KR102534982B1 - 유도탄의 날개 전개 장치 및 날개 전개 방법 - Google Patents

유도탄의 날개 전개 장치 및 날개 전개 방법 Download PDF

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Abstract

유도탄의 날개 전개 장치가 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 날개 전개 장치는, 날개의 일단이 회전 가능하게 결합되고 날개를 전개시키는 날개 조립체; 유도탄의 발사 전 및 유도탄의 발사 후 사전 설정된 시간까지 날개를 고정시키고, 사전 설정된 시간 이후 날개가 전개되도록 날개의 고정을 해제하는 날개 고정 블록; 및 날개 고정 블록에 결합되고, 상기 유도탄의 추진 가속도에 기초하여 날개를 고정 및 고정 해제하도록 날개 고정 블록을 이동시키는 탄성 부재를 포함할 수 있다.

Description

유도탄의 날개 전개 장치 및 날개 전개 방법{APPARATUS AND METHOD OF DEPLOYING WING OF GUIDED MISSILE}
본 발명은 유도탄의 날개 전개 장치 및 날개 전개 방법에 관한 것이다.
접는 날개 구조를 갖는 유도탄은 발사관의 내부에서 발사된 후, 비행 자세 제어를 위해 둘레에 설치된 날개가 발사 직후 전개되도록 구성된다. 이러한 유도탄은 발사관에서 이탈과 동시에 날개에 적용된 스프링에 의해 날개를 펼치거나, 전기적인 신호에 의해 날개를 펼친다.
일반적으로, 기계적인 메커니즘만을 사용하는 날개 전개 메커니즘은 대부분 스프링의 복원력으로 펼쳐진다. 이러한 메커니즘은 발사 전 발사관 또는 발사관에 구속되는 구조물을 통해 날개가 구속되고 복원력에 의해 발사 직후 펼쳐진다.
그러나, 종래의 날개 전개 메커니즘은 초기 추력 가속도가 크거나 빠른 스핀 구동을 하며 비행하는 유도탄에는 적합하지 않는다. 이러한 유도탄의 환경에서는 날개에 과도한 공력 하중이 발생되고, 이로 인해 날개의 구조적 파괴가 야기될 수 있다. 한편, 일부 유도탄의 경우 유도 안전성을 위해 초기 유도 후에 날개 펼침 조건이 요구되고 있다. 이에 따라 일정 시간 후에 기계적인 힘에 의해 날개가 펼쳐지는 메커니즘이 요구되고 있다.
본 발명은 유도탄이 발사대관의 내부에서 발사된 후 일정 시간 후에 날개를 전개시키는 날개 전개 장치 및 날개 전개 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 유도탄의 날개 전개 장치가 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 날개 전개 장치는 날개의 일단이 회전 가능하게 결합되고 상기 날개를 전개시키는 날개 조립체; 상기 유도탄의 발사 전 및 상기 유도탄의 발사 후 사전 설정된 시간까지 상기 날개를 고정시키고, 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 날개가 전개되도록 상기 날개의 고정을 해제하는 날개 고정 블록; 및 상기 날개 고정 블록에 결합되고, 상기 유도탄의 추진 가속도에 기초하여 상기 날개를 고정 및 고정 해제하도록 상기 날개 고정 블록을 이동시키는 탄성 부재를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 날개 고정 블록은 상기 날개의 가장자리의 일단을 체결하는 가이드 레일을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 사전 설정된 시간은 상기 유도탄의 추진제가 모두 연소되어 상기 유도탄의 속도가 감소되는 시간을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 날개 고정 블록은 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 유도탄의 이동 방향으로 이동하여 상기 날개의 고정을 해제할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄성 부재는 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 유도탄의 속도가 감소함에 따라 상기 날개 고정 블록에 받는 관성력에 의해 상기 날개 고정 블록이 상기 날개를 고정 해제할 수 있는 탄성력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 탄성 부재는 상기 유도탄의 운용 및 수송에 따른 진동 및 충격에 의해 상기 날개 고정 블록이 상기 날개를 고정 해제하는 것을 방지할 수 있는 상기 탄성력을 가질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 초기 추력 가속도가 크거나 빠른 스핀 구동을 하며 비행하는 유도탄에 대해 날개의 구조적 파괴 등을 방지할 수 있어, 다양한 유도탄의 설계가 가능하다.
따라서, 유도탄의 발사 전 별도의 날개 고정 장치를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 조정 날개 조립체에 별도의 펼침 메커니즘을 필요로 하지 않아, 날개 전개 메커니즘의 구성을 간략화할 수 있다.
도 1은 유도탄의 속도 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치를 개략적으로 나타낸 사사도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정된 상태를 나타낸 도면으로, 유도탄의 발사 전 상태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정된 상태를 나타낸 도면으로, 유도탄이 발사된 직후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정 해제된 상태를 도면으로, 유도탄의 추진제 연소 완료 직후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 날개가 전개되는 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 발명에 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 유도탄의 비행 가속도를 이용하여 유도탄의 날개가 전개될 수 있다. 