KR101808483B1 - 조절형 파편탄두의 제작 방법 및 조절형 파편탄두용 파편 성형 라이너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일정 크기의 파편 성형을 유도하는 파편 성형 라이너를 포함하는 조절형 파편탄두의 제작 방법에 있어서, 적용 탄체의 제원에 기준하여 상기 파편 성형 라이너를 제작하는 라이너 제작단계, 상기 탄체의 내측면을 표면 처리하는 표면 처리 단계, 상기 탄체의 내측면에 접착제를 사용하여 상기 파편 성형 라이너를 부착하는 라이너 부착단계, 상기 파편 성형 라이너를 부착한 상기 탄체의 내부에 주장약을 충전하는 충전단계, 상기 주장약이 충전된 탄체를 경화시키는 경화단계를 포함하며 상기 라이너 제작단계는 상기 요철형성단계 이전에 상기 파편 성형 라이너의 시트형 소재를 상기 적용 탄체의 제원에 기준하여 재단하는 재단단계, 상기 시트형 소재를 상기 금형에 안착시켜서 가열하는 가열단계, 상기 파편 성형 라이너에 기설정 된 패턴의 요철을 형성하는 요철형성단계를 포함하는 조절형 파편탄두의 제작 방법 및 이에 포함된 파편 성형 라이너에 관한 것이다.

Description

조절형 파편탄두의 제작 방법 및 조절형 파편탄두용 파편 성형 라이너{METHOD FOR MANUFACTURING THE CONTROLLED FRAGMENTATION WARHEAD AND FRAGMENTATION LINER}

본 발명은 파편 성형 라이너를 적용한 조절형 파편탄두의 제작 방법에 관한 발명으로, 상세하게는 파편 성형 라이너에 비산시키고자 하는 파편의 패턴대로 요철을 형성하여 파편탄두에 적용함으로써 별도의 고비용 탄체 가공 단계 없이 파편의 형성 및 조절이 가능한 조절형 파편탄두의 제작 방법 및 그에 적용된 파편 성형 라이너에 관한 것이다.

파편 탄두는 다양한 표적의 파괴를 위해 이용되는데, 파편은 설계변수가 많을 뿐만 아니라 파편의 특성에 따라 탄두효과가 크게 좌우된다. 그러므로 파편조절 기술은 파편 탄두 설계의 핵심을 이루는 요소이다. 일반적으로는 목표 표적에 대한 가장 효율적인 파편을 설계하여 그에 맞게 파편이 생성될 수 있도록 탄두를 제작하는데, 이러한 기 설계 파편을 갖도록 탄두를 구성하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 첫 번째는 조절형 파편 탄두로서, 탄두의 탄체에 일정간격을 갖는 노치나 홈을 내어서 탄두의 주장약 기폭으로 인한 탄체의 팽창 시 노치나 가공된 홈을 따라 응력 집중 및 파열이 되어 파편을 생성시키는 방법이다. 두 번째는 성형 파편 탄두로서, 탄두의 탄체에 이미 제작된 낱개의 파편을 부착하여 주장약 기폭 시 전달된 화약에너지에 의해 파편이 비행하도록 하는 방법이다. 그러나 조절형 파편 탄두의 경우 탄체에 노치를 가공하는 공정이 수반되어야 하는데, 탄체의 직경과 길이 등에 의해 가공난이도가 발생하고 가공 정밀도에 따라 파편 성능이 민감하게 반응하여 탄두의 성능에 영향을 끼치게 되는 단점이 있다. 또한, 성형 파편 탄두는 파편의 개별 제작이 필요하고 이렇게 제작된 파편들이 탄체에 원하는 성능을 나타낼 수 있도록 정확히 배열 및 부착이 되어야 하는 제작 공정상의 어려움과, 주장약 기폭 에너지가 탄체를 1차 파열시킨 후 파편에 전달되므로 파편의 성능 감소와 같은 단점들이 발생한다. 파편 탄두를 제작하기 위해 종래에 사용되었던 이러한 조절형 파편 탄두와 성형 파편 탄두는 제작 공정상의 어려움, 제작비용 증가 및 성능상의 단점과 같은 문제점을 내포하고 있다.

