KR101364636B1 - 네 개의 접이식 곡면날개를 가지고 원통형 발사관에서 발사되는 유도탄 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원통형 발사관에 사용될 수 있으며, 유도조종 성능이 우수하도록 롤링 모멘트를 줄이고 기동성을 향상시킨 유도탄을 위한 네 개의 접이식 곡면날개에 관한 것으로, 본 발명의 접이식 곡면날개의 일 실시예는, 곡면날개; 상기 곡면날개의 하부에 구비되어 상기 곡면형 날개를 회동가능하게 유도탄에 결합시키는 연결부;를 포함하고, 상기 곡면형 날개는 만곡된 내부를 형성하는 내부면과 외부면을 포함하고, 상기 곡면날개의 상단부는 곡면날개의 상단과 후단을 연결하는 중심선을 중심으로 외부면이 사각으로 절단되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

네 개의 접이식 곡면날개를 가지고 원통형 발사관에서 발사되는 유도탄{TUBE LAUNCHED GUIDED MISSILE HAVING FOUR CURVED WING}

본 발명은 원통형 발사관에서 발사되는 유도탄에 적용가능한 네개의 접이식 곡면날개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원통형 발사관에 사용될 수 있으며, 유도조종 성능이 우수하도록 롤링 모멘트를 줄이고 기동성을 향상시킨 유도탄의 접이식 곡면날개에 관한 것이다.

현재 국내외에서 기존에 개발된 로켓을 정밀 타격이 가능하도록 저가의 유도무기화하는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존의 탄도탄 등의 로켓들은 일반적으로 원통형 발사관을 사용하여 발사된다.

따라서, 기존의 탄도탄과 같은 로켓의 경우 원통형 발사관에 로켓을 장입하기 용이하게 하면서 공력 안정성을 향상시키기 위해 롤링 모멘트를 유발시키도록 세 개의 접이식 날개를 구비하고 있다.

세 개의 접이식 날개를 구비한 로켓의 경우, 큰 롤링 모멘트를 가지고 높은 정안정성을 가지게 되어, 탄도탄과 같이 일정한 궤도로 순항해야 하는 로켓의 경우에는 적합한 공력특성을 가진다.

현재 개발되고 있는 원통형 발사관에서 발사되는 유도무기들은 기존의 로켓을 유도무기화 하는 방향으로 연구가 진행되고 있기 때문에, 전술한 세개의 날개를 사용한 구조를 유도무기화에 적용할 경우, 큰 롤링 모멘트와 높은 정안정성에 의해 유도조종성능을 현저하게 떨어뜨리는 문제점을 가진다.

본 발명은 전술한 기존의 세 개의 날개를 사용한 유도무기의 구조적인 문제점을 해결하기 위한 것으로, 유도조종성능을 향상시키기 위해 롤링 모멘트를 적게 발생시키고, 기동성을 높인 접이식 곡면날개를 구비한 유도탄을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 전술한 과제를 달성하기 위해 다음과 같은 기술적인 구성을 제공한다.

본 발명의 접이식 곡면날개의 일 실시예는, 곡면날개; 상기 곡면날개의 하부에 구비되어 상기 곡면형 날개를 회동가능하게 유도탄에 결합시키는 연결부;를 포함하고, 상기 곡면형 날개는 만곡된 내부를 형성하는 내부면과 외부면을 포함하고, 상기 곡면날개의 상단부는 곡면날개의 상단과 후단을 연결하는 중심선을 중심으로 외부면이 사각으로 절단되어 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 곡면날개의 전단부는 곡면날개의 내부면과 외부면에 대칭적인 형상을 가진다.

한편, 본 발명의 접이식 곡면날개를 구비한 유도탄은, 원통형 몸체; 상기 몸체의 후방에 구비되는 네개의 접이식 곡면날개;를 포함하고, 상기 네개의 접이식 곡면날개는 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착되는 것을 특징으로 한다.

