KR101449738B1 - 복수 폭발분리장치들의 전단파괴 작동에 의한 발사체 분리구조 - Google Patents

Abstract

본체(11)에 삽입되고 분리부(12)에 체결되는 스터드(20)의 몸통 측면에 본체에 매립된 전단핀(22)이 삽입되어 파이로액추에이터(30)의 폭발타격으로 전단핀(22)을 전단 파괴시켜 분리부(12)를 이탈시키는 발사체의 분리구조가 개시된다.
스터드(20)는 상기 분리부(12)에 작용하는 큰 힘인 제1외력을 지지하고, 상기 전단핀(22)은 제1외력과 다른 방향으로 작용하는 작은 힘인 제2외력을 지지하도록 배치될 수 있다. 작은 힘을 지지하는 전단핀을 선택적으로 파괴시키는 파이로액추에이터(30)는 타격마개(31)와 스터드(20) 사이에 형성된 간극(35)의 크기에 의해 타격력을 조절하거나 또는 타격마개(31)와 화약(32) 사이에 형성된 충전여유(36)의 부피에 의해 타격력을 조절할 수 있다.
위 장치들은 본체의 공동(16) 둘레에 간격을 두고 링 모양으로 복수개 배치될 수 있으며 개별 화약(32) 충전량, 간극(35), 충전여유(36)는 각각 독립적으로 조절될 수 있다. 그에 따라 국소적으로 분리부의 질량관성이 증가한 경우라 하더라도 전체 구조를 변경하지 않고, 단지 특정 폭발분리장치의 폭발력만을 간단히 조정하여 발사체의 비행궤적이나 분리부의 이탈궤적을 흐트러뜨리지 않고 분리시킬 수 있다.

Description

복수 폭발분리장치들의 전단파괴 작동에 의한 발사체 분리구조{Projectile separation structure by multiple explosive shear breaking devices}

본 발명은 탑재 수와 폭발력 조절이 가능한 폭발분리장치를 복수 개 탑재하는 발사체의 분리구조에 관한 것으로서 발사 시 분리부에 작용하는 2방향 이상의 외력을 효과적으로 지지하는 전단파괴식 폭발분리장치와 그 탑재공간 및 분리작용력 분포의 최적화 기술에 관한 것이다.

(가) 현대 무기체계는 모든 타격무기에 유도능력을 부여하는 방향으로 발전하고 있다.

미사일, 로켓, 자유 낙하식 폭탄에 이어 포 발사식 탄약에도 이 같은 유도화 경향은 가속되고 있는 중이다.

유도형 포탄은 발사과정에서는 기존 포탄의 장점을 그대로 유지하고, 목표도달 과정에서는 미사일의 장점을 취하여 정확도를 높이는 좋은 무기이다. 그러나 미사일이나 로켓과 달리 발사과정에서 매우 큰 힘이 충격적으로 작용하는 탓에, 복잡한 구조로 만들었을 때 작동의 신뢰성을 보장하기 어렵다는 약점도 있다.

아래 소개한 선행기술 문헌(1)~(3)는 최근 서방진영에서 실전 배치를 시작한 장사정 유도포탄의 후미 안정날개 돌출구조를 보여준다. 이 유도포탄의 본체에서 후미날개를 덮어주는 분리식 덮개는 없으며, 단지 발사 후에 가이드레일에 의해 꼬리 뒤쪽으로 날개뿌리가 삐져나와 내장된 안정날개를 회전식으로 펼치는 구조를 볼 수 있을 뿐이다.

각도 조종이 가능한 유도날개는 신관이 장착된 포탄 전방부에 배치되며 결국 날개가 포탄 앞뒤 쪽에서 모두 펼쳐지는 구조여서 전체적으로 비행저항이 늘어나며 탄두의 가용용적과 비행거리는 줄어들 수 있다.

