KR101859779B1 - 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터릿 상부에 장착된 웨폰(2) 조종 시스템에 관한 것으로서, 상기 웨폰에는 포탄이 발사되는 배럴(21)이 제공되고 운영자가 웨폰 자체의 선회운동을 결정하는 핸들(22)이 제공된다. 상기 웨폰은 터릿과 일체로 구성된 고정 부분(31)과 웨폰 자체가 상부에 장착되는 이동 부분(32)을 포함하는 외주방향의 제5륜 위에 장착되며, 이에 따라, 이동식 제5륜이 고정 부분 위에서 회전될 수 있고 웨폰은 외주(C)를 따라 움직일 수 있게 한다.

Description

터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템{HANDLING SYSTEM FOR A WEAPON PLACED ON A TURRET}

본 발명은 웨폰 조종 시스템, 예를 들어, 트랙형 또는 바퀴형 군사용 차량의 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템에 관한 것이다.

종종 소형의 육상(terrestrial) 웨폰 측정 시스템이 경량의 차량 루프(roof) 위에 장착되며 운영자에 의해 조종되는데, 운영자의 신체의 상측 부분이 원형의 맨홀(manhole)을 통해 차량 자체로부터 돌출되어 있으며, 제한된 각도로 적절한 서포트(마운트) 상에 힌지구성되어 있는 상기 웨폰을 수동 방식으로 선회운동시킨다(manually traverse). 웨폰의 발사 라인(firing line)에 의해 형성되는 각도를 넓히기 위하여, 웨폰 마운트는 일반적으로 회전하는 원형 링(통상적으로 제5륜(fifth wheel)으로 지칭됨) 상부에 위치되는데, 커버를 포함하는 맨홀은 상기 제5륜과 일체로 구성되며, 종종 탄도의 주변 보호범위를 둘러싼다. 물론, 운영자("제5륜에 있는 사람")가 적이 발사하는 포탄에 맞을 가능성에 가장 많이 노출된 사람이며, 이런 이유로, 보호력(protection)은 특정 방식으로 운영자의 노출을 줄여서, 주시하고 조준하고 발사하는 필요성에 따라 가능한 최대한 많이 운영자를 보호한다.

따라서, 제5륜이 회전하면, 운영자가 웨폰의 발사 라인으로 덮을 수 있고 제5륜에 대해 최대 360°까지 선회운동할 수 있게 한다. 이는, 운영자의 임무를 보조하거나 혹은 도움을 주기 위하여 수동 방식으로 수행될 수 있거나, 혹은 특히 보호하는 경우, 전기 또는 유압모터를 이용하여 자동 방식으로 수행될 수 있다.

이러한 타입의 시스템이 터릿의 회전을 전동화(motorizing)하는 방법과 시스템에 대해 개시된 미국 특허번호 7030579호에 기술되어 있는데, 웨폰이 터릿의 상부에 장착되고 맨홀은 외주(circumference) 위에 원형의 랙(rack)을 가지며 터릿은 터릿이 회전할 수 있게 함으로써 랙 자체와 맞물리는 전동화된 피니언(motorized pinion)을 가진다. 터릿의 움직임은 조이스틱에 의해 구현된 개별 컨트롤장치에 의해 제어된다.

본 발명의 출원인이 밝혀낸 바에 따르면, 상기 시스템에서 제5륜을 회전시키기 위해 운영자는 수동으로 컨트롤장치(조이스틱 또는 버튼 패널)를 작동시켜야 하고 이에 따라 한 손으로는 필시 웨폰을 발사해야 하기 때문에(release) 이에 따라 상기 시스템이 덜 실용적이며, 어떤 경우에서는, 급작스러운 위협상황에 대응한 준비 상태가 되지 않는다.

본 발명의 목적은 터릿 조종 시스템, 특히 제5륜을 가진 터릿 조종 시스템을 구현함으로써 위에서 언급한 결점들을 해결하기 위한 것으로서, 상기 시스템에서, 운영자에 의해 수동 방식으로 선회운동할 수 있는(traversable) 웨폰이 터릿 상부에 장착되고, 운영자는 자신의 손을 사용하지 않고도 제5륜을 360° 내의 범위에서 회전시킬 수 있으며, 웨폰 자체를 구동하고 제어하기 위해서만 사용될 수 있다.

