KR100564511B1 - 모노코크 하부 동체 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생산성 및 지뢰 폭발 파편으로부터의 보호성을 향상시키도록 병력 수송형 장갑화 궤도 차량을 개조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 구성 및 변형을 사용함으로써, 지뢰 폭발 보호성, 차량의 장애물 통과 능력 및 크로스 컨트리 이동성이 향상된다.

Description

모노코크 하부 동체 구조체{HULL CONFIGURATION OF A MODIFIED TRACKED VEHICLE}

본 발명은 차량 구조체에 관한 것으로, 장갑화된 궤도식 병력 수송형 군용 차량을, 수직 장애물 통과 능력이 향상되고 비도로(off-road) 이동성이 높은 보다 저렴하고 생산성이 우수한 디자인을 갖도록 개선하는 방법에 관한 것이다.

"M113" 장갑화 병력 운반차 등의 병력 수송형 장갑화 궤도 차량은 35년 이상 동안 생산되고 있다. 이러한 유형의 차량은 지휘소, 미사일 발사대, 위험물 사고 대응 차량, 화물 운반차, 앰뷸런스, 정찰 및 복구 차량을 포함하는 다양한 용도로 사용되고 있다. 이들 각각의 차량 유형에는 동일한 섀시 구조체가 사용되고 있다. 이 차량류의 전통적 디자인은 동체의 측방향 주변 프레임 부재를 형성하는 2개의 박스 비임 돌출부(box beam extrusion)를 포함하였다. 이들 박스 비임 돌출부는 차량의 전방으로부터 차량의 후방까지 연장한다. 박스 비임 돌출부의 각각의 외측 표면에는 하부 측면 플레이트, 탑승자 보호 플레이트 및 차량의 현가를 수용하도록 사용되는 5개의 로드휠 트러니언(roadwheel trunnion) 장착 패드 또는 "보기(bogey)" 패드가 합체되어 있다.

이러한 차량의 현재의 생산 모델에 있어서, 하부 측면 플레이트와 탑승자 보호 플레이트를 결합하여 하부 동체를 형성하는 것은 노동 집약적이며 시간이 많이 소요된다. 먼저, 더블러(doubler)로 지칭되기도 하는 탑승자 보호 플레이트가 하부 측면 플레이트에 용접되어야 한다. 그 뒤 이 서브조립체는 하부 측면 플레이트 용접 처리시의 뒤틀림을 다시 펴기위해 교정(straightening) 공정을 거쳐야 한다. 그 다음, 하부 측면 플레이트와 더블러로 구성된 서브 조립체는 박스 비임에 용접되어야 한다. 다시, 하부 측면 플레이트 조립체는 하부 측면 플레이트를 박스 비임에 용접할 때의 용접 처리 뒤틀림 때문에 교정 공정을 거쳐야 한다. 이러한 하부 동체의 제조 시점에서, 최종적으로 남는 완성되어야 할 중요한 요소는 보기 패드를 박스 비임의 외부 차량 표면에 용접하는 것이었다. 일부 경우에 있어서, 상기 단계에서도 보기 패드를 하부 측면 플레이트 조립체에 용접할 때의 용접 처리 뒤틀림 때문에 최종 하부 측면 플레이트는 교정 공정을 거칠 필요가 있었다.

미국 특허 제 5,490,314 호의 신장 차량 개조 방법(Stretch Vehicle Conversion Method)은, 교체용의 신장된 하부 동체를 수용하기 위해 원래의 상부 동체가 절단되어야 하기 때문에 상부 동체가 대부분 폐기되어 재활용되는 개조 방법을 개시한다. 본 발명에 있어서, 상부 동체는 대부분 본 발명의 개선된 변형 동체에 재사용된다. 그 결과, 본래의 장비 장착 제공부 즉, 무수한 부착점, 고정물 및 표면 자국들은 완전히 새로운 동체상에 다시 제작될 필요가 없으며, 이는 그것들이 원래의 동체상에 온전히 유지되기 때문이다. 이것에 의해 개조 과정에서의 엄청난 시간 절약의 결과를 얻는다.

발명의 요약

본 발명의 목적은 방탄(ballistic protection) 또는 동체 구조 강성의 저하없이 절감된 제조 비용으로 기존의 도너(donor) 차량으로부터 변형된 장갑화 병력 운반차 또는 보병 전투 차량을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 동체 구조체의 하부 측면 플레이트를 보다 두껍게 하고 하부 동체 구조체의 포좌(sponson) 부분의 바닥부에 고정된 장갑 플레이트를 수용함으로써 보병 전투 차량의 노출된 표면의 지뢰 폭발에 의한 침투 파편의 관통에 대한 저항을 향상시키는 것이다.

