KR102291409B1 - 논-뉴턴 유체와 mr 유체를 이용한 방탄구조 - Google Patents

Abstract

방탄구조가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조는, 전면 방탄부 및 전면 외의 나머지 영역의 방탄구조를 둘러싸는 하우징을 갖는 방탄구조로서, 전면 방탄부 측에 위치하는 적어도 둘의 유체층들, 적어도 둘의 유체층들을 사이에 위치하는 중간층, MR 유체의 점성 레벨을 결정하도록, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 코일 세트 및 전면 방탄부로부터 진입하는 피탄에 의한 충격이 감지되면, 코일 세트의 자기장을 조절하는 적어도 하나의 센서 박스를 포함한다.

Description

논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조{BULLETPROOF STRUCTURE USING NON-NEWTONIAN FLUID AND MR FLUID}

본 발명은 논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조에 관한 것이다.

현재의 방탄개념은 케플라 합성섬유와 세라믹 혹은 합금판 등의 조합으로 이루어져 폭발에 의한 순간적인 압력으로부터 피보호 대상을 물리적으로 보호하는 역할을 한다. 이때 순간적인 압력에 의해 발생된 충격에너지는 충분히 분산시키지 못하기 때문에, 플랫폼에는 큰 충격에 의한 내부 전자장비 및 소규모 구성품의 파손을, 인체에는 타박상 및 내상을 일으켜 중대한 피해를 입히게 된다. 이러한 이유로 충격을 충분히 분산시켜 플랫폼 및 인체를 보호하여 생존성을 높여주는 새로운 방탄 구조가 제시될 필요가 있다.

한국등록특허 제10-1404591호와 같이, 종래에는 전단농화유체(비뉴턴-체)를 섬유조직에 함침하여 외부에서 급격한 충격이 가해지면 액상에서 고상으로 상변화가 일어나 딱딱해지면서 외부충격이 내부로 침투하는 것을 방지하는 역할을 수행하였다.

그런데, 이러한 방탄재의 경우 섬유조직에 비뉴턴유체를 함침하여 외부로부터 내부로 들어오는 침투를 억제하는 것에 국한된다는것에 큰 제약이 따른다. 침투는 막아낼 수 있지만 이에 따른 순간적인 흡수 역할은 미미하여 플랫폼 및 인체에 분산되지 못한 충격에너지가 전달되어 중대한 피해를 끼칠 수 있다.

본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 기존 비뉴턴유체의 방탄재보다 높은 충격 분산 능력을 가질 수 있는 논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조를 구현하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 충격 분산을 통해 합금판과 같은 금속 소재의 적용 비율을 줄여 플랫폼 및 인체용 방탄의 경량화를 도모할 수 있는 논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조를 구현하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전류 제어를 통해 MR 유체의 충격 흡수량을 조절하여, 방위 산업 적용 시 전투 수준에 따른 방탄 규모를 즉각적으로 대응할 수 있는 논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조를 구현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조는 전면 방탄부 및 전면 외의 나머지 영역의 방탄구조를 둘러싸는 하우징을 갖는 방탄구조로서, 전면 방탄부 측에 위치하는 적어도 둘의 유체층들, 적어도 둘의 유체층들을 사이에 위치하는 중간층, MR 유체의 점성 레벨을 결정하도록, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 코일 세트 및 전면 방탄부로부터 진입하는 피탄에 의한 충격이 감지되면, 코일 세트의 자기장을 조절하는 적어도 하나의 센서 박스를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 논-뉴턴 유체와 MR 유체를 이용한 방탄구조의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 기존 비뉴턴유체의 방탄재보다 높은 충격 분산 능력을 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 본 발명은 충격 분산을 통해 합금판과 같은 금속 소재의 적용 비율을 줄여 플랫폼 및 인체용 방탄의 경량화를 도모할 수 있다.

또한, 본 발명은 전류 제어를 통해 MR 유체의 충격 흡수량을 조절하여, 방위 산업 적용 시 전투 수준에 따른 방탄 규모를 즉각적으로 대응할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 예시적인 구조이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 내부 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 분해도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 조립도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

본 발명은 논-뉴턴(non-newton) 유체를 이용한 피탄 침투 억제 및/또는 MR 유체를 이용한 충격 분산을 이용하는 방탄 구조에 관련된 것이다.

