KR100506158B1 - 하이브리드 인플레이터 - Google Patents

하이브리드 인플레이터 Download PDF

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KR100506158B1
KR100506158B1 KR1019970032143A KR19970032143A KR100506158B1 KR 100506158 B1 KR100506158 B1 KR 100506158B1 KR 1019970032143 A KR1019970032143 A KR 1019970032143A KR 19970032143 A KR19970032143 A KR 19970032143A KR 100506158 B1 KR100506158 B1 KR 100506158B1
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론 제이 벗
브렌트 에이 팍스
딘 더블유 그레그스
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다이셀 화학 공업 주식회사
오이에이, 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명에 의하면, 팽창 안전시스템용 하이브리드 인플레이터가 개시된다. 일실시예의 경우, 하이브리드 인플레이터는, 기폭기로부터의 연소생성물이 추진제와 직접적 접촉하게 함으로써 추진제를 연소시키고 투사체를 배출 밀폐 디스크를 통과하도록 추진시켜 저장된 가압매체를 방출한다는 점에서 다기능 기폭기를 사용한다. 다른 실시예의 경우, 하이브리드 인플레이터의 하드웨어적 형상은, 용접이 요구되는 추진제 부근의 모든 하드웨어 연결부가 실제로 용접이 완료된 후, 추진제를 인플레이터 내에 적재하는 것을 가능하게 한다. 또 다른 실시예의 경우, 주 인플레이터 배출구 밀폐 디스크가 실질적으로 인플레이터의 중앙부에 배치된다. 또 다른 실시예의 경우, 주 인플레이터 배출구 밀폐 디스크를 파열시키고, 그 후, 가스발생기를 밀봉하는 투사체를 이용하므로써, 추진가스가 인플레이터로부터 빠져나가기 전에 연소실로부터 저장가스 하우징으로 유동하도록 한다.

Description

하이브리드 인플레이터{HYBRID INFLATOR}
본 발명은 팽창 안전시스템의 분야에 관한 것으로, 특히, 하이브리드 인플레이터(HYBRID INFLATOR)에 관한 것이다.
자동차용 팽창 안전시스템을 위한 인플레이터의 발전은 가압가스-전용 인플레이터, 추진제-전용 인플레이터, 하이브리드 인플레이터의 개발로 귀착되었으며, 물론, 인플레이터의 상기한 각 형식에 대한 많은 설계 연구가 있었다.
상기한 세 가지 시스템 모두의 경우, 두 가지 주된 설계 고려사항은 에어/안전 백을, 효과적으로 작동시키기 위하여 소정 시간 내에 소정량만큼 팽창시켜야 한다는 것이다. 이러한 이유로, 상당한 개발 노력이 인플레이터와 에어/안전 백 사이에서 유동로를 확립하는 방법 및 상기한 목적에 부응하도록 에어/안전 백으로 연속적인 가스유동을 제공하는 방법에 기울여져 왔다. 저장, 가압된 가스의 방출, 및 가스 및/또는 열-발생 추진제의 점화 모두를 요구하는 하이브리드 인플레이터의 경우, 에어/안전 백으로의 가스 유동로를 확립하는 방식 및 추진제를 점화하는 방식 모두가 상기한 목적에 부응하는 방법으로 착수되어야만 했다.
다른 더욱 중요한 목적은 인플레이터가 조립되는 방식이다. 복잡한 하드웨어 설계가 공통적으로 인플레이터의 전체비용을 증가시키는 복잡한 조립과정을 요구한다. 따라서, 조립 공정 동안, 인플레이터의 성능특성에 불리하게 영향을 미치지 않고 안전한 조립과정을 제공하는 것이 역시 중요하였다.
본 발명의 제1측면은 다기능 기폭기 종류를 이용하는 팽창 안전시스템을 위한 하이브리드 인플레이터에 관한 것이다. 하이브리드 인플레이터는 적절하게 가압된 매체(예를 들면, 유체 및/또는 기체)를 저장하는 인플레이터 하우징 및 팽창 안전시스템의 에어/안전 백으로의 가스유동을 증대시키기 위한 적절한 가스/열-발생 물질 또는 추진제를 저장하는 가스 발생기를 가진다.
제1밀폐 디스크는 초기에는 하이브리드 인플레이터를 에어/안전 백으로부터 격리시킨다. 시스템의 작동이 요망되고 요구될 때, 점화되는 적어도 하나의 연소물질을 포함하는 작동 조립체가 제공된다. 작동 조립체로부터의 연소생성물은 추진제와 직접 접촉하도록 제공되어 추진제를 점화한다. 또한, 작동 조립체로부터 생성된 이들 연소생성물은 제1밀폐 디스크를 통해 투사체를 추진시켜, 인플레이터로부터 에어/안전 백으로의 가스 유동을 개시시킨다.
상기 제1측면의 일실시예에서, 투사체는 제1밀폐 디스크를 파열시키는 이외에 에어/안전 백으로의 가스 유동을 개시하기 위한 기능을 제공한다. 예를 들면, 투사체는 가스 발생기의 단부 내에 배치되어 적어도 부분적으로 제1밀폐 디스크와 일직선으로 정렬된다. 제1밀폐 디스크를 파열시키기 위하여 통과하는, 투사체의 적절한 형상 및 가스 발생기의 단부와의 투사체의 상호관계를 선정하므로써, 투사체는 가스 발생기의 상기 단부를 밀봉하도록 역시 사용될 수 있다. 이것은 작동 조립체로부터 생성된 추진 가스 및/또는 다른 연소 생성물을 가스 발생기로부터 유동시켜, 파열된 제1밀폐 디스크를 통해 인플레이터를 빠져나오기 전에 저장가스 하우징 내로 유동시키는 것이 바람직하다. 연소 추진가스를 발생시키는 추진제가 이용될 경우, 이는 추진가스가 에어/안전 백 내에서 연소할 가능성을 감소시킨다.
상기 제1측면의 다른 실시예에서, 이송관이 가스발생기 하우징으로부터 간격을 두고 그 내부에 배치된다. 모든 추진제는 이송관과 가스발생기 하우징 사이의 공간 내에 배치되며, 이송관은 다수의 배출구를 포함한다. 작동 조립체로부터의 출력은 이송관의 내부로 향하게 되고 그의 배출구를 통과하여 추진제를 점화한다. 이는 작동 조립체의 작동개시가 추진제의 구조적 완전성에 바람직하지 못하게 작용하는 가능성을 감소시킨다. 또한, 이송관은 작동 조립체로부터의 출력을 상기한 투사체로 향하도록 하여 투사체를 제1밀폐 디스크를 통과하여 추진하도록 이용될 수도 있다.
본 발명의 제2측면은 사이에 개재되어 배치된 배출구 밀폐 디스크를 갖는 하이브리드 인플레이터에 관한 것이다. 인플레이터 하우징은 제1거리만큼 이격된 제1 및 제2 단부를 가지며, 적절한 가압매체가 상기 인플레이터 하우징 내에 수용된다. 또한, 인플레이터는 가스발생 하우징과 인플레이터 하우징 중에 적어도 하나와 유체적으로 상호 연결되는 배출통로뿐만 아니라, 가스/열-발생물질 또는 추진제를 포함하는 가스 발생기를 포함한다. 제1밀폐 디스크는 이 배출통로 내에 배치되고, 인플레이터로부터의 출력과 팽창 안전시스템의 에어/안전 백 사이의 장벽이다. 상기 제1밀폐 디스크는 인플레이터 하우징의 두 개의 단부 각각으로부터 제1거리(인플레이터의 길이)의 적어도 약 40%만큼 떨어져 배치된다. 본 발명의 제1측면에 관련하여 상기한 여러 가지 특징은 본 발명의 제2측면과 함께 역시 이용될 수 있다.
본 발명의 제3측면은 일반적으로 복수 챔버식 하이브리드 인플레이터에 관한 것이다. 인플레이터는 제1하우징 및 제2하우징 조립체를 포함한다. 제2하우징 조립체는 제1하우징과 상호 연결되어 그의 내부에 배치된다(예를 들면, 집중적으로 배치된다). 제2하우징 조립체는 적절한 가스/열-발생 물질 또는 추진제가 배치된 제1챔버를 포함한다. 제2챔버는 제1하우징과 제2하우징 조립체 사이의 공간에 의해 구획되고, 정적 상태 또는 인플레이터 작동 전의 상태에서 적절한 가압매체를 수용한다. 제2챔버는 제1챔버와 일정한 유체 연통상태이며 제1챔버가 가압매체를 역시 포함하게 된다.
또한, 상기 제3측면의 제2하우징 조립체는 제3챔버를 포함한다. 제1밀폐 디스크는 제3챔버와 결합되고 에어/안전 백과 인플레이터 사이에서 초기 격리를 제공한다. 제3챔버는 제2챔버와 유체적으로 상호 연결되지만, 실질적으로 제1챔버로부터 격리된다. 이런 이유로, 제1챔버 내에서 추진제의 점화 시, 추진 가스가 제1챔버로부터 제2챔버로, 그 다음, 제3챔버 내로 유동한다. 제1밀폐 디스크가 파열된 후, 인플레이터로부터 에어/안전 백으로의 유동이 성립된다.
상기 제3측면의 일실시예에서, 제1측면에서의 상기한 다기능 투사체가 제1챔버를 제3챔버로부터 격리시키기 위한 메커니즘으로서 이용될 수 있다. 본 발명의 제1 및 제2 측면에 관련하여 상기한 모든 다른 특징은 상기 제3실시예와 함께 역시 이용될 수 있다. 상기 제3 측면의 다른 실시예에서, 제2하우징 조립체는 측벽과 두 개의 개방 단부들을 갖는 중앙 하우징을 포함한다. 인플레이터 작동 조립체는 중앙 하우징의 개방 단부들 중 하나의 내부에 배치되어 밀폐하고 (예를 들면, 용접 등에 의해서) 그에 적당하게 고정된다. 격벽이 중앙 하우징의 내부에 (예를 들면, 압입을 통해) 배치되어 작동 조립체와 함께 제2 하우징 조립체의 제1챔버를 구획한다. 디퓨저 조립체가 중앙 하우징의 다른 개방 단부 내에 배치되어 밀폐하고 (예를 들면, 용접 등에 의해서) 그에 적당하게 고정되어 디퓨저 조립체와 함께 제2 하우징 조립체의 제3챔버를 구획한다. 격벽은, 중앙 하우징과의 경계면 및 격벽에서의 배출구의 부족으로 인해, 제1챔버로부터 직접 제3챔버로 흐르는 유체의 실질적인 유동을 한정한다. 또한, 격벽을 중앙 하우징 내로 압입하므로써, 추진제 위치 부근의 모든 용접부가 용접 완료된 후, 추진제가 중앙 하우징 내로 적재되도록 한다.
본 발명의 제4측면은 인플레이터를 조립하는 방법에 관한 것이다. 인플레이터는 저장가스 하우징, 제1 및 제2 개방 단부를 갖는 중앙 하우징, 및 가스/열-발생 물질 또는 추진제, 격벽 및 디퓨저 조립체를 포함한다. 조립 방법은 저장가스 하우징을 통한 개구부 내부에 중앙 하우징을 배치하고 중앙 하우징과 저장가스 하우징을 함께 용접하는 단계를 포함한다. 가스-발생물질 점화 조립체는 중앙 하우징의 제1개구 단부 내에 배치되고 그에 용접된다. 그 후, 가스발생물질은 제2 개구 단부를 통해 중앙 하우징 및 점화 조립체 근접된 위치로 적재된다. 이에 의해, 상기 방법은, 인플레이터의 여러 가지 구성이 상호 연결되도록 요구된 모든 용접부가 용접 완료된 후, 추진제가 인플레이터 내로 적재되게 한다.
일단, 추진제가 상기한 방법으로 적재되면, 격벽은 제2 개구 단부를 통해서 중앙 하우징 내로 적재되고 적절하게 (예를 들면, 그 내에 압입되므로써) 중앙 하우징과 상호 연결될 수 있다. 이것은 중앙 하우징을 두 개의 챔버로 구획하며 동시에, 이들 챔버들 중에 하나에는 추진제가 적재된다. 그 후, 디퓨저 조립체가 중앙 하우징의 제2 개구 단부 내에 배치되어 용접될 수 있다.
본 발명의 여러 특징에 관한 설명에 도움이 되는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 일반적으로, 본 발명은 자동차의 팽창 안전시스템용 하이브리드 인플레이터에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 저장, 가압가스 및 가스 및/또는 열-발생 추진제 모두를 이용하는 인플레이터에 관한 것이다. 하이브리드 인플레이터의 여러 형식이, 본 출원의 양수인에게 양도된 미합중국 특허 제 5,230,531호(헤밀톤외 다수)에 개시되어 있으며, 상기 특허의 전체적 개시가 여기서 참고로 포함되었다.
자동차용 팽창 안전 시스템의 일실시예가 도1에 도시된다. 팽창 안전시스템(10)의 주요 구성은 검출기(14), 인플레이터(26), 및 에어/안전 백(18)을 포함한다. 검출기(14)는 에어/안전 백(18)의 팽창을 요구하는 조건(예를 들면, 소정의 감속도)을 감지할 때, 신호가 인플레이터(26)로 송출되어 인플레이터(26)로부터 도관(22)을 통해 에어/안전 백(18)으로 가스 또는 다른 적당한 유체를 방출한다.
도2에서 도시된 인플레이터(30)는 하이브리드 인플레이터이며, 도1의 팽창안전시스템(10)에서 인플레이터(26) 대신에 이용될 수 있다. 결과적으로, 인플레이터(30)는 적절한 시점에서 에어/안전 백(18)(도1 참조)에 제공되는 가압매체(36)를 갖는 인플레이터 하우징 또는 용기뿐만 아니라, (예를 들면, 가압매체(36)를 팽창시키도록 열을 제공 및/또는 추가적인 가스를 발생시키므로써) 에어/안전 백(18)으로의 가스유동을 증대시키기 위한 추진 가스를 제공하는 가스 발생기(82)를 포함한다. 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 총포류-타입의 추진제(예를 들면, 고온, 농후연료 추진제)가 가스 발생기(82)에 위치된 추진 장약(90)의 조제으로 사용될 수 있고 적어도 하나의 불활성 기체(예를 들면, 아르곤) 및 산소의 혼합물이 가압매체(36)로 사용될 수 있다. 본 발명에 관련한 하나 또는 그 이상의 측면을 위해서, 가압매체는 몰 기준으로 약 70% ∼ 약 92%의 불활성 유체, 약 8% ∼ 약 30%의 산소를 포함하는 것이 바람직하며, 특히 가압매체는 몰 기준으로 약 79% ∼ 약 90%의 불활성 유체 및 약 10% ∼ 약 21%의 산소를 포함하는 것이 바람직하다.
인플레이터 하우징(34) 및 가스 발생기(82)는, 가스 발생기(82)가 인플레이터 하우징(34) 내에 위치된 채로, 상호 연결되어, 인플레이터(30)를 위한 소요공간을 감소시킨다. 특히, 중공의 디퓨저(38)가 중공의 보스(66)(예를 들면, 약 1.25 인치의 직경을 가짐)의 일단에 용접된다. 디퓨저(38)는 인플레이터(30)로부터 "추력을 발행시키지 못하는 출력(비추력 출력)"을 제공하는 다수 줄의 방출구멍(40)(예를 들면, 약 0.100 인치의 직경을 각각 갖는 80개의 방출구멍)을 가지며, 스크린(58)이 방출구멍(40)에 인접하게 위치된다. 초기에, 인플레이터 하우징(34) 내에 가압매체(36)를 수용하기 위하여, 밀폐 디스크(70)가 보스(66) 내에 적당히 위치되고 그에 용접된다. 방출이 요망될 때, 실질적으로 원뿔형 헤드를 갖는 투사체(50)가 밀폐 디스크(70)를 통해 추진된다. 특히, 투사체(50)는 배럴(54) 내에서 밀폐 디스크(70)의 돌출면 측에 위치되고, 팽창 안전시스템(10)(도1 참조)의 검출기(14)로부터 적당한 신호가 수신될 때, 기폭기(46)의 작동에 의해 추진된다. 링(62)은 발사 전 초기 위치에서의 투사체(50)를 수용하도록 제공된다.
오리피스 슬리브(74)가 밀폐 디스크(70) 및/또는 보스(66)의 단부에 용접된다. 오리피스 슬리브(74)는 중공체이고, 밀폐 디스크(70)가 투사체(50)에 의해 파열될 때, 보스(66) 및 디퓨저(38)의 내부와 인플레이터 하우징(34)의 내부를 유체적으로 상호 연결하는 다수의 오리피스 배출구(78)(예를 들면, 약 0.201 인치의 직경을 각각 갖는 4개의 배출구(78))를 포함한다. 또한, 가스발생기(82), 특히, 가스발생기 하우징(86)은 오리피스 슬리브(74)에 용접되어 인플레이터 하우징(34)과 가스발생기(82)의 상호 연결을 완료한다.
가스발생기 하우징(86)은, 점화 시, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 가스유동을 증대하기 위하여 뜨거운 추진 연소생성가스를 제공하는 다수의 추진장약(90)을 수용한다. 추진장약(90)은 스크린(104) 및 배플(100)에 의해 가스발생기 하우징(86)의 단부(96)에서의 가스발생기 인입 노즐(98)로부터 격리되는 추진제 슬리브(94)에 의해 가스발생기 하우징(86) 내에 유지된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 추진장약(90)은 총포류-타입의 추진제로부터 형성될 수 있고 "무연" 추진제이다. 그러나, 장약(90)은 실질적으로 그의 중앙 부분을 관통하여 연장된 단일 구멍을 갖는 원통형상이다. 다른 형상의 추진장약이 적절할 수도 있는데, 이는 적어도 부분적으로는 이용되는 특정 추진제의 조제에 의존할 것이다.
단일(또는, 복수)의 가스발생기 인입 노즐(98)(예를 들면, 약 0.516 인치의 직경을 갖는 단일 노즐(98))은 가스 발생기 하우징(86)의 단부(96)에 위치되고 대체로 밀폐 디스크(70)로부터 떨어져 위치하게 된다. 또한, 가스발생기 하우징(86)은 하우징(86)의 측벽에 원주방향으로 간격을 두고 위치한 다수개의 배출구 또는 방출 노즐(200)(예를 들면, 약 0.221 인치의 직경을 각각 갖는 한 "줄"의 4개의 노즐(200))을 포함한다. 출구에 더 근접한하게 위치시킴으로써 동작이 향상되더라도, 이들 노즐(200)의 축상 위치를 변화시키는 것이 바람직하다(이들은 대체로 하우징(86)의 가운데 부분에 위치한다), 또한, 노즐(200)의 수도 변화시키는 것이 바람직하다. 가스발생기 하우징(86)의 단부(96)에서의 인입노즐(98)과 하우징(86)의 측벽에서 방출노즐(200)을 갖는 상기 구성으로, 추진장약(90)의 연소동안, 가압매체(36)는 인입노즐(98)을 통하여 가스발생기 하우징(86)으로 도입되고, 가스발생기 하우징(86) 내로부터의 혼합가스가 노즐(200)을 통해 하우징(86)으로부터 유출된다. 특히, 가스발생기 하우징(86)의 측벽에 의해 가압매체(36)의 유동은 가압매체(36)를 인입노즐(98)을 통해 가스발생기 하우징(86)으로 도입하는 압력차이를 생성한다. 이것은, 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 적어도 일정 타입의 추진 가스가 생성될 때, 인플레이터(30)의 성능을 현저하게 개선시킨다.
가스발생기(82)는 적절한 시점에서 추진장약(90)을 점화하기 위한 점화조립체(114)를 포함한다. 점화조립체(114)는 투사체(50)와 추진장약(90) 사이에서 가스발생기 하우징(86) 내에 적어도 부분적으로 위치되고, 일반적으로, 작동 피스턴(124), 및 적어도 하나의 충격 뇌관(120)과 활성제로서 작용하는 점화/부스터 물질(144)을 포함한다. 특히, 작동 가이드(140)는 오리피스 슬리브(74)의 단부와 가스발생기 하우징(96)의 내벽에 맞물리며, 그에 의해, 적어도 부분적이나마, 작동 피스턴(124)의 적어도 일부분을 수용하고 내부에 수용된 피스턴을 안내하는 기능을 한다. 뇌관 홀더(116)는 작동 가이드(140)의 단부에 맞물리고 실질적으로 점화/부스터 물질(144)에 인접하게 위치된 다수의 종래의 충격뇌관(120)을 수용한다. 점화/부스터 물질(144)은 통상적으로 장전 컵(148)에 의해 뇌관(120)에 인접하게 유지된다. 적절한 점화/부스터 물질(144)의 예는 89%의 RDX, 11%의 알루미늄 분말에 0.5%의 하이드록시프로필 셀롤로스(hydroxypropyl cellulose)가 첨가된 조성을 갖는 RDX/알루미늄 부스터 물질이다. 리테이너(108) 및 배플(112)은 뇌관 홀더(116)와 추진제 슬리브(94) 사이에 위치된다. 가스발생기 하우징(86)이 용접 대신에 클림핑에 의해 오리피스 슬리브(74)에 부착되는 경우, 가스발생기 하우징(86)은 동작 동안에 신장하는 경향이 있다. 결과적으로, 앞서 설명한 구성의 확실한 상호작용을 유지하기 위하여, 파형상의 스프링 와셔(도시되지 않음)가, 예를 들면, 리테이너(108)와 격벽(112) 사이에 위치될 수도 있다.
작동 피스턴(124)은 미끄럼 가능하게 작동 가이드(140) 내에 위치되고 실질적으로 뇌관(120)과 함께 정렬된 연속적인 림 돌출부재(128)를 포함한다. 필요한 경우에는, 복수개의 돌출부재(도시되지 않음)가 실질적으로 연속적인 림 돌출부재(128)를 대체할 수 있다. 접시형 스프링 와셔(136)가 작동 가이드(140)와 작동 피스턴(124) 사이에서 그들의 일부분과 (스페이서(126)를 통해) 맞물려서, 뇌관(120)으로부터 거리를 두고 작동 피스턴(124)의 초기 위치를 유지한다. 결과적으로, 가스발생기(82)를 작동시킬 수도 있는, 작동피스턴(124)과 뇌관(120)의 우연한 맞물림의 가능성이 감소된다. 그러나, 투사체(50)가 밀폐 디스크(70)를 통과한 후, 투사체(50)에 의해 작동 피스턴(124)으로 전달된 에너지는 접시형 스프링 와셔(136)의 스프링력을 극복하기에 충분하여, 돌출 림(128)이 뇌관(120)과 충분한 힘으로 맞물려 상기 뇌관(120) 중에 적어도 하나를 점화시킬 수 있다. 이어서, 이것은 점화/부스터 물질(144)의 점화를 일으키며, 이에 따라, 추진 장약(90)의 점화가 초래된다.
가스발생기(82)의 동작 동안, 뇌관(120)은 파괴되고, 그에 의해, 추진장약(90)의 연소에 의해 발생된 추진 가스가 뇌관(120)을 통해 유동하도록 허용한다. 다. 이런 방식에서 추진가스의 어떤 누출은 인플레이터(30)의 성능의 균일성에 바람직하지 못한 영향을 미칠 수도 있다. 그러나, 이들 가스가 작동 피스턴(124)에 바람직하게 작용하여 피스턴(124)을 작동 가이드(140)와 밀봉적인 맞물림이 되도록 이동시킨다. 이은 실질적으로 가스의 어떤 누출을 제한하는 가스발생기 하우징(140)에 대한 밀봉을 제공한다. 따라서, 추진 가스는 가스발생기 노즐(98)을 통해 바람직하게 유동한다.
인플레이터(30)의 작용을 설명하면, 검출기(14)(도1 참조)가 신호를 기폭기(46)에 송출하여 투사체(50)를 추진한다. 투사체(50)는 밀폐 디스크(70)를 통과하여 인플레이터 하우징(34)과 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이에서 통로를 개방한다. 투사체(50)는 계속 진행하여 작동 피스턴(124)에 충격을 가하게 되며, 작동 피스턴에 부착된 돌출 림(128)이 정렬된 뇌관(120)의 적어도 하나를 타격하게 된다. 그 결과, 점화/부스터 물질(144)이 점화하며, 차례로 추진 장약(90)을 점화시킨다. 하우징(86) 내에서 장약(90)의 연소 동안, 인플레이터 하우징(34)으로부터의 가압매체(36)가 가스발생기 하우징(86)의 단부(96)에 위치된 인입노즐(98)을 통해 가스발생기 하우징(86) 내로 도입된다. 이것은 압력차이를 생성하는 가스 발생기(86)의 측벽에 의한 가압매체(36)의 유동에 기인한다. 상기한 가압매체(36)의 "유입"은 하우징(86) 내에서 추진가스와 가입매체(36)의 혼합을 촉진시키며, 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 이것은, 산소가 포함된 가압매체(36)가 다량의 일산화탄소 및 수소를 갖는 추진가스와 반응하도록 할 때, 특히 바람직하다. 그럼에도 불구하고, 가스는 하우징(86)의 측벽에서의 방출노즐(200)을 통해 가스발생기 하우징(86)으로부터 방출된다. 이런 이유로, 에어/안전 백(18)으로의 가스유동은 가스발생기 하우징(86)으로부터의 연소 생성물과 가압매체(36)를 혼합함으로써 바람직하게 증대된다(도1 참조).
