KR870000748B1 - 수중 표적 파괴용 무기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수중 표적 파괴용 무기

제1도는 본 발명에 따른 무기의 작동 모우드를 타나내는 개략도,

제2도는 본 발명에 따른 무기의 수중 진입후 표적 탐지와 표적 쪽으로의 유도를 나타내는 개략도,

제3도는 본 발명에 따른 무기의 일 특정예의 단면도,

제4도는 제3도의 단부도,

제5도는 본 발명에 따른 무기의 다른 예의 단면도,

제6도는 본 발명의 초기 작동을 나타내는 그래프,

제7도는 수중 추진시 본 발명 무기의 속도 프로필(profile)을 나타내는 그래프,

제8도는 본 발명 무기에 이용되는 탐지 및 유도 시스템을 나타내는 블록도,

제9도는 제8도 회로의 특징 부분의 블록도이다.

본 발명은 대잠수함 무기에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 잠수함 또는 그와 유사한 표적의 부근까지 대기중에서 비행하고 수중에 들어간 후 무기가 잠수함을 향하여 호우밍(homing) 하도록 추진되는 대잠수함 무기에 관한 것이다.

대잠수함 전투(ASW)의 문제들은 오랫동안 미합중국 및 많은 다른 국가에 중대한 관심사이었다. 효과적인 전쟁 수행 능력 및 방어 능력은 부분적으로는, 적 잠수함에 의한 공격에 대한 상선 및 기타 해상 선박들을 보호하는데 달려있다. 적 잠수함을 탐지하기 위한 기술은 매우 정교한 수준까지 발전하였다. 그러나, 잠수함의 파괴가 확실하게 보증되는 지점에 탄두를 투하하는 능력은 뒤따르지 못하였다.

2차 세계 대전이래, 폭뢰의 유효 사정거리는 로켓트 추진 시스템을 설치함에 의해 발사 선박으로부터 먼 거리까지 연장되었다. 이것은 사정거리를 연장시켜 발사 선박의 안전을 증가시키지만, 그들 무기는 파괴를 확실하게 하기 위해 적 잠수함상에 거의 정확히 투하되어야 한다. 보다 정교한 ASW무기가 수중에서 잠수함을 탐지 추적하는 능력을 가진 대잠수함 어뢰의 형태로 발전되었다. 그 대잠수함 로켓트 시스템(ASROC)은, 어뢰를 잠수함의 부근에 공중에서 발사 투하하고 그 어뢰가 수중에 들어간 후 잠수함을 탐지하여 추적 하도록 개발되었다. 그러한 시스템은 엄청나게 복잡하고 비용이 많이 들며, 그러한 무기하나의 가격은 현재 500,000-750,000달러 정도이다. 더우기 그러한 무기는 잠수함의 대응수단에 취약하고 또한 얕은 수중(100 파돔(fathom) (약 183m) 이하)에서나 또는 떠오른 잠수함에 대해서는 크게 비효과적이다. 이것은, 적 잠수함이 수면이나, 대륙붕을 따라 매우 넓은 지역내에 있는 선박들을 파괴하면서 그러한 지역내에서 무사하게 작동할 수 있다는 것을 의미한다. 특히 떠오른 잠수함에 대해서나 해안의 얕은 수중에서 매우 효과적으로 작동하고 저렴하고 간단하게 제작되는 대잠수함 무기를 제공하는 것이 매우 중요함은 명백하다.

대잠수함 전투에 사용하기 위한 무기들을 개발하기 위한 시도의 각종 예들이 종래 기술에 알려져 있다. 하나의 예는 MK 46 어뢰 또는 폭뢰, 로켓트 모우터 및 낙하산 팩크(pack)로 구성된 전술한 ASROC 무기이다(미국 특허 제 3,088,403호 참조). 수중으로 들어간 후, 그 어뢰는 다른 부품들로부터 분리되어 잠수함을 추적한다. 그러나, 잠수함의 탐지는 전방 탐지 시스템에 한정되어 어뢰가 선회하여 잠수함을 찾기 위한 탐색방식으로 움직이지 않는한 수중 잠입 지점으로부터 옆으로 멀리 떨어져 있는 잠수함은 탐지할 수 없다. 다른 예는 잠수함이 있는 곳의 수중에 발사되는 로켓트인 무기이다(미국 특허 제 3,745,956호 참조). 그 무기는 수중 추진장치를 가지고 있지 않고 잠수함 소음의 음향탐지에 감응하여 잠수 방향이 제어된다.

또한, 종래 기술들에 각종 형태의 무선 주파수 탐지 및 제어시스템, 각종 형태의 수중 운반체 및 추진 시스템이 기술되어 있으며, 그들의 몇몇은 호우밍 어뢰를 위한 탄두 및 제어 기구를 포함한다.

특히 수중탐지 및 추진에 있어서 대잠수함 전투에 대한 문제들을 해결하기 위한 많은 종래의 시도들에도 불구하고, 본 발명에 의해 제공되는 것과 같은 해결책은 이제까지 개발되지 않았다.

