KR101823819B1 - 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파편 및 폭발성형관통자 기능을 동시에 갖는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 있어서, 탄체의 내측 선단에 설치되며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 오목한 돔형상의 외측부, 상기 탄체와 상기 외측부가 체결되도록 상기 외측부의 원주방향으로 형성되는 체결부, 상기 외측부의 중앙에 위치하며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 돌출된 원뿔형의 중심부를 포함하며 상기 외측부와 상기 중심부는 동일한 중심축을 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 관한 것이다.

Description

복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너{THE LINER FOR PENETRATOR WITH DUAL PERFORMANCE FOR MULTI-FUNCTIONAL WARHEAD}

본 발명은 파편 및 폭발성형관통자 기능을 동시에 갖는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 관한 발명으로, 상세하게는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 중심부에 성형작약탄의 라이너 형상을 추가함으로써 유도탄 전방의 구성품 등에 의해 발생하는 관통자의 관통 성능 저하를 극복하고, 목표 표적의 관통 성능을 확보할 수 있도록 고안한 이중성능관통자 라이너에 관한 것이다.

장갑 등의 표적을 파괴시키기 위해 화약의 폭발에너지를 집중하는 메커니즘을 갖는 지향성에너지 탄두의 종류에는 성형작약탄두와 폭발성형관통자를 이용하는 것이 대표적이다. 성형작약은 화약에너지에 의해 생성된 초고속의 제트가 장갑과 충돌하는 과정에서 발생되는 압력이 장갑재료의 항복강도를 크게 초과하므로 장갑을 관통할 수 있는 충분한 에너지를 갖게 된다. 폭발성형관통자는 성형작약과 유사한 메커니즘으로 형성되지만 관통자의 속도는 성형작약의 제트 팁 속도(일반적으로 7~9 km/sec)보다는 상대적으로 느린 2~4 km/sec을 가지며, 관통자의 형상 또한 길게 늘어진 제트보다는 단일 슬러그 형태의 운동에너지탄의 관통자와 유사한 모습을 가진다. 일반적인 성형작약탄두는 높은 관통력을 갖기 위해 기본적으로 라이너의 형상이 폭발성형관통자에 비해 내각이 작아 길이가 긴 편이며, 이로 인해 동일 탄체 길이에서는 성형작약탄이 폭발성형관통자탄에 비해 화약 충전량이 작을 수밖에 없다. 메탈제트나 관통자를 이용하는 것과 더불어 탄체를 파편으로 이용하는 복합기능탄두의 구성에 있어서, 성형작약탄의 라이너를 사용하면 충전 고폭화약의 절대적 양이 작아져서 파편에 전달되는 화약의 폭발에너지가 낮게 되어 복합기능 구현에 어려울 수밖에 없다. 폭발성형관통자는 전체 탄체 길이에 비해 라이너의 축 방향 길이가 짧아 화약을 많이 충전할 수 있어, 파편 및 관통자의 복합기능을 구현하는데 있어 유리한 점을 갖는다. 그러나 이렇게 파편 및 폭발성형관통자의 복합기능을 갖는 탄두를 구성하여 실제 유도탄 내에 배치하여 운용할 시에는 탄두 전방에 배치된 구성품 등의 간섭효과에 의해 폭발성형관통자의 관통 성능 저하가 발생한다. 탄두 전방에 배치된 구성품은 스틸, 알루미늄 및 플라스틱 재질 등 다양하게 구성되어 있으며, 이로 인해 관통자의 운동에너지가 급격히 소실되어 표적에 닿기도 전에 관통자의 관통에너지가 완전히 소모될 수도 있다. 즉, 종래의 이러한 폭발성형관통자를 이용한 탄두가 유도탄 내에 배치되었을 때, 탄두 기폭 후 폭발성형관통자는 전방의 구성품 등의 간섭에 의해 관통에너지가 소모되어 실제 표적을 무력화 시킬 수 있는 관통력을 갖지 못하게 되는 것이 일반적 현상이었다.

상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 본 발명은 복합기능탄두용 폭발성형관통자 라이너에 성형작약탄의 라이너 형상을 추가함으로써 전방 구성품 등의 방해에 의한 폭발성형관통자의 형성이 불가능한 취약점과 성형작약탄의 취약점이라 할 수 있는 화약 충전량의 부족을 동시에 해결하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너를 제공하는데 그 목적이 있다.