[문헌1] US 7886667 B1 (Ernest B.) 2008.10.15.

[문헌1] Joseph Carleone, Tactical Missile Warheads, 1993, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 387-464쪽

본 발명은 요철이 형성된 파편 성형 라이너를 파편탄두에 적용시킴으로써 종래와 비교하여 폭발 성능과 작업 효율성 및 생산비용 면에서 모두 우수한 조절형 파편탄두의 제작방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상세하게 설명하면, 파편 성형 라이너의 요철의 함몰-돌출 패턴을 계산하여 설계하고, 상기 패턴이 적용된 파편 성형 라이너를 파편탄두에 적용시킴으로써 원하는 개수와 형상 및 크기의 파편으로 비산시키는 조절형 파편탄두를 제작하는 방법과 상기 조절형 파편탄두에 적용된 파편 성형 라이너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 일정 크기의 파편 성형을 유도하는 파편 성형 라이너를 포함하는 조절형 파편탄두의 제작 방법에 있어서, 적용 탄체의 제원에 기준하여 파편 성형 라이너를 제작하는 라이너 제작단계, 탄체의 내측면을 표면 처리하는 표면 처리 단계, 탄체의 내측면에 접착제를 사용하여 파편 성형 라이너를 부착하는 라이너 부착단계, 파편 성형 라이너를 부착한 탄체의 내부에 주장약을 충전하는 충전단계, 주장약이 충전된 탄체를 경화시키는 경화단계를 포함하며, 라이너 제작단계는 파편 성형 라이너에 기설정 된 패턴의 요철을 형성하는 요철형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절형 파편탄두의 제작 방법이다.

본 발명은 화약의 폭발에너지가 빈 공간으로 집중되는 성형작약 효과를 이용하여 규칙적 배열의 요철을 갖는 파편 성형 라이너를 탄두에 적용함으로써 조절형 파편탄두를 만들기 위해 노치 가공과 같은 고비용의 별도 단계가 필요치 않아 제작 비용 및 시간의 절감 효과를 가져 올 뿐만 아니라, 파편기능이 없는 타 탄두 체계에도 즉시 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 파편 성형 라이너를 적용한 조절형 파편탄두의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 조절형 파편탄두의 제작 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 제작 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 전개도와 이의 확대도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 실제 전개 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 파편 성형 라이너가 적용된 조절형 파편탄두가 파편화 된 사진이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 일정 크기의 파편 성형을 유도하는 파편 성형 라이너(101)를 포함하는 조절형 파편탄두(100)의 제작 방법에 있어서, 적용 탄체(102)의 제원에 기준하여 파편 성형 라이너(101)를 제작하는 라이너 제작단계(S10), 상기 탄체의 내측면을 표면 처리하는 표면 처리 단계(S20), 상기 탄체의 내측면에 접착제를 사용하여 상기 파편 성형 라이너를 부착하는 라이너 부착단계(S30), 상기 파편 성형 라이너를 부착한 상기 탄체의 내부에 주장약을 충전하는 충전단계(S40), 상기 주장약이 충전된 상기 탄체를 경화시키는 경화단계(S50)를 포함하며, 상기 라이너 제작단계는 상기 파편 성형 라이너의 시트형 소재(301)를 상기 적용 탄체의 제원에 기준하여 재단하는 재단단계(S11), 상기 시트형 소재를 금형에 안착시켜서 가열하는 가열단계(S12), 상기 파편 성형 라이너에 기설정 된 패턴의 요철을 형성하는 요철형성단계(S13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 조절형 파편탄두의 제작 방법에 관한 것이다.

