KR101538890B1 - 성형 작약탄의 열수축 조립방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성형 작약탄의 탄체에 압축형 복합화약을 충전 및 조립할 때, 압축형 복합화약의 외부 치수를 탄체의 내부 치수에 비해 동일 또는 크게 가공한 후 압축형 복합화약을 저온에서 열수축시키고 탄체는 고온에서 열팽창시킨 상태에서 조립함으로써 탄체와 화약 사이의 조립 기밀성과 탄체의 직진도를 향상시켜 관통 성능이 증대되도록 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 관한 것으로서,
압축형 복합화약(20)을 고밀도로 압축 성형하는 단계와; 압축된 복합화약(20)을 정밀 가공하되 상기 복합화약(20)의 외부 치수를 상기 탄체(10)의 내부 치수에 비해 크게 가공하는 단계와; 가공된 복합화약(20)과 라이너(25)를 가조립하되, 상기 복합화약(20)과 라이너(25)를 저온 챔버에서 일정 시간 동안 저온 열처리하는 단계와; 상기 탄체(10)를 고온 챔버에서 일정 시간 동안 고온 열처리하는 단계와; 상기 탄체(10)에 상기 복합화약(20)과 라이너(25)의 조립체를 삽입하여 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

성형 작약탄의 열수축 조립방법{Shrinkage Assembling Process for Shaped Charge}

본 발명은 성형 작약탄의 탄체에 압축형 복합화약을 충전 및 조립하는 방법에 관한 것으로서, 특히 압축형 복합화약의 외부 치수를 탄체의 내부 치수에 비해 동일 또는 크게 가공한 후 압축형 복합화약을 저온에서 열수축시키고 탄체는 고온에서 열팽창시킨 상태에서 조립함으로써 탄체와 화약 사이의 조립 기밀성과 탄체의 직진도를 향상시켜 관통 성능이 증대되도록 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 관한 것이다.

일반적으로 압축형 복합화약은 화약입자를 수지로 피복한 다음 고밀도로 압축하고, 필요에 따라 가공하여 탄체에 적용하고 있다.

한편, 성형 작약탄은 특정 지점에 폭발물의 에너지를 집중적으로 투사하기 위하여 성형(成形)된 작약(炸藥)을 이용한 탄약으로서, 핵탄두의 점화, 장갑의 관통 및 유전 개발용으로 사용되고 있다. 이러한 성형 작약탄은 작약의 앞에 설치된 원뿔 형상의 라이너에 의해 폭발 에너지가 원뿔의 꼭지점에 집중되면서 발생하는 성형 작약 젯(Shaped Charge Jet)을 이용한 탄약으로, 화약이 폭발하면 라이너에 의해 형성된 젯 슬러그가 장갑차량이나 견고한 표적을 침투함으로써 소기의 목적을 달성할 수 있도록 한다. 이때, 슬러그의 침투 능력(관통직경과 관통깊이)은 성형 작약의 밀도나 화약의 탄체 조립 기밀성 및 직진도에 큰 영향을 받는다.

구체적으로 성형 작약탄은 도 1에 도시된 바와 같이, 신관이 장착되는 탄체와, 화약입자를 압축 성형한 후 상기 탄체의 내부에 삽입되도록 가공한 압축형 복합화약과, 폭발 에너지가 집중되도록 상기 복합화약의 앞쪽에 설치되는 원뿔 형상의 라이너를 포함하고 있다.

여기서, 상기 복합화약은 화약입자를 고밀도로 압축 성형한 후 도 2와 같이 가공하여 상기 탄체의 내부에 삽입되도록 함과 아울러 상기 라이너가 전방에 삽입되도록 라이너 장착홈이 가공되어 있다.