본 발명은 병력 수송에 통상적으로 사용되는 궤도 차량류에 있어서 기존의 상위 구조체(superstructure)에 사용하기 위한 새로운 동체 구조체에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 동체 구성 및 변형 방법은 하부 동체의 기존의 다수-요소 조립체를 단일의 두꺼운 금속 플레이트로 대체하는 것을 포함한다. 이러한 새로운 구조체는 비임 프레임 부재를 필요로 하지 않고 종래의 동체의 구조적 강성을 갖는다. 이것은 하부 동체 측면 플레이트를 형성하기 위해 다수의 요소를 서로 용접하여 조립체를 형성하는 대신에 새로운 금속 플레이트를 기계가공함으로써 달성된다. 박스 비임 구조를 하부 동체의 모노코크(monocoque) 구조로 대체함으로써, 현가 요소가 동체의 바닥에 보다 가깝게 볼트체결될 수 있는데, 이는 보기 패드가 그러한 외부 패드 주위의 필수적인 용접 시임(seam) 영역을 고려하지 않고 하부 플레이트 표면 아래로 돌출할 수 있기 때문이다. 이것에 의해 차량의 지면에 대한 간극이 적당히 증가하고, 다른 모든 것은 동일하게 된다. 또한, 이러한 새로운 동체 구조체는 포좌의 바닥측 아래에 장갑 플레이트를 수용하기 위한 부가적 공간을 제공한다. 종래의 구조에서는 현가 행정의 현저한 감소와 크로스 컨트리 이동성 및 기동성의 방해 없이는 이것이 불가능했다. 지뢰 폭발로부터의 침투 파편 관통에 대한 저항을 증가시키는 상기 장점을 제공하는 것은 장갑 플레이트와 보다 두꺼운 하부 측면 플레이트이다.

단일의 두꺼운 수직 금속 플레이트 구조체(상기 모노코크 하부 동체)의 두 번째 유리한 점은 차량의 각 길이방향 측면에 하나씩, 2개의 서브조립체 용접물의 필요성을 제거함으로써 생산성을 향상시킨다는 것이다. 이들 용접물은 시간이 많이 소요되는 임계적 용접이므로, 이들의 제거는 매우 유리하다.

포좌는 전방의 글레시스(glacis)로부터 차량의 후방부까지의 수평방향의 평평한 부재이며, 글레시스는 차량의 전방에 있는 경사진 플레이트이다. 포좌는 크로스 컨트리 이동성을 향상시키도록 설계된 현가 개조 디자인에 의해 차량의 전방 및 후방에서 상방으로 둥글게 돌출된다. 전방에서, 포좌는 주 구동 스프로켓이 주 구동 입력 샤프트를 중심으로 새로운 각도 위치로 회전된 경우 상방으로 돌출한다. 후방에서는, 아이들러 조립체가 상승된 경우 포좌가 상방으로 돌출한다. 이러한 주 구동 스프로켓의 회전 및 아이들러 조립체의 상승은 종래의 차량에 비해 스프로켓 및 아이들러로부터 지면까지의 간극을 증가시키며, 그 결과 수직 장애물 통과 능력 및 비도로 크로스 컨트리 이동성을 향상시킨다.

도 1은 기존의 군용 궤도 차량의 동체의 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 기존의 군용 궤도 차량의 분리된 하부 동체 및 상부 동체에 대한 사시도,

도 3은 도 1의 3-3선을 따라 취한 기존의 동체의 단면도,

도 4는 도 1에 도시된 동체의 종래 기술에 따른 신장형 버전의 대한 분해 사시도,

도 5는 하부 및 상부 동체가 분리된 본 발명의 동체의 분해 사시도,

도 6은 도 5의 동체의 조립 사시도,

도 7은 도 6의 7-7선을 따라 취한 도 6에 도시된 동체의 단면도,

도 8은 입력 샤프트를 중심으로한 최종 구동 하우징의 회전을 도시하는 측면도.

본 발명은 도면을 참조로 한 본 발명의 양호한 실시예에 대한 다음의 설명에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.

