화포탄용 대구경 다기능 신관{MULTI-OPTION FUZE FOR ARTILLERY}
본 발명은 화포탄용 대구경 다기능 신관(Multi-Option Fuze for Artillery, MOFA)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대구경 포탄 등에 장착되며 다양한 모드에 의해 구현되는 기능들이 하나의 신관에 내장되는 다기능 신관을 제공함으로써, 급변하는 전장 상황에 맞게 신관 운용 모드를 다양하게 변경하여 포탄의 발사 효율을 극대화하기 위한 화포탄용 대구경 다기능 신관에 관한 것이다.
화력운용 극대화와 효율적인 임무 수행을 위해 화포탄약의 장사거리 운용, 정확도 향상, 위력 증대, 신속한 대응력 및 군수지원 단순화 등이 요구된다. 특히, 표적감지, 사격지휘, 자주포 탄약 등을 일괄적으로 실시간 운용할 수 있는 자동화된 발사체계가 요구되고 있는데, 신관 분야도 이러한 추세에 부합하기 위해 장사거리 및 신속 정밀 운용, 체계 간 상호연동이 가능하도록 발전하고 있다. 신관이란 탄약을 점화시키고 탄약의 작동을 조절하여 예정된 조건 하에서 탄약이 작동되도록 하는 발화장치를 의미한다. 이러한 신관은 크게 3종의 신관, 즉 근접신관, 시한신관 및 충격신관으로 구분되며, 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드를 운용한다. 도 1은 종래의 화포탄용 대구경 근접신관 형상을 나타낸 도면으로, 한국공개특허공보 제2010-0130851호에 개시된 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 도 1의 근접신관은 안테나(56)를 신관의 제일 앞부분에 설치하고 유도코일(L2)를 안테나(56)와 이격되게 소정거리 후부에 설치하여 전자기 유도방식으로 시한값을 장입할 수 있고 근접 기능을 가진다. 도 2는 종래의 화포탄용 대구경 시한신관 형상을 나타낸 도면으로, 한국등록특허공보 제0841680호에 개시된 것이다. 도시된 바와 같이, 상기 도 2의 시한신관은 유도코일 조립체(10)를 구비하는 전자부 조립체(20), 전원 조립체(30), 기폭관집 조립체(40), 안전장전장치 조립체(50) 등을 포함한다. 위와 같은 종래 포탄용 신관은 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드 중 한 가지 또는 두 가지 정도의 모드가 하나의 신관에 내장되어 운용되는데, 전술 상황에 맞게 신관을 적용하기 위해서는 다종의 신관 운송이 불가피한 문제가 있었다. 또한, 각 신관의 사격 제원 입력 및 조정방식이 서로 달라 신관 운용 시 제원 입력 소요시간 증가로 포탄의 발사속도가 저하되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 근접, 시한, 충격 및 충격지연의 4가지 기능을 구현하는 모드를 하나의 신관에 내장하여 전장에서 상황에 맞는 모드를 적절히 선택하여 운용할 수 있으며, 전자기 유도 장입 기술을 적용함으로써 장입에 소요되는 시간이 짧아 포탄의 발사속도를 극대화시키기 위한 화포탄용 대구경 다기능 신관을 제공하고자 함에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 화포탄용 대구경 다기능 신관은, 신관 몸체, 상기 신관 몸체의 전방으로 돌출되게 형성되며 신관의 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드로 이루어지는 운용 모드 중에서 선택된 모드가 입력되는 유도코일부 및 상기 신관 몸체의 내부에 장착되며 상기 입력된 운용 모드에 따라 기폭신호를 제어하는 신관 전자부를 포함하며, 하나의 신관에 근접, 시한, 충격 및 충격 지연기능의 4가지 기능이 내장되어 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 신관 몸체는 상부의 직경이 하부의 직경 보다 작은 비대칭의 원통형인 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 유도코일부는 전자기 유도를 통해 운용 모드가 입력되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 유도코일부는 상기 신관 몸체와 결합되는 앞덮개에 의해 덮여진 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 유도코일부는 