현재의 많은 유도무기들은 발사관에 장착되어 이동된다. 발사관이란 유도탄등이 외부환경에 노출되지 않도록 유도탄을 보호하고, 발사시 유도탄을 가이드 하는 역할을 한다. 발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다. 이를 위하여 구조적인 안전성이 크고, 분리 응답이 빠른 파이로 장치인 폭발볼트가 많이 사용된다. 폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트몸체가 절개됨으로써 볼트에 의해 결합되고 있던 부분이 분리되는데, 폭발 볼트는 분리시 파편, 화염 및 pyro-shock이라는 큰 진동과 충격을 수반하므로 정밀한 유도무기에는 사용이 제한된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 압력카트리지에서 발생하는 압력을 분리력으로 사용하여, 충격이 작고, 분리파편이 발생하지 않는 분리장치인 볼타입 분리볼트를 개발하였다. 본 연구에서는 볼타입 볼트의 분리현상을 분석하고, 볼타입 분리볼트의 분리 안전율을 정량적으로 제시하였다.
현재의 많은 유도무기들은 발사관에 장착되어 이동된다. 발사관이란 유도탄등이 외부환경에 노출되지 않도록 유도탄을 보호하고, 발사시 유도탄을 가이드 하는 역할을 한다. 발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다. 이를 위하여 구조적인 안전성이 크고, 분리 응답이 빠른 파이로 장치인 폭발볼트가 많이 사용된다. 폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트몸체가 절개됨으로써 볼트에 의해 결합되고 있던 부분이 분리되는데, 폭발 볼트는 분리시 파편, 화염 및 pyro-shock이라는 큰 진동과 충격을 수반하므로 정밀한 유도무기에는 사용이 제한된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 압력카트리지에서 발생하는 압력을 분리력으로 사용하여, 충격이 작고, 분리파편이 발생하지 않는 분리장치인 볼타입 분리볼트를 개발하였다. 본 연구에서는 볼타입 볼트의 분리현상을 분석하고, 볼타입 분리볼트의 분리 안전율을 정량적으로 제시하였다.
Launching tube is a kind of case to protect the guided weapons from external environments and conducted as a guide when they are fired. The guided weapons have been firmly kept at the launching tube and transferred, and would be separated at the required time when they are fired To meet the aim, it ...
Launching tube is a kind of case to protect the guided weapons from external environments and conducted as a guide when they are fired. The guided weapons have been firmly kept at the launching tube and transferred, and would be separated at the required time when they are fired To meet the aim, it has been used explosive bolts which are reliable and efficient mechanical fastening devices having the special feature of a built-in release. The disadvantage of explosive bolt lies in that it is based on the high explosive effect of a pyrotechnic charge. When the explosive bolt is ignited, there are some bad effects; a flame, fragments and pyro-shock. Because of these bad effects there are many restriction to use bolt as joining devices to precision guided weapons. To solve these problems, the aim of the present work is to invent the ball-type separation bolt which is a pyrotechnically releasable mechanical linking device for two mechanical elements that does not suffer from such drawbacks. A standard pressure cartridge can moreover be easily integrated inside the device according to the present work and this with no modification to its structure. The present work was represented quantitatively the margin of separation safety and analysed separation mechanism in ball type separating bolt to perform the dynamic separation test.
Launching tube is a kind of case to protect the guided weapons from external environments and conducted as a guide when they are fired. The guided weapons have been firmly kept at the launching tube and transferred, and would be separated at the required time when they are fired To meet the aim, it has been used explosive bolts which are reliable and efficient mechanical fastening devices having the special feature of a built-in release. The disadvantage of explosive bolt lies in that it is based on the high explosive effect of a pyrotechnic charge. When the explosive bolt is ignited, there are some bad effects; a flame, fragments and pyro-shock. Because of these bad effects there are many restriction to use bolt as joining devices to precision guided weapons. To solve these problems, the aim of the present work is to invent the ball-type separation bolt which is a pyrotechnically releasable mechanical linking device for two mechanical elements that does not suffer from such drawbacks. A standard pressure cartridge can moreover be easily integrated inside the device according to the present work and this with no modification to its structure. The present work was represented quantitatively the margin of separation safety and analysed separation mechanism in ball type separating bolt to perform the dynamic separation test.
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문제 정의
동적 분리시험은 분리볼트가 실제 작동할 때 분리력과 분리 안전율을 확인하기 위하여 수행하였다. 동적 분리시험은 실제 분리볼트의 작동 상태를 유사하게 모사하기 위하여 토오크-인장 시험에서 구한 인장력을 적용하였다.
분리볼트 개발 후 측정된 분리 충격은 같은 기능을 갖는 폭발볼트의 경우 6,000~12,000G, 개발된 분리볼트의 경우 800~2,000G[2]로써 충격량이 상당히 작음을 알 수 있다. 본 논문에서는 분리 볼트의 구조안전성평가, 분리현상 규명, 분리안전성을 보장하기 위한 시험기법등을 개발하여 분리성능에 대한 안전률을 제시하였다. 개발된 볼타입 볼트는 향후 기존 분리화약을 사용하는 폭발볼트의 대체가 가능하다고 판단된다.
