KR20130012347A - 탄약 신관 장치 - Google Patents

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KR20130012347A
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 포탄의 탄약 신관 장치에 관한 것이다. 관성 발전기(setback generator)와 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지를 저장하는 커패시터 C1을 포함하는 기폭 에너지 저장부와, 근접 센서의 감지 신호에 따라 트리거링 신호를 생성하는 반도체 제어 정류기 SCR과 상기 저장된 기폭 에너지에 의해 상기 반도체 제어 정류기가 도통되는 것을 방지하기 위한 스너버 회로를 포함하는 기폭 트리거부와, 상기 생성된 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 기폭 구동부를 포함하는 탄약 신관 장치를 구성한다. 상기와 같은 탄약 신관 장치에 따르면, 반도체 제어 정류기 SCR(silicon controlled rectifier)에 스너버 회로(snubber circuit)를 부착함으로써, 기폭 에너지의 충전 시에 기폭 에너지가 누설되지 않고 충전될 수 있도록 하고, 포탄이 불폭, 조기 폭발, 비행 중 폭발하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 아울러 관성 발전기를 접지와 분리하여 구성하도록 함으로써, 기폭 에너지가 누설없이 충전될 수 있도록 하는 효과가 있다.

Description

탄약 신관 장치{APPARATUS OF AMMUNITION FUZE}
본 발명은 탄약 신관 장치에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는, 포탄의 탄약 신관 장치에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 포탄에 이용되는 종래의 탄약 신관 장치의 동작 및 동작 상의 문제점을 설명한다.
먼저, 도 1은 종래 기술에 따른 탄약 신관 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 탄약 신관 장치(100)는 기폭 에너지 저장부(110), 기폭 트리거부(120), 기폭 구동부(130) 및 연결 스위치(140)로 구성된다. 각 구성에 대하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 기폭 에너지 저장부(110)는 기폭 에너지를 저장하기 위한 구성으로서, 관성 발전기(111), 스위치(112), 충격 센서(113) 및 커패시터 C1(114)으로 구성된다. 이때, 관성 발전기(111)는 포탄의 발사 시 관성력에 의해 매우 큰 순간 전압 변화율을 갖는 기폭 에너지를 생성하며, 이렇게 생성된 기폭 에너지는 커패시터 C1(114)에 저장된다. 그리고 충격 센서(113)는 포탄이 적의 표적에 충돌할 때 받는 충격을 감지하기 위한 센서이다.
다음으로, 기폭 트리거부(120)는 적의 표적을 감지하여 기폭 구동부(130)를 트리거링하기 위한 구성으로서, 접촉 센서(121), 근접 센서(122) 및 반도체 제어 정류기(123)로 구성된다. 이때, 접촉 센서(121)는 포탄이 적의 표적에 직접 접촉했는지를 감지하기 위한 센서이며, 근접 센서(122)는 안테나(미도시)를 통해 UHF(ultra high frequency) 전파를 발신하고, 발신된 UHF 전파가 적의 표적으로부터 반사되어 수신되는 전파를 분석함으로써, 포탄이 표적에 근접해 있는지를 감지하기 위한 센서이다.
다음으로, 기폭 구동부(130)는 기폭관을 구동하여 탄약을 기폭시키기 위한 구성으로서, 전기식 기폭관(131) 및 로우터(132)로 구성된다. 이때, 전기식 기폭관(131)은 탄약을 기폭시키기 위한 구성이고, 로우터(132)는 전기식 기폭관(131)과 기폭 커패시터(114) 사이에 위치하여 기폭 회로를 형성하기 위한 구성이다.
이때, 기폭 트리거부(120)는 탄두에 위치하여 근접 센서(122)와 안테나(미도시)가 연결되도록 구성되며, 기폭 에너지 저장부(110) 및 기폭 구동부(130)는 탄미에 위치한다. 그리고 기폭 에너지 저장부(110)와 기폭 트리거부(120)는 연결 스위치(140)로 연결되도록 구성될 수 있다.
다음으로, 도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 탄약 신관 장치의 회로도이다. 여기서, 탄약 신관 장치(100)는 접촉 센서(121), 근접 센서(122), 충격 센서(113) 등을 모두 하나의 회로에 구현하여 다기능 신관 장치로서 동작한다. 이하, 회로 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 도 2a는 포탄이 발사될 때의 포구 내에서 동작되는 회로도이다.
