KR101357149B1 - 내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법 - Google Patents

내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법 Download PDF

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이경호
이도윤
박연정
안성용
한봉수
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법은 유도탄(1)의 측면에서 외부에 노출되지 않도록 내부로 완전하게 삽입된 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)과, 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)이 각각 형성한 노즐목 면적을 축소하도록 정역회전되는 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)로 이루어진 빌트인 측추력기(10)가 포함되고, 제1밸브 셔터(50-1)의 정??향회전에 의한 측추력 발생 시 제1밸브 셔터(50-1)의 좌우 90°에 위치한 제2밸브 셔터(50-2)와 제4밸브 셔터(50-4)가 동시에 역방향으로 회전됨으로써 측추력시 함께 발생되는 롤 모멘트가 간단히 상쇄되고, 특히 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)의 내부 유로가 주변의 가스 유동정체로 열전달과 열팽창을 최소화함으로써 측추력 제어시 부차적인 측력 최소화와 함께 요구 구조 강도도 충족되는 특징을 갖는다.

Description

내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법{Built In type Side Thrust Vector Device and Guided Missile Roll Moment Decreasing Control Method thereby}
본 발명은 유도탄에 관한 것으로, 특히 측추력기 시스템이 빌트인(Built In)타입으로 유도탄의 내부에 완전하게 수용됨으로써 공력 저항(항력)에 의한 악 영향이 모두 해소되는 내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고 기동 유도탄에는 비행 추력 시스템과 더불어 측추력기 시스템이 더 구비되고, 횡방향 급기동 필요 시 측추력기 시스템이 가동됨으로써 비행 중 횡방향 급기동이 구현된다.
이를 위해, 측추력기 시스템은 추력 발생을 위한 노즐이 구비되고, 노즐은 횡방향 팽창 반각이 0°형태를 이루면서 유도탄의 동체 외부로 돌출된다.
그러므로, 고 기동 유도탄의 비행 중 측추력기 시스템이 가동되어 노즐 추력 분사가 이루어지더라도 측력의 발생이 억제되면서 횡방향 급기동이 이루어질 수 있다.
국내특허공개 10-2002-0079073(2002년10월19일)
하지만, 측추력기 시스템에 횡방향 팽창 반각이 0ㅀ형태를 이루는 노즐이 적용됨으로써 추력 발생을 위한 노즐 확대부 면적 확보와 측력 억제가 가능할 수 있으나, 노즐이 유도탄의 동체 외부로 돌출됨으로써 공력 저항(항력)에 의한 악 영향에서 자유로울 수 없는 한계가 있다.
특히, 노즐에 의한 공력 저항(항력)을 줄이도록 노즐 폭이 최소화될 수 있으나 유도탄의 동체 외부로 돌출되어야 하는 노즐의 구조적 한계 극복이 불가할 수밖에 없다.
이로 인해, 유도탄은 측추력기 시스템의 공력 저항(항력)에 의한 비행 속도 손실이 동반될 수밖에 없고, 이러한 비행 속도 손실 극복을 위해 추진제 양의 증가 및 탄의 중량 증가를 피할 수 없게 된다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 측추력기 시스템이 빌트인(Built In)타입으로 유도탄의 내부에 완전히 수용됨으로써 공력 저항(항력)에 의한 악 영향이 모두 해소된 유도탄 비행이 구현될 수 있고, 특히 전후 방향(
Figure 112013080423500-pat00001
) 뿐만 아니라 횡방향(
Figure 112013080423500-pat00002
)으로도 팽창각을 가지면서도 밸브 주변의 가스 유동정체로 열전달과 열팽창을 최소화하는 4개의 노즐 조합체로 구성됨으로써 측추력 제어 시 부차적인 측력 최소화와 함께 요구 구조 강도도 충족될 수 있는 내장형 측추력기 및 이를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법의 제공에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내장형 측추력기는 유도탄의 측면에서 외부에 노출되지 않도록 내부로 완전하게 삽입된 다수의 노즐과; 상기 유도탄의 내부에서 발생된 가스를 상기 다수의 노즐의 각각으로 보내주고, 상기 다수의 노즐이 각각 형성한 노즐목 면적을 축소하도록 정역회전되어 노즐목 입구부위를 가려주며, 상기 다수의 노즐의 수량에 일치되는 다수의 밸브 셔터; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 다수의 노즐은 노즐의 전후방향 팽창반각
Figure 112013080423500-pat00003
, 횡방향 팽창반각
Figure 112013080423500-pat00004
가 형성되고, 상기
Figure 112013080423500-pat00005
는 0° ~ 30°이고, 상기
Figure 112013080423500-pat00006
는 0° ~ 20°이며; 상기 다수의 밸브 셔터는 정역방향으로 회전할 때 그 회전 방향에 관계없이 동일한 각도 변위에 대하여 동일한 유량을 발생하는 대칭 형상이다.