제안 방법
개발된 분리볼트가 파열되는 조립 토오크를 알기 위하여 Schatz사의 토오크-인장시험기를 사용하여 파열시험을 수행하였다. 실험 결과 최종 설계된 분리볼트의 파열 토오크는 1644in-lbs(19.
3과 같이 3차원 구조해석을 수행하였다[5]. 구조체의 대칭성을 고려하여 1/4만 모델링하여 단면에 대칭경계조건을 적용하였다. 구조해석은 상용코드인 ABAQUS 6.
동적 분리시험은 분리볼트가 실제 작동할 때 분리력과 분리 안전율을 확인하기 위하여 수행하였다. 동적 분리시험은 실제 분리볼트의 작동 상태를 유사하게 모사하기 위하여 토오크-인장 시험에서 구한 인장력을 적용하였다. 착화기 작동에 의한 분리볼트 내부의 압력을 측정하기 위하여 분리볼트의 하우징에 직경 2 mm의 구멍을 가공하여 압력센서를 설치하였다.
볼, 피스톤, 하우징, 볼트에 대한 구조안전성을 확인하기 위하여 Fig. 3과 같이 3차원 구조해석을 수행하였다[5]. 구조체의 대칭성을 고려하여 1/4만 모델링하여 단면에 대칭경계조건을 적용하였다.
4. 분리시험 결과 및 분석
분리볼트의 작동성능 및 설계 변수 조정을 위하여 동적 분리시험 전에 정적 분리시험을 수행하였다. 설계 변수를 조정하여 제작된 분리볼트에 대하여 정적 분리시험을 수행하여 Table 2와 같이 설계 변수를 찾을 수 있었다.
1에 제시하였다. 분리부품인 볼트와 하우징, 피스톤을 초경합금 볼이 고정하고, 압력카트리지(착화기)에서 발생된 압력에 의한 피스톤이 이동함으로써 분리볼트가 분리되는 메카니즘을 적용하였다.
피스톤의 움직이는 속도 및 가속도를 알기 위하여 피스톤에 더미질량을 붙이고 가속도를 측정하였다. 이때 얻어진 가속도와 분리볼트 내부의 볼 마찰력, 오링 마찰력 등을 계산하여 분리저항력을 계산하였다. Fig.
저충격 볼타입 분리볼트를 개발하기 위하여 3차원 정밀 비선형 구조해석을 수행하였으며, 분리안전성을 확인하기 위하여 동적 분리시험 기법을 개발하여, 40회 이상의 분리특성 자료를 얻기 위한 분리시험을 실시하여 분리볼트의 구조 안전성, 분리 안전율 등을 정량적으로 확인 하였다. 개발된 저충격 볼타입 분리볼트는 구조안전성이 충분히 보장되며, 분리안전율이 5.
동적 분리시험은 실제 분리볼트의 작동 상태를 유사하게 모사하기 위하여 토오크-인장 시험에서 구한 인장력을 적용하였다. 착화기 작동에 의한 분리볼트 내부의 압력을 측정하기 위하여 분리볼트의 하우징에 직경 2 mm의 구멍을 가공하여 압력센서를 설치하였다. 피스톤의 움직이는 속도 및 가속도를 알기 위하여 피스톤에 더미질량을 붙이고 가속도를 측정하였다.
하지만 파이로볼트 및 파이로푸셔는 형상이 상당히 크며 구성품이 복잡하여 제작 및 취급에 상당한 주의가 요구된다[2]. 파이로볼트 및 파이로푸셔의 단점을 제거하기 위하여 초경합금 볼을 이용하여 분리부품을 결합하고, 압력카트리지의 압력을 이용하여 분리부품을 분리시키는 새로운 개념의 볼 타입 분리볼트를 개발하였다[4].
착화기 작동에 의한 분리볼트 내부의 압력을 측정하기 위하여 분리볼트의 하우징에 직경 2 mm의 구멍을 가공하여 압력센서를 설치하였다. 피스톤의 움직이는 속도 및 가속도를 알기 위하여 피스톤에 더미질량을 붙이고 가속도를 측정하였다. 이때 얻어진 가속도와 분리볼트 내부의 볼 마찰력, 오링 마찰력 등을 계산하여 분리저항력을 계산하였다.
사용된 요소수는 1,1200개, 절점수는 14,700개이다. 해석시 적용한 하중조건은 조립 토오크를 토오크-인장시험에서 구해진 인장력으로 변환하여 적용하였으며, 각 부품에 접촉요소를 적용하여 가능한 현실적인 해석이 될 수 있도록 하였다. Fig.