상기 신관 몸체에 압입 조립되어 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 신관 전자부는 메인기판과 상기 메인기판에 장착되는 하부 조립체로 이루어지며, 상기 하부조립체는 신호처리부, 정전압부, RF부, 제어부 및 상기 RF부에 장착되는 마이크로스트립 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 전파 송신과 전파 수신을 모두 수행하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 안테나 끝단이 상기 앞덮개와 상기 유도코일부 사이에 위치하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 마이크로스트립 안테나는 상기 유도코일부 내부로 관통하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 제어부는 입력된 운용 모드를 저장하고 저장된 운용 모드에 의해 발생된 기폭신호를 제어하는 마이크로프로세서가 구비되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 RF부는 다기능 신관이 근접 기능을 수행함에 있어서 주파수 변조연속파(FMCW)를 송수신하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 신호처리부는 다기능 신관이 근접 기능을 수행함에 있어서 상기 RF부로부터 획득된 비트(Beat)신호를 디지털 신호처리하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 정전압부는 상기 RF부와 상기 신호처리부에 안정적인 전원을 공급하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명에 따른 메인기판은 포탄의 진행방향과 수직이 되도록 상기 신관 몸체에 장착되고, 상기 하부 조립체는 포탄의 진행방향과 수평이 되도록 상기 메인기판에 수직으로 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드라는 4가지 모드를 하나의 신관에 내장함으로써, 전술적 상황에 맞는 모드를 적절히 선택하여 운용할 수 있는 효과가 있다. 또한, 전자기 유도 장입 기술을 적용함으로써 운용 모드의 장입에 소요되는 시간이 짧아 포탄의 발사속도가 극대화되는 효과가 있다. 또한, 종래 근접신관의 연속파 방식 시스템 대신 주파수 변조 연속파 방식 시스템을 적용함으로써 절대고도를 감지할 수 있고 고도 정밀도 및 편차를 종래의 연속파 방식에 비해 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 전자식 시한 기능을 통해 정밀한 위치에서 신관을 작동시킬 수 있고, 전자식 충격지연 기능을 통해 적의 참호나 임시 건물 내부로 포탄을 침투시킨 다음 기폭시킴으로써 포탄의 살상효과를 극대화시킬 수 있다.
도 1은 종래의 화포탄용 대구경 근접신관 형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 화포탄용 대구경 시한신관 형상을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화포탄용 대구경 다기능 신관의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신관 전자부의 사시도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 화포탄용 대구경 다기능 신관의 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 화포탄용 대구경 다기능 신관(100)은 신관 몸체(130), 상기 신관 몸체(130)의 전방으로 돌출되게 형성되며 신관의 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드로 이루어지는 운용 모드 중에서 선택된 모드가 입력되는 유도코일부(110) 및 상기 신관 몸체(130)의 내부에 장착되며 상기 입력된 운용 모드에 따라 기폭신호를 제어하는 신관 전자부(120)를 포함하며, 근접, 시한, 충격 및 충격 지연기능의 4가지 기능이 하나의 신관에 내장되는 것을 특징으로 한다. 