상기 다수의 밸브 셔터는 상기 다수의 노즐의 노즐목 상류에서 상기 다수의 노즐의 각각으로 빠져나가는 유동이 정체되는 내부 구조를 갖는다.
상기 다수의 노즐은 90°등간격으로 배열된 제1,2,3,4 노즐로 구성되고, 상기 다수의 밸브 셔터는 제1,2,3,4 밸브 셔터로 구성되며, 상기 제1,2,3,4 노즐과 상기 제1,2,3,4 밸브 셔터는 각각 일대일 매칭된다.
상기 제1,2,3,4 밸브 셔터는 제1 밸브 셔터로 상기 유도탄의 측추력 발생이 이루어지면, 상기 제1 밸브 셔터의 가스 배출로 인한 상기 유도탄의 롤 모멘트 상쇄를 위해 상기 제1 밸브 셔터의 좌우 90ㅀ에 위치된 제2밸브 셔터와 제4 밸브 셔터가 동시에 작동된다.
상기 제1 밸브 셔터가 정회전되면, 상기 제2밸브 셔터와 상기 제4 밸브 셔터는 역회전되어 상기 롤 모멘트가 상쇄된다.
상기 제1밸브 셔터는 일단이 정역회전 동력이 전달되는 회전축을 감싼 회전바디와, 상기 회전바디에 결합되어져 상기 가스가 유입된 후 배출되는 내부 유로를 갖춘 셔터바디가 포함되고, 상기 내부 유로는 상기 셔터바디의 4면에 뚫어진 홀(Hole)로 이루어지며; 상기 제2,3,4 밸브 셔터는 각각 상기 회전축, 상기 회전바디, 상기 셔터바디, 상기 내부유로로 이루어져 상기 제1밸브 셔터와 구성요소가 동일하다.
상기 내부 유로는 상기 셔터바디의 길이방향에서 상기 셔터바디에 각각 뚫려진 좌우 유로와, 상기 셔터바디의 양쪽 측면에서 각각 뚫려진 전후 유로와, 상기 셔터바디의 상단부위에서 길이방향으로 뚫려진 분사 유로와, 상기 회전바디를 관통해 상기 좌우 유로 및 상기 전후 유로에 연통된 인터 유로로 이루어진다.
상기 좌우 유로는 상기 셔터바디를 이루는 리브에 의해 각각 다수의 홀로 구분되고, 상기 리브는 상기 셔터바디의 길이를 L, 폭을 W로 할 때, 상기 리브(53-1)의 길이방향 두께(tL)의 합(
Figure 112013080423500-pat00007
)이 0.2 x L ~ 0.5 x L 이하이며, 폭 방향 두께의 합(
Figure 112013080423500-pat00008
)이 0.2 x W ~0.5 x W 범위이다.
상기 분사 유로의 양쪽 부위가 상기 셔터바디의 내부공간을 향해 돌출된 부분을 형성하고, 상기 돌출 부분에 상기 분사 유로를 빠져나가는 가스가 부딪혀 가스 유동 정체를 형성한다.