이처럼 후미에 날개 덮개용 캡 없이 단순 돌출하는 구조만으로도 제 기능을 수행할 수 있는 고정익 만을 장착한 이유는 무엇보다도 포탄의 base bleed 장치가 차지하는 부피, 즉 탄저부 진공발생 억제를 위한 가스분사장치가 차지하는 부피 때문에 탄저부에 폭발분리장치를 추가 설치할 공간이 부족하다는 이유가 크지만 한편으로는 포탄 발사시에 수만G에 이르는 후퇴 가속도와 1~2만 rpm에 달하는 초기 회전 각속도를 이겨내면서도 합리적인 공간과 충분한 신뢰도가 확보되는 날개캡 분리구조의 설계가 여의치 않았던 탓도 있다.

(나) 파일런에 고정된 미사일의 발사(투하)나 우주공간에서의 장치분리 등에 많이 사용되며 또한 그 같은 특유의 가혹한 작동조건에서 단 한번에 빠르고 확실한 분리작동을 수행하는 장치로서 폭발볼트(explosive bolt)가 있다.

일반적으로 폭발볼트는 구조물을 지지하는 볼트 몸체와 특정한 전기적 힘(전류/고전압)을 가해주면 동작하는 착화장치(Initiator), 그리고 착화장치 작동으로 기폭되는 분리화약으로 다른 파이로 테크닉 장치보다 간단하게 구성되어 있으며 구조물의 결합 정도에 따라 폭발볼트 크기 및 형태는 다양해 질 수 있다.

폭발볼트로 주로 사용되는 리지컷(Ridgecut)타입 볼트는 보통 절단면으로 예정된 부위에 움푹 들어간 형태의 리지컷을 인위적으로 형성시켜 폭발압력이 그 부위에 집중 작용하면서 작은 폭발력으로도 예측 가능하고 깨끗한 절단이 이루어지도록 한 것이다.

이 과정에서 분리화약의 폭발력에 의해 볼트몸체에서 발생하는 파편 및 폭발충격이라는 부작용을 동반한다. 미소하더라도 일단 파편이 생길 경우 주위 구조물에 대한 손상 및 파괴를 유발하며, 또한 분리과정에서의 폭발충격은 정밀 장비들의 고장 및 오작동 원인이 된다.

리지컷형 폭발볼트는 본체와 분리부 사이에 충분한 설치공간이 확보될 수 있고 체결 방향 외에 다른 방향에서 작용하는 외력에 대해 추가적으로 지지해야 할 필요가 없는 다수의 장비에서 지난 세월 동안 성공적으로 사용되어 왔으나, 앞서 소개한 장사정탄과 같이 집적도가 높고 민감한 구조인데다 큰 발사충격을 가진 소형 발사체에까지 성공적으로 사용된 사례는 아직까지 없다.

(1) 미국등록특허 US 6,764,042 Precision guided extended range artillery projectile tactical base (2) 미국등록특허 US 6,779,754 Fin-stabilized artillery shell (3) 미국등록특허 US 6,796,525 Fin-stabilized guided missile (4) 한국등록특허 10-2011-0010915 볼타입 저충격 분리장치 (5) 한국공개특허 10-1999-0037551 스핀이 안정된 로켓으로부터 인터셉터 요소들을 전개하기 위한 대응 장치 (6) 일본공개특허 특개2012-046132 비상체의 분리구조 및 분리방법

대다수 발사체의 폭발분리구조에 사용되어 왔던 폭발 볼트는 볼트의 사이즈에 기반하여 탑재 화약량과 절단 부위의 면적 등을 기준으로 임무에 맞게 선정되었다. 그러나 기본적인 분리구조가 단순한 인장 파단에 의존하고 있는 탓에, 만약 결합물의 체결상태 유지를 방해하는 힘이 여러 방향에서 복합적으로 작용할 경우에는 절단 부위에 예기치 못한 파손이 발생할 확률이 높았다.

예컨대 폭발볼트의 허리를 부러뜨리는 방향으로 작용하는 외력을 전혀 견딜 수 없었던 것은 아니지만 기본적으로 파단이 쉽도록 움푹 패인 단면구조를 가지는 탓에 약간만 전단하중이 가해져도 버티지 못하고 볼트가 전단파괴 될 수 있었으며, 이를 막기 위해 분리방향 외의 방향으로 보강구조를 두거나 좀 더 큰 폭발볼트를 사용할 수 있겠지만 이는 발사체의 부피는 작은 반면 유도장치의 집적도는 더 높은 포탄에는 여러 가지 문제점을 발생시키므로 매우 어려운 일이다.

