KR20190043294A - 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화력 지원을 위하여 발사하는 105㎜, 155㎜, 8인치 곡사포탄이나 3인치, 5인치 함포탄 등의 사거리를 연장하기 위하여 비추력이 높은 램제트 기관을 탑재한 사거리 연장탄에서 제트 기관의 고체 연료에 점화보조수단을 적용함으로써 램제트 기관이 빠르게 작동할 수 있도록 한, 램제트 기관이 탑재된 사거리 연장탄에 적용되는 램제트 연료에 관한 것으로서,
포탄의 사거리를 연장할 수 있도록 램제트 기관이 탑재된 사거리 연장탄에 적용되며, 램제트 기관의 흡입구와 분사노즐 사이에 배치되는 램제트 고체 연료에 있어서, 환형의 고체로 이루어진 연료체(10)와; 연료체(10)에 도포되어 연료체를 점화시키는 점화보조물질(20);을 포함하고, 연료체(10)는 HTPB 연료 40 ~ 90 wt%와; AP 산화제 5 ~ 15wt%와; 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)으로 이루어진 제1금속입자 5 ~ 15wt% 및 보론(B), 보론카바이드(B4C), 지르코늄(Zr), 지르코늄카바이드(ZrC) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진 제2금속입자 0 ~ 30wt%; 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료{Ramjet Solid Fuel with Ignition Support for Gun-Propelled Ramjet Shell}
본 발명은 화력 지원을 위하여 발사하는 105㎜, 155㎜, 8인치 곡사포탄이나 3인치, 5인치 함포탄 등의 사거리를 연장하기 위하여 비추력이 높은 램제트 기관을 탑재한 사거리 연장탄에 적용되며, 점화보조물질이 도포되어 램제트 기관이 빠르게 작동할 수 있도록 한, 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 관한 것이다.
일반적으로 포탄은 대포나 함포 등에 의해 발사된 후 지면에나 목표물에 충돌하여 폭발함으로써 인명을 살상하거나 시설물을 파괴하는 탄알을 의미하며, 보병이나 기갑 전력이 부딪치는 전장에 대한 화력 지원이나 상륙 작전에서의 엄호를 위하여 사용되고 있다.
이러한 포탄은 대포 등에 의해 발사되어 목표물까지 비행하는 발사체와, 포신 내에서 상기 발사체를 추진시켜 원하는 사거리만큼 상기 발사체를 원거리로 투사하는 장약과, 상기 발사체 내에 구비되어 발사체에 포함된 폭탄을 폭발시키는 뇌관을 포함하고 있다. 그리고, 포탄은 국산화가 상당히 진행되어 고폭탄과 이중목적 고폭탄, 조명탄, 공포탄 등 다양한 탄종이 개발되어 현장에 배치되어 있다.
이러한 포탄은 사거리가 길수록 적의 대포병 사격 등에 노출되지 않는 안전한 위치에서 원활하게 작전을 수행할 수 있다. 따라서, 작전 수행능력 향상을 위해서는 포탄의 사거리를 늘리는 것이 매우 중요하다.
포탄의 사거리를 연장하기 위한 기본적인 방법은 장약의 양을 증가시키거나 장약의 폭발력을 증가시키는 등 장약을 개선하는 방법이다. 그러나, 기존 장약의 개선을 통해 포탄의 사거리를 연장하는 것만으로는 달성할 수 있는 사거리가 매우 제한적이다.
이에 따라, 제한적인 포탄의 사거리를 연장하여 포병과 해군의 작전능력을 향상시키기 위한 여러 시도가 진행되고 있으며, 대표적으로 항력 감소탄과 로켓 보조 추진탄이 있다. 항력 감소탄은 베이스 브리드(BB: Base Bleed) 탄이라 불리며, 포탄의 후미에 연소가스를 내뿜는 베이스 브리드 유닛을 부착함으로써 포탄의 탄저부 항력을 감소시킴으로써 사거리를 연장할 수 있도록 하고 있다. 여기서, 탄저부 항력이란 포탄이 음속이상의 속도로 날아갈 때 포탄의 뒷부분에 진공이 발생해 속도가 감소하는 것을 말한다.
