KR20050061472A - Multi-stage gas generator and gas generants - Google Patents

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KR20050061472A
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텍스트론 시스템즈 코포레이션
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Abstract

A gas generator is described that may have two or more compartments, each with a separate initiator. One compartment may discharge before another. Each compartment may have the same propellant. The propellants may have different geometries in each compartment, producing different rates of gas evolution from each compartment. The gas generator may produce a rapid initial inflation, followed by a more gradual inflation rate in subsequent stages. One propellant used may include ammonium nitrate as an oxidizer, a fuel such as CL-20, and a binder such as polycaprolactone. A second propellant may include approximately 70-95% energetic nitramine fuel, 5-25% energetic polymer binder, and 0.1-5% flash suppressant, respectively, by weight. An inflation rate of an airbag may be controlled by connecting a gas generator to the airbag, causing each of the chambers to discharge at a different, predetermined time, and causing the effluent of each chamber to flow into the airbag.

Description

다단 가스 발생기 및 가스 제너런트{MULTI-STAGE GAS GENERATOR AND GAS GENERANTS}MULTI-STAGE GAS GENERATOR AND GAS GENERANTS}

본 발명은 개선된 가스 제너런트 포뮬레이션(들)을 이용하는 2단 또는 다단 가스 발생기에 관한 것이다. 팽창기(inflator)로서도 알려진 가스 발생기는 수많은 상업용 및 군사용 용례를 갖고 있다. 예컨대, 가스 발생기는 자동차에 사용되는 에어백을 전개하여, 부유 장치를 팽창시키는 데에 사용되고, 산소 발생 장치에 사용될 수도 있다. 또한, 예컨대 가스 발생기는 소군탄(submunition)을 전개시키고 조준하는 데 사용되는 에어백을 팽창시키도록 사용될 수 있다. The present invention relates to a two-stage or multi-stage gas generator using improved gas generative formulation (s). Gas generators, also known as inflators, have numerous commercial and military applications. For example, gas generators are used to deploy airbags used in automobiles, to inflate floating devices, and may be used in oxygen generating devices. Also, for example, gas generators may be used to inflate airbags used to deploy and aim submunitions.

가스 발생기는 그 내부에 수용된 추진제를 보통 밀리세컨드 범위로 매우 빠르게 연소시킴으로써 동작한다. 지금까지, 가스 발생기는 통상적으로 한 스테이지에서 에어백 내의 추진제를 연소하여, 전개에 걸쳐 최적의 상태보다 떨어지는 제어를 제공하였다. The gas generator operates by burning the propellant contained therein very quickly, usually in the millisecond range. To date, gas generators have typically combusted propellants in airbags in one stage, providing control that is less than optimal throughout deployment.

에어백에 사용되는 추진제는 일반적으로 점화시 고온의 금속 산화물을 비롯한 미립자와 부식 생성물을 형성하는 아지드화 나트륨을 함유하여, 이들 특정 생성물들이 군수품 또는 관련 장비에 손상을 미치지 않게 하는 고가의 여과 시스템을 필요로 하였다. 대안적인 추진제는 다양한 질소 산화물(NOx)을 비롯한 고온의 방출물 및/또는 가스를 생성하여, 또한 장비를 보호하는 시스템을 필요로 하였다. 그러한 에어백 시스템은 또한 유해한 연소 부산물에 의해 야기되는 에어백의 손상을 방지하기 위하여 다양한 보호 코팅을 필요로 하였다.Propellants used in airbags generally contain sodium azide, which forms corrosion products with particulates, including hot metal oxides, when ignited, resulting in expensive filtration systems that do not damage these munitions or related equipment. It was necessary. Alternative propellants have required systems that produce high temperature emissions and / or gases, including various nitrogen oxides (NO x ), and also protect the equipment. Such airbag systems also required various protective coatings to prevent damage to the airbags caused by harmful combustion byproducts.

지금까지, 전술한 시스템을 위한 균일하고 신뢰성있는 가스 발생은 가스 발생률 또는 기울기에 관해서 기계적으로, 뿐만 아니라 추진제 연소로 인한 고형 미립자와 방출물의 제어에 관해서 화학적으로 달성하기 어려웠다. 지금까지, 가스 제너런트의 적어도 하나 이상의 성분, 예컨대 산화제는 금속계였기에 연소의 부산물로서 고온의 금속 고체 또는 미립자가 형성되기에 이르렀다. 메이저 에어백 제작자는 가스 제너런트 포뮬레이션 중에 주(主) 연료 성분으로서 아지드화 나트륨(NaN3)과, 그 포뮬레이션 중에 주 산화제 성분으로서 금속 산화물, 예컨대 산화구리, 산화철, 삼산화몰리브덴을 계속 사용하고 있다. 연소시에, 이들 가스 제너런트 포뮬레이션은 매우 고온의 구리계, 철계 또는 몰리브덴계 고형 부산물 뿐만 아니라 NO, NO2, SO2, CO 및 CO2를 발생시킨다. 그러한 부산물은 자주 제어를 벗어날 수 있다. 이들 연소 부산물들 중 몇몇은 사람에게 극히 유독하여 그러한 가스 제너런트 부산물이 소량만 생성되더라도 매우 염려될 수 있다.Up to now, uniform and reliable gas generation for the above described systems has been difficult to achieve mechanically in terms of gas generation rate or slope, as well as in terms of control of solid particulates and emissions due to propellant combustion. To date, at least one or more components of the gas generant, such as the oxidant, have been metal based, leading to the formation of hot metal solids or particulates as by-products of combustion. Major airbag manufacturers continue to use sodium azide (NaN 3 ) as the main fuel component in gas generative formulations and metal oxides such as copper oxide, iron oxide, molybdenum trioxide as the main oxidant component in the formulation. have. Upon combustion, these gas generant formulations produce very hot copper-based, iron-based or molybdenum-based solid by-products as well as NO, NO 2 , SO 2 , CO and CO 2 . Such by-products can often be out of control. Some of these combustion byproducts are extremely toxic to humans and can be very concerned if only a small amount of such gas generous byproducts are produced.

몇몇의 에어백 시스템은 아지드화 나트륨을 제외한 추진제를 기초로 하고 있는데, 예컨대 셀룰로오스 아세테이트, 퍼클로레이트 및 금속 산화물을 사용하는 미국 특허 제5,482,579호를 참조하라. 그러나, 이들 시스템은 고온의 금속 입자 또는 에어백에 대한 손상을 방지하도록 여과 시스템을 필요로 하는 유독하거나 고온의 가스를 여전히 발생시키고 있다. Some airbag systems are based on propellants other than sodium azide, see for example US Pat. No. 5,482,579 which uses cellulose acetate, perchlorate and metal oxides. However, these systems still generate toxic or hot gases that require a filtration system to prevent damage to hot metal particles or airbags.

에어백의 다른 변형례를 연구하였다. 예컨대, 몇몇은 에어백 내의 기류를 제어하는 기계적 수단을 사용한다. 예컨대, 미국 특허 제6,050,601호를 참조하라. 그러나, 기계적 수단은 에어백에 필요한 매우 빠른 팽창에 비해 비교적 느리다. 그 외에는 저장된 팽창용 가스에 의존하는 시스템을 사용하였다. 예컨대, 미국 특허 제6,089,597호를 참조하라. 저장된 가스를 오랜 기간 유지하는 데에 있어서의 어려움 때문에, 이들 시스템은 널리 사용되지 못하였다. Another variation of the airbag was studied. For example, some use mechanical means to control the airflow in the airbag. See, eg, US Pat. No. 6,050,601. However, mechanical means are relatively slow compared to the very fast expansion required for airbags. In other cases, a system that depends on the stored expansion gas was used. See, eg, US Pat. No. 6,089,597. Due to the difficulty in maintaining the stored gas for a long time, these systems have not been widely used.

미국 특허 제5,876,062호는 추진제를 점화하기 위하여 저항 와이어의 사용에 의존한다. 에어백 시스템의 진동은 점화 와이어가 파괴되게 할 수 있어 시스템의 고장에 이르게 된다. 더욱이, 여과 시스템을 또한 필요로 한다. 미국 특허 제6,199,906호는 에어백이 전개되는 범위를 결정하기 위하여 전자 논리에 의존한다. 그러나, 상기 시스템은 유해한 방출물을 여전히 발생시키고 그 방출물을 특정한 가스 포트를 통해 제거하고자 시도한다. 더욱이, 상기 시스템은 열 또는 불에 노출되었을 때에 시스템의 일부가 우발적으로 점화될 수 있다는 점을 인지하고 있다. US Pat. No. 5,876,062 relies on the use of resistance wires to ignite propellant. Vibration of the airbag system can cause the ignition wire to break, leading to system failure. Moreover, a filtration system is also needed. US Pat. No. 6,199,906 relies on electronic logic to determine the extent to which airbags are deployed. However, the system still generates harmful emissions and attempts to remove them through certain gas ports. Moreover, the system recognizes that part of the system may be accidentally ignited when exposed to heat or fire.

도 1은 2단 가스 발생기를 도시한다. 일실시예의 부품들은 도 1a에 확인되고 전형적인 치수는 도 1b에 도시되어 있다. 보다 작은 설계를 위한 부품이 도 1c에 도시되어 있고, 그 치수는 도 1d에 도시되어 있다. 1 shows a two-stage gas generator. Parts of one embodiment are identified in FIG. 1A and typical dimensions are shown in FIG. 1B. Components for a smaller design are shown in FIG. 1C, the dimensions of which are shown in FIG. 1D.

도 2는 1단 가스 발생기와 비교한 2단 가스 발생기의 전개를 도시하고 있다. 2 shows the development of a two-stage gas generator compared to a one-stage gas generator.

도 3은 종래 기술의 전형적인 1단 가스 발생기를 도시하고 있다. 3 illustrates a typical single stage gas generator of the prior art.

도 4는 돌기관(41) 내에 가스 발생기(40)를 포함하는 무기 시스템에서 여러 개의 소군탄(S)을 전개하는 에어백을 도시하고 있다. FIG. 4 shows an airbag that deploys several subgun bullets S in a weapon system including a gas generator 40 in the ledge 41.

도 5a 내지 5c를 포함하는 도 5는 소군탄을 감속시키고 그 속도와 탄도를 제어하는 파라슈트를 전개하는 에어백을 도시하고 있다. 5, including FIGS. 5A-5C, illustrates an airbag that deploys a parachute to slow down a small gun and control its speed and trajectory.

도 6은 추진제 입자 형태를 도시하는 것으로, 도 6a는 중간 연소, 도 6b는 점진적 연소, 도 6c는 균일한 연소를 도시한다. FIG. 6 shows propellant particle morphology, FIG. 6A shows medium combustion, FIG. 6B gradual combustion, and FIG. 6C shows uniform combustion.

도 7은 연소율 대 다양한 온도에서의 압력의 대수 플롯을 도시한다. 7 shows a logarithmic plot of burn rate versus pressure at various temperatures.

도 8은 대표적인 점화 트레인을 도시한다. 8 shows a representative ignition train.

도 9는 도 9a 내지 9f에 다양한 점화 시스템을 도시한다. 9 shows various ignition systems in FIGS. 9A-9F.

도 10은 전기 작동식 기폭약을 도시한다. 10 illustrates an electrically actuated initiator.

도 11은 추진제의 입자면으로 절단된 상이한 형태에 대해 점화 개시를 도시한다. 11 shows ignition initiation for different shapes cut into the particle face of the propellant.

본 발명은 별개의 기폭약을 각각 갖고 있는 2개 이상의 격실을 구비하는 가스 발생기에 관한 것으로, 한 격실은 다른 격실 전에 방출하며, 즉 격실은 순차적으로 방출한다. The present invention relates to a gas generator having two or more compartments each having a separate initiator, wherein one compartment is released before the other, ie the compartments are sequentially released.

본 발명의 목적은 중량 및 크기가 감소되고 설계 원근법으로부터 기하학적 형태의 제약이 적은 가스 발생기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 여과 시스템에 대한 필요성을 제거하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 압력 용기, 즉 연소 챔버의 구조적 내측 부재를 제거하거나 적어도 그 크기를 감소시킨 가스 발생 팽창기를 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 부품이 적고 공정 제조 작업이 작은 관점에서 값이 덜 비싼 가스 발생기를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a gas generator which is reduced in weight and size and has low geometrical constraints from design perspective. It is also an object of the present invention to eliminate the need for a filtration system. It is also an object of the present invention to provide a pressure vessel, ie a gas generating expander, which has eliminated or at least reduced its structural inner member of the combustion chamber. It is also an object of the present invention to provide a gas generator that is less expensive in terms of fewer parts and less process manufacturing operations.

일실시예는 2개 이상의 챔버를 포함하는 가스 발생기를 포함할 수 있다. 각 챔버는 상이한 시간에 상이한 용적률로 가스를 방출할 수 있고, 각 챔버는 기폭약과, 다른 챔버(들) 내에 있는 것과 동일한 추진제를 수용할 수 있다. One embodiment may include a gas generator including two or more chambers. Each chamber can release gas at different volumes at different times, and each chamber can contain the initiator and the same propellant as is in the other chamber (s).

가스 발생기는 중량을 기초로 하여 대략 (a)84-95%의 산화제, (b)3.4-13.4%의 연료 및 (c)1.5-2.6%의 바인더로 구성된다. 추진제의 연소 생성물은 무해한 가스일 수 있다. 추진제 연료는 CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA 및 그 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바인더는 PCL, PIB, GAP, 폴리비닐피롤라이돈 및 그 혼합물로부터 선택될 수 있다. 산화제는 질산암모늄일 수 있다. 추진제는 중량을 기초로 하여 대략 70-95%의 활성 니트라민 연료, 5-25%의 활성 폴리머 바인더 및 0.1-5%의 플래시 억제제를 포함할 수 있다. The gas generator consists of approximately (a) 84-95% oxidant, (b) 3.4-13.4% fuel and (c) 1.5-2.6% binder based on weight. The combustion product of the propellant may be a harmless gas. Propellant fuel may be selected from CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA and mixtures thereof. The binder can be selected from PCL, PIB, GAP, polyvinylpyrrolidone and mixtures thereof. The oxidant may be ammonium nitrate. The propellant may comprise approximately 70-95% active nitramine fuel, 5-25% active polymer binder and 0.1-5% flash inhibitor based on weight.

제 2실시예는 에어백의 팽창 속도를 제어하는 방법을 포함할 수 있다. 상이한 속도로 각각 방출할 수 있는 2개 이상의 챔버를 갖는 가스 발생기가 에어백에 연결될 수 있다. 각 챔버는 가스를 상이한 예정 시간에 방출할 수 있다. 상기 방법은 상기 각 챔버의 방출물이 에어백 내로 유동되게 하는 단계를 포함할 수 있다. The second embodiment may include a method of controlling the inflation rate of an airbag. Gas generators having two or more chambers each capable of releasing at different rates can be connected to the airbag. Each chamber may release the gas at different predetermined times. The method may include causing the discharge of each chamber to flow into an airbag.

