KR101710455B1

KR101710455B1 - 전자기계식 점화안전장치

Info

Publication number: KR101710455B1
Application number: KR1020160167857A
Authority: KR
Inventors: 황정민; 장승교
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-02-27

Abstract

본 발명은, 원통형의 형상으로, 일 단에 개구부가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되어 회전력을 전달하는 토크 모터; 상기 토크 모터의 회전축이 삽입 고정되어 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 이루어지고, 상기 회전축과 서로 이격되며, 상기 회전축과 나란한 방향으로 연장 형성되는 전기식 기폭관을 내부에 구비하는 기폭관 홀더; 외부로부터 전기적인 신호를 전송받아 상기 토크 모터를 구동시키는 점화 안전 회로기판; 및 상기 개구부에 설치되어 상기 기폭관 홀더와 나란하게 배치되고, 일 단에는 도너(donor)화약이 장착되며, 다른 일단에는 상기 도너 화약과 설정된 거리만큼 이격되어 격벽에 의해 서로 분리되도록 전달 화약이 장착되어 각각 점화 가능하도록 이루어지는 격벽 착화기를 포함하고, 상기 기폭관 홀더가 설정된 각도만큼 회전하여 상기 전기식 기폭관과 상기 도너 화약이 인접하게 위치되고, 기폭 신호에 의해 전기식 기폭관 및 상기 도너 화약의 기폭에 의한 충격파가 상기 격벽을 통해 상기 전달 화약에 전달되어 기폭 가능하도록 이루어지는 점화안전장치에 관한 것이다.

Description

전자기계식 점화안전장치{ELECTRONIC-MECHANICAL ARM-FIRE DEVICE}

본 발명은 추진기관의 점화를 위한 전자기계식 점화안전장치에 관한 것이다.

로켓용 점화안전장치는 유도탄이 우발 점화되어 발사되는 것을 방지하고, 계획된 발사 순서에 따라 필요한 입력 조건이 충족되었을 때 유도탄을 발사하기 위한 장치이다. 로켓용 점화안전장치는 추진기관 점화시스템 안전 규정인 MIL-STD-1901A의 설계 규정을 따르며, 일반적으로 로켓 점화를 위한 화약이 충전된 착화기가 내장되어 있다.

점화안전장치의 동작 상태는 안전상태, 장전상태 및 점화상태로 구분할 수 있다. 일반적으로, 안전상태는 점화안전장치에 어떠한 전원도 공급되지 않은 상태로 전기적으로 단락되어 있을 뿐 아니라, 우발 점화되더라도 점화안전장치의 외부로 점화 에너지가 방출되지 않도록 기구적 장벽이 설치되어 있는 상태이다.

장전상태는 외부에서 공급되는 전기 신호 등에 의해 기구적 장벽이 제거되었거나 착화기의 동작에 의해 쉽게 제거될 수 있는 상태를 의미하며, 착화기의 전기적 단락이 해제되어 외부로부터 점화 전원을 공급받을 수 있는 상태이다.

점화상태는 장전상태에서 점화 신호가 공급되어 내장된 착화기가 동작하고 점화안전장치의 외부로 점화 에너지인 고온 고압의 가스가 방출되는 상태를 의미한다.

점화안전장치는 장전 방식에 따라 기계식, 전기기계식, 전자기계식, 또는 전자식으로 구분할 수 있다.

종래의 전자기계식 점화안전장치에 관한 발명은, 점화안전회로와 광센서, 격벽착화기(Through Bulkhead Initiator, TBI) 등을 적용하여 안전개념을 더욱 강화하고 신뢰도를 향상시킨 것이다.

전자기계식 점화안전장치는 안전회로, 토크 모터, 기폭관 및 격벽착화기로 이루어져 있으며, 신뢰성 강화를 위하여 격벽착화기(TBI) 2개가 병렬로 배치되고, 억셉터 화약 다음에 위치한 전달 화약(BKNO₃)과 착화출력화약(BKNO₃)이 순차적으로 기폭되어 최종 착화 출력을 형성하게 된다.

종래에는 격벽착화기의 구조로서, 도너(donor) 화약과 억셉터(acceptor) 화약이 금속 격벽(bulkhead)을 사이에 두고 서로 마주하여 인접하게 위치된다. 이에, 장전 상태에서 전기식 기폭관에 기폭 신호가 인가되어 기폭관이 폭발하게 되면, 그 압력에 의해 격벽착화기의 도너 화약, 억셉터 화약 및 착화출력화약이 순차적으로 기폭하게 된다.

