KR20200023610A - 절단 장치 - Google Patents

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KR20200023610A
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벤야민 후버
레오폴드 토마스 닥터
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Abstract

본 발명은, 절단 장치(20)에 있어서, 적어도 하나의 공이 홀더(1; firing-pin holder), 적어도 하나의 잠금 요소(2), 스프링(6), 공이(7), 뇌관(9), 추진장약(13), 절단 요소(14), 정지부(15) 및 전단 핀(17)을 포함하고, 적어도 하나의 잠금 요소(2)가 공이 홀더(1)와 공이(7) 사이의 연결을 제공하는, 절단 장치에 관한 것이다. 스프링(6)은 압축된다. 공이 홀더(1)가 미리 결정된 경로를 이동한 후, 잠금 요소(2)가 해제된다. 이러한 해제는 스프링(6)이 해제되는 것으로 귀결되어, 공이(7)가 가속되어 결국 뇌관(9)을 때리도록 한다. 공이(7)가 뇌관(9)을 때리는 것의 결과로서 그 안의 파이로테크닉 장약이 점화된다. 뇌관 내의 파이로테크닉 장약이 점화되는 것의 결과로서, 지연 요소(11)가, 만약 제공된다면, 점화된다. 이 지연 요소는 지연 시간을 조절한다. 이후에, 추가의 장약(13)이 점화된다. 이렇게 생성된 가스 체적은 절단 요소(14)에 압력을 작용한다. 임의의 압력을 넘어서, 전단 핀(17)은 전단되어, 절단 요소(14)가 축선방향으로 가속되도록 한다. 절단 요소(14)는, 가속의 결과로서, 정지부(15)를 빠른 속도로 때리고, 이를 관통한다. 이에 따라 정지부(15)의 앞에 있는 개구를 통해서 안내되는, 절단될 연결부가 단절된다.

Description

절단 장치
본 발명은 기계적 연결을 통해 서로 연결된 최소 두 개의 하부조립체(subassembly)를 단절시키기 위한 절단 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 탄약에서 제동 시스템을 단절시키기 위한 절단 시스템과 관련이 있다. 상기 탄약은 특히 유인(decoy)용 타겟을 생성하기 위한 자탄(submunition)이 될 수 있다.
발사 중에 일반적으로 프로그래밍되는 지연 시간 후에, 자탄이 실제 캐리어(예를 들어, 로켓)로부터 분리되어야 한다. 이 분리 과정 중에, 자탄이 가속된다. 그러나, 결과적인 속도는 유인용 타겟 자체의 효과 및 안정성과 관련하여 지나치게 높다. 따라서, 자탄은 정의된 속도로 제동되어야 한다. 이러한 제동 작동을 보장하기 위해, 완전히 전개되기 전에 자탄은 브레이크 낙하산에 의해 제동된다. 미리 정해진 시간 후에, 상기 브레이크 낙하산은 전체 자탄 시스템으로부터 분리되며, 이에 따라 유인용 타겟은 지나치게 많이 제동되지 않는다. 분리 작업은 실제로 절단 장치에 의해 수행된다. 케이블-절단 장치 및 와이어-절단 장치의 형태로 설계된 이러한 절단 장치는, 상기 절단 장치가 트리거링된 후 대략 0.6초 후에, 예를 들어, 아라미드 섬유로 만들어진 코드를 단절시킨다. 이 시간은 바람직하게는 폭약 지연 요소에 의해서 가변적인 방식으로 설정될 수 있다. 단절될 매체의 유형이 정의된다. 절단 장치의 수행 능력은, 예를 들어, 상이한 파이로테크닉 조성물, 상이한 블레이드 재료 및 블레이드의 상이한 기하학적 형상에 의해서 조정될 수 있다. 단절 작업의 결과로, 브레이크 낙하산이 방출(jettison)되고, 메인 낙하산은 유인용 타겟을 활성화시킨다.
이러한 탄약은 DE 87 11 922 U1에 개시된다. 제동 단계가 끝날 때, 카세트 부분이 브레이크 낙하산과 함께 분리된다. 브레이크 낙하산을 갖춘 다른 탄약은 DE 196 44 380 A1에 설명되어 있다.
