KR19980703195A - 전기열 화학 카트리지 - Google Patents

Abstract

점감하는 횡단 단면의 퓨즈(18)를 지닌 전기열 화학 카트리지(10)는 고 임펄스 에너지가 추진제(24)의 완전 조절된 연소에 의하여 발사물(6)에 분배되도록 가능케한다. 추진제로 충진된 길고 협소한 튜브(16)는 방출 말단을 향하도록 점감되는 횡단 단면을 지닌 내표면상에 퓨즈(18)를 가지며, 퓨즈가 추진제를 점화함에 따라, 파열되기에 충분히 얇은 절연층에 의해 카트리지 케이싱의 전기적 접지로부터 분리된다. 튜브(16)의 후방 말단(14)에서 접속되는 고-전압 전극(26)은, 방출 말단(12)으로부터 후방 말단(14)까지 조절된 방식으로 퓨즈를 오옴 방식으로 가열 또는 연소하기 위해서 충분한 전류 밀도의 펄스의 적용에 대비한다. 상기의 많은 튜브(152)가 넓은 배럴 총포를 위한 큰 케이싱(150)내에 함께 다발지어질 수 있다.

Description

전기열 화학 카트리지

총포내에서 발사물 또는 로켓류에서 발사물로의 크러스트(chrust)의 효과적 전달은 추진제의 점화 조절에 좌우한다. 연소 추진제의 에너지를 해당시간, 즉 발사물을 추진제로부터 밀어내는 시간내에 전달시키는 것이 바람직하다. 그럼에도 모든 추진제의 완전하고 즉각적인 폭발은 총포에 파괴적이며 추진력을 극대화하지 않는다. 바람직하게, 추진제에 작용하는 압력은 실질적으로 일정함으로써, 주어진 구경 압력 허용치에 대한 극대 가속화를 이룬다.

현재 기술 상황에 따르면, 통상적인 카트리지에서의 점화 및 추진제의 연소는 추진제 그레인의 기하학에 의해 조절된다. 고형 추진제 그레인의 모양, 크기 및 유공도는, 추진제가 퓨즈에 의해 일단 점화되면, 연소율을 조절한다. 하지만, 이들 인자들은 카트리지로 밀봉되며 발사물로 실질적으로 전달될 수 있는 에너지 밀도를 제한한다. 예를 들면, 당업계에서 사용되는 통상적인 추진제 RDX는 1평방센티미터당 약 1.8그램의 밀도를 가진다. 이는 3/8인치의 직경, 1/2인치의 높이를 지닌 원기둥형 펠렛으로 펠렛화되며, 유공성으로 된다. 그 결과, 밀리초의 시간 규모로 조절된 연소를 위해 필요한 펠렛 형에서, RDX는 1평방센티미터당 약 1그램의 밀도를 가진다. 더욱이, 탈민감도제가 추진제의 연소를 느리게 조절하고자 전형적으로 첨가됨으로써, 밀도는 RDX의 원래 밀도의 절반가량으로 감소된다.

통상적인 카트리지상에서의 변이는 벌크 액성 추진제 카트리지로서, 덜 민감할 뿐만 아니라, 덜 효력이 있는 액성 추진제가 최대 밀도에서 적재된다. 여기에, 연소율은 그레인 크기에 의해 조절되는 것이 아니라, 가스상태의 연소 산물과 불연소 액체사이의 계면을 나타내는 Taylor Bubble의 생장에 의해 조절된다. 불행히도, 버블의 방출은 난류성 유체 역학 뿐만 아니라 불안정 생장을 수반함으로써, 재생산적이지 못하다.

통상적인 카트리지에 대한 대안으로서, 전기에 의해 추진제의 연소를 개시하고 조절하고자 하는 시도가 당업계에서 있어왔다. 이러한 카트리지는, 더 높은 에너지 밀도가 카트리지내로 채워질 수 있기 때문에, 통상적인 화학 카트리지보다 더 많은 임펄스 동력을 전달할 수 있으며, 추진은 전기 전류에 의해 제공된 더해진 조절 수단에 의해서 더 적절하며 일정한 방식으로 발사물에 전달될 수 있다.

전기 전류의 조절 하에서 추진제를 연소하기 위해 당업계에서 알려진 방법 중의 하나는 추진제내에 봉매된 하나 이상의 모세관내에 전기적 아크를 스트라이킹함을 필요로 한다. 조절의 일부 측정은, 밝기가 전기 전류를 통해 조절될 수 있기 때문에 점화된 추진제상에서 충돌하는 방사 강도에 의해 제공된다. 하지만, 조절 정도는 화학적-발생 대 전기적-공급의 에너지 비율에 역으로 의존한다. 아크와 함께 점화되는 추진제를 가지는 통상적인 총포는 하나의 극단이다. 이것은 고효율을 제공하나, 연소율은 추진제에 의해 전적으로 결정된다. 다른 극단에서는, 모든 에너지가 전기적으로 제공된다. 이것은 압력 펄스 이상의 완전한 조절을 행하여, 저분자량의 불활성의 추진제를 선택하도록 하여 고속을 이룰 수 있도록 허락한다. 하지만, 전기 에너지가 발사물의 카이네틱 에너지를 생산하는데 사용되는 효율은 아주 낮게 된다.