본 발명은, 하우징 ; 그 하우징의 전방 단부에 가까이 그 하우징내에 설치된 탄두 ; 조향 제어신호에 응하여 수중에서 무기를 조향시키는 수단 ; 및 상기 하우징의 후단부에 가까이 그 하우징내에 설치된 체임버, 그 체임버로부터 후방으로 물을 분출시키는 물 분사노즐과, 체임버에 주기적으로 해수를 주입한 후 그 해수를 상당한 힘으로 노즐을 통해 분출시켜 무기를 추진시키기 위한 추진력(스러스트)을 발생시키는 수단으로 이루어진 하이드로펄스(hydropulse) 추진장치로 구성된 수중 목표 파괴용 무기를 제공한다.

간단히 말하여, 본 발명에 따른 무기는 잠수함, 기뢰, 및 유사한 표적들에 대해 사용하기 위한 무기이며 그 무기는 탄두와 수중에서 표적을 탐지하고 그 표적을 추적하도록 무기를 제어하는 소극적 및 적극적 시스템들과 무기의 적당한 사정거리내의 이동하는 표적을 요격하는 효과적인 속도로 무기를 수중에서 구동시키기 위한 간단하고 효과적인 수중 추진장치, 및 이미 탐지된 수중표적의 부근에 무기를 투하하기 위한 설비를 가지고 있다. 본 발명은 대잠수함 무기로 특히 효과적이고, 이후 그러한 적용예와 관련하여 설명된다. 그러나, 그에 한정되는 것이 아니고 무기의 유효 사정거리(100 파돔) 내의 수중기뢰, 즉 떠있거나 정박된 형태의 모든 기뢰에도 특히 효과적임을 이해하기 바란다. 본 발명의 무기는 폭뢰보다 저 효과적이고, 유도 및 추진시스템을 가지고 있으나 어뢰보다도 덜 복잡하다.

본 발명에 따른 일 특정예의 무기는 모선으로부터 발사되어 표적 부근까지 공중에서 자체 추진시키기 위한 로켓트 모우터를 가지고 있다. 수중으로 들어간 후에는 로켓트 체인버가 무기를 수중에서 이동시키기위한 하이드로펄스 추진 시스템용의 체임버로 이용된다. 하이드로펄스 모우터는, 로켓트 체임버를 물로 채운다음, 그 물을 연속 점화되는 일련의 가스발생기에 의해 고속으로 무기의 후미에 있는 노즐을 통하여 분출시키는 것을 반복함에 의해 작동한다. 체임버로부터 물을 연속적으로 분출시켜 무기를 가속시키기 위해 가스 발생기를 연소시킬 때 상당한 자체 소음이 발생된다. 그러나, 펄스들 사이기간중에 무기가 관성항행(코우스팅(coasting)) 할 때, 자체 소음이 최초로 되고, 무기의 적극적 또는 소극적 음향탐지기가 잠수함으로부터의 소음을 들을수 있게 되며, 따라서 특히 잠수함이 이동하고 있을 때 호우밍의 제어가 비교적 간단하게 된다.

본 발명에 따른 제2특정예의 무기는 표적의 부근에 헬리콥터 또는 다른 ASW 항공기에 의해 투하되는데 적합하게 되어 있다. 이 예에서, 로켓트 체임버는 추진제를 가지고 있지 않고, 무기 운반체가 수중에 투하된 때 하이드로펄스 시스템의 추진 체임버로 작용한다.

본 발명의 구체예들은 로켓트 추진식 폭뢰를 발사시키기 위해 사용되는 것과 같은 기존 발사대와 함께 사용하기 위해 특별히 설계되었다. 그러한 발사대의 예로사는 테른(Terne)Ⅲ레일발사대, 림보 몰타르(LIMBO mortar) MK 10 시스템, 보포르스(Bof ors) 375 로켓트 발사 시스템, 스퀴드(Squid) 시스템이 있다. 본 발명의 무기는 NATO 및 태평양 동맹국들의 기존 ASW 선박에 이미 설치된 발사장치에 의해 발사하는데 쉽게 채용될 수 있다. 수중 추진장치를 갖지 않은 폭뢰를 발사하는 그들 시스템들중 어느 일 특정 시스템과 함께 사용하는데 있어서, 본 발명에 따른 무기는 수중 추진을 요하지 않은 그 시스템의 사정거리보다 1500피트(약 457.2m) 더 긴 사정거리를 갖는다. 그러나, 그외에 더 중요한 것은, 본 발명이 이동하는 잠수함을 요격하는데 효과적이고, 잠수함에 실제 접촉되어 잠수함 선체에 대해 직접 탄두를 폭발시키며, 그리하여 전술한 시스템들의 폭뢰 발사에서의 다운 레인지(down range) 에러 및 크로스 레인지 (cross range) 에러를 보상하게 된다. 그러한 에러들은 오차거리가 너무 크기 때문에 잠수함에 거의 또는 전혀 손상을 입히지 못하게 한다. 그리하여, 본 발명에 따라 상당히 증진된 요격 비율이 얻어진다. 또한 본 발명의 무기는, 잠수함은 탐지하고 무기의 발사를 제어하도록 작용하는 ASW 선박의 수중 음파탐지시스템, 점화제어 시스템 및 발사 시스템과 같은 종래의 폭뢰 발사 시스템용으로 선박에 이미 설치된 기존 시스템과 함께 작동될 수 있다. 무기가 ASW 헬리콥터 및 항공기에 의해 운반되는 경우, 무기투하전에는 통상의 탐지시스템이 이용되기도 한다.