종래의 점화안전장치는, 2개의 격벽착화기 중 한 개만 기폭되더라도 비교적 동일한 출력을 낼 수 있으나, 전달 화약과 착화출력화약이 같은 종류의 화약(BKNO₃)으로 이중으로 포함되어, 점화안전장치에 소요되는 화약량이 증가하여 구조 안정성을 해치고, 점화안전장치의 크기가 커져야 하므로 제작 공정이 복잡해지는 단점이 있다. 또한, 2개의 전기식 기폭관이 시간차를 두고 폭발할 때, 먼저 기폭된 기폭관에 의해 다른 기폭관이 손상되어 기폭이 안되는 경우가 발생하는 문제점이 있다.

이에, 내부에 장착되는 화약량을 줄여 구조적으로 단순화하면서도, 복수개의 전기식 기폭관이 모두 기폭될 수 있도록, 구조적으로 안정적인 점화안전장치에 대한 필요성이 있다.

US20070204757 A1

본 발명은, 구조적인 특징으로 점화안전장치 내부에 수용되는 화약량을 줄일 수 있어 기폭시 구조적 안정성을 높일 수 있는 점화안전장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 착화출력화약이 포함되지 않아 소형화된 점화안전장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명은, 격벽착화기에 의해 로켓의 추진 기관 점화를 위한 화약의 밀폐성을 강화하고, 점화를 위한 화약의 장착이 용이한 점화안전장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 점화안전장치는, 원통형의 형상으로, 일 단에 개구부가 형성되는 하우징; 상기 하우징 내부에 설치되어 회전력을 전달하는 토크 모터; 상기 토크 모터의 회전축이 삽입 고정되어 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 이루어지고, 상기 회전축과 서로 이격되며, 상기 회전축과 나란한 방향으로 연장 형성되는 전기식 기폭관을 내부에 구비하는 기폭관 홀더; 외부로부터 장전 상태 또는 점화 상태에 대한 전기적인 신호를 전송받아 상기 토크 모터를 구동시키는 점화 안전 회로기판; 및 상기 개구부에 설치되어 상기 기폭관 홀더와 나란하게 배치되고, 일 단에는 도너(donor) 화약이 장착되며, 다른 일단에는 상기 도너 화약과 설정된 거리만큼 이격되어 격벽에 의해 서로 분리되도록 전달 화약이 장착되어 각각 점화 가능하도록 이루어지는 격벽 착화기를 포함하고, 상기 기폭관 홀더가 설정된 각도만큼 회전하여 상기 전기식 기폭관과 상기 도너 화약이 인접하게 위치되고, 기폭 신호에 의해 전기식 기폭관 및 상기 도너 화약의 기폭에 의한 충격파가 상기 격벽을 통해 상기 전달 화약에 전달되어 기폭 가능하도록 이루어진다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 점화 안전 회로기판은, 안전 상태, 장전 상태 및 점화 상태 중 어느 하나의 신호를 전송받아, 상기 각 상태에 따라 상기 토크 모터를 설정된 각도만큼 회전시키기 위한 전기적 신호를 전송할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 전기식 기폭관은, 상기 기폭관 홀더를 관통하고 상기 기폭관 홀더의 회전축과 서로 이격되게 복수개가 설치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 각 전기식 기폭관은, 상기 기폭관 홀더의 회전축을 중심으로 서로 대칭되도록 서로 나란하게 설치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 점화 안전 회로 기판으로부터 상기 각 전기식 기폭관에 전류가 인가되어, 상기 도너 화약을 기폭시킨 후 상기 전달 화약을 기폭시킬 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격벽 착화기는, 상기 도너 화약 및 상기 전달 화약이 서로 마주보도록 장착될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격벽 착화기는, 일 단에 노치(notch)가 형성되고, 상기 전달 화약의 외부 노출을 제한하기 위한 덮개부를 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 격벽 착화기는, 외측면에 나선부가 형성되어 상기 하우징의 개구부에 착탈 가능하도록 이루어질 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 도너 화약은, 상기 전기식 기폭관과 대응되도록, 상기 격벽 착화기의 내부의 복수개의 개소에 설치되고, 상기 전달 화약은, 상기 도너 화약의 기폭으로 인한 충격파가 전달되도록, 상기 도너 화약과 대응되도록, 상기 격벽 착화기 내부의 복수개의 개소에 설치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 기폭관 홀더는, 회전 가능하도록 이루어져, 상기 전기식 기폭관이 도너 화약과 인접하게 위치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 하우징의 타단에 설치되어, 상기 점화 안전 회로 기판과 연결되어 전기적인 신호의 이동 통로를 형성하는 커넥터를 더 포함할 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 기폭관 홀더의 외주면에는, 상기 전기식 기폭관에 기폭을 위한 전류가 전달되도록 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)가 설치되고, 상기 기폭관 홀더의 외주면에는 상기 FPCB와는 서로 이격되도록 상기 전기식 기폭관에 기폭을 위한 신호를 전달하기 위한 보조 PCB가 설치될 수 있다.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 보조 PCB는, 상기 FPCB와 상기 기폭관 홀더의 연결부위가 파손되는 것을 방지하도록 상기 FPCB와 중첩되도록 위치될 수 있다.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 착화출력화약이 없더라도, 도너 화약, 억셉터 화약 및 전달 화약에 의해 점화기의 점화가 가능하므로, 구조적으로 충격이나 열에도 안정적인 효과가 있다.

