KR101421127B1

KR101421127B1 - 탄도수정신관

Info

Publication number: KR101421127B1
Application number: KR1020140005236A
Authority: KR
Inventors: 송민섭; 이석우; 김완주
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2014-01-15
Filing date: 2014-01-15
Publication date: 2014-07-22

Abstract

본 발명은, 탄약과 결합되는 탄도수정신관 본체, 상기 본체의 자세 제어가 가능하도록 상기 본체의 외주면에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 조종 카나드, 상기 탄약의 회전에 대하여 상기 본체의 독립적인 회전을 유도하도록 상기 본체의 축 방향을 따라 상기 조종 카나드로부터 이격된 위치에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 롤 안정화 카나드, 상기 탄약과 상기 본체를 독립적으로 회전시키도록 상기 탄약과 상기 본체의 연결부에 설치되고 상기 탄약과 상기 본체의 상대적인 회전으로부터 전기를 생산하는 디커플링 시스템, 및 상기 디커플링 시스템에서 생산된 전기를 공급받아 작동하며 상기 본체의 자세를 수정하도록 위치신호의 세기와 상으로부터 계산된 결과에 근거하여 상기 조종 카나드를 제어하는 제어부를 포함하는 탄도수정신관을 개시한다.

Description

탄도수정신관{COURSE CORRECTION FUZE}

본 발명은 탄도조종이 가능한 탄도수정신관에 관한 것이다.

기존 재래식 탄약 신관의 경우 순발기능, 지연기능 등 탄약 체계에서 기폭 기능만을 수행하였으며, 재래식 탄약은 최초 발사시 장약 및 발사 조건에 의해 최종 탄착지가 결정된다. 재래식 방식에 의한 탄약과 탄약 신관으로는 최초 발사 이후에 탄약의 최종 탄착지를 수정할 수 없기 때문에 무기의 정확도에 한계가 있었다.

이에 따라, 최근 전장에서는 재래식 일반 탄약용 무기의 정확도 향상이 요구되고 있으며, 최초 발사 이후에 탄약의 최종 탄착지를 수정할 수 있도록 탄약의 유도조종이 가능한 신관의 개발이 요구되고 있다.

탄약의 유도조종이 가능한 신관과 관련된 현재의 기술은, 최초 발사 후 카나드의 유도조종기법을 이용하여 탄약의 비행을 유도하고 최종 탄착지를 수정하여 최종 탄착 오차를 줄이는 것이다. 또한, 고정된 카나드의 롤 제어를 이용하여 탄도를 수정하며, 유도조종을 위해 유도장입 코일 장치를 이용한 입력장치나 INS를 이용한 항법 기능을 추가하고 있다. 기존의 탄도수정신관은 상기 기술의 구현을 위해 고가의 항법장치 및 구동장치 등을 사용하여 정밀도를 높이고 있다.

그러나, 이러한 고가의 유도탄약을 사용하는 것은 경제적인 부담이 크므로, 저가의 장비를 이용하여 고가의 유도탄약에 못지 않는 성능을 가진 유도탄약의 개발이 요구되고 있다. 이에 따라, 기존의 재래식 탄약을 보완하여 고가의 유도탄약을 대체할 수 있는 기술에 대하여 고려될 수 있다.

본 발명의 일 목적은 종래와 다른 구조의 탄도수정신관을 제안하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은 위치신호에 근거하여 자세 제어가 가능한 탄도수정신관을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또 다른 일 목적은 자가 발전에 의해 생산된 전기를 이용하여 전력이 필요한 장치를 구동하는 탄도수정신관을 개시하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 탄도수정신관은, 탄약과 결합되는 탄도수정신관 본체, 상기 본체의 자세 제어가 가능하도록 상기 본체의 외주면에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 조종 카나드, 상기 탄약의 회전에 대하여 상기 본체의 독립적인 회전을 유도하도록 상기 본체의 축 방향을 따라 상기 조종 카나드로부터 이격된 위치에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 롤 안정화 카나드, 상기 탄약과 상기 본체를 독립적으로 회전시키도록 상기 탄약과 상기 본체의 연결부에 설치되고 상기 탄약과 상기 본체의 상대적인 회전으로부터 전기를 생산하는 디커플링 시스템, 및 상기 디커플링 시스템에서 생산된 전기를 공급받아 작동하며 상기 본체의 자세를 수정하도록 위치신호의 세기와 상으로부터 계산된 결과에 근거하여 상기 조종 카나드를 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 디커플링 시스템은 동일한 회전축을 중심으로 서로 상대적으로 회전하도록 어느 하나가 다른 하나로부터 이격된 위치에서 상기 다른 하나의 외주면을 감싸는 영구자석과 코일집합체를 포함하고, 상기 영구자석과 상기 코일집합체는 상기 탄약과 상기 본체를 서로 독립적으로 회전시키도록 상기 어느 하나가 상기 탄약에 연결되고 상기 다른 하나가 상기 본체에 연결될 수 있다.