논-뉴턴 유체는 응력과 무관하게 일정한 점도를 따르지 않는 유체이며, 전단율(shear rate)이 증가할수록 점도(viscosity)가 증가하는 특성을 갖는다. 이러한 특성은 딜라턴트(dilatant) 유동이라하며, 이러한 특성을 이용하면 논-뉴턴 유체로의 순간적인 피탄의 침투는 전단율 증가를 야기시킨다. 그리고, 야기된 전단율의 증가는 논-뉴턴 유체의 점도 증가로 이어져 피탄 침투를 억제할 수 있다. 그리고, 피탄의 속도가 저하되면 논-뉴턴 유체의 점도가 저하되어 액체에 가까워지므로, 피탄을 쉽게 제거할 수 있다. 참고로, 피탄 제거의 용이성은 방탄구조의 유지보수와 밀접한 관련이 있다.

MR 유체는 미크론 크기의 자성 입자를 특정 용매에 분산시킨 유체를 말한다. 이는 전류에 의해 발생되는 자기장의 세기와 자속밀도의 변화에 따라 점도가 변화하는 특성을 갖는다. 이러한 MR 유체의 특징을 활용함면, 외부에서 도달하는 충격을 분산시켜 감쇄(damping) 효과를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 효과를 방위사업에 접목하면, 다양한 복합 환경 및 전장 상황에서, 외부의 충격을 흡수하는 목적으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 예시적인 구조이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 내부 단면도이다.

방탄구조는 전면 방탄부(100), 유체층(들)(200, 400), 중간층(300), 코일 세트(500), 센서 박스(600), 및/또는 하우징(700)을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 방탄구조는 전면 방탄부(100) 및 전면 외의 나머지 영역의 방탄구조를 둘러싸는 하우징(700)을 갖는다. 전면 방탄부(100)는 피탄에 의한 외부 충격이 1차적으로 가해지는 부위이다. 전면 방탄부(100)는 합금판, 세라믹 합성 섬유 등 종래의 일반적인 방탄소재가 사용될 수 있다. 또한, 전면 방탄부(100)는 논-뉴턴 유체(또는 논-뉴턴 유체층(200))이 외부에 드러나지 않도록 덮도록 배치된다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 전면 방탄부(100)는 방탄구조의 일 면으로서, 하우징(700)의 조립을 위한 개방 영역을 완전히 덮도록 설치된다. 즉, 전면 방탄부(100)는 피탄에 의한 외부 충격이 1차적으로 가해지는 부위로서 충격의 1차적 완화물로서의 기능 뿐만 아니라 방탄 구조의 하우징(700) 요소로서의 기능도 수행한다.

일 실시예에서, 유체층들은 전면 방탄부(100) 측에 위치할 수 있다. 여기서, 방탄구조는 적어도 둘의 유체층들을 가질 수 있다. 일 예로, 유체층들은 논-뉴턴 유체층(200), MR 유체층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

MR 유체층은 구성요소로서 MR 유체를 갖는 하나의 층을 지칭한다. MR 유체층은 MR 유체의 특성에 따라, 자성에 의해 점성이 변화되는 유체로서, 외부로부터 전해지는 충격을 흡수 또는 분산시킬 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따른 방탄구조는 MR 유체층을 통해 피탄에 의한 충격을 넓게 분산시킬 수 있다.

논-뉴턴 유체층(200)은 구성요소로서 논-뉴턴 유체를 갖는 하나의 층을 지칭한다. 논-뉴턴 유체층(200)은 논-뉴턴 유체의 특성에 따라, 보통의 경우(즉, 외부의 영향이 없는 상태)에서는 점성을 띄는 유체이나, 외부로부터 충격을 흡수하면 경화되는 특성이 있다.

일 실시예에서, 적어도 둘의 유체층들을 사이에서는 중간층(300)이 위치할 수 있다. 일 예로, 중간층(300)은 논-뉴턴 유체층(200)과 MR 유체층 사이에 위치할 수 있다. 즉, 중간층(300)은 논-뉴턴 유체층(200)과 MR 유체층을 서로 구분하는 경계로서의 기능을 갖는다. 본 명세서에서, '중간층(300)'은 '가림판'으로도 상호혼용될 수 있다.

일 실시예에서, 적어도 둘의 유체층들과 그러한 유체층들을 마주보는 하우징(700)의 일 면 사이에 코일 세트(500) 및/또는 센서 박스(600)가 배치될 수 있다.

