KR101843594B1 - 과압 보호 - Google Patents

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KR101843594B1
KR101843594B1 KR1020127033272A KR20127033272A KR101843594B1 KR 101843594 B1 KR101843594 B1 KR 101843594B1 KR 1020127033272 A KR1020127033272 A KR 1020127033272A KR 20127033272 A KR20127033272 A KR 20127033272A KR 101843594 B1 KR101843594 B1 KR 101843594B1
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피터 모리스 폴리
토마스 크리스토퍼 매니
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스카이덱스 테크놀로지즈 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따르면, 과압 흡수 재료가 포위물의 외부 상에 위치된다. 폭발이 포위물에 인접하게 일어날 때에, 과압 흡수 재료가 폭발로부터의 진입 과압파의 대부분을 흡수한다. 과압 흡수 재료는 포위물에 대한 과압파의 충격을 완충하고, 포위물의 점유자에 대한 부상을 유발할 정도로 충분한 크기로 진입 과압파가 포위물 내로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 과압 흡수 재료는 또한 포위물의 내부 상에 위치될 수 있다. 폭발로부터의 과압파는 브리치 또는 다른 개구를 통해 포위물 내로 진입되고, 그에 의해 포위물의 점유자에 대한 부상을 유발할 수 있다. 내부 과압 흡수 재료는 또한 과압파의 상당한 크기가 포위물의 내벽으로부터 반사되고 포위물 내에서 공진되고 포위물의 점유자에 대한 부상을 유발하는 것을 방지한다.

Description

과압 보호{OVERPRESSURE PROTECTION}
관련출원에 대한 교차-참조
본 출원은 온전히 여기에 참조로 구체적으로 합체되어 있는 2010년 5월 21일자로 출원된 발명의 명칭이 "차량 내부측의 과압으로부터의 보호(Protection from Overpressure Inside a Vehicle)"인 미국 임시 특허 출원 제61/347,305호에 대한 우선권의 이익을 향유한다.
다양한 차량 또는 고정 포위물(vehicular or stationary enclosure)은 포위물에 인접한 폭발로 인한 부상으로부터 점유자를 보호하도록 설계된다. 종종, 이들 포위물은 요구된 수준의 보호를 성취하도록 장갑(armor)(예컨대, 철판, 압연강, 그리고 파라-아라미드 합성 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 그리고 다양한 세라믹 또는 그 임의의 조합 등의 합성 재료)을 포함한다. 장갑의 형태 및 두께는 종종 예측 최대 폭발 에너지로부터 점유자를 보호하도록 선택된다.
그러나, 인체의 약한 성질로 인해, 장갑이 폭발을 견딜 정도로 충분히 강력할 때에도, 포위물 내부측의 점유자가 여전히 포위물 내의 브리치(breach)를 통해, 포위물 내의 개방된 창 또는 문을 통해 및/또는 포위물 내에 포획된 공기에 대한 포위물 외부 경계부(enclosure outer bound)를 통해(예컨대, 벽, 바닥, 천장, 문, 창 등을 통해) 직접적으로 전달되는 과압파(overpressure wave)로부터 부상당할 수 있다. 많은 포위물은 이러한 과압을 완화시키는 장치(예컨대, 파열되는 문 또는 포위물의 외부로 파열되는 플러그를 갖는 개구)를 포함한다. 그러나, 과압 완화 장치는 특히 과압파가 포위물의 제한 공간 내에서 반향 및 반사될 수 있을 때의 폭발 직후의 중요한 시간 중에 중간 효과를 갖지 않을 수 있다. 1차 및 반향파는 서로를 보강 간섭시켜 연질 조직에 대한 손상(예컨대, 뇌진탕)을 유발함으로써 포위물의 점유자를 추가로 부상시킬 수 있는 더 큰 과압파를 생성할 수 있다. 나아가, 과압파는 또한 점유자와 접촉되는 포위물 외부 경계부 면에서의 급격한 변화를 유발할 수 있고, 이것은 점유자를 추가로 부상시킬 수 있다. 골절 등의 부상이 포위물 외부 경계부에 인접한 사용자의 위치 면에서의 변화로 인해 일어날 수 있다.
결과적으로, 장갑이 종종 포위물의 임의의 편향 및/또는 브리치를 방지하여 과압파가 포위물을 통해 이동되는 것을 방지하도록 과도하게 설계된다. 그러나, 장갑의 과도한 설계는 중량 및 비용의 급격한 상승을 초래한다. 결과적으로, 기존의 장갑 형태 및 조합은 비용 및 중량 구속 요건 내에서 과압파 및/또는 포위물의 편향에 의해 유발되는 포위물의 점유자에 대한 부상을 방지하는 데 부족하다.
여기에서 설명 및 청구된 실시예는 50% 초과의 평면 표면적을 갖고 연장되는 편향 가능한 돌출부의 매트릭스를 갖는 편향 가능한 평면 층을 갖는 과압파 흡수 시스템을 제공함으로써 위의 문제점을 처리한다. 편향 가능한 돌출부의 매트릭스를 갖는 편향 가능한 평면 층은 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층 상에 입사되고 및/또는 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기를 감소시킬 수 있다.
여기에서 설명 및 청구된 다른 실시예는 보호 층과 진입 과압파의 예측 발생원 사이에, 50% 초과의 평면 표면적을 갖고 연장되는 편향 가능한 돌출부의 매트릭스를 갖는 편향 가능한 평면 층을 위치시킴으로써 위의 문제점을 처리한다. 편향 가능한 돌출부의 매트릭스를 갖는 편향 가능한 평면 층은 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층 상에 입사되고 및/또는 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기를 감소시킬 수 있다.