상세하게 설명하면, 유도탄 내의 화약이 기폭되면 폭발성형관통자에 비해 상대적으로 빠른 성형작약 형상의 라이너가 먼저 제트형태로 비행하여 전방 구성품을 관통 및 파열시키고, 그 경로를 따라 폭발성형관통자가 비행하여 전방 구성품으로 인한 관통에너지 소실을 최소화함으로써 하나의 탄두를 사용하여 파편, 제트, 성형관통자의 기능을 동시에 수행할 수 있는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 파편 및 폭발성형관통자 기능을 동시에 갖는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 있어서, 탄체의 내측 선단에 설치되며 탄체의 발사 반대방향으로 오목한 돔형상의 외측부, 탄체와 외측부가 체결되도록 외측부의 원주방향으로 형성되는 체결부, 외측부의 중앙에 위치하며 탄체의 발사 반대방향으로 돌출된 원뿔형의 중심부를 포함하며, 외측부와 중심부는 동일한 중심축을 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너이다.

본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너는 중심부와 외측부가 일정 직경비를 갖도록 설계되어 고속의 성형작약 제트가 전방 구성품을 제거하고 상대적으로 저속인 폭발성형관통자가 제트에 의해 확보된 경로를 따라 비행하여 관통에너지의 소실을 최소화함으로써 하나의 탄두를 사용하여 파편, 제트, 성형관통자의 기능을 동시에 수행할 수 있다.

또한, 고속의 성형작약(제트)이 표적의 방호물을 제거하고 관통 홀을 뚫은 후, 뒤이어 폭발성형관통자가 확보된 관통 홀을 통과하여 표적의 내부를 무력화 시키는 내폭탄두(follow-through warhead) 로도 활용이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너를 장착한 복합기능탄두의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 단면도(a) 및 사시도(b)이다.
도 3은 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 정면사진(a) 및 평면사진(b)이다.
도 4는 일반적인 성형작약탄두(b) 와 그로부터 생성된 메탈 제트(a)의 개략도이다.
도 5는 일반적인 폭발성형관통자 탄두(b)와 그로부터 생성된 관통자(a)의 개략도이다.
도 6은 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 발사 후 시간 경과에 따른 형상을 나타내는 개략도이다.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 파편 및 폭발성형관통자 기능을 동시에 갖는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)에 있어서, 탄체(33)의 내측 선단에 설치되며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 오목한 돔형상의 외측부(32b), 상기 탄체와 상기 외측부가 체결되도록 상기 외측부의 원주방향으로 형성되는 체결부(32c), 상기 외측부의 중앙에 위치하며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 돌출된 원뿔형의 중심부(32a)를 포함하며 상기 외측부와 상기 중심부는 동일한 중심축을 갖는 것을 특징으로 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 관한 것이다.

상기 중심부의 최대 직경(D2)은 상기 외측부의 최대 직경의 30%이다.

상기 외측부의 두께(t1)는 상기 외측부의 최대 직경(D1)의 3% 내지 5% 이며, 상기 중심부의 두께(t2)는 상기 중심부의 최대 직경(D2)의 2% 내지 4%이다.

상기 체결부(32c)는 상기 외측부(32b)의 최대 외측둘레를 따라 단차지게 형성된다.

본 발명은 파편 및 폭발성형관통자의 복합기능탄두(31)가 상기 유도탄 내에 배치되었을 때 전방 구성품 등에 의한 간섭효과를 제거하여 폭발성형관통자의 운동에너지 저하를 최소화시켜 표적을 무력화시킬 수 있도록 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)에 관한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)를 장착한 복합기능탄두(31)의 단면 구성도로, 이를 참고하면 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 형상 및 체결방식을 이해하는데 도움이 된다.

도 2는 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 단면도(a) 및 사시도(b)이다.