또한, 착화출력화약이 제거되어 있어, 점화안전장치의 소형화가 가능하게 된다.

또한, 기폭관 홀더에 설치된 전기식 기폭관의 시계 방향이나 반시계 방향으로의 설정된 각도만큼 회전이 가능하여, 격벽 착화기와의 상호 위치를 조정하여 안전 상태, 장전 상태 및 점화 상태를 형성할 수 있게 된다.

또한, 격벽착화기의 점화부가 노치를 구비하는 덮개부에 의해 밀폐됨으로써, 외부 공기에 노출되지 않으면서 기폭 시에는 외부로 에너지를 효과적으로 전달할 수 있다.

또한, 기폭관 홀더에 별도의 보조 PCB를 보강하여, 하나의 전기식 기폭관이 먼저 기폭하여 기폭에 의한 충격이 전달되더라도 다른 기폭관 홀더에 보다 안정적으로 기폭을 위한 신호를 전달할 수 있다.

도 1은 점화안전장치의 일면을 절개한 사시도.
도 2는, 도 1의 점화안전장치를 자른 단면도.
도 3은, 토크 모터에 기폭관 홀더가 결합된 모습을 나타내는 사시도.
도 4는, 도 3을 옆에서 바라본 측면도.
도 5는, 토크 모터의 분해도
도 6은, 전기식 기폭관의 내부 구조를 보여주는 단면도.
도 7은, 격벽 착화기의 내부 구조를 나타내는 단면도.
도 8은, 점화안전장치가 안전 상태일 때의 모습을 나타내는 사시도.
도 9는, 안전 상태일 때, 기폭관 홀더와 격벽 착화기의 위치 관계를 보여주는 정면도.
도 10은, 장전 상태일 때의 점화안전장치의 모습을 나타내는 사시도.
도 11은, 장전 상태일 때, 기폭관 홀더와 격벽 착화기의 위치 관계를 나타내는 정면도.

이하, 본 발명에 관련된 점화안전장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은, 점화안전장치(100)의 일 면을 절개한 사시도를 나타내고, 도 2는 점화안전장치(100)의 단면도를 나타낸다.

점화안전장치(100)는 유도탄이 우발 점화되어 발사되는 것을 방지하고, 계획된 발사 순서에 따라 필요한 입력 조건이 충족되었을 때 기폭하여 유도탄을 발사하기 위한 장치이다.

점화안전장치(100)는 하우징(110), 토크 모터(120), 기폭관 홀더(130), 점화 안전 회로기판(140) 및 격벽 착화기(150)(TBI, Through Bulkhead Initiator)를 구성으로 포함한다.

이하에서는 점화안전장치(100)의 각 구성에 대해 살펴본다.

하우징(110)은 점화안전장치(100)의 외관을 형성하는 것으로 원통형의 형상으로 이루어진다. 하우징(110)의 내부에는 공간부가 형성되고, 점화 안전 회로기판(140), 토크 모터(120), 기폭관 홀더(130)가 장착될 수 있게 된다. 하우징(110)의 일 단에는 개구부가 형성되고, 다른 일 단에는 점화 안전 회로기판(140)과 연결되어 전기적인 신호의 이동 통로를 형성하는 커넥터(160)가 결합될 수 있다. 하우징(110)은, 구조적 안정성을 위해 금속 재질로 이루어질 수 있다.

토크 모터(120)(Torque Motor)는, 하우징(110)의 내부에 설치되어 회전력을 전달하는 역할을 한다.

