KR101765284B1 - 혼합형 고체 추진제 그레인 및 이 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 혼합형 고체 추진제 그레인 및 이 제조 방법에 관한 것으로 연소관의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부와 상기 원통형 메인 몸체부의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재가 삽입된 복수의 돌기 몸체부를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 제조하여 기존 혼합형 추진제를 적용할 때 구현할 수 없었던 웹두께 0.5mm ~ 3mm 정도로 얇고, 웹두께 대비 추진제 돌기의 길이가 10배 이상인 얇고 긴 추진제 그레인 제작이 가능하며, 연소속도 10 ~ 40mm/sec 정도인 혼합형 고체추진제를 적용하여 0.005 ~ 0.1초 정도의 연소시간을 갖으면서 평균추력 50kgf 이상의 추력을 발생시킬 수 있고, 70% 이상 추진제 충전율을 달성할 수 있는 혼합형 고체 추진제 적용 고체 로케트 추진기관 제작이 가능한 것이다.

Description

혼합형 고체 추진제 그레인 및 이 제조 방법{Solid Composite Propellant Grain and Manufacturing Method thereof}
본 발명은 혼합형 고체 추진제 그레인에 관한 것으로 더 상세하게는 일반적인 조성의 혼합형 고체추진제를 적용하여 짧은 시간에 높은 추력을 발생시킬 수 있는 혼합형 고체 추진제 그레인 및 이 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 고체 로케트 추진기관은 산화제와 연료의 화학반응을 통해 에너지를 발생시키는 화학식 추진기관의 일종으로 구조가 단순하고, 신뢰성이 높으면서도 큰 추력을 발생시켜 유도탄 또는 무유도탄 등의 무기체계 및 우주발사체에 광범위하게 사용된다.
고체 로케트 추진기관은 추진제가 유동성이 없는 고체이므로 고체 로케트 추진기관 작동중 연료 및 산화제 양의 조절이 불가능하므로 체계 요구 조건을 만족시킬 수 있는 작동시간, 발생 추력 및 연소실 압력 등을 반영하고 저장조건, 노화특성, 연소불안정성 및 추진제 응력해석 등을 고려하여 추진제 그레인 형상을 결정하는 내탄도 설계가 중요하다. 내탄도 설계시 중요한 입력값으로 추진제 조성에 따른 연소가스 특성값과 추진제 연소속도 및 추진제 물성 등이 있다.
고체 로케트 추진기관의 구성을 간단히 살펴보면, 추진제 화학반응에 의해 발생되는 고압고온의 연소가스를 효율적으로 배출함으로써 열에너지의 일부를 운동에너지로 변환시키는 노즐, 노즐 공력형상을 유지하며 열로부터 구조물을 보호하는 노즐 내열재, 추진제 그레인을 접착 또는 비접착 방식으로 포함하는 연소실, 연소실을 고온고압의 연소가스로부터 보호하는 연소관 내열재, 초기 추진제 그레인 표면에 에너지를 공급하여 그레인 전체 표면에서 연소반응을 발생시키는 점화기 그리고 표면부터 연소되며 고압고온의 연소가스를 설계대로 발생시키는 추진제 그레인으로 구분할 수 있다.