상기한 바와 같이, 하이브리드 인플레이터(30)는 추진장약(90)에 대한 조제으로 총포류-타입의 추진제, 및 가압매체(36)를 위해 적어도 하나의 불활성 기체와 산소의 혼합물이 이용될 수 있다. 총포류-타입의 추진제는, 여기서 이용되는 바와 같이, 단일, 이중, 또는 삼중-성분 추진제와 같은 고온, 농후연료 추진제, 및 LOVA(low valnerability ammunition: 저취약성) 또는 HELOVA(high energy, low valnerability ammunition: 고에너지, 저취약성) 추진제와 같은 니트로아민 (nitramine) 추진제이다. 특히, 종래의 총포류-타입 추진제는 약 2,500K ∼ 약 3,800K의 범위를 갖는 연소온도를 가지며, 통상적으로 약 3,000K보다 높은 연소온도를 가지며, 과잉산소 없이도 이들 추진제가 충분한 양의 CO 및 H2를 발생시킨다는 점에서 농후연료이다. 이들 추진제로부터의 연료의 과잉은 CO2 및 H2O로의 평형 반응을 촉진하기 위하여 저장된 가스 중에서, 통상적으로 5%에서 25%의 몰 퍼센트 사이에서의 추가적 산소 또는 때때로 15%에서 40%의 추가 산소를 요구한다.
하이브리드 인플레이터(30)의 추진장약(90)용으로 이용될 수 있는 "종래의" 특정한 총포류-타입 추진제는 HPC-96, 이중-성분 , 무연 추진제를 포함하며, 이는 중량비 기준으로, 약 13.25%가 질소인 약 76.6%의 니트로셀룰로스(nitrocellulose); 약20.0%의 니트로글리세린(nitroglycerin); 약 0.6%의 에틸 센트럴라이트(ethyl centralite); 약 1.5%의 베륨 니트라이트(barium nitrate); 약 0.9%의 포타슘 니트라이트(potassium nitrate); 약 0.4%의 흑연의 조성을 갖는다. HPC-96은 델러웨어 윌밍턴(Wilmington, Delaware) 소재의 허큘리스사(Hercules, Inc.)로부터 구입이 가능하다. 이 특수한 이중-성분 추진제는 주성분으로서 니트로셀룰로스를 포함하므로, 바람직한 탄도체의 운영을 위해 생산될지라도, 장기간의 열적 안정성이 요구되는 현 자동차 산업규격에는 부응할 수가 없다.
LOVA 추진제 및 HELOVA 추진제가 추진장약(90)용으로 역시 이용될 수 있는 또 다른 "종래의" 총포류-타입 추진제이며, 이는 M39 LOVA 추진제와 같은 것으로, 그 조성비는 중량비로, 약 76.0%의 RDX (hexahydrotrinitrotriazine); 약 12.0%의 셀롤로스 아세테이트 뷰터레이트(cellulose acetate butyrate); 약 4.0%의 니트로셀룰로스(12.6%의 질소 함유); 약 7.60%의 아세틸 트리에틸 시트레이트(acetyl triethyl citrate); 및 약 0.4%의 에틸 센트럴라이트(ethyl centralite)를 갖는다. M39 LOVA 추진제는 메릴랜드 인디언헤드(Indianhead, Maryland), 및 유럽(스웨던)의 보포르스(Bofors) 소재의 해군 지상전 센터(Naval Surface Warfare Center)로부터 구입이 가능하며, 과잉산소가 없이도 약 32%의 CO 및 30%의 H2를 발생시킨다(몰 퍼센트 기준). LOVA 및 HELOVA 추진제가 현존하는 이중-성분 추진제를 보다 더 애용되는 데, 이는 LOVA 및 HELOVA 추진제는 현재의 미합중국 자동차 산업규격의 열적 안정성 시험을 통과하였으며, 반면에, 이중-성분 추진제는 그러하지 못하기 때문이다. 그러나, LOVA 및 HELOVA 추진제가 안정적으로 연소하기 위해서는 비교적 높은 작동압력이 요구된다. HPC-96 및 LOVA 추진제의 상기 특성에도 불구하고, 이것들은 본 발명의 원리/특징의 적어도 일부를 설명하는데 기여한다.
가압매체(36)의 일부로서 산소의 이용과 함께, 추진장약(90)을 위한 조제으로 총포류-타입 추진제가 이용될 때, 상기 추진제의 성능 특성으로 인해, 예를 들면, 본 특허출원의 양수인으로부터 입수할 수 있는 FN 1061-10의 20g ∼ 30g을 사용하는 현재의 설계에 비하여 가스 발생기(82)에 대해 요구된 추진제의 양을 감소시키는 것이 가능하게 된다(FN 1061-10은 중량비 기준으로, 약 7.93%의 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 7.17%의 다이옥틸 에디페이트(dioctyl adipate), 0.05%의 카본 블랙, 0.35%의 안정제, 8.5%의 소듐 옥사레이트(sodium oxalate), 75%의 포타슘 퍼클로레이트(potassium perchlorate), 및 약 1%의 레시틴(lecithin)의 조성을 갖는다). 예를 들면, 일반적으로, 추진 장약(90)의 조제으로 이용될 수 있는 총포류-타입의 추진제에 대하여, 총 장약무게는 약 10g ∼ 약 12g의 범위이며(탑승객측 적용 면에서), 바람직하게는 약 15g이하이다. 이 경우, 몰 기준으로 매체(36) 의 약 10% ∼ 약 30% 사이가 산소인 약 150g ∼ 약 190g 사이의 가압매체(36)를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 몰 퍼센트 기준으로 약 15%의 매체가 산소인, 약 169g의 가압매체(36)가 이용될 때, 추진 장약(90)의 총 중량은 약 10.4g이 된다. 운전자측 적용 면에 대하여, 추진 장약(90)의 설계/요구 량은 약 5g이며, 측면 인플레이터에 적용되는 양은 대략 1.5g이다.
상기한 FN 1061-10 추진제 조성에 비교하여 상기한 총포류-타입 추진제 량의 감소는 추진장약(90)의 총중량에 대한 가압매체(36)의 중량비로서 역시 표현될 수 있다. FN 1061-10에 관하여, 본 출원의 양수인은 FN 1061-10 추진제의 중량에 대한 아르곤 중량(즉, 본 발명에 관련된 가압매체(36)에 대응하는 저장가스)에 대하여 약 7.04의 비율을 현재 사용한다. FN 1061-10 추진제를 갖는 인플레이터와 같은 동일 출력, 중량, 및 크기를 갖는 인플레이터를 달성하기 위하여, 총포류-타입 추진제의 이용에 대하여, 추진장약(90)의 총 중량에 대한 가압매체(36)의 중량비는 약 10 ∼ 약 20의 범위를 가지며, 특히, 약 15 이상이 가장 바람직하다. 알 수 있는 바와 같이, 이들 비율은 더 적은 추진제량를 요구하는 더 뜨거운 추진제의 사용에 의해 더 증가될 수 있다. 이러한 관점에서, 총포류-타입 추진제의 출력가스는 본질적으로 뜨거운 미립자 물질이 없으므로, 인플레이터는 현재 최고 기술 수준의 하이브리드와 같은 미립자 적재 인플레이터가 할 수 있는 것 보다 높은 온도로 출력 가스를 생성할 수 있다. 열적으로 강열한 가스는 상대적으로 더욱 팽창되므로, 온도증가는 인플레이터의 한층 더 소형화 및 경량화를 허용한다. 앞선 설명에 부연하면, 일반적으로, 인플레이터 구조의 크기 및 무게의 감소는 총포류-타입의 추진제를 사용할 경우 성취될 수 있다. 예를 들면, 인플레이터에서 총포류-타입 추진제에 대하여 7.04의 비율을 사용할 때, FN 1061-10 추진제의 동일한 비율을 사용하는 경우에서와 동일한 출력이 달성될 수 있지만, 총포류-타입 추진제를 갖는 인플레이터는 FN 1061-10 추진제를 사용하는 인플레이터보다 약 50% 정도의 경량 소형화될 수 있다. 7.04의 비율은 상기한 방식으로 측면 인플레이터 및 운전자측 적용에 대해 마찬가지로 유용될 수 있다.
또한, 상기한 FN 1061-10 추진제 조성에 비교하여 상기한 총포류-타입 추진제의 감소량은 추진장약(90)의 총중량에 대한 총 가스출력(즉, 추진 가스와 가압매체(36)의 연소)의 그램 몰 비율로서 표현될 수 있다. FN 1061-10 추진제에 관하여, 본 출원의 양수인는 추진제의 중량에 대한 출력가스의 몰수에 관하여 약 0.192g 몰/그램의 추진제의 비율을 현재 이용하고 있다. 일반적으로, 동일한 출력, 중량, 및 크기의 인플레이터를 위한 총포류-타입 추진제의 경우와 비하여, 추진장약(90)의 총 중량에 대한 출력가스의 몰 비율은 약 0.35g ∼ 약 0.6g 몰/그램의 추진제의 범위를 가지며, 특히, 약 0.4g ∼ 약 0.5g 몰/그램의 추진제 범위를 가지며, 약 0.5g 몰/그램의 추진제가 가장 적당하다. 상기한 바와 같이, 0.192g 몰/그램의 추진제 비율로 총포류-타입의 추진제를 사용하는 하이브리드 인플레이터에 대하여, 인플레이터의 출력은 FN 1061-10을 이용하는 하이브리드 인플레이터와 동일하지만, 총포류-타입 추진제 하이브리드 인플레이터의 무게 및 크기는 약 50%정도 감소된다.
가압매체(36)에 대하여 복수 기체의 사용은 추진 장약(90)에 대한 적어도 하나의 총포류-타입의 추진제 형식의 사용을 허용한다. 일반적으로, 가압매체(36)는 적어도 하나의 불활성기체 및 산소로 구성된다. 적절한 불활성 기체는 아르곤, 질소, 헬륨, 및 네온을 포함하며, 아르곤이 바람직하다. 가압매체의 산소부는 다기능 적이다. 초기에는, 총포류-타입 추진제의 추진장약(90)의 가스 연소생성물과의 산소의 반응은 불활성 기체의 팽창에 기여하는 열원을 제공한다. 이것은 가스 발생기(82)를 위해 요구되는 추진제 량의 감소를 적어도 일부 허용한다. 또한, 추진제 연소생성물과 산소의 반응은 역시 추진가스의 현존하는 유독성 수준을 용인될 만한 수준으로 감소시킨다. 예를 들면, 산소는 현존하는 일산화탄소의 상당부분을 이산화탄소로 만족스럽게 전환(예를 들면, 적어도 약 85%의 CO를 CO2로 전환)하고 현존 수소를 수증기로 전환(예를 들면, 적어도 80%의 H2를 H2O로 전환)하며, 불완전 연소된 탄화수소의 상당량이 마찬가지로 제거된다(예를 들면, 적어도 약 75%의 탄화수소가 제거된다). 이런 이유로, 상기한 바와 같은 가스발생기(82)의 성능은 충분하게 향상된다. 즉, 산소를 포함하는 매체(36)은, 방출 노즐(200)을 갖는 가스발생기 하우징(86)의 측벽에 의해 가압매체(36)의 유동으로 생성된 압력차이로 인하여, 하우징(86)의 단부(96)의 인입 노즐(98)을 통해 가스발생기 하우징(86)으로 도입된다. 그 결과, 가스 발생제의 전체적 연소효율, 농후산소 매체(36)과의 가스 발생체의 연소생성물의 혼합, 및 추진장약(90)의 연소율을 급격하게 향상시키는 가스 발생제의 농후수소 연소생성물 및 CO와 매체(36)의 혼합이 일어난다. 그 후, 가스는 하우징(86)의 측벽에서의 방출 노즐(200)로부터 유인된다. 그에 의해, 가스 발생기 하우징(86)의 상기한 형상은 (예를 들면, 신속하고 효율적으로 산소를 추진 가스와 혼합함으로써) 인플레이터(30)의 성능을 크게 향상시킨다.
적어도 하나의 불활성 기체 량은 몰 기준으로, 대체로 약 70% ∼ 약 90% 범위이고, 산소는 몰 기준으로, 대체로 약 10% ∼ 약 30% 범위이다. 그러나, 상기한 바와 같이, 가압매체는 몰 기준으로, 약70% ∼ 약 92%의 불활성 기체 및 약 8% ∼ 약 30%의 산소를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이론적 화학변환식을 기초로 한 양을 초과한 산소량을 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로, 출력 가스(즉, 추진가스와 가압매체의 조합)에서 산소가 약 20% 이상이 되지 않는 것이 역시 바람직하다.
인플레이터(30)는 다음의 방식으로 조립될 수 있다. 초기에는, 가스 발생기(82)가 하기와 같이 조립된다:
1) 배플(100)과 스크린(104)을 가스발생기의 방출측 단부(96)에 인접하게 가스발생기 하우징(86)에 삽입 함;
2) 가스발생기 하우징(86)에 추진제 슬리브(94)를 삽입 함;
3) 추진장약(90)을 추진제 슬리브(94) 내에 위치시킴;
4) 배플(112)과 리테이너(108)를 가스발생기의 방출측 단부(96)에 대향하는 추진제 슬리브(94)의 단부에 인접하게 가스발생기 하우징(86) 내에 삽입 함;
5) 점화/부스터 물질(144) 및 장전 컵(148)과 함께, 뇌관 홀더(116)를 가스발생기 하우징(86)에 삽입 함; 그리고
6) 작동 가이드(140), 접시형 스프링 와셔(136), 및 작동 피스턴(124)을 가스발생기 하우징(86) 내로 삽입 함. 그 후, 가스발생기 하우징(86)을 오리피스 슬리브(74)에 용접하므로써, 투사체(50) 및 기폭기(46)를 디퓨저(38) 내에 위치시키고, 보스(66)와 오리피스(74) 사이에 밀폐 디스크(70)를 용접하며, 보스(66)를 인플레이터 하우징(34)에 용접한 후에 디퓨저(38)를 보스(66)에 용접하므로써, 여러 부품이 상호 연결된다. 상기한 구조를 그대로 둔 채로, 가압매체(36)가 인플레이터 하우징(34) 내에 도입될 수 있다. 이런 관점에서, 복수 가스를 이용하는 경우, 아르곤 및 산소가 별도로 인플레이터 하우징(34)의 단부에 용접되는 단부 플러그(42)를 통해 인플레이터 하우징(34) 속으로 도입되거나(예를 들면, 초기에 아르곤 및/또는 다른 불활성 기체를 도입하고 난 후, 산소를 도입하거나 그 반대 순서로 도입 함), 또는 미리 혼합된 상태로 도입될 수 있다.
다음의 실험예는 하이브리드 인플레이터에서의 총포류-타입 추진제의 사용과 관련된 여러 가지 특징의 설명에서 한층 더 명백하게 할 것이다.
[실험예 1]
상기한 HPC-96 추진제는 18g의 총 중량을 갖는 추진장약(90)들을 형성하기 위하여 사용되었다. 각 추진장약(90)은 대체로 도2에 도시된 형상을 가지며, 약 0.52 인치의 길이 또는 두께, 약 0.29 인치의 외경, 약 0.105 인치의 웨이브(web) 두께(추진장약(90)의 내경과 외경 사이의 차이의 0.5배)를 가진다. 또한, HPC-96 추진제는, 공기가 존재 시에 점화될 경우, 다음의 특성을 갖는다: 363,493 ft-lbs/lb의 운동량; 1,062 cal/g의 폭발열; 3,490K의 온도 Tv; 26.7 g/mol의 가스 분자량; 1.2196의 비열비; 및 1.65 g/㎤의 고체밀도. 정상적 조성에서의 이론적 계산을 기초로 하고 대기압으로 팽창된 총포 압력에서의 연소를 가정하면, 가스의 조성은, 몰 퍼센트 기준으로, 약 26.5%의 일산화탄소; 약 19.1%의 수분; 약 26.2%의 이산화탄소; 약 13.7%의 질소; 약 14.2%의 수소; 및 약 0.3%의 다른 기체들로 구성된다. HPC-96의 추진장약(90)이 120??에서 산업규격시험인 탈리아니(Taliani) 열안정성 시험을 받았을 때, 장약(90)은 약 40분 이내에서 변색하기 시작하고 약 5 시간 이내에서 점화되었다. 이것은 추진장약(90)용으로 HPC-96 추진제를 이용함에 있어서 타당성을 아래와 같은 이유로 감소시킨다. 현재의 산업규격은, 400 시간 동안에 107??의 온도에 노출되었을 때 팽창 안전시스템용 추진제의 품질이 저하되지 않으며, 그 후, 자동 점화온도에 노출되었을 때 추진제가 점화되는 것을 요구하기 때문이다. 그러나, HPC-96 추진제는 본 발명의 일정한 원리를 설명하며, 그에 따라 본 명세서에 기재된 함량을 포함된다.
HPC-96 추진 장약(90)에 관하여, 몰 퍼센트 기준으로, 약 5%의 산소 및 약95%의 아르곤으로 구성된 약 169g의 가압매체(36)가 인플레이터 하우징(34)에 제공되었다. 인플레이터(30)는 오리피스 슬리브(74) 상에 각각 약 0.266 인치의 직경을 갖는 4개의 오리피스 배출구(78)를 가지며, 가스발생기 노즐(98)은 약 0.469 인치의 직경을 갖는다. 가스발생기 하우징(86)의 측벽에는 방출 노즐(200)이 제공되지 않았다. 이런 이유로, 동작 동안에는 가스 발생기로 유입되는 가압매체(36)는 없었으며, 모든 방출은 노즐(98)을 통해서 수행되었다.
인플레이터(30)의 동작 동안, 인플레이터 하우징(34) 내에서의 압력 변화는 도3에서 나타낸 것과 유사했으며, 인플레이터(30)와 유체적으로 상호 연결된 100 리터 탱크 내에서의 압력은 도4에 나타낸 것과 유사하였으며, 대체로, 에어/안전 백(18) 내에서 압력 증강을 나타내었다. 인플레이터(30)로부터의 가스출력은, 중량비 기준으로, 약 1.2%의 일산화탄소, 약 1.5%의 이산화탄소, 약 2% 이상의 수소, 및 약 60 ppm의 NOx를 포함했다. 결과적으로, 상기한 비율에서의 아르곤 및 산소의 이용은, 상기한 HPC-96 추진제의 이론적 가스출력과 비교될 때, 일산화탄소 및 수소의 양을 충분하게 감소시켰다. 이 실험예의 경우, 방사상의 구멍은 이용되지 않았으며, 단지 단일 가스 발생기 배출구가 이용되었다.
[실험예 2]
실험예 1의 절차가 반복되었지만, 10.4g의 HPC-96 추진제가 장약(90)으로 이용되었고, 몰 퍼센트 기준으로, 약 15%의 산소 및 약 85%의 아르곤으로 조성된 약 164.4g의 가압매체(36)가 이용되었다. 이들 추진장약(90)으로 작동될 때, 인플레이터(30)에 대한 성능곡선은 도3 및 도4에 도시되었으며, 인플레이터(30)는 실험예 1에서 설명된 방식으로 형성되었다. 또한, 인플레이터(30)로부터의 가스출력은, 몰 퍼센트 기준으로, 약 2.4%의 이산화탄소, 약 1000 ppm의 일산화탄소, 약 70 ppm의 NOx, 약 38 ppm의 NO2, 및 약 0 ppm의 수소를 포함했다. 결과적으로, 실험예 1의 5%에서 15%으로의 산소량 증가로, 일산화탄소의 양은 상당한 NO 및 NO2 증가 없이도 충분하게 감소되었다. 또한, 이것 역시 상당히 적은 추진제의 사용을 허용하였다.
[실험예 3]
실험예 1의 절차가, 10.4g의 HPC-96 및 ,몰 퍼센트 기준으로 약 15%의 산소 및 85%의 아르곤으로 조성된 169.0g의 가압매체(36)를 이용하여 두 번 반복되었다. 인플레이터(30)의 성능 곡선은 도3 및 도4에 나타낸 것과 유사하였으며, 인플레이터(30)는 실험예 1에서 설명된 방식으로 형성되었다. 또한, 인플레이터(30)로부터의 가스출력은 각각 약 1000 ppm과 800 ppm의 일산화탄소, 각각 1.0%와 1.2%의 이산화탄소, 각각 약 60 ppm과 50 ppm의 NOx, 및 각각 약 23 ppm과 20 ppm의 NO2를 포함하였다. 결과적으로, HPC-96 추진제 량의 감소 및 15% 의 산소량의 증가는 NO 및 NO2에 대한 상당한 효과 없이도 일산화탄소량을 감소시켰다. 또한, 산소의 증가량은 더 적은 추진제의 사용을 허용하였다.
상기한 바와 같이, 두 개의 현존하는 "종래의" 총포류-타입의 추진제, 즉, 종래의 이중-성분 총포 추진제 및 저 취약성(LOVA) 니트로아민 총포 추진제가, 초기에 본 발명을 위해 고려되었다. 종래의 이중-성분 총포 추진제로 본 시스템이 기대한 대로 실현되었지만, 장기간 보관(예를 들면, 107??에서 400 시간)에 대한 산업규격 시험을 통과하지 못할 것이다. LOVA 총포 추진제를 이용하더라도, 추진제가 매우 높은 압력(예를 들면, 9,000 psi 이상)에서 연소되지 않는다면, 본 시스템은 요건을 충족하지 못한다고 판단되며, 이점은 설계에서의 복잡성, 비용, 및 중량을 증대시키는 요인이 된다. 일반적으로, 약 4,000 psi 이하의 작동압력이 인플레이터에 대해 이용되는 것이 바람직하다. 이들 조건하에서 본 발명을 만족시키는 현존하는 추진제는 없기 때문에, 새로운 부류의 추진제를 구성하는 새로운 추진제 형식이 개발되었으며, 상기 추진제는, 이중-성분 추진제의 탄도적 특성(저온에서 점화되어 연소되는 성질)을 니트로아민 LOVA 추진제의 보관특성(400시간 동안 107??에서 보관된 후, 용이하게 실행되는 성질)을 조합한 것이다. 이 부류의 추진제는 하이브리드 추진제로서 참조될 것이다.
HPC-96과 같은 니트로셀룰로스-주성분의 추진제와는 달리, 열적으로 안정된 총포류-타입 추진제는, 추진장약(90) 형식으로 이용될 때, 2차폭약 즉, LOVA 추진제 경우에서의 니트로아민(RDX)을 포함한다. 추진장약(90)의 형식으로 이용될 수 있는 다른 적절한 2차 폭약은 또 다른 니트로아민, 즉, PETN(pentaerythritol tetranitrate) 및 TAGN(triaminoquanidine nitrate)뿐만 아니라, HMX (cyclotetra- methylenetetranitramine)를 포함한다. 아래의 표1은 2차폭약인 RDX, HEX, 및 PETN에 대한 일정한 연소특성을 제공한다.
[표 1]
일반적으로, 일정한 탄도적 특성 및 장기간의 열적 안정성의 바람직한 조합을 달성하기 위하여(예를 들면, 이중-성분 추진제의 탄도적 특성 및 장기 노화특성, 또는, LOVA 추진제의 장기 열적 안정성을 달성하기 위한 시도), 2차폭약은 추진장약(90)에 대한 조제형식(상기한 "하이브리드 추진제")으로서 바인더 시스템(binder system)과 결합될 수 있다. 여기서 이용된 "바인더 시스템"은 추진제의 물리적, 화학적, 및/또는 탄도적 특성을 개조하기 위해 유용한 추진제에 첨가된 하나 또는 그 이상의 혼합물을 의미한다. 유용한 바인더 시스템은 결합제, 가소제, 안정제, 유백제(opacifier), 및 그의 혼합제로 구성된 그룹으로부터 부가적으로 선택된 추진제를 병합한 것들을 포함한다.
하이브리드 인플레이터(30)에서 추진장약(90)을 위한 하이브리드 추진제는 우수한 탄도적 특성(즉, 비교적 낮은 작동압력에서의 연소율 및 연소온도)을 보이며, 훌륭한 장기간의 안정성(예를 들면, 400 시간 동안의 107?? 온도에 다수의 시료를 노출시키고, 통계적으로 충분한 수의 시료가 그 노출에 견디는(점화되지 않는)지를 시험하여 장기 열안정성을 평가하기 위한 일종의 산업규격 시험)을 나타낸다. 또 다른 시험(전형적으로 소비자에 의해 확립/특정화된)은, 바람직하지 못한 성능손실이 없이, 400 시간 동안 100??의 온도에의 노출을 견디는 인플레이터를 시험하는 것이다. 특히, 하이브리드 추진제로 형성된 추진장약(90)은 약 2,000K에서 약 3,800K 범위의 연소온도에서, 약 0.1 인치/초 (0.25 ㎝/sec)에서 약 1 인치/초 (2.5 ㎝/sec) 범위의 연소율, 및 약 4,000 psi(27.6 MPa) 또는 그이하의 작동압력에서 연소한다. 특히, 바람직하기로는, 하이브리드 추진제로 형성된 추진장약(90)은 약 2,000K에서 3,800K까지 범위의 연소온도, 약 0.3 인치/초 (0.76 ㎝/sec) 내지 약 0.5 인치/초 (1.26 ㎝/sec), 및 약 4,000 psi (27.6 Mpa) 또는 그 이하의 작동압력에서 연소한다.
일반적으로, 하이브리드 추진제 조제은 약 50 wt% ∼ 약 90 wt% 의 2차폭약, 및 약 10 wt% ∼ 약 50 wt%의 바인더 시스템을 포함한다. 특히, 통상적으로, 이들 추진제 형식은 약 60 wt% ∼ 약 80 wt% 범위의 2차폭약, 및 약 20 wt% ∼ 약 40 wt% 범위의 바인더 시스템을 포함한다. 바람직하게는, 추진제 조제는 약 70 wt% ∼ 약 80 wt% 범위의 특수한 2차폭약, 및 약 20 wt% ∼ 약 30 wt%의 바인더 시스템을 포함한다. 또한, 다른 첨가물 및 피할 수 없는 불순물이 이들 추진제 조성물에서 미소량 존재한다(즉, 약 5 wt%의 조성보다 작은 량).
