KR101156128B1 - 스파이크 노우즈 및 이를 구비한 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스파이크 노우즈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것으로서, 비행체의 몸체부에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 돌출되도록 형성되는 노우즈부를 포함하며, 상기 노우즈부의 선단부 직경이 비행체의 몸체부 직경의 25% 이상인 스파이크 노우즈가 제공된다.

비행체, 미사일, 노우즈, 스파이크, 트립 링.

Description

스파이크 노우즈 및 이를 구비한 비행체{SPIKE NOSE AND FLYING OBJECT WITH THE SAME}

본 발명은 스파이크 노우즈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 미사일 등과 같은 비행체의 선단부에 설치되어 비행 안정성을 향상시키기 위한 스파이크 노우즈 및 이를 구비한 비행체에 관한 것이다.

기술 발달과 더불어, 전투기 또는 미사일과 같은 비행체에 있어서 매우 우수한 기동성이 요구되고 있는 바, 이들의 설계시에도 이러한 우수한 기동성을 확보하는 데에 초점이 맞춰지고 있다. 이러한 우수한 기동성 확보를 위해서는 급격한 선회 성능이 요구되며, 이때 미사일은 높은 받음각 상황에 놓이게 된다.

미사일처럼 가늘고 긴 물체는 높은 받음각 상황에 놓이게 되면 비대칭 와류의 발생으로 인해 가로 방향으로 불안정해지는 현상이 나타나게 된다. 따라서, 이를 해결하기 위해 종래에는 날개의 크기를 키우거나, 붐(boom)의 길이를 늘리거나 노우즈의 중량을 무겁게 하는 등의 방법이 사용되어 왔다. 이러한 방법들은 비행 중의 비행자세 및 정확도 개선을 위해서도 사용되는 것들이다.

그러나, 날개를 키우다보면 체적과 중량 증가로 사용 무기체계의 발사압력 증가가 수반되어 운용에 부담이 될 뿐만 아니라, 경우에 따라서는 날개의 면적을 증가시켜도 원하는 정도의 개선효과가 얻어지지 못하기도 한다.

붐의 길이를 증가시키는 경우에도 개선효과가 크지 않을 뿐만 아니라, 기존의 운용 체계의 호환성을 유지하여야 하므로 가용 범위에도 제한이 있다.

노우즈의 중량을 늘리는 방법으로서 기존의 오자이브(ogive) 노우즈의 길이를 늘리는 방법을 사용하였으나 이는 비행안정성 저하를 가져올 우려가 있다.

이에 대한 대안으로서, 가늘고 긴 형태의 스파이크 노우즈를 사용하기도 한다. 도 1에 상기 스파이크 노우즈의 일 예가 도시되어 있다. 상기 스파이크 노우즈는 미사일 몸체부(10)의 선단부에 결합되는 결합부(20) 및 상기 결합부(20)로부터 연장되는 노우즈부(30)를 포함한다.

한편, 미사일의 운용 속도가 천음속(Mach 0.85 ~ 1.2) 영역에 속하는 경우에 충격파가 스파이크의 중간에서 재부착되는 충격파의 재부착(Shock Reattachment) 현상이 발생할 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해서, 상기 노우즈부(30)에 직경이 큰 금속 재의 트립 링(40)을 부착하게 된다.

이러한 구성을 통해서, 비행안정성을 향상시킬 수 있으나 상기와 같은 스파이크 노우즈를 사용하더라도 천음속 영역에서는 여전히 동적 불안정 현상이 발생할 우려가 높다. 또한, 노우즈 외에 별도의 트립 링을 장착하여야 하므로 제조 공정이 증가할 뿐만 아니라 초음속(Mach 1.2 ~ 5) 영역에 해당되는 고속으로 이동하는 미사일에 적용하는 경우에도 트립 링이 이탈되지 않도록 충분한 고정 강도를 갖도록 하여야 하므로 제조 비용도 상승하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 종래에 비해서 천음속 및 초음속의 영역에서 비행안정성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 저렴하고 용이하게 제작할 수 있는 스파이크 노우즈를 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 스파이크 노우즈를 갖는 비행체를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 삼고 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 비행체의 몸체부에 결합되는 결합부; 및 상기 결합부로부터 돌출되도록 형성되는 노우즈부를 포함하며, 상기 노우즈부의 선단부 직경이 비행체의 몸체부 직경의 25% 이상인 스파이크 노우즈가 제공된다.