도 1과 도 2를 참고하면 알 수 있듯이, 상기 중심부(32a)는 성형작약의 형상이고, 상기 외측부(32b)는 폭발성형관통자의 형상으로 이루어져 있다. 도 2 (a)는 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 단면형상으로 각 부위의 직경과 두께를 나타내고 있다. 상기 외측부의 최대 직경(D1)은 상기 탄체(33)의 내측면과 접하는 상기 외측부(32b)의 직경이다. 상기 중심부의 최대 직경(D2)은 상기 중심부와 상기 외측부가 접하는 엣지를 R가공한 부분 중 상기 외측부와 접하는 부분의 직경 즉, R가공부의 최대 직경을 의미한다.

상기 외측부의 최대 직경(D1)과 상기 중심부의 최대 직경(D2)는 특정 비율을 가져야 상기 유도탄 내 전방 구성품의 제거 효과(상기 중심부에 의한) 및 표적에 대한 관통효과(상기 외측부에 의한)를 극대화 할 수 있다. 상기 특정 비율은 상기 외측부(32b)와 상기 중심부(32a)의 최대 직경비를 변수로 하여 해석 및 시험을 통해 분석한 결과 상기 중심부의 최대 직경이 상기 외측부의 최대 직경의 30%일 때 최적의 관통성능을 얻을 수 있음을 확인하였으며, 이를 수식으로 나타내면 하기의 <수학식 1>과 같다.

<수학식 1>

여기에서, D1 은 상기 외측부의 최대 직경이고, D2 는 상기 중심부의 최대 직경이다.

또한, 상기 복합기능탄두용 폭발성형관통자의 두께는 가변적으로 설계될 수 있으나 각 부위의 두께는 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32) 직경의 일정비 수준이어야 최적의 성능을 얻을 수 있다. 즉, 상기 중심부의 두께(t2)는 상기 중심부의 최대 직경(D2)의 2~4% 이고, 상기 외측부의 두께(t1)는 상기 외측부의 최대 직경(D1)의 3~5% 이며, 이를 수식으로 나타내면 하기의 <수학식 2>와 <수학식 3>과 같다.

<수학식 2>

<수학식 3>

여기에서, D1 은 상기 외측부의 최대 직경이고, D2 는 상기 중심부의 최대 직경이고, t1 은 상기 외측부의 두께이며, t2 는 상기 중심부의 두께이다.

도 4는 일반적인 성형작약탄두(b) 와 그로부터 생성된 메탈 제트(a)의 개략도이다. 도 5는 일반적인 폭발성형관통자 탄두(b)와 그로부터 생성된 관통자(a)의 개략도이다. 도 4과 도 5를 참고하여 설명하면, 상기 성형작약 라이너(12)와 전폭관은 동일한 중심축을 갖고, 상기 폭발성형관통자 라이너(22)와 전폭관은 동일한 중심축을 갖는다. 이는 상기 유도탄의 폭발성능을 최대화 하기 위한 것으로 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32) 역시 상기 전폭관(36)과 동일한 중심축을 갖도록 설치된다.

다음으로 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너를 적용한 유도탄의 폭발순서이다. 상기 복합기능탄두(31) 후방의 뒷마개(35)에 장착된 신관의 기폭신호를 받아 전기식 기폭관의 폭발에너지가 상기 전폭관(36)을 기폭시키고 이어 상기 탄두 내부의 주장약(34)을 기폭시키면 상기 주장약의 폭발에너지 전달에 의해 1차적으로 상기 탄두 외피를 구성하는 메탈재질의 탄체(33)가 팽창 및 파열하여 파편화 된다. 계속하여 상기 주장약(34)의 폭발에너지는 상기 탄두의 축방향으로 전달되어 상기 복합기능탄두용 폭발성능관통자 라이너(32)의 상기 중심부(32a)에 먼저 도달하게 된다. 상기 중심부(32a)는 상기 폭발에너지에 의해 붕괴되어 약 7~9 km/sec의 제트 팁 속도를 갖는 메탈제트 형태로 변형되어 상기 유도탄 전방을 향하여 비행하고, 상기 메탈제트에 의해 상기 유도탄 전방에 배치된 구성품을 관통 및 파열시킨다. 뒤이어 상기 폭발에너지는 상기 외측부(32b)에 전달되어 자가 단조(self-forged)되어 고속의 관통자 형태로 변형되어 약 2~4 km/sec 속도로 상기 유도탄 전방을 향하여 비행하게 된다. 상기 관통자 형태의 외측부(32b)는 이미 상기 메탈제트 형태의 중심부(32a)에 의해 관통 및 파열되어 빈 공간으로 확보된 경로를 따라 비행하게 되어 상기 전방 구성품의 간섭으로 인한 관통력의 저하가 감소된다. 즉, 상기 복합기능탄두용 폭발성형관통자 라이너(32)는 상기 화약의 폭발에너지에 의해 메탈제트 및 폭발성형관통자 두가지 성능을 갖는 형태로 전개된다.

