KR102425163B1

KR102425163B1 - 로켓용 음파 생성 구조물, 그것을 포함하는 로켓 및 로켓의 비행 궤적 측정 시스템

Info

Publication number: KR102425163B1
Application number: KR1020220034019A
Authority: KR
Inventors: 김문기; 김선범
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2022-07-27

Abstract

본 발명은 로켓의 노즈콘(nose cone) 부를 둘러싸며 상기 노즈콘 부의 둘레에 이격되어 장착되는 덕트 부재 및 상기 덕트 부재의 후단으로부터 이격되어 상기 로켓의 둘레에 장착되는 공명 부재를 포함하고, 상기 덕트 부재와 상기 노즈콘 부 간을 통과한 공기가 상기 공명 부재와 상기 로켓 간에 형성된 공명홈을 통해 공명하여 음파를 생성하는 것을 특징으로 하는 로켓용 음파 생성 구조물로서, 본 발명에 의하면, 기존과 달리 로켓에 장착되어 고주파를 발생시킴으로써 로켓의 비행 궤적 추적이 가능하게 한다.

Description

로켓용 음파 생성 구조물, 그것을 포함하는 로켓 및 로켓의 비행 궤적 측정 시스템{SOUND WAVE GENERATING STRUCTURE FOR ROCKET, THE ROCKET INCLUDING SAME AND ROCKET FLIGHT TRAJECTORY MEASUREMENT SYSTEM}

본 발명은 고속 로켓의 비행 궤적 측정을 위해 로켓에 장착되는 음파 생성 구조물 및 로켓의 비행 궤적 측정 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 고속 로켓의 비행 궤적 측정을 위해서는 레이더를 사용해 전파의 반사를 통해 비행 궤적을 측정해오고 있다.

그러나 소형의 고속 로켓의 경우 RCS(Radar Cross Section)의 크기가 작아, 레이더의 반사를 통해 비행 궤적을 측정하는 것이 어려우며, 또 그 크기의 한계로 인해 내부에 INS(Inertial Navigation System) 또는 GPS(Global Positioning System)을 이용해 비행 궤적을 측정하는 것 또한 어려움이 있다.
본 발명에 관한 선행기술로서, 국제공개공보 WO2012/001415(2012.01.05.)와 중국특허공개공보 112620058(2021.04.09.)이 개시된 바 있다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

국제공개공보 WO2012/001415(2012.01.05.) 중국특허공개공보 112620058(2021.04.09.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 기존과 달리 로켓에 장착되어 고주파를 발생시킴으로써 로켓의 비행 궤적 추적이 가능하게 하는 로켓용 음파 생성 구조물 및 그것을 포함하는 로켓, 로켓의 비행 궤적 측정 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 로켓용 음파 생성 구조물은, 로켓의 노즈콘(nose cone) 부를 둘러싸며 상기 노즈콘 부의 둘레에 이격되어 장착되는 덕트 부재 및 상기 덕트 부재의 후단으로부터 이격되어 상기 로켓의 둘레에 장착되는 공명 부재를 포함하고, 상기 덕트 부재와 상기 노즈콘 부 간을 통과한 공기가 상기 공명 부재와 상기 로켓 간에 형성된 공명홈을 통해 공명하여 음파를 생성하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 덕트 부재는 상기 노즈콘 부와 이격되어 형성된 인렛(inlet)과 아웃렛(outlet) 중 상기 로켓의 길이 방향을 기준으로 전방의 인렛의 단면적이 후방의 아웃렛의 단면적보다 큰 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공명 부재는 전단부가 상기 로켓의 외면과 이격되어 상기 공명홈이 형성되고, 후단부는 상기 로켓의 외면에 접하여 장착된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 공명 부재는 상기 전단부로부터 상기 후단부로 갈수록 외경이 작아지는 형상인 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 덕트 부재의 단면 형상은 익형(airfoil)인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 덕트 부재는 상기 로켓의 길이 방향을 기준으로 전방부는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 커지는 형상이며, 후방부는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 작아지는 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 전방부의 길이가 상기 후방부의 길이보다 짧은 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 상기 로켓의 직경을 D라 할 때, 상기 인렛의 직경 D_inlet의 크기는 1.10 < D_inlet/D < 1.15 인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 아웃렛의 직경 D_outlet의 크기는 1.05 < D_outlet/D < 1.10 인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 덕트 부재의 길이 H_duct는 0.5 < H_duct/D < 1.0 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 관점에 의한 로켓은 상기의 로켓용 음파 생성 구조물이 장착된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명은 상기의 로켓용 음파 생성 구조물, 상기 로켓용 음파 생성 구조물이 장착된 로켓 및 비행하는 상기 로켓으로부터 발생된 음파를 수신하여, 수신된 음파로부터 상기 로켓의 위치 및 비행 궤적을 측정하는 복수 개의 음향측정소를 포함하는 로켓의 비행 궤적 측정 시스템을 포함한다.

