단위장약용 점화시스템 및 이의 제조방법

단위장약용 점화시스템 및 이의 제조방법{MODULAR CHARGE IGNITION SYSTEM AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 대구경 곡사포용 추진장약에 사용되는 점화시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 여러 개의 모듈로 이루어진 단위 장약의 점화시스템에서 소진성 튜브 내부에 빈 공간을 형성하여 초기 점화를 단축하도록 구성된 단위장약용 점화시스템에 관한 것이다.

추진장약(propelling charge)은 화포에 장전된 탄두를 추진제의 연소시 발생하는 고압가스로 의도된 위치에 도달하도록 고안된 것으로서, 연소가 가능한 약포 또는 소진용기에 추진제를 충전하고 사거리 조정이 가능하도록 호수별로 구분하여 패키지화한 형태를 추진장약이라 한다.

일반적인 대구경 곡사포용 155mm 추진장약으로는 여러 개의 모듈로 이루어진 단위장약을 사용하고 있다.

이와 같은 추진장약에 있어서 점화시스템은 크게 소진성 튜브(ignition tube, 이하 IT라고도 함)와 점화제로 구성되며, 여기서 소진성 튜브는 뇌관 화염의 전달 통로이고, 점화제는 추진제 점화를 위한 에너지를 방출시키는 역할을 한다.

기존 점화 시스템은 소진성 튜브 내부에 점화제를 위치시켜 뇌관 화염이 전달 되어지는 통로를 일부 막는 구조로 되어 있어 뇌관 화염전달이 용이하지 않고, 화포의 구조상 단위장약의 한쪽 끝부터 뇌관에 의하여 점화가 시작되므로, 이에 따라 각 단위장약 모듈 간의 점화시간에 차이가 크게 발생하며, 이는 점화지연이나 차압을 발생시킬 가능성이 있다.

그러므로 단위장약의 경우 안정적인 성능을 발휘하기 위해 여러 개의 단위장약 모듈이 최대한 동시에 점화될 수 있는 점화시스템이 요구된다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 화염 홀(hole)을 가지고 있으며, 내주면과 외주면에 흑색화약(Black powder, 이하 BP라고도 함)이 코팅되고 내부에 점화제를 제거한 소진성 튜브와 점화제가 충전된 약포를 소진성 튜브 외부에 부착한 형태의 점화시스템을 구성함으로서, 뇌관의 화염 전달이 용이하도록 구성된 단위 장약용 점화 시스템의 제공에 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 추진장약을 점화시키기 위한 단위장약용 점화시스템은 단위장약 중심부에 위치하고 원통형상으로 측면에 다수개의 화염홀이 형성되어 흑색화약(Black powder)으로 내주면 및 외주면이 코팅된 소진성 튜브(10) 및 점화제로 흑색화약(Black powder) 및 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제가 교대로 번갈아 배치되도록 약포에 충전된 점화제 약포(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 소진성 튜브의 일단에 형성된 뇌관 장치에 의해 공급되는 점화 화염을 추진장약 내에 충전된 추진제에 공급되도록 일정간격을 두고 천공된 화염홀이 형성되며, 이 화염홀은 외경이 1 내지 10 mm인 것이 바람직하다.

또한, 상기 소진성 튜브의 내경은 15 내지 40 mm일 수 있다.

본 발명에서 소진성 튜브 외주면 및 내주면에 코팅된 흑색화약(Black powder)은 질산칼륨(KNO ₃ ) 50 내지 85 중량 %, 목탄(charcoal) 5 내지 20 중량% 및 황(sulfur) 5 내지 15 중량%를 포함하여 이루어진 것이다.

또한, 상기 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 클린 버닝 이그나이터(clean burning igbuter, 이하 CBI라고도 함)로 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)가 95% 이상과, 디페닐아민(Diphenylamine)이 0.05 내지 5 %을 포함하여 이루어진 것이다.

