KR102046247B1 - 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자기력 가속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치에 관한 것이다. 본 발명의 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치는, 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 배치되고 일방향을 따라 연장되는 한 쌍의 레일과, 상기 한 쌍의 레일과 전기적으로 연결되어 상기 한 쌍의 레일을 서로 다른 극성으로 대전시키는 콘덴서 뱅크와, 상기 한 쌍의 레일 사이에 상기 한 쌍의 레일 각각과 제1 간극을 유지하며 배치되는 전기자(Armature)와, 상기 한 쌍의 레일 중 하나와 제2 간극을 유지하며 배치되는 트리거 전극과, 상기 트리거 전극에 전기적으로 연결되는 트리거 펄스를 포함한다. 상기 트리거 펄스에 의해서 상기 트리거 전극에 고전압이 인가되면, 상기 제2 간극에 스파크가 발생하고, 상기 제1 간극에도 스파크가 발생하여, 상기 전기자에 전류가 흐르고 상기 전기자가 가속된다.

Description

트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치{Electomagnetic accelerator using the trigered spakr gap}

본 발명은 전자기력 가속장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치에 관한 것이다.

전자기력 가속장치는 두개의 평행한 도전성 레일 사이에 전기자(Armature)가 배치되고, 상기 전기자에 전류가 흐를 때 발생하는 로렌츠힘(Lorentz’s force)으로 상기 전기자를 발진시키는 장치이다.

전자기력 가속장치는 레일건(Railgun)에 응용되어 기존의 화포가 가지고 있는 사정거리 및 발사속도의 한계를 극복하고 있다.

트리가트론은 일반적으로 두 개의 마주보는 전극과 트리거 핀으로 구성된다. 이 전극을 각각 고전압 전극과 접지 전극이라 명한다. 트리거 핀은 보통 접지 전극의 중앙에 설치되며 접지 전극으로부터 공기, 액체 유전체 또는 유전성 가스와 같은 절연물로 절연된다. 트리거 핀을 사용하는 목적은 주전극 사이에 인가된 전계의 절연 파괴가 시작될 정도로 왜곡시키는 것이다. 전계의 왜곡은 트리거 갭에서 스파크를 일으켜 작은 방전을 형성함으로써 얻어진다. 이 방전은 자외선 방사와 충격파의 방출에 의해서 수반된다. 짧은 파장의 방사는 전계에서 전자 사태를 일으켜 절연 파괴 채널을 형성하는 전자들을 광전리에 의해 생성한다. 트리거 전극 주위의 작은 영역에서의 수반되는 전계강화는 전자 사태와 결과적인 절연 파괴에 필요한 조건을 제공하는데 도움을 준다.

즉 트리거 방전이 불씨가 되어 주 전극 사이에 주 방전이 일어난다.

선행기술 1 : 공개특허공보 제10-2012-0136010호

선행기술 2 : 공개특허공보 제10-2013-0160501호

선행기술 3 : 공개특허공보 제10-2015-0056601호

선행기술 4 : 공개특허공보 제10-2017-0092199호

본 발명은 전기자와 레일 사이의 마찰을 방지하여 효율을 높일 수 있는 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 다음과 같은 구성을 가진다.

본 발명의 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치는, 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 배치되고 일방향을 따라 연장되는 한 쌍의 레일과, 상기 한 쌍의 레일과 전기적으로 연결되어 상기 한 쌍의 레일을 서로 다른 극성으로 대전시키는 콘덴서 뱅크와, 상기 한 쌍의 레일 사이에 상기 한 쌍의 레일 각각과 제1 간극을 유지하며 배치되는 전기자(Armature)와, 상기 한 쌍의 레일 중 하나와 제2 간극을 유지하며 배치되는 트리거 전극과, 상기 트리거 전극에 전기적으로 연결되는 트리거 펄스를 포함한다. 그리고 상기 트리거 펄스에 의해서 상기 트리거 전극에 고전압이 인가되면, 상기 제2 간극에 스파크가 발생하고, 상기 제1 간극에도 스파크가 발생하여, 상기 전기자에 전류가 흐르고 상기 전기자가 가속된다.

