KR102660277B1 - 다단 발사체 - Google Patents

Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 발사체는 1단, 2단, 그리고 상기 1단과 상기 2단에 장착된 카울을 포함하며, 상기 카울은 상기 1단에 고정된 1단 카울과, 상기 1단 카울과 분리 가능하게 연결되고 상기 2단에 고정된 2단 카울을 포함하며, 상기 발사체는, 상기 2단 카울에 장착된 고체모터를 포함하며, 상기 고체모터의 점화시, 점화가스의 압력에 의해 상기 1단 카울이 고정된 상기 1단과, 상기 2단 카울이 고정된 상기 2단은 서로 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

다단 발사체{Multistage rocket}

본 발명은 다단 발사체에 관한 것으로, 상세하게는 1,2단 간의 단 분리시 신뢰성을 높인 다단 발사체에 관한 것이다.

발사체는 단 분리 시 1단과 2단 사이에 충돌이 일어나지 않아야 하며, 2단 엔진의 작동 조건을 만족시켜야 한다. 단 분리에는 크게 2가지 방식 즉, 냉 분리 방식(cold separation)과, 열 분리 방식(hot separation)이 사용되고 있다.

도 1을 참고하면, 냉 분리 방식은 1/2단의 분리가 이루어진 이후 2단 엔진의 시동이 이루어지는데, 단 분리 시 1단에는 역추진 고체모터(retro motor)가, 2단에는 가속 고체모터(acceleration motor)가 점화 및 작동되어 단 분리가 이루어진다(도 1의 (a)). 그리고 열 분리 방식은 2단 엔진의 시동이 단 분리 명령 이전에 이루어진다(도 1의 (b)).

기존 냉 분리 방식은 분리 힘이 적은 상태에서 단 분리가 이루어지면 2단 엔진에 의한 직선방향 및 회전방향의 외란이 없는 장점이 있는 반면에, 단 분리 시퀀스가 복잡하고, 속도 손실이 크며, 가속모터가 없는 경우 2단 엔진이 진공 조건에서 시동해야 하는 어려움이 있다.

또한, 기존 열 분리 방식은 단 분리가 빠르게 진행되고, 명령 시퀀스가 간단하며, 2단 엔진의 시동 신뢰도가 높은 장점이 있는 반면에, 로켓의 회전운동 외란이 크고, 단의 단열과 관련된 설계 및 시험에 큰 비용이 소요되는 단점을 가진다.

EP 3150495 A1 (2017.04.05)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 1,2단 간에 간단한 체결구조를 구현하여 단 분리의 신뢰성을 증가시킬 수 있는 발사체를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 다단 발사체는 1단, 2단, 그리고 상기 1단과 상기 2단에 장착된 카울을 포함하며, 상기 카울은 상기 1단에 고정된 1단 카울과, 상기 1단 카울과 분리 가능하게 연결되고 상기 2단에 고정된 2단 카울을 포함하며, 상기 다단 발사체는, 상기 2단 카울에 장착된 고체모터를 포함하며, 상기 고체모터의 점화 시, 점화가스의 압력에 의해 상기 1단 카울이 고정된 상기 1단과, 상기 2단 카울이 고정된 상기 2단은 서로 분리되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2단 카울의 내부에는, 상기 고체모터를 구비하고 상기 2단에 고정되며, 말단부가 개방된 모터케이스가 구비되고, 상기 1단 카울은 상기 점화가스가 유입되는 복수 개의 관통구멍이 형성되고, 상기 복수 개의 관통구멍을 통과한 상기 점화가스가 유동하는 측벽유로를 상기 1단 카울의 내벽 및 상기 1단의 외벽과의 사이에 각각 형성하며, 상기 모터케이스와 탈착 가능하게 결합하는 1단 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모터케이스는 상기 1단 체결부와 탈착 가능하게 결합하는 2단 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2단 체결부는 그 둘레방향으로 함몰부를 구비하고, 상기 1단 체결부는 상기 함몰부에 걸리는 걸림턱을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 걸림턱을 환형으로 둘러싸면서, 상기 걸림턱을 상기 함몰부 쪽으로 가압하는 제1 환형 씰이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 환형 씰은 상기 1단 카울의 내벽과 상기 1단의 외벽에 의해 지지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 환형 씰의 하류에는 제2 환형 씰이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 1단과 상기 2단은 복수 개의 파이로 볼트로 연결된 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 다단 발사체는 다음과 같은 효과를 가진다.

간단한 체결구조를 통하여, 발사체의 1단 비행구간에서는 인장 및 벤딩힘에 대응한 체결력을 1,2단 간에 부여할 수 있고, 단 분리 시에는 2단에는 가속력을 1단에는 반작용에 의한 하부 쪽으로의 운동을 가능하게 한다.

또한, 종래와는 달리 1단에 역추진모터가 불필요하고, 2단에만 고체모터를 장착하여 단분리 시스템이 간단하여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 간단한 체결구조를 1,2단을 구속(체결) 시키고 있어, 기존의 발사체에 요구되던 파이로 볼트의 장착 개수를 줄일 수 있다.

