KR101864048B1

KR101864048B1 - 저충격 분리장치

Info

Publication number: KR101864048B1
Application number: KR1020160165605A
Authority: KR
Inventors: 김동진; 김재일; 김남춘; 이응조
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2018-06-04
Anticipated expiration: 2036-12-07

Abstract

본 발명은 저충격 분리장치에 관한 것으로, 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간(11)이 형성된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 상단을 통해 상기 수용공간(11)에 배치되고 상부홀(25) 및 상기 상부홀(25)과 연통되며 상기 상부홀(25)에 비해 단면적이 넓은 하부홀(27)이 형성된 실린더(20)와, 상기 하우징(10)과 상기 실린더(20) 사이의 틈새공간에 결합되어 상기 하우징(10) 상단을 차폐하는 하우징마개(30)와, 상기 실린더(20)의 하부홀(27)에 위치되는 피스톤(40)과, 상기 실린더(20)의 상부홀(25)에 일부가 삽입되어 상기 상부홀(25) 상단을 차폐하는 압력카트리지(50)와, 상기 하우징(10)의 하단을 통해 상기 하부홀(27)에 일부가 삽입되어 상기 하부홀(27) 하단을 차폐하며 구속부재(70)에 의해 상기 하부홀(27)에 삽입된 상태가 고정되는 볼트(60)와, 상기 압력카트리지(50) 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 실린더(20)가 상기 압력카트리지(50) 방향으로 이동할 때 형성되며 상기 실린더(20)와 상기 하우징마개(30) 사이의 공간에 고압을 채워 상기 실린더(20)와 상기 하우징마개(30)의 충돌을 완화시키는 통로(80)를 포함한다. 본 발명은 본 발명은 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 분리장치 구성품의 특정 부품을 동작시켜 내부 잠금 구조를 해제하여 볼트의 분리가 일어나고 상기 고압을 이용한 저충격 구조로 되므로 신뢰도가 확보되며 품질 유지 및 취급이 용이한 이점이 있다.

Description

저충격 분리장치{LOW-SHOCK SEPARATION DEVICE}

본 발명은 저충격 분리장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고고도 환경하에서 용도를 다한 구조물을 악영향 없이 본 장비로부터 분리시키기 위해 신뢰도가 보장되는 저충격 분리장치에 관한 것이다

분리장치는 각종 유도무기 및 항공우주산업에서 발사, 제어, 구동, 분리 등에 다양하게 사용되는 필수 구성품이다.

현재 가장 많이 사용되는 분리장치는 폭발볼트(explosive bolt)가 있다.

예를 들어, 유도무기들은 유도탄 등이 외부환경에 노출되지 않도록 보호하는 발사관에 장착되어 이동되고, 발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다. 이를 위하여 구조적인 안정성이 크고 분리 응답이 빠른 폭발볼트가 많이 사용된다.

폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트가 절단되면서 볼트에 의해 결합되어 있던 부분이 분리되는데, 분리시 파편, 화염 및 고충격파(Phro-shock)라는 큰 진동과 충격을 수반하는 단점을 가지고 있다.

따라서, 최근에는 유도무기의 사거리를 연장하여 고고도 환경하에서 용도가 다양한 구조물을 악영향 없이 본 장비로부터 분리시키기 위해 신뢰도가 보장된 분리장치를 필요로 하고 있다.

본 발명의 목적은 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생하는 고압을 이용하여 구성품 간의 분리가 일어나도록 하며, 분리시 구성품 간의 충격으로 발생되는 충격량을 최소화하도록 압력카트리지의 작동시 발생하는 고압을 이용하는 저충격 분리장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간이 형성된 하우징과, 상기 하우징의 상단을 통해 상기 수용공간에 배치되고 상부홀 및 상기 상부홀과 연통되며 상기 상부홀에 비해 단면적이 넓은 하부홀이 형성된 실린더와, 상기 하우징과 상기 실린더 사이의 틈새공간에 결합되어 상기 하우징 상단을 차폐하는 하우징마개와, 상기 실린더의 하부홀에 위치되는 피스톤과, 상기 실린더의 상부홀에 일부가 삽입되어 상기 상부홀 상단을 차폐하는 압력카트리지와, 상기 하우징의 하단을 통해 상기 하부홀에 일부가 삽입되어 상기 하부홀 하단을 차폐하며 구속부재에 의해 상기 하부홀에 삽입된 상태가 고정되는 볼트와, 상기 압력카트리지 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동할 때 형성되며 상기 실린더와 상기 하우징마개 사이의 공간에 고압을 채워 상기 실린더와 상기 하우징마개의 충돌을 완화시키는 통로를 포함한다.