상기 표면 처리 단계(S20)에서 상기 탄체(102)의 내측면에 아연도금 처리하는데 이는 상기 요철 내 공기가 포함하는 수분에 의해 상기 탄체가 부식되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 라이너 부착단계(S30)는 상기 파편 성형 라이너(101)를 부착시킨 상기 탄체(102)를 60°C의 승온 상태에서 최소 2시간 동안 유지시키는 단계를 포함하는데 이는 상기 파편 성형 라이너와 상기 탄체를 완벽히 접착시키기 위함이다.

상기 충전단계(S40)는 진공상태에서 진행하는데 이는 상기 주장약(103) 내에 기포가 생성되는 것을 방지하기 위함이다.

상기 경화단계(S50)는 60°C 의 승온 상태에서 약 48시간 동안 유지시키는데 이는 상기 주장약(103)을 완벽히 경화시키기 위함이다. 완벽한 경화란 상기 주장약인 주조형 복합화약의 경도가 일정하게 유지되는 상태를 의미하며 이를 위해 최소 48시간의 경화시간이 필요하다.

상기 라이너 제작단계(S10)에서 상기 시트형 소재(301)의 두께는 0.2mm 내지 0.5mm이다. 본 발명에서는 상기 시트형 소재(301)가 상기 주장약(103)과 양립할 수 있도록 내화학성과 내구성이 큰 소재인 LLDPE(linear low-density polyethylene)가 적용 되었으나, 상기 주장약의 종류에 따라 다양한 소재가 적용될 수 있다.

상기 가열단계(S12)는 60℃ 내지 80℃의 상기 금형(302)의 하판에서 상기 시트형 소재(301)를 약 1 분간 가열하는데 이는 다음 공정인 상기 요철성형단계(S13)에서 상기 요철의 생성을 용이하게 하기 위함이다.

다음은 본 발명에 따른 조절형 파편탄두(100)에 적용된 상기 파편 성형 라이너(101)에 있어서, 상기 파편 성형 라이너의 패턴은 상기 파편 성형 라이너의 폭방향(WD)으로 평행한 복수의 행을 포함하고 상기 행은 돌출부(Z1)와 함몰부(Z2)가 반복되어 형성되며, 홀수 행의 상기 돌출부와 짝수 행의 상기 함몰부가 동일한 중심축을 갖도록 어긋나게 형성된다.

상기 함몰부(Z2)는 상기 파편 성형 라이너의 폭방향(WD)으로 상광하협의 단면을 갖고 상기 파편 성형 라이너의 길이방향(LD)으로 장방형 단면을 가지며, 상기 파편 성형 라이너의 폭방향으로 상기 함몰부의 내각은 30° 내지 45°이며 이는 상기 함몰부의 중심축을 기준으로 대칭되게 형성된다.

상기 파편 성형 라이너(101)의 패턴에서 상기 함몰부의 간격(p), 상기 함몰부의 길이(l), 상기 함몰부의 깊이(

)는 하기의 <수학식 1>, <수학식 2> 및 <수학식 3>를 통해 계산된다.

<수학식 1>

<수학식 2>

<수학식 3>

여기서, p는 함몰부의 간격이고, l 은 함몰부의 길이이며,

은 함몰부의 깊이이며,

는 탄체의 원주방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, D는 탄체의 외경이며, 은 탄체의 길이방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, L 은 파편 성형 라이너의 길이이며, t는 탄체의 두께이다.

도 1은 본 발명에 따른 균일한 크기의 파편형성을 유도하는 파편 성형 라이너(101)가 적용된 조절형 파편탄두(100)의 단면 구성도이다. 도 1을 참고하면 알 수 있듯이, 상기 파편 성형 라이너(101)의 외부면과 상기 파편탄두의 탄체(102)의 내부면이 접합된 상태이며, 상기 주장약(103)은 주조형 복합화약으로 상기 파편 성형 라이너의 내부에 충전되어있다. 상기 파편 성형 라이너(101)는 상기 주조형 복합화약을 상기 탄체에 충전 시 화학반응이 발생하지 않고, 형상 변형이 발생하지 않으며, 탄 기폭 시 균일한 크기의 파편화를 유도한다.