즉, 본 발명의 상기 측면은 종래에 비해서 노우즈부의 직경을 증가시켜서 천음속 영역에서 트립 링을 사용하지 않아도 안정적인 비행이 가능하도록 한 것이다. 다시 말해서, 노우즈부의 직경을 트립 링에 해당되는 만큼 증가시킨 것이다. 상기 노우즈의 직경의 상한선은 통상적인 노우즈에 적용되고 있는 상한선을 적용할 수 있으며, 일 예로서 상기 노우즈의 직경은 몸체부 직경의 90% 이하이다.

여기서, 상기 노우즈부는 일정한 직경을 갖도록 연장되거나, 선단부 측으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 노우즈부의 길이는 상기 몸체부 직경의 140% 이하일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 비행체의 몸체부에 결합되는 결합부; 상기 결합부로부터 돌출되도록 형성되는 중간부; 및 상기 중간부와 연결되는 노우즈부를 포함하며, 상기 노우즈부의 선단부 직경이 비행체의 몸체부 직경의 25% 이상인 스파이크 노우즈가 제공된다.

상기 측면은 몸체부 앞에 위치하는 구조를 중간부 및 노우즈부로 구성한 것이며, 상기 중간부 및 노우즈부의 길이의 합이 상기 몸체부 직경의 140% 이하가 되도록 할 수 있다.

여기서, 상기 중간부는 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있고, 이 경우 상기 노우즈부는 일정한 직경을 갖거나 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있다.

또한, 상기 노우즈부가 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있고, 이 경우에 상기 중간부는 일정한 직경을 갖거나 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 몸체부; 및 상기 몸체부의 선단부에 위치하는 노우즈부를 포함하며, 상기 노우즈부의 선단부의 직경이 상기 몸체부의 직경의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 비행체가 제공된다.

여기서, 상기 노우즈부의 길이는 상기 몸체부 직경의 140% 이하일 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 몸체부; 상기 몸체부의 선단부에 위치하는 중간부; 및 상기 중간부로부터 돌출되도록 형성되는 노우즈부를 포함하며, 상기 노우즈부의 선단부의 직경이 상기 몸체부의 직경의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 비행체가 제공된다.

여기서, 상기 중간부 및 노우즈부의 길이의 합이 상기 몸체부 직경의 140% 이하일 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 측면들에 의하면, 별도의 트립 링과 같은 구조물을 사용하지 않아도 천음속 및 초음속 영역에서 우수한 비행 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 제조 과정을 단순화 할 수 있다.

이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 스파이크 노우즈 및 그를 갖는 비행체의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 일 실시예가 적용된 비행체가 도시되어 있다. 상기 비행체는 몸체부(10) 및 선미부(12)를 포함하며, 상기 선미부(12)의 후방에는 붐(boom, 14) 및 날개(16)가 위치한다. 비행체의 구성에 대해서는 당업자에게 잘 알려져 있으므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

상기 몸체부(10)의 선두부에는 스파이크 노우즈(100)가 장착된다. 상기 스파이크 노우즈(100)는 선두부와 결합되기 위한 결합부(102) 및 상기 결합부(102)로부터 연장되는 노우즈부(104)를 가지며, 상기 결합부(102)와 노우즈부(104)의 연결부(106)는 라운드 형태를 갖는다. 여기서, 상기 노우즈부(104)는 일정한 직경을 갖는 원통형의 형태이며, 그 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는 다. 또한, 상기 결합부(102)의 단부에서 노우즈부(104) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

한편, 상기 스파이크 노우즈(100)는 상기 몸체부(10)에 대해서 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 일 예로, 상기 스파이크 노우즈(100)의 결합부(102)와 몸체부(10)에 각각 홈 및 돌출부를 형성하고 이들이 서로 맞물리도록 할 수 있으며, 그 외에도 접착제 또는 스크류 등의 결합 수단을 사용할 수도 있다.

아울러, 상기 스파이크 노우즈(100)가 몸체부(10)에 일체로 형성되는 예도 고려할 수 있다.