가스 발생기는 차량 내에 위치되어 차량의 충돌에 응답하여 동작될 수 있다. 에어백은 무기로부터 하나 이상의 소군탄을 사출하는 데에 사용되고, 가스 발생기는 트리거 신호에 응답하여 동작될 수 있다. 소군탄의 탄도는 에어백의 전개에 의해 제어될 수 있다. The gas generator may be located in a vehicle and operated in response to a collision of the vehicle. The airbag is used to inject one or more subgun bullets from the weapon and the gas generator can be operated in response to the trigger signal. The trajectory of the small gun can be controlled by the deployment of the airbag.

제 3실시예는 다단 가스 발생기를 사용하는 방법으로서, 중량을 기초로 하여, 대략 70-95%의 활성 니트라민 연료, 5-25%의 활성 폴리머 바인더 및 0.1-5%의 플래시 억제제를 포함하여, 무기 시스템으로부터 소, 중 및 대 구경의 탄환을 추진한다. 가스 발생기는 무기 시스템의 총신 내에 삽입되고, 탄환이 삽입될 수 있다. 가스 발생기가 동작되어, 이 가스 발생기로부터 방출된 가스가 탄환을 추진하는 데에 사용될 수 있다. The third embodiment is a method using a multi-stage gas generator, comprising about 70-95% active nitramine fuel, 5-25% active polymer binder and 0.1-5% flash inhibitor, based on weight. Promote small, medium and large caliber bullets from weapon systems. The gas generator can be inserted into the barrel of the weapon system and a bullet can be inserted. The gas generator is operated so that the gas released from the gas generator can be used to propel the bullet.

제 4실시예는 친환경 가스 제너런트 추진제를 포함할 수 있다. 친환경 가스 제너런트 추진제는 (a)84-95 중량%의 산화제와, (b)3.4-13.4 중량%의 연료와, (c)1.5-2.6 중량%의 바인더로 구성될 수 있다. 추진제의 연소 생성물은 무해한 가스일 수 있다. The fourth embodiment may include an environmentally friendly gas generant propellant. The environmentally friendly gas generant propellant may be comprised of (a) 84-95 weight percent oxidant, (b) 3.4-13.4 weight percent fuel, and (c) 1.5-2.6 weight percent binder. The combustion product of the propellant may be a harmless gas.

친환경 가스 제너런트 추진제는 CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA 및 그 혼합물로부터 선택될 수 있다. 친환경 가스 제너런트 추진제 바인더는 PCL, PIB, GAP, 폴리비닐피롤라이돈 및 그 혼합물로부터 선택될 수 있다. 친환경 가스 제너런트 추진제의 산화제는 질산암모늄일 수 있다. Green gas general propellants may be selected from CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA and mixtures thereof. The environmentally friendly gas generant propellant binder can be selected from PCL, PIB, GAP, polyvinylpyrrolidone and mixtures thereof. The oxidant of the environmentally friendly gas generant propellant may be ammonium nitrate.

특정한 실시예에 있어서, 각 격실 또는 챔버 내에 동일한 추진제를 사용할 수 있다. 추진제는 각 격실 내에서 상이한 형태를 가질 수 있고, 그 결과 각 격실로부터의 가스 방출 속도가 상이하게 될 수 있다. 본 발명의 가스 발생기는 현재의 1단 가스 발생기와 동일한 시간량에서 최대 팽창 또는 완전 전개에 도달하도록 설계될 수 있다. 그러나, 이전에 공지된 가스 발생기와 비교하여, 본 발명의 발생기는 보다 혁신적인 추진제 형태에 의해 보다 신속한 초기 팽창을 가질 수 있고, 그 후에 다음 스테이지에서 팽창 속도가 더욱 서서히 될 수 있다. 순차적인 팽창 속도는 차량 탑승객에 대한 안전을 향상시키고/향상시키거나 탄환 및 소군탄의 사출에 대한 최종 속도 제어를 개선시킬 수 있다. In certain embodiments, the same propellant may be used in each compartment or chamber. The propellant may have a different form within each compartment, resulting in different rates of gas release from each compartment. The gas generator of the present invention can be designed to reach maximum expansion or full deployment in the same amount of time as current single stage gas generators. However, compared to previously known gas generators, the generators of the present invention may have a faster initial expansion by means of more innovative propellant forms, after which the expansion speed may be slower at the next stage. Sequential inflation speeds can improve safety for vehicle occupants and / or improve final speed control for injection of bullets and subgun bullets.

특정한 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 가스 발생기에 사용된 하나의 추진제 또는 가스 제너런트는 (1)기존의 에어백 추진제 포뮬레이션과 반대로 무해하고 비부식성인 산화제로서 질산암모늄과, (2)CL-20 등의 에너지 밀도와 안정성이 높은 연료 또는 다른 적절한 연료(그 특성은 후술함)와, (3)폴리카프로락톤(PCL), 폴리이소부틸렌(PIB) 또는 글리시딜 아지드 폴리머(GAP) 등의 바인더를 포함할 수 있다. 본 발명의 연료용인 CL-20의 대안으로서 또는 조합하여 사용될 수 있는 연료는 밀도, 형성열 및 분해열의 물리적 특성값이 유사하거나 크다. 그러한 적절한 연료의 예로는 트리-아미노-트리니트로-벤젠(TATB)과 2,6-디아미노-3,5-이니트로피라진-1-산화물(LLM-105)을 포함하지만, 이것으로 제한되지 않는다. In a particular embodiment, one propellant or gas generant used in the gas generator according to the invention is (1) ammonium nitrate as a harmless and noncorrosive oxidant as opposed to a conventional airbag propellant formulation, and (2) CL- A fuel having high energy density and stability, such as 20, or other suitable fuel (characteristics described later), and (3) polycaprolactone (PCL), polyisobutylene (PIB), or glycidyl azide polymer (GAP) Binders, such as these may be included. Fuels that can be used as an alternative or in combination with the CL-20 for fuels of the present invention have similar or larger physical properties of density, heat of formation and heat of decomposition. Examples of such suitable fuels include, but are not limited to, tri-amino-trinitro-benzene (TATB) and 2,6-diamino-3,5-initropyrazine-1-oxide (LLM-105).

특정한 실시예에 있어서, 제 2추진제는 대략 70-95%의 활성 니트라민 연료와, 5-25%의 활성 폴리머 바인더 및 0.1-5%의 플래시 억제제를 포함할 수 있다. In certain embodiments, the second propellant may comprise approximately 70-95% active nitramine fuel, 5-25% active polymer binder and 0.1-5% flash inhibitor.

특정한 실시예에 있어서, 고온의 금속 입자, 예컨대 산화구리(CuO)의 발생이 방지되고, 현재의 에어백 시스템에 사용되는 고가의 여과 시스템이 불필요할 수 있다. 코팅된 에어백의 사용을 피할 수 있다. In certain embodiments, the generation of hot metal particles, such as copper oxide (CuO), is prevented and expensive filtration systems used in current airbag systems may be unnecessary. The use of coated airbags can be avoided.

본 발명은 신규한 타입의 가스 발생기에 관한 것이다. 이 신규한 타입의 가스 발생기는, 예컨대 소군탄을 전개하는 데 사용되는 에어백, 조준 탄두, 자동차 에어백 시스템, 팽창 장치, 산소 발생 장치에서 산소를 발생시키는 데 사용되는 에어백 및 다른 용례와 같은 다양한 군사용 및 상업용 용례에 사용될 수 있다. 이들 가스 발생기는 그 조건이 상이한 조건 하에 각각의 가스 용적이 생성되게 하는 2개 이상의 챔버를 갖는데, 즉 각 챔버에 의해 생성되는 가스 용적의 시간 대 압력 프로파일은 다를 수 있다. The present invention relates to a novel type of gas generator. This new type of gas generator can be used for various military applications such as, for example, airbags used for deploying small guns, aiming warheads, automotive airbag systems, inflation devices, airbags used to generate oxygen in oxygen generators, and other applications. Can be used for commercial applications. These gas generators have two or more chambers whose conditions allow each gas volume to be produced under different conditions, ie the time versus pressure profile of the gas volume produced by each chamber may be different.

이 방식으로, 다중 챔버를 상이하게 설계함으로써, 가스 발생기는 특별한 용례의 요구에 적합하게 될 수 있다. 예컨대, 탄도의 제어를 개선하기 위하여, 이중 챔버 가스 발생기가 사용될 수 있는데, 한 챔버는 이전에 알려진 가스 발생기와 비교할 때 최초에 에어백을 매우 신속하게 부분적으로 전개시키도록 설계된다. 제 2챔버는 이전에 알려진 가스 발생기와 비교할 때 에어백의 훨씬 느린 제 2팽창을 제공하도록 설계될 수 있다. In this way, by designing multiple chambers differently, the gas generator can be adapted to the requirements of a particular application. For example, to improve the control of ballistics, a dual chamber gas generator can be used, one chamber being designed to partially deploy the airbag very quickly initially as compared to previously known gas generators. The second chamber can be designed to provide a much slower second expansion of the airbag as compared to previously known gas generators.

특정한 실시예에 있어서, 2단 가스 발생기는, 예컨대 자동차와 물체 간의 충돌시에 발생하는 차량의 급감속시에 활성화되도록 설계된 자동차 에어백 시스템에 사용될 수 있다. 관성 스위치가 그 시스템의 에어백을 전개하도록 가스 발생기를 트리거할 수 있다. In a particular embodiment, a two-stage gas generator can be used in an automotive airbag system designed to be activated during rapid deceleration of a vehicle, for example, which occurs in a collision between a vehicle and an object. An inertial switch can trigger the gas generator to deploy the airbag of the system.

특정한 실시예에 있어서, 가스 발생기의 각 챔버로부터 가스의 순차적인 방출 및 에어백의 순차적이고 점진적인 팽창은, 예컨대 수평 및 천이 경로와 그 하향 자유 낙하 중에 탄약 또는 소군탄의 탄도의 제어를 개선시킬 수 있다. In certain embodiments, the sequential release of gas from each chamber of the gas generator and the sequential and gradual inflation of the airbag can improve control of the trajectory of the ammunition or subgun bullets, for example, during horizontal and transition paths and their downward free fall. .

본 발명의 일실시예에 따른 이중단 또는 2단 발생기는 도 1에 도시되어 있다. 가스 발생기(10A)가 도 1에 도시되어 있다. 이 설계에 있어서, 2개의 연소 챔버(1)가 하우징 폐쇄구(2) 내에 존재하여, 3.00 mm 두께의 벽(3)에 의해 분리되어 있다. 각 연소 챔버는 추진제(4)를 수용하는데, 양쪽의 추진제는 포뮬레이션이 동일하지만 기하학적 형태는 상이하다. 추진제의 형태는 원하는 1단 및 2단 성능을 초래하도록 선택된다. A dual stage or two stage generator according to one embodiment of the invention is shown in FIG. Gas generator 10A is shown in FIG. 1. In this design, two combustion chambers 1 are present in the housing closure 2 and are separated by a 3.00 mm thick wall 3. Each combustion chamber contains a propellant 4, both propellants having the same formulation but different geometries. The type of propellant is chosen to produce the desired single and two stage performance.

2개의 점화기가 각 연소 챔버에 하나씩 존재할 수 있다. 2개의 점화기는 점진적인 또는 빠른 또는 높은 RQ 연소 추진제와 중간의 또는 느린 또는 낮은 RQ 연소 추진제 간의 5-20 ms 차이가 있게 작용하도록 설계될 수 있다. 점화기는 기폭약(6)을 둘러싸고 점화시 추진제의 파워를 올리도록 설계된 점화 강화제(5)를 포함할 수 있다. 파열 디스크(7)는 방출된 가스가 가스 포트(8) 내를 통과하게 하는데, 가스 포트에서 가스가 방출된다. 특정한 실시예, 예컨대 사이드 에어백에 사용되는 것과 같은 소형 설계는 슬래그 필터(9)를 포함할 수 있다. 슬래그 필터(9)는 유리하게는 히트 싱크로서 사용되어 특별한 필터가 불필요할 수 있다. 가스 발생기에 의해 생성된 고온의 가스는 슬래그 필터를 통과하여 도전성 열전달기에 의해 슬래그 필터에 대해 열을 손실한다.Two igniters may be present, one in each combustion chamber. The two igniters can be designed to work with a 5-20 ms difference between a gradual or fast or high R Q combustion propellant and a medium or slow or low R Q combustion propellant. The igniter may include an ignition enhancer 5 designed to surround the initiator 6 and to increase the power of the propellant upon ignition. The bursting disc 7 allows the released gas to pass through the gas port 8, where the gas is released. A particular embodiment, for example a compact design such as used for side airbags, may include a slag filter 9. The slag filter 9 is advantageously used as a heat sink so that no special filter is necessary. The hot gas produced by the gas generator passes through the slag filter and loses heat to the slag filter by the conductive heat transfer.

모범적인 실시예에 있어서, 슬래그 필터는 제올라이트, 예컨대 제올라이트 CVB-100으로서 알려진 알루미노규산 나트륨 분말로 코팅된다. 이것은 가스 제너런트가 CL-20, GAP 및 KNO3을 포함하는 경우이다. 그러한 실시예에 있어서, 제올라이트 코팅은 가스 온도를 감소시키도록 작용함으로써, 장비에 대한 연소 손상 가능성 뿐만 아니라 폭발물의 조기 폭발을 감소시킨다. 제올라이트 코팅은 또한 NOx 및 CO와 같은 유해 가스를 포획할 수 있다. 바꿔 말하면, 제올라이트는 대향 크기의 2원자 및 다원자 가스를 위한 분자 트랩으로서 작용할 수 있다. 슬래그 필터에 사용되는 제올라이트의 비율은 필터의 1 내지 10 중량%, 보다 바람직하게는 3 내지 7 중량% 및 가장 바람직하게는 5 중량%에 달할 수 있다. 이와 달리, 적절한 높은 단면적 재료가 동일한 결과를 만들도록 사용될 수 있다.In an exemplary embodiment, the slag filter is coated with zeolites such as sodium aluminosilicate powder known as zeolite CVB-100. This is the case when the gas generant comprises CL-20, GAP and KNO 3 . In such embodiments, the zeolite coating acts to reduce the gas temperature, thereby reducing the likelihood of combustion damage to the equipment as well as premature explosion of the explosives. Zeolite coatings can also trap harmful gases such as NO x and CO. In other words, zeolites can act as molecular traps for opposite- and biatomic and multiatomic gases. The proportion of zeolite used in the slag filter may amount to 1 to 10% by weight, more preferably 3 to 7% by weight and most preferably 5% by weight of the filter. Alternatively, a suitable high cross sectional material can be used to produce the same result.