다른 실시예가 본원에 기재되고 인용된다.
도1은 외부 과압 흡수 재료가 갖춰진 예시의 장갑 차량을 도시하고 있다.
도2는 내부 과압 흡수 재료가 갖춰진 예시의 장갑 차량을 도시하고 있다.
도3은 과압 흡수 재료가 갖춰진 네팅(netting)에 의해 덮인 예시의 장갑 차량을 도시하고 있다.
도4는 외부 과압 흡수 재료가 갖춰진 예시의 고정 구조물을 도시하고 있다.
도5는 내부 과압 흡수 재료가 갖춰진 예시의 고정 구조물을 도시하고 있다.
도6은 예시의 과압 흡수 패널의 등각도이다.
도7은 예시의 과압 흡수 패널의 측면도이다.
도8은 예시의 과압 흡수 패널의 평면도이다.
도9는 압력 흡수 재료를 통해 전달되는 압력파 그리고 압력 흡수 재료로부터 반사되어 전달되는 압력파의 양쪽 모두에 대한 과압 흡수 재료의 효과를 도시하는 그래프이다.
도10은 포위물의 외부 표면 상에 과압 흡수 재료를 사용하는 예시의 단계를 도시하고 있다.
도11은 포위물의 내부 표면 상에 과압 흡수 재료를 사용하는 예시의 단계를 도시하고 있다.
고에너지 충돌 소음(high energy impulse noise)으로서 또한 알려져 있는 폭발 과압(BOP: blast overpressure)은 폭발물 폭파 및 무기 발사의 치명적인 결과이다. 단독으로의 BOP 충격파에 대한 노출은 대개 청각계, 호흡계 및 위장계 등의 중공 기관계에 대한 부상을 초래할 수 있다. 여기에서 개시된 과압 흡수 재료는 BOP를 완충, 분산 및/또는 흡수시키는 목적을 갖는다.
도1은 외부 과압 흡수 재료[예컨대, 패널(104)]가 갖춰진 예시의 장갑 차량(102)을 도시하고 있다. 과압 흡수 재료는 장갑(106) 또는 다른 보호 층의 외부측 상의 차량(102) 상에 위치된다. 폭발(108)이 차량(102)의 외부에 인접하게 일어날 때에, 과압 흡수 재료가 폭발(108)로부터의 진입 압력파(110)의 대부분을 흡수한다. 장갑(106)과 연계하여 사용될 때에, 과압 흡수 재료가 차량(102)에 대한 압력파(110)의 충격을 완충하고, 폭발(108)로부터의 에너지를 변형, 흡수 및 분산시킴으로써 차량의 점유자에 대한 부상을 유발할 정도로 충분한 크기로 진입 압력파(110)가 차량(102) 내로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 장갑(106) 및 패널(104)의 유사한 조합이 인접한 외부 폭발의 위험성이 있는 고정 포위물 내의 점유자를 보호하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 도4).
차량(102)은 특정한 육상 차량으로서 도시되어 있지만, 다른 육상 차량(예컨대, 탱크, 열차, 민간 차량 및 트럭 등) 그리고 다른 차량 형태(예컨대, 항공기, 선박, 우주선 등) 상으로의 과압 흡수 재료의 사용이 여기에서 고려된다. 또 다른 실시예에서, 차량(102)은 개인이고, 한편 장갑(106)은 그 개인의 피부 및/또는 방탄복(body armor)이다.
과압 흡수 재료는 폭발(108)로부터의 급속하게 가해진 에너지를 흡수하도록 용이하게 변형 가능하다. 하나의 실시예에서, 충격 흡수 패널은 도6-도8을 참조하여 상세하게 설명되는 것과 같이 재료의 상부 및 하부 시트에 부착되는 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 1개 이상의 어레이를 포함한다. 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 어레이는 도1에 도시된 것과 같은 진입 압력파(110)에 의해 충돌될 때에 탄성적으로 또는 비-탄성적으로 붕괴될 수 있다. 도1은 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도2는 내부 과압 흡수 재료[예컨대, 패널(204, 205)]가 갖춰진 예시의 장갑 차량(202)을 도시하고 있다. 과압 흡수 재료는 장갑(206) 또는 다른 보호 층의 내부측 상의 차량(202) 상에 위치된다. 폭발(208)이 차량(202)에 인접하게 일어날 때에, 발사체의 충돌을 포함하는 폭발의 에너지가 차량(202)[브리치(212)] 내로 침투될 수 있다. 나아가, 차량(202)은 이전의 손상, 또는 개방된 문 또는 창에 의해 이미 천공되어 있을 수 있다. 폭발(208)로부터의 압력파(210)가 브리치(212)(또는 다른 개구)를 통해 차량(202) 내로 진입되고, 차량(202) 내에서 공진되고, 그에 의해 차량의 점유자에 대한 부상을 유발할 수 있다. 과압 흡수 재료는 압력파(210)의 대부분을 흡수하고, 그에 의해 폭발(208)로부터의 에너지를 변형, 흡수 및 분산시킴으로써 압력파(210)의 상당한 크기가 차량(202)의 내벽으로부터 반사되고 차량(202) 내에서 공진되고 차량의 점유자에 대한 부상을 유발하는 것을 방지한다. 차량(202) 내에서의 반사 압력파가 보강 간섭되기보다는 흡수된다. 일부 실시예에서, 폭발의 크기는 비교적 약한 장갑(206)과 조합될 때에 브리치(212) 또는 다른 개구와 무관하게 장갑(206)의 편향에 의해 장갑(206)을 통해 전달될 수 있다.
