KR100288558B1 - 무기폭약 뇌관 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 무기폭약 뇌관에 관한 것으로서, 간단한 구조로 이루어짐과 아울러 기폭약의 사용을 배제함으로써 안전성이 향상된 무기폭약 뇌관의 제공을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관은, 하부에 첨작약이 충전되는 기폭장치의 관체(1)에 내장되는 금속관(2)과; 상기 금속관 내부의 상단부에 충전되어 금속관의 상부를 막는 지연제(21)와; 상기 금속관 내부의 지연제 아래쪽에 충전되는 착화제(22)와; 상기 금속관 내부의 착화제 아래쪽에 충전되는 1차 전폭약(23)과; 그리고, 상기 1차 전폭약과 첨장약 사이에 충전되는 2차 전폭약(24)을 포함하여 이루어진다. 1차 전폭약은 표면적이 6,400~8,900㎠/g인 RDX, PETN, TNT 또는 이들에 금속분말 또는 금속산화물의 연소촉매가 첨가된 것들로 이루어지고, 상기 2차 전폭약(24)은 입자표면적이 500~2,000㎠/g이고 1차 전폭약(23)과 동일한 것으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 지연제(21)는 B, Zr, Si, Pb 또는 Fe 등의 금속 또는 비금속물질이나 금속-비금속 산화물로 이루어지고, 1,600~2,000kgf/㎠의 범위의 충전압력으로 충전되는 것이 바람직하다. 착화제(22)는 연소연량이 1,600cal/g이상인, 착화제와 동일 물질로 이루어지고 1,600~2,00kgf/㎠의 압력으로 충전되는 것이 바람직하다.
Description
본 발명은 기폭약을 사용하지 않는 무기폭약 뇌관에 관한 것으로서, 열 또는 충격에 민감하게 작용하여 폭발하기 쉬워 안전성이 떨어지는 기폭약 대신 전반적으로 화약 감도가 둔감한 전폭약을 고압으로 충전 및 밀폐하여 폭연(deflagration) 및 폭굉(detonation)을 유도함으로써 제조 및 취급시의 사고발생을 방지할 수 있고, 또한 구조 및 제조공정도 간단한 무기폭약 뇌관에 관한 것이다.
뇌관은 총포탄의 선단부나 어느 일측에 설치되어 열이나 충격을 받을 때 폭연 및 폭굉의 유도를 통하여 충격에너지, 즉 압력파를 발생함으로써 총포탄에 내장된 다이너마이트 또는 다이너마이트와 이른바 콤포진션 폭약으로 잘 알려진 RDX가 혼합되어 이루어진 주폭약을 폭발시키도록 이루어져 있다.
이러한 일반적인 뇌관으로는 기폭약이 내장된 뇌관이 주로 사용되고 있는데, 이러한 기폭약 뇌관은, 도 7에 도시된 바와 같이, 하부에 첨장약(51)이 충전된 기폭장치의 관체(5)와; 상기 관체(5)의 첨장약(51) 상부에 내장되는 금속관(52)과; 상기 금속관(52)에 위에서 아래로 차례로 충전되는 지연제(53), 기폭약(54) 및 전폭약(PETN)(55)을 포함하여 이루어진다. 기폭약(54)으로는 통상 DDNP나 LA(아지화납) 등이 사용된다. 그리고 첨장약(51)으로는 RDX가 주로 사용된다.
따라서, 기폭장치에 의하여 뇌관에 열이나 충격이 가해지면 열이나 충격에 가장 민감한 기폭약(54)의 폭발에 의하여 발생하는 열에너지가 화약 감도가 전반적으로 둔감한 전폭약(55)에 전달됨으로써 전폭약(55)의 폭연 및 폭굉이 유도되고, 이 때의 열에너지 및 압력에 의한 충격파에 의하여 첨장약(51) 및 총포탄에 내장된 주폭약의 폭발이 유도된다. 지연제(53)는 전폭약(55)의 분해시 발생하는 고압의 가스팽창압력이 손실되지 않도록 막아 완폭을 유도하도록 하는 역할을 한다.
이러한 기폭약(54)이 내장된 뇌관은 구조 및 제조공정이 간단하다는 장점이 있는 반면에 기폭약(54)이 열이나 충격이 아주 민감하기 때문에 제조나 취급시 큰 사고를 발생할 위험이 있어 안전성이 저하되기 때문에 점차 기폭약(54)을 배제한 무기폭약 내관이 개발되고 있다.
