KR102465057B1 - 고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄에 관한 것으로 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하는 고체 추진제용 내열재로 내열성능과 내삭마 성능을 함께 확보하여 포탄 내에서 전방구조물에 열이 전달되거나 파손/천공이 발생되는 사고를 방지하고, 발사 시 충격에 의해 내열재가 파손되는 사고를 예방할 수 있다.

Description

고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄{HEAT-RESISTANT MATERIAL FOR SOLID PROPELLANT AND SHELLS HAVING THE SAME}
본 발명은 고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄에 관한 발명으로 더 상세하게는 내열성능과 내삭마 성능을 함께 확보하는 고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄에 관한 발명이다.
일반적으로 155밀리 로켓보조추진탄은 화포에서 발사될 때 포신 내 강선으로 인해 강한 회전력을 가지고 비행하며 비행 중 감속되는 속도를 보충하는 추가추력을 발생시켜 사거리를 증가시킨다.
155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 포탄에서 추가추력을 발생시키기 위해서 적용되는 시스템은 주로 DB 추진제가 적용되는 로켓보조추진 시스템이다.
DB추진제를 적용한 로켓보조탄은 내열재로 베이클라이트(bakelite) 소재로 제조된 내열재를 주로 사용하고 있다.
고체 추진제의 경우 발사초기 급격한 가속도로 인해 추진제가 수축한 후 팽창되는 현상을 나타내는데, 이때 베이클라이트와 같이 단단한 소재의 내열재를 적용하는 경우 포발사 충격에 파손되는 경우가 발생하고 그로 인해 로켓보조추진탄의 전방구조물이 연소가스에 노출되어 내열/내삭마에 실패할 수 있다.
또한, 내열재 소재인 EPDM으로 제조된 내열재를 고체 추진제의 내열재로 적용하는 경우 포발사 충격에는 파손되지 않아 내열성능을 확보할 수 있지만 내삭마성능이 부족하기 때문에 연소가스에 의해 삭마되어 전방구조물이 파손 또는 천공되는 사례가 발생한다.
포탄 내에서 전방구조물에 열이 전달되거나 파손/천공이 발생되면 전방구조물 앞에 있는 TNT가 녹거나 기폭되어 정상적인 탄 운용이 불가능하게 되는 문제점이 있었다.
0001)한국특허등록 제2013388호 "고체추진기관의 복합재연소관의 내열재 버핑장치 및 그 구동방법"(2019.08.16.등록)
본 발명의 목적은 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체의 내부에 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재가 삽입되어 내열성능과 내삭마 성능을 함께 확보하는 고체 추진제용 내열재와 이를 포함하는 포탄을 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 일 실시예는, 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 내삭마 보강부재는 탄소 섬유에 페놀릭 수지를 혼합한 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재일 수 있다.
본 발명에서 상기 내열재 본체는 중심부에 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출될 수 있다.
본 발명에서 상기 가스 유동 안내용 돌출부는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 가스 유동 안내용 돌출부는 포탄의 회전 시 고체 추진기관 내에서 발생되어 회전 와류로 흐르는 연소가스를 후방측으로 안내할 수 있다.
본 발명에서 상기 내열재 본체의 외측 둘레에는 여유 공간 채움 돌기부가 돌출될 수 있다.
본 발명에서 상기 여유 공간 채움 돌기부는 상기 내열재 본체의 외측 둘레가 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출될 수 있다.
본 발명에서 상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출되며, 상기 보강 돌기부는 상기 가스 유동 안내용 돌출부와 동일하게 단부가 반구형인 원뿔 형상을 가지고 상기 가스 유동 안내용 돌출부보다 크기가 작으며, 상기 내삭마 보강부재를 감싸는 상기 내열재 본체의 두께보다 상기 보강 돌기부의 전체 외측면을 감싸는 상기 가스 유동 안내용 돌출부의 두께가 작게 형성될 수 있다.