차량(202)은 특정한 육상 차량으로서 도시되어 있지만, 다른 육상 차량(예컨대, 탱크, 열차, 민간 차량 및 트럭 등) 그리고 다른 차량 형태(예컨대, 항공기, 선박, 우주선 등) 상으로의 과압 흡수 재료의 사용이 여기에서 고려된다. 또 다른 실시예에서, 차량(202)은 개인이고, 한편 장갑(206)은 그 개인의 피부 및/또는 방탄복이다.
장갑(206) 및 패널(204)의 유사한 조합이 완전히 또는 부분적으로 밀폐되고 인접한 폭발의 위험성이 있는 고정 포위물 내의 점유자를 보호하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 도5). 나아가, 차량(202) 내의 압력파를 흡수하는 내부 과압 흡수 패널(204, 205)은 차량(202) 내로의 브리치의 가능성을 감소시키고 및/또는 장갑(206)을 통한 압력파 전달을 감소시키도록 외부 과압 흡수 패널[예컨대, 도1의 패널(104)]과 조합될 수 있다.
과압 흡수 재료는 폭발(208)로부터의 급속하게 가해진 에너지를 흡수하도록 용이하게 변형 가능하다. 하나의 실시예에서, 과압 흡수 재료는 도6-도8을 참조하여 상세하게 설명되는 것과 같이 재료의 상부 및 하부 시트에 부착되는 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 1개 이상의 어레이를 포함한다. 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 어레이는 도2에 도시된 것과 같은 압력파(210) 또는 (도시되지 않은) 차량(202) 내에서의 1개 이상의 반사 압력파에 의해 충돌될 때에 탄성적으로 또는 비-탄성적으로 붕괴될 수 있다. 도2는 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도3은 과압 흡수 재료(304)가 갖춰진 네팅(314)[또는 텐트(tent)(314)]에 의해 덮인 예시의 장갑 차량(302)을 도시하고 있다. 네팅(314) 또는 다른 보호 층은 차량으로부터 떨어진 거리[예컨대, 1.524-3.048 m(5-10 피트)]에서 차량(302)을 포위한다. 네팅(314)은 차량(302)에 충돌되기 전에 차량(302)으로 유도되는 진입 로켓 추진식 수류탄(RPG: rocket propelled grenade) 또는 다른 공수 폭발물을 포획하여 폭발시킨다. 결과적으로, 폭발(308)이 차량(302)에 바로 인접하기보다는 차량(302)으로부터 떨어진 거리에서 일어난다. 이것은 폭발(308)에 의해 촉발되는 파편 충돌 및/또는 압력파 충돌에 의해 유발되는 차량(302)에 대한 손상 및/또는 그 점유자에 대한 부상의 가능성을 감소시킨다. 하나의 실시예에서, 네팅(314)은 네팅이 금속 프레임워크 사이의 거리에 연장된 튜브형 또는 다른 금속 또는 플라스틱 프레임워크의 형태를 취한다. 네팅은 차량(302)에 충돌되기 전에 차량(302)으로 유도되는 진입 RPG 또는 다른 공수 폭발물을 폭발시키는 그 범위 내의 다수개의 금속 구성 요소를 갖는다.
과압 흡수 재료(304)는 네팅(314)의 내부측에 가해진다. 다른 실시예에서, 과압 흡수 재료(304)는 네팅(314)의 외부측에 가해진다. 폭발(308)이 일어날 때에, 브리치(312)가 네팅(314) 및 과압 흡수 재료(304) 내에 형성되고, 과압 흡수 재료(304)가 폭발(308)로부터의 진입 압력파(310)의 대부분을 흡수한다. 네팅(314)을 통해 계속 진행되는 압력파(316)가 초기의 압력파(310)로부터 크기 면에서 상당히 감소된다.
차량(302) 상의 장갑과 연계하여 사용될 때에, 과압 흡수 재료(304)가 차량(302)에 대한 압력파의 크기를 감소시키고[즉, 압력파(310)로부터 압력파(316)로 이동됨], 폭발(308)로부터의 에너지를 변형, 흡수 및 분산시킴으로써 차량의 점유자에 대한 부상을 유발할 정도로 충분한 크기로 진입 압력파(316)가 차량(302) 내로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 네팅(314), 과압 흡수 재료(304) 및/또는 장갑의 유사한 조합이 인접한 외부 폭발의 위험성이 있는 고정 포위물 내의 점유자를 보호하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 도4).
차량(302)은 특정한 육상 차량으로서 도시되어 있지만, 다른 육상 차량(예컨대, 탱크, 열차, 민간 차량 및 트럭 등) 그리고 다른 차량 형태(예컨대, 항공기, 선박, 우주선 등) 상으로의 과압 흡수 재료의 사용이 여기에서 고려된다. 또 다른 실시예에서, 차량(302)은 개인이고, 네팅(314) 또는 다른 보호 층은 그 개인을 포위한다.
