KR100930373B1

KR100930373B1 - 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약

Info

Publication number: KR100930373B1
Application number: KR1020090003440A
Authority: KR
Inventors: 김진기
Original assignee: 김진기; 김지홍
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-12-16

Abstract

본 발명은 폭발 관통력을 증가시켜 극대화할 수 있는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약에 관한 것이다.

본 발명에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약은, 중공을 가지는 라이너; 및 일측은 상기 라이너의 외면을 감싸며 성형되고, 상기 라이너의 중심축으로부터 차례대로 적층되는 단면을 가지는 둘 이상의 화약 층을 포함할 수 있고, 상기 둘 이상의 화약 층은 내측 화약 층으로부터 외측 화약 층으로 갈수록 폭발 전파 속도가 더욱 빠르다.

성형, 작약, 폭탄, 라이너, 메탈, 제트, 밀도

Description

폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약{SHAPED CHARGE WITH DIFFERENCE OF PROPAGATION VELOCITY OF EXPLOSION}

본 발명은 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약에 관한 것으로, 구체적으로는 폭발력을 이용하여 대상물을 관통하기 위한 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약에 관한 것이다.

성형 작약이란 적절한 형상으로 화약을 성형하여 폭발력을 한 장소로 집중할 수 있는 화약장치를 의미한다. 기폭을 일으키는 반대쪽에 화약의 가장자리를 따라서 오목한 모양의 공동구조를 가지며, 화약과 공동 간에 라이너가 없는 공동 구조의 폭발력 집속효과 현상은 먼로 효과(Munroe effect) 또는 노이만 효과(Neumann effect)라고 불린다.

도1a는 종래 기술에 따른 성형 작약의 단면도이고, 도1b는 종래 기술에 따른 성형 작약의 사시도이다. Lined cavity 성형 작약은 화약(100)과 공동(120) 간에 금속이나 세라믹으로 된 라이너(Liner)(110)를 갖는 것으로 폭발시 발생하는 제트(Jet)의 힘을 활용하여 금속판이나 암반을 관통하는 화약장비이다. 기폭장치의 점화로 폭발이 일어나면 짧은 순간 동안에 금속 라이너(110)가 붕괴되어 매우 속도 가 큰 고온, 고압의 금속 제트가 형성되어 제어된 좁은 면적에 약 수십만 기압에 달하는 과도 압력을 발생시키며, 사용하는 화약(100)의 종류와 형상 그리고, 라이너(110)의 형상을 변화시킴으로써 제트의 길이를 변화시키고 광범위한 높은 압력을 발생시킬 수 있다. 제트의 관통력을 이용하여 토목 구조물 제거/파괴, 암반 폭파, 석유 시추 및 군용 포탄 등에 사용된다.

도2a 내지 도2e는 종래 기술에 따른 성형 작약의 폭발과 이에 따른 제트 생성을 나타내는 단면도이다. 화약(100)이 기폭점(200)으로부터 폭발을 시작하면 기폭점(200)을 중심으로 폭발 파면(210)이 전파되어 나가고, 폭발 파면(210)이 성형 작약의 라이너(110)에 도달하면 폭발 압력에 의해 라이너(110)가 순차적으로 붕괴되면서 제트(220)를 생성한다. 제트(220)의 생성 과정은, 폭발 압력이 라이너(110)로 가해지면 라이너(110)는 중심부로부터 붕괴되기 시작하며, 붕괴되는 라이너(110)는 라이너(110)의 중심축을 중심으로 가느다란 쐐기 형상으로 변형되면서 나아간다. 쐐기 형상의 제트(220)는 고온, 고속, 고압이므로 물체를 관통하거나 변형, 파괴시킬 수 있는 것이다.