전형적인 에어백용 가스 발생기는 매우 작을 수 있다. 한 에어백의 전체 치수는 대략 85 mm ×44 mm일 수 있다. 그러한 전형적인 가스 발생기(10B)의 치수는 도 1b에 도시되어 있다. Gas generators for typical airbags can be very small. The overall dimensions of one air bag can be approximately 85 mm x 44 mm. The dimensions of such a typical gas generator 10B are shown in FIG. 1B.

더 많은 출력을 필요로 하는 에어백의 경우, 예컨대 더 큰 탄약의 경우에, 더 많은 중량의 추진제가 필요하여 더 큰 가스 발생기가 사용될 수 있다. 추진제의 양을 계산할 수 있고, 이에 따라 가스 발생기의 크기가 조정된다. For airbags that require more power, for example for larger ammunition, a larger weight of propellant is needed so that a larger gas generator can be used. The amount of propellant can be calculated, and the size of the gas generator is adjusted accordingly.

이제, 도 1c 및 도 1d를 참조하면, 더 작은 크기 또는 소형의 이중단 가스 발생기의 구조가 도시되어 있다. 가스 발생기(10C 및 10D)는 각각 도 1a 및 도 1b에 도시된 것과 원칙적으로 동일하지만 크기가 작고 추진제의 질량이 작다. 2개의 연소 챔버 사이의 격벽은 불필요한 안전 염려를 제거하는 것, 즉 인접한 연소 포트로의 전파를 제거하는 것을 목표로 한다. 한 추진제가 전개되면, 반작용에 의해 생성된 열은 인접한 챔버의 추진제를 가열시키고, 제 2추진제를 전개할 때 심하게 높은 압력이 에어백의 고장을 가져올 수 있다. Referring now to FIGS. 1C and 1D, the structure of a smaller or smaller dual stage gas generator is shown. Gas generators 10C and 10D are in principle identical to those shown in FIGS. 1A and 1B, respectively, but small in size and low in mass of propellant. The partition between the two combustion chambers aims to remove unnecessary safety concerns, ie to propagate to adjacent combustion ports. When one propellant is deployed, the heat generated by the reaction heats the propellant in the adjacent chamber, and severely high pressures can cause the airbag to fail when deploying the second propellant.

이중 챔버 가스 발생기의 각 챔버 내의 가스 제너런트는 일반적으로 동일한 포뮬레이션 방식이고, 각 제너런트의 기하학적 형태는 상이하다. 실질적으로, 가스 제너런트는 37, 19, 7 또는 1개의 천공부를 갖거나 전혀 갖지 않는 원통형, 6각형 또는 장미꽃 모양의 기하학적 형태를 갖는다. 원하는 용례에 따라, 제 2챔버 내의 가스 제너런트 뿐만 아니라 추가 챔버 내에 임의의 순차적인 가스 제너런트는 제 1가스 제너런트와 비교하여 천공부가 적은 덜 점진적이거나 중간이거나 역진적일 수 있다. 바람직한 2개 챔버 에어백에 있어서, 제 2챔버에 대해 제 1챔버의 가스 발생 속도는 제 2챔버보다 크다. 예컨대, 제 1챔버에 의해 생성된 가스의 경우, 시간의 함수로서 압력의 변화는 제 2챔버로부터 생성된 가스의 시간 함수로서 압력의 변화보다 2배 이상 클 수 있다. The gas generants in each chamber of the dual chamber gas generator are generally in the same formulation manner, and the geometry of each generant is different. Practically, the gas generant has a cylindrical, hexagonal or rosette geometry with 37, 19, 7 or 1 perforation or no at all. Depending on the desired application, the gas generant in the second chamber as well as any sequential gas generant in the additional chamber may be less gradual, intermediate or reverse with less perforations compared to the first gas generant. In a preferred two chamber airbag, the gas generating rate of the first chamber relative to the second chamber is greater than the second chamber. For example, for the gas produced by the first chamber, the change in pressure as a function of time may be at least twice as large as the change in pressure as a function of time of gas produced from the second chamber.

천공 형태의 변경에 따라 각 챔버의 점화 시기를 변화시키는 능력은 에어백의 팽창 특성에 걸쳐 고도의 제어를 산출한다. 즉, 시간에 의한 압력 변화가 매우 양호하게 제어될 수 있다. 예컨대, 2개 챔버 가스 발생기가 사용된 도 2를 참조하라. 팽창의 초기 부분에서, 압력 대 시간의 변화는 제어, 즉 1단 가스 발생기보다 훨씬 경사가 급하고, 제2단에서 변화 속도는 제어보다 점진적이다. 2단 가스 발생기를 갖는 에어백을 사용하면 팽창 속도 대 1단 가스 발생기의 제어가 훨씬 개선된다. The ability to vary the timing of ignition of each chamber in accordance with the change in perforation shape yields a high degree of control over the inflation characteristics of the airbag. That is, the change in pressure with time can be controlled very well. See, eg, FIG. 2 where a two chamber gas generator is used. In the early part of the expansion, the change in pressure versus time is steeper than the control, i.e., the first stage gas generator, and the rate of change in the second stage is more progressive than the control. The use of an airbag with a two-stage gas generator greatly improves the control of inflation rate versus one-stage gas generator.

고형 추진제는 흔히 가스 발생기 추진제와 로켓 모터 추진제의 2종으로 분류된다. 이 분류는 주로 그 에너지 함량을 기초로 한다. 가스 발생기 추진제는 일반적으로 산화제로서 질산암모늄을 함유하고 금속 첨가제를 소량만 갖거나 갖지 않는다. 산화제로서 이중계(double base) 합성물 및 그 함유 니트라아민, 예컨대 RDX, HMX, EDNA, NGU 등, 암모늄염 등은 때때로 가스 발생기로 함유될 수 있고, N-5의 경우에서처럼 미국 육군의 WAM(Wide Area Munition)의 가스 발생기는 배터리를 보유한다. 암모늄염은 로켓 모터 추진제를 위한 대중적인 산화제 중 하나이고, 알루미늄 등의 금속은 흔히 에너지 함량을 증가시키도록 추가된다. 추진제의 에너지 함량은 불꽃 또는 연소 온도를 증가시키도록 증가된다. 대부분의 가스 발생기 추진제의 불꽃 온도는 1600°내지 3000℉(870°내지 1650℃)에 달하고, 로켓 추진제는 일반적으로 3000°내지 6000℉(1650°내지 3315℃)에 달하는 불꽃 온도를 갖는다. Solid propellants are often classified into two types: gas generator propellants and rocket motor propellants. This classification is mainly based on its energy content. Gas generator propellants generally contain ammonium nitrate as oxidant and have little or no metal additives. Double base compounds and their containing nitraamines as oxidants, such as RDX, HMX, EDNA, NGU, ammonium salts, etc., can sometimes be contained as gas generators, as in the case of N-5, the US Army's Wide Area Munition's gas generator holds a battery. Ammonium salts are one of the popular oxidants for rocket motor propellants, and metals such as aluminum are often added to increase energy content. The energy content of the propellant is increased to increase the flame or combustion temperature. The flame temperatures of most gas generator propellants range from 1600 ° to 3000 ° F. (870 ° to 1650 ° C.), and rocket propellants generally have a flame temperature of 3000 ° to 6000 ° F. (1650 ° to 3315 ° C.).

특정한 실시예에 있어서, 사용된 고형 추진제는 1600°내지 3000℉(870°내지 1650℃)의 불꽃 온도를 갖는다. 사용된 연료는 합성 고무, 또는 화학적 구조, 기계적 특성 및 가공성을 기초로 하여 선택된 플라스틱일 수 있다. 일반적으로 사용되는 몇몇의 재료로는 부타디엔 아크릴산, 부타디엔/메틸비닐피리딘, 셀룰로오스 아세테이트, 니트로셀룰로오스, 폴리이소프렌 및 폴리비닐클로라이드가 있다. 거의 모든 가스 발생기에서 가장 일반적으로 사용되는 산화제는 질산암모늄이다. 모든 합성 추진제는 원하는 연소 속도, 온도 민감성, 불꽃 온도, 가스 출력 및 물리적 특성을 달성하기 위하여 한 형태 또는 다른 형태의 첨가제를 함유한다. In certain embodiments, the solid propellant used has a flame temperature of 1600 ° to 3000 ° F. (870 ° to 1650 ° C.). The fuel used may be synthetic rubber or plastics selected on the basis of chemical structure, mechanical properties and processability. Some materials commonly used are butadiene acrylic acid, butadiene / methylvinylpyridine, cellulose acetate, nitrocellulose, polyisoprene and polyvinylchloride. The most commonly used oxidant in almost all gas generators is ammonium nitrate. All synthetic propellants contain one or another type of additive to achieve the desired combustion rate, temperature sensitivity, flame temperature, gas output and physical properties.

멀티베이스 고형 추진제가 또한 가스 제너런트로서 사용된다. 사실상, 이것은 WAM 배터리 가스 발생기에 사용된 고형 추진제 포뮬레이션의 타입이다. 전술한 바와 같이, 이들은 일반적으로 2300°내지 3500℉(1260°내지 1926℃)의 높은 불꽃 온도를 갖고, 배기 가스에 보다 많은 고체 입자를 갖는다. 이들 균질한 포뮬레이션은 원래 모든 다른 재료가 없어도 연소할 수 있는, 즉 매우 점화되기 쉬운 추진제인 니트로셀룰로오스 및 니트로글리세린 등의 불안정한 화학적 화합물이다. 이 타입의 가장 일반적인 추진제는 때때로 "이중계" 추진제라 부르고, 주로 니트로글리세린과 니트로셀룰로오스의 콜로이드이다. Multibase solid propellants are also used as gas generants. In fact, this is the type of solid propellant formulation used in WAM battery gas generators. As mentioned above, they generally have high flame temperatures of 2300 ° to 3500 ° F. (1260 ° to 1926 ° C.) and more solid particles in the exhaust gas. These homogeneous formulations are unstable chemical compounds such as nitrocellulose and nitroglycerin, which are originally propellants that can burn without the need for all other materials, that is, are very ignitable. The most common propellants of this type are sometimes called "dual" propellants and are primarily colloids of nitroglycerin and nitrocellulose.

이중계 추진제 성분의 혼합은, 예컨대 N-5 추진제의 경우에서처럼 원하는 최종 추진제의 특성을 얻기 위하여 특별한 순서로 원래 성분을 혼합기에 충전함으로써 수행될 수 있다. 일반적인 용도의 혼합기는 수평 타입 및 수직 타입이 있고, 즉 혼합 블레이드의 회전축이 수직이거나 수평이다. 블레이드의 작용은 다양한 성분들을 하나의 균질한 혼합물로 완전히 분산, 혼합 및 통합시킬 수 있다. 이 혼합은 블레이드 회전률, 즉 회전 속도 및 시간에 관해 긴밀히 제어될 수 있다. 오버 혼합 및 언더 혼합은 탄도학 또는 물리적 특성 요건에 부합하지 않는 추진제를 생성할 수 있다. Mixing of the dual system propellant components can be carried out by filling the mixer with the original components in a particular order in order to obtain the desired final propellant properties as in the case of N-5 propellants. Mixers of general use are of horizontal type and vertical type, ie the axis of rotation of the mixing blade is vertical or horizontal. The action of the blades can completely disperse, mix and integrate the various components into one homogeneous mixture. This mixing can be tightly controlled in terms of blade rotation rate, ie rotation speed and time. Over mixing and under mixing can produce propellants that do not meet ballistic or physical property requirements.

고형 추진제 입자는 N-5 추진제의 경우에서처럼 압출, 압축 몰딩 또는 주조에 의해 형성될 수 있다. 대부분의 추진제는 그 화학적 성질에 의해 1개 또는 2개의 방법으로 제한되고 일부 입자의 형태는 다른 처리 방법보다는 한 처리 방법에 훨씬 적합하기 때문에, 모든 이용가능한 방법에 의해 특정한 입자를 형성하는 것은 좀처럼 가능하지 않다. 따라서, 원하는 특정한 포뮬레이션 및 형태가 이용가능한 처리 기법에 적합한지를 결정하는 것이 필요하다. 입자는 대부분의 기계 공장에 있는 장비에 의해 기계 가공될 수 있다. Solid propellant particles may be formed by extrusion, compression molding or casting as in the case of the N-5 propellant. Since most propellants are limited to one or two methods by their chemistry and some types of particles are more suitable for one treatment method than others, it is rarely possible to form specific particles by all available methods. Not. Thus, it is necessary to determine whether the particular formulation and form desired are suitable for the processing techniques available. Particles can be machined by equipment in most machine shops.

고형 추진제 가스 발생기의 에너지 방출 속도는 입자 형태에 크게 좌우된다. 가능한 기하학적 형태는 실질적으로 제한이 없다. 대부분의 용례는 100 초 이상까지 20의 시간 동안 비교적 일정한 에너지를 필요로 하거나 비교적 높은 에너지 방출 속도로 1 내지 10 초의 짧은 기간을 필요로 한다. 전형적인 추진제 입자 형태는 도 6에 도시되어 있다. The rate of energy release of the solid propellant gas generator is highly dependent on the particle shape. The possible geometric shapes are practically unlimited. Most applications require relatively constant energy for 20 hours up to 100 seconds or more, or short durations of 1 to 10 seconds at relatively high energy release rates. A typical propellant particle morphology is shown in FIG. 6.

예컨대, 도 6a에 도시된 말단 연소 속도 또는 궐련 연소 속도는 직경 및 일단부에서 제한되고, 타단부는 노출된 상태로 남아 균일하게 연소될 수 없고, 즉 전체 길이에 걸쳐 중간 연소를 받는다. 이 형태는 더 긴 기간, 낮은 에너지 방출 속도 동안 사용된다. 도 6b에 도시된 형태는 도 11에 또한 114로서 도시된 제한기를 갖거나 내경을 제외하고 입자의 모든 표면에 방해물이 부착된다. 이 노출된 추진제가 점화되면, 외측으로 연소되어 불꽃 전면이 진행함에 따라 훨씬 더 많은 추진제가 노출된다. 이 형태는 점진적인 에너지 방출 속도를 생성하게 된다. 도 6c에 도시된 입자 형태는 제한되지 않은 내경 및 외경을 갖는다. 내경과 외경이 모두 점화되면, 에너지 방출이 균일한 속도로 되지만, 연소 시간은 도 6a에 도시된 단부 버너에 비해 현저히 짧다. 원하는 에너지 방출 속도를 얻기 위하여 다른 많은 형태 및 특별한 형태가 사용된다. 일반적으로 사용되는 형태는 점진적인 7개 및 19개의 천공부 원통형 입자 및 높은 효율과 에너지 방출 속도를 갖는 다수 천공된 장미 모양 타입의 형태를 포함할 수 있다. For example, the end burn rate or cigarette burn rate shown in FIG. 6A is limited in diameter and at one end, and the other end remains exposed and cannot be burned uniformly, ie receives intermediate combustion over the entire length. This form is used for longer periods of time, lower energy release rates. The form shown in FIG. 6B has a limiter shown in FIG. 11 and also as 114 or an obstruction is attached to all surfaces of the particle except the inner diameter. When this exposed propellant is ignited, much more propellant is exposed as it burns out and proceeds to the flame front. This form produces a gradual rate of energy release. The particle form shown in FIG. 6C has unlimited inner and outer diameters. When both the inner and outer diameters are ignited, the energy release is at a uniform rate, but the combustion time is significantly shorter than the end burners shown in FIG. 6A. Many other forms and special forms are used to achieve the desired rate of energy release. Commonly used forms may include seven progressive and seventeen perforated cylindrical particles and a plurality of perforated rose-like forms with high efficiency and energy release rates.

