KR20210054863A - 고체 추진제 그레인, 고체 추진제 그레인 제작방법, 고체 추진제 그레인을 이용하는 발사체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고체 추진제 그레인에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 보조 추진제와, 절연제가 메인 추제를 코팅하여, 그레인 점화 시 발사관에 인가되는 가스의 압력과 온도를 발사관을 파괴되지 않는 압력과 온도로 조절 가능한 고체 추진제 그레인과, 이의 제조방법 및 이러한 제조방법을 통하여 제조된 고체 추진제 그레인이 사용되는 발사체 추진기관에 관한 것이다.

Description

고체 추진제 그레인, 고체 추진제 그레인 제작방법, 고체 추진제 그레인을 이용하는 발사체{Combustion gas recirculation device}

본 발명은 발사체에 사용되는 추진제에 특수 처리를 하여, 발사체를 발사하는 과정에서 발사관이 파손되지 않도록 제어할 수 있는 고체 추진제 그레인과, 이러한 고체 추진제 그레인을 제작하는 방법과, 고체 추진제 그레인이 사용되는 발사체에 관한 것이다.

유도무기나 무유도방식의 로켓을 군용 트럭이나 함정에서 발사하는 방식에는 크게 경사형 발사 시스템과 수직형 발사 시스템으로 나눠지게 된다. 각각의 방식의 경우 장단점이 존재하며, 기술장벽 역시 존재하기 때문에 국가별로 사용하는 발사 방식이 다르다.

경사형 발사 시스템의 경우 발사체가 탑재되어 있는 발사관 자체에 경사를 주어 발사를 하는 방식으로, 발사체 목표 도달 지점을 향해서 발사관을 조절 한 다음 발사하게 된다. 이러한 방식의 경우 개발이 용이하다는 장점이 있으나 대전차 발사체 정도의 소형 발사체에 적합하며, 이 경우 역시도 발사체의 목표 도달 지점에 따라 발사관의 방향을 전환하는데 오랜 시간이 걸린다는 단점이 있다. 또한, 발사관 자체의 개발 난이도와 제작 비용은 저렴하나 방향 전환을 위한 구동 장치의 경우 높은 제작 비용과 함께 장치를 배치하기 위해 넓은 공간이 필요하다는 점 때문에 실전배치용이나 대형 발사체에 대해서는 적합하지 않다.

수직 발사 시스템의 경우 지상에 고정된 포대가 아닌 군함이나 군용 트럭 등 제한된 공간에서 발사를 하기에 적합하고 상기 경사형 발사 시스템과는 달리 구동 장치가 필요 없기 때문에 제작비용 및 운용비용이 비교적 저렴하다는 특징으로 인해 현재 대부분의 군용 이동 설비에 해당 방식이 적용되고 있으며 연구개발 역시 활발히 진행되고 있다. 이러한 발사 시스템의 경우 냉 발사 시스템(Cold Launching system)과 열 발사 시스템(Hot Launching system)으로 구분이 된다.

열 발사 시스템의 경우 발사관은 단지 발사체가 나아가는 방향을 가이드 해 주는 역할만 하고 발사관에서의 사출은 발사체의 추진기관 자체의 추진력에 의해 진행 된다. 따라서 별도의 복잡한 기계장치가 필요하지 않고 발사관의 구조가 매우 단순해진다는 장점이 있다. 하지만 발사체가 발사관에서 완전히 빠져나갈 때 까지 발사관은 고온 고압의 연소 가스를 버텨야 하므로 높은 내구성과 내열성을 가지는 재료로 제작이 되어야 한다. 그렇기 때문에 목표 내구성을 달성하기 위해 가격이 비싸지게 되고 화염처리 및 화염 유도로 등의 추가적인 장치가 필요하여 부피가 커지게 된다는 단점이 있다. 또한 한번 고온 가스에 노출된 발사관의 경우 부품 신뢰성 문제 때문에 재사용이 거의 불가능하며 발사체와 함께 일회용으로 사용되기에 발사체 1기 발사에 소모되는 비용이 상당히 높아지게 된다.

