KR101312320B1 - 전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템 - Google Patents

전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템 Download PDF

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KR101312320B1
KR101312320B1 KR1020130073078A KR20130073078A KR101312320B1 KR 101312320 B1 KR101312320 B1 KR 101312320B1 KR 1020130073078 A KR1020130073078 A KR 1020130073078A KR 20130073078 A KR20130073078 A KR 20130073078A KR 101312320 B1 KR101312320 B1 KR 101312320B1
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이헌주
주재현
최준홍
최정섭
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은, 차량의 주장갑을 덮도록 배치되고 펄스전류를 이용하여 성형작약탄의 메탈제트를 선방어하도록 형성되는 전극유닛, 및 상기 주장갑과 상기 전극유닛 사이에 배치되고 유체 내에 자기장에 반응하는 자성입자가 분산된 자기 유동학적 유체부를 포함하며, 상기 자성입자는 상기 전극유닛을 관통하여 자화된 상기 메탈제트에 점착되어 상기 메탈제트의 관통 성능을 저하시키도록 형성되는 전자기 장갑을 제공한다.

Description

전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템{ELECTROMAGNETIC ARMOR AND VEHICLE PROTECTION SYSTEM}
본 발명은 위협탄으로부터 차량을 방호하는 전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템에 관한 것이다.
전투차량의 외부에는 외부 위협으로부터 승무원과 차량의 내부 기능을 보호하기 위하여 장갑이 설치된다. 전투차량을 위협하는 위협탄종으로는 보병용 화기인 대전차 로켓포(Anti-Tank Rocket) RPG-7이 보편적으로 사용되며, RPG-7은 휴대가 간편하고 화력 또한 강력하다.
RPG-7의 탄두는 성형작약탄으로 고폭약과 깔때기 모양의 금속 라이너로 구성되어 있고, 금속 라이너는 연신율이 좋은 구리를 주로 사용한다. 성형작약탄의 고폭약이 폭발하면, 깔때기 모양의 금속 라이너는 고속으로 변형되며, 이를 성형작약탄의 메탈제트(metal jet)라 부른다. 메탈제트는 표적을 관통하는 역할을 한다.
성형작약탄 탄두를 장착한 대전차 로켓포를 방호하는 장갑으로는 폭발형 반응 장갑(Explosive Reactive Armor)있는데, 폭발형 반응 장갑은 성형작약탄에 대해 높은 방호 성능을 발휘하지만 폭발력이 강력하여 폭발형 반응 장갑이 배치된 주변 장비에 손상을 입힐 수 있다. 따라서, 폭발형 반응 장갑을 전투차량에 설치할 경우 이러한 점을 고려하여 설치해야 한다. 폭발형 반응 장갑의 단점을 보완하기 위해 폭발력이 적은 비활성 반응 장갑이 개발되고 있으며, 최근에는 폭발력이 전혀 없는 전자기력을 이용한 성형작약탄 방호용 전자기 장갑이 개발되고 있다.
전자기 장갑은 서로 이격 배치되는 두 전극판에 축전기가 연결된 구조를 가지며, 성형작약탄의 메탈제트가 전극판을 통과하면 고전압 펄스전류의 작용에 의해 메탈제트가 변형되어 관통 성능을 저하시키도록 이루어진다. 그러나 메탈제트는 지점마다 속도분포가 다르게 나타나는데, 특히 선단부의 속도는 7∼8km/s로 엄청난 운동에너지를 가지고 있기 때문에, 전자기 장갑의 전기에너지가 미치는 영향은 미미하다. 따라서, 메탈제트를 보다 효과적으로 방어할 수 있는 전자기 장갑이 고려될 수 있다.
본 발명은 종래와 다른 구조를 가지는 차량 방호용 장갑을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 위협탄을 보다 효과적으로 방어할 수 있는 차량 방호용 장갑을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 전자기 장갑은, 차량의 주장갑을 덮도록 배치되고 펄스전류를 이용하여 성형작약탄의 메탈제트를 선방어하도록 형성되는 전극유닛, 및 상기 주장갑과 상기 전극유닛 사이에 배치되고 유체 내에 자기장에 반응하는 자성입자가 분산된 자기 유동학적 유체부를 포함하며, 상기 자성입자는 상기 전극유닛을 관통하여 자화된 상기 메탈제트에 점착되어 상기 메탈제트의 관통 성능을 저하시키도록 형성된다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 자기 유동학적 유체부는, 상기 주장갑을 영역화하여 커버하고 각각이 상기 메탈제트를 방어하도록 형성되는 복수의 자성유체블록을 구비한다.