또한, 상기와 목적을 달성하기 위한 본 발명의 내장형 측추력기를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법은 유도탄 선회 판단 시 측추력 방향각도가 결정되고, 상기 측추력 방향각도를 발생하기 위해 가스 배출이 이루어지는 1개의 밸브 셔터가 선택되는 측추력 실행준비단계; 상기 1개의 밸브 셔터에 의한 측 추력 발생 시 상기 유도탄에 발생되는 롤 모멘트가 상쇄되도록 상기 1개의 밸브 셔터를 기준으로 좌우 90°에 각각 위치된 2개의 밸브 셔터가 선택되는 롤 모멘트 상쇄준비단계; 상기 1개의 밸브 셔터가 상기 측추력 방향각도에 맞는 회전이 이루어져 가스를 배출하면, 상기 2개의 밸브 셔터도 회전이 이루어져 가스를 배출하여 상기 롤 모멘트를 상쇄하는 측추력 생성단계; 로 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 측추력 생성단계에서, 상기 1개의 밸브 셔터 회전방향과 상기 2개의 밸브 셔터의 회전방향은 반대 방향으로 회전된다.
이러한 본 발명은 측추력기 시스템이 유도탄의 내부로 완전하게 수용됨으로써 횡방향 급기동이 구현되면서도 측추력기 시스템으로 인한 공력 저항(항력)발생 없는 고 기동 유도탄 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 측추력기 시스템으로 인한 비행 속도 손실을 가져오는 공력 저항(항력)발생이 없으므로, 동급 성능 대비 추진제 중량 및 탄 중량 증가를 피한 고 기동 유도탄 제조가 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유도탄의 내부로 완전하게 수용된 측추력기 시스템이 전후 방향(
Figure 112013080423500-pat00009
)뿐만 아니라 횡방향(
Figure 112013080423500-pat00010
)으로도 팽창각을 갖는 4개의 노즐 조합체로 구성됨으로써 측추력 제어 시 부차적인 측력 최소화 상태로 횡방향 급기동이 구현되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유도탄의 내부로 완전하게 수용된 측추력기 시스템이 밸브 주변의 가스 유동정체로 열전달과 열팽창을 최소화하는 4개의 노즐 조합체로 구성됨으로써 측추력기 시스템에서 요구되는 구조 강도가 별다른 추가 구조물 없이 충족되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유도탄에 완전히 삽입된 내장형 측추력기가 적용된 예이고, 도 2는 본 발명에 따른 내장형 측추력기의 레이아웃이며, 도 3은 본 발명에 따른 내장형 측추력기를 이루는 밸브 셔터의 세부 구성이고, 도 4는 본 발명에 따른 밸브 셔터의 거동 시 추력 발생 상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 4개의 밸브 셔터에 의한 측추력과 롤 모멘트의 변화 관계를 나타낸 측추력선도이고, 도 6은 본 발명에 따른 내장형 측추력기를 이용한 유도탄의 롤 모멘트 상쇄 제어 흐름도이며, 도 7은 본 발명에 따른 밸브 셔터중 1개의 밸브 셔터가 측추력 방향 각도에 맞춰 작동되는 상태이고, 도 8은 본 발명에 따른 밸브 셔터중 롤 모멘트 상쇄를 위해 2개의 밸브 셔터가 작동되는 상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 유도탄에 내장형 측추력기가 적용된 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 유도탄(1)은 미사일 형태를 이루고, 빌트인 측추력기(10)는 유도탄(1)의 내부로 완전하게 삽입된 내장형으로 이루어짐으로써 유도탄(1)의 비행 시 빌트인 측추력기(10)에 의한 공력 저항(항력)의 영향이 모두 해소된다.
이를 위해, 상기 빌트인 측추력기(10)는 분사제어기(20)와, 가스발생기(30), 적어도 1개 이상으로 이루어진 노즐(40) 및 노즐(40)에 일치되는 수량으로 이루어진 밸브 셔터(50)로 구성된다.
