KR20060036475A - 개선된 음파/충격파 감쇠 조립체 - Google Patents

Abstract

충격파 감쇠용 조립체는 서로 포개지도록 배열되고 복수의 봉합선에 의해 결합되는 2개의 가요성 시트들로 이루어진다. 가요성 시트들은 서로 결합될 때 셀들 또는 오목부들을 형성하도록 제한된다. 봉합선들은 시트들 내에서 셀들 또는 오목부들을 둘러싸도록 배열되며, 셀들 또는 오목부들에는 충격 감쇠 물질이 채워진다.

충격파, 압력파, 음파, 감쇠, 완화

Description

개선된 음파/충격파 감쇠 조립체{Improved Accoustic/Shock Wave Attenuating Assembly}

본 발명은 압력파(pressurer wave)들의 바람직하지 않은 효과들을 완화할 수 있도록 압력파를 감쇠하는 개선된 조립체에 관한 것이다.

불균형적인 전투에서, 특히 도심지역에서 또는 교통수단들에 대항하여 재산의 파괴와 인명손실을 유발하기 위하여 폭발장치들의 사용이 증가되고 있다. 이러한 폭발장치들은 때때로 파괴될 수 있지만, 통상적으로 공격의 충분한 경고가 없다. 이는 점점 자살공격의 세계적인 시나리오가 되어가고 있으며 대량의 사상자들을 발생시킨다.

폭발장치들은 장치의 케이싱과 폭발점에 근접한 물질로부터, 2차 분열이라고 불리는 폭발 파편들을 생성한다. 아울러 폭발장치들은 충격파(shock wave)들을 생성하는데, 이러한 충격파들은 그가 통과하는 가스의 물리적 성질에서의 가상의 불연속성(virtual discontinuity)인 상승시간(rise time)을 가지는 것을 특징으로 한다. 높은 압력파들이 낮은 압력파들에 비하여 높은 속도로 전파되는 것과 같이 음 파(acoustic wave)들은 충격파들을 형성하도록 끌어 올려질 수 있다. 그러나, 폭발장치를 위하여 상기 생성된 파들은 언제나 충격파들이다. 충격파들은 폭발(blast)이라고 알려진 높은 파괴 현상을 생성한다. 충격파들 그들의 진폭과, 낮은 압력보다 빠르게 전파되는 높은 압력과, 주어진 매질의 특성과 관련된 속도로 전파된다. 한번 생성되면, 충격파는 소정의 물리 법칙들에 따라 폭발원으로부터 외측으로 널리 퍼진다. 이러한 법칙들, 즉 질량, 운동량 및 에너지 보전의 법칙들은, 상기 충격파가 매질을 통하여 어떻게 전파되는지와, 속도와 압력에 관련된 변화들에 따라서 매질과 매질 사이에서 어떻게 전파되는지를 설명한다. 폭발원으로부터 멀리 전파되는 충격파들은 일반적으로 압력이 매우 빠르게 하락할 것으로 예상된다. 이는 폭발 주위의 면적에 크게 좌우된다. 반사 벽들, 터널들, 모퉁이들 및 다양한 다른 구조적 지형들이 충격파가 감쇠하는 비율을 경감할 수 있으며, 어떤 환경에서는 국부적으로 압력을 증가시킬 수 있다.

방사상으로 전파되는 충격파는 에너지가 증가하는 표면적 상에 분배됨으로써 빠르게 감쇠한다. 2차원적 운동으로 전달되는 충격파들은, 벽과 충격파의 경계면(interface)인 가장자리에서 에너지를 상실하므로, 터널과 같은 곳에서 현저하게 낮은 레벨로 감쇠된다. 이러한 압력 감쇠율은 충격파의 경로 상에 물질을 놓아둠으로써 극적으로 증가될 수 있다. 다른 충격 임피던스(shock impedance)의 요소들과, 상 경계(phase boundary)의 존재 및 물질 내부에서 비가역적 변화들을 생성하는데 사용되는 일에 의한 에너지를 흡수하는 능력을 가지는 물질들은, 훌륭한 충격 압력 감쇠기들이다. 다공성 고체 물질(porous solid material)들이 이러한 특성을 가지며, 충격파와 그에 따른 폭발의 훌륭한 감쇠기 역할을 한다. 가스들과 고체 결정 물질(solid crystalline material)들은 본질적으로 열등한 압력파 감쇠기들이다.

압력파들은 공기 중의 액체 방울들 또는 고체 입자들과 같은 상 경계에 의하여 반사되거나 회절될 수 있다. 이러한 회절들은 다중 반사 및 회절 작용에 의하여 파가 이동하는 거리를 증가시킨다. 따라서, 분산과 산란은, 충격파를 이끄는 불연속성을 저하시킴으로써 더 많은 감쇠를 생성하며, 그 결과 물질 내의 압력을 현저히 저하시킨다. 이러한 작용은, 매질로부터 나오는 결과물로서의 음파가 다시 충격파로 상승하는 때에, 단지 감쇠의 낮은 레벨을 제공하기 위하여 발현된다. 질량을 가속하고 물질 내에서의 비가역적 변화들, 즉 파쇄(crushing)에 소비되는 에너지가 감쇠의 대부분을 책임진다. 이러한 메커니즘들이 본질적으로 특정 방향으로 전파되는 압력파들을 현저하게 감소시키거나, 전체적으로 제거한다.