고체 로케트 추진기관에 적용되는 추진제는 복기형(double base) 추진제와 혼합형(composite) 추진제로 구분할 수 있다. 복기형 추진제는 니트로글리세린과 니트로셀룰로즈를 주성분으로 하여 추진기관 작동시 연기의 발생이 적어 무연추진제로도 불리는 장점도 있지만 추진제 자체 밀도가 적고 비추력이 낮은 단점이 있다. 그리고 복기형 추진제는 열가소성 특성을 나타내어 주로 압출 공정을 통해 추진제 그레인을 제작함에 따라 소형 추진기관에서 연소관 내부 벽면에 추진제 그레인이 접착되어 있지 않은 프리그레인(free grain) 형태로 많이 적용된다. 반면 혼합형 고체추진제는 고체입자인 산화제 및 금속연료를 액상 폴리머바인더, 경화제 및 첨가제와 슬러리 상태로 혼합한 후, 원하는 접착특성을 나타내도록 연소관 내부 내열재 표면을 처리한 연소관에 슬러리를 붓고 원하는 그레인 형상을 나타내도록 그레인 내면형상을 제작하는 코어(core)를 위치시키는 후코어링 공정 또는 준비된 연소관에 먼저 코어를 위치시키고 추진제 슬러리를 부어 경화시키는 후코어링 공정을 적용한 주조성형 방법으로 제작한다. 주조성형 방법을 적용하기 때문에 소형부터 대형까지의 추진제 그레인 제작이 가능하다. 최근에는 혼합형 고체추진제의 에너지와 연소속도를 높이는 연구가 많이 수행되고 있다.
일반적으로 혼합형 고체추진제의 폴리머바인더로 HTPB(hydrxyl terminated polybutadiene) 계열을 적용할 경우 인장강도가 5 ~ 15bar 수준으로 PEG(polyethyleneglycol) 계열 및 PGA(polyglycidyl azide) 계열보다 더 높은 인장강도를 얻을 수 있다. 그러나 이러한 인장강도로는 추진제 그레인에 응력이 크게 발생하는 웹두께가 얇고 추진제 돌출부가 긴 비교적 복잡한 형상의 추진제 그레인 제작이 어려운 단점이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해 대한민국 등록특허 10-0702573“혼합형 고체추진제용 고분자 결합제”특허에서 폴리머바인더와 고체입자간 결합제 연구 및 등록특허 10-0551205“로켓추진기관용 추진제”특허에서 고체입자 크기 조절을 통한 추진제 응력 완화방법에 대한 연구 등 혼합형 고체추진제 자체 물성을 증진시키기 위해 많은 연구 및 개발이 이루어지고 있는 실정이다.
일반적인 조성의 혼합형 고체추진제를 적용하여 짧은 시간에 높은 추력을 발생시키기 위해서 복기형 추진제를 원하는 형상으로 압출성형하는 방법이 있지만 직경이 100mm 정도를 넘어서는 크기와 복잡한 형상의 복기형 추진제를 제작하는 것은 열가소성 플라스틱의 유동특성 파악이 어려워 치수 관리가 어렵고, 고압의 압출공정을 거쳐야하므로 안전상에 심각한 문제가 발생한다. 복기형 추진제 대신 혼합형 고체추진제를 적용하기 위해서는 추진제 물성과 그레인 응력을 고려할 때 70bar 압력환경에서 연소속도 60mm/sec 이상인 고연소속도 혼합형 추진제 조성을 새로 개발하여 적용해야하는 문제가 있지만 고연소속도 혼합형 추진제를 개발하기 위해서는 산화제 입자를 아주 미세하게 분쇄해서 적용해야 한데는 이는 미세 산화제 입자 적용에 따른 안전 및 비용측면에서 아주 불리하다.
본 발명의 목적은 일반적인 조성의 혼합형 고체추진제를 적용하여 짧은 시간에 높은 추력을 발생시킬 수 있는 혼합형 고체 추진제 그레인 및 이 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인은 연소관의 내주면에 고정설치되며, 내부에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부와 상기 원통형 메인 몸체부의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성된 복수의 돌기 몸체부 및 상기 돌기 몸체부 내에 접착 상태로 삽입된 보강 필름부재를 포함한 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 보강 필름부재는 상기 돌기 몸체부의 중앙에 배치되고, 상기 원통형 메인 몸체부의 중심을 향해 세워져 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인은 연소관의 내주면과 상기 원통형 메인 몸체부 사이에 개재되는 연소관 내열재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 보강 필름부재는 상기 원통형 메인 몸체부와 상기 돌기 몸체부에 포함된 폴리머바인더 보다 더 큰 인장강도를 가지는 합성수지 필름일 수 있다.