상기 통로는 상기 실린더의 측면을 둘러 형성되는 제1통로와 일측은 상기 실린더의 상부홀과 연통되고 타측은 상기 실린더의 제1통로와 연통되게 상기 피스톤의 상부에서 측면으로 이어지게 형성되는 제2통로를 포함한다.

상기 제1통로는 상기 실린더의 이동시 상기 제2통로와 연통될 수 있는 위치에 형성된다.

상기 하우징마개에 구비되어 상기 압력카트리지의 작동 전에는 상기 실린더가 움직이지 않도록 구속하고, 상기 압력카트리지가 작동하여 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 1차적으로 충격흡수가 일어나는 변형부를 포함한다.

상기 변형부는 표면적을 조절하여 상기 고압에 의해 작동하는 실린더의 상기 압력카트리지 방향 이동 속도를 조절한다.

상기 변형부는 재질 및 형상을 조절하여 충격흡수 정도를 조절한다.

상기 구속부재는 금속체 또는 탄성체로서, 상기 볼트에 형성되는 삽입구멍에 일부가 삽입된 상태에서 상기 실린더의 돌출단 내측에 나머지 일부가 지지되어 상기 볼트가 상기 실린더의 하부홀에 삽입된 상태를 고정하고, 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 상기 볼트를 고정한 상태를 해제한다.

본 발명은 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 구성품 간 내부 잠금 구조를 해제하되, 하우징마개의 변형부가 1차로 실린더와 하우징마개의 충격을 완화하고, 2차로 실린더와 하우징마개 사이의 공간에 압력카트리지에서 발생되는 고압을 채워 실린더와 하우징마개의 충돌을 완화시키는 저충격 구조로 된다.

따라서 분리장치의 작동시 필요한 충격량을 줄일 수 있어 신뢰도가 확보되며 품질 유지 및 취급이 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 저충격 분리장치를 보인 단면도.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 작동과정을 보인 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 분리 전(a) 및 분리 후(b)의 상태를 보인 사진.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 저충격 분리장치는, 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 구성품 간 내부 잠금 구조를 해제하여 볼트의 분리가 일어나도록 작동 메커니즘을 설계한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 저충격 분리장치는 하우징(10), 실린더(20), 하우징마개(30), 피스톤(40), 압력카트리지(50), 볼트(60), 통로(80)를 포함한다.

하우징(10)은 대략 원통형상으로 형성되며 상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간(11)이 형성된다. 수용공간(11)에 실린더(20), 피스톤(40), 압력카트리지(50) 및 볼트(60)의 일부가 삽입되어 결합되는 방식으로 구성품 간 내부 잠금 구조를 갖는다.

실린더(20)는 하우징(10)의 상단을 통해 일부가 수용공간(11)에 삽입된다. 실린더(20)는 수용공간(11) 내경에 대응되는 외경을 갖는 돌출단(21)과 돌출단(21)의 외경에 비해 외경이 상대적으로 작은 실린더몸체(23)로 구성된다.

하우징(10)과 실린더(20) 사이의 틈새공간은 하우징마개(30)를 결합하여 차폐하며, 하우징(10)과 하우징마개(30)의 사이, 하우징마개(30)와 실린더(20) 사이에는 오링(29,31)을 개재하여 기밀성을 확보한다.

하우징(10)과 하우징마개(30)는 암나사 및 이에 대응되는 수나사를 형성하여 나사결합식으로 결합될 수 있다. 하우징(10)과 하우징마개(30)의 나사결합은 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시 그 압력에 의해 하우징마개(30)가 하우징(10)으로부터 분리되는 것을 방지한다.