예로서, 프랑스 특허 2 573 511호는 높은 열적 및 기계적 저항력을 가지며, 내부로 압축성 성분들을 끌어들이거나 연장가능성, 가연성, 강성, 또는 기계적 또는 열적 충격에 대한 저항성과 같은 특성들을 주는 벌집모양을 구비하는 칸막이 또는 벽을 개시한다. 충전 재료들의 예로서 아라미드(aramide) 또는 압축성 재료, 또는 탄성 재료를 들 수 있다. 다른 재료로는 발포 고무(foamed rubber), 폴리에스터, 아라미드 또는 금속성 재료들과 함께 불연성 발포 고무를 포함한 불연성 재료들(가연성 보호를 위한)을 포함한다. 탄소/아라미드 혼합물은 약 600∼700℃의 온도를 견딜 수 있다. 탄소/아라미드 혼합물은 약 2500℃의 온도까지 견딜 수 있 으며, 세라믹은 혼자 대략 3500℃의 온도까지 견딜 수 있다. 강성을 위하여, 셀(cell)들에는 붕소, 탄화규소(carborundum), 실리카(silica) 등이 채워질 수 있다.

마젤스키(Mawelskey)의 미국 특허 제5,996,115호에는, 가요성의 파편-차단 재킷(fragment-trapping jacket)에 고정적으로 부착되는 세라믹 타일의 단일 층으로 이루어진 가요성 몸체의 방호복(flexible body amor)이 개시되어 있다.

걸비어즈(Gulbierz)의 미국 특허 제3,801,416호에는, 내부에 폭발-저항 플레이트들이 매립된 가요성 폭발-저항 재료의 복수의 층으로 이루어진 가요성 폭발 파편 블랭킷(blanket)이 개시되어 있다. 상기 플레이트들 사이에는 담요에 가요성을 주기 위한 채널들이 배치되어 있다.

키넌(Keenan) 등의 미국 특허 제6,289,816호에는, 병기의 부주의한 폭발로부터 부과되는 가스 압력을 경감시키기 위하여 병기의 깔판 상에 위치하는 워터 블랭킷(water blanket)이 개시되어 있다. 상기 블랭킷은 한 쌍의 저장 모듈을 구비하며, 각 모듈은 물을 위한 물 저장 격실(water storage compartment)들을 구비한다.

게틀(Gettle)의 미국 특허 제5,225,622호 및 제5,394,786에는, 수성의 발포 특성을 나타내며 많은 기계적 특성들과 유체의 유동 특성들을 가지는 고체 입자를 포함하는 유동 가능한 감쇠 매질로 설명된 물질들이 개시되어 있다. 이러한 물질들은 상대적으로 단단한 패널로 제조된다.

음파와 충격파를 감쇠하는 데에 가장 효과적인 물질들은 평판 패널(flat panel)로 제조된다. 가장 감쇠성이 높은 패널은, 제조의 용이성을 위하여, 평판 패널로 만들어진다. 쓰레기통이나 용기와 같이, 평평하지 않은 물체를 보호하는 것이 요구될 경우에는, 평판 패널은 비평면을 위한 충분한 보호를 제공하지 않으며, 단단한 물질은 곡선형 표면에 맞게 구부러질 수 없다. 많은 적용에 있어서, 폭발 감쇠 물질은 외부에 사용되는 것이 요청될 수 있다. 상기 물질은 물, 눈, 진눈깨비, 및 다른 바람직하지 못한 조건들과 같은 환경 조건들에 의해 영향 받지 않아야 한다.

본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하는 데에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 형태에 사용될 수 있으며, 충분히 유연하여 임의의 형상의 용기 또는 표면에 배치될 수 있는, 폭발 또는 폭파 효과를 감쇠하기 위한 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 임의의 형상의 표면을 주위를 감싸거나 일치할 수 있는 폭발 완화 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 조립체의 폭발 감쇠 능력을 손상시키지 않으면서 실질적으로 임의의 소망하는 크기로 재단될 수 있는 폭발 완화 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 조립체는 제한된 공간 및 제한되지 아니한 공간 모두에 대하여 충격파 감쇠 능력 즉, 폭발 감쇠 능력을 발휘한다. 본 발명의 조립체는, 서로에 대하여 포개지도록 배치되어 다수 개의 봉합선(seams)에 의하여 서로 결합되는 두 개의 가요성 시트(flexible sheet)를 포함한다. 상기 봉합선은 용접일 수도 있고, 스티치(stitch)일 수도 있으며, 고온 용융 접합일 수도 있고, 기타 종래의 방식에 의한 결합일 수도 있다. 상기 봉합선은, 쉘(shell) 내에서 셀(cell) 또는 오목부(recess)를 형성하도록 배치되며, 상기 셀 또는 오목부는 충격 감쇠 물질로 채워진다. 상기 조립체는, 충격 감쇠 물질의 손실 없이 상기 봉합선을 따라서 필요한 크기로 재단될 수 있다.