많은 전기적으로 조절된 디자인이 통상적인 액체 추진제 카트리지로서의 동일한 문제점 중의 일부, 즉 카트리지내에 수반된 거리에 걸쳐 난류성 혼합 및 화염 전파의 역학에서의 내부적 비재생산성으로 손해보고 있다. 이는 전기 에너지 공급이 용이하게 조절되는 반면에, 이러한 조절이 연소 전방, 플라즈마 방출 또는 전기적-주입된 스프레이의 전파의 랜덤 역학에 의해서 이들 디자인내에서 부인됨을 의미한다.

예를 들면, 당업계에서의 또 다른 방법에 따라, 두 개의 반응 구성요소를 포함하는 추진제는 전기적 아크를 사용함으로써 증기화하도록 국부적으로 점화되고 이후, 한 무리의 원소화된 구성요소를 다른 구성요소내로 국부적으로 스프레이한다. 다수의 상기 국부적 스프레이형 주입은 카트리지를 통해 반응의 전파를 조절하도록 한다. 하지만, 충분한 혼합을 얻기 위한 전기적 입력 요구가 이러한 시스템에서 고려할 만하며, 이리하여 에너지 효율적이지 않다. 더욱이, 이 시스템은, 스프레이 역학이 랜덤하며 믿을수 없기 때문에 믿을 수 없으며 복잡하여서, 두 개의 구성요소간에 혼합 정도를 변화시킬 수 있다.

미국 특허 No. 4,974,487(Goldstein et al.)에 기술된 당업계에 또 다른 방법에서, 카트리지내 구경 후방에 위치한 발사물은 구경의 길이를 따라 상이한 세로선에 위치된 다수의 플라즈마 제트원에 의해 구경을 따라 가속된다. 플라즈마 제트는 양말단에 전극을 지닌 방출 모세관내에 위치된 저분자량의 이중전기적 물질에서 개시된다. 플라즈마는 에너지의 오옴 소실을 통해 압력을 구축하며, 추진제를 추진하는 압력 전방에 기여하도록 증기화될 수도 있는 유체를 통해 통과한다. 불리하게도, 장치는 플라즈마의 랜덤 및 비생산적인 역학 및 유체와의 혼합에 있어서의 문제점에 처해진다. 모세관으로 전달된 전류가 조절될 수 있는 반면에, 압력을 구축하도록 방출하는 플라즈마의 행동, 유체와 플라즈마의 혼합 및 그에따른 유체의 구성요소의 증기화는 매우 무질서하며 문제적이다. 더욱이, 상기에서 기술된 통상의 다른 대안에서, 플라즈마 유동율을 달성하기 위해 많은 양의 전기 에너지가 필요하다.

미국 특허 No. 5,072,647(Goldstein et al.)에 기술된 관련 장치에서, 발사물은 수소와 같은 고압 기체와 반응하여 가속되며, 물 및 금속 입자의 슬러리의 발열 반응에서 생성되며, 플라즈마 방출에 의해 개시된다. 수소 기체의 압력은 추진제가 플라즈마 방출에 적용된 전기 동력을 증가함에 의해 총포 구경 아래로 가속함에 따라 유지된다. 하지만, 상기 디자인 또한, 전술한 미국 특허 No. 4,974,487와 결부하여 플라즈마 역학 문제점이 지적된다.

미국 특허 No. 5,052,272(Lee)에서, 전기적 펄스가 와이어를 물내 알루미늄 입자의 슬러리로 폭발하도록 금속 와이어에 적용됨으로써, 슬러리가 점화된다. 전기적 에너지는 슬러리를 통해 계속하여 흐름으로써 반응을 증가시킨다. 이러한 수단에 의해 알루미늄-물 혼합물은 해당 시간 동안 실질적으로 반응한다. 하지만, 일단 점화 전류의 방출이 개시되면 전기 전류를 사용한 반응율을 조절하기 위한 어떠한 단서도 주어지지 않는다. 알루미늄과 수소의 발열반응은 위치 및 반응 전방의 속도의 고려없이 전기적 펄스의 방전에 의해 촉진된다. 더욱이, 카트리지내 모든 추진제는 일시에 반응하여, 전술한 다른 장치를 플락하는 화염 전파의 역학과 결부된 동일한 문제점을 유발한다.

전기열 화학 카트리지의 일반적 개념이 총포 또는 로켓 등에서 발사물을 효율적으로 시간내에 추진 전달하는 통상적인 카트리지 이상의 상당한 개선을 약속하지만, 추진제의 점화를 조절하기 위해 믿을 만한 전기 전류 사용 수단이 필요하다. 특히, 난류성 역학과 결부된 문제점을 피하고자 필요한 카트리지는 합당한 전기 에너지 전달 효율을 가지며 믿을만하게 수행한다. 더욱이, 작제물에 비해 상대적으로 간편하며 비용-효과적인 카트리지가 바람직하다.