종래 대표적인 무기폭약 뇌관으로는 스웨덴의 NNAB사에 개발된 것을 들 수 있다. 이 뇌관은 도 8에 도시된 바와 같이, 하부에 첨장약(61)이 충전된 기폭장치의 관체(6)와; 상기 관체(6)의 상기 첨장약(61) 상부에 내장되고 하단부 내부에 쉬밍 컵(shimming cup)(63)이 결합된 NPED전용 금속관(62)과; 상기 관체(6)의 NPED전용 금속관(62)의 상부에 내장되는 금속관(64)과; 상기 금속관(64)에 충전되는 지연제(65)와; 상기 금속관(64)과 NPED전용 금속관(62)과의 사이에 충전되는 보조점화약(66)과; 상기 NPED전용 금속관(62) 내부의 상단부에는 충전되는 착화제(67)와; 상기 NPED전용 금속관(62) 내부의 착화제(67) 하부에 충전되는 1차 전폭약(68)과; 상기 NPED전용 금속관(62)과 첨장약(61) 사이에 충전되는 2차 전폭약(69)을 포함하여 이루어진다.
이 무기폭약 뇌관은 전폭약(68, 69)을 밀폐하기 위하여 NPED전용 금속관(62), 보조점화약(66), 착화제(67) 및 쉬밍 컵(63) 등의 구성요소를 추가로 사용함으로써 안전성은 증가되지만 구조가 복잡할 뿐만 아니라 제조공정이 복잡하여 생산성이 저하되고 또한 제조원가의 상승을 초래한다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 간단한 구조로 이루어짐과 아울러 기폭약의 사용을 배제함으로써 안전성이 향상된 무기폭약 뇌관의 제공을 목적으로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 뇌관을 나타내는 개략적인 구조도이다.
제2도는 본 발명에 따른 뇌관에 의하여 폭연단계가 진행되는 상태를 나타내는 설명도이다.
제3도는 본 발명에 따른 뇌관에 의하여 폭연으로부터 폭굉으로의 전이가 진행되는 상태를 나타내는 설명도이다.
제4도는 본 발명에 따른 뇌관에 대한 연주확대시험결과를 설명하기 위한 도면이다.
제5도 및 제6도는 각각 본 발명에 따른 뇌관에 대한 순폭거리시험방법을 설명하기 위한 도면이다.
제7도는 종래 일반적인 기폭약을 사용하는 뇌관의 예를 나타내는 구조도이다.
제8도는 종래 무기폭약 뇌관의 예를 나타내는 구조도이다.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 기폭장치의 관체 2 : 금속관
3 : 연주 11 : 첨장약
21 : 지연제 22 : 착화제
23 : 1차 전폭약 24 : 2차 전폭약
41 : 기폭뇌관 42 : 감응뇌관
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관은, 하부에 첨작약이 충전되는 기폭장치의 관체에 내장되는 금속관과; 상기 금속관 내부의 상단부에 충전되는 지연제와; 상기 금속관 내부의 지연제 아래쪽에 충전되는 착화제와; 상기 금속관 내부의 착화제 아래쪽에 충전되는 1차 전폭약과; 그리고, 상기 1차 전폭약과 첨장약 사이에 충전되는 2차 전폭약을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 따르면, 열이나 충격에 의하여 착화제가 착화하면 1차 전폭약의 급격한 분해가 진행되어 1차 전폭약으로부터 발생되는 가스가 대략 5305。K의 고온과, 1.5 Kbar의 팽창압력으로 2차 전폭약에 전파되어 2차 전폭약을 압축 및 예열하게 된다. 압축 및 예열된 2차 전폭약은 분해가 가속되면서 충격파가 발생하면서 폭굉으로 전이함으로써 첨장약 및 주폭약이 폭발한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 참조부호 1은 기폭장치의 관체를 나타내며, 관체(1)의 하부에는 첨장약(11)이 충전된다. 첨장약(11)으로는 트리니트로 톨루올(Trinitrotoluol, 이하 TNT라 함)보다 폭발력이 대략 1.6배 정도 크고 통상 콤포지션 폭약으로 널리 알려진 헥소겐(Hexogen, 이하 RDX라 함) 또는 RDX와 펜스리트(Penthrite, 이하 PETN으로 약칭함)가 혼합된 것이 사용되는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 뇌관을 전기식 뇌관으로 사용할 경우 기폭장치의 관체(1)의 상단부에 비닐 동선이 부착된 전기식 점화장치가 결합될 수 있고, 비전기식 뇌관으로 사용할 경우 쇼크튜브와 고무 슬리브 등이 결합될 수 있다.
관체(1)의 내부에는 상하부가 개방된 금속관(2)이 삽입되어 있다. 금속관(2)은 첨장약(11)의 상부에 소정의 간격을 두고 관체(1)에 내장되는 것이 바람직하다.