한편, 종래에 포탄의 탄체분리기구는 주로 자탄의 방출 목적으로 사용되었다.

예를 들어, 문헌(6)은 미사일 방해 및 차단용 인터셉터(NEI)를 뿌리는 방어용 발사체의 자탄 방출구조를 설명하고 있다. 이때 방출용 슬리브는 전단파단이 가능한 나사에 의해 지지된다. 즉 개별적으로 폭발력을 발생시켜 자체적으로 파단 분리되는 폭발볼트를 여러 개 사용하는 대신에 발사체의 탄두쪽에 폭발력을 전달하는 큰 방출판(플랜지)과 로드를 배치하고 이들에 의해 복수의 전단 나사를 한꺼번에 끊어내는 구조이다. 이 같은 구조는 폭발분리구조의 설치에 큰 공간을 필요로 하며 동시에 심한 방출충격을 동반한다. 따라서 탄체의 유도장치에 영향을 미칠 수 있으므로 비행 종말단계에서야 작동 가능한 것이며 공간상 제약으로 폭발분리 위치가 탄체의 중심부에 한정된다는 약점이 있었다.

본 발명은 상술한 종래기술들의 약점과 한계를 모두 극복하도록 창안된 것으로서 그 구체적인 목적은 작은 설치공간을 가지며, 2방향 이상에서 작용하는 외력을 효과적으로 견딜 수 있는 단단한 결합구조와 간단하면서도 확실한 작동을 보장하는 폭발분리구조를 구현하고 나아가서 상기 폭발분리장치를 복수 개로 설치하여 발사탄체의 전체 분리작용력을 쉽게 조절할 수 있는 한층 진보된 탄체 분리구조를 구현하는 것이다.

이를 위해 본 발명은 먼저 목표로 하는 주 지지하중이 주로 작용하는 제1방향으로는 파괴 불가능한 스터드(stud) 볼트로 충분한 체결력을 확보하면서, 상기 주 지지하중 외에 제2방향으로 작용하는 보조 지지하중에도 전단파괴 직전까지 적절한 강도로 지지할 수 있는 새로운 폭발분리 구조를 창안하였다.

발사체(10)는 폭발분리장치가 설치된 본체(11)부와 상기 본체에 분리결합 가능한 분리부(12)로 구분될 수 있으며 본체(11)에 삽입되고 상기 분리부(12)에 체결되는 적어도 하나의 스터드(20)와, 역시 본체(11)에 적어도 일부가 매립되고 상기 스터드(20)의 몸통 측면에 나머지 일부가 삽입되는 전단핀(22)으로 분리부에 작용하는 2방향 이상의 외력을 지지하도록 구성된다.

본 발명이 가장 효과적으로 적용될 수 있는 발사체는 강선에 물려 회전되면서 발사되는 포탄이다. 포강 내의 강선은 포탄의 폐쇄링을 통해 회전력을 전달하며, 포강내의 장약 폭발압력은 포탄 탄저부 바닥을 통해 발사압력을 전달한다.

본 발명의 실시예에서와 같이 본체(11)가 유도날개를 수납하고 있는 탄저부이고 분리부(12)가 탄저부에 끼워지는 유도날개 덮개용 보호캡이라고 한다면, 회전력은 본체(11)를 거쳐 분리부(12)로 전달되며 발사압력은 분리부(12)를 거쳐 본체(11)로 전달된다. 이 과정에서 본체와 분리부 사이를 연결하는 폭발분리장치는 포탄의 축방향 힘과 원주방향 힘, 즉 2방향 외력을 동시에 받게 된다. 물론 회전중심에서 떨어진 부품이므로 회전에 의한 원심력이라는 제3의 미약한 외력도 받게 된다.