토크 모터(120)는, 제한된 각도의 토크를 제공하는 전자기 엑츄에이터로서 전기신호를 회전자(122b)의 제한된 회전으로 변환시키게 된다. 토크 모터(120)는, 간단한 구조와 높은 신뢰성으로 인해 우주항공분야의 스캐너, 서보 밸브, 안테나, 로봇 구동 등에 널리 사용된다.

도 5는 토크 모터(120)의 분해도를 나타낸다. 토크 모터(120)는, 도 5에서 보는 바와 같이, 회전축을 이루는 샤프트(121), 고정자(122a), 회전자(122b), 케이스(122c) 및 코일(122d)로 구성되어 있다. 토크 모터(120)는 외주면에는 샤프트(121)와 나란하도록 FPCB(Printed Circuit Board, 123)가 위치된다. 토크 모터(120)는 하우징(110)에 고정되게 된다. 토크 모터(120)의 회전 각도는 극수에 따라 달라지고, 2극의 경우, 기계각으로 최대 ±90°이내의 회전 각도를 가지게 된다.

토크 모터(120)에 장전 전원이 인가되면, 수십 msec 이내에 장전 상태로 전환되고, 이에 의해 전기식 기폭관(131)과 격벽 착화기(150)의 화약이 정렬되게 된다.

도 3은, 토크 모터(120)에 기폭관 홀더(130)가 결합된 모습을 나타내는 사시도이고, 도 4는 이를 옆에서 바라본 측면도이다. 토크 모터(120)의 회전축(121)에는 기폭관 홀더(130)가 끼워져 고정되게 된다.

기폭관 홀더(130)는, 전기식 기폭관(131)을 지지하는 역할을 하는 것으로, 기폭관 홀더(130)의 내부에는 전기식 기폭관(131)이 설치되게 된다. 전기식 기폭관(131)은 격벽 착화기의 기폭을 위한 에너지를 전달하게 된다.

기폭관 홀더(130)의 중심부(154)에는 토크 모터(120)의 회전축(121)이 삽입 고정된다. 토크 모터(120)의 회전에 의해, 기폭관 홀더(130)는 토크 모터(120)와 함께 설정된 각도만큼 회전할 수 있으며, 설정된 각도만큼 회전하여 격벽 착화기(150)와의 상호 위치가 결정되게 된다.

도 6은 전기식 기폭관(131)의 내부 구조를 보여주는 단면도이다.

전기식 기폭관(131)은 격벽 착화기(150)를 기폭시키는 역할을 한다. 전기식 기폭관(131)은 회전축(121)과는 반경 방향으로 서로 이격되도록 위치되고, 상기 회전축(121)과 나란한 방향으로 연장 형성되게 된다.

전기식 기폭관(131)은 기폭관 홀더(130)를 관통하며 기폭관 홀더(130)의 회전축(121)과는 서로 이격되게 복수개가 설치될 수 있다. 각 전기식 기폭관(131)은 기폭관 홀더(130)의 회전축(121)을 중심으로 대칭되며 서로 나란하도록 설치될 수 있다.

점화 안전 회로기판(140)으로부터 상기 각 전기식 기폭관(131)에 전류가 인가되면, 도너 화약(151)이 기폭된 후 억셉터 화약(152)과 전달 화약(153)이 순차적으로 기폭되는 방식으로 격벽 착화기(150)의 기폭이 가능하게 된다. 기폭관 홀더(130)의 일 측에는, 광센서(133)가 설치되고, 광센서(133)는 장전 상태를 인식하는 역할을 하게 된다. 기폭관 홀더(130)는 FPCB(123)와 연결되어 기폭을 위한 신호를 인가 받게 된다.

도 6을 통해, 전기식 기폭관(131)의 형상을 살펴보면, 전기식 기폭관(131)은, 내부에 기폭제와 이를 감싸는 형상을 가지는 기폭관케이스(미도시)로 이루어진다. 전기식 기폭관(131)은, RF 필터(131b), 고무받침(131c) 및 스파크링(131d)을 포함한다.

기폭관 플러그(131a)는 와이어의 형상을 가지며, 기폭제가 인접하도록 위치된다. 고전압용 기폭제는 ZPP(131f)는 화약의 한종류이며, 고압으로 충전되고, ZPP(131f)를 덮도록, 화약의 한종류인 BN(131e)을 고압으로 충전된다. BN(131e)을 ZPP(131f) 위에 충전하면, ZPP(131f)와 케이스(122c) 사이의 절연 저항을 높일 수 있다. 여기서, BN(131e)과 ZPP(131f)는 서로 동일하거나, 다른 물질로 이루어질 수 있다.