또, 로켓 보조 추진탄은 포탄의 후미에 고체 로켓을 장착하여 추력을 제공하함으로써 탄속을 증가시켜 사거리를 연장할 수 있도록 하고 있다. 이러한 로켓 보조 추진탄은 사정거리 30km에 달성할 수 있도록 하며 일명 '랩(RAP) 탄'이라고 한다. 로켓 보조 추진탄은 사정거리를 연장시킬 수 있는 장점이 있는 반면 로켓추진시스템의 불량할 경우 아군의 머리 위로 탄이 낙하할 위험성이 있고, 고체로켓의 연소시 발생하는 진동과 흔들림으로 탄착 오차가 상당히 커지게 되는 문제점이 있다.
이에 따라 최근에는 포탄의 사거리를 더욱 연장하기 위하여 포탄에 램제트 기관을 추가로 장착하기도 한다. 램제트 기관은 산화제와 연료가 결합되어 있는 고체 로켓과는 달리 대기 중의 산소를 이용하여 연료를 연소시키게 되므로, 추진기관의 비추력이 고체 로켓과 비교할 때 월등한 장점이 있다. 이에 따라 같은 양의 연료를 사용하였을 때 월등한 전충격량을 제공할 수 있을 뿐 아니라 포탄의 사거리를 대폭 연장할 수 있게 되는 장점이 있다.
하지만, 램제트 기관은 공기 흡입형 기관으로서 공기 흡입구와 연소실 및 노즐을 포함하고 있어 포탄 내부의 많은 부분을 램제트 기관에 할애할 수밖에 없으며, 이로 인해 고폭탄 탑재량이 감소하여 포탄의 위력이 줄어드는 단점이 있다. 더욱이 기존의 램제트 추진탄은 포탄의 외각부에서 흡입한 공기가 포탄의 중심부에 모인 후 연소실에서 고체연료를 연소하는 형식을 취하고 있어, 고폭탄이 탑재되는 용적이 더욱 제한되고 포탄의 위력이 감소하게 된다.
한편, 포의 발사환경에서 포가 받는 충격은 순간가속도 20,000g이고 분당 회전수가 12,000회를 상회할 정도로 크다. 이로 인해 포탄에는 통상의 연료공급장치를 적용하기가 곤란하고, 고체연료를 적용하는 수밖에 없다. 특히, 램 제트 적용을 위한 고체연료는 가혹한 발사환경과 고온 고압의 램제트 엔진 환경에서 변형이 일어나지 않도록 강성이 우수하면서도, 포 발사 즉시 램 작동모드에서 자연점화가 일어날 수 있도록 우수한 착화성이 요구되고 있다.
이와 같이 포탄의 사거리를 연장하기 위한 연구는 다양하게 진행되고 있으며, 그 중 일부는 특허로 출원되어 있다.
예들 들면, 특허문헌 1은 고체연료 램제트에서 보다 안정된 연소조건을 이루기 위해, 램제트 연료요소의 내부표면이 직선으로 형성되어 연료요소의 세로축과 평행하게 뻗어가고 연료요소와 같은 길이를 갖는 표면 또는 랜드를 구비하고, 회전에 의해 만들어진 회전하는 기체흐름의 접선성분이 기체흐름의 둘레부분을 높여진 표면 위로 통과케 강제하여 높여진 표면 하류에 서 있는 안정화된 소용돌이를 만들도록 한, 스핀 안정화된 프로젝타일용 고체연료 램제트 기관을 기재하고 있다.
또, 특허문헌 2는 탄이 목표물에 적중한 후 일정시간이 경과하여 탄이 목표물을 관통할 수 있는 시간을 부여한 후 기폭 폭발하여 목표물에 막대한 타격을 가할 수 있도록 고폭제의 폭발시간을 지연시켜줌과 아울러 탄이 목표물에 적중하지 않은 경우 일정시간이 경과화면 비행 중 자폭되도록 하여 탄착점 부근 아군의 피해를 방지시켜주며, 포구로부터 탄두비행 잔류속도 마하1까지의 비행거리 연장을 위해 탄의 외형 형상을 결정하여 유효사거리 및 명중률이 향상되도록 한, 충격소이신관이 결합된 사거리연장 예광자폭탄을 기재하고 있다.