본 발명의 무기의 또다른 특정 용도는 추적 잠수함에 대한 방어용으로 사용될 수 있다는 것이다. 일련의 무기들이 선박 또는 잠수함에 의해 추적 잠수함의 통로에 배치될 수도 있다. 적당한 타이밍시스템 또는 탐지시스템에 의해, 그 무기들은 투하선박이 추적 잠수함을 요격하는 사정거리 밖게 있게 된 후 작동될 수 있다. 그것은 무기가 고속의 선박 또는 잠수함에 미치도록 하는 속도와 사정거리를 가지고 있지 않도록 설계될 수 있기 때문이다. 그리하여, 투하 선박이 그 자신의 무기와의 충돌로부터 안전하게 된다(어뢰는 발서 잠수함쪽으로 진로를 바꾸어 그 잠수함을 파괴하는 경우가 있음은 알려져 있다).

본 발명에 따른 무기의 구조가 간단하고, 단일체의 구조로 되어 있으며, 이용되는 추진, 탐지 및 제어 시스템들이 간단하고 공중 및 수중 추진에 동일 구조가 공통으로 이용되기 때문에, 본 발명의 무기는 비교적 간단하고 저렴하게 제조된다. 본 발명 무기 하나의 가격은 종래 ASROC 무기의 가격의 2-5% 밖에 되지 않는다.

본 발명의 양호한 이해를 위해, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 이하 상세히 설명한다.

제1도는 잠수함(12)을 파기하기 위해 본 발명에 따른 수중무기(10)를 발사하는 예를 개략적으로 나타낸다. 선박(14) 또는 헬리콥터(16)로부터의 발사예가 제1도에 도시되어 있다. 선박에서 발사되는 경우, 무기(10)는 로켓트 추진 폭뢰를 발사하기 위한 앞에서 언급된 시스템들 중 하나에 의해 탄도 궤도를 따라 선박(14)으로부터 잠수함 (12)의 부근까지 비행한다. 선박(14)은 수중 음파탐지 또는 소극적 음향 탐지 기술에 의해 선박(14)의 부근의 잠수함(12)을 탐지한 후 그러한 로켓트를 점화한다. 수중에 들어간 후, 수중탐지, 유도 및 추진시스템을 작동하여 무기(10)를 잠수함(12) 쪽으로 추진시켜 그 잠수함을 파괴시킨다. 150파운드(약 68.04㎏)의 폭약을 가진 탄두가 비록 현대식의 2중 선체를 가진 잠수함일지라도 그에 충돌하여 선체를 파열시킬 수 있다.

무기(10)가 헬리콥터(16) 또는 ASW 항공기와 같은 항공기로부터 투하되는 경우, 그 무기(10)는 잠수함 가까이에 투하되고 잠수함(12)을 추적하여 파괴시킨다. 무기(10)를 장착하고 있는 ASW 항공기 또는 헬리콥터(16)는 선박에 의해 잠수함(1 2)의 부근까지 무전 유도되거나, 또는 무선음향부표(sonobuoy), 딥팡쏘나(dipping s on ar) 또는 자기이상(magnetic anomaly) 탐지에 의해 표적의 위치를 탐지할 수 있다. 필요하다면, 낙하산 팩크(도시안됨)가 수중 잠입전 강하를 느리게 하는데 사용될 수도 있다. 그 낙하산 팩크는 완전 잠수전에 제거된다. 공중 투하 방식에서, 무기(10)는,통상의 어뢰를 운반하도록 설비가 된 ASW 항공기 또는 헬리콥터에 의해 운반되어 투하될 수 있다. 그 무기의 크기와 형상에 의해 어뢰 운반 항공기용의 통상의 폭탄 랙크(rack)에 부착되는 어뢰 지지 밴드를 개조없이 사용할 수 있다. 무기(10)의 공중 투하는 아밍 와이어(arming wire) (안전해제 와이어)의 견인에 의해 개시될 수 있다. 그 아밍 와이어는 1차전지를 작동시키도록 작용하여 전자장치들을 작동시킨다. 탄두의 안전해제는 무기가 물에 충돌할 때까지 뇌관(44) (제3도)와 연결된 안전보호 기구에 의해 방지되어 있다. 현재 이용되고 있는 기술에 의해 잠수함(12)의 위치가 탐지될 수 있고 무기(10)가 표적의 100-400 야아드(약 91-366m) 내의 수중에 헬리콥터(16)로부터 투하된다. 선박(14)으로부터 발사되는 경우에도 무기(10)는 동일범위내의 수중에 발사될 수 있다. 그 범위는 무기(10)가 표적을 음향 탐지하여 그를 추적할 수 있고 하이드로펄스 추진장치가 잠수함을 요격할 수 있는 범위이다.

