KR101864047B1 - 저충격 분리장치 - Google Patents

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KR101864047B1
KR101864047B1 KR1020160165604A KR20160165604A KR101864047B1 KR 101864047 B1 KR101864047 B1 KR 101864047B1 KR 1020160165604 A KR1020160165604 A KR 1020160165604A KR 20160165604 A KR20160165604 A KR 20160165604A KR 101864047 B1 KR101864047 B1 KR 101864047B1
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김동진
김재일
김남춘
이응조
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국방과학연구소
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    • F42B15/36Means for interconnecting rocket-motor and body section; Multi-stage connectors; Disconnecting means

Abstract

본 발명은 저충격 분리장치에 관한 것으로, 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간(11)이 형성된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 상단에 결합되고 상부홀(25) 및 상기 상부홀(25)과 연통되며 상기 상부홀(25)에 비해 단면적이 넓은 하부홀(27)이 형성된 실린더(20)와, 상기 실린더(20)의 하부홀(27)에 위치되고 상기 하우징(10)의 하단 방향으로 개구되는 삽입홈(41)이 형성된 피스톤(40)과, 상기 실린더(20)의 상부홀(25)에 일부가 삽입되어 상기 상부홀(25) 상단을 차폐하는 압력카트리지(50)와, 상기 하우징(10)의 하단을 통해 상기 하부홀(27)에 일부가 삽입되어 상기 하부홀(27) 하단을 차폐하는 볼트(60)와, 상기 볼트(60)와 상기 피스톤(40) 사이에 배치되어 상기 압력카트리지(50) 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 피스톤(40)이 상기 볼트(60) 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 충격흡수링(70)을 포함한다.
본 발명은 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 분리장치 구성품의 특정 부품을 동작시켜 내부 잠금 구조를 해제하여 볼트의 분리가 일어나고 충격흡수링을 이용한 저충격 구조로 되므로 신뢰도가 확보되며 품질 유지 및 취급이 용이한 이점이 있다.