본 발명은 상기 및 다른 필요성에 유리하게 접근한다.

발명의 개요

본 발명은 고-에너지, 느린-연소 화학 추진제의 연소를 점화하고 조절하는데 전기적으로 사용되는, 점감되는 퓨즈를 지닌 개선된 전기열 화학(ETC) 카트리지를 제공한다. 접지된 전도성 외표면을 지닌 길고, 협소한 튜브는 실질적으로 추진제로 완전히 채워지고, 튜브의 내표면의 길이를 따라 고형 금속 퓨즈 오옴 가열 또는 용융 작약에 의해서 튜브의 전방 방출 말단으로부터 후방 말단으로 국부적으로 점진적 연소된다. 추진제는 발사물을 추진하는 방출 말단을 통해서 누출하는 압력을 생성한다. 퓨즈 물질의 횡단면은 방출 말단을 향해 점감됨으로써, 해당 전류를 튜브의 후방 말단에 접속된 고-전압 전극 및 더 적은 횡단면을 지닌 퓨즈 물질을 가열하고 작약하는 전도성 외표면 사이에 전기 펄스의 방전에 의해 퓨즈 물질을 통해 제공된다. 이리하여, 전방 점화는 방출 말단에서 개시하여, 퓨즈가 점화 온도 및/또는 작약에 도달함에 따라 후방 말단으로 전진한다.

유리하게도, 튜브의 협소한 일면은 난류성 혼합의 역학 문제점 없이도 작약하는 퓨즈 물질에 의해 국부적으로 추진제의 완전한 연소를 보장한다. 추진제는 퓨즈 물질의 점화율에 비해 느리게 연소하기 때문에, 튜브의 전방 방출 말단에서부터 후방 말단까지의 전진은 완전히 퓨즈에 의해 조절되며, 추진제의 규칙적인 연소를 제공한다. 이는, 모든 추진제가 일시에 도달된다면, 마주치게 될 지 모르는 과압의 역생산적 효과를 효과적으로 제거시키거나 또는, 플라즈마가 작은 지역에서 추진제를 점화하도록만 사용된다면, 무질서한 화염 전파의 역생산적 효과를 효과적으로 제거시킨다.

추진제는 바람직하게 금속 및, 물과 같은 산화제의 슬러리이며, 이는 퓨즈의 소비율에 비해 상대적으로 느리게 연소하나, 고도로 발열반응이어서 고온 및 고압에서 낮은 원자량의 기체를 생성한다.

퓨즈 물질과 튜브의 접지된 외표면 사이의 절연층은 충분히 얇아서, 추진제가 퓨즈 물질의 오옴 가열에 의해 점화 온도로 국부적으로 점화됨에 따라 또는 퓨즈 물질이 작약함에 따라 국부적으로 파열된다. 그렇지 않으면, 전기에너지를 계속하여 배출할 지 모르는 소비된 퓨즈 물질은 접지된 외표면으로 누전됨으로써, 소비되지 않은 퓨즈 물질에서의 더 많은 전기에너지의 축적을 가능케한다.

상기 하나의 단일 튜브는 카트리지로서 역할하거나, 또는 많은 상기 튜브들은 유리하게도 케이싱내에 함께 다발되어서 더 넓은 배럴 총포를 위한 카트리지를 제공할 수 있다. 카트리지의 구축은 간편하며 비용 효과적이다. 난류성 역학에 기인하여 변동되기 쉬운 점화 전방의 유체형 전파에 의존하지 않기 때문에, 카트리지의 수행은 믿을만하다.

발사물에 엄청난 추진을 적시에 전달하기 위해, 규칙적이고 믿을만한 방식으로 느린-연소 추진제의 연소를 점화하고 조절하도록 전기를 사용하는 전기열 화학 카트리지를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

협소한 면의 추진제-함유 튜브내에서 전기적으로 조절된 점감된 고형 퓨즈와 함께 추진제의 연소를 완전히 조절함으로써, 선행기술에서의 난류성 혼합 및 화염 전파와 결부된 문제점들을 피할수 있는 카트리지를 제공하는 것이 본 발명의 추가 목적이다.

점화 전방이 카트리지의 길이 아래로 효과적으로 윰직일수 있도록, 퓨즈 물질 및, 작약 퓨즈 또는 연소 추진제에 의해 파열되는 전도성 외부 사이에 얇은 절연층을 카트리지내에 포함하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

구축하는데 간편하며 비용-효과적인 카트리지를 제공하는 것이 본 발명의 또 다른 목적이다.

본 발명의 상기 목적 및 기타 목적, 특징 및 잇점들은 하기에 뒤따르는 도면을 수반한 구체적 양태에 대한 상세한 설명을 고려할때 자명해질 것이다.

본 발명은 일반적으로 추진제의 조절된 점화 수단 및 방법에 관한 것으로, 보다 자세히는 느린 연소 추진제의 점화가 점감되는 퓨즈의 전기적 활성화에 의해 조절되는, 총포류에 사용되도록 적응된 열전기 화학 카트리지에 관한 것이다.