본 발명에서 상기 내삭마 보강부재는 상기 내열재 본체 내에 삽입된 원판 형상이고, 상기 가스 유동 안내용 돌출부 내에 위치되고, 상기 내삭마 보강부재와 동일하게 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조된 보조 내삭마부재를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 포탄의 일 실시예는 탄체부, 상기 탄체부의 전방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부, 상기 탄체부의 후방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관, 상기 탄체부의 후방 측에 위치되어 상기 고체 추진기관의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부, 상기 고체 추진기관과 상기 고폭화약부 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재를 포함하며, 상기 추진제 전방 내열재는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체의 내부에 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재가 삽입되어 내열성능과 내삭마 성능을 함께 확보하여 포탄 내에서 전방구조물에 열이 전달되거나 파손/천공이 발생되는 사고를 방지하고, 발사 시 충격에 의해 내열재가 파손되는 사고를 예방하는 효과가 있다.
본 발명은 고체 추진제의 중공부에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되어 포탄의 회전 시 고체 추진기관 내에서 발생된 연소가스를 후방측으로 안내하여 전방 측으로의 열전달을 최소화하여 연소가스로부터 전방구조물을 보호하는 효과가 있다.
본 발명은 특히 155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 고속회전하며 연소하는 포탄에서 연소 중 발생하는 연소가스로부터 전방구조물을 보호하고 TNT의 상변화(melting) 및 기폭을 예방하여 탄 운용의 안정성을 크게 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 포탄의 일 실시예를 도시한 개략도.
도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예 내지 제6실시예를 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예를 도시한 단면도.
도 9 내지 도 15는 도 2 내지 도 7의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예 내지 제6실시예와 도 8의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예를 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진.
본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니된다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 포탄(10)의 일 실시예를 도시한 개략도이고, 도 1을 참고하면 본 발명에 따른 포탄(10)의 일 실시예는 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재를 포함한다.
더 상세하게 본 발명에 따른 포탄(10)의 일 실시예는 탄체부(11), 탄체부(11)의 전방 측에서 탄체부(11)의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부(12), 탄체부(11)의 후방 측에서 탄체부(11)의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관(100), 탄체부(11)의 후방 측에 위치되어 고체 추진기관(100)의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부, 고체 추진기관(100)과 고폭화약부(12) 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재(130)를 포함한다.
그리고, 고체 추진기관(100)은 연소관(110), 연소관(110) 내에 위치되고 중앙에 길이 방향으로 중공부(121)가 위치된 고체 추진제(120)를 포함한다.
고체 추진제(120)는 포탄(10) 발사 시 발사관 내에서 점화되며, 탄체부(11)의 탄두에는 목표물에 포탄(10)이 타격될 때 충격이 감지되면 고폭화약부(12)를 기폭시키는 신관부가 위치되며 이는 포탄(10)에서 공지의 구조로 더 상세한 설명은 생략함을 밝혀둔다.
탄체부(11)의 내부는 격벽을 통해 전방의 고폭화약실과 후방의 고체 추진기관실로 구분되고, 고폭화약실에는 고폭화약부(12)가 위치되고, 고체 추진기관실에는 고체 추진기관(100)이 위치된다.
추진제 전방 내열재(130)는 고체 추진기관(100)과 격벽 사이에 위치되어 고체 추진기관실에서 발생된 고열이 고폭화약실로 전달되는 것을 차단한다.
그리고, 추진제 전방 내열재(130)는 본 발명에 따른 고체 추진용 내열재의 일 실시예를 포함한다.
본 발명에 따른 고체 추진용 내열제의 일 실시예는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체(131), 상기 내열재 본체(131) 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재(132)를 포함한다.
에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)는 기본 고분자의 유리 전이 온도가 -40℃ 이하이고 고무 중에서 가장 낮은 밀도와 뛰어난 내노화성 및 가공성을 가져 고체 추진제용 내열재로 적합하다.
내삭마 보강부재(132)는 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조되는 것을 일 예로 한다.
카본 페놀릭 소재는 탄소 섬유에 페놀릭 수지를 혼합한 것임을 일 예로 한다.
내삭마 보강부재(132)는 내삭마성을 증대시키는 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조되어 추진제 전방 내열재(130)의 삭마성을 보강하여 내삭마성을 크게 증대시킨다.
내열재 본체(131)는 중심부에 고체 추진제(120)의 중공부(121) 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 돌출되게 위치된다.