상기 탄도수정신관은, 상기 영구자석을 충격으로부터 보호하도록 상기 영구자석을 감싸는 슬리브를 더 포함할 수 있다.

상기 탄도수정신관은, 상기 영구자석과 상기 코일집합체의 상대적인 회전을 가능하게 하도록 상기 영구자석과 상기 코일집합체의 사이에 배치되는 베어링을 더 포함할 수 있다.

상기 탄도수정신관은, 포 발사시 발생하는 충격을 흡수하도록 상기 베어링과 결합되는 접시 스프링을 더 포함하고, 상기 영구자석과 상기 코일집합체 중 상기 다른 하나는 상기 접시 스프링에 삽입되며 상기 어느 하나는 상기 접시 스프링의 둘레를 감싸도록 형성될 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탄도수정신관은, 상기 제어부에 상기 위치신호를 제공하도록 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신 안테나, 및 재밍신호에 의해 상기 GPS 수신 안테나의 미작동시 상기 탄도수정신관의 자세를 계산하는 지자기 센서를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 탄도수정신관은, 무선 통신을 통해 탄도정보와 목표물의 위치정보를 장입기로부터 수신하는 무선 통신부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 무선 통신부를 통해 수신된 상기 탄도정보와 위치정보에 근거하여 탄도를 계산할 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 조종 카나드와 롤 안정화 카나드가 본체의 서로 다른 원주에 배치되므로, 공력의 안정성을 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 자가 발전에 의해 생산된 전기에 의해 구동되는 장치를 이용하여 위치신호로부터 탄약의 탄착지를 수정할 수 있으므로, 탄약의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명은, 무선 통신을 이용하여 짧은 시간 안에 탄도정보와 목표물의 위치정보를 장입할 수 있다.

또한 본 발명은, 기존 재래식 탄약의 사거리 증가에 따른 탄착오차를 유도조종을 통하여 감소시킬 수 있으며, 기존의 재래식 탄약을 이용함에 따라 경제적 효과를 얻을 수 있다. 또한, 저렴한 장비를 사용하여 재래식 탄약의 유도 제어가 가능하므로 고가의 유도무기를 대체할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 탄도수정신관과 상기 탄도수정신관에 결합된 탄약의 개념도.
도 2는 도 1의 탄도수정신관을 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 자르고 바라본 단면도.
도 3은 도 1의 디커플링 시스템을 구체적으로 도시한 개념도.

이하, 본 발명에 관련된 탄도수정신관에 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. 또한, 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 관련된 탄도수정신관(100)과 상기 탄도수정신관(100)에 결합된 탄약의 개념도이다.

먼저, 탄도수정신관(100)의 구조에 대하여 설명하고, 이어서 탄도수정신관(100)의 작동 매커니즘에 대하여 설명한다.

탄도수정신관(100)은 탄약에 결합되어 최초 발사 후 탄약의 최종 탄착지를 수정하는 장치로, 본체(110), 조종 카나드(120), 롤 안정화 카나드(130), 디커플링 시스템(140) 및 제어부(150)를 포함한다.

본체(110)는 탄도수정신관(100)의 외관을 형성하며, 연결부(140')를 통해 탄약과 결합된다. 연결부(140')에는 나사산이 형성되어 탄약의 나사골과 서로 체결될 수 있다. 탄약은 재래식 탄약을 포함하며, 견인포, 자주포 및 이와 유사한 탄약발사장치로부터 발사된다. 본체(110)에는 탄도수정신관(100)의 부품들이 내장되며, 탄도수정신관(100)의 부품들은 본체(110)의 외주면에 배치될 수도 있다. 본체(100)에는 공력적으로 안정된 형태의 탄도수정신관 헤드(115)가 결합된다.

조종 카나드(120)는 본체(110)의 자세 제어가 가능하도록 복수개가 상기 본체(110)의 외주면에 서로 대칭적으로 장착된다. 탄약의 유도조종은 조종 카나드(120)의 제어를 통해 이루어지며, 조종 카나드(120)는 구동장치에 의해 제어될 수 있다.