그리고 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치는 상기 레일 사이에 상기 전기자의 전방에 배치되며, 그 측면이 가이드에 의해 지지되는 발사체를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1간극을 콘덴서 뱅크의 대전 전압에 따라 조절할 수 있게 함으로써 대전 전압을 균일하게 전달할 수 있게 하는 것이 가능하다. 이는 대전 전압이 높을 경우 간격을 넓게 하고 대전 전압이 낮을 경우 간격을 좁게 하여 원하는 시점에 발사가 가능하게 하는 것이다. 즉, 간격이 좁은 상태에서 높은 대전 전압을 대전하게 되면 콘덴서 탱크에서 전기를 충전하는 중에 의도치 않게 방전될 수 있어 충분한 발진 에너지를 충족할 수 없게 될 수 있기 때문이다.

그리고 상기 제2간극을 트리거 펄스의 전압 및 콘덴서 뱅크의 대전 전압에 따라 조절할 수 있게 함으로써, 균일한 대전 전압을 전달하는 것이 가능하다.

또한 상기 전기자와 발사체는 일체형으로 구성되어 운동에너지의 손실을 방지하거나 또는 분리형으로 구성되어 공력특성(Aero Dynamics)을 향상시킬 수 있게 하는 것이 가능하다.

본 발명에 따르면, 전기자와 레일 사이의 마찰을 방지하여 전자기력 가속 장치의 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 간극의 조절을 통해 대전 전압이 항시 균일하게 전달될 수 있게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치를 나타내는 개략도.
도 2는 도 1에 도시된 레일과 발사체를 나타내는 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 횡단면을 나타내는 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명은 일정한 사이 간격을 갖고 서로 마주보도록 배치되고 일방향을 따라 연장되는 한 쌍의 레일(10), 한 쌍의 레일(10)과 전기적으로 연결되어 한 쌍의 레일(10)을 서로 다른 극성으로 대전시키는 콘덴서 뱅크(20), 한 쌍의 레일(10) 사이에 한 쌍의 레일(10) 각각과 제1 간극(12)을 유지하며 배치되는 전기자(13, Armature), 한 쌍의 레일(10) 중 하나와 제2 간극(32)을 유지하며 배치되는 트리거 전극(31), 및 트리거 전극(31)에 전기적으로 연결되는 트리거 펄스(30)를 포함한다.

한 쌍의 레일(10) 사이에는 발사체(11)가 배치된다. 발사체(11)는 전기자(13)의 전방에 배치된다. 따라서 전기자(13)에 가해지는 추진력이 발사체(11)에 전달된다. 발사체(11)의 측면은 가이드(14)에 의해서 지지된다.

전자기(13)와 레일(10) 사이의 제1간극(12)을 콘덴서 뱅크(20)의 대전 전압에 따라 조절할 수 있게 함으로써 대전 전압을 균일하게 하는 것이 가능하다.

즉, 대전 전압이 높으면 레일(10)과의 제1간극(12)을 넓게 하고 낮으면 좁게 하는 방식으로 조절하여 원하는 시점에 발사체(11)를 발사할 수 있도록 할 수 있다.

그리고 제2간극(32)을 트리거 펄스(30)의 전압 및 콘덴서 뱅크(20)의 대전 전압에 따라 조절할 수 있게 함으로써 균일한 대전 전압을 전달하는 것이 가능하다.

즉, 대전 전압이 높으면 레일(10)과의 제2간극(32)을 넓게 하고 낮으면 좁게 하는 방식으로 조절하는 것으로써 항시 일정한 대전 전압의 공급이 가능하다.

전기자(13)와 발사체(11)는 일체형으로 구성되어 운동에너지의 손실을 방지하거나 또는 분리형으로 구성되어 공력특성(Aero Dynamics)을 향상할 수 있게 하는 것이 가능하다.