또한, 기존 냉 분리 방식과 열 분리 방식의 장점을 여전히 가지고 있다.

한편, 본 발명은 명시적으로 기재되지는 않았지만 상술한 구성으로부터 기대할 수 있는 다른 효과도 물론 포함한다.

도 1은 종래의 다단 발사체 단 분리를 나타내는 모식도로서, 도 1의 (a)는 냉 분리 방식(cold separation)을, 도 1의 (b)는 열 분리 방식(hot separation)을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체의 주요 구성의 모식도이다.
도 3의 (a)는 도 2의 발사체의 단 분리 전(고체모터 미작동)을 나타내고, 도 3의 (b)는 도 2의 발사체의 단분리 과정(고체모터 작동)을 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

참고로, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 다단 발사체의 주요 구성의 모식도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 다단 발사체는 발사체 1단(100)과, 2단(200)과, 1단(100)과 2단(200)에 장착된 카울(cowl)(1)을 포함한다.

카울(1)은 1단 카울(11)과 2단 카울(12)을 포함한다.

1단 카울(11)은 발사체 1단(100)의 측벽에 고정된다.

2단 카울(12)은 1단 카울(11)과 분리 가능하게 연결되고 발사체 2단(200)에 고정된다.

고체모터(2)는 2단 카울(12)에만 장착되어 있다.

단 분리시, 고체모터(2)가 점화되면, 점화된 가스(이하, 점화가스)의 압력에 의해 1단 카울(11)이 고정된 발사체 1단(100)과, 2단 카울(12)이 고정된 발사체 2단(200)이 서로 분리된다.

한편, 2단 카울(12)의 내부에는 모터케이스(3)가 구비된다.

모터케이스(3)는 고체모터(2)를 구비하고 발사체 2단(200)의 측벽에 고정되며, 또한 점화가스가 1단 카울(11) 쪽으로 분출되도록 개방된 말단부를 구비한다.

1단 카울(11)은 모터케이스(3)와 탈착 가능하게 결합하는 1단 체결부(13)를 포함한다.

1단 체결부(13)는 점화가스가 유입되고 1단 체결부(13)의 둘레방향으로 서로 이격된 복수 개의 관통구멍(121)을 구비하며, 또한 이들 복수 개의 관통구멍(121)을 통과한 점화가스가 유동하는 측벽유로(S2)를 1단 카울(11)의 내벽 및 1단의 외벽과의 사이에 각각 형성한다.

한편, 모터케이스(3)는 1단 체결부(13)와 탈착 가능하게 결합하는 2단 체결부(31)를 포함한다.

2단 체결부(31)는 그 외벽의 둘레를 따라 환형으로 형성된 함몰부(311)를 구비한다. 이에 대응하여, 1단 체결부(13)는 함몰부(311)에 걸리는 걸림턱(131)을 구비한다.

제1 환형 씰(seal)(4)은 걸림턱(131)의 외벽 둘레를 환형으로 둘러싸면서, 제1 환형 씰(4)은 1단 카울(11)의 내벽과 1단(100)의 외벽에 의해 지지가 된다. 이를 통하여, 제1 환형 씰(4)은 걸림턱(131)을 함몰부(311) 쪽으로 가압하여 걸림턱(131)이 함몰부(311)로부터 이탈되지 않도록 한다.

제1 환형 씰(4)의 하류에는 제2 환형 씰(5)이 더 구비될 수 있다. 참고로, '하류'라 함은 측벽유로(S2)에서 점화가스의 유동 방향을 기준으로 할 때 하류를 의미한다. 제2 환형 씰(5)은 1단 카울(11)의 내벽과 1단(100)의 외벽에 의해 지지가 되며, 점화가스가 측벽유로(S2)를 통해 유동할 때 점화가스의 누설을 추가로 막아주는 기능을 수행할 수 있다.

필요시 1단(100)과 2단(200)은 복수 개의 파이로 볼트(pyro bolt)(6)로 추가로 연결될 수 있다. 참고로, 파이로 볼트는 원격으로 작동할 수 있는 파이로테크닉 폭발약(pyrotechnic charge)을 포함하는 볼트로서, 볼트에 내장된 폭발약은 일반적으로 전류에 의해 활성화되며 볼트를 절단시키는 역할을 한다. 이와 같은 파이로 볼트는 구성품의 결합과 분리를 목적으로 사용되는 것으로서 이미 널리 알려져 있어 이에 대한 추가적인 설명은 생략한다.

한편, 도 2에는 발사체 1단(100)과 2단(200)에 장착된 1개의 카울(cowl)(1)의 주요 구성들이 도시되어 있는데, 이 카울(1)은 발사체의 둘레 방향으로 90도 간격으로 4개가 설치된다.

