KR100469135B1 - 연료기화 폭발탄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개량된 FAE탄에 관한 것으로서, 탄체, 점화촉매제를 분산시킨 슬러리연료 및 분산-점화장약이 충전된 폭관의 3가지 구성요소로 구성되어 있다.

본 발명의 FAE탄은 종래의 것과는 다르게 2차 기폭장치를 사용하지 않고 있으므로 구조가 간단하고 작동신뢰성이 매우 높다.

또 본 발명에 의한 FAE탄은 FAE탄과 고폭탄의 특성을 겸비하고 있으며 항공기 투하탄 뿐만 아니라 재래식 무기체계, 즉 유탄, 로켓트탄, 유도탄, 포탄 또는 폭파용키트 등에 활용 할 수 있다.

Description

연료기화 폭발탄{Fuel Air Explosive Munition}

본 발명은 개량된 연료기화폭발탄(이하 FAE탄으로 약칭한다)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지뢰, 수류탄을 포함하는 유탄, 휴대용 로켓, 대전차로켓 또는 유도탄, 다연장로켓탄, 포탄 및 폭파용키트 등의 무기체계에 응용 할 수 있는 개량된 FAE탄에 관한 것이다.

FAE탄 이라고 함은 폭풍형 무기로서, 연료를 공기 중에 분산시킨 뒤 일정한 지연시간 후 점화용 기폭장치를 이용하여 분산된 연료를 폭굉시켜 생성되는 과압과 온도를 이용하여 표적을 파괴하는 폭탄이다.

FAE탄은 1960년대부터 개발하기 시작하여 1970년대 이후 본격적으로 전장에 사용되었다.

FAE탄은 제작과 신뢰도 측면에서 몇 가지 중요한 단점을 가지고 있기 때문에 1980년대 후반 이후 러시아 등에서 이를 개선하여 성능이 향상된 FAE 탄두가 개발되어 왔다.

전형적인 FAE탄은 기본적으로 탄체, 연료, 폭발계열(뇌관, 기폭관, 전폭약, 분산폭약) 및 2차 기폭 점화장치로 구성되어 있다.

이러한 FAE(Fuel Air Explosive)의 작동 메커니즘은 연료 분산과 기폭의 2단계로 구성되어 있기 때문에 신관과 폭발계열이 이원화되어 있다.

이는 일반적으로 단일신관 폭발계열을 갖는 재래식 무기에 비하여 작동 신뢰도가 떨어진다는 것을 의미한다.

종래의 FAE탄은 분산된 연료를 점화시키기 위한 2차 기폭장치라는 특수장치를 탄에 결합하고 있고, 밀도가 낮은 액체연료를 사용하기 때문에 탄의 부피가 커질 뿐만 아니라 구조가 매우 복잡해서 제작이 어렵다.

또한 주로 산화에틸렌이나 산화프로필렌처럼 휘발성이 크고 독성이 높아 위해성이 큰 액체연료를 사용하기 때문에 탄체 충전 작업이 어려우며, 증기압이 높기 때문에 탄의 저장시 연료의 누출 문제 등 많은 단점을 가지고 있다.

또한 비중이 작은 액체연료를 사용하기 때문에 발사용 탄약으로 적용이 불가능하였고 주로 항공기 투하탄 중심으로 개발되었다.

FAE탄이 가지고 있는 이와 같은 단점들을 해결하기 위해 탄의 구조를 변경하는 방법, 또는 2차 기폭장치를 개선하거나 없애는 방법 등 여러 가지 기술들이 개발되었다.

FAE탄의 구조를 변경한 예로서 미국특허 제 4,074,628 호에서는 2중관 개념을 벗어나 분산폭약이 탄체의 밑쪽에 위치한 FAE 캐니스터에 대한 발명을 설명하고 있다.

또 다른 예로서 미국특허 제 5,425,311 호는 3중관 개념의 FAE 탄두에 대한 발명이다.

한편 신뢰성 있는 FAE탄을 만들기 위해서 미국특허 제 3,992,995 호, 미국특허 제 3,994,226 호, 미국특허 제 3,999,482 호, 미국특허 제 4,297,949 호에서는 개선된 2차 기폭장치에 대한 발명을 서술하고 있다.