롤 안정화 카나드(130)는 탄약의 회전에 대하여 본체(110)의 독립적인 회전을 유도하도록 복수개가 상기 본체(110)의 외주면에 장착된다. 본 발명에서 롤 안정화 카나드(130)는 조종 카나드(120)와 동일한 원주에 장착되는 것이 아니라 본체(110)의 축 방향을 따라 조종 카나드(120)로부터 이격된 위치에 장착된다. 이러한 구조를 통하여 탄약의 비행시 공력의 안정을 유도할 수 있으며, 탄약의 포 발사 후 짧은 시간 내에 롤 안정화를 유도할 수 있다.

디커플링 시스템(140)은 탄약과 본체(110)를 독립적으로 회전시키도록 탄약과 본체(110)의 연결부(140')에 설치된다. 디커플링 시스템(140)은 탄도수정신관(100)의 자가 발전이 가능하도록 탄약과 본체(110)의 상대적인 회전으로부터 전기를 생산하며, 탄도수정신관(100)에서 전력을 필요로 하는 부품에 생산된 전기를 공급한다. 디커플링 시스템(140)의 자세한 구조에 대하여는 도 3에서 후술한다.

제어부(150)는 디커플링 시스템(140)에서 생산된 전기를 공급받아 작동한다. 제어부(150)는 본체(110)의 자세를 수정하도록 위치신호의 세기(amplitude)와 상(phase)으로부터 계산된 결과에 근거하여 조종 카나드(120)를 제어한다.

상기 위치신호는 GPS 수신 안테나(161)로부터 공급된다. GPS 수신 안테나(161)는 위성으로부터 전송된 탄도수정신관(100)의 위치신호를 수신하며, GPS 수신 안테나(161)의 정상적인 위치신호 수신을 방해하는 재밍신호에 의해 상기 GPS 수신 안테나(161)가 미작동하는 경우를 보완하여 지자기 센서(162)가 탄도수정신관(100)의 자세를 계산할 수 있다.

탄도수정신관(100)은 무선 통신을 통해 탄도정보와 목표물의 위치정보를 장입기로부터 수신하는 무선 통신부(170)를 더 포함할 수 있다. 코일을 이용한 종래의 유도장입 시스템과 달리 무선 통신부(170)를 이용하면, 짧은 시간 안에 장입기로부터 탄도수정신관(100)의 제어부(150)에 탄도정보와 목표물의 위치정보를 전달할 수 있다. 제어부(150)는 무선 통신부(170)를 통해 수신된 정보로부터 초기 탄도를 계산하고 계산된 결과를 근거로 구동장치를 통해 조종 카나드(120)를 제어한다.

무선 통신부(170)는 무선으로 데이터를 전송하거나 수신할 수 있는 모듈로, 바람직하게는 블루투스(bluetooth)가 사용될 수 있다.

이하에서는 탄도수정신관(100)의 작동 매커니즘에 대하여 설명한다.

탄도수정신관(100)에 입력되는 초기 탄도는 무선 통신부(170)를 통해 수신된다. 장입기로부터 전송된 탄도정보와 목표물의 위치정보는 무선 통신부(170)를 통해 제어부(150)에 전달되며, 제어부(150)에서는 상기 탄도정보와 위치정보에 근거하여 탄도를 계산한다. 제어부(150)는 계산된 결과를 이용하여 조종 카나드(120)의 구동장치를 제어하고, 구동장치의 제어에 의해 조종 카나드(120)가 제어된다.

포 발사시 인가된 고회전력에 의하여 탄약과 탄도수정신관(100)은 비행 초기에 서로 동일한 방향으로 회전한다. 그러나, 포가 발사된 후 시간이 흐르면 롤 안정화 카나드(130)의 공력에 의하여 탄약과 탄도수정신관(100)은 서로 독립적으로 회전하게 된다. 탄약과 탄도수정신관(100)의 회전 방향은 서로 반대 방향으로 회전할 수 있다.

도 3에서 후술할 디커플링 장치는 탄약과 본체(110)를 독립적으로 회전시키도록 탄약과 본체(110)의 연결부(140')에 설치된다. 그리고, 디커플링 장치는 탄약과 본체(110)의 상대적인 회전으로부터 자가 발전을 통해 전기를 생산하여 제어부(150) 및 구동장치(미도시)에 공급한다.

탄약과 탄도수정신관(100)의 비행 중에는 GPS 수신 안테나(161)에서 위치신호가 생성되거나 또는 지자기 센서(162)로부터 탄도수정신관(100)의 자세정보가 계산되어 상기 제어부(150)로 전달된다. 탄도수정신관(100)은 비행 중 외부로부터 전기를 공급받을 수 없으므로, 디커플링 장치로부터 생산된 전기를 공급받아 작동한다.