DE 10 2005 010 125 A1은, 프로그래밍 목적을 위해 갈바닉 라인(galvanic line), 예를 들어 케이블을 갖는 탄약을 공개하고 있다. 후자는 사격(firing) 작동 시에 가능한 가장 이른 시점에 단절되는 것이다. 이 목적을 위해서, 탄약은 단절 장치를 가지며, 이 단절 장치는 강건하게 장착된 실린더에서 안내되고, 바람직하게는 날카로운 에지를 갖는 피스톤을 주로 포함한다. 케이블은 추진장약 프라이머(propelling-charge primer)에 연결된 보호관 안에서 추진장약 프라이머의 끝부분까지, 그리고 또한 발사체의 후방 단부까지, 안전하게 안내된다. 실린더 상부 영역에서, 케이블은 가속 방향에 대해 횡방향으로 위치된 보어를 통해 안내된다. 피스톤이 앞으로 이동하면, 케이블은 날카로운 에지에 의해서 단절된다.
실제로, 이러한 기계적 절단 장치에 부가하여, 여러 전기적 케이블 절단 장치가 있는데, 모두 저장 에너지의 원리를 기초로 한다. 그러나 여기에는 사용 기간이 저장 매체에 의해 제한된다는 단점이 있다. 기계적 절단 장치의 경우에, 저장 매체는, 예를 들어 프리스트레스 스프링(prestressed spring)이 될 수도 있고, 전기적 절단 장치의 경우에는, 저장 매체가, 예를 들어, 배터리일 수 있다. 특히, 전기적 절단 장치의 경우, 후자는 전자기 간섭과 정전기 방전에 매우 민감하다. 위에서 언급된 이러한 영향 요인은 전기 개시기/전기 브릿지 점화기에 토대를 둔 절단 장치의 기능 체인(function-chain)에 위험을 초래한다. 간섭과 정전기 방전으로 인해 절단 장치가 의도치 않게 작동할 수 있다.
가혹한 환경 조건에서도, 기계적 연결을 통해 서로 연결된 최소 두 개의 하부조립체가 단절되는 것을 신뢰성 있게 보장하는 절단 장치를 제시하는 것이 본 발명의 목적이다.
이 목적은 특허 청구항 제1항의 특징부에 의해서 달성될 수 있다. 이익이 되는 구성은 종속 청구항에 포함되어 있다.
본 발명은, 저장 에너지의 원리를 없애고, 브레이크 낙하산의 제동 에너지를 사용하여 공이(firing pin)가 압축 스프링에 의한 스트레싱(stressing)을 받도록 하는 개념에 기초한다. 브레이크 낙하산의 인장력이 정의된 값 이상이 되면, 공이가 풀린다. 상기 공이가 프라이머 캡에 부딪쳐 파이로테크닉 지연 조성물을 개시시킨다. 지연 조성물이 다 타고 나면, 절단 장치가 활성화된다. 예를 들어, 절단 장치의 실제 장약이 점화되기 때문에 이러한 현상이 발생된다. 여기서 장약은 에너지가 높은 물질이어야 한다. 이러한 목적을 위해서, 절단 장치는 가스 압력을 생성하기 위한 적어도 하나의 파이로테크닉 장약을 포함하며, 이를 통해 절단 장치의 기계적 절단 요소가 단절 작업을 수행할 수 있다.
이러한 방식으로 제작된 절단 장치의 장점은, 이전에 저장된 에너지 없이도 절단 장치가 가능하다는 점이다. 절단 장치의 기능 체인은 순전히 기계적인 원리를 기반으로 한다. 브레이크 낙하산의 지연 효과에 의해 파이로테크닉 조성물을 점화하기 위한 에너지가 탄약 시스템에 추가된다. 또한 절단 장치는, 순전히 파이로테크닉 조성물에 의해서 사용되기 때문에 정전기 방전 및 전자기 간섭의 영향을 받지 않는다.
장약을 태우면 갑자기 많은 양의 가스가 발생된다. 이러한 가스량은 절단 장치에 해당하는 절단 요소, 예를 들어, 끌(chisel)을 가속시킨다. 절단 요소가 가속될 때까지, 특정량의 가스가 생성되고 관련 압력이 적절하게 높아서 전단 핀이 전단될 수 있을 때까지, 전단 핀을 통해 끌이 제 위치에 유지된다. 전단 핀이 전단되면, 끌은 가이드를 따라 빠른 속도로 이동하며, 상기 가이드는 끝까지 안내되고 단절되는 연결부를 갖는다. 끌은 상기 연결부와 접촉하여 디스크, 이와 함께 예를 들어, 뒤에 위치되는 황동 디스크에 부딪친다. 이렇게 부딪히면 연결이 단절된다.
