KR100864573B1 - 소화기용 탄두 및 그 제조방법 - Google Patents

소화기용 탄두 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소화기용 탄두에 관한 것으로서, 종래 유선형(혹은 원추형)으로 제조되는 탄두에 있어서, 일반적으로 관통력 및 파괴력 등의 탄두 특성을 향상시키기 위해 탄두 앞쪽을 원추형(혹은 유선형)으로 제조함과 동시에 총열에 나선형 홈을 설치하여 탄두를 회전시킨다. 그러나 그들의 역기능으로서, 탄두자체의 무게중심이 탄두 후방에 위치하게 되므로 비행하는 탄두는 공기저항 및 풍향 등의 영향을 더욱 받아 공기역학적 모멘트의 불균형(혹은 교란)이 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 원추형 탄두의 축으로 세차운동과 전도각이 증대되어 탄두 특성을 감소시킬 수 있다. 한편 상기 탄두의 코어재료로 사용되는 납은 자연생태계의 연쇄적 파괴 및 오염 등에 의한 피해가 증가하면서 납을 대체할 수 있는 새로운 소재개발이 필요하다.
따라서 본 발명은, 이러한 종래 소화기용 탄두의 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 탄심 소재로 사용되는 독성의 납 대신에 무연(lead free)의 금속, 세라믹 및 고분자 등으로 이루어지는 고·저밀도 복합재료를 이용하여, 상기 고밀도 복합재료가 전방에 채워지고, 그 후방으로 저밀도 복합재료가 채워지도록 구성하되, 탄두의 무게중심이 탄두길이의 중심 혹은 탄두길이 중심의 후방 1mm이하에 위치하도록 제조하여 비행하는 탄두의 세차운동 및 전도각을 줄여줌으로써 탄두의 사거리 연장 및 명중률이 향상되도록 한 것이 특징이다.

Description

소화기용 탄두 및 그 제조방법{Projectile of small arms and method of making same}
도 1은 본 발명에 따른 종래 5.56mm 소총탄두의 세차운동
도 2는 본 발명에 따른 종래 5.56mm 소총탄두의 세차운동 및 전도각 증가에 따른 탄두의 예상 탄도
도 3은 본 발명에 따른 종래 및 새로 개발된 9mm권총용 탄두의 단면도
도 4는 본 발명에 있어서 9mm권총용 탄두의 부분 절개도 및 단면도
도 5는 본 발명에 있어서 9mm권총용 탄두의 분해도
도 6은 본 발명에 있어서 5.56mm소총용 탄두의 부분 절개도 및 단면도
도 7은 본 발명에 있어서 5.56mm 소총용 탄두의 분해도
도 8은 본 발명에 있어서 다른 5.56mm 소총용 탄두의 부분 절개도 및 단면도
도 9는 본 발병에 있어서 다른 5.56mm 소총용 탄두의 분해도
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]
1 : 무게중심(C) 1a: 무게중심(C') 2 : 탄두의 원통 중심축 3a : 세차 운동 각(θ) 4 : 고밀도 복합재료로 설계된 탄심(core) 5 : 탄두의 외피(jacket) 6, 13, 23, 33 : 고밀도 복합재료 7, 27, 37 : 저밀도 복합재료(또는 경량금속) 8 : 탄두 전장(L) 10a : 탄두의 전도각(Ø) 17 : V자(혹은 U자) 홈
본 발명은 소화기용 탄두 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 일반적으로 소화기용 탄두는 총의 종류, 사용목적 및 특성(파괴력/위력/유효사거리) 등에 따라 매우 다양한 것들이 최첨단과학기술을 바탕으로 무수하게 개발되어 사용되고 있다. 한편 그와 같은 종래의 대부분 탄두는 비행 중 공기저항을 줄이거나, 관통력 및 파괴력 특성을 향상시키기 위해 탄두 앞쪽을 원추형(혹은 유선형)으로 제조할 뿐만 아니라, 정확도(명중률)를 향상시키기 위해 총열에 나선형의 홈을 설치하여 탄두를 회전시킨다.