이러한 열 발사 시스템의 단점을 보완하기 위하여 최근에는 냉 발사 시스템에 대한 연구개발이 많이 진행되고 있다. 냉 발사 시스템의 경우 발사체 내부에 공압, 화약 폭발에 의한 압력 등 발사관 내부의 추진 시스템 혹은 가스발생기를 통하여 미사일과 같은 발사체를 대포를 쏘듯이 공중으로 발사시킨 다음, 공중에서 발사체의 점화가 일어나게 한다. 일련의 과정을 구현하기 위해서 발사대의 구조가 다소 복잡해지고 유지보수가 어려워지긴 하지만 발사관을 핫 런칭과는 달리 여러번 재사용 할 수 있기에 1발의 발사체를 발사하기 위해 전체적으로 소요되는 비용의 경우 결과적으로 더 저렴해 진다는 장점이 있다. 게다가 열 발사 시스템에서 고온 고압의 가스를 방출하기 위해 장착되는 화염 통제장치가 필요없기에 저렴한 가격으로 발사관 개발이 가능하다는 점이 있다. 또한, 발사 준비시간을 열 발사 시스템에 비해서 상당히 줄일 수 있다. 열 발사 시스템의 경우 화염으로부터 장비 등을 보호하기 위한 장치들도 작동시켜야 하고 고무바퀴를 화염으로부터 보호하기 위해 덮개를 내려놓고 점화하는 등 여러 가지 보호장비를 가동하는데 시간이 더 필요하기 때문이다.

또한, 냉 발사 시스템의 경우 원통으로 공중으로 띄워 점화를 하면 적외선 방사를 줄일 수 있어 발사 직후 상대 정찰 위성 등이 적외선 감지를 통한 미사일 발사 징후 포착을 어렵게 하는 것으로 알려져 있다. 발사 직후 포착을 하면 상승단계에서부터 요격을 시도할 수 있게 된다. 공중에 떠서 점화를 하기 때문에 아무래도 화염이 바닥에 덜 부딪혀 적외선이 덜 반사되는 것으로 판단된다. 특히 원통형 냉 발사 시스템의 거치대는 나무가지가 우거진 밀림지대도 최대속도로 내달리면서도 가장 안전하게 미사일을 보호할 수 있기 때문에 은밀한 기동을 용이하게 해준다.

그러나, 공중으로 발사된 발사체가 정확한 목표지점까지 날아가기 위해서는 한 치의 오차도 없는 점화 타이밍이 연속적으로 이루어 져야 한다. 냉 발사 시스템의 발사 프로세스의 경우, 발사관 내부에서 가스가 발생하여 발사체를 밀어 올릴 때, 미사일과 같은 발사체의 노즐부분을 보호하기 위한 막이 있는데 공중에서 발사체의 점화가 이뤄지기 전에 그것을 깨뜨리는 소규모 폭발이 발생한다. 그 막이 깨진 직후 발사체가 점화되어 본격적으로 추진력을 발생시키며 비행하게 되는데, 이 점화 타이밍이 조금만 틀어지게 되어도 아래로 발사체가 추락하거나 자세가 흐트러져 목표물까지 도달 할 수 없는 상황이 되기에 정확한 컨트롤과 고도의 기술이 필요하다. 만약 발사 도중 실패를 하게 되면 발사체 혹은 미사일이 그대로 발사관 인근으로 낙하하게 되어 주위 시설물을 파괴할 수 있기 때문이다. 특히나 군함과 같은 경우, 발사 실패시 심각한 손상을 야기 하는 문제점이 있었다.

결국, 열 발사 방식은 발사 과정에서 발사관이 파손되는 문제점이 있었고, 냉 발사 방식의 경우 발사체를 제어하기 어려운 문제점이 있는 것이다.

특허문헌 1) 국내등록특허공보 제1965581호(명칭: 로켓용 추진제 그레인 및 그 제조 방법, 공개일: 2019.03.29)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 열 발사 과정에서 발사체 추진기관에서 분출되는 고온 고압 가스에 의해 발사관이 파손되는 것을 방지할 수 있는 고체 추진제 그레인을 제공하는 것이다.

