KR102184337B1

KR102184337B1 - 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법

Info

Publication number: KR102184337B1
Application number: KR1020190124267A
Authority: KR
Inventors: 김산; 김성훈; 하경남; 정남기; 박용인
Original assignee: 주식회사 풍산
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2019-10-08
Publication date: 2020-11-30

Abstract

제안기술은 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로켓보조 곡사포탄의 발사 및 탄도 비행 과정에서 발생되는 정보를 수집하여 로켓보조 곡사포탄의 탄착 사거리를 예측할 수 있는 방법에 관한 발명이다.

Description

로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법{Method for obtaining range of rocket assisted projectile}

일반적으로, 재래식 탄의 탄착 사거리를 측정하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 탄도 계측이 가능한 시험시설에서 사거리 계측 레이더(Range Instrumentation Radar, RIR) 및 도플러 레이더(Doppler Radar)를 이용하거나, 도 4에 도시된 바와 같이 신관(Fuze) 또는 탄 내부에 탄의 궤적을 측정하기 위한 복합항법장치(Global Positioning System, Inertial Navigation System)와 항법정보를 지상에 전송하기 위한 무선통신장치를 장착하여 탄의 궤적을 측정 또는 예측하고 있다.

시험시설에서 사용하는 사거리 계측 레이더의 경우 도 2에 도시된 바와 같이 비, 안개 및 구름 등과 같은 기상조건에 의한 제약이 따르며, 곡사포를 운용하는 야전(Field) 또는 운용부대에서는 사용이 불가능한 문제가 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 레이더의 전파 특성상 계측하고자 하는 탄이 해수면에 탄착할 경우 난반사로 인한 전파교란이 발생하는 문제가 있다.

한편, 복합항법장치를 이용하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이 항법정보(GPS data) 수신 불가 시 사용할 수 없으며, 따라서 도 6에 도시된 바와 같이 항법정보를 전송하는 무선통신장치는 가시거리(Line Of Sight, LOS)가 확보되지 않는 경우 지상에서 데이터 수신이 불가하다.

또한, 탄의 사거리가 증가할 경우 통신 중계 등의 불가피한 부가 요소가 발생하여 시스템의 복잡도(complexity)가 증가되는 문제가 있다.

한국공개특허 제10-2013-0003798호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 로켓보조 곡사포탄의 발사 및 탄도 비행 시 계측 포구초속, 로켓 점화 지연 시간 및 로켓 연소시간 등의 정보를 수집하여 최대 탄도고를 예측하고, 예측된 탄도고를 이용하여 로켓보조 곡사포탄의 사거리를 예측하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법에 있어서,

로켓보조 곡사포탄의 포구초속을 적용하여 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 1차 예측단계; 및

로켓보조 곡사포탄에 장착된 로켓의 연소시간을 적용하여 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 2차 예측단계를 포함한다.

1차 예측단계는,

포로부터 로켓보조 곡사포탄이 발사되는 단계;

로켓보조 곡사포탄의 포구초속이 실시간으로 측정되는 단계;

포구초속이 통신을 통해 탄도계산 컴퓨터로 전달되는 단계;

탄도계산 컴퓨터에서 포구초속을 표준포구초속과 비교하는 단계;

로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

2차 예측단계는,

로켓이 점화되는 단계;

로켓보조 곡사포탄의 내부에 장착된 가속도 센서를 통해 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 측정되는 단계;

로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 무선 신호를 통해 탄도계산 컴퓨터에 전달되는 단계;

탄도계산 컴퓨터에서 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간을 적용하여 탄가속도를 계산하기 위한 추력을 재계산하는 단계;

재계산 된 추력 값을 이용하여 탄가속도를 재계산하는 단계;

재계산 된 추력 값을 이용하여 탄가속도를 재계산하는 단계에서,

탄가속도는 추력, 항력, 양력, 회전, 추력, 중력 및 지구 자전력의 합력에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다.

포구초속은 항력, 양력, 회전 및 추력의 계산에 적용되는 것을 특징으로 한다.

탄도계산 컴퓨터에는 사격제원 산출시스템이 내장되는 것을 특징으로 한다.

사격제원 산출시스템은 기상정보 계산모듈, 사격제원 계산 관리모듈, 사격제원계산 추정모듈 및 탄도 계산모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

탄가속도는 탄도 계산모듈에서 계산되는 것을 특징으로 한다.

로켓이 점화되는 단계에서,

로켓보조 곡사포탄의 발사 시로부터 연소 시작시간 사이인 점화지연 시간이 짧을수록 로켓보조 곡사포탄의 사거리가 증가되는 것을 특징으로 한다.

로켓보조 곡사포탄의 내부에 장착된 가속도 센서를 통해 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 측정되는 단계에서,

로켓 연소시간이 짧을수록 로켓보조 곡사포탄의 사거리가 증가되는 것을 특징으로 한다.