도 1 은 본 발명의 카트리지를 사용하는 총포의 단면도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 장 단일-튜브 카트리지의 단면도로서, 긴 중앙 단면은 들쭉날쭉하게 단절된 바와 같이 생략되었다.

도 3 은 에칭한 금속층을 그 위에 가지는 길다란 절연 시이트의 투시도로서, 길다란 중앙 단면은 들쭉날쭉하게 단절된 바와 같이 생략되었다.

도 4 는 본 발명의 한 양태에 따른 카트리지내에서 사용하기 위한 튜브의 투시도로서, 길다란 중앙 단면은 들쭉날쭉하게 단절된 바와 같이 생략되었다.

도 5 는 본 발명의 또 다른 양태에 따른 다중 튜브 카트리지의 말단도이다.

도 6 은 도 5의 다중 튜브 카트리지의 부분 단면도이다.

하기의 기술된 내용은 본 발명을 수행하기에 고려되는 우수한 양태이다. 하기 내용은 본 발명을 제한하려는 의도가 아닌, 본 발명의 일반 개념을 기술하는 목적으로만 여겨져야 한다. 발명의 범위는 부속된 청구범위를 참고하여 결정되어야 한다.

도 1은 총포(4)내에서의 본 발명에 따른 카트리지(2)의 사용을 도시한다. 카트리지(2)내에서의 추진제의 점화에 의해 발생하는 고압기체는 발사물을 총포(4) 외부로 추진시킨다. 전도성 리드(7) 및 (8)은 고전압전기동력원(9)으로부터 전기적 점화 전류를 카트리지 퓨즈로 제공한다. 리드(7)는 카트리지의 후방에 위치한 전도성 전극에 접속하는 반면에, 리드(8)는 금속성이며 전도성인 총포의 외표면의 일부에 접속할 수 있다. 따라서, 점화 펄스를 방전하기 위한 전류 흐름은 리드(7)를 통해 카트리지 후방에 있는 전극으로, 카트리지내의 퓨즈 물질를 통해 카트리지의 전도성 케이싱으로, 그리고나서 총포의 금속성 배럴로, 마지막으로 리드(8)로 존재한다. 대안적으로, 리드(8)는 접지될 수 있으며, 전류 흐름은 총포의 금속성 외표면으로부터 접지되도록 할 수 있다.

하기에 상세히 기술되는 본 발명의 한 양태에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같은 넓은 배럴 총포에 사용되는 카트리지는 함께 다발지어진 다수의 협소하고, 추진제-충진된 점화 튜브를 포함한다. 작은 구경 총포에서, 카트리지는 단지 하나의 상기 튜브를 포함할 수도 있다.

도 2를 참조로하여, 본 발명에 따른 전기열 화학 카트리지(10)는 중앙 단면이 도시되지 않은 채 길다란 카트리지의 중앙이 들쭉날쭉하게 단절되게 도면에 도시된 바와 같이, 튜브형이며 길고 협소한 면을 가진다. 카트리지는 방출 말단(12) 및 후방 말단(14), 및 카트리지의 방출 말단으로부터의 동력을 받아서 총포 배럴로부터 발사되는 발사물을 가진다. 카트리지는 절연층(16), 절연층의 내표면상에 퓨즈(18), 및 절연층의 외표면상에 전도층(20)을 추가로 가진다. 추진제(24)는 튜브의 용적을 실질적으로 충진한다.

추진제는 수소와 같은 저분자량의 기체를 발생하는 것이 바람직하며, 보다 특히, 산화제와 조합한 금속 또는 금속 수소화물를 포함한다. 가장 바람직하게는, 추진제는 알루미늄을 침전시키지 않도록 하는 겔화제를 함유하는 물내 부유된 입자형의 알루미늄이다. 상기 혼합물은 약 1000℃ 내지 2000℃에서 점화되며, 이러한 온도는 전형적으로 상기 온도범위에서 용융 또는 작약하는 금속 물질인 퓨즈 물질내에서 상기 온도 범위에 도달함으로써 달성될 수 있다. 암모늄 질산염은 유리하게도, 역치 점화 온도를 약 300℃ 내지 400℃로 낮추기 위해서 혼합물에 더해질 수 있다. 상기 혼합물을 사용함으로써, 금속성 퓨즈 물질을 작약하지 않고서도 점화를 달성하는 것이 가능하다.

카트리지(10)는 길기 때문에, 한쪽 말단에서만 점화된다면, 추진제를 방출 말단으로부터 후방 말단까지 연소하는데 필요한 시간이 퓨즈 물질을 작약하는데 걸리는 시간과 비교해볼때 길다. 하지만, 카트리지는 충분히 협소하기 때문에 추진제의 완전한 횡단 연소가 해당 시간과 비교시에 짧은 시간내에 일어난다. 따라서, 추진제의 세로축 연소는 퓨즈(18)의 가열 및/또는 작약에 의해 조절된다.