상기와 같이 구성된 성형 작약탄은 탄체에 구비된 신관에 의해 복합화약에 폭발할 때 발생하는 폭발 에너지가 라이너의 꼭지점에 집중되도록 함으로써 라이너에 의해 형성된 젯 슬러그, 즉 메탈 젯이 장갑판을 관통하여 내부를 파괴하거나 3000℃ 이상의 고온으로 승무원을 죽이게 된다.

이러한 성형 작약탄에 있어서, 가장 중요한 것은 장갑판에 대한 관통성능이다. 이러한 성형 작약탄의 관통성능은 복합화약과 탄체 사이의 조립 기밀성 및 직진도에 의해 결정되므로, 관통성능을 향상시키기 위해서는 탄체에 삽입하는 복합화약과 탄체 사이의 틈새를 최소화하여 조립 후 내부 기밀성과 직진도를 유지할 필요가 있다.

하지만, 일반적인 조건에서 성형 작약탄의 조립 기밀성과 직진도를 향상시키는 것은 쉽지 않다. 더욱이, 조립된 탄약을 저온 조건에서 저장하게 되면 복합화약과 탄체의 열팽창계수의 차이로 인해 조립 틈새가 커지게 되고 그로 인해 조립 기밀성과 직진도가 떨어지게 된다.

물론, 조립 기밀성과 직진도를 향상시키기 위해서는 삽입되는 복합화약의 외부 치수를 탄체의 내부치수와 동일 또는 약간 크게 가공하여 조립하면 되지만, 이러한 치수 조건에서는 복합화약을 탄체에 삽입하기가 어려운 문제점이 있다.

KR 10-2003-0020738 A

본 발명은 성형 작약탄을 제조할 때 기존 압축형 복합화약의 조립 방법과는 달리, 고밀도로 압축 성형한 복합화약의 외부 치수를 탄체의 내부 치수에 비해 크게 가공한 후 저온 또는 고온 열처리를 통해 복합화약의 외부 치수가 탄체의 내부 치수에 비해 작아지게 한 상태에서 복합화약을 탄체에 조립하도록 함으로써, 관통 성능과 침투력 증대에 기여하는 조립 기밀성 및 직진도의 향상과 조립 용이성을 양립시킬 수 있도록 한 성형 작약탄의 열수축 조립방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 성형 작약탄의 탄체 내부에 압축형 복합화약을 조립함에 있어서, 상기 압축형 복합화약을 고밀도로 압축 성형하는 단계와; 압축된 복합화약을 정밀 가공하되 상기 복합화약의 외부 치수를 상기 탄체의 내부 치수에 비해 크게 가공하는 단계와; 가공된 복합화약과 라이너를 가조립하되, 상기 복합화약과 라이너를 저온 챔버에서 일정 시간 동안 저온 열처리하는 단계와; 상기 복합화약이 조립되는 탄체를 고온 챔버에서 일정 시간 동안 고온 열처리하는 단계와; 상기 탄체에 상기 복합화약과 라이너의 조립체를 신속하게 삽입하여 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 복합화약의 외부 치수를 상기 탄체의 내부 치수에 비해 0.01~0.1% 크게 가공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 복합화약은 -40℃ ~ -90℃의 온도 조건으로 15시간 이상 저온 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 라이너는 구리, 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 중 어느 하나로 이루어지고, -40℃ ~ -90℃의 온도 조건에서 15시간 이상 저온 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 탄체는 스틸, 알루미늄, 마그네슘, 마그네슘 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 60℃~100℃의 온도 조건에서 1시간 이상 고온 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 복합화약과 라이너를 열처리 전에 먼저 조립한 후 동시에 저온 열처리하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법에 따르면, 상기 탄체에 복합화약과 라이너의 조립체를 조립할 때 3분 이내에 조립이 완료되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법은, 복합화약의 가공치수를 탄체의 내경치수에 비해 크게 함으로써 복합화약의 폭발 에너지를 늘릴 수 있고, 복합화약의 저온 열처리와 탄체의 고온 열처리를 통해 복합화약을 탄체에 쉽게 조립할 수 있음은 물론 조립 후 팽창하는 복합화약과 조립후 복원되는 탄체로 인해 탄체와 복합화약의 조립 기밀성 및 직진도가 향상되어 관통 성능이 증가하게 됨으로써 아군의 화력 증강에 기여하게 되는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 성형 작약탄의 구성도.
도 2는 성형 작약탄의 압축화약이 도시된 참고도.
도 3은 본 발명에 의한 성형 작약탄의 열수축 조립방법이 도시된 순서도.
도 4와 5는 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 성형 작약탄의 열수축 조립방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 성형 작약탄의 열수축 조립방법은 도 3에 도시된 바와 같이, 성형 작약탄의 탄체(10) 내부에 압축형 복합화약(20)을 조립하는 방법으로서, 상기 압축형 복합화약(20)을 고밀도로 압축 성형하는 단계와; 압축된 복합화약(20)을 정밀 가공하되 상기 복합화약(20)의 외부 치수를 상기 탄체(10)의 내부 치수에 비해 크게 가공하는 단계와; 가공된 복합화약(20)과 라이너(25)를 가조립하되, 상기 복합화약(20)과 라이너(25)를 저온 챔버에서 일정 시간 동안 저온 열처리하는 단계와; 상기 탄체(10)를 고온 챔버에서 일정 시간 동안 고온 열처리하는 단계와; 상기 탄체(10)에 상기 복합화약(20)과 라이너(25)의 조립체를 삽입하여 조립하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 성형 작약탄의 구조는 기존과 동일하므로, 종래 기술에서와 동일한 구성요소에 대하여 동일한 도면 부호를 부여하였다.