신관 몸체(130)는 포탄 발사 시 생성되는 고 충격 및 비행 중 진동, 공기 저항, 대기 마찰열 등의 외부 환경으로부터 신관 전자부(120)를 보호하고, 후술하는 유도코일부(110)와 앞덮개(140)가 장착되는 기구인데, 신관이 충격지연 모드로 작동하는 경우 타겟과의 충격에 따른 물리적인 외력으로부터 신관 전자부(120)를 지연시간 동안 보호하는 역할을 한다. 이러한 신관 몸체(130)는 형상에 있어 특별한 제한은 없으나, 신관 전자부(120) 등의 부품을 포함할 수 있도록 내부에 공간이 형성되고, 공기의 저항을 감소시키기 위해 상부의 직경이 하부의 직경 보다 작은 비대칭의 원통형 형상을 가지는 것이 바람직하다. 유도코일부(110)는 다기능 신관(100)의 근접, 시한, 충격 및 충격지연 모드에 의해 구현되는 기능 중 전장 상황에 유리한 기능을 선택하여 그 기능에 따른 모드를 선택하고 사격 제원을 입력하기 위한 조립체로서, 상기 신관 몸체(130)에 압입 조립되어 형성될 수 있다. 유도코일부(110)는 신관 몸체(130)의 전방, 즉 포탄의 진행방향으로 돌출되게 형성되며, 플라스틱 보빈에 에나멜 선이 권선됨으로써 제조되는 것이 바람직하다. 특히, 시한값, 사격 제원 혹은 운용 모드 등을 유도코일부(110)에 기계적으로 장입하는 것이 아니라 비접촉 신관 장입기(미도시) 등으로부터 전자기 유도 방식을 통해 장입하므로, 전장에서 상황에 맞는 신관의 모드를 신속히 선택할 수 있는 장점이 있다. 이러한 유도코일부(110)는 상기 신관 몸체(130)와 결합되는 앞덮개(140)에 의해 덮여질 수 있다. 앞덮개(140)는 주파수 변조연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)를 송수신하기 위해 신관 몸체(130) 앞 부분에 체결되는 부품으로 바람직하게 강화 유리섬유가 포함된 원료를 사출하여 제조되며, 전자파가 대기 중으로 방사될 때 전력 손실을 최소화하기 위해 플라스틱 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 앞덮개(140)는 신관 몸체(130) 앞 즉, 포탄의 가장 앞 부분에 형성되므로, 포탄 비행 중 공기저항에 직접적인 영향을 받게 된다. 따라서, 공기 저항을 감소시키기 위한 형상으로 형성될 필요가 있으며, 콘 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신관 전자부(120)의 사시도이다. 신관 전자부(120)는 메인기판(121)과 상기 메인기판(121)에 장착되는 하부 조립체로 이루어지며, 상기 하부조립체는 RF부(123), 신호처리부(124), 정전압부(125), 제어부(126) 및 상기 RF부(123)에 장착되는 마이크로스트립 안테나(122)를 포함한다. 본 발명의 RF(Radio Frequency)부는 종래 한국공개특허공보 제2010-0130851호 등에 개시된 근접신관의 연속파 방식 시스템 대신 주파수 변조 연속파(Frequency-Modulated Continuous Wave, FMCW) 방식 시스템이 적용되어 다기능 신관이 근접기능을 수행함에 있어서 마이크로스트립 안테나(122)를 통해 표적에 주파수 변조 연속파 신호를 송신하게 된다. 그 후, 표적에서 반사된 비트(Beat) 신호를 수신하여 최종적으로 전파의 시간 지연에 따른 송신 신호와 수신신호의 주파수 변화를 이용함으로써 표적의 거리를 측정하게 되는데, 이와 같이 근접 모드의 경우 주파수 변조 연속파 방식을 적용함으로써 절대고도를 감지할 수 있고 고도 정밀도 및 편차를 종래의 연속파 방식에 비해 크게 개선시킬 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 마이크로스트립 안테나(122)는 도 4에 도시된 인쇄패턴이 형성된 것을 특징으로 하고, 전파 송신과 전파 수신을 모두 수행할 수 있으며, 상기 RF부(123)와 체결이 용이하기 때문에 체결 상태로 인해 발생되는 전자파 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 안테나 끝단이 유도코일부(110) 내부로 관통하는 것이 바람직하며, 상기 앞덮개(140)와 상기 유도코일부(110) 사이에 위치하도록 형성되는 것이 더욱 바람직한데, 안테나의 끝단이 신관의 앞 부분에 거의 근접하게 형성됨으로써 신관의 근접 모드에 의한 근접 기능이 더욱 향상되는 효과가 있다. 신호처리부(124)는 다기능 신관이 근접기능을 수행함에 있어서 상기 RF부(123)로부터 획득된 비트 신호를 디지털 신호처리하여 거리신호로 변환하는 역할을 수행한다. 