그러나 그들의 역기능으로서, 탄두자체의 무게중심이 탄두 후방에 위치하게 되므로 비행하는 탄두는 공기저항 및 풍향 등의 영향을 더욱 받아 공기역학적 모멘트의 불균형(혹은 교란)이 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 원추형 탄두의 축으로 세차운동(precession)과 전도각(angle of falling down)이 증대되어 탄두 특성을 감소시킬 수 있다. 한편 상기 탄두의 코어재료로 사용되는 납은 자연생태계의 연쇄적 파괴 및 오염 등에 의한 피해가 증가하면서 납을 대체할 수 있는 새로운 소재개발이 요구되고 있다. 특히 종래의 실용 권총 및 소총용 탄두로 사용되는 납 탄은 현재도 군에서 24시간 경계근무 및 사격훈련장에서 사용함은 물론, 폭탄테러 및 하이잭 등 강력범죄가 증대하면서 그 사용랑이 증가함에 따라 그로 인한 선의적인 피해도 증가하고 있는 실정이다.
한편 이러한 종래 탄두의 문제점을 해결하기 위한 국내외 공지된 관련 최근 특허기술을 살펴보면, 공지된 대한민국 공개번호 특 2002-0008633호의 경우, 탄환의 유효사거리를 연장시키는 수단으로 총열내의 나선형 홈에 의해 탄환이 비행하면서 우회전(혹은 좌회전)에 의해 회전방향으로 휘어짐에 따라 저하되는 사거리 연장을 위해 탄두에 역방향 회전 안내부(혹은 날개) 등을 설치하는 기술과, 대한민국 등록번호 20-0277555호에 의한 탄환의 전면부에 나사선을 설치하여 유효사거리 연장 및 명중률을 향상시키는 기술보고 등이 있다. 그 밖에 캐나다의 베랑제 저매인(대한민국, 공개번호 특1995-700529호) 등에 의한 구리분말-나일론으로 이루어진 사출성형 혼합물로 이루어진 탄두, 미국의 나드카르니 애닐 브이(대한민국, 출원번호:10-1998-0701874호) 등에 의한 구리나 구리합금(청동, 황동 및 분산물 보강구리)의 분말을 압축성형 및 소결에 의해 제조된 탄두의 기술은 오히려 쉽게 파쇄 됨에 따라 되튐(back-splatter)현상을 없앨 수 있지만, 탄환의 중요한 파괴력과 파쇄 특성을 저하시킬 수 있다. 또한 미국의 앤더슨 등에 의한 경우, 스테인레스 강 분말, 스테인레스 강의 분말에 흑연(2％)을 포함하는 철 분말로 이루어진 케이스 속에 텅스텐 및 텅스텐 카바이드 등으로 이루어진 관통자 로드(penetrator rod)를 구성시켜 제조되는 탄두로서, 통상적인 철갑탄의 구조와 유사할 뿐만 아니라, 내측에 구성되는 관통자 로드는 쉽게 파쇄 되지 않을 수 있다.
이상과 같이 공지된 종래의 탄두 관련 특허기술은, 탄환의 종류 및 사용목적에 따라 다르지만, 유효사거리 연장, 정확도 및 파쇄특성 향상, 비독성 소재개발 등이 주류를 이루고 있다.
본 발명은 이상과 같이 종래의 탄두 및 공지된 관련 특허기술 등과는 달리, 탄심 소재로 사용되는 독성의 납 대신에 무연(lead free)의 금속, 세라믹 및 고분자 등으로 이루어지는 고·저밀도 복합재료를 이용하여, 상기 고밀도 복합재료가 전방에 채워지고, 그 후방으로 저밀도 복합재료가 채워지도록 구성하되, 탄두의 무게중심이 탄두길이의 중심 혹은 탄두길이 중심의 후방 1mm이하에 위치하도록 제조함으로써, 비행하는 탄두의 세차운동 및 전도각을 줄여 탄두의 사거리 연장 및 명중률이 향상되도록 한 것을 특징으로 한다.
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한편, 최근 무차별적으로 사용되고 있는 대부분의 중소화기용 탄두의 탄심(core)은 독성인 납을 주성분으로 사용하고 있으며, 그로 인한 인류와 자연 생태계 에 미치는 직접 혹은 간접적인 피해가 급증하고 있는 실정이다.