추진제 입자의 에너지 방출 속도는 종료[d(dp/dt)/dt]까지 점화 사이클의 개시를 기준으로 할 수 있다. 이 속도는 또한 상대 신속(Rq) 또는 활발이라 부를 수 있다. 상대 신속은 추진제 형태, 즉 입자 직경, 천공 직경, 웹 길이 및 천공부의개수에 의해 제어된다. 그러한 추진제는 신속한 추진제라 부르고, 밀리세컨드의 분율로 폐쇄된 챔버 내에 압력을 발생시킨다. 신속한 추진제는 허용 가능한 안전 속도까지 그 연소 속도를 늦추기 위하여 거의 항상 방해물, 즉 불활성 물질을 필요로 한다. 그러한 방해물은 많은 코팅 기법 중 하나로 추진제의 표면에 부착된다.The rate of energy release of the propellant particles may be based on the start of the ignition cycle up to the end [d (dp / dt) / dt]. This speed may also be called relative rapid (R q ) or active. Relative speed is controlled by the type of propellant: particle diameter, aperture diameter, web length and number of apertures. Such propellants are called rapid propellants and generate pressure in a closed chamber at a fraction of milliseconds. Rapid propellants almost always require obstructions, i.e. inert materials, to slow their combustion rate to an acceptable safety rate. Such obstacles are attached to the surface of the propellant in one of many coating techniques.

사용될 수 있는 방해물 코팅의 예로는 폴리에스테르 가소제(파라플렉스)(헤르코트), 디틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(DEGDMA) 및 디부틸파탈레이트(DBP)가 있지만, 이것으로 제한되지 않는다. 제1의 2개의 방해물 코팅은 추진제 입자의 점화시에 에너지 방출 속도를 감소시키는 데 매우 효율적인 것으로 입증되었다. 그러나, DBP는 특히 140℉(60℃)의 온도에서 연장된 시간에 걸쳐 이동하는 것으로 보이기 때문에 덜 바람직하다. Examples of barrier coatings that may be used include, but are not limited to, polyester plasticizers (paraplex) (hercoat), distyrene glycol dimethacrylate (DEGDMA) and dibutylphthalate (DBP). The first two obstruction coatings have proven to be very effective in reducing the rate of energy release upon ignition of the propellant particles. However, DBP is less desirable, especially since it appears to move over an extended time at a temperature of 140 ° F. (60 ° C.).

추진제에 방해물이 코팅된 경우에, 코팅은 일반적으로 입자를 완전히 포화시키지만, 비교적 높은 농도로 표면 상에 남아 있다. 이 결과, 탄도 사이클의 초기단에서 연소가 느려지고, 즉 압력의 감소/제어가 초래된다. DBP의 경우에, 낮은 분자량으로 인해 코팅은 코팅의 동일한 분배가 입자 전체에 걸쳐 달성되면 평형이 달성될 때까지 입자의 중심으로 이동한다. 그 결과, 입자의 점화시에, 에너지 방출 속도는 기대치보다 비교적 높아서 LAT 고장 또는 높은 시그마에 이르게 된다. If the propellant is coated with an obstruction, the coating generally saturates the particles completely, but remains on the surface at a relatively high concentration. As a result, combustion is slowed at the initial stage of the ballistic cycle, i.e., a reduction / control of the pressure is caused. In the case of DBP, due to the low molecular weight, the coating moves to the center of the particle until equilibrium is achieved if the same distribution of the coating is achieved throughout the particle. As a result, upon ignition of the particles, the rate of energy release is relatively higher than expected, leading to LAT failure or high sigma.

추진제 연소 속도는 연소 구역이 소정 질량의 추진제로 진행하는 속도이고, 질량 연소 속도라 부를 수 있다. 연소 속도는 특정한 추진제 포뮬레이션, 챔버 압력 및 추진제 온도의 함수이다. 일반적으로, 특정한 추진제 온도에서의 연소 속도는 다음과 같이 표현된다. The propellant combustion rate is the rate at which the combustion zone proceeds with a predetermined mass of propellant and may be called the mass combustion rate. Burn rate is a function of the specific propellant formulation, chamber pressure, and propellant temperature. In general, the rate of combustion at a particular propellant temperature is expressed as

r = aPn 또는 r = a(p/1000)n r = aP n or r = a (p / 1000) n

연소 속도 대 압력을 대수 기록지에 점으로 나타내면, 커브는 직선이고, 선의 경사는 "n"로서 나타나고 연소 속도로서의 "a"는 1 psia 또는 1000 psia에서 차단된다. When the burn rate versus pressure is plotted on a logarithmic sheet, the curve is straight, the slope of the line appears as "n" and "a" as burn rate is blocked at 1 psia or 1000 psia.

대부분의 고형 추진제는 이 직선 함수를 따른다. 그러나, 몇몇 추진제에서는 압력 지수(n)가 일정하지 않다, 즉 이는 고압 또는 저압으로 변경될 수 있다. 소수의 추진제에서, 압력 지수는 한정된 범위의 압력에 걸쳐 일정하게 유지된다. 후자의 유형의 추진제에서, 연소 속도 데이터는 실험 데이터 또는 연소 속도 플롯으로부터 유도될 수 있다. 추진제 연소 속도는 또한 주위 추진제 온도에 의존한다. 온도 감도는 일반적으로 일정하지 않다. 이는 고온 및 저온으로 감소하는 주위 온도에 따라 변화되며, 따라서 일반적으로 특정 온도 범위, 통상적으로 160 내지 65℉(71 내지 53℃)로 제공된다. 일정 압력(σp)에서의 온도 감도는:Most solid propellants follow this linear function. However, in some propellants the pressure index n is not constant, ie it can be changed to high or low pressure. In a few propellants, the pressure index remains constant over a limited range of pressures. In the latter type of propellant, burn rate data can be derived from experimental data or burn rate plots. Propellant burn rate also depends on ambient propellant temperature. Temperature sensitivity is generally not constant. It varies with ambient temperature decreasing to high and low temperatures, and therefore is generally provided in a specific temperature range, typically 160 to 65 ° F. (71 to 53 ° C.). The temperature sensitivity at constant pressure (σ p ) is:

Pc = 가스 발생기 내에서 일정P c = constant within the gas generator

으로 제공된다. 일정한 연소 영역 대 노즐 영역비를 갖는 압력 시스템의 온도 감도는:Is provided. The temperature sensitivity of a pressure system with a constant combustion area to nozzle area ratio is:

Kn = 가스 발생기 내에서 일정K n = constant in the gas generator

으로 제공된다.Is provided.

로그 플롯에서, 이는 도 7에 도시된 바와 같이 45°경사 라인을 갖는 다양한 온도에서의 연소 속도 대 압력의 절편에 의해 표현된다.In the log plot, this is represented by the intercept of the burn rate versus pressure at various temperatures with 45 ° inclined lines as shown in FIG.

σp와 πk의 관계는:The relationship between σ p and π k is:

이다.to be.

가스 발생기의 다수의 상이한 적용에 기인하여, 특정 유닛을 위한 점화 시스템에 제기된 요건은 광범위하게 변화된다. 따라서, 배기 가스 생성물의 효과를 개시하는 방법으로부터의 가스 발생기 작동의 매 상태가 철저하게 고려되어야 한다. 예컨대, 점화 2차 장약에서, 소정 온도에 걸친 신속하고 신뢰적이며 재현 가능한 점화가 임의의 고형 추진제 가스 발생기의 목표이다. 사용자에 의해 가장 빈번하게 규정되는 점화 파라미터의 일부는 점화에 요구되는 시간, 즉 연소 개시 신호와 입자의 정상 연소, 최대 점화 압력, 점화기 연소 생성물 및 온도 범위의 성취 사이의 시간 간격 및 신뢰적인 점화가 발생해야 하는 압력이다.Due to the many different applications of gas generators, the requirements put on the ignition system for a particular unit vary widely. Therefore, every state of gas generator operation from the method of initiating the effect of the exhaust gas product must be thoroughly considered. For example, in ignition secondary charges, fast, reliable and reproducible ignition over a given temperature is the goal of any solid propellant gas generator. Some of the ignition parameters most frequently defined by the user are the time required for ignition, i.e. the time interval between the start of combustion signal and the normal combustion of particles, the maximum ignition pressure, the igniter combustion products and the achievement of the temperature range and reliable ignition. The pressure that must be generated.

고형 추진제 가스 발생기가 광범위한 온도 범위에 걸쳐 추진제 입자의 신속하고 신뢰적인 점화를 발생하도록 하는 점화 시스템이 바람직할 수 있다. 이들 시스템은 종종 다소 복잡하고 기폭약(80), 2차 장약(81) 및 기폭 연소면(82)을 도시하는 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 성분으로 형성된다.Ignition systems may be desirable in which solid propellant gas generators allow for rapid and reliable ignition of propellant particles over a wide temperature range. These systems are often somewhat complex and are formed of a number of components, as shown in FIG. 8, which shows the initiator 80, the secondary charge 81, and the initiator combustion surface 82.

본 발명에 사용될 수 있는 점화 시스템은 이하에 설명되는 바와 같이 전기 작동식 기폭약, 파이로테크닉 또는 2차 장약 및 추진제 입자를 포함할 수 있다. 기폭약은 2차 장약을 점화하고, 이는 추진제 입자면을 점화한다. 2차 장약은 입자면의 점화를 완료하고 가스 발생기 자유 체적을 가압하기 위해 적절한 시간에 걸쳐 에너지를 제공해야 한다. 용어 "부스터"는 점화 시스템의 보유 장약을 식별하는데 빈번히 사용된다.Ignition systems that may be used in the present invention may include electrically actuated detonators, pyrotechnics or secondary charges and propellant particles, as described below. The detonator ignites the secondary charge, which ignites the propellant particle surface. The secondary charge must provide energy over an appropriate time to complete ignition of the particle surface and pressurize the gas generator free volume. The term "booster" is frequently used to identify the holding charge of the ignition system.

그의 기능이 단지 밀접하여 용이하게 점화 가능한 파이로테크닉 물질을 점화하는 것이기 때문에 입자 점화에 요구되는 총 에너지와 비교할 때 기폭약의 에너지 출력은 작다. 몇몇 설계는 불활성 가스 발생기 부품으로의 열 손실을 보상하기 위해 점화의 초기 부분 동안에 부가의 에너지를 필요로 하고, 이를 위해 부가의 연소면을 제공하도록 입자 기폭 연소면이 그루브, 슬롯 또는 구멍을 통해 윤곽화된다. 이 윤곽화는 곧바로 남아 있는 소망의 연소면을 다 태워버린다.The energy output of the detonator is small compared to the total energy required for particle ignition because its function is only to ignite a pyrotechnic material that is easily and easily ignitable. Some designs require additional energy during the initial part of the ignition to compensate for heat loss to the inert gas generator component, for which the particle detonated combustion surface is contoured through grooves, slots or holes to provide additional combustion surface. Become This contour burns away the burning surface of the desired hope.

예컨대 본 발명의 실시예 내에 사용하기 위해 규정된 요건에 부합하도록 점화 시스템을 설계할 때, 특정 파라미터가 고정될 수 있고, 또는 이들은 예컨대 좁은 범위 내에서 변경될 수 있다. 고정 파라미터는 점화기의 기폭 기구, 추진제의 유형 및 구조, 챔버 설계 및 노즐 또는 오리피스 크기와 관련된다. 다른 설계 특징에 의해 부여되는 조건 하에서의 최종 제품 요건 점화기 성능에 부합하도록 변경될 수 있는 점화기 성능은 이하를 포함하는 팩터에 의해 영향 받을 수 있다:For example, when designing an ignition system to meet defined requirements for use within embodiments of the present invention, certain parameters may be fixed, or they may, for example, vary within a narrow range. The fixed parameters relate to the ignition mechanism of the igniter, the type and structure of the propellant, the chamber design and the nozzle or orifice size. The igniter performance, which can be modified to meet the final product requirements igniter performance under conditions imposed by other design features, can be affected by factors including:

1차 기폭약의 선택;Choice of primary initiator;

점화 트레인 또는 2차 장약의 유형;Type of ignition train or secondary charge;

점화 물질의 조성;Composition of the ignition material;

예컨대 조밀한, 느슨한 등의 2차 점화 장약의 밀도 및 형상; 및Density and shape of secondary ignition charges such as, for example, dense, loose; And

예컨대 피그테일, AN 커넥터 등과 같은 전기 접속부를 포함하는 점화기 하드웨어 설계.Igniter hardware design including electrical connections such as, for example, pigtails, AN connectors, and the like.

신뢰적인 점화를 위해, 대부분의 가스 발생기 추진제는 먼저 결합제 및 산화제를 분해하고, 이어서 연소 프로세스가 평형 상태에 도달하도록 하기 위해 정상 에너지 입력을 필요로 한다. 이 원리에 기초한 점화기는 "유지기" 점화기로서 칭한다. 요약하면, 점화 시스템 기능 또는 단계는 이하와 같이 요약될 수 있다:For reliable ignition, most gas generator propellants require a normal energy input to first decompose the binder and the oxidant and then allow the combustion process to reach equilibrium. An igniter based on this principle is referred to as a "oiler" igniter. In summary, the ignition system functions or steps can be summarized as follows:

추진제 입자를 점화하는데 충분한 비율 및 양의 열 에너지를 제공한다;Provide a proportion and amount of thermal energy sufficient to ignite propellant particles;

발생기 자유 체적을 가압한다; 및Pressurize the generator free volume; And

열 평형이 얻어질 때까지 입자 출력을 보충하도록 가스 및/또는 열을 제공한다.Provide gas and / or heat to supplement particle output until thermal equilibrium is obtained.

단계 3은 열 평형이 점근적으로 도달하기 때문에 회귀 요건이다. 따라서, 적절한 점화 설계는 이하를 포함해야 한다:Step 3 is a regression requirement because thermal equilibrium is reached asymptotically. Thus, a suitable ignition design should include:

케이스를 신속하게 가압하고 가압시에 연소하도록 설계된 신속 연소 장약; 및A quick burn charge designed to quickly press the case and burn at pressurization; And

시간의 함수로서 직각 삼각형에 근사하는 에너지 출력을 갖는 유지기.A retainer with an energy output that approximates a right triangle as a function of time.