로켓보조 곡사포탄의 포구초속이 실시간으로 측정되는 단계에서,

포구초속은 포의 포탑에 장착되어 있는 포구초속레이더에서 전파된 도플러 신호를 통해 측정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, GPS 정보가 필요하지 않기 때문에 통신 가시거리(Line Of Sight, LOS) 확보를 위한 제약이 적은 효과가 있다.

또한, 로켓이 점화되는 시점(약 10km 이내)에서의 통신만 확보된다면 탄의 사거리 예측이 가능하므로 통신 가시거리(Line Of Sight, LOS) 확보에 대한 부담이 적고, 이에 따라 통신 확보를 위해 필요한 기자재, 운용 인원 및 비용이 감소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 기상 및 탄착점 등의 문제로 레이더 계측이 불확실한 상황에서도 간단한 정보만으로 탄착 사거리를 예측할 수 있는 효과가 있다.

또한, 계측 레이더 시설이 전무한 야전 상황에서도 포구초속, 로켓 점화 지연 시간 및 로켓 연소시간 등의 정보를 이용하여 탄착 사거리를 예측할 수 있으므로 관측소가 없더라도 비교적 정확한 탄착 사거리를 확인할 수 있으며, 사격 간 근/원탄 여부를 예측할 수 있으므로 사격 간 안전 확인에 유용하게 활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 사거리 계측 레이더 및 도플러 레이더를 이용하여 탄의 사거리를 예측하는 경우의 개념도.
도 2는 사거리 계측 레이더 및 도플러 레이더를 이용하여 탄의 사거리 예측 시 구름에 의한 실패 결과 그래프.
도 3은 사거리 계측 레이더 및 도플러 레이더를 이용하여 탄의 사거리 예측 시 레이더 신호의 수면 난반사에 의한 실패 결과 그래프.
도 4는 복합항법장치를 이용하여 탄의 사거리를 예측하는 경우의 개념도.
도 5는 복합항법장치를 이용하여 탄의 사거리 예측 시 GPS 데이터 불량에 의한 실패 결과 그래프.
도 6은 복합항법장치를 이용하여 탄의 사거리 예측 시 지형에 의해 통신 가시거리 확보 불가에 의한 실패 결과 그래프.
도 7은 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측을 위한 사격제원 산출시스템의 개념도.
도 8은 포구초속에 따른 탄착 사거리 개념도.
도 9는 로켓보조 유무에 따른 재래식 곡사포탄과 로켓보조 곡사포탄의 비과시간 비교 그래프.
도 10은 로켓보조 곡사포탄에서 로켓 연소 시간 동안 발생한 추력에 의해 증가된 탄의 속도 그래프.
도 11은 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 개념도.
도 12는 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 시 탄가속도 계산에 적용되는 인자 개념도.
도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측방법에 대한 순서도.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명은 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 로켓보조 곡사포탄의 발사 및 탄도 비행 과정에서 발생되는 정보를 수집하여 로켓보조 곡사포탄의 탄착 사거리를 예측할 수 있는 방법에 관한 발명이다.

도 7에는 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측을 위한 사격제원 산출시스템의 개념도가 도시되어 있다.

자주포 또는 견인포를 이용한 곡사포탄 발사 시에는 발사 고각, 발사 방위각, 신관장입량 등의 사격제원이 필요하며, 원하는 표적에 상기 탄을 탄착하기 위한 사격제원을 산출하기 위해서는 여러 가지 입력 요소가 필요하다.

상기 입력 요소로는 기상정보, 포대위치, 표적위치, 탄종, 장약 및 신관 종류, 표준포구초속, 탄/장약 온도 등이 있으며, 상기 입력 요소는 도 7에 도시된 바와 같이 기상정보 계산모듈, 사격제원 계산 관리모듈, 사격제원계산 추정모듈 및 탄도 계산모듈을 포함하여 구성되는 사격제원 산출시스템 중 해당 모듈에 입력된다.

사격제원이 산출되면 이에 따라 포의 발사 고각 및 발사 방위각을 설정하고 상기 탄을 발사하게 된다. 이때 자주포의 경우 포탑에 장착되어 있는 포구초속레이더(Muzzle Velocity Radar, MVR)에서 포구초속을 측정하여 값을 저장한다.

도 8에는 포구초속에 따른 탄착 사거리 개념도가 도시되어 있다.

상기 탄은 발사 시 결정되는 포구초속에 의해 탄도비행을 하게 되는데 이때 포구초속이 표준포구초속 보다 낮을 경우 최대 탄도고에 미치지 못하게 되며, 이에 따라 짧은 사거리에 탄착된다. 반면에 포구초속이 상기 표준포구초속 보다 높을 경우 최대 탄도고 보다 더 높아지게 되어 더 긴 사거리에 탄착된다.