상기 메탈제트에 대한 상기 복수의 자성유체블록의 저항력이 증가할 수 있도록, 상기 복수의 자성유체블록은 폭 방향보다 두께 방향으로 길게 형성될 수 있다.
또한, 상기 자기 유동학적 유체부는, 상기 복수의 자성유체블록을 수용하고 상기 주장갑에 장착되며 상기 전극유닛이 장착되는 공간을 마련하는 케이스를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 자기 유동학적 유체부는, 상기 주장갑에 장착되고 수용부를 구비하며 상기 전극유닛이 장착되는 공간을 마련하는 케이스, 및 상기 수용부에 봉입되고 상기 유체 내에 상기 자성입자가 구비된 자성유체를 포함한다.
본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 전극유닛은, 상기 자기 유동학적 유체부를 덮도록 배치되는 제1전극판과, 상기 제1전극판으로부터 소정 거리를 두고 이격되게 배치되는 제2전극판, 및 상기 제1 및 제2전극판과 각각 전기적으로 연결되고 상기 메탈제트가 상기 제2전극판을 관통하여 상기 제1전극판에 접촉되면 상기 메탈제트를 변형시키는 펄스전류를 생성하는 축전기를 포함한다.
상기 전극유닛은, 절연 물질로 형성되고 상기 제2전극판의 적어도 일면을 덮도록 배치되어 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성되는 절연부재를 더 포함할 수 있다.
상기 절연부재는 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 형성되는 공간 내에 배치되어, 상기 메탈제트가 상기 제1전극판과 접촉되기 전에 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 절연부재는 상기 제1전극판의 외측면을 덮도록 배치되어, 상기 메탈제트가 상기 제2전극판과 접촉되기 전에 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성될 수 있다.
상기 절연부재는 절연 재질의 복합재, 세라믹 또는 고무 재질로 형성될 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은, 이동 가능하게 형성되는 차량, 및 상기 차량에 설치되는 상기 전자기 장갑을 포함하는 차량 방호 시스템을 개시한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 자기 유동학적 유체부의 다성입자는 전극유닛을 관통하여 자화된 메탈제트에 점착되어 메탈제트의 관통 성능을 저하시키도록 이루어진다. 그 결과, 메탈제트는 자기 유동학적 유체부를 통과하지 못하고 내부에서 소멸되거나, 자기 유동학적 유체부를 통과하더라도 주장갑을 관통하지 못하고 무력화된다.
또한, 제2전극판의 적어도 일면에 절연부재가 배치됨으로써, 메탈제트가 자기 유동학적 유체부로 진입하기 전에 절연부재에 충돌되어 속도가 감소될 수 있다. 따라서, 절연부재가 배치되는 경우, 전극유닛의 방호 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 자기 유동학적 유체부가 보다 완벽하게 메탈제트를 방어할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 전자기 장갑의 일 예를 보인 개념도.
도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 전자기 장갑이 메탈제트를 방어하는 과정을 보인 개념도.
도 3 및 4는 본 발명과 관련된 전자기 장갑의 다른 일 예를 보인 개념도들.
이하, 본 발명에 관련된 전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템에 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 발명과 관련된 전자기 장갑(100)의 일 예를 보인 개념도이고, 도 2a 내지 2c는 도 1에 도시된 전자기 장갑(100)이 메탈제트(30)를 방어하는 과정을 보인 개념도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 전자기 장갑(100)은 차량의 외부 구조물[본 도면의 주장갑(10)]에 설치되어 차량을 위협하는 탄(彈), 주로 성형작약탄의 메탈제트(30, 도 2a 참조)을 방어하도록 형성된다. 주장갑(10)은 고강도의 복합 재료로 형성될 수 있다. 전자기 장갑(100)은 전투차량뿐만 아니라 방탄을 필요로 하는 일반차량에도 설치될 수 있다.