본 발명의 조립체는 고압 충격파 즉, 폭발의 신속한 감쇠에 있어서 매우 효과적이다. 본 발명의 조립체에 의하면, 제한된 공간을 수성 거품(aqueous foam)이나 기타 화학제(agent) 또는 매질(medium)로 완전히 채우지 않아도 상기 제한된 공간에 대해 충격파 감쇠를 제공할 수 있다. 본 발명의 조립체에 의하면, 근거리 폭발 및 원거리 폭발에 대하여 충격파 감쇠를 제공할 수 있다. 본 발명의 조립체에 의하면, 누출이나 관통이 이루어지지 아니하거나 또는 가스 밀봉되는 밀봉 벽이 필요하지 아니하면서도 충격파 감쇠를 제공할 수 있다.

본 발명의 압력파(pressure wave) 감쇠 조립체는 가요성을 가지고 있기 때문에, 어떠한 형상의 대상물이라도 그 형상에 맞추어 감쌀 수 있다. 상기 조립체에서는 특별한 음파 감쇠 물질이 오목부 내에 채워져 있기 때문에, 상기 감쇠 물질이 누출되지 아니하면서도 상기 오목부 사이의 구역에서 재단될 수 있다.

본 발명에 있어서 감쇠 물질은, α, β, γ선 및 x선과 같은 특정 방사선 또는 방화 시스템의 보호를 위한 추가적인 절연과 같은 추가 성능을 제공하기 위한 물질이나, 근거리 폭발 또는 후폭발 화재로부터 추가적인 온도 에너지 저항을 제공할 수 있는 팽창성 오르고폴리머 코팅(orgopolymer coating)이나, 또는 화학적 화재 억제 분말 또는 가스 형태의 화학제를 포함할 수 있다. 이러한 추가적인 물질들은 절연 및 내화분야에서 공지되어 있다.

본 발명에 따르면, 가요성 박판(laminate), 또는 가요성 재료의 제1층과 내측에 포켓 또는 오목부가 형성된 가요성 재료의 제2층으로 이루어진 조립체 형태의 폭발 완화(blast mitigation) 조립체가 제공된다. 여기서 상기 포켓 또는 오목부는 폭발 충격을 흡수하거나 감쇠시키는 재료로 채워진다. 본 발명의 조립체는, 모든 가스형태의 환경, 특히 주위의 공기 조건 하에서, 음파 또는 충격파 등의 모든 종류의 압력파를 감쇠시킨다. 더 구체적으로, 본 발명의 조립체는, 더 극심한 압력파 샘플, 음파 또는 충격파 상태로서, 근거리 및 원거리 폭발 모두에 대하여 효과적인 폭발 억제 또는 감쇠를 발휘한다.

본 발명의 조립체가 가요성을 가지고 있어 어떠한 형상이라도 감쌀 수 있도록 사용될 수 있다는 사실은 매우 중요하다. 이러한 것은, 쓰레기통, 우편함 등과 같이, 사각형이나 육면체가 아닌 구조물처럼, 평판 패널이 아닌 다른 것이 요구되는 구조물의 보호에 특별히 중요하다.

본 발명에서는, 가요성 시트의 부분으로서 함께 연결되는 분리된 격실 내에 충격 감쇠 물질을 위치시킨다. 상기 가요성 시트는, 시트를 재단할 때 상기 충격 감쇠 물질이 누출되지 않으면서도 필요한 치수의 가요성 시트를 만들도록 상기 격실 사이로 재단될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 충격 감쇠 물질은 바람직하기로는 충격을 억제하는 유동성 매질(flowable medium)이다. 상기 가요성 시트의 각각의 셀 또는 오목부에는, 상이한 충격 임피던스(shock impedance)의 요소를 가지고 있고 상 경계가 존재하며 물질 내의 비가역적 변화를 만듦으로써 에너지 흡수 성능을 발휘하는 물질이 채워진다. 상기 충격 감쇠 물질을 담고 있는 가요성 시트는 음파 또는 충격파에 대하여 충분한 다공성(porosity)을 가지고 있어, 상기 음파 또는 충격파가 상기 유동성 감쇠 매질을 통과할 수 있도록 한다. 사용되는 물질의 다공성 덕분에, 충격파는 물질로 빠르게 통과할 수 있게 되고 충격파로부터 에너지를 흡수하게 된다. 그 결과, 터뷸런스 존(turbulent zone)이 형성되고, 상기 충격파로부터의 에너지로서 많은 수의 작은 충격파가 상기 유동성 감쇠 매질을 통과하게 된다. 충격파의 방향과 무관하게 우수한 충격 감쇠능을 발휘할 수 있도록, 다공성 물질이 상기 셀 또는 오목부의 양측에 배치된다. 충격파로부터의 에너지는, 셀 또는 오목부 내에 담겨져 있는 감쇠 매질에 의하여 흡수된다.