본 발명은 적어도 하나의 공이 홀더, 적어도 하나의 잠금 요소, 스프링, 공이, 뇌관, 추진장약, 절단 요소, 정지부 및 전단 핀을 포함하는 절단 장치를 제안하며, 적어도 하나의 잠금 요소는 공이 홀더와 공이 사이의 연결을 보장한다. 미리 결정된 시점에서, 예를 들어, 스프링은 브레이크 낙하산의 제동 에너지 등에 의해 응력을 받는다. 공이 홀더가 미리 정해진 거리를 커버(cover)하면, 하나 이상의 잠금 요소가 풀린다. 풀림 작용을 통해 스프링의 응력이 완화되며, 그 결과 공이가 가속되고 결국 뇌관에 부딪히게 된다. 뇌관에 부딪히는 공이에 의해 후자의 파이로테크닉 조성물이 점화된다. 뇌관의 파이로테크닉 조성물에 의해 지연 요소가, 만약 존재하면, 점화된다. 여기서 상기 요소는 지연 시간을 조절한다. 뇌관 또는 지연 요소가 다른 장약을 발화시킨다. 결과적인 가스 체적은 절단 요소에 압력을 가한다. 특정 값 이상의 압력에서, 전단 핀이 전단되고, 그 결과 절단 요소가 축 방향으로 가속된다. 절단 요소는 가속으로 인해 빠른 속도로 정지부에 부딪히고, 그 과정에서 상기 정지부로 침투한다. 정지부 앞의 개구부를 통해 안내되고 절단될 연결부는, 여기서 단절된다.
전술한 절단 장치의 사용은 탄약에 한정되지 않는다. 절단 장치는 밴드 등의 단절을 위해서, 전기 에너지 또는 다른 유형의 저장된 에너지를 생략할 필요가 있는 곳은 어디든지 사용될 수 있다. 따라서, 절단 장치가 종래의 절단 메커니즘에 추가하여 비상 시스템으로서, 즉 일반적으로 낙하산 시스템 외에 비상 케이블 절단용으로 설치될 수 있다. 예를 들어, 전기 절단 장치와 같은 실제 절단 장치가 고장난 경우에 비상 시스템이 효과를 발휘할 수 있다. 낙하산 시스템은 또한 사람들을 위한 것을 포괄한다.
강철 케이블 등을 통해서 비이클 구조체(vehicle structure)에 연결되는 다양한 상부구조체(superstructure), 하부조립체 등에 대해서, 예를 들어 보호 비이클 캡(protected vehicle cap) 상에서 절단 장치를 사용하는 것을 또한 착안할 수 있다. 이 경우 공이가 별도의 응력을 받을 수 있고, 공이가 수동으로 응력을 받는 것도 또한 가능해야 한다.
본 발명은 도면과 함께 예시적인 실시형태를 참조하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 절단 장치의 분해도를 도시하고,
도 2 내지 도 4는 조립된 상태의 절단 장치의 단면도를 도시하고,
도 5는 대안적인 부착 옵션을 도시한다.
도 1은 공이 홀더(1), 하나 이상의 볼(2), 시일링 링을 형성하는 2개의 O 링(3, 4), 커버(5), 스프링(6) 및 공이(7)를 갖는 절단 장치(20)를 도해한다. 절단 장치(20)는 또한 캡(8), 뇌관(9) 및 중심 피스(10; central piece), 파이로테크닉 지연 요소(11)로 구성된다. 나사산 밀봉 디스크는 12로, 추진장약은 13으로, 끌(chisel)은 14로, 정지부는 15로 표시된다. 절단 장치(20)는 전면 케이싱(16)에 수용되는 전단 핀(17)에 의해 완성된다. 유니언 너트(18)가 전면 케이싱(16)에 전단 핀(17)을 유지시킨다.
기능은 다음과 같다.