먼저, 유도탄의 비행 가속도를 설명하면 다음과 같다. 유도탄의 발사 직후 추진력에 의해, 전방으로 가속을 받게 되고 이에 따라 내부의 블록은 이와 반대 방향으로 관성력을 받는다. 추진체가 모두 연소되기 전까지 유도탄의 속도는 증가하고, 추진제가 모두 연소되면 유도탄의 속도는 급속도로 감소한다. 이때, 유도탄의 비행 가속도는 비행 방향과 반대 방향으로 발생되고 관성력은 이와 반대로 작용된다. 도 1은 유도탄의 하나인 하드라 70(HYDRA-70)의 속도 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치를 개략적으로 나타낸 사사도이다. 도 2를 참조하면, 날개 전개 장치(200)는 조종 날개 조립체(210), 날개 전개 블록(220) 및 탄성 부재(230)를 포함할 수 있다. 도 2에 있어서, 도면부호 GM은 유도탄을 나타내고, WING는 날개를 나타낸다.
조종 날개 조립체(210)는 날개(WING)가 전개될 수 있도록 날개(WING)와 결합될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 조정 날개 조립체(210)는 날개(WING)가 소정 각도로 회전 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들면, 소정 각도는 90도일 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에 있어서, 조정 날개 조립체(210)는 날개(WING)가 힌지 축을 중심으로 회전 가능하게 결합될 수 있다.
날개 전개 블록(220)은 유도탄(GM)이 발사되기 전 및 유도탄(GM)이 발사된 후 사전 설정된 시간까지 날개(WING)를 고정시킬 수 있다. 일 실시예에 있어서, 사전 설정된 시간은 유도탄(GM)의 추진제가 모두 연소되어 유도탄(GM)의 속도가 급속도로 감소되는 시간일 수 있다. 또한, 날개 전개 블록(220)은 사전 설정된 시간 이후 날개(WING)가 전개될 수 있도록 날개(WING)의 고정을 해제할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 날개 전개 블록(220)은 날개(WING)의 가장자리의 일단을 체결하는 가이드 레일을 포함할 수 있다. 예를 들면, 날개 전개 블록(220)은 날개(WING)의 가장자리의 일단을 이동하도록 체결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 날개 전개 블록(220)은 사전 설정된 시간 이후 유도탄(GM)의 이동 방향으로 이동될 수 있다. 즉, 날개 전개 블록(220)은 사전 설정된 시간 이후 날개(WING)가 전개될 수 있도록 유도탄(GM)의 이동 방향으로 이동할 수 있다.
탄성 부재(230)는 날개 전개 블록(220)의 소정 위치에 연결될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 탄성 부재(230)는 유도탄(GM)의 추진 가속도에 기초하여 날개(WING)를 고정 및 고정 해제하도록 날개 전개 블록(220)을 이동시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성 부재(230)는 유도탄(GM)의 운용 및 수송에 따른 진동 및 충격에 의해 날개 전개 블록(220)이 날개(WING)를 고정 해제하는 것을 방지할 수 있는 탄성력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성 부재(230)는 사전 설정된 시간 이후 유도탄(GM)의 속도가 급속도로 감소함에 따라 날개 전개 블록(220)에 받는 관성력에 의해 날개 전개 블록(220)이 날개(WING)를 고정 해제할 수 있는 탄성력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 탄성 부재(230)는 스프링을 포함할 수 있다. 그러나, 탄성 부재(230)는 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정된 상태를 나타낸 도면으로, 유도탄의 발사 전 상태를 나타낸 도면이다. 즉, 도 3은 유도탄(GM)이 발사되기 전 날개 전개 장치(220)에 의해 날개(WING)가 고정된 상태를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 날개 전개 블록(220)의 일단은 탄성 부재(230)과 결합된다. 날개 전개 블록(220)은 날개 전개 블록(220)에 인가되는 탄성 부재(230)의 탄성력(붉은색 화살표 표시)에 의해 날개(WING)를 고정시킬 수 있다. 이때, 탄성 부재(230)는 유도탄(GM)의 운용 및 수송에 따른 진동 및 충격에 의해 날개 전개 블록(220)이 날개(WING)를 고정 해제하는 것을 방지할 수 있는 탄성력을 가질 수 있다. 즉, 탄성 부재(230)는 유도탄(GM)의 운용 및 수송 환경(진동 및 충격)을 고려하여, 진동 및 충격보다 큰 탄성력을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유도탄(GM)의 운용 환경에서의 충격 가속도는 항공 플랫폼인 것으로 가정하는 경우, 2g 정도라 예를 든다. 이때, 탄성 부재(230)의 탄성력은 2g 이하의 가속도를 받을 때보다 커야 한다. 이때, 탄성 부재(230)의 탄성력과 날개 전개 블록(220)에 가해지는 힘의 관계는 "ma(유도탄(GM)의 운용 환경에서의 충격 가속도에 의한 힘) < kx (도 3의 상태에서의 탄성 부재(230)의 탄성력)"일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정된 상태를 나타낸 도면으로, 유도탄이 발사된 직후의 상태를 나타낸 도면이다. 즉, 도 4는 유도탄(GM)이 추진되기 시작하는 초기에 날개 전개 블록(220)에 의해 날개(WING)가 고정된 상태를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 유도탄(GM)은 추진제에 의해 속도가 빠르게 증가하게 된다. 