KR101302059B1 - 유도무기에 적용 가능한 연료탱크 내의 잔류 제트연료를 이용한 열압력 탄두 설계방법 - Google Patents

유도무기에 적용 가능한 연료탱크 내의 잔류 제트연료를 이용한 열압력 탄두 설계방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄두가 장착되는 몸체와, 상기 몸체에 장착되어 상기 몸체에 추진력을 가하는 제트엔진과, 상기 제트엔진에 공급되는 제트연료를 저장하는 연료탱크 및 상기 연료탱크 내에 장착되고, 잔존하는 제트연료를 분산시켜 연쇄 폭발을 일으키는 제트 연료운(Jet fuel cloud)을 형성시킬 수 있도록 목표물 상공에서 상기 연료탱크를 파열시키는 고폭시스템을 포함하는 유도 무기를 제공한다.

Description

유도무기에 적용 가능한 연료탱크 내의 잔류 제트연료를 이용한 열압력 탄두 설계방법{DESIGN METHOD OF THERMOBARIC WARHEAD AVAILABLE IN GUIDED WEAPON USING JET FUEL REMAINED IN THE FUEL TANK}
본 발명은 연료 탱크 내의 잔류 제트연료를 이용하여 연쇄 폭발을 일으키는 유도 무기에 관한 것이다.
본 발명은 연료 기화형 열압력탄두를 구비하는 유도 무기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휴대용 로켓, 대전차로켓 또는 유도탄, 다연장로켓탄 등의 무기체계에 응용할 수 있는 개량된 연료기화폭발탄에 관한 것이다.
연료기화폭발탄이라고 함은 폭풍형 무기로서, 연료를 공기 중에 분산시킨 뒤 일정한 지연시간 후 점화용 기폭장치를 이용하여 분산된 연료를 폭발시켜 표적을 파열시키는 폭탄이다.
종래의 연료기화폭발탄은 기본적으로 탄체, 연료, 폭발계열(뇌관, 기폭관, 전폭약, 분산폭약) 및 2차 기폭 점화장치로 구성되어 있다. 이러한 연료기화폭발탄의 작동 메커니즘은 연료 분산과 기폭의 2단계로 구성되어 있기 때문에 신관과 폭발계열이 이원화되어 있으며, 이는 일반적으로 단일신관 폭발계열을 갖는 재래식 무기에 비하여 작동 신뢰도가 떨어진다는 것을 의미한다.
종래의 연료기화폭발탄은 분산된 연료를 점화시키기 위한 2차 기폭장치를 별도로 탄에 장착하고, 밀도가 낮은 액체 연료를 사용하기 때문에 탄의 부피가 커질 뿐 아니라 구조가 매우 복잡해서 제작이 어렵다. 또한, 주로 산화에틸렌이나 산화프로필렌처럼 휘발성이 크고 독성이 높아 위해성이 큰 액체연료를 사용하기 때문에 탄체 충전 작업이 어려우며, 높은 증기압으로 인해 연료의 누출 등 많은 문제가 발생한다.
본 발명은 연료탱크 내부에 잔존하는 제트연료를 이용하여 목표물 상공에서 제트 연료운(Jet fuel cloud)를 형성시켜 연쇄 폭발을 일으키는 유도 무기를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예에 따르는 유도 무기는 탄두가 장착되는 몸체와, 상기 몸체에 장착되어 상기 몸체에 추진력을 가하는 제트엔진과, 상기 제트엔진에 공급되는 제트연료를 저장하는 연료탱크 및 상기 연료탱크 내에 장착되고, 잔존하는 제트연료를 분산시켜 연쇄 폭발을 일으키는 제트 연료운(Jet fuel cloud)을 형성시킬 수 있도록 목표물 상공에서 상기 연료탱크를 파열시키는 고폭시스템을 포함한다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 고폭시스템은 상기 제트연료와 격리되는 내부공간을 형성시키는 라이너 및 상기 내부공간에 배치되고, 폭발하여 상기 라이너와 연료탱크의 케이싱을 파열시키도록 형성되는 고폭화약을 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 고폭시스템은 상기 고폭화약 폭발 시 상기 제트 연료운에 혼합되어 폭발력을 향상시킬 수 있도록 상기 라이너와 고폭화약 사이에 채워지는 금속분말을 더 포함한다.