전자기 장갑(100)은 전극유닛(110) 및 자기 유동학적 유체부(Magneto Rheological Fluid)를 포함하며, 이들은 차례로 메탈제트(30)를 방어하도록 이루어진다.
전극유닛(110)은 차량의 주장갑(10)을 덮도록 배치되고, 펄스전류를 이용하여 메탈제트(30)를 선방어하도록 형성된다. 도시된 바와 같이, 전극유닛(110)은 제1전극판(111), 제2전극판(112) 및 축전기(113)를 포함한다.
제1전극판(111)은 자기 유동학적 유체부(120)를 덮도록 배치되고, 제2전극판(112)은 전류가 방전되지 않도록 제1전극판(111)으로부터 소정 거리를 두고 이격되게 배치된다. 제1 및 제2전극판(111, 112)은 축전기(113)와 각각 전기적으로 연결되며, 축전기(113)는 전원장치(114)와 전기적으로 연결되어 충전될 수 있다.
메탈제트(30)가 제2전극판(112)을 관통하여 제1전극판(111)에 접촉되면, 축전기(113)에 비축된 전기는 제1 및 제2전극판(111, 112)을 통하여 메탈제트(30)로 전달된다. 그 결과, 메탈제트(30)는 고전압 펄스전류에 의해 변형되어 관통 성능이 저하되게 된다.
그러나 메탈제트(30)의 선단부는 속도가 매우 빠르기 때문에(7km/s 이상) 고전압 펄스전류가 메탈제트(30)에 충분히 인가되기에는 시간이 부족하다. 이러한 이유로 순수 전자기력만을 이용해서 메탈제트(30)를 방어하는 데에는 한계가 있으며, 메탈제트(30)는 제1전극판(111)을 관통할 수 있다. 또한, 제1전극판(111)을 통과한 메탈제트(30)의 선단부는 관통 성능을 유지하고 있기 때문에 주장갑(10)에 위협적일 수 있다.
한편, 메탈제트(30)가 제2전극판(112)을 관통하여 제1전극판(111)에 접촉되면, 제1 및 제2전극판(111, 112)을 연결하는 메탈제트(30)에 전류(i)가 흐르게 된다. 그 결과, 메탈제트(30) 주변에 자기장(B)이 형성되고, 메탈제트(30)는 자화된다.
주장갑(10)과 제1전극판(111) 사이에는 자기 유동학적 유체부(120)가 구비되어, 자화된 메탈제트(30)를 이용하여 제1전극판(111)을 통과한 메탈제트(30)를 방어하도록 이루어진다. 자기 유동학적 유체부(120)는 유체(121a, 예를 들어, 오일류) 내에 자기장에 반응하는 자성입자(121b, 예를 들어, 금속가루)가 분산된 형태를 가진다. 자기 유동학적 유체부(120)는 액체자석(ferrofluid)을 포함할 수 있다.
자화된 메탈제트(30)가 관통 성능을 유지한 상태에서 자기 유동학적 유체부(120)로 진입하게 되면, 자성입자(121b)는 자기력에 의해 이끌려 메탈제트(30)에 달라붙게 된다. 메탈제트(30)는 점착되는 자성입자(121b)로 인해 무거워져서 속도가 줄어들게 되고, 운동에너지의 감소로 인하여 관통 성능이 저하되게 된다. 그 결과, 메탈제트(30)는 자기 유동학적 유체부(120)를 통과하지 못하고 내부에서 소멸되거나, 자기 유동학적 유체부(120)를 통과하더라도 주장갑(10)을 관통하지 못하고 무력화된다.
자기 유동학적 유체부(120)는, 주장갑(10)을 영역화하여 커버하는 복수의 자성유체블록(121)을 포함할 수 있다. 각각의 자성유체블록(121)에는 유체(121a) 내에 자기장에 반응하는 자성입자(121b)가 구비되어, 자성유체블록(121) 각각이 메탈제트(30)를 방어하도록 형성된다. 상기 구조에 의하면, 주장갑(10)의 여러 영역에 걸쳐서 복수의 메탈제트(30)에 의한 위협을 받더라도, 각각의 자성유체블록(121)이 주장갑(10)을 영역화하여 보호하도록 이루어지므로, 효과적인 방호가 가능하다.
