KR101986652B1 - 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 관한 것으로, 금속 연소관(100)의 외관을 형성하는 구형상의 금속 연소관체(110)의 외주면에 발사체 구성품에 연결되기 위한 체결부(200)를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)가 포함된다.
본 발명은 고체 추진기관 금속 연소관의 구조비를 낮추고 연소관 내 압력 발생시 구조적 안정성을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관{SOIID ROCKET MOTOR STEEL CASE FOR SPACE LAUNCH VEHICLES}

본 발명은 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구조비를 감소시키고 연소관 내 압력 발생시 구조적 안정성을 증가시킬 수 있는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 관한 것이다.

우주 발사체는 위성 발사, 달 탐사 등을 목적으로 발사체 상단 탑재물을 대기권 밖으로 진입시키기 위한 로켓이다.

우주 발사체의 경우, 100km 이상의 우주공간으로 비행하기 위해 높은 추진기관 성능, 낮은 구조비(추진기관 전체 무게 중 구조체 무게) 등이 요구된다.

현재 우리나라에서 개발 중인 우주 발사체는 2~4단의 다단발사체이며, 액체연료를 사용하는 주엔진과 고체연료를 사용하는 킥모터로 구성된다. 고체 추진기관은 연소관에 고체 추진제를 충전하고 고체 추진제를 연소시켜 나오는 연소가스로 추진력을 얻는다. 연소관은 추진제 연소 시 발생하는 연소 압력(약 500~100psia의 범위)으로 인한 변형이 발생하지 않아야 하며 그 형상을 유지할 수 있어야 한다. 우주 발사체용 고체 추진기관의 연소관은 무게 및 구조적 안정성 확보를 위해 복합재 또는 티타늄 소재를 이용하여 제작한다.

복합재 연소관의 경우 연소관 두께에 비해 큰 압력을 버틸 수 있지만, 점화기 노즐 등 다른 구조체와의 연결을 위해 금속으로 제작된 보스가 필요하다. 티타늄 연소관의 경우 강도가 높고 밀도가 낮아 구조 안정성을 높이며 구조비를 낮추는데 효과적이다.

도 1에는 우주 발사체용 고체 추진기관의 예(STAR 시리즈)가 도시되어 있고, 도 2에는 고체 추진기관과 상하부 구조체의 조립 개념도를 도시하고 있다.

고체 추진기관은 위성, 달 탐사선, 달 궤도선 등 우주로 발사하고자 하는 탑재물을 상부에 싣는다. 따라서 고체 추진기관의 연소관에는 상하부 구조체인 상부 페이로드 및 하부 발사체와의 연결을 위해 반드시 필요한 체결부가 존재하며, 이는 연소관 무게의 증가 요인이 된다.

해외 유사 사례를 살펴보면, 도 1에 도시된 바와 같이, 고체 추진기관(1)은 연소관(3)의 실린더부(5)에 체결링(7)을 만들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 고체 추진기관(1)의 상부에 상부 페이로드(10)와 하부에 하부 스핀테이블(또는 어댑터)(20)을 연결한다.

그런데, 연소관(3)의 실린더부(5)에 원주방향으로 둘러져 있는 체결링(7)으로 인해 고체 추진기관(1)의 구조비가 증가한다. 추진제 연소시 발생하는 연소압력이 동일할 때, 연소관(3)에 작용하는 하중 및 연소관(3) 무게를 감소시키기 위해서는 구형 연소관을 적용하는 것이 가장 효과적이다.

원통형 연소관의 경우 불연속부(돔-원통 연결부)의 두께가 돔, 원통부 보다 두꺼워질 수 밖에 없는 반면, 구형 연소관의 경우 이러한 불연속부가 존재하지 않기 때문에 구조비 측면에서 유리하다.

하지만, 구형 연소관을 사용할 경우, 체결링(7)에 따라 연소관 무게가 크게 변하기 때문에 상부 페이로드(10) 및 하부 스핀테이블(20)과의 체결 설계 변경에 제한이 생기는 문제점이 있다.

특허문헌 1: 한국등록특허 제1735351호(2017.05.08 등록)

본 발명의 목적은 고체 추진기관 금속 연소관의 구조비를 낮추고 연소관 내 압력 발생시 구조적 안정성을 증가시키는 설계안의 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서, 상기 금속 연소관의 외관을 형성하는 구형상의 금속 연소관체의 외주면에 발사체 구성품에 연결되는 체결부를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함된다.

상기 구형상의 금속 연소관체는 양측 돔부 및 상기 양측 돔부 사이를 원통형으로 연결하는 실린더부를 갖는 형상으로 형성되고, 상기 체결브라켓트는 후면이 상기 금속 연소관체의 외주면에 밀착되고 반대되는 전면은 오목한 안착홈부 형상으로 형성된다.