또한, 이러한 고체 추진제 그레인을 보다 효율적으로 제작할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

그리고, 이러한 방법을 통하여 제작된 고체 추진제 그레인이 적용될 수 있는 추진기관을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 고체 추진제 그레인은, 메인 추진제(100); 및 상기 메인 추진제(100)를 코팅하며 연소 시 발생하는 가스의 양 및 온도가 상기 메인 추진제(100)이하인 보조 추진제(200);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200) 사이에 코팅되는 절연제(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 추진제(100)는 구형으로 이루어지고, 상기 보조 추진제(200)는 상기 메인 추진제(100)의 외주면에 코팅되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 추진제(100)는 중앙에 점화부가 위치되는 점화 홀(110)이 형성되고, 상기 보조 추진제(200)는 상기 점화 홀(110)을 형성하는 상기 메인 추진제(100)의 내주면을 코팅하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 추진제(200)와 상기 메인 추진제(100)는 서로 직접 접하는 접촉영역(C)을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)는 액상의 상태에서 대상의 표면을 따라 흘려보내는 방식으로 도포되는 것을 특징으로 한다.

또한, 액상을 대상의 표면을 따라 흘려 보내는 상기 방식을 통해 형성되는 상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)의 두께는 도포되는 대상의 표면이 구형인 경우 하기 수학식 1에 의해 결정되고, 다른 형상인 경우 하기 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 점화부는 길이방향으로 연장 형성된 상기 점화 홀(110)의 일측에 위치되고, 상기 직접 접촉 영역(A)은 상기 점화 홀(110)의 길이방향 타측에 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 추진제(100)는 상기 보조 추진제(200)가 위치되는 두께방향 일측으로 돌출되는 돌기(120)가 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200)는 산화제와, 연료와, 바인더가 혼합되어 이루어지며, 상기 메인 추진제(100)가 상기 보조 추진제(200)보다 바인더 비율이 낮은 것을 특징으로 한다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 고체 추진제 그레인을 제작하는 방법은, 점화 홀(110)이 형성된 메인 추진제(100)를 형성하는 메인 추진제 제작단계(S100); 상기 점화 홀(110)에 대응되는 제1 삽입 홀(410)이 형성된 제1 보호 플레이트(400)를 상기 점화 홀(110)과 상기 제1 삽입 홀(410)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제1 보호단계(S200); 상기 점화 홀(110)로 액상의 절연제(300)를 흘려넣어 점화 홀(110)을 절연제(300)로 코팅하는 절연제 코팅단계(S300); 상기 절연제(300)가 코팅되며 직경이 좁아진 상기 점화 홀(110)에 대응되는 제2 삽입 홀(520) 형성된 제2 보호 플레이트(500)를 상기 절연제(300)가 코팅된 상기 점화 홀(110)과 상기 제2 삽입 홀(520)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제2 보호단계(S400); 및 상기 절연제(300)로 코팅된 점화 홀(110)로 액상의 보조 추진제(200)를 흘려넣어 상기 절연제(300)의 내주면을 보조 추진제(200)로 코팅하는 보조 추진제 코팅단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 메인 추진제(100)는 상기 메인 추진제 제작단계(S100)에서 중앙에 상기점화 홀(110)이 형성된 원통 형상으로 제작되고, 상기 제1 보호단계(S200)와 상기 제2 보호단계(S400)에서 상기 제1 보호 플레이트(400)와 상기 제2 보호 플레이트(500)는 상기 메인 추진제(100)의 길이방향 일측과 타측에 모두 밀착배치 되는 것을 특징으로 한다.

또한, 위의 방법으로 제작된 고체 추진제 그레인이 사용되는 발사체 추진기관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명인 고체 추진제 그레인은 메인 추진제의 표면에 메인 추진제와 비교하여 연소 시 발생시키는 추력 및 연소 온도가 낮은 보조 추진제가 코팅되어, 발사체가 발사관에서 벗어나는 초기 발사 과정에서 발사관에 인가되는 가스의 추력과 온도를 발사관을 파손시키지 않게 조절 가능한 장점이 있다.

즉, 열 발사 시스템을 이용하여 발사체를 발사 시 발사관이 파손되어 발사관을 일회용으로 사용하여야 했던 종래의 문제점을 해소 가능한 것이다.