상기 노즐(40)은 전후방향으로
Figure 112013080423500-pat00011
, 횡방향으로
Figure 112013080423500-pat00012
의 팽창반각(도 2참조)을 가지며, 본 실시예에서 상기
Figure 112013080423500-pat00013
는 0 ~ 30°이고, 상기
Figure 112013080423500-pat00014
는 0 ~ 20°로 형성한다.
상기 밸브 셔터(50)는 내부에 유로를 갖도록 형성된 대칭 형상을 이루고, 분사제어기(20)의 제어로 시계/반시계 방향 회전됨으로써 노즐(40)의 노즐목 면적이 조절되고, 노즐목 면적이 조절됨으로써 노즐(40)에서 발생되는 측추력이 조절된다.
한편, 도 2는 노즐(40)과 밸브 셔터(50)의 레이아웃을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 노즐(40)은 정의된 좌표계 기준으로 +X방향과 +Y방향 및 -X방향과 -Y방향을 향하는 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)로 구성됨으로써, 4개의 노즐이 원주방향으로 90°등간격을 이루도록 배치된다.
일례로, +Y방향에 제1노즐(40-1)이 위치되면 -Y방향에는 제3노즐(40-3)이 위치되고, +X방향에 제2노즐(40-2)이 위치되면 -X방향에 제4노즐(40-4)이 위치된다.
그러므로, 노즐(40)의 횡방향으로
Figure 112013080423500-pat00015
의 팽창반각은 그 중심을 이루는 X나 Y에 대한 각으로 형성된다.
상기 밸브 셔터(50)는 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)의 수량에 맞춰 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)로 구성된다.
그러므로, 제1밸브 셔터(50-1)는 제1노즐(40-1)에 위치되고, 제2밸브 셔터(50-2)는 제2노즐(40-2)에 위치되며, 제3밸브 셔터(50-3)는 제3노즐(40-3)에 위치되고, 제4밸브 셔터(50-4)는 제4노즐(40-4)에 위치된다.
이로 인해, 제1밸브 셔터(50-1)내지 제4밸브 셔터(50-4)가 각각 시계/반시계 방향으로 회전됨으로써 제1노즐(40-1)내지 제4노즐(40-4)중 자신에 해당되는 노즐의 노즐목 면적을 조절할 수 있다.
한편, 도 3은 밸브 셔터(50)의 세부 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 밸브 셔터(50)는 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)를 한쌍으로 구성하고, 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)는 각각 동일한 형상 및 구조로 이루어진다.
일례로, 제1밸브 셔터(50-1)는 회전축(51), 회전바디(52), 셔터바디(53), 리브(53-1), 좌우 유로(54-1,54-2), 전후 유로(55-1,55-2), 분사 유로(56) 및 인터 유로(57)로 이루어진다.
이로 인해, 셔터바디(53)의 4면에 형성된 좌우 유로(54-1,54-2)와 전후 유로(55-1,55-2)는 셔터바디(53)의 내부에 충분한 유로를 형성한다.
특히, 리브(53-1)의 폭과 두께는 셔터바디(53)로 유입되는 면적이 최대이면서도 요구되는 구조 강도를 갖도록 설정된다. 일례로, 셔터바디(53)의 길이를 L, 폭을 W로 할 때, 리브(53-1)의 길이방향 두께(tL)의 합(
Figure 112013080423500-pat00016
)이 0.2 x L 이상 0.5 x L 이하이며, 폭 방향 두께의 합(
Figure 112013080423500-pat00017
)이 0.2 x W 이상 0.5 x W 이하가 되도록 한다.
그러므로, 제2,3,4 밸브 셔터(50-2,50-3,50-4)도 제1밸브 셔터(50-1)와 동일하게 구성된다.
본 실시예에서 상기 회전축(51)은 일단이 분사제어기(20)에 연결된 원형로드타입으로 이루어지고, 상기 회전바디(52)는 회전축(51)의 직경보다 큰 직경을 이루어 회전축(51)을 동심원으로 감싸며, 상기 셔터바디(53)는 가스가 유입되는 내부 유로와 가스가 배출되는 분사 유로(56)를 형성한 구조로 이루어져 회전바디(52)와 결합된다.