가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 포탄(10)의 회전 시 고체 추진기관(100) 내에서 발생되어 회전 와류로 흐르는 연소가스를 후방측으로 안내하여 전방 측으로의 열전달을 최소화하여 연소가스로부터 전방구조물을 보호하는 효과를 향상시킨다.
가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 원뿔 형상으로 형성되어 회전 와류로 포탄(10)의 전방 측으로 흐르는 연소가스를 포탄(10) 즉, 탄체부(11)의 후방 측으로 원활하게 안내할 수 있도록 한다.
가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성되어 회전 와류로 포탄(10)의 전방 측으로 흐르는 연소가스를 포탄(10)의 후방 측으로 더 원활하게 안내할 수 있다.
내열재 본체(131)는 원판 형상으로 격벽의 전면을 커버하는 형상으로 형성되고, 고체 추진제(120)의 일측면이 밀착되어 안착되며, 중심에 고체 추진제(120)의 중공부(121) 내로 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 돌출되는 형상을 가져 포탄(10)의 고폭화약실로 열이 전달되는 것을 차단한다.
그리고, 내삭마 보강부재(132)는 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 내열재 본체(131)보다 두께가 얇은 원판 형상으로 내열재 본체(131)에 의해 전체가 감싸지도록 내열재 본체(131)의 내부로 위치되어 고체 추진제용 내열재에서 내삭마성을 향상시킨다.
한편, 도 2 내지 도 7은 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예 내지 제6실시예를 도시한 단면도이고, 도 2 내지 도 7을 참고하면 내열재 본체(131)의 외측 둘레에는 고체 추진기관실에서 고체 추진기관(100)이 삽입되고 남은 여유 공간을 채우는 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 돌출되게 위치될 수 있다.
여유 공간 채움 돌기부(131b)는 내열재 본체(131)의 외측 둘레가 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성되어 고체 추진기관(100)이 삽입되고 남은 여유 공간을 채울 뿐 아니라 고체 추진제(120)가 연소되면서 연소되는 연소가스를 후방 측으로 안내하는 역할도 함께 하게 된다.
여유 공간 채움 돌기부(131b)는 내열재 본체(131)의 외측 둘레가 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되어 발사된 포탄(10)의 고속 회전에 의해 회전 와류로 포탄(10)의 전방 측으로 흐르는 연소가스를 포탄(10)의 후방 측으로 안내하여 연소가스의 열에 대한 내열 효과를 증대시키는 역할을 한다.
또한, 도 2, 도 3, 도 7의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예, 제2실시예, 제6실시예를 참고하면 내삭마 보강부재(132)는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부(131a) 내에 삽입되는 보강 돌기부(132a)가 돌출될 수 있다.
보강 돌기부(132a)는 내삭마성을 증대시키고, 포탄(10)의 전방으로 전달되는 열을 더 효율적으로 차단할 수 있도록 한다.
보강 돌기부(132a)는 형상에 따라 내삭마성과 열차단 효율이 상이할 수 있고, 이는 하기에서 더 상세하게 설명한다.
또한, 도 6의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제5실시예를 참고하면 고체 추진제용 내열재는 가스 유동 안내용 돌출부(131a) 내에 삽입되고 내열재 본체(131) 내에 삽입된 원판형상의 내삭마 보강부재(132)와 이격되게 위치되는 보조 내삭마부재(133)를 더 포함할 수 있다.
보조 내삭마부재(133)는 내삭마 보강부재(132)와 동일한 재질인 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조되는 것을 일 예로 한다.
한편, 도 2 내지 도 7의 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제1실시예 내지 제6실시예와 도 8의 본 발명의 비교예에서 내열재 본체(131)는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)로 제조된 것이고, 내삭마 보강부재(132)는 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조되는 것임을 밝혀둔다.
다만, 도 4의 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제3실시예에서 내삭마 보강부재(132)는 카본 카본 재질로 제조된 것임을 밝혀둔다.
더 상세하게 도 2는 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제1실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 단부가 반구형인 원뿔형상이며, 내삭마 보강부재(132)는 내열재 본체(131) 내에 삽입된 원판 형상이고, 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부(131a)와 형상은 동일하고 크기가 작은 보강 돌기부(132a)가 돌출된 형태를 가지는 실시예이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제1실시예는 원판 형상의 내삭마 보강부재(132)의 외측 둘레가 원판 형상의 내열재 본체(131)로 완전하게 감싸지며, 보강 돌기부(132a)의 전체 외측면이 가스 유동 안내용 돌출부(131a)로 완전하게 감싸진다.