이때 축방향 압축력은 분리부(12) 테두리와 본체(11) 테두리 간 결합부 밀착에 의해 해결되므로 스터드는 회전에 의한 원주방향 힘만을 지지하면 된다. 따라서 통상의 폭발볼트에서 리지컷부위에 해당하는 전단핀은 어떠한 큰 힘도 받지 않고 단지 비행 중에서 분리부에 작용하는 항력(=탄저부 항력)만 지지하면 되므로 상대적으로 약하고 가늘게 설계하여도 불의의 파손이 일어나지 않는 것이다. 결국 스터드와 분리부가 2방향 이상의 외력을 효과적으로 나누어 견딜 수 있으며 파이로액추에이터(30)는 전단핀(22) 파괴와 분리부(12)의 이탈 에 필요한 폭발력만으로 계산되어 최적 설계될 수 있다.

상기 폭발분리장치는 매우 작은 부피의 모듈화 구성이 가능하며, 결과적으로 설치장소의 제약이 적어 포탄의 베이스 블리드(base bleed) 장치를 방해하지 않고 탄저부 둘레에 효과적으로 원하는 개수만큼 배치될 수 있다.

이하 본 발명의 추가적인 해결수단들을 도면과 실시예를 통해 상세히 제시한다.

본 발명은 개별 파이로액추에이터의 폭발력 조절에 덜 구애 받으면서 메인 지지부재인 스터드의 size와 강도를 원하는 만큼 자유롭게 설계할 수 있다. 따라서 포탄과 같이 강력한 후퇴관성력과 순간적인 회전력이 동시에 작용하는 발사체의 탄체 분리구조를 설계함에 있어서 간결한 설계구조와 신뢰도 높은 작동구조를 모두 획득할 수 있다.

또한 분리부의 질량 배분이 불규칙한 경우, 예를 들어 분리부의 특정부위가 두껍게 설계되어 국소적으로 질량관성이 증가한 경우라 하더라도 전체 분리구조의 기본 설계를 변경하지 않고 단지 해당 부위에 배치된 폭발분리장치의 폭발력만을 간단히 조정하여 전체적인 폭발력의 균형을 맞출 수 있다. 따라서 발사체의 비행궤적이나 분리부의 이탈궤적을 흐트러뜨리지 않고 매끈한 분리과정을 쉽게 달성할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

도 1, 도 2는 본 발명이 적용된 발사체의 분리 전과 분리 후 사시도.
도 3은 본 발명을 위해 시험 제작된 발사체 모형의 촬영사진.
도 4 ~ 도 6은 본 발명에서 본체와 분리부 간 결합관계를 상세 도시한 투시도 및 절개도.
도 7 ~ 도 10은 본 발명의 주요 구성요소인 폭발분리장치를 상세 도시한 3면도, 사시도, 분해도 및 단면도.
도 11은 본 발명에서 폭발분리장치가 지지하는 2방향 이상의 외력을 설명한 그림.
도 12는 본 발명의 분리 시험과정을 촬영한 사진.
도 13은 본 발명이 적용된 발사체의 분리과정을 가상으로 도시한 후방사시도.

상술한 유도형 장사정탄의 발사체 기술과 발사체의 폭발분리 선행기술들에서 언급한 문제점들은 본 발명에서 해결되어야만 하는 전반적인 기술과제가 된다. 아래에 이들을 도면에 포함된 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

상기 실시예는 기본적으로 본 발명이 제시하는 모든 기술과제를 만족하도록 기술되나, 청구범위에서는 본 발명이 출원되는 한국 특허법의 1발명 1출원의 규정에 의해 제시한 기술과제와 해결수단 중 1카테고리의 발명에 해당하는 부분만을 청구범위로 하여 기재하고 있음을 미리 밝힌다.

본 명세서가 이처럼 발명에 기재된 청구범위를 넘어선 해결과제와 과제해결 수단을 명세서 및 도면으로 제시하는 근본 취지는 발명이 실시 가능하도록 기재하여야 하는 작성취지를 만족하기 위함이다. 즉 실전 운용이 매우 복잡한 본 발명의 발사체 분리 및 이를 적용하는 유도형 탄약무기 체계를 당해 통상의 기술자가 전체적으로 통합실시 가능할 수 있도록 하여야 하며 이 경우에 비로소 본 발명이 진정한 기술적 의미를 가진다 할 것이다.