특히, 상기 셔터바디(53)는 상단부위의 폭(W)이 회전바디(52)에 결합되는 하단부위의 폭보다 큰 부채꼴 단면 형상을 이루면서 회전바디(52)의 전체 길이보다 짧은 길이(L)로 이루어지고, 길이방향 두께(tL)를 갖는 리브(53-1)가 형성됨으로써 내부 유로와 분사 유로(56)를 형성한다
상기 좌우 유로(54-1,54-2)는 리브(53-1)에 의해 구획되어져 셔터바디(53)의 길이방향에서 3개의 홀로 각각 형성되고, 상기 전후 유로(55-1,55-2)는 셔터바디(53)의 양쪽의 측면에서 1개의 홀로 각각 형성되며, 상기 분사 유로(56)는 셔터바디(53)의 상단부위에서 길이방향으로 1개의 홀로 형성된다.
특히, 도 3(나)와 같이 상기 셔터바디(53)에는 분사 유로(56)의 양쪽 부위가 셔터바디(53)의 내부공간을 향해 돌출된 부분이 형성됨으로써 그 내부공간이 축소된다. 이로 인해 좌우 유로(54-1,54-2)와 전후 유로(55-1,55-2) 및 인터 유로(57)를 통해 셔터바디(53)의 내부공간으로 유입된 가스가 분사 유로(56)로 나가기 위해 모여지면, 가스는 분사 유로(56)의 양측면부위에 부딪히면서 가스 유동 정체를 형성할 수밖에 없다.
이러한 가스 유동 정체는 비록 고온/고압의 연소가스로 인해 열팽창 및 소재 물성 저하가 발생될 수 있는 환경에 있더라도 밸브 셔터(50)의 열전달 및 열팽창을 최소화시켜줌으로써 구조 강도에 대한 요구 조건에 기여할 수 있게 된다.
상기 인터 유로(57)는 도 3(나)와 같이 회전바디(52)에 직접 형성되며, 인터 유로(57)가 회전바디(52)의 단면을 관통함으로써 셔터바디(53)의 좌우 유로(54-1,54-2) 및 전후 유로(55-1,55-2)에 연통된다.
한편, 도 4(가)는 제1밸브 셔터(50-1)가 회전되지 않아 노즐(40-1)의 노즐목 면적이 최대인 0ㅀ 일 때 측력이 발생되는 현상이고, 반면 도 4(나)는 노즐목 면적이 최대인 0° 기준으로 제1밸브 셔터(50-1)가 시계방향으로 약 45° 회전됨으로써 노즐목 면적이 축소될 때 측력이 발생되는 현상을 각각 나타낸다.
이러한 관계로부터 측추력기(10)가 작동할 때 유도탄(1)은 선회 비행이 이루어질 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 5는 정의된 좌표계 기준으로 +X방향과 +Y방향에 설치된 밸브만 개방하였을 때 방향에 따른 측추력의 크기 변화 및 그에 따라 부차적으로 발생하는 롤 모멘트의 크기 변화를 나타낸다.
일례로, 유도탄(1)에 45°방향으로 측추력을 발생시킬 때 총 4개인 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)의 밸브 회전 방향이 반시계 방향으로 모두 동일하다고 가정하면, 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)중 +X축과 +Y축에 위치한 밸브셔터의 45ㅀ방향 회전은 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)중 +X축과 +Y축에 위치한 노즐의 노즐목을 1/2씩 닫게 된다.
이로 인하여 +X축과 +Y축에 위치된 밸브셔터와 노즐에 의한 측력은 유도탄(1)의 롤 모멘트를 최대로 발생시킬 수밖에 없다. 그러나, 이러한 롤 모멘트는 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)중 +X축과 +Y축에 위치한 밸브 셔터의 회전 방향을 반대로 구동시킴으로써 간단하게 상쇄될 수 있다.