제어부(150)는 GPS 수신 안테나(161)로부터 수신된 위치신호의 크기와 상으로부터 계산된 결과 또는 지자기 센서(162)에 근거하여 본체(110)의 자세를 결정하며, 본체(110)의 자세를 수정하도록 조종 카나드(120)의 구동장치를 제어한다. 제어부(150)의 자세 결정은 기설정된 알고리즘에 의해 구현될 수 있다. 구동장치의 제어에 의해 조종 카나드(120)가 제어되며, 조종 카나드(120)가 제어되면 본체(110)의 자세가 수정될 수 있다. 이에 따라, 탄약은 최종 목표물에 최대한 근접할 수 있는 탄도로 비행할 수 있다. 그리고, 유도 조종을 통해 탄약이 목표물에 도달하게 되면, 탄약 내부의 초소형 정밀 안전장전장치에 의해 탄약 내 주장약을 폭발시킨다.

탄도수정신관(100)은 이러한 매커니즘을 통해 탄약의 발사 전 짧은 시간 안에 탄도정보와 위치정보를 수신할 수 있으며, 발사 후에는 조기에 공력의 안정성을 확보할 수 있고, 비행 중에는 자가 발전에 의해 생산된 전기를 이용하여 탄도를 수정할 수 있다. 이에 따라 탄도수정신관(100)은 기존 재래식 탄약의 사거리 증가에 따른 탄착 오차를 획기적으로 감소시킬 수 있으며, 원거리의 목표물을 타격하기 위해 소모되는 탄약의 수를 절약할 수 있다.

도 2는 도 1의 탄도수정신관(100)을 라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 자르고 바라본 단면도이다.

롤 안정화 카나드(130)는 본체(110)의 외주면으로부터 돌출되는 형상으로 형성된다. 본 발명에서 롤 안정화 카나드(130)는 본체(110)의 외주면에 복수개가 서로 대칭적으로 배치된다. 롤 안정화 카나드(130)의 수는 반드시 4개여야 하는 것은 아니고, 구현하고자 하는 롤 안정화 성능에 따라 2개, 4개, 6개 등 다양하게 변경될 수 있다.

라인 Ⅱ-Ⅱ을 따라 자른 단면도에는 조종 카나드(120)가 도시되지 않는다. 이는 롤 안정화 카나드(130)와 조종 카나드(120)가 본체(110)의 외주면에 장착되되, 서로 다른 원주상에 배치되기 때문이다.

롤 안정화 카나드(130)가 조종 카나드(120)가 서로 다른 원주상에 배치되는 구조를 통하여 탄약의 발사 후 조기에 공력의 안정을 확보할 수 있다.

도 3은 도 1의 디커플링 시스템(140)을 구체적으로 도시한 개념도이다.

디커플링 시스템(140)은 탄약과 탄도수정신관(100)의 연결부(140')에 설치된다. 디커플링 시스템(140)은 영구자석(141)과 코일집합체(142)를 포함한다.

영구자석(141)과 코일집합체(142)는 동일한 회전축을 중심으로 서로 상대적으로 회전하도록 어느 하나가 다른 하나로부터 이격된 위치에서 상기 다른 하나의 외주면을 감싸는 구조로 형성된다. 도시한 바와 같이, 코일집합체(142)가 영구자석(141)의 외주면을 감싸도록 형성될 수도 있으나, 이와 반대로 영구자석(141)이 코일집합체(142)의 외주면을 감싸는 형태도 가능하다.

영구자석(141)과 코일집합체(142)는 탄약과 본체(110)를 서로 독립적으로 회전시키도록 각각 탄약 또는 탄도수정신관(100)에 연결된다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이 코일집합체(142)가 영구자석(141)의 외주면을 감싸는 구조에서는 코일집합체(142)가 탄약과 연결되고, 영구자석(141)이 탄도수정신관(100)과 연결될 수 있다. 이와 반대로 영구자석(141)이 코일집합체(142)의 외주면을 감싸는 구조에서는 영구자석(141)이 탄약과 연결되고 코일집합체(142)가 탄도수정신관(100)과 연결될 수 있다.

영구자석(141)과 코일집합체(142)는 탄약 또는 탄도수정신관(100)에 연결되어 동일한 회전축을 중심으로 안팎에서 독립적으로 회전한다. 영구자석(141)과 코일집합체(142)의 회전에 의해 자가발전으로 전기가 생산되며, 생산된 전기는 제어부(150) 및 구동장치(미도시)로 공급된다.