도시된 바와 같이, 메탈제트(30)에 대한 자성유체블록(121)의 저항력이 증가할 수 있도록, 자성유체블록(121)은 폭 방향보다 두께 방향으로 길게 형성될 수 있다. 즉, 자성유체블록(121)은 메탈제트(30)의 이동 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 상기 형상에 의하면, 메탈제트(30)가 자성유체블록(121) 내부를 이동함에 따라 메탈제트(30)에는 점차 많은 자성입자(121b)들이 점착되게 된다. 또한, 이러한 형상을 갖는 자성유체블록(121)이 복수 개로 구비되어 주장갑(10)을 영역화하여 보호하는 구조를 가질 경우, 복수의 메탈제트(30)에 대한 효과적인 방호가 가능하게 된다.
복수의 자성유체블록(121)은 주장갑(10)에 장착되는 케이스(122)에 수용될 수 있으며, 케이스(122)에는 제1전극판(111)이 장착될 수 있다. 케이스(122)는 복수 개로 구비되어 주장갑(10)을 영역화하여 커버하도록 구성될 수 있다. 상기 구조에 의하면, 어느 한 자성유체블록(121)이 손상을 받아 교체가 필요한 경우 해당 자성유체블록(121)을 수용하는 케이스(122)만 따로 떼어 보수를 하면 되므로, 유지 보수 측면에서 장점이 있다.
본 도면에 제시된 블록화된 구조와 달리, 자기 유동학적 유체부(120)는 케이스(122)에 자성유체가 봉입된 형태로 구성될 수도 있다. 케이스(122)는 주장갑(10)에 장착되고, 자성유체가 수용되는 수용부를 구비한다. 케이스(122)에는 제1전극판(111)이 장착될 수 있다. 자성유체는 유체(121a) 내에 자성입자(121b)가 분산된 형태를 가진다.
도 3 및 4는 본 발명과 관련된 전자기 장갑(200, 300)의 다른 일 예를 보인 개념도들이다.
전극유닛(210, 310)은, 절연물질로 형성되고 제2전극판(212, 312)의 적어도 일면을 덮도록 배치되는 절연부재(215, 315)를 더 포함할 수 있다. 이에 의하면, 메탈제트(30)는 자기 유동학적 유체부(220, 320)로 진입하기 전에 절연부재(215, 315)에 충돌되어 속도가 감소하게 된다. 즉, 절연부재(215, 315)는 메탈제트(30)의 선단부를 미리 제거하여, 메탈제트(30)가 관통 성능이 약화된 상태로 자기 유동학적 유체부(220, 320)로 진입할 수 있도록 한다. 절연부재(215, 315)는 고강도의 복합재, 세라믹, 고무 등으로 형성될 수 있다.
도 3에서는 절연부재(215)가 제1전극판(211)과 제2전극판(212) 사이에 형성되는 공간 내에 배치된 것을 예시하고 있다. 상기 구조에 의하면, 메탈제트(30)는 선단부가 제거된 상태로 제1전극판(211)과 접촉되게 된다. 메탈제트(30)에 의해 회로가 연결되면, 운동에너지가 감소된 메탈제트(30)에는 고전압 펄스전류가 흐르게 되고, 메탈제트(30)는 제1전극판(211)을 통과하지 못하고 소멸되거나 관통 성능이 약화된 상태로 자기 유동학적 유체부(220)로 진입하게 된다.
상기 구조에 의하면, 서로 이격되게 배치되는 제1 및 제2전극판(211, 212) 사이의 공간에 절연부재(215)가 배치되므로, 제1 및 제2전극판(211, 212)의 기능에 영향을 미치지 않으면서도, 공간 활용을 통하여 보다 효율적으로 메탈제트(30)를 방어할 수 있다.
도 4에서는 절연부재(315)가 제1전극판(311)의 외측면을 덮도록 배치된 것을 예시하고 있다. 상기 구조에 의하면, 메탈제트(30)는 제2전극판(312)과 접촉되기 전에 절연부재(315)에 충돌되어 선단부가 제거된 상태로 제2전극판(312)과 접촉되게 된다. 따라서, 앞선 경우와 같이, 메탈제트(30)는 제1전극판(311)을 통과하지 못하고 소멸되거나 관통 성능이 약화된 상태로 자기 유동학적 유체부(320)로 진입하게 된다.
