KR101669166B1

KR101669166B1 - 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기

Info

Publication number: KR101669166B1
Application number: KR1020150101618A
Authority: KR
Inventors: 진정근; 홍석현; 오석진
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2016-10-25

Abstract

본 발명은 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기에 관한 것으로, 상세하게는 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간까지 활용하기 위하여 기존에 사용되던 점화기의 세장비를 작게 고안하였으며, 다층 환형 그레인 형상을 고안하여 추진제 그레인이 계속 일정한 연소 면적을 갖으면서도 동일 공간에 추진제 양을 추가로 충전할 수 있는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기에 관한 발명이다.

Description

다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기{Thruster with Multi-layer concentric solid propellant grain and Igniter of small aspect ratio}

유도무기에서 추력을 발생시키는 장치인 추력기는 유도무기 사거리 증가 및 발사플랫폼의 길이 한계 등의 이유 때문에 유도무기의 무게와 길이 감소를 위한 고밀도화가 필수적이며, 일반적인 추력기에서 가장 선호하는 연소 시 추진제 그레인 연소면적의 패턴은 가급적 그 값이 일정한 것이다. 연소 시 연소면적이 일정할 경우 연소관 안의 압력 또한 일정하게 유지가 가능하고 특정한 압력적, 곧 추력의 시간적분 값인 총역적 발생 시 연소관 안의 압력을 가장 낮게 유지할 수 있으며 이를 통해 연소관의 두께 감소가 가능하여 추력기 경량화에 이득이 된다.

거의 대부분의 추력기의 경우 추진제가 연소하여 발생한 고온고압의 연소가스가 노즐부를 통해 빠져나갈 때 모멘텀의 손실을 줄이기 위해 노즐수축부가 수직이 아니라 일정한 각도 이상으로 기울어져 있다. 기존 단층 환형 추진제 그레인 형상에서 이 노즐수축부 공간을 활용하여 연소 시 일정한 연소 면적을 계속 갖도록 유지함과 동시에 추진제 충전양을 증가시키면서 후방점화 시 동시점화성이 나쁜 특성까지 개선할 수 있는 방안이 있다면 추력기의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것이다.

일본등록특허 JP3150498

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 기존에 사용되던 점화기의 세장비를 직경이 축방향 길이보다 길도록 고안하여 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간을 최대한 확보하는데 목적이 있다.

본 발명은 점화기 형상의 변경으로 상기에서 확보한 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간을 이용할 수 있도록 추진제 그레인을 다층으로 고안하여 추진제 그레인의 양을 기존에 비해 추가로 충전할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

직경이 축방향 길이보다 더 큰 형상의 작은 세장비를 가진 점화부와 노즐수축부에 연결되는 체결부를 포함하는 점화기와 다층의 환형 추진제 그레인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 점화기의 형상으로 인해 확보된 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간을 이용하여 단층의 환형 추진제 그레인보다 많은 양의 추진제가 충전 될 수 있는 것을 특징으로 한다.

상기 다층의 환형 추진제 그레인은 두 겹 이상으로 포개진 형태이며, 그레인 각각의 길이는 연소관 외경부에서 연소관 축방향으로 갈수록 일정 비율로 길어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 노즐수축부에 설치된 점화기의 점화부 형상을 직경이 축방향 길이보다 긴 세장비의 형태로 고안하여 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 상기에서 확보한 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간을 이용할 수 있도록 추진제 그레인을 다층으로 고안하여 추진제 그레인의 양을 기존에 비해 추가로 충전할 수 있는 효과가 있다.