특히 종래의 실용 권총 및 소총용 탄두로 사용되는 납탄은 현재도 군에서 24시간 경계근무 및 사격훈련장에서 사용함은 물론, 폭탄테러 및 하이잭 등 강력범죄가 증대하면서 그 사용량이 증가함에 따라 그로 인한 선의적인 피해도 급증하고 있다. 또한 시민경찰이 개인용 권총이나 소총을 사용하여 강력범죄자 진압할 때, 무모한 오발사고로 인한 인근 주변인물의 납탄에 의한 직접적인 피해는 물론, 그로 인한 2차적인 피해도 증가하고 있는 실정이다. 그들의 비근한 실 예로써, 사격훈련장이나 레저용 클래이 사격장에서 짧은 시간에 수발의 납탄 사격시, 탄약의 화약연기와 함께 증발되는 납 증기의 입자가 사격자 혹은 부근 훈련자의 호흡기에 침입되는 피해, 또는 발사된 납탄의 중독으로 인한 자연 생태계의 연쇄적인 파괴 등은 간과할 수 없는 사실이다.
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표 1은 본 발명에 있어서, 종래 실용 9mm 권총 및 5.56mm 소총용 탄두의 물 리적/재료적 특징을 조사한 결과이다. 이들 일부의 수치는 본 발명자에 의해 수집된 실용 탄두를 실측 혹은 컴퓨터 시뮬레이션(solid works)에 의해 얻어진 것이므로 다소 오차가 있을 수 있으나, 표에 나타낸 바와 같이 종래의 실용 9mm 권총 및 5.56mm 소총용 탄두의 경우, 무게중심(centroid)이 길이중심으로부터 각각 약 0.8mm 및 약 1.93mm정도 뒤쪽(후방)에 위치한다.
표 1 종래의 9mm 권총 및 5.56mm 소총용 탄두의 물리적/재료적 특징.
Figure 112005511195607-pat00001
이와 같은 구조적 특성 때문에 총구를 떠난 탄두는 비행 중 풍향이나 공기저항 등의 영향을 더욱 받게 되며, 그에 따른 더 많은 세차운동이 발생되어 탄두의 유효사거리 및 정확도(명중률)가 더욱 떨어짐은 자명하다. 또한 그러한 탄두의 주요 특성을 유지하면서 되튐(back-splatter)현상에 의한 피해를 줄일 수 있는 탄두의 소재개발이 요구되고 있다.
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도 1 및 도 2는 본 발명에 있어서, 종래 5.56mm 소총용 탄두의 비행 시 탄두의 원통 축(2)을 중심으로 5, 10, 15°의 각도(θ)(3)로 세차운동을 하는 것과, 상기 소총용 탄두의 세차운동의 각도(θ)(3) 및 전도각(Ø)(10) 증가에 따른 탄두의 예상 탄도를 모식적으로 나타낸 것이다. 특히 무게중심(C)(1)이 길이중심의 후방에 위치하기 때문에 발생되는 세차운동은 탄두의 비행시간 및 거리가 멀어지면서 비행속도가 저하하며, 그에 따른 세차운동의 각도(θ)(3) 및 전도각(Ø)(10)도 더욱 증가할 것으로 판단된다.
도 3은 본 발명에 있어서, 종래 실용 9mm 권총(38구경)용 탄두의 내부구조를 나타낸 것으로서, 그 외형의 탄미부와 첨두부는 탄두의 파괴력 향상과 공기저항을 줄이기 위해 원추형으로 설계되어 있으며, 특히 탄두 외피(jacket)(5)의 내부는 크게 납(lead)으로 이루어진 탄심(core)(4)과 만으로 구성되어 있음을 알 수 있다.
따라서 본 발명은, 전술한 종래 9mm 권총 및 5.56mm 등 소화기용 탄두의 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 도 3의 상측에 도시한 종래 탄두 내부의 탄심(4)에 사용되는 독성인 납(lead)대신에 상기 도 3의 하측에 도시한 바와 같이, 무연(lead free)의 고밀도 복합재료(6)와 저밀도 복합재료(혹은 경량금속 및 그 합금)(7)을 조합하여 탄환의 무게중심(C)(1)이 탄환의 총길이(8)의 중심(L/2) 또는 상기 탄환의 총길이 중심의 후방 1mm이하에 접근시켜 설계하여 탄두의 세차운동 각(3) 및 전도각(10)을 최소화함으로써 탄두의 정확도 및 유효사거리 등이 향상되도록 하였다.