또한, 코팅되는 보조 추진제 및 절연제의 두께를 조절하는 간단한 방식으로 그레인 점화 시 발사체가 발사관에서 벗어나기 까지 연소되는 추진제의 양을 조절 가능하므로 장점이 있다.

그리고, 수학식1과, 수학식 2를 통하여 메인 추진제 표면에 코팅되는 보조 추진제 및 절연제의 두께를 정확하게 조절 가능하므로, 추진제가 연소되는 시점 및 양 조절을 통해 발사체의 비행이 보다 정밀하게 이루어지는 장점이 있다.

아울러, 메인 추진제와 보조 추진제의 일부가 서로 직접 접하게 되어 그레인을 구성하고 있는 보조 추진제와 메인 추진제가 보다 안정적으로 순차 점화 가능한 장점이 있다.

또한, 보조 추진제와 절연제를 액상의 상태에서 표면을 따라 흘려 보내는 방식으로 도포하므로, 보다 얇은 형태로 보조 추진제와 절연제 층을 형성가능한 장점이 있다.

도 1은 발사체의 발사 과정을 설명하기 위한 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인의 사시도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인의 다면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인이 수납된 발사체 추진기관의 내부 구조도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고체 추진제 그레인의 단면도.
도 6은 고체 추진제 그레인 연소 시 추진기관에서 나타나는 추력 프로파일 그래프.
도 7은 고체 추진제 그레인 연소 시 추진기관에서 측정되는 내압 변화 그래프.
도 8은 고체 추진제 그레인 연소 시 추진기관에서 측정되는 온도 변화 그래프.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고체 추진체 그레인의 단면도.
도 10은 본 발명에 따른 고체 추진체 그레인을 제작하는 방법을 나타낸 순서도.
도 11은 고체추진제 그레인 제작방법을 설명하기 위한 개념도.

본 발명의 실시예들에 대한 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 고체 추진제 그레인과, 이의 제작방법과, 고체 추진제 그레인이 사용되는 추진기관에 관하여 설명하도록 한다.

일반적으로 발사체는 발사관에 수납된 상태에서 그레인이 점화되어 그레인이 점화되며 방출되는 가스의 추력에 의해 발사관을 벗어난 후 목적된 위치로 이동하게 되지만, 본 발명인 고체 추진제 그레인이 사용되는 발사체의 발사단계는 발사관이 발사체가 발사되는 과정에서 인가되는 고온 고압의 가스에 의해 파손되는 것을 방지하기 위하여 도 1에 도시된 바와 같이 발사관(10)에 발사체(20)가 수납된 상태로 보관되는 발사 준비단계(a)와, 발사체(20)가 발사관(10)을 벗어날 정도의 추력만 획득하도록 그레인을 점화시키는 초기 점화단계(b)와, 발사체(20)가 발사관(10)을 벗어나는 재점화 준비단계(c)와, 발사체(20)가 재점화 되며 목표지점까지 도달하기 위한 추력을 획득하는 메인 점화단계(d)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상세히 설명하면 본 발명은 발사 과정에서 발사관이 파손되는 것을 방지하기 위하여, 발사체(20) 내부에 수납되는 그레인의 구조를 변경함으로써, 발사 준비단계(a), 초기 점화단계(b), 재점화 준비단계(c), 메인 점화단계(d) 과정에서 필요한 추력 조절이, 그레인의 특정 구조에 의해 이루어지게 한 것이다.

도 2에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)의 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)의 단면도가 도시되어 있고, 도 4에는 고체 추진제 그레인(1000)이 수납된 발사체 추진기관의 내부 구조를 도시하고 있다.