본 발명에 따르면, 상기와 같이 세장비가 작은 점화기와 다층으로 구성된 그레인 형상으로 변경함으로써 점화기에서 나오는 화염이 추진제 그레인 중앙홀과 환형홀에 상대적으로 동시에 고르게 들어갈 수 있게 하였으며, 점화 시 초기 내부 체적의 감소 및 점화기 형상 변경으로 인한 초기 화염 발생 면적 증가로 동일한 점화제 양을 사용해도 기존보다 더 좋은 효율의 동시 점화 성능을 낼 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 점화기와 그레인의 단면을 도시한 도면.
도 2는 종래의 그레인의 형상을 도시한 도면.
도 3은 종래의 점화기의 형상을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 점화기와 그레인의 제 1실시예 단면을 도시한 도면..
도 5는 본 발명에 따른 그레인의 형상을 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 점화기의 형상을 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 점화기와 그레인의 제 2실시예 단면을 도시한 도면.
도 8은 종래와 본 발명에 따른 그레인의 연소 면적의 차이를 나타내는 그래프.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 점화기와 그레인의 단면을 도시한 것으로, 도 2는 종래의 그레인의 형상을 도시하고 있으며, 도 3은 종래의 점화기의 형상을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 종래의 발명은 직경보다 축방향 길이가 더 긴 형태의 세장비를 가진 점화부(7)와 노즐수축부(12)에 연결되는 체결부(8)를 포함하는 점화기(6)와 단층의 환형 추진제 그레인(1)으로 이루어져 있다. 상기 점화기(6)는 점화부(7)의 직경보다 축방향 길이가 더 긴 형태의 세장비로 인해 상기 추진제 그레인(1)과 점화기(6) 사이의 많은 공간(15)을 차지하여 추진제 그레인(1)과 점화기(6) 사이의 공간(15)을 효율적으로 사용하는데 어려움이 있었다. 상기 점화기(6)의 형태에 따른 공간적인 제약으로 인해 포개어진 형태의 추진제 그레인(1) 각각의 높이가 같은 단층으로 제작되었으며 따라서 추진제 충전량 또한 제한적이었다.

이러한 종래의 점화기(6)와 추진제 그레인(1)의 형상은 점화기(6)에서 발생한 화염이 추진제 그레인(1)의 중앙홀(3)과 환형홀(4)에 상대적으로 고르게 전파되지 못해 점화성능이 떨어지는 문제점이 있었다.

도 4는 본 발명에 따른 점화기와 그레인의 제 1실시 예 단면을 도시한 것으로, 도 5는 본 발명에 따른 그레인의 형상을 도시하고 있으며, 도 6은 본 발명의 점화기의 형상을 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 직경이 축방향 길이보다 더 큰 형태의 세장비를 가진 점화부(10)와 노즐수축부(12)에 연결되는 체결부(11)를 포함하는 점화기(9)와 각기 다른 길이를 가진 다층의 환형 추진제 그레인(2)을 포함하고 있다.

도면에서 상기의 점화기(9)가 도면상 위쪽 노즐수축부(12)에 위치한 것으로 도시되어 있지만 이는 실시 예일 뿐이며 상기 점화기(9)는 노즐수축부(12) 내벽에 위치 제한 없이 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 점화부(10)의 세장비는 종래의 점화부(7)의 세장비보다 작아진 형상으로 상기 점화부(10)의 형상 변화로 인해 확보된 상기 점화기(9)와 다층의 환형 추진제 그레인(2) 사이의 공간(15)에 단층의 환형 추진제 그레인(1)보다 많은 추진제를 충전할 수 있게 된다.

상기 다층의 환형 추진제 그레인(2)은 튜브 형상의 추진제가 두 겹 이상으로 포개진 형태이며, 간격은 서로 일정하게 포개지지만 필요에 따라 일정하지 않은 간격으로 포개질 수도 있다.

상기 두 겹 이상의 다층의 환형 추진제 그레인(2)의 길이는 상기 점화부(10)의 형상 변화로 확보된 상기 점화기(9)와 상기 추진제 그레인(2) 사이의 공간(15)에 맞춰 연소관(5) 외경부에서 연소관(5) 축방향으로 갈수록 일정 비율 혹은 일정하지 않은 비율로 길어지게 된다.