금속관(2) 내부의 상단부에는 지연제(21)가 충전됨으로써 금속관(2)의 상부가 막힌다. 지연제(21)는 외부 충격 또는 진동에 의하여 탈약이나 균열이 발생하지 않도록 고압으로 충전되는 것이 바람직하다. 이와 같이 높은 압력으로 지연제(21)를 충전하는 이유는 지연제(21)의 연소 고형물의 강도가 약하거나 충전시 균열이 발생할 경우 후술하는 전폭약(23, 24)의 분해에 의하여 생성되는 가스의 높은 팽창압력을 밀폐하지 못하고 파손되어 내부 팽창압력이 금속관(2) 외부로 손실되어 뇌관의 완전기폭을 유도할 수 없기 때문이다. 따라서, 전폭약(23, 24)의 분해에 의하여 생성되는 가스의 팽창압력보다 높은 압력으로 지연제(21)가 충전되어야 한다. 지연제(21)의 충전압력은 1,600~2,000kgf/㎠의 범위가 바람직하다.
한편, 금속관(2) 내부의 지연제(21) 아래쪽에는 착화제(22)가 충전된다. 착화제(22)는 기폭제 뇌관에 사용되는 기폭약 대신에 열이나 충격에 의하여 착화됨으로써 전폭약을 점화시키기 위하여 사용된다. 착화제(22)로는 연소연량이 1,600cal/g 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 전폭약(23, 24)들이 착화제(22)의 착화에 의하여 점화되어 분해가 잘 진행될 수 있도록 착화제(22)는 1,600~2,000kgf/㎠의 압력으로 충전되는 것이 바람직하다.
상기 지연제(21) 및 착화제(22)로는 B, Zr, Si, Pb, Fe 등의 금속 또는 비금속물질과, 금속-비금속 산화물이 사용될 수 있다.
그리고, 금속관(2) 내부의 착화제(22) 아래쪽에는 폭연분해반응(음속이하의 전파속도)용 1차 전폭약(23)이 충전되고, 금속관(2)과 첨장약(11)과의 사이에는 폭굉분해반응(음속 이상의 전파속도)용 2차 전폭약(24)이 충전된다. 1차 전폭약(23) 및 2차 전폭약(24)은 이들의 경계부에는 추가 충전물이 사용되지 않고 연속적으로 충전되는 것이 바람직하다.
전폭약(23, 24)은 입자표면적 및 충전비중에 따라 분해속도가 변화되는 성질이 있고, 이를 이용하여 폭연 및 폭굉이 잘 유도될 수 있도록 1차 전폭약(23) 및 2차 전폭약(24)은 충전조건을 달리하여 충전되는 것이 바람직하다.
폭연분해반응이 잘 유도될 수 있도록 1차 전폭약(23)은 표면적이 6,400~8,900㎠/g인 RDX, PETN, TNT 또는 이들에 금속분말 또는 금속산화물의 연소촉매가 첨가된 것들을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. 폭굉분해반응이 잘 유도될 수 있도록 2차 전폭약(24)은 입자표면적이 500~2,000㎠/g이고 1차 전폭약(23)과 동일한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 0.8~1.2g/cc의 충전비중이 되도록 200~500kgf/㎠의 압력으로 충전되는 것이 바람직하다.
1차 전폭약(23) 및 2차 전폭약(24)의 충전조건을 달리하면 착화제(22)의 착화에 의하여 점화된 1차 전폭약(23)에 의하여 도 2에 도시된 바와 같이 폭연반응이 유도되고, 이 1차 전폭약(23)의 폭연반응에 의하여 발생되는 고온, 고압(대략 5305。K의 고온과, 1.5 Kbar의 팽창압력)의 분해생성가스에 의하여 도 3에 도시된 바와 같이 2차 전폭약(24)이 예열 및 압축되어 분해가 가속하되어 폭굉으로 쉽게 발전함으로써 첨장약(11) 및 주폭약이 폭발한다. 1차 전폭약(23)의 폭연반응시 지연제(21)는 분해생성가스의 팽창압력보다 높은 압력으로 충전되어 분해생성가스의 팽창압력이 손실되지 않도록 밀폐하게 된다.
다음에 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 대한 성능에 대하여 시험한 결과를 설명한다.
[시험예 1]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관 400발을 제조하여 상온에서 초시시험 및 완폭성을 평가하고, 그 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.
표 1에서 알 수 있듯이 시료가 100% 완폭됨으로써 기폭약 뇌관과 마찬가지로 완폭성이 양호함을 알 수 있다.