본 발명의 음파 생성 구조물에 의하면, 레이더와 INS, GPS를 모두 사용하기 어려운 작은 크기의 고속 로켓의 궤적 측정을 보다 용이하게 할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 로켓의 노즈콘 부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 음파 생성 구조물이 장착된 로켓을 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 단면 형상을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 로켓의 비행 궤적 측정 개념을 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 종래 일반적인 로켓의 노즈콘 부를 도시한 것이다. 그리고, 도 2는 본 발명의 음파 생성 구조물이 장착된 로켓을 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 단면 형상을 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 로켓용 음파 생성 구조물, 그것을 포함하는 로켓 및 로켓의 비행 궤적 측정 시스템을 설명하기로 한다.

종래의 고속 로켓(1)은 도 1과 같이 매끄러운 원추형상의 노즈콘(nose cone)을 가진다.

본 발명에서는 도 2와 같이 로켓(10)의 원뿔형 선단 부분인 유선형의 노즈콘(nose cone) 부 둘레에 로켓용 음파 생성 구조물을 장착함으로써, 이를 통해 생성되는 고주파음을 음향측정소(receiver)가 측정함으로써 로켓의 비행 궤적을 측정하기 위한 것이다.

음파 생성 구조물은 대략 원통형 덕트(duct) 형상의 덕트 부재(110)와 원뿔대 형상의 공명 부재(120)를 포함한다.

먼저, 덕트 부재(110)는 노즈콘 부의 직경보다 큰 외경 및 내경으로 노즈콘 부를 둘러싸며, 노즈콘 부의 둘레에 이격되어 장착된다. 대략적으로 노즈콘 부의 후미에 근접하여 장착되는 것이 바람직하다.

그리고, 덕트 부재(110)는 wing shape, 즉 익형(airfoil)을 적용하여 덕트 부재(110)의 설치로 발생하는 추가 저항을 최소화할 수 있게 한다.

이러한 익형 구조를 위해 덕트 부재(110)는 로켓(10)을 기준으로 전방에 해당하는 전방부(111)와 전방부(111)보다 후방에 해당하는 후방부(112)로 구분될 수 있다.

그래서, 전방부(111)는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 커지는 형상일 수 있고, 후방부(112)는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 작아지는 형상일 수 있다.

그리고, 전방부(111)의 길이가 후방부(112)의 길이보다 더 짧은 것이 바람직하다.

덕트 부재(110)는 노즈콘 부와 이격됨으로써 전방부(111)와 노즈콘 부 간에 인렛(111-1)이 형성되고, 후방부(112)와 노즈콘 부 간에 아웃렛(112-1)이 형성된다.

특히, 인렛(111-1)의 단면적이 아웃렛(111-2)의 단면적보다 크게 형성된다.

다음, 공명 부재(120)는 위와 같은 덕트 부재(110)보다 후방의 로켓(10)의 둘레에 덕트 부재(110)와 이격되어 장착된다.

공명 부재(120)는 도시와 같이 역원뿔대 형상으로서 전단부로부터 후단부로 갈수록 외경이 작아지는 형상을 가진다.

그리고, 전단부는 로켓(10)의 외면과 이격되어 전면이 개방되며, 후단부는 로켓(10) 외면에 접하도록 장착된다. 즉, 전면에 로켓(10)과 사이에 공명홈이 형성된다.