수중으로 들어간 후(제2도), 무기(10)는 거의 수직방향으로의 공칭 강하 비율로 신속히 감속한다. 하이드로브레이크(hydrobrake) (제5도에 도시된 것과 같은)가 그 무기 운반체를 느리게 하고 100피트(약 30.5m)만큼 얕은 수중에서 작동하게 하는데 이용될 수 있다. 무기(10)는 표적 탐지에 따른 그의 조종판의 작동에 의해 표적의 방향으로 조향된다. 수중 잠입 기포 공동(空洞)이 붕괴한 후, 측부에 설치된 음파 트랜스듀서가 송신 및 수신을 행하여 표적을 탐색한다. 그 트랜스듀서는 무기(10)를 둘러싸고 있고 탐지장치의 사정거리 한계까지 연장하는 원환체(

環體 ) 내의 물을 휩쓸고 지나간다. 무기가 처음에 거의 수직으로 진입하기 때문에 표적 탐지 능력이 모든 방향으로 가능하고, 선단이 표적쪽으로 향하고 탐지하면서 추적하여야 하는 어뢰의 탐지 능력과 비교하여 2.5 노트의 표적 속도에 까지 도플러(doppler) 식별력을 제공한다. 측부의 트랜스듀서들로부터의 탐색 비임패턴(18)이 제2도에 도시되어 있고, 표적에의 조향수정을 적극적으로 결정하도록 작용하는 별도의 선단에 설치된 음파트랜듀서로부터 발신되는 적극 유도 비임 패턴(20)이 제2도에 또한 도시되어 있다. 무기(10)는 대략 1500피트(약 457.2m)의 사정거리까지 평균 속도 30노트를 낼 수 있다. 최대표적 속도는 100-200피트(약 30.5-61m)의 얕은 수중에서 5-7노트 정도인 것으로 추측된다. 그 이상의 속도의 잠수함을 공격하고저 할 때는 무기가 표적의 앞에 투하되는 것이 좋다.

무기(10)가 수중으로 들어간 후, 그의 모우터 체임버에 해수가 채워진다. 다음, 열(熱) 가스발생기가 점화되어 그 해수를 노즐을 통하여 분출시켜 추진력을 발생시킨다. 물의 반복적인 충전과 배출에 의해 무기(10)가 수중에서 추진된다.

제3 및 4도는 각각 본 발명에 따른 무기의 일 특정예를 나타내는 단면도 및 단부도이다. 제3도에 도시된 바와 같이, 무기(10)는 대체로 4개의 주요부분, 즉 트랜스듀서 및 트랜시버를 가진 전방부분(30), 탄두(32), 추진장치(34) 및 방향 제어장치(36)로 분할되어 있다.

전방 부분(30)에는, 노우즈(nose)(선단)에 모자이크 배열의 음향 트랜스듀서 (40)가 설치되어 있고, 또한 적극적 고성능 모노펄스 추적 시스템을 구성하는 송신기 및 수신기가 설치되어 있다. 송신기, 수신기 및 탄두의 접촉 신관이 트랜스듀서 뒤의 블록(42)에 설치되어 있다.

탄두(32) 내에는 150파운드(약 68.04㎏)의 폭약이 채워져 있고, 탄두의 후미부에 안전 보호된 뇌관(44)이 설치되어 있다. 송신기와 수신기에의 연결을 위해 프로세서(81)로부터 노우즈까지 연장하여 있는 케이블용의 튜브(도시안됨)가 또한 설치되어 있다.

추진장치(34)는 2중 목적을 갖는다. 그의 주요구성 요소는 하우징(48)에 의해 둘러싸인 체임버(46)이다. 로켓트 추진을 위해 그 체임버(46)는 하나 이상의 구획된 입자 연소 유니트(50)와 다수의 가스 배출노즐(52)을 가지고 있다. 그 로켓트 추진 시스템은 제1도에 도시된 바와 같이 선상 발사대로부터 표적 부근의 수중 진입지역까지 무기(10)를 구동시키도록 작용한다. 연소 유니트(50)는 무기(10)가 수중으로 들어갈 때까지 완전히 소모된다. 이 시점에서 가스 분사노즐(52)이 회전판(54)에 의해 폐쇄된다. 그 회전판(54)은 가스분사노즐(52)의 구멍들과 일치하는 다수의 구멍들을 가지고 있고, 그 구멍들이 기어장치(56) 및 전기모우터(58)에 의해 가스 노즐의 구멍들과 일치하지 않을 때까지 회전한다. 그리하여 가스 노즐(52)이 체임버(46)의 후단부로 개구하여 있는 물분사 노즐(60)만을 남기고 패쇄된다.

수중에서의 추진을 위해서는, 체임버(46)가 물로 채워진 다음, 가스 발생기가 점화되어 노즐(60)을 통해 물을 외측으로 분출시켜 추진력의 하이드로펄스를 발생시킨다. 해수는 도입 통로(62) 및 밸브(64)를 통해 체임버(46)내로 들어간다. 그 밸브는 솔레노이드(66)와 링크장치(68)에 의해 제어된다. 튜브(72)를 통해 체임버(46)와 통하여 있는 다수의 가스 발생기(70)는 무기(10)의 종축 주위에서 원주방향으로 일정간격으로 배치되어 있고 연속적으로 점화되어 무기를 수중에서 추진시키기 위한 일련의 하이드로펄스를 발생시킨다.

체임버(46)와 탄두(32) 사이 지역에서, 잠수함 표적의 위치를 초기에 탐지하는데 사용되는 다수의 음향 트랜스듀서(80)가 무기의 측부에 설치되어 있고, 또한 1차 전지 및 신호프로세서(81)가 중앙 블록(82) 내에 설치되어 있다.