한편, 도 6은 본 실시예에 따른 내장형 측추력기를 이용한 유도탄의 롤 모멘트 상쇄 제어 흐름을 나타낸다.
S10과 같이 유도탄 선회 판단이 이루어지면, S20과 같이 측 추력 방향각도(45°, 90°, …)가 결정되고, S30과 같이 총 4개의 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)중 원하는 측 추력 발생을 위한 1개의 밸브 셔터가 작동 밸브 셔터로 선택된다.
이어, S40과 같이 작동 밸브 셔터의 측 추력으로 인해 유도탄에서 발생되는 롤 모멘트 계산이 이루어진 후, S50과 같이 선택된 작동 밸브 셔터의 좌우 90ㅀ 에 각각 위치된 2개의 좌우 90°밸브 셔터가 예상 롤 모멘트 상쇄를 위한 2개의 상쇄 밸브 셔터로 선택된다.
이후, S60과 같이 선택된 작동 밸브 셔터를 회전시킨 후 가스를 해당 노즐로 분사해줌으로써 측추력 방향각도에 해당되는 추력을 발생시키고, S70과 같이 선택된 2개의 상쇄 밸브 셔터도 각각의 회전각 및 회전 방향을 결정한 후 작동시켜 준다.
일례로, S100과 같이 선택된 작동 밸브 셔터가 정 방향 회전되면, S200과 같이 선택된 제1,2 상쇄 밸브 셔터는 역방향 회전됨으로써 측추력 발생 시 함께 나타나는 유도탄의 롤 모멘트가 상쇄될 수 있다.
반면, S100-1과 같이 선택된 작동 밸브 셔터가 역 방향 회전되면, S200-1과 같이 선택된 제1,2 상쇄 밸브 셔터는 정방향 회전됨으로써 측추력 발생 시 함께 나타나는 유도탄의 롤 모멘트가 상쇄될 수 있다.
그러므로, S300과 같이 유도탄은 원하는 방향으로 측추력을 발생하면서도 그에 따른 롤 모멘트 없이 유도탄 선화가 이루어질 수 있다.
한편, 도 7은 측추력 방향각도에 해당되는 추력이 발생되도록 가스를 분사하는 1개의 밸브 셔터를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 선택된 밸브 셔터는 제1 밸브셔터(50-1)이고, 가스발생기(30)에서 생성된 고온/고압의 연소 가스는 제1 밸브셔터(50-1)에 형성된 좌우 유로(54-1,54-2)와 전후 유로(55-1,55-2) 및 인터 유로(57)를 통해 셔터바디(53)의 내부 공간으로 유입된다.
하지만, 제1 밸브셔터(50-1)는 45ㅀ측 추력 방향각도에 맞춰 반시계방향으로 회전됨으로써 해당 노즐인 제1노즐(40-1)의 노즐목 면적을 0ㅀ일 때에 비해 1/2로 축소한 상태이다.
그러므로, 제1 밸브셔터(50-1)의 분사 유로(56)를 빠져나가는 가스는 1/2로 좁아진 노즐목 면적을 통해 제1노즐(40-1)에서 분사됨으로써 제1노즐(40-1)은 45°의 측 추력 방향각도에 해당되는 추력을 발생시켜 준다.
반면, 도 8은 측 추력 발생시 함께 나타나는 롤 모멘트가 상쇄되도록 가스를 분사하는 2개의 밸브 셔터를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 선택된 밸브 셔터는 제2밸브셔터(50-2)와 제4밸브셔터(50-4)이고, 제2밸브셔터(50-2)와 제4밸브셔터(50-4)는 45°측추력 방향각도에 맞춰 시계방향으로 회전됨으로써 제1밸브셔터(50-1)의 회전방향과 반대 방향을 형성한다.
이로 인해, 제2밸브셔터(50-2)가 위치된 제2노즐(40-2)과 제4밸브셔터(50-4)가 위치된 제4노즐(40-4)은 노즐목 면적이 0°일 때에 비해 1/2로 각각 축소된다.