또한, 특허문헌 3은 탄두용 이탈피와 분리용 항력감소장치 및 탄저형 이탈피를 구비하여, 탄자의 비행 특성에 영향을 주는 공기 저항을 감소시키고 탄의 경량화 및 소형화가 가능하며, 탄의 궤도 및 사거리를 향상시킬 수 있도록 한, 탄에 있어서 항력저감장치를 기재하고 있다.
한편, 본 출원인은 비추력이 월등한 램제트 기관이 탑재된 사거리 연장형 램제트 추진탄을 개발하여 출원한 바 있으며, 이는 특허문헌 4에 개시되어 있다. 특허문헌 4는, 공기를 흡입하여 압축한 후 고체연료를 연소시켜 발생한 연소가스를 후미의 노즐을 통해 분사하는 램제트 기관을 구비한 사거리 연장형 램제트 추진탄에 있어서, 상기 고체연료는 원통 형상의 포탄 외피의 내벽에 부착되는 환상의 제1 고체연료와, 고폭탄이 탑재되는 포탄의 중앙 구조물에 부착되고 상기 제1 고체연료의 내경에 비해 작은 외경을 갖는 환상의 제2 고체연료로 이루어지고, 상기 제1 고체연료와 제2 고체연료가 이중 환상 구조로 배치됨으로써, 사거리가 충분히 연장되면서도 고폭탄 탑재량이 최대화되어 램제트 기관으로 인한 포탄의 위력 감소가 최소화되는 사거리 연장형 램제트 추진탄에 대하여 기재하고 있다.
상기한 특허문헌 4의 사거리 연장형 램제트 추진탄은 램제트 기관의 고체 연료로, 폴리에틸렌(PE), 폴리메틸크릴레이트(PMMA), 탈수산화부타디엔(HTPB) 등 고체 탄화수소 계열의 연료를 사용하고 있으며, 특히 HTPB에 산화제와 경화제 및 금속 분말을 혼합하여 형성한 복합 추진제를 사용하고 있다.
그러나, 상기한 특허문헌 4의 고체연료는 발화온도가 높아 별도의 점화수단을 사용하지 않을 경우 일정 시간이 경과해야만 점화가 이루어지게 되어 램제트 기관이 작동하기까지의 시간이 길어지고 그로 인해 착탄까지의 시간이 길어져 사격 효율이 저하되는 문제점이 있다.
KR 10-1994-7001499 A KR 10-2000-0067371 A KR 10-2006-0006983 A KR 10-1609507 B1
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 비추력이 우수한 램제트 기관이 탑재되어 고폭탄 탑재량이 최대화되고 포탄이 위력 감소가 최소화된 사거리 연장탄에 적용되는 램제트 고체연료에 점화보조물질을 도포하여 램제트 기관이 빠르게 작동되고 착탄 시간이 단축될 수 있도록 한, 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 포탄의 사거리를 연장할 수 있도록 램제트 기관이 탑재된 사거리 연장탄에 적용되며, 램제트 기관의 흡입구와 분사노즐 사이에 배치되는 램제트 고체 연료에 있어서,
환형의 고체로 이루어진 연료체와; 상기 연료체에 도포되어 연료체를 점화시키는 점화보조물질;을 포함하고,
상기 연료체는 HTPB(Hydroxyl-Terminated Polybutadiene: 탈수산화부타디엔) 연료 40 ~ 90 wt%와; AP(Ammonium Perchlorate: 과염소산암모늄) 산화제 5 ~ 15wt%와; 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)으로 이루어진 제1금속입자 5 ~ 15wt% 및 보론(B), 보론카바이드(B4C), 지르코늄(Zr), 지르코늄카바이드(ZrC) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진 제2금속입자 0 ~ 30wt% 및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 점화보조물질은 연료체의 전면, 또는 연료체의 전면과 내부면에 도포되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 점화보조물질은 연료체에 직접 도포되는 혼합형 고체 추진제 및 혼합형 고체 추진제에 코팅되는 점화촉진제로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 혼합형 고체 추진제의 조성비는 AP 산화제 88 ~ 92wt%, HTPB 연료 8 ~ 12wt%로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 점화촉진제는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)와 보론포타슘니트레이트(Boron Potassium Nitrate)의 혼합물(NC/BKNO3) 또는 니트로셀룰로스와 크롬산바륨(BariumChromate)의 혼합물(NC/BaCrO4)로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 점화보조물질은 연료체의 표면에 혼합형 고체 추진제가 2㎜의 두께로 도포되고, 상기 혼합형 고체 추진제의 표면에 점화촉진제가 0. 