영구자석(141)과 코일집합체(142) 사이에는 상기 영구자석(141)과 코일집합체(142)의 상대적인 회전을 가능하게 하는 베어링(145)이 배치될 수 있다.

디커플링 시스템(140)에는 발사시 충격으로부터 영구자석(141)과 코일집합체(142)를 보호하는 구조가 형성될 수 있다.

도시한 바와 같이, 영구자석(141)은 충격으로부터 보호되도록 슬리브(143)에 의해 감싸질 수 있다. 또한, 베어링(145)에는 포 발사시 발생하는 충격을 흡수하는 접시 스프링(144)이 결합될 수 있다. 접시 스프링(144)은 접시의 형태로 형성되며, 바닥면이 개구된 형태의 스프링을 가리킨다. 접시 스프링(144)은 베어링(145)에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다.

접시 스프링(144)에는 도시한 바와 같이 영구자석(141)이 삽입되고, 접시 스프링(144)의 주변을 코일집합체(142)가 감쌀 수 있으며, 영구자석(141)과 접시스프링의 위치를 서로 교체될 수 있다.

본 발명에서 제안하는 탄도수정신관(100)은 기존의 무유도 탄약에 적용할 경우 탄약의 정확도를 획기적으로 향상시킬 수 있다. 또한, 이를 통해 저비용으로 기존 탄약을 지능형 탄약으로 개조할 수 있고, 현대의 전장에서 요구하는 장사정 및 고정밀 유도 탄약의 구현을 가능하게 할 수 있다.

이상에서 설명된 탄도수정신관은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

10 : 탄약 100 : 탄도수정신관
110 : 탄도수정신관 본체 120 : 조종 카나드
130 : 롤 안정화 카나드 140 : 디커플링 시스템
150 : 제어부 161 : GPS 수신 안테나
162 : 지자기 센서 170 : 무선 통신부

Claims

탄약과 결합되는 탄도수정신관 본체;
상기 본체의 자세 제어가 가능하도록 상기 본체의 외주면에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 조종 카나드;
상기 탄약의 회전에 대하여 상기 본체의 독립적인 회전을 유도하도록 상기 본체의 축 방향을 따라 상기 조종 카나드로부터 이격된 위치에 서로 대칭적으로 장착되는 복수의 롤 안정화 카나드;
상기 탄약과 상기 본체를 독립적으로 회전시키도록 상기 탄약과 상기 본체의 연결부에 설치되고, 상기 탄약과 상기 본체의 상대적인 회전으로부터 전기를 생산하는 디커플링 시스템;
상기 디커플링 시스템에서 생산된 전기를 공급받아 작동하며, 상기 본체의 자세를 수정하도록 위치신호의 세기와 상으로부터 계산된 결과에 근거하여 상기 조종 카나드를 제어하는 제어부; 및
무선 통신을 통해 탄도정보와 목표물의 위치정보를 장입기로부터 수신하는 무선 통신부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 무선 통신부를 통해 수신된 상기 탄도정보와 위치정보에 근거하여 탄도를 계산하는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
제1항에 있어서,
상기 디커플링 시스템은 동일한 회전축을 중심으로 서로 상대적으로 회전하도록 어느 하나가 다른 하나로부터 이격된 위치에서 상기 다른 하나의 외주면을 감싸는 영구자석과 코일집합체를 포함하고,
상기 영구자석과 상기 코일집합체는 상기 탄약과 상기 본체를 서로 독립적으로 회전시키도록 상기 어느 하나가 상기 탄약에 연결되고 상기 다른 하나가 상기 본체에 연결되는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
제2항에 있어서,
상기 영구자석을 충격으로부터 보호하도록 상기 영구자석을 감싸는 슬리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
제2항에 있어서,
상기 영구자석과 상기 코일집합체의 상대적인 회전을 가능하게 하도록 상기 영구자석과 상기 코일집합체의 사이에 배치되는 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
제4항에 있어서,
포 발사시 발생하는 충격을 흡수하도록 상기 베어링과 결합되는 접시 스프링을 더 포함하고,
상기 영구자석과 상기 코일집합체 중 상기 다른 하나는 상기 접시 스프링에 삽입되며 상기 어느 하나는 상기 접시 스프링의 둘레를 감싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
제1항에 있어서,
상기 제어부에 상기 위치신호를 제공하도록 GPS 신호를 수신하는 GPS 수신 안테나; 및
재밍신호에 의해 상기 GPS 수신 안테나의 미작동시 상기 탄도수정신관의 자세를 계산하는 지자기 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄도수정신관.
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