본 발명의 한 특징은 청구항 제 1 항의 특징들을 가진 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 시스템의 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실례의 비-제한적인 구체예에 따라 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 터릿 상부에 장착된 웨폰을 도시한 투시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터릿 상부에 장착된 웨폰을 조종하기 위한 가능한 조종 및 제어 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1에서, 포탄이 발사되는 배럴(barrel)이 전방에 제공되고, 후방에는, 운영자가 회전하는 베어링이 제공된 웨폰 베이스(23)의 중심을 통과하는 수직축(Y) 주위로 웨폰 자체의 선회운동(traverse)을 결정하는 핸들(22)이 제공된 웨폰(2)이 도시된다.

상기 웨폰은 차량의 루프(roof)와 일체로 구성된 고정 부분(31), 및 웨폰 자체가 위에 장착된 이동 부분(32)을 포함하는 외주방향의(circumferential) 제5륜(3) 상부에 장착된다. 따라서, 이동식 제5륜이 상기 고정 부분 위에서 회전되며 이에 따라 상기 장착된 웨폰은 360°중 특정 각도만큼 그리고 1회 회전보다 더 많은 회전 횟수만큼 제5륜의 외주(C)를 따라 회전할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 시스템은 예를 들어, 전기모터를 포함하는 이러한 제5륜의 회전을 위한 조종 수단을 포함하며, 웨폰의 베이스 근처, 예컨대, 회전하는 베어링 근처에 배치되고 운영자에 의해 웨폰에 대하여 축(Y) 주위에서 우측과 좌측으로의 회전운동을 인식할 수 있으며 상기 회전운동이 미리 정해진 중앙 위치에 대해서 미리 정해진 우측 또는 좌측 선회운동 한계 각도(traverse limit angle)에 도달될 때를 지시할 수 있도록 구성된 센서 조립체(sensor assembly)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 시스템은 상기 센서들로부터 정보를 탐지하고 축(Y) 주위에서 웨폰의 회전운동이 상기 미리 정해진 (좌측 및 우측) 한계 각도에 도달될 때 상기 조종 수단을 통해 제5륜의 회전운동을 작동시키도록 구성된 컨트롤 유닛을 포함한다.

명백하게도, 제5륜의 시계방향으로의 회전은 미리 정해진 우측 선회운동 각도를 초과하는 축(Y) 주위로의 웨폰의 시계방향 회전에 상응하고, 제5륜의 반시계방향으로의 회전은 미리 정해진 좌측 선회운동 각도를 초과하는 축(Y) 주위로의 웨폰의 반시계방향 회전에 상응한다. 상기 회전의 진폭(amplitude)은 운동 시간으로 결정되거나 또는 각변위(angular displacement)의 측정으로 결정되거나 또는 추가적인 센서들의 탐지로 결정된다.

제5륜의 회전운동으로 인해, 미리 정해진 선회운동 각도가 초과될 때, 웨폰 자체의 발사축(firing axis)은 제5륜과 일체로 구성된 마운트(mount)의 자연스러운 선회운동 호(traverse arc)에 대해 실제로 중앙으로 복귀된다.

본 발명의 특징에 따르면, 회전 컨트롤이 자동화(automation)되어, 운영자가 자신의 주된 임무로부터 운영자를 제외되지 않고서도, 최적의 선회운동 영역(traverse field)(B)이 가로방향 표적(target)들을 향하도록 유지하기 쉽게 하여, 위협에 대해 신속하고 효율적으로 대응할 수 있게 한다. 이렇게 제안된 본 시스템은 작동중인 제5륜을 가진 차량 상에 장착될 수 있으며, 웨폰 자체에는 어떠한 중요한 변형도 필요 없기 때문에 단지 하나의 센서 시스템이 삽입되어야 하며 특정 경우에서는 전동화(motorization)된다. 전동화된 제5륜의 경우, 상기 삽입과정(intervention)은 더욱 간단해지는데, 위에서 언급한 센서의 도움으로, 전자 유닛으로 대체해야 하는 직접 수동방식의 컨트롤장치(direct manual control)는 자동 방식의 수동 컨트롤장치로 변환된다(transform).

이 센서들은 축(Y) 주위로의 회전운동(선회운동)을 측정하는 엔코더(encoder)에 의해 혹은 다양한 기술들로 근접 센서(proximity sensor)들로부터 탐지되거나 또는 웨폰 마운트의 특정 선회운동 위치들에서 작동되는, 전자 회로를 개방/폐쇄하도록 구성되는 가동부를 구비하는 기계 장치일 수 있다.

