KR870000749B1 - 수중 운반체용 추진장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수중 운반체용 추진장치

제1도는 본 발명에 따른 장치의 일예의 개략도,

제2도는 제1도 장치의 단부도,

제3도는 본 발명 장치가 설치된 대잠수함 무기의 일 특정 형태의 단면도,

제4도는 본 발명에 따른 다른 예의 장치가 설치된 대잠수함 무기의 다른 형태의 단면도,

제5도는 본 발명의 추진 장치를 이용한 대잠수함 무기의 초기 작동 모우드를 나타낸 그래프,

제6도는 본 발명을 이용한 대잠수함 무기의 속도 프로필(profile)을 나타낸 그래프,

제7도는 본 발명이 대잠수함 무기에 사용되는 예를 나타낸 개략도이다.

본 발명은 수중운반체(underwater vehicles)용 추진 장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 체임버를 물로 채우고 그 체임버로부터 하나 이상의 물분사노즐을 통하여 고속으로 물을 분출시키는 것을 반복하여 연속적인 추진력 펄스들을 발생시키도록 설계된 수중 운반체용 추진 장치에 관한 것이다.

지상 로켓트 추진 시스템과 유사한 원리로 작동하는 수종 추진력 발생기에 의해 운반체를 추진시키기 위한 추진력을 발생시키는 각종 시도가 종래 행하여져 왔다.

그러한 시도들 중 대부분은, 물분사 추진 장치가 수면에 밀접히 위치될 필요가 있는 선박과 같은 하이브리드(hybrid)시스템용으로 설계되어 있다. 또한 몇몇 종래 기술은 램(ram) 제트 효과를 발생시키기 위해 매우 높은 수중 또는 수상 속도를 요한다.

현존 대잠수함 무기시스템의 가장 유효한 이용도를 저해하는 문제를 발생시키는 지역인 비교적 얕은 수중에 있는 잠수함을 파괴하기 위한 신형의 자체 추진식 대잠수함 무기를 설계하는 데 있어서, 효과적인 수중 음파탐지 및 추적 시스템의 필요에 부합하도록 속도를 주기적으로 감속시키면서 적당한 평균 속도로 무기를 추진시키기 위해 특정 형태의 수중 추진 시스템이 요구된다. 본 발명은 그러한 요구를 충족시킨다. 전술한 종래 기술은 그러한 요구를 충족시킬 수 없는데, 이는 종래의 추진력 발생기가 지상 운반체를 요하거나 또는 과도하고 일정한 고속을 요하기 때문이다.

본 발명은, 하우징 ; 그 하우징의 후단부에 가까이 하우징내에 설치된 체임버 ; 그 체임버로 부터 후방으로 물을 분출시키는 물분사 노즐 ; 주기적으로 체임버에 해수를 채운 다음, 무기를 추진시키기 위한 추진력을 발생시키기 위해 상당한 힘으로 그 해수를 상기 노즐을 통하여 분출시키기 위한 수단으로 이루어진 수면 또는 수중 표적에 대하여 수중에서 작동하도록 설계된 무기용의 하이드로펄스(hydropulse) 추진 장치를 제공한다.

간단히 말하면, 본 발명에 따른 특정예들의 추진 장치는 체임버 ; 그 체임버와 통하여 있고, 운반체를 추진시키기 위한 추진력을 발생시키기 위해 물을 분사하도록 운반체의 후방으로 향하여 있는 노즐 ; 체임버에 물을 주기적으로 채우기 위한 개폐 장치를 구비한 수구(水口) ; 노즐을 통하여 체임버로부터 물을 분출시키기 위해 체임버와 통하여 있는 다수의 가스 발생기들로 구성되어 있다. 본 발명에 따른 일 특정예에서, 수구 밸브는, 그 밸브가 이전의 하이드로펄스가 끝날 무렵에 바이어스(bias) 스프링에 의해 개방되고, 다음번의 하이드로 펄스를 발생시키기 위해 가스 발생기의 점화시 수구를 폐쇄하도록 닫히는 작동을 자동적으로 행하는 스프링 작동 부재를 가지고 있다. 본 발명에 따른 다른 예에서는, 그 수구 밸브는 솔레노이드 작동식이고, 잠수함과 같은 수중 표적을 추적하기 위해 음향 탐지장치를 유효하게 사용할 수 있도록 충분히 낮은 속도로 운반체가 코우스팅(coasting)(관성항행)하도록 가스 발생기들의 점화에 대한 제어적인 순서로 작동한다.