이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 상술한 구성을 가진 본 발명의 한 실시예에 따른 발사체의 작용에 대하여 설명한다. 참고로, 도 3의 (a)는 도 2의 발사체의 단 분리 전(고체모터 미작동)을 나타내고, 도 3의 (b)는 도 2의 발사체의 단 분리 과정(고체모터 작동)을 나타낸다. 그리고 도면부호 'A'는 로켓의 상승 방향을 나타낸다.

고체모터(2)가 점화되면, 점화가스는 한쪽이 막힌 실린더 형상인 1단 카울(11) 쪽으로 분사되면서(S1) 1단 카울(11)에 압력을 가하여 1단 카울(11)을 아래로 밀어주고, 점화가스의 일부는 1단 체결부(13)의 복수 개의 관통구멍(121)을 통하여 유동한다. 그리고 점화가스는 측벽유로(S2)를 따라 유동하여 제1 환형 씰(4)을 하류 쪽으로 밀어낸다.

이때, 제1 환형 씰(4)에 의해 서로 체결되어 있던 2단 체결부(31)와 1단 체결부(13)는 체결이 해제된다. 즉, 제1 환형 씰(4)이 하류(도 2 기준 좌측)로 밀려나고, 1단 카울(11)에 가해지는 점화가스의 압력에 의하여 1단 카울(11)은 아래(도 2 기준 우측)로 이동하려는 힘이 작용하면서, 걸림턱(131)이 함몰부(311)에 대해 상대적으로 1단 체결부(13)의 반경 방향 외측으로 휘어지게 된다. 이로 인해, 발사체 1단(100)과 2단(200)의 기계적 체결이 풀리고, 2단(200)은 고체모터(2)의 추력에 의하여 상부(도 2 기준 좌측)로 이동하고, 1단(100)은 반작용에 의하여 하부(도 2 기준 우측)로 밀려 내려가면서 단분리가 이루어진다.

만일 1단 체결부(13)와 2단 체결부(31)의 결합만으로 발사체 1,2단의 결합을 위한 충분한 힘을 얻을 수 없을 경우, 기존과 같이 1,2단 체결용 파이로 볼트(6)가 장착될 수 있으나, 상술한 바와 같은 본 발명의 구성으로 인해 그 수를 최소화할 수 있을 것이다.

상술한 결합 구조를 가진 카울(1)이 발사체의 외벽에 둘레방향으로 90도 간격으로 4개가 설치됨으로써, 1단 비행구간에서는 인장 및 벤딩힘에 대응한 체결력을 얻고, 1,2단 분리 시에는 2단에는 가속력을, 1단에는 반작용에 의한 하부 쪽으로의 운동을 효과적으로 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100...발사체 1단
200...발사체 2단
1...카울
11...1단 카울
12...2단 카울
2...고체모터
13...1단 체결부
131...걸림턱
31...2단 체결부
311...함몰부
4...제1 환형 씰

Claims (8)

1. 삭제
2. 1단, 2단, 그리고 상기 1단과 상기 2단에 장착된 카울을 포함하는 다단 발사체에서,
   상기 카울은 상기 1단에 고정된 1단 카울과, 상기 1단 카울과 분리 가능하게 연결되고 상기 2단에 고정된 2단 카울을 포함하며,
   상기 다단 발사체는,
   상기 2단 카울에 장착된 고체모터
   를 포함하며,
   상기 고체모터의 점화시, 점화가스의 압력에 의해 상기 1단 카울이 고정된 상기 1단과, 상기 2단 카울이 고정된 상기 2단은 서로 분리되며,
   상기 2단 카울의 내부에는, 상기 고체모터를 구비하고 상기 2단에 고정되며, 말단부가 개방된 모터케이스가 구비되고,
   상기 1단 카울은
   상기 점화가스가 유입되는 복수 개의 관통구멍이 형성되고, 상기 복수 개의 관통구멍을 통과한 상기 점화가스가 유동하는 측벽유로를 상기 1단 카울의 내벽 및 상기 1단의 외벽과의 사이에 각각 형성하며, 상기 모터케이스와 탈착 가능하게 결합하는 1단 체결부
   를 포함하는 다단 발사체.
3. 제2항에서,
   상기 모터케이스는 상기 1단 체결부와 탈착 가능하게 결합하는 2단 체결부를 포함하는 다단 발사체.
4. 제3항에서,
   상기 2단 체결부는 그 둘레방향으로 함몰부를 구비하고,
   상기 1단 체결부는 상기 함몰부에 걸리는 걸림턱을 구비하는
   다단 발사체.
5. 제4항에서,
   상기 걸림턱을 환형으로 둘러싸면서, 상기 걸림턱을 상기 함몰부 쪽으로 가압하는 제1 환형 씰이 구비되는 다단 발사체.
6. 제5항에서,
   상기 제1 환형 씰은 상기 1단 카울의 내벽과 상기 1단의 외벽에 의해 지지되는 다단 발사체.
7. 제5항에서,
   상기 제1 환형 씰의 하류에는 제2 환형 씰이 구비되는 다단 발사체.
8. 삭제

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