도 2a를 참조하면, 관성 발전기(111)는 후진 관성력에 의해 매우 큰 순간 전압 변화율로 기폭 에너지를 생성한다. 이때, 관성 발전기(111) - 스위치(112) - 기폭 커패시터 C1(114) - 다이오드 D2 - 관성발전기(111)로 구성되는 충전 회로가 형성된다. 관성 발전기(111)에서 생성된 기폭 에너지가 커패시터 C1(114)에 저장된다.
다음으로, 도 2b 및 도 2c는 포구를 벗어난 후의 회로도이다. 도 2b에서 도 2c로의 회로 변환은 순간적으로 발생한다.
먼저, 도 2b를 참조하면, 커패시터 C1(114)이 스위치(112)에 의해 관성 발전기(111)와 연결 해제된다. 그리고 도 2c를 참조하면, 기폭 에너지가 저장된 커패시터 C1(114)을 포함하는 여러 개의 기폭 회로가 형성됨을 알 수 있다. 먼저, 커패시터 C1(114) - 연결 스위치(140) - 반도체 제어 정류기 SCR(123) - 저항 R3 - 전기식 기폭관(131) - 로우터(132) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(114)으로 구성되는 하나의 기폭 회로가 형성된다. 이는 근접 센서(122)의 동작에 따라 전기식 기폭관(131)이 동작하게 됨으로써 탄약이 폭발하게 된다. 다른 기폭 회로는 커패시터 C1(114) - 연결 스위치(140) - 접촉 센서(121) - 전기식 기폭관(131) - 로우터(132) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(114)으로 구성된다. 이는 접촉 센서(121)의 동작에 따라 전기식 기폭관(131)을 동작시키게 된다. 다음으로, 또 다른 기폭 회로는 커패시터 C1(114) - 스위치(112) - 충격 센서(113) - 전기식 기폭관(113) - 로우터(132) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(114)으로 구성된다. 이는 충격 센서(113)의 동작에 따라 형성되는 기폭 회로이다.
상기 설명한 탄약 신관 장치(100)에 따르면 여러 가지 문제점이 발생한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 관성 발전기(111)에 의해 매우 큰 순간 전압 변화율의 기폭 에너지가 생성되는데, 이는 도 2a의 충전 회로 외에 의도되지 않은 회로를 하나 더 형성하게끔 한다. 이러한 기폭 에너지는 수십 V/㎲에 이르는 순간 전압 변화율을 갖게 되는데, 이러한 순간 전압 변화율은 반도체 특성상 반도체 제어 정류기 SCR(123)를 도통시키게 된다. 이에, 커패시터 C1(114)에 충전되지 않고, 관성 발전기(111) - 스위치(112) - 연결 스위치(140) - 반도체 제어 정류기 SCR(123) - 저항 R3 - 접지 - 관성 발전기(111)로 흐르는 누설 경로가 발생하게 된다. 이에, 커패시터 C1(114)에 저장되어야 할 기폭 에너지는 반도체 제어 정류기 SCR(123)의 도통으로 인해 저항 R3 에서 소진되고, 커패시터 C1(114)에는 기폭 구동부(130)를 구동시킬 만큼의 충분한 기폭 에너지가 저장되지 못하여 불폭하는 경우가 발생한다. 이것은 관성 발전기(111)에 의해 생성된 기폭 에너지가 커패시터 C1(114)에 충분히 충전되는 것을 방해함을 의미한다.