그리고, 내삭마 보강부재(132)를 감싸는 내열재 본체(131)의 두께(t1)보다 보강 돌기부(132a)의 전체 외측면을 감싸는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)의 두께(t2)가 작게 형성된다.
즉, 내삭마 보강부재(132)를 감싸는 내열재 본체(131)의 두께(t1)는 보강 돌기부(132a)의 전체 외측면을 감싸는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)의 두께(t2)보다 두껍게 형성된다.
내삭마 보강부재(132)를 감싸는 내열재 본체(131)의 두께(t1)는 내삭마 보강부재(132)의 외측면에서 내열재 본체(131)의 외측면까지의 두께이고, 보강 돌기부(132a)의 전체 외측면을 감싸는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)의 두께(t2)는 보강 돌기부(132a)의 외측면에서 가스 유동 안내용 돌출부(131a)의 외측면까지의 두께임을 명확하게 밝혀둔다.
이는 내열 성능과 내삭마 성능의 최적화를 위한 설계이고, 중심부에 돌출되어 고체 추진기관(100)의 중공부(121)에 삽입되는 원뿔 형상의 즉, 단부가 반구형인 원뿔 형상의 가스 유동 안내용 돌출부(131a)와 그 내부에 삽입되고 가스 유동 안내용 돌출부(131a)와 동일한 형상을 가지는 보강 돌기부(132a)는 회전 와류로 포탄(10)의 전방 측으로 흐르는 연소 가스에 의한 삭마되는 중심부에 대한 내구성을 크게 증가시켜 내삭마 성능을 크게 증대시킴과 아울러 회전 와류로 포탄(10)의 전방 측으로 흐르는 연소 가스를 포탄(10)의 후방 측으로 안내하여 포탄(10)의 전방 측으로 전달되는 열을 더 효과적으로 차단할 수 있게 한다.
이는 하기의 표 1에서 확인될 수 있음을 밝혀둔다.
도 3은 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제2실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 단부가 반구형인 원뿔형상이며, 내삭마 보강부재(132)는 내열재 본체(131) 내에 삽입된 원판 형상이고, 중심부에 평면의 단부를 가지고 가스 유동 안내용 돌출부(131a) 내로 삽입되지 않는 높이를 가지는 보강 돌기부(132a)가 돌출된 형태를 가지는 실시예이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
즉, 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제2실시예는 도 2의 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제1실시예와의 보강 돌기부(132a)의 높이가 차이가 있고, 보강 돌기부(132a)의 단부측 평면은 내열제 본체의 상부면과 동일한 높이를 가지고, 보강 돌기부(132a)의 상부 측으로 내삭마 보강부재(132)를 감싸는 내열재 본체(131)의 두께보다 2배 이상의 두께를 가지고 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 위치되는 구조이다.
도 4는 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제3실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 원통형상이고, 내삭마 보강부재(132)는 보강 돌기부(132a)가 돌출되지 않은 상면과 하면이 평면인 원편 형상이고, 카본 카본 재질로 제조된 실시예이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
도 5는 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제4실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 원통형상이고, 내삭마 보강부재(132)는 보강 돌기부(132a)가 돌출되지 않은 상면과 하면이 평면인 원편 형상이고, 카본 카본 재질로 제조된 실시예이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
도 6은 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제5실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 단부가 반구형인 원뿔형상이며, 내삭마 보강부재(132)는 내열재 본체(131) 내에 삽입된 원판 형상이고, 가스 유동 안내용 돌출부(131a) 내에 내삭마 보강부재(132)와 동일하게 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재로 제조된 보조 내삭마부재(133)가 위치된 예이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
도 7은 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제6실시예로 내열재 본체(131)가 원판 형상이고, 내열재 본체(131)의 중심부에 돌출된 가스 유동 안내용 돌출부(131a)는 단부가 반구형인 원뿔형상이며, 내삭마 보강부재(132)는 내열재 본체(131) 내에 삽입된 원판 형상이고, 중심부에 볼록한 형상의 보강 돌기부(132a)가 돌출된 예이다.