통상적으로, 수지질 결합제가 추진장약(90)용 하이브리드 추진제 조제를 위한 바인더 시스템의 일부가 될 것이다. (예를 들면, 아세톤, 저 농도 알코올, 등)과 같은 보통의 용재가 거의 모든 타입의 결합제의 용화제로 이용될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 결합제는 활성적 또는 큰 휘발성의 화합물인 것이 바람직하다. 즉, 결합제는 상기한 원하는 연소온도 및 작용압력에서 용이하게 연소될 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 가소제와 혼합하여 결합제를 사용할 때, 물론, 결합제가 가소제와 모순되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 추진제 조성으로서 적당한 통상적인 결합제는 CA (cellulose acetate), CAB (cellulose acetate butyrate), EC (ethyl cellulose), 및 PVA (polyvinyl acetate)를 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에서 이용될 수 있다고 평가되는 다른 결합제는 CAP (cellulose acetate propionate), 아지드 폴리머 (azide polymer), 폴리부타디엔 (polybutadien), 폴리부타디엔 수소화물 (polybutadien hydride), 폴리우레탄 및 그의 조합물을 포함한다. 상기한 아지드 폴리머는, GA (glycidyl azide) 단량체, BAMO(3,3-bis(azidemethyl) oxetane) 단량체, 및 AMMO (azidemethyl methyloxetane) 단량체로 구성된 그룹으로부터 선정된 단량체를 포함하는 코폴리머(copolymer)와 모노폴리머(monopolymer) 중 하나이다. 또한, GAP(활성 glycidyl azide polymer)가 결합제 구성으로 이용될 수 있고, 실제적으로, CA보다 격심하게 연소된다. 이런 이유로, 결합제로서 GAP만을 2차 폭약과 함께 이용하는 것이 바람직하다. 그러나, GAP와 CA 사이에 현존하는 큰 비용차이로 인하여, 하이브리드 추진제 조제는 GAP 및 CA 결합제 구성을 모두를 포함할 수도 있다.
또한 가소제가 추진장약(90)용 하이브리드 추진제 형식을 위한 바인더 시스템의 일부가 될 수 있다. 상기한 바와 같이, 가소제는 상기 결합제와 모순되어서는 안된다. 또한, 일반적으로 압출성형이 가능한 결합제를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 적어도 어떤 2차 폭약(예를 들면, 니트로아민)에 대하여, 상기한 작용온도 및 압력 내에서 안정된 연소가 가능한 활성 가소제를 사용하는 것이 바람직하다. 유용한 활성 가소제는 TMETN (trimethylolethane trinitrate), BTTN (butanetriol trinitrate) 및 TEGDN (triethyleneglycol dinitrate)와 같은 니트라이트 에스테르 (nitrate ester) 가소제, 및 NG (nitroglycerin) 및 BDNPA/F (bis (2,2-dinitropropyl) acetal/formal)와 같은 다른 화합물 및 글리시딜 아지드(glycidyl azide) 가소제를 포함하지만, 그에 한정되지 않는다. 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면을 위해 인정될 수도 있는 또 다른 가소제는 ATEC(acetyl triethyl citrate)를 포함한다.
또한, 안정제는 추진 장약(90)용 하이브리드 추진제 조제를 위한 바인더 시스템에 포함될 수 있다. 예를 들면, 상기한 니트라이트 에스테르 가소제와 같은 어떤 결합제 및/또는 가소제는 일정 온도에서 노출되면 분해될 것이며, 이는 추진장약(90)의 점화에 영향을 미칠 수 있다(즉, 어떤 온도에 노출될 때, 니트라이트 에스테르 가소제는 점화가 발생될 정도까지 열적으로 분해될 것이다). 결과적으로, 안정제는, 안정성을 유지하기 위하여, 열적으로 분해하는 바인더 및/또는 가소제와 "반응"하는 하이브리드 추진제 형식에 포함될 수 있으며(예를 들면, 추진제의 조기점화의 가능성을 감소시킨다), 이에 의해, 하이브리드 추진제 형식의 장기 열적 안정성을 향상시키게 된다. 예를 들면, 니트라이트 에스테르 가소제의 경우에, 추진제 조제를 위한 유용한 안정제가 활성적 물질이지만, 니트라이트 수용체인 것들을 포함한다. 적절한 안정제는 에틸 센트럴라이트(symdiethyldiphenylurea), DPA(diphenylamine), 및 레조르시놀(resorcinol)을 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다.
바람직한 탄도적 특성을 가지며, 또한 적당한 장기 열적 안정성에 대한 충분한 징후를 제공하는 하나의 하이브리드 추진제 조제는 니트로아민 2차폭약 RDX (hexahydrotrinitrotriazine)와, 결합제 CA (cellulose acetate), 가소제 TMETN (trimethylolethane trinitrate), 및 안정제 EC (ethyl centralite)를 포함하는 바인더 시스템의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 이 하이브리드 추진제 조제는 적어도 약 70 wt%의 RDX, 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 CA, 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 TMETN, 및 약 2 wt% 이하의 EC를 포함한다. 이들 일반적 상대적인 양은 하이브리드 추진제에 대한 바람직한 탄도적 특성 및 장기적 노화 특성을 제공한다. 그러나, 추진장약(90)이 상기 형식으로 압출성형에 의해 형성되어야 한다면, 상기한 범위 내에서 상대적인 양의 정화제(refinement)가 요구된다.
본 발명과 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에 대하여, 추진제는 약 70 wt%의 RDX (hexahydrotrinitrotriazine)와, 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 CA (cellulose acetate), 및 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 범위를 갖는 ATEC (acetyl triethyl citrate) 및 GAP (glycidyl azide polymer) 중 하나를 포함할 수 있다. 바인더 시스템이 결합제, 가소제 및 안정제의 혼합물을 포함한 경우에, 혼합에서의 각 작용제의 비율은, 약 5 wt% ∼ 약 30 wt%의 결합제, 약 0 wt% ∼ 약 20 wt%의 가소제, 약 0 wt% ∼ 약 5 wt%의 안정제로 조성하는 것이 바람직하다.
바람직한 탄도적 특성을 가지고 적당한 장기 열적 안정성에 대한 충분한 징후를 제공하는 또 다른 하이브리드 추진제의 조제는 결합제 CA 및 GAP (glycidyl azide polymer), 적절한 가소제(예를 들면, GAP 가소제, TMETN, ATEC 및 그의 혼합물)를 포함하는 바인더 시스템과 함께 니트로아민 2차폭약 RDX를 포함한다. 일반적으로, 이 하이브리드 추진제의 조제는 적어도 약 70 wt%에서 통상적으로는 약 70 wt%와 80 wt% 사이의 RDX, 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 GAP, 및 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 가소제를 포함할 수 있다. 이들 일반적인 상대량은 하이브리드 추진제에 대한 바람직한 탄도적 특성 및 장기 노화특성을 제공한다. 그러나, 추진 장약(90)이 상기 형식으로부터 압출성형에 의해 형성되어야 한다면, 상기한 범위 내에서 상대적인 양의 정화제가 필요하게 된다.
상기한 이중-성분 및 LOVA 추진제의 경우에서와 마찬가지로, 여기서 개시된 하이브리드 추진제의 경우, 연소동안에, 상당한 양의 일산화탄소 및 수소(예를 들면, 35%의 CO 및 19%의 H2)가 생성된다. 다시, 인플레이터 추진제의 연소를 통한 일산화탄소 및 수소 가스의 형성은, 통상적으로, 자동차의 팽창 안전시스템에 대해 바람직하지 못할 것이지만, 이런 타입의 하이브리드 추진제가 하이브리드 인플레이터(30)에서 이용될 때, 상기한 바와 같이, 가압매체(36)는 산소를 포함하며, 일산화탄소 및 수소의 상당부분(예를 들면, 95%)이 연소기간 동안 또는 일부 후기 연소반응 시에 무해한 이산화탄소 및 수증기로 전환된다. 하이브리드 추진제의 조제에서 산소원(예를 들면, 포타슘 퍼클로레이트(potassium perchlorate)를 포함시켜야 할 필요성을 미리 방지하므로, 저장된 산소 가스의 이용은 특히 바람직하다. 또한, 추진제의 열량 값을 향상시키므로, 추진제의 생성 연소가스들 사이에서 저장산소와의 발열작용은 특히 바람직하며, 그에 의해, 에어/안전 백을 팽창시키기 위해 요구된 추진제 양을 최소화시킬 수 있다.
하이브리드 추진제가 추진장약(90)으로 형성되고 하이브리드 인플레이터(30) 내로 내장될 때, 하이브리드 추진제는 총포류-타입 추진제에 대해 상기 특정된 양 내에서 이용될 수 있으며, 추진장약(90) 및 가압매체(36)의 상대적인 양에 관하여 상기한 함량을 포함하는 양 내에서 이용될 수도 있다. 또한, 가압매체(36)에 대한 하나의 불활성 기체 및 산소의 상대적인 양은 여기서 개시된 하이브리드 추진제의 경우에도 역시 이용될 수 있다.
다음의 실험예는, 2차폭약 및 바인더 시스템을 포함하는 하이브리드 추진제 조제형식의 적절한 특징을 설명하는 데 기여한다. 상기한 바와 같이, 참조기호 "wt%"는 중량 퍼센트를 가리킨다.
[실험예 4]
적어도 약 70 wt%의 RDX(hexahydrotrinitrotriazine), 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 CA(cellulose acetate), 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 TMETN(trimethylolethane trinitrate) 및 약 2 wt% 이하의 에틸 센트럴라이트를 포함하는 하이브리드 추진제 조성이 준비되어 약 1.7132 g/cc의 평균 밀도를 갖는 원통형상의 장약으로 형성되었다. 10g의 시료가 두꺼운 벽체로 이루어진 폭파실 내로 위치되어 탱크 속으로 발사된다. 시료는 약 2578K의 연소온도를 가지고 훌륭한 탄도적 특성(즉, 4000 psi(27.6 Mpa)에서 0.47 인치/초 (1.18 ㎝/sec)의 연소율)을 나타내었다. 일반적으로, 성능곡선은 도3 및 도4에 나타난 것에 대체로 근접했다. 생성된 가스는 약 36%의 일산화탄소, 약 24%의 질소, 약 19%의 수소, 약 16%의 수증기 및 약 5%의 이산화탄소를 함유하였다. 조성의 장기 열적안정성이 평가되었고 만족할 만하다고 판정되었다(예를 들면, 추진제 자체가 107??의 온도에서 400 시간동안 노출되어 점화되지 않았으며; 하이브리드 인플레이터 내에 수용된 추진제가 107??의 온도에서 400 시간 동안 노출되었을 때 점화되지 않았으며, 그 후, 추진제가 활성화될 때, 인플레이터의 성능은 실질적으로 열로 인한 영향을 받지 않았다).
[실험예 5]
적어도 약 70 wt%의 RDX(hexahydrotrinitrotriazine), 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 셀롤로스 아세테이트, 및 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 GAP(glycidyl azide polymer)를 포함하는 추진제 조성이 준비되고 약 1.6857 g/cc의 평균밀도를 갖는 원통형상의 장약으로 형성된다. 10g의 시료가 두꺼운 벽체를 갖는 폭파실 내에 놓여지고 탱크 속으로 발사된다. 시료는 약 2,357K의 연소온도를 가졌으며, 훌륭한 탄도적 특성(즉, 4,000 psi(27.6 Mpa)에서 0.48 인치/초(1.18 ㎝/sec)의 연소율)을 나타내었다. 일반적으로, 성능곡선은 도3 및 도4에 나타난 것과 대체로 근접하였다. 생성된 배기가스는 약 37%의 일산화탄소, 약 25%의 수소, 약 25%의 질소, 약 10%의 수증기 및 약 3%의 이산화탄소를 함유했다. 조성의 장기 열적 안정성은 훌륭하다고 판정되고 평가되었다(예를 들면, 추진제 자체는 400?? 동안 107??의 온도에 노출되어 점화되지 않았고; 인플레이터 내에 수용된 추진제가 400 시간 동안 107??의 온도에 노출될 때, 점화되지 않았으며, 그 후, 추진제가 활성화 될 때, 인플레이터의 성능이 실질적으로 열로 인한 영향을 받지 않았다.
본 발명과 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에서 이용될 수 있는 추진제의 또 다른 특성은 중량비율로 약 1 ∼ 약 99의 범위인 헥소겐(hexogen)(RDX), 중량비율로 약 1 ∼ 약 99의 범위인 옥토겐(octogen)(HMX), 및 헥소겐 및 옥토겐의 합의 중량비율 100과 혼합된 결합제를 포함한다. 결합제는 중량비율로 5 ∼ 50의 범위를 가진다. 바람직하기로는, 상기한 추진제는 중량비율로 80 ∼ 95의 범위를 갖는 헥소겐(RDX) 및 중량비율로 5 ∼ 20의 범위를 갖는 옥토겐(HMX)을 포함한다.
상기한 추진제는, 상기한 바와 같이, 하이브리드 인플레이터에서 이용될 수 있다. 일반적으로, 하이브리드 인플레이터는 가압유체를 수용하는 가압가스 챔버, 추진제를 수용하는 가스-발생 챔버, 점화기 조립체, 및 파열 디스크를 포함한다. 가압유체는 실질적으로 불활성 기체 및 산소로 구성된다. 추진제는, 예를 들면, 일정 크기의 감속도가 발생하였을 때, 점화기 조립체에 의해 점화되며, 산소와 반응하는 가스생성물(예를 들면, 일산화탄소 및 수소)을 발생시키도록 연소된다. 일산화탄소 및 수소는 가압가스 내의 산소와 반응하여 이산화탄소 및 수증기를 발생시키는 동시에, 가스-발생 챔버 내의 압력을 상승시킨다. 그 다음, 파열 디스크는 이산화탄소, 수증기, 불활성 기체를 에어/안전 백(18)(도1 참조)에 공급하기 위하여 개방된다. 이것은 에어/안전 백(18)을 팽창시키게 된다.
다시 말하면, 상기한 추진제는 핵소겐(RDX), 옥토겐(HMX) 및 결합제를 포함한다. RDX 및 HMX의 함량은 중량비율로 1 ∼ 99의 범위 및 중량비율로 1 ∼ 99의 범위를 각각 갖는다. 바람직하게는, RDX 및 HMX의 함량은 중량비율로 80 ∼ 95의 범위 및 중량비율로 5 ∼ 20의 범위를 각각 갖는다. 결합제는 헥소겐 및 옥토겐의 합의 중량비율 100과 혼합되고, 중량비율로 5 ∼ 50 범위를 갖는다.
상기한 추진제와 함께 이용하기에 적합한 통상적인 결합제는, 폴리우레탄(PU), 에틸 셀룰로스(EC)와 같은 셀룰로스 유도체, 셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB; cellulose acetate butyrate), 셀룰로스 아세테이트 프로파이오네이트(CAP; cellulose acetate propionate), 하이드록시-터미네이티드 폴리부타디엔(HTPB; hydroxy-terminated polybutadien)과 같은 폴리부타디엔, 글리시딜 니트레이트 폴리머(polyglyn)와 같은 글리시딜 에시드 폴리머(glycidyl acid polymer), 글리시딜 아지드 폴리머(GAP)와 같은 아지드 폴리머(azide polymer), 및 3-니트레이트메틸-3메틸-옥세탄 폴리머(polynimmo) 을 포함하지만, 그에 한정되는 것은 아니다. 셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) 및/또는 글리시딜 아지드 폴리머(GAP)가 바람직하다.
상기한 추진제는 가소제, 안정제 및 그의 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선정된 첨가물을 포함할 수 있다. 가소제는 TMETN(trimethylolethane trinitrate), BTTN(butanetriol trinitrate), TEGDN(triethylen glycol dinitrate), 글리시딜 아지드, NG(nitroglycerin), BDNPA/F(bis(2,2-dinitropropyl)acetal/formal), 및 ATEC(acetyl triethyl citrate)로 구성된 그룹으로부터 선정될 수 있다.
안정제는 상기한 추진제로서 이용될 수 있으며, 이는 에틸 센트럴라이트, 다이페릴 아민(diphenyl amine), 레조르시놀, 아칼다이트 Ⅱ(akaldite Ⅱ), 아밀 알코올, 요소, 광유(petroleum jelly)를 포함한다.
바람직하기로는, 가소제는 RDX, HMX 및 결합제의 총 중량비율 100에 대해 중량비율 0 ∼ 30의 범위에서 첨가될 수 있다. 안정제의 함량은 RDX, HMX 및 결합제의 총 중량비율 100에 대해 중량비율 0 ∼ 5 범위에서 바람직하게 첨가될 수 있다. 상기한 추진제는 분말, 티끌 및 작은 환약 형상으로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 작은 환약 형상이 바람직하다.
상기한 추진제의 조성에 관한 많은 실험예가 다음과 같이 기술된다.
[실험예 6]
다음의 물질들이 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성되었으며, 가압가스 챔버, 가스-발생 챔버, 점화기 조립체, 및 파열 디스크를 포함하는 하이브리드 인플레이터 내로 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 발생된 KCL의 연기는 없었다.
헥소겐(RDX) .......... 68 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 8 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 16을 갖는다.
[실험예 7]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 연기가 발생되지 않았다.
헥소겐(RDX) .......... 72 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 4 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 8]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 연기가 발생되지 않았다.
헥소겐(RDX) .......... 64 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 12 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 9]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 연기가 발생되지 않는다.
헥소겐(RDX) .......... 75 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 1 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 10]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전된다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 연기가 발생되지 않았다.
헥소겐(RDX) .......... 1 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 75 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰티레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 11]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 연기가 발생되지 않았다.
헥소겐(RDX) .......... 38 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 38 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 12]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전된다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 발생되는 연기가 없었다.
헥소겐(RDX) .......... 68 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 8 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
에틸 센트럴라이트 .......... 2 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 13]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 발생되는 연기가 없었다.
헥소겐(RDX) .......... 68 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 8 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
트리메틸로레탄 트리니트레이트(TMETN) .......... 20 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
[실험예 14]
다음의 물질은 서로 혼합되어 작은 환약 형상으로 형성된 후, 실험예 6과 동일한 구조를 갖는 하이브리드 인플레이터 내에 장전되었다. 하이브리드 인플레이터가 작동되었으며, 그 결과, 발생된 연기는 없었다.
헥소겐(RDX) .......... 68 (중량비율)
옥토겐(HMX) .......... 8 (중량비율)
셀룰로스 아세테이트 뷰터레이트(CAB) .......... 12 (중량비율)
글리시딜 아지드 폴리머(GAP) .......... 12 (중량비율)
에틸 센트럴라이트 .......... 2 (중량비율)
트리메틸로레탄 트리니트레이트(TMETN) .......... 20 (중량비율)
여기서, RDX 및 HEX의 중량비율 100에 대한 바인더(CAB 및 GAP)의 함량은 중량비율 약 32를 갖는다.
상기한 바와 같이, 활성화시 KCL 연기를 발생시키지 않는 하이브리드 인플레이터가 헥소겐, 옥토겐 및 결합제를 포함한 추진제를 사용하므로써 제조될 수 있다.
도1의 팽창 안전시스템(10)에서 이용될 수 있는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예가 도5 내지 도7에 도시된다. 먼저 도5에 참조하면, 하이브리드 인플레이터(202)는 가스발생기(208)에 대해 중앙부에 위치되어 가스발생기(208)와 적당하게 상호 연결된 전형적인 원통형 저장가스 하우징(204) 및 원통형 가스발생기(208)를 포함한다. 일반적으로, 저장가스 하우징(204)(제3 챔버)은 적절한 가압매체를 수용하고 가스발생기(208)는 적절한 추진장약(258)을 수용한다. 인플레이터(202)의 주된 장점은, 유체압력이 직접 제2 밀폐 디스크(290)에 작용하여 밀폐 디스크를 "개방"하도록 되었으므로, 그의 설계가 (인플레이터(202)와 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이에서 유동을 격리시키는) 제2밀폐 디스크(290) 또는 주 밀폐 디스크의 부근 영역의 신속한 가압에 영향을 미치는 것이다. 인플레이터(202)의 설계에 있어서, 또 다른 중요한 장점은, 추진 장약(258)의 점화 및 연소 시에 발생된 추진가스와 가압매체의 충분한 "혼합"을 제공/허용하는 것이다. 결과적으로, 인플레이터(202)는, 복합 성분의 가압매체(예를 들면, 하나의 성분인 산소 및 다른 성분인 적어도 하나의 불활성 기체)와 함께, 총포류-타입 추진제 및/또는 하이브리드 추진제의 상기한 조성으로 하여 이용하기에 특히 적합하다. 즉, 인플레이터(202)의 설계는, 팽창 안전시스템(10)(도1 참조)의 동작을 향상시키기 위하여, 가압매체와 함께 추진가스 및/또는 추진장약(258)을 점화시키므로써 발생된 가스(예를 들면, 아래에서 설명되는 바와 같이 점화/부스터 물질(240)의 연소에 의해 발생된 가스) 및 추진가스의 효과적인 연소를 제공/허용한다. 또한, 상기 2차연소는 에어/안전 백으로의 가스유동을 개시시키기 위한 인플레이터(202)의 신속한 가압능력을 한층 더 향상시킨다.
가스 발생기(208)는, 상기한 실시예에서 제1하우징(216) 및 축방향으로 정렬되어 상호 연결된 제2하우징(278)에 의해 정의된다. 전체의 가스발생기 하우징(212)은 다량의 가압매체를 정적상태로 포함하므로, 제1하우징(216)의 일단이 (예를 들면, 용접부(248)에서의 용접을 통하여) 기폭기 어댑터(224)에 부착되어 바람직한 용접밀폐를 달성하게 된다. 기폭기 어댑터(224)는, 추진장약(258)을 점화시키기 위해 사용되고 O-링(232) 내에 안착되어 적절한 밀봉을 확립할 수 있는 적당한 기폭기(228)(예를 들면, 전기적으로 활성화되는 도화폭관 또는 다른 적절한 점화장치)를 지지한다. 기폭기(228)를 가스발생기(208) 내의 가압매체로부터 격리시키기 위하여, 제1밀폐 디스크(제2 밀폐 디스크)(236)가 제1하우징(216)의 단부와 기폭기 어댑터(224)의 단부 사이에 적당하게 고정되어 용접부(248)를 통해 만족스런 용접밀봉을 달성하게 된다.
가스발생기 하우징(212)의 제1하우징(216)은 기폭기(228)와 축상 일직선으로 정렬되어 인접하게 배치된 제1챔버(254)를 정의한다. 가스발생기 하우징(212)의 제1챔버(254)는, 점화될 때, 추진가스를 발생시켜 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 가스유동을 증대시키는 추진장약(258)을 주로 수용한다. 따라서, 제1챔버(254)는 추진 또는 연소실로서 역시 특징 지워질 수 있다. 추진장약(258)의 점화를 돕기 위하여, 적절한 점화/부스터 물질(240)(예를 들면, 89 wt%의 RDX, 11 wt%의 알루미늄 분말, 가능한 한 RDX 및 알루미늄의 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%를 대체하여 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%의 하이드록시프로필셀룰로스(hydroxypropylcellulose)를 첨가한 조성을 갖는 RDX/알루미늄 부스터 물질)이 기폭기(228)와 추진 장약(258) 사이에서 기폭기(228)로부터 방출측과 일직선상으로 배치된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 점화/부스터 물질(240)의 점화로 기인한 반응 생성물은 가압매체와 화학적으로 반응하여 인플레이터(202)의 신속한 가압을 근거로 한 유동개시 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 적절한 부스터 컵(244) 등은 (통상적으로 분말 또는 건조 슬러리 형태인) 점화/부스터 물질(240)을 유지하고 (예를 들면, 용접부(248)를 통해 어댑터(224)와 하우징(216) 사이에 유지되므로써) 기폭기 어댑터(224) 및/또는 제1하우징(216)의 일단에 고정된다. 또한, 제1챔버(254)는, 아래에서 설명되는 바와 같이, 소정 크기의 미립 물질을 내부에 유지하는 동시에 제1챔버(254)에서 제2챔버(324)로 추진 가스를 방출하기 위하여, 스크린(266)을 역시 포함한다. 인플레이터(202)의 저장가스 하우징(204)의 용량은 제2챔버(324)의 용량보다 크게 설정된다.
통상적으로, 제1챔버(254)는 적어도 하나의 블리드 오리피스(bleed orifice) 또는 배출구(262)에 의해 저장가스 하우징(204)과 상호 연결되어, 다량의 가압매체가 정적상태로 제1챔버(254) 내에 역시 수용된다. 상기한 실시예에서, 블리드 배출구(262)들은 방사상으로 연장되어 있다(즉, 중앙 길이방향 축(220)에서 방사상방향을 따라서 연장하고 축(220)에 대해 직각으로 배치된다). 블리드 배출구(262)의 이용 및 블리드 배출구(262)의 크기 및/또는 수의 선정은 인플레이터(202)의 성능을 "조정"하기 위하여 이용될 수 있다.
적어도 하나의 블리드 배출구(262)가 이용될 때, 추진장약(258)의 점화 시에 발생된 추진가스 유동의 일정량은 저장가스 하우징(204)으로 돌려진다. 상기한 타입의 추진제(예를 들면, 총포류-타입, 하이브리드) 및 가압매체(예를 들면, 산소 및 불활성 유체(적어도 하나의 불활성기체)의 혼합)가 연소될 때, 일부 2차연소, 즉 추진가스의 재연소가 저장가스 하우징(204)에서 발생될 것이다. 일부의 추진가스를 제1챔버(254)에서 저장가스 하우징(204)으로 향하게 하는 것은 에어/안전 백(18)으로의 원하는 출력 또는 방출을 달성하기 위하여, 즉, 에어/안전 백(18)의 원하는 팽창률을 달성하기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 아래에서 설명되는 바와 같이, 충분한 시간동안 저장가스 하우징(204)에서 제2챔버(324)로의 일정한 가스유동을 유지시키는 비율로 추진 가스를 저장가스 하우징(204)으로 제공하는 것이 바람직 할 수 있다. 통상적으로, 동작 동안에, 발생 추진가스의 소수 부분만이 저장가스 하우징(204)으로 유동하여 원하는 결과에 영향을 미치게 하는 것이 필요하다(예를 들면, 추진제의 유동의 약 40% 이하, 더 전형적으로는 약 30% 이하가 저장가스 하우징(204)으로 돌려진다).