본 발명에서 상기 보강 필름부재의 재질은 에틸셀룰로스, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 아크릴로나이트릴, PMMA, PVC 재질 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명에서 상기 보강 필름부재는 접착된 2겹의 보강필름으로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인은 상기 원통형 메인 몸체부의 중공부 내에서 이격되게 배치되어 상기 돌기 몸체부의 단부를 지지하는 돌기받침부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 돌기 받침부는 상기 보강 필름부재와 동일한 재질의 합성수지재로 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인은 상기 돌기 받침부에 접촉되는 상기 돌기 몸체부의 단부 측 일부분을 감싸는 단부 보강필름부재를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 연소관의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부와 상기 원통형 메인 몸체부의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재가 삽입된 복수의 돌기 몸체부를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 제조하는 방법이며, 연소관과 코어몸체의 외주면에 상기 연소관 내에 삽입되며 외측 둘레로 상기 원통형 메인 몸체부를 형성하는 제1공간을 연소관의 내주면 측에 형성하고, 사이에 상기 돌기 몸체부를 형성하는 제2공간이 형성되는 코어돌기를 포함한 코어를 준비하는 단계; 상기 연소관 내에 상기 코어를 삽입하는 단계; 상기 제2공간에 보호필름부재를 삽입하는 단계; 상기 제1공간 및 상기 제2공간에 혼합형 추진제 슬러지를 충진하는 단계; 및 상기 추진제 슬러지를 경화시키고, 상기 코어를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 상기 연소관 내에 코어를 삽입하는 단계 전에 상기 연소관의 내주면에 상기 연소관과 상기 원통형 메인 몸체부의 사이에 개재되는 연소관 내열재를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 상기 보강 필름부재를 삽입하는 단계 이전에 행해지며 두겹의 보호필름이 접착된 보강 필름부재를 준비하는 두겹의 보강 필름부재 준비단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 두겹의 보강 필름부재 준비단계는 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 다른 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 두개의 상기 보호필름을 서로 접착시키는 과정을 포함할 수 있다.
본 발명은 일반적인 조성의 혼합형 고체추진제를 적용하여 짧은 시간에 높은 추력을 발생시킬 수 있어 안전성을 향상시키고, 제조비용을 절감하는 효과가 있다.
더 상세하게 본 발명은 기존 혼합형 추진제를 적용할 때 구현할 수 없었던 웹두께 0.5mm ~ 3mm 정도로 얇고, 웹두께 대비 추진제 돌기의 길이가 10배 이상인 얇고 긴 추진제 그레인 제작이 가능해졌다. 이러한 제작방법을 적용함에 따라 70bar 압력환경에서 연소속도 10 ~ 40mm/sec 정도인 혼합형 고체추진제를 적용하여 0.005 ~ 0.1초 정도의 연소시간을 갖으면서 평균추력 50kgf 이상의 추력을 발생시킬 수 있고, 70% 이상 추진제 충전율을 달성할 수 있는 혼합형 고체 추진제 적용 고체 로케트 추진기관 제작이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유도탄 사출모타, 유도탄 사출용 가스발생기 또는 능동방어탄 발사용 추진기관 등에 적용 가능하여 유도탄 사출모타, 유도탄 사출용 가스발생기 또는 능동방어탄 발사용 추진기관 등의 제조비용을 줄이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인을 도시한 사시도
도 2는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인을 도시한 단면도
도 3은 도 2의 A부를 확대한 확대도.
도 4는 도 3의 B부를 확대한 확대도.
도 5는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인이 설치된 고체 로케트 추진기관을 개략적으로 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법을 도시한 공정도.
도 7은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법의 일실시 예를 도시한 개략도.
도 8은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법에서 보강필름 준비단계의 일 예를 도시한 개략도.