이어, 가스발생기(30)에서 생성된 고온/고압의 연소 가스는 제1밸브셔터(50-1)와 마찬가지로 제2밸브셔터(50-2)와 제4밸브셔터(50-4)로 각각 유입되고, 이어 제2밸브셔터(50-2)의 가스는 제2노즐(40-2)로 빠져나가고 동시에 제4밸브셔터(50-4)의 가스는 제4노즐(40-4)로 빠져나간다.
그러므로, 제1노즐(40-1)의 측 추력과 제2노즐(40-2)과 제4노즐(40-4)의 측 추력이 서로 상호 작용하고, 이러한 상호 작용은 결과적으로 제1노즐(40-1)의 측 추력이 발생시킨 롤 모멘트를 상쇄시킴으로써 유도탄(1)은 측추력이 발생되더라도 롤 모멘트의 영향으로부터 자유롭게 된다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 내장형 측추력기를 이용한 유도탄 측력 최소화 제어 방법은 유도탄(1)의 측면에서 외부에 노출되지 않도록 내부로 완전하게 삽입된 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)과, 제1,2,3,4 노즐(40-1,40-2,40-3,40-4)이 각각 형성한 노즐목 면적을 축소하도록 정역회전되는 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)로 이루어진 빌트인 측추력기(10)가 포함되고, 제1밸브 셔터(50-1)의 정??향회전에 의한 측추력 발생 시 제1밸브 셔터(50-1)의 좌우 90°에 위치한 제2밸브 셔터(50-2)와 제4밸브 셔터(50-4)가 동시에 역방향으로 회전됨으로써 측추력시 함께 발생되는 롤 모멘트가 간단히 상쇄되고, 특히 제1,2,3,4 밸브 셔터(50-1,50-2,50-3,50-4)의 내부 유로가 주변의 가스 유동정체로 열전달과 열팽창을 최소화함으로써 측추력 제어시 부차적인 측력 최소화와 함께 요구 구조 강도도 충족될 수 있다.
1 : 유도탄 10 : 빌트인 측추력기
20 : 분사제어기 30 : 가스발생기
40 : 노즐 40-1,40-2,40-3,40-4 : 제1,2,3,4 노즐
50 : 밸브 셔터 50-1,50-2,50-3,50-4 : 제1,2,3,4 밸브 셔터
51 : 회전축 52 : 회전바디
53 : 셔터바디 53-1 : 리브
54-1,54-2 : 좌우 유로 55-1,55-2 : 전후 유로
56 : 분사 유로 57 : 인터 유로

Claims (12)

  1. 유도탄의 측면에서 외부에 노출되지 않도록 내부로 완전하게 삽입된 다수의 노즐과;
    상기 유도탄의 내부에서 발생된 가스를 상기 다수의 노즐의 각각으로 보내주고, 상기 다수의 노즐이 각각 형성한 노즐목 면적을 축소하도록 정역회전되어 노즐목 입구부위를 가려주며, 상기 다수의 노즐의 수량에 일치되는 다수의 밸브 셔터;가 포함되고,
    상기 다수의 밸브 셔터는 상기 다수의 노즐의 노즐목 상류에서 상기 다수의 노즐의 각각으로 빠져나가는 유동 흐름을 정체시키도록 유동 흐름과 부딪히는 돌출된 내부 공간을 갖는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 다수의 노즐은 노즐의 전후방향 팽창반각
    Figure 112013080423500-pat00018
    , 횡방향 팽창반각
    Figure 112013080423500-pat00019
    가 형성되고, 상기
    Figure 112013080423500-pat00020
    는 0° ~ 30°이고, 상기
    Figure 112013080423500-pat00021
    는 0° ~ 20°이며;