후미부분(36)에는, 조향날개(90), 작동장치(92) 및 블록(94) 내에 설치된 전자 제어장치 및 관련시스템들을 포함한 운반체 조향 시스템이 설치되어 있다.

본 발명의 다른 예가 제5도에 도시되어 있다. 제5도의 무기(10A)는 헬리콥터 또는 다른 ASW 항공기로부터 공중 투하되도록 특별히 설계되어 있고, 따라서 제3도의 무기의 로켓트 추진 모우터를 구비하고 있지 않다. 이 무기(10A)는 기본적으로는 제3 및 4도의 무기(10)와 유사하고, 주요 차이는 체임버(46A)내에 로켓트 추진 시스템이 없다는 젓이다. 이 체임버에는, 제3도의 무기(10)의 추진장치(34)의 하이드로펄스 부분과 동일한 방식으로 가스 발생기를 (70)에 의하여 체임버(46A)의 밖으로 해수를 배출하는 단일의 해수 분사용 노즐(60A)가 설치되어 있다. 전술한 바와 같이, 가스 발생기들(70)은, 무기 속도가 미리정해진 수준까지 감소하고 체임버(46A)가 물로 채워진 것이 속도감지기(83)와 부유체(84)에 의해 감지될 때마다 중앙 블록(82) 내의 마이크로프로세서(81)에 의해 제어되는 간격으로 연속적으로 점화한다.

제3도의 무기(10)와의 또다른 차이는 무기(10A)에는 하이드로브레이크(96)가 설치되어 있다는 것이다. 그하이드로 브레이크는 저장실(98) 내에 저장되고, 무기(10A)를 감속시켜 얇은 수중에서 작동할 수 있게 하기 위해 외측으로 신장될 수 있다. 수중 진입 속도가 없어진때, 하이드로브레이크(96)가 저장실(98) 내로 철회된다. 다른 방식으로는, 그 하이드로 브레이크(96)는 무기(10A)가 항공기로부터 이탈된 후 신장될 수 있다. 그 경우 그 브레이크는 에어로(공기) 브레이크와 하이드로브레이크로 작용한다. 그 브레이크(96)는 필요하다면, 그에 의해 수중 진입 후 무기가 느리게 되자마자 무기(10A)로부터 제거되어, 무기가 표적쪽으로 추진되는 동안 저항을 제공하지 않도록 할 수도 있다.

제6도는 수중으로의 초기 진입후 부기의 하이드로펄스 추진 시스템의 초기 작동을 나타내는 그래프이다. 제6도는 53도의 대표적인 진입각도와 1초당 590 피트(590 fps)(약 179.8m/초)의 속도로 수중 진입을 개시하는 무기의 진로를 나타낸다. 수중 진입 후 1/2초 내에, 속도는 76fps(약 23.2m/초)까지 감소하고, 진입 1초 후에 속도가 40fps(약 12.2m/초)까지 감소하였다. 그 때, 무기 주위의 기포공동이 붕괴하여 음향트랜스듀서에 물이 접촉하게 된다. 그다음 2초동안, 잠수함 표적의 방향이 측부 트랜스듀서(80)에 의해 탐지되고, 하이드로펄스 체임버가 물로 채워진다. 그후, 첫번째 가스 발생기(70)가 점화되어 첫번째 하이드로펄스를 발생시킨다. 이것은 무기를 가속시키고 무기가 표적의 방향으로 선회할 수 있게 한다. 필요한 경우, 그 무기는 첫번째 하이드로펄스 전에 표적의 방향으로 선회될 수도 있다. 첫번째 하이드로펄스에 이어 무기가 관성항행하고 유도 정보를 수신하며, 동시에 그의 추진 체임버가 다시 해수로 채워진다. 그 후, 두번째 가스 발생기가 점화되어 두번째 하이드로펄스를 발생시키고 그 펄스가 무기를 다시 가속시켜 잠수함쪽으로 추진시킨다. 잠수함이 파괴되거나 또는 모든 가스 발생기들이 소모될 때까지 상기 과정을 반복한다.

제7도는 무기의 속도 프로필(profile)을 나타내는 그래프이다. 이 그래프로부터, 속도가 연속적인 하이드로 펄스들에게 대략 50fps(약 15m/초) 즉, 30노트의 평균속도를 가지고 대략 35-70 fps(약 10.7-21.3m/초) 사이에서 변하는 것을 알 수 있다.

그리하여, 특히 얕은 수중 조건에서 대부분의 잠수함 표적을 요격하는데 적합하게 된다. 잠수함이 이동하고 있는 경우, 잠수함 전방의 수중으로 무기를 투하하여 요격을 위한 필요한 기선을 잡을 수 있다. 그러한 작동 모우드에 의해 본 발명의 무기는 표적으로의 추진시 발생되는 수중 표적 탐지 문제들을 독특하게 해결한다. 유도시스템의 기능은 표적의 위치를 탐지하고 조향지령을 발생시키는 것이다. 유도시스템은 자체소음, 해면 및 해저 반향, 표적 탐색에 관한 문제들을 극복하여야 한다. 음향 유도를 이용하는 음향유도어뢰와 같은 수중 무기는 통상 자체소음에 의해 성능에 제한을 받는다. 그들이 천천히 이동할 때는 음향음파가 표적의 위치, 속도 및 다른 필요한 파라메터를 높은 신호대 잡음비로 매우 정밀하게 측정할 수 있다. 그러나 고속이동 표적은 양호한 탈출기회를 가지게 된다. 무기의 속도가 높으면 높을 수록 자체소음이 더 커지게 되고, 약 35노트에서 유도가 소음에 의해 제한을 받고 시스템 성능이 저하된다. 이 소음은 무기의 추진소음 및 흐름소음에 기인한다.