도 1은 병력 수송형 장갑화 궤도 차량의 사시도로서, 이러한 병력 수송형 장갑화 궤도 차량은 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 하부 플레이트와, 상단부 및 하단부를 갖는 한쌍의 일체형 금속 측면 플레이트를 포함한다. 또한, 이러한 병력 수송형 장갑화 궤도 차량은 U자형 단면을 갖는 모노코크 하부 동체 구조체(monocoque lower hull structure)를 구비한다. 이러한 금속 측면 플레이트 중 분리된 하나의 하단부는 하부 플레이트의 제 1 단부 및 제 2 단부에 용접되어 U자형 단면을 갖는 모노코크 하부 동체 구조체를 형성한다. 상부 전방 경사 플레이트 또는 글레시스(10)로부터 시작하여 시계방향으로 진행하면, 본 도면에서 다음의 중요한 특징부인 하부 전방 글레시스(12)가 있으며, 이것은 상부 전방 글레시스(10)로부터 하방으로 연장한다. 그 아래에 있는 것은 한 쌍의 최종 구동 하우징(14)으로서, 이들은 하부 수직 측면 플레이트에 부착되어 있다. 보기 패드(16)가 박스 비임(20)의 외측 차량 표면에 용접된다. 차량의 후방측으로, 상부 측면 수직 플레이트(26) 바로 아래에 있는 것은 아이들러 패드(24)이다. 다른 아이들러 패드가 차량의 반대 측면 상에 정대향하도록 위치되어 있다. 탑승자가 출입할 수 있도록 후방 플레이트(30)상에 램프 개구(32)가 제공된다. 화물을 차량내에 적재할 수 있도록 화물 출입 개구(34)가 상부 플레이트(36)에 형성되어 있다. 차량 지휘자용 개구(40) 및 차량 운전자용 개구(42)가 각각 지휘자 및 운전자가 지형을 살필 수 있도록 한다. 포좌(46)가 보이도록, 엔진 격실(44)이 엔진이 없는 상태로 도시되어 있다.

궤도 차량이 상부 전방 글레시스(10)를 가로질러, 포좌(46) 플레이트 아래로, 그리고 후방 플레이트(30)를 가로질러 분할된 경우, 분리된 하부 및 상부 동체가 도 2에 도시되어 있다. 도 3은 도 1에 도시된 기존의 동체를 3-3 선을 따라 절단한 단면도이다. 도 3의 대좌(plinth) 영역(48)의 상부로부터 하부까지의 주요 특징은 더블러(50)로서, 이것은 승무원에 대한 방탄을 향상시키기 위해 하부 측면 플레이트(22)의 내측에 용접된다. 비교적 얇은 벽의 박스 비임 돌출부(54)는 적절한 방탄을 제공할 수 없다. 그 결과, 지뢰로부터의 위협을 제거하기 위해 추가적인 볼트 체결식 장갑(bolt-on armor)이 요구된다. 또한, 보기 패드(16)는 얇은 벽의 박스형 비임(box beam)에 두께 치수를 추가하는데 중요하다. 박스 비임의 전체 수직 길이를 연장하는 임계 용접 접합부(58)가 있다.

도 4는 도 1에 도시된 동체의 종래의 신장형 버전의 분해 사시도이다. 상부 플레이트(18)는 길이가 수정되며 측벽 연장부를 갖는다. 하부 동체(28)는 신장되어 있다. 새로운 상부 동체(38)가 상부 플레이트(18), 신장된 하부 동체(28) 및 새로운 상부 동체(38)에 정합되도록 제조된다. 도 1 내지 도 4를 참조하면, 종래 설계의 개조 방법은 도 1의 구조로부터 시작하여 모든 구성부품을 제거하여 알루미늄 동체가 드러나도록 벗긴다. 하부 동체와 상부 동체는 분리된다. 나머지 구조는 새로운 하부 동체 및 새로운 상부 플레이트와 함께 재사용되었다.

본 발명은 종래에서와 같이 하부 동체를 제거하여 폐기하는 것을 포함한다. 그러나, 종래의 기술과는 달리, 상부 동체는 폐기되거나 재활용되기보다는 새로운 차량의 일부가 되도록 개조 및 변형된다. 도 5는 병력 수송형 장갑화 궤도 차량의 개선된 구조에 대한 분해 사시도이다. 상부 플레이트(60)는 절단부(62)가 형성되는 부분을 주의깊게 위치설정함으로써 대부분 재사용된다. 기존의 장착부는 측벽 연장 플레이트(64)를 추가함으로써 보존된다. 지휘자용 큐폴라 개구(66)의 현재 위치는 보다 강력한 엔진의 설치에 의해 필요하게 되는 보다 큰 엔진 격실에 의해 침범된다. 지휘자용 큐폴라 개구(66)는 차량의 후방으로 재배치되며, 이러한 재배치를 수용하도록 T자형 확장 플레이트(68)가 사용된다. 새로운 하부 동체와의 정합에 필요한 것 이상으로 원래의 상부 동체 구조가 희생되지 않도록, 상부 동체는 최소한으로 변형된다.