대상 데이터
9-1을 사용하였으며, 적용 요소는 선형3차원(C3D8R) 요소이다. 사용된 요소수는 1,1200개, 절점수는 14,700개이다. 해석시 적용한 하중조건은 조립 토오크를 토오크-인장시험에서 구해진 인장력으로 변환하여 적용하였으며, 각 부품에 접촉요소를 적용하여 가능한 현실적인 해석이 될 수 있도록 하였다.
분리볼트의 분리현상은 5ms내에서 모든 현상이 끝나며, 짧은 시간 동안에 일어나는 이벤트에 대한 자료 획득이 상당히 중요하다. 시험시 실험자료 획득은 100k로 하였으며, 실험자료 획득장비에 대한 정보는 Table 3에 나타내었다.
또한 피스톤의 홈 깊이가 커지면 분리력이 증가하는데 이는 볼과 피스톤의 접촉 면적이 크기 때문이다. 실험결과 분리력이 커지더라도 구조안전성을 높이기 위하여 피스톤 홈 깊이를 0.4mm로 선정하였으며, 볼 중심과 하우징 작용점과의 거리도 0.8mm로 선정하였다.
이론/모형
구조체의 대칭성을 고려하여 1/4만 모델링하여 단면에 대칭경계조건을 적용하였다. 구조해석은 상용코드인 ABAQUS 6.9-1을 사용하였으며, 적용 요소는 선형3차원(C3D8R) 요소이다. 사용된 요소수는 1,1200개, 절점수는 14,700개이다.
성능/효과
저충격 볼타입 분리볼트를 개발하기 위하여 3차원 정밀 비선형 구조해석을 수행하였으며, 분리안전성을 확인하기 위하여 동적 분리시험 기법을 개발하여, 40회 이상의 분리특성 자료를 얻기 위한 분리시험을 실시하여 분리볼트의 구조 안전성, 분리 안전율 등을 정량적으로 확인 하였다. 개발된 저충격 볼타입 분리볼트는 구조안전성이 충분히 보장되며, 분리안전율이 5.0이상 일 것으로 판단된다.
실험 결과 최종 설계된 분리볼트의 파열 토오크는 1644in-lbs(19.0 kg-m)로써 규정 토오크 400 in-lbs의 거의 4배임을 확인할 수 있었다.
착화기가 작동하면 볼트조립 인장력의 변화가 나타나며, 인장력이 없어지는 순간까지 피스톤이 이동한 시간이 된다. 실험결과 분리볼트는 착화기 작동 후 약 0.35ms에서 분리가 일어남을 알 수 있다. 동적 분리시험을 통하여 얻어진 Table 4의 결과를 이용하여 분리안전율을 계산하면 Table 5와 같이 평균하중에 대하여 분리안전율은 5.
Table 1은 주요 부품에 발생하는 최대응력을 나타내고 있다. 해석결과 하우징, 피스톤, 볼트, 볼의 응력은 항복응력 이하의 응력이 발생하여 구조적으로 안전할 것으로 판단된다.
후속연구
본 논문에서는 분리 볼트의 구조안전성평가, 분리현상 규명, 분리안전성을 보장하기 위한 시험기법등을 개발하여 분리성능에 대한 안전률을 제시하였다. 개발된 볼타입 볼트는 향후 기존 분리화약을 사용하는 폭발볼트의 대체가 가능하다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폭발볼트가 정밀한 유도무기에 사용이 제한 되는 이유는 무엇인가?
이를 위하여 구조적인 안전성이 크고, 분리 응답이 빠른 파이로 장치인 폭발볼트가 많이 사용된다. 폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트몸체가 절개됨으로써 볼트에 의해 결합되고 있던 부분이 분리되는데, 폭발 볼트는 분리시 파편, 화염 및 pyro-shock이라는 큰 진동과 충격을 수반하므로 정밀한 유도무기에는 사용이 제한된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 압력카트리지에서 발생하는 압력을 분리력으로 사용하여, 충격이 작고, 분리파편이 발생하지 않는 분리장치인 볼타입 분리볼트를 개발하였다.
발사관의 역할은 무엇인가?
현재의 많은 유도무기들은 발사관에 장착되어 이동된다. 발사관이란 유도탄등이 외부환경에 노출되지 않도록 유도탄을 보호하고, 발사시 유도탄을 가이드 하는 역할을 한다. 발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다.
발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 하는데 이를 위해 무엇이 많이 사용되는가?
발사관에 장착되어 있는 유도탄은 발사관에 견고하게 장착되어 이동되어야 하며, 작전시 원하는 시간에 분리되어야 한다. 이를 위하여 구조적인 안전성이 크고, 분리 응답이 빠른 파이로 장치인 폭발볼트가 많이 사용된다. 폭발볼트는 화약의 폭발력에 의해 볼트몸체가 절개됨으로써 볼트에 의해 결합되고 있던 부분이 분리되는데, 폭발 볼트는 분리시 파편, 화염 및 pyro-shock이라는 큰 진동과 충격을 수반하므로 정밀한 유도무기에는 사용이 제한된다.
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