탄속 측정 장치 및 방법{MUZZLE VELOCITY MEASURING APPARATUS AND METHOD}
발사체에서 발사된 탄두가 정확한 폭발 위치에서 폭발할 수 있도록 탄두의 탄속을 측정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 탄약에 있어서 기계식 및 화공식 신관은 목표물에 충돌하여 폭발하는 충격기능과 설정시간에 의해 폭발하는 시한기능으로 크게 구분되며, 전자식 신관은 기계식 및 화학식 신관의 기능을 포함하면서 전파를 이용한 근접 기능이 부가되어 있다. 이러한 전자식 신관은 주로 공중 폭발탄에 사용되고 있다. 공중 폭발탄은 목표물까지의 거리가 레이저 레인지 파인더로 측정되면 그 거리에 해당하는 시간 또는 탄의 회전수를 사격통제장치에서 신관에 입력하고, 이후 발사된 탄이 설정된 거리에 도달하면 공중에서 폭발하게 된다. 사격통제장치에서 입력된 목표물의 위치 데이터와 실제로 공중 폭발탄이 비행하여 기폭되는 위치와는 오차가 발생하게 되는데, 이러한 오차를 보정하기 위한 일반적인 방법으로 탄이 총열을 이탈한 후 탄속을 측정하여 최종 위치 데이터를 보정하는 방법과 일정하게 회전하는 탄의 회전수를 측정하여 최종 위치 데이터를 보정하는 방법이 있다. 대한민국 공개 특허 제10-2009-0061892호에는 발사체에서 발사되어 총열을 이탈한 탄두의 속도를 측정하여 설정된 시한을 보정하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 일반적인 탄속 측정 방법은 탄환이 자석으로 형성되어 탄환끼리 달라붙는 문제가 발생하고, 총열에 형성된 인덕션 루프(induction loop)와 같은 탄속 측정용 센서는 전력 소모가 많고 감도가 낮은 문제가 있다.
발사체 총열에 와전류 센서(eddy current sensor)를 형성하여 와전류 센서에 의해 발생되는 와전류 입력신호를 이용하여 발사된 탄두의 실제 비행 속도를 측정하는 장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 탄속 측정 장치는 어댑터의 두 지점에 이격되어 설치되는 탐촉자 코일이 감긴 한 쌍의 코어를 포함하고, 탄두가 발사체에서 발사되어 그 어댑터를 통과할 때 탐촉자 코일에 의해 발생하는 와전류(eddy current) 신호를 기초로 탄속 신호를 출력하는 탐지부와, 탄속 신호를 이용하여 발사된 탄두의 비행 속도를 산출하는 탄속산출부 및 산출된 비행 속도 정보를 탄두에 전송하는 송신부;를 포함할 수 있다. 이때, 코어는 'U'자 형상으로 형성되어 'U'자 형상의 개방된 부분이 어댑터의 내부로 향하도록 어댑터에 설치될 수 있다. 또한, 코어는 망간-아연 페라이트 코어(Mn-Zn ferrite core)일 수 있다. 추가적인 양상에 따르면, 탄속 측정 장치는 탄두에 형성되어 어댑터에 형성된 송신부수신부두의 비행 속도 정보를 수신하는 수신부 및 수신된 탄두의 비행 속도 정보를 기초로 탄두가 목표물의 상공에서 폭발하도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 제어부는 사용자에 의해 미리 설정되는 폭발 시한 정보를 저장하는 메모리를 포함하고, 수신부가 탄두의 비행 속도 정보를 수신하면, 그 탄두의 비행 속도 정보를 기초로 메모리에 저장된 폭발 시한 정보를 보정하고, 그 보정된 폭발 시한 정보를 기초로 폭발을 제어할 수 있다. 일 양상에 따르면, 탐지부가 탄두가 발사체에서 발사되어 그 어댑터를 통과할 때 어댑터의 두 지점에 이격되어 설치되는 한 쌍의 코어에 감긴 탐촉자 코일에 의해 발생하는 와전류(eddy current) 신호를 기초로 탄속 신호를 출력하는 단계, 탄속산출부가 탄속 신호를 이용하여 발사된 탄두의 비행 속도를 산출하는 단계 및 송신부가 산출된 비행 속도 정보를 탄두에 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 코어는 'U'자 형상으로 형성되어 'U'자 형상의 개방된 부분이 어댑터의 내부로 향하도록 어댑터에 설치될 수 있다. 추가적인 양상에 따르면, 탄속 측정 방법은 수신부가 송신부로부터 비행 속도 정보를 수신하는 단계 및 제어부가 수신된 탄두의 비행 속도 정보를 기초로 탄두가 목표물의 상공에서 폭발하도록 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 제어하는 단계는 수신부가 탄두의 비행 속도 정보를 수신하면, 그 탄두의 비행 속도 정보를 기초로 미리 설정된 폭발 시한 정보를 보정하는 단계 및 보정된 폭발 시한 정보를 기초로 폭발을 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
발사체 총열에 와전류 센서(eddy current sensor)를 형성하여 와전류 센서에 의해 발생하는 와전류 입력신호를 통해 발사된 탄두의 실제 비행 속도를 측정함으로써 목표물의 정확한 위치에서 폭발하도록 시한 보정을 할 수 있다.