바람직하기로는, 상기 유동성 감쇠 물질은, 에너지 흡수 성능을 가진 것으로 알려진 펄라이트(perlite)이다. 그러나, 상기 유동성 감쇠 물질은, 예를 들어 유체의 유동 특성 및 벌크 기계적 특성을 가지는 고체 입자 물질로 만들어질 수도 있다. 상기 고체 입자들은 상기 오목부 또는 셀 내에 담겨져 있기 때문에, 전체적으로 물질 내에서 입자들의 상대 이동은 작다.

본 발명에서, "유체의 기계적 특성 또는 유동 특성"이라는 용어는, 표면 장력 및 점성력에 의한 상대 이동에 저항하는 유체 매스(liquid mass)의 성질로서 작용하는 감쇠 매질의 능력, 및 가스와 고체 또는 액체와 고체를 구분하는 다양하게 구부러진 표면에 의하여 전달되는 압력 상태를 분산시키는 능력, 및 전송 압력 상태에 의한 터뷸런스(turbulent) 흐름 구역을 발생시키는 능력을 지칭한다. 더 간략히 말하면, 상기 용어는 유체 점성 특성에 있어서, 가해지는 전단력에 저항하는 능력을 지칭하는 것으로 해석될 수 있다. 상기 감쇠 매질은 셀 또는 오목부의 형태가 될 수 있으며, 그와 동시에 점성의 특성에서 가해지는 전단력에 저항할 수도 있다.

상기 가요성 시트의 셀 또는 오목부는 어떠한 형태로도 만들어질 수 있는데, 가장 효과적인 것은 구형(spherical)으로 이루어지는 것이다.

본 발명의 충격 감쇠 조립체는, 수중 폭발 또는 지진 활동에 의하여 야기되는 또 다른 압력파 현상에 의한 충격파로부터 구조물을 보호하기 위하여, 바다와 같은 주변 액체 매질과 구조물 사이에 놓여 질 수도 있다. 이 경우, 상기 가요성 시트는 방수성을 가지고 있거나 또는 방수 커버로 씌워져 있어야 한다. 이 경우에도, 상기 유동성 감쇠 매질은 펄라이트인 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 감쇠 매질은, 중공을 가진 고체 입자로 이루어지거나 또는 가스 상을 포함하는 다른 것일 수 있다. 상기 입자는 육안으로 보일 수 있는 정도의 것이 바람직하며, 약 1 밀리미터의 직경을 가지는 것이 더 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 감쇠 매질은, 아래에서 상세히 설명하게 될 매우 가벼운 중량을 가지는 재료인 에어로 겔(aerogel)의 형태로 이루어진다.

본 발명의 또 다른 목적 및 이점은, 이동 요소나 전기적인 요소를 사용하지 않으며 불완전성이나 다른 단점 또는 결점이 없는 재료에 좌우되지 않으면서도 전체적으로 신뢰성과 효과를 발휘한다는 것이다. 본 발명에서는 충격파 감쇠 기능을 발휘하고 상기 셀 또는 오목부에 감쇠 물질로서 담겨질 수 있는 어떠한 물질을 사용할 수 있다. 본 발명의 물질은, 압력파 감쇠 구조의 먼 거리 측면뿐만 아니라 원인 측면에서 모든 형태의 압력파에 대하여 감쇠를 제공할 수 있다.

도 1은 조립되기 전의 조립체의 상부와 바닥부를 나타내는 도면이다.

도 2는 조립체의 바닥부를 확대하여 나타낸 도면이다.

도 3은 조립체가 원형 용기의 내측에 설치된 상태를 나타낸 도면이다.

도 1은 조립되기 전의 감쇠 조립체의 상부(10)들과 바닥부(11)들을 나타낸 도면이다. 감쇠 물질의 이러한 셀들이 봉합선을 형성하는 부착 수단에 의하여 서로 결합되면, 조립체는 봉합선에서 희망하는 치수로 재단될 수 있다.

도 2는 상기 조립체의 바닥부(11)를 확대한 도면이다. 이 경우 셀들은 펄라이트(perlite)로 채워진다.

도 3은 상기 조립체(20)가 접시(21)의 내부에 장착된 상태를 나타낸 것으로, 상기 조립체가 보호하여야 할 표면의 형상을 어떻게 담당할 수 있는지를 보여주는 도면이다. 개별 셀들은 봉합선(22)에서 결합되며, 조립체는 희망하는 형상 또는 크기를 형성하도록 임의의 봉합선에서 재단될 수 있다.