도 2는 본 발명에 따른 조절형 파편탄두 제작을 위한 공정 순서도이고, 도 3은 파편 성형 라이너의 제작 순서도이며, 도 4는 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 전개도와 이의 확대도 및 단면도이다. 도 3과 도 4를 참고하면 상기 파편 성형 라이너의 제작 공정을 이해하기 쉽다.

먼저, 상기 주조형 복합화약과의 화학반응이 발생하지 않는 두께가 0.2 mm 내지 0.5 mm인 시트형 소재(301)를 상기 파편 성형 라이너(101)에 적용하여, 대상 탄체(102)의 제원에 맞게 재단한다(S11). 본 발명에서는 상기 주조형 복합화약을 구성하는 화약, 가소제 및 경화제 등의 성분에 화학반응 등을 일으키지 않고, 화약의 경화 온도인 약 60 ℃ 에서 변형이 일어나지 않는 LLDPE(linear low-density polyethylene)를 파편 성형 라이너의 소재로 적용하였으나, 기타 소재로도 적용 가능하다.

그리고 규칙적 배열을 갖는 산과 골(돌출과 함몰)형상의 요철을 상기 파편 성형 라이너(101)에 형성한다(S13). 도 5는 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 사시도이며, 도 6은 본 발명에 따른 파편 성형 라이너의 실제 전개 사진이다.

상기 제작 금형(302)은 규칙적 배열(패턴)의 함몰부(Z2)를 포함하며, 상기 요철형성단계(S13)를 진행하기 전에 변형이 잘되도록 재단된 시트형 소재(301)를 60℃ 내지 80℃에서 약 1분간 제작 금형(302) 위에 올려두어 가열하는 단계(S12)를 거친다.

제작된 상기 파편 성형 라이너(101)에 형성된 상기 함몰부의 깊이(

)는 상기 탄체(102) 두께의 0.4~0.8 범위 이내이고, 상기 함몰부의 내각은 30^o ~ 45^o 인데, 이는 여러 차례의 실험을 통해 취득한 성형작약 효과에 의해 상기 탄체가 파편화가 되는 최적의 조건이다. 즉, 상기 함몰부의 깊이(

)는

의 범위이며, 대상표적의 종류에 따라 파편크기는 상이하며, 특정 표적에 대한 원하는 파편크기를 얻기 위해서는 상기 함몰부의 길이(l)와 간격(p)을 조절해야 한다. 하기의 <수학식 1>, <수학식 2> 및 <수학식 3>에 의해서 상기 함몰부의 간격(p)과 상기 함몰부의 길이(l) 및 깊이(

)를 계산할 수 있다. 또한, 하기의 <수학식 1>과 <수학식 2>의 변형을 통해 비산시키고자 하는 상기 파편의 원주방향과 길이방향의 개수를 이용하여 상기 파편의 크기를 조절할 수도 있다. 총 파편 개수는 하기의 <수학식 4>를 통해 계산할 수 있다.

<수학식 1>

<수학식 2>

<수학식 3>

<수학식 4>

여기서, p는 함몰부의 간격이고, l 은 함몰부의 길이이며,

는 탄체의 원주방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, D는 탄체의 외경이며,

은 탄체의 길이방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, L 은 파편 성형 라이너의 길이이며,

은 함몰부의 깊이이며, t는 탄체의 두께이며,

은 총 파편의 개수이다.

다음으로 상기 파편 성형 라이너(101)와 조절형 파편탄두(100)의 탄체(102)와의 결합이 용이하도록 상기 탄체의 내부표면을 매끄럽게 가공한 후 표면을 아연도금 처리한다(S20). 이는 상기 파편 성형 라이너(101)의 함몰부(Z2) 내 공기에 포함된 소량의 수분에 의해 상기 파편탄두 탄체(102)가 부식됨을 방지하기 위함이다.