본 발명에 따른 일 특정예에서, 하이드로펄스 추진 모우터의 체임버는, 표적 부근까지의 무기 운반체의 대기 비행중에 이미 점화된 로켓트 모우터에 의해 사용되는 체임버와 동일 체임버이다. 표적 탐지 능력의 한계에 따라 추진 시스템의 항속 거리를 제한하기 위해 한정된 수의 가스 발생기가 설치되어 있다.

본 발명의 양호한 이해를 위해, 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 특정 실시예들을 이하 상세히 설명한다.

제1 및 2도는 본 발명에 따른 하이드로펄스 모우터(10)의 일 특정예를 개략적으로 나타낸다. 그 모우터(10)는 체임버(11), 노즐(12), 수구(13) 및 가스 발생기(14)로 구성된 것으로 도시되어 있다. 수구(13) 각각에는 그 수구를 개폐하기 위한 밸브(1 5)가 설치되어 있다. 밸브(15)들은 바이어스 스프링(16)에 의해 개방 위치 쪽으로 각각 바이어스 되어 있다. 각 가스 발생기(14)는 통로(17)에 의해 체임버(11)에 연결되어 있다. 전기 도선(18)이 대잠수함 무기의 하이드로펄스 모우터의 작동 모우드에 따라 선택된 시간 간격으로 가스 발생기들을 연속적으로 점화시키기 위해 가스 발생기(14)로 부터 그의 제어 시스템(제1도에 도시안됨)까지 연장하여 있다.

작동에 있어서, 하이드로펄스 모우터(10)를 내장한 대잠수함 무기의 수중 잠입후(제7도 참조), 체임버(11)에 수구(13)를 통해 물이 채워진다. 그후, 가스 발생기들 (14) 중 첫번째 것이 점화되어 체임버(11) 내에 높은 압력을 발생시키고, 그 압력에 의해 밸브(15)가 수구(13)를 폐쇄시킴과 동시에 그 체임버(11)로 부터 후방으로 배출 노즐(12)을 통하여 큰 힘으로 물이 분출되어 운반체를 추진시키는 큰 추진력을 발생시킨다.

점화된 특정 가스 발생기의 연소 후, 체임버(11)내의 압력은 배출 노즐(12)을 통한 물의 배출에 따라 감소한다. 그 압력이 수구(13)내의 수압과 평형에 가깝게 된때, 스프링(16)이 밸브(15)를 개방시키고, 관성항행하는 무기 운반체의 전진 운동으로 체임버(11)가 다시 물로 채워지게 된다. 그후, 운반체 속도와 ; 표적속도, 수중 음파탐지 및 추적 시스템의 파라메터등과 관련될 수 있는 다른 인자들에 따라 제어 시스템(제3 및 4도의 신호 처리기(81)에 의해 결정되는 바와 같은 미리 선택된 시점에서, 다음번의 가스 발생기(14)가 점화되어, 밸브(15)의 폐쇄 및 노즐(12)을 통한 물의 배출을 반복하여 운반체를 다시 가속시키는 추진력을 발생시킨다.

제3도는 본 발명의 장치가 설치된 대잠수함 무기의 일 특정 형태를 개략적으로 도시한 도면이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 무기(19)는 일반적으로는 4개의 주요 부분들, 즉, 트랜스듀서(transducer)와 트랜시버(transceiver)가 설치된 전방부분(30), 탄두(32), 추진 시스템(34), 방향 제어 시스템(36)으로 나누어져 있다. 전방 부분(30)에는 노우즈(nose)에 설치된 모자이크(mosaic) 배열의 음향 트랜스듀서(40)와, 능동적 고성능 모노펄스(monopulse) 추적 시스템을 구성하는 송신기 및 수신기가 설치되어 있다. 송신기, 수신기 및 탄두용 접촉 신관은 트랜스듀서(40) 뒤의 블록(block)(42)내에 설치되어 있다.

탄두(32)의 탄두 실내에는 바람직하게는 150-250 파운드(약 68-약 113.4㎏)의 폭약이 채워져있고, 탄두의 후미에 안전 보호된 뇌관(44)이 설치되어 있다. 신관에의 연결을 위해 뇌관(34)으로 부터 노우즈까지 연장하여 있는 도선을 위한 튜브(도시안됨)가 설치되어 있다.