과압 흡수 재료(304)는 폭발(308)로부터의 급속하게 가해진 에너지를 흡수하도록 용이하게 변형 가능하다. 하나의 실시예에서, 충격 흡수 재료(304)는 도6-도8을 참조하여 상세하게 설명되는 것과 같이 재료의 상부 및 하부 시트에 부착되는 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 1개 이상의 어레이를 포함한다. 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 어레이는 도3에 도시된 것과 같은 진입 압력파(310)에 의해 충돌될 때에 탄성적으로 또는 비-탄성적으로 붕괴 및/또는 파단될 수 있다. 도3은 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도4는 외부 과압 흡수 재료[예컨대, 패널(404)]가 갖춰진 예시의 고정 구조물(418)을 도시하고 있다. 고정 구조물(418)은 가정용, 사업용, 군사용 설치물, 또는 다른 빌딩 또는 일련의 빌딩일 수 있다. 과압 흡수 재료는 [진입 발사체 또는 폭발물에 대해 보호되도록 보강(예컨대, 장갑화)될 수 있는] 벽(406) 또는 다른 보호 층의 외부측 상의 구조물(418) 상에 위치된다. 구조물(418)로 유도되는 진입 RPG 또는 다른 공수 폭발물이 구조물(418)의 외부에 인접한 폭발(408)을 유발할 때에, 과압 흡수 재료가 폭발(408)로부터의 진입 압력파(410)의 대부분을 흡수한다. 벽(406)과 연계하여 사용될 때에, 과압 흡수 재료가 구조물(418)에 대한 압력파(410)의 충격을 완충하고, 폭발(408)로부터의 에너지를 변형, 흡수 및 분산시킴으로써 구조물의 점유자에 대한 부상을 유발할 정도로 충분한 크기로 진입 압력파(410)가 구조물(418) 내로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 벽(406) 및 패널(404)의 유사한 조합이 인접한 외부 폭발의 위험성이 있는 이동 포위물(예컨대, 차량) 내의 점유자를 보호하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 도1).
과압 흡수 재료는 폭발(408)로부터의 급속하게 가해진 에너지를 흡수하도록 용이하게 변형 가능하다. 하나의 실시예에서, 충격 흡수 패널은 도6-도8을 참조하여 상세하게 설명되는 것과 같이 재료의 상부 및 하부 시트에 부착되는 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 1개 이상의 어레이를 포함한다. 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 어레이는 도4에 도시된 것과 같은 진입 압력파(410)에 의해 충돌될 때에 탄성적으로 또는 비-탄성적으로 붕괴될 수 있다. 도4는 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도5는 내부 과압 흡수 재료[예컨대, 패널(504, 505)]가 갖춰진 예시의 고정 구조물(518)을 도시하고 있다. 고정 구조물(518)은 가정용, 사업용, 군사용 설치물, 또는 다른 빌딩 또는 일련의 빌딩일 수 있다. 과압 흡수 재료는 [진입 발사체 또는 폭발물에 대해 보호되도록 보강(예컨대, 장갑화)될 수 있는] 벽(506) 또는 다른 보호 층의 내부측 상의 고정 구조물(518) 상에 위치된다. 구조물(518)로 유도되는 진입 RPG 또는 다른 공수 폭발물이 구조물(518)에 인접한 폭발(508)을 유발할 때에, 발사체의 충돌을 포함하는 폭발의 에너지가 구조물(518) 내로 침투될 수 있다[브리치(512)]. 나아가, 구조물(518)은 이전의 손상, 또는 개방된 문 또는 창에 의해 이미 천공되어 있을 수 있다.
폭발(508)로부터의 압력파(510)가 브리치(512)(또는 다른 개구)를 통해 구조물(518) 내로 진입되고, 구조물(518) 내에서 공진되고, 그에 의해 구조물의 점유자에 대한 부상을 유발할 수 있다. 과압 흡수 재료는 압력파(510)의 대부분을 흡수하고, 그에 의해 폭발(508)로부터의 에너지를 변형, 흡수 및 분산시킴으로써 압력파(510)의 상당한 크기가 구조물(518)의 내벽으로부터 반사되고 구조물(518) 내에서 공진되고 구조물의 점유자에 대한 부상을 유발하는 것을 방지한다. 결과적으로, 구조물(518) 내에서의 반사 압력파가 보강 간섭되기보다는 흡수된다. 일부 실시예에서, 폭발의 크기는 특히 비교적 약한 벽(506)과 조합될 때에 브리치(512) 또는 다른 개구와 무관하게 벽(506)의 편향에 의해 벽(506)을 통해 전달될 수 있다.
벽(506) 및 패널(504, 505)의 유사한 조합이 완전히 또는 부분적으로 밀폐되고 인접한 폭발의 위험성이 있는 이동 포위물(예컨대, 차량) 내의 점유자를 보호하는 데 사용될 수 있다(예컨대, 도2). 나아가, 구조물(518) 내의 압력파를 흡수하는 내부 과압 흡수 패널(504, 505)은 구조물(518) 내로의 브리치의 가능성을 감소시키고 및/또는 벽(506)을 통한 압력파 전달을 감소시키도록 외부 과압 흡수 패널[예컨대, 도4의 패널(404)]과 조합될 수 있다.
과압 흡수 재료는 폭발(508)로부터의 급속하게 가해진 에너지를 흡수하도록 용이하게 변형 가능하다. 하나의 실시예에서, 과압 흡수 재료는 도6-도8을 참조하여 상세하게 설명되는 것과 같이 재료의 상부 및 하부 시트에 부착되는 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 1개 이상의 어레이를 포함한다. 대향된 반구형 또는 반-타원체형 중공 셀의 어레이는 도5에 도시된 것과 같은 압력파(510) 또는 (도시되지 않은) 차량(502) 내에서의 1개 이상의 반사 압력파에 의해 충돌될 때에 탄성적으로 또는 비-탄성적으로 붕괴될 수 있다. 도5는 일정한 비율로 도시되어 있지 않다.