또한, 도 3과 같이 몸체부(10)에 결합되는 결합부(202), 라운드 형태의 연결부(206) 및 상기 결합부(202)로부터 연장되는 노우즈부(204)를 가지되, 노우즈부(204)의 형태를 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형태를 갖도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 노우즈부(204)의 선단부의 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는다. 또한, 상기 결합부(202)의 단부에서 노우즈부(204) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

도 4에는 상기 스파이크 노우즈의 제3 실시예가 도시되어 있다. 상기 제3 실시예에서 스파이크 노우즈(300)는 선두부와 결합되기 위한 결합부(302) 및 상기 결합부(302)로부터 연장되는 중간부(304) 및 상기 중간부(304)로부터 연장되는 노우즈부(306)를 가지며, 상기 결합부(302)와 중간부(304)의 연결부(308)는 라운드 형태를 갖는다.

여기서, 상기 중간부(304)는 일정한 직경을 갖는 원통형의 형태이고, 상기 노우즈부(306)는 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형태이며, 그 선단부의 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는다. 또한, 상기 결합부(302)의 단부에서 노우즈부(306) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

도 5에는 상기 스파이크 노우즈의 제4 실시예가 도시되어 있다. 상기 제4 실시예에서 스파이크 노우즈(400)는 선두부와 결합되기 위한 결합부(402) 및 상기 결합부(402)로부터 연장되는 중간부(404) 및 상기 중간부(404)로부터 연장되는 노우즈부(406)를 가지며, 상기 결합부(402)와 중간부(404)의 연결부(408)는 라운드 형태를 갖는다.

여기서, 상기 중간부(404)는 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형태이고, 상기 노우즈부(406)는 일정한 직경을 갖는 원통형의 형태이며, 그 선단부의 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는다. 또한, 상기 결합부(402)의 단부에서 노우즈부(406) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

도 6에는 상기 스파이크 노우즈의 제5 실시예가 도시되어 있다. 상기 제5 실시예에서 스파이크 노우즈(500)는 선두부와 결합되기 위한 결합부(502) 및 상기 결합부(502)로부터 연장되는 중간부(504) 및 상기 중간부(504)로부터 연장되는 노우즈부(506)를 가지며, 상기 결합부(502)와 중간부(504)의 연결부(508)는 라운드 형태를 갖는다.

여기서, 상기 중간부(504) 및 상기 노우즈부(506)는 일정한 직경을 갖는 원통형의 형태이다. 다만, 노우즈부(506)의 직경은 상기 중간부(504)의 직경보다 작게 형성되며, 그 선단부의 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는다. 또한, 상기 결합부(502)의 단부에서 노우즈부(506) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

도 7에는, 상기 스파이크 노우즈의 제6 실시예가 도시되어 있다. 상기 제6 실시예에서 스파이크 노우즈(600)는 선두부와 결합되기 위한 결합부(602) 및 상기 결합부(602)로부터 연장되는 중간부(604) 및 상기 중간부(604)로부터 연장되는 노우즈부(606)를 가지며, 상기 결합부(602)와 중간부(604)의 연결부(608)는 라운드 형태를 갖는다.

여기서, 상기 중간부(604)는 일정한 직경을 갖는 원통형의 형태이고, 상기 노우즈부(606)는 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형태이며, 그 선단부의 직경은 상기 몸체부(10) 직경의 25% 이상인 값을 갖는다. 다만, 상기 테이퍼 형태의 측면은 직선이 아닌 곡선으로 이루어지는 점에서 제3 실시예와 차이를 갖는다. 또한, 상기 결합부(602)의 단부에서 노우즈부(606) 단부까지의 길이는 상기 몸체부(10) 직경의 140% 이하인 값을 갖는다.

도 8은 상기 제1 실시예와 종래의 오자이브 노우즈를 사용한 비행체에 대한 수치 해석결과를 나타낸 것이다. 도 8의 (a)는 오자이브 형태의 노우즈를 갖는 비행체이고, (b)는 도 2에 도시된 제1 실시예이다. 두 개의 비행체는 서로 동일한 무게 및 Mach 4.41의 속도 조건하에서, PRODAS S/W(비행체의 설계와 비행특성 및 탄도해석용 범용 S/W)를 사용하여 모사 후 그 결과를 도 8에 도시한 것이다. 도 8에 도시된 바와 같이 제1 실시예에 따른 비행체의 정적 비행안정도(풍압중심(CP)와 무게중심(CG) 사이의 거리)가 기존의 오자이브 노우즈에 비해 우수함을 알 수 있다.