한편, 연결 스위치(140)는 탄약 속에 다수 개가 설치되어 있는데, 고충격/고진동이 존재하는 탄약의 경우 이러한 연결 스위치(140)들 간에 순간적으로 개방 및 단락되는 경우가 자주 발생된다. 포탄이 포구를 벗어나 날아가면서 연결 스위치(140)가 순간적으로 개방/단락되는 경우에도 수십 V/㎲의 순간전압 변화가 발생하므로, 도 2b 및 도 2c의 커패시터 C1(114)에 저장된 기폭 에너지가 반도체 제어 정류기 SCR(123)을 통해 순간적으로 도통되면서, 로우터(132)가 기폭회로를 구성하기 전(접점 4와 접점 5 연결)에는 커패시터 C1(114) - 연결 스위치(140) - 반도체 제어 정류기 SCR(123) - 저항 R3 - 접지 - 저항 R2 - 커패시터 C1(114)로 회로를 구성하면서 기폭 에너지가 저항 R3 및 저항 R2에서 소진되어 불폭하거나, 로우터(132)가 기폭회로를 구성한 후(접점 4와 접점 6의 연결 혹은 접점 4와 접점 7의 연결)에는 커패시터 C1(114) - 연결 스위치(140) - 반도체 제어 정류기 SCR(123) - 저항 R3 - 접지 - 전기식 기폭관(131) - 로우터(132) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(114)의 회로를 구성하여 전기식 기폭관(131)을 동작시켜 포탄의 조기 폭발, 비행 중 폭발 등을 발생시킨다.
다른 한편, 도 2a를 참조하면, 기폭 에너지 저장부(110)와 기폭 구동부(130)가 접점 12에 의해 서로 연결되어 있음을 알 수 있다. 이는 기폭 에너지 저장부(110)와 기폭 트리거부(120) 및 기폭 구동부(130)의 공통접지를 구성하기 위함이다. 그러나 접점 12는 관성 발전기(111)에 의해 매우 큰 순간 전압 변화율의 기폭 에너지가 생성될 때, 도 2a의 충전 회로 외에 의도되지 않은 회로를 하나 더 형성하게끔 한다. 앞에서 설명한 순간 전압 변화율에 의한 반도체 제어 정류기 SCR(123)에 도통에 의해, 커패시터 C1(114)에 충전되지 않고, 관성 발전기(111) - 스위치(112) - 연결 스위치(140) - 반도체 제어 정류기 SCR(123) - 저항 R3 - 접지 - 관성 발전기(111)로 흐르는 누설 경로가 발생하게 된다 즉, 기폭 에너지의 충전이 방해를 받게 된다.
본 발명의 목적은, 탄약 신관 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 탄약 신관 장치는, 관성 발전기와 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지를 저장하는 커패시터 C1을 포함하는 기폭 에너지 저장부와, 근접 센서의 감지 신호에 따라 트리거링 신호를 생성하는 반도체 제어 정류기 SCR과 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지에 의해 상기 반도체 제어 정류기가 도통되는 것을 방지하기 위한 스너버 회로를 포함하는 기폭 트리거부와, 상기 생성된 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 기폭 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 관성발전기가 접지와 분리되도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 에너지 저장부와 상기 기폭 트리거부를 연결하는 연결 스위치를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 스너버 회로는, 상기 연결 스위치가 순간적으로 개방되었다가 단락되는 경우, 상기 기폭 에너지 저장부에 저장된 기폭 에너지가 상기 반도체 제어 정류기 SCR을 통해 도통되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 상기 스너버 회로는 상기 반도체 제어 정류기에 병렬로 연결되는 커패시터 CS를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 기폭 구동부는, 상기 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 전기식 기폭관과, 상기 전기식 기폭관과 상기 커패시터 C1 간에 연결되어 기폭 회로를 형성하기 위한 로우터를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 에너지 저장부가 충격 센서를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 트리거부가 접촉 센서를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 탄약 신관 장치에 따르면, 반도체 제어 정류기 SCR에 스너버 회로를 부착함으로써, 기폭 에너지의 충전 시에 기폭 에너지가 누설되지 않고 충전될 수 있도록 하고, 연결 스위치의 순간적인 개방 및 단락에도 불구하고 포탄이 불폭, 조기 폭발, 비행 중 폭발하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. 아울러 관성 발전기를 접지와 분리하여 구성하도록 함으로써, 기폭 에너지가 누설없이 충전될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 탄약 신관 장치의 블록 구성도이다.
도 2a 내지 도 2c는 종래 기술에 따른 탄약 신관 장치의 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄약 신관 장치의 블록 구성도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄약 신관 장치의 회로도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 스너버 회로 적용 전과 적용 후의 기폭에너지 형성 전압 및 저항 R2의 전압을 나타내고 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 구성에 대하여 설명한다.