폭발 시 라이너(110)에 가해지는 압력(300)은 도3에서와 같이 라이너(110)와 평행한 방향으로부터 라이너(110)를 향하여 동시에 가해지는 것이 이상적이며, 이때 가장 큰 폭발 관통력을 얻을 수 있다. 하지만, 종래의 성형 작약은 압력이 라이너(110)에 동시에 가해지지 못하여 에너지 효율이 매우 떨어지므로 이상적인 경우에 비하여 폭발 관통력이 저하되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 라이너와 평행에 가까운 폭발 파면을 만들 수 있는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약을 제공하는 데에 목적이 있다.

본 발명의 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약에 따르면, 화약 층의 폭발 파면 전파 속도를 달리하고 파형조절기를 이용함으로써, 폭발 파면이 라이너와 더욱 평행에 가까우므로 동일한 양의 화약으로도 더욱 강한 폭발 관통력을 얻을 수 있고, 사용되는 화약을 줄일 수 있으므로 제조비용을 절감할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약은, 라이너(111), 파형조절기(430), 장약외피(420), 기폭 화약(410) 및 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)을 포함한다.

장약외피(420)는 내부가 비어 있는 원통이고 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)은 장약외피(420)의 내부에 충진되며, 파형조절기(430)는 축이 밑면에 수직인 직원뿔 형태로서 충진되는 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)의 일측에 직원뿔의 꼭짓점이 화약의 기폭점을 향하도록 위치한다. 기폭 화약(410)은 파형조절기(430)를 기준으로 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)의 반대 측에 위치하며, 기폭점(460)으로부터 원뿔형으로 구성되어 장약외피(420)와 기폭 화약(410) 사이에 공동(440)이 형성된다. 장약외피(420)와 기폭 화약(410) 사이에 공동(440)을 형성하지 않고 기폭 화약(410)으로 모두 채워도 무방하나, 공동(440)을 형성하는 경우에 성형 작약의 폭발 관통력을 크게 저하시키지 않으면서 장약외피(420)와 기폭 화약(410) 사이의 공동(440)에 해당하는 양만큼 기폭 화약(410)을 절감할 수 있는 장점이 있다. 파형조절기(430)의 재질은 금속 계열로서 스테인레스 스틸(STAINLESS STEEL), 구리, 황동 등이 될 수 있다. 라이너(111)는 종형으로서 화약의 기폭점(460) 반대 측에 구성되며, 종형의 라이너(111) 내부는 화약이 충진되지 않는 중공(120) 상태로 처리된다.

제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)은 기본적으로 동일한 화약 성분이며 단지 화약의 밀도를 서로 다르게 조성한 것으로서, 가장 내 측에 위치하는 제1 화약 층(411)은 화약의 밀도가 낮고, 가장 외 측에 위치하는 제5 화약 층(415)으로 갈수록 화약 밀도가 높도록 구성된다. 화약은 동일한 성분의 화약인 경우 밀도가 낮을수록 화약을 따라 전파되는 폭발 전파 속도가 낮은 성질을 가지고 있으며, 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)의 밀도를 달리 구성한 것은 화약의 이러한 성질을 이용하기 위한 것이다.

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 이론적인 폭발 파면(450)의 전파를 나타낸 단면도이다. 기폭점(460)으로부터 화약이 폭발하기 시작할 때 화약 내부로 전파되는 폭발 파면(450)과 파형조절기(430)에 의해 변화하는 폭발 파면(450) 및 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)으로 전파되는 폭발 파면(450)을 시각적으로 확인할 수 있도록 나타낸 것으로서, 이론적인 경우를 가정하여 나타낸 것이다.