도 2를 참조하면 본 발명의 제1 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)은 메인 추진제(100)와, 상기 메인 추진제(100)를 코팅하여 연소 시 발생하는 가스의 양 및 온도가 상기 메인 추진제(100) 이하인 보조 추진제(200)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상세히 설명하면, 위에서 설명한 바와 같이 상기 초기 점화단계(b)에서 고체 추진제 그레인이 점화되며 발생시키는 가스의 양 및 연소 온도가 일정 이상일 경우 가스를 통해 전달되는 추력 및 열 에너지에 의해 발사관이 파손되는 문제점이 있으므로, 발사체가 지정된 목표지점가지 이동하는 추력을 얻기 위해 사용되는 메인 추진제(100)보다 발생시키는 가스의 양 및 온도가 낮은 보조 추진제를 도 3에 도시된 바와 같이 점화되는 메인 추진제의 내주면에 코팅하여, 초기 점화 시 보조 추진제(200)가 선 점화된 후 메인 추진제(100)가 점화되게 함으로써, 발사체 발사 과정에서 발사관이 파손되는 것을 방지 한 것이다.

다시한번 설명하면, 고체 추진제 그레인(1000)이 수납되는 발사체의 추진기관(30)은 도 4에 도시된 바와 같이, 외곽에 배치되며 내부에 수납 공간이 형성되는 챔버(31)와, 챔버 내부에 수납되는 그레인(1000)과, 그레인을 연소시키는 점화부(32)와, 그레인(1000)이 연소되며 발생한 기체가 외부로 방출되는 노즐(33)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 점화부(32)를 이용하여 그레인(1000) 점화 시 점화부와 인접한 추진제가 먼저 연소된 후, 이와 인접한 다른 추진제가 연소되게 되므로, 본 발명에서는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 메인 추진제(100)의 표면을 메인 추진제(100)와 비교하여 연소 시 발생시키는 가스의 양 및 온도가 낮은 보조 추진제(200)로 코팅하여, 상기 초기 점화단계(b)에서 보조 추진제(200)가 연소되고, 메인 점화단계(d)에서 메인 추진제(100)가 연소되게 하여, 상기 초기 점화단계(b)에서 추진체에서 방출되는 가스에 의해 발사관이 파손되지 않도록 한 것이다.

도 5에는 제2 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)의 단면도가 도시되어 있고, 도 6 내지 도 8에는 에는 제2 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000) 연소 시 추진기관에서 나타나는 추력 프로파일 그래프와, 내압 변화 그래프와, 온도 변화 그래프가 도시되어 있다.

도 5를 참조하면 제2 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)은 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200) 사이에 절연제(300)가 위치될 수 있다. 상세히 설명하면, 상기 초기 점화단계(b)에서 고체 추진제 그레인(1000)을 발사체가 발사관을 벗어날 수 있을 정도로만 짧은시간 점화시킬 경우, 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200)의 성분을 동일하게 하여도 발사관이 연소가스에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 본 발명에서는 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200) 사이에 보조 추진제(200) 연소 후 메인 추진제(100)가 이어서 연속적으로 연소되는 것을 지연시킬 수 있는 절연제(300)를 위치시켜 준 것이다.

따라서, 고체 추진제 그레인(1000)은 보조 추진제(200), 절연제(300), 메인 추진제(100) 순으로 연소되기 때문에, 절연제(300)가 연소되는 시점에서 연소가스가 발생하지 않으므로, 발사관에 고온 고압의 연소가스가 인가되는 시간을 최소화 할 수 있으며, 이러한 효과는 도 6 내지 도 8의 그래프를 통하여 확인할 수 있다. 상세히 설명하면 고체 추진제 그레인(1000)을 메인 추진제(100)와, 절연제(300)와, 보조 추진제(200)로 형성 시, 도 6의 추진기관의 추력 프로파일 그래프에 도시된 바와 같이, 초기 점화단계(b)에서 보조 추진제(200)가 연소되며 약 1200N의 추력을 가지게 되고, 이후 절연제(300)가 연소되는 재점화 준비단계(c)에서 추력이 일정시간 동안 낮아진 후, 메인 추진제(100)가 연소되는 메인 점화단계(d)에서 다시 약 1700N을 가지게 되는 것이다. 그리고, 이러한 점화 순서에 따라 도 7에 도시된 바와 같이 추진기관의 내압 또한 추력과 동일한 패턴의 압력 변화를 가지게 되며, 추진기관 내부의 챔버 온도 또한 도 8에 도시된 바와 같이 초기 점화단계(b)에서 약 1500K 까지 온도가 상승하고, 상기 재점화 준비단계(c)에서 온도가 낮아진 후, 다시 상기 메인 점화단계(d)에서 온도가 높아지는 패턴을 가지게 됨은 물론이며, 이러한 추진기관에서 측정되는 추력, 내압, 온도 변화를 통하여 보조 추진제(200)와 메인 추진제(100) 사이에 절연제를 코팅하여 줌으로써, 고온 고압의 연소가스가 발사관에 인가되는 시간을 최소화 가능하므로, 발사체 발사 관정에서 발사관 파손을 최소화 가능함을 알 수 있다.