상기 곡면날개는 상기 몸체의 외측면에 회동가능하게 연결되어, 상기 몸체에 밀착된 밀착위치와 상기 몸체에서 펴지는 비행위치로 회동될 수 있다.

상기 곡면날개의 전단부는 곡면날개의 내부면과 외부면에 대칭적인 형상을 가진다.

상기 곡면날개의 상단부는 곡면날개의 상단과 후단을 연결하는 중심선을 중심으로 대칭적인 단면 형상을 가진다.

보다 상세하게는 상기 곡면날개는 상기 몸체의 둘레를 따라 순차적으로 장착되는 제1날개, 제2날개, 제3날개, 제4날개로 구성되고, 상기 제1날개와 제3날개는 상기 몸체의 축을 중심으로 180°이격된 축대칭적 위치에 장착되고, 상기 제1날개는 상기 제2날개 및 제4날개와 상기 몸체의 축을 중심으로 90°이격된 위치에 장착되는 것을 특징으로 한다.

한편, 상기 몸체의 전방에 구비되어 유도탄의 방향을 조종하는 네개의 카나드;를 더 포함된다.

상기 네개의 카나드는 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착되되, 상기 각각의 카나드는 상기 각각의 곡면날개와 동일선상에 정렬된다.

본 발명은 접이식 곡면날개를 중심축에 대해 대칭적으로 장착하여 롤링 모멘트를 감소시킨다. 그에 따라 유도탄이 비행시 불필요한 롤 제어를 위해 조종날개인 카나드를 사용하는 것을 방지할 수 있어서 유도 조종 효율이 향상되는 공력특성을 가지게 한다.

또한, 본 발명은 네 개의 작은 곡면날개를 사용하여 유도탄에 작용되는 공기에 의한 압력의 중심이 세 개의 날개보다 전방으로 이동하게 된다. 그에 따라 유도탄의 정적 안정성이 감소되어 높은 기동성을 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 유도탄의 외관을 개략적으로 보여주는 개략도.
도 2는 본 발명의 접이식 곡면날개의 사시도.
도 3은 도 2의 접이식 곡면날개의 측면도.
도 4는 도 3의 접이식 곡면날개의 부분 단면도.
도 5는 본 발명의 유도탄의 정면에서 바라본 접이식 곡면날개와 카나드의 배열을 보여주는 정면도.
도 6은 유도탄에 사용되는 다양한 접이식 날개의 마하수에 따른 압력 중심의 변화를 보여주는 그래프.
도 7은 조종날개인 카나드의 변위각이 없을 경우 롤링 모멘트의 변화를 보여주는 그래프.
도 8은 조종날개인 카나드의 피치 변위각 5°일 경우의 롤링 모멘트 변화를 보여주는 그래프.
도 9는 받음각 0°에서 마하수에 따른 롤링 모멘트 변화를 보여주는 그래프.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해서 설명한다.

본 발명의 접이식 곡면날개를 구비한 유도탄(10)은 원통형 몸체(20), 상기 몸체의 후방에 구비되는 네개의 접이식 곡면날개(30)를 포함하고, 상기 네개의 접이식 곡면날개(30)는 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착되는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 유도탄을 개략적으로 보여준다. 도 1에서는 개략적으로 유도탄을 보여주기 위해 접이식 곡면날개(30)를 곡면으로 도시하지는 않았다.

유도탄(10)은 원통형 몸체(20)를 구비하고 있으며, 전방에 탐색기(50)를 구비하고 있으며, 후방에 추진체(60)가 구비된다. 상기 원통형 몸체(20) 내부에는 추진연료(미도시)가 채워진다.