표면처리된 상기 탄체(102)의 내부표면에 접착제를 사용하여 상기 파편 성형 라이너(101)을 부착한다(S30). 상기 표면 처리 단계(S20)와 상기 라이너 제작단계(S10)의 순서는 변경될 수 있다.

그 다음 상기 파편탄두 탄체(102)를 60℃에서 약 2 시간 동안 승온을 유지시켜 상기 탄체(102)와 상기 파편 성형 라이너(101)를 완전히 접착하며, 상기 주장약 충전을 준비한다(S30).

그리고 상기 파편탄두 탄체(102)의 한 쪽 끝단을 막은 후 진공상태에서 상기 탄체(102) 내부를 주장약(103)으로 충전한다(S40). 이 때, 주조형 주장약(103)을 사용하며, 충전 시 반드시 진공상태에서 상기 주장약(103)을 충전하여 내부기포를 제거한다. 또한, 상기 주장약(103)의 구성성분은 상기 파편 성형 라이너(101)와 어떠한 화학반응도 하지 않는 성분이다.

상기 주장약(103)의 충전이 완료된 상기 파편탄두 탄체(102)를 60℃에서 약 48시간 동안 승온을 유지시켜 주장약(103)을 완전 경화시킨다(S50).

상기의 공정을 완료한 다음 상기 탄체(102)에 덮개 및 정밀기폭조립체 등의 기타 탄두부품(104)을 조립하여 제작을 마무리한다(S60).

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

100 : 조절형 파편탄두
101 : 파편 성형 라이너
102 : 탄체
103 : 주장약
104 : 기타 탄두부품
301 : 성형 전 시트형 소재
302 : 파편 성형 라이너 제작 금형
Z1 : 돌출부
Z2 : 함몰부
p : 함몰부 간격
L : 파편 성형 라이너의 길이
l : 함몰부 길이
t : 탄체 두께

: 함몰부 깊이
LD : 파편 성형 라이너의 길이방향
WD : 파편 성형 라이너의 폭방향

Claims (12)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 파편 성형 라이너의 폭방향으로 평행하며 돌출부와 함몰부가 반복되어 형성된 복수의 행을 포함하고
   홀수 행의 상기 돌출부와 짝수 행의 상기 함몰부가 동일한 중심축을 갖도록 어긋나게 형성되는 것을 특징으로 하는 파편 성형 라이너.
10. 제9항에 있어서,
    상기 함몰부는 상기 파편 성형 라이너의 폭방향으로 상광하협의 단면을 갖고
    상기 파편 성형 라이너의 길이방향으로 장방형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 파편 성형 라이너.
11. 제10항에 있어서,
    상기 함몰부의 내각은 30° 내지 45°이며
    상기 함몰부의 중심축을 기준으로 대칭되게 형성되는 것을 특징으로 하는 파편 성형 라이너.
12. 제11항에 있어서,
    상기 파편 성형 라이너의 패턴에서 상기 함몰부의 간격, 상기 함몰부의 길이, 상기 함몰부의 깊이는 하기의 <수학식 1>, <수학식 2> 및 <수학식 3>를 통해 계산되는 것을 특징으로 하는 파편 성형 라이너.
    <수학식 1>
    

    

    
    <수학식 2>
    

    

    
    <수학식 3>
    

    

    
    (여기서, p는 함몰부의 간격이고, l 은 함몰부의 길이이며,

    

    은 함몰부의 깊이이며,

    

    는 탄체의 원주방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, D는 탄체의 외경이며,

    

    은 탄체의 길이방향으로 비산시키고자 하는 파편의 개수이고, L 은 파편 성형 라이너의 길이이며, t는 탄체의 두께임.)

Images