케이스를 가압하고 점화 프로세스를 시작하도록 최대 에너지 출력을 얻는 것이 바람직하다. 유지기는 가압 장약에 의해 기폭되고 열 평형이 얻어지는 시점에서 최대 기폭 출력으로부터 0으로 회귀한다. 이 점화 시스템 모델은 "평활한" 압력-시간 특성, 즉 현저한 피크가 없는 작동압으로의 신속한 가압, 이어서 연소에 걸친 중립 압력-시간 곡선을 갖는 점화 시스템 설계의 기초로서 기능한다. 실험식이 점화기 에너지 요건을 추정하도록 개발되어 있다. 점화기의 최종 제조는 가스 발생기 시스템의 탄도 시험을 통해 수행될 수 있다.It is desirable to obtain maximum energy output to pressurize the case and start the ignition process. The retainer is detonated by the pressure charge and returns to zero from the maximum detonation output at the point where thermal equilibrium is obtained. This ignition system model serves as the basis for ignition system design with "smooth" pressure-time characteristics, ie rapid pressurization to a working pressure without significant peaks, followed by a neutral pressure-time curve over combustion. An empirical formula has been developed to estimate igniter energy requirements. Final manufacture of the igniter may be carried out through ballistic testing of the gas generator system.

모델 점화 요건을 제공하는데 사용된 기술은 광범위하게 변화된다. 몇몇 통상의 시스템은 도 9에 도시되어 있다. 그러나, 대부분의 점화 시스템은 이하의 부품: 기폭약(91), 뇌관(92), 부스터(93) 및 유지기(94)로 구성되고, 여기서 부스터 및 유지기는 2차 장약을 형성한다. 도 9c 및 도 9e에 각각 도시된 바와 같이, 유형 "C" 및 유형 "E" 점화 시스템이 특정 실시예에 사용될 수 있다. 다른 점화 시스템이 또한 사용될 수 있다.The techniques used to provide model ignition requirements vary widely. Some conventional systems are shown in FIG. However, most ignition systems consist of the following parts: detonator 91, primer 92, booster 93 and retainer 94, where the booster and retainer form a secondary charge. As shown in FIGS. 9C and 9E, type “C” and type “E” ignition systems may be used in certain embodiments. Other ignition systems can also be used.

도 10을 참조하면, 기폭 장치는 2개의 주 범주, 즉 전기 작동식 또는 기계 작동식으로 분류될 수 있다. 전기 작동식 기폭약(100)(도 10에 도시됨)은 고온 와이어 또는 폭발 브리지 와이어 기폭형이다. 기계 작동식 기폭약은 충돌 또는 충격에 의해 작동된다. 전기 작동식 기폭약이 바람직한 실시예에서 사용될 수 있다.Referring to FIG. 10, the detonator can be classified into two main categories: electrically operated or mechanically operated. The electrically actuated detonator 100 (shown in FIG. 10) is a high temperature wire or explosion bridge wire detonator. Mechanically actuated detonators are actuated by collisions or impacts. Electrically actuated initiators may be used in the preferred embodiments.

고온 와이어 기폭약은 2개의 전극(102, 103) 사이에 장착된 저항 와이어 또는 소자를 가질 수 있다. 이 소자는 낮은 점화 온도 파이로테크닉 비드로 코팅될 수 있다. 브리지 와이어(101) 또는 소자를 통해 흐르는 전류는 파이로테크닉의 온도를 그의 자동 점화 온도 이상으로 상승시켜, 파이로테크닉 및 파이로테크닉 트레인의 잔여부를 기폭한다. 파이로테크닉으로부터 이격하여 열을 전도시키기 위한 와이어의 저항 및 기폭약 요소의 성능은 기폭약의 비연소 및 완전 연소 특성을 결정할 수 있다. 예컨대 1 ampere/1 watt 내지 5 ampere/5 watt의 높은 전류 기폭약은 큰 히트 싱크 또는 열 분산 능력을 갖는다.The high temperature wire initiator may have a resistance wire or device mounted between two electrodes 102 and 103. The device can be coated with low ignition temperature pyrotechnic beads. The current flowing through the bridge wire 101 or element raises the temperature of the pyrotechnic above its auto ignition temperature, detonating the rest of the pyrotechnic and pyrotechnic train. The resistance of the wire and the ability of the detonator element to conduct heat away from the pyrotechnic can determine the non-combustion and complete combustion characteristics of the detonator. High current detonators, for example from 1 ampere / 1 watt to 5 ampere / 5 watts have a large heat sink or heat dissipation capacity.

폭발 브리지 와이어 기폭약은, 브리지 와이어(101)를 가로질러 인가되는 고에너지 전기 펄스가 이를 기화시켜 전기 에너지를 열 에너지로 변환하고 인접 파이로테크닉 물질을 점화시키는 것을 제외하고는 고온 와이어 유형과 유사하다. 갭이 종종 전류를 지향시키는 개방 회로를 제공하도록 기폭약 회로에 사용되지만, 고 전류 펄스에서 이 갭은 브리징되고 저항 와이어가 폭발한다.Explosion bridge wire detonators are similar to high temperature wire types except that high energy electric pulses applied across bridge wire 101 vaporize them to convert electrical energy into thermal energy and ignite adjacent pyrotechnic materials. . Although gaps are often used in detonation circuits to provide open circuits that direct current, at high current pulses this gap is bridged and the resistive wire explodes.

도 11은 다양한 구조를 갖는 것으로 기대되는 새들(saddle)의 유형을 도시한다. 이는 하나 또는 양 시스템의 적절한 사용에 의해, 소정의 점화 압력-시간 곡선이 얻어질 수 있는 것을 도시한다. 점화와 추진제 연소 평형 상태 사이의 평활한 전이를 제공하기 위해, 점화 유지기가 종종 사용된다. 일 유형의 점화 유지기는 입자(113)의 표면에 접합된 활기찬 추진제의 소형 펠릿 및/또는 디스크(111)일 수 있다. 입자면 내에 절결 형성된 그루브(112)는 증가된 연소면을 제공하고 신속한 점화를 얻는 것을 보조한다. 적절하게 제공되는 경우 제 2장약은 주위 금속 부품으로의 열 손실에 기인하여 "압력 새들" 또는 압력의 순간적인 저하를 방지할 수 있다.11 illustrates the types of saddles that are expected to have various structures. This shows that by the proper use of one or both systems, a certain ignition pressure-time curve can be obtained. To provide a smooth transition between the ignition and propellant combustion equilibrium, an ignition maintainer is often used. One type of ignition retainer may be a small pellet and / or disc 111 of vigorous propellant bonded to the surface of particles 113. Notched grooves 112 in the particle surface provide increased combustion surface and assist in obtaining rapid ignition. If properly provided, the second charge can prevent the "pressure saddle" or instantaneous drop in pressure due to heat loss to the surrounding metal parts.

기폭약의 선택은 1차 점화 물질에 열 에너지를 제공하는 것이 가능한 수단에 의존할 수 있다. 전류가 예컨대 열 감응성 파이로테크닉 조성물 내에 매립된 0.02 내지 5.0 ohms의 낮은 저항의 브리지-와이어를 통해 인가될 수 있다. 대략적으로 고형 추진제의 에너지가 낮을수록, 더 큰 점화 시스템 출력이 요구된다. 점화 장약 시스템의 설계에 영향을 주는 물리적 파라미터는 자유 체적, 입자 구조 및 추진제 연소면이다. 신속한 점화는 가압에 의해 매우 지원되지만, 점화 단계 중에 압력 과잉을 방지하도록 주의를 기울어야 한다. 가스 발생기 시스템에 대한 요건을 결정할 때, 세심한 고려가 임의의 물리적 구조를 고정하기 전에 점화 시스템에 제공되어야 한다.The choice of initiator can depend on the means available to provide thermal energy to the primary ignition material. Current can be applied through low resistance bridge-wires of, for example, 0.02 to 5.0 ohms embedded in a thermally sensitive pyrotechnic composition. The lower the energy of the solid propellant, the greater the ignition system output required. Physical parameters that affect the design of the ignition charge system are free volume, particle structure and propellant combustion surface. Rapid ignition is very supported by pressurization, but care must be taken to avoid overpressure during the ignition phase. When determining the requirements for a gas generator system, careful consideration should be given to the ignition system before securing any physical structure.

이제, 일 실시예의 작동을 설명한다. 기폭약(들)로의 신호의 수신시에, 더 진보적인 가스 생성물이 신속한 점화를 경험하고 그의 총 용량의 35 내지 85%, 바람직하게는 그의 용량의 45% 내지 85%, 가장 바람직하게는 그의 총 용량의 65 내지 85%로 에어백을 팽창하도록 충분한 압력을 발생한다. 제 2챔버 내의 제 2가스 생성물은 소정의 주어진 시간 t=tpmax(제 1가스 발생기)의 45% 내지 95%에서 기폭된다. 즉, 제 2챔버 내의 가스 생성물은 가스의 45% 내지 95%가 제 1발생기로부터 생성될 때 기폭될 수 있다. 바람직하게는, 제 2챔버 내의 가스 생성물은 가스의 65% 내지 95%가 제 1발생기로부터 생성될 때 기폭될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제 2챔버 내의 가스 생성물은 가스의 90% 내지 95%가 제 1발생기로부터 생성될 때 기폭될 수 있다.The operation of one embodiment will now be described. Upon receipt of the signal to the initiator (s), the more advanced gas product experiences rapid ignition and ranges from 35 to 85% of its total capacity, preferably 45% to 85% of its capacity, most preferably its total capacity. Sufficient pressure is generated to inflate the airbag to 65 to 85% of the volume. The second gas product in the second chamber is detonated at 45% to 95% of the given time t = t pmax (first gas generator) . That is, the gaseous product in the second chamber can be detonated when 45% to 95% of the gas is produced from the first generator. Preferably, the gas product in the second chamber can be detonated when 65% to 95% of the gas is produced from the first generator. In a preferred embodiment of the invention, the gas product in the second chamber can be detonated when 90% to 95% of the gas is produced from the first generator.

제 2챔버 내의 가스 생성물은 이 특정 서브시스템에 대한 에어백에 대해 정격화된 압력과 동일한 전체 내부 가스압을 성취하도록 에어백의 잔여 팽창을 제공한다. 즉, 가스가 신규한 시스템의 양 챔버로부터 완전히 생성될 때, 에어백 내의 최종 가스압은 현재의 1단 가스 발생기로부터의 가스압과 동일하다. 제안된 기술의 가스 발생의 속도는 상이한 속도의 가스 배출을 발생하는 추진제를 제공함으로써 제어된다. 상이한 속도의 가스 배출을 제공함으로써 압력 대 시간 곡선은 2단 시스템에 대해 2개의 기울기를 가질 수 있다. 하나의 기울기, 예컨대 제 1챔버 내의 제 1가스 생성물에 대응하는 기울기는 매우 가파른 기울기[(dp)1/(dt)1]를 가질 수 있고, 제 2가스 생성물의 제 2기울기는 덜 가파른 기울기[(dp)2/(dt)2]를 가질 수 있다. 에어백의 완전 전개에 대응하는 최대 체적에 대한 유효 시간은 여전히 동일할 수 있지만, 에어백에 대한 강력한 충격을 방지할 수 있는 방식으로 제어될 수 있다.The gaseous product in the second chamber provides residual expansion of the airbag to achieve an overall internal gas pressure equal to the pressure rated for the airbag for this particular subsystem. That is, when gas is produced completely from both chambers of the new system, the final gas pressure in the airbag is equal to the gas pressure from the current one-stage gas generator. The rate of gas evolution of the proposed technique is controlled by providing a propellant that produces different rates of gas emissions. By providing different rates of gas discharge, the pressure versus time curve can have two slopes for a two stage system. One slope, eg, the slope corresponding to the first gas product in the first chamber, can have a very steep slope [(dp) 1 / (dt) 1 ], and the second slope of the second gas product has a less steep slope [ (dp) 2 / (dt) 2 ]. The effective time for the maximum volume corresponding to the full deployment of the airbag can still be the same, but it can be controlled in such a way as to prevent a strong impact on the airbag.

상업 분야 또는 상업적 용례에서, 이 성능은 에어백이 100mph(165km/h)를 초과하는 속도로 이동하는 차량 내에서 전개되거나 어린이, 경량의 승객 또는 파이프를 피우는 승객 내로 전개될 때 발생할 수 있는 심각한 우연한 사고 및 가능한 재난을 방지할 수 있기 때문에 유리하다.In commercial or commercial applications, this performance is a serious accident that can occur when the airbag is deployed in a vehicle traveling at speeds in excess of 100 mph (165 km / h), or in children, lightweight passengers or pipe-smoking passengers. And because it is possible to prevent possible disasters.

탄도에 걸친 개선된 제어를 제공하면서 현용의 에어백 시스템으로부터 초래되는 탄도의 급격한 변경을 초래하는 사고를 방지하기 때문에, 이 성능은 군사적 용도에서 유리하다. This performance is advantageous in military applications because it provides improved control over the trajectory while preventing accidents that result in drastic changes in trajectory resulting from current airbag systems.

본 발명의 실시예는 압력 대 시간의 매우 보다 양호한 제어를 가능하게 하고, 따라서, 설계자가 거의 임의의 압력 대 시간 프로파일에 일치시킬 수 있게 하기 위해 심지어 2개 이상의 챔버를 가지는 가스 발생기 시스템을 가질 수 있다.Embodiments of the present invention allow for much better control of pressure vs. time, and thus can even have a gas generator system with two or more chambers to enable designers to match almost any pressure vs. time profile. have.

패시브 에어백 속박 시스템을 위한 팽창기 또는 가스 발생기 설계시의 고려사항은 에어백을 충전하는 가스의 유독성 및 유해도이다. 에어백을 위한 팽창기는 에어백의 부분에 손상을 줄 수 있는 가스 및 다른 재료를 배기 또는 여과한다. 가스 발생 성분이 매우 유독성이거나 불안정한 경우, 제조 공정 동안 특수한 취급이 필요할 수 있으며, 군수품 및/또는 준군수품(들) 시스템의 임의의 부분이 잔존하는 경우 장치의 유효 수명의 종료시 폐기 문제를 발생시킬 수 있다. Considerations in designing inflators or gas generators for passive airbag confinement systems are the toxicity and hazards of the gas filling the airbag. Inflators for airbags exhaust or filter gases and other materials that can damage portions of the airbag. If the gas generating components are very toxic or unstable, special handling may be required during the manufacturing process, and if any part of the munitions and / or quasi-munitions product (s) system remains, this may create disposal problems at the end of the useful life of the device. have.