Description

저충격 분리장치{LOW-SHOCK SEPARATION DEVICE}
본 발명은 저충격 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고고도 환경하에서 용도를 다한 구조물을 악영향 없이 본 장비로부터 분리시키기 위해 신뢰도가 보장되는 저충격 분리장치에 관한 것이다.
분리장치는 각종 유도무기 및 항공우주산업에서 발사, 제어, 구동, 분리 등에 다양하게 사용되는 필수 구성품이다.
현재 가장 많이 사용되는 분리장치는 폭발볼트(explosive bolt)가 있다.
예를 들어, 유도무기들은 유도탄 등이 외부환경에 노출되지 않도록 보호하는 발사관에 장착되어 이동되고, 발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다. 이를 위하여 구조적인 안정성이 크고 분리 응답이 빠른 폭발볼트가 많이 사용된다.
폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트가 절단되면서 볼트에 의해 결합되어 있던 부분이 분리되는데, 분리시 파편, 화염 및 고충격파(Phro-shock)라는 큰 진동과 충격을 수반하는 단점을 가지고 있다.
따라서, 최근에는 유도무기의 사거리를 연장하여 고고도 환경하에서 용도가 다양한 구조물을 악영향 없이 본 장비로부터 분리시키기 위해 신뢰도가 보장된 분리장치를 필요로 하고 있다.
본 발명의 목적은 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생하는 고압을 이용하여 구성품 간의 분리가 일어나도록 하며, 분리시 구성품 간의 충격으로 발생되는 충격량을 최소화하도록 충격흡수링을 적용하는 저충격 분리장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간이 형성된 하우징과, 상기 하우징의 상단에 결합되고 상부홀 및 상기 상부홀과 연통되며 상기 상부홀에 비해 단면적이 넓은 하부홀이 형성된 실린더와, 상기 실린더의 하부홀에 이동 가능하게 위치되고 상기 하우징의 하단 방향으로 개구되는 삽입홈이 형성된 피스톤과, 상기 실린더의 상부홀에 일부가 삽입되어 상기 상부홀 상단을 차폐하는 압력카트리지와, 상기 하우징의 하단을 통해 상기 하부홀에 일부가 삽입되어 상기 하부홀 하단을 차폐하며 구속부재에 의해 상기 하부홀에 삽입된 상태가 고정되는 볼트와, 상기 볼트와 상기 피스톤 사이에 배치되어 상기 압력카트리지 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 피스톤이 상기 볼트 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 충격흡수링을 포함한다.
상기 충격흡수링은 표면적을 조절하여 상기 고압에 의해 작동하는 피스톤의 상기 볼트 방향 이동 속도를 조절한다.
상기 충격흡수링은 재질 및 형상을 조절하여 충격흡수 정도를 조절한다.
상기 볼트는 상기 피스톤 방향으로 돌출되어 상기 피스톤의 삽입홈에 삽입 가능한 헤드부를 구비하며, 상기 헤드부의 외주면에 상기 충격흡수링이 결합된다.
상기 충격흡수링은 상기 헤드부의 외주면 전체를 감싸도록 결합되어 상기 압력카트리지의 작동 전 상기 피스톤을 상기 압력카트리지 방향으로 밀어 상기 피스톤이 움직이지 않도록 구속한다.
상기 하우징과 상기 실린더 사이의 틈새공간에 결합되는 하우징마개를 포함하며, 상기 실린더와 상기 하우징마개 사이에 배치되어 상기 피스톤의 실린더 방향 이동이 완료되고 상기 실린더와 상기 피스톤 사이의 공간이 계속 팽창하여 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 금속관을 더 포함한다.
상기 구속부재는 금속체 또는 탄성체로서, 상기 볼트에 형성되는 삽입구멍에 일부가 삽입된 상태에서 상기 실린더에 의해 나머지 일부가 지지되어 상기 볼트가 상기 실린더의 하부홀에 삽입된 상태를 고정하고, 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 상기 볼트를 고정한 상태를 해제한다.
본 발명은 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 구성품 간 내부 잠금 구조를 해제하되, 충격흡수링이 1차로 볼트와 피스톤간 충격을 완화하고, 2차로 금속관이 실린더와 하우징마개와의 충돌을 방지하여 구성품 간 충격을 완화하는 저충격 구조로 된다.
따라서 분리장치의 작동시 필요한 충격량을 줄일 수 있어 신뢰도가 확보되며 품질 유지 및 취급이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 저충격 분리장치를 보인 단면도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 작동과정을 보인 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 분리 전(a) 및 분리 후(b)의 상태를 보인 사진.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 저충격 분리장치는, 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 구성품 간 내부 잠금 구조를 해제하여 볼트의 분리가 일어나도록 작동 메커니즘을 설계한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 저충격 분리장치는 하우징(10), 실린더(20), 피스톤(40), 압력카트리지(50), 볼트(60), 충격흡수링(70)을 포함한다.
하우징(10)은 대략 원통형상으로 형성되며 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간(11)이 형성된다. 수용공간(11)에 실린더(20), 피스톤(40), 압력카트리지(50) 및 볼트(60)의 일부가 삽입되어 결합되는 방식으로 구성품 간 내부 잠금 구조를 갖는다.
실린더(20)는 하우징(10)의 상단을 통해 일부가 수용공간(11)에 삽입된다. 실린더(20)는 수용공간(11) 내경에 대응되는 외경을 갖는 돌출단(21)과 돌출단(21)의 외경에 비해 외경이 상대적으로 작은 실린더몸체(23)로 구성된다.
하우징(10)과 실린더(20) 사이의 틈새공간은 하우징마개(30)를 결합하여 차폐하며, 하우징(10)과 하우징마개(30)의 사이, 하우징마개(30)와 실린더(20) 사이에는 오링(29,31)을 개재하여 기밀성을 확보한다.
하우징(10)과 하우징마개(30)는 암나사 및 이에 대응되는 수나사를 형성하여 나사결합식으로 결합될 수 있다. 하우징(10)과 하우징마개(30)의 나사결합은 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시 그 압력에 의해 하우징마개(30)가 하우징(10)으로부터 분리되는 것을 방지한다.
실린더(20)의 외주면에 금속관(35)이 결합된다. 금속관(35)은 실린더몸체(23)의 외주면에 결합되어 돌출단(21)과 하우징마개(30) 사이에 위치되고, 실린더(20)가 압력카트리지 방향으로 이동시 하우징마개(30) 방향으로 이동되는 돌출단(21)에 의해 눌러지면서 압축 변형된다.
실린더(20)는 상부로 개구되는 상부홀(25) 및 하부로 개구되는 하부홀(27)을 구비하며, 상부홀(25)은 하부홀(27)과 연통되고, 하부홀(27)은 상부홀(25)에 비해 직경이 크다.
실린더(20)의 하부홀(27)에 피스톤(40)이 이동 가능하게 위치된다. 하부홀(27)과 상부홀(25)의 직경 차이로 인해 상부홀(25)과 하부홀(27)이 연통되는 부분에는 단차부(28)가 형성되며, 단차부(28)에 의해 피스톤(40)이 상부홀(25) 방향으로 이동이 제한된다. 하부홀(27) 내경과 피스톤(40) 사이에는 오링(33)을 개재하여 하부홀(27)의 상부홀(25) 방향 기밀성이 유지되도록 한다.