이때, 날개 전개 블록(220)은 가속도에 의해 유도탄(GM)이 이동(즉, 비행)하는 방향(녹색 화살표 표시)과 반대되는 방향으로 관성력(푸른색 화살표 표시)이 작용하게 된다. 즉, 날개 전개 블록(220)의 관성력은 탄성 부재(230)에 의해 날개 전개 블록(220)에 가해지는 탄성력의 방향과 동일한 방향으로 작용함으로써, 날개 전개 블록(220)은 날개(WING)를 지속적으로 고정시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 날개 전개 장치에 의해 날개가 고정 해제된 상태를 도면으로, 유도탄의 추진제 연소 완료 직후의 상태를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 유도탄(GM)의 추진제가 연소 완료되면, 유도탄(GM)의 속도는 감소하게 된다. 이에 의해, 가속도에 의한 날개 전개 블록(220)이 받는 관성력의 방향은 반대 방향이 된다. 즉, 가속도에 의한 날개 전개 블록(220)이 받는 관성력의 방향(푸른색 화살표 표시)은 유도탄(GM)이 이동하는 방향(녹색 화살표 표시)과 동일하게 된다. 이때, 날개 전개 블록(220)이 받는 관성력은 탄성 부재(230)의 탄성력(붉은색 화살표 표시)보다 크게 작용하게 되며, 이에 의해 날개 전개 블록(220)은 유도탄(GM)의 이동 방향으로 이동하여 탄성 부재(230)을 압축하게 된다. 따라서, 날개 전개 블록(220)에 의한 날개(WING)의 고정이 해제되어, 날개(WING)가 전개될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 유도탄(GM)의 추진 가속도가 최고 가속도 이후 계속 감소하므로, 탄성 부재(230)의 탄성 상수 및 날개 전개 블록(220)의 무게를 고려하여 날개의 전개 타이밍이 조절될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 전개된 날개(WING)는 비행에 의한 공력으로 조정 날개 조립체(210)의 힌지 축을 중심으로 수직으로 완전히 전개될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 유도탄(GM)이 "HYDRA-70"인 경우, 추진체 연소 완료 직후의 가속도는 약 375 ft/s2 = 114.3 m/s2 (도 1에서의 노란색 직선)이다. 이때, 날개(WING)를 구속하는 탄성 부재(2320)의 탄성력이 날개 전개 블록(220)에 가해지는 해당 가속도에 의한 힘보다 작아지는 순간 날개 전개 블록(220)이 유도탄(GM)의 이동 방향으로 이동하여 날개(WING)의 고정이 해제될 수 있다. 날개 전개 블록(220)이 날개(WING)를 고정 해제하기 위해 사전 설정된 거리(예를 들어, 최소 2.3mm) 이동해야 하는 것으로 가정한다. 이때, 탄성 부재(230)의 탄성력과 날개 전개 블록(220)에 가해지는 힘의 관계는 "k(x-2.3mm)(도 5의 상태에서의 탄성력) ≤ma'(추진체 연소 후 가속도에 의한 힘)"으로 나타낼 수 있다.
"ma(유도탄(GM)의 운용 환경에서의 충격 가속도에 의한 힘) < kx (도 3의 상태에서의 탄성 부재(230)의 탄성력)"과 "k(x-2.3mm)(도 5의 상태에서의 탄성력) ≤ma'(추진체 연소 후 가속도에 의한 힘)"을 조합하면, "m*(19.6 m/s2) < kx < m*(114.3 m/s2) + 2.3k"으로 나타낼 수 있다. 따라서, 운용되는 유도탄(GM)에 맞는 날개 전개 블록(220)의 크기가 설계된 후, 간단하게 탄성 부재(230)의 상수 및 길이를 선정하면 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 날개가 전개되는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 6에서, 탄성 부재(230)의 탄성력이 작용하는 방향이 +방향인 것으로 가정하고, a는 날개 전개 블록(220)에 가해지는 가속도의 크기를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 유도탄(GM)의 운용 환경에서의 충격 가속도의 크기(a)는 ±19.8 m/s2보다 작다. 따라서, 유도탄(GM)의 운용 환경에서의 충격 가속도에 의한 힘은 탄성 부재(230)의 탄성력보다 작아(Fs - m * 19.8 m/s2 >0), 진동 및 충격에 의해 날개 전개 블록(220)이 날개(WING)를 고정 해제되는 것이 방지될 수 있다.
유도탄(GM)이 발사되면, 추진제의 연소에 의해 속도가 빠르게 증가하게 된다. 이때, 날개 전개 블록(220)에 가해지는 가속도의 크기(a)는 +237.5 m/s2보다 크게 된다. 따라서, 날개 전개 블록(220)의 관성력은 탄성 부재(230)에 의해 날개 전개 블록(220)에 가해지는 탄성력의 방향과 동일한 방향으로 작용(Fs + m * 19.8 m/s2 > 0)함으로써, 날개 전개 블록(220)은 날개(WING)를 지속적으로 고정시킬 수 있다.
유도탄(GM)의 추진제가 연소 완료되면, 유도탄(GM)의 속도는 감소하게 되며, 이때, 날개 전개 블록(220)에 가해지는 가속도의 크기(a)는 114.5 m/s2보다 크게 된다. 따라서, 날개 전개 블록(220)이 받는 관성력은 탄성 부재(230)의 탄성력(붉은색 화살표 표시)보다 크게 작용하게 되며, 이에 의해 날개 전개 블록(220)은 유도탄(GM)의 이동 방향으로 이동하여 탄성 부재(230)을 압축하게 된다(Fs - m * 114.5 m/s2 < 0). 이에 의해, 날개 전개 블록(220)에 의한 날개(WING)의 고정이 해제되어, 날개(WING)가 전개될 수 있다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 발명의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
200: 날개 전개 장치, 210: 조정 날개 조립체, 220: 날개 전개 블록, 230: 탄성 부재, GM: 유도탄, WING: 날개