추진제 점화를 위한 퓨즈 물질의 특정 온도로의 가열 또는 작약은 전기 전류 밀도의 임계 연소 및 퓨즈 물질내에 전기 전류의 적용 기간에 도달함으로써 달성된다. 전기 전류는 바람직하게는 카트리지의 후방 말단(14)에 위치하며 퓨즈와 전기적 접촉하는 고전압 전극(26)에 의해 제공된다. 전극(26)을 경유한 전류는 퓨즈 물질을 통해, 전기적으로 접지되도록 접속되며 도면에 도시된 바와 같이 방출 말단(12)과 접촉하는 퓨즈를 지닌 전도층(20)으로 흐른다. 퓨즈(18)의 횡단면은 후방 말단(14)으로부터 방출 말단(12)까지 점감하며, 해당 전류 흐름을 위해 퓨즈 물질내 전류 밀도는 방출 말단(12)을 향해 증가한다. 그 결과, 전기 에너지 밀도는 먼저 방출 말단을 향해 퓨즈내 임계 역치에 도달할 것이며, 퓨즈의 국부적 가열 또는 작약 및 추진제의 국부적 점화를 야기하여, 점감 정도, 사용된 퓨즈 물질, 및 이용가능한 전류, 기타 다른 인자에 좌우하여 조절된 방식으로 실질적으로 후방 말단을 향해 전진할 것이다.

절연층(16)은 퓨즈(18)를 방출 말단을 제외한 카트리지의 길이를 위한 접지 전위에서 전도층(20)으로부터 분리시키며, 퓨즈(18) 및 전도층(20)은 절연층의 말단 둘레로 접촉을 이룬다. 고 전압이 전극(26)에 적용될때, 전류는 퓨즈 물질을 통해 전도층으로 흐른다. 퓨즈 물질의 횡단면은 방출 말단에서 가장 작기 때문에, 전류 밀도는 방출 말단에서 가장 높아서 퓨즈 물질을 보다 신속하게 작약 온도로 가열시킴으로써 추진제의 점화를 야기한다. 추진제가 금속성 퓨즈 물질의 녹는점 또는 끓는점과 같은 아주 높은 온도에서만 점화하는 유형이라면, 이런 물질은 용융되거나 증기상으로 되어 국부적으로 파열된다. 추진제가 금속성 퓨즈 물질의 녹는점 또는 끓는점 이하의 온도에서 점화하는 유형이라면, 퓨즈 물질은 국부적으로 점화된 추진제의 폭발력에 의해 국부적으로 파열된다.

가장 좁은 횡단면의 퓨즈 물질이 국부적으로 작약 또는 파열됨에 따라, 이는 하기에서 기술되는 바와 같이 전기 점화 회로로부터 효과적으로 제거되며, 전류 밀도는 파열된 단면보다 약간 넓은 단면을 지니지만 잔존하는 나머지 퓨즈 단면 중에서는 가장 좁은, 파열되는 단면에 가장 근접한 퓨즈 물질내에서 최대치에 도달한다. 이러한 방식으로, 소비되지 않은 퓨즈 물질내에서의 최대 전류 밀도가 위치하며, 이리하여, 점화 전방은 방출 말단으로부터 후방 말단으로 점진적으로 이동한다.

본 발명에 따라, 절연층(16)은 충분히 얇아서, 근접한 퓨즈 물질의 작약 또는 근접한 퓨즈 물질의 국부적 파열에 수반된 추진제의 국부적 연소에 의해 붕괴된다. 이러한 방식으로, 퓨즈 물질의 점화 전방이 방출 말단으로부터 후방 말단으로까지 전진해나감에 따라, 절연 물질은 이에 따라 파열되며, 소비되지 않은 퓨즈 물질의 말단은 계속된 전류 흐름을 허용하도록 외부전도층과 접촉하도록 놓여지거나, 전류의 아크를 허용하도록 전도층에 충분히 근접하도록 놓여짐으로써, 추진제는 계속하여 점화한다.

유리하게도, 이렇게 함으로써 본 발명은, 퓨즈 물질이 작약할때 전형적으로 고-저항에서 남아있을 수 있어서 전류에 의해 축적된 전기에너지의 상당부를 약화시켜 다른 소비되지 않은 퓨즈 물질의 증기화를 방해 또는 간섭하는 문제점을 회피한다. 절연층이 퓨즈 물질이 작약에 따라 국부적으로 파열되기 때문에, 소비된 퓨즈 나머지는 전도층(20)의 새로이 노출된 부분에 누전되고 이리하여, 전기 에너지를 증기 전방으로부터 약화시키지 않는다.

추가로 도 2에 도시된 바와 같이, 전도층(20)은 바람직하게도 전극(26)이 위치한 카트리지의 후방 말단으로 완전히 연장되지 않는다. 이는 전류의 가능한 아크를 전극으로부터 직접 전도층으로 막아서, 퓨즈를 포위하여 본 발명의 효율을 떨어뜨릴 것이다. 절연 자켓(28)은 아크 반대로 더해지는 절연을 위해 전도층의 말단에 걸쳐 제공될 수 있다. 절연 지지체(30)는 고전압 전극(26) 및 카트리지의 말단을 감싸서, 총포 배럴 또는 기타 물질으로부터 전기적 절연을 제공하며, 전체적 조립을 지지한다.