도6은 예시의 과압 흡수 패널(600)의 등각도이다. 충격 흡수 패널(600)은 상부 매트릭스(622)(또는 어레이) 및 저부 매트릭스(624)(또는 어레이) 내에 배열되는 돌출부[예컨대, 돌출부(620)] 또는 지지 유닛을 포함한다. 돌출부는 압축 스프링과 유사하게 중공이고 압축력으로 인한 편향에 저항한다. 상부 매트릭스(622)는 상부 재료 시트(626)로부터 돌출되고, 저부 매트릭스(624)는 하부 재료 시트(628)로부터 돌출된다. 상부 매트릭스(622) 및 저부 매트릭스(624)의 각각의 내의 대향 돌출부가 서로와 만나고, 서로에 [예컨대, 용접부(630) 등의 용접을 통해] 견고하게 부착된다. 하나의 실시예에서, 상부 재료 시트(626) 및 하부 재료 시트(628)의 각각의 표면적은 (개별의 돌출부를 형성하는 리세스로부터 명확한 것과 같이) 적어도 50% 평면이다.
도7은 예시의 과압 흡수 패널(700)의 측면도이다. 충격 흡수 패널(700)은 상부 매트릭스(722)(또는 어레이) 및 저부 매트릭스(724)(또는 어레이) 내에 배열되는 돌출부[예컨대, 돌출부(720)] 또는 지지 유닛을 포함한다. 돌출부는 압축 스프링과 유사하게 중공이고 압축력으로 인한 편향에 저항한다. 상부 매트릭스(722)는 상부 재료 시트(726)로부터 돌출되고, 저부 매트릭스(724)는 하부 재료 시트(728)로부터 돌출된다. 상부 매트릭스(722) 및 저부 매트릭스(724)의 각각의 내의 대향 돌출부가 서로와 만나고, 서로에 [예컨대, 용접부(730) 등의 용접을 통해] 견고하게 부착된다. 하나의 실시예에서, 상부 재료 시트(726) 및 하부 재료 시트(728)의 각각의 표면적은 (개별의 돌출부를 형성하는 리세스로부터 명확한 것과 같이) 적어도 50% 평면이다.
도8은 예시의 과압 흡수 패널(800)의 평면도이다. 충격 흡수 패널(800)은 (도시되지 않은) 상부 매트릭스(또는 어레이) 및 저부 매트릭스(824)(또는 어레이) 내에 배열되는 돌출부[예컨대, 돌출부(820)] 또는 지지 유닛을 포함한다. 돌출부는 압축 스프링과 유사하게 중공이고 압축력으로 인한 편향에 저항한다. 상부 매트릭스는 (도시되지 않은) 상부 재료 시트로부터 돌출되고, 저부 매트릭스(824)는 하부 재료 시트(828)로부터 돌출된다. 상부 매트릭스 및 저부 매트릭스(824)의 각각의 내의 대향 돌출부가 서로와 만나고, 서로에 [예컨대, 용접부(830) 등의 용접을 통해] 견고하게 부착된다. 하나의 실시예에서, 상부 재료 시트 및 하부 재료 시트(828)의 각각의 표면적은 (개별의 돌출부를 형성하는 리세스로부터 명확한 것과 같이) 적어도 50% 평면이다.
다음의 세부 사항은 적어도 도6-도8의 예시의 과압 흡수 패널(600, 700, 800)에 적용된다. 적어도 돌출부의 각각의 재료, 벽 두께, 크기 및 형상은 돌출부의 각각이 적용될 수 있는 저항력을 한정한다. 하나의 실시예에서, 과압 흡수 패널을 위해 사용되는 재료는 예측된 하중 상태 하에서 대체로 탄성적으로 변형 가능할 수 있고, 파단되거나 다른 파괴를 경험하여 과압 흡수 패널의 기능을 손상시키지 않으면서 많은 변형을 견딜 것이다. 다른 실시예에서, 과압 흡수 패널을 위해 사용되는 재료는 비-탄성적으로 변형 가능하고, 폭발 후에 파단 또는 그렇지 않으면 파괴될 수 있다. 이들 재료는 폭발 후에 교체될 수 있다.
과압 흡수 패널을 위한 예시의 재료는 열가소성 우레탄, 열가소성 탄성 중합체, 스티렌 공중합체, 고무, 다우 펠레탄(Dow Pellethane)®, 루브리졸 에스탄(Lubrizol Estane)®, 듀폰(DuPont)TM, 하이트렐(Hytrel)®, 아토피나 페박스(ATOFINA Pebax)® 및 크레이튼 중합체(Krayton polymer)를 포함한다. 나아가, 각각의 돌출부의 벽 두께는 5 내지 10 mil의 범위 내에 있을 수 있다. 나아가, 돌출부의 각각의 크기는 반-타원체 실시예에서 직경 면에서 0.635 내지 3.81 ㎝(0.25 내지 1.5 인치) 그리고 높이 면에서 1.27 내지 7.62 ㎝(0.5 내지 3.0 인치)의 범위 내에 있을 수 있다. 나아가, 돌출부는 정육면체형, 피라미드형, 반구형, 반-타원체형 또는 중공 내부 체적을 가질 수 있는 임의의 다른 형상일 수 있다. 다른 형상은 전술된 반-타원체형 실시예와 유사한 치수를 가질 수 있다. 나아가, 돌출부는 서로로부터 다양한 거리만큼 이격될 수 있다. 예시의 이격 범위는 1.27 내지 7.62 ㎝(0.5 내지 3.0 인치)이다.