그리고, 상기 보조 추진제(200)와 상기 메인 추진제(100)는 서로 직접 접하는 접촉영역(C)을 가지는 것을 권장한다. 상세히 설명하면, 상기 보조 추진제(200)와 상기 메인 추진제(100) 사이에 절연제(300)를 위치시킬 경우 절연제(300)가 연소되지 않을 시 보조 추진제(200)가 연소되며 발생한 열이 메인 추진제(100)를 점화 시키니 못하여 발사체의 추진이 잘 이루어지지 않는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이 메인 추진제(100)와 보조 추진제(200)가 일부 서로 직접 접하도록 하여 이러한 문제점을 해결 한 것이다.

도 9에는 제 3 실시예에 따른 고체 추진제 그레인(1000)의 단면도가 도시되어 있다.

도 9를 참조하면, 상기 고체 추진제 그레인(1000)은 상기 메인 추진제(100)에 상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)가 위치되는 두께방향 일측으로 돌출되는 돌기(120)가 형성될 수 있다. 상세히 설명하면 메인 추진제(100)의 표면에 상기 절연제(300)와 상기 보조 추진제(200)를 순차 코팅 시 위에서 설명한 바와 같이 절연제(300)에 의해 연소가 순차적으로 이루어지지 않을 수 있으므로, 상기 돌기(120)를 통해 접촉 표면적을 넓혀 연소가 순차적으로 이루어질 수 있게 한 것이다.

아울러, 이러한 고체 추진제 그레인은 다양한 형상을 가질 수 있으며 일 실시예로는 도면에 도시된 바와 같이 상기 메인 추진제(100)가 중앙에 점화부가 위치되는 점화 홀(110)이 형성되고, 상기 보조 추진제(200)는 상기 점화 홀(110)을 형성하는 상기 메인 추진제(100)의 내주면을 코팅하는 구조일 수 있으, 또 다른 실시예로는 메인 추진제(100)가 구형으로 이루어지고, 보조 추진제(200)가 메인 추진제(100)의 외주면에 코팅되는 구조일 수 있으며, 이 외에도 점화 홀(110)의 일측이 폐쇄된 원기둥 형상의 구조를 가질수도 있음은 물론이다.

그리고, 상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)의 코팅은 액상의 상태에서 대상의 표면을 따라 액상의 보조 추진제(200)와 액상의 절연제(300)를 흘려보내는 방식으로 이루어지며, 흘려 보내는 방식을 통해 코팅되는 보조 추진제(200)와 절연제(300)의 두께는 도포되는 대상의 표면이 구형인 경우 하기 수학식 1에 의해 결정되고, 다른 형상인 경우 하기 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 초기 점화단계(b)가 유지되는 시간은 상기 보조 추진제(200)의 코팅 두께에 의해 결정되고, 상기 재점화 준비단계(c)가 지속되는 시간은 상기 절연제(300)의 두께에 의해 결정되므로 본 발명에서는 상기 수학식 1과, 수학식 2를 통해 보다 정밀하게 보조 추진제(200)와 절연제(300)의 두께를 조절할 수 있게 한 것이다.

아울러, 상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200)는 메인 추진제(100)와 보조 추진제(200) 사이에 절연제(300)가 위치될 경우 서로 동일한 성분으로 형성될 수 있으나, 발사관의 손상되는 것을 최소화 하기 위하여 보조 추진제(200)가 메인 추진제(100)보다 연소 시 방출하는 가스의 온도 및 양이 적은 것을 권장하며, 이러한 조건을 구현하기 위하여 보조 추진제(200)의 경우 메인 추진제(100)보다 바인더 및 첨가제의 비율이 높게 이루어지는 것을 권장한다.