이 특정예의 본 발명의 추진 시스템(34)은 2중 목적을 갖는다. 그 추진 시스템의 주요 구성요소는 하우징(48)에 의해 둘러싸인 체임버(46)이다. 로켓트 추진을 위해, 그 체임버(46)는 하나 이상의 구획된 입자 연소 유니트들(50)과 다수의 가스 분사 노즐(52)을 가지고 있다. 그 로켓트 추진 시스템은 선상 발사대로부터 표적 부근에서의 수중 잠입전까지 무기(19)를 구동시키도록 작용한다. 연소 유니트들(50)은 무기(19)가 수중으로 들어갈 때까지 완전히 소모된다. 이 시점에서, 가스 분사 노즐(52)이 회전판(54)에 의해 폐쇄된다. 그 회전판(54)은 가스 분사 노즐(52)의 개구부들과 일치하는 다수의 구멍들을 가지고 있다. 그 회전판(54)은 그의 구멍들이 평기어(spur gear) 장치(56)와 전기 모우터(58)에 의해 가스 노즐 개구부들과 일치하지 않게 될때까지 회전된다. 그리하여 가스 분사 노즐(52)이 폐쇄되어 물 분사 노즐(60)만이 체임버(46)의 후단부에서 개방되어 있게 한다.

수중에서의 추진을 위해서, 체임버(46)는 물로 채워지고, 그후 가스 발생기가 점화되어 물을 노즐(60)을 통해 외부로 배출시켜 추진력의 하이드로펄스를 발생시킨다. 해수는 도입 통로들(62)과 밸브들(64)을 통해 체임버(46)로 들어간다, 그 밸브들 (64)은 솔레노이드(66)와 링크 장치(68)에 의해 제어된다. 튜브(72)를 통해 체임버 (46)와 통하여 있는 다수의 가스 발생기(70)는 무기(19)의 종축 주위에서 일정 간격으로 떨어져 원주 방향으로 배치되어 있고 연속적으로 점화되어 일련의 하이드로펄스를 발생시켜 수중에서 무기(19)를 추진시킨다.

체임버(46)와 탄두(32) 사이 지역의 측부에 다수의 음향 트랜스듀서(80)가 설치되어 있고, 그 음향 트랜스듀서는 잠수함 표적을 초기에 알아내는 데 사용된다. 또한, 그 체임버와 탄두 사이 상기 지역에는 1차 전지(primary battery) 및 신호 처리기(81)가 중앙 블록(82)내에 설치되어 있다.

후방 부분 (36)에는, 조향 날개(90), 작동장치(92) 및 블록(94)내에 장치된 전자 제어장치 및 관련 시스템들로 이루어진 운반체 조향 시스템이 설치되어 있다.

본 발명의 다른 예가 제4도에 도시되어 있다.

제4도의 무기(19A)는 헤리콥터 또는 다른 ASW(대잠수함) 항공기로 부터 공중 투하되도록 특별히 설계된 것이며, 따라서 제3도의 무기의 로켓트 추진 모우터를 요하지 않는다. 이 무기(19A)는 제3도의 무기(19)와 기본적으로는 유사하지만, 주요 차이는 체임버(46A)내에 로켓트 추진 시스템이 설치되어 있지 않다는 것이다. 그 체임버(46A)에는 해수 분사를 위한 단일의 배출 노즐(60A)가 설치되어 있고 그 해수는 제3도의 무기(19)의 추진 시스템(34)의 하이드로펄스 부분과 동일한 방식으로 가스 발생기들(70)에 의해 체임버(46A)에서 배출된다. 무기 속도가 소정 수준까지 떨어지고 체임버(46A)가 물로 찬것이 속도 감지기 (83)와 플로우트(float)(84)에 의해 탐지될 때마다 가스 발생기들(70)은 중앙 블록(82)내의 신호 처리기(81)에 의해 제어되는 간격으로 순서적으로 점화한다.

제5도는 처음 물 속으로 들어간 때의 무기의 하이드로펄스 추진 시스템의 전형적인 초기 작동을 도시한 그래프이다. 제5도는 초당 590ft(590fps)(약 179.8m/초) 속도와 53도의 대표적인 진입각을 가지고 수중으로 진입하기 시작하는 무기의 진로를 나타낸다. 수중으로 진입한 후 0.5초내에 속도는 76fps(약 23.2m/초)까지 떨어졌고, 진입 1초 후에 40fps(약 12.2m/초)까지 떨어졌으며 그때 무기 주위의 기포 공동이 붕괴하여 음향 트랜스듀서와 물의 접촉이 이루어진다. 다음 2초 동안, 잠수함 표적의 방향이 측면에 장착된 트랜스듀서(80)에 의해 탐지되고, 그 체임버가 물로 채워진다. 그후에, 첫번째 가스 발생기(70)가 점화되어 첫번째 하이드로펄스를 발생한다. 첫번째 하이드로펄스 다음, 운반체는 관성항행하고 유도 정보를 수신하며, 이 동안에 체임버가 다시 해수로 채워진다. 그후, 두번째 가스 발생기가 점화되어 두번째 하이드로펄스를 발생시켜 다시 운반체를 가속시키고 잠수함을 향해 추진시킨다. 잠수함이 파괴되거나 가스 발생기들이 소모될 때까지 상기 과정이 반복되며, 운반체는 유도정보를 받으면서 관성항행하는 것과 표적을 향해 추진되는 것을 교대적으로 행한다.