과압 흡수 패널은 다양한 제조 공정(예컨대, 취입 성형, 열성형, 압출, 사출 성형, 적층 등)을 사용하여 제조될 수 있다. 하나의 실시예에서, 과압 흡수 패널은 2개의 절반부로 제조된다. 즉, 제1 절반부는 대응하는 돌출부를 갖는 상부 재료 시트를 포함한다. 제2 절반부는 대응하는 돌출부를 갖는 하부 재료 시트를 포함한다. 과압 흡수 패널의 2개의 절반부의 각각의 개별의 돌출부가 그 다음에 함께 적층, 접착 또는 부착된다. 또 다른 실시예에서, 과압 흡수 패널은 위에서 논의된 것과 같은 2개의 단편보다는 1개의 단편으로 제조된다. 과압 흡수 재료는 차량, 구조물 또는 인체의 표면에 가해지는 평탄한 성형 패널의 형태일 수 있다. 과압 흡수 재료는 또한 차량, 구조물 또는 인체 위에서 권출되는 롤의 형태일 수 있다. 과압 흡수 재료는 또한 차량, 구조물 또는 인체의 형상을 따를 정도로 충분히 가요성일 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 과압 흡수 패널은 상하로 적층되는 2개 초과의 돌출부의 매트릭스(예컨대, 상하로 적층되는 2개 이상의 과압 흡수 패널)를 포함할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 과압 흡수 패널은 단지 1개의 돌출부의 매트릭스를 포함할 수 있다.
도9는 압력 흡수 재료를 통해 전달되는 압력파 그리고 압력 흡수 재료로부터 반사되어 전달되는 압력파의 양쪽 모두에 대한 과압 흡수 재료의 효과를 도시하는 그래프(900)이다. 그래프(900)의 데이터는 선(910, 920)에 의해 도시된 실시예에서의 미가공 금속 패널 그리고 선(915, 925)에 의해 도시된 과압 흡수 재료로 라이닝된 금속 패널을 향한 압력파를 급속하게 해제하는 시험 챔버를 사용하여 얻어진다.
선(910)은 시험 챔버(즉, 충격 튜브)를 따른 미가공 금속 패널을 통해 전달되는 압력의 측정치이다. 선(915)은 동일한 금속 패널을 통해 전달되지만 과압 흡수 재료를 통과한 후의 압력의 측정치이다. 선(910)은 대략 55 psi의 피크 전달 압력을 나타낸다. 선(915)은 대략 35 psi의 피크 전달 압력을 나타낸다. 결과적으로, 과압 흡수 재료는 대략 36%만큼 금속 패널을 통해 전달되는 압력파를 감소시킨다.
과압 흡수 재료 재료로 덮인 패널이 폭발물과 개인 사이에 적절하게 개재된 실시예에서, 그 결과는 과압 흡수 재료가 주 폭발로부터 과압 파면의 상당한 부분을 흡수하므로 폭발이 멀리 떨어져 이동된 것과 같을 것이다.
선(920)은 시험 챔버(즉, 충격 튜브)를 따른 미가공 금속 패널로부터 반사되는 압력의 측정치이다. 선(915)은 동일한 금속 패널로부터 반사되지만 과압 흡수 재료를 통과한 후의 압력의 측정치이다. 이러한 실시예에서, 측정치는 금속 패널로부터 20.32 ㎝(8 인치)에서 취해진다. 선(920)은 대략 250 psi의 피크 반사 압력을 나타낸다. 선(925)은 대략 125 psi의 피크 반사 압력을 나타낸다. 결과적으로, 과압 흡수 재료는 대략 50%만큼 금속 패널로부터 반사되는 압력파를 감소시킨다.
과압 흡수 재료 재료로 덮인 패널의 실시예는 포위물 내에서의 1차 및 2차 압력파의 양쪽 모두가 적용되는 증폭 효과를 감소 또는 제거시킬 수 있다. 하나의 실시예에서, 과압 흡수 재료는 포위물 내의 개인이 그 대신에 개방된 공기 내에 있는 것과 같이 과압의 효과를 감소시킬 것이다.
도10은 포위물의 외부 표면 상에 과압 흡수 재료를 사용하는 예시의 단계(1000)를 도시하고 있다. 포위물의 외부 표면은 보호 층으로서 여기에서 언급될 수 있다. 라이닝 단계(1010)는 과압 흡수 재료로 포위물의 외부 표면을 라이닝한다. 포위물은 고정 구조물(예컨대, 가정용, 사업용 또는 군사용 설치물) 또는 이동 구조물(예컨대, 육상 차량, 선박, 항공기 등)일 수 있다. 포위물은 부상으로부터 포위물의 점유자를 추가로 보호하도록 장갑화될 수 있다. 다양한 실시예에서, 모든 노출된 외부 표면이 과압 흡수 재료로 라이닝된다. 다른 실시예에서, 가장 위험한 외부 표면(예컨대, 장갑 차량의 바닥판)만이 라이닝된다. 과압 흡수 재료는 외부 표면과 과압파의 예측 발생원 사이에 위치될 수 있다. 하나의 실시예에서, 포위물은 개인의 신체이고, 보호 층은 그 개인의 피부 및/또는 방탄복이다.
경험 단계(1020)에서, 포위물은 포위물의 외부 표면에 인접한 과압파 발생 이벤트를 경험한다. 일부 실시예에서, 폭발 장치[예컨대, 즉석 폭발 장치(IED: improvised explosive device), RPG, 지뢰, 미사일, 폭탄 등]가 포위물의 외부 표면에 충돌하여 폭발된다. 다른 실시예에서, 폭발 장치는 포위물의 외부 표면에 근접하지만 그에 접촉되지 않은 상태로 폭발된다. 예컨대, 대응 조치[예컨대, RPG 스크린, 밀집 근접 무기 체계(CIWS: close-in weapon system) 등]는 폭발 장치가 포위물의 외부 표면에 접촉되기 전에 폭발되게 하고, 그에 의해 포위물의 외부 표면 상에 입사되는 압력파를 감소시킬 수 있다(반드시 제거되어야 하는 것은 아님).