1~ 0.3㎎/㎠의 수준으로 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 점화보조물질이 연료체의 내부면에 도포되는 경우 도포 깊이는 연료체의 내부 길이의 30 ~ 100 %인 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 상기 연료체는 산화제 입자인 AP와 금속입자인 Al 또는 Mg이 동시에 혼합되어, 인장강도가 10bar 이상, 최대 변형률 30% 이상, 파단 변형률 30% 이상, 탄성계수 50 bar 이상인 고체를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료는, 고체 형태의 연료체에 점화보조물질이 도포됨에 따라 연료체가 조기 착화되고, 그로 인해 램제트 기관이 작동되기까지의 시간과 착탄 시간이 단축되어 포 사격 효과가 향상되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 연료체를 구성할 때 HTPB에 산화제인 AP가 적게 첨가되어 발화점이 낮아지면서도 AP의 첨가로 인해 연료의 착화성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 연료체에 Ba, Ba4C, Zr, ZrC 등이 첨가됨에 따라 연료체의 연소시 연소 불안정정이 개선되는 효과가 있다.
또, 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 따르면, 연료체를 구성할 때 HTPB계 연료에 AP 산화제와 금속 분말이 모두 첨가됨에 따라 가혹한 포 발사 환경에서도 견딜 수 있는 강성을 가지게 되면서도 우수한 성형성을 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료가 도시된 구성도.
도 2는 본 발명이 적용되는 램제트 기관이 개략적으로 도시된 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료에 대하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료는 도 1과 2에 도시된 바와 같이, 포탄의 사거리를 연장할 수 있도록 램제트 기관(50)이 탑재된 사거리 연장탄에 적용되며, 램제트 기관(50)의 흡입구(52)와 분사노즐(54) 사이에 배치되는 것으로, 환형의 고체로 이루어진 연료체(10)와; 상기 연료체(10)에 도포되어 연료체를 점화시키는 점화보조물질(20);을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 연료체(10)는 HTPB(Hydroxyl-Terminated Polybutadiene: 탈수산화부타디엔) 연료 40 ~ 90 wt%와; AP(Ammonium Perchlorate: 과염소산암모늄) 산화제 5 ~ 15wt%와; 알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)으로 이루어진 제1금속입자 5 ~ 15wt% 및 보론(B), 보론카바이드(B4C), 지르코늄(Zr), 지르코늄카바이드(ZrC) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진 제2금속입자 0 ~ 30wt% 및 불가피적 불순물로 이루어진다.
HTPB 연료는 탄성과 성형성은 매우 우수하나, 강성이 매우 약하고 고온에서 형태 변형이 심하게 일어난다. 이에 따라, 알루미늄 파우더나 마그네슘 파우더와 같은 금속 필러를 투입하여 기계적 성능을 향상시키고 있다. 하지만, 금속 필러와 같은 경화 촉매의 양이 증가할수록 연료 자체의 발화점이 높아져 연소 성능이 낮아지게 된다. 이에 따라 상기 제1금속입자를 5 ~ 15wt%만 첨가하도록 제한하였다.