제6도는 무기의 속도 프로필(profile)을 나타내는 그래프이다. 이 그래프에서, 속도는 연속적인 하이드로펄스들에서 대략 35-70fps(약 10.7-21.3m/초) 사이에서 변하며, 평균 속도는 대략 51fps(약 15.5m/초) 즉 30노트임을 알 수 있다. 이것은 특히 얕은 수중 조건에서 대부분의 잠수함 표적을 요격하는 데 적당하다. 잠수함이 주행하고 있을 때 발사장치가 무기를 잠수함의 앞에 투하하여 요격에 필요한 기선을 잡는다.

그러한 작동 모우드에 의해, 본 발명의 하이드로펄스 추진 시스템은, 수중 표적에의 추진시 발생되는 수중 표적 탐지의 문제들을 해결하기 위해 대잠수함 무기에 독특하게 채용된다.

유도 시스템의 기능은 표적의 위치를 탐지하고 조향 지령을 발생시키는 것이다. 그 유도 시스템은 자체의 소음, 수면 및 해저의 반향, 표적 탐지에 관한 문제점들을 극복해야 한다. 음향 유도를 이용하는 음향 호우밍(homing)어뢰와 같은 수중 무기는 자체의 소음에 의해 성능에 제한을 받는다. 무기가 느리게 이동할 때, 음향 쏘나(sonar)가 표적 위치, 속도 및 기타 필요한 파라메터를 높은 신호대 잡음비로 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 그러나, 고속 이동 표적은 양호한 탈출 기호를 가질 수 있다. 무기의 속도가 빠르면 빠를 수록, 자체 소음이 크게 되어 약 35노트에서 유도가 소음에 의해 제한을 받으며 시스템의 성능이 최저로 된다. 이 소음은 무기의 추진 소음 및 흐름 소음에 기인한다. 그러나, 본 발명을 이용하는 무기는 이러한 문제에 대한 유일한 해결을 제공한다. 하이드로펄스 모우터는 상당한 시간 동안 35노트 보다 낮은 속도가 유지되는 가변적인 속도 프로필을 제공한다. 이 시간 동안, 음향 시스템이 자체 소음이 없는 환경에서 작동된다. 자체 소음이 낮을 때만 표적을 탐색하는 이러한 기술은 자체 소음 문제를 해결한다.

적당한 물 충전 시간 및 체임버 압력을 제공하기 위해, 기본 설계에서 모우터 타이밍 사이클을 펄스당 3.5초 정도로 하였다. 낮은 속도를 사용함에 의해 음향 표적 측정을 위한 “무소음 시간”이매 모우터펄스를 위한 에러 갱신 시간(error update time)을 초당 대략 0.3-1“룩크(look)”로 제한한다. 유도 시스템을 위한 이러한 비교적 낮은 데이타율(data rate)은 특히 표적이 측부로 부터 접근될 때는 표적 호우밍의 지연(lag)을 발생시킬 수 있으나, 이 지연은 잠수함의 중앙 뒤편의 보다 취약적인 지역으로 무기 접촉을 편중시켜 요격 가능성을 증진시킨다. 가변적인 무기 속도와 관련된 또 다른 인자는 조향력과 각(角) 회전속도와의 사이의 비선형(non-liner) 관계이다. 이러한 동적 변수는 유도 서브시스템(guidance subsystem)에 포함된 마이크로 컴퓨터에 의해 처리된다.