여기서, 상기 복합화약(20)의 외부 치수를 상기 탄체(10)의 내부 치수에 비해 0.01~0.1% 크게 가공하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 복합화약(20)의 확대 정도가 너무 작으면 조립 기밀성의 상승 정도가 미약하므로 하한선을 0.01%로 하고, 확대 정도가 너무 크면 열수축 조립이 불가능하므로 상한선을 0.1%로 한 것이다.

그리고, 상기 복합화약(20)은 -40℃ ~ -90℃의 온도 조건으로 15시간 이상 저온 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 복합화약(20)을 저온에서 열처리하게 되면 대략 0.3 ~ 0.6% 정도 수축하게 된다. 또, 상기 라이너(25)는 구리, 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 라이너(25) 역시 복합화약(20)과 동일하게 -40℃ ~ -90℃의 온도 조건에서 15시간 이상 저온 열처리하는 것이 바람직하다. 다만, 상기 복합화약(20)과 라이너(25)는 별도로 저온 열처리한 후 조립할 수도 있고, 열처리 전에 먼저 상기 복합화약(20)과 라이너(25)를 조립한 후 동시에 저온 열처리할 수도 있다.

또, 상기 탄체(10)는 스틸, 알루미늄, 마그네슘, 마그네슘 합금 중 어느 하나로 이루어지고, 60℃~100℃의 온도 조건에서 1시간 이상 고온 열처리하는 것이 바람직하다. 상기 탄체(10)를 고온 열처리하게 되면 대략 0.1~0.2% 정도 팽창하게 된다.

한편, 상기 탄체(10)에 복합화약(20)과 라이너(25)의 조립체를 조립할 때에는 3분 이내에 조립이 완료되도록 하는 것이 바람직하다. 저온 열처리에 의해 수축된 상기 압축화약(20)의 치수 회복시간은 상온에서 2시간 이상 소요되고, 고온 열처리에 의해 팽창된 상기 탄체(10)의 치수 복원시간은 1시간 이내이므로, 상기 탄체(10)의 고온 열처리가 완료된 후 대략 30분 이내에 조립하면 된다. 하지만, 시간의 경과에 따라 상기 압축화약(20)의 치수가 회복되고 상기 탄체(10)의 치수 역시 복원되는 점을 감안하면, 조립시간이 짧을수록 조립이 용이하고 조립이 완료된 후의 기밀성 역시 향상됨을 알 수 있으므로, 조립 시간은 3분 이내로 한다.