도 9는 사격시험을 통해 제1 실시예를 적용한 슬러그탄 탄체의 자세를 확인한 것으로, 120밀리 전차포를 수평으로 거치 후 포구 앞 60미터 앞에 요카드(받음각 크기 확인을 위해 사용)를 예상탄도에 대해 수직으로 설치 후 10발을 사격 후 촬영한 것이다. 요카드를 발사된 탄이 뚫고 지나갈 때, 자세가 나쁘면 타원 혹은 고구마처럼 일그러진 자국이 남는데, 도 9를 보면 요카드를 관통한 탄체의 자국이 거의 원형으로 남아있어 이 지점을 통과할 때 받음각이 거의 없이 지나갔음을 알 수 있다.

도 1은 종래의 스파이크 노우즈가 적용된 비행체를 도시한 측면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제1 실시예가 적용된 비행체를 도시한 측면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제2 실시예를 도시한 측면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제3 실시예를 도시한 측면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제4 실시예를 도시한 측면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제5 실시예를 도시한 측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 스파이크 노우즈의 제6 실시예를 도시한 측면도이다.

도 8은 상기 제1 실시예를 적용한 비행체와 종래의 오자이브 노우즈를 적용한 비행체에 대한 수치해석 결과를 설명하기 위한 설명도이다.

도 9는 상기 제1 실시예를 적용한 슬러그탄 탄체를 사용한 사격 시험 결과를 나타낸 사진이다.

Claims (14)

1. 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 결합되는 붐 및 상기 붐에 의해 상기 몸체부에 결합되는 날개부를 포함하는 비행체의 원형 단면을 갖는 몸체부에 결합되는 결합부; 및

   상기 결합부로부터 돌출되도록 형성되는 원형 단면을 갖는 노우즈부를 포함하며,

   상기 노우즈부의 선단부 직경이 비행체의 몸체부 직경의 25% 이상인 스파이크 노우즈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노우즈부는 일정한 직경을 갖도록 연장되는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
3. 제1항에 있어서,

   상기 노우즈부는 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
4. 제1항에 있어서,

   상기 노우즈부의 길이는 상기 몸체부 직경의 140% 이하인 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
5. 몸체부, 상기 몸체부의 단부에 결합되는 붐 및 상기 붐에 의해 상기 몸체부에 결합되는 날개부를 포함하는 비행체의 원형 단면을 갖는 몸체부에 결합되는 결합부;

   상기 결합부로부터 돌출되도록 형성되는 중간부; 및

   상기 중간부와 연결되는 원형 단면을 갖는 노우즈부를 포함하며,

   상기 노우즈부의 선단부 직경이 비행체의 몸체부 직경의 25% 이상인 스파이크 노우즈.
6. 제5항에 있어서,

   상기 중간부 및 노우즈부의 길이의 합이 상기 몸체부 직경의 140% 이하인 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
7. 제6항에 있어서,

   상기 중간부는 상기 노우즈부측으로 갈수록 직경이 작아지는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
8. 제7항에 있어서,

   상기 노우즈부는 일정한 직경을 갖도록 연장되는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
9. 제5항에 있어서,

   상기 노우즈부는 선단부측으로 갈수록 직경이 작아지는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
10. 제9항에 있어서,

    상기 중간부는 일정한 직경을 갖도록 연장되는 것을 특징으로 하는 스파이크 노우즈.
11. 원형 단면을 갖는 몸체부;

    상기 몸체부의 단부에 결합되는 붐;

    상기 붐에 의해 상기 몸체부에 결합되는 날개부; 및

    상기 몸체부의 선단부에 위치하는 원형 단면을 갖는 노우즈부를 포함하며,

    상기 노우즈부의 선단부의 직경이 상기 몸체부의 직경의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 비행체.
12. 제11항에 있어서,

    상기 노우즈부의 길이가 상기 몸체부 직경의 140% 이하인 것을 특징으로 하는 비행체.
13. 원형 단면을 갖는 몸체부;

    상기 몸체부의 단부에 결합되는 붐;

    상기 붐에 의해 상기 몸체부에 결합되는 날개부;

    상기 몸체부와 연결되는 중간부; 및

    상기 중간부와 연결되는 원형 단면을 갖는 노우즈부를 포함하며,

    상기 노우즈부의 선단부의 직경이 상기 몸체부의 직경의 25% 이상인 것을 특징으로 하는 비행체.
14. 제13항에 있어서,

    상기 중간부 및 노우즈부의 길이의 합이 상기 몸체부 직경의 140% 이하인 것을 특징으로 하는 비행체.

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