비록 조립체가 충격 감쇠 물질을 담고 있는 직사각형 셀들을 가지는 것으로 표현되어 있지만, 셀들은 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 다각형 등 임의의 희망하는 형상으로 이루어질 수 있다. 셀들의 크기는, 조립체가 희망하는 크기와 형상으로 재단되어 보호 대상 물체의 형상에 맞게 사용될 수 있도록 충분히 작기만 하면 그리 중요하지 않다. 셀들은, 조립체의 궁극적인 용도에 따라, 예를 들어 약 1 내지 4 인치의 폭과, 약 1 내지 5 인치의 두께를 가질 수 있다.

상기 조립체를 제조하기 위한 하나의 방법으로서, 오목한 컵들에 가요성 패널(flexible panel)이 구비된다. 상기 컵들은 감쇠 물질로 채워지며, 상기 패널 위에 파열성(frangible) 커버가 배치된다. 이러한 파열성 커버는, 컵으로부터 충격 감쇠 물질이 누설되지 않으면서 조립체를 재단할 수 있게 하기 위하여, 상기 각 컵 주위의 봉합선에 의해 가요성 패널에 부착된다.

상기 조립체는 컵들을 충격 감쇠 물질을 보유하도록 형성하는 형상으로 할 수 있는 임의의 재료로 제조될 수 있다. 그러나, 조립체를 소망하는 형태로 구부릴 수 있도록 가요성 방수 플라스틱 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 셀들 또는 박판(laminate)의 오목부들 내에 위치하는 압력파 감쇠 물질은, 필수적인 유동(flow) 특성을 가지는 수성 거품(aqueous foam), 가스 에멀젼(gas emulsion)(여기서 가스는 통상적으로 액상 기포 벽(liquid bubble wall)들의 두께와 동일한 크기의 가스 기포 직경을 가지며 기포 형태의 액상 매트릭스(liquid matrix)를 통하여 연행되고 분산된다), 겔(gel)(바람직하게는 연행 가스(entranined gas)), 또는 과립 또는 다른 고체 입자들일 수 있다. 바람직한 압력 파 감쇠 물질은 펄라이트(perlite)이다.

유동성 감쇠 매질로서 수성 거품이 사용되는 경우, 이는 거품성 화학제, 바람직하게는 물질에 대하여 소정의 연소 저항을 주어 통상적으로 화재 진압에 사용되는 화학제로부터 나올 수 있다. 이러한 화학제는, 합성 계면활성제(synthetic surfactant)및 안정적인 화학 결합물과 함께, 가수분해된 단백질 액체(hydrolyzed protein liquid), 플루오르화 고분자 첨가제(fluoropolymeric additive)를 가지는 단백질성 액체(proteinaceous liquid)를 포함한다. 가스 공급원으로 사용하기 위한 발포 가스는, 가스가 거품 벽 액체 내의 안정된 성분들과 화학적으로 유해한 방식으로 반응하지 않는 한 유사하게 넓은 범위일 수 있다. 발포 가스는 아르곤과 같은 비활성 가스, 또는 이산화탄소, 육플루오르화황(sulfur hexafluoride), 또는 할로겐화 탄소 화합물(할론류(halons))과 같은 화재 진압 가스인 것이 바람직하다. 발포 가스로서 압축 공기도 사용될 수 있다.

충격 감쇠 매질로 사용되는 고체 입자들은 기계적 특성과 액체의 유동 특성을 모두 가지는 것이 바람직하다. 또한, 고체 입자들은, 수성 거품의 특성을 더욱 잘 모사할 수 있도록 입자들의 상대적 이동을 저지하는 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위하여, 입자들은 본 발명에 따른 유동을 허용하는 반면에 그들 사이의 상대적 이동은 저지하는 코팅을 구비한다. 예를 들어, 상기 코팅은 광 접착제(light adhesive)일 수 있으며, 또는 입자들 사이의 상대적 이동을 저지하는 후크(hook) 및 루프(loop) 체결구를 포함할 수도 있다.

상기 고체 입자들은 구형 및 불규칙적인 형상을 포함하는 임의의 형상으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 사용되는 입자들의 최대 직경 또는 최대 단면 치수는 일반적으로 셀들 또는 오목부들의 깊이 또는 직경의 반보다 작아야 한다. 상기 고체 입자들은 현미경으로 관찰될 수 있을 만한 것이어야 한다. 이러한 입차들은 단단한 표면을 가지는 중공형, 내부에 액상 물질을 수용하는 공동(cavity)을 가지는 단단한 쉘(shell), 또는 전제적으로 단단한 재료로 이루어질 수 있다. 상기 단단한 재료는, 폴리우레탄 또는 다른 탄성 화합물(elastomeric compound)과 같은 고형 거품(solid foam)일 수 있으며, 또는 기체 상이 전체적으로 액체 또는 고체의 연속하는 상으로 둘러싸인 스펀지(sponge)일 수 있다. 여기서, 기체 및 고체 상들은 모두 연속적이며, 따라서 거품으로부터 스펀지를 구별시킨다. 대안으로서, 고체 입자들은 갇힌 기체 상(entrapped gas phase)들, 예를 들어 폭발성을 가진 거품 유리(foam glass), 펄라이트(perlite), 질석(vermiculite), 경석(pumice), 또는 이와 유사한 것으로 이루어진다. 바람직한 고체 입자들은 펄라이트이다.