보다 상세히, 퓨즈(18)는 절연층(16)의 전체 내표면을 코팅하는 인접층을 포함하는데, 퓨즈층의 두께는 후방 말단으로부터 방출 말단까지 감소한다. 대안적으로, 퓨즈는 절연층의 내표면의 길이를 따라 원주둘레로 동일하게 이격된 다수의 평행 스트립을 포함하는데, 각 스트립의 폭은 후방 말단으로부터 전방 말단으로감에 따라 줄어들지만 두께는 여전히 동일하다. 퓨즈 물질은 당업계에서 오옴방식으로 가열되며 궁극적으로는 충분한 전기 전류 밀도의 적용에 의해 작약하는 것으로 알려진 임의의 금속성 물질로 이루어질 수 있으며, 침착, 돌출, 에칭과 같은 당업계에서 알려진 임의의 방법에 의하여 절연층의 내표면에 부착될 수 있다.

유사하게, 전도층(20)도 임의의 충분한 도체 금속으로 이루어질 수 있으며, 침착, 돌출, 에칭 및 랩핑과 같은 임의의 공지된 방법에 의하여 절연층(16)의 외표면에 적용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 양태는 구리층(52)으로 적층된 캡톤(Kapton) 절연 시이트(50)가 도시된 도 3을 참조할때 이해될 수 있다. 시이트는 중앙 단면이 도시되지 않은채 시이트의 중앙이 들쭉날쭉하게 단절되게 도면에 도시된 바와 같이, 길다랗다. 구리 적층은 당업계에 잘 알려진 회로판 에칭 기술을 사용하여 에칭되어서, 한 쪽 말단으로부터 다른 쪽 말단까지 점감된 다수의 평행 스트립(54)을 포함하는 패턴을 만들어낸다. 캡톤 절연의 두께는 바람직하게 약 5 밀리미터이며, 구리 적층의 두께는 바람직하게 약 1 밀리미터 내지 약 3 밀리미터이다. 구리 스트립(54)은 밴드(56) 및 (58)에 의해 양쪽 말단에서 인접하여 결합된다. 밴드(56)는 카트리지의 후방 말단을 포함할 곳에 위치하며, 고전압 전극에 접속하기 위해 사용되는 반면에, 밴드(58)는 카트리지의 방출 말단을 포함할 곳에 위치한다. 밴드(58)는 구조적으로 시이트를 지지하는 역할을 하나, 본 발명을 위해 반드시 필요한 것은 아닌데, 이는 대안적인 구리 스트립(54)이 상기 밴드의 결합없이도 캡톤 시이트의 가장자리로 연장될 수 있기 때문이다.

방출 말단에 위치한 밴드(58)의 존재는 점감된 퓨즈 스트립(54)의 효과를 떨어뜨리지 않는다. 점화 온도를 달성하기 위한 임계 전류 밀도가 밴드(58)에서 결코 일어날수 없는 반면에, 이는 스트립이 가장 가느다란, 밴드(58)에 약간 앞선 방출 말단 근처에서 실질적으로 일어날 것이다. 상기에서 기술된 바와 같이, 국부적 점화가 가장 가느다란 폭의 위치에서 달성될때, 퓨즈 물질은 파열되며, 스트립내 근접한 퓨즈 물질은 외부 전도 표면과 접촉을 이룬다. 밴드(58)는 이후, 전기 회로로부터 효과적으로 제거되어 공정의 나머지에는 기여하지 않는다.

적층되고 에칭된 절연 시이트는 가장자리(60) 및 (62)를 결합함에 의해 긴 튜브내로 형성된다. 그 결과 생성된 튜브(100)는, 생략된 중앙 단면을 나타내도록 튜브 중앙부를 들쭉날쭉하게 단절되게 하여 도 4에 나타낸 바와 같이, 길고 협소하다. 튜브(100)는 방출 말단(102) 및 후방 말단(104)를 가진다. 튜브는 각 폭이 방출 말단(102)를 향해 점감하는 퓨즈 스트립(108)의 내표면상에 캡톤 절연층을 포함한다. 이 튜브는 예컨대, 캡톤 절연 시이트(50)을 원통형 굴대 둘레로 회전함으로써 만들어질 수 있다. 이는 조인트(110)를 따라 적용되는 접착 캡톤 테이프류의 세로축 스트립에 의해 가장자리(60) 및 (62)에서 결합된다.