도 1은 일반적인 탄속 측정 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치 중의 탐지부의 회로 구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 탄속 측정 방법의 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 탄속 측정 장치의 실시예를 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다. 도 1은 일반적인 탄속 측정 장치의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 일반적인 탄속 측정 장치는 총열의 일단에 장착된 어댑터(20)에 한 쌍의 탄속 측정용 센서(22)와 데이터 송신코일(24)이 형성되었다. 이때, 탄속 측정용 센서(22)는 주로 인덕션 루프(induction loop)를 사용하였다. 데이터 송신 코일(24)은 코일형 통신 안테나로서 발사체에서 발사된 탄두(10)의 실제 비행 속도, 탄속이 산출되면 그 탄두(10)에 그 탄속 정보를 전송한다. 탄두(10)에 내장된 제어부에 탄두(10)의 기폭을 제어하는 폭발 제원이 포함된 시한 정보가 설정된다. 이후, 발사체에서 탄두(10)가 발사되어 어댑터(20)를 통과하게 되면 탄속 측정용 센서(22)의 코어에서 발생하는 자기장에 의하여 금속으로 된 탄두(10)에 와전류가 형성되어 탄속 측정용 센서(22)의 인덕턴스가 변화하게 되고 이 한 쌍의 탄속 측정용 센서(22)를 일정한 시간 간격을 두고 통과하게 된다. 이때, 탄속 측정용 센서(22)에 의해 탄두(10)의 실제 비행 속도에 관한 탄속 신호가 발생하면, 이를 근거로 탄두의 실제 비행 속도를 산출하고 이를 통신부(24)를 통해 탄두(10)에 전송하게 된다. 탄두(10)에 내장된 제어부는 탄속 정보를 수신하면 이를 기초로 시한 정보를 보정하고 정확한 목표물의 위치에서 폭발하도록 제어한다. 그러나, 일반적인 탄속 측정 장치는 탄두(10)에 자석이 형성되어 발사 대기중인 탄두(10)들끼리 달라붙어 발사되는 탄두(10)의 비행 속도에 오차가 발생하게 되고, 탄속 측정용 센서(22)로서 인덕션 루프를 사용함으로써 전력 소모가 매우 큰 문제가 있었다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치의 구성도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치의 블록도이다. 이하, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 일반적인 탄속 측정 장치의 문제점을 개선하기 위해 와전류 센서(eddy current sensor)를 이용하여 정확하게 탄속을 측정하는 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치(100)를 자세히 설명한다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치(100)는 탐지부(110), 탄속산출부(120) 및 송신부(130)를 포함한다. 탐지부(110), 탄속산출부(120) 및 송신부(130)는 어댑터(20)에 형성될 수 있다. 어댑터(20)는 발사체 총열(30)의 일단에 장착되거나 발사체 제작시 총열(30)의 일부를 구성하도록 형성될 수 있다. 탐지부(110)는 일 예로 도전체에 발생하는 와전류에 의한 코일의 인덕턴스 변화를 이용하는 한 쌍의 와전류 센서(26)일 수 있으며, 어댑터(20)의 두 지점에 일정 간격 이격되어 설치되는 탐촉자 코일(28)이 감긴 한 쌍의 코어(27)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 코어(27)는 'U'자 형상으로 형성될 수 있으며, 그 'U'자 형상에서 개방된 부분이 어댑터(20)의 내부 방향으로 향하도록 어댑터(20)에 설치될 수 있다. 이로 인해, 어댑터(20)의 외부에 위치하는 금속으로부터의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 코어(27)는 망간-아연 페라이트 코어(Mn-Zn ferrite core)일 수 있다. 탐지부(110)는 탄두(10)가 발사체에서 발사되어 어댑터(20)를 통과할 때 탐촉자 코일(28)에 의해 일정한 시간 간격으로 발생하는 와전류(eddy current) 신호를 기초로 탄속 신호를 출력할 수 있다. 탄속산출부(120)는 일정한 시간 간격으로 출력되는 탄속 신호를 기초로 발사된 탄두(10)의 실제 비행 속도를 산출한다. 일반적으로 탄두(10)는 제조 환경 및 발사 환경 등의 여러 가지 사정에 따라 비행 속도는 약간씩 다르게 된다. 따라서, 목표물의 위치와 목표물까지의 거리가 파악된다고 하더라도 목표물 상공에서 정확하게 폭발하게 하는 것은 쉽지 않다. 