상기 다층의 환형 추진제 그레인(2)은 상기 점화기(9) 쪽 끝단의 형상이 도 4에 도시된 것처럼 직각이거나 도 7에 도시된 본 발명에 따른 점화기와 그레인의 제 2실시 예 단면처럼 기울기를 가질 수도 있다. 상기 추진제 그레인(2) 끝단의 기울기는 끝단의 형상이 직각인 추진제 그레인(2)보다 더 많은 양의 추진제를 충전하기 위한 것으로, 상기 점화기(9)의 기울기와 평행하여야 하므로 상기 점화기(9)의 형상에 따라 기울기 정도는 달라질 수 있다.

상기의 설명과 같이 길이보다 직경이 더 큰 세장비를 갖는 점화부(10)와 이와 같은 형상 변화로 인해 확보된 상기 점화기(9)와 상기 추진제 그레인(2) 사이의 공간(15)에 각각 다른 길이를 가진 상기 다층의 환형 추진제 그레인(2)을 적용하여 추진제의 충전률을 극대화시킬 수 있다.

또한 도 8에 도시된 종래와 본 발명에 따른 그레인의 연소 면적의 차이를 나타내는 그래프에서 볼 수 있듯이, 연소 시 일정한 연소면적을 유지하면서 종래와 동일한 점화제의 양으로 점화기(9)에서 발생한 화염이 종래보다 다층의 환형 추진제 그레인(2)의 중앙홀(3)과 환형홀(4)에 상대적으로 동시에 고르게 들어갈 수 있게 하여 점화성능 또한 개선되도록 하였다.

상기 다층의 환형 추진제 그레인(2)은 그레인의 안쪽과 바깥쪽 중 어느 한 쪽에서만 연소되는 것이 아니라 양쪽에서 연소되어 연소 시 연소면적이 일정하다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 종래의 단층 그레인
2 : 본 발명의 다층 그레인
3 : 중앙홀
4 : 환형홀
5 : 연소관
6 : 종래의 점화기
7 : 종래의 점화부
8 : 종래의 체결부
9 : 본 발명의 점화기
10 : 본 발명의 점화부
11 : 본 발명의 체결부
12 : 노즐수축부
13 : 노즐목
14 : 노즐확대부
15 : 추진제 그레인과 점화기 사이의 공간

Claims

직경이 축방향 길이보다 더 큰 형상의 세장비를 가진 점화부;와
노즐수축부에 연결되는 체결부;로 이루어진 점화기;와
다층의 환형 추진제 그레인;을 포함하며,
상기 다층의 환형 추진제 그레인은 튜브 형상의 추진제가 두 겹 이상으로 포개진 것
을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제1항에 있어서,
상기 점화기의 형상으로 인해 확보된 상기 점화기와 상기 다층의 환형 추진제 그레인 사이의 공간에 단층의 환형 추진제 그레인의 추진제 양보다 많은 추진제 양이 충전될 수 있는 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제2항에 있어서,
상기 다층의 환형 추진제 그레인은 점화기 쪽 끝단에 기울기를 가지는 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제3항에 있어서,
상기 다층의 환형 추진제 그레인은 점화기 쪽 끝단에 기울기는 상기 점화기의 기울기와 평행하는 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제2항에 있어서,
상기 다층의 환형 추진제 그레인은 점화기 쪽 끝단이 직각인 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 두 겹 이상의 다층의 환형 추진제 그레인이 포개지는 간격은 서로 일정한 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제7항에 있어서,
상기 두 겹 이상의 다층의 환형 추진제 그레인의 길이는 연소관 외경부에서 연소관 축방향으로 갈수록 일정 비율로 길어지는 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제1항에 있어서,
상기 다층의 환형 추진제 그레인은 연소 시 연소 면적이 일정한 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.
제1항에 있어서,
상기 점화기는 노즐수축부에 설치되는 것을 특징으로 하는 다층 환형 고체 추진제 그레인과 세장비가 작은 점화기를 갖는 추력기.