상세히 설명하면, 메인 추진제(100)와 보조 추진제(200)는 산화제와, 금속분말 연료와, 바인더와, 첨가물로 이루어지며, 이때 산화제는 AP, AN과 같은 일반적인 고체로켓에 사용되는 산화제를 포함하고, 금속분말 연료는 알루미늄, 보론, 마그네슘 등과 같은 고체로켓에 사용되는 금속 분말을 포함하고, 바인더는 HTPB, 에폭시, PE와 같은 열가소성 혹은 경화성을 나타내는 바인더를 포함하며, 첨가물은 가소제와 같은 상화제, 금속분말 연료, 바인더를 제외한 추가적인 배합제료를 포함한다.

이때, 추진제가 연소되며 발생하는 가스의 양과 압력은 배합되는 산화제와 금속분말 연료에 의해 결정되므로, 보조 추진제의 경우 배합되는 산화제와 금속분말 연료의 양을 메인 추진제보다 적게하여 준 것이다.

도 10에는 본 발명인 본 발명인 고체추진제 그레인을 제작하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있고, 도 11에는 고체추진제 그레인 제작방법을 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.

도 10을 참조하면 고체 추진제 그레인 제작 방법은 점 화 홀(110)이 형성된 메인 추진제(100)를 형성하는 메인 추진제 제작단계(S100)와, 상기 점화 홀(110)에 대응되는 제1 삽입 홀(410)이 형성된 제1 보호 플레이트(400)를 상기 점화 홀(110)과 상기 제1 삽입 홀(410)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제1 보호단계(S200)와, 상기 점화 홀(110)로 액상의 절연제(300)를 흘려넣어 점화 홀(110)을 절연제(300)로 코팅하는 절연제 코팅단계(S300)와, 상기 절연제(300)가 코팅되며 직경이 좁항진 상기 점화 홀(110)에 대응되는 제2 삽입 홀(510)이 형성된 제2 보호 플레이트(500)를 상기 절연제(300)가 코팅도니 상기 점화 홀(110)과 상기 제2 삽입 홀(510)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제2 보호단계(S400)와, 상기 절연제(300)로 코팅된 점화 홀(110)로 액상의 보조 추진제(200)를 흘려넣어 상기 절연제(300)의 내주면을 보조 추진제(200)로 코팅하는 보조 추진제 코팅단계(S500)를 포함할 수 있다.

상세히 설명하면, 상기 메인 추진제 제작단계(S100)에서 주조와 같은 다양한 방법을 이용하여 상기 메인 추진제(100)를 형성하고, 상기 제1 보호단계(S200)에서 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 원통 형상의 상기 메인 추진제(100)의 길이방향 양측에 제1 보호 플레이트(400)를 밀착시켜, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 절연제 코팅단계(S300)에서 점화 홀(110)에 액상의 절연제(300)를 흘려 넣는 단계에서 절연제(300)가 메인 추진제(100)의 길이방향 일측과 타측면을 코팅하는 것을 방지하고, 상기 제2 보호단계(S400)에서 다시 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 절연제(300)가 코팅되며 직경이 좁아진 사이 점화 홀(110)에 대응되는 제2 삽입 홀(510)을 가지는 제2 보호 플레이트(500)를 절연제(300)가 내주면에 코팅된 메인 추진제(100)의 길이방향 양측면에 결합시킨 후, 상기 보조 추진제 코팅단계(S00)에서 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이 액상의 보조 추진제(200)를 절연제(300)가 코팅된 점화 홀(110)로 흘려넣어 절연제(300)의 내주면을 보조 추진제(200)로 코팅하여 준 것이다.