블리드 배출구(262)가 이용될 때, 추진 장약(358)의 점화 후, 저장가스 하우징(204)에서의 압력증가는 많은 상업적 하이브리드 설계의 경우보다 상당히 작아지게 된다. 즉, 추진장약(358)의 점화와 공통적으로 관련된 충분한 압력증가는 실제적으로 가스발생기(208)에 제한된다. 따라서, 저장가스 하우징(204)의 "강도"조건이 감소될 수 있다. 이점은 저장가스 하우징(204)에 대한 감소된 벽두께 및/또는 더 경량의 재료의 사용을 허용하며, 양자 모두는 인플레이터(202)의 중량을 감소시킨다.
제1챔버(254)로부터의 추진가스의 주된 유동(예를 들면, 총 추진가스의 적어도 약 50%가 유동하며, 통상적으로는 적어도 약 70%의 유동)은 가스발생기 하우징(212)의 제2하우징(278)에 의해 정의되는 (아래에서 특정화된 이유로 "애프터 버너(after bunner)"로서 알려진) 제2챔버(324)로 향한다. 적어도 하나의 애프터 버너 노즐 또는 에스퍼레이터(asiprator)(274)(제1상호연결 배출구)는 제1챔버(254)로부터의 유동을 제2챔버(324)(주로 추진가스)로 향하게 하여 유체의 바람직한 상호연결을 제공하게 된다. 애프터 버너 노즐(274)은 제1하우징(216)의 내부의 걸림턱(270)에 걸쳐져 안착되고 (예를 들면, 용접부(250)에서의 용접을 통해) 제1하우징(216)을 제2하우징(278)과 적당하게 상호 연결시키기 전에 내부에 위치될 수 있다.
도시된 실시예에서, 가스발생기 하우징(212)의 제2하우징(278)의 일단은 내부에 적어도 하나의 가스발생기 출구(286)를 갖는 애프터 버너 어댑터(282) 내에 안착된다. O-링(328)이 제2하우징(278)과 어댑터(282) 사이에 이용되어 적절한 밀봉 경계 면을 제공할 수 있다. 제2챔버(324)가 정적상태에서 다량의 가압매체를 수용하고 있으므로, 바람직한 용접밀봉을 달성하기 위하여, 애프터버너 어댑터(282)가 저장가스 하우징(204)에 (예를 들면, 용접부(312)에서 용접을 통해) 적당히 고정된 보스(294)에 (예를 들면, 용접부(308)에서의 용접을 통해) 적당하게 고정된다. 요구된 시점까지 인플레이터(202) 내에 가압매체를 적절하게 유지하기 위하여, 제2밀폐 디스크(290)는 보스와 애프터버너 어댑터(282)의 단부 사이에 위치되어 용접부(308)에 의해 유지된다.
제1챔버(254)와 제2챔버(324) 사이에서의 유체 상호연결을 근거로 하여, 점화/부스터 물질(240)의 점화에 의해 발생된 가스뿐만 아니라, 추진장약(258)의 연소에 의해 생성된 추진 가스는 적어도 부분적으로 제2챔버(애프터버너)(324) 속으로 향하게 된다. 아래에서 설명된 방식으로 내부에서 신속한 압력증가로 인해, 제어될 때, 제2밀폐 디스크(또는 파열 디스크)(290)는, 인플레이터(202)로부터의 유동이 디퓨저(298)로 향하고 나서, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향하도록 개방된다. 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 적절한 비추력 출력을 제공하기 위하여, 디퓨저(298)는 다수개의 디퓨저배출구(300)를 이용한다. 또한, 디퓨저 스크린(304)이 디퓨저(298) 내에 수용되어 일정한 미립 물질을 인플레이터 내에 유지하고/또는 가스유동이 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향하기 전에 추진가스와 가압매체의 혼합/반응을 한층 더 촉진시킨다.
또한, 제2챔버(324)는 저장가스 하우징(204)과 유체적으로 상호 연통된다. 이런 관점에서, 적어도 하나 및 바람직하게는 다수의 가스발생기 인입구(316)가, 저장가스 하우징(204)으로부터의 가압매체가 적당한 시기에 제2챔버(324)로 유동할 수 있도록, 저장가스 하우징(204)과 제2챔버(324) 사이에 유체적 상호 연통을 제공한다. 즉, 일정한 적용을 위하여, 이 특정 유동은 유동방향에 관해 제어될 수 있다. 특히, 밸브(320)가 적어도 하나 및 바람직하게는 모든 가스발생기 인입구(316)에 인접하게 배치될 수 있다. 정적 상태에서, 밸브(320)가 저장가스를 상기 영역에서 제2챔버(324)로부터 실제로 격리시킬 필요가 없다. 사실, 다량의 가압매체가 정적상태에서 제2챔버(324) 내에 바람직하게 유지되며, 그에 따라, 비-밀봉 경계면이 상기 공급매체를 수용하게 된다. 배출구(316)를 덮어 저장가스 하우징(204)으로부터 제2챔버(324)를 격리하지 않는 밸브에 대한 하나의 형상은 실제적으로 원통 롤(roll)형상 쐐기 부품이다(예를 들면, 300 시리즈 스테인레스강, 0.002 인치 두께). 외팔보 형식의 연결이 밸브(320)와 제2하우징(278)의 내부 사이에 이용될 수 있다. 즉, 후반부(즉, 배출구(316)로부터 충분할 정도로 떨어진 말단부)가 제2하우징(278)의 전방 또는 중앙부에 부착되고 나머지는 부착되지 않으며, 그에 따라, 이동/변형이 자유로워 밸브(320)를 위한 작동능력을 제공한다.
이상의 설명을 기초로 하면, 정적 상태에서, 저장가스 하우징(204) 및 가스발생기 하우징(212)에서의 압력은 실제적으로 동일하다고 평가된다. 그러나, 동적 상태 또는 추진장약(258)의 점화 후, 인플레이터의 여러 "챔버"에서의 압력은 바람직한 성능을 달성할 정도로 차이를 가지게 된다. 이런 관점에서, 추진장약(258)이 점화될 때, 발생된 추진가스는 적어도 제2챔버(324)로 유동하기 시작하여 그 내부에서의 압력증가를 일으킨다. 적어도 하나의 블리드 배출구(262)가 설계에 병합될 때, 일부 추진가스는 역시 저장가스 하우징(204)내로 유동하여 초기에 그 내부에서 작은 압력증가를 초래한다. 바람직하기로는, 압력은 그 내부에서의 추진가스의 유입 및 유입가스의 상대적 체적 각각으로 인하여, 저장가스 하우징(204)의 경우보다 제2챔버(324) 내에서 더 큰 비율로 증가하게 된다. 이 압력차이는 밸브(320)를 가스발생기 하우징(212) 또는 특히 제2하우징(278)의 정렬된 부분의 내부에 대해 힘을 인가하게 되며, 그에 의해, 가스발생기 인입구(316)를 차단하므로써 저장가스 하우징(204)을 제2챔버(324)로부터 일시적으로 격리시킨다. 상기한 밸브(320)의 외팔보 형식의 상호연결은 상기 동작을 허용하게 된다. 제2챔버(324) 내의 압력이 소정 수준에 도달했을 때, 유체압력은 제2밀폐 디스크(290)에 직접 작용하여 디스크(290)를 파열 또는 파손시켜 개방하게 된다. 이에 의해, 이것은 가스발생기(208)로부터 디퓨저(298)로의 가스유동을 개시시켜 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 유동하게 한다.
상기한 바와 같이, 밸브(320)는 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 시기 적절한 유동개시를 허용한다. 특히, 일정한 설계에 대하여, 밸브(320)의 이용은, 제2챔버(324)가 제2밀폐 디스크(290)를 시기 적절하게 개방시킬 수 있는 비율로 신속하게 가압되도록 한다. 밸브(320)가 인플레이터(202)에서 이용되지 않으면, 추진가스는 제2챔버로부터 저장가스 하우징(204)으로 유동할 것이다. 이런 이유로, 제2챔버(324) 내에서의 압력이 제2밀폐 디스크(290)를 파열시킬 수 있는 수준까지 증가하는데 장시간이 소요될 수 있다. 그러나, 제2챔버(324)의 이용은 더 작은 가압챔버를 제공하며, 그에 의해, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 가스유동을 개시하는데 소요되는 시간을 감소시키게 된다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 일부 디자인에서는, 제2챔버의 체적이 충분히 작아지고/또는, (예를 들면, 추진장약(258) 및/또는 점화/부스터 물질(240)의 연소에 의해 발생된 가스의 연소를 제2챔버(324) 내에서의 신속한 가압에 작용하도록 이용함으로써) 만족스런 동작을 위해 밸브가 필요하지 않도록, 추진제 및 가압매체가 선정될 수도 있다.
밸브(320)는, 제1밀폐 디스크(290)가 개방되어 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 개시한 후, 그의 위치를 유지하여, 일정 시간동안 가스발생기 인입구(316)를 차단하게 된다. 그러나, 일단 저장가스 하우징(204)과 제2챔버(324) 사이에서 일정한 압력차이가 발달되면, 밸브(320)는 이 압력차에 의한 힘에 의해 이동되어 가스발생기 인입구(316)를 노출시키게 된다. 밸브(320)가 상기한 방식으로 구성될 때, 밸브(320)의 자유단은 중심축(220)을 향해 방사상 내측으로 이동하거나, 적어도 가스발생기 인입구(316)와 방사상으로 정렬된 이들 영역에서 밸브(320)의 좌굴이 발생되고, 상기 좌굴 영역을 통해 바람직한 가스유동을 허용하게 된다. 그러나, 밸브(320)는 제2 하우징(278)과의 상호연결에 의해 유지된다. 가스발생기 인입구(316)가 노출되었을 때, 저장가스 하우징(204)으로부터 제2챔버(324)로의 유동이 개시된다. 밸브(320)는 제1위치에서 제2위치로 이동 가능하다. 밸브(320)가 제1위치에 있을 경우, 인플레이터 작동시의 가스 유동은 밸브(320)에 의해 실질적으로 차단된다. 밸브(320)가 제2위치로 이동하고 저장가스 하우징(204) 내의 압력이 가스발생기 하우징(212) 내의 압력을 소정 정도만큼 초과할 때 유동을 허용한다. 제2위치는 제1위치의 방사상 내측이다.
물론, 제2챔버(324)의 주 기능은 제2밀폐 디스크(290)의 파열이 제2챔버(324)의 신속한 압력에 의한 다시 달성된 후, 가스가 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 방출하기 전에 추진가스 및 가압매체의 효과적인 혼합을 제공/허용하는 것이다. 상기한 타입의 추진제 조성(예를 들면, 총포류-타입 추진제, 하이브리드 추진제) 및 상기한 타입의 가압매체(예를 들면, 적어도 한 타입의 불활성 기체와 같은 불활성 유체 및 산소의 혼합물)를 이용하는 경우, 이 혼합은 추진가스를 한층 더 양호하게 연소시켜 상기한 이득을 제공한다(예를 들면, 유독성을 감소시키며, 한층 더 양호한 연소 및 관련된 팽창능력의 증대로 인플레이터(202)에 소요되는 추진제 량을 감소시킨다). 이런 이유로, 제2챔버(324)는 애프터버너로서 더욱 특징 지워질 수 있다. 바람직하게는, 점화/부스터 물질(240)의 점화로 인한 가스 및 추진가스의 모든 연소 중의 적어도 약 99%, 및 더 바람직하게는 상기 연소의 약 100%가 인플레이터(202)내에서 일어난다. 이것은 에어/안전 백(18)에 손상을 줄 가능성을 감소시킨다.
2차연소의 이득을 완전히 실현시키기 위하여, 제2챔버(324)는, 아래에서 설명되는 바와 같은 길이 또는 유도된 난류에 의해, 발생된 가스 및 가압매체의 충분한 혼합을 제공/허용해야 한다. 도5에서의 실시예에서, 가스발생기 배출구(286)에 가장 근접한 애프터버너 노즐(274) 및 모든 가스발생기 인입구(316)는, 상기한 운전자의 측면 응용을 위하여 적어도 15㎜의 거리만큼 상기 배출구로부터 격리되어야 한다. 상기 거리는 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에 대해 약 4㎜ ∼ 약 80㎜의 범위에서 설정된다. 또한, 제2챔버(324)의 상기 증가된 길이는, 저장가스 하우징(204)에서 제2챔버(324)로의 유동이 개시되기 전에, 제2챔버(324) 내에 정적상태로 수용되는 가압매체의 충분한 양이 발생 추진가스와 반응하도록 한다. 즉, 처음에, 제2챔버(324) 내에 수용된 충분한 가압매체가, 인플레이터(202)가 작동될 때, 저장가스 하우징(204)으로부터 제2챔버(324)로의 유동이 상기한 밸브(320)의 운동에 의해 개시될 때까지 추진가스와 반응을 한다.
"긴" 제2챔버(324)의 이득을 실현시키기 위하여, 물론, 가스발생기 인입구(316)가, 상기한 바와 같이, 가스발생기 배출구(286)로부터 충분한 거리를 두고 배치되는 것이 역시 바람직하다. 바람직하게는, 추진가스와 가압매체의 더 양호한 혼합을 촉진하기 위하여, (그들의 각 중앙선에 의해 정의되는) 중앙부 또는 전방부의 모든 가스발생기 인입구(316)는 애프터버너 노즐(273)의 단부와 평행하여야 하며, 상기한 바와 같이, 더 후방(기폭기(228)를 향한 방향)에 위치하는 것이 바람직하다.
인플레이터(202)에 대한 주어진 설계의 치수는 다양할 수 있으며, 특히, 저장가스 하우징(204)의 바람직한 용량범위는 표2에 나타낸 인플레이터 적용예에 따라 결정된다. 예를 들면, 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에 대한 저장가스 하우징(204)의 용량은 약 150㎤ ∼ 약 450㎤의 범위를 갖는다. 제1챔버(254)의 용량은 약 10㎤ ∼ 약 40㎤의 범위를 가질 수 있다. 제2챔버(324)의 용량은 약 1㎤ ∼ 약 50㎤의 범위를 가질 수 있다.
여기서, 상기 치수는 본 발명의 원리를 설명하기 위하여 하나의 실시예에 대하여 제공된다: 1) 저장가스 하우징(204)의 치수는 약 59㎜이며; 2) 저장가스 하우징(204)의 길이는 약 200㎜이며; 3) 저장가스 하우징(204)은 연강관으로 형성되고 약 2.5㎜의 벽두께를 가지며; 4) 저장가스 하우징(204)의 내부 체적(가압매체가 유지되고 중앙으로 배치된 가스발생기(208)의 체적을 포함하지 않는 부분)은 약 375cc 이며; 5) 가스발생기 하우징(212)의 제1하우징(216)의 직경은 약 20㎜이며; 6) 제1챔버(254)의 길이는 약 55㎜이며; 7) 제1하우징(216)은 연강으로 형성되고 1.5㎜의 벽두께를 가지며; 8) 가스발생기 하우징(212)의 제1챔버의 내부체적은 약 11cc이며; 9) 가스발생기 하우징(212)의 제2하우징(278)의 직경은 약 17㎜이며; 10) 제2챔버(324)의 길이는 약 90㎜이며; 11) 제2하우징(278)은 연강으로 형성되고 약 1.25㎜의 벽두께를 가지며; 12) 가스발생기 하우징(212)의 제2챔버(324)의 내부 체적은 약 14cc이며; 13) 약 3㎜의 직경을 각각 갖는 6개의 블리드 배출구(262); 14) 애프터버너 노즐(274)의 내부 구경은 약 2.5㎜이며; 15) 가스발생기 배출구(286)는 약 10㎜의 직경을 가지며; 16) 모든 가스발생기 인입구(316)는 가스발생기 배출구(286)로부터 76㎜의 거리를 두고 배치되며; 17) 노즐(274)은 가스발생기 배출구(286)로부터 약 75㎜의 거리를 두고 배치되며; 18) 디퓨저(298)의 내부 체적은 약 4cc이며; 19) 12개의 디퓨저 배출구(300)가 있으며; 20) 추진장약의 총중량은 약 9g이고 RDX, CA, TMETN 및 안정제를 갖춘 상기한 타입의 조성을 가지며; 21) 인플레이터(202) 내의 정압은 약 20.7MPa이며, 내부에는 아르곤(85%) 및 산소(15%)(몰 퍼센트)로 이루어진 약 140g의 가압매체가 충전되며; 22) 인플레이터(202)의 총중량은 약 1200g 이다. 가압매체가 가스의 누출을 검출하기 위하여 헬륨을 포함하는 경우, 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에 대한 가압매체는, 몰 퍼센트 기준으로, 약 8% 내지 약 30%의 산소, 약 60% 내지 약 91%의 아르곤 및 약 0.5% 내지 약 10%의 헬륨을 함유하는 것이 바람직하다.
인플레이터(202)의 작용은 주로 도6a 내지 도6d, 및 도7a 내지 도7d를 참조하여 설명된다. 정적상태에서, 제2밀폐 디스크(290)는 완전한 상태이고 밸브(320)는, 도6a 및 도7a에 도시된 바와 같이, 저장가스 하우징(204)을 제2챔버(324)로부터 격리시킬 필요가 없다. 에어/안전 백(18)(도1 참조)의 전개가 요구됨을 지시하는 적당한 신호가 검출기/센서(14)(도1 참조)로부터 수신될 때, 기폭기(228)는 활성화되어 제1밀폐 디스크(236)를 파열하고 점화/부스터 물질(240)을 점화하며, 차례로, 추진장약(258)을 점화하게 된다. 추진장약(258)의 연소는 제1챔버(254) 내에서 가스발생기 하우징(212)의 제2챔버 및 저장가스 하우징(204) 속으로 유동하는 추진가스를 발생시킨다. 제1챔버(254) 내부에서 뜨거운 추진가스의 비율 및 제2챔버(324) 및 저장가스 하우징(204) 양쪽으로의 뜨거운 추진가스의 도입으로 인해, 이들 "용기" 내에서의 해당 압력이 역시 증가한다.
적절한 시기에 제2밀폐 디스크(290)를 파열시켜서 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 개시시키기 위하여, 제2챔버(324) 내에서의 압력증가율은, 뜨거운 추진가스의 내부로의 유입으로 인하여, 저장가스 하우징(214) 내에서의 압력증가율보다 크도록 설계된다. 이 압력차이는 제2하우징(278)의 내부에 대해 밸브(320)를 안착시켜, 도6b 및 도7b에 도시된 바와 같이, 이 영역에서 저장가스 하우징(204)을 제2챔버(324)로부터 격리시키고 제2챔버(324)의 신속한 가압에 영향을 미치게 된다. 이에 따라, 추진가스와 반응하는 가압매체의 공급이 일시 중지되므로, 정적상태인 제2챔버(324) 내의 가압매체의 양은, 저장가스 하우징(204) 및 제2챔버(324) 사이에서 직접적인 유체 연통이 성립되기 이전에 도입된 추진가스와 반응하기에 충분하여야 한다.
일단 제2챔버(324) 내에서의 압력이 소정 크기로 도달하게 되면, 제2밀폐 디스크(290)에 직접 작용하는 유체압력은, 도6c에 도시된 바와 같이, 제2밀폐 디스크(290)를 파열시켜, 가스발생기 인입구(286)들을 통과한 가스가 디퓨저(298), 및 에어/안전 백(18)(도1 참조)을 통해 유동하게 된다. 그러나, 밸브(320)는, 도6c 및 도7c에 도시된 바와 같이, 가스발생기 인입구(316)를 막음으로써, 저장가스 하우징(204)으로부터 제2챔버(324)로의 유동을 계속해서 방해할 수 있다. 저장가스 하우징(204)과 제2챔버(324) 사이에서 소정의 압력차이가 발달된 후, 이것은 밸브(320)를 가스발생기 인입구(316)로부터 멀어지도록 이동시켜, 도6d 및 도7d에 도시된 바와 같이, 저장가스 하우징(204)으로부터 제2챔버(324)로의 가압매체의 유동을 성립시킨다. 예를 들면, 밸브(320)는 상기한 구조(예를 들면, 원통형 롤 형상의 얇은 금속조각)를 가지므로, 밸브(320)의 전방부는, 상기한 압력차로 인하여, 가스발생기 인입구(316)와 정렬되거나 근접한 영역에서 방사상 내측으로 이동하거나 좌굴된다. 그러나, 밸브의 후측 부분은 제2하우징(278)에 부착된 채로 유지된다.
상기 설명을 근거하면, 인플레이터(202)의 설계는 이용상 특히 적합하고 상기한 추진제(예를 들면, 총포류-타입, 하이브리드) 및 가압매체(예를 들면, 산소 및 적어도 하나의 불활성기체의 혼합물)를 포함하는 시스템 성능을 향상시키는 것이 명백하다. 예를 들면, 상기한 추진제 및 가압매체가 이용된 경우, 제2챔버(324) 내에서의 가압매체와 추진가스의 2차연소가 존재하게 된다. 이 추가적 연소는 가스를 더욱 팽창시키며, 소요 추진제의 양을 감소시키고, 이에 따라, 인플레이터(202)의 중량을 감소시킨다. 또한, 이 2차연소는 추진제 가스의 유독성을 역시 감소시킨다. "긴" 제2챔버(324), 특히, 가스발생기 배출구에 대하여 근접한 애프터버너 노즐(274)과 가스발생기 인입구(316) 사이의 거리를 이용하므로써, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 초래하기 전에 상기 2차연소가 일어나도록 하는 충분한 시간을 갖게 된다.
상기한 바와 같이, 일정 설계의 경우, 일반적으로 인플레이터(202)가 상기한 바와 같이 형성되나, 밸브를 이용하지 않을 수도 있다. 이것은 상기한 타입의 추진제 및 가압매체, 즉, 산화된 가압매체(예를 들면, 산소 및 하나 또는 그 이상 타입의 불활성 가스와 같은 불활성 유체의 복합구성 혼합물)와 혼합하므로써 제2챔버(324) 내에서 한층 더 양호하게 연소되는 추진 가스를 발생시키는 추진제를 이용하므로써 가능하게 될 수 있다. 이 경우, 제2챔버(324) 내에서의 추진가스의 "2차" 연소, 가능한 한, 점화/부스터 물질(240)의 점화로 기인한 가스의 2차연소는, 밸브(320)가 불필요하게 될 수 있는 충분한 압력증가/압력증가율에 영향을 미친다. 예를 들면, 2차연소는, 인플레이터(202)의 작동 후, 제2챔버 내에서의 압력증가/압력증가율의 약 30%를 책임지며, 될 수 있는 한, 약 50%까지 책임진다. 이런 이유로, 제2챔버(324)에서 화학 반응을 이용하여 신속한 가압을 근거한 유동개시를 달성할 수 있으며, 그에 의해, 밸브(320)의 필요성을 경감시키게 된다.
도1의 팽창 안전시스템(10)에서 이용된 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예가 도8 내지 도11에 도시된다. 인플레이터(350)는 기능적/작용적으로 상기한 인플레이터(202)와 유사하지만, 특히, 운전자의 측면 응용을 위해 배열된다. 이런 이유로, 특히, 상기한 타입의 추진제(예를 들면, 총포류-타입 추진제, 하이브리드 추진제) 및 복합성분의 가압매체(예를 들면, 산소 및 적어도 하나의 불활성기체와 같은 불활성 유체를 포함하는 혼합물)를 이용할 때, 인플레이터(350)는 팽창 시스템(10)의 성능을 향상시킨다.
먼저, 도8을 참조하면, 일반적으로, 하이브리드 인플레이터(350)는 두 개의 주요 구성요소, 즉, 가스발생기(362) 및 디퓨저(458)를 포함하는 중앙 하우징(358), 및 중앙 하우징(358)에 (예를 들면, 용접부(442, 450)에서 용접을 통해) 적당하게 원주방향으로 부착되어 용접밀봉을 만족스럽게 달성하는 저장가스 하우징(354)을 포함한다. 저장가스 하우징(354)은 원환체의 형상을 가지며 가압매체를 수용한다. 다시, 인플레이터(350)의 주된 장점은 (인플레이터(350)와 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이의 유동을 격리시키는) 제2밀폐 디스크(428)의 근처의 영역에서의 신속한 가압에 영향을 주어, 유체압력이 직접적으로 제2밀폐 디스크(428)에 작용하여 디스크를 "개방"시키는 것을 특징으로 한다. 특히, 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 인플레이터(350)의 또 다른 장점은 하이브리드의 활성화와 관련한 상당한 압력증가를 초기에 가스발생기(362) 내에서 집중시키는 것이다. 결과적으로, 저장가스 하우징(354)의 벽두께는 종래의 하이브리드 인플레이터 설계에 비교하여 감소되며(예를 들면, 저장가스 하우징(354)의 압력율이 감소될 수 있으며), 나아가서는 인플레이터(350)의 중량을 감소시킬 수 있다.
중앙 하우징(358)은 대체로 중앙, 인플레이터의 길이방향 축(352)상에 배치되고 가스발생기(362) 및 길이방향으로 정렬되고 일정간격이 유지된 디퓨저(458). 가스발생기(362)와 디퓨저(458) 모두 중앙 하우징(358)에 의해 적어도 부분적으로 정의된다. 예를 들면, 가스발생기(362)는 중앙 하우징(358)의 일부에 의해 정의된 원통형상 가스발생기 하우징(366), 점화조립체 홀더(370), 돔-형상 격벽(390), 및 가스발생기 단부 캡 조립체(420)를 포함한다. 또한, 가스발생기 하우징(366)이 다량의 가압매체를 정적상태로 수용하므로, 특히, 점화조립체 홀더(370)는 중앙 하우징(358)의 하부 및 저장가스 하우징(354)에 (예를 들면, 용접부(442)에서 용접을 통해) 적당하게 연결되어 훌륭하게 용접밀봉을 달성한다. 점화조립체 홀더(370)는 적절한 점화조립체(374)(예를 들면, 전기적으로 활성화가 가능한 도화폭관 또는 다른 적절한 점화장치)를 유지하며, O-링(372)이 경계면에서의 밀봉을 제공하기 위하여 이용될 수 있다. 가스발생기(362)내에서 가압매체로부터 점화조립체(374)를 격리시키기 위하여, 제1밀폐 디스크(제2밀폐 디스크)(378)가 점화조립체 홀더(370)의 단부에 (예를 들면, 용접부(446)에서 용접에 의해) 적절하게 부착되어 훌륭한 용접밀봉을 달성한다. 상기한 실시예에서, 제1밀폐 디스크(378)는 점화조립체의 점화조립체 홀더 단부캡(386)과 점화조립체 홀더 주 하우징(382)의 단부 사이에서 용접부(446)에 유지된다.