더 구체적으로, 제6도는 제4도에 도시된 형태의 충중량이 260파운드(약 117.9㎏)인 무기에서의 속도 프로필을 나타낸다. 1.7초간 “온”, 1.8초간 “오프”의 추진력 프로필을 가지는 8-펄스 모우터에서 수중 항속거리는 1520피트(약 463.3m)이다. 펄스당 추진력은 350파운드(약 158.8㎏)이고, 상기 1520피트 항속 거리에서의 평균 속도는 51.3fps(약 51.6m/초)(30.8노트)이다. 그러한 무기는, 그 무기를 대잠수함 (ASW)항공기 또는 헬리콥터의 표준 폭탄 랙크(rack)에 부착하기 위해 MK78MOD 0 밴드(band)와 같은 어뢰 지지 밴드를 이용할 수 있도록 되어 있다. 이 무기가 간단하고 신뢰성을 갖기 때문에, 항공기와 무기 사이의 전기적 인터페이스(interface)가 요구되지 않는다. 그 무기는 통상의 아밍 와이어(arming wire)(안전해제 와이어)에 의해 투하시에 시동된다. 안전을 위해, 1차 전지(제4도의 블록(82)내의)가 아밍 와이어의 당김에 의해 작동될 때까지는 무기의 전자 장치들은 작동되지 않는다. 1차 전지의 작동에 의해 접촉신관 회로가 작동된다. 그러나, 뇌관(44)(제4도)에 부속된 탄두 안전 및 경고 장치는 물과의 충돌시까지 탄두를 발화시킬 수 없다. 또한, 탄두 아밍(안전해제)에 의해 40초 타이머(도시안됨)가 시동되어, 그 무기가 그 시간 동안 표적이나 해저에 충돌하지 않을 때에는 탄두를 폭발시키도록 작용한다. 그 시간 동안, 추진 시스템의 모든 열 가스 발생기(70)들이 소모된다.

제7도는, 본 발명에 따른 하이드로펄스 추진 시스템을 이용하는 무기가 잠수함 부근에 투하된 다음 주행하는 방식을 개략적으로 나타낸다. 무기가 선상에서 발사되는 것일때는 제3도에 도시된 것과 같은 무기(19)가 이용된다. 선박(102)상의 쏘나 수단 또는 다른 수단에 의해 잠수함을 탐지한때, 체임버(34)의 로켓트 모우터가 점화되고 무기가 수중의 잠수함(100) 부근의 지점 A까지 탄도 곡선(104)를 따라 미사일처럼 추진되고, 그 지점에서 수중으로 진입한다.

다른 예로서는, 무기가 헬리콥터(106) 또는 다른 ASW항공기에서 투하되는 것일때는, 제4도와 같은 무기가 이용된다. 그러한 무기는, 청음부표(sonobuoy), 딥핑쏘나 (dipping sonar) 또는 자기이상(magnetic anomaly) 탐지에 의해 탐지된 잠수함(100 ) 부근까지 헬리콥터(106)에 의해 운반된 다음, 진로(108)를 따라 투하되고 지점 B에서 수중으로 진입한다.

어느 경우에도, 무기가 수중으로 들어간 후 본 발명의 추진 장치가 전술한 바와 같이 작동되어 무기를 진로(105) 또는 (109)를 따라 추진시켜 잠수함(100)을 파괴하게 된다.

본 발명의 하이드로펄스 추진 시스템은 개념상, 실제상 간단하고, 단일 유니트로 다른 서브시스템과 일체로 결합되어 있기 때문에, 무기의 매우 높은 신뢰도가 매우 저렴하게 얻어진다.

본 발명이 유익하게 사용될 수 있는 방식을 나타내기 위해 대잠수함 무기에 사용하기 위한 본 발명에 따른 하이드로펄스 추진 시스템의 특정예를 기술하였으나, 본 발명이 그것에 한정되는 것이 아님을 알 수 있을 것이다. 따라서, 첨부 특허청구의 범위에 정의된 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 여러가지 개조, 변경이 행해질 수 있음은 물론이다.

Claims (1)

1. 수면 또는 수중 표적에 대하여 수중에서 동작하도록 설계된 무기용 하이드로펄스 추진 장치에 있어서, 무기의 하우징과, 무기의 후부 가까이 하우징 내부에 위치한 , 체임버, 체임버로 부터 후방으로 돌출된 물 분사 노즐, 무기를 추진하기 위한 추진력을 발생시키도록 주기적으로 해수를 체임버에 수용하고 이어서 상당한 힘을 노즐을 통해 해수를 분출시키는 장치로 구성되고, 상기 분출장치는, 체임버의 전방에 장착한 다수의 가스 발생기, 각 가스 발생기를 체임버와 연결하여 연소 가스를 상당한 압력으로 체임버 속으로 보내는 다수의 튜브, 각 가스 발생기에 연결되어 가스 발생기들을 점화시키기 위한 전기 점화 장치, 및 점화 사이의 관성항행 기간의 적어도 일부분 동안의 무기의 속도가 흐름 소음에 의해 음향 탐지기의 기능이 방해되는 속도보다 낮은 속도를 가지도록 선택된 연속적인 시간 간격들로 가스 발생기들을 개별적으로 점화시키기 위해 상기 점화 장치를 선택적으로 작동시키기 위한 제어 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 수중운반체용 하이드로펄스 추진 장치.

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