이때, 상기 제1 보호 플레이트(400)와 상기 제2 보호 플레이트(500)는 코팅 당시의 상기 점화 홀(110)과 동일한 크기의 삽입 홀이 형성되어야 하고, 보조 추진제(200)와 절연제(300)가 표면에 부착되는 것을 최소화하기 위하여 아크릴 재질로 제작되는 것을 권장한다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

A : 직접 접촉 영역
100 : 메인 추진제 110 : 점화 홀
120 : 돌기
200 : 보조 추진제
300 : 절연제
400 : 제1 보호 플레이트 410 : 제1 삽입 홀
500 : 제2 보호 플레이트 520 : 제2 삽입 홀

Claims (12)

1. 메인 추진제(100); 및
   상기 메인 추진제(100)를 코팅하며 연소 시 발생하는 가스의 양 및 온도가 상기 메인 추진제(100)이하인 보조 추진제(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200) 사이에 코팅되는 절연제(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 메인 추진제(100)는 구형으로 이루어지고, 상기 보조 추진제(200)는 상기 메인 추진제(100)의 외주면에 코팅되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 메인 추진제(100)는 중앙에 점화부가 위치되는 점화 홀(110)이 형성되고, 상기 보조 추진제(200)는 상기 점화 홀(110)을 형성하는 상기 메인 추진제(100)의 내주면을 코팅하는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 보조 추진제(200)와 상기 메인 추진제(100)는 서로 직접 접하는 접촉영역(C)을 가지는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
6. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
   상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)는 액상의 상태에서 대상의 표면을 따라 흘려 보내는 방식으로 도포되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
7. 제 6항에 있어서,
   액상을 대상의 표면을 따라 흘려 보내는 상기 방식을 통해 형성되는 상기 보조 추진제(200)와 상기 절연제(300)의 두께는 도포되는 대상의 표면이 구형인 경우 하기 수학식 1에 의해 결정되고, 다른 형상인 경우 하기 수학식 2에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
   

   

   
   
8. 제 4항에 있어서,
   상기 점화부는 길이방향으로 연장 형성된 상기 점화 홀(110)의 일측에 위치되고, 상기 직접 접촉 영역(A)은 상기 점화 홀(110)의 길이방향 타측에 위치되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
   
9. 제 3항 또는 제 4항에 있어서
   상기 메인 추진제(100)는 상기 보조 추진제(200)가 위치되는 두께방향 일측으로 돌출되는 돌기(120)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레임.
   
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 메인 추진제(100)와 상기 보조 추진제(200)는 산화제와, 연료와, 바인더가 혼합되어 이루어지며, 상기 메인 추진제(100)가 상기 보조 추진제(200)보다 바인더 비율이 낮은 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인.
    
11. 점화 홀(110)이 형성된 메인 추진제(100)를 형성하는 메인 추진제 제작단계(S100);
    상기 점화 홀(110)에 대응되는 제1 삽입 홀(410)이 형성된 제1 보호 플레이트(400)를 상기 점화 홀(110)과 상기 제1 삽입 홀(410)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제1 보호단계(S200);
    상기 점화 홀(110)로 액상의 절연제(300)를 흘려넣어 점화 홀(110)을 절연제(300)로 코팅하는 절연제 코팅단계(S300);
    상기 절연제(300)가 코팅되며 직경이 좁아진 상기 점화 홀(110)에 대응되는 제2 삽입 홀(510) 형성된 제2 보호 플레이트(500)를 상기 절연제(300)가 코팅된 상기 점화 홀(110)과 상기 제2 삽입 홀(510)이 서로 연통되도록 상기 메인 추진제(100)에 밀착시키는 제2 보호단계(S400); 및
    상기 절연제(300)로 코팅된 점화 홀(110)로 액상의 보조 추진제(200)를 흘려넣어 상기 절연제(300)의 내주면을 보조 추진제(200)로 코팅하는 보조 추진제 코팅단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인 제작방법.
    
12. 제 11항에 있어서,
    상기 메인 추진제(100)는 상기 메인 추진제 제작단계(S100)에서 중앙에 상기점화 홀(110)이 형성된 원통 형상으로 제작되고,
    상기 제1 보호단계(S200)와 상기 제2 보호단계(S400)에서 상기 제1 보호 플레이트(400)와 상기 제2 보호 플레이트(500)는 상기 메인 추진제(100)의 길이방향 일측과 타측에 모두 밀착배치 되는 것을 특징으로 하는, 고체 추진제 그레인 제작방법.
    

Images