하우징마개(30)에 변형부(35)가 구비된다. 변형부(35)는 하우징마개(30)에서 돌출 형성되는 것으로 하우징마개(30)가 하우징(10)과 실린더(20) 사이의 틈새공간에 결합되면 실린더몸체(23)의 외주면에 밀착되게 배치된다. 이러한 변형부(35)는 돌출단(21)과 하우징마개(30) 사이에 위치되고, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시 하우징마개(30) 방향으로 이동되는 돌출단(21)에 의해 눌러지면서 압축 변형된다.

변형부(35)는 압력카트리지(50)의 작동 전에는 실린더(20)가 움직이지 않도록 구속하고, 압력카트리지(50)가 작동하여 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 1차적으로 충격흡수가 일어난다.

변형부(35)는 표면적을 조절하여 고압에 의해 작동하는 실린더(20)의 압력카트리지(50) 방향 이동 속도를 조절할 수 있다. 또한 변형부(35)는 재질 및 형상을 조절하여 충격흡수 정도를 조절할 수 있다.

변형부(35)는 충격흡수가 가능한 금속재질로 형성될 수 있다.

변형부(35)는 하우징마개(30)와 별도로 제작된 후 실린더몸체(23)의 외주면에 결합되어 실린더(20)의 돌출단(21)과 하우징마개(30) 사이에 위치될 수 있다. 이 경우에도 변형부(35)는 압력카트리지(50) 작동 전에는 실린더(20)가 움직이지 않도록 구속하고, 압력카트리지(50)가 작동하여 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시에는 하우징마개(30) 방향으로 이동되는 돌출단(21)에 의해 눌러지면서 압축 변형된다.

실린더(20)는 상부로 개구되는 상부홀(25) 및 하부로 개구되는 하부홀(27)을 구비하며, 상부홀(25)은 하부홀(27)과 연통되고, 하부홀(27)은 상부홀(25)에 비해 직경이 크다.

실린더(20)의 하부홀(27)에 피스톤(40)이 위치된다. 하부홀(27)과 상부홀(25)의 직경 차이로 인해 상부홀(25)과 하부홀(27)이 연통되는 부분에는 단차부(28)가 형성되며, 단차부(28)에 의해 피스톤(40)이 상부홀(25) 방향으로 이동이 제한된다. 하부홀(27) 내경과 피스톤(40) 사이에는 오링(미도시)을 개재하여 하부홀(27)의 상부홀(25) 방향 기밀성이 유지되도록 할 수 있다.

압력카트리지(50)는 실린더(20)의 상부홀(25)에 일부가 삽입되어 상부홀(25) 상단을 차폐한다. 압력카트리지(50)와 실린더(20)의 상부홀(25) 사이에는 오링(51)이 개재되어 상부홀(25) 내부의 기밀성이 유지된다.

압력카트리지(50)의 외경과 실린더(20)의 상부홀(25)에는 수나사와 이에 대응되는 암나사가 형성되어 있어 압력카트리지(50)의 일부가 상부홀(25)에 나사 결합식으로 삽입될 수 있다. 이는 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이 공간에 고압의 가스가 발생되면 압력카트리지(50)가 실린더(20)에서 분리되는 것이 아니라 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이의 공간이 팽창하면서 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동할 수 있도록 하기 위함이다.

압력카트리지(50)는 화약이 충전되며 전원이 공급되면 작동하여 고온 고압의 가스를 발생시킨다. 이때, 발생된 가스에 의해 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동한다.

압력카트리지(50)는 전원이 공급되면 발열선에 열이 발생하고 발생하는 열이 발열선에 밀착되어 있는 화약을 기폭하고 화약은 주장약을 작동시켜 원하는 압력을 발생시키는 것일 수 있다. 여기서 필요한 압력을 만들기 위해서는 주장약의 양을 조절하여 원하는 생성 압력을 조절할 수 있다.

볼트(60)는 하우징(10)의 하단을 통해 실린더(20)의 하부홀(27)에 일부가 삽입되어 하부홀(27) 하단을 차폐한다.