BN(131e)의 일 측에는, 파우더를 압착하여 형성되며 화약의 한 종류인 LA(131g) 및 RDX(131h)가 위치될 수 있다. 기폭관 플러그(131a)는 와이어로 이루어지며, 기폭제를 기폭시킬 수 있는 자극을 유입시키는 기능을 수행한다. 또한, 정전기 방지를 위하여 스테인레스(SUS303)를 이용하여 스파크링(131d)을 제작한 후, 이를 삽입함으로써 방전 간극을 형성할 수 있게 된다. 고무 받침(131c)은 기폭관 플러그(131a)가 관통하여 이를 지지하는 역할을 한다. RF 필터(131b)는 자극의 유입시 고주파의 노이즈가 이동하는 것을 방지하는 역할을 하는 것으로, RF 필터(131b)는 고무 받침(131c)과 접촉되도록 위치된다.

도 7은 격벽 착화기(150)의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.

격벽 착화기(150)(Through Bulkhead Initiator, TBI)는 금속 격벽으로 분리되어 있는 양 측의 화약 중 어느 하나를 폭발시켜 생성되는 충격파를 이용하여 격벽 반대쪽의 화약을 착화시킴으로써 출력을 얻을 수 있다.

격벽 착화기(150)는, 하우징(110)의 개구부(미도시)에 설치되며, 기폭관 홀더(130)와 나란하게 배치된다. 격벽 착화기(150)의 외측면에는 나선부(미도시)가 형성되어 하우징(110)의 일 측에 설치된 나선부(미도시)와 결합될 수 있다. 격벽 착화기(150)는 하우징(110)의 개구부에 착탈 가능하도록 결합될 수 있다.

격벽 착화기(150)의 중심부에는, 기폭관 홀더(130)의 중심을 관통하는 토크 모터(120)의 회전축(121)이 수용될 수 있는 공간부로 이루어지는 회전축 수용부(154)가 형성된다. 회전축 수용부(154)는, 원통형의 형상으로 이루어지며, 토크 모터(120)의 회전축(121)이 회전 가능하도록, 회전축(121)의 직경보다는 더 큰 직경을 가진다.

격벽 착화기(150)의 일 단에는 도너(donor) 화약이 장착되며, 다른 일단에는 도너 화약(151)과 설정된 거리만큼 이격되어 격벽에 의해 서로 분리되어 서로 마주보는 형상으로 억셉터 화약(152)이 장착된다. 억셉터 화약(152)이 기폭된 후 전달 화약(153)의 기폭이 이루어질 수 있다.

도너 화약(151)과 억셉터 화약(152)은, CH-6(RDX 혼합물)로 이루어지며, 전달 화약(153)은 BKNO₃으로 이루어질 수 있다. 도너 화약(151)은 전기식 기폭관(131)과 대응되도록, 격벽 착화기(150)의 내부의 복수개의 개소에 설치될 수 있다.

또한, 전달 화약(153)의 전면부에는 CH₆로 이루어지는 억셉터 화약(152)이 설치될 수 있다. 억셉터 화약(152)은 도너 화약(151)의 기폭에 의한 충격파를 전달받아, 전달 화약(153)의 기폭을 유도하는 역할을 한다. 전달 화약(153)은 도너 화약(151)의 기폭으로 인한 충격파가 전달되도록, 도너 화약(151)과 대응되게 격벽 착화기(150)의 내부의 복수 개의 개소에 설치될 수 있다.

도 7에서 보듯이, 격벽 착화기(150)의 내부에는, 도너 화약(151)과 억셉터 화약(152) 및 전달 화약(153)이 서로 일렬로 배치될 수 있다. 또한, 도너 화약(151), 억셉터 화약(152) 및 전달 화약(153)은 각각 복수 개로 이루어질 수 있으며, 기폭관 홀더(130)에 설치되는 전기식 기폭관(131)은 중심부(154)를 기준으로 두 개가 설치되는 경우, 도너 화약(151), 억셉터 화약(152) 및 전달 화약(153)도 이에 대응되도록 각각 두 개가 설치될 수 있다.

격벽 착화기(150)의 기폭 과정에 대해 살펴보면, 착화 신호가 점화 안전 회로기판(140)에 인가되면, 토크 모터(120)의 회전을 통해 기폭관 홀더(130)가 설정된 각도만큼 회전하게 되고, 도너 화약(151)의 기폭에 의한 충격파가 격벽을 통해 전달 화약(153)에 전달 및 기폭되어 점화기에 최종 출력의 압력을 전달하게 된다.