본 발명에 사용되는 임의의 고체 입자는 가요성 또는 탄성 또는 강성을 가질 수 있다.

수성 거품들이 압력 감쇠 물질로 사용되는 경우, 실질적인 에너지는 수성 거품 구조들의 기본 유닛들을 포함하는 기포 벽 액체(bubble wall liquid) 및 갇힌 기체에 의해 주어지는 다수의 경계면들에서 분산됨으로써, 그리고 수성 거품에서의 액체의 변위를 통하여, 부수하는 압력파로부터 제거된다. 고체 비드(bead) 물질이 적용되는 경우-특히 질석(vermiculite) 및 유기 고체 거품(organic solid foam)들과 같은 연행 가스(entrained gas)를 가지는 고체가 적용되는 경우에도 유사한 효과가 얻어진다. 수성 거품의 경우에도, 실질적인 에너지는 최초 압력파의 통과에 의해 생성되는 난류장(turbulent flow field)들 때문에 가요성 필름 피복으로부터 감쇠 유체로 반사되는 압력파들로부터 제거된다. 이는 고체 거품 물질들에서는 불가능하다.

추가적인 에너지와 그로 인한 전파되는 압력파들의 감쇠는 소거(cancellation)에 의해 달성되는데, 이러한 소거는 중첩에 의해 지시되는 것과 같은 특정 지점에서만 일어난다. 압력파는 그 지점 이후 스스로 회복된다. 압력파의 쇠퇴는 매질을 통하여 이동할 때 행한 일과 매질 내에서 얼마나 오래 머물렀는가와 관계가 있다. 펄라이트와 거품 충격 흡수 물질들은 충격의 음속을, 분산되고, 느려지고, 반사되는 파들이 일치될 때 충격 흡수 물질들에 대하여 150m/s 정도로 극적으로 감소시킨다.

본 발명에 의한 에너지 제거에 추가로 기여하는 것은 충격 흡수 물질들을 통한 압력파들의 전달 경로들이 그들의 산란과 분산에 의하여 실질적으로 길어진다는 점이다. 그러한 불연속성에 내포된 모든 에너지는 다수의 경계면들에 의해 산란된다. 어떠한 충격은 투과되고 어떠한 충격은 반사되는 각 경계면에서는 상이한 충격 임피던스를 가지는 상이한 물질들이 존재한다. 이는 불연속성으로부터 에너지를 제거하고 이를 감쇠 물질 내에서 분산시킨다. 매질을 빠져나갈 때 압력파는 작은 손실을 가지고 충격으로 다시 상승(ramp up)하기 때문에, 이는 그 자체로 충격을 대폭 감소시키는 데에는 충분하지 않다. 예를 들어 에너지, 펄라이트의 분쇄, 또는 기포들의 파열을 흡수하기 위하여 실질적으로 비가역적인 메커니즘이 필요하 다. 유력한 메커니즘은 충격에 의한 물질의 빠른 가속과 주위의 매질에 의한 빠른 감속이다.

입사(incident) 충격파들은 본 발명의 조립체에 의하여 발생되는 추가적인 현상들에 의해 감쇠된다. 충격 및 폭발파들은 초기의 과압(overpressure), 또는 음의 또는 희박 위상(rarefaction phase)이 뒤따른 양압 위상(positive pressure phase)(주위의 초기 압력을 초과하는)으로 이루어진다. 상기 희박 위상은 통상적으로 충격파가 반사되지 않는 한 수명이 길다.

충격파들은 기포들을 변위시키고 수성 거품의 기포 벽들 내의 액체를 가속시켜, 기포들을 축소시키고 많은 기포들을 터트린다. 이러한 액체의 변위와, 기포 벽들을 그들의 표면 장력에 따른 점착력에 대항하여 파괴시키는 것과, 부서진 기포 벽들로부터 형성된 액적(liquid droplet)의 가속은, 모두 충격파의 전파로부터 본질적인 에너지를 흡수한다. 전파되는 충격파의 본질적인 부분들은 거품과 연속하는 가스 또는 고체 사이의 경계면에서 반사되어 수성 거품으로 되돌아가며, 이러한 과정은 본질적으로 원래의 입사 압력파의 트랩 부분(trapping part)인 원래의 입사 압력파의 부분들에 의해 수회 반복된다.