도 9는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인을 도시한 단면도이며, 도 3은 도 2의 A부를 확대한 확대도이고, 도 4는 도 3의 B부를 확대한 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참고하여 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인의 일 실시 예를 하기에서 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인은 연소관(1)의 내주면에 고정설치되며 내부에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지는 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되는 복수의 돌기 몸체부(20)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인은 연소관(1)의 내주면과 상기 원통형 메인 몸체부(10) 사이에 개재되는 연소관 내열재(40)를 더 포함할 수도 있다.
상기 연소관 내열재(40)는 상기 추진제 그레인의 점화 시 연소관(1)을 열로부터 보호한다.
상기 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 돌기 몸체부(20)는 하나의 몸체로 즉, 서로 일체로 연결된 구조로 혼합형 고체추진제로 형성된다.
상기 돌기 몸체부(20) 내에는 보강 필름부재(30)가 접착된 상태로 삽입된다.
상기 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 돌기 몸체부(20)는 고체입자인 산화제 및 금속연료를 액상 폴리머바인더, 경화제 및 첨가제와 슬러리 상태로 혼합한 후,원하는 접착특성을 나타내도록 연소관(1) 내부 내열재 표면을 처리한 연소관(1)에 추진제 슬러리를 붓고 원하는 그레인 형상을 나타내도록 그레인 내면형상을 제작하는 코어(core)를 위치시키는 후코어링 공정 또는 준비된 연소관(1)에 먼저 코어를 위치시키고 추진제 슬러리를 부어 경화시키는 후코어링 공정을 적용한 주조성형 방법으로 제작된 것을 일 예로 한다.
상기 추진제 슬러리는 HTPB 계열, PEG 계열 및 PGA 계열의 폴리머바인더를 이용한 일반적인 혼합형 고체추진제용 추진제 슬러리인 것을 일 예로 하며, 공지된 혼합형 고체추진제용 추진제 슬러리로 다양하게 변형실시 가능함을 밝혀둔다.
상기 돌기 몸체부(20) 내에는 보강 필름부재(30)가 삽입되며, 상기 보강 필름부재(30)는 상기 연소관(1) 내에 추진제 슬러리를 부어 경화시키기 전에 상기 돌기 몸체부(20)가 형성되는 부분에 채워진 추진제 슬러리 내에 세로로 세워 삽입되거나 상기 연소관(1) 내에 추진제 슬러리를 붓기 전 상기 연소관(1) 내에서 상기 돌기 몸체부(20)가 형성되는 부분에 세로로 세워 삽입되는 것을 일 예로 한다.
본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인의 제조 방법은 하기에서 더 상세히 설명하기로 한다.
상기 보강 필름부재(30)는 상기 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 돌기 몸체부(20)에 포함된 폴리머바인더 보다 더 큰 인장강도를 가지는 합성수지 필름인 것을 일 예로 한다.
상기 보강 필름부재(30)의 재질은 에틸셀룰로스, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 아크릴로나이트릴, PMMA, PVC 재질 중 추진제 물성을 고려한 설계 의도에 맞도록 재질과 두께로 제조되는 것을 일 예로 한다.
상기 보강 필름부재(30)는 상기 돌기 몸체부(20)의 중앙에 배치되고, 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 중심을 향해 세워져 배치되는 것이 바람직하다.
상기 보강 필름부재(30)는 상기 돌기 몸체부(20) 내에서 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 중심을 기준으로 방사상으로 배치되어 상기 돌기 몸체부(20) 내의 중앙에 위치하며 이로써 상기 돌기 몸체부(20)의 강성을 균일하게 증대시키도록 한다.
상기 보강 필름부재(30)는 접착 상태로 삽입되어 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인이 표면의 법선방향으로 연소가 발생되지 않도록 하여 추진기관 내탄도특성에 영향을 미치지 않게 한다.