상기 유도탄(10)의 전방에는 복수개의 카나드(40)가 원통형 몸체의 둘레를 따라 장착된다. 유도탄을 조종하는 방법에는 날개를 이용하는 방법과 추진기관에서 발생하는 분사가스의 힘으로 조종하는 방법이 있는데, 날개를 이용하는 방법을 공력제어라고 하며, 대부분의 중·단거리용 유도탄의 방식으로 채택되고 있다. 이러한 공력제어의 일종으로 카나드 제어 방식이 있다. 카나드는 유도탄의 전방에 설치되는 작은 날개를 말하며, 이를 이용한 공력제어는 좌우 방향전환이 용이하고 기동성이 양호하며, 유도 조종장치와 구동장치를 유도탄 전방에 함께 설치할 수 있으므로 장착이 수월한 장점이 있다.

상기 유도탄은 원통형 발사관에 장입되어 있다가 발사된다. 따라서, 원통형 발사관에 유도탄이 효율적으로 장입된 후 발사되기 위해서는 유도탄의 날개가 접히는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 본 발명의 경우, 전술한 카나드(40)와 후술할 곡면날개(30)는 발사관에서 유도탄이 발사된 후 펴지는 구조를 가진다.

접이식 곡면날개는 발사관의 내부에서 외부의 진동이나 충격에 의해 발사관이나 유도탄에 결함이 생기지 않게 하기 위하여 곡선형 날개형태를 가진다. 도 2와 도 3은 이러한 곡면날개를 보여준다.

상기 곡면날개(30)는 상기 원통형 몸체(20)의 외측면에 회동가능하게 연결되어, 상기 몸체에 밀착된 밀착위치와 상기 몸체에서 펴지는 비행위치로 회동될 수 있다. 도 1은 비행위치에서의 유도탄을 보여준다.

상기 접이식 곡면날개(30)는 상기 몸체의 후방에 구비되는데, 본 실시예에서는 네 개가 구비된다. 즉, 네 개의 접이식 곡면날개(30)는 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착된다. 도 5에서는 이렇게 장착된 네 개의 접이식 곡면날개(30)를 보여준다.

도 5를 참고하면, 보다 상세하게는 상기 곡면날개(30)는 상기 몸체의 둘레를 따라 순차적으로 장착되는 제1날개(30a), 제2날개(30b), 제3날개(30c), 제4날개(30d)로 구성되고, 상기 제1날개(30a)와 제3날개(30c)는 상기 몸체의 축을 중심으로 180°이격된 대칭적 위치에 장착된다. 또한, 상기 제1날개(30a)는 상기 제2날개(30b) 및 제4날개(30d)와 상기 몸체의 축을 중심으로 90°이격된 위치에 장착되어 있다.

한편, 상기 몸체의 전방에는 유도탄의 방향을 조종하는 카나드(40)가 구비되어 있는데, 본 실시예에서 상기 카나드도 상기 몸체의 둘레를 따라 네 개가 구비된다. 도 5에는 이러한 네 개의 카나드(40)가 몸체에 장착된 상태를 보여준다.

여기서, 상기 네개의 카나드는 전술한 곡면날개와 같이 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착되되, 상기 각각의 카나드(40a,40b,40c,40d)는 대응되는 각각의 곡면날개(30a,30b,30c,30d)와 동일선상에 정렬된다. 도 5에는 카나드와 곡면날개가 정렬된 상태를 보여준다.

도 6 내지 도 9는 본 실시예에서와 같이 네 개의 접이식 곡면날개를 대칭적으로 사용한 효과를 대칭적으로 사용하지 않은 경우와 대비한 효과를 보여준다.