상기 표준포구초속은 많은 발사시험을 통해 획득된 포구초속의 평균값으로 결정되지만, 실제 운용 시에는 탄/장약의 온도, 포신의 마모도, 탄/장약의 로트(LOT) 등에 따라 포구초속이 변경될 수 있으며, 따라서 발사 전에는 정확한 값을 예측하기 어렵다.

특히, 로켓추진(Rocket Thrust)이 장착된 로켓보조 곡사포탄의 경우 포구초속 뿐만 아니라 로켓추진의 점화지연시간 및 발생추력에 따라 상기 탄의 사거리가 달라지므로 두 가지 요소를 모두 고려하여 정확한 탄착 지점을 예측하는데 한계가 있다.

상기의 문제를 해결하기 위해 종래에는 복합항법장치(GPS, INS) 또는 사거리 계측 레이더(RIR) 등을 이용하였지만, 본 발명에서는 복합항법장치 및 사거리 계측 레이더를 이용하지 않고, 상기 입력 요소 중 하나인 탄가속도의 계산 시 로켓 연소시간을 적용하여 상기 탄의 사거리를 예측하게 된다.

도 9에 도시된 바와 같이 일반적인 재래식 곡사포탄의 경우, 포구초속 이후 탄속이 감소하는 형태를 보인다. 반면에 로켓보조 곡사포탄의 경우, 포구초속 이후 탄속이 감소하다가 로켓이 점화되는 순간 탄속이 급격히 증가되며, 로켓 연소 종료 시 다시 탄속이 감소하는 형태를 보인다.

도 10을 참고하여 로켓이 점화되어 연소되는 과정을 보면 연소 시작시간(

)과 연소 종료시간(

)이 존재한다. 상기 연소 시작시간은 로켓의 점화지연 시간을 의미한다.

상기 탄의 속도는 비과시간 경과에 따라 감소한다. 로켓의 추력에 의한 가속도의 영향은 동일하므로 상기 탄의 발사 시로부터 로켓의 상기 연소 시작시간 사이인 점화지연 시간이 짧게 하여 상기 탄의 속도가 비교적 높은 상태일 때 로켓의 연소를 시작하는 것이 상기 탄의 사거리를 증가시키는 요인이 된다.

또한, 로켓 연소시간(

)이 짧을수록 상기 탄에 미치는 추력 효과가 증가하여 이 또한 상기 탄의 사거리를 증가시키는 요인이 된다.

구체적으로, 로켓 연소시 탄에 적용되는 추력(

)은 아래 수학식 1과 같이 정의할 수 있다.

여기서,

: 장약별 추력보정계수

: 로켓에 의해 발생한 추력(at time t)

: 해수면 기준 표준 대기압(

)

: 로켓의 노즐 면적

상기 탄이 발사되고 비행중 연소되는 로켓에 의해 발생한 추력(

)은 장약마다 차이가 있으며, 실제 발생된 추력과, 대기압, 노즐 면적에 따라 결정되며, 아래의 수학식 2와 같이, 로켓 점화지연과 로켓 점화종료 시간의 차이에 반비례하는 관계로 정의할 수 있다.

여기서,

: 기준추력

: 로켓 점화지연 기준시간

: 로켓 점화종료 기준시간

: 로켓 점화지연 시간

: 로켓 점화종료 시간

따라서 로켓보조 곡사포탄의 발사 시 포구초속 이외에 로켓의 연소 시작시간(

) 및 로켓 연소 시간(

)을 실시간으로 확인 할 수 있다면 상기 탄의 탄착 시 까지의 탄 궤적을 추적하지 않아도 초기 예측한 상기 탄의 사거리 대비 근/원탄 여부 뿐만 아니라 탄착 사거리를 미리 예측할 수 있게 된다.

도 11에는 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 개념도가 도시되어 있고, 도 12에는 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 시 탄가속도 계산에 적용되는 인자 개념도가 도시되어 있다.

먼저 포(2)에서 상기 탄이 발사되면, 상기 포(2)의 포탑에 장착되어 있는 포구초속레이더(4)에서 전파된 도플러 신호를 통해 상기 탄(6)의 포구초속이 실시간으로 측정된다.

상기 포구초속레이더(4)에서 측정된 포구초속은 유/무선 통신을 통해 탄도계산 컴퓨터(8)로 전달된다. 상기 사격제원 산출시스템은 상기 탄도계산 컴퓨터(8)에 내장된다.

상기 포구초속을 표준포구초속과 비교하여 상기 탄(6)의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 1차적으로 예측하게 된다.

상기 포구초속레이더(4)에서 측정된 상기 포구초속은 상기 탄도 계산모듈에도 입력되어 상기 탄도 계산모듈에 입력되는 입력 요소 중 하나인 탄가속도의 계산 시에도 적용된다.