볼트(60)에 삽입구멍(61)이 형성된다. 삽입구멍(61)은 볼트몸체(61)의 외주면을 둘러 일정 간격을 두고 복수 개가 형성될 수 있다.

볼트(60)가 실린더(20)의 하부홀(27)에 삽입된 상태를 고정하는 구속부재(70)가 포함된다.

구속부재(70)는 볼트(60)의 삽입구멍(61)에 일부가 삽입된 상태에서 실린더(20)의 돌출단(21)에 나머지 일부가 지지되어 볼트(60)가 실린더(20)의 하부홀(27)에 삽입된 상태를 구속한다. 구속부재(70)는 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동시 반경 방향으로 밀리면서 볼트(60)를 구속한 상태를 해제하고 볼트(60)를 분리한다.

본 실시예에서 구속부재(70)는 삽입구멍(61)에 삽입되는 부분은 구형이고 돌출단(21)에 지지되는 부분은 사각형인 금속체이나 탄성체 또는 금속볼이 해당될 수도 있다.

그리고 하우징(10), 실린더(20), 하우징마개(30), 피스톤(40), 압력카트리지(50), 볼트(60)는 내구성 확보를 위해 스테인레스 재질로 될 수 있다. 단, 하우징마개(30)에서 변형부(35) 부분은 충격흡수 기능이 있는 금속재질로 형성된다.

통로(80)는 압력카트리지 작동시 발생되는 고압에 의해 실린더(20)가 압력카트리지 방향으로 이동할 때 형성되며, 실린더(20)와 하우징마개(30) 사이의 공간에 고압을 채워 실린더(20)와 하우징마개(30)의 충돌을 완화시키는 역할을 한다.

통로(80)는 실린더(20)의 측면을 둘러 형성되는 제1통로(81)와 일측은 실린더(20)의 상부홀(25)과 연통되고 타측은 실린더(20)의 이동시 실린더(20)의 제1통로(81)와 연통되게 피스톤(40)의 상부에서 측면으로 이어지게 피스톤(40)에 형성되는 제2통로(83)를 포함한다.

제1통로(81)는 실린더(20)의 이동시 제2통로(83)와 연통될 수 있는 위치에 형성된다. 제2통로(83)는 상부홀(25)을 채운 고압이 제1통로(81)로 원활하게 이동할 수 있도록 제1통로(81) 방향으로 경사지게 형성됨이 바람직하다.

이하 본 발명의 작동을 설명한다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 저충격 분리장치의 작동과정을 설명하기로 한다.

화약이 충전된 압력카트리지(50)에 전원이 공급되면 압력카트리지(50)가 작동하여 화약이 연소하고 고온 고압의 가스를 발생시킨다.

도 2에 도시된 바와 같이, 고온 고압의 가스는 실린더(20)의 상부홀(25)에 화살표 방향으로 발생하며, 이때 발생된 가스에 의해 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이의 공간이 팽창하면서, 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하게 된다.

실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하면 실린더(20)를 구속하고 있던 하우징마개(30)의 일부분인 변형부(35)가 하우징마개(30) 방향으로 이동되는 돌출단(21)에 의해 가압되고 변형되면서 실린더(20)의 압력카트리지(50) 방향 이동 속도를 1차적으로 감속시킨다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 실린더(20) 이동에 따라 실린더(20) 외부로 내부에 형성된 고압이 빠져나갈 통로(80)가 생기게 되며 이를 통해 실린더(20)와 하우징마개(30) 사이에 고압이 채워지면서 실린더(20)와 하우징마개(30)의 충돌을 2차적으로 완화시키게 된다.

즉, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동함에 따라 실린더(20)의 제1통로(81)와 피스톤(40)의 제2통로(83)가 연통되고, 압력카트리지(50)와 피스톤(40) 사이의 공간에 채워진 고온 고압의 가스가 제2통로(83)와 제1통로(81)를 통해 실린더(20)와 하우징마개(30) 사이의 공간에 채워지게 되면서 실린더(20)의 이동 속도를 감속시키게 된다.