따라서, 어느 한 기술단계만 부족하거나 누락되어도 전체 운용의 실패가 확정적일 만큼 매우 집약적인 본 발명 기술분야의 특성을 감안하여 기재된 본 명세서 및 도면의 기재 방법이 본 발명의 청구범위 내용을 넘어서는 것은 발명의 명확성 또는 단일성이나 해석 과정의 간결함을 해치는 것이 절대 아니며, 본 발명이 최초 출원되는 국가인 한국의 특허법 제42조 조항이나 본 발명이 우선권 주장 출원될 수도 있는 미국의 특허법 35 USC 112 규정을 벗어나지 않고 적법하게 만족하고 있다.

도 1, 도 2는 본 발명이 적용된 발사체(포탄)의 분리 전과 분리 후 사시도이다.

대부분의 최신 장사정 포탄은 발사초기 포신의 강선에 의한 회전안정식 비행을 거쳐, 고고도 도달시 날개돌출에 의한 (회전감쇠 후)날개안정비행 방식을 따르고 있다. 이 과정에서 탄저부에 생기는 고 진공 상태는 포탄의 항력(drag force) 중 상당 부분을 차지하며 이를 해소하기 위해 탄저부에는 베이스블리드(base bleed) 장치로 불리는 부스트장치를 달아 진공을 없애고 있다. 따라서 날개의 수납공간과 부스트장치 공간을 모두 고려하면 탄저부의 공간은 매우 비좁다.

따라서 본 발명에서 발사체의 탄저부에 해당하는 본체(11)는 중심부에 베이스블리드 장치 수납용 공동(16)이 형성되어 상기 발사체(10)의 꼬리부를 이루며, 상기 복수 개의 폭발분리장치는 상기 공동(16) 둘레에 간격을 두고 링 모양으로 배치된다.

한편 본체(11)를 보호하는 보호캡 기능을 하는 분리부(12)는 포 발사 시에 작용하는 고충격, 고압력으로부터 탄저부 내부의 정밀장치들을 보호하는 역할과 수행하며 동시에 탄도비행 시 탄체의 외형을 유지하여 항력의 증가를 억제하는 역할을 한다.

발사체(10)는, 보통 특정고도(회전안정식 비행으로 도달 가능한 최대속도의 고도 = 예: 17km)에서 분리부(12)를 이탈시키고 이후 조종날개 수납공간(17)으로부터 조종날개 또는 단순 회전감쇠용 날개를 전개시킨다.

분리부(12)는, 발사 직후에는 본체(11)로부터 전달되는 강력한 회전력(도면에 rotational force로 표시)과 함께 분리부 표면의 공기마찰에 의한 항력, 분리부 바닥의 진공에 의한 항력(도면에 drag force로 표시)을 동시에 받게 된다. 이때 단순한 리지컷 폭발볼트로 폭발분리장치를 구성한다면 회전력과 항력 중 어느 하나를 버티지 못하고 폭발볼트가 부러질 수 있다.

분리부의 재질은 스틸, 카본화이버, 폴리머, 케블러, 고분자수지(HDPE)등이 사용될 수 있다. 예를 들어 스틸재질은 보호캡으로써의 역할을 충분히 다하지만 탄체에서 방출 후 낙하하면서 아군지역에 2차 피해를 줄 수 있다.

도 3에 시험 제작된 발사체 모형의 전체 사진과 도 12에 시제작품의 실험과정을 도시하였지만 분리부의 재료는 스틸 외에도 다수의 재료를 사용할 수 있으며 특히 2차 피해를 방지하기 위해 대체제인 카본화이버, 폴리머, 케블러, 고분자 수지 등을 사용할 수 있다. 참고로 에폭시 계열 결합제가 함유된 분리부는 연성이 낮아 발사 후 깨지는 현상을 보였다. 반면 고분자 수지(HDPE)는 깨지는 현상이 없었다.