정전압부(125)는 상기 신호처리부(124)와 RF부(123)에 안정적인 전원을 공급한다. 제어부(126)는 입력된 운용 모드를 저장하고 저장된 운용 모드에 의해 발생된 기폭신호를 제어하는 마이크로프로세서가 구비될 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부(126)는 정전압부(125)에 전원을 공급하고 유도코일부(110)를 통해 입력된 신관 운용 모드 및 사격제원 등을 마이크로프로세서에 저장하며 정상적인 저장 여부를 확인시켜주는 회로를 구비하여 전장의 상황에 따라 신관 운용 모드 및 사격제원이 신속하게 변경될 수 있는 효과가 있다. 신관 운용 모드 및 사격제원이 저장된 마이크로프로세서는 발사 후 전기적 안전구간을 제어한다. 또한, 마이크로프로세서는 근접 모드로 운용 시 근접 작동 개시 시점을 정확하게 카운팅하여 RF부(123)의 전원공급을 제어하고, 시한 또는 충격지연 모드로 운용 시 시한 값 또는 지연시한 값을 정밀하게 다운 카운팅함으로써 포탄의 기폭 위치를 정밀하게 결정할 수 있다. 게다가, 충격 모드로 운용 시 근접, 시한모드의 지원 모드 또는 충격 모드 단독으로 운용되어 신관의 작동률을 향상시킬 수 있으며, 전기적 안전구간 제어가 끝남과 동시에 신관이 충격 모드로 작동될 수 있도록 제어함으로써 최종적으로 네 가지 모드에 의해 발생된 각각의 기폭신호를 정밀하게 제어하여 포탄의 기폭 위치를 정확하게 제어할 수 있고 따라서 살상효과를 극대화시킬 수 있다. 위와 같은 메인기판(121)은 포탄의 진행방향과 수직이 되도록 상기 신관 몸체(130)에 장착되고, 하부 조립체는 포탄의 진행방향과 수평이 되도록 상기 메인기판(121)에 수직으로 장착되는 것이 바람직하다. 이는 많은 전자부품들이 실장된 하부 조립체가 크기가 제한된 신관 몸체(130)의 내부 공간에 장착되기 위해서는 보다 넓은 면적이 요구되므로, 따라서 포탄의 진행방향과 수직으로 장착되는 가로 장착형 인쇄회로기판보다 수평으로 장착되는 세로 장착형 인쇄회로기판의 공간활용성이 우수하기 때문이다. 또한, 위 하부 조립체가 포탄의 진행방향과 수평이 되도록 메인기판(121)에 수직으로 장착됨에 따라 포탄 발사 시 발생되는 충격의 방향과 동일하게 되는데, 이로 인해 충격 에너지의 흐름에 방해가 되지 않기 때문에 실장된 전자부품들을 더욱 더 안전하게 보호할 수 있는 효과가 있다. 전원 조립체(150)는 신관 전자부(120)에 전원을 공급하는 장치이다. 기폭관집 조립체(160)는 신관 내 첫 번째 화약인 전기식 기폭관에 전기신호를 전달하기 위한 인쇄회로 기판 및 이들을 보호할 수 있는 금속 하우징으로 구성되는 것이 바람직하고 전술한 네 가지 모드에 의해 발생된 각각의 기폭신호가 전기식 기폭관을 폭발시킨다. 안전장전장치(170)는 톱니 형상의 금속 부품들 및 두 번째 화약인 기폭관이 내장되어 있으며, 이들은 금속 하우징 내에 장착된다. 포탄 발사 후 절대 안전거리 확보를 위한 필수 부품으로서 포탄 발사 시 발생되는 후진관성력과 회전력에 의해 톱니 형상의 부품들이 작동하기 시작하고 작동 전 회전 중심과 어긋난 부위에 장착되어 있던 두 번째 화약이 안전장전장치의 회전 중심으로 회전하게 되어 신관 내 4 종의 화약이 정렬된다. 연결관집 조립체(180)는 세 번째 화약인 연결관과 연결관을 장착할 수 있는 금속 하우징으로 구성된 부품으로 기폭관이 폭발할 때 발생되는 에너지에 의해 연결관이 폭발하며 그 폭발에너지는 신관 내 최종 화약인 전폭약을 폭발시킨다. 전폭약집 조립체(190)는 신관 내 최종 화약인 전폭약과 금속하우징으로 구성된 부품으로 연결관 폭발 시 발생된 에너지에 의해 전폭약이 폭발되며 그 폭발에너지는 포탄의 화약으로 전달되어 최종적으로 포탄을 폭발시킨다.
상기와 같이 도면과 명세서에서 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
L2: 유도코일 10: 유도코일 조립체
20: 전자부 조립체 30: 전원 조립체
40: 기폭관집 조립체 50: 안전장전장치 조립체
56: 안테나 100: 다기능 신관
110: 유도코일부 120: 신관 전자부
121: 메인기판 122: 마이크로스트립 안테나
123: RF부 124: 신호처리부
125: 정전압부 126: 제어부
130: 신관 몸체 140: 앞덮개
150: 전원 조립체 160: 기폭관집 조립체
170: 안전장전장치 180: 연결관집 조립체
190: 전폭약집 조립체 |