이때, 실린더(20)가 압력카트리지(50) 방향으로 이동하면서 실린더(20)의 돌출단(21)이 이동한 부분에 빈공간이 생기고, 이 빈공간으로 구속부재(70)가 밀리게 되면서 구속부재(70)에 의해 구속되어 있던 볼트(60)의 잠금 구조가 해제된다.

동시에, 압력카트리지(50)에서 발생되는 고압에 의해 피스톤(40)이 볼트(60) 방향으로 일부 이동되면서, 도 5에 도시된 바와 같이, 볼트(60)가 하우징(10)에서 쉽게 분리될 수 있다.

도 6에는 본 발명의 실시예에 의한 저충격 분리장치의 분리 전(a) 및 분리 후(b)의 상태를 보인 사진이 도시되어 있다.

도 6에 도시된 바에 의하면, 볼트가 파편 발생 없이 깔끔하게 분리됨이 확인된다.

상술한 저충격 분리장치는 화약 폭발시 발생되는 폭발력을 이용하지 않고 화약 연소시 발생되는 고압을 이용하여 내부 잠금 구조를 해제하고 볼트의 분리가 일어나며, 볼트 분리 과정에서도 고압을 이용하여 충격을 완화시키므로 고충격파와 파편이 발생하지 않고 신뢰도가 확보되면서 품질 유지 및 취급이 용이하다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 하우징 11: 수용공간
20: 실린더 21: 돌출단
23: 실린더몸체 25: 상부홀
27: 하부홀 30: 하우징마개
29,31: 오링 35: 변형부
40: 피스톤 50: 압력카트리지
51: 오링 60: 볼트
61: 삽입구멍 70: 구속부재
80: 통로 81: 제1통로
83: 제2통로 28: 단차부

Claims

상단과 하단이 개구되고 내부에 수용공간이 형성된 하우징;
상기 하우징의 상단을 통해 상기 수용공간에 배치되고 상부홀 및 상기 상부홀과 연통되며 상기 상부홀에 비해 단면적이 넓은 하부홀이 형성된 실린더;
상기 하우징과 상기 실린더 사이의 틈새공간에 결합되어 상기 하우징 상단을 차폐하는 하우징마개;
상기 실린더의 하부홀에 위치되는 피스톤;
상기 실린더의 상부홀에 일부가 삽입되어 상기 상부홀 상단을 차폐하는 압력카트리지;
상기 하우징의 하단을 통해 상기 하부홀에 일부가 삽입되어 상기 하부홀 하단을 차폐하며 구속부재에 의해 상기 하부홀에 삽입된 상태가 고정되는 볼트;
상기 압력카트리지 작동시 발생되는 고압에 의해 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동할 때 형성되며 상기 실린더와 상기 하우징마개 사이의 공간에 고압을 채워 상기 실린더와 상기 하우징마개의 충돌을 완화시키는 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 통로는
상기 실린더의 측면을 둘러 형성되는 제1통로와
일측은 상기 실린더의 상부홀과 연통되고 타측은 상기 실린더의 제1통로와 연통되게 상기 피스톤의 상부에서 측면으로 이어지게 형성되는 제2통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1통로는 상기 실린더의 이동시 상기 제2통로와 연통될 수 있는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 하우징마개에 구비되어 상기 압력카트리지의 작동 전에는 상기 실린더가 움직이지 않도록 구속하고, 상기 압력카트리지가 작동하여 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동할 때 압축 변형되면서 1차적으로 충격흡수가 일어나는 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 4에 있어서,
상기 변형부는 표면적을 조절하여 상기 고압에 의해 작동하는 실린더의 상기 압력카트리지 방향 이동 속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 4에 있어서,
상기 변형부는 재질 및 형상을 조절하여 충격흡수 정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.
청구항 1에 있어서,
상기 구속부재는 금속체 또는 탄성체로서,
상기 볼트에 형성되는 삽입구멍에 일부가 삽입된 상태에서 상기 실린더의 돌출단 내측에 나머지 일부가 지지되어 상기 볼트가 상기 실린더의 하부홀에 삽입된 상태를 고정하고, 상기 실린더가 상기 압력카트리지 방향으로 이동하면 상기 볼트를 고정한 상태를 해제하는 것을 특징으로 하는 저충격 분리장치.