즉, 본원 발명은 종래의 발명과는 다르게 착화출력화약을 별도로 구비하지 않으며, 전달 화약(153)을 통한 기폭을 통해 추진 기관의 점화가 가능한 구조를 가진다. 즉, 전달 화약(153)이 착화출력화약의 역할을 대신하게 되어 기폭의 단계를 줄일 수 있으며, 전달 화약(153)을 최종 화약으로 사용하게 된다. 착화출력화약이 제거되는 구조를 가지면 착화출력화약이 장착되는 공간을 확보할 수 있으므로 점화 지연 시간을 줄일 수 있다. 또한, 점화안전장치(100)의 크기를 소형화할 수 있으며, 전체적인 화약량을 줄일 수 있어 구조적인 안정성의 확보가 가능하게 된다.

격벽 착화기(150)는 일 단에 노치(notch)가 형성되고, 전달 화약(153)의 외부 노출을 제한하기 위한 덮개부(155)를 구비한다. 덮개부(155)에 의해 화약이 밀폐됨으로써, 외부 공기에 노출되지 않으면서 기폭 시에는 외부로 에너지를 효과적으로 전달할 수 있게 된다.

기폭관 홀더(130)의 외주면에는, 전기식 기폭관(131)에 기폭을 위한 전류를 전달하는 역할을 하는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 123)가 설치된다. FPCB(123)는 유연한 특성을 가진다.

또한, 상기 PCB와 이격되게 기폭관 홀더(130)의 외주면에 별도로 설치되고, 전기식 기폭관(131)에 기폭을 위한 신호를 전달할 수 있는 별도의 보조 PCB(미도시)가 구비된다.

여기서, 보조 PCB는, 상기 FPCB와 상기 기폭관 홀더의 연결부위가 파손되는 것을 방지하는 역할을 하도록, FPCB와 중첩되게 위치되게 된다. 보조 PCB는 강도가 높은 성질을 가지므로, FPCB를 물리적으로 보강하는 역할을 하게 된다. 이에, 기폭관 홀더(130)에 위치되는 복 수개의 전기식 기폭관(131)이 모두 기폭되도록 작동의 신뢰성을 높이는 역할을 할 수 있게 된다.

장전 상태에서 기폭 신호가 인가되면, 전기식 기폭관(131)에는 각 PCB를 통해서 전류가 인가되게 된다.

본원 발명은 전기식 기폭관(131)이 이중으로 구성되는데, 기폭 신호가 동시에 인가되더라도 실제로는 각 전기식 기폭관(131)에 인가되는 전류는 수십에서 수백 마이크로초(μsec) 단위의 시간차를 수반하게 된다. 전기식 기폭관(131) 중 한 개가 우선 기폭하게 되면, 기폭되지 않는 나머지 하나의 전기식 기폭관(131)과 연결된 FPCB는 충격을 받아 손상되어 기폭을 위한 전류 전달이 되지 않는 경우가 생길 수 있다. 이에, 보조 PCB는 기폭관 홀더(130)의 외주면에 별도로 고정 설치됨으로써, 하나의 전기식 기폭관(131)이 먼저 기폭되더라도, 기폭되지 않고 있는 나머지 전기식 기폭관(131)이 기폭 신호를 인가받아 기폭될 수 있도록 한다.

이하 점화안전장치(100)의 작동에 대해 설명한다.

점화안전장치(100)는 안전 상태, 장전 상태 및 점화 상태 중 어느 하나의 상태가 될 수 있다.

장비 사용자가 안전 상태, 장전 상태 및 점화 상태 중 어느 하나에 대한 신호를 입력하게 되면, 하우징(110)에 설치되는 점화 안전 회로기판(140)은 해당 상태에 따라 토크 모터(120)를 회전시킴으로써, 전기식 기폭관(131)과 격벽 착화기(150)의 상호 위치를 조정할 수 있게 된다.

도 8은 점화안전장치(100)가 안전 상태일 때의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 9는 안전 상태일 때의 기폭관 홀더(130)와 격벽 착화기(150)의 위치 관계를 보여주는 도면이다.

도 8에서 보듯이, 안전 상태는 기폭관 홀더(130)의 전기식 기폭관(131)과 격벽착화기(150)의 도너 화약(151)이 서로 일렬로 정렬되지 않은 상태로, 전기식 기폭관(131)과 도너 화약(151) 사이는 비정렬되어 격벽 착화기(150)의 내부 격벽에 의해 가로막힌 상태가 된다. 격벽 착화기(150)의 내부 격벽은 금속으로 이루어질 수 있다. 도 9에서 보듯이, 안전 상태에서는 격벽 착화기(150)의 화약과 전기식 기폭관(131)은, 원주 방향으로 60도 비정렬된 상태가 된다.