볼록한 형상의 보강 돌기부(132a)는 가스 유동 안내용 돌출부(131a) 내로 삽입되지 않는 높이를 가지고 돌출된 형태이다.
즉, 본 발명에 따른 고체 추진재용 내열재의 제6실시예는 복록한 형상의 보강 돌기부(132a)가 중심부에 돌출된 내삭마 보강부재(132)를 포함하되, 볼록한 형상의 보강 돌기부(132a)의 상단은 내열제 본체의 상부면과 동일한 높이를 가지는 구조이다.
또한, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
도 8은 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예를 도시한 단면도이고, 도 8을 참고하면 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예는 내열재 본체(131)만으로 제작된 예이다.
다만, 내열재 본체(131)는 외측 둘레로 포탄(10)의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성된 여유 공간 채움 돌기부(131b)가 구비된 형태를 가진다.
도 2 내지 도 7의 본 발명의 실시예와 도 8의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예를 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 하기 표 1에서 확인할 수 있다.
하기 표 1에서 내열재 상마 상태는 도 9 내지 도 15에서 확인될 수 있다.
즉, 도 9는 도 2의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이고, 도 10은 도 3의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제2실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이고, 도 11은 도 4의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제3실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이고, 도 12는 도 5의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제4실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이고, 도 13은 도 6의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제5실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이고, 도 14은 도 7의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제6실시예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이다.
또한, 도 15는 도 8의 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 비교예에 대한 15,000RPM에서 회전삭마 시험을 수행한 결과를 나타낸 사진이다.
구분 내열재 삭마량 포탄의 전방 열전달 온도
제1실시예 내열재 3mm 삭마 60℃이하
제2실시예 전방부 노출 65℃이하
제3실시예 전방부 노출 70℃이상
제4실시예 내열재 7mm 삭마 68℃이상
제5실시예 전방부 노출 63℃이하
제6실시예 전방부 1.0mm 용융 66℃이하
비교예 전방부 1.8mm 용융 82℃이상
포탄(10)에서 고폭화약으로 주로 이용되는 TNT의 녹는 점은 약 69℃로 해당온도보다 높은 열이 전방에 전달된다면 TNT가 녹아서 목표한 성능을 발휘하지 못하고, TNT의 기폭 가능성이 높아진다.
이에 추진제 전방 내열재(130)로 사용되는 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 경우 포탄(10)의 전방 열전달 온도가 69℃ 보다는 낮아야 한다.
상기 표 1에서 확인되는 바와 같이 내열재 본체(131)의 중심부에 단부가 반구형인 원뿔형상인 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 돌출되고, 내열재 본체(131)의 내부에 내삭마 보강부재(132)가 위치되며 내삭마 보강부재(132)의 중심부에 보강 돌기부(132a)가 돌출된 실시예인 제1실시예, 제2실시예, 제5실시예, 제6실시예는 모두 포탄(10)의 전방 열전달 온도가 69℃ 미만인 점을 확인하였다.
그리고, 내열재 본체(131)의 중심부에 원통형 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 구비되고, 내삭마 보강부재(132)가 상면과 하면이 모두 평면인 원판 형상인 제3실시예와 제4실시예는 포탄(10)의 전방 열전달 온도가 각각 70℃ 이상, 68℃ 이상으로 기준치에 미달됨을 알 수 있다.
다만, 상기 표 1에서 확인되는 바와 같이 15,000RPM에서 회전삭마 시험에서 내열재 삭마량의 결과는 본 발명의 제1실시예만 충족되고 있고, 나머지 실시예 즉, 제2실시예, 제5실시예, 제6실시예에서 일부 내열재의 삭마량이 과도하게 삭마되어 추후 포탄(10)의 전방 열전달 온도가 상승될 위험이 있음을 확인하였다.
즉, 제2실시예, 제5실시예, 제6실시예 및 제3실시예와 제4실시예는 155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 고속회전하며 연소하는 포탄(10)에서 추진제 전방 내열재(130)로 사용되기에는 부족하나 다른 고속회전되지 않는 포탄(10)의 추진제 전방 내열재(130) 등으로는 사용될 수 있다.