본 발명의 음파 생성 구조물은 이와 같은 덕트 부재(110)와 공명 부재(120)에 의해 고속 비행으로 인하여 공기의 흐름이 덕트 부재(110)의 인렛(111-1, inlet)에서 아웃렛(112-1, outlet)으로 빠져나갈 때, 공명 부재(120)의 개방된 공명홈과 공명하여 고주파음을 발생시키게 된다. 이러한 고속 유동에서의 고주파음의 발생 원리는 Hartmann whistle 등에서 규명된 바 있다.

이 같은 고주파음이 보다 효과적으로 발생되게 하기 위해 다음과 같이 제원을 고려할 필요가 있다.

즉, 로켓 동체의 직경을 D라 할 때, 고속 로켓의 덕트 부재(110)의 저항을 고려하여 인렛(111-1)의 직경 D_inlet의 크기는 1.10 < D_inlet/D < 1.15로, 아웃렛(121-1)의 직경인 D_outlet의 크기는 1.05 < D_outlet/D < 1.10인 것이 바람직하다.

또한 인렛(111-1)과 아웃렛(121-1) 간의 거리(H_duct)는 0.5 < H_duct/D < 1.0 사이를 가지게 하며, 공명 부재(120)의 원뿔대 형상 및 공명홈의 형상은 로켓 형상 및 설계 속력에 맞추어 결정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 로켓의 비행 궤적 측정 개념을 도시한 것이다.

위치가 정해진 다수의 음향측정소(Receiver 1~4)에서 소형 고속 로켓(10)에서 본 발명의 음파 생성 구조물에 의해 발생되는 특정 고주파음을 측정하고, 음속과 음향측정소의 위치관계를 이용하여 소형 고속 로켓의 위치 및 비행 궤적을 측정할 수가 있다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

110 : 덕트 부재
111 : 전방부
111-1 : 인렛
112 : 후방부
112-1 : 아웃렛
120 : 공명 부재

Claims

로켓의 노즈콘(nose cone) 부를 둘러싸며 상기 노즈콘 부의 둘레에 이격되어 장착되는 덕트 부재; 및
상기 덕트 부재의 후단으로부터 이격되어 상기 로켓의 둘레에 장착되는 공명 부재를 포함하고,
상기 덕트 부재와 상기 노즈콘 부 간을 통과한 공기가 상기 공명 부재와 상기 로켓 간에 형성된 공명홈을 통해 공명하여 음파를 생성하는 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 1에 있어서,
상기 덕트 부재는 상기 노즈콘 부와 이격되어 형성된 인렛(inlet)과 아웃렛(outlet) 중 상기 로켓의 길이 방향을 기준으로 전방의 인렛의 단면적이 후방의 아웃렛의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 2에 있어서,
상기 공명 부재는 전단부가 상기 로켓의 외면과 이격되어 상기 공명홈이 형성되고, 후단부는 상기 로켓의 외면에 접하여 장착된 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 3에 있어서,
상기 공명 부재는 상기 전단부로부터 상기 후단부로 갈수록 외경이 작아지는 형상인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 2에 있어서,
상기 덕트 부재의 단면 형상은 익형(airfoil)인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 2에 있어서,
상기 덕트 부재는 상기 로켓의 길이 방향을 기준으로 전방부는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 커지는 형상이며, 후방부는 전단으로부터 후단으로 갈수록 외경이 작아지는 형상인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 6에 있어서,
상기 전방부의 길이가 상기 후방부의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 2에 있어서,
상기 로켓의 직경을 D라 할 때, 상기 인렛의 직경 D_inlet의 크기는 1.10 < D_inlet/D < 1.15 인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 8에 있어서,
상기 아웃렛의 직경 D_outlet의 크기는 1.05 < D_outlet/D < 1.10 인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 9에 있어서,
상기 덕트 부재의 길이 H_duct는 0.5 < H_duct/D < 1.0 인 것을 특징으로 하는,
로켓용 음파 생성 구조물.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 로켓용 음파 생성 구조물이 장착된 것을 특징으로 하는 로켓.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항의 로켓용 음파 생성 구조물;
상기 로켓용 음파 생성 구조물이 장착된 로켓; 및
비행하는 상기 로켓으로부터 발생된 음파를 수신하여, 수신된 음파로부터 상기 로켓의 위치 및 비행 궤적을 측정하는 복수 개의 음향측정소를 포함하는,
로켓의 비행 궤적 측정 시스템.