이와 같이, 산출된 탄두(10)의 실제 비행 속도 정보는 후술하는 바와 같이 미리 설정된 탄두(10)의 폭발 시한 정보를 보정하는데 사용될 수 있다. 송신부(130)는 탄속산출부(120)에 의해 탄두의 실제 비행 속도가 산출되면 그 탄속 정보를 비행중인 탄두(10)에 송신한다. 이때, 송신부(130)는 도 2에 도시된 바와 같이 코일형 안테나(24)로서 어댑터(20)의 일단에 권선되어 탄두(10)에 형성된 수신 안테나와 통신할 수 있다. 추가적인 양상에 따르면, 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치(100)는 수신부(140) 및 제어부(150)를 더 포함할 수 있다. 이때, 수신부(140)와 제어부(150)는 탄두(10)에 형성될 수 있다. 수신부(140)는 어댑터(20)에 형성된 송신부(130)로부터 비행중인 탄두(10)의 탄속 정보를 수신한다. 이때, 수신부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 탄두에 형성되는 코일형 안테나(14)일 수 있다. 제어부(150)는 수신부(140)에서 탄두(10)의 비행 속도 정보를 수신하면 그 탄두(10)의 비행 속도 정보를 기초로 탄두(10)가 목표물의 상공에서 폭발하도록 제어한다. 이때, 제어부(150)는 사용자에 의해 미리 설정되는 폭발 시한 정보를 저장하는 메모리(미도시)를 포함할 수 있다. 사용자는 탄두(10)를 발사하기 전에 미리 목표물의 위치를 파악하고 해당하는 목표물까지의 거리 정보를 기초로 폭발 시한을 결정하여 탄두(10)에 미리 설정한다. 미리 설정된 폭발 시한 정보는 메모리(미도시)에 저장될 수 있다. 제어부(150)는 비행중인 탄두(10)의 실제 탄속 정보가 수신되면 폭발 시한 정보를 보정할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 보정된 폭발 시한 정보를 기초로 목표물의 위치에서 정확하게 폭발하도록 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치 중의 탐지부의 회로 구성도이다. 도 2 내지 도 4를 참조하여 탐지부(110)를 좀 더 구체적으로 설명한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 탐지부(110)는 한 쌍의 와전류 센서(26)를 포함하고, 한 쌍의 와전류 센서(26)는 탄두(10)가 발사되어 어댑터(20)를 통과할 때 탄두(10)를 처음 감지하여 와전류 신호를 발생시키는 제1와전류 센서와, 제1와전류 센서로부터 일정 간격 이격되어 설치되는 제2와전류 센서로 이루어질 수 있다. 도 4를 참조하면, 탐지부(110)는 탐촉자 코일(28)로 구성된 한 쌍의 브리지 회로(Bridge circuit)(111), 한 쌍의 차동증폭기(112), 한 쌍의 위상검파기(Phase sensitive detector)(113), 한 쌍의 저역 통과 필터(low pass filter)(114) 및 논리합 게이트(or gate)(115)를 포함할 수 있다. 이때, 도 4의 회로 구성에서 상단은 한 쌍의 와전류 센서(26) 중에서 발사된 탄두(10)를 처음 감지하여 제1와전류 신호를 발생시키는 제1와전류 센서에 대한 것이고, 하단은 탄두(10)가 제1와전류 센서를 통과하여 비행하는 탄두(10)를 감지하여 제2와전류 신호를 발생시키는 제2와전류 센서에 대한 회로 구성일 수 있다. 탄두(10)가 발사체에서 발사되어 제1와전류 센서를 지나가게 되면 도 4의 회로 구성 중에서 상단 브리지 회로(111)의 탐촉자 코일(28)이 제1와전류 신호를 발생시켜 차동증폭기(112)로 출력한다. 이후, 차동증폭기(112)는 입력되는 와전류 신호를 증폭시켜 와전류 증폭 신호를 위상검파기(113)로 출력한다. 위상검파기(113)는 차동증폭기(112)로부터 입력된 와전류 증폭 신호에서 노이즈를 제거하여 직류 신호를 출력하고, 출력된 직류 신호는 저역 통과 필터(114)를 거치면서 노이즈가 제거된 저주파 대역의 신호만이 출력된다. 출력된 신호는 논리합 게이트(115)를 거쳐 탄속 신호(TTL_OUT)로 출력된다. 그 다음, 탄두(10)가 제1와전류 센서를 지나 일정 시간 간격 후에 제2와전류 센서를 지나가게 되면 도 4의 회로 구성 중에서 하단 브리지 회로(111)의 탐촉자 코일(28)이 제2와전류 신호를 발생시켜 차동증폭기(112)로 출력한다. 마찬가지로, 차동증폭기(112)는 입력되는 와전류 신호를 증폭시켜 와전류 증폭 신호를 위상검파기(113)로 출력하고, 위상검파기(113)는 차동증폭기(112)로부터 입력된 와전류 증폭 신호에서 노이즈를 제거하여 직류 신호를 출력한다. 이후, 출력된 직류 신호는 저역 통과 필터(114)를 거치면서 노이즈가 제거된 저주파 대역의 신호만이 출력되고, 출력된 신호는 논리합 게이트(115)를 거쳐 탄속 신호(TTL_OUT)로 출력된다.