그러나 상기 특허 발명들은 모두가 2차 기폭장치를 FAE탄에 결합시켜서 운용해야만 한다는 단점을 갖고 있다.

2차 기폭장치란 분산폭약에 의해 공기 중에 살포된 연료가 최적의 조건에 도달했을 때 연료-공기혼합 구름을 기폭 시키는 장치이다.

여기서 최적 조건은 연료가 분산폭약에 의해 공기 중에 분산되어 연료-공기 혼합 구름 속의 연료의 농도(부피%)가 폭굉한계 범위 내에 있을 때를 말한다.

따라서 2차 기폭장치는 연료가 분산됨과 동시에 탄 몸체에서 이탈되어 연료가 최적의 조건에 도달했을 때 정확한 위치에서 작동해야 한다.

다시 말해서 일정한 지연시간 후 연료의 농도분포가 최적의 조건에 있을 동안에만 작동하여 분산된 연료를 기폭 시켜야 한다.

하지만, 지연시간은 10 ∼ 100msec 정도이고, 연료가 폭굉 가능한 시간은 수십 msec이므로, 이 시간 내에 2차 기폭장치를 정확하게 작동하도록 만드는 일은 매우 어렵다.

주 연료를 공기 중에 넓은 면적에 분산시키기 위한 탄체 두께의 설계나 폭발계열의 설계가 매우 중요하고, 전체적으로 분산된 연료의 농도분포가 최적 조건에있을지라도 2차 기폭장치가 작동하는 지점의 연료-공기 혼합구름의 농도 분포가 폭굉 한계를 벗어난다면 연료는 기폭되지 않는다.

또한, 2차 기폭장치가 정상적으로 작동했지만, 화염이 분산된 연료 전체에 걸쳐 전파되지 않는다면 원하는 FAE 효과를 얻지 못하게 된다.

미국특허 제 3,570,401 호와 미국특허 제 3,730,093 호는 격막을 사용하여 분리 충전된 연료와 점화원 및 분산 장약을 이용한 임플러젼(Implosion)형 FAE탄에 대한 폭발장치에 관한 것이다.

이러한 탄두를 FAE탄에 적용한다면, 2차 기폭장치를 사용할 필요는 없지만, 연료가 분산됨과 동시에 점화제와 반응하여 폭굉으로 전이하거나, 분산폭약에 의한 점화제의 폭발에너지가 연료를 기폭시켜 주어야 한다.

하지만, 연료가 충분히 분산되기 전에 점화제가 연료를 기폭시킬 수도 있고, 연료-점화제의 반응이 폭발로 전이하는 과정이 실험실 규모의 시험에서는 쉽게 일어나는 현상이지만 실제 무기체계에 적용시에는 폭발이 일어나지 않을 수도 있고, 단순 연소로 끝나는 문제점이 있다.

또한 이 기술을 이용할 경우 기존의 FAE탄 보다 구조가 복잡해지고, 제조공정이 복잡하고, 비용이 많이 소요된다.

점화제로 사용되는 물질들이 주로 금속, 금속산화물이나 이들의 혼합물이기 때문에 작업시 취급이 어렵거나 유해한 경우가 많다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 FAE탄의 문제점을 개선한 것으로서, 2차기폭장치를 사용하지 않아서 구조가 간단하고, FAE탄의 작동신뢰도가 높으며, 제조비용이 저렴한 FAE탄을 제공하며, 동시에 항공기 투하탄 뿐만 아니라 일반 무기체계, 즉 지뢰, 수류탄을 포함하는 유탄, 휴대용로켓, 대전차로켓 또는 대전차 유도탄 및 대함, 대공 유도탄, 다연장로켓탄, 포탄, 폭파용키트 등에 이용 할 수 있는 FAE탄을 제공하는데 기술적 과제를 둔 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 FAE탄의 단면 개략도.

본 발명을 예시도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 FAE탄의 요부를 절개한 정면도로서, 1은 탄체, 2는 마개, 3은 폭관, 4는 분산-점화장약, 5는 연료, 6은 신관 또는 점화장치이다.

즉 본 발명의 FAE탄은 기본적으로 탄체(1), 연료(5) 및 분산-점화장약(4)의 3가지로 간단하게 구성되어 있다.