격벽(390)은 가스발생기 하우징(366)을 제1챔버(394) 및 제2챔버(418)로 구획한다. 제1챔버(394)는 중앙 하우징(358)의 하부, 점화조립체 홀더(370), 및 격벽(390)의 하면에 의해 정의되며, 점화조립체(374)에 인접하게 배치된다. 가스발생기 하우징(366)의 제1챔버(394)는, 점화 시, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 가스유동을 증대시키기 위한 추진가스를 발생시키는 추진장약(404)을 포함한다. 따라서, 제1챔버(394)는 추진실로서 역시 특징 지워질 수 있다. 추진장약(404)의 점화를 돕기 위하여, 적당한 점화/부스터 물질(408)(예를 들면, 89 wt%의 RDX 및 11 wt%의 알루미늄 분말, 가능하면, 0.5 wt% 내지 5.0 wt%의 RDX 및 알루미늄을 비례적으로 대체시켜 0.5 wt% 내지 5.0 wt%의 하이드록시프로필-셀룰로스를 첨가한 조성을 갖는 RDX/알루미늄 부스터 물질)이 점화조립체(374)의 적어도 일부와 정렬된 상태로 제1챔버(394)의 중앙부에 위치될 수 있다. 적당한 스크린(412), 부스터 컵 등은 추진장약(404)을 점화/부스터 물질(408)로부터 격리시킬 수 있다.
제1챔버(394)는, 통상적으로, 적어도 하나의 블리드 오리피스 또는 배출구(400)(상기 실시예에서는 2개)에 의해 유체적으로 상호 연결되어, 상기한 바와 같이, 정적상태에서 가압매체가 제1챔버(394) 내에 역시 수용된다. 상기한 실시예에서, 블리드 배출구(400)는 방사상으로 연장되고(즉, 중앙의 길이방향 축에서 방사선방향을 따라 연장되며), 실제적으로 수평상태이다(즉, 중앙 축(352)에 대해 수직인 평면 내에 포함된다). 블리드 배출구(400)의 크기 및/또는 수의 선정은, 인플레이터(202)에 관해 상기한 바와 같이, 인플레이터(350)의 성능을 "조정"하는 데 이용될 수 있다.
아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 점화/부스터 물질(408)의 점화로 인해 발생된 가스는 역시 가압매체와 화학적으로 반응하여 인플레이터(350)의 신속한 가압을 기초로 하는 유동개시 특성을 한층 더 향상시킬 수 있다.
추진가스의 일부를 제1챔버(394)로부터 저장가스 하우징(354)으로 향하게 하는 것이 에어/안전 백(18)으로의 원하는 출력 또는 방출을 달성하기 위하여, 즉, 에어/안전 백(18)의 바람직한 팽창률을 달성하기 위하여 이용될 수 있다. 특히, 아래에서 설명되는 바와 같이, 충분한 시간동안에 저장가스 하우징(354)에서 제2챔버(418)로의 실제적으로 일정한 유동이 유지되는 비율로, 추진가스를 저장가스 하우징(354)으로 제공하는 것이 바람직하다. 통상적으로, 발생된 추진가스의 소량만을, 작용 동안, 저장가스 하우징(354)으로 (예를 들면, 약 40% 이하, 통상적으로는 30% 이하의 추진가스 유동이 저장가스 하우징(354)으로 향하도록) 유동시켜 기대한 결과에 영향을 미치는 것이 필요하다. 블리드 배출구(400)가 이용될 때, 추진장약(404)의 점화 후, 저장가스 하우징(354)에서의 압력증가는 많은 상업적 하이브리드 설계의 경우 보다 상당히 작게 된다. 즉, 추진장약(404)의 점화에 공통적으로 관련된 충분한 압력증가는 실제적으로 가스발생기(362)에 의해 제한된다. 따라서, 저장가스 하우징(354)의 "강성"조건이 감소될 수 있다. 이는 저장가스 하우징(354)에 대한 벽두께의 감소 및/또는 경량재료의 이용을 허용하며, 인플레이터(350)의 중량을 감소시킨다. 예를 들면, 저장가스 하우징(354)에 대한 최대요구 벽두께는, 정적상태에서 내부압력이 약 4,000 psi이고 하우징(354)이 연강으로 형성된 경우, 약 0.075 인치가 된다.
제1챔버(394)로부터의 추진가스의 주된 유동(예를 들면, 전체 추진가스의 적어도 약 50%의 유동, 통상적으로는, 약 70%의 유동)은 (아래에서 논의된 이유로 애프터버너라고 알려진) 제2챔버(418)로 향한다. 가스발생기 하우징(366)의 제2챔버(418)는, 가스발생기 격벽(390)을 통해 연장하는 적어도 하나의 추진제 배출구(416)(본 실시예에서는 2개가 도시됨)에 의해, 가스발생기 하우징(366)의 제1챔버(394)와 완전하게 상호 연통된다. 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 에어/안전 백(18)(도1 참조)을 향하는 저장가스 하우징(354)의 가압매체를 위한 주 유동로는 역시 직접적으로 제2챔버(418)로 향하게 된다. 제1챔버(394)로부터 제2챔버(418)로 유동하는 추진가스와 (예를 들면, 상당한 기간 내부에 가스를 유지하는) 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)로 유동하는 가압매체의 충분한 "혼합"을 유도하기 위하여, 추진제 배출구(416)가 제2챔버(418) 내에서 와류형 유동을 유도하는 방향(예를 들면, 적어도 반경방향 속도성분으로 유입되는 방향)으로 향해진다. 이 와류형 유동을 유도하는 하나의 방법은 실질적으로 선형적으로 연장하는 가스발생기 추진제 배출구(416)를 도9에 도시된 방식으로 배향시킴으로써 실현된다. 각 배출구(416)는 그들의 각 기준평면 내에서 서로 대향하게 "경사진다".
가스발생기 하우징(366)의 제2챔버(418)는 제1챔버(394)와 길이방향으로 일직선으로 정렬되고, 하우징(366)의 주위에서 원주방향으로 배치된 저장가스 하우징(354)의 일부와 함께 가스발생기 격벽(390)에 의해, 제1챔버로부터 격리된다. 제2챔버(418)는 중앙 하우징(358)의 중간부분, 가스발생기 격벽(390), 및 가스발생기 단부캡 조립체(420)에 의해 정의된다. 가스발생기 단부캡은 중앙 하우징에 (예를 들면, 용접부(454)에서 용접을 통해) 적당하게 부착되며, 중앙 하우징(358)의 상부는 저장가스 하우징(354)의 상부에 (예를 들면, 용접부(450)에서 용접을 통해) 적당하게 부착된다. 바람직하게는, 제2챔버(418)가 정적상태에서 다량의 가압매체를 수용하므로, 양 용접부(450, 454)가 용접밀봉을 정의한다. 가스발생기 단부캡 조립체(420)는 적어도 하나의 가스발생기 배출구(424)(하나의 배출구가 도시됨)를 포함한다. 원하는 시간까지 인플레이터(350), 특히 제2챔버(418) 내에 가압매체를 적절하게 유지하기 위하여, 제2밀폐 디스크(428)가 가스발생기 단부캡 조립체(420)에 (예를 들면, 용접부(454)에서 용접을 통해) 적당하게 부착되어 만족스런 용접밀봉을 달성한다(예를 들면, 상부 가스발생기 단부캡(421)과 하부 가스발생기 단부캡(422) 사이에 끼워 넣어져 부착됨).
상기 제1챔버(394)와 상기 제2챔버(418) 사이의 유체적 상호연결을 기초로 하여 설명하면, 점화/부스터 물질(408)의 점화에 의해 발생된 가스뿐만 아니라, 추진장약(404)의 연소에 의해 생성된 추진가스는 제2챔버(418)로 적어도 일부 향하게 된다. 아래에서 설명된 방식으로 제어될 때, 내부에서의 신속한 압력증가로 인해, 제2밀폐 디스크(428)는 적절한 시기에 개방되어, 인플레이터(350)로부터의 가스유동이 디퓨저(458)로 향하고 난 다음, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향해지게 된다. 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 적절한 7 출력을 제공하기 위하여, 디퓨저(458)는 다수의 디퓨저 배출구(462)를 이용한다. 또한, 디퓨저 스크린(도시되지 않음)이, 인플레이터(350) 내에서 파열 디스크 조각들을 유지할 목적 및/또는 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 통과하기 전에 추진가스와 가압매체의 혼합/반응을 더욱 촉진할 목적으로 디퓨저(458) 내에 수용된다.
또한, 제2챔버(418)가 저장가스 하우징(354)과 유체적으로 상호 연결된다. 이런 관점에서, 적어도 하나 및 바람직하게는 다수의 가스발생기 인입구(432)가, 적절한 시기에 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)로 가압매체가 유동할 수 있도록, 저장가스 하우징(354)과 제2챔버(418) 사이에서의 유체적 상호 연결을 제공한다. 즉, 일정 설계/적용을 위하여, 상기 특정 유동은 그 유동방향이 제어될 수 있다. 특히, 밸브(438)가 적어도 하나 및 바람직하게는 모든 가스발생기 인입구(432)에 인접하게 배치될 수 있다. 정적 상태에서, 밸브(438)는 상기 영역에서 제2챔버(418)로부터 저장가스 하우징(354)을 실제로 격리할 필요는 없다. 사실상, 다량의 가압매체가 정적인 상태에서 제2챔버(418) 내에 만족스럽게 유지되며, 비-밀봉 경계면이 상기 공급매체를 수용하게 된다. 인입구(432)를 덮어 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)를 격리하지 않는 밸브에 대한 하나의 형상은 롤 형상 쐐기 부품(예를 들면, 0.002 인치 두께의 스테인레스강)이다. 외팔보 형식의 연결이 밸브(438)와 가스발생기 하우징(366)의 내부 사이에서 이용될 수 있다. 즉, 밸브(438)의 후반부는 그의 전방부가 부착되지 않은 채로, 중앙 하우징(358)과 격벽(390) 사이에 유지되며, 이에 의해, 이동/변형이 자유로와 밸브(438)에 대한 작동능력을 제공한다. 밸브(438)의 형상이 채택되더라도, 별도의 플러그(438a, 438b)(도14a 및 도14b 참조)가 각 인입구(432)에 배치될 수 있다. 이들 플러그(438a, 438b)는 사슬(439) 등(도14b에 도시됨)에 의해 인플레이터(350)와 만족스럽게 상호 연결된다. 또한, 플러그(438a, 438b)를 인입구(432) 내에서 가요성 부재(433)와 함께 지지하는 것이 바람직하다(도14a 참조). 또한, 플러그(438a, 438b)는 여기서 설명된 다른 하이브리드 인플레이터와 함께 이용될 수 있다.
상기한 설명을 근거로 하면, 정적 상태에서, 저장가스 하우징(354) 및 가스발생기(362) 전체에 걸친 압력은 실제적으로 동등하다. 그러나, 동적 상태 또는 추진장약(404)의 점화 후, 인플레이터(350)의 여러 "챔버" 전체에 걸친 압력은 원하는 성능을 달성하기 위하여 달라진다. 이런 관점에서, 추진장약(404)이 점화될 때, 추진가스가 적어도 제2챔버(418)로 유동하기 시작하여 그 내부에서 압력증가를 야기한다. 적어도 하나의 블리드 배출구(400)가 설계에 병합될 경우, 일부 추진가스가 저장가스 하우징(354)으로 역시 유동하여 그 내부에서 압력증가를 야기한다. 바람직하기로는, 내부로의 추진가스들의 유입 및 유입된 가스의 체적으로 인해, 압력은 저장가스 하우징(354)에서 보다 제2챔버(418) 내에서 더 큰 비율로 증가한다. 이 압력차는 가스발생기 하우징(366)의 정렬된 부분의 내부에 대해 밸브(438)를 밀어붙이고, 이에 따라, 밸브가 가스발생기 인입구(432)를 덮음으로써 저장가스 하우징(354)을 제2챔버(418)로부터 일시적으로 격리시킨다. 제2챔버(418) 내에서의 압력이 소정수준에 도달할 때, 유압 그 자체는 제2밀폐 디스크(428)를 파열 또는 파손시켜 개방시키게 된다. 이에 의한 상기 개방은 가스발생기(362)로부터 디퓨저(458)로의 가스유동을 개시시키고 나서, 에어/안전 백(18)으로 가스가 유동하도록 한다.
상기한 바와 같이, 밸브(438)는, 일정 설계/적용에서, 시기절적한 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동개시를 허용한다. 특히, 어떤 설계에 대해, 밸브(438)의 이용은, 시기 적절하게 제2밀폐 디스크를 개방시킬 수 있는 비율로 제2챔버(418)를 가압한다. 인플레이터(350)에서 이용된 밸브(438)가 없다면, 추진가스는 제2챔버(418)로부터 저장가스 하우징(354)으로 유동하게 된다. 이런 이유로, 제2챔버(418) 내에서의 압력이 제2밀폐 디스크(428)를 파열시키는 수준까지 증가하는데 더 긴 시간이 소요된다. 그러나, 제2챔버(418)의 이용은 더 작은 가압실(가압 챔버)을 제공하며, 그에 의해, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 가스유동을 개시하는데 소요되는 시간을 감소시킨다. 아래에서 설명되는 바와 같이, 일부 디자인의 경우, 제2챔버의 체적이 충분히 작게 제작될 수 있고 또는, 추진제 및 가압매체의 선정은 만족스런 작용을 위하여 (예를 들면, 제2챔버(418) 내에서의 신속한 가압에 영향을 미치기 위하여 추진장약(404) 및/또는 점화/부스터 물질(418)의 연소에 의해 발생된 가스의 연소를 이용함으로써) 밸브(438)가 불필요하게 될 수 있다.
제2밀폐 디스크(428)가 개방되어 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 개시한 후, 밸브(438)는 그 위치를 유지하면서, 일정 시간동안 가스발생기 인입구(432)를 폐쇄한다. 그럼에도 불구하고, 일단 소정 압력차가 저장가스 하우징(354)과 제2챔버(418) 사이에서 발달되면, 밸브(438)의 상부 자유단이 이 압력차의 힘에 의해 이동하여 가스발생기 인입구(432)를 노출시켜서 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)로의 가스유동이 개시된다. 밸브(438)의 하단은 가스발생기 하우징(366)에 부착된 채로 유지된다. 밸브(438)가 롤 형상의 쐐기 부품일 경우, 상기 밸브의 거동은 반경방향 내측으로 중앙 축(352)을 향하거나, 적어도 가스발생기 인입구(432)와 반경방향으로 정렬된 영역에서 밸브(438)가 좌굴 함으로써, 상기 인입구를 통한 원하는 유동을 허용할 수 있다.
제2챔버(418)의 주된 기능은, 신속한 가압 기술을 통한 제2밀폐 디스크(428)의 파열 후, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 방출되기 전에 추진가스와 가압매체의 효과적인 혼합을 제공/허용하는 것이다. 상기한 타입의 추진제 조성물(예를 들면, 총포류-타입 추진제, 하이브리드 추진제) 및 상기한 타입의 가압매체(예를 들면, 적어도 한 타입의 불활성 기체와 같은 불활성 유체의 혼합)를 이용할 때, 상기 혼합은 (예를 들면, 유독성을 감소시키고, 한층 더한 연소 및 그에 관련하여 증가된 팽창 능력에 따라 요구되는 추진제 량을 감소시키는) 상기한 이득을 제공하기 위하여 추진가스를 한층 더 양호하게 연소시킨다. 이런 이유로, 제2챔버(418)는 애프터버너로서 특징 지워질 수 있다. 바람직하기로는, 추진가스 및 점화/부스터물질 가스의 모든 연소의 적어도 약 99%, 더욱 바람직하기로는, 연소의 약 100%가 인플레이터(350) 내에서 발생된다. 이러한 점은 에어/안전 백(18)(도1 참조)의 손상 가능성을 감소시킨다.
운전자의 측면 응용에 의해 부가된 제한으로 인하여, 통상적으로, 인플레이터(202)에서와 같은 "긴" 제2챔버(418)를 이용하여 애프터버너 기능을 제공하는 것이 비현실적이다. 인플레이터(350)의 운전자의 측면 응용에서 인플레이터(350)의 "짧은" 제2챔버(418)의 이용에 따른 특성을 보상하기 위하여, 제2챔버(418) 내에서 가압매체와 추진가스의 혼합을 촉진하도록 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)로의 유동(주로, 가압매체이지만, 또한, 다량의 추진가스 및/또는 점화/부스터 물질의 가스일 수도 있음)하는 와류 운동을 유도하므로써, 추진가스와 가압매체의 혼합을 향상시킬 수 있다. 상기 와류 운동은, 추진가스 및 가압매체가 제2챔버(418) 내에서 유지되면서 화학적으로 반응하는 시간을 증대시킨다.
상기한 와류형 운동을 유도하는 한 방법은 대체로 선형적으로 연장하는 가스발생기 인입구(432)를 수평 기준평면 내에서 특정 방향을 향하게 하지만, 이들 인입구(432)의 축이, 도10에 도시된 바와 같이, 인플레이터(350)의 중앙 길이방향 축(352)을 통과하지 않도록 하는 것이다. 즉, 실질적으로 선형인 인입구(432)는, 제2챔버(418)와 저장가스 하우징(354)을 상호 연결하기 위하여, 중앙 길이방향 축(352)으로부터 반경을 따라서 외측으로 돌출하지 않으며, 대신에, 주어진 인입구(432)의 일 부분이 하나의 반경 위치에 배치되며, 반면에 다른 부분이 다른 반지름 위치에 배치된다. 이런 이유로, 저장가스 하우징(354)으로부터 제2챔버(418)로의 유동이 대체로 도10의 화살표 A 방향이 된다. 인입하는 가압매체와 추진가스의 혼합을 한층 더 양호하게 유도하기 위하여, 또한 추진제 배출구(416)를 가스발생기 인입구(432)가 제2챔버(418)의 내부와 접하는 방향으로 향해하게 할 수 있다.
인플레이터(350)에 대해 주어진 설계 치수는 다양하다. 특히, 인플레이터(350)의 각 챔버의 용량은 인플레이터 적용예에 따라 달라진다. 예를 들면, 본 발명에 관련된 하나 또는 그 이상의 측면에 대한 인플레이터 하우징의 용량은 약 50㎤ ∼ 약 150㎤ 범위일 수 있다. 제1챔버(394)의 용량은 약 5㎤ ∼ 약 15㎤의 범위이다. 제2챔버(418)의 용량은 약 1㎤ ∼ 약 20㎤의 범위일 수 있다. 여기서, 하기된 바와 유사한 성능특성을 가져야 하는 일실시예에 대한 각부 치수가 제공된다: 1) 인플레이터(350)의 직경은 3.25 인치이며; 2) 중앙 하우징(358)의 높이는 약 1.6 인치이며; 3) 저장가스 하우징(354)의 높이는 약 1.2 인치이며; 4) 저장가스 하우징(354)의 내부 체적은 약 5 입방인치(in3) 이며; 5) 가스발생기 하우징(366)의 제1챔버(394)의 내부 체적은 약 7cc 이며; 6) 가스발생기 하우징(366)의 제2챔버(418)의 내부 체적은 2cc 이며; 7) 약 1.5㎜의 직경을 갖는 두 개의 블리드 배출구(400)가 구비되며; 8) 약 2㎜의 직경을 갖는 추진제 배출구(416)를 가지며; 9) 추진장약(404)은 RDX, CA, TMETN 및 안정제를 포함하는 상기한 타입의 조성을 가지며, 전체 중량이 약 3.5g 이며; 10) 저장가스 하우징(354) 내에서의 정압력은 약 4,000psi 이고, 하우징 내부는 아르곤 85% 및 산소 15%(몰 퍼센트)의 조성을 갖는 약 40g의 가압매체로 채워지며; 11) 인플레이터(350)는 연강으로 형성되며; 12) 저장가스 하우징의 벽두께는 0.075 인치이고 약 18,000psi의 압력율(파열)을 가지며; 13) 중앙 하우징(358)의 벽두께는 약 0.0625 인치이며; 14) 인플레이터(350)의 전체중량은 약 400g 이다.
인플레이터(350)의 작용을 도11a 내지 도11c를 참조하여 설명한다. 적절한 신호가 검출기/센서(14)(도1 참조)로부터 수신될 경우, 점화 조립체(374)는 활성화되어 제1밀폐 디스크(378)를 파열시키고 점화/부스터 물질(408)을 점화시키며, 차례로, 도11a에 도시된 바와 같이, 추진장약(404)을 점화시킨다. 추진장약(404)의 연소는 제1챔버(394) 내에서 추진가스를 발생시키며, 상기 추진가스는 가스발생기 하우징(366)의 제2챔버(418) 및 저장가스 하우징(354)으로 유동하고, 그 장소에서 상기 추진가스는 가압매체와 혼합된다. 제1챔버(394)에서의 뜨거운 추진가스의 존재, 및 제2챔버(418) 및 저장가스 하우징(354) 양쪽으로 뜨거운 추진가스의 유입으로 인하여, 이들 "용기" 내에서 해당 압력이 역시 증가하게 된다.
적절한 시기에 제2밀폐 디스크(428)를 파열시켜 에어/안전 백(도1 참조)으로 유동을 개시시키기 위하여, 제2챔버(418) 내에서의 압력증가율은, 뜨거운 추진가스들의 유입 및 유입가스들의 각 체적으로 인해, 저장가스 하우징(354) 내에서의 압력증가율보다 더 커지도록 설계된다. 이 압력차는 가스발생기 하우징(366)의 내부에 대해 밸브(438)를 안착시켜, 도11a에 도시된 바와 같이, 이 영역에서 저장가스 하우징(354)을 제2챔버(418)로부터 격리시킨다. 추진가스와 반응하는 가압매체의 공급이 일시 정지되므로, 정적 상태에서 제2챔버(418) 내에 있는 가압매체의 양은, 저장가스 하우징(354)과 제2챔버(418) 사이에서 유체 연통이 성립되기 이전에 유입된 추진가스와 반응할 정도로 충분하여야 한다.
일단 제2챔버(418) 내의 압력이 소정 크기에 도달하면, 도11b에 도시된 바와 같이, 압력은 제2밀폐 디스크(428)를 파열시키며, 그에 의해, 가스가 가스발생기 배출구(424)를 통해 디퓨저(458)로, 이어서 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 유동하게 된다. 그러나, 밸브(438)는, 가스발생기 인입구(432)를 막음으로써, 직접적으로 저장가스 하우징(354)에서 제2챔버(418)로 향하는 유동을 계속 방해한다. 저장가스 하우징(354)과 제2챔버(418) 사이에서 일정한 압력차가 발달된 후, 압력차에 따른 결과적 힘이 밸브(438)를 가스발생기 인입구(432)로부터 벗어나도록 이동시키거나 변형시켜 저장가스 하우징(354)에서 제2챔버(418)로의 가압매체의 유동을 성립시킨다. 예를 들면, 밸브(438)에 대한 상기한 구조(예를 들면, 롤 형상의 쐐기 부품)를 갖는, 일방향 체크 밸브(438)는 상기한 압력차이의 영향으로 적어도 가스발생기 인입구(432)와 정렬되거나 근처의 영역에서 좌굴하게 된다. 상기한 바와 같이, 제1챔버(394)를 통해 제2챔버(418)로 계속 제공되는 추진가스와 가압매체의 혼합을 촉진시키기 위하여, 제2챔버(418)로의 가압매체 및 추진가스의 유동은 와류 형태가 된다. 이것은, 혼합물이 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 제공되기 전에 제2챔버(418) 내에서 유지되는 시간을 증가시킨다.
유사한 치수와 다른 특성을 갖는 상기한 실시예의 시험 모델에 대한 압력곡선이 도12에 도시된다. 일반적으로, 이들 곡선은 아래에서 자세하게 설명되는 도13a 내지 도13d에 나타난 것과 동일하다: 처음, 인플레이터(350) 내에서의 정압은 약 4,000psi 이다. 시간 T1(약 5ms)에서, 인플레이터(350)는 작동되고 추진장약(404)은 점화된다. 이렇게 하여, 추진장약(404)은 제1챔버(394), 저장가스 하우징(354), 및 제2챔버(418) 각각에서 압력을 증가시킨다. 제1 및 제2 챔버(394, 418) 내에서의 최고압력은 시간 T2에서 일어나며, 이때, 제2밀폐 디스크(428)의 파열이 일어난다. 시간 T2(작동(활성화) 이후, 약 1ms)에서, 제1챔버(394) 내의 압력은 4,000psi의 정적상태에서 약 7,000psi로 증가되며, 저장가스 하우징(354) 내의 압력은 4,000 psi의 정적상태에서 약 4,500 psi로 증가했다.