입사 충격파로부터 에너지를 제거하고 이러한 파들을 감쇠하는데 또 다른 본질적인 기여자는, 본 발명의 조립체의 포켓 내부의 입사파가 상기 입사 충격파의 일부를 반사시키는 것이다. 이러한 방식에서는, 입사 충겨파에 의하여 전달되는 에너지의 단편(fraction)만이 마주치는 첫 번째 장애물을 통과하는 것이 허용된다. 전파되는 충격파가 다른 장애물과 만나는 곳에서, 이러한 충격파의 다른 단편이 뒤 로 반사된다. 전파되는 충격파가 다른 장애물과 만나는 경우, 이러한 충격파의 다른 단편이 뒤로 반사된다. 반사된 충격파가 펄라이트 입자들 또는 수성 거품 산포(dispersion)를 통하여 이동하여야 하는 경우, 상술한 현상을 통하여 파의 감쇠가 현저하게 증가한다.

본 발명의 다른 실시예에서는, 가요성 물질의 2개의 층(layer)이 사용된다. 하나의 층은 셀 또는 오목부 내부에 둘러싸인 충격 감쇠 물질을 포함하며, 2번째 층은 상기 셀 또는 오목부으로부터 공기가 제거된 가요성 물질을 포함한다. 공기가 제거된 또는 진공의 공간들은 압력파들을 통과시키지 않으므로, 이러한 조합은 압력파 감쇠를 현저하게 증가시킨다. 입사 압력파들은, 진공을 제한하는 단단한 표면을 파열시킬 정도로 충분히 강하지 않는 한 상기 진공 제한 표면에서 반사될 것이다. 상기 제함 표면이 파열되면, 압력파는 상기 파열에 의하여 가속되는 유동 가능한 감쇠 매질에 의하여 전파되며, 주위의 가스는 앞서 진공상태가 된 공간 내부로 누설된다. 그러나, 가속되고 제한되지 않은 유동 가능한 감쇠 매질의 작은 질량과 불규칙한 구조로 인하여, 입사 압력파의 작은 부분만이 이러한 방식으로 이송된다. 아울러 입사 압력파의 반사와 분산은 물질의 연속하는 층들과 만나는 것을 유발한다.

본 발명의 가요성 적층편(laminate)들은 열 및 광 에너지를 흡수하는 화합물에 의해 코팅될 수 있다. 이러한 타입의 화학제품은, 입사 폭발파(blast wave)의 감쇠를 향상시키는 폭발파의 온도, 과압, 및 전파 속도 사이의 수학적 결합에 의하여, 입사 폭발파의 에너지를 저감시킨다. 그러나, 물질에 흡수되는 열에너지는 소 정의 적용에 있어서 감쇠 능력을 향상하는데 기여할 뿐이다.

본 발명의 압력파 감쇠 조립체은 유체 매질 내에서 전파되는 어떠한 유형의 압력파에도 사용될 수 있다. 다른 에너지 흡수 또는 보호 특징들이, 물질의 감쇠 성능을 향상시키기 위하여, 또는 폭발에 따른 파편들을 막는 것과 같은 추가적인 성능을 제공하기 위하여 쉽게 추가될 수 있다. 본 발명에서는 화재 진압에 일반적으로 사용되는 통상적인 화학제들이 사용된다.

음파의 감쇠는 강도(intensity), 방향성(directionality), 또는 주파수에 대한 고려 없이 이루어진다. 상기 물질은 충돌하는 압력파들, 또는 또는 본 발명이 위치하는 경계선을 규정하는 제한벽(confining wall)들에 대한 방위(orientation)와 관계없이 작동한다. 본 발명의 조립체는 무게가 가벼우며, 제트 또는 가스 터빈 엔진이 장착된 항공기 주위의 소음제거에 적합한 휴대가 용이한 크기를 가진다. 수성 거품들은 열 및 빛으로부터 보호되는 경우 장기간 동안 안정하게 된다.

모든 유형의 압력파들의 동시적인 감쇠는 폭발물과 병기를 건축물 또는 거주지역 근처에 배치할 수 있게 한다. 폭발 에너지를 완화시킴으로써, 소음과 충격파들이 감쇠된다. 폭탄 파편들은 동적 에너지의 감소와 임의의 고강도 물질의 복수 층들의 조합에 의하여 차단된다. 이러한 동일한 성능들은 이러한 장치들이 적의 대포에 노출된 포병과 공중에서 투하되는 군수품을, 폭발 효과와 그들의 포에 의해 발생하는 소음으로부터 보호하는데 사용될 수 있도록 한다. 본 발명에 따른 물질의 가요성(flexibility)은 구조물을 더 잘 보호하도록 상기 물질을 다양한 형상으로 성형할 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 조립체의 가요성은, 유동 가능한 감쇠 매질로서 펄라이트 또는 수성 거품들이 사용되는 경우 배들과 근해의 구조물들을 물속에서의 폭발에 의해 발생하는 충격 효과들로부터 보호하는데 유용하다. 상기 조립체의 가요성은 배들의 선체 전체, 또는 물속의 구조물 모두를 보호할 수 있게 한다. 이와 유사하게, 본 발명의 조립체는, 물속 감지 장치들에 특히 중요한, 근해 및 연안 구조물들을 지진 충격 효과들로부터 보호하는데 이용될 수 있다.