또, HTPB 연료에 AP 산화제를 20% 이하의 혼합비로 첨가하게 되면, 연료 외부의 산화제를 차단할 경우 연소가 중단되거나 농후가스가 발생한다. 이에 따라, 외부의 산화제를 차단하더라도 연소가 지속되는 고체 로켓 추진제와 차이가 있으며, 이러한 형태의 추진제를 연료 농후(Fuel-rich) 추진제라 한다. 상기한 연료 농후 추진제는 발화점이 낮은 산화제를 혼합하기 때문에, 혼합 전의 연료에 비해 낮은 발화점을 가지게 되어 연소에 유리하다. 그리고, 산화제 입자가 경화촉매의 역할을 하여 일반 HTPB 연료에 비해 강성이 향상된다.
상기 AP 산화제는, 무색의 결정으로 이루어지며, 가열할 경우 150℃에서 분해하기 시작하여 대략 400℃에서 발화하는 특징이 있으며, 가열시 질소 기체와 염소 기체, 물(수증기) 및 산소 기체로 분해된다. 이와 같이, AP 산화제가 분해되면서 산소 기체를 생성하게 되므로, HTPB 연료의 연소를 위한 산소 공급원으로 작용한다. 그리고, 상기 AP 산화제는 친수성(Hydrophilic) 용매에 녹여 HTPB 연료에 혼합하고, 경화 전에 용매를 기화시켜 완전히 제거함으로써, HTPB 연료와 AP 산화제만 남도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1금속입자는 램제트 기관(50)의 비추력을 향상시키기 위하여 연료에 첨가하는 것으로, 입자가 미세할수록 바람직하다. 일반적으로 금속은 입자가 작아지면 고온에서 연소하고 폭발성도 커지게 된다. 특히, 알루미늄 파우더의 경우에는 다른 금속 파우더에 비해 같은 무게에서 발생하는 에너지가 커서, 알루미늄 파우더를 첨가하게 되면 비추력이 10 ~ 20% 정도 상승하는 것으로 알려져 있다.
그리고, 상기 제2금속입자는 연료체(10)가 연소할 때 연소 불안정성을 개선함과 아울러 연료체(10)의 강성을 향상시키기 위하여 첨가하는 것이다. 상기 제2금속입자 중 ZrC 파우더는 강한 내화 세라믹 소재로서, 큐빅 결정 구조를 갖는 회색의 금속성 파우더 외관을 가지며, 지르코늄과 탄소 사이의 강한 공유결합으로 인해 모듈러스가 최대 440㎬이고 경도가 29㎬로서 모듈러스와 경도가 높아 HTPB계 고체 연료의 강성을 향상시키는 용도로 사용된다. 그리고, 알루미늄 파우더와 함께 연소 불안정 문제를 개선하는 용도로도 사용된다. 다만, 밀도가 6.73g/㎤로 높고 알루미늄 파우더와 마찬가지로 연료 자체의 발화점을 높이는 역할을 하므로, 30wt%를 상한치로 하고 있다.
이때, 알루미늄 파우더와 같은 제1금속입자와 ZrC 파우더와 같은 제2금속입자는 입자 크기가 5.0㎛ 이하인 것이 바람직하다. 이는 상기 HTPB 연료가 슬러리 상태에서는 점도가 낮아 금속입자의 밀도와 크기가 크면 침강하여 균일한 혼합이 어렵기 때문이다.
이와 같이, 상기 연료체(10)를 형성하기 위하여 HTPB 연료에 산화제 입자인 AP와 금속입자인 Al 또는 Mg이 동시에 혼합되어, 인장강도가 10bar 이상, 최대 변형률 30% 이상, 파단 변형률 30% 이상, 탄성계수 50 bar 이상인 고체 연료를 얻을 수 있게 된다.
한편, 사거리 연장탄 등의 포탄에 적용되는 램제트 기관은 발사 시점으로부터 0.6 초 이내에 빠르게 작동하여야 하는데, 이는 발사 후 탄의 속도가 빠르게 감소하여 램작동이 불가능해지기 때문이다. 통상적으로 램제트 기관은 별도의 점화장치 없이 고속의 유동을 흡입구를 통해 압축, 가열시켜 연료를 점화시키도록 하고 있는데, 일반 연료의 경우 점화지연이 크기 때문에 빠른 초기 점화를 위해서는 낮은 발화점을 가진 점화보조물질(20)이 요구되고 있다.