기폭점(460)에서 기폭 화약(410)이 폭발하기 시작하면 기폭점(460)을 중심으로 폭발이 전파되는데, 전파되는 폭발 파면(450)이 파형조절기(430)를 만나면 파형조절기(430)에 의해 폭발 파면(450)이 변형된다. 파형조절기(430)가 금속이므로 폭발 파면(450)이 파형조절기(430)와 부딪치면 접촉면에서 충격파로 전환되어 파형조절기(430) 내부에서 변형되어 진행한다. 파형조절기(430)를 통과한 폭발 파면(450)은 제1 내지 제5 화약 층(411, 412, 413, 414, 415)을 따라 전파되는데, 전파되는 동일 선상의 폭발 파면(450)은 파형 조절기(430)의 a점으로부터 제5 화약 층(415) 및 제4 화약 층(414)으로 전파되기 시작한다. 제5 화약 층(415)의 a점에서 전파되는 폭발 파면(450)은 a점으로부터 c점 방향으로, 제4 화약 층(414)의 a 점에서 시작된 폭발 파면(450)은 제4 화약 층(414)의 a점으로부터 제1 화약 층(411)의 b점 방향으로 순차적으로 전파된다. 이때, 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 경계면에서 폭발이 시작되어도 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 폭발 전파 속도가 다르므로, 라이너(111) 측을 향해 나아갈수록 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 폭발 파면 사이에는 간격이 생긴다. 이에 따라, 라이너(111)에 접근할수록 라이너(111)와 더욱 근사한 형상을 이루면서 진행하고, 라이너(111)를 붕괴시키면서 제트를 발생시킨다.

도6은 본 발명의 일실시예에 따른 이론적인 폭발 파면(450)과 실제적인 폭발 파면(451)의 전파를 나타낸 단면도이다. 각 층(411, 412, 413, 414, 415)을 전파하 는 이론적인 폭발 파면(450)은 도5에서와 같이 직선을 이루지만, 예를 들어 제5 화약 층(415)의 폭발 파면(450)은 제4 화약 층(414)의 폭발 파면(450)보다 더욱 빠른 속도로 전파되어 나아가고, 아직 폭발 파면(450)이 전파되지 않은 제4 화약 층(414)과 이미 폭발 파면(450)이 지나간 제5 화약 층(415)의 경계면에서는 제5 화약 층(415)으로부터 제4 화약 층(414)을 향하여 폭발이 전파된다. 따라서, 점선으로 표현된 이론적인 폭발 파면(450)과는 달리 실제로는 실선으로 표현된 곡선 형태의 폭발 파면(451)을 형성한다. 또한, 파형조절기(430)의 형상 및 재질 등에 의해 변화될 수 있는 폭발 파면(450, 451)에 따라 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 화약 밀도, 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 두께 및 라이너(111)의 형상을 달리하여 최적의 폭발 관통력을 얻을 수 있도록 구성할 수 있다. 또한, 본 발명의 일실시예에서는 다른 밀도를 가지는 화약이 각 층(411, 412, 413, 414, 415)별로 명확이 구분되어 있으므로 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 경계부에서 폭발 파면(450)의 편차가 발생하지만, 각 층(411, 412, 413, 414, 415)이 명확이 구분되지 않는 연속적인 밀도 구배를 가지도록 화약이 성형됨으로써, 연속적인 폭발 파면(450)을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약은 파형조절기(430)의 재질이 비금속 계열로서 충격을 흡수하는 다공성 매질이나 고분자 중합체의 비활성 물질로 이루어질 수 있으며, 금속 계열인 경우와 마찬가지로 파형조절기(430)의 형상 및 재질 등에 의해 변화될 수 있는 폭발 파면(45, 451)에 따라 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 화약 밀도, 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 두께 및 이에 대응하는 라이너(111)의 형상을 달리할 수 있으며, 이에 따라 라이너는 종형이 아닌 쐐기 형상 원추 등의 형태가 될 수도 있다. 또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 다른 성분의 화약으로 각 층(411, 412, 413, 414, 415)을 구성하여 폭발 전파 속도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 제1 화약 층(411)은 전파 속도가 느린 바라톨(BARATOL), 제2 화약 층(412)은 컴포지션 B(COMPOSITION B) 및 제3 화약 층(413)은 HMX로 구성할 수 있다. 참고로 바라톨의 폭발 전파 속도는 5.5km/s이며, 컴포지션 B는 7.8km/s, HMX는 9km/s이다. 따라서, 동일 성분 화약의 밀도차를 이용하여 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 폭발 전파 속도를 달리한 것과 마찬가지로, 폭발 전파 속도가 상이한 다른 성분의 화약을 이용하여 각 층(411, 412, 413, 414, 415)의 폭발 전파 속도를 달리할 수 있는 것이다.