예로서, 대부분의 가스 발생기(에어백 용도용)의 가스 발생 조성물로서 사용되는 원료 아지드화 나트륨은 비교적 높은 유독성을 가지며, 이는 제조 공정 동안 취급 문제를 유발한다. 또한, 군인 또는 시민이 장치의 잔여부에 노출되는 경우, 유독성 또는 환경 오염 관련사항이 고려될 필요가 있을 수 있다. As an example, the raw sodium azide used as the gas generating composition of most gas generators (for airbag applications) has a relatively high toxicity, which causes handling problems during the manufacturing process. In addition, where soldiers or citizens are exposed to the remainder of the device, toxic or environmental pollution concerns may need to be considered.

현용의 에어백은 통상적으로 백에 대한 손상을 방지하도록 코팅되어 있다. 패키징 제약은 패시브 에어백 팽창기의 전개시 부가적인 설계 고려사항을 추가한다. 예로서, 무게 및 크기는 차량 팽창기 설계의 적합성을 결정하는 일차적인 인자이다.Current airbags are typically coated to prevent damage to the bags. Packaging constraints add additional design considerations in the deployment of passive airbag inflators. By way of example, weight and size are the primary factors in determining the suitability of a vehicle inflator design.

본 명세서에 기술된 신규한 가스 발생기의 일 실시예에서, 복잡하며, 고가인 필터 시스템(고온, 고형 부산물을 제거하기 위한)에 대한 필요성이 제거된다. (현용의 1단 가스 발생기에서는 필터가 필요하다. 도 3의 부분 11 참조.) 복잡하며, 고가인 필터 시스템의 제거는 가스 발생기의 비용의 적어도 4% 저감을 의미한다.In one embodiment of the novel gas generator described herein, the need for a complex, expensive filter system (to remove high temperature, solid by-products) is eliminated. (A filter is required in current single stage gas generators. See part 11 in Figure 3.) The removal of complex and expensive filter systems means a reduction of at least 4% of the cost of the gas generator.

본 명세서에 설명된, 그리고, 본 발명에 따른 새로운 가스 발생기에 사용될 수 있는 다수의 추진제는 신규한 것으로 믿어진다. 한 가지는 산화제, 연료 및 성분을 함께 유지하기 위해 사용되는 바인더를 포함한다. 본 명세서에 기술된 추진제의 실시예는 현용의 추진제 보다 환경적으로 허용가능하며, 현재 가스 발생기에 필요한 여과 시스템을 필요로 하지 않는다. It is believed that many of the propellants described herein and that can be used in the new gas generators according to the present invention are novel. One includes binders used to hold the oxidant, fuel and components together. Embodiments of the propellant described herein are more environmentally acceptable than current propellants and do not currently require the filtration system required for gas generators.

산화제는 질산암모늄인 것이 바람직하며, 이는 추진제의 약 89.5±5.5%를 구성할 수 있다. 산화제는 용융 및 서로 다른 입자 크기로의 재결정화를 방지하도록 상-안정화되어야만 한다. 안정한 상 안정제의 예는 질산 칼륨(KNO3)이며, 이는 0.5% 내지 7%의 농도로 존재할 수 있고, 또한, 플래시 발생을 방지할 수도 있으며, 바람직한 질산 칼륨의 농도는 0.5% 내지 1%이다. 이 질소-농후 산화제는 안정화되었을 때 제조 및 포장을 위한 충격, 충돌 및 정전 방전에 둔감하며, 이는 이를 안전히 취급할 수 있게 한다. 상 안정화된 질산 암모늄은 열 사이클링 동안 산화제의 위상 전이를 방지한다.The oxidant is preferably ammonium nitrate, which may constitute about 89.5 ± 5.5% of the propellant. The oxidant must be phase-stabilized to prevent melting and recrystallization to different particle sizes. An example of a stable phase stabilizer is potassium nitrate (KNO 3 ), which may be present at a concentration of 0.5% to 7%, may also prevent flash generation, and the preferred concentration of potassium nitrate is 0.5% to 1%. This nitrogen-rich oxidant, when stabilized, is insensitive to shock, impact and electrostatic discharge for manufacturing and packaging, which makes it safe to handle. Phase stabilized ammonium nitrate prevents phase transition of the oxidant during thermal cycling.

연료는 추진제의 약 8.4±5.0%를 구성할 수 있다. 적절한 연료는 CL-20(C10H22N12O12)(Thiokol Corporation), RDX(C3H6N6O6), HMX(C4H8N8O8), GAP(C3H5N3O)n(글리시딜 아지드 폴리머 또는 폴리사이클리딜 아지드)(3M Corporation, 미네소타), EDNA(에틸렌 디니트라민), TATB, LLM-105 및 그 혼합물을 포함하는 거의 모든 니트라민(nitramine)을 포함한다. 양호한 연료는 CL-20이다.The fuel may constitute about 8.4 ± 5.0% of the propellant. Suitable fuels include CL-20 (C 10 H 22 N 12 O 12 ) (Thiokol Corporation), RDX (C 3 H 6 N 6 O 6 ), HMX (C 4 H 8 N 8 O 8 ), GAP (C 3 H 5 N 3 O) n (glycidyl azide polymer or polycyclidyl azide) (3M Corporation, Minnesota), EDNA (ethylene dinitramine), TATB, LLM-105 and mixtures thereof Niramine. Preferred fuel is CL-20.

바인더는 추진제의 약 2.1±0.5%를 구성할 수 있으며, (1) 성분을 함께 유지하기 위한 바인더로서, 그리고, (2) 가스 발생을 너무 빠르게 할 수 있는 결정의 파열을 방지하기 위해서 작용한다. 적절한 바인더는 폴리카프로악톤(PCL), 폴리이소부틸렌(PIB), 폴리비닐피롤리돈 및 그 혼합물을 포함한다.The binder can make up about 2.1 ± 0.5% of the propellant and acts as a binder to hold (1) the components together, and (2) to prevent rupture of crystals that can cause gas evolution too quickly. Suitable binders include polycaproactone (PCL), polyisobutylene (PIB), polyvinylpyrrolidone and mixtures thereof.

GAP는 조합된 연료 및 바인더로서 사용될 수 있다. 그러나, 그 연소 부산물은 유독성이며, 이 단점을 극복하기 위해서는 증가된 양의 질산 암모늄이 소요된다. 이들 보다 높은 질산 암모늄의 농도는 조성물이 처리 및 점화되기 곤란하게 한다. GAP can be used as a combined fuel and binder. However, the combustion byproduct is toxic and an increased amount of ammonium nitrate is required to overcome this disadvantage. Higher concentrations of ammonium nitrate make the composition difficult to process and ignite.

다른 실시예에서, 가스 발생제는 약 70-95%의 CL-20 활성 니트라민 연료, 5-25%의 활성 폴리글라시딜 아지드(예로서, 글라시딜 아지드 폴리머 또는 GAP) 또는 활성 폴리머 결합제, 예로서, 폴리이소부틸렌(Vistanex 폴리머) 또는 PIB 및 질산 칼륨 같은 0.1-5.0%의 플래시 억제제를 포함할 수 있다. 가스 발생제는 2단 가스 발생기에 사용될 수 있으며, 소, 중 및 대 구경 탄약의 추진 시스템에 특히 유용할 수 있다.In another embodiment, the gas generator is about 70-95% CL-20 active nitramine fuel, 5-25% active polyglycidyl azide (eg, glycidyl azide polymer or GAP) or active Polymeric binders such as polyisobutylene (Vistanex polymer) or 0.1-5.0% flash inhibitors such as PIB and potassium nitrate. Gas generators may be used in two-stage gas generators and may be particularly useful in propulsion systems for small, medium and large aperture ammunition.

다른 성분이 조성물에 선택적으로 추가될 수 있다. 이들은 (1) 약 0.1-1.0%로 사용될 수 있는, 예로서, 에틸 센트랄리트, 아카디트(Akardite) I, 아카디트(Akardite) II, 디페닐 아민 또는 2-니트로디페닐 아민 같은 안정성을 제어하기 위한 재료, (2) 약 0.1-3.0%로 사용될 수 있는 예로서, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 아릴 메타크릴레이트 또는 헤르코트(Hercote) 폴리에스테르 같은 코팅 재료, 탄도 스파이크 및 높은 초기 압력 상승을 제어하기 위한 재료 및 (3) 약 0.05-1.0%로 사용될 수 있는 예로서, 흑연 같은 중력 밀도 및 방산 정전기를 증가시키기 위한 재료를 포함할 수 있다. Other ingredients may optionally be added to the composition. They (1) can be used at about 0.1-1.0% to control stability such as, for example, ethyl centralit, Akardite I, Akardite II, diphenyl amine or 2-nitrodiphenyl amine (2) coating materials such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, aryl methacrylate or Hercote polyester, Materials to control ballistic spikes and high initial pressure rises, and (3) examples that can be used at about 0.05-1.0%, include materials for increasing gravity density and dissipating static, such as graphite.

추진제 조성물은 습식 또는 건식 혼합물 중 어느 한쪽으로 처리될 수 있으며, 태블릿, 디스크 또는 기타 형상으로 가압되거나 입자로 압출될 수 있다. M.E. Fayed 및 L. Otten의 Handbook of Powder Science and Technology(1984), Emil R. Riegel의 Chemical Process Machinery(2판, 1960, Wolfgang Pietsch, Size Enlargement by Agglomeration Ch.4(1991))에 기술된 것들 같은 일반적으로 사용되는 혼합 기술이 사용될 수 있다.The propellant composition can be treated with either a wet or dry mixture and can be pressed into tablets, disks or other shapes or extruded into particles. M.E. General such as those described in Fayed and L. Otten's Handbook of Powder Science and Technology (1984), and Emil R. Riegel's Chemical Process Machinery (2nd edition, 1960, Wolfgang Pietsch, Size Enlargement by Agglomeration Ch.4 (1991)). The mixing technique used may be used.

서로 다른 챔버에 사용되는 추진제는 일반적으로 동일한 화학적 조성을 가질 수 있지만, 이들은 형상이 다른 경우가 많으며, 이는 각 챔버내의 추진제의 연소율에 영향을 준다. 예로서, 보다 많은 관통부를 가지는 추진제는 보다 많은 표면 노출을 가지며, 이는 보다 신속한 연소를 초래한다. Propellants used in different chambers may generally have the same chemical composition, but they often have different shapes, which affects the burn rate of the propellants in each chamber. By way of example, propellants with more penetrations have more surface exposure, which results in faster combustion.

또한, 추진제의 밀도는 그 안정성의 중요한 지시자이다. 양호한 밀도는 이론적 밀도 보다 약 92% 이상이어야 한다. 밀도가 너무 낮은 경우, 다량의 추진제가 챔버내에 채워질 수 없다. 두 번째로, 밀도가 낮은 경우, 추진제는 파열되어 서로 다른 형상의 추진제를 초래할 가능성이 높으며, 이는 상술된 바와 같이, 연소율에 영향을 준다.In addition, the density of the propellant is an important indicator of its stability. Good density should be about 92% or more above theoretical density. If the density is too low, large amounts of propellant cannot be filled in the chamber. Secondly, when the density is low, the propellant is more likely to rupture and result in propellants of different shapes, which affects the burn rate, as described above.

추진제의 연소는 안전하며, 반응의 가스상 부산물의 불꽃 온도는 120℉(48℃) 미만이다. 연소 생성물은 일반적으로 비유해성 가스, 즉, 수증기, 질소 및 이산화탄소(CO2)이다. 이들 부산물은 환경에 대해 유해하지 않다. 부가적으로, 이들은 부식성이 아니며, 이는 코팅되지 않은 에어백이 시스템에 사용될 수 있다는 것을 의미한다.The combustion of the propellant is safe and the flame temperature of the gaseous by-product of the reaction is less than 120 ° F. (48 ° C.). Combustion products are generally non-hazardous gases, ie water vapor, nitrogen and carbon dioxide (CO 2 ). These by-products are not harmful to the environment. In addition, they are not corrosive, which means that uncoated airbags can be used in the system.

신규한 가스 발생기의 추진제의 양은 현재 사용된 발생기에서 요구되는 것보다 훨씬 작다. 통상적으로, 70 내지 100gm의 추진제가 종래 기술에 사용되지만, 5 내지 8gm가 준군수품을 전개하는데 사용된 신규한 발생기가 요구된다.The amount of propellant for the new gas generator is much smaller than that required for current generators. Typically, between 70 and 100 gm of propellant are used in the prior art, but new generators with 5 to 8 gm used to deploy submunitions are required.

가스 발생기의 성능을 평가하기 위해, 탄도 탱크 시험을 사용하는 것이 가능하다. 탱크는 가스 발생기가 사용되는 에어백과 적어도 동일한 크기의 용량을 가져야 한다. 임의의 통상 사용되는 탄도 시험 절차는 가스 발생기의 성능을 평가하는데 사용될 수 있다.In order to evaluate the performance of the gas generator, it is possible to use a ballistic tank test. The tank must have a capacity of at least the same size as the airbag in which the gas generator is used. Any commonly used ballistic test procedure can be used to evaluate the performance of the gas generator.

다양한 설계 고려가 에어백 시스템을 개발하는데 고려될 수 있다. 먼저, 팽창기는 에어백 시스템에 요구되는 시간 제한 내에서 에어백으로 충분한 양의 가스를 생성하고 및/또는 방출하는 것이 가능해야 한다. 군사 에어백 시스템에 관련된 시간 제한이 주어지면, 에어백은 에어백의 크기에 따라 대략 약 5 내지 100ms 내에 전개되어야 한다. 팽창기는 일반적으로 의도된 적용에 따라 15 내지 200ℓ로 이들 시간 프레임 내에 에어백을 충전하는 것이 가능해야 한다.Various design considerations can be considered in developing an airbag system. First, the inflator should be capable of producing and / or releasing a sufficient amount of gas into the airbag within the time limits required for the airbag system. Given the time limits associated with military airbag systems, airbags should deploy within approximately 5 to 100 ms, depending on the size of the airbag. The inflator should generally be able to fill the airbags within these time frames from 15 to 200 liters depending on the intended application.

이 작동시에, 가스 발생기는 외부 또는 내부 소스로부터 신호를 수신하고, 이어서 이 신호를 각각의 기폭약에 전송한다. 에어백의 팽창의 시기는 가스 발생기, 규정된 세트의 IR 요건에 부합하는 타겟을 검출하는 탄약 내의 적외선(IR) 센서와 같은 센서, 탄도 내의 지점을 결정하는 방향 센서와 같은 검출기, 타이머, 무기 내에 합체되는 컴퓨터 내에 프로그램된 데이터에 전송된 트리거 신호에 의해, 또는 다른 기술에 의해 트리거될 수 있다. 기폭약은 각각의 기폭약의 점화 또는 활성화 사이의 수 밀리초 정도일 수 있는 지연을 갖고 순차적으로 기능한다.In this operation, the gas generator receives a signal from an external or internal source and then sends this signal to each initiator. The timing of the inflation of the airbag is incorporated into the gas generator, a sensor such as an infrared (IR) sensor in ammunition that detects a target that meets a specified set of IR requirements, a detector such as a direction sensor that determines a point within a ballistic, a timer, or a weapon. The trigger signal may be triggered by a trigger signal transmitted to data programmed into a computer to be programmed, or by another technique. Detonators function sequentially with delays that can be on the order of milliseconds between ignition or activation of each detonator.