또한, 본 발명의 새로운 하부 동체는, 하부 동체 측면 플레이트를 형성하기 위해 다수의 요소를 용접하여 조립체를 형성하는 것보다는 플레이트를 기계가공함으로써, 종래의 다수-요소 조립체를 종래 차량의 모든 특징을 갖는 단일의 1인치 내지 3인치, 바람직하게는 2인치 두께의 일체형 금속 플레이트로 대체한다. 도 6은 동체 구조체(70)를 구성하도록 서로 조립되고 용접된 개선된 모든 구조의 사시도이다. 보다 상세히 설명하면, 도 4의 용접된 보기 패드(56)는 기계가공된 소정 두께의 연장부(72)에 의해 대체되어 있다. 도 7은 본 발명의 동체의 단면도로서, 대좌 영역(74)내의 다수-요소 서브 조립체는 기계가공된 소정 두께의 연장부(72)를 갖는 단일의 두꺼운 금속 플레이트로 대체되었다. 2개의 박스 비임 돌출부, 하부 측면 플레이트, 탑승자 보호 플레이트 및 로드휠 트러니언 장착 패드 또는 "보기" 패드는 더 이상 필요하지 않기 때문에 도 7에 도시되어 있지 않았다. 이들 요소는 기계가공된 소정 두께의 연장부를 갖는 하부 측면 플레이트로서 두꺼운 일체의 금속 플레이트로 대체되어 있다. 결과적으로, 차량의 전체 길이를 연장하는 임계적 용접 접합부(58)가 개선되었다.

도 8은 최종 구동 하우징의 최초 위치를 점선(76)으로 도시하며, 입력 샤프트를 중심으로 회전한 후의 최종 구동 하우징의 새로운 위치를 실선(80)으로 도시한다. 이러한 회전에 의해 전방, 상방 및 각도 좌표로 기재되는 스프로켓 위치가 변경된다. 이러한 회전은 스프로켓 위치가 이러한 구성에 의해 가능한 한 지면으로부터 높이 떨어지도록 한다. 이러한 스프로켓과 지면과의 간극 증가는 전체적인 차량 크로스 컨트리 이동성 및 수직 장애물 통과 능력을 상당히 증가시킨다. 또한, 스프로켓이 차량의 최전방 위치에 있기 때문에, 공격적인 궤도 배열로 고려되어 차량이 스프로켓보다 높은 장애물을 오를 수 있도록 한다.

상기 설명은 본 발명의 개선된 차량의 가장 중요한 구조적 요소에 관한 것이다. 바람직한 변형 기술을 나타내는 본 발명의 변형의 상세한 특징은 다음과 같다.

개선된 모노코크 하부 동체 구조체는, 차량의 각 측면상에서 2개의 박스 비임 돌출부, 하부 측면 플레이트, 탑승자 보호 플레이트 및 로드휠 트러니언 장착 패드 또는 "보기" 패드를 포함하는 하부 동체내의 기존의 다수-요소 서브 조립체를, 두꺼운 일체의 금속 플레이트로 대체하며, 이전의 서브 조립체로부터의 소망 특징부가 플레이트에 기계가공되어 있다. 이 알루미늄 합금 플레이트는 동체의 구조적 강성을 손상시키지 않고 차량의 방탄 조건(ballistic protection requirements)에 부합하는 두께를 가져야 하며, 지뢰 폭발로 인한 침투 파편의 관통에 대해 개선된 저항을 제공하여야 한다. 소망의 장점 즉, 보기 차축 하중(bogey axle loads)을 넓은 영역에 걸쳐 분산시키고 보기 패드로부터 보기 차축에 의해 발생된 응력을 흡수하기에 충분한 동체 두께를 제공하는 보기 패드의 능력은, 이 알루미늄 플레이트로 이루어지기 때문에, 보기 패드는 더 이상 필요하지 않다. 결과적으로, 보기 패드의 용접 부착이 요구되지 않기 때문에, 현가 구성부품은 적합한 거리만큼 동체의 바닥부에 보다 밀접하게 볼트결합될 수 있다. 현가 구성부품에 대한 이러한 보다 낮은 장착 위치는 기존의 유닛과 동일한 수직 행정을 갖는 현가 장치로 현가 구성부품이 동체상에서 보다 아래에 장착되는 양만큼 차량 탑승 높이(vehicle ride height)를 증가시킬 수 있도록 한다. 차량 탑승 높이는 지면으로부터 지면과 접촉할 차량상의 임의의 구조체까지의 수직 거리이다. 차량 탑승 높이의 증가는 지면으로부터의 포좌의 유효 높이를 충분한 거리만큼 상승시켜 강철제 장갑 플레이트를 수용할 수 있도록 한다. 포좌 및 일체형 수직벽 플레이트의 외부에 장착된 장갑 플레이트는 지뢰 폭발로부터의 침투 파편의 관통에 대한 저항을 증가시킨다. 차량 탑승 높이의 증가는, 스프로켓 및 동체가 지형 요소와 충돌하는 것을 감소시키기 때문에, 보다 양호한 크로스 컨트리 이동성을 제공한다.