상기 보강 필름부재(30)는 접착된 2겹의 보강필름으로 구성되어 상기 돌기 몸체부(20)의 강성을 더 증대시키도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 혼합형 고체 추진제 그레인은 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 중공부 내에서 이격되게 배치되어 상기 돌기 몸체부(20)의 단부를 지지하는 돌기 받침부(50)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 돌기 받침부(50)는 상기 보강 필름부재(30)와 동일한 재질의 합성수지재로 제조되는 것을 일 예로 하며, 설계 하중을 고려하여 다른 합성수지 재질을 적용할 수 있음을 밝혀둔다.
상기 돌기 받침부(50)는 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 중심에 배치되는 원판형 블럭체인 것을 일 예로 한다.
상기 돌기 받침부(50)는 상기 돌기 몸체부(20)의 단부를 지지하여 상기 돌기 몸체부(20)의 변형을 방지한다.
상기 돌기 몸체부(20)의 길이가 길고, 두께가 얇은 경우 내부에 삽입되는 상기 보강 필름부재(30)의 탄성이 우수하더라도 장기 보관 중 상기 돌기 몸체부(20)가 중력에 의해 휘어지는 문제점이 발생될 수 있으므로, 상기 중공부 내에서 상기 돌기 받침부(50)를 이격되게 배치하여 상기 돌기 몸체부(20)의 단부가 지지될 수 있도록 하여 상기 돌기 받침부(50)의 변형을 방지한다.
본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인은 상기 돌기 받침부(50)에 접촉되는 상기 돌기 몸체부(20)의 단부 측 일부분을 감싸는 단부 보강필름부재(60)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 단부 보강필름은 상기 돌기 받침부(50)의 단부 측 강성을 보강하여 상기 돌기 받침부(50)의 변형을 방지함은 물론 상기 돌기 받침부(50)의 단부 측을 기계적으로 구속시켜 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인이 연소될 때 표면의 법선방향으로 연소가 발생되는 것을 더 방지할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인이 설치된 고체 로케트 추진기관을 개략적으로 도시한 단면도로써, 고체 로케트 추진기관은 연소관(1), 상기 연소관(1) 내에 구비되며 상기 연소관 내열재(40), 상기 원통형 메인 몸체부(10), 상기 돌기 몸체부(20)를 포함한 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인, 노즐(2)을 포함한다.
상기 돌기 받침부(50)는 상기 돌기 몸체부(20)와 접착하지 않은 상태로 그레인 구간별로 위치시키게 된다. 이러한 돌기 받침부(50)는 점화기 작동시 작동 충격에 상기 돌기 몸체부(20)로부터 이탈되어 노즐(2)을 통해 빠져나가거나 또는 추진제 그레인 표면에 연소가 발생하면서 고온고압의 환경에서 연소되어 노즐(2)을 통해 배출된다.
도 6은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법을 도시한 공정도이며, 도 7은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법의 일실시 예를 도시한 개략도이다.
본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은 연소관(1)의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재(30)가 삽입된 복수의 돌기 몸체부(20)를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 제조하는 방법이다.