Figure 112007508970415-pat00011
도 4 및 도 5는, 본 발명에 의해 설계된 실용 9mm 권총 탄두의 내부구조 및 분해도를 나타낸 것이다. 이것은 종래의 탄환과는 다르게 ■외피부(5), ■저밀도 복합재료(혹은 경량금속 및 그 합금)(7) 및 ■고밀도 복합재료(13)로 크게 3개의 부분 조립품으로 구성함으로써 이루어진다. 상기 외피부(5)의 소재는 종래의 Cu-Zn 합금을 사용할 수 있으며, 상기 저밀도 복합재료(7)는 금속, 세라믹, 고분자 등을 주성분으로 하는 다양한 복합재료 또는 경량금속(Al, Mg, Ti 등)의 적용이 가능하며, 더욱 구체적으로는 금속계 산화물(Al2O3, MgO, SiO2, Fe2O3, CuO 등), 붕화물(B2O3, ZrB2, VB2, NbB2 등), 질화물(TiN, NbN, WN2, Co2N 등), 고분자(나일론, 폴리테르미드 등) 및 섬유 유리 중 적어도 1종 혹은 2종 이상 분말형태의 조성물로 혼합되어 사출(혹은 압축)성형 및 소결하여 제조하거나, 순 경량금속(Al, Mg 및 Ti 등) 혹은 상기 경량금속의 합금(상기 경량금속 중 적어도 1종 이상의 금속원소를 30wt％이상 포함하는 합금)으로 제조하되, 밀도가 1.6∼4.5g/㎤ 범위로 제조됨으로써 이루어진다.
Figure 112008502838716-pat00012
또한 본 발명에 있어서, 상기 고밀도 복합재료(13)의 경우는, 상기 탄두의 사용목적에 따라 1개 혹은 2개 이상의 원추형으로 제조되어 적층될 수 있으며, 탄심의 파쇄특성을 더욱 향상시키기 위해 각 탄심 외측(혹은 내측)에는 축 방향으로 3개 이상의 V홈(혹은 U 홈)(17)을 설치하거나, 중심에 1∼5mm범위 구멍(14)을 두게 함으로써 이루어진다. 특히 이러한 상기 고밀도 복합재료(13)는, 중합금(W-Cu계, W-Sn계, W-Zn계, W-Fe계, W-Ni계, W-Cu-Zn계, W-Fe-Ni계 등), 초경합금(WC-TaC-NbC-TiC-Co), W-나일론계 복합재료 및 금속기 벌크 비정질 합금 등을 포함하는 원료분말을 이용하여 제조하되, 종래의 탐심소재로 주로 사용되는 납(Pb)의 이론비중(11.34 g/㎤)보다 큰 11.4∼17.0g/㎤범위의 고밀도 복합재료가 반드시 구비됨으로써 이루어진다.
한편 본 발명에 있어서, 상기 구리합금으로 이루어진 탄두 외피(5)의 내측에 설치되는 V홈은 탄두의 파쇄특성을 향상시키기 필요한 것으로 원추의 금형에 철(凸)부를 두어 제조하면 용이하게 제조 가능하다. 이와 같이 제조된 부분품의 조립은 적절한 금형을 이용해서 압축하면, 상기 구리합금으로 된 외피(5)의 소성변형에 의해 전술한 고밀도 복합재료(13) 및 저밀도 복합재료(7)로 구성되는 탄심이 고정되면서 완성된 탄두를 제조할 수 있다.
도 6과 도 7은 본 발명에 있어서, 실용 5.56mm 소총용(M16/K-2) 탄두에 관한 일 예를 나타낸 것이다. 상기 탄두 구성 부분품은 전술한 9mm 권총 탄두와 마찬가지로 고밀도 복합재료부(23), 저밀도 복합재료(혹은 경량금속 및 그 합금)(27) 및 외피(25) 등을 구비함으로써 이루어진다. 그러나 상기 5.56mm 소화기용 탄두 혹은 그 밖의 소화기용 탄두는 상기 9mm 권총용 탄두와는 달리 유선형의 첨두부가 원추형에 가까운 형태이므로 무게중심(C)(1)을 길이중심 혹은 상기 길이중심의 후방 1mm이하로 근접되도록 위치시키기 위해서는 9mm 권총 탄환설계에 필요한 고밀도 복합재료(23)보다 고비중인 소재가 요구될 수 있다.