도 10은 점화안전장치(100)가 장전 상태일 때의 모습을 나타내는 사시도이고, 도 11은 장전 상태에서 기폭관 홀더(130)와 격벽 착화기(150)의 위치 관계를 나타내는 도면이다.

장전 상태는 격벽 착화기(150)의 기폭이 가능하도록, 외부로부터 전기 신호의 수신이 가능한 상태를 의미한다.

점화안전장치(100)의 점화 안전 회로기판(140)을 통해 토크 모터(120)에 직류 전원이 인가되면, 토크 모터(120)는 설정된 각도 만큼 회전하게 되고, 토크 모터(120)에 결합된 기폭관 홀더(130)가 상기 각도만큼 회전하여 전기식 기폭관(131)은 격벽 착화기(150)와 정렬할 수 있게 된다. 도 10에서 보는 바와 같이, 전기식 기폭관(131)과 격벽 착화기(150)의 도너 화약(151)이 일렬로 정렬하게 되면, 기폭 전원이 인가되어 격벽 착화기(150) 내부에 장착된 화약이 기폭할 수 있게 된다 점화 안전 회로기판(140)은, 토크 모터(120)와 인접하도록 하우징(110)의 내부에 설치되고, 외부로부터 장전 상태에 따른 전기적 신호 또는 점화 상태에 따른 전기적 신호를 전송받아 상기 토크 모터(120)에 회전력을 생성하는 역할을 한다.

점화 안전 회로기판(140)은 장전 신호와 기폭 신호가 시간차를 두고 순차적으로 인가될 경우에만 안전장치가 정상적으로 동작하게 하는 로직 회로를 구비하며, MOSFET을 통해 전기적 스위칭 기능 수행이 가능하다.

점화 안전 회로기판(140)의 내부에는 토크 모터(120)의 회전을 감지하기 위한 센서가 일 측에 설치되어, 토크 모터(120)의 회전시 이를 감지하여, 점화 안전 회로기판(140)의 전원을 스위칭 할 수 있다.

전기식 기폭관(131)은 토크 모터(120)에 연결되도록 구성되며, 안전 상태에서는 도 8 및 도 9와 같이, 격벽 착화기(150)의 화약과 원주 방향으로 60도 비정렬 된 상태이다. 토크 모터(120)에 수십 msec 이내에 장전 전원이 인가되면, 점화안전장치(100)는 장전 상태로 전환되고, 도 10 및 도 11과 같이, 전기식 기폭관(131)과 격벽 착화기(150) 화약이 정렬되어 기폭이 가능한 상태가 된다. 이를 점화안전장치(100)의 장전 상태라고 칭한다. 토크 모터(120)의 회전축(121)에는 인장스프링(미도시)이 내장되어 있어 전원이 차단되면 안전 상태로 복귀하게 된다.

구체적으로, 점화안전장치(100)에 장전 상태를 위한 신호가 인가되면, 점화 안전 회로기판(140)을 통해 대략 20 내지 30 볼트(Vdm)의 일정한 장전 전원이 토크 모터(120)에 인가되면, 토크 모터(120)는 60도만큼 회전하여 전기식 기폭관(131)과 격벽 착화기(150)는 나란하게 정렬할 수 있게 된다.

점화안전장치(100)가 장전 상태가 된 후, 일정한 기폭 전원이 전기식 기폭관(131)에 인가되면, 격벽 착화기(150)에 설치되는 도너 화약(151)이 기폭하여 그 충격파가 격벽을 통해 억셉터(acceptor) 화약에 전달되며, 전달 화약(153)은 기폭되어 점화기 점화를 위한 압력을 얻을 수 있게 된다. 만일 기폭 전원이 먼저 인가되면, 토크 모터(120)가 가동되지 않으므로 장전 상태가 되지 않아 격벽 착화기(150)가 기폭되지 않게 된다. 다만, 기폭 전원의 인가를 중지한 후, 다시 장전 전원이 인가하게 되면 정상적으로 토크 모터(120)가 작동할 수 있게 된다. 즉, 본 발명에 따른 점화안전장치(100)는 장전 신호와 점화 신호가 시간차를 두고 순차적으로 인가될 때만 점화안전장치(100)가 동작될 수 있으므로, 안정성을 확보할 수 있는 장점을 가진다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 점화안전장치(100)를 실시하기 위한 실시예들에 불과한 것으로서, 본 발명은 이상의 실시예들에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