상부 플레이트의 대부분이 재사용되며, 그 장착 제공부를 본래 상태로 유지한다. 이것은 절단부(62)의 주의깊은 위치설정과, 그리고 동체 구조체의 새로운 길이에 순응하기 위해 측면 플레이트(64)의 길이와 동등한 상당한 길이만큼 상부 플레이트를 효과적으로 증진시키는 부가적 구성부품(68)에 의한 확대에 의해 달성된다.

각도 좌표에 의한 입력 샤프트를 중심으로 하는 최종 구동부의 회전은 지면으로부터 충분히 높이 떨어진 소망의 스프로켓 위치에 의해 검출되므로, 최종 구동부 이외의 로드휠과 같은 현가 시스템의 부재가 먼저 장애물과 접촉되어 차량이 이러한 장애물을 넘어갈 수 있도록 하여 차량의 장애물 통과 능력 및 비도로 크로스 컨트리 이동성을 향상시킨다.

요약하면, 본 발명의 단순한 실시예에 있어서, 병력 수송형의 장갑화 궤도 차량의 하부 동체의 다수-요소 서브 조립체는, 수직 측면 플레이트와 하부 플레이트로서 단일의 두꺼운 알루미늄 플레이트로 대체되며, 상기 서브 조립체의 소망 특징들은 상기 단일의 두꺼운 알루미늄 플레이트내에 기계가공된다. 따라서, 모든 지형에 걸친 병력 수송을 위한 궤도 차량에 비해 수직 장애물 통과 능력이 향상되고 비도로 크로스 컨트리 이동성이 우수하며 지뢰 폭발로 인한 침투 파편에 의한 동체의 관통에 대한 저항성이 향상되어 군인 보호성이 증가된, 보다 비용이 저렴하고 생산성이 향상된 디자인이 달성된다.

첨부된 도면을 참조로 한 상기 설명은 궤도 차량의 동체 구조 및 변형의 실시가 어떻게 이루어지고 본 발명의 목적을 어떻게 달성하는지 나타낸다. 다음의 청구범위는 본 발명의 사상을 포함하는 방식으로 궤도 차량에 대한 개량 및 변형을 청구함으로써 본 발명자의 아이디어를 보호하고자 한다. 본 발명과의 작은 차이는 다음의 청구범위에 의해 보호되는 것으로 고려된다.

Claims (15)

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8. 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 하부 플레이트와, 상단부 및 하단부를 갖는 한쌍의 일체형 금속 측면 플레이트를 포함하는 병력 수송형 궤도 차량의 U자형 단면을 갖는 모노코크 하부 동체 구조체(monocoque lower hull structure)로서, 상기 금속 측면 플레이트 중 분리된 하나의 하단부는 상기 하부 플레이트의 제 1 단부 및 제 2 단부에 용접되어 U자형 단면을 갖는 모노코크 하부 동체 구조체를 형성하는, 상기 모노로크 하부 동체 구조체에 있어서,

   상기 측면 플레이트 각각은 그의 하단부 근방에 다수의 로드휠 트러니언을 수용하는 기계가공된 소정 두께의 연장부(72)를 갖는

   모노코크 하부 동체 구조체.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 측면 플레이트는 알루미늄 합금인

   모노코크 하부 동체 구조체.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,

    상기 금속 측면 플레이트는 동체의 구조적 강성을 저하시키지 않고 방탄 조건(ballistic protection requirements)을 만족시키는 두께를 갖는

    모노코크 하부 동체 구조체.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 금속 측면 플레이트는 1인치 내지 3인치의 두께를 갖는

    모노코크 하부 동체 구조체.
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