이하의 실시예들은 본원에 개시된 발명을 비한정적으로 더욱 예시하도록 의도된다.The following examples are intended to further non-limitingly illustrate the invention disclosed herein.

예 1: 2단 가스 발생기Example 1: two-stage gas generator

2단 가스 발생기가 도 1에 도시된다. 도 1a는 발생기의 부분을 도시하고, 도 1b는 대표적인 치수를 도시한다. 이 시스템의 추진제의 총 중량은 대략 5 내지 10gm이다. 더 소형의 설계가 도 1c에 도시되어 있고, 대응하는 대표적인 치수가 도 1d에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 실시예는 예컨대 자동차의 에어백 구속 시스템 또는 준군수품 전개를 위한 에어백 시스템에 사용될 수 있다.A two stage gas generator is shown in FIG. FIG. 1A shows a portion of the generator and FIG. 1B shows representative dimensions. The total weight of the propellant of this system is approximately 5-10 gm. A smaller design is shown in FIG. 1C and a corresponding representative dimension is shown in FIG. 1D. The embodiment shown in FIG. 1 can be used, for example, in an airbag restraint system of an automobile or an airbag system for paramilitary deployment.

예 2: 성능 데이터Example 2: performance data

87% CL-20, 12% 폴리글리시딜 아키드 및 1% 질산 칼륨을 포함하는 본 발명에 따른 일 추진제의 실시예(표 1A)의 성능은 포트란으로 기록된 열화학적 시뮬레이션 프로그램에 의해 평가되어 도시된다. 프로그램은 가스 생성물의 이론적인 열화학적 성능을 나타낸다. 나타낸 출력은, 무엇보다도, 예측 이론 밀도, 챔버 내의 반응 온도, 비열비(감마로 나타냄), 및 에너지 또는 운동량을 열거한다. 이는 또한 몰로 나타낸 연소의 예측 부산물, wt%, 몰% 및 체적%를 열거한다. 나타낸 출력값은 100g의 추진제에 기초한다.The performance of an example (Table 1A) of one propellant according to the invention comprising 87% CL-20, 12% polyglycidyl arch and 1% potassium nitrate was evaluated by a thermochemical simulation program recorded in Fortran. Shown. The program shows the theoretical thermochemical performance of the gas product. The outputs listed, among other things, list the predicted theoretical density, reaction temperature in the chamber, specific heat ratio (expressed as gamma), and energy or momentum. It also lists the predicted byproducts of combustion in moles, wt%, mol% and volume%. The output shown is based on 100 g of propellant.

예 3: 준군수품 전개Example 3: paramilitary deployment

군수품 시스템은 준군수품을 갖는 로켓을 둘러쌈으로써 조립된다. 에어백은 로켓과 준군수품 사이에 삽입될 수 있다. 시스템은 또한 2개 이상의 챔버를 갖는 가스 발생기를 포함한다. 시스템이 의도된 타겟(들)의 부근에 위치할 때, 가스 발생기는 작동 상태가 되어 에어백을 팽창시키고, 따라서 준군수품을 전개한다. 2개 이상의 챔버를 가짐으로써, 가스 발생기는 1-챔버 가스 발생기보다 더 예측 가능한 방식으로 에어백을 팽창시킬 수 있다. 이는 준군수품이 의도된 타겟에 더 근접하여 전개될 수 있다는 것을 의미한다.The munitions system is assembled by enclosing a rocket with a paramilitary. Airbags can be inserted between the rocket and paramilitary. The system also includes a gas generator having two or more chambers. When the system is located in the vicinity of the intended target (s), the gas generator is in operation to inflate the airbag and thus deploy the paramilitary. By having two or more chambers, the gas generator can inflate the airbag in a more predictable manner than the one-chamber gas generator. This means that the paramilitary can be deployed closer to the intended target.

예 4: 준군수품의 탄도를 제어하기 위한 에어백의 사용Example 4: Use of Airbags to Control Ballistics of Paramilitary Goods

일단 예 3의 준군수품이 그의 하향 탄도를 개시하면, 준군수품의 파라슈트(P)에 연결된 에어백은 파라슈트(P)를 전개하기 위해 팽창된다. 도 5a를 참조하라. 이 가스 발생기(50A)는 2개 이상의 챔버를 갖고, 파라슈트의 전개 및 따라서 단지 하나의 챔버를 가스 발생기에 포함하는 종래의 시스템에 대한 준군수품의 탄도에 대한 양호한 제어를 제공한다. 파라슈트는 준군수품의 속도를 감소시키고 또한 그의 수평 전이 경로 중에 및 그의 하향 자유 낙하 중에 이를 균형잡는다.Once the quasi-munition of Example 3 initiates its downward trajectory, the airbag connected to the para-shoot P of the para-munition is inflated to deploy the para-shoot P. See FIG. 5A. This gas generator 50A has two or more chambers and provides good control over the development of the parachute and thus the trajectory of the quasi-munition for a conventional system comprising only one chamber in the gas generator. Parachute reduces the speed of the paramilitary and also balances it during its horizontal transition path and during its downward free fall.

파라슈트의 대안은 준군수품의 부력을 제공하기 위한 에어백 자체의 사용이다. 도 5b를 참조하라. 에어백은 준군수품에 부착되고, 팽창시에 벌룬형 물체와 같이 작용한다. 이 에어백은 가스 발생기(50b)로부터 가스에 의해 팽창되고 파라슈트에 의해 제공되는 항력을 제공하기보다는 에어백은 또한 준군수품의 탄도에 영향을 주는 부력을 제공한다. 파라슈트(P)가 가스 발생기(50B)에 의해 팽창되는 벌룬형 물체로서 도시된 에어백(A)으로 대체된 도 5b를 참조하라.An alternative to the parachute is the use of the airbag itself to provide buoyancy for paramilitary goods. See FIG. 5B. Air bags are attached to paramilitary goods and act like balloon-like objects when inflated. Rather than the airbag being inflated by the gas from the gas generator 50b and providing the drag provided by the parachute, the airbag also provides buoyancy which affects the trajectory of the submunition. See FIG. 5B where parachute P is replaced with airbag A, shown as a balloon-like object inflated by gas generator 50B.

예 5: 추진 탄약용 가스 발생기의 사용Example 5: Use of a Gas Generator for Propelled Ammunition

가스 발생기는 추진 탄약에 사용될 수 있다. 탄약 케이싱에 사용되는 화약 대신에, 가스 발생기가 사용될 수 있다. 가스 발생기는 예컨대 탄약 이전의 총구 내에 배치되는 플라스틱 또는 세라믹과 같은 개별 부품 내에 내장될 수 있다. 대안적으로, 가스 발생기는 도 5c에 도시된 바와 같이 가스 발생기(50C) 및 발사체(58)를 갖는 케이싱의 요구 없이 무기의 총신(59) 내로 장전될 수 있다.Gas generators can be used for propellant ammunition. Instead of the gunpowder used in the ammunition casing, a gas generator can be used. The gas generator may be embedded in a separate part, for example a plastic or ceramic, which is placed in the muzzle prior to ammunition. Alternatively, the gas generator may be loaded into the barrel of the weapon 59 without the need for a casing with gas generator 50C and projectile 58 as shown in FIG. 5C.

추진 탄약에 요구되는 가스 생성물의 양은 생성 압력 및 탄약의 속도에 대한 가스 생성물의 양에 관련되는 공지의 공식을 사용하여 산출될 수 있다. 예컨대:The amount of gas product required for the propellant ammunition can be calculated using known formulas relating to the amount of gas product relative to the production pressure and the rate of the ammunition. for example:

55 내지 65kpsi(379 내지 448MPa)이 현재의 사양과 동일하거나 15% 신속한 총구 속도로 임의의 중형 캘리퍼 라운드를 추진하는데 필요하다.55 to 65 kpsi (379 to 448 MPa) is required to propel any medium caliper round at muzzle velocity equal to or 15% faster than current specifications.

55 내지 65kpsi(379 내지 448MPa)이 2000m/s의 총구 속도로 M919 중형 캘리퍼 라운드를 추진하는데 필요하다. M919 카트리지는 25mm이고, 트레이서를 갖는 날개 안정식 철갑 형성 작약이다.55-65 kpsi (379-448 MPa) is required to propel the M919 medium caliper round at a muzzle velocity of 2000 m / s. The M919 cartridge is 25 mm long, wing stable streak forming peony with tracer.

65 내지 75kpsi(448 내지 517MPa)이 현재 사양과 동일하거나 30% 신속한 총구 속도로 임의의 대형 캘리퍼 라운드를 추진하는데 필요하다.65 to 75 kpsi (448 to 517 MPa) is required to propel any large caliper round at muzzle velocity at the same or 30% faster current specification.

예 6: 점화 시스템Example 6: ignition system

가스 발생기의 각각의 챔버 내의 추진제를 특정 시간에 점화하기 위한 요구에 기인하여, 일 챔버 내의 점화가 다른 챔버 내의 추진제를 우연히 점화시키지 않는 것이 중요하다. 더욱이, 각각의 챔버로부터의 가스 발생 속도가 에어백의 팽창 속도를 제어하기 때문에 챔버가 특정 시간에 점화되는 것이 중요하다.Due to the need to ignite the propellant in each chamber of the gas generator at a particular time, it is important that the ignition in one chamber does not accidentally ignite the propellant in the other chamber. Moreover, it is important that the chamber is ignited at a specific time because the rate of gas generation from each chamber controls the rate of inflation of the airbag.

예컨대, 통상의 2-챔버 가스 발생기는 예컨대 10ms 내로 에어백을 팽창시키는데 필요한 가스의 총량의 8 내지 20%를 발생시킬 수 있다. 제 1챔버로부터의 가스의 바람직한 분율은 10 내지 15%이고, 가장 바람직한 양은 요구되는 가스의 총량의 15%이다.For example, a conventional two-chamber gas generator can generate 8-20% of the total amount of gas needed to inflate the airbag, for example, within 10 ms. The preferred fraction of gas from the first chamber is 10-15%, with the most preferred amount being 15% of the total amount of gas required.

제 2챔버의 점화 시스템은 대략 제 1챔버로부터의 가스 발생의 종료시에 점화되어야 하고, 이 챔버로부터의 팽창 속도는 에어백이 사용되는 최종 활동을 제어해야 한다. 예컨대, 바람직하게는 60 내지 90ms 사이의 제 1및 제 2단계 모두에 대한 연소 시간 조합 비율이 준군수품의 탄도를 제어하기 위해 파라슈트를 전개시키거나 탄약으로부터 준군수품을 배출하기 위해 요구된다.The ignition system of the second chamber should be ignited approximately at the end of gas evolution from the first chamber, and the inflation rate from this chamber should control the final activity in which the airbag is used. For example, a combustion time combination ratio for both the first and second stages, preferably between 60 and 90 ms, is required to deploy the parachute or to discharge the submunition from the ammunition to control the trajectory of the submunition.

이 기술 분야의 숙련자는 본원에 개시된 발명과 일치하는 발명의 다른 변형예가 존재한다는 것을 인식할 수 있을 것이다. 특정 치수가 예시적인 실시예와 관련하여 제공되었지만, 이러한 실시예 또는 치수는 본 발명의 범주를 한정하는 것은 아니다. 본 발명은 본원에 개시된 양태 또는 그의 등가물을 포함하는 임의의 크기의 실시예를 포함할 수 있다.Those skilled in the art will recognize that there are other variations of the invention consistent with the invention disclosed herein. Although specific dimensions have been provided in connection with the illustrative embodiments, these embodiments or dimensions do not limit the scope of the invention. The invention may include any sized embodiment, including aspects disclosed herein or equivalents thereof.

이하의 표가 포함된다:The following table is included:

[표 1a]TABLE 1a

열화학 코드 연산Thermochemical code operation

비이상적 상태 방정식 HEP-100 추진 폭발물Non-ideal State Equation HEP-100 Propelled Explosives

폴리글리시딜 아지드 12.000Polyglycidyl Azide 12.000

질산칼륨 1.000Potassium Nitrate 1.000

CL-20 87.000CL-20 87.000

날짜 셋업 5                                Date Setup 5

OHFP = 21349.29 밀도 = 1.9101 GM/CC .069008 LBM/IN**3E = .0OHFP = 21349.29 Density = 1.9101 GM / CC .069008 LBM / IN ** 3E = .0

EFP = 23119.04 CO2에 대한 산소 평균 = -14.14, CO에 대해 11.02EFP = 23119.04 Oxygen mean for CO2 = -14.14, 11.02 for CO

OMOX = 1.6337OMOX = 1.6337

C 1.5723 H .62178 X .0098905 N 2.7755 O 2.5767 S .1000E-6C 1.5723 H .62178 X .0098905 N 2.7755 O 2.5767 S .1000E-6

휴그너 0점 -- 충격 속도 = 2362.98 M/SEC, 입자 V = 1088.8Hughner Point 0-Impact Velocity = 2362.98 M / SEC, Particle V = 1088.8

P = 100000. PSI P = 6804.60 ATM T = 4833.3 NG = 3.45327 P = 100000.PSI P = 6804.60 ATM T = 4833.3 NG = 3.45327

NT = 3.45327 S = 196.755NT = 3.45327 S = 196.755

CPG = 35.316 CPT = 35.316 고정된 CP 감마 = 1.241 DHDT = 68.4529CPG = 35.316 CPT = 35.316 Fixed CP Gamma = 1.241 DHDT = 68.4529

감마 = 1.18404Gamma = 1.18404

WT PCT COND = .00000 MW 가스 = 28.959 H = 68673 COV = .00000WT PCT COND = .00000 MW Gas = 28.959 H = 68673 COV = .00000

VSP = 2.01273 음속 = 1251.54VSP = 2.01273 Sound Speed = 1251.54

RHO = .49683756 PO = 1.9990 VO = 3.73251 운동량 = 464268RHO = .49683756 PO = 1.9990 VO = 3.73251 Momentum = 464268

E = 35505.381 DEDT = 54.0953E = 35505.381 DEDT = 54.0953

[표 1b]TABLE 1b

0압력이 폭발 압력보다 작다 - 충격 속도가 정해지지 않음0pressure is less than explosion pressure-impact speed not determined

휴그너 0점 -- 충격 속도 = .00 M/SEC, 입자 V = .0Hughner Point 0-Impact Speed = .00 M / SEC, Particle V = .0