튜브는 예컨대 약 0.13mm(0.005 인치)의 두께를 지닌 알루미늄 포일 시이트로 오버랩핑함으로써 제공될 수 있는 전도층(112)을 가진다. 포일층(112)은 전류의 직접적 아크를 전극으로부터 전도층까지 방지하기 위해서 튜브의 후방 말단(104)에서부터 약 10 센티미터에서 바람직하게 종결하여, 절연면(114)를 노출되도록 한다. 포일층(112)의 가장자리는, 포일 가장자리에 걸친 튜브 원주 둘레의 캡톤 절연류의 접착 스트립(116)을 랩핑함에 의해서 아크를 전극으로부터 방지하기 위해 추가로 절연된다. 도면에는 분명하게 생략되어 있지만, 전도성 포일은 방출 말단 둘레로 랩핑되며 튜브의 내표면상에 퓨즈 물질과 접촉하도록 위치한 플랩으로서 역할할 수 있는 방출 말단의 가장자리 이상으로 연장하는 길이를 가진 것으로 여겨진다. 대안적으로, 구리 테이프의 분리 조각은 내측과 접속한 채, 튜브의 상층 가장자리 둘레로 외부 전도층을 지닌 퓨즈층에 적용된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같은 다수의 튜브가 케이싱내에 함께 다발지어져서 넓은 배럴 총포를 위한 단일 고전압 전극을 제공할 수 있다. 케이싱내로 다수가 밀집하게 포장되는 것이 바람직한데, 말단에서 튜브는 원통형 케이싱의 모든 공간을 실질적으로 빽빽하게 충진시키도록 성형될 수 있다.

도 5는 튜브 사이의 개방 공간이 실질적으로 전연 없도록 케이싱내에 빽빽하게 포장된 배열을 도시하는 말단도이다. 케이싱(150)은 49개의 튜브를 포함하며, 그중 48개의 튜브는 사다리꼴형의 횡단면을 지니도록 성형되며, 나머지 한 튜브(152)는 원통형으로 성형된다. 튜브의 모양은 동일함을 필요로 하지 않는다 할지라도, 배열에 있어서 축 대칭성을 유지하는 것이 바람직하다. 132mm 직경의 발사물을 위해, 상기에서 기술된 바와 같이 에칭된 구리 적층 캡톤 시이트는 먼저 0.75 인치 직경의 원통형 축 둘레로 회전될 수 있으며, 세 개의 퓨즈 스트립(108)을 가질 수 있다. 이후, 원통형 튜브는 적절한 성형 굴대 위로 슬라이딩함으로써 사다리꼴형태의 횡단면으로 성형된다.

다중 튜브 카트리지(200)는, 다발지어진 튜브(202)가 단면에서 도시되지는 않았지만 케이싱(204), 고전압 전극(206) 및 다른 구성 요소가 도시된 도 6의 부분 단면도에 도시되어 있다. 카트리지(200)는 후방 말단(208) 및 방출 말단(210)을 가진다. 케이싱(204)은 금속성으로, 구조적 지지를 제공하며 튜브(202)의 전도성 표면을 위한 전기적 접지 접촉을 제공한다. 케이싱(204)내로 삽입에 의해 튜브 다발(202)의 압착 및 약간의 변형은 그들이 금속 쉘 케이싱(204)에 반대로 압력받을때 우수한 접지 접속을 보장한다. 카트리지의 단면(212)에서 보여지는 것과 같은 정도의 변형은 카트리지의 작동을 심각하게 손상시키지 않으면서 이러한 접속을 제공한다.

점감되고, 컵-성형된 절연체(214), 바람직하게는 General Electric사로부터 구입가능한 렉산 폴리카보네이트, 또는 고 모듈의 폴리우레탄으로부터 제조되는 절연체는, 접지된 쉘 케이싱으로부터 고전압 전극(206)을 절연하며, 또한 필요한 전기적 파열 길이를 튜브(202)의 후방 말단의 위치 이상으로 연장시킨다. 절연체(214)의 모양은 카트리지의 내측 및 전극의 외부 가장자리와의 계면에 고압 기체 밀봉을 제공한다.

카트리지(200)는 도 5에 도시된 배열에 따라 굴대상에 다발을 포함하는 튜브(202)를 일차 성형함으로써 구축될 수 있다. 이후, 튜브는 사발 모양의 구리 전극(206)내에 함유된 주조 솔더의 풀내에 침지된다. 솔더가 냉각한 이후에, 절연체 캡(214)은 다발의 후방 말단에서 전극위로 접착되며, 이 조립체는 5-인치 총포 쉘 케이싱(204)으로 삽입되어 전술한 밀봉을 형성하는 카트리지의 후방 말단에서 튜브 및 절연체 캡을 압착시킨다. 5-인치 총포 쉘은 분쇄에 의해 제거가능한 후방 기저판을 가지도록 변형되며, 플레이스내로 후방 고정될 수 있다. 접착제는 당업계에서 공지된 바와 같이 카트리지를 추가로 밀봉하는데 사용될 수 있다. 후방 스틸 기저판은 이후, 절연체 캡 및 전극에 걸쳐서 케이싱의 후방 말단내로 나사로 고정된다. 추진제가 방출 말단으로부터 원하는 수준으로 튜브내로 가해진다. 추진제는 전형적으로 물 50%, 약 3 마이크론의 평균 직경 입자인 알루미늄 파우더 50% 및 소량의 겔화제의 혼합물이다. 알루미늄 파우더의 크기 및 모양은 연소율을 조절하기 위해 다양할 수 있으며; 특히 1 마이크론 이하 두께의 알루미늄 플레이크가 사용될 수 있다. 부가적으로, 암모늄 질산염이 임계 역치 온도를 실질적으로 낮추기 위해 슬러리내에 더해질 수 있다. 최종적으로, 카트리지는 플레이스내 얇은 알루미늄 캡(216)을 스탬핑하고 단단히 죔으로써 전방 말단으로부터 밀봉된다.

