KR100823575B1 - 고체 로켓의 추진부 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 연료를 추진제로 사용하는 고체 로켓에서 추력 중단 및 재점화를 통해 추력을 효율적으로 분배하고 다중 추력을 제공할 수 있도록 한 고체 로켓의 추진부 구조에 관한 것으로서,

추진제(11)와 점화기(13)를 포함하고 소정의 추력을 구비한 추진제/점화기 조립체(10)가 순차적으로 접합되어 이루어진 추진제 그레인(20)과; 로켓의 외형을 형성하고 추진제 그레인(20)이 내부에 장착되며 끝단 부분에 노즐(19)이 설치되는 연소관(18)과; 추진제 그레인(20)의 선단부에 부착되어 전원공급장치와 결합되는 커넥터(17)와; 추진제 그레인(20)의 추진제/점화기 조립체(10) 사이에 설치되어 열충격을 차단하는 탄성 내열 격막(15)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 로켓의 추력을 일정 시간 동안 중단시켜 관성 비행하도록 한 상태에서 다시 추력을 발생시킬 수 있으므로 추력을 효율적으로 분배할 수 있고 사거리를 증대시킬 수 있게 된다.

고체로켓, 추진부, 추진제 그레인, 추진기관, 점화기, 탄성내열격막, 추력 중단, 관성비행, 사거리

Description

고체 로켓의 추진부 구조{Propellant Assembly for Solid Rocket}

도 1은, 일반적인 고체 로켓의 추진기관이 도시된 구성도.

도 2는, 본 발명에 의한 고체 로켓의 추진부 구조가 도시된 구성도.

도 3은, 본 발명을 이용한 고체 로켓의 추력 변화가 도시된 추력선도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 추진제/점화기 조립체 11: 추진제

12: 인히비터 13: 점화기

14: 보조 점화판 15: 탄성 내열 격막

16: 점화도선 17: 커넥터

18: 연소관 19: 노즐

20: 추진제 그레인

본 발명은 고체 연료를 추진제로 사용하는 고체 로켓에 관한 것으로서, 특히 추력 중단 및 재점화를 통해 추력을 효율적으로 분배하고 다중 추력을 제공할 수 있도록 한 고체 로켓의 추진부 구조에 관한 것이다.

일반적으로 고체 로켓의 추진기관은 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 추진제(51)가 충진된 연소관(50)과, 상기 연소관(50)의 후미에 장착되어 연소 가스가 토출되는 노즐(53)과, 상기 추진제(51)에 설치되어 추진제(51)를 점화시키는 점화기(52)를 포함하고 있다.

상기와 같이 구성된 종래의 고체 로켓의 추진기관은 추진제가 연소되어 발생하는 연소 가스를 노즐을 통해 분사함으로써 추력을 발생하고 있다.

점화기(52)에 점화신호를 보내게 되면 점화기(52)가 작동되어 추진제(51)를 연소시키게 되고, 추진제(51)의 연소결과 발생하는 연소 가스가 연소관(50)에 연결된 노즐(53)을 통해 분사됨으로써, 그 반작용을 이용하여 추력을 발생하고 있다.

그런데, 상기한 종래의 고체 로켓의 추진기관은 단일 형상의 그레인 형태로 제작되어 한번 점화되면 추진제(51)가 모두 연소할 때까지 연소 중단이 불가능하다. 이는 액체 로켓의 추진기관과 비교할 때 고체 로켓 추진기관의 가장 큰 단점으로 작용한다.

이에 따라 고체 로켓에서는 추진기관을 구성할 때, 연소관(50)을 다단으로 구성하여 고체 로켓의 사거리를 조절하고 있다. 그러나, 이러한 다단 구조의 추진기관을 구비한 고체 로켓이라 하더라도 대부분 연속된 추력 발생을 상정하고 있다. 또한, 분리된 추력을 제공하기 위해서 추진제 사이에 탄성 내열 격막을 설치하는 경우 복잡한 제작 공정이 필요하고 제작기간이 길어지며 추진기관의 신뢰도를 저하시키는 요인이 되고 있다.