Claims (6)

  1. 유도탄의 날개 전개 장치로서,
    날개의 일단이 회전 가능하게 결합되고 상기 날개를 전개시키는 날개 조립체;
    상기 유도탄의 발사 전 및 상기 유도탄의 발사 후 사전 설정된 시간까지 상기 날개를 고정시키고, 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 날개가 전개되도록 상기 날개의 고정을 해제하는 날개 전개 블록; 및
    상기 날개 전개 블록에 결합되고, 상기 유도탄의 추진 가속도에 기초하여 상기 날개를 고정 및 고정 해제하도록 상기 날개 전개 블록을 이동시키는 탄성 부재
    를 포함하고,
    상기 사전 설정된 시간은 상기 유도탄의 추진제가 모두 연소되어 상기 유도탄의 속도가 감소되는 시간을 포함하고,
    상기 날개 전개 블록은 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 추진 가속도에 의한 상기 날개 전개 블록이 받는 관성력의 방향이 상기 유도탄의 이동 방향과 동일하게 되어 상기 유도탄의 이동 방향으로 이동하고, 상기 날개 전개 블록의 상기 관성력이 상기 탄성 부재의 탄성력보다 크게 작용하여 상기 날개의 고정을 해제시키는 날개 전개 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 날개 전개 블록은 상기 날개의 가장자리의 일단을 체결하는 가이드 레일을 포함하는 날개 전개 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 탄성 부재는 상기 사전 설정된 시간 이후 상기 유도탄의 속도가 감소함에 따라 상기 날개 전개 블록에 받는 관성력에 의해 상기 날개 전개 블록이 상기 날개를 고정 해제할 수 있는 탄성력을 갖는 날개 전개 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 탄성 부재는 상기 유도탄의 운용 및 수송에 따른 진동 및 충격에 의해 상기 날개 전개 블록이 상기 날개를 고정 해제하는 것을 방지할 수 있는 상기 탄성력을 갖는 날개 전개 장치.
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