    상기 다수의 밸브 셔터는 정역방향으로 회전할 때 그 회전 방향에 관계없이 동일한 각도 변위에 대하여 동일한 유량을 발생하는 대칭 형상인 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 다수의 노즐은 90°등간격으로 배열된 제1,2,3,4 노즐로 구성되고, 상기 다수의 밸브 셔터는 제1,2,3,4 밸브 셔터로 구성되며, 상기 제1,2,3,4 노즐과 상기 제1,2,3,4 밸브 셔터는 각각 일대일 매칭되는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1,2,3,4 밸브 셔터는 제1 밸브 셔터로 상기 유도탄의 측추력 발생이 이루어지면, 상기 제1 밸브 셔터의 가스 배출로 인한 상기 유도탄의 롤 모멘트 상쇄를 위해 상기 제1 밸브 셔터의 좌우 90°에 위치된 제2밸브 셔터와 제4 밸브 셔터가 동시에 작동되는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 제1 밸브 셔터가 정회전되면, 상기 제2밸브 셔터와 상기 제4 밸브 셔터는 역회전되어 상기 롤 모멘트가 상쇄되는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 제1밸브 셔터는 일단이 정역회전 동력이 전달되는 회전축을 감싼 회전바디와, 상기 회전바디에 결합되어져 상기 가스가 유입된 후 배출되는 내부 유로를 갖춘 셔터바디가 포함되고, 상기 내부 유로는 상기 셔터바디의 4면에 뚫어진 홀(Hole)로 이루어지며;
    상기 제2,3,4 밸브 셔터는 각각 상기 회전축, 상기 회전바디, 상기 셔터바디, 상기 내부유로로 이루어져 상기 제1밸브 셔터와 구성요소가 동일한 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 내부 유로는 상기 셔터바디의 길이방향에서 상기 셔터바디에 각각 뚫려진 좌우 유로와, 상기 셔터바디의 양쪽 측면에서 각각 뚫려진 전후 유로와, 상기 셔터바디의 상단부위에서 길이방향으로 뚫려진 분사 유로와, 상기 회전바디를 관통해 상기 좌우 유로 및 상기 전후 유로에 연통된 인터 유로로 이루어진 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 좌우 유로는 상기 셔터바디를 이루는 리브에 의해 각각 다수의 홀로 구분되고, 상기 리브는 상기 셔터바디의 길이를 L, 폭을 W로 할 때, 상기 리브의 길이방향 두께(tL)의 합(
    Figure 112013080423500-pat00022
    )이 0.2 x L 이상 0.5 x L 이하이며, 폭 방향 두께의 합(
    Figure 112013080423500-pat00023
    )이 0.2 x W ~0.5 x W 범위인 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  10. 청구항 8에 있어서, 상기 분사 유로의 양쪽 부위가 상기 셔터바디의 내부공간을 향해 돌출된 부분을 형성하고, 상기 셔터바디의 내부공간을 향해 돌출된 부분에 상기 분사 유로를 빠져나가는 가스가 부딪혀 가스 유동 정체를 형성하는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기.
  11. 유도탄 선회 판단 시 측 추력 방향각도가 결정되고, 상기 측추력 방향각도를 발생하기 위해 가스 배출이 이루어지는 1개의 밸브 셔터가 선택되는 측추력 실행준비단계;
    상기 1개의 밸브 셔터에 의한 측추력 발생 시 상기 유도탄에 발생되는 롤 모멘트가 상쇄되도록 상기 1개의 밸브 셔터를 기준으로 좌우 90°에 각각 위치된 2개의 밸브 셔터가 선택되는 롤 모멘트 상쇄준비단계;
    상기 1개의 밸브 셔터가 상기 측추력 방향각도에 맞는 회전이 이루어져 가스를 배출하면, 상기 2개의 밸브 셔터도 회전이 이루어져 가스를 배출하여 상기 롤 모멘트를 상쇄하는 측추력 생성단계;
    로 수행되는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 측추력 생성단계에서, 상기 1개의 밸브 셔터 회전방향과 상기 2개의 밸브 셔터의 회전방향과 반대 방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 내장형 측추력기를 이용한 유도탄 롤 모멘트 상쇄 제어 방법.
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