P = 14.6960 PSI P = 1.00000 ATM T = 3014.1 NG = 3.52045P = 14.6960 PSI P = 1.00000 ATM T = 3014.1 NG = 3.52045

NT = 3.52045 S = 242.971NT = 3.52045 S = 242.971

CPG = 34.420 CPT = 34.420 고정된 CP 감마 = 1.255 DHDT = 137.180CPG = 34.420 CPT = 34.420 Fixed CP Gamma = 1.255 DHDT = 137.180

감마 = 1.12634Gamma = 1.12634

WT PCT COND = .00000 MW 가스 = 28.405 H = 10812 COV = .00000WT PCT COND = .00000 MW Gas = 28.405 H = 10812 COV = .00000

VSP = 8706.95 음속 = 996.843VSP = 8706.95 Sound Speed = 996.843

RHO = .00011485 PO = 1.9990 VO = 3.73251 운동량 = 295154RHO = .00011485 PO = 1.9990 VO = 3.73251 Momentum = 295154

E = -10273.488 DEDT = 117.968E = -10273.488 DEDT = 117.968

Claims (38)

2개 이상의 챔버를 구비하고, 각 챔버는 상이한 시간에 그리고 상이한 용적률로 가스를 방출할 수 있으며, 상기 각 챔버는 동일한 추진제 및 기폭약을 수용하고 있는 가스 발생기.A gas generator having two or more chambers, each chamber capable of releasing gas at different times and at different volume fractions, each chamber containing the same propellant and initiator. 제 1항에 있어서, 상기 추진제는 중량을 기초로 하여, 대략 (a)84-95%의 산화제, (b)3.4-13.4%의 연료 및 (c)1.5-2.6%의 바인더를 포함하고, 상기 추진제의 연소 생성물은 무해한 가스인 가스 발생기.The propellant of claim 1, wherein the propellant comprises, based on weight, approximately (a) 84-95% oxidant, (b) 3.4-13.4% fuel and (c) 1.5-2.6% binder, wherein The gas generator of which the combustion products of the propellant are harmless gases. 제 2항에 있어서, 상기 연료는 CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA 및 그 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 가스 발생기.3. The gas generator of Claim 2, wherein the fuel is selected from the group consisting of CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA and mixtures thereof. 제 2항에 있어서, 상기 바인더는 PCL, PIB, GAP, 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone) 및 그 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 가스 발생기.3. The gas generator of claim 2, wherein the binder is selected from the group consisting of PCL, PIB, GAP, polyvinylpyrrolidone, and mixtures thereof. 제 2항에 있어서, 상기 산화제는 질산암모늄인 가스 발생기.3. The gas generator of Claim 2, wherein said oxidant is ammonium nitrate. 제 2항에 있어서, 상기 산화제는 질산암모늄이고, 상기 연료는 CL-20이며, 상기 바인더는 폴리카프로락톤(polycaprolactone)인 가스 발생기.3. The gas generator of Claim 2, wherein the oxidant is ammonium nitrate, the fuel is CL-20, and the binder is polycaprolactone. 제 6항에 있어서, 상기 질산암모늄은 대략 89.5%를 포함하고, 상기 CL-20은 대략 8.4%를 포함하며, 상기 폴리카프로락톤은 상기 추진제의 대략 2.1%를 구성하는 가스 발생기.7. The gas generator of Claim 6, wherein said ammonium nitrate comprises approximately 89.5%, said CL-20 comprises approximately 8.4% and said polycaprolactone comprises approximately 2.1% of said propellant. 제 1항에 있어서, 상기 추진제의 형태는 챔버마다 상이한 가스 발생기.The gas generator of Claim 1, wherein the shape of the propellant is different from chamber to chamber. 제 1항에 있어서, 상기 추진제는 중량을 기초로 하여, 대략 70-95%의 활성 니트라민 연료, 5-25%의 활성 폴리머 바인더 및 0.1-5%의 플래시 억제제를 포함하는 가스 발생기.The gas generator of claim 1, wherein the propellant comprises approximately 70-95% active nitramine fuel, 5-25% active polymer binder, and 0.1-5% flash inhibitor, based on weight. 제 9항에 있어서, 상기 니트라민 연료는 CL-20인 가스 발생기.10. The gas generator of Claim 9, wherein said nitramine fuel is CL-20. 제 9항에 있어서, 상기 폴리머 바인더는 GAP 또는 PIB인 가스 발생기.10. The gas generator of Claim 9, wherein said polymeric binder is GAP or PIB. 제 9항에 있어서, 상기 플래시 억제제는 질산칼륨인 가스 발생기.10. The gas generator of Claim 9, wherein said flash inhibitor is potassium nitrate. 제 9항에 있어서, 안정성을 제어하는 성분, 탄도 스파이크와 높은 초기 압력 상승을 제어하는 코팅 및 중량 밀도와 방산 정전기를 증가시키는 성분으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 성분을 더 포함하는 가스 발생기.10. The gas generator of Claim 9, further comprising at least one component selected from the group consisting of components controlling stability, coatings controlling ballistic spikes and high initial pressure rises, and components that increase weight density and dissipation static electricity. 제 9항에 있어서, 제 1챔버로부터 시간의 함수로서의 압력 변화가 제 2챔버로부터 시간의 함수로서의 압력 변화보다 2배 이상 큰 2개의 챔버를 갖는 가스 발생기. 10. The gas generator of Claim 9, wherein the gas generator has two chambers in which the pressure change as a function of time from the first chamber is at least two times greater than the pressure change as a function of time from the second chamber. 제 9항에 있어서, 상기 추진제는 10. The method of claim 9, wherein the propellant (a)상기 추진제의 성분들의 혼합물을 젖거나 마른 형태로 마련하는 단계와,(a) preparing a mixture of components of the propellant in wet or dry form; (b)상기 혼합물을 정제, 디스크 또는 입자로 형성하는 단계와,(b) forming the mixture into tablets, discs or particles, (c)젖어 있다면, 상기 정제, 디스크 또는 입자를 건조시키는 단계와,(c) if wet, drying the tablets, discs or particles, (d)상기 정제, 디스크 또는 입자를 천공하여 원하는 형태를 얻는 단계(d) perforating the tablet, disc or particle to obtain the desired form 를 포함하는 방법에 의해 제조되는 가스 발생기.Gas generator manufactured by a method comprising a. 제 9항에 있어서, 상기 추진제의 밀도는 이론적 밀도의 대략 92% 이상인 가스 발생기.10. The gas generator of Claim 9, wherein the density of said propellant is at least about 92% of the theoretical density. 제 13항에 있어서, 상기 안정성을 제어하는 성분은 에틸 센트랄라이트(Ethyl centralite), 아카디트(Akardite)Ⅰ, 아카디트 Ⅱ, 디페닐 아민(Diphenyl Amine) 및 2-니트로디페닐 아민(Nitrodiphenyl Amine)으로 이루어지는 군에서 선택되는 가스 발생기.The method of claim 13, wherein the stability controlling component is ethyl centralite (Athyl centralite), Acardite (Akardite I), Acadite II, Diphenyl Amine and 2-nitrodiphenyl Amine (Nitrodiphenyl Amine) Gas generator selected from the group consisting of 제 13항에 있어서, 상기 탄도 스파이크 및 높은 초기 압력 상승을 제어하는 성분은 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Ethylene Glycol Dimethacrylate), 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Diethylene Glycol Dimethacrylate), 알릴 메타크릴레이트(Allyl Methacrylate) 및 헤르코트 폴리에스테르(Hercote Polyester)로 이루어지는 군에서 선택되는 가스 발생기.The method of claim 13, wherein the components controlling the ballistic spike and the high initial pressure rise are Ethylene Glycol Dimethacrylate, Diethylene Glycol Dimethacrylate, Allyl Methacrylate (Allyl). Gas generator selected from the group consisting of Methacrylate) and Hercote Polyester. 제 13항에 있어서, 상기 중량 밀도와 방산 정전기를 증가시키는 성분은 흑연인 가스 발생기.14. The gas generator of Claim 13, wherein the component that increases the weight density and dissipation static electricity is graphite. 제 1항에 있어서, 상기 각 챔버들로부터 방출된 가스를 수용하도록 동작할 수 있는 에어백을 더 구비하는 가스 발생기.The gas generator of claim 1, further comprising an air bag operable to receive gas discharged from the respective chambers. 제 20항에 있어서, 상기 에어백은 코팅되지 않은 에어백인 가스 발생기.21. The gas generator of Claim 20, wherein the airbag is an uncoated airbag. 제 20항에 있어서, 상기 각 챔버를 트리거하는 신호를 생성하도록 동작할 수 있는 관성 스위치를 더 구비하는 가스 발생기.21. The gas generator of Claim 20, further comprising an inertial switch operable to generate a signal to trigger each of said chambers. 제 22항에 있어서, 상기 관성 스위치는 미세전자기계 시스템(MEMS)의 가속도계인 가스 발생기.23. The gas generator of claim 22, wherein the inertial switch is an accelerometer of a microelectromechanical system (MEMS). 제 1항에 있어서, 제 3챔버를 더 구비하는 가스 발생기.The gas generator of Claim 1, further comprising a third chamber. 제 1항에 있어서, 상기 추진제의 연소 생성물은 물, 질소 및 이산화탄소를 포함하는 가스 발생기.The gas generator of claim 1, wherein the combustion product of the propellant comprises water, nitrogen, and carbon dioxide. 에어백의 팽창 속도 제어 방법으로서,As a method of controlling the inflation speed of an airbag, (a)제 1항에 따른 가스 발생기를 에어백에 연결하는 단계와,(a) connecting the gas generator according to claim 1 to an air bag, (b)상기 각 챔버가 상이한 예정 속도로 방출되게 하는 단계와,(b) causing each chamber to be discharged at a different predetermined rate; (c)상기 각 챔버의 방출물이 상기 에어백으로 유동되게 하는 단계(c) allowing the discharge of each chamber to flow into the airbag 를 포함하는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.Method of controlling the inflation speed of the airbag comprising a. 제 26항에 있어서, 차량 충돌에 응답하여 상기 가스 발생기를 동작시키는 단계를 더 포함하고, 상기 가스 발생기와 에어백은 차량 내에 배치되는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.27. The method of claim 26, further comprising operating the gas generator in response to a vehicle crash, wherein the gas generator and the airbag are disposed in a vehicle. 제 26항에 있어서, 트리거 신호에 응답하여 상기 가스 발생기를 동작시키는 단계와, 무기로부터 하나 이상의 소군탄을 사출하는 단계를 더 포함하고, 상기 가스 발생기와 에어백은 상기 무기에 연결되는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.27. The method of claim 26, further comprising operating the gas generator in response to a trigger signal, and injecting one or more subgroup coals from the weapon, wherein the gas generator and the airbag are inflated with the airbag connected to the weapon. Control method. 제 28항에 있어서, 상기 무기를 발사하는 단계를 더 포함하는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.29. The method of claim 28, further comprising firing the weapon. 제 26항에 있어서, 소군탄의 탄도를 제어하는 단계를 더 포함하는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.27. The method of claim 26, further comprising controlling the trajectory of the subgun bullet. 제 30항에 있어서, 상기 소군탄의 탄도를 제어하는 단계는,31. The method of claim 30, wherein controlling the trajectory of the small group bullet comprises: (a)상기 가스 발생기를 동작시키는 단계와,(a) operating the gas generator, (b)상기 가스 발생기로부터의 가스를 사용하여 소군탄의 파라슈트를 전개하는 단계(b) deploying the parachute of the subgun coal using gas from the gas generator 를 포함하고, 상기 전개는 상기 소군탄의 탄도를 제어하는 에어백의 팽창 속도 제어 방법.Includes, wherein the deployment is inflated air velocity control method for controlling the ballistics of the subgun bullet. 무기 시스템으로부터 소, 중 및 대 구경의 탄환을 추진하기 위하여 제 9항의 가스 발생기를 사용하는 방법으로서, A method of using the gas generator of claim 9 to propel small, medium and large caliber bullets from a weapon system, (a)상기 가스 발생기를 상기 무기 시스템의 총신 내에 삽입하는 단계와,(a) inserting the gas generator into a barrel of the weapon system, (b)상기 탄환을 삽입하는 단계와,(b) inserting the bullet; (c)상기 가스 발생기를 동작시키는 단계와,(c) operating the gas generator, (d)상기 가스 발생기로부터 방출된 가스를 사용하여 상기 탄환을 추진하는 단계(d) propagating the bullet using the gas released from the gas generator 를 포함하는 방법.How to include. 친환경 가스 제너런트 추진제로서, As an environmentally friendly gas general propellant, (a)84-95 중량%의 산화제와,(a) 84-95% by weight of oxidizing agent, (b)3.4-13.4 중량%의 연료와,(b) 3.4-13.4 weight percent of fuel, (c)1.5-2.6 중량%의 바인더(c) 1.5-2.6 wt% binder 를 포함하고, 상기 추진제의 연소 생성물은 무해한 가스인 친환경 가스 제너런트 추진제. Wherein the combustion product of the propellant is a harmless gas. 제 33항에 있어서, 상기 연료는 CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA 및 그 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 친환경 가스 제너런트 추진제. 34. The environmentally friendly gas generant propellant of claim 33, wherein the fuel is selected from the group consisting of CL-20, RDX, HMX, GAP, NGU, TATB, LLM-105, EDNA, and mixtures thereof. 제 33항에 있어서, 상기 바인더는 PCL, PIB, GAP, 폴리비닐피롤리돈 및 그 혼합물로 이루어지는 군에서 선택되는 친환경 가스 제너런트 추진제. 34. The environmentally friendly gas generant propellant of claim 33, wherein said binder is selected from the group consisting of PCL, PIB, GAP, polyvinylpyrrolidone and mixtures thereof. 제 33항에 있어서, 상기 산화제는 질산암모늄인 친환경 가스 제너런트 추진제. 34. The environmentally friendly gas generant propellant of claim 33, wherein said oxidant is ammonium nitrate. 제 33항에 있어서, 상기 산화제는 질산암모늄이고, 상기 연료는 CL-20이며, 상기 바인더는 폴리카프로락톤인 친환경 가스 제너런트 추진제. 34. The environmentally friendly gas generant propellant of claim 33, wherein said oxidant is ammonium nitrate, said fuel is CL-20, and said binder is polycaprolactone. 제 37항에 있어서, 상기 질산암모늄은 대략 89.5%를 포함하고, 상기 CL-20은 대략 8.4%를 포함하며, 상기 폴리카프로락톤은 상기 추진제의 대략 2.1%를 구성하는 친환경 가스 제너런트 추진제. 38. The environmentally friendly gas generant propellant of claim 37, wherein said ammonium nitrate comprises approximately 89.5%, said CL-20 comprises approximately 8.4%, and said polycaprolactone comprises approximately 2.1% of said propellant.
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