제2밀폐 디스크(428)가 개방된 후, 제2챔버(418) 내에서 압력강하가 존재한다. 시간 T3에서, 저장가스 하우징과 제2챔버(418) 사이의 압력차이는 밸브(438)를 개방하기에 충분하며, 그로 인해, 압력은 제2챔버(418) 내에서 다시 증가하도록 가스발생기 인입구(432)를 노출시킨다. 즉, 시간 T3 후에, 저장가스 하우징(354) 및 제1챔버(394)로부터 제2챔버(418)로의 유동이 존재한다. 제2챔버(418)에서의 압력은 시간 T4에서 최고 약 4,750psi까지 증가하고, 그 후, 쇠퇴된다. 실제적으로, 이것은, 최고압력이 약 5,000psi인 저장가스 하우징(354)에서 존재하는 시간과 일치한다. 이런 이유로, 인플레이터(350) 내에서의 압력증가는 저장가스 하우징(354)과 비하여 가스발생기(362)에서 주로 집중된다. 따라서, 저장가스 하우징(354)의 벽두께는 상기한 바와 같이 감소될 수 있다. 특히, 제2챔버(418)에서의 압력이 비교적 일정하게 유지된 채로(단지, 약 4,000psi와 약 4,600psi 사이에서 변동함) , 원하는 출력이 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 제공될 수 있다.
상기한 바와 같이, 일정 설계의 경우, 인플레이터(350)가 대체로 상기한 바와 같이 형성될 수 있으나, 밸브(438)를 이용하지 않을 수도 있다. 이것은 상기한 타입의 추진제 및 가압매체, 즉, 산화하는 가압매체(예를 들면, 아르곤, 질소 등의 하나 또는 그 이상의 타입의 불활성기체와 같은 불활성유체 및 산소의 복합성분 혼합물)와의 혼합에 의해 제2챔버(418)에서 한층 더 양호하게 연소되는 추진 가스를 발생시키는 추진제를 이용하므로써 가능해진다. 이 경우, 제2챔버(418)내에서, 추진가스의 "2차" 연소, 및 가능한 한, 점화/부스터 물질(408)의 점화에 기인하는 가스의 2차연소는, 밸브(438)가 필요하지 않을 정도로, 충분한 압력증가/증가율에 작용한다. 예를 들면, 2차연소는, 인플레이터(350)의 작동 후, 제2챔버(418) 내에서 적어도 약 30%의 압력증가/증가율에 기여하며, 약 50%까지 가능하다. 이런 이유로, 제2챔버(418)에서의 화학반응을 이용하여 신속한 가압에 기초한 유동개시를 달성하며, 그로 의해, 밸브(438)에 대한 필요성을 경감시킬 수 있다.
밸브(438) 없이, 상기한 방식으로 구성된 인플레이터(350)에 관하여, 제1챔버(394), 제2챔버(418) 및 저장가스 하우징(354) 내에서의 압력, 및 에어/안전 백(18)(도1 참조)을 나타내는 고정벽체 용기에서의 압력에 대한 시간변화에 따른 압력변화 곡선이 도13a 내지 도13d에 각각 도시된다. 도12와 도13a 내지 도13c의 비교에 의해 알 수 있는 바와 같이, 밸브(438)를 이용하지 않고도 거의 동등한 성능이 달성될 수 있다. 이것은, 제2챔버(418) 내에서의 신속한 가압에 작용하여 제2밀폐 디스크(428)를 개방하도록 하기 위하여, 제2챔버(418)에서 가스의 연소를 제공하는 특정 타입의 추진제 및 가압매체의 이용에 주로 기여한다. 도15는 본 발명에 따른 인플레이터의 변형예를 나타낸다. 변형된 인플레이터는 도5에 도시된 인플레이터와 유사한 구조를 가진다. 따라서, 유사 구조에 대한 설명을 생략하며, 그에 대한 참조부호는 도5의 인플레이터의 구성부재를 나타내는 참조부호와 동일한 부호로 지시한다. 이하, 도5의 인플레이터와 도15의 변형된 인플레이터 사이에서의 차이점을 주로 하여 설명한다.
제1챔버(501)는 제2챔버(502)보다 큰 내부 직경을 가진다. 제2챔버(502)의 길이는 도5의 제2챔버(324)보다 극히 작게 설정된다. 따라서, 제2챔버(502)는 제1챔버(501)보다 극히 작은 용량을 갖는다. 제2챔버(502)의 용량은 본 실시예에서의 제1챔버(501)의 용량의 약 1/20이다.
이송관(503)이 제1챔버(501)의 축상에 위치하여 기폭기(228)를 에스퍼레이터 노즐(274)에 연결시킨다. 이송관(503)은 중공체이며 외주 벽에 다수의 상호연결 배출구(504)를 갖는다. 이송관(503) 및 에스퍼레이터 노즐(274)은 제1챔버(501)를 제2챔버(502)와 연통시킨다(예를 들면, 기폭기(228) 및 디스크(290) 사이의 축 경로밖에 고체 추진제를 유지시키는 데 도움을 준다). 일반적으로, 제1밀폐 디스크(236)는 기폭기(228)와 제1챔버(501) 사이에서 정의된 통로(507)를 폐쇄한다.
제2챔버(502)는 애프터버너 파이프(505)에 의해 배출구(286)에 연결된다. 제2챔버(502) 및 에스퍼레이터 노즐(274) 가까이에 위치한 제2밀폐 디스크(290)는, 통상적으로, 파이프(505)를 통해 배출구(286)를 폐쇄한다. 블리드 배출구(262)는 제1챔버(501)를 저장가스 하우징(204)과 연통시킨다. 인입구(316)에는 제2챔버(502)가 제공된다. 밸브(320)가 제2챔버(502)의 내벽에 밀착하지 않으므로, 인입구(316)는 정적상태에서 개방된다.
정적상태에서, 저장가스 하우징(204), 제1챔버(501) 및 제2챔버(502)에서의 압력은 에스퍼레이터 노즐(274), 이송관(503), 인입구(316) 및 블리드 배출구(262)에 의해 전달 된다. 정적상태에서, 기폭기(228)가 작동될 경우, 제1밀폐 디스크(236)가 파손되고 추진장약(258)은 연소된다. 추진장약(258)으로부터 발생된 연소가스는 제1챔버(501)에서의 압력을 증가시킨 후, 이송관(503) 및 에스퍼레이터 노즐(274)을 통해 제2챔버(502)에서의 압력을 증가시킨다. 증가된 압력은 밸브(320)를 제2챔버(502)의 벽을 향해 이동시켜서 인입구(316)를 폐쇄한다. 연소가스는 에스퍼레이터(274)로부터 파이프(505)를 향해 주입되어 제2밀폐 디스크(290)를 파손시킨다.
이어서, 제2챔버(502)에서의 압력은 일시적으로 감소하여 밸브(320)가 인입구(316)를 개방하도록 한다. 결과적으로, 가압매체는 인입구(316)를 통해 제2챔버(502) 및 파이프(505)로 들어간다. 가압매체에서의 산소는 연소가스 중의 일산화탄소 및 수소와 화학적으로 반응하여 그것들을 제2챔버(502) 및 파이프(505) 내에서 이산화탄소 및 수증기로 변환시킨다. 가압매체에서의 이산화탄소, 수증기, 및 아르곤은 배출구(286) 및 디퓨저(508)를 통해 에어 백(도시되지 않음)으로 공급되어 에어 백을 팽창시킨다.
상기한 바와 같이, 제2챔버(502)는 본 실시예에서 제1챔버(501)보다 작게 형성된다. 또한, 제2밀폐 디스크(290)는 에스퍼레이터 노즐(274) 근처에 위치된다. 결과적으로, 도5 및 도8에 도시된 인플레이터와 동일한 효과 및 장점에 더하여, 본 실시예의 경우, 제1 및 제2챔버(501, 502)에서의 압력증가가 신속하게 일어나며, 이에 의해, 디스크(290)를 신속하게 파손시킨다.
다수의 배출구(504)를 갖는 이송관(503)은, 유동이 배출구(504)를 통과할 때, 연소가스의 유동속도를 증가시킨다. 이것은 디스크(290)의 신속한 파손에 기여한다.
이송관(503)이 도5에 도시된 실시예에 적용 가능함이 주목된다. 또한, 도5에 도시된 각 에스퍼레이터 노즐의 개구 면적, 및 블리드 배출구의 개구 면적의 합에 관하여, 가압매체 또는 추진가스가 제1챔버로 도입되는 여부에 따라서, 어느 한쪽의 면적이 다른 쪽 면적보다 크도록 결정될 수 있다.
표2는 본 발명에 관한 하나 또는 그 이상의 측면과 관련하여 이용에 적합한 도5, 도8 및 도15에 도시된 인플레이터의 물리적 특성을 표시한다. 예를 들면, 표2는 추진장약, 가압가스 및 가압매체의 수치 범위를 표시한다.
[표 2]
도1의 팽창 안전시스템(10)에 병합될 수 있으며, 본 발명에 관한 하나 또는 그 이상의 측면으로 이용될 수 있는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예가 도16에 도시된다.
인플레이터(614)는 에어/안전 백(18)으로의 유동을 증가시키기 위한 가압매체(620)를 팽창시키기 위한 추진가스를 발생시키는 가스발생기(624)뿐만 아니라, 에어/안전 백(18)(도1 참조)에 제공되는 가압매체(620)를 갖는 원통형 인플레이터 하우징(622)을 포함한다.
인플레이터(614)는 측면(충격) 인플레이터로 이용될 수 있으며, 이에 의해, 차량의 좌석 또는 도어에 부착될 수 있다(예를 들면, 차량의 측면부가 충돌되었을 때, 좌석에 앉은 탑승자를 보호하기 위해 이용된다). 가압매체(620)는 불활성 유체(예를 들면, 아르곤) 및 산소를 포함하며, 상기한 타입의 추진제가 역시 이용될 수 있다.
가스발생기 하우징(644)은 인플레이터 하우징(622)의 우측단부 개구(642)에 용접되며, 일부분이 인플레이터 하우징(622) 내에 배치된다. 가스발생기 하우징(644)의 수용 챔버(645) 내에는, 연소시 추진가스를 발생시키는 추진제(646)(예를 들면, 상기한 타입 중에서 한 타입)가 수용되고 추진제 점화 조립체(648)가 배치된다. 가스 발생기 하우징(644) 및 추진제 점화 조립체(648)는 인플레이터 하우징(622)의 길이방향 축(617) 상에 정렬된다.
추진제(646)는 니트라민 추진제이고, 바람직하기로는, 예를 들면, 약 70 wt%의 RDX(hexahydrotrinitrotriazine), 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 셀룰로스 아세테이트 및 약 5 wt% ∼ 약 15 wt%의 GAP(glycidyl azide polymer). 연소시, 추진제(646)는 일산화탄소 및 수소를 포함하는 연소가스를 발생시킨다.
가스발생기 하우징(644)은, 그 내부 단부에, 평상시 제1디스크(652)에 의해 막힌 상호연결 배출구(650)를 포함한다. 링-형상의 커넥터(626)는 인플레이터 하우징(622)의 좌측단부 개구(625)에 용접된다. 캡-형상의 디퓨저(630)가 커넥터(625)의 좌측단부 개구(628)에 고정된다. 디퓨저(630)는 다수의 구멍(632)을 갖는 외주 벽(630a) 및 상부 벽(630b)을 포함한다. 디퓨저(630)는 축(617) 상에 정렬되고 에어/안전 백(18)(도1 참조)과 유체적으로 상호 연결된다.
커넥터(626)의 우측단부는 인플레이터 하우징(622)의 배출구(634)를 형성한다. 제2밀폐 디스크(636)는 배출구(634)에 배치되며, 평상시에는 배출구(634)를 막는다. 디퓨저(630)는 배출구(634)와 유체적으로 상호 연결된 개구부(630c)를 포함한다. 다수의 구멍(638)을 갖는 캡(640)은 배출구(634)를 덮도록 커넥터(626)에 부착된다. 따라서, 내부 인플레이터 하우징(622)은 평상시에는 두 개의 디스크(636, 652) 및 인플레이터 하우징(622)의 외주 벽에 의해 폐쇄된다. 수용 챔버(645)는 상호 연결 배출구(650)에 의해 인플레이터 하우징(622)의 내부와 유체적으로 상호 연통되는 반면에, 인플레이터 하우징(622)의 내부는, 제1 및 제2디스크(652, 636)가 파열될 때, 구멍(638)에 의해 배출구(634)와 유체적으로 상호 연결된다.
일실시예에서, 제1 및 제2 디스크(652, 636) 사이의 거리는 약 20㎜ ∼ 약 70㎜가 바람직하다. 인플레이터 하우징(622) 내에 수용되는 가압매체(620)의 양은 약 40㎤ ∼ 약 100㎤의 범위이다. 일실시예에서 인플레이터 하우징(622) 내의 가압매체(620)의 양은 약 50㎤ ∼ 약 90㎤ 범위가 더 바람직하다. 인플레이터 하우징(622)의 내부는 약 4,000psi의 고압으로 유지될 수 있다.
추진제 점화/조립체(648)가 검출기(612)로부터의 신호에 응답하여 작동될 경우, 추진제(646)는 연소하여 연소가스를 발생시킨다. 상기 연소가스는 일산화탄소 및 수소를 포함한다. 연소가스는 제1디스크(652)를 파열시키도록 가스발생기 하우징(644) 내의 압력을 증가시킨다. 그 후, 연소가스는 상호연결 배출구(650)를 통해 인플레이터 하우징(622)으로 유동하고 그 내부에서 가압매체(620)와 혼합된다.
가압매체(620)는 산소를 포함하며, 이는 연소가스 중의 일산화탄소 및 수소와 작용하여 이산화탄소 및 수증기를 발생시킨다. 연소가스는 인플레이터 하우징(622) 내에서의 압력을 증가시키며, 이 압력증가는 구멍(638)을 통해 제2디스크(636)에 작용한다. 즉, 가스는 캡(640)의 단부 벽(641) 주위를 흘러서 구멍(638)으로 들어가야 한다. 이는 하우징(622) 내에서의 더욱 완전한 연소를 용이하게 한다. 이에 따라, 단부 벽(641)은 배출구에서 인플레이터(614)로 향해 배치된 추진제 트랩으로 작용한다고 할 수 있다.
제2디스크(636)는 그 부근에서의 압력증가에 의해 파열되고, 파열되었을 때, 고압의 이산화탄소, 수증기 및 불활성기체를 디퓨저(630)의 구멍(632) 및 배출구(634)를 통해 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 공급한다. 이에 따라, 에어/안전 백(18)(도1 참조)은 소정 시간동안에 소정량만큼 효과적으로 팽창된다.
상기한 바와 같이, 제1 및 제2 디스크(652, 636) 및 디퓨저(630)는, 전체 인플레이터가 소형의 원통형상으로 형성될 수 있도록, 본 실시예에서 인플레이터 하우징(622)의 축(617) 상에 배치된다. 결과적으로, 인플레이터는 도어 또는 좌석의 배치를 개조하지 않고도 차량의 도어 또는 좌석의 내부와 같은 한정된 공간 내에 견고하게 부착될 수 있다.
이 실시예에서, 추진제(646)는, 연소 시, 일산화탄소 및 수소를 포함하는 연소가스를 발생시킨다. 연소가스는 가압매체(620)의 산소와 반응하여 이산화탄소와 수증기로 변환된다. 따라서, 에어/안전 백(18)(도1 참조)은 탑승자에게 실질적으로 무해한 가스에 의해 팽창될 수 있다.
디퓨저(630)는 컵-형상으로 형성되고 외주 벽(630a) 및 상부 벽(630b)을 포함한다. 디퓨저(630)는 배출구(634)와 유체적으로 상호 연결된 개구(630c) 및 외주 벽(630a)에서 개구(630c)와 유체적으로 상호 연결된 다수의 구멍(632)을 더 포함한다. 따라서, 에어/안전 백(18)(도1 참조)은, 가스가 인플레이터 하우징(622)으로부터 방출될 때, 복수개의 구멍(632)으로부터 모든 방향으로 방출된 가스에 의해 더 효과적으로 팽창될 수 있다.
도16a는 도16의 인플레이터의 변형예를 나타낸다. 상기 변형예에서, 가스발생기 하우징(624)은 바닥부(660) 및 챔버 섹션(662). 바닥부(660)는 점화 조립체(648)를 지지한다. 챔버 섹션(662)은 추진제(646)를 수용한다. 디스크(664)는 바닥부(660)와 챔버 섹션(662) 사이에 배치되고 그것들과 고정된다. 디스크(664)는 통상적으로 챔버 섹션(662)의 관통구멍(666)을 폐쇄시킨다. 챔버 섹션(662)은 상호 연결 배출구(650)를 통해 인플레이터 하우징(622)과 유체적으로 상호 연결된다. 따라서, 챔버 섹션(662)의 내부는 압력을 받는 상태가 된다.
점화 조립체(648)가 작동될 때, 점화 조립체(648)는 디스크(664)를 직접 파열시키고 추진제를 점화하여 추진가스를 발생시킨다. 연소가스는 가압매체(620)에서의 산소와 반응하여 일산화탄소 및 수증기로 변환된다. 따라서, 에어/안전 백은 실질적으로 탑승자에게 무해한 가스에 의해 팽창될 수 있다. 단일체 구조인 저장가스 하우징(354)을 형성하는 하나의 방법이 도17, 도18 및 도19에 도시된다. 일반적으로, 저장가스 하우징(354)은 단일체의 관상부재(470)를 축방향 압축력을 작용시켜 스웨이징 가공하므로써 형성된다. 관상부재(470)는 실질적으로 원통형 측벽(474) 및 축방향으로 소정의 간격을 둔 상부 및 하부 단부(478, 482)를 각각 가진다. 하나의 실시예에서, 저장가스 하우징(354)을 형성하는데 이용되는 관상부재(470)는 열간 인장 단면감소관, 냉간 성형관, 이음관으로서, 상기 관상부재는 실질적으로 완전히 균일한 특성을 가진다(예를 들면, 피츠버그 제관 회사로부터 구입이 가능한 3-1/4 인치 OD). 관상부재(470)에 적합한 소재는 저장가스 하우징(354)에 관한 상기한 것들을 포함한다. 상기한 치수를 가지며, 상기한 바와 같이, 운전자의 측면 적용을 위한 인플레이터(350)를 제공하기 위하여, 통상적으로, 관상부재는 약 2-1/2 인치 이하의 길이, 약 3/32 인치 이하의 벽두께, 및 3-1/4 인치의 외경을 갖는다.
관상부재(470)는 상부 다이(490) 및 하부 다이(508)의 상호작용에 의해 저장가스 하우징(354)의 형상으로 형성된다. 상부 다이(490) 및 하부 다이(508)는 각각이 오목면인 원환체의 홈(494, 512)을 각각 포함한다. 각각의 홈(494, 512)은 (각 다이의 중심을 연장하는 중앙 길이방향 축에 대해서) 내부벽 및 외부벽, 상기 내외벽 사이에 배치된 바닥 벽을 가지며, 실질적으로 상기 내부벽 및 외부벽으로 각 홈의 안쪽 부분과 바깥쪽 부분의 깊이를 정의하는 것으로서 특징 지워질 수 있다. 이들 여러 세그먼트(즉, 내부벽, 외부벽, 및 바닥벽)들은 원호 형상이며, 하나의 실시예에서, 각 홈(494, 512)은 실제로 하나의 반경에 의해 정의된다.
상부 다이(490)의 외부 주위면(498)은 상부 다이(490)의 내부 주위면에 대하여 편심된다. 특히, 상부 주위면(498)은 상부 기준평면(504) 내에 포함되며, 반면에, 내부 주위면(500)은 상부 기준평면(504)의 상부에 위치된다. 마찬가지로, 하부 다이(508)의 외부 주위면(516)은 하부 다이(508)의 내부 주위면(520)에 대하여 편심된다. 특히, 외부 주위면(516)은 하부 기준평면(524) 내에 포함되며, 동시에 내부 주위면(520)은 하부 기준평면(524) 아래에 위치된다.
상하부 다이(490, 508)는 축방향으로 각각 정렬되며, 특히, 도17에 도시된 바와 같이, 다이들의 각 홈(494, 512)이 서로를 향해 투영하게 된다(예를 들면, 홈(494, 512)은 대향하는 상태로 배치된다). 관상부재(470)는 상부 및 하부 다이(490, 508) 사이에 각각 배치되며, 관상부재(470)의 외경은, 통상적으로, 각각의 홈(494, 512)의 외경과 동등하거나 매우 근접하도록 선정된다. 상부 다이(490) 및 하부 다이(508)는 축방향 서로를 향해 상대적으로 진행되어, 도18 및 도19에 도시된 바와 같이, 관상부재(470)를 상부 및 하부 다이(490, 508)의 홈(494, 512)에 실질적으로 각각 합치되도록 밀어붙이는 축방향 압축력을 관상부재(470)에 작용시킨다. 하나의 실시예에서, 다이(409, 508)는 분당 약 10인치의 비율로 축방향으로 서로를 향해 상대적으로 진행하고, 약 40톤의 힘이 이용된다.
일반적으로, 다이(490, 508)의 축방향 상대적 진행의 결과, 관상부재(470)의 상반부는 상부 다이(490)에서 홈(494)에 합치하도록 밀어 붙여지며, 동시에, 관상부재(470)의 하반부는 하부 다이(508)에서 홈(512)에 합치하도록 밀어 붙여진다. 홈(494, 512)이 단일 반경으로 각각 형성된 경우에, 관상부재의 측벽(474)의 모든 부분이 실제적으로 어느 정도 방사상 내측방향으로 밀어붙여진다. 특히, 다이(490, 508) 사이의 상대적 진행이 어느 정도로 이루어질 때, 상부 다이(490)와 합치하도록 밀어붙여진 관상부재(470)의 단부는 하부 다이(508)를 향해 돌출되며, 동시에, 하부 다이(508)와 합치하도록 밀어 붙여진 관상부재의 단부는 상부 다이(490)를 향해 돌출된다.
도18에 도시된 바와 같이, 상기 압축성형의 경우, 상부 및 하부 다이(490, 508)에 의해 축방향 압축력이 관상부재(470)에 작용됨에 따라, 관상부재(470)의 상단부(478) 및 하단부(482)는 상부 및 하부 다이(490, 508)에서의 홈(494, 512)을 정의하는 표면을 따라서 각각 상당히 진행한다. 관상부재(470)의 초기 길이 및/또는 홈(494)의 형상에 따라서, 관상부재(470)의 압축 맞물림은, 도19에 도시된 바와 같이, 관상부재의 하부 및 하부 단부(478, 482)가 실제적으로 중앙 기준평면(486)을 향해 안쪽으로 연장하도록 한다. 또한, 이것은 관상부재(470)의 두 단부가 서로를 향해, 즉, 대향하는 다이를 향해 돌출되는 것을 의미한다. 또한, 반경방향 내측을 향해 배치된 환상 홈(488)은 다이(409, 508)의 동작완료 후에도 그 형상이 계속 유지된다. 즉, 관상부재(470)는 폐쇄 표면, 도넛형 외부 표면, 또는 진정한 원환체를 형성하기 위하여 별도의 형틀가공이 필요 없게 된다. 대신에, 도14약c 및 도8에 도시된 바와 같이, 저장가스 하우징(354)의 반경방향 내측 부분은 실질적으로 개방될 수 있으며, 대체로 C-형상 단면을 유지하게 된다. 저장가스 하우징의 단면은 180도 이상의 각도 범위를 갖는 원호를 따라서 연장한다. 이런 이유로, 저장가스 하우징(354)의 외부 측벽은 대체로 원환 또는 원환체 형상으로서 특징을 이룬다.
상기한 실시예에서, 관상부재(470)의 길이는 상부 및 하부 다이(490, 508)의 제1 및 제2 원호 길이(528, 532)의 합보다 길지 않도록 각각 선정된다. 이것은 전체의 관상부재(470)가 스웨이징 가공동안 "지지" 되도록 하고, 저장가스 하우징(354)의 C-형상 단면을 제공한다.
제1 원호길이(528)는 상부 다이(490)의 환상 홈(494)에 대한 오목면의 정도를 정의하며, 반면에, 제2원호길이(532)는 하부 다이(508)의 환상 홈(512)에 대한 오목면의 정도를 정의한다. 상기 길이의 관상부재(470)를 선정하므로써, 이것은 ,상부 및 하부 다이(490, 508)가 각각 완전히 맞물렸을 때 밀폐면(도시되지 않음)이 정의될지라도(예를 들면, 상부 및 하부 다이가 접촉할 때, 밀폐면은 홈에 의해 정의됨), 대체로 C-형상 단면의 형성을 허용한다. 상기한 실시예에서, 상부 및 하부 다이(490, 508)의 내부 주위면(500, 520)은 맞물리지 않으므로, 관상부재(470)의 길이는 제1 및 제2 원호길이(528, 532)의 상기한 합보다 길도록 각각 선정될 수 있으며, 역시 내부 환상 홈(488)을 제공한다. 그러나, 관상부재(470)의 모든 부분은, 실제적으로 스웨이징 가공 동안, 관련된 홈(494, 512)과 맞물린 채로 유지되는 것이 바람직하며, 따라서, 관상부재(470)의 길이는 이상에서 상술된 바와 같아야 한다.
상기 실시예에서, 상기한 바와 같이, 각 홈(494, 512) 근처의 상부 및 하부 다이(490, 508)의 표면에는 소정의 편심이 존재한다. 즉, 상부 다이(490)의 외부 주위면(498), 특히, 적어도 홈(494) 부근 및 홈으로부터 반경방향 외측에 배치된 부분은 상부 다이(490)의 내부 주위면(500), 특히, 적어도 홈(494) 부근 및 홈으로부터 반경방향 내측에 배치된 부분에 대하여 편심된다. 또한, 하부 다이(508)의 외부 주위면(516), 특히, 적어도 홈(512) 부근 및 홈으로부터 반경방향 외측에 배치된 부분은 하부 다이(508)의 내부 주위면(520), 특히, 적어도 홈(512) 부근 및 홈으로부터 반경방향 내측으로 배치된 부분에 대하여 편심된다. 이런 이유로, 다이(490, 508)가 맞물리게 될 때, 상부 및 하부 다이(490, 508)의 외부 주위면(498, 516)은 각각 도19에 도시된 바와 같이, 맞물리지만, 내부 주위면(500, 520)은 상하방향으로 거리를 두고 위치하게 된다. 결과적으로, 관상부재(470)의 길이가, 상기한 바와 같이, 제1 및 제2 원호길이(528, 532)의 합보다 길지 않도록 선정되면, 관상부재(470)는 스웨이징 동안 내내 지지되며, 저장가스 하우징(354)은 대체로 C-형상 단면을 얻게 된다.