도 6은 비대칭적인 3개의 접이식 곡면날개를 사용하는 경우와의 대비 및 4개의 직선날개를 사용하는 경우와의 대비를 보여준다. 도 4에서는 유도탄의 무게 중심(Xcg)에 대한 상대적인 유도탄의 압력중심(Xcp)의 위치를 보여준다. 유도탄의 무게중심(Xcg)는 추진연료가 소모될수록 유도탄의 전방으로 이동하게 된다. 압력중심(Xcp)는 곡면날개에 작용하는 공기에 의한 압력의 중심을 보여준다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 4개의 접이식 곡면날개를 사용하는 경우가 3개의 접이식 곡면날개를 사용하는 경우보다 압력중심이 무게중심에 가까운 유도탄의 전방에 형성됨을 알 수 있다. 이는 3개의 날개를 사용하는 경우가 4개의 날개를 사용하는 경우보다 개개의 날개의 표면적 또는 스팬 면적이 넓어져서 압력중심이 날개가 있는 유도탄의 후방에 형성되기 때문이다. 압력중심이 유도탄의 전방으로 이동함에 따라 유도탄은 정적 안정성이 감소되는 특성을 보여준다. 이는 감소된 정적 안정성만큼 유도탄이 높은 기동성을 확보할 수 있도록 하는 효과를 발생시킨다. 도 6에서 4개의 직선날개를 사용하는 경우도 보여준다. 이러한 경우 압력중심의 위치가 곡면날개를 사용하는 경우보다 유도탄의 전방에 형성된다. 따라서, 높은 기동성을 확보한다는 측면에서는 직선날개를 사용하는 것이 더 효율적일 수 있으나, 전술한 바와 같이 유도탄이 원통형 발사관에서 발사되는 점을 고려한다면, 직선날개보다는 곡면날개가 보다 효율적이다.

도 7과 도 8에서는 조종날개인 카나드의 변위각에 따른 유도탄의 롤링 모멘트 계수를 비교하고 있다. 도 7은 조종날개의 변위각이 없을 경우를 보여주는데, 대칭적인 4개의 곡면날개를 사용하는 경우가 비대칭적인 3개의 곡면날개를 사용하는 경우보다 롤링모멘트 계수가 작음을 알 수 있다. 도 8도 마찬가지로, 조종날개의 피치 변위각이 5°인 경우를 보여주는데, 대칭적인 4개의 곡면날개를 사용하는 경우가 비대칭적인 3개의 곡면날개를 사용하는 경우보다 롤링모멘트 계수가 작음을 알 수 있다. 즉, 대칭적인 4개의 접이식 곡면날개를 사용하는 경우 롤링모멘트가 작아지는 것을 확인할 수 있다.

도 9는 받음각 0°인 경우 마하수에 따른 롤링 모멘트 계수의 변화를 비교하고 있다. 도 9에서 볼 수 있듯이, 비대칭적인 3개의 곡면날개를 사용하는 경우보다 대칭적인 4개의 곡면날개를 사용하는 경우가 마하수에 따른 롤링 모멘트 변화가 작은 것을 알 수 있다.

도 7 내지 도 9의 결과를 참고하면, 대칭적인 곡면날개를 사용하는 것이 비대칭적인 곡면날개를 사용하는 것보다 롤링 모멘트가 작고, 변화도 작음을 알 수 있다. 이러한 공력 특성을 가지는 본 실시예에 의해 유도탄은 비행시 롤링모멘트가 감소되는 효과를 가지게 되고, 불필요한 롤 제어를 위해 조종날개를 사용하여야 하는 비효율을 방지할 수 있다. 나아가, 카나드를 대칭적인 곡면날개와 정렬되도록 하여 이러한 롤 발생을 더욱 감소시키게 된다.

한편, 전술한 롤링 모멘트 감소 효과를 더욱 극대화 시키기 위해, 곡면날개의 단면도 대칭적으로 형성된다. 도 2는 곡면날개의 내측과 외측을 개략적으로 보여주는 사시도이다. 도 2를 참고하면, 곡면날개(30)는 만곡된 내부를 형성하는 내부면(32)과 외부를 형성하는 외부면(33)을 구비하고 있으며, 하측에 몸체에 연결되는 연결부(31)를 구비하고 있다. 전방인 유도탄의 진행방향측에는 내부면과 외부면의 경계지점에 전단부(34)가 형성되어 있고, 측면방향에 상단부(35)가 형성되어 있다. 여기서 경계지점에 날이 형성된 부분은 유도탄의 진행방향에 따라 공기와 접촉되어 날개에 외력이 작용될 수 있는 전방과 측면에 해당된다.