상기 금속분말은 알루미늄 또는 마그네슘을 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 연료탱크의 케이싱은 상기 고폭화약 폭발 시 정해진 형상으로 파열될 수 있도록 표면에 형성되는 노치를 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 연료탱크의 케이싱은 상기 몸체의 외관 중 적어도 일부를 형성한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 연료탱크는 상기 제트엔진에 제트연료를 공급하는 제1 탱크와, 상기 제1 탱크와 분리되어 제트엔진에 제트연료를 공급하는 제2 탱크와, 상기 제1 탱크에 잔류하는 제트연료를 상기 제2 탱크에 공급하는 제1 유로 및 상기 제1 탱크에 공압을 가하도록 상기 제트엔진과 상기 제1 탱크를 연결하는 공압유로를 포함한다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 고폭시스템은 상기 제2 탱크의 내부에 장착된다.
본 발명과 관련된 다른 일 예로서, 상기 고폭시스템은 상기 제트연료와 격리되는 내부공간을 형성시키는 라이너 및 상기 내부공간에 배치되고, 폭발하여 상기 라이너와 연료탱크의 케이싱을 파열시키도록 형성되는 고폭화약을 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 유도 무기는 연료탱크의 내부에 장착되어 연료탱크의 케이싱을 파열시키는 고폭시스템을 구비하여, 연료탱크 내에 잔존하는 제트 연료를 이용하여 제트 연료운을 형성시킨다. 이를 통해, 탄두의 폭발 효과 외에 부수적인 폭발에너지를 발생시켜 유도 무기의 효과를 증대시킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 유도 무기의 개념도.
도 2는 도 1의 연료탱크 내에 장착된 고폭시스템을 도시한 개념도.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 유도 무기의 작동 메카니즘을 나타낸 개념도.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고폭시스템 및 전자식 신관을 가진 침투 탄두의 복합 운용 개념을 설명하기 위한 개념도.
이하, 본 발명과 관련된 유도 무기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예와 관련된 유도 무기(100)의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 유도 무기(100)는 탄두(110)와, 제트엔진(150)과, 제트엔진(150)에 공급되는 제트연료가 저장되는 연료탱크를 포함한다. 또한, 저장탱크 내부에는 고폭시스템이 장착된다.
도시된 바에 따르면, 제트 연료를 사용하는 유도 무기(100) 비행체 내부의 연료 공급계통의 구성 예로 여러 개의 구획으로 구성되는 연료탱크가 개시된다.
연료탱크는 제트엔진(150)에 가깝게 배치되는 제1 탱크(140)와, 상기 제1 탱크(140)와 분리되어 형성되는 제2 탱크(130) 및 제3 탱크(120)를 포함한다. 설명의 편의상 연료탱크를 3개의 탱크로 분리하여 도시하였으며, 3개 이상의 구획으로 구분되는 경우나 2개의 구획으로 구분되는 경우에도 본 발명에서 설명하는 실시예에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 탱크들은 방향성을 갖도록 배치된다. 즉, 제1 탱크(140)는 유도 무기(100)의 뒷쪽에 제트엔진(150)과 가깝게 배치되고, 제1 탱크(140)의 앞쪽에는 제2 탱크(130)가, 제2 탱크(130)의 앞쪽에 제3 탱크(120)가 배치된다. 또한, 제3 탱크(120)의 내부에는 고폭시스템이 장착된다.
제1 탱크(140), 제2 탱크(130), 제3 탱크(120)의 순서로 제트엔진(150)에 제트연료를 공급한다. 또한, 제1 탱크(140)에 잔류하는 제트연료는 제2 탱크(130)로 이동하고, 제2 탱크(130)에 잔류하는 제트연료는 제3 탱크(120)로 이동한다. 즉, 유도 무기(100)가 유효 사거리에 도달하기 전까지 제3 탱크(120)에는 제트 연료가 잔류한다.