탄체(1)은 철, 비철금속 또는 플라스틱과 같은 비금속 재질로 되어 있으며 두께는 5mm 이하이며, 한쪽은 마개(2)로 밀봉되어 있다.

탄체(1)의 외부는 탄두 충전물이 폭발할 때 위력을 증가시키기 위해 탄체(1)의 상부, 하부 및 중간부분이 도 1에 나타난 바와 같이 덧살(1')로 강화될 수 도 있다.

탄체(1)의 내부에는 연료(5)와, 분산-점화장약(4)을 함유하고 있는 폭관(3)이 내장되어 있다.

폭관(3)은 탄소강 또는 스텐레즈 스틸로되어 있으며 그 두께는 약 1.0 ∼ 3.0mm이다.

폭관(3)의 내부에는 RDX(hexahydro-1,3,5-trinitro-1,3,5-triazine),Aluminized RDX, 콤포지션 폭약과 같은 고폭약 계열로 이루어진 분산-점화장약(4)이 충전되어 있다.

분산-점화장약(4)을 펠렛 형태 또는 주조식으로 충전되어 있으며 연료(5)를 분산하면서 점화시켜주는 역할을 한다. 연료(5)는 기본적으로 분말상 고체성분과 액상 점화촉매제 또는 고체성분, 액체성분 및 액상 점화촉매제 성분을 혼합하여 슬러리 형태로 제조한 것이다.종래 액체 FAE탄의 연료는 휘발성이 높아 충전 가능한 탄체 내부용적의 약 90%를 충전하므로 탄이 발사되어 비행하는 동안 비행체의 무게중심이 변하게 되어서 비행탄도가 불안정하거나 불균일하게 된다. 또 액체연료는 밀도가 낮아 탄의 부피가 커지고 별도의 2차 기폭장치가 필요하다. 이러한 이유로 인하여 주로 항공기 투하탄 중심으로 사용되었다.본 발명에서는 연료에 점화촉매제 성분을 첨가하여 고폭탄과 마찬가지로 별도의 2차 기폭장치가 없어도 점화나 기폭이 이루어지며 FAE탄의 주요 성능변수 중 하나인 폭굉한계라는 개념이 필요없게 되므로 기존의 재래식 고폭탄과 같이 폭발계열이 단일화 되어 탄의 작동신뢰도가 높다. 또 동일 내부용적을 갖는 탄체에 대해 충전밀도가 높아 액체연료보다 많은 양을 충전할 수 있으며, 무게중심이 일정하여 비행탄도가 안정하고 균일하므로 로켓탄, 유도탄, 포탄, 미사일등 발사용 탄약에도 적용할 수 있다.고폭탄은 짧은 지속시간(수μsec정도)과 초기의 높은 폭발압력(수만~수십만 기압) 및 파편으로 특성화되고, FAE탄은 폭발온도(2,000~3,000℃ 이상) 및 낮은 초기 폭발압력(20~30 기압)과 긴 지속시간(수백msec~수sec)으로 특성화되며 총충격량(Total Impulse)이 고폭탄보다 크다.본 발명에 의한 FAE탄은 고폭탄의 폭발특성과 FAE탄의 폭발특성을 동시에 가지고 있다.

신관 또는 점화장치(6)는 탄두가 표적에 명중시 작동하여 분산-점화장약(4)을 기폭시키는 장치로 통상적인 전기식이나 기계식 모두 적용이 가능하다.