다시 말해서, 종래의 고체 로켓의 추진기관에서는 추진제의 연소를 중단시킬 수 없으므로 고체 로켓의 사거리 범위 조절이 어렵고 사거리를 증대시키기 위해서는 연소관을 추가적으로 장착하여야 하는 문제점이 있다.

또, 종래의 고체 로켓의 추진기관은 분리된 추력 제공이 어렵고 분리된 추력을 제공하기 위해서는 복잡한 제작공정 및 제작기간이 요구되며 추진기관의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연소관을 추가적으로 장착하지 않고도 다단계의 추력 제공이 가능하고 분리된 추력 제공을 통해 추력을 효율적으로 분배할 수 있도록 한 고체 로켓의 추진부 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 추력의 효율적인 분배를 통해 불필요한 최대 속도를 감속시켜공기저항을 최소화시킴으로써 종말속도를 증가시키고 사거리를 증대시킬 수 있도록 한 고체 로켓의 추진부 구조를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 고체 로켓의 추력을 필요에 따라 차단하고 일정 시간이 경과한 후 재점화하여 사거리의 범위 조절이 가능하고 인공위성의 고도 제어에 적합안 고체 로켓의 추진부 구조를 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 추진제와 점화기를 포함하고 소정의 추력을 구비한 추진제/점화기 조립체가 순차적으로 접합되어 이루어진 추진제 그레인과; 로켓의 외형을 형성하고 상기 추진제 그 레인이 내부에 장착되며 끝단 부분에 노즐이 설치되는 연소관과; 상기 추진제 그레인의 선단부에 부착되어 전원 공급장치에 결합되는 커넥터와; 상기 추진제 그레인의 상기 추진제/점화기 조립체 사이에 설치되어 열충격을 차단하는 탄성 내열 격막을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 상기 추진제/점화기 조립체는, 연소에 의해 폭발력을 발생하는 추진제와, 상기 추진제의 측면에 코팅되어 열충격이 측부로 전달되지 않도록 하는 인히비터와, 상기 추진제의 끝단에 설치되어 추진제를 폭발시키는 점화기와, 상기 인히비터 상면에 접착되어 상기 점화기의 출력을 증폭시키는 보조 점화판과, 상기 보조 점화판의 상면으로부터 상기 추진제를 감싸도록 접합되는 컵 형태의 고강도 탄성 내열 격막과; 상기 고강도 탄성 내열 격막과 인히비터 측면을 따라 설치되어 인접한 다른 추진제/점화기 조립체의 보조 점화판으로 점화신호를 전달하는 점화도선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 상기 추진제/점화기 조립체의 단위 추력 지속시간은 추진제의 두께에 의해 결정되고, 상기 추진제/점화기 조립체의 순간 추력은 추진제의 직경에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명의 고체 로켓의 추진부 구조 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 고체 로켓의 추진부 구조가 도시된 구성도이고, 도 3은 본 발명을 이용한 고체 로켓의 추력 변화가 도시된 추력선도이다.

본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조는, 추진제(11)와 점화기(13)를 포함하고 소정의 추력을 구비한 추진제/점화기 조립체(10)가 순차적으로 접합되어 이루어진 추진제 그레인(20)과; 로켓의 외형을 형성하고 상기 추진제 그레인(20)이 내부에 장착되며 끝단 부분에 노즐(19)이 설치되는 연소관(18)과; 상기 추진제 그레인(20)의 선단부에 부착되어 전원공급장치에 결합되는 커넥터(17)를 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 추진제 그레인(20)의 상기 추진제/점화기 조립체(10) 사이에는 열충격을 차단하는 탄성 내열 격막(15)이 설치된다.