도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약이다. 본 발명의 일실시예에 따른 파형조절기(430)와 기폭 화약(410)이 구성되지 않고, 각 화약 층(711, 712, 713, 714, 715)이 기폭점(760)으로부터 라이너(112)까지 연결되어 기폭이 각 화약 층에 직접적으로 이루어지도록 구성된다.

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 사시도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약은 적층되는 화약 층(811, 812, 813, 814, 815)이 직사각형 형상으로 성형되고, 파형조절기(830)와 라이너(113)도 각각 삼각 기둥, 및 단면이 중공을 가지는 원뿔 또는 종형상인 기둥 형상으로 구성된다. 또한, 기폭 화약(810)도 파형조절기(830)의 형상에 대응하여 기둥 형상으로 형성된다. 따라서 화약 층(811, 812, 813, 814, 815)의 폭발시에 점 형상이 아닌 직선 형상의 제트를 발생 시킬 수 있다.

도9, 도10, 도11 및 도12는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면 및 사시도이다. 도9와 같이 도8의 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 양단을 이어서, 즉 도넛과 같은 가운데가 빈 환형상으로 구성하여 가운데가 빈 원형상의 제트를 발생시킬 수 있고, 도10과 같이 한 쌍의 라이너와 파형조절기를 각각 대칭으로 구성하여 바깥쪽을 향하는 양 방향으로 제트를 발생시킬 수 있으며, 도11과 같이 원판의 형태로서, 라이너와 파형 조절기를 원형 방사상 형상으로 구성하여 바깥쪽을 향하는 방사상 제트를 발생시킬 수 있고, 도12과 같이 도넛과 같은 가운데가 빈 환형상이고, 한 쌍의 라이너와 파형조절기를 각각 내측과 외측에 대칭으로 구성하여 내외측으로 방사상 제트를 발생시키는 등, 형상 변경에 의해 다양한 형태의 제트를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 파형조절기는 화약층의 개수, 두께, 밀도, 화약의 종류, 파형 조절기의 재질, 및 라이너의 형상 등에 따라 도13a 내지 도13g와 같이 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약은, 라이너(111, 112, 113)로 전파되는 폭발 파면이 라이너(111, 112, 113)와 평행에 가까운 각도를 가지므로 기존의 성형 작약에 비하여 더욱 강력한 폭발 관통력을 얻을 수 있고, 기존의 성형 작약과 동일한 폭발 관통력을 얻고자 하는 경우에는 화약의 양을 줄일 수 있으므로 제조 비용의 절감이 가능하다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

도1a는 종래 기술에 따른 성형 작약의 단면도,

도1b는 종래 기술에 따른 성형 작약의 사시도,

도2a 내지 도2e는 종래 기술에 따른 성형 작약의 폭발과 이에 따른 제트 생성 모습을 나타내는 단면도,

도3은 라이너로 가해지는 이상적인 압력 방향을 도시한 단면도,

도4는 본 발명의 일실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면도,

도5는 본 발명의 일실시예에 따른 이론적인 폭발 파면의 전파 모습을 나타내는 단면도,

도6은 본 발명의 일실시예에 따른 실제적인 폭발 파면의 전파 모습을 나타내는 단면도,

도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면도,

도8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 사시도,

도9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면 및 사시도,

도10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 사시도,

도11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면 및 사시도,

도12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약의 단면 및 사시도, 및

도13a 내지 도13g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 파형조절기의 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *

111: 라이너 410: 기폭 화약

411-415: 제1 내지 제5 화약 층 420: 장약외피

430: 파형 조절기 440: 공동

450, 451: 폭발 파면 460: 기폭점

470: 중공

Claims

중공을 가지는 라이너;