바람직한 충격 감쇠 화학제는 독성이 없고 사용시 유독성 화합물을 생성하지 않는 펄라이트 입자들이다. 이러한 조립체는 무게가 가벼워 이동시에 또는 필요하지 않은 경우에 쉽게 적재할 수 있다. 그러나, 폭발 배출구멍(explosion vent)과 달리, 본 발명의 조립체는 밀페된 공간에서 사용될 수 있다. 이러한 후자의 특징은 바다에서 개방되지 않는 배와, 갇힌 사람들을 손상시키지 않고 비상 승무원 조작(crew opreration)이 가능하도록 연기와 폭발 생성물들이 차단되어야할 임의의 구조물 내부에서 특히 중요하다.

감쇠 물질은 가스 상들이 채워진 복수의 공동을 가지는 에어로 겔(aerogel)일 수도 있다. 에어로 겔은 거의 해수면에서의 대기 공기의 밀도까지 떨어지는 극히 낮은 밀도로 제조될 수 있으며, 당업자에게 낮은 밀도의 물질로 널리 알려져 있다.

감쇠 물질의 다른 대안으로서 상술한 수성 거품을 들 수 있다. 펄라이트와 마찬가지로, 이러한 거품들은 독성이 없고 사용 시에 유독성 화합물을 생성하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 조립체는 방호복의 외피 또는 다양한 구조물을 위한 장벽부재로 사용될 수 있다. 조립체가 가요성을 가지기 때문에, 제조되는 구조물의 형상에 일치시키기 용이하다.

본 발명의 조립체에서는 폭발 장치를 다른 인접한 폭발 장치로부터 보호하기 위하여 감싸는 것도 가능하다. 조립체의 가요성은 충격파로부터 최대한의 보호를 위하여 요구되는 임의의 형상에 일치하도록 할 수 있음을 의미한다.

특정한 실시예들에 관한 이상의 설명은, 다른 사람들이 현재의 지식을 적용하여 다양한 적용분야를 위하여 이러한 특정 실시예들을 과도한 실험 및 총괄적인 개념으로부터의 벗어남 없이 즉시 변형 및/또는 개작할 수 있도록 본 발명의 본질적인 특징을 충분히 나타낸 것이다. 따라서, 이러한 개작 및 변형들은 개시된 실시예들의 균등한 의미 및 범위 내인 것으로 이해되어야 할 것이다.

여기에서 사용된 표현 또는 용어들은 설명을 위한 것일 뿐 한정을 위한 것이 아님이 이해되어야 한다. 개시된 다양한 기능들을 수행하기 위한 수단과 물질들은 본 발명으로부터 벗어남 없이 다양한 대안적 형태들을 줄 수 있다.

그리고, 이상의 명세서 및/또는 후술할 청구항들에서 사용된 기능적 서술이 뒤따르는 "…하기 위한 수단"이라는 표현들은, 명세서에 개시된 실시예 또는 실시예들에 대한 정확한 균등물이던지 아니던지, 언급된 기능을 수행하기 위하여 현존하는 또는 향후에 존재할 모든 구조적, 물리적, 화학적, 또는 전기적 요소 또는 구조물들을 정의하고 포괄하도록 의도된 것이다. 이는 이러한 표현들이 가장 넓게 해석되도록 의도된 것이다.

Claims (8)

1. 서로 포개지도록 배열되며 복수의 봉합선에 의해 결합되는 2개의 가요성 시트들을 포함하며, 상기 봉합선은 상기 시트들 사이 공간에서 셀들 또는 오목부들을 형성하도록 배열되고, 상기 셀 또는 오목부들은 충격 감쇠 물질로 채워지는 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격 감쇠 물질은 펄라이트인 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격 감쇠 물질은 수성 거품인 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 충격 감쇠 물질은 에어로 겔인 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립 체.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀 또는 오목부들 내부에 화재 진압 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀 또는 오목부들 내부에 폴리스티렌 볼(polystyrene ball)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 셀 또는 오목부들 내부에, 내화 물질(fireproofing material), 단열 물질(heat insulating material), 거품 팽창성 물질(intumescent material), 및 복사 차단 물질(radiation insulating material)로 이루어진 그룹에서 선택되는 하나 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.
8. 제 1 항에 있어서,

   충격 감쇠 물질이 상기 셀 내부에 갇혀진 상태로 상기 봉합선을 따라 재단될 수 있도록 적용되고 조립되는 것을 특징으로 하는 충격파 감쇠용 조립체.

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