피스톤(40)은 하부홀(27)에 위치된 상태에서 하우징(10)의 하단 방향으로 개구되는 삽입홈(41)이 형성된다.
압력카트리지(50)는 실린더(20)의 상부홀(25)에 일부가 삽입되어 상부홀(25) 상단을 차폐한다. 압력카트리지(50)와 실린더(20)의 상부홀(25) 사이에는 오링(51)이 개재되어 상부홀(25) 내부의 기밀성이 유지된다. 압력카트리지(50)의 외경과 실린더(20)의 상부홀(25)에는 수나사와 이에 대응되는 암나사가 형성되어 있어 압력카트리지(50)의 일부가 상부홀(25)에 나사 결합식으로 삽입될 수 있다. 이는 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이 공간에 고압의 가스가 발생되면 압력카트리지(50)가 실린더(20)에서 분리되는 것이 아니라 피스톤(40)이 볼트(60) 방향으로 이동할 수 있도록 하기 위함이다.
압력카트리지(50)는 화약이 충전되며 전원이 공급되면 작동하여 고온 고압의 가스를 발생시킨다. 이때, 발생된 가스에 의해 피스톤(40)이 볼트(60) 방향으로 이동한다.
압력카트리지(50)는 전원이 공급되면 발열선에 열이 발생하고 발생하는 열이 발열선에 밀착되어 있는 화약을 기폭하고 화약은 주장약을 작동시켜 원하는 압력을 발생시키는 것일 수 있다. 여기서 필요한 압력을 만들기 위해서는 주장약의 양을 조절하여 원하는 생성 압력을 조절할 수 있다.
볼트(60)는 하우징(10)의 하단을 통해 실린더(20)의 하부홀(27)에 일부가 삽입되어 하부홀(27) 하단을 차폐한다. 볼트(60)는 볼트몸체(61)와 볼트몸체(61)에서 피스톤(40) 방향으로 돌출되는 헤드부(63)를 포함한다. 헤드부(63)는 외경이 피스톤(40)의 삽입홈(41)에 대응되어 피스톤(40)의 볼트(60) 방향 이동시 삽입홈(41)에 삽입 가능하다.
헤드부(63)의 외주면에 충격흡수링(70)이 결합된다. 충격흡수링(70)은 외력이 가해지지 않은 상태에서 피스톤(40)을 압력카트리지(50) 방향으로 밀어 피스톤(40)이 움직이지 않도록 구속하고, 화약 연소시에 발생된 고압에 의해 피스톤(40)이 헤드부(63) 방향으로 이동할 때 피스톤(40)에 의해 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 부분이다.
충격흡수링(70)은 표면적을 조절함으로써 고압에 의해 작동되는 피스톤(40)의 헤드부(63) 방향 이동 속도를 조절할 수 있다. 또한, 충격흡수링(70)은 재질 및 형상을 조절하여 충격 흡수 정도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 충격흡수링(70)은 충격흡수기능이 있는 고무재질, 금속재질, 합성수지재질로 제작한 것일 수 있다.
볼트(60)에 삽입구멍(65)이 형성된다. 삽입구멍(65)은 볼트몸체(61)의 외주면을 둘러 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다.
볼트(60)가 실린더(20)의 하부홀(27)에 삽입된 상태를 고정하는 구속부재(80)가 포함된다. 구속부재(80)는 볼트(60)의 삽입구멍(65)에 일부가 삽입된 상태에서 실린더(20)의 돌출단(21)에 나머지 일부가 지지되어 볼트(60)가 실린더(20)의 하부홀(27)에 삽입된 상태를 구속한다. 구속부재(80)는 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시 반경 방향으로 밀리면서 볼트(60)를 구속한 상태를 해제하고 볼트(60)를 분리한다.
본 실시예에서 구속부재(80)는 삽입구멍에 삽입되는 부분은 구형이고 돌출단에 지지되는부분은 사각형인 금속체이나 탄성체 또는 금속볼이 해당될 수도 있다.
그리고 하우징(10), 실린더(20), 피스톤(40), 압력카트리지(50), 볼트(60)는 내구성 확보를 위해 스테인레스 재질로 될 수 있다.
이하 본 발명의 작동을 설명한다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 저충격 분리장치의 작동과정을 설명하기로 한다.
화약이 충전된 압력카트리지에 전원이 공급되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 압력카트리지(50)가 작동하여 실린더(20)의 상부홀(25)에 화살표 방향으로 고온 고압의 가스를 발생시킨다.
이때 발생된 가스에 의해, 도 3에 도시된 바와 같이, 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이의 공간이 팽창되면서 피스톤(40)이 볼트(60) 방향으로 이동하게 된다. 그리고 피스톤(40)이 볼트(60) 방향으로 이동하면서 충격흡수링(70)을 변형시키며 압력카트리지(50)에서 발생된 초기 압력에 의한 볼트(60)와 피스톤(40) 간 충격을 완화하게 된다.
이때, 헤드부(63)는 피스톤(40)의 삽입홈(41)으로 삽입되고 피스톤(40)의 삽입홈(41) 가장자리 부분에 의해 충격흡수링(70)이 가압되면서 변형되고 볼트(60)와 피스톤(40)간 충격을 완화하게 된다.
피스톤(40)의 볼트(60) 방향 이동이 완료되면 실린더(20)와 피스톤(40) 사이의 공간이 계속 팽창하면서, 도 4에 도시된 바와 같이, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하게 된다. 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하면 실린더(20)를 구속하고 있던 금속관(35)은 하우징마개(30) 방향으로 이동되는 돌출단(21)에 의해 가압되고 변형되면서 실린더(20)의 압력카트리지(50) 방향 이동속도를 감속시킨다. 이를 통하여 실린더(20)와 하우징마개(30)의 충돌을 방지하고 구성품 간 충격완화 역할을 할 수 있다.
그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하면 돌출단(21)이 이동한 부분에 빈공간이 생기고 이 빈공간으로 구속부재(80)가 밀리면서 구속부재(80)에 의해 구속되어 있던 볼트(60)의 잠금 구조가 해제되고 하우징(10)으로 부터 볼트(60)가 분리된다.
도 6에는 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 분리 전(a) 및 분리 후(b)의 상태를 보인 사진이 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바에 의하면, 볼트(60)가 파편 발생 없이 깔끔하게 분리됨이 확인된다.
상술한 저충격 분리장치는 작동과정에서 충격흡수링(70)이 1차로 볼트(60)와 피스톤(40)간 충격을 완화하고, 2차로 금속관(35)이 실린더(20)와 하우징마개(30)와의 충돌을 방지하여 구성품 간 충격을 완화하는 저충격 구조로 되므로 분리장치의 작동시 필요한 충격량을 줄일 수 있다.
특히, 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 분리장치 구성품의 특정 부품을 동작시켜 내부 잠금 구조를 해제하여 볼트의 분리가 일어나므로 고충격파와 파편이 발생하지 않고 신뢰도가 확보되며 품질 유지 및 취급이 용이하다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
10: 하우징 11: 수용공간
20: 실린더 21: 돌출단
23: 실린더몸체 25: 상부홀
27: 하부홀 30: 하우징마개
29,31,33: 오링 35: 금속관
40: 피스톤 41: 삽입홈
50: 압력카트리지 51: 오링
60: 볼트 61: 볼트몸체
63: 헤드부 65: 삽입구멍
70: 충격흡수링 80: 구속부재
28: 단차부