100: 점화안전장치 110: 하우징
120: 토크모터 121: 모터 회전축
122a: 고정자 122b: 회전자
122c: 모터케이스 130: 기폭관 홀더
131: 전기식 기폭관 131a: 기폭관 플러그
131b: RF필터 131c: 고무받침
131d: 스파크링 133: 광센서
140: 점화 안전 회로기판 150: 격벽 착화기
151: 도너 화약 152: 억셉터 화약
153: 전달 화약 154: 회전축 수용부
155: 덮개부 160: 커넥터

Claims

원통형의 형상으로, 일 단에 개구부가 형성되는 하우징;
상기 하우징 내부에 설치되어 회전력을 전달하는 토크 모터;
상기 토크 모터의 회전축이 삽입 고정되어 설정된 각도만큼 회전 가능하도록 이루어지고, 상기 회전축과 서로 이격되며, 상기 회전축과 나란한 방향으로 연장 형성되는 전기식 기폭관을 내부에 구비하는 기폭관 홀더;
외부로부터 전기적인 신호를 전송받아 상기 토크 모터를 구동시키는 점화 안전 회로기판; 및
상기 개구부에 설치되어 상기 기폭관 홀더와 나란하게 배치되고, 일 단에는 도너(donor)화약이 장착되며, 다른 일단에는 상기 도너 화약과 설정된 거리만큼 이격되어 격벽에 의해 서로 분리되도록 전달 화약이 장착되어 각각 점화 가능하도록 이루어지는 격벽 착화기를 포함하고,
상기 기폭관 홀더가 설정된 각도만큼 회전하여 상기 전기식 기폭관과 상기 도너 화약이 인접하게 위치되며, 기폭 신호에 의해 전기식 기폭관 및 상기 도너 화약의 기폭에 의한 충격파가 상기 격벽을 통해 상기 전달 화약에 전달되어 기폭 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 점화 안전 회로기판은,
안전 상태, 장전 상태 및 점화 상태 중 어느 하나의 신호를 전송받아, 상기 각 상태에 따라 상기 토크 모터를 설정된 각도만큼 회전시키기 위한 전기적 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 전기식 기폭관은, 상기 기폭관 홀더를 관통하고 상기 기폭관 홀더의 회전축과 서로 이격되게 복수개가 설치되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제3항에 있어서,
상기 각 전기식 기폭관은, 상기 기폭관 홀더의 회전축을 중심으로 서로 대칭되도록 서로 나란하게 설치되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 점화 안전 회로기판으로부터 상기 각 전기식 기폭관에 전류가 인가되어, 상기 도너 화약을 기폭시킨 후 상기 전달 화약을 기폭시키는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 격벽 착화기는,
상기 도너 화약 및 상기 전달 화약이 서로 마주보도록 장착되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제6항에 있어서,
상기 격벽 착화기는, 일 단에 노치(notch)가 형성되고, 상기 전달 화약의 외부 노출을 제한하기 위한 덮개부를 포함하는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 격벽 착화기는, 외측면에 나선부가 형성되어 상기 하우징의 개구부에 착탈 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 도너 화약은, 상기 전기식 기폭관과 대응되도록, 상기 격벽 착화기의 내부의 복수개의 개소에 설치되고,
상기 전달 화약은, 상기 도너 화약의 기폭으로 인한 충격파가 전달되도록, 상기 도너 화약과 대응되도록, 상기 격벽 착화기 내부의 복수개의 개소에 설치되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 기폭관 홀더는, 회전 가능하도록 이루어져, 상기 전기식 기폭관이 도너 화약과 인접하게 위치되도록 하는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 타단에 설치되어, 상기 점화 안전 회로기판과 연결되어 전기적인 신호의 이동 통로를 형성하는 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제1항에 있어서,
상기 기폭관 홀더의 외주면에는, 상기 전기식 기폭관에 기폭을 위한 전류가 전달되도록 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)가 설치되고,
상기 기폭관 홀더의 외주면에는 상기 FPCB와는 서로 이격되도록, 상기 전기식 기폭관에 기폭을 위한 신호를 전달하기 위한 보조 PCB가 설치되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.
제12항에 있어서,
상기 보조 PCB는, 상기 FPCB와 상기 기폭관 홀더의 연결부위가 파손되는 것을 방지하도록 상기 FPCB와 중첩되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 점화안전장치.