일단 저장가스 하우징(354)이 원하는 형상으로 형성되면, 중앙 하우징(358)은 중앙 개구(536)에 배치될 수 있다. 중앙 하우징(358)은 단일체의 상기한 타입의 재료를 이용하여 스템핑 가공될 수 있으며, 통상적으로, 저장가스 하우징(354) 내에서 설치 전에 조립된다(예를 들면, 추진장약(404)이 제1챔버(394) 내에 수용된 채로, 제1 챔버(394) 및 제2챔버(418)가 형성된다). 도8에 도시된 바와 같이, 중앙 하우징(358)의 높이는 저장가스 하우징의 높이보다 높다(예를 들면, 중앙 하우징(358)의 상단은 저장가스 하우징(354)의 최상부를 포함하는 기준평면 너머 상하방향으로 연장한다). 중앙 하우징(358)이 그의 적절한 위치에 놓여질 때, 용접부(450, 454)가 인플레이터(350)의 내부를 밀봉하도록 형성된다. 따라서, (예를 들면, 저장가스 하우징을 관통하여, 가압가스를 하우징에 제공하며, 그 후, 하우징(354)을 배출시키므로써)적절한 팽창매체가 인플레이터(350)에 제공될 수 있다.
도20은 다이의 변형예를 도시한다. 변형예에서, 한 쌍의 홀딩 부재(530)가 제공된다. 홀딩 부재(530)는, 관상부재(470)의 제1 및 제2 단부가 제1 및 제2 다이(490, 508) 사이에 위치될 때, 관상부재를 소정위치에 유지하기 위하여 관상부재(470)의 대향 측으로부터 관상부재(470)와 맞물린다. 홀딩 부재(530)는, 제1 및 제2 다이(490, 508)가 서로를 향해 진행되기 전에, 구동수단(도시되지 않음)에 의해 관상부재(470)로부터 분리된다. 따라서, 변형예에서, 관상부재(470)는 소정 위치에 정확하게 위치될 수 있다.
도20 및 도21에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 다이(490, 508)의 홈(494, 512)의 내주 가장자리는, 각 원호의 내부 단부로부터 대향 다이(490 또는 508)를 향해 연장하는 직선을 따라 형성된 제1 표면(532, 534)을 가진다. 홈(494, 512)의 외주 가장자리는 각 원호의 외부 단부로부터 외측 각 홀딩부재(530)를 향해 연장하는 직선을 따라 형성된 제2 표면(536, 538)을 갖는다. 관상부재(470)가 다이 상에 장착될 때, 관상부재(470)의 상부 및 하부 단부는 관련된 제2 표면(536, 538)과 맞물린다. 하우징의 형성이 종료될 때, 관상부재(470)의 상부 및 하부 단부는 관련된 제1 표면(532, 534)과 맞물린다.
도2 및 도5에 도시된 것과 유사하지만, 상기한 원리를 이용하는 원통형 하우징을 제작하는 방법을 도22 내지 도24를 참조하여 설명한다. 하우징(34, 204)은 실질적으로 도8에 도시된 저장가스 하우징(350)과 같은 방식으로 관상부재(670)를 스웨이징 가공하므로써 형성될 수 있다(즉, 저장가스 하우징(350)과 유사한 형상을 갖는 하우징(34, 204)의 단부를 형성함). 그러나, 관상부재(670)는 저장가스 하우징(350)을 위한 관상부재보다 길다. 예를 들면, 하나의 실시예에서 하우징(34)을 생산하기 위한 관상부재는 251㎜의 길이를 가지며, 하나의 실시예에서 하우징(204)을 위한 관상부재는 139㎜의 길이를 가진다. 관상부재의 길이는 100㎜ ∼ 300㎜의 범위가 바람직하다. 길이의 최적 범위는 130㎜ ∼ 260㎜이다.
관상부재(670)는 축방향으로 격리된 하부 및 하부 단부(678, 682) 및 원통형 외벽을 갖는다. 벽두께는 2㎜ ∼ 4㎜가 바람직하며, 최적으로는 2.5㎜ ∼ 3.5㎜이다. 관상부재(670)의 외경은 40㎜ ∼ 75㎜가 바람직하며, 최적으로는 55㎜ ∼6 5㎜이다. 관상부재의 길이, 두께 및 외경은, 인플레이터가 차량에 설치되는 공간의 크기, 저장가스의 압력, 및 저장가스 하우징에 저장된 가스 량을 포함하는 여러 가지 파라미터에 따라서 선정될 수 있다,
관상부재(670)는 하부 제1다이(608) 및 상부 제2다이(690)에 의해 변형된 단부를 갖는 하우징(34 또는 204)으로 형성된다. 제1 및 제2 다이(608, 690)는, 실질적으로, 도17에 도시된 다이의 홈과 같은 형상을 갖는 제1 및 제2 링 홈(612, 694)을 가진다. 각 다이(608, 690)의 외벽(610, 692)이 관상부재(670)의 길이에 따라서 형성되며, 외벽(610, 692)의 길이가 도17에 도시된 각 다이의 길이보다 길게 된다.
도22에 도시된 바와 같이, 관상부재(670)는 제1 및 제2 다이(608, 690) 사이에 장착된다. 관상부재(670)의 상부 및 하부 단부(678, 682)는 관련된 링 홈(612, 694)과 맞물린다. 이 때, 크기 L10을 갖는 유격이 다이(608, 690) 사이에 형성된다. 유격 L10에서, 한 쌍의 스페이서(700)가, 관상부재(670)로 하우징을 형성할 때, 다이(608, 690)의 행정을 조정하기 위하여 부착 가능하게 위치된다. 각 스페이서는 소정의 두께t를 가진다.
링 홈(612, 694)을 형성하는 두 개의 원호는 L31 및 L21에 의해 지시된 공통의 반경 및 길이를 갖는다. 각 원호는 90도 이상 180도 이하의 각도 범위를 가진다. 유격 L10의 크기는 길이 L21과 L31의 합의 크기이거나 그 이상이 되도록 설정된다. 이 실시예에서, 유격 L10의 크기는 길이 L21과 L31의 합 크기와 동일하다. 길이 L21과 L31의 합은 관상부재(670)의 길이보다 짧다.
변형된 단부를 갖는 하우징(34 또는 204)이 관상부재(670)로 형성될 때, 제1 및 제2 다이(608, 690)는 서로를 향해 진행하며, 대향하는 단부는 도23에 도시된 스페이서(700)와 맞물린다. 다이(608, 690)가 맞물릴 때까지 이동하는 거리는 L10 - t에 의해 표시된다. 동시에, 관상부재(670)의 상부 및 하부 단부는 원호 L21 및 L31의 해당 전체길이 내에서 거리 L20 및 L30 동안 이동한다. 거리 L20은 거리 L21보다 짧으며, 거리 L30은 거리 L31보다 짧다. 다음의 관계가 거리 L10, L20, L30, 및 스페이서(700)의 두께t사이에서 성립된다.
L10 - t = L20 + L30
그 후, 스페이서(700)는 다이(608, 690)로부터 제거된다. 제1 및 제2 다이는, 도24에 도시된 바와 같이, 서로를 향해 진행되고 다이의 대향 단부는 서로 맞물린다. 이때, 변형된 단부를 갖는 하우징(34 또는 204)의 형성이 종료된다. 다이의 총 행정은 L10 = L21 + L31에 의해 표현된다. 하우징의 형성 후에 다이가 분리되면, 변형된 단부를 갖는 하우징(34 또는 204)이 다이로부터 꺼내어 진다. 변형된 단부를 갖는 하우징(34 또는 204)은 대향 단부에서 개방하는 중앙 하우징, 즉 제1 및 제2 단부를 갖는 중앙 하우징을 가진다. 하우징의 개구의 크기를 조절하기 위하여 절단 작업이 하우징(204)의 제1 및 제2 단부에서 수행될 수 있다.
단부의 만곡 정도는 도23에 도시된 단계에서 프레스 작업을 종료하므로써 조정될 수 있음이 주목된다. 또한, 단부의 만곡 정도는 스페이스의 두께 또는 원호의 반경을 변경하므로써 조정될 수 있다. 이는, 하우징(34 또는 204) 설계 시, 자유도를 증가시킨다.
상기와 같이 생산된 하우징(204)을 사용하므로써, 도5에 도시된 인플레이터를 조립하기 위한 방법을 설명한다. 먼저, 중앙 하우징(216)이 조립된다. 중앙 하우징(216)은 다른 직경을 갖는 두 개의 파이프에 의해 이루어진다. 큰 파이프는 가스발생기 하우징(212)을 구성하고, 작은 파이프는 제2하우징(278)을 구성한다.
큰 파이프는 그의 일단에 부착된 애프터버너 노즐(274) 및 스크린(266)을 갖는다. 작은 파이프는 밸브(320)를 가진다. 작은 파이프는 큰 파이프 속에 삽입되어 부분적으로 중첩된다. 이 때, 노즐(274)의 팁은 밸브(320)에 위치된다. 그 후, 양 파이프는 중첩된 부분에서 용접되어 서로 연결된다. 이어서, 용접에 의해, 인플레이터를 수용하는 어댑터(224)가 연결된 파이프의 큰 파이프 측에 위치된 제1 단부 또는 개구 단부에 고정된다. 이것으로 중앙 하우징(216)의 조립을 종료한다.
계속하여, 애프터버너 어댑터(282) 및 제2파열 디스크(290)가 이미 조립된 보스(294)가 하우징(204)의 중앙 개구의 제1단부에 삽입되고 용접에 의해 그에 고정된다. 이어서, 연결된 파이프가 중앙 개구의 제2단부를 통해 하우징(204) 내로 삽입된다. 연결된 파이프의 작은 파이프 측에 위치된 개구 단부는 애프터버너(282) 내로 삽입된다. 결국, 하우징(204)의 제2단부에의 어댑터(224)의 연결로 도5에 도시된 인플레이터의 조립을 종료한다.
도1의 팽창 안전시스템(10)에서 이용될 수 있는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 도25를 참조하여 설명한다. 하이브리드 인플레이터(800)는 적절한 가압매체(868)(예를 들면, 하나 또는 그 이상의 액체 및 하나 또는 그 이상의 기체를 포함하는 가압유체)를 수용하는 저장가스 하우징(862) 또는 원통형 인플레이터, 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 가스유동을 증대시키기 위한 적절한 가스/열 발생물질 또는 추진제(818)를 수용하는 원통형 가스발생기(804)(예를 들면, 시스템의 팽창능력을 증대시키도록 이용된 열의 적어도 약 85%가 추진제(818)의 연소로 기인한다), 가압매체(868)를 방출(인플레이터(800)와 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이의 유동로를 형성하므로써) 및 추진제(818)를 점화시키기 위한 작동 조립체(832), 및 유동을 인플레이터(800)로부터 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향하게 하기 위한 디퓨저(890)를 포함한다. 바람직하기로는, 인플레이터(800)는 복합성분의 가압매체(868)(예를 들면, 하나의 성분이 산소이며, 다른 성분이 적어도 하나의 불활성 유체(예를 들면, 기체/액체))와 함께 총포류-타입 추진제 및/또는 하이브리드 추진제의 상기한 조성을 이용한다. 이런 이유로, 인플레이터(800)는 디퓨저(890)의 "상류"에 배치된 애프터버너 튜브(870)를 더 포함하여, 디퓨저(890)를 통해 인플레이터(800)를 빠져나가기 전에 유동의 충분한 연소를 허용한다.
인플레이터(800) 부분들은, 이들 부분이 정적상태에서 또는 작동 조립체(832)의 작동개시 전에 가압매체(868)를 수용한다는 점에서 압력용기를 정의한다. 일반적으로, 작동 조립체(832)는, 작동조립체 하우징(834)과 저장가스 하우징(862)을 상호 연결하여 밀봉을 제공하는 제1 용접부(852)를 포함하며, 저장가스 하우징(862)의 일단을 폐쇄한다. 저장가스 하우징(862)의 대향 단은 용접부(896, 898)에 의해 저장가스 하우징(862)에 각각 고정되며, 추가적인 밀봉을 제공하는 디퓨저(890) 및 애프터버너 튜브(870)에 의해 폐쇄된다. 인플레이터(800)에 대한 다른 밀봉을 아래에서 더 자세하게 설명한다. 가압매체(868)가 저장가스 하우징(862)의 벽에 있는 충전구(864)를 통해 완전하게 조립된 인플레이터(800)로 유입된다. 가압매체(868)의 원하는 양이 인플레이터(800)에 제공되었을 때, 충전구(864)는 저장가스 하우징(862)에 적당하게 고정되는 플러그(866)에 의해 밀봉된다(예를 들면, 그 내부에 압입 및/또는 용접되는, 충전구(864) 위 및/또는 내부에 배치된 강구).
가압매체(868)는, 정적상태 동안, 인플레이터(800) 내의 복수의 챔버 내에 포함되며, 이들 챔버는, 동작 동안, 인플레이터(800)를 빠져나가기 위한 유동로를 정의하는 방식으로 유체적으로 상호 연결된다. 가스발생기(804)는 저장가스 하우징(864) 내에 집중적으로 배치되고, 내부에서 제1챔버(882)를 정의하는 가스발생기 하우징(806)을 포함한다. 정적상태 동안 또는 작동 조립체(832)의 작동 개시 전, 가압매체(868)를 수용하는 제2챔버(884)는 가스발생기 하우징(806)의 제1챔버(882)와 유체적으로 상호 연결된다. 제2챔버(884)는 저장가스 하우징(862)과 가스발생기(804) 사이의 환상의 공간에 의해 부분적으로 정의되며, 저장가스 하우징(862)과 애프터버너 튜브(870) 사이의 환상의 공간에 의해 부분적으로 정의된다. 제1챔버(882)와 제2챔버 사이의 유체적 상호연결은 항상 존재하여, 정적 상태 동안 또는 작동 조립체(832)의 작동개시 전, 가스발생기 하우징(806) 내의 제1챔버(882)가 역시 가압매체(868)를 수용하게 된다.
가스발생기 하우징(806)은 제1단부(810) 및 제2단부(812)를 포함한다. 가스발생기 하우징(806)의 제1단부(810)는 작동 조립체(832)의 일부분과 접촉하고 그에 의해 폐쇄되며, 아래에서 더 자세하게 설명되는 바와 같이, 인플레이터(800) 내에서 가압매체(868)를 정적상태로 유지하는 것을 돕는다. 가스발생기 하우징(806)의 제2단부(812)는 가스발생기 하우징(806)의 제1단부(810)보다 약간 더 큰 직경을 갖고 개방되며, 애프터버너 튜브(870) 부분으로부터 방사상 외측으로 떨어져 배치된다. 이 공간은 제2챔버(884) 부분 또는 오리피스 슬리브(872)에 의해 정의된 제3챔버(886)와 제2챔버(884) 사이의 유동로 부분으로서 간주될 수 있다.
제2챔버(884)와 제3챔버(886)) 사이의 유체 연통은 오리피스 슬리브(872)에서 반경방향으로 거리를 두고 위치되고 항상 개방되는 적어도 하나 또는 복수개의 오리피스 슬리브 배출구(873)에 의해 제공된다. 오리피스 슬리브(872)는 애프터버너 튜브(870)와 가스발생기(804)를 상호 연결한다. 오리피스 슬리브(872)의 일단은, 가스발생기 하우징(806)에서의 제1챔버(882)의 일단의 밀폐를 제공하는 가스발생기(804)의 제2단부 벽(824)에 적당하게 고정된다(예를 들면, 클림핑에 의한 상호연결에 의해). 오피스 슬리브(872)의 대향 단부는 용접부(880)에 의해 애프터버너 튜브(870)의 단부와 상호 연결된다. 제3챔버(886)를 밀봉하여, 정적상태 동안 또는 작동 조립체(832)의 작동개시 전, 제1챔버(882), 제2챔버(884) 및 제3챔버(886) 내에 가압매체(868)를 유지하기 위하여, 제2밀폐 디스크(874)가 애프터버너 튜브(870)의 단부와 오리피스 슬리브(872) 사이에 배치되고 이 위치에서 용접부(880)에 의해 유지된다. 제2밀폐 디스크(874)는 인플레이터(800)와 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이에서 주된 격리를 제공하고 출력 디스크로서 특징 지워질 수 있다.
제2밀폐 디스크(874)는 인플레이터(800) 내에서 중간 위치에 배치되는 것이 특징이 있음을 주목한다. 상기한 실시예에서, 제2밀폐 디스크(874)는 대체로 저장가스 하우징(862)의 중간부에 배치되고 그의 내부 측으로 배치된다. 저장가스 하우징(862)의 두 단부 사이의 거리는 L1이라고 간주한다. 상기한 제2밀폐 디스크의 "중간"위치는 저장가스 하우징(862)의 양단으로부터 적어도 L1의 약 40% 위치에 배치되는 것으로 특징 지워질 수 있다.
애프터버너 튜브(870)는, 아래에서 보다 자세하게 설명되는 방식으로 파열되어 개방된 후, 제3챔버(886)와 연통한다. 이어서, 애프터버너 튜브(870)는 복수개의 디퓨저 배출구(894) 및 디퓨저 스크린(892)을 포함하는 디퓨저(890)와 연통한다. 그 다음, 디퓨저(890)를 빠져나오는 유동은 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향하게 된다. 애프터버너 튜브(870) 및 디퓨저(890)는 집합적으로 인플레이터(800)에 대한 출구통로를 정의한다. 디퓨저(890)와 접촉하는 애프터버너 튜브(870)의 단부는 제2디스크(874)와 접촉하는 애프터버너 튜브(870)의 단부보다 큰 직경을 갖는 분기하는 단부 섹션(876)(이하, 분기 단부섹션이라고 칭함)을 갖는다. 이 분기 단부섹션(876)은 인플레이터(800)를 빠져나가는 유동속도를 감소시킨다.
제1챔버(882)는 가스발생기(804) 내에 위치되며, 특히, 가스발생기(806) 내에서 집중적으로 배치된 중공의 이송관(814), 및 가스발생기(806)의 내부 표면 및 이송관(814)의 외부 표면에 대해 안착되는 환상체의 리테이너(828)에 의해 정의된다. 추진제(818)는 (예를 들면, 점화 동안, 추진제(818)에 대한 손상 가능성을 감소시키기 위하여) 작동 조립체(832) 부근의 가스발생기 하우징(806)의 제1 단부(810)와 리테이너(828) 사이에서 이송관(814)의 반경방향 외측으로 배치된다.
가스발생기 배출구(808)의 적어도 하나 및, 통상적으로, 다수가 가스발생기 하우징(806)에 배치되어 저장가스 하우징(862)과 가스발생기 하우징(806), 특히, 추진제(818)가 위치되는 가스발생기 하우징(806)의 제1챔버(882)를 항상 유체적으로 상호 연결한다. 이들 배출구(808)는 가스발생기 하우징(806)의 제1 단부(810)와 리테이너(828) 사이에서 가스발생기 하우징(806)에 위치된다. 바람직하기로는, 추진제(818) 및 작동 조립체(832)의 연소로 인한 모든 부산물은 가스발생기 배출구(808)로부터 가스발생기 하우징(806) 외부로 유동하여 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 증대시킨다. 이들 연소 부산물이 인플레이터(800)의 성능에 바람직하지 못한 영향을 미치는 가능성을 감소시키기 위하여, 스크린(820)이 가스발생기 하우징(806)의 내부에서 적어도 가스발생기 배출구(808) 상부에 배치될 수 있다.
추진제(818)는 작동 조립체 하우징(834)을 포함하는 작동 조립체(832)에 의해 가스발생기 하우징(806) 내에서 점화된다. 저장가스 하우징(862) 및 가스발생기 하우징(806)은 정적상태로 또는 작동 조립체(832)의 작동개시 이전에 가압매체를 수용하므로, 만족스런 용접밀봉을 달성하기 위하여, 작동 조립체 하우징(834)은 제1용접부(852)에서 저장가스 하우징(862) 및 제2용접부(854)에서 가스발생기 하우징(806)에 부착된다. 작동 조립체 하우징(834)은 추진제(818)의 점화를 촉발시키는 연소 물질을 제공하는 적당한 기폭기(836)(예를 들면, 전기적으로 활성화되는 도화폭관 또는 다른 적당한 점화장치)를 수용한다. 기폭기(836)를 인플레이터(800) 내에서 가압매체(868)로부터 격리하여 인플레이터(800)에 대한 밀봉을 제공하기 위하여, 제1밀폐 디스크(858)가 가스 발생기(804)와 기폭기(836) 사이에 배치된다. 상기한 실시예에서, 이것은 가스발생기(804)의 (이송관(814)의 일단에 클림프된) 제1단부 벽(822)과 제3용접부(856)에 의해 서로 고정되는 작동 조립체 하우징(834)의 단부 사이에 제1밀폐 디스크(858)를 배치하므로써 실행된다.
원통형 이송관(814)은 가스발생기 하우징(806)에 관련되어 그 내부에 집중적으로 배치되며, 작동 조립체(832)의 작동개시에 의해 발생된 연소 부산물의 "유동"을 받아들이기 위하여 기폭기(836)와 일직선으로 정렬된다. 추진제(818)는 가스발생기 하우징(806)에서 제1 챔버(882) 내에, 또는 이송관(814)으로부터 반경방향 외측으로 배치된다. 이런 이유로, 이송관(820)은, 작동 조립체(858)의 작동개시가 추진제(818)에 불리하게 충격을 주는 가능성을 감소시키며, 이는 기폭기(836)의 활성으로 인해 생성된 압력파 또는 펄스에 의해 추진제(818) 장약이 잘게 파쇄되는 것을 감소시키므로써 이루어지며, 상기 장약의 파쇄는 추진제(818)의 연소 특성을 변화시킬 수 있기 때문이다.
연소 생성물을 작동 조립체(832)로부터 추진제(818)로 연통시켜 직접 접촉에 의한 추진제를 점화시키기 위하여, 적어도 하나 및 바람직하게는 복수개의 이송관 배출구(816)가 이송관(814)의 벽에 제공된다. 이들 이송관 배출구(816)는 이송관(814) 주위에 반경방향으로 배치되어 이송관(814)의 길이를 따라서 길이방향 소정 간격을 두고 위치된다.
또한, 작동 조립체(832)는 작동 조립체(832)의 능력을 증대시키기 위한 적당한 점화/부스터 물질(859)(예를 들면, 89 wt%의 RDX, 11 wt%의 알루미늄 분말의 조성, 바람직하게는 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%의 RDX 및 알루미늄을 비례적으로 대체시켜 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%의 하이드록시프로필-셀룰로스를 첨가한 조성을 갖는 RDX/알루미늄 부스터 물질)을 더 포함한다. 점화/부스터 물질(859)은 기폭기(836)로부터의 방출 또는 출력과 일직선으로 기폭기(836)와 추진제(818) 사이에 위치될 수 있다. 기폭기(836)의 활성은 그의 연소물질을 점화시키며, 차례로, 점화/부스터 물질(859)을 점화한다. 그 다음, 기폭기(836) 및/또는 점화/부스터 물질(859)로부터의 연소 생성물은 이송관(814) 및 이송관 배출구(816)를 통과하면서 추진제(818)와 직접 접촉하므로써 추진제(818)를 점화시킨다. 점화/부스터 물질(859)은 분말상태이므로, 얇은 벽의 컵(860) 내에 수용된다. 이 컵(860)은 이송관(814)의 단부에서 그의 내측에 배치되며(예를 들면, 그 내부에 압입 된다), 기폭기(836)를 향해 마주보거나 돌출되는 개구 단부 및 개구 단부와 대향하게 배치된 폐쇄 단부를 가진다. 이에 의해, 이송관(814)은 추진제(818)의 점화를 위한 연소 생성물을 운반한다.
작동 조립체(832)의 기폭은 추진제(818)의 점화뿐만 아니라, 인플레이터(800)는 에어/안전 백(18) 사이를 주로 격리하는 제2 디스크(874)를 파열하므로써 인플레이터(800)와 에어/안전 백(18)(도1 참조) 사이에서 유동로를 형성한다. 이런 관점에서, 작동 조립체(832)는 투사체/밸브(838)를 더 포함한다. 이 투사체/밸브(838)는 점화/부스터 물질(859)에 반대편의 이송관 튜브(814)의 단부 내에 부분적으로 배치되며, 기폭기(836) 및 점화/부스터 물질(859)과 일직선으로 정렬되며, 초기에 전단 링(850)에 의해 일정한 위치에 유지되며, 가스발생기 하우징(806)의 제2단부 벽(824)을 통하여 이송관(814)의 단부 너머로 연장하며, 제2 디스크(874)와 축방향으로 일직선으로 정렬되며, 제2 디스크(874)와는 간격을 두고 위치하게 된다. 일반적으로, 작동 조립체(832)(예를 들면, 기폭기(836) 및/또는 점화/부스터 물질(859))로부터의 연소 생성물은 이송관(814)을 통해 하방으로 향하게 되어 투사체/밸브(838)에 힘을 작용시켜, 전단 링(850)을 "파손" 하고 투사체/밸브(838)를 제2디스크(874)를 통과하도록 몰아붙인다. 이는 가압매체(868), 추진가스 및 다른 연소 생성물이 제2챔버(884)로부터 오리피스 슬리브 배출구(874)를 통해 제3챔버(886) 내로, 오리피스 슬리브 배출구(873) 및 파열된 제2디스크(874)를 통해 애프터버너 튜브(870)로, 이어서 디퓨저(890)로 유동시켜 인플레이터(800)를 빠져나와 에어/안전 백(18)(도1 참조)을 향하도록 한다.