이하에서 도 1을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도시된 바에 따르면, 제트엔진(150)에는 연료공급유로(102)와, 공압유로(105)가 연결된다. 연료공급유로(102)는 제1 탱크(140), 제2 탱크(130) 및 제3 탱크(120)와 제트엔진(150)을 연결하는 유로이고, 공압유로(105)는 제트엔진(150)과 제1 탱크(140)를 연결하는 유로이다.
연료공급유로(102)를 통해 연료탱크 내의 제트연료가 제트엔진(150)에 공급되고, 공압유로(105)를 통해 제트엔진(150)으로부터 제1 탱크(140)에 공압이 가해진다.
도 1에는 제트연료의 흐름이 화살표로 표시되어 있다.
제1 탱크(140)에 공압이 가해지면 제1 탱크(140) 내부의 압력이 증가하여 제1 탱크(140) 내부의 제트연료가 제1 유로를 통해 제2 탱크(130)로 이동된다.
연료공급유로(102)를 통하여 제1 내지 제3 탱크(120) 모두의 제트연료가 제트엔진(150)에 공급될 수 있지만, 제1 탱크(140)에 공압이 가해지면 상대적으로 제1 탱크(140)의 제트연료 공급이 더 많게 된다. 또한, 제1 탱크(140)와 제2 탱크(130) 내부의 압력이 평형을 이룰 때까지 제1 탱크(140)에 잔류하는 제트연료는 제2 탱크(130)로 이동하게 된다.
제2 탱크(130)에서 제3 탱크(120)로 연료가 이동하게 되는 과정도 이와 같다. 제1 탱크(140)에 공압이 가해지면 제1 탱크(140)에 잔류하는 제트연료가 제2 탱크(130)로 이동하고, 제2 탱크(130) 내부의 압력이 높아지게 된다. 제2 탱크(130)의 압력이 높아지면 제2 유로를 통해 제2 탱크(130)에 잔류하는 제트연료가 제3 탱크(120)로 이동한다.
상기와 같이 연료탱크가 여러 개의 서브탱크로 구성되는 경우 유도 무기(100)의 자세변화 또는 기동에 대해 연료 유면의 슬로싱을 억제할 수 있다는 장점 외에도, 본원 발명의 고폭시스템을 운용하기 위한 제트연료를 확보하는 효과를 기대할 수 있다.
다시 말해, 제트 연료를 사용하는 유도 무기(100)의 경우 유도 무기(100) 전체의 사거리는 연료의 총합에 의해 크게 좌우되며, 전체 사거리를 운용하지 않는 경우에는 제3 탱크(120)에 여분의 연료가 남게 된다. 본원발명은 이를 이용하여 유도 무기(100)의 폭발력을 증가시키는 방안을 개시한다.
도 2는 도 1의 연료탱크 내에 장착된 고폭시스템을 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 고폭시스템은 제3 탱크(120) 내부에 장착되며, 제트연료와 격리되는 내부공간을 형성시키는 라이너(121)와, 상기 내부공간에 배치되는 고폭화약(122) 및 상기 라이너(121)와 고폭화약(122) 사이에 채워지는 금속분말(123) 등을 포함한다.
라이너(121)는 제트연료가 저장되는 저장공간과, 고폭화약(122) 및 금속분말(123)이 채워지는 내부공간을 경계 짓는다.
상기 저장공간에는 제3 탱크(120)에 저장되어 있던 제트연료 및 제2 연료탱크에서 이동된 잔류 제트연료가 저장된다.
상기 금속분말(123)은 알루미늄 또는 마그네슘 등을 포함한다. 금속분말(123)은 금속 라이너(121)에 의하여 제트연료와 분리되어 있으며, 또 다른 금속 라이너(121)에 의해 고폭화약(122)과 분리되어 있다.
고폭화약(122)은 RDX, 니트로구아딘 등의 화학물질로 이루어지며, 폭발 시 제트 연료운(300, Jet fuel cloud)이 점화되지 않도록 양이 정해진다.