상기 체결브라켓트는 오목한 안착홈부에 상기 체결부의 일부가 안착된 상태를 볼트 체결하기 위한 체결공이 형성된다.

상기 체결브라켓트는 후면에서 전면을 향하여 단면적이 점차적으로 감소하는 형상으로 형성된다.

상기 체결부는 상기 체결브라켓트의 전면에 안착된 상태에서 볼트에 의해 체결되는 제1 체결링과, 상기 제1 체결링과 평행하게 위치되며 상기 금속 연소관과의 연결을 위한 발사체 구성품과 볼트 체결되는 제2 체결링과, 상기 제1 체결링과 상기 제2 체결링을 일정간격으로 연결하는 복수의 연결부을 포함하는 형상이다.

상기 이격된 복수의 체결브라켓트는 원형을 이루며, 상기 원형을 이루는 이격된 복수의 체결브라켓트는 상기 실린더부를 기준으로 상기 금속 연소관체의 종방향 양측 또는 횡방향 양측에 각각 구비된다.

우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서, 상기 금속 연소관의 외관을 형성하는 구형상의 금속 연소관체의 외주면에 발사체 구성품에 연결되는 체결부를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트와 상기 체결브라켓트의 위치를 가변하고 상기 체결부의 형상 및 크기에 대응되는 형상 및 크기의 체결브라켓트를 교체할 수 있도록 상기 구형상의 연소관체의 외주면에 구비되는 가변수단을 포함할 수 있다.

상기 가변수단은 상기 구형상의 연소관체의 외주면에 원형상으로 구비되는 이동레일일 수 있다.

상기 체결브라켓트는 상기 체결부가 장착되는 브라켓트와, 상기 브라켓트의 저면에 구비되어 상기 브라켓트가 상기 이동레일을 따라 이동하게 하는 이동체를 포함할 수 있다.

상기 이동레일은 양측에 레일홈이 형성되고, 상기 이동체는 상기 이동레일의 양측의 레일홈에 대응되는 볼베어링이 구비되어 상기 이동레일을 따라 이동될 수 있다.

상기 이동레일은 상기 체결브라켓트를 교체할 수 있도록 일측이 개구된 원형상의 이동레일일 수 있다.

상기 이동레일은 상기 금속 연소관체의 외주면에 종방향 또는 횡방향으로 구비될 수 있다.

상기 브라켓트는 전면이 오목한 안착홈부 형상으로 형성될 수 있다.

상기 체결부는 상기 브라켓트의 전면에 안착된 상태에서 볼트에 의해 상기 브라켓트와 체결되는 제1 체결링과, 상기 제1 체결링과 평행하게 위치되며 상기 금속 연소관과의 연결을 위한 발사체 구성품과 볼트 체결되는 제2 체결링과, 상기 제1 체결링과 상기 제2 체결링을 일정간격으로 연결하는 복수의 연결부을 포함하는 형상일 수 있다.

상기 구형상의 금속 연소관체는 양측 돔부 및 상기 양측 돔부 사이를 원통형으로 연결하는 실린더부를 갖는 형상으로 형성될 수 있다.

전후방 또는 상하부 발사체 구성품과의 조립을 위해 구형상 금속 연소관체의 외주면에 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함될 수 있다.

상기 복수의 체결브라켓트는 상기 구형상 금속 연소관의 전후방 및/또는 상하부 외주면에 각각 원형상을 이루고, 상기 원형상을 이루는 복수의 체결브라켓트에 상기 발사체 구성품에 연결되기 위한 체결부가 장착될 수 있다.

상기 체결브라켓트는 상기 연소관체의 외주면에 구비되는 일측이 개구된 원형상의 이동레일에 이동 가능하게 결합되어 위치 가변하고 교체 가능할 수 있다.

상기 구형상의 금속 연소관체는 티타늄 재질로 될 수 있다.

본 발명은 연소관의 전후방 또는 상하부 외주면에 발사체 구성품과의 조립을 위한 체결부를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함된다. 이격된 복수의 체결브라켓트는 연소관을 구속하지 않아 불연속 응력이 크지 않으며 무게가 절감되어 경량화가 가능하다.

따라서 본 발명은 고체 추진기관 금속 연소관의 구조비를 낮추고 연소관 내 압력 발생시 구조적 안정성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연소관의 외주면에 횡방향 및 종방향 이동레일을 구비하고 이동레일을 따라 이동되는 체결브라켓트를 설계하여 체결브라켓트가 위치 가변할 수 있도록 한다.

따라서 본 발명은 체결부의 형상 또는 크기에 따라 체결브라켓트를 교체하여 사용 가능한 효과가 있다.