보다 안전한 연료의 충전을 위해 질소나 아르곤 가스가 충전된 건조 랩(Dry-Lab) 내에서 충전작업을 수행 할 수 있다.본 발명의 연료(5) 중에서 고체성분은 알루미늄, 마그네슘, 지르코늄, 티타늄과 같은 금속물질, 붕소, 규소나 탄소와 같은 비금속물질, 분말상의 폴리에틸렌과 같은 고분자화합물, TNT(2,4,6-trinitrotoluene), RDX, HMX(cyclo-1,3,5,7-tetramethylene 2,4,6,8-tetranitramine), PBX(Plastic Bonded Explosives), 과염소산칼륨(potassium perchlorate), 과염소산암모늄(ammonium perchlorate)이나 질산암모늄(ammonium nitrate)과 같은 폭약물질 등에서 하나 이상 선택한 것이며, 액체성분은 저분자량의 알칸, 제트연료, 노말헵탄과 같은 석유화학계 탄화수소에서 선택한 것이며, 점화촉매제 성분은 브로마인 트리플루오라이드(bromine trifluoride), 알킬 나이트리트(alkyl nitrite), 알킬 나이트레이트(alkyl nitrate) 등에서 선택한 것으로서 분산-점화장약(4)의 폭발에너지에 의해 점화될 수 있는 성분이다. 또한 연료에 특수한 기능을 부여하고 보다 안전한 연료를 만들기 위해 안정화제(Stabilizer), 분산제(Binding Agent), 가소제(Plasticizer), 교화제(Thickener), 겔화제(Gellant) 등 기타 첨가제를 혼합할 수도 있다.

본 발명에 의한 FAE탄의 조립순서는 다음과 같다.

먼저 폭관(3)을 탄체(1)에 압입하여 결합한다.

탄체(1)의 내부에 연료(5)를 혼합, 제조하여 충전한 후 마개(2)를 이용하여 밀봉한다.

폭관(3)에 분산-점화장약(4)를 삽입한 뒤 신관 또는 점화장치(6)를 결합하면 된다.

본 발명을 적용한 로켓탄두의 작동 메커니즘은 다음과 같다.

본 발명에 의한 FAE탄이 발사되면 탄이 발사관에서 떠날 때의 관성에 의해 신관(6)이 무장(arming)된다.

탄이 표적에 타격되면 관성에 의해 신관(6)이 작동하여 뇌관 또는 부스타(도 1에 표시하지 않았음)가 폭관(3) 내부에 충전된 분산-점화장약(4)를 점화시킨다.

점화된 분산-점화장약(4)의 폭발에너지가 탄체(1)를 파열시켜 연료(5)를 분산시킨다. 연료(5) 중 점화촉매제 성분이 먼저 점화되며, 점화촉매제와 공기 중 산소가 반응하여 이산화탄소, 일산화탄소, 수증기, 질소, 고체탄소와 같은 고온의 반응생성물과 연소에너지가 발생하게 된다.이것이 점화원 역할을 하며 분산-점화장약(4)의 폭발에너지에 의해 활성화된 고체성분이나 액체성분의 분산물질들이 기폭된다. 이 연소반응이 연료-공기 혼합물 전구름 크기에 대해 폭발적으로 진행되어 폭발이 일어난다. 분산-점화장약(4)이 점화되어 폭발이 일어나기까지의 시간, 즉 지연시간은 수십 msec 이하이며, 연료-공기 혼합물 구름의 폭발이 시작된 이후 수백 msec 이상 동안 폭발이 계속 유지되게 된다.

연료(5)는 기폭되어 강력한 압력과 열을 생성한다.

본 발명에 의한 개량형 FAE탄은 이렇게 생성된 압력에 의한 충격파(폭풍파)와 열(온도)에 의한 소이효과 및 부차적으로 탄두 파열로 인한 파편효과를 이용하여 표적을 파괴하게 되는 것이다.

본 발명에 의한 FAE탄은 2차 기폭장치를 사용하고 있지 않으므로 구조가 간단해서 제조비용이 저렴할 뿐만 아니라 폭발계열이 단일화 되어 있기 때문에 작동신뢰성이 매우 높다.

아울러 본 발명에 의한 FAE탄은 슬러리형태의 연료를 사용하고 고폭탄과 FAE탄의 특성을 동시에 가지고 있으며 항공기 투하탄 이외의 무기체계, 즉 유탄, 로켓탄, 유도탄, 포탄 또는 폭파용키트에 두루 활용 할 수 있다.

Claims (2)

1. 금속제탄체(1)의 공간부에는 점화촉매제가 혼합되어 있는 슬러리상태의 연료(5)가 충전되어 있고 그 상부는 마개(2)로 밀봉되어 있으며, 상기 탄체(1)의 내부중앙에는 분산-점화장약이 충전되어 있는 폭관(3)이 돌설되어 있으며, 상기 폭관(3)의 하부는 신관 또는 점화장치(6)와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 연료기화 폭발탄(Fuel Air Explosive Munition).
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