작동 조립체(832)의 투사체/밸브(838)는 상기한 방식으로 인플레이터(800)로부터의 유동을 개시시키는 것에 더하여 다른 기능을 제공한다. 특히, 투사체/밸브(838)는 제1챔버(882) 내의 작동 조립체(832)로부터의 추진 가스 및 다른 연소 생성물을 가스발생기 배출구(808)를 통해 가스발생기(804)로부터 제2챔버(884)로 유동시키게 된다. 이는, 투사체/밸브(838)가 가스발생기(804)와 접촉하는 방식 및/또는 투사체/밸브(838)의 형상에 의해 제공된다. 투사체/밸브(838)는 기폭기(836)를 향해 돌출하고, 투사체/밸브(838)가 기폭기에 관련하여 미끄럼 운동을 할 수 있도록, 이송관(814)의 내부 직경과 대체로 같거나 약간 작은 최대직경을 갖는 원뿔형상의 제1 헤드(840)를 포함한다. 또한 투사체/밸브(838)는 제2디스크(제2밀폐 디스크)(874)를 향해 돌출하고 제1 헤드(840)의 최대 직경보다 더 작은 최대 직경을 갖는 원뿔형상 제2헤드(842)를 더 포함한다. 제1헤드(840)와 제2헤드(842)를 상호 연결하는 것은 제1몸체부(846) 및 제2몸체부(848)를 포함하는 몸체(844)이다. 제1몸체부(846)는 가스발생기(804)의 제2 단부 벽(824)과 미끄럼 가능하게 접촉하며, 반면에 제2몸체부(848)는 제2헤드(842)와의 상호 연결을 위하여 제1몸체부(846)로부터 제2 단부벽(824) 너머로 연장한다. 제2몸체부(848)는 제1몸체부(846)보다 작은 직경을 가진다.
투사체/밸브(838)는 정적 상태에서 또는 작동 조립체(832)의 활성 전에는 전단 링(850)에 의해 일정 위치에서 유지된다. 환상체의 전단 링(850)은 제1몸체부(846)에 형성된 홈 내에 안착된다. 또한, 전단 링(850)은 가스발생기(804)의 제2단부벽(824)과 이송관(814)의 단부 사이에 유지된다. 일단 작동 조립체(832)가 활성화되면, 기폭기(836) 및 점화/부스터 물질(859)로부터의 결과적인 연소생성물은 전단 링(850)을 전단 파괴시키기에 충분한 힘을 투사체/밸브(838)에 작용시켜 투사체/밸브(838)가 제2 디스크(874)를 통과하도록 추진시킨다. 투사체/밸브(838)는, 추진제(818)의 연소 때문이 아니라, 단지 상기한 연소생성물들에 의해 이동된다. 투사체/밸브(838)는, 제1헤드(840)가 가스발생기의 제2단부벽(824)과 맞닿을 때까지, 작동 조립체(832)로부터의 연소생성물에 의해 축방향으로 계속해서 진행된다. 제1헤드(840)의 직경이 투사체/밸브(838)가 통과하는 제2단부벽(824)에서의 구멍 또는 개구부의 직경을 초과하므로, 제1헤드(840)는, 가스발생기(804)로부터의 유동이 가스발생기 배출구(808)를 통하여 제2챔버(884)로 유동하고 나서, 상기한 방식으로 인플레이터(800)를 빠져나갈 수밖에 없도록 제1챔버(882)를 밀봉한다. 추진제(818)의 연소로 인한 제1챔버(882) 내의 압력은 투사체/밸브(838)를 상기한 타입의 밀봉 맞물림 상태로 유지한다. 제3챔버(886) 내의 압력이, 동작 동안에, 제1챔버(882) 내의 압력을 초과한 경우, 투사/밸브(838)는 제2헤드(842)가 가스발생기(804)의 제2단부벽(824)에 대해 안착할 때까지 기폭기(836)를 향해 후방으로 진행하여 다시 제1챔버를 밀봉하게 된다.
도1의 팽창 안전 시스템(10)에서 이용될 수 있는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 도26을 참조하여 설명한다. 인플레이터(900)는 하이브리드이고 대체로 두 개의 주된 요소를 가진다. 인플레이터 또는 저장가스 하우징(908)은 하이브리드 인플레이터(900)의 "냉각 기체" 성분을 제공하는 가압매체를 포함한다. 중앙 하우징 조립체(916)는 저장가스 하우징(908)의 중앙부를 통해 연장하며, 저장가스 하우징(908)에 (예를 들면, 용접부(1028, 1040)에서 용접을 통해) 적당하게 부착되어 만족스런 용접밀봉을 달성한다. 중앙 하우징 조립체(916)는 하이브리드 인플레이터(900)에 대해 "뜨거운 기체" 성분(예를 들면, 상승된 온도에서의 추진 가스)을 제공하는 추진제(986)를 수용하여 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동을 증대시키는 가스발생기(950)를 정의한다(예를 들면, 시스템의 팽창 능력을 증대시키기 위해 이용된 열의 적어도 약 85%가 추진제(986)의 연소에 기인한다). 인플레이터(900)에 이용된 추진제 및 가압매체는 상기한 것들이며, 상기된 범위/비율의 양 이내에서 이용될 수 있다.
저장가스 하우징(908)은 원환체이고 인플레이터(900)의 중심축(904) 주위에서 집중적으로 배치된다. 저장가스 하우징(908)의 상부는 제1 반경 R1에 의해 정의되며, 반면에, 저장가스 하우징(908)의 하부는 제2 반경 R2에 의해 정의된다. 반경 R1 및 R2의 중심은 상하방향에서 편심이지만, 상하방향 일직선으로 정렬된다. 이것은 대체로 원통형인 저장가스 하우징(908)을 위한 원환체 부분을 제공한다. 하나의 실시예에서, 제1 반경 R1은 약 0.6 인치이며, 제2 반경 R2는 약 0.6 인치이며, 제1 반경 R1 및 제2 반경 R2는 약 0.12 인치의 거리만큼 상하방향으로 편심된다.
중앙 하우징 조립체(916)는 인플레이터(900)의 중앙 길이방향 축(914) 주위에 배치되고 대체로 컵 형상의 중앙 하우징(920)을 포함한다. 중앙 하우징(920)은 대체로 원통형인 중앙 하우징 측벽(924), 중앙 하우징 측벽(924)과 일체로 형성된 중앙하우징 바닥벽(928) 및 개방 단부(932)를 갖는다. 중앙 하우징 바닥벽(928)은 중앙하우징 측벽(924)으로부터 개방 단부(932)를 향해 내측으로 연장하며, 하나의 실시예에서, 수평 기준평면에 관해 중앙하우징 바닥벽(928)의 각배치는 약 26도 이다. 이 각배치는 증가된 구조강도를 제공한다.
개구부는 작동 조립체(954)를 수용하기 위한 중앙 하우징 바닥벽(928)의 중앙부에 제공된다. 작동 조립체(954)는 주 하우징(962)을 갖는 작동조립체 홀더조립체(958)를 포함한다. 주 하우징(962)은 원환체의 용접부(1032)에 의해 중앙 하우징 바닥벽(928)에 부착되며, 만족스런 용접밀봉을 제공한다. 적당한 기폭기(974)는 주 하우징(962) 내에 수용되고, O-링(970)이 기폭기(974)와 주 하우징(962) 사이에 배치되어 또 다른 밀봉을 제공한다. 활성화되었을 때, 기폭기(974)로부터의 출력은 기폭기(974)와 축방향으로 일직선으로 정렬된 주 하우징(962)에서 개구부를 통하도록 향하게 된다.
작동 조립체 홀더조립체(958)의 단부캡(966)이 기폭기(974)의 단부 상에 배치되고 홀더 조립체의 중앙부를 통하여 연장하는 개구부를 갖는다. 제1밀폐 디스크(976)는 단부캡(966)에서 이 개구부 내에 배치되고 원환체의 용접부(1048)에 의해 서로 부착된 주 하우징(962)과 단부캡(966) 사이에서 유지된다. 적당한 점화/부스터 물질(990)이 기폭기(974)로부터 제1밀폐 디스크(976)의 반대측에서 디스크(976)와 일직선으로 정렬되며, 하나의 실시예에서, 상기 물질(990)은 89 wt%의 RDX 및 11 wt%의 알루미늄 분말, 가능한 한, 비율적으로 RDX 및 알루미늄의 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%를 대체시켜 0.5 wt% ∼ 5.0 wt%의 하이드록시프로필-셀룰로스를 첨가한 조성을 갖는 RDX/알루미늄 부스터 물질이다. 이 점화/부스터 물질(990)은 작동 조립체(954)의 일부로서 추진제(986)의 점화를 도와주며, 발포 구조체 내에 수용된다.
격벽(936)이 중앙 하우징(920) 내의 중간 위치에 배치된다. 격벽(936)은 측면격벽(940) 및 바닥격벽(944)을 포함한다. 측면격벽(940)의 하부는 중앙하우징 측벽(924)의 내부와 압입 맞물림 상태이며, 반면에, 측면격벽(940)의 상부는 중앙 하우징 측벽(924)으로부터 반경방향 내측으로 간격을 두고 위치된다. 제1챔버(978)는 바닥격벽(944), 중앙하우징(920)의 하부, 및 중앙하우징 바닥벽(928)에서의 개구부를 폐쇄하는 작동조립체 홀더 조립체(958)에 의해 정의된다. 바닥격벽(944)은 제1챔버(978)에 관하여 원뿔 또는 돔형상으로, 작동조립체 홀더 조립체(958)의 주 하우징(962)에 부착된 단부캡(966)의 단부와 바닥격벽(944) 사이에서 충분한 공간을 제공한다.
점화/부스터 물질(990)은 제1챔버(978) 내에 수용된다. 또한, 제1챔버(978)를 정의하는 구조가 가스발생기 하우징을 갖는 가스발생기(950)로서 특징 지워질 수 있도록, 추진제(986)가 역시 제1챔버(978) 내에 수용된다. 다수의 제1 배출구(982)는 항상 제1챔버(978)를 저장가스 하우징(908)과 유체적으로 상호 연결시킨다. 저장가스 하우징(908)과 중앙하우징 측벽(924) 사이에서 정의된 공간은 제2챔버(912)를 정의한다. 따라서, 정적 상태에서 또는 작동 조립체(954)의 작동개시 전, 가압매체는 역시 가스발생기(950)의 제1챔버(978) 내에 제한된다.
중앙하우징(920)의 개방 단부(932)는, 인플레이터(900)로부터의 모든 출력이 유동하고 디퓨저 하우징(998)을 포함하는 디퓨저 조립체(994)에 의해 폐쇄된다. 제3챔버(1020)는 디퓨저 조립체(994), 중앙 하우징(920) 및 격벽(936)에 의해 정의된다. 또한, 제3챔버(1020)는 항상 저장가스 하우징(908)과 유체적으로 상호 연결하다. 이런 관점에서, 반경방향으로 거리를 둔 복수개의 제2 배출구(1024)가 중앙 하우징 측벽(924)에 제공된다. 측면격벽(940)의 상단이 디퓨저 하우징(998)과 맞물리므로, 복수개의 이격 슬롯(944)이 측면격벽(940)에 역시 제공된다. 각각의 이격 슬롯(944)은 측면격벽(940)의 상단에 형성되고 중앙하우징 측벽(924)으로부터 반경방향 내측으로 간격을 두고 위치된다. 인플레이터(900)를 빠져나오는 모든 유동은 제3챔버(1020)를 통해 흘러나가며, 이 유동은 제1챔버(978)로부터, 저장가스 하우징(908) 또는 제2챔버(912)로, 중앙하우징(920)과 측면격벽(940)의 상부 사이의 공간으로, 디퓨저 하우징(998)에 인접한 슬롯(944)을 통과하고, 이어서, 제3챔버(1020)로 흘러나가는 추진가스를 포함한다.
디퓨저 조립체(994)는 중앙 하우징(920)의 개방 단부(932)를 폐쇄하고 인플레이터(900)로부터의 모든 유동을 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 향하게 한다. 디퓨저 조립체(994)는 원환체 용접부(1044)에 의해 중앙 하우징 측벽(924)에 부착된 디퓨저 하우징(998)을 포함한다. 중앙통로(1000)는 디퓨저 하우징(998)의 내주를 통하여 연장하고 이 통로(1000)는 인플레이터(900)의 중심 축(904) 상에 위치한다. 중앙통로(1000)는 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 감소-추진 출력을 제공하는 복수개의 디퓨저 배출구(1004)와 접속하게 된다. 정적 상태 동안에 가압매체를 인플레이터(900) 내에 유지하기 위하여, 디퓨저 조립체(994)는, 초기에 인플레이터(900)를 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로부터 격리시키기 위하여, 중앙통로(1000)를 덮는 제2밀폐 디스크(1016)를 포함한다. 제2밀폐 디스크(1016)는 작동 조립체(954)의 단부에서의 카운터 싱크(1008) 내에 배치되며, 디퓨저 하우징(998)과 디퓨저 단부캡(1012) 사이에 수용된다. 디퓨저 단부캡(1012)은 원환체의 용접부(1036)에 의해 디퓨저 하우징(998)에 부착되고 인플레이터(900)의 중시 축(904) 상에 형성된 개구부를 포함한다.
인플레이터(800)의 상기한 형상은 제조성에 특히 유용하다. 이런 관점에서, 중앙 하우징(920)은 저장가스 하우징(908) 내에 배치되어, 적당하게 그와 정렬되며, 원환체의 용접부(1028)를 형성하므로써 그에 부착된다. 또한, 작동 조립체(954)의 주 하우징(962)은 중앙 하우징 바닥벽(928)에서 개구부 내에 배치되어 용접부(1032)를 형성하므로써 그에 고정된다. 바람직하게는, 제1밀폐 디스크(974)는 주 하우징(962)과 단부캡(966) 사이에 배치되며, 용접부(1048)는 작동 조립체(954)가 중앙 하우징(920) 내에 적재되기 전에 형성된다. 여기서, 용접부(1028, 1032)를 형성하는 관련 순서는 결정적인 것이 아니다. 또한, 저장가스 하우징(908)과 중앙 하우징(920)의 상부를 상호 연결하는 용접부(1040)는 조립 공정 동안 어느 시기라도 형성될 수 있다.
용접부(1028, 1032)가 형성된 후, 추진제(986)가 중앙하우징(920)의 개구단부(932)를 통해 하우징(920) 내에 적재되고 작동 조립체(954) 부근 위치에 안착된다. 그 다음, 발포 디스크에 적용된 점화/부스터 물질(990)이 단부캡(966)에서의 개구부 상부에 위치될 수 있다. 그 후, 격벽(936)이 중앙 하우징(920)의 개구 단부(932)를 통해 하우징(920) 내에 적재되어 제1챔버(978)를 정의한다. 점화/부스터 물질(990)을 유지하는, 격벽(936)에 의한 발포 디스크의 압축력은 점화/부스터 물질을 그의 적당한 위치에서 유지시킨다. 인플레이터(900)에 대한 상기 형상이 이용되더라도, 인플레이터의 조립 공정 중에, 용접부는 추진제(986)에 인접하게 형성되지 않는다는 점이 평가된다. 이점은, 조립과정 동안 추진제(986)의 점화 가능성의 충분한 감소, 및/또는 이들 용접부가 바람직하지 못하게 추진제(986)를 가열하는 것에 대한 예방 조치의 필요성을 충분하게 경감시킨다.
인플레이터(900)의 조립은 중앙 하우징(920)의 개구 단부(932)에 디퓨저 조립체(996)를 설치하므로써 완료된다. 제2밀폐 디스크(1016)는, 용접부(1036)에서 단부캡(1012)에 디퓨저 하우징(998)이 용접되어 설치되기 전에 적재된다. 디퓨저 조립체(994)가 적절한 위치 내에 유지된 채로, 용접부(1044)가 형성된다. 또한, 용접부(1040)가 이때 형성되어 인플레이터(900)를 위한 하드웨어의 조립이 완료한다. 그 다음, 가압매체는, 저장가스 하우징(908)의 충전구를 통해 가압매체를 주입하므로써, 밀봉된 인플레이터(900)에 제공된다.
이하, 인플레이터(900)의 작용을 설명한다. 작동 조립체(954)의 개시 전에는, 인플레이터(900) 전체에 걸쳐서 압력은 동일하다. 가압매체는 제1챔버(978), 제2챔버(912) 및 제3챔버(1020) 내에 수용된다. 적절한 신호가 작동 조립체(954)에 제공되었을 때, 기폭기(974)의 연소물질이 점화된다. 기폭기(974)로부터의 연소 생성물은 제1밀폐 디스크(976)를 파열시켜 점화/부스터 물질(990)을 점화시킨다. 이어서, 점화/부스터 물질(990)의 점화는 추진제(986)를 점화시킨다.
작동 조립체(954)로부터의 다른 연소 생성물 및 모든 추진 가스는 제1챔버(978)로부터 제2챔버(912)로 유동하고 나서, 제3챔버(1020) 내로 유동한다. 이때, 격벽(936)은 실질적으로 추진가스가 제1챔버(978)로부터 제3챔버(1020) 내로 직접 유동하는 것을 방지한다. 제3챔버(1020)로의 유동은, 제2배출구(1024)를 통하여, 중앙 하우징 측벽(924) 및 측면격벽(940)의 상부 사이의 공간으로, 디퓨저 하우징(998)에 맞물린 측면격벽(940)의 단부에서의 슬롯(948)을 통과하며, 이어서 제3챔버(1020)로 흐르는 것이다. 일단, 제3챔버(1020) 내에서의 압력이 소정 수준에 도달하면, 제2밀폐 디스크(1016)는 파열되어 가스의 유동은 디퓨저 조립체(994)를 통해 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로 제공될 수 있다. 인플레이터(900)의 비교적 작은 크기, 추진제(986)의 점화 시에 인플레이터(900) 내의 신속한 압력증가, 및 상기한 방식으로 추진 가스의 계속된 연소로 인하여, 제2밀폐 디스크(1016)의 파열에 의한 에어/안전 백(18)(도1 참조)으로의 유동은 시기 적절한 방식으로 개시된다. 제2밀폐 디스크(1016)는 밀폐디스크의 파편이 배출하는 가스유동에 편승하는 가능성을 최소화하도록 제작될 수 있다.
본 발명에 대한 상기한 기재는 설명 및 예시의 목적으로 제공되었으며, 또한 상기한 설명은 본 발명을 본 명세서에서 개시된 형식적 기록에 한정시키는 것이 아니다. 따라서, 관련 기술분야에서의 기술 또는 지식, 및 상기한 기술에 상응하는 여러 가지 변경 및 변형은 본 발명의 기술적 범주에 포함된다. 또한, 이상에서 설명된 실시예들은 본 발명의 실행을 위한 최상의 방법을 표현하고, 해당분야에서의 통상의 지식을 가진 자로 하여금 상기 실시예에서, 또는 본 발명의 특정한 적용 또는 이용에 따라 요구된 여러 가지 변형이 부가된 다른 실시예에서 본 발명의 활용을 가능하게 할 것이다. 특허청구범위는, 종래 기술이 허용하는 정도로 대체 실시예를 포함하도록 구성되었다.
상기한 구성에 따르면, 인플레이터와 에어/안전 백 사이의 가스 유동로가 용이하게 확립되며, 추진제 및 가압매체의 연소생성물이 상기 유동로를 통해 에어/안전 백으로 연속적으로 유동하게 되어 에어/안전백의 신속하고 정확한 팽창하는 효과를 얻을 수 있으며, 또, 상기한 유동로의 체용은 인플레이터의 소형, 경량화에 기여하므로 실질적 응용면에서 장착성의 자유도를 향상시키는 효과가 있다.
도1은 자동차용 팽창 안전 시스템을 나타낸 개략도.
도2a 및 도2b는 하이브리드 인플레이터(HYBRID INFLATOR)의 일실시예를 각각 나타낸 길이방향 단면도 및 그의 부분 확대 단면도.
도3은 실험예 2의 추진제 조성에 대한, 인플레이터 내부압력 대 시간성능곡선을 나타낸 그래프.
도4는 실험예 2의 추진제 조성에 대한, 수용탱크 압력 대 시간성능곡선을 나타낸 그래프.
도5는 하이브리드 인플레이터의 다른 실시예를 나타낸 길이방향 단면도.
도6a 내지 도6d는, 작동 동안, 여러 시간대에서, 도5의 인플레이터의 밀폐 디스크와 밸브를 각각 나타낸 길이방향 확대 단면도.
도7a 내지 도7d는 도6a 내지 도6d의 밸브의 단부를 나타낸 종단면도.
도8은 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 나타낸 길이방향 단면도.
도9는 도8에서의 9-9 선을 따라 보여진 중앙 하우징의 단면도.
도10은 가스-발생기 하우징의 제1 및 제2챔버 사이에서의 도8의 격벽을 나타내며, 특히, 추진제 배기구의 방향을 도시한 상부 평면도.
도11a 내지 도11c는, 작동 동안, 여러 시간대에서, 도8의 인플레이터의 밀폐디스크 및 밸브를 나타낸 길이방향 확대단면도.
도12는, 작동 동안, 도8의 인플레이터의 여러 챔버 내에서의 압력을 나타낸 그래프.
도13a 내지 도13d는 투사체/밸브 시스템이 이용되지 않을 때, 작동 동안에, 도8의 인플레이터의 여러 챔버 내에서의 압력을 나타낸 그래프.
도14a 및 도14b는 도5 및 도8의 하이브리드 인플레이터용 밸브의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도15는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 나타낸 길이방향 단면도.
도16a 및 도16b는 하이브리드 인플레이터의 변형예를 나타낸 예시도.
도17, 도18, 및 도19는 도8의 인플레이터의 원환체 저장가스 하우징을 형성하기 위한 방법을 설명하는 예시도.
도20은 다이의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도21은 도20의 다이를 나타낸 부분 확대 단면도.
도22, 도23, 및 도24는 도2, 도5 또는 도15의 인플레이터의 저장가스 하우징을 형성하기 위한 방법을 설명하는 예시도.
도25는 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도26은 하이브리드 인플레이터의 또 다른 실시예를 나타낸 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10: 팽창 안전시스템 14: 검출기
18: 에어/안전 백 26, 30, 202, 350, 614: 인플레이터
30: 인플레이터
34, 204, 354, 622: 인플레이터 하우징(저장가스 하우징)
36, 620: 가압매체
38, 298, 458, 508: 디퓨저
46, 228: 기폭기
50: 투사체
70, 236, 290, 428, 378, 652, 636: 밀폐 디스크
82, 208, 362, 624: 가스 발생기
86, 366, 644: 가스발생기 하우징
90, 258, 404, 646: 추진 장약(추진제)
114, 648: 점화조립체
144, 240, 408: 점화/부스터 물질 120: 뇌관
254, 394, 501: 제1챔버 320, 438: 밸브
324, 418, 502: 제2챔버 503: 이송관
374: 점화조립체 479, 670: 관상부재
490, 690: 상부다이 508, 608: 하부다이

Claims (9)

  1. 제1단부 및 제2단부를 구비하는 인플레이터 하우징;
    적어도 상기 인플레이터 하우징 내에 수용된 가압매체;
    제1단부 및 제2단부를 구비하고 상기 인플레이터 하우징과 상호 연결된 가스발생기 하우징과, 상기 가스발생기 하우징 내에 배치된 가스-발생 물질을 포함하는 가스발생기;
    상기 가스-발생 물질을 점화하기 위한 상기 인플레이터 하우징의 제1단부에 인접하게 위치한 작동조립체;
    상기 인플레이터 하우징과 상기 가스발생기 하우징 중 적어도 하나와 유체적으로 상호 연결되는 배출통로;
    상기 배출통로를 밀봉하는 밀폐 디스크;
    상기 밀폐 디스크와 상기 가스발생기 하우징의 제1단부 사이에 배치되는 구멍을 구비하는 격벽;
    상기 작동조립체를 이용하여 상기 밀폐 디스크를 통해 적어도 부분적으로 추진되고, 제1헤드와 제2헤드 및 상기 제1 및 제2헤드 사이에 배치된 몸체를 포함하고, 추진된 후 상기 제1헤드가 소정 시간동안 상기 격벽구멍을 밀봉하는 투사체;
    상기 가스발생기 하우징의 제1단부에 의해 형성되는 제1챔버;
    상기 인플레이터 하우징과 상기 가스발생기 하우징 사이에서 형성되는 제2챔버; 및
    적어도 밀폐디스크를 이용하여 형성되고 상기 제1챔버와 분리하는 격벽을 구비한 제3챔버를 포함하며,
    상기 가스-발생물질의 점화로 가스가 발생될 때, 실질적으로 상기 모든 가스는 제1챔버로부터 제2챔버로 유동된 이후 상기 제3챔버로 유동되는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체는 상기 격벽구멍 내에 수용되는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 인플레이터 하우징은 실질적으로 원통형인
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 가스발생기 하우징은 실질적으로 상기 인플레이터 내 중심에 배치되는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀폐 디스크는 상기 인플레이터 하우징의 상기 제1 및 제2단부 각각으로부터 상기 인플레이터 하우징의 상기 제1 및 제2단부 사이로 정의되는 거리의 적어도 약 40%정도 이격된
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1챔버와 상기 제2챔버가 일정하게 연통되도록 상기 제1챔버와 제2챔버를 상호연결하는 제1배출구; 및
    상기 제2챔버와 상기 제3챔버가 일정하게 연통되도록 상기 제2챔버와 제3챔버를 상호연결하는 제2배출구를 더 포함하는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1헤드는 상기 제2헤드보다 더 큰 유효직경을 가지는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 가스-발생 물질의 점화로 발생되는 가스를 상기 제3챔버로부터 상기 배출통로로 유동시키기 위한 가스유동수단을 더 포함하고,
    상기 가스유동수단의 길이는 상기 각 제1 및 제3챔버의 길이보다 더 긴
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은 상기 가스발생기 하우징의 제2단부 내측에 위치되는
    팽창 안전시스템용 인플레이터.
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