도 5는 일 실시예에 따른 탄속 측정 방법의 흐름도이다. 도 2, 3 및 5를 참조하여, 일 실시예에 따른 탄속 측정 장치(100)를 통해 발사체에서 발사된 탄두(10)의 실제 비행 속도를 산출하는 방법을 설명한다. 탐지부(110)는 탄두(10)가 발사체에서 발사되어 어댑터를 통과하면, 어댑터(20)의 두 지점에 설치되는 한 쌍의 코어(26)에 감긴 탐촉자 코일(28)에 의해 발생하는 와전류 신호를 기초로 탄속 신호를 출력한다(단계 510). 이때, 도 2에 도시된 바와 같이 코어(27)는 'U'자 형상으로 형성될 수 있으며, 그 'U'자 형상에서 개방된 부분이 어댑터(20)의 내부 방향으로 향하도록 어댑터(20)에 설치될 수 있다. 이로 인해, 어댑터(20)의 외부에 위치하는 금속으로부터의 영향을 최소화할 수 있다. 또한, 코어(27)는 망간-아연 페라이트 코어(Mn-Zn ferrite core)일 수 있다. 탐지부(110)가 탄속 신호를 출력하는 단계(510)를 좀 더 구체적으로 설명하면, 도 4를 참조하여 전술한 바와 같이 탄두(10)가 발사되어 차례대로 제1와전류 센서와 제2와전류 센서를 지나가게 되면 먼저, 도 4의 회로 구성 중의 상단의 회로 구성을 통해 제1와전류 신호가 발생되고, 그 제1와전류 신호는 최종적으로 노이즈가 제거되어 논리합 게이트(115)를 거쳐 탄속 신호(TTL_OUT)로 출력된다. 그 다음, 하단의 회로 구성을 통해 제2와전류 신호가 발생되고, 그 제2와전류 신호는 최종적으로 노이즈가 제거되어 논리합 게이트(115)를 거쳐 탄속 신호(TTL_OUT)로 출력된다. 그 다음, 탄속산출부(120)는 탄속 신호가 출력되면 그 탄속 신호를 기초로 발사체에서 발사되어 비행하는 탄두(10)의 실제 비행 속도를 산출한다(단계 520). 그 다음, 송신부(130)는 탄두의 실제 비행 속도가 산출되면 그 탄속 정보를 비행중인 탄두(10)에 송신한다(단계 530). 그 다음, 비행중인 탄두(10)에 형성된 수신부(140)는 송신부(130)로부터 비행중인 탄두(10)의 실제 비행 속도 정보를 수신한다(단계 540). 제어부(150)는 탄두(10)의 비행 속도 정보가 수신되면 그 비행 속도 정보를 기초로 사용자에 의해 미리 설정된 폭발 시한 정보를 보정하고, 보정된 폭발 시한 정보를 기초로 목표물의 위치에서 정확하게 폭발하도록 제어할 수 있다(단계 550). 즉, 탄두(10)는 제조 환경 및 발사 환경 등의 여러 가지 사정에 따라 비행 속도가 약간씩 달라지기 때문에 발사체에서 그 목표물까지의 거리가 정확히 파악되어 사용자가 미리 폭발 시한 정보를 제어부(150)에 설정해 놓더라도 목표물 상공에서 정확하게 폭발하도록 제어하는 것은 쉽지 않다. 하지만, 개시된 실시예에 따르면, 이와 같이 발사체에서 발사된 탄두(10)의 실제 비행 속도 정보를 기초로 미리 설정되어 있는 폭발 시한 정보를 보정함으로써 목표물의 위치에서 정확하게 폭발하도록 제어할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 탄속 측정 장치 110: 탐지부
120: 탄속측정부 130: 송신부
140: 수신부 150: 제어부 |