케이블을 통해 컨트롤 유닛과 연결될 수 있으며, 제5륜의 회전운동이 제한된 각도 혹은 제한된 회전 횟수만큼만 수행되거나 또는 회전 횟수에 제한이 없는 경우에는 슬립 링(slip ring)을 통해 컨트롤 유닛과 연결될 수 있는데, 후자의 경우, 공급원(예를 들어, 배터리)의 센서 유닛을 제공하고 한 무선주파수로 컨트롤 유닛과 통신함으로써(communicating), 또는, 고정 부분에 필요 수량을 가지며 적절한 위치에 위치된 리시버(receiver)와 이동 부분에서 이미터(emitter)를 사용하여 광학 신호를 통해, 물리적 연결(physical connection)을 제거할 수 있다. 무선주파수 통신과 같이 광학적 연결은 2방향(양방향) 타입으로 구성될 수 있다.

본 발명의 추가적인 특징에 따르면, 상기 시스템은 추가적 노력 메커니즘(effort mechanism)을 선택적으로 포함하는데, 상기 추가적 노력 메커니즘에 의해, 운영자는, 미리 정해진 선회운동 한계 각도에 가까이 웨폰을 선회운동시키도록 제5륜을 작동하기 위해, 정상적인 선회운동의 경우보다 더 큰 노력을 가해야 한다.

대안으로, 제5륜의 회전을 결정하기 전에, 웨폰의 선회운동 영역의 축을 이동시키도록 제5륜을 회전시키기 위한 운영자의 의지(will)를 확인하기 위해, 컨트롤 유닛 또는 센서 조립체는 한계 각도에서 순간이 아닌 미리 정해진 시간 동안의 지속성(permanence)을 요청할 수 있다.

센서 조립체는 웨폰의 베이스 가까이 위치되는 것이 바람직하며, 특히, 상기 센서 조립체는 웨폰 자체의 샤프트의 선회운동과 일체로 움직이고 웨폰과 함께 움직이는 웨폰 베이스의 이동 부분(231) 위에 배치된 선택기(I)를 적어도 포함하며, 우측 및 좌측 한계 각도를 식별하는 상기 웨폰 베이스의 고정 부분(232) 위에 배열된 좌측 리밋 스위치(S)를 적어도 포함하며 우측 리밋 스위치(D)를 적어도 포함한다. 또한, 센서 조립체는 전체 선회운동 각도의 중간 식별기(M)를 포함하는 것이 바람직하다.

웨폰의 선회운동 동안 웨폰 선택기(I)가 리밋 스위치 또는 중간 식별기와 나란하게 정렬될 때(align), 식별가능한 신호가 컨트롤 유닛에 전달된다.

웨폰 선택기(I), 리밋 스위치(S 및 D) 및 중간 식별기(M)(선택적임)는 적외선, 광학-전자 또는 기계 기술을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 근접 센서 또는 적외선 센서(일련의 발신 및 수신 LED) 또는 그 외의 다른 타입의 센서(유도 전자기 또는 가변저항 장치, 홀-효과 장치, 적외선 장치, 접촉 장치 등)가 사용될 수 있다.

센서의 이러한 정보들은 컨트롤 유닛이 제5륜을 제어하는 전기모터의 작동을 조절하게 할 수 있으며, 특히, 이러한 움직임에 관해 리밋 스위치에 도달할 때까지 운영자가 웨폰을 향하는 경우 제5륜이 우측을 향해 회전하게 하고, 상대적인 리밋 스위치(relative limit switch)에 도달할 때까지 운영자가 웨폰을 향하는 경우에는 제5륜이 좌측을 향하게 하도록 하기 위하여 모터가 작동되고, 웨폰이 중앙으로 돌아돌 때, 중간 식별기가 사용되는 경우 또는 일시적인 움직임 동안 상이한 위치에 있을 때에는 모터가 중지될 것이다.

본 발명에 따른 시스템을 더 잘 제어할 필요성이 있기 때문에(더 우수한 유체 및 성능 움직임), 허용된 회전 섹터에 대해 웨폰의 더 많은 위치들을 식별하기 위하여, 센서의 개수는 증가될 수 있으며(또는 엔코더가 삽입될 수도 있음), 이러한 정보를 이용하여 제5륜의 움직임이 더 우수하게 조절될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 시스템은, 리밋 스위치(S 또는 D)의 작동에 반응하여, 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 각도에 따라 제5륜을 회전시키기 위하여, 제5륜 위에, 고정 부분(31)에 대한 이동 부분(32)의 각회전(angular rotation)을 결정하기 위한 수단을 추가로 포함한다.

도 2는 광-전자 트랜스미션 및 리셉션(reception)을 이용하여 제5륜의 이동 부분과 고정 부분 사이가 통신(communication)되는 본 발명의 한 구체예를 도시한다.