상기 점화제 약포에는 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 1:0.01 내지 1:500 중량부 비율로 충전되며, 바람직하게는 1:3 내지 1:4 중량부 비율로 충전된다. 예를 들어 상기 점화제 약포에서 상기 흑색화약(Black powder)은 0.1 내지 10g이 충전되고, 상기 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 10 내지 50g이 충전될 수 있다.

이와 같이 점화제 약포에는 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제가 같이 사용할 뿐만 아니라 이들이 각각 단독으로 사용할 수 있다.

본 발명의 단위장약용 점화시스템은 소진성 튜브(IT) 내부에 빈 공간에 의해 뇌관 화염전파 속도가 빠르고, 연소성 약포의 사용으로 추진제 내부로의 화염에너지 이동에 영향을 주어 점화지연시간 감소에 영향을 준다.

그리고 상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 순서대로 원통형상으로 측면에 다수개의 화염홀이 형성된 소진성 튜브 내주면과 외주면상에 흑색화약 코팅액을 도포시키는 코팅 단계(S110), 상기 흑색화약 코팅액이 도포된 소진성 튜브를 건조시키는 건조 단계(S120) 및 점화제로 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제가 교대로 번갈아 배치되어 약포에 충전된 점화제 약포를 상기 건조된 소진성 튜브의 외부를 감싸도록 부착하는 점화제 약포 부착 단계(S130)를 포함하여 이루어진 단위장약용 점화시스템 제조방법을 제공한다.

상기 흑색화약 코팅액은 흑색화약(Black powder)과 용매가 1:0.1 내지 1:5 중량비로 혼합된 것이며, 바람직하게는 1:1 중량비로 혼합된 것이다. 이때 용매는 흑색화약을 고루 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 물, 에탄올 등이 사용될 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이 상기 점화제 약포에는 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 1:0.01 내지 1:500 중량부 비율로 충전될 수 있으며, 바람직하게는 1:3 내지 1:4 중량부 비율로 충전된다

상기 흑색화약(Black powder)은 질산칼륨(KNO ₃ ) 50 내지 85 중량 %, 목탄(charcoal) 5 내지 20 중량% 및 황(sulfur) 5 내지 15 중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 사용되는 추진장약의 약포의 섬유재질은 연소 후 잔사를 거의 생성하지 않는 섬유재질이면 특별히 한정하지 않고 사용될 수 있으며, 바람직하게는 아크릴 비스코스 레이온(Acrylic Viscos Rayon) 등을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 단위장약용 점화시스템은 단위장약의 각 모듈의 중심에 구성됨으로서 추진제의 점화를 균일하게 할 수 있으며, 소진성 튜브(IT) 내부에 빈 공간에 의해 뇌관 화염전파 속도가 빠르고, 연소성 약포의 사용으로 추진제 내로의 화염에너지 이동을 빠르게 함으로써 초기 점화지연시간이 감소되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따란 단위장약용 점화시스템의 제조방법 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위장약에 형성된 점화시스템을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단위장약용 점화시스템에서 소진성 튜브의 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위장약용 점화시스템의 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 단위장약용 점화시스템에서 소진성 튜브의 단면도를 나타낸 것이다.
도 6은 상기 도 2과 같이 점화시스템이 형성된 단위장약의 결합 도면을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 추진제 약포의 사진이다.

이하, 본 발명의 점화시스템을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명하며, 이는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 하는 설명에 한정되지 않는다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 단위장약용 점화시스템 제조방법은, 소진성 튜브에 흑색화약 코팅 단계(S110), 건조단계(S120) 및 약포 부착 단계(S530)을 포함하여 이루어진다.

코팅 단계(S110)는 소진성 튜브 흑색화약(Black powder, BP)으로 튜브의 내주면 및 외주면이 코팅하는 과정이며, 여기서 흑색화약(Black powder, BP)는 질산칼륨(KNO ₃ ) 50 내지 85 중량 %, 목탄(charcoal) 5 내지 20 중량% 및 황(sulfur) 5 내지 15 중량%의 조성으로 구성된 혼합물이다.