고전압 및 전류에서의 전기 동력이 통상적인 총포에서 발견될 수 있는 바와 같이 점화 핀 홀을 통해 전극으로 제공된다. 전기 동력원은 유도기, 축전기 뱅크, 동극성 발생기, 폭발에 의해 유도되는 자기 수소역동원 또는 회전식 유량 압착기일 수 있다. 바람직하게, 약 5 밀리초동안 전류 펄스를 전달할 수 있는 축전기 뱅크가 120,000 내지 500,000 amp의 피크 전류에 도달하는데 사용된다.

본원에 개시된 본 발명이 비록 특수 양태 위주로 기술되었지만, 하기 청구범위에 나타난 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 변형들이 당업자에 의해 가능할 것이다.

Claims (20)

1. 절연층, 후방 말단에서부터 방출 말단으로 퓨즈가 줄어드는 횡단면으로 충분한 전류 밀도가 적용될때 역치 온도까지 가열되도록 놓여지는 상기 절연층의 내표면상의 퓨즈층, 및 상기 절연층의 외표면상의 전도층을 포함하는, 방출 말단 및 후방 말단을 지닌 튜브;

   후방 말단에서 상기 퓨즈층과 전기적 접촉하는 고-전압 전극; 및

   상기 튜브의 용적을 실질적으로 채우는 추진제를 포함하는 전기-열 화학 카트리지.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 퓨즈층의 단면이 추진제를 점화할때, 상기 절연층이 점화 부근에서 파열되어, 상기 전도층을 소비된 퓨즈의 단면으로부터 더이상 절연하지 않도록 하는, 절연층이 충분히 얇은 카트리지.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 전도층이 상기 방출 말단에서부터 상기 후방 말단으로부터의 충분한 거리 위치까지 연장됨으로써, 상기 고-전압 전극 및 상기 전도층 사이에 아크를 방지하는 카트리지.
4. 제 3 항에 있어서, 후방 말단에 가장 근접한 상기 전도층의 가장자리를 덮는 절연 자켓을 추가로 포함하는 카트리지.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 고-전압 전극 및 상기의 일부 절연층을 실질적으로 덮는 절연 지지체를 추가로 포함하는 카트리지.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 퓨즈층이 방출 말단을 향해 각각의 폭이 가늘어지며 후방 말단으로부터 방출 말단으로 연장하는 다수의 스트립을 포함하는 카트리지.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 퓨즈층이 구리로 이루어지는 카트리지.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자로 이루어진 카트리지.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자 및 암모늄 질산염으로 이루어진 카트리지.
10. 단순 고-전압 전극이 후방 말단에서 상기 퓨즈층 모두와 전기적 접촉하는, 제 2 항에 따른 카트리지를 외부 케이싱 내측에 다발묶음하여 다수 포함하는 전기-열 화학 카트리지.
11. 제 10 항에 있어서, 상기 전도층이 상호간에 실질적으로 전기적 접촉하는 카트리지.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자로 이루어진 카트리지.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자 및 암모늄 질산염으로 이루어진 카트리지.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 단순 고-전압 전극 및 외부 케이싱 사이에 전기적 접촉을 방지하기 위해서 상기 전극을 실질적으로 덮는 절연 지지체를 추가로 포함하는 카트리지.
15. 구리로 적층된 절연 시이트상에 가늘어지는 폭을 지닌 다수의 평행 퓨즈 스트립을 에칭하는 단계;

    튜브의 내측의 길이를 따라 상기 퓨즈 스트립을 지니도록, 상기 시이트를 튜브로 형성하는 단계;

    튜브의 외표면의 실질적 길이를 전도성 물질로 덮는 단계;

    고-전압 전극을 상기 퓨즈 스트립의 넓은 말단에 접속시키는 단계; 및

    상기 튜브를 추진제로 충진하는 단계를 포함하는, 전기-열 화학 카트리지의 제조방법.
16. 제 15 항에 있어서, 전극에 가장 근접한 전도성 물질의 말단을 절연 물질로 덮는 단계를 추가로 포함하는 방법.
17. 제 15 항에 있어서, 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자로 이루어진 방법.
18. 제 15 항에 있어서, 추진제가 물내 겔화제에 의해 부유된 알루미늄 입자 및 암모늄 질산염으로 이루어진 방법.
19. 제 15 항에 있어서, 외부 케이싱내에 다수의 상기 튜브를 함께 다발짓는 단계를 추가로 포함하는 방법.
20. 제 19 항에 있어서, 상기 튜브가 케이싱의 전체 용적을 실질적으로 충진하도록 성형하는 단계를 추가로 포함하는 방법.