각회전을 결정하기 위한 이러한 트랜스미션 수단은 2개의 링을 포함하는데, 이 2개의 링 중 한 링은 고정 부분과 일체로 구성되고 다른 링은 이동 부분과 일체로 구성되며, 고정 부분의 링 위에서는 일련의 수신 포토-다이오드(RX1...RXn)가 서로 특정 거리에 배열되고 이들은 컨트롤 유닛(U)과 연결되며 전체 외주를 따라 분포되어 있는 반면, 이동 부분의 링 위에서는 2개의 트랜스미션 다이오드(TX1 및 TX2)가 배열되며 이들은 앞에서 기술된 리밋 스위치(S 및 D)에 의해 작동되고 예를 들어 보조 배터리로부터 공급된다.

웨폰을 회전시킴으로써, 물리적인 회전 한계 각도에 도달했을 때 운영자는 (우측 또는 좌측) 리밋 스위치를 작동시켜 트랜스미션 다이오드 중 하나를 차례로 공급하여, 이에 따라 트랜스미터의 전방에 배열된 리시버가 전도(conduction)될 수 있게 하고 컨트롤 유닛에 의해 탐지되었을 때 제5륜의 자동 회전을 구현하여 자동 회전을 시작하게 한다. 회전 각도는 트랜스미터가 항상 트랜스미터를 찾을 수 있도록 구성되고, 이동 끝부분에서, 몇몇 수신 장치들의 전방에서, 리밋 스위치의 작동에 따라 새로운 회전운동을 시작하게 한다. 리시버의 개수는 사용된 장치의 트랜스미션 및 리셉션 로브(lobe)에 의해 그리고 웨폰에 의해 리시버 자체의 축 위에 허용된 회전 각도에 좌우된다. 제5륜의 조종 제어를 단순화시키기 위하여, 로브의 진폭(amplitude)과 리시버의 개수를 정밀하게 절충하는 것이 유용하다.

운영자가 우측 또는 좌측으로 회전하려는 요구(desire)를 차별하기 위하여, 서로 다른 주파수를 가진 2개의 트랜스미터(임펄스 코드화(impulse codification))가 사용될 수 있거나, 혹은 단순히 똑같은 트랜스미터로 2진 논리(binary logic)를 사용하여, 예를 들어, 하나의 LED는 우측으로 발광시키고 2개의 LED는 좌측으로 발광시키고, LED가 손상된 경우에서는, 회전이 안 되거나(lack of rotation), 또는 반대 방향으로 회전이 안 되는 것을 방지하기 위해 회로를 이중으로 만드는 것(double circuit)이 유용하다.

본 발명의 대안의 한 구체예에 따르면, 각회전을 결정하기 위한 상기 트랜스미션 수단은, 고정 부분과 이동 부분의 무선 데이터 트랜스미션 연결(wireless data transmission connection)을 포함할 수 있으며, 이에 따라 본 시스템을 장착하기 위한 작동을 용이하게 한다.

최고의 성능을 얻기 위하여, 절대적인 방법으로, 전체 센서 조립체는 포텐셔미터(potentiometer), 엔코더(encoder) 또는 리졸버(resolver)와 같이 우수한 정밀도를 가진 센서들로 대체될 수 있으며, 연속적인 위치값(position value)을 제공함으로써, 예를 들어 소프트웨어를 통해 리밋 스위치(S 및 D)의 위치를 변경시킴으로써, 시스템을 이상적으로 제어할 수 있다. 이러한 타입의 센서를 구현함으로써, 회전축 위에 장착되거나, 또는 기어 또는 벨트를 통해 연결될 때, 웨폰의 회전 시스템에는 통상 더 많이 삽입(intervention)될 필요가 있으며, 이전 경우에서는, 센서 서브시스템(sensorial subsystem)이 간단히 추가되며 기존의 회전 시스템과 단지 2개의 연결만을 필요로 한다(차량을 향하는 부분 위에 한 연결이 있으며 웨폰을 향하는 부분 위에 다른 연결이 있음).