여기서 발사체(11)를 감싸는 가이드(14)는 전기자(13)와는 별도로 발사체(11)가 레일(10)을 따라 이동하며 레일(10)을 벗어날 경우 분리되는 것으로 레일 (10)사이에서 안내하는 기능만을 수행하지만 레일(10) 사이에 전기자(13)와 발사체(11)만을 배치하는 것도 가능하다.

한편 본 발명의 트리거 전극(31)이 한 쌍의 레일(10) 중에서 하나의 일측에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 한 쌍의 트리거 전극(31)이 한 쌍의 레일(10) 각각의 일측에 제1간극(12)의 근처에 배치되는 것도 가능하다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 한 쌍의 레일(10) 사이에 배치되는 전기자(13) 상하면에는 길이 방향으로 리브(13a)가 더 형성될 수 있다. 이는 일방향을 따라 이동하는 전기자(13)를 일정 방향으로 이동되도록 유도하는 기능을 수행하여 발사체(11)를 더욱 효과적으로 안내하기 위함이다.

본 발명은 콘덴서 뱅크(20) 사이에 트리거 전극(31)을 위치시키고, 트리거 전극(31)으로 스파크를 일으켜 작은 방전을 형성함으로써 콘덴서 뱅크(20)에 의해 대전된 주전극으로부터 전기자(13)까지 전기적으로 연결시킨다. 그리고 이때 주전극으로 주변에 발생한 자기장과 전기자(13)를 흐르는 전하에 의한 로렌츠 힘으로 인해 전기자(13)가 레일(10)의 일방향을 따라 이동하게 한다. 제1간극(12)과 제2간극(32)에 의해 전기자(13)와 레일(10)의 마찰이 발생하지 않아서 전자기력 가속 장치의 효율을 높일 수 있다. 또한, 전기자(13)의 가속 조건에 따라, 레일(10)의 수명을 반영구적으로 늘릴 수 있다. 또한, 레일(10) 단부에서 발생하는 대량의 마찰 불꽃 및 아크로 인하여 전자기력 가속장치의 위치가 노출되는 문제를 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 설명하였으나, 이는 본 발명의 기술적 내용에 대한 이해를 돕고자 하는 것일 뿐 발명의 기술적 범위를 이에 한정하고자 함이 아니다.

즉, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않고도 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형이나 개조가 가능함은 물론이고, 그와 같은 변경이나 개조는 청구범위의 해석상 본 발명의 기술적 범위 내에 있음은 말할 나위가 없다.

Claims (4)

1. 일정한 간격을 두고 서로 마주보도록 배치되고 일방향을 따라 연장되는 한 쌍의 레일과,
   상기 한 쌍의 레일과 전기적으로 연결되어 상기 한 쌍의 레일을 서로 다른 극성으로 대전시키는 콘덴서 뱅크와,
   상기 한 쌍의 레일 사이에 상기 한 쌍의 레일 각각과 제1 간극을 유지하며 배치되는 전기자(Armature)와,
   상기 한 쌍의 레일 중 하나와 제2 간극을 유지하며 배치되는 트리거 전극과,
   상기 트리거 전극에 전기적으로 연결되는 트리거 펄스를 포함하며,
   상기 트리거 펄스에 의해서 상기 트리거 전극에 고전압이 인가되면, 상기 제2 간극에 스파크가 발생하고, 상기 제1 간극에도 스파크가 발생하여, 상기 전기자에 전류가 흐르고 상기 전기자가 가속되는 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레일 사이에 상기 전기자의 전방에 배치되며, 그 측면이 가이드에 의해 지지되는 발사체를 더 포함하는 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1간극을 상기 콘덴서 뱅크의 대전 전압에 따라 조절할 수 있도록 구성된 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2간극을 상기 트리거 펄스의 전압 및 상기 콘덴서 뱅크의 대전 전압에 따라 조절할 수 있도록 구성된 트리거 스파크 갭을 적용한 전자기력 가속장치.

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