상기 점화보조물질(20)은 연료체(10)의 전면, 또는 연료체(10)의 전면과 내부면에 도포되는 것으로, 연료체(10)에 직접 도포되는 혼합형 고체 추진제(21) 및 혼합형 고체 추진제(21)에 코팅되는 점화촉진제(22)로 이루어진다. 이때, 상기 혼합형 고체 추진제(21)는 AP 산화제 88 ~ 92wt%, HTPB 연료 8 ~ 12wt%로 이루어지고, 상기 점화촉진제(22)는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)와 보론포타슘니트레이트(Boron Potassium Nitrate)의 혼합물(NC/BKNO3) 또는 니트로셀룰로스와 크롬산바륨(BariumChromate)의 혼합물(NC/BaCrO4)로 이루어진다. 이때, 상기 혼합형 고체 추진제(21)는 연료체(10)의 표면에 대략 2㎜의 두께로 도포되고, 상기 혼합형 고체 추진제(21)의 표면에는 점화촉진제(22)가 0. 1~ 0.3㎎/㎠의 수준으로 코팅된다. 그리고, 되어 이루어지는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 점화보조물질(20)이 연료체(10)의 내부면에 도포되는 경우 점화보조물질(20)의 도포 깊이는 연료체(10)의 내부 길이의 30 ~ 100 %인 것이 바람직하다.
상기 점화촉진제(22)는 발화점이 110℃인 물질로서, NC를 함유함에 따라 BKNO3 또는 BaCrO4에서 스파크가 발생할 경우 쉽게 발화되어, 상기 혼합형 고체 추진제(21)를 점화시킴으로써 상기 연료체(10)가 조기 점화되어 연소하도록 하게 된다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료는 사거리 연장탄과 같은 포탄에 구비된 램제트 기관의 내부에서 연소됨으로써 포탄에 추력을 발생시키게 된다.
포신에 삽입된 포탄이 발사되면, 발사 초기의 고속 비행에 따라 포탄에 구비된 램제트 기관(50)이 작동된다. 즉, 상기 램제트 기관(50)의 케이스(51)와 중앙 구조물(53) 사이에 형성된 흡입구(52)를 통해 공기가 고속으로 유입됨으로써 상기 램제트 기관(50)의 점화보조물질(20)에 강한 압력이 가해지고, 이로 인해 고온 고압의 공기와 점화보조물질(20)이 마찰되면서 발화가 일어난다. 구체적으로, NC가 포함된 상기 점화촉진제(22)가 먼저 발화하고, 상기 점화촉진제(22)에 의해 혼합형 고체 추진제(21)가 점화된다. 이어, 상기 혼합형 고체 추진제(21)가 도포된 연료체(10)가 점화되어 연소되고, 이 연소가스가 분사노즐(55)을 통해 분사됨으로써 램제트 기관(50)이 탑재된 포탄에 강한 추력을 발생시키게 된다.