그러나, 본 발명의 무기는 그러한 문제에 대한 독특한 해결책을 제공한다. 하이드로펄스 모우터는 상당한 시간동안 35노트 이하의 속도를 갖는 가변적인 속도 프로필을 제공한다. 이 시간동안, 음향 시스템이 자체 소음이 없는 환경에서 작동한다. 자체 소음이 낮은 때만 표적을 탐색하는 이러한 기술은 자체소음 문제를 해결한다.

적당한 충전시간 및 체임버 압력을 얻기 위해 기본 설계에서는 모우터 타이밍 주기가 펄스당 3.5초 정도이다. 저속을 사용할 때 음향에 의한 표적 탐색을 위한 “무소음 시간”은 매 모우터 펄스의 여러 갱신 시간(error update time)을 초당 대략 0.3-1“룩크(look)”로 제한한다. 유도 시스템을 위한 그러한 비교적 낮은 데이타비를 특히 표적이 측부로부터 접근될 때 표적 호우밍의 지연을 야기할 수 있으나, 이 지연은 잠수함 중앙부 뒤의 보다 취약적인 지역에 접촉하도록 무기를 편중시킴에 의해 요격 가능성을 증진시킨다. 가변적인 무기 속도와 관련된 다른 인자는 조향력과 각 운동 속도와의 사이의 비선형적인 관계이다. 이러한 동적 변수는 유도 서브시스템내에 설치된 마이크로컴퓨터에 의해 처리된다.

얕은 수중에서 잠수함을 탐지 추적하는 데는 탐지, 가경보(false alarm), 유도 정밀도에 관한 필요조건에 부합하는데 충분한 정도의 신호대 반향(reverberation) 수준을 요한다. 그 반향 수준에 영향을 끼치는 주요 인자들은, 트랜스듀서 비임 패턴, 수면 상태, 수면 그레이징(grazing) 각도, 해저 상태, 해저 그레이징 각도, 및 작동주파수이다.

음향 에너지의 펄스는 수역과 경계면들을 인소니파이(insonify)한다. 파(波)가 전방으로 진행할 때, 그 파는 경계면들과 표적으로부터의 반사를 야기한다. 그레이징 각도, 수면 각도 및 인소니파이된 지역까지의 거리는 시간의 함수로 변한다. 비임 패턴이 클수록 인소니파이될 지역이 넓어지며, 그리하여 큰 반향을 발생시킨다. 결국에는 거리 효과가 우세하게 되어 반향을 없앤다.

어떤 순간에서의 반향은 표면 지역들에 걸쳐 적분에 의해 주어진다. 대표적인 기하학적 구조에서 그 적분의 값을 구하면, 반향 백스캐터링(backscattering) (후방산란) 계수가 40도 비임폭파 100kHz에서 -15∼-10dB 범위내에 있음을 알 수 있다. 표적이 -5dB 이상에 있을 때, 단일의 펄스 기준에서 양호한 탐지 및 추적을 위해 충분한 표적대 반향비가 얻어진다. 일반적으로, 본 발명에 따른 무기는 대략 1500피트(약 457.2m)의 표적탐색범위를 가진다.

제8 및 9도는 본 발명의 무기에 설치되는 유도 서브시스템을 블록도로 나타낸다. 제8도에 상세히 도시된 바와 같이, 하나는 탐색을 위한 것이고 다른 하나는 추적을 위한 2개의 쏘나(수중 음파탐지) 시스템이 설치되어 있다. 그들 각개 시스템은 특정 적용예에 맞도록 신호 프로세서를 가지고 있다.

그 탐색 시스템은 트랜스듀서 선택기(102)에 연결된 8개의 측부 트랜스듀서 (80)를 가지고 있다. 모자이크 배열의 추적시스템(40)은 탐색/추적 선택기(104)에 연결되어 있고, 그 선택기(104)는, 탐색 시스템의 트랜스듀서 선택기(102)에 연결된 송신/수신 선택기(106)에서의 부가적인 연결에 의해 탐색시스템과 추적시스템 사이의 선택을 행한다. 그 선택기들(102, 104, 106)은 제어 및 타이밍 마이크로세서(108)로부터 제어신호를 수신하도록 연결되어 있고, 상기 마이크로세서(108)는 선택기(104)에 출력펄스를 제공하도록 연결된 송신기(110)를 트리거(trigger) 하도록 펄스 신호를 제공한다. 선택기(106)로부터의 신호들은 탐색수신기(112)로 보내지고 다음, 마이크로프로세서(108)에 연결된 탐색프로세서(114)에 보내진다. 추적 쏘나시스템용 수신기는 모자이크 배열의 트랜스듀서(40) 내에 설치된 4개의 수중청음기(하이드로폰) (120)를 포함한다. 그 수중청음기(120)는 합계신호와 미분방위 및 고도신호를 모노펄스 수신기(124)에 제공하는 연산장치(122)에 연결되어 있다. 이 수신기(124)는 합계 및 차이 프로세서(126) 및 (128)에 출력 신호를 제공하고, 그 프로세서들(126, 128)은 제어 장치(92) (제3도 참조)에 보내지는 조향 지령을 발생시키는 에러프로세서 (130)에 신호를 제공한다. 또한, 마이크로프로세서(108)는 프로세서(126), (128), (130)에 연결되어 있고 전체 유도시스템들을 제어한다.