본 발명이 적용되는 폭발분리형 발사체(10)는 꼬리부를 형성하는 본체(11)와 본체(11)와 분리 가능하도록 결합되는 캡 모양의 분리부(12)로 크게 나눌 수 있다.

도 4 ~ 도 6은 본 발명에서 본체와 분리부 간 결합관계를 상세 도시한 투시도 및 절개도이다. 스터드(20)는 본체(11)에 삽입되고 상기 분리부(12)에 체결되며, 전단핀(22)은 본체(11)에 적어도 일부가 매립되고 상기 스터드(20)의 몸통 측면에 나머지 일부가 삽입된다.

이에 따라 스터드(20)는 상기 분리부(10)의 회전관성력을 지지하도록 배치되며, 상기 전단핀(22)은 상기 분리부(10)의 후퇴관성력을 지지하도록 배치된다.

이를 도 11을 참조하여 개념적으로 다시 설명하면 스터드(20)는 상기 분리부(12)에 작용하는 제1외력을 지지하고, 전단핀(22)은 상기 분리부(12)의 작용하고 상기 제1외력과 다른 방향인 제2외력을 지지하도록 배치됨을 뜻한다.

도 1을 참조하면 상기 제1외력은 상기 본체(11)의 회전에 의한 상기 분리부(12)의 회전저항이고, 상기 제2외력은 상기 본체(11)의 전진비행에 의한 상기 분리부(12)의 후퇴저항이 되며 보통 분리부인 보호캡의 질량이 미미하므로 제2외력은 제1외력보다 작은 크기가 된다.

한편, 파이로액추에이터(30)는 본체(11)에 매립되어 상기 전단핀(22)을 전단 파괴시킴과 동시에 상기 분리부(12)를 이탈시키는 작용을 하게 되는데, 도 13을 참조하면 잘 알 수 있듯이 스터드(20)와 전단핀(22)과 파이로액추에이터(30)를 각각 복수 개 배치하되 그 배치개수를 조정하여 전체 분리작용력을 1차 조절하고, 상기 복수 개 파이로액추에이터(30)의 개별 폭발력을 조정하여 상기 전체 분리작용력을 2차 조절하도록 구성될 수 있다.

도 13에 본 발명이 적용된 발사체의 분리과정을 가상으로 도시하였다. 이를 참조하면 폭발분리장치는 실시예의 발사체에서 최대 4개 배치될 수 있으며, 개별 폭발력, 즉 분리작용력 조절이 가능하므로 분리부(12)는 정확히 사방 대칭에 본체와 중심이 일치하는 간단한 모양이 아니라 특정부위가 두꺼워진 무게 불균형 설계도 가능하다.

도 7 ~ 도 10은 본 발명의 주요 구성요소인 폭발분리장치를 상세 도시한 3면도, 사시도, 분해도 및 단면도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 핵심 중 하나인 폭발분리장치를 설명한다.

본 발명의 폭발 분리장치는 발사체(10)의 본체(11)에 삽입되고, 또한 상기 발사체(12)의 분리부(12)에 체결되는 스터드(20)를 중심 구성요소로 한다. 스터드(20)의 몸통 측면에는 제1핀삽입공(21)이 형성된다.

스터드(20)는 머리부분이 각형 볼트머리로 형성되며, 상기 본체(11)에 형성된 스터드회전방지홈(14)에 의해 상기 제1핀삽입공(21)과 상기 제2핀삽입공(15)이 관통되는 각도에서 회전이 방지되는 구조로 형성되어 제1핀삽입공과 제2핀삽입공의 정렬에 도움을 줄 수 있다.