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
10...연료체
20...점화보조물질
21...혼합형 고체 추진제
22...점화촉진제
50...램제트 기관
51...케이스
52...흡입구
53...중앙 구조물
54...분사 노즐

Claims (8)

  1. 포탄의 사거리를 연장할 수 있도록 램제트 기관이 탑재된 사거리 연장탄에 적용되며, 램제트 기관의 흡입구와 분사노즐 사이에 배치되는 램제트 고체 연료에 있어서,
    환형의 고체로 이루어진 연료체(10)와; 상기 연료체(10)에 도포되어 연료체를 점화시키는 점화보조물질(20);을 포함하고,
    상기 연료체(10)는 HTPB(Hydroxyl-Terminated Polybutadiene: 탈수산화부타디엔) 연료 40 ~ 90 wt%와;
    AP(Ammonium Perchlorate: 과염소산암모늄) 산화제 5 ~ 15wt%와;
    알루미늄(Al) 또는 마그네슘(Mg)으로 이루어진 제1금속입자 5 ~ 15wt% 및 보론(B), 보론카바이드(B4C), 지르코늄(Zr), 지르코늄카바이드(ZrC) 중 어느 하나의 금속으로 이루어진 제2금속입자 0 ~ 30wt%;
    및 불가피적 불순물로 이루어진 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 점화보조물질(20)은 연료체(10)의 전면, 또는 연료체(10)의 전면과 내부면에 도포되는 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 점화보조물질(20)은 연료체에 직접 도포되는 혼합형 고체 추진제(21) 및 혼합형 고체 추진제(21)에 코팅되는 점화촉진제(22)로 이루어진 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 혼합형 고체 추진제(21)는 AP 산화제 88 ~ 92wt%, HTPB 연료 8 ~ 12wt%로 이루어진 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 점화촉진제(22)는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)와 보론포타슘니트레이트(Boron Potassium Nitrate)의 혼합물(NC/BKNO3) 또는 니트로셀룰로스와 크롬산바륨(BariumChromate)의 혼합물(NC/BaCrO4)로 이루어진 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 점화보조물질(20)은 연료체(10)의 표면에 혼합형 고체 추진제(21)가 2㎜의 두께로 도포되고, 상기 혼합형 고체 추진제(21)의 표면에 점화촉진제(22)가 0. 1~ 0.3㎎/㎠의 수준으로 코팅되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 점화보조물질(20)이 연료체(10)의 내부면에 도포되는 경우 도포 깊이는 연료체(10)의 내부 길이의 30 ~ 100 %인 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료체(10)는 산화제 입자인 AP와 금속입자인 Al 또는 Mg이 동시에 혼합되어, 인장강도가 10bar 이상, 최대 변형률 30% 이상, 파단 변형률 30% 이상, 탄성계수 50 bar 이상인 고체를 형성하는 것을 특징으로 하는 포 발사 적용을 위한 점화보조물질이 도포된 램제트 고체연료.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102182347B1 (ko) 2019-11-08 2020-11-24 국방과학연구소 우발 점화 방지 기능을 가지는 하이퍼골릭 하이브리드 추진기관
KR102323369B1 (ko) * 2020-02-21 2021-11-05 주식회사 한화 사거리 연장을 위한 액체 램제트 추진 포탄

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5320692A (en) * 1981-11-25 1994-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Solid fuel ramjet composition
JPH10114257A (ja) * 1996-04-22 1998-05-06 Snc Livbag 火工式ガス発生器用のセルフロック式２線コネクタ付き点火装置
JP3032377B2 (ja) * 1992-06-05 2000-04-17 ダイセル化学工業株式会社 ラムジェットエンジンの点火手段
KR20000067371A (ko) 1999-04-27 2000-11-15 정훈보 충격소이신관이 결합된 사거리연장 예광자폭탄
KR20060006983A (ko) 2006-01-03 2006-01-20 정찬희 탄에 있어서 항력 저감장치
KR20070115204A (ko) * 2006-06-01 2007-12-05 채재우 수중 추진을 위한 수 반응성 추진제
KR101609507B1 (ko) 2015-03-02 2016-04-05 주식회사 풍산 사거리 연장형 램제트 추진탄

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5320692A (en) * 1981-11-25 1994-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Solid fuel ramjet composition
JP3032377B2 (ja) * 1992-06-05 2000-04-17 ダイセル化学工業株式会社 ラムジェットエンジンの点火手段
JPH10114257A (ja) * 1996-04-22 1998-05-06 Snc Livbag 火工式ガス発生器用のセルフロック式２線コネクタ付き点火装置
KR20000067371A (ko) 1999-04-27 2000-11-15 정훈보 충격소이신관이 결합된 사거리연장 예광자폭탄
KR20060006983A (ko) 2006-01-03 2006-01-20 정찬희 탄에 있어서 항력 저감장치
KR20070115204A (ko) * 2006-06-01 2007-12-05 채재우 수중 추진을 위한 수 반응성 추진제
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