Claims (10)

1. 터릿 상부에 장착된 웨폰(2) 조종 시스템으로서, 상기 웨폰에는 포탄이 발사되는 배럴(21)이 전방에 제공되고, 후방에는, 운영자가 웨폰 베이스(23)의 중심을 통과하는 수직축(Y) 주위로 웨폰 자체의 선회운동(traverse)을 결정하는 핸들(22)이 제공되며, 상기 웨폰은 터릿과 일체로 구성된 고정 부분(31)과 웨폰 자체가 상부에 장착되는 이동 부분(32)을 포함하는 외주방향의 제5륜(circumferential fifth wheel) 상부에 장착되며, 이에 따라, 이동식 제5륜이 상기 고정 부분 위에서 회전될 수 있고 웨폰은 외주(C)를 따라 움직일 수 있게 하는, 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템에 있어서,
   상기 시스템은:
   - 상기 제5륜의 회전을 위한 조종 수단을 포함하고;
   - 운영자에 의해 웨폰에 대하여 축(Y) 주위에서 시계 방향으로 우측을 향하거나 또는 반시계 방향으로 좌측을 향하는 회전운동을 인식할 수 있으며 상기 회전운동 또는 선회운동이 미리 정해진 우측 또는 좌측 한계 각도에 도달될 때를 지시할 수 있도록 구성된 센서 조립체를 포함하고;
   - 상기 센서들로부터 정보를 탐지하고, 축(Y) 주위에서의 웨폰의 선회운동이 상기 미리 정해진 한계 각도에 도달될 때 상기 조종 수단을 통해, 센서가 작동되어 통상적인 선회운동의 동일한 방향으로 제5륜의 회전운동을 작동시키도록 구성된 컨트롤 유닛을 포함하는, 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   제5륜의 시계방향으로의 회전은 미리 정해진 우측 선회운동 각도를 초과하는 축(Y) 주위로의 웨폰의 시계방향 회전에 상응하고, 제5륜의 반시계방향으로의 회전은 미리 정해진 좌측 선회운동 각도를 초과하는 축(Y) 주위로의 웨폰의 반시계방향 회전에 상응하며, 상기 회전의 진폭(amplitude)은 운동 시간으로 결정되거나 또는 각변위(angular displacement)의 측정으로 결정되거나 또는 추가적인 센서들의 탐지로 결정되는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 조립체에서, 상기 센서들은, 엔코더(encoder)로부터 또는 다양한 기술들의 근접 센서들로부터 탐지된, 웨폰 마운트(weapon mount)의 선회운동의 특정 위치들에서 작동되는, 전자 회로를 개방/폐쇄하도록 구성되는 가동부를 구비하는 기계 장치일 수 있는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시스템은 추가적 노력 메커니즘(effort mechanism)을 포함하는데, 상기 추가적 노력 메커니즘에 의해, 운영자는, 미리 정해진 선회운동 한계 각도에 가까이 웨폰을 선회운동시키도록 제5륜을 작동하기 위해, 정상적인 선회운동의 경우보다 더 큰 노력을 가해야 하는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 조립체는 웨폰의 베이스 가까이 위치되고, 상기 센서 조립체는 웨폰의 배럴 방향을 식별하고 웨폰과 함께 움직이는 웨폰 베이스의 이동 부분(231) 위에 배치된 선택기(I)를 적어도 포함하며, 우측 및 좌측 한계 각도를 식별하는 상기 웨폰 베이스의 고정 부분(232) 위에 배열된 좌측 리밋 스위치(S)를 적어도 포함하고 우측 리밋 스위치(D)를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 센서 조립체는 전체 선회운동 각도의 중간 식별기(M)를 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 웨폰의 선회운동 동안 웨폰 선택기(I)가 리밋 스위치(S, D) 또는 중간 식별기(M)와 나란하게 정렬될 때(align), 식별가능한 신호가 컨트롤 유닛(U)에 전달되는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   웨폰 선택기(I), 리밋 스위치(S, D) 및 중간 식별기(M)는 근접 센서, 또는 적외선 센서, 또는 발신 및 수신 LED 어레이를 통해 구현되거나(realized), 혹은 유도 전자기 또는 가변저항 장치 혹은 홀 효과 장치(Hall effect device)를 통해 구현되는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 시스템은, 미리 정해진 우측 또는 좌측 선회운동 한계 각도에 도달할 때에 반응하여, 하나 또는 그 이상의 미리 정해진 각도로 제5륜을 회전시킬 수 있도록 하기 위하여, 제5륜 위에, 고정 부분(31)에 대한 이동 부분(32)의 각회전(angular rotation)을 결정하는 트랜스미션 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    차량의 루프(roof)에 대해 고정 부분들과 이동 부분들 사이에서 데이터는 케이블을 사용하여 제한된 각도를 위해 슬립 링(slip ring) 또는 수신 포토-다이오드(receiving photo-diode) 또는 LED 이미터를 사용하거나 혹은 무선 장치들을 사용하여 전달되는 것을 특징으로 하는 터릿 상부에 장착된 웨폰 조종 시스템.

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