코일 세트(500)는 MR 유체의 점성 레벨을 결정하도록, 전류가 인가되면 자기장을 발생시킬 수 있다. 코일 세트(500)는 경우에 따라서 2 이상이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 일 예로, 2 이상의 코일 세트(500)들은 자기장의 진행 방향(도 2 참조)으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

센서 박스(600)는 전면 방탄부(100)로부터 진입하는 피탄을 감지하여 코일 세트(500)의 자기장을 조절할 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따른 방탄구조는 센서 박스(600)를 통해 감지되는 센싱 정보들에 기초하여 피탄에 의한 충격량을 계측할 수 있다.

일 실시예에서, 코일 세트(500) 및 센서 박스(600)는 적어도 둘의 유체층들 중 전면 방탄부(100)로부터 더 멀어지는 어느 하나와 하우징(700) 사이에 배치될 수 있다. 하우징(700)은 코일 세트(500)를 외부 환경과 구분지을 수 있다. 또한, 하우징(700)은 충격을 감지하기 위한 적어도 하나의 추가 센서를 더 포함할 수도 있다.

한편, 하우징(700)은 적어도 둘의 유체층들 각각에 인접한 적어도 하나의 구역에 적어도 하나의 종류의 유체를 주입하기 위한 주입구를 가질 수 있다. 여기서 주입구들은 유체층의 종류 별로 하우징(700)의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, MR 유체 주입구(도 4의 900)는 MR 유체층의 측면 가장자리에 인접하여 형성될 수 있으며, 그러한 MR 유체 주입구(도 4의 900)에 MR 유체가 주입됨으로써 MR 유체층이 제조될 수 있다. 다른 예를 들어, 논-뉴턴 유체 주입구(도 4의 1000)는 논-뉴턴 유체층(200)의 측면, 그러한 논-뉴턴 유체 주입구(도 4의 1000)에 논-뉴턴 유체가 주임됨으로써 논-뉴턴 유체층(200)이 형성될 수 있다.

또한, 하우징(700)은 다른 방탄구조와 서로 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 블럭(도 4의 800)을 더 포함할 수 있다. 2 이상의 방탄구조들은 그러한 적어도 하나의 연결 블럭(도 4의 800)을 서로 결합시킴으로써, 방탄구조를 적용할 수 있는 시스템의 규모에 따라 복수개의 방탄구조를 연결하여 하나로 결합된 대형 방탄구조를 만들 수도 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 분해도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조의 조립도이다. 한편, 도 1 및 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 부분은 생략한다.

하우징(700)은 방탄구조를 구성하는 하나 이상의 요소들을 수용할 수 있도록 제공된다. 예를 들어, 하우징(700)은 전면 방탄부, 논-뉴턴 유체층(200), 중간층(300), MR 유체층(400), 코일 세트(500), 및/또는 센서 박스(600)를 중 적어도 하나를 그러한 하우징(700)의 수용 공간에 수용할 수 있다.

일 실시예에서 하우징(700)에 수용되는 하나 이상의 층 구조는 소정의 순서대로 배열될 수 있다. 도 2을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조는, 센서박스, 코일 세트(500), MR 유체층(400), 중간층(300), 논-뉴턴 유체층(200), 그리고 전면방탄부 순서대로 층 구조의 하나 이상의 요소들을 수용하도록 설계된다. 한편, 본 발명의 기술적 사상은 도 2를 통해 예시된 순서만으로 한정해석될 것이 아니다.

하우징(700)은 적어도 둘의 유체층들 각각에 인접한 적어도 하나의 구역에 적어도 하나의 종류의 유체를 주입하기 위한 주입구(900,1000)를 가질 수 있다. 여기서 주입구들은 유체층의 종류 별로 하우징(700)의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 예를 들어, MR 유체 주입구(900)는 MR 유체층(400)의 측면 가장자리에 인접하여 형성될 수 있으며, 그러한 MR 유체 주입구(900)에 MR 유체가 주입됨으로써 MR 유체층(400)이 제조될 수 있다. 다른 예를 들어, 논-뉴턴 유체 주입구(1000)는 논-뉴턴 유체층(200)의 측면, 그러한 논-뉴턴 유체 주입구(1000)에 논-뉴턴 유체가 주임됨으로써 논-뉴턴 유체층(200)이 형성될 수 있다. 즉, 주입구들의 위치는, 방탄구조를 구성하는 논-뉴턴 유체층(200)과 MR 유체층(400)의 배치에 따라 상응하도록 변경될 수 있다.

또한, 하우징(700)은 그 외벽에 다른 방탄구조와 서로 연결하기 위한 적어도 하나의 연결 블럭(800)을 더 포함할 수 있다.