또한, 내열재 본체(131)만으로 제작된 비교예는 15,000RPM에서 회전삭마 시험에서 전방부 1.8mm 용융이 발생하고, 포탄(10)의 전방 열전달 온도가 82℃이상으로 155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 고속회전하며 연소하는 포탄(10)에서 추진제 전방 내열재(130)로 사용되기가 사실상 불가능한 것임을 확인하였다.
상기 표 1에서 확인되고, 상기에서 언급한 바와 같이 도 2에서 도시된 본 발명에 따른 고체 추진제용 내열재의 제1실시예는 내삭마 성능을 크게 증대시킴과 아울러 포탄(10)의 전방 측으로 전달되는 열을 더 효과적으로 차단하여 155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 고속회전하며 연소하는 포탄(10)에서 추진제 전방 내열재(130)로 사용되기에 매우 적합한 구조임을 확인하였다.
본 발명은 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체(131)의 내부에 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재(132)가 삽입되어 내열성능과 내삭마 성능을 함께 확보하여 포탄(10) 내에서 전방구조물에 열이 전달되거나 파손/천공이 발생되는 사고를 방지하고, 발사 시 충격에 의해 내열재가 파손되는 사고를 예방할 수 있다.
본 발명은 고체 추진제(120)의 중공부(121)에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부(131a)가 돌출되어 포탄(10)의 회전 시 고체 추진기관(100) 내에서 발생된 연소가스를 후방측으로 안내하여 전방 측으로의 열전달을 최소화하여 연소가스로부터 전방구조물을 보호한다.
본 발명은 특히 155밀리 로켓보조추진탄 등과 같이 고속회전하며 연소하는 포탄(10)에서 연소 중 발생하는 연소가스로부터 전방구조물을 보호하고 TNT의 상변화(melting) 및 기폭을 예방하여 탄 운용의 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
10 : 포탄 11 : 탄체부
12 : 고폭화약부
100 : 고체 추진기관 110 : 연소관
120 : 고체 추진제 121 : 중공부
130 : 추진제 전방 내열재
131 : 내열재 본체
131a : 가스 유동 안내용 돌출부
131b : 여유 공간 채움 돌기부
132 : 내삭마 보강부재
132a : 보강 돌기부
133 : 보조 내삭마부재

Claims (20)

  1. 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체; 및
    상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며
    상기 내열재 본체의 외측 둘레에는 여유 공간 채움 돌기부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 내삭마 보강부재는 탄소 섬유에 페놀릭 수지를 혼합한 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재인 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 내열재 본체는 중심부에 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 포탄의 회전 시 고체 추진기관 내에서 발생되어 회전 와류로 흐르는 연소가스를 후방측으로 안내하는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 여유 공간 채움 돌기부는 상기 내열재 본체의 외측 둘레가 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  8. 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체; 및
    상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  9. 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체; 및
    상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성되며,
    상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출되며,
    상기 보강 돌기부는 상기 가스 유동 안내용 돌출부와 동일하게 단부가 반구형인 원뿔 형상을 가지고 상기 가스 유동 안내용 돌출부보다 크기가 작으며,
    상기 내삭마 보강부재를 감싸는 상기 내열재 본체의 두께보다 상기 보강 돌기부의 전체 외측면을 감싸는 상기 가스 유동 안내용 돌출부의 두께가 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  10. 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체; 및
    상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 내삭마 보강부재는 상기 내열재 본체 내에 삽입된 원판 형상이고,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부 내에 위치되고, 상기 내삭마 보강부재와 동일한 소재로 제조된 보조 내삭마부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 추진제용 내열재.
  11. 탄체부;
    상기 탄체부의 전방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부;
    상기 탄체부의 후방 측에서 격벽으로 상기 고폭화약부와 구분되어 위치되고, 상기 탄체부의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관;
    상기 탄체부의 후방 측에 위치되어 상기 고체 추진기관의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부;
    상기 고체 추진기관과 상기 격벽 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재를 포함하며,
    상기 추진제 전방 내열재는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 내열재 본체의 외측 둘레에는 여유 공간 채움 돌기부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 내삭마 보강부재는 탄소 섬유에 페놀릭 수지를 혼합한 카본 페놀릭(carbon phenolic) 소재인 것을 특징으로 하는 포탄.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 고체 추진기관은
    연소관, 상기 연소관 내에 위치되고 중앙에 길이 방향으로 중공부가 위치된 고체 추진제를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 상기 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  15. 청구항 13 또는 청구항 14에 있어서,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 포탄의 회전 시 고체 추진기관 내에서 발생되어 회전 와류로 흐르는 연소가스를 상기 탄체부의 후방측으로 안내하는 것을 특징으로 하는 포탄.