흡수 단계(1030)는 과압 흡수 재료를 사용하여 과압파의 일부를 흡수한다. 과압 흡수 재료는 과압파로부터 편향되고, 그에 의해 과압파로부터의 에너지를 분산 및 흡수시킨다. 결과적으로, 과압 흡수 재료를 갖지 않는 장갑에 비해, 과압 흡수 재료를 갖는 더 가벼운 장갑이 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 과압 흡수 재료는 탄성이고, 다수회의 폭발을 견딜 수 있다. 다른 실시예에서, 과압 흡수 재료는 영구적으로 변형되고, 최대 효과를 위해 모든 폭발 후에 교체된다.
도11은 포위물의 내부 표면 상에 과압 흡수 재료를 사용하는 예시의 단계(1100)를 도시하고 있다. 포위물의 외부 표면은 보호 층으로서 여기에서 언급될 수 있다. 라이닝 단계(1140)는 과압 흡수 재료로 포위물의 내부 표면을 라이닝한다. 포위물은 고정식(예컨대, 가정용, 사업용 또는 군사용 설치물) 또는 이동식(예컨대, 육상 차량, 선박, 항공기 등)일 수 있다. 포위물은 부상으로부터 포위물의 점유자를 추가로 보호하도록 장갑화될 수 있다. 다양한 실시예에서, 모든 내부 표면이 과압 흡수 재료로 라이닝된다. 다른 실시예에서, 노출된 내부 표면 그리고 포위물의 점유자 근처의 내부 표면만이 라이닝된다. 라이닝되는 내부 표면이 많을수록, 포위물 내에서 반사 및 공진되는 과압파를 흡수하는 데 효과적이다. 과압 흡수 재료는 내부 표면과 포위물 내의 과압파의 예측 발생원 사이에 위치될 수 있다.
경험 단계(1150)에서, 포위물은 포위물의 외부 표면에 인접한 과압파 발생 이벤트를 경험한다. 일부 실시예에서, 폭발 장치[예컨대, IED, RPG, 지뢰, 미사일, 폭탄 등]가 포위물의 외부 표면에 충돌하여 폭발된다. 다른 실시예에서, 폭발 장치는 포위물의 외부 표면에 근접하지만 그에 접촉되지 않은 상태로 폭발된다. 예컨대, 대응 조치[예컨대, RPG 스크린, 밀집 CIWS 등]는 폭발 장치가 포위물의 외부 표면에 접촉되기 전에 폭발되게 하고, 그에 의해 포위물의 외부 표면 상에 입사되는 압력파를 감소시킬 수 있다(반드시 제거되어야 하는 것은 아님).
허용 단계(1160)는 과압파가 포위물 내로 진입되게 한다. 허용 단계(1160)는 1개 이상의 발사체의 충돌에 의해 유발되는 외부 표면 내의 브리치로 인해 일어날 수 있다. 나아가, 포위물의 창 및/또는 문이 개방되고, 그에 의해 압력파가 포위물 내로 진입되는 경로를 제공할 수 있다. 흡수 단계(1170)는 과압 흡수 재료를 사용하여 포위물 내의 과압파의 일부를 흡수한다. 과압 흡수 재료는 1차 및/또는 2차 반사 과압파로부터 에너지를 흡수하고, 그에 의해 과압파로부터의 에너지를 분산 및 흡수시킨다. 결과적으로, 존재한다면, 포위물 내의 과압파의 반사가 상당히 감소된다. 일부 실시예에서, 과압 흡수 재료는 탄성이고, 다수회의 폭발을 견딜 수 있다. 다른 실시예에서, 과압 흡수 재료는 영구적으로 변형되고, 최대 효과를 위해 모든 폭발 후에 교체된다.
위의 명세서, 예 및 데이터는 본 발명의 예시 실시예의 구조 및 사용의 완전한 설명을 제공한다. 본 발명의 많은 실시예가 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않고도 수행될 수 있으므로, 본 발명은 이후에 첨부된 특허청구범위 내에 있다. 나아가, 상이한 실시예의 구조적 특징은 인용된 청구항으로부터 벗어나지 않고도 또 다른 실시예에서 조합될 수 있다.
102: 장갑 차량
104: 과압 흡수 재료
106: 장갑
108: 폭발
110: 압력파

Claims (45)

  1. 보호 층과,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층과,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층을 포함하며,
    제1 편향 가능한 평면 층 및 제2 편향 가능한 평면 층은 50% 초과의 평면 표면적을 각각 가지며,
    편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스의 적어도 1개의 편향 가능한 돌출부가 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스의 대향된 편향 가능한 돌출부에 부착되고,
    편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층 및 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층 중 하나 또는 양쪽 모두는 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층 상에 입사되는 과압파의 크기를 감소시키도록 구성되는,
    과압파 흡수 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층에 부착되는 과압파 흡수 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 소정 거리만큼 오프셋되는 과압파 흡수 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 보호 층 상에 입사되는 과압파의 크기는 적어도 20%만큼 감소되는 과압파 흡수 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 보호 층은 장갑 차량 상의 장갑인 과압파 흡수 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 보호 층은 개인의 방탄복인 과압파 흡수 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 보호 층은 고정 구조물의 벽인 과압파 흡수 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 보호 층은 개인의 피부인 과압파 흡수 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 과압파에 반응하여 편향됨으로써 에너지를 흡수하도록 구성되는 과압파 흡수 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 1:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 2:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 보호 층은 부분적으로 밀폐된 포위물의 벽인 과압파 흡수 시스템.