제9도는 탐색수신기(112)에서의 특정 스테이지(stage)들을 나타낸다. 제9도의 회로에서, 한쌍의 지연 증폭기(150)가 산재된 합계 스테이지(152)들과 직렬로 연결되어 있다. 각 증폭기(150)으로부터의 부가 입력신호는 다음의 합계스테이지(152)로 보내져 반향 반사를 취소시킨다. 제9도의 회로의 각 스테이지는 스테이지(150)에서의 펄스 반복율(PRR)의 역수만큼 수신 펄스 위치를 지연시킨 다음, 합계스테이지(152)에서의 차기 펄스 복귀를 공제함에 의해 작동한다. 다음, 이것이 제2스테이지의 제3펄스에서도 반복된다. 복귀 펄스 크기와 위상이 반향 반사에서의 경우와 같이 3개의 펄스들에서 크게 변하지 않으면, 그들은 공제후 매우 작게 된다.

[탐색 작동]

(수중진입 기포가 붕괴하고 트랜스듀서에 물이 접촉하자마자) 물과의 접촉에 이어 시작되는 탐색 작동 로우드에서, 그 탐색 작동은 8개의 측부 트랜스듀서들 각각으로부터 방사되는 50왓트의 음향출력을 가지고 개시된다. 그 송신 펄스는 선택기들(104, 106, 102)을 통해 연속적으로 공급되어, 모든 방위에서의 분포가 균일하게 8개 모든 트랜스듀서(80)를 동시에 작동시킨다. 그리하여, 제2도에 도시된 바와 같이 수중 진입직후 무기(10)를 위한 탐색 비임 패턴(18)이 발생된다. 펄스를 송신한 후, 8개의 트랜스듀서(80)이 복귀 신호들을 위해 순서적으로 주사(스캔) 된다. 그 주사율은, 8개의 감지기들 각각 이 각 거리분해“셀(cell)”또는 타임 슬로트에서 한번씩 수하(interrogate)되는데 충분하게 높다. 초당 1.5펄스의 PRR(펄스 반복율)에서, 60밀리초(ms) 펄스를 사용할 때, 형성된 파형은 대략 1675 피트(약 510.5m)까지의 범위에서는 분명하다. 방위 주사율은 60ms 펄스를 8개의 세그멘트로 분할하여, 채널당 200Hz의 수신기처리 대역폭(bandwidth)을 제공한다. 대략 18노트까지의 표적속도에 부합하기 위해서는 6개의 도플러채널만이 요구된다.

탐색 과정중, 적어도 3개의 펄스가 송신된다. 반향 반사는 탑색 수신기(가우스형 분포 반향의 3개 펄스들을 위한 최적으로 정합된 필터임)의 3-펄스 취소기(제9도 참조)에 의해 부분적으로 취소(35dB 만큼 감소)된다.

수신기(112)로 부터의 탐색 신호들은 프로세서(114)에서 처리되어 표적의 존재를 결정한다. 8개의 방향이 단일 수신기(112) 및 프로세서(114)를 통해 프랜스듀서 선택기(102)에 의해 타임-멀티 플렉스(time multiplex)되어, 60ms 송신 펄스가 8개의 7.5ms 타임빈(time bin)들로 분할된다. 적분은 사용되지 않는다. 특정의 멀티플렉스된 빈에서의 표적의 드레시호울드(threshold) 탐지에 의해 사정거리 및 각도 정보(즉 8개의 트랜스듀서가 받은 표적신호들의)가 마이크로로프로세서(108)에 제공된다. 사정거리 데이타는 초기조향 지령으로써 시험 및 검사되며, 추적 모우드로의 전이가 개시된다. 탐색시스템은 2.75초에 1500피트(약 457.2m)에서 -5dB(소음 한계가 53dB 이하일 때)의 표적 강도에서도 사정거리 및 각도 정보로 탐지를 확실히 하도록 구성되어 있다.

[추적 작동]

무기가 제8도의 탐색시스템 부분에 의해 결정되는 바에 따라 표적쪽으로 선회하는 동안, 유도 서브시스템이 추적 모우드로 전환된다. 그 선회를 완료하기 전에, 추적 시스템(제8도의 일부)이 ±22.5도 추적 비임이 높이에서 탐색하도록 펄스를 보내기 시작한다. 이것이 제2도의 중앙에 도시된 적극 유도 비임 패턴(20)이며, 여기서 무기(10)가 잠수함(12) 쪽으로 향하여 위치되어 있다. 그 선회의 대략 절반쯤에서 추적을 개시함에 의해, -60-+30도의 고도 탐색이 달성된다. 추적 시스템이 표적을 탐색한 후, 그 선회가 종료되고 추진 모우터가 작동된다.