본 발명에 따른 탄약 신관 장치는, 관성 발전기(setback generator)와 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지를 저장하는 커패시터 C1을 포함하는 기폭 에너지 저장부와, 근접 센서의 감지 신호에 따라 트리거링 신호를 생성하는 반도체 제어 정류기 SCR(silicon controlled rectifier)과 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지에 의해 상기 반도체 제어 정류기가 도통되는 것을 방지하기 위한 스너버 회로(snubber circuit)를 포함하는 기폭 트리거부와, 상기 생성된 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 기폭 구동부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 관성 발전기가 접지와 분리되도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 에너지 저장부와 상기 기폭 트리거부를 연결하는 연결 스위치를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 스너버 회로는, 상기 연결 스위치가 순간적으로 개방되었다가 단락되는 경우, 상기 기폭 에너지 저장부에 저장된 기폭 에너지가 상기 반도체 제어 정류기 SCR을 통해 도통되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 상기 스너버 회로는 상기 반도체 제어 정류기에 병렬로 연결되는 커패시터 CS를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 기폭 구동부는, 상기 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 전기식 기폭관과, 상기 전기식 기폭관과 상기 커패시터 C1 간에 연결되어 기폭 회로를 형성하기 위한 로우터(rotor)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 에너지 저장부가 충격 센서를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 탄약 신관 장치는 상기 기폭 트리거부가 접촉 센서를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄약 신관 장치의 블록 구성도이다.
도 3을 참조하면, 탄약 신관 장치(200)는 기폭 에너지 저장부(210), 기폭 트리거부(220), 기폭 구동부(230) 및 연결 스위치(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 탄약 신관 장치(200)는 전차나 야포 및 함정의 포탄 등에 이용될 수 있다. 이하, 각 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 기폭 에너지 저장부(210)는 기폭 에너지를 저장하기 위한 구성으로서, 관성 발전기(211), 스위치(212), 충격 센서(213) 및 커패시터 C1(214)을 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서, 관성 발전기(211)는 포탄의 발사 시 포탄의 진행 방향과 반대 방향으로 형성되는 관성력에 의해 기폭 에너지를 생성한다. 이때 생성되는 기폭 에너지는 매우 큰 순간 전압 변화율을 가지며, 순간 전압 변화율은 수십 V/㎲V에 이른다. 그리고 스위치(212)는 기폭 에너지를 커패시터 C1(214)에 충전 중에는 관성 발전기(211)와 커패시터 C1(214)을 연결시키고, 기폭 에너지가 커패시터 C1(214)에 충전된 후에는 관성 발전기(211)와 커패시터 C1(214)의 연결을 해제한다. 그리고 충격 센서(213)는 적의 표적에 충돌하는 경우, 이를 감지하여 탄약을 폭발시키기 위한 센서이다. 그리고 커패시터 C1(214)은 관성 발전기(211)에 의해 생성된 기폭 에너지를 저장 내지는 충전하기 위한 구성이다. 그런데, 도 1과 비교할 때 관성 발전기(211)는 접지와 직접 연결되어 있지 않다. 이는 관성 발전기(211) - 스위치(212) - 커패시터 C1(214)으로 구성되는 충전 회로에서 관성 발전기(211) - 스위치(212) - 연결 스위치(240) - 기폭 트리거부(220) - 접지 - 관성 발전기(211)의 경로를 통해 누설되는 기폭 에너지가 없도록 하기 위함이다. 즉, 충전을 방해받지 않도록 한다. 좀 더 자세한 설명은 도 4a를 통해 하기로 한다.
다음으로, 기폭 트리거부(220)는 적의 표적을 감지하여 기폭 구동부(230)를 트리거링하여 기폭관을 동작시키기 위한 구성으로서, 접촉 센서(221), 근접 센서(222), 반도체 제어 정류기(223) 및 스너버 회로(224)로 구성된다. 이때, 접촉 센서(221)는 포탄이 적의 표적에 접촉했는지를 감지하기 위한 센서이며, 근접 센서(222)는 포탄이 적의 표적에 근접하였는지를 감지하여 감지 신호를 생성한다. 근접 센서(222)는 안테나(미도시)를 통해 UHF(ultra high frequency) 전파를 발신하고, 발신된 UHF 전파가 적의 표적으로부터 반사되어 수신되는 전파를 분석하여 표적을 감지한다. 그리고 반도체 제어 정류기(223)는 근접 센서(222)의 감지 신호에 따라 트리거링된다. 이때, 트리거링이 되면 기폭 구동부(230)의 전기식 기폭관에 커패시터 C1(214)의 기폭 에너지가 전달되어 탄약을 기폭시킨다. 한편, 스너버 회로(224)는 관성 발전기(211)에서 생성되는 기폭 에너지에 의해 반도체 제어 정류기(223)가 비정상적으로 도통되는 것을 방지하기 위한 회로이다. 또한 스너버 회로(224)는 연결 스위치(240)의 순간적인 개방 및 단락이 있는 경우에도 반도체 제어 정류기(223)가 비정상적으로 도통되는 것을 방지하기 위한 회로이다. 이를 방지함으로써 커패시터 C1(214)에 저장되는 기폭 에너지의 누설을 막을 수 있다.