그리고, 상기 추진제/점화기 조립체(10)는 연소에 의해 폭발력을 발생하는 추진제(11)와, 상기 추진제(11)의 측면에 코팅되어 열충격이 측부로 전달되지 않도록 하는 인히비터(12)와, 상기 추진제(11)의 끝단 좌우 양측에 각각 1개씩 삽입 설치되어 추진제를 폭발시키는 점화기(13)와, 상기 인히비터(12)의 상면에 접착되어 상기 점화기(13)의 출력을 증폭시키는 보조 점화판(14)과, 상기 보조 점화판(14)의 상면으로부터 상기 추진제(11)를 감싸도록 접합되는 컵 형태의 고강도 탄성 내열 격막(15)과; 상기 고강도 탄성 내열 격막(15)과 인히비터 측면을 따라 설치되어 인접한 다른 추진제/점화기 조립체의 보조 점화판(14)으로 점화신호를 전달하는 점화도선(16)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 추진제/점화기 조립체(10)의 단위 추력 지속시간은 조립체(10)를 구성하는 추진제(11)의 두께에 의해 결정되고, 순간 추력은 추진제(11)의 직경에 의해 결정된다.

상기한 고체 로켓의 추진부 구조의 제작 과정을 살펴보면, 먼저 소정의 추력을 갖는 추진제/점화기 조립체(10)를 준비하고, 각 추진제/점화기 조립체(10)의 보 조 점화판(14)이 점화도선(16)으로 연결되도록 상기 추진제/점화기 조립체(10)를 복수개 접합하여 추진제 그레인(20)을 형성하며, 상기 추진제 그레인(20)을 적절한 연소관(18)에 장착한다.

여기서, 상기 추진제/점화기 조립체(10)는 추진제 분말을 혼합하고 요구되는 형태의 금형으로 주조하여 추진제(11)를 성형/경화시킨 후 인히비팅을 실시하고, 상기 추진제(11)의 끝단면에 서로 대칭되도록 2개의 점화기(13)를 삽입 설치하며, 상기 점화기(13)에 접촉되도록 종이 재질의 보조 점화판(14)을 인히비터(12)에 접착하고, 탄성 접착제를 이용하여 컵 형태의 고강도 탄성 내열 격막(15)에 상기 추진제(11)를 부착하여 제작한다.

상기와 같이 구성된 고체 로켓의 추진부 구조는 각 단의 추력 지속시간 및 단위 추력 사이의 시간 간격을 조절할 수 있도록 한다.

점화신호가 점화 도선(16)을 통해 최후미에 있는 추진제/점화기 조립체(10)로 전달되면, 보조 점화판(14)이 타들어 가게 되므로 점화기가 작동된다. 따라서, 상기 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11)가 연소되면서 고체 로켓에 추력이 발생하게 된다. 이때, 고체 로켓에 발생하는 추력은 상기 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11) 직경을 변화시켜 조절하고, 추력 지속시간은 추진제(11)의 두께를 변화시켜 조절한다. 따라서, 상기 추진제(11)의 직경 및 두께를 조절함으로써 고체 로켓의 단위 추력 및 추력 지속시간을 적절하게 설정할 수 있게 된다.

이후, 상기 추진제(11)의 연소가 완료되면 고체 로켓의 추력이 중단되고 고체 로켓은 관성 비행을 하게 된다. 즉, 최후미의 추진제/점화기 조립체(11)와 그 다음 위치에 있는 추진제/점화기 조립체(10) 사이에 고강도 탄성 내열 격막(15)이 구비되어 있으므로, 이전 추진제/점화기 조립체(10)에서 발생한 열충격이 다음 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11)에 전달되지 않게 되어 추진제(11)의 연속적인 연소가 이루어지지 않는 것이다.

일정 시간이 경과된 후 점화 도선(16)을 통해 다시 점화 신호를 전달하게 되면 점화기(13)가 작동한다. 상기 점화기(13)의 작동에 따라 해당 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제가 재점화되어 연소되고, 상기 추진제(11)의 연소에 따른 폭발력에 의해 상기 고강도 탄성 내열 격막(15)이 파열된다. 따라서, 상기 추진제(11)의 연소에 따라 발생하는 연소 가스가 비어 있는 연소관(18) 및 노즐(19)을 통해 분사되면서 고체 로켓에 다시 추력을 부여하게 된다.