추적 쏘나 시스템은 증진된 유도 정밀도를 위해 송신기(110)의 최대 500왓트 피크(peak) 출력을 사용한다. 이 출력은 선택기(104)를 통하여 모자이크 배열의 프랜스듀서(40)로 공급된다. 그 트랜스듀서들(40)은 케비레이숀(cavitation)없이 45도 비임 폭에서 500왓트, 100kHz로 작동할 수 있다. 그 트랜스듀서들은 넓은 비임폭을 얻기 위해 넓은 표적면을 제공하도록 역 정상열(inverse phased-array)의 개념을 이용한다. 각 열의 트랜스듀서(40)의 정상(整相)(phasing)은 실제 위치에 의해 전적으로 결정되고, 따라서 그 트랜스듀서는 적당한 대역폭을 가지며 저렴하다.

추적 펄스용 수신기는 제8도의 4개의 수중 청음기(120)를 포함한다. 그 수중 청음기들의 출력은 연산 장치(122)에서 결합되어 2개의 각도 에러 신호들(방위 및 고도)과 합계신호를 발생시킨다.

방위 에러 신호는 우측 수중청음기 신호로부터 좌측수중청음기 신호를 공제함에 결정되고, 고도 에러 신호는 상부 수중 청음기 신호로부터 하부 수중 청음기 신호를 공제함에 의해 결정된다. 합계신호는 4개의 모든 수중청음기 신호들의 합과 같다.

송신된 펄스폭은 10ms이다. 모노펄스 수신기(l24)와 프로세서들(108, 126, 128, 130)을 포함하는 추적 프로세서는 130Hz의 대역폭을 사용하여, 초당 3.2피트(약 0.98m) 내로 수면/해저 반향 및 표적 속도들을 측정함에 의해 도플러 정보를 추적한다. 그 도플러프러세서는 합계 채널(126) 내에 설치되어 있다. 탐지후 마이크로 프로세서 (108)는 에러프로세서(130)가 합계 채널에 의해 차이 채널을 나누는 것을 이행하게 하며 그 결과 얻어진 정규화된 각도 에러 신호들이 조향 지령을 위해 사용된다.

본 발명 무기의 하이드로펄스 모우터 추진 시스템의 초기 실현 가능성은 축소 모형의 시험 및 컴퓨터 시뮬레이숀에 의해 입증되었다.

인치(약 0.32㎝) 직경의 노즐을 가지고 직경이 대략 3인치(약 7.62㎝), 길이가 5인치(약 12.7㎝)인 시험 모형 체임버에서, 375psi 의 내부 압력에서 8.5파운드(약 3.9㎏)추진력이 발생되었다.

본 발명의 무기의 각개 서브시스템들이 개념상, 실제상 간단하고, 전체 유니트로 일체화 될 수 있기 때문에 무기의 매우 높은 신뢰도가 매우 저렴하게 얻어진다. 무기의 가격이 훈련용으로 사용할 수 있도록 충분히 낮기 때문에 사용자가 매우 숙달되게 사용할 수 있다. 150파운드(약 (68.04㎏)의 폭약을 가진 탄두는 잠수함 선체에의 접촉시 폭발하여 그 선체를 파열시키는데 충분하다. 그리하여, 무기의 전체 중량이 최소로 되어 헬리콥터 또는 다른 ASW 항공기에의 적재용량이 증가된다.

본 발명이 유익하게 사용될 수 있는 방식은 예시하기 위해 본 발명에 따른 대잠수함 무기의 특정예를 기술하였으나, 본 발명이 그에 제한되는 것이 아님이 인식될 것이다. 따라서, 첨부 특허청구의 범위에 한정된 바와 같은 본 발명의 범위내에서 각종 변경, 개조가 당업자에 의해 행해질 수 있음은 물론이다.

Claims (1)

1. 하우징과, 이 하우징의 전방에 정착된 탄두(32)와, 표적 탐지 수단에 의해 발생된 조향 제어 신호에 반응하여 수중에서 무기를 조향시키는 방향 제어 장치(36)와, 하우징의 후방에 정착된 체임버(46)를 포함하며 일련의 연속적인 하이드로펄스를 발생하는 하이드로펄스 추진 장치(34)와, 상기 체임버로부터 연장하여 있는 물 분사 노즐(60)과, 해수를 체임버에 주기적으로 주입시키는 장치(62, 64)와, 무기를 추진시키기 위한 추진력을 발생시키도록 주입된 해수를 상당한 힘으로 노즐(60)을 통해 분출시키는 장치(70)로 이루어진 수중 표적 파괴용 무기에 있어서,

   상기 표적 탐지 수단이, 수중 음파 펄스를 송신하고 표적에서 반향된 음향 신호에 응하여 무기를 표적으로 향하도록 방향 제어장치를 제어하는 조향 제어 신호를 발생하도록 각각 구성된 2개의 수중 음파장치 시스템으로 이루지어고, 이들 시스템들중 적어도 하나의 시스템은 자체 소음에 의해 표적에서 반향된 음향신호를 수신하는데 방해가 되지않는 낮은 수중 속도로 추진되는 연속 하이드로펄스들 사이의 시간간격 동안만 수중음파 펄스를 송신하게 하도록 신호 프로세서(108)를 구비한 것을 특징으로 하는 수중 표적 파괴용 무기.

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