이처럼, 제2전극판(212, 312)의 적어도 일면에 절연부재(215, 315)가 설치되는 경우, 제1 및 제2전극판(211, 212 / 311, 312)을 이용하여 메탈제트(30)를 전기적으로 방어하는 구조와 고강도의 절연부재(215, 315)를 이용하여 메탈제트(30)를 가로막는 구조가 조합된 하이브리드 방어 구조가 구축될 수 있다.
또한, 메탈제트(30)의 중반부 이하는 선단부보다 속도가 느리기 때문에 축전기(213, 313)로 전원을 공급하는 전원장치(214, 314)의 고전압 성능을 높일 필요가 없다. 즉, 전원장치(214, 314)의 용량을 감소시킴으로써, 제작비용이 절감될 수 있으며 전자기 장갑(200, 300)의 무게가 감소될 수 있다.
메탈제트(30)가 관통 성능이 약화된 상태로 자기 유동학적 유체부(220, 320)로 진입하게 되면, 자기 유동학적 유체부(220, 320)는 보다 쉽게 메탈제트(30)의 관통 성능을 약화시킬 수 있다. 즉, 전극 유닛이 절연부재(215, 315)를 더 포함하는 경우, 전극유닛(210, 310)의 방호 성능이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 자기 유동학적 유체부(220, 320)가 보다 완벽하게 메탈제트(30)를 방어할 수 있다.
이상에서 설명한 전자기 장갑 및 이를 구비하는 차량 방호 시스템은 위에서 설명된 실시예들의 방법과 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양하게 응용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 차량의 주장갑을 덮도록 배치되고, 펄스전류를 이용하여 성형작약탄의 메탈제트를 선방어하도록 형성되는 전극유닛; 및
    상기 주장갑과 상기 전극유닛 사이에 배치되고, 유체 내에 자기장에 반응하는 자성입자가 분산된 자기 유동학적 유체부를 포함하며,
    상기 자성입자는 상기 전극유닛을 관통하여 자화된 상기 메탈제트에 점착되어 상기 메탈제트의 관통 성능을 저하시키도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 자기 유동학적 유체부는,
    상기 주장갑을 영역화하여 커버하고, 각각이 상기 메탈제트를 방어하도록 형성되는 복수의 자성유체블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메탈제트에 대한 상기 복수의 자성유체블록의 저항력이 증가할 수 있도록, 상기 복수의 자성유체블록은 폭 방향보다 두께 방향으로 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 자기 유동학적 유체부는,
    상기 복수의 자성유체블록을 수용하고, 상기 주장갑에 장착되며, 상기 전극유닛이 장착되는 공간을 마련하는 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 자기 유동학적 유체부는,
    상기 주장갑에 장착되고, 수용부를 구비하며, 상기 전극유닛이 장착되는 공간을 마련하는 케이스; 및
    상기 수용부에 봉입되고, 상기 유체 내에 상기 자성입자가 구비된 자성유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전극유닛은,
    상기 자기 유동학적 유체부를 덮도록 배치되는 제1전극판;
    상기 제1전극판으로부터 소정 거리를 두고 이격되게 배치되는 제2전극판; 및
    상기 제1 및 제2전극판과 각각 전기적으로 연결되고, 상기 메탈제트가 상기 제2전극판을 관통하여 상기 제1전극판에 접촉되면 상기 메탈제트를 변형시키는 펄스전류를 생성하는 축전기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전극유닛은,
    절연 물질로 형성되고, 상기 제2전극판의 적어도 일면을 덮도록 배치되어 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성되는 절연부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 절연부재는 상기 제1전극판과 상기 제2전극판 사이에 형성되는 공간 내에 배치되어, 상기 메탈제트가 상기 제1전극판과 접촉되기 전에 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 절연부재는 상기 제1전극판의 외측면을 덮도록 배치되어, 상기 메탈제트가 상기 제2전극판과 접촉되기 전에 상기 메탈제트의 선단부를 제거하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 절연부재는 절연 재질의 복합재, 세라믹 또는 고무 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자기 장갑.
  11. 이동 가능하게 형성되는 차량; 및
    상기 차량에 설치되고, 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따르는 전자기 장갑을 포함하는 차량 방호 시스템.
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