도 6 및 도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 연소관(1)과 코어몸체(3a)의 외주면에 상기 연소관(1) 내에 삽입되며 외측 둘레로 상기 원통형 메인 몸체부(10)를 형성하는 제1공간(1a)을 연소관(1)의 내주면 측에 형성하고, 사이에 상기 돌기 몸체부(20)를 형성하는 제2공간(1b)이 형성되는 코어돌기(3b)를 포함한 코어(3)를 준비하는 단계(S100); 상기 연소관(1) 내에 상기 코어(3)를 삽입하는 단계(S200); 상기 제2공간(1b)에 보강 필름부재(30)를 삽입하는 단계(S300); 상기 제1공간(1a) 및 상기 제2공간(1b)에 혼합형 추진제 슬러지를 충진하는 단계(S400); 상기 추진제 슬러지를 경화시키고, 상기 코어(3)를 분리하는 단계(S500)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 상기 연소관(1) 내에 코어(3)를 삽입하는 단계(S200) 전에 상기 연소관(1)의 내주면에 상기 연소관(1)과 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 사이에 개재되는 연소관 내열재(40)를 형성하는 단계(S110)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 상기 연소관(1) 내에 상기 코어(3)를 삽입한 후 상기 제2공간(1b)의 중앙에 상기 보강 필름부재(30)를 세워서 삽입한 후 상기 제1공간(1a) 및 상기 제2공간(1b)에 각각 혼합형 추진제 슬러지를 충진하고, 이를 경화시킨 후 상기 코어(3)를 분리함으로써 연소관(1)의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재(30)가 삽입된 복수의 돌기 몸체부(20)를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 간단하게 제조할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법에서 보강필름 준비단계의 일 예를 도시한 개략도이고, 도 9는 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법의 다른 실시 예를 도시한 개략도로서, 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법은, 두겹의 보호필름이 접착된 보강 필름부재(30)를 준비하는 두겹의 보강 필름부재(30) 준비단계를 더 포함할 수 있다.
상기 두겹의 보강 필름부재(30) 준비단계는 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 다른 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 두개의 상기 보호필름을 서로 접착시키는 과정을 포함할 수 있다.
상기 두겹의 보강 필름부재(30) 준비단계는 상기 보강 필름부재(30)를 삽입하는 단계(S300) 이전에 어떠한 단계에서도 행해질 수 있음을 밝혀둔다.
도 9를 참고하면, 상기 두겹의 보강 필름부재(30) 준비단계에서 준비된 상기 보강 필름부재(30)는 상기 제2공간(1b)에 보강 필름부재(30)를 삽입하는 단계(S300)를 통해 상기 제2공간(1b) 내에 삽입된다.
상기 보강 필름부재(30)를 삽입하는 단계(S300) 이후의 상기 제1공간(1a) 및 상기 제2공간(1b)에 혼합형 추진제 슬러지를 충진하는 단계(S400) 및 상기 추진제 슬러지를 경화시키고, 상기 코어(3)를 분리하는 단계(S500)가 행해져 연소관의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부(10)와 상기 원통형 메인 몸체부(10)의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재(30)가 삽입된 복수의 돌기 몸체부(20)를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 간단하게 제조할 수 있다.
상기 두겹의 보강 필름부재(30) 준비단계(S210)는 상기 돌기 몸체부(20)의 강성을 증대시켜 상기 코어(3)를 상기 연소관(1)에서 분리하는 경우 상기 돌기 몸체부(20)의 파손이나 손상을 방지하여 생산 시 불량률을 크게 저하시킴은 물론 본 발명에 따른 혼합형 고체 추진제 그레인이 연소될 때 표면의 법선방향으로 연소가 발생되는 것을 더 방지할 수 있는 것이다.
본 발명은 일반적인 조성의 혼합형 고체추진제를 적용하여 짧은 시간에 높은 추력을 발생시킬 수 있어 안전성을 향상시키고, 제조비용을 절감한다.
더 상세하게 본 발명은 기존 혼합형 추진제를 적용할 때 구현할 수 없었던 웹두께 0.5mm ~ 3mm 정도로 얇고, 웹두께 대비 추진제 돌기의 길이가 10배 이상인 얇고 긴 추진제 그레인 제작이 가능해졌다. 이러한 제작방법을 적용함에 따라 70bar 압력환경에서 연소속도 10 ~ 40mm/sec 정도인 혼합형 고체추진제를 적용하여 0.005 ~ 0.1초 정도의 연소시간을 갖으면서 평균추력 50kgf 이상의 추력을 발생시킬 수 있고, 70% 이상 추진제 충전율을 달성할 수 있는 혼합형 고체 추진제 적용 고체 로케트 추진기관 제작이 가능한다.