여기서, 질산칼륨(KNO ₃ )은 질산칼륨(KNO ₃ )의 질산염(NO ₃ )에 의해 연소 반응 시 산소를 공급하여 화약의 폭발력을 제공하는 것으로, 50 중량% 미만으로 포함되면 질산칼륨의 양이 상대적으로 부족해 화약의 폭발력을 제대로 제공하지 못하며, 85 중량% 초과하면 흑색화약의 성능에 영향을 줄 수 있다.

목탄은 탄소성분으로 연소 반응이 일어날 수 있도록 하는 역할로 목탄이 5 중량% 미만이면 그 함량이 매우 적어 흑색화약의 연소 반응이 제대로 일어나지 못하며, 20 중량% 초과하면, 질산칼륨(KNO ₃ )의 양이 상대적으로 부족해 폭발성능 확보가 어렵다.

황은 낮은 온도에서 발화하여 폭발력을 증가시키는 것으로, 황이 5 중량% 미만이면 점화온도가 상승하여 폭발력이 급격히 감소될 수 있으며, 황이 15 중량% 초과하면 질산칼륨과 목탄의 양이 상대적으로 부족해 폭발력 상승에 큰 효과가 없으며, 고농도의 황에 의한 환경오염이 유발되는 문제점이 있다.

코팅 단계(S110)에서는 상기와 같은 조성을 갖는 흑색화약과 용매를 1:0.1 내지 1:5 중량비로, 바람직하게는 1:1 중량비로 고루 혼합한 흑색화약 코팅액을 소진성 튜브의 외주면과 내주면에 고루 도포시켜 코팅한 후, 이 흑색화약 코탱액이 도포된 소진성 튜브를 건조시킨다(S120).

흑색화약 코탱액에서 용액의 함량의 중량비가 0.1 미만이면 부족한 용매의 양으로 인해 흑색화약이 소진성 튜브에 고루 코팅되기 어려우며, 용액의 함량의 중량비가 5 초과하면 흑색화약의 함량이 상대적으로 적으므로 흑색화약을 소진성 튜브에 효과적으로 코팅하기 어려워 오히려 점화반응에 악영향을 주는 문제가 있다.

이때 용매는 흑색화약을 고루 분산시킬 수 있는 용매이면 특별히 한정하지 않으며, 바람직하게는 물, 에탄올 등이 사용될 수 있다.

그 다음은 점화제 약포를 상기 건조단계(S120)를 거친 소진성 튜브의 외부를 감싸도록 하는 점화제 약포 부착단계(S130)이다.

본 발명의 점화제 약포에서 사용되는 점화제는 주점화제와 보조점화제 두 가지이며, 주점화제는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제이고, 보조점화제는 흑색화약(Black powder)이다.

여기서 주점화제인 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 클린 버닝 이그나이터(clean burning igbuter, 이하 CBI라고도 함)으로, 이 CBI는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose)가 95 중량% 이상과, 디페닐아민(Diphenylamine)이 0.05 내지 5 중량%을 포함한 조성으로 구성된 혼합물이다.

니트로셀룰로스(Nitrocellulose)는 에너지 물질로 화약의 역할을 하는 것으로 점화제에서 요구되는 높은 연소성을 갖도록 하기 위한 것으로, 니트로셀룰로스가 CBI 전체 조성에서 95 중량% 미만이면 낮은 연소성으로 점화제의 성능에 문제점이 있다.

디페닐아민(Diphenylamine)은 점화제의 주원료로 에너지 물질인 니트로셀룰로스와 같은 질산에스테르 화합물의 분해를 안정화시키는 안정제로서, 디페닐아민이 0.05 중량% 미만이면 그 함량이 매우 낮아 안정제의 효과가 미미하며, 5중량% 초과하면 니트로셀룰로스 함량이 상대적으로 낮아 점화제의 성능에 영향을 줄 수 있다.

