 발사체 후방부에 연결된 발사체 전방부를 구비함-와, 측면 불안정성에 대해 발사체를 안정화시키기 위해 발사체 후방 단부에 연결된 한 세트의 핀들을 구비하는 것을 특징으로 하는 발사체 시스템.
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