[시험예 2]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관 200발을 제조하여 54℃에서 4시간동안, 그리고 영하40℃에서 4시간 동안 각각 100발씩 고온 및 저온처리한 후 완폭성을 평가하고, 그 결과를 다음의 표 2에 나타내었다.
표 2에서 알 수 있듯이 고온 및 저온에서의 보관시에 안전성이 우수함을 알 수 있다.
[시험예 3]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관 20발에 대하여 연판 관통위력(뇌관 동적위력)을 시험하고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
표 3에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관과 기존의 기폭약을 사용한 기폭약 뇌관과의 성능에 거의 차이가 없음을 알 수 있다.
[시험예 4]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 대한 폭약 기폭성을 평가하였다. 비교적 뇌관 기폭성이 둔감한 에멀젼 폭약과 함수폭약을 이용하여 각각 5차례 뇌관의 폭약기폭성을 평가한 결과 2가지의 폭약이 모두 기폭되었다.
[시험예 5]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관과 종래 기폭약 뇌관에 대하여 뇌관의 정적위력을 나타내는 연주(鉛鑄)(3) 확대시험을 도 4에 도시된 바와 같이 행하고, 그 결과를 표 5에 나타내어 비교하였다.
표 5에서 알 수 있듯이 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관의 정적위력은 종래 기폭약 뇌관과 거의 대등함을 알 수 있고, 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 있어서는 2차 전폭약(24)인 PETN의 충전량의 증가에 따라 정적 위력이 종래 기폭약 뇌관보다 다소 증가함을 알 수 있다.
[시험예 6]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관 및 종래 기폭약 뇌관에 대하여 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 순폭방향을 X축과 Y축으로 두고 기폭뇌관(doner)(41)과 감응 뇌관(acceptor)(42)에 대한 거리를 달리하여 뇌관 순폭거리 시험을 행하고, 그 결과를 표 6에 나타내었다.
NNAB사의 NPED 순폭거리 X는 제품 카탈로그 상에 최소 3cm에서 순폭되는 것이 나타나 있으며, 따라서 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관은 NNAB사의 것과 대등함을 알 수 있다.
[시험예 7]
본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 다하여 온도순환 및 진동처리후 연판관통시험을 행하고 그 결과를 표 7b에 나타내었다. 온도순환조건은 54℃/4시간 ~ 영하40℃/4시간의 범위이다. 그리고, 진동시험조건은 표 7a와 같다.
상기 표 7b에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관은 뇌관구조 및 각 충전물이 진동에 의해서도 영향을 전혀 받지 않음을 알 수 있다.
상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 무기폭약 뇌관에 의하면, 종래 기폭약 뇌관 및 무기폭약 뇌관에 비하여 성능에 있어서는 차이가 거의 없으면서도 구조가 간단하고 손쉽게 제조할 수 있어 생산성 증가 및 제조원가를 줄일 수 있는 효과가 도모된다.
또한, 기폭약의 사용을 배제함으로써 안전하여 제조 및 취급시 등의 사고를 방지할 수 있어 안전성이 향상된다.
Claims (2)
- 하부에 첨장약이 충전되는 기폭장치의 관체에 내장되는 금속관과; 상기 금속관 내부의 상단부에 충전되며, B, Zr, Si, Pb 또는 Fe를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 비금속물질이나 금속-비금속 산화물로 이루어진 지연제와; 상기 금속관 내부의 지연제 아래쪽에 충전되며, 연소연량이 1,600cal/g 이상인, B, Zr, Si, Pb 또는 Fe를 포함하는 군에서 선택된 어느 하나의 금속 또는 비금속물질이나 금속-비금속 산화물로 이루어진 착화제와; 상기 금속관 내부의 착화제 아래쪽에 충전되며, 표면적이 6,400~8,900㎠/g인 헥소겐(RDX), 펜스리트(PETN), 트리니트로 톨루올(TNT) 또는 이들에 금속분말 또는 금속산화물의 연소촉매가 첨가된 것들을 포함하는 군에서 선택된 어느 하나로 이루어진 1차 전폭약과; 그리고, 상기 1차 전폭약과 첨장약 사이에 충전되며, 입자표면적이 500~2,000㎠/g이고 상기 1차 전폭약과 동일한 것으로 이루어진 2차 전폭약을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무기폭약 뇌관.
- 제1항에 있어서, 상기 1차 전폭약은 1.4~1.6g/cc의 충전비중이 되도록 400~1,100kgf/㎠의 압착압력으로 충전되고, 상기 2차 전폭약은 0.8~1.2g/cc의 충전비중이 되도록 200~500kgf/㎠의 압력으로 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 무기폭약 뇌관.
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