도 6은 본 발명에 따른 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너의 발사 후 시간 경과에 따른 형상을 나타내는 개략도이다. 도 6을 참고하여 설명하면, 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)의 형상은 우측에서 좌측으로 점차 변형된다. 도 6의 우측과 같이 발사 초기에는 상기 중심부(32a)와 상기 외측부(32b)가 동시에 비행하지만 점차 비행 속도가 빠른 상기 중심부가 전진하고 그 뒤를 상기 외측부가 따라서 진행된다. 도 6의 좌측과 같이 최종적으로는 상기 중심부(32a')와 상기 외측부(32b')가 분리되어 진행된다.

본 발명에 따른 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)는 일정한 관통 성능의 확보를 위해 조립 동심도가 중요하므로 파편을 형성하는 탄두에 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너를 조립할 때 잠금너트(37)를 사용하여 상기 탄두(33)에 고정시킨다. 이 후 상기 탄체(33)와 상기 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너(32)의 접촉 부위는 접착제(38) 등을 사용하여 밀봉 처리하여 상기 탄체의 후방에서 주조형 복합화약(34) 등을 주입할 때 빈틈이 생겨 새는 곳이 없도록 한다. 상기 탄두의 중심부위에서 기폭이 발생하여 화약의 폭발에너지 충격파가 대칭적으로 전파되어야 관통력 증대에 유리하므로, 상기 전폭관(36) 자리는 상기 주장약(34)의 중심부위에 정확히 위치할 수 있도록 상기 주장약의 경화 시에 충전 치구 등을 사용하여 상기 전폭관과 상기 주장약이 동일한 중심축을 갖도록 설치한다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

11 : 일반적 성형작약탄두
12 : 성형작약 라이너
13 : 성형작약탄두 탄체
14 : 성형작약탄두 충전화약
21 : 폭발성형관통자 탄두
22 : 폭발성형관통자 라이너
23 : 폭발성형관통자 탄두 탄체
24 : 폭발성형관통자 탄두 충전화약
31 : 복합기능탄두
32 : 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너
33 : 복합기능탄두 탄체
34 : 복합기능탄두 충전화약(주장약)
35 : 탄두 뒷마개
36 : 전폭관
37 : 잠금너트
38 : 밀봉용 접착제
32a : 중심부
32b : 외측부
32c : 체결부
D1 : 외측부의 최대 직경
D2 : 중심부의 최대 직경
t1 : 외측부의 두께
t2 : 중심부의 두께

Claims (5)

1. 파편 및 폭발성형관통자 기능을 동시에 갖는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너에 있어서,
   탄체의 내측 선단에 설치되며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 오목한 돔형상의 외측부;
   상기 탄체와 상기 외측부가 체결되도록 상기 외측부의 원주방향으로 형성되는 체결부;
   상기 외측부의 중앙에 위치하며 상기 탄체의 발사 반대방향으로 돌출된 중심부; 를 포함하며
   상기 중심부의 최대 직경은 상기 외측부의 최대 직경의 30%이고
   상기 외측부의 두께는 상기 외측부의 최대 직경의 3% 내지 5%이고
   상기 중심부의 두께는 상기 중심부의 최대 직경의 2% 내지 4%이고
   상기 외측부와 상기 중심부는 동일한 중심축을 가지며,
   상기 중심부의 옆면과 상기 중심부의 첨점부는 서로 다른 곡률반경을 가지며, 상기 옆면의 곡률반경은 상기 첨점부의 곡률반경보다 큰 것을 특징으로 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 체결부는 상기 외측부의 최대 외측둘레를 따라 단차지게 형성되는 것을 특징으로 하는 복합기능탄두용 이중성능관통자 라이너.

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