다음으로, 기폭 구동부(230)는 기폭 트리거부(220)에서 생성된 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키기 위한 구성으로서, 전기식 기폭관(231) 및 로우터(rotor, 232)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 전기식 기폭관(231)은 상기 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키기 위한 구성이고, 로우터(232)는 전기식 기폭관(231)과 커패시터 C1(214) 간에 연결되어 소정의 기폭 회로를 형성하기 위한 구성이다. 도 3에서는 포탄의 접촉 기능, 충격 기능, 근접 기능에 따라 3 개의 기폭 회로가 형성된다. 접촉 기능의 경우, 커패시터 C1(214) - 연결 스위치(240) - 접촉 센서(221) - 접지 - 전기식 기폭관(231) - 로우터(232) - 커패시터 C1(214)의 기폭 회로가 이용된다.
그리고 연결 스위치(240)는 기폭 에너지 저장부(210)와 기폭 트리거부(220)를 연결시키기 위한 구성이다. 연결 스위치(240)는 포탄 내에서 기폭 에너지 저장부(210)와 기폭 트리거부(220)가 떨어져 위치하는 경우에 이용될 수 있다. 대개의 경우에는 기폭 에너지 저장부(210)와 기폭 구동부(230)는 탄미에 위치하고, 기폭 트리거부(220)는 탄두에 위치하도록 구성될 수 있다. 이는 포탄이 근접 기능을 갖는 경우, 기폭 트리거부(220)의 안테나(미도시)와 근접 센서(222)가 탄두에 위치해야 하기 때문이다. 이때, 연결 스위치(240)는 포탄의 중간 부분에 위치한 탄약 속에 위치하도록 제조될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄약 신관 장치의 회로도이다. 동작 상으로는 도 4a는 기폭 에너지의 충전시 회로도이고, 도 4b는 기폭 에너지의 충전 후 회로도이고, 도 4c는 로우터(232)의 장전 후 회로도이다. 이하, 각 회로도에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 4a는 기폭 에너지의 충전시 회로도로서, 포탄이 발사되는 시점의 회로도이다.
도 4a를 참조하면, 관성 발전기(211)는 포탄이 발사되는 순간 후진 관성력에 의해 매우 큰 순간 전압 변화율의 기폭 에너지를 생성한다. 이때, 관성 발전기(211) - 다이오드 D1 - 접점 2 - 접점 1 - 커패시터 C1(214) - 다이오드 D2 - 관성발전기(211)로 구성되는 충전 회로가 형성되며, 커패시터 C1(214)에 기폭 에너지가 저장 내지는 충전된다.
이때, 상기 충전 회로의 경우 도 2a에서는 관성 발전기(111) - 스위치(112) - 연결 스위치(140) - 기폭 트리거부(120) - 접지 - 접점 12 - 관성 발전기(211)로 흐르는 누설 경로가 있었으나, 본 발명에서는 기폭 에너지 저장부(210)와 기폭 구동부(230)의 접점 12를 분리하여 구성함으로써, 누설 경로를 원천적으로 제거하였다. 이에, 커패시터 C1(214)에 기폭 에너지가 충분히 충전되지 않아서 야기되는 탄약의 불폭 문제를 방지할 수 있게 된다.