<실시 예>

일반적으로 성형 작약탄을 구성하는 탄체는 스틸(Fe), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 또는 마그네슘 합금으로 형성되고, 라이너는 구리(Cu), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W) 또는 텅스텐 합금으로 형성된다. 그리고, 유기물질인 압축형 복합화약이 주장약으로 구성되어 있다.

이에 따라 이들 구성요소의 특성인 선형 열팽창계수를 살펴보면 다음의 표 1과 같다.

표 1에서 주장약으로 사용되는 DXC-57 복합화약(20)은 유기물질로서, 선형 열팽창계수는 -60 ~60℃의 온도범위에서 TMA 장비를 이용하여 측정한 실측치를 나타내고 있다. 통상적으로 금속에 비해 유기물질의 열 팽창율이 크기 때문에, 가공된 복합화약(20)에 금속재질의 라이너(25)를 가조립한 상태에서 저온 열처리를 하게 되면 복합화약(20)의 수축이 최대로 일어나게 된다. 그리고, 라이너(25)는 99% 이상의 순도를 가진 구리를 대상으로 하였다.

이하의 실험에서 관통 시험은 이격거리를 5.16CD를 적용하였으며, 관통시편은 S45C(250×250×50㎜, 경도 @150)을 사용하였다. 그리고, 시험에 사용된 성형 작약탄의 주장약과 탄체(10)의 구성은 다음의 표 2와 같다.

상기한 주장약을 구성하는 복합화약(20)을 -40℃로 저온 열처리한 후 상온에 노출시켰을 때 시간별 치수변화를 살펴보면 다음의 표 3과 같다.

상기 표 3에서 외경 A, 외경 B, 외경 C는 도 4에 도시된 바와 같이, 복합화약(20)의 끝단으로부터의 높이가 각각 40.72㎜, 81.45㎜, 130.0㎜인 지점의 외경을 나타내고, 내경 E는 복합화약(20) 내의 꼭지점으로부터 높이가 123.3㎜인 지점의 내경을 나타낸다.

상기 표 3에 따르면, 저온 열처리시 상기 복합화약(20)의 외경과 전장은 가공치수에 비해 대폭 감소한 후 상온 노출시간이 길어질수록 증가함을 알 수 있다. 하지만, 라이너(25)가 삽입되는 내경은 상온 노출 초기에 증가하였다가 차츰 감소함을 알 수 있다.

그리고, 상기 탄체(10)를 60℃로 고온 열처리한 후 상온에 노출시켰을 때 시간별 치수 변화를 살펴보면 다음의 표 4와 같다.

상기 표 4에서 외경 A'는 도 5에 도시된 바와 같이, 탄체(10)의 선단으로부터의 높이가 100.0㎜인 지점의 외경을 나타낸다.

상기 탄체(10)의 외경 기본치수는 109.998㎜로서(표 4 참조), 그 두께가 2㎜임을 감안하면 탄체(10)의 내경 기본치수는 105.998㎜에 해당하고, 상기 복합화약(20)의 외경 가공치수는 105.912~105.918㎜에 해당하므로(표 3 참조), 상기 탄체(10)의 내경과 복합화약(20)의 외경은 그 차이가 0.080~0.086㎜에 불과하다. 따라서, 상기 탄체(10) 또는 복합화약(20)을 열처리하지 않고 그대로 조립하기는 매우 어렵다.