제트 연료운(300)은 제3 탱크(120)에 잔류하는 제트연료 및 상기 금속분말(123)이 대기 중에 분산되어 형성된다.
연료탱크의 케이싱의 표면에는 노치가 형성될 수 있다. 상기 노치에 의하여 고폭화약(122) 폭발 시 정해진 형상으로 케이싱이 파열된다. 연료탱크의 케이싱은 도시된 바와 같이 유도 무기(100) 몸체(101)의 외관 중 적어도 일부를 형성할 수 있다. 즉, 연료탱크는 유도 무기(100) 몸체(101)의 외부에 별도로 장착될 수도 있고 유도 무기(100) 내부에 일체로 형성될 수도 있다.
고폭화약(122)이 폭발하면 열과 압력에 의하여 라이너(121) 및 연료탱크의 케이싱이 파열되며, 연료탱크 내부에 잔류하는 제트연료가 목표물 상공에서 대기중으로 분산된다. 이 때, 라이너(121) 내부에 채워져 있는 금속분말(123)이 제트연료에 혼합되어 폭발력이 향상된 제트 연료운(300)을 형성한다.
고폭화약(122)은 목표물의 3m 내지 10m 상공에서 폭발하도록 제어된다.
상기와 같은 실시예에서는, 제트연료를 분산시킨 후 유도 무기(100) 앞부분에 위치한 주 탄두(110)의 폭압에 의한 압력파 전파로 분산된 제트 연료운(300)이 연쇄 폭발을 일으켜 유도 무기(100)의 폭발력을 향상시킨다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 라이너(121)의 내부에는 금속분말(123) 대신 열압력 조성으로 구성된 화약이 충진될 수 있다.
이 방식은 금속분말(123)이 충진된 상기의 실시예와는 달리 고폭화약과, 고폭화약을 감싸고 있는 열압력 조성 방식의 화약을 포함한다. 열압력 조성 방식의 화약은 대기 중에 분산된 제트연료를 기폭시킨다.
열압력 조성 화약은 RDX, IPN, Nitro Methane 등의 조성으로 이루어져 있으며, 전체 제트연료 양의 10 내지 30%에 해당하는 질량을 갖는다. 고폭화약(122) 및 열압력 조성 화약은 금속 라이너에 의해 서로 분리된다.
이와 같은 실시예에서는, 앞의 실시예와 달리 연료탱크 내에 열압력 조성으로 구성된 화약을 폭발원으로 사용하므로 작동 신뢰성을 확보할 수 있다는 장점이 있고, 임펄스 측면에서도 앞의 실시예보다 큰 효과를 발휘한다. 이 실시예에 따르면 주 탄두(110)의 작동 시점과 관계없이 제트 연료운(300)을 독자적으로 기폭 시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예와 관련된 유도 무기(100)의 작동 메카니즘을 나타낸 개념도이다.
유도 무기(100)의 비행 후 마지막 탱크인 제3 탱크(120) 내의 제트연료가 잔류하는 경우, 제트연료와 알루미늄 또는 마그네슘 등의 금속분말(123)을 목표물 상공에서 대기 중으로 분산시켜 제트 연료운(300)을 형성시킨다. 제트연료는 연료탱크 내에 잔류하며, 알루미늄 또는 마그네슘 등의 금속분말(123)은 금속 라이너(121)에 의해 제트연료와 분리되어 있다. 금속분말(123)은 또 다른 금속 라이너(124)에 의해 고폭화약(122)과 분리된다.
고폭화약(122)은 목표물로부터 특정 높이(h) 떨어진 상공에서 폭발하도록 제어된다. 상기 특정 높이(h)는 10m 이내인 것이 바람직하다.
고폭화약(122)이 폭발하여 제트 연료운(300)이 목표물 상공에 형성되고, 탄두(110)는 목표물에 도달하여 폭발한다.