한편, 관성 발전기(211)에 의해 생성되는 기폭 에너지는 수십 V/㎲V의 매우 큰 순간 전압 변화율을 갖게 되는데, 이는 반도체 제어 정류기(223)를 비정상적으로 도통시키는 문제는 여전히 발생하게 된다. 원래 반도체 제어 정류기(223)는 근접 센서의 감지 신호에 따라 동작되는 반도체 소자인데, 기폭 에너지의 매우 큰 순간 전압 변화율로 인해 반도체 제어 정류기(223)가 반도체 특성상 도통되어 버리는 것이다. 이에, 반도체 제어 정류기(223)에 병렬로 스너버 회로(224)를 부착하였다. 관성 발전기(211) 대신 순간 전압 변화율이 낮은 보존형 전지 등을 이용할 수도 있겠으나, 순간 전압 변화율이 낮은 경우에는 기폭 에너지를 생성하는데 시간이 너무 오래 걸려 근접 거리의 표적을 폭발시킬 수 없게되는 문제가 있다.
스너버 회로(224)는 커패시터 CS와 저항 RS를 포함하도록 구성될 수 있다. 스너버 회로(224)는 순간 전압 변화율이 큰 기폭 에너지의 일부가 커패시터 CS에 저장되도록 한다. 커패시터 CS에 저장된 전압의 최고치는 커패시터 C1(214)에 저장되는 전압의 최고치와 동일하다. 이에, 반도체 제어 정류기 SCR(223)이 비정상적으로 도통되는 것을 방지할 수 있다.
도 4b는 기폭 에너지의 충전 후 회로도로서, 포탄이 포구를 벗어나는 시점의 회로도이다. 그리고 도 5는 본 발명의 일 실시 예로서 스너버 회로(224) 적용 전과 적용 후의 커패시터 C1(214)의 기폭에너지 및 저항 R2의 전압을 나타내고 있다.
도 4b를 참조하면, 스위치(212)가 접점 1 및 접점 3과 연결된 상태로 된다. 그리고 로우터(232)는 접점 4와 접점 5의 연결을 끊고 접점 4와 접점 6을 연결시킨다. 이때, 접점 4와 접점 5의 연결을 끊고 접점 4와 접점 6이 연결되기 전의 짧은 순간 동안 개방상태가 발생된다. 한편, 로우터(232)에서 접점 4와 접점 6이 연결된 후, 바로 접점 4와 접점 6의 연결을 끊고 접점 4와 접점 7을 연결시켜 도 4c의 회로로 변환된다. 도 4b의 회로와 도 4c의 회로 변환은 포탄이 포구를 벗어날 때 순간적으로 발생한다.
도 4c는 로우터(232)의 장전 후 회로도로서, 포탄이 포구를 벗어난 후 비행 중의 회로도이다. 도 4c의 회로는 포탄의 전기식 기폭관과 기폭 에너지가 장전되어 언제든지 적의 표적에서 폭발될 수 있는 상태의 회로이다.
도 4c를 참조하면, 로우터(232)의 접점 4와 접점 7이 연결된 상태에서 3개의 기폭 회로가 형성됨을 알 수 있다. 먼저, 커패시터 C1(214) - 연결 스위치(240) - 반도체 제어 정류기 SCR(223) - 저항 R3 - 접지 - 전기식 기폭관(231) - 로우터(232) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(214)으로 구성되는 하나의 기폭 회로가 형성된다. 이는 근접 센서(222)가 표적이 근접했음을 감지하면, 그 감지 신호가 반도체 제어 정류기 SCR(223)을 동작시키고, 기폭 에너지가 저항 R3를 통해 접지로 흐르게 한다. 즉, 기폭 구동부(230)를 구동시키기 위한 트리거링 신호를 발생시킨다고 할 수 있다. 이에, 전기식 기폭관(230)이 동작하여 탄약을 폭발시키게 된다.
다른 기폭 회로는 다음과 같다. 먼저 커패시터 C1(214) - 연결 스위치(240) - 접촉 센서(221) - 접지 - 전기식 기폭관(231) - 로우터(232) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(214)으로 구성된다. 이는 접촉 센서(221)가 포탄이 표적에 접촉했음을 감지하면, 접촉 센서(221)의 접점 8과 접점 9를 연결시켜 기폭 회로를 형성한다.