또한, 본 발명은 유도탄 사출모타, 유도탄 사출용 가스발생기 또는 능동방어탄 발사용 추진기관 등에 적용 가능하여 유도탄 사출모타, 유도탄 사출용 가스발생기 또는 능동방어탄 발사용 추진기관 등의 제조비용을 줄인다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
1 : 연소관 1a : 제1공간
1b : 제2공간 2 : 노즐
3 : 코어 3a : 코어몸체
3b : 코어돌기 10 : 원통형 메인 몸체부
20 : 돌기 몸체부 30 : 보강 필름부재
40 : 연소관 내열재 50 : 돌기 받침부

Claims (13)

  1. 연소관의 내주면에 고정설치되며, 내부에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부와 상기 원통형 메인 몸체부의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성된 복수의 돌기 몸체부; 및
    상기 돌기 몸체부 내에 접착 상태로 삽입된 보강 필름부재를 포함하며,
    연소관의 내주면과 상기 원통형 메인 몸체부 사이에 개재되는 연소관 내열재를 더 포함하는 것
    을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강 필름부재는 상기 돌기 몸체부의 중앙에 배치되고, 상기 원통형 메인 몸체부의 중심을 향해 세워져 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강 필름부재는 상기 원통형 메인 몸체부와 상기 돌기 몸체부에 포함된 폴리머바인더 보다 더 큰 인장강도를 가지는 합성수지 필름인 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 보강 필름부재의 재질은 에틸셀룰로스, 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 아크릴로나이트릴, PMMA, PVC 재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  6. 청구항 1 내지 청구항 2, 청구항 4 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보강 필름부재는 접착된 2겹의 보강필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 원통형 메인 몸체부의 중공부 내에서 이격되게 배치되어 상기 돌기 몸체부의 단부를 지지하는 돌기받침부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 돌기 받침부는 상기 보강 필름부재와 동일한 재질의 합성수지재로 제조되는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 돌기 받침부에 접촉되는 상기 돌기 몸체부의 단부 측 일부분을 감싸는 단부 보강필름부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인.
  10. 연소관의 내주면에 길이방향으로 관통된 중공부를 가지고 혼합형 고체추진제로 형성된 원통형 메인 몸체부와 상기 원통형 메인 몸체부의 내주면에서 중심을 향하도록 이격되게 돌출되며 혼합형 고체추진제로 형성되며 내부에 보강 필름부재가 삽입된 복수의 돌기 몸체부를 포함하는 혼합형 고체 추진제 그레인을 제조하는 방법이며,
    연소관과 코어몸체의 외주면에 상기 연소관 내에 삽입되며 외측 둘레로 상기 원통형 메인 몸체부를 형성하는 제1공간을 연소관의 내주면 측에 형성하고, 사이에 상기 돌기 몸체부를 형성하는 제2공간이 형성되는 코어돌기를 포함한 코어를 준비하는 단계;
    상기 연소관 내에 상기 코어를 삽입하는 단계; 상기 제2공간에 보호필름부재를 삽입하는 단계;
    상기 제1공간 및 상기 제2공간에 혼합형 추진제 슬러지를 충진하는 단계; 및
    상기 추진제 슬러지를 경화시키고, 상기 코어를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연소관 내에 코어를 삽입하는 단계 전에 상기 연소관의 내주면에 상기 연소관과 상기 원통형 메인 몸체부의 사이에 개재되는 연소관 내열재를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 보강 필름부재를 삽입하는 단계 이전에 행해지며 두겹의 보호필름이 접착된 보강 필름부재를 준비하는 두겹의 보강 필름부재 준비단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 두겹의 보강 필름부재 준비단계는 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 다른 하나의 보호필름의 일면에 혼합형 추진제 슬러지를 도포하여 경화시키는 과정, 두개의 상기 보호필름을 서로 접착시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합형 고체 추진제 그레인 제조 방법.
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