본 발명의 점화제 약포는 도 7에 도시된 바와 같이 잔사를 거의 생성하지 않는 섬유재질의 주머니에 주점화제와 보조점화제가 교대로 번갈가며 배치되도록 담겨진 상태인 것으로, 상기 점화제 약포에서는 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 1:0.01 내지 1:500 중량부로 충전될 수 있으며, 바람직하게는 아래의 실시 예에서처럼 1:3 내지 1:4 중량부로 충전될 수 있다.

예를 들어, 상기 흑색화약(Black powder)은 0.1 내지 10g의 양으로 충전되고, 상기 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제는 10 내지 50g의 양으로 충전될 수 있다.

여기서 점화제 약포에 충전되는 점화제가 반드시 흑색화약(Black powder) 및 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제와 같이 2종이 함께 사용할 뿐만 아니라 이들이 각각 단독으로 점화제 약포에 충전되어 사용할 수 있다.

점화제가 충전된 점화제 약포(20)는 상기 건조된 소진성 튜브(10) 외부를 감싸도록 부착되어 있으며, 바람직하게는 소정의 고정끈(미도시)을 이용하여 점화제 약포(20)가 이탈되지 않도록 소진성 튜브(10) 외부에 고정되도록 함으로써 단위 장약용 점화시스템을 제조한다.

도 2는 앞서 설명한 바와 같은 제조방법에 따라 제조된 단위장약용 점화시스템의 개략적인 구성을 나타낸 구성도로, 도시된 바와 같이 추진제 점화를 균일하게 할 수 있도록 단위장약의 중심에 점화시스템이 구성되어 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 단위장약의 점화시스템(100)은 소진성 튜브(10) 및 소진성 튜브 외부를 감싸는 점화제 약포(20)를 포함하여 이루어진다.

소진성 튜브(10)는 도 2와 도 5에서 나타낸 것처럼 원통형상으로 측면에 일정 간격으로 타공된 다수 개의 화염홀(11)이 형성되어 있다. 이와 같은 화염홀(11)은 외경이 1 내지 10 mm인 것으로 4개 내지 36개의 화염홀이 형성될 수 있으며, 이러한 화염홀(11)의 외경 크기 및 개수는 앞서 설명한 범위에 한정되지 않고, 사용자의 편의나 사용환경에 맞춰 사용자에게 보다 적합한 점화 시간을 제공하도록 변경이 가능하다.

또한, 상기 소진성 튜브의 내경은 15 내지 40 mm일 수 있으며, 이 범위에 한정되어 있지 않으며 사용자의 편의나 사용환경에 맞춰 사용자에게 보다 적합한 점화 시간을 제공하도록 변경이 가능하다.

그리고 도 5의 점화시스템 단면도에서처럼, 소진성 튜브의 내주면 및 외주면에는 흑색화약(Black powder)으로 코팅된 흑색화약 코팅층이 형성될 수 있고, 흑색화약 코팅층이 소진성 튜브의 외주면을 따라 점화제 약포(20)가 둘러싼 구조로 형성되며, 이러한 소진성 튜브 내부에는 점화제가 채워지지 않는다.

도 6에 도시된 바와 같이 단위장약은 여러 개의 모듈로 구성되며, 본 발명의 점화시스템은 앞서 설명한 바와 같이 모듈간 화염전파가 용이하도록 점화제가 충전된 약포를 소진성 튜브를 소진성 튜브 외부에 부착하여 소진성 튜브 내부에 화염전파 통로를 확보할 수 있다.

이하 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 비교예는 본 발명의 예시일 뿐이며 본 발명의 범위가 이들 실시예 및 비교예에 한정되지 않고 다양하게 수정 변경될 수 있다.

하기 표 1에 기재된 소진성 튜브의 내경과 점화제 성분 및 함량으로 본 발명의 실시예 및 비교예에 대한 점화시스템을 제조하였다. 하기 표 1에서 나타낸 IT는 소진성 튜브(ignition tube), BP는 흑색화약(Black powder), CBI는 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제인 클린 버닝 이그나이터(clean burning igbuter), BS는 Benite strands를 나타낸 것이다.