인장력이 공이 홀더(1)를 커버(5) 밖으로 잡아 당긴다. 이 목적을 위해서 필요한 힘은 스프링(6)을 통해 조정되며, 이 경우에 압축 스프링 형태가 사용된다. 공이 홀더(1)가 미리 정해진 거리를 커버(cover)하면, 하나 이상의 볼(2)(잠금 요소)이 풀린다. 하나 이상의 볼(2)은 공이 홀더(1)와 공이(7) 사이의 연결을 구성한다. 하나 이상의 볼(2)이 풀리면 공이 홀더(1)와 공이(7) 사이의 연결이 제거된다. 이로 인해 스프링(6)이 응력에서 벗어난다. 스프링(6)이 응력에서 벗어나면 공이(7)가 가속화되고 결국 뇌관(9)에 부딪친다. 뇌관(9)에 부딪친 공이(7)에 의해, 파이로테크닉 조성물이 점화된다. 개시되는 뇌관의 파이로테크닉 조성물에 의해 지연 요소(11)가 점화된다. 후자는 지연 시간을 조절한다. 지연 시간은 원하는 대로 설정될 수 있다. 이것은 0초로 설정될 수도 있다. 지연 요소(11)가 타고 나면, 다른 파이로테크닉 조성물-추진장약(13)-이 마지막에 점화된다. 결과적으로 발생하는 기체량은, 절단 요소(14)가, 이 경우 끌이, 압력을 받게 한다. 특정 값 이상의 압력에서, 전단 핀(17)이 전단되고, 그 결과 절단 요소(14)가 축 방향으로 가속된다. 절단 요소(14)는 가속으로 인해 빠른 속도로 정지부(15)에 부딪히고, 그 과정에서 상기 정지부로 침투한다. 정지부(15) 앞의 개구부를 통해 안내되고 절단될 연결부는, 여기서 단절된다.
도 2는 스프링(6)이 응력을 받고 볼(2)이 풀린 시점에서의 절단 장치(20)를 나타낸다. 도 3은 스프링(6)이 응력을 해소하고 지연 요소(11)가 점화되는 시점을 나타낸다. 다음으로 도 4는 절단될 연결부가 단절되는 시점에 따른 것이다.
도 5는 시스템에 절단 장치(20)를 장착하기 위한 변형예를 보여주고 있다.

Claims (8)

  1. 절단 장치(20)에 있어서,
    적어도 하나의 공이 홀더(1; firing-pin holder), 적어도 하나의 잠금 요소(2), 적어도 하나의 스프링(6), 적어도 하나의 공이(7; firing pin), 뇌관(9), 장약(13; charge), 절단 요소(14), 정지부(15) 및 전단 핀(17; shear pin)을 구비하고,
    상기 적어도 하나의 잠금 요소(2)는 상기 공이 홀더(1)와 상기 공이(7) 사이의 연결을 보장하는 것인, 절단 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뇌관(9)과 상기 추진장약(13) 사이에 파이로테크닉 지연 요소(11; pyrotechnic delay element)가 배열되는 것을 특징으로 하는, 절단 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 전단 핀(17)이 전면 케이싱(16)에 수용되는 것을 특징으로 하는, 절단 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단 요소(14)는 끌(chisel)인 것을 특징으로 하는, 절단 장치.
  5. 탄약으로서,
    브레이크 낙하산을 구비하는 자탄(submunition), 그리고
    상기 자탄과 상기 브레이크 낙하산 사이의 기계적 연결부를 단절시키기 위한, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 절단 장치(20)
    를 구비하고,
    상기 기계적 연결부는 상기 정지부(15) 앞의 개구부에 위치되는 것인, 탄약.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 탄약은 유인(decoy)용 타겟의 생성을 위한 탄약인 것을 특징으로 하는, 탄약.
  7. 낙하산 시스템에 있어서,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 절단 장치(20)
    를 갖고,
    상기 정지부(15) 앞의 개구부에 단절될 기계적 연결부가 위치하는 것인, 낙하산 시스템.
  8. 비이클(vehicle)에 있어서,
    기계적 연결부를 통해서 비이클 구조체(vehicle structure)에 부착되는 상부구조체(superstructure), 하부조립체(subassembly) 등과,
    제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 절단 장치(20)
    를 갖고,
    상기 정지부(15) 앞의 개구부에 단절될 기계적 연결부가 위치되는 것인, 비이클.
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