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따라서 본 발명에 있어서, 도 8과 도 9에 나타낸 것은 또 다른 실시예로서, 상기 도 6 및 도 7에서 실시한 예와 탄두의 외형 및 치수 등은 대부분 동일하지만, 특히 탄두의 고밀도 복합재료(33)의 외피(35)가 제거된 형태이다. 이러한 형태는 고밀도 복합재료(33)가 탄두의 진행방향에 더욱 전진 배치됨으로써 탄환의 무게중심(31)을 길이중심 혹은 상기 길이중심 후방 1mm이하로 이동시키는데 용이할 뿐만 아니라, 탄두의 파괴 특성 및 파쇄성을 더욱 향상시킬 수 있다.
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본 발명은 소화기용 탄두의 특성 향상 및 독성인 납으로 이루어진 탄심(core)을 유해성이 없는 소재로 대체하기 위해 상기 탄심재료를 저밀도 복합재료(혹은 경량금속 및 그 합금) 및 고밀도 복합재료를 이용하여 탄두 자체의 무게중심이 탄두의 길이중심 혹은 상기 길이중심의 후방 1mm이하에 위치하도록 하여 비행하는 탄두의 세차운동 및 전도각을 적게 함으로써, 소화기용 탄두의 회전력과 관성력을 향상시켜 탄환의 비행속도를 향상시켜 관통능력 및 정확도를 높임과 동시에 유효사거리를 연장할 수 있도록 하였다. 또한 상기 소화기용 탄두의 구리합금 외피(jacket)의 내측, 저밀도 및 고밀도 복합재료로 이루어지는 탄심 내·외측에 3개 이상의 V자(혹은 U자)홈을 설치하여 파쇄특성이 향상되도록 한 것이 특징이다.

Claims (8)

  1. 유선형 혹은 원추형으로 이루어진 탄두에 있어서, 구리합금 외피(5)(25)의 내부에 탄심(core)의 소재로 고밀도 복합재료(13)(23)가 전방에 채워지고, 상기 고밀도 복합재료의 후방으로 저밀도 복합재료(7)(27)가 채워지도록 구성하되, 상기 탄두의 무게중심이 탄두길이의 중심(12) 혹은 상기 탄두길이 중심의 후방 1mm이하에 위치하는 것을 특징으로 하는 소화기용 탄두.
  2. 원통형으로 이루어진 구리합금 외피(35)의 전방으로 고밀도 복합재료(33)를 구성하되, 상기 고밀도복합재료의 일부가 탄두의 전방으로 노출되어 유선형 또는 원추형을 형성하게 하고, 고밀도복합재료(33)의 후방으로 저밀도 복합재료(37)가 채워지도록 탄두를 구성하되, 상기 탄두의 무게중심이 탄두길이의 중심 혹은 상기 탄두길이 중심의 후방 1mm이하에 위치하는 것을 특징으로 하는 소화기용 탄두.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고밀도 복합재료(13)(23)(33)는 중합금(W-Cu계, W-Sn계, W-Zn계, W-Fe계, W-Ni계, W-Cu-Zn계, W-Fe-Ni계), 초경합금(WC-TaC-NbC-TiC-Co) 및 텅스텐-나일론계 복합재료 중 적어도 1종 혹은 2종 이상의 조성물로 혼합되어 압축성형 및 소결하여 제조하되, 상기 고밀도 복합재료의 밀도가 11.4∼17.0g/㎤ 인 것을 특징으로 하는 소화기용 탄두.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 저밀도 복합재료(7)(27)(37)는 금속계 산화물(Al2O3, MgO, SiO2, Fe2O3, CuO), 붕화물(B2O3, ZrB2, VB2, NbB2), 질화물(TiN, NbN, WN2, Co2N) 및 고분자(나일론 및 폴리테르미드) 중 적어도 1종 혹은 2종 이상 분말형태의 조성물로 혼합되어 압축성형 및 소결하여 제조하되, 상기 저밀도 복합재료의 밀도가 1.6∼4.5g/㎤ 범위인 것을 특징으로 하는 소화기용 탄두.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 구리합금 외피(5)(25)(35)의 내측 전방에 설치되는 고밀도 복합재료(13)(23)(33)로 이루어진 탄심이 1개 또는 2개 이상의 다단으로 적층되도록 제조되고, 상기 구리합금 외피의 내측과 고밀도 복합재료(13)(23)(33) 탄심의 외측에는 3개 이상의 V홈(17)이 설치되어 제조되는 것을 특징으로 하는 소화기용 탄두.
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