  13. 과압파 흡수 방법이며,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층을 진입 과압파의 예측 발생원과 보호 층 사이에 위치시키는 단계와,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층을 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층에 인접하게 위치시키는 단계를 포함하며,
    제1 편향 가능한 평면 층 및 제2 편향 가능한 평면 층은 50% 초과의 평면 표면적을 각각 가지며,
    편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스의 적어도 1개의 편향 가능한 돌출부가 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스의 대향된 편향 가능한 돌출부에 부착되고,
    편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층 및 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층 중 하나 또는 양쪽 모두는 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층 상에 입사되는 과압파의 크기를 감소시키도록 구성되는,
    과압파 흡수 방법.
  14. 제13항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층에 부착되는 과압파 흡수 방법.
  15. 제13항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 소정 거리만큼 오프셋되는 과압파 흡수 방법.
  16. 제13항에 있어서, 보호 층 상에 입사되는 과압파의 크기는 적어도 20%만큼 감소되는 과압파 흡수 방법.
  17. 제13항에 있어서, 보호 층은 장갑 차량 상의 장갑인 과압파 흡수 방법.
  18. 제13항에 있어서, 보호 층은 개인의 방탄복인 과압파 흡수 방법.
  19. 제13항에 있어서, 보호 층은 고정 구조물의 벽인 과압파 흡수 방법.
  20. 제13항에 있어서, 보호 층은 개인의 피부인 과압파 흡수 방법.
  21. 제13항에 있어서, 과압파에 반응하여 편향됨으로써 에너지를 흡수하도록 구성되는 과압파 흡수 방법.
  22. 제13항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 1:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 방법.
  23. 제13항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 2:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 방법.
  24. 보호 층과,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층과,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층을 포함하며,
    제1 편향 가능한 평면 층 및 제2 편향 가능한 평면 층은 50% 초과의 평면 표면적을 각각 가지며,
    편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스의 적어도 1개의 편향 가능한 돌출부가 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스의 대향된 편향 가능한 돌출부에 부착되고,
    편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층 및 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층 중 하나 또는 양쪽 모두는 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기를 감소시키도록 구성되는,
    과압파 흡수 시스템.
  25. 제24항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층에 부착되는 과압파 흡수 시스템.
  26. 제24항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 소정 거리만큼 오프셋되는 과압파 흡수 시스템.
  27. 제24항에 있어서, 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기는 적어도 40%만큼 감소되는 과압파 흡수 시스템.
  28. 제24항에 있어서, 보호 층은 장갑 차량 상의 장갑인 과압파 흡수 시스템.
  29. 제24항에 있어서, 보호 층은 개인의 방탄복인 과압파 흡수 시스템.
  30. 제24항에 있어서, 보호 층은 고정 구조물의 벽인 과압파 흡수 시스템.
  31. 제24항에 있어서, 보호 층은 개인의 피부인 과압파 흡수 시스템.
  32. 제24항에 있어서, 과압파에 반응하여 편향됨으로써 에너지를 흡수하도록 구성되는 과압파 흡수 시스템.
  33. 제24항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 1:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 시스템.
  34. 제24항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 2:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 시스템.
  35. 과압파 흡수 방법이며,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층을 진입 과압파의 예측 발생원과 보호 층 사이에 위치시키는 단계와,
    내부에 형성된 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층을 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층에 인접하게 위치시키는 단계를 포함하며,
    제1 편향 가능한 평면 층 및 제2 편향 가능한 평면 층은 50% 초과의 평면 표면적을 각각 가지며,
    편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스의 적어도 1개의 편향 가능한 돌출부가 편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스의 대향된 편향 가능한 돌출부에 부착되고,
    편향 가능한 돌출부의 제1 매트릭스를 갖는 제1 편향 가능한 평면 층 및 편향 가능한 돌출부의 제2 매트릭스를 갖는 제2 편향 가능한 평면 층 중 하나 또는 양쪽 모두는 진입 과압파의 일부를 흡수하여 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기를 감소시키도록 구성되는,
    과압파 흡수 방법.
  36. 제35항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층에 부착되는 과압파 흡수 방법.
  37. 제35항에 있어서, 보호 층은 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 소정 거리만큼 오프셋되는 과압파 흡수 방법.
  38. 제35항에 있어서, 보호 층으로부터 반사되는 과압파의 크기는 적어도 40%만큼 감소되는 과압파 흡수 방법.
  39. 제35항에 있어서, 보호 층은 장갑 차량 상의 장갑인 과압파 흡수 방법.
  40. 제35항에 있어서, 보호 층은 개인의 방탄복인 과압파 흡수 방법.
  41. 제35항에 있어서, 보호 층은 고정 구조물의 벽인 과압파 흡수 방법.
  42. 제35항에 있어서, 보호 층은 개인의 피부인 과압파 흡수 방법.
  43. 제35항에 있어서, 과압파에 반응하여 편향됨으로써 에너지를 흡수하도록 구성되는 과압파 흡수 방법.
  44. 제35항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 1:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 방법.
  45. 제35항에 있어서, 제1 편향 가능한 평면 층으로부터 연장되는 편향 가능한 돌출부는 2:1 초과의 높이 대 직경 비를 갖는 과압파 흡수 방법.
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