상기 탄가속도는 항력, 양력, 회전, 추력, 중력 및 지구 자전력의 합력에 의해 계산되며, 상기 포구초속은 상기 항력, 상기 양력, 상기 회전 및 상기 추력의 계산 시 적용된다.

상기 탄(6)이 발사되고 일정 시간 이후 로켓이 점화되면 상기 탄(6)의 내부에 장착된 가속도 센서를 통해 측정된 상기 로켓의 연소 시작시간(

)과 연소 종료시간(

)이 측정된다.

상기 로켓의 연소 시작시간(

)과 연소 종료시간(

)은 무선 신호를 통해 상기 탄도 계산모듈에 입력되며, 상기 탄가속도를 계산하기 위한 상기 추력의 계산 시 적용하게 된다.

상기 탄도계산 컴퓨터(8)는 상기 로켓의 연소 시작시간(

)과 연소 종료시간(

)을 적용하여 상기 추력의 값을 재계산하게 된다.

상기 탄도계산 컴퓨터(8)는 재계산 된 상기의 추력 값을 이용하여 상기 탄가속도를 재계산함으로써 상기 탄(6)의 최대 탄고도 및 탄착 사거리를 2차적으로 예측하게 된다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 따른 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측방법을 순서도화하여 도시하면 도 13 내지 15와 같다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

2 : 포
4 : 포구초속레이더
6 : 로켓보조 곡사포탄
8 : 탄도계산 컴퓨터

Claims

로켓보조 곡사포탄의 사거리를 예측하기 위한 방법에 있어서,
상기 로켓보조 곡사포탄의 포구초속을 적용하여 상기 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 1차 예측단계; 및
상기 로켓보조 곡사포탄에 장착된 로켓의 연소시간을 적용하여 상기 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 2차 예측단계;를 포함하고,
상기 1차 예측단계는,
포로부터 상기 로켓보조 곡사포탄이 발사되는 단계;
상기 로켓보조 곡사포탄의 포구초속이 실시간으로 측정되는 단계;
상기 포구초속이 통신을 통해 탄도계산 컴퓨터로 전달되는 단계;
상기 탄도계산 컴퓨터에서 상기 포구초속을 표준포구초속과 비교하는 단계;
상기 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 단계;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
삭제
제1항에 있어서,
상기 2차 예측단계는,
상기 로켓이 점화되는 단계;
상기 로켓보조 곡사포탄의 내부에 장착된 가속도 센서를 통해 상기 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 측정되는 단계;
상기 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 무선 신호를 통해 상기 탄도계산 컴퓨터에 전달되는 단계;
상기 탄도계산 컴퓨터에서 상기 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간을 적용하여 탄가속도를 계산하기 위한 추력을 재계산하는 단계;
상기 재계산 된 추력 값을 이용하여 상기 탄가속도를 재계산하는 단계;
상기 로켓보조 곡사포탄의 최대 탄도고 및 탄착 사거리를 예측하는 단계;를 포함하는 것
을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제3항에 있어서,
상기 재계산 된 추력 값을 이용하여 상기 탄가속도를 재계산하는 단계에서,
상기 탄가속도는 상기 추력, 항력, 양력, 회전력, 중력 및 지구 자전력의 합력에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제4항에 있어서,
상기 재계산 된 추력 값을 이용하여 상기 탄가속도를 재계산하는 단계에서,
상기 포구초속은 상기 항력, 상기 양력, 상기 회전력 및 상기 추력의 계산에 적용되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제3항에 있어서,
상기 탄도계산 컴퓨터에는 사격제원 산출시스템이 내장되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제6항에 있어서,
상기 사격제원 산출시스템은 기상정보 계산모듈, 사격제원 계산 관리모듈, 사격제원계산 추정모듈 및 탄도 계산모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제7항에 있어서,
상기 탄가속도는 상기 탄도 계산모듈에서 계산되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제3항에 있어서,
상기 로켓이 점화되는 단계에서,
상기 로켓보조 곡사포탄의 발사 시로부터 상기 연소 시작시간 사이인 점화지연 시간이 짧을수록 상기 로켓보조 곡사포탄의 사거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제3항에 있어서,
상기 로켓보조 곡사포탄의 내부에 장착된 가속도 센서를 통해 상기 로켓의 연소 시작시간과 연소 종료시간이 측정되는 단계에서,
상기 로켓 연소시간이 짧을수록 상기 로켓보조 곡사포탄의 사거리가 증가되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.
제1항에 있어서,
상기 로켓보조 곡사포탄의 포구초속이 실시간으로 측정되는 단계에서,
상기 포구초속은 상기 포의 포탑에 장착되어 있는 포구초속레이더에서 전파된 도플러 신호를 통해 측정되는 것을 특징으로 하는 로켓보조 곡사포탄의 사거리 예측 방법.