전단핀(22)은 몸체 일부분이 본체(11)에 매립되고, 몸체 나머지 부분이 상기 제1핀삽입공(21)에 삽입되는 구조이다. 이때 제1핀삽입공(21)의 전단핀(22) 삽입각도는 상기 스터드(20)의 삽입각도와 수직교차 하도록 배치되는 것이 바람직하며, 전단핀(22)은 상기 본체(11)에 형성된 제2핀삽입공(15)을 통해 상기 본체에 매립되며, 매립된 상태에서 상기 분리부(12)를 간섭하지 않도록 구성되므로 일단 전단핀이 전단파괴(shear breaking)되고 나면 분리부(12)는 자유롭게 이탈 가능하다.

와셔(24)를 이용해 분리부(12)를 상기 스터드(20)에 고정시키는 헤드스크류(23)는 스터드(20)의 머리부분에 삽입 고정되며, 앞서 설명하였지만 파이로액추에이터(30)는 상기 스터드(20)의 뿌리부분 아래쪽에 위치하도록 본체(11)에 매립되어 스터드(20)를 통해 상기 전단핀(22)을 전단 파괴시키고, 동시에 상기 스터드(20)를 분리부(12)와 붙어있는 상태로 본체(11) 외부로 이탈시킨다.

이 과정에서 전단핀(22)의 몸통부 전단 강도는 분리부(12)의 결합유지에 필요한 힘보다 더 크게 설정되고, 스터드(20)의 몸통부 전단 강도와, 헤드스크류(23)의 체결 강도는 각각 상기 전단핀(22)의 몸통부 전단 강도보다 더 크게 설정되어야 한다.

도 10을 참조하면 파이로액추에이터(30)는 내부에 충전된 화약(32)의 폭발력을 타격에너지로 바꾸어 상기 스터드(20)에 전달하는 타격마개(31)-화약(32)-고정판(33)의 3단 배치구조로 구성된 것을 알 수 있다.

도 12의 발사체 폭발분리 실험에서 사용된 파이로액추에이터는 전단부직경 4㎜, 핀 전단힘 870kgf, 화약 중 M10중량 0.3g, 기폭관 M100을 사용한 것이다.

화약(32)은 민감도와 위력을 적절히 조절하여 혼합하고 그 충전여유(36)와 충전밀도를 조정하여 폭발력을 조절할 수 있다. 흑색화약은 민감하여 착화가 쉽지만 연소가 느려 위력이 떨어진다. 예를 들어 고폭화약에 속하는 M10은 착화가 어렵지만 위력이 강하다.

ICT 코드에 의한 분석결과 1.6g/cc의 밀도를 가지는 M10(80%)+흑색화약(20%)은 15245.28Bar (=155.46kgf/㎟)의 압력을 발생시켰다. 발생압력이 직경 9㎜의 면적을 가지고 볼트에 접촉한다고 가정하면 볼트에 가해지는 힘, 즉 타격마개(31)의 추진력은 (초당)9896kgf이 된다. 따라서 수백분의 1초 내외로 개당 수십kgf의 충분한 힘을 발생시킬 수 있다.

도 10에 따르면 타격마개(31)는, 자신과 상기 스터드(20) 사이에 형성된 간극(35)에 의해, 상기 스터드(20) 및 상기 전단핀(22)에 충격적인 타격력을 전달하게 되는데, 상술한 실험결과를 토대로 하면 파이로액추에이터(30)는 상기 타격마개(31)와 상기 스터드(20) 사이에 형성된 간극(35)의 크기에 의해 상기 스터드(20) 및 상기 전단핀(22)에 가하는 타격력을 조절하거나 또는 상기 타격마개(31)와 상기 화약(32) 사이에 형성된 충전여유(36)의 부피에 의해 상기 스터드(20) 및 상기 전단핀(22)에 가하는 타격력을 조절할 수 있다.

이를 개념적으로 확장하면 도 13에서와 같이 스터드(20)와 전단핀(22)과 파이로액추에이터(30)는 각각 복수의 폭발분리장치들로 본체(11)에 설치되고, 상기 폭발분리장치들의 개별 화약(32) 충전량, 간극(35), 충전여유(36)는 각각 독립적으로 조절될 수 있다.

이상 본 발명을 실시예를 통해 구체적으로 설명하였다. 부연하면, 본 발명이 내포한 기술사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다. 다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명을 활용하여 필요에 따라 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 또는 간단 확장된 기술사상을 구현할 수도 있겠으나, 그 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명의 기술범주에 당연히 포함된다.