다음으로, 또 다른 기폭 회로는 커패시터 C1(214) - 스위치(212) - 충격 센서(213) - 접지 - 전기식 기폭관(231) - 로우터(232) - 다이오드 D3 - 커패시터 C1(214)으로 구성된다. 충격 센서(213)가 포탄이 표적에 충돌하는 것을 감지하면, 충격 센서(213)의 접점 10과 접점 11이 연결되어 기폭회로가 형성된다.
그런데, 연결 스위치(240)는 다수 개가 탄약 내에 설치되어 있는데, 포탄의 비행 중 순간적으로 개방되었다가 단락되는 경우가 자주 발생하게 된다. 이처럼 순간적인 개방 후 단락이 발생되면, 커패시터 C1(214)에 저장된 기폭 에너지가 반도체 제어 정류기 SCR(223)를 도통시키는 문제점이 또 발생하게 된다. 이때의 순간적인 전압 변화율이 수십 V/㎲가 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 커패시터 C1(214)와 반도체 제어 정류기(223) 간에 스위치를 별도 부착할 수 있겠으나, 기계적 스위치의 경우에는 짧은 시간을 제어하기에는 정확성이 떨어지며, 전자적 스위치의 경우에도 그 복잡성으로 인해 내고충격 및 소형화 특성을 갖는 신관 장치에는 부적합하다.
이러한 문제점 역시 앞서 설명한 스너버 회로(224)에 의해 해결된다. 구체적으로는 다음과 같다. 커패시터 C1(214)에 저장된 기폭 에너지가 스너버 회로(224)의 커패시터 CS로 전달되어 저장되면서, 커패시터 C1(214)에 저장된 기폭 에너지의 전압 최고치와 커패시터 CS에 저장된 전압 최고치가 동일하게 된다. 그리하여, 커패시터 C1(214)와 커패시터 CS에 저장된 최고 전압치가 각각 동일해지면, 연결 스위치(240)가 계속 개방/단락되더라도 더 이상의 비정상적인 에너지 전달은 발생되지 않는다. 즉, 스너버 회로(224)에 의해 포탄의 조기 폭발이나 비행 중 폭발을 방지할 수 있게 된다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 기폭 에너지 저장부 111: 관성 발전기
112: 스위치 113: 충격 센서
114: 커패시터 C1 120: 기폭 트리거부
121: 접촉 센서 122: 근접 센서
123: 반도체 제어 정류기 130: 기폭 구동부
131: 전기식 기폭관 132: 로우터
140: 연결 스위치 210: 기폭 에너지 저장부
211: 관성 발전기 212: 스위치
213: 충격 센서 214: 커패시터 C1
220: 기폭 트리거부 221: 접촉 센서
222: 근접 센서 223: 반도체 제어 정류기
224: 스너버 회로 230: 기폭 구동부
231: 전기식 기폭관 232: 로우터
240: 연결 스위치

Claims (8)

  1. 관성 발전기와, 상기 관성 발전기에 의해 생성되는 기폭 에너지를 저장하는 커패시터 C1을 포함하는 기폭 에너지 저장부;
    근접 센서의 감지 신호에 따라 트리거링 신호를 생성하는 반도체 제어 정류기 SCR과, 상기 저장된 기폭 에너지에 의해 상기 반도체 제어 정류기가 도통되는 것을 방지하기 위한 스너버 회로를 포함하는 기폭 트리거부 및
    상기 생성된 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 기폭 구동부를 포함하는 탄약 신관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관성발전기가 접지와 분리되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 탄약 신관 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 기폭 에너지 저장부와 상기 기폭 트리거부를 연결하는 연결 스위치를 더 포함하는 탄약 신관 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스너버 회로는, 상기 연결 스위치가 순간적으로 개방되었다가 단락되는 경우, 상기 기폭 에너지 저장부에 저장된 기폭 에너지가 상기 반도체 제어 정류기 SCR을 통해 도통되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 탄약 신관 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 스너버 회로는 상기 반도체 제어 정류기에 병렬로 연결되는 커패시터 CS를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄약 신관 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 기폭 구동부는,
    상기 트리거링 신호에 따라 탄약을 기폭시키는 전기식 기폭관 및
    상기 전기식 기폭관과 상기 커패시터 C1 간에 연결되어 기폭 회로를 형성하기 위한 로우터를 포함하는 탄약 신관 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기폭 에너지 저장부가 충격 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄약 신관 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기폭 트리거부가 접촉 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄약 신관 장치.
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