도 3은 곡면날개의 상단부(35) 부분을 보여준다. 도 3의 좌측은 상단부의 단면을 보여주며, 곡면을 따라 형성된 중심선(A)를 기준으로 측면날의 외측(35a)은 원통형 발사관에 유도탄이 장착되어 운용될 때, 진동에 의해 발사관 내부 및 날개 끝의 손상을 방지하기 위하여 날개 외부면을 사각으로 절단하였다.

도 4는 곡면날개의 전단부(34) 부분을 보여준다. 전단부의 양측(34a,34b)은 곡면날개의 내부면과 외부면에 대칭적인 형상을 가진다. 이는 유도탄의 진행에 따라 곡면날개와 접촉되는 공기에 의해 형성되는 외력에 의해 롤링의 발생을 최소화시키기 위해 대칭적인 형상을 가지도록 형성한 것이다.

이상 첨부도면을 참조하여 본 발명의 양호한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 그러한 실시예 및/또는 도면에 제한되는 것으로 해석되어서는 아니되고 후술하는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 결정된다. 그리고 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 당업자에게 자명한 개량, 변경, 수정 등도 본 발명의 권리범위에 포함된다는 점이 명백하게 이해되어야 한다.

10 : 유도탄 20 : 몸체
30 : 접이식 곡면날개 40 : 카나드
50 : 탐색기 60 : 추진체

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 원통형 발사관에 장입 가능하도록 원통형으로 형성되는 몸체;
   상기 몸체의 후방에 구비되며, 서로 대칭적으로 배치되도록 상기 몸체의 축을 중심으로 90°이격된 위치마다 장착되는 네 개의 접이식 곡면날개;를 포함하고,
   각각의 상기 접이식 곡면날개는,
   상기 접이식 곡면날개의 하부에 구비되어 상기 곡면날개를 회동가능하게 상기 몸체에 결합시키는 연결부;
   만곡된 내부를 형성되는 내부면과 외부면;
   진동에 의해 상기 원통형 발사관의 내부 및 상기 접이식 곡면날개 끝의 손상을 방지하도록 상기 접이식 곡면날개의 상단과 후단을 연결하는 중심선을 중심으로 상기 외부면이 사각으로 절단된 상단부; 및
   상기 곡면날개와 접촉되는 공기에 의해 형성되는 외력에 의한 롤링의 발생을 제한하도록 양측이 절단되어 상기 내부면과 외부면에 대칭적인 형상을 가지는 전단부;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   접이식 곡면날개를 구비한 유도탄.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 곡면날개는 상기 몸체의 외측면에 회동가능하게 연결되어, 상기 몸체에 밀착된 밀착위치와 상기 몸체에서 펴지는 비행위치로 회동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
   접이식 곡면날개를 구비한 유도탄.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 곡면날개는 상기 몸체의 둘레를 따라 순차적으로 장착되는 제1날개, 제2날개, 제3날개, 제4날개로 구성되고,
   상기 제1날개와 제3날개는 상기 몸체의 축을 중심으로 180°이격된 대칭적 위치에 장착되고, 상기 제1날개는 상기 제2날개 및 제4날개와 상기 몸체의 축을 중심으로 90°이격된 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는,
   접이식 곡면날개를 구비한 유도탄.
   
8. 제3항에 있어서,
   상기 몸체의 전방에 구비되어 유도탄의 방향을 조종하는 네 개의 카나드;를 더 포함하고,
   상기 네 개의 카나드는 상기 원통형 몸체의 축을 중심으로 대칭적으로 장착되되, 상기 각각의 카나드는 상기 각각의 곡면날개와 동일선상에 정렬되는 것을 특징으로 하는,
   접이식 곡면날개를 구비한 유도탄.
   

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