일측은 상기 라이너의 외면을 감싸며 성형되고, 상기 라이너의 중심축으로부터 차례대로 적층되는 단면을 가지고, 일측에 기폭점을 가지는 둘 이상의 화약 층; 및

상기 둘 이상의 화약 층 내부에 구성되는 하나 이상의 파형조절기

을 포함하고,

상기 둘 이상의 화약 층은 내측 화약 층으로부터 외측 화약 층으로 갈수록 폭발 전파 속도가 더욱 빠르고, 상기 파형조절기는 대략 삼각형상의 단면을 가지는 기둥 형상으로서 상기 파형조절기의 꼭짓점 중의 하나가 상기 라이너로부터 반대 방향을 향하도록 위치하며, 상기 라이너는 상기 기폭점으로부터 상기 라이너로 전파되는 상기 화약의 폭발 전파면에 대응하는 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약.
중공을 가지는 라이너;

일측은 상기 라이너의 외면을 감싸며 성형되고, 상기 라이너의 중심축으로부터 차례대로 적층되는 단면을 가지고, 일측에 기폭점을 가지는 둘 이상의 화약 층; 및

상기 둘 이상의 화약 층 내부에 구성되는 하나 이상의 파형조절기

을 포함하고,

상기 둘 이상의 화약 층은 내측 화약 층으로부터 외측 화약 층으로 갈수록 폭발 전파 속도가 더욱 빠르고, 상기 파형조절기는 대략 삼각형상의 단면을 가지는 환형상으로서 상기 파형조절기의 꼭짓점 중의 하나가 상기 라이너로부터 반대 방향을 향하도록 위치하며, 상기 라이너는 상기 기폭점으로부터 상기 라이너로 전파되는 상기 화약의 폭발 전파면에 대응하는 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약.
중공을 가지는 라이너;

일측은 상기 라이너의 외면을 감싸며 성형되고, 상기 라이너의 중심축으로부터 차례대로 적층되는 단면을 가지고, 일측에 기폭점을 가지는 둘 이상의 화약 층; 및

상기 둘 이상의 화약 층 내부에 대칭으로 마주하여 구성되는 두 개의 파형조절기

을 포함하고,

상기 둘 이상의 화약 층은 내측 화약 층으로부터 외측 화약 층으로 갈수록 폭발 전파 속도가 더욱 빠르고, 상기 파형조절기는 대략 삼각형상의 단면을 가지는 기둥 형상으로서 상기 파형조절기의 꼭짓점 중의 하나가 상기 라이너로부터 반대 방향을 향하도록 위치하며, 상기 라이너는 상기 기폭점으로부터 상기 라이너로 전파되는 상기 화약의 폭발 전파면에 대응하는 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약.
중공을 가지는 라이너;

일측은 상기 라이너의 외면을 감싸며 성형되고, 상기 라이너의 중심축으로부터 차례대로 적층되는 단면을 가지고, 일측에 기폭점을 가지는 둘 이상의 화약 층; 및

상기 둘 이상의 화약 층 내부에 대칭으로 마주하여 구성되는 두 개의 파형조절기

을 포함하고,

상기 둘 이상의 화약 층은 내측 화약 층으로부터 외측 화약 층으로 갈수록 폭발 전파 속도가 더욱 빠르고, 상기 파형조절기는 대략 삼각형상의 단면을 가지는 환형상으로서 상기 파형조절기의 꼭짓점 중의 하나가 상기 라이너로부터 반대 방향을 향하도록 위치하며, 상기 라이너는 상기 기폭점으로부터 상기 라이너로 전파되는 상기 화약의 폭발 전파면에 대응하는 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약.
제1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 둘 이상의 화약 층의 상기 라이너 반대 측에 구성되며 기폭점을 가지는 기폭 화약

을 더 포함하며,

상기 파형조절기는 상기 둘 이상의 화약 층과 상기 기폭 화약의 사이에 구성되는 것을 특징으로 하는 폭발 전파 속도 차를 이용한 성형 작약.
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