하지만, 상기 복합화약(20)을 -40℃로 15~24시간 열처리하게 되면 상기 복합화약(20)이 수축되어 외경이 105.4㎜ 정도로 감소하게 되고, 상기 탄체(10)를 60℃ 정도로 1시간 이상 열처리하게 되면 상기 탄체(10)가 팽창하여 외경이 110.12㎜ 이상으로 증가하게 된다. 따라서, 두께를 고려한 상기 탄체의 내경이 106.1㎜가 되어 외경이 105.4㎜인 상기 복합화약(20)과의 직경 차이가 0.7㎜ 정도로 커지게 되어 상기 복합화약(20)이 탄체(10)에 쉽게 결합될 수 있게 된다.

상기 탄체(10)에 복합화약(20)이 결합된 상태에서 시간이 경과하면, 복합화약(20)은 서서히 팽창하면서 외경이 증가하고 상기 탄체(10)는 서서히 복원되면서 내경이 감소하게 되므로, 상기 탄체(10)와 복합화약(20)의 조립 기밀성과 직진도가 향상된다.

한편, 동일한 시험조건에서 복합화약(20)을 열수축 조립한 경우와 그렇지 않은 경우의 관통 성능을 시험한 결과 다음의 표 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

상기 표 5에 따르면, 복합화약(20)의 열수축 조립시 관통 깊이가 상온에서는 약 6% 정도 향상되고, 저온에서는 약 15% 정도 향상된다. 이는 열수축 조립시에는 복합화약(20)의 외경을 약 0.4㎜ 정도 증대시킬 수 있어, 높아진 폭발력과 조립 기밀성 및 직진도의 향상으로 인해 관통 깊이가 늘어나는 것으로 추정된다.

이에 복합화약(20)으로 이루어진 주장약을 열수축 조립이 가능한 치수로 단계별로 키워가면서 탄체(10)에 열수축 조립한 후 상온 조건에서 관통 성능을 비교한 결과, 다음의 표 6과 같은 결과를 얻을 수 있었다.

상기 표 6에 따르면, 동일 조건에서 주장약의 외경이 커질수록 관통 깊이가 길어지는 것을 확인할 수 있다. 하지만, 주장약의 외경을 키우는데에는 제한이 있으므로, 적절한 크기의 외경으로 주장약인 복합화약을 가공하여야 한다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10...탄체
20...복합화약
25...라이너

Claims (9)

1. 성형 작약탄의 탄체(10) 내부에 압축형 복합화약(20)을 조립함에 있어서,
   상기 복합화약(20)을 고밀도로 압축 성형하는 단계와;
   압축된 복합화약(20)을 정밀 가공하되 상기 복합화약(20)의 외부 치수를 상기 탄체(10)의 내부 치수에 비해 크게 가공하는 단계와;
   가공된 복합화약(20)과 라이너(25)를 가조립하되, 상기 복합화약(20)과 라이너(25)를 저온 챔버에서 -40℃ ~ -90℃의 온도 조건으로 15시간 이상 저온 열처리하는 단계와;
   상기 탄체(10)를 고온 챔버에서 일정 시간 동안 고온 열처리하는 단계와;
   상기 탄체(10)에 상기 복합화약(20)과 라이너(25)의 조립체를 삽입하여 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복합화약(20)의 외부 치수를 상기 탄체(10)의 내부 치수에 비해 0.01~0.1% 크게 가공하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 라이너(25)는 -40℃ ~ -90℃의 온도 조건에서 15시간 이상 저온 열처리하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 라이너(25)는 구리, 텅스텐, 몰리브덴, 텅스텐 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 탄체(10)는 60℃~100℃의 온도 조건에서 1시간 이상 고온 열처리하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 탄체(10)는 스틸, 알루미늄, 마그네슘, 마그네슘 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
8. 제1항에 있어서,
   상기 복합화약(20)과 라이너(25)를 열처리 전에 먼저 조립한 후 동시에 저온 열처리하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.
9. 제1항 내지 제2항, 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄체(10)에 복합화약(20)과 라이너(25)의 조립체를 조립할 때 3분 이내에 조립이 완료되도록 하는 것을 특징으로 하는 성형 작약탄의 열수축 조립방법.

Images