  16. 삭제
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 여유 공간 채움 돌기부는 상기 내열재 본체의 외측 둘레가 상기 탄체부의 후방을 향해 휘어져 돌출되게 형성되고 단부 측이 뾰족하게 형성되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  18. 탄체부;
    상기 탄체부의 전방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부;
    상기 탄체부의 후방 측에서 격벽으로 상기 고폭화약부와 구분되어 위치되고, 상기 탄체부의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관;
    상기 탄체부의 후방 측에 위치되어 상기 고체 추진기관의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부;
    상기 고체 추진기관과 상기 격벽 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재를 포함하며,
    상기 추진제 전방 내열재는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 고체 추진기관은
    연소관, 상기 연소관 내에 위치되고 중앙에 길이 방향으로 중공부가 위치된 고체 추진제를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 상기 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  19. 탄체부;
    상기 탄체부의 전방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부;
    상기 탄체부의 후방 측에서 격벽으로 상기 고폭화약부와 구분되어 위치되고, 상기 탄체부의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관;
    상기 탄체부의 후방 측에 위치되어 상기 고체 추진기관의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부;
    상기 고체 추진기관과 상기 격벽 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재를 포함하며,
    상기 추진제 전방 내열재는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 고체 추진기관은
    연소관, 상기 연소관 내에 위치되고 중앙에 길이 방향으로 중공부가 위치된 고체 추진제를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 상기 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부는 원뿔 형상으로 형성되되, 단부가 반구형으로 형성되며,
    상기 내삭마 보강부재는 중심부에 가스 유동 안내용 돌출부 내에 삽입되는 보강 돌기부가 돌출되고,
    상기 보강 돌기부는 상기 가스 유동 안내용 돌출부와 동일하게 단부가 반구형인 원뿔 형상을 가지고 상기 가스 유동 안내용 돌출부보다 크기가 작으며,
    상기 내삭마 보강부재를 감싸는 상기 내열재 본체의 두께보다 상기 보강 돌기부의 전체 외측면을 감싸는 상기 가스 유동 안내용 돌출부의 두께가 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 포탄.
  20. 탄체부;
    상기 탄체부의 전방 측에서 상기 탄체부의 내부에 위치되며 충격에 의해 폭발되는 고폭화약부;
    상기 탄체부의 후방 측에서 격벽으로 상기 고폭화약부와 구분되어 위치되고, 상기 탄체부의 내부에 위치되며 추진력을 발생시키는 고체 추진기관;
    상기 탄체부의 후방 측에 위치되어 상기 고체 추진기관의 연소에 의해 발생되는 연소가스를 후방 측으로 배출하는 추진 노즐부;
    상기 고체 추진기관과 상기 격벽 사이에 위치되는 추진제 전방 내열재를 포함하며,
    상기 추진제 전방 내열재는 에틸렌-프로필렌-디엔-모노머(Ethylene-Propylene-Diene-Monomer:EPDM)으로 제조된 내열재 본체, 상기 내열재 본체 내에 삽입되어 위치되고 삭마 성능을 증대시키는 내삭마 보강부재를 포함하며,
    상기 고체 추진기관은
    연소관, 상기 연소관 내에 위치되고 중앙에 길이 방향으로 중공부가 위치된 고체 추진제를 포함하며,
    상기 내열재 본체는 중심부에 상기 고체 추진제의 중공부 내에 삽입되는 가스 유동 안내용 돌출부가 돌출되고,
    상기 내삭마 보강부재는 상기 내열재 본체 내에 삽입된 원판 형상이고,
    상기 가스 유동 안내용 돌출부 내에 위치되고, 상기 내삭마 보강부재와 동일한 소재로 제조된 보조 내삭마부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포탄.
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