이때 추력을 중단한 후 점화기(13)를 재점화시킬 때까지의 시간은 필요에 따라 적절하게 설정하며, 마지막 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11)가 모두 연소될 때까지 상기한 과정을 반복하게 된다. 물론, 필요에 따라 모든 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11)를 모두 연소시키지 않고 일부 추진제/점화기 조립체(10)의 추진제(11)만 연소시킨 후 고체 로켓을 회수할 수도 있다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이 고체 로켓의 추력을 연속적으로 제공하지 않고 단속적으로 제공할 수 있게 된다. 이때, 고체 로켓의 단위 추력은 추진제의 직경에 따라 결정되고, 추력 지속시간은 추진제의 두께에 따라 결정되며, 단위 추력 사이의 추력 중단 시간은 필요에 따라 적절하게 설정하는 것이다.

따라서, 고체 로켓의 추진기관에서 발생하는 추력을 효율적으로 분배할 수 있으며, 이러한 효율적인 추력 분배는 불필요한 최대 속도를 감속시켜 공기 저항을 최소화함으로써 종말 속도를 증가시키고 사거리를 증대시킬 수 있도록 한다. 또, 고체 로켓의 추력을 필요에 따라 차단하거나 재작동시킴으로써 광역의 최소 사거리 및 최대 사거리의 확보가 가능하고, 인공 위성의 고도 제어용으로도 사용이 가능하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 로켓의 추력을 일정 시간 동안 중단시켜 관성 비행하도록 한 상태에서 다시 추력을 발생시킬 수 있으므로 추력을 효율적으로 분배할 수 있고 사거리를 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 단일 연소관 내에서 다단 추력을 발생할 수 있는 고체 로켓을 제공함과 아울러 사거리의 범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다. 즉, 실제 연소되는 추진제의 양을 조절할 수 있게 되어 최소 사거리로부터 최대 사거리까지의 범위를 넓게 할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 고체 로켓의 추진부 구조에 따르면, 필요에 따라 실제 작동되는 추진제/점화기의 수를 조절할 수 있게 되므로 로켓의 발사 시험시 불필요한 추진제의 소모를 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 추진제(11)와 점화기(13)를 포함하고 소정의 추력을 구비한 추진제/점화기 조립체(10)가 순차적으로 접합되어 이루어진 추진제 그레인(20)과; 로켓의 외형을 형성하고 상기 추진제 그레인(20)이 내부에 장착되며 끝단 부분에 노즐(19)이 설치되는 연소관(18)과; 상기 추진제 그레인(20)의 선단부에 부착되어 전원 공급장치에 결합되는 커넥터(17)와; 상기 추진제 그레인(20)의 상기 추진제/점화기 조립체(10) 사이에 설치되어 열충격을 차단하는 탄성 내열 격막(15)을 포함하고,

   상기 추진제/점화기 조립체(10)는, 연소에 의해 폭발력을 발생하는 추진제(11)와, 상기 추진제(11)의 측면에 코팅되어 열충격이 측부로 전달되지 않도록 하는 인히비터(12)와, 상기 추진제(11)의 끝단에 설치되어 추진제를 폭발시키는 점화기(13)와, 상기 인히비터(12)의 상면에 접착되어 상기 점화기(13)의 출력을 증폭시키는 보조 점화판(14)과, 상기 보조 점화판(14)의 상면으로부터 상기 추진제(11)를 감싸도록 접합되는 컵 형태의 고강도 탄성 내열 격막(15)과; 상기 고강도 탄성 내열 격막(15)과 인히비터 측면을 따라 설치되어 인접한 다른 추진제/점화기 조립체의 보조 점화판(14)으로 점화신호를 전달하는 점화도선(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 로켓의 추진부 구조.
3. 제2항에 있어서,

   상기 점화기(13)는 상기 추진제(11)의 좌우 양측에 각각 1개씩 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 고체 로켓의 추진부 구조.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,

   상기 추진제/점화기 조립체(10)의 단위 추력 지속시간은 추진제(11)의 두께에 의해 결정되고, 상기 추진제/점화기 조립체(10)의 순간 추력은 추진제(11)의 직경에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 고체 로켓의 추진부 구조.

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