본 발명은 유도형 포탄의 조종날개 펼침구조에 최적화되어 기술되었으나, 이에 그치지 않고 복잡한 형상의 분리부를 회전 없이 직선 운동으로 추진시켜 날려보내는 모든 용도의 폭발분리구조와, 판형 분리부를 여닫이 형태로 회전 운동 부여하여 날려보내는 모든 용도의 폭발분리구조에 효과적으로 적용될 수 있다.

10: 발사체
11: 본체
12: 분리부
13: 스터드삽입공
14: 스터드회전방지홈
15: 제2핀삽입공
16: 공동
17: 조종날개 수납공간
20: 스터드
21: 제1핀삽입공
22: 전단핀
23: 헤드스크류
24: 와셔
30: 파이로액추에이터
31: 타격마개
32: 화약
33: 고정판
34: 착화기구
35: 간극
36: 충전여유

Claims (6)

1. 삭제
2. 본체(11)와 상기 본체(11)에 결합되는 분리부(12)로 구성되는 발사체(10)의 폭발력에 의한 분리구조에 있어서,
   상기 본체(11)에 삽입되고 상기 분리부(12)에 체결되는 스터드(20);
   상기 본체(11)에 적어도 일부가 매립되고 상기 스터드(20)의 몸통 측면에 나머지 일부가 삽입되는 전단핀(22);
   상기 본체(11)에 매립되어 폭발 타격에 의해 상기 전단핀(22)을 전단 파괴시킴과 동시에 상기 분리부(12)를 이탈시키는 파이로액추에이터(30);를 포함하여 구성되고,
   상기 스터드(20)는 상기 분리부(12)에 작용하는 제1외력을 지지하고, 상기 전단핀(22)은 상기 제1외력과 다른 방향으로 상기 분리부(12)에 작용하는 제2외력을 지지하도록 배치되며,
   상기 제1외력은 상기 본체(11)의 회전에 의한 상기 분리부(12)의 회전저항이고,
   상기 제2외력은 상기 제1외력보다 작은 크기로서 상기 본체(11)의 전진비행에 의한 상기 분리부(12)의 후퇴저항이며,
   상기 파이로액추에이터(30)는 상기 스터드(20)의 뿌리부분 아래쪽에 위치하도록 상기 본체(11)에 매립되어, 내부에 충전된 화약(32)의 폭발력을 타격에너지로 바꾸어 상기 스터드(20)에 전달하는 것을 특징으로 하는 발사체 분리구조.
3. 삭제
4. 제2항에 있어서,
   상기 파이로액추에이터(30)는 타격마개(31)-화약(32)-고정판(33)의 3단 배치구조를 포함하여 구성되고, 상기 타격마개(31)와 상기 스터드(20) 사이에 형성된 간극(35)의 크기에 의해 상기 스터드(20) 및 상기 전단핀(22)에 가하는 타격력을 조절하거나 또는 상기 타격마개(31)와 상기 화약(32) 사이에 형성된 충전여유(36)의 부피에 의해 상기 스터드(20) 및 상기 전단핀(22)에 가하는 타격력을 조절하는 것을 특징으로 하는 발사체 분리구조.
5. 제4항에 있어서,
   상기 스터드(20)와 상기 전단핀(22)과 상기 파이로액추에이터(30)는 각각 복수의 폭발분리장치들로 상기 본체(11)에 설치되고, 상기 폭발분리장치들의 개별 화약(32) 충전량, 간극(35), 충전여유(36)는 각각 독립적으로 조절되는 것을 특징으로 하는 발사체 분리구조.
6. 제5항에 있어서,
   상기 본체(11)는 중심부에 공동(16)이 형성되어 상기 발사체(10)의 꼬리부를 이루며, 상기 복수 개의 폭발분리장치는 상기 공동(16) 둘레에 간격을 두고 링 모양으로 배치되는 것을 특징으로 하는 발사체 분리구조.

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