상기 표 1에서 점화제는 약포에 충전되는 총 점화제의 양을 나타낸 것으로, 실시예 1 내지 실시예 5에서 흑색화약과 클린 버닝 이그나이터(clean burning igbuter)가 도 7에 도시된 바와 같이 교대로 번갈아 배치되어 약포에 충전된다. 이와 달리 비교예 1은 기존 점화시스템으로 점화제가 소진성 튜브 내부에 채워진 형태로 형성한다.

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 점화시스템에 대한 전체 점화 시간의 측정 방법은, 점화시스템의 점화 현상을 초고속 카메라를 이용하여 점화 과정을 측정하여 전체 점화 시간을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

표 2의 결과에 따르면, 비교예 1은 전체 점화 시간이 207ms(millisecond)로 가장 짧은 점화시간을 보인 실시예 3의 61ms보다 3배 이상의 시간이 소요되어 전체 점화 시간이 상당히 늦음을 알 수 있었다.

즉, 비교예 1에서처럼 흑색화약을 코팅하지 않고, 소진성 튜브 내부와 약포에 기존 점화제가 충전된 점화시스템에 비해, 실시예 1 내지 실시예 6과 같이 소진성 튜브 내부에 점화제가 채워지지 않고 흑색화약이 코팅되고 점화시스템의 경우 점화 시간 면에서 모두 우수한 수치를 나타냄을 알 수 있다. 또한 실시예 1과 같이 흑색화약을 코팅하지 않았지만 소진성 튜브의 내경에 따라서도 전체 점화 시간이 비교예에 비해 우수한 효과를 보임을 알 수 있었다.

본 발명의 실시예 중에서 실시예 3이 가장 짧은 전체 점화 시간을 가지므로, 소진성 튜브의 내경이 26mm 이고, 상기 소진성 튜브 내주면과 외주면에 흑색화약이 4g의 양으로 코팅되고, 흑색화약(Black powder) 6g 정도와 클린 버닝 이그나이터(CBI) 20g 양으로 충전된 점화제 약포를 포함하여 이루어진 점화시스템이 가장 바람직함을 알 수 있다.

또한, 흑색화약(Black powder)과 클린 버닝 이그나이터(CBI)가 같이 충전된 점화제 약포가 아닌 실시예 6과 같이 클린 버닝 이그나이터(CBI)만 단독으로 사용된 경우에도 비교예에 비해 전체 점화 시간이 우수한 효과를 보임을 알 수 있었다.

비록 흑색화약(Black powder)만 단독으로 사용한 실시예는 도시되지 않았지만 앞서 살펴본 바와 같이 점화제 약포에는 흑색화약(Black powder)과 니트로셀룰로스(Nitrocellulose) 기반 점화제가 함께 사용할 뿐만 아니라 이들이 각각 단독으로 사용이 가능함을 알 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에서 나타나는 우수한 점화 시간은 화염 홀(hole)을 가지고 있으며, 내주면과 외주면에 흑색화약(Black powder)이 코팅되고 또한, 점화시스템에서 소진성 튜브 내부에는 점화제가 채워진 기존 점화시스템과 달리, 소진성 튜브 내부에 점화제가 채워지지 않은 소진성 튜브와 주점화제와 보조점화제 두 가지로 구성된 점화제가 충전된 약포를 소진성 튜브 외주면에 부착한 형태의 점화시스템을 구성함으로써, 뇌관의 화염 전달이 용이하도록 구성됨으로써, 뇌관 화염이 전달 되어지는 통로 일부를 막지 않기 때문에 장약 모듈간 점화시간 차이를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

앞서 살펴본 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자인 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것이 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

10 : 소진성 튜브 11 : 화염홀
20 : 약포 100 : 점화시스템