전면 방탄부는 방탄구조의 조립을 위해 하우징(700)의 일면에 형성된 개방 영역을 완전히 덮도록 제공되며, 이처럼, 하우징(700)을 폐쇠하기 위하여 다른 요소들이 모두 수용된 이후에 마지막으로 배치된다. 즉, 다른 요소들을 하우징(700)과 함꼐 둘러싸는 형태로 제공된다.

논-뉴턴 유체층(200) 및/또는 MR 유체층(400)은 전면방탄부와 코일 세트(500) 사이에 배열된다. 그들은 전면 방탄부를 통과하여 입사되는 피탄 및 그로 인한 충격을 완화하거나 분산시키기 위한 것으로서, 전면 방탄부와 인접하도록 배치될 수 있다. 그리고, 논-뉴턴 유체층(200)과 MR 유체층(400)을 구분하기 위한 중간층(300)이 그 사이에 배치된다.

코일 세트(500)는 MR 유체층(400)과 바로 인접하여 배치된다. 이는, 코일 세트(500)에서 발생되는 자기장에 따라 MR 유체의 점성이 변화하기 때문이다. 이러한 목적의 달성을 위해서, 센서박스 또한 코일 세트(500)와 인접하게 배치된다. MR 유체층(400)-코일 세트(500)- 센서 박스(600) 순서대로 구성되는 구조를 통해, 피탄에 의한 충격이 센서 박스(600)를 통해 감지되면, 우선 센서 박스(600)가 코일 세트(500)의 자기장을 조절하고, 그러한 자기장의 변화에 따라 MR 유체층(400)의 점성이 변화하는 것이다.

이처럼, 효과적인 충격 분산의 능력을 달성하기 위해서 본 발명의 일 실시예에 따른 방탄구조는 전술한 구조를 갖는다. 이에 따라, 종래의 방탄구조에서 많이 사용되던 합금판과 같은 금속 소재의 적용 비율이 줄어들고, 플랫폼 및 인체용 방탄이 경량화 될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 방탄구조는 전류 제어를 통해 MR 유체의 충격 흡수량을 조절할 수 있으므로, 방위 산업 적용 시에 전투 수준에 따른 방탄 규모를 즉각적으로 대응할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 전면 방탄부는, 그러한 구역 또는 영역에 제공되는 하나 이상의 층으로 실현될 수도 있다. 이때, 하나 이상의 층들은 전면 방탄층으로 지칭될 수 있다.

따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (11)

1. 전면 방탄부 및 전면 외의 나머지 영역의 방탄구조를 둘러싸는 하우징을 갖는 방탄구조에 있어서,
   전면 방탄부 측에 위치하는 적어도 둘의 유체층들;
   적어도 둘의 유체층들 사이에 위치하는 중간층;
   MR 유체의 점성 레벨을 결정하도록, 전류가 인가되면 자기장을 발생시키는 코일 세트; 및
   전면 방탄부로부터 진입하는 피탄에 의한 충격이 감지되면, 코일 세트의 자기장을 조절하는 적어도 하나의 센서 박스;
   를 포함하는, 방탄구조.
2. 제1항에 있어서,
   유체층들은 논-뉴턴 유체층, MR 유체층 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
3. 제2항에 있어서,
   MR 유체층은 자성에 의해 점성이 변화되는 유체인 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
4. 제2항에 있어서,
   MR 유체층은 외부로부터 전해지는 충격을 흡수 또는 분산하도록 제공되는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
5. 제2항에 있어서,
   논-뉴턴 유체층은 점성을 띄는 유체이나, 그 외부로부터 충격을 흡수하면 경화되는 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
6. 제2항에 있어서,
   중간층은 비뉴턴 유체층과 MR 유체층 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
7. 제1항에 있어서,
   코일 세트 및 센서 박스는 적어도 둘의 유체층들과 그러한 유체층들을 마주보는 하우징의 일 면 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
8. 제1항에 있어서,
   하우징은 코일 세트를 외부 환경과 분리시키는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
9. 제1항에 있어서,
   하우징은 충격을 감지하기 위한 적어도 하나의 추가 센서를 더 포함할 수 있는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
10. 제1항에 있어서,
    하우징은 적어도 둘의 유체층들 각각에 인접한 적어도 하나의 구역에 적어도 하나의 종류의 유체를 주입하기 위한 주입구를 갖는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
11. 제1항에 있어서,
    하우징은 다른 방탄구조와 서로 연결하기 위한 적어도 하나의 연결블럭을 갖는 것을 특징으로 하는, 방탄구조.
    

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