Claims (7)

  1. 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간이 형성된 하우징;
    상기 하우징의 상단에 결합되고 상부홀 및 상기 상부홀과 연통되며 상기 상부홀에 비해 단면적이 넓은 하부홀이 형성된 실린더;
    상기 실린더의 하부홀에 이동 가능하게 위치되고 상기 하우징의 하단 방향으로 개구되는 삽입홈이 형성된 피스톤;
    상기 실린더의 상부홀에 일부가 삽입되어 상기 상부홀 상단을 차폐하는 압력카트리지;
    상기 하우징의 하단을 통해 상기 하부홀에 일부가 삽입되어 상기 하부홀 하단을 차폐하며 구속부재에 의해 상기 하부홀에 삽입된 상태가 고정되는 볼트;
    상기 볼트와 상기 피스톤 사이에 배치되어 상기 압력카트리지 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 피스톤이 상기 볼트 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 충격흡수링을 포함하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충격흡수링은 표면적을 조절하여 상기 고압에 의해 작동하는 피스톤의 상기 볼트 방향 이동 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 충격흡수링은 재질 및 형상을 조절하여 충격흡수 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼트는 상기 피스톤 방향으로 돌출되어 상기 피스톤의 삽입홈에 삽입 가능한 헤드부를 구비하며, 상기 헤드부의 외주면에 상기 충격흡수링이 결합되는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 충격흡수링은 상기 헤드부의 외주면 전체를 감싸도록 결합되어 상기 압력카트리지의 작동 전 상기 피스톤을 상기 압력카트리지 방향으로 밀어 상기 피스톤이 움직이지 않도록 구속하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 하우징과 상기 실린더 사이의 틈새공간에 결합되는 하우징마개를 포함하며,
    상기 실린더와 상기 하우징마개 사이에 배치되어 상기 피스톤의 실린더 방향 이동이 완료되고 상기 실린더와 상기 피스톤 사이의 공간이 계속 팽창하여 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 압축 변형되면서 충격흡수가 일어나는 금속관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구속부재는 금속체 또는 탄성체로서,
    상기 볼트에 형성되는 삽입구멍에 일부가 삽입된 상태에서 상기 실린더에 의해 나머지 일부가 지지되어 상기 볼트가 상기 실린더의 하부홀에 삽입된 상태를 고정하고, 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 상기 볼트를 고정한 상태를 해제하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
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