탄두(110)에 의하여 1차 폭발(I)이 이루어지고, 탄두(110)의 포압에 의한 압력파 전파로 제트 연료운(300)이 연쇄적으로 2차 폭발(Ⅱ)을 일으킨다. 이를 통해 유도 무기(100)의 폭발력을 증대시키고 폭발 범위를 확장시키게 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예와 관련된 고폭시스템 및 전자식 신관을 가진 침투 탄두(110)의 복합 운용 개념을 설명하기 위한 개념도이다.
본 도면은 연료탱크 내의 제트연료를 목표물 상공에서 분산시킨 후 연료탱크 내의 고폭화약(122) 및 열압력 조성 화약을 이용하여 기폭시키는 실시예와 관련된 것이다.
도 4를 참조하면, 탄두(110)는 목표물의 내부로 침투하여 폭발하는 침투 탄두(110)일 수 있다.
목표물의 10m 이내의 상공에서 연료탱크 내의 제트연료를 분산시킨 후 탱크 내의 고폭화약(122) 및 고폭화약(122)을 감싸고 있는 열압력 조성 화약을 기폭시켜 1차 폭발(I)을 일으킨다. 그 후 침투 탄두(110)가 목표물의 내부로 침투하여 2차 폭발(Ⅱ)을 일으켜 효과적으로 목표물을 타격한다.
주 탄두에 해당하는 침투 탄두(110)는 전자식 신관을 이용하여 폭발 지연 시간을 설정할 수 있도록 형성된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 유도 무기(100)는 연료탱크의 내부에 장착되어 연료탱크의 케이싱을 파열시키는 고폭시스템을 구비하여, 연료탱크 내에 잔존하는 제트 연료를 이용하여 제트 연료운(300)을 형성시킨다. 이를 통해, 탄두(110)의 폭발 효과 외에 부수적인 폭발에너지를 발생시켜 유도 무기(100)의 효과를 증대시킨다.
이상에서 설명한 유도 무기(100)는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 탄두가 장착되는 몸체;
    상기 몸체에 장착되어 상기 몸체에 추진력을 가하는 제트엔진;
    상기 제트엔진에 공급되는 제트연료를 저장하는 연료탱크; 및
    상기 연료탱크 내에 장착되고, 잔존하는 제트연료를 분산시켜 연쇄 폭발을 일으키는 제트 연료운(Jet fuel cloud)을 형성시킬 수 있도록 목표물 상공에서 상기 연료탱크를 파열시키는 고폭시스템을 포함하며,
    상기 연료탱크는,
    상기 제트엔진에 제트연료를 공급하는 제1 탱크;
    상기 제1 탱크와 분리되어 제트엔진에 제트연료를 공급하는 제2 탱크;
    상기 제1 탱크에 잔류하는 제트연료를 상기 제2 탱크에 공급하는 제1 유로; 및
    상기 제1 탱크에 공압을 가하도록 상기 제트엔진과 상기 제1 탱크를 연결하는 공압유로를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고폭시스템은,
    상기 제트연료와 격리되는 내부공간을 형성시키는 라이너; 및
    상기 내부공간에 배치되고, 폭발하여 상기 라이너와 연료탱크의 케이싱을 파열시키도록 형성되는 고폭화약을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고폭시스템은,
    상기 고폭화약 폭발 시 상기 제트 연료운에 혼합되어 폭발력을 향상시킬 수 있도록 상기 라이너와 고폭화약 사이에 채워지는 금속분말을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속분말은,
    알루미늄 또는 마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연료탱크의 케이싱은,
    상기 고폭화약 폭발 시 정해진 형상으로 파열될 수 있도록 표면에 형성되는 노치를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료탱크의 케이싱은,
    상기 몸체의 외관 중 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 고폭시스템은,
    상기 제2 탱크의 내부에 장착되는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고폭시스템은,
    상기 제트연료와 격리되는 내부공간을 형성시키는 라이너; 및
    상기 내부공간에 배치되고, 폭발하여 상기 라이너와 연료탱크의 케이싱을 파열시키도록 형성되는 고폭화약을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 고폭시스템은,
    상기 고폭화약 폭발 시 분산된 제트연료를 기폭시킬 수 있도록 상기 라이너와 고폭화약 사이에 채워지는 열압력 조성 화약을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 무기.
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