도 1은 우주 발사체용 고체 추진기관의 예(STAR 시리즈)
도 2는 고체 추진기관과 상하부 발사체 구성품 조립 개념도.
도 3은 우주 발사체용 고체 추진기관 금속 연소관 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 체결부를 장착한 구성도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구조해석 결과
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구성도.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에는 우주 발사체용 고체 추진기관 금속 연소관 구성도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구성도가 도시되어 있다.

본 발명의 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관(이하 '금속 연소관'이라 칭함)은 도 3에 도시된 우주 발사체용 고체 추진기관 금속 연소관에서 전방 체결링과 후방 체결링을 제거하고 체결브라켓트를 채용한 것이다.

도 3에 도시된 금속 연소관(100)은 연소관체(110)의 전후방에 각각 채용한 전방 체결링(120)과 후방 체결링(130)에 상부 페이로드(10)와 하부 스핀테이블(또는 어댑터)(20)을 각각 볼트(125,135) 체결에 의해 연결할 수 있다.

도 3에 도시된 금속 연소관(100)은 전방 체결링(120)과 후방 체결링(130)이 연소관체(110)에 소정의 면적으로 밀착되는 형태를 가진다.

본 발명은 도 3의 전후방 체결링 구조에 비해 연소관의 구조비를 더 낮추기 위해, 도 4의 금속 연소관 형상을 채용한다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 금속 연소관(100)은 외관을 구형상에 가까운 금속 연소관체(110)가 형성한다.

구형상에 가까운 금속 연소관체(110)는 양측 돔부(111,112)와 양측 돔부(111,112) 사이를 원통형으로 연결하는 실린더부(113)를 포함한다. 양측 돔부(111,112)와 실린더부(113)는 설계 시 불연속 부위가 없는 일체형으로 형성하여 구조비 측면에서 유리하도록 한다.

돔부(111,112)는 불연속 응력이 크지 않으며 안전성이 높은 반구형으로 된다. 반구형 돔부는 내부 체적은 넓히며 무게를 감소시키고 내압이 균일한 분포로 작용되어 변형이 적게 발생한다. 즉, 반구형 돔부는 구조적으로 안전하면서 경량화 효과가 높다.

금속 연소관체(110)는 추진제 연소시 발생하는 고압 및 고온에 견딜 수 있는 충분한 강도와 강성을 가지며 무게 감소가 효과가 있는 금속 재질로 된다. 금속 연소관체(110)의 무게는 성능과 직결하는 중요한 요인이므로 최대한 무게가 절감되어햐 한다.

예를 들어, 금속 연소관체(110)는 티타늄 재질로 된다. 티타늄 재질의 경우 강도가 높고 밀도가 낮아 연소관의 구조 안정성을 높이며 구조비를 낮추는데 효과적이다.

금속 연소관체(110)의 외주면에 발사체 구성품에 연결되는 체결부(200)를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)가 포함된다.

체결브라켓트(140,150)는 후면이 금속 연소관체(110)의 외주면에 밀착되고 반대되는 전면은 내측을 향하여 오목한 곡선홈부 형상으로 형성된다. 오목한 곡선홈부는 체결브라켓트(140,150)와 체결을 위한 체결부(200)가 안착되는 안착홈부(141)가 되어 체결부(200)와 밀착력을 높인 안정적 장착을 위한 것이다.

체결브라켓트(140,150)는 내측을 향하여 오목한 안착홈부(141)에 체결부(200)의 일부가 안착된 상태를 볼트 체결하기 위한 체결공(142)이 형성된다. 체결브라켓트(140,150)는 이격된 복수 개가 모여 원형을 이루며, 이 원형을 이룬 이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)에 체결부(200)가 장착된다.

체결브라켓트(140,150)는 후면에서 전면을 향하여 단면적이 점차적으로 감소하는 형상으로 형성된다. 후면에서 전면을 향하여 단면적이 점차적으로 감소하는 체결브라켓트의 형상은 무게 감소를 위한 것이다.

원형을 이루도록 이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)는 실린더부(113)를 기준으로 금속 연소관체(110)의 종방향 양측 또는 횡방향 양측에 대칭을 이루도록 각각 구비될 수 있다. 즉, 복수의 체결브라켓트(140,150)는 금속 연소관체(110)의 전후방 또는 상하부 외주면에 각각 원형상을 이루도록 구비될 수 있다.

이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)가 원형을 이룬 곳에 체결부(200)가 장착된다.

체결부(200)는 금속 연소관체(110)의 전후방 또는 상하부 외주면에 체결브라켓트(140,150)에 의해 장착될 수 있다.

예를 들어 체결부(200)는 금속 연소관체(110)의 전후방에 대칭되게 원형을 이루도록 이격된 복수의 체결브라켓트(140,150)에 볼트 체결되는 방식으로 각각 장착될 수 있다.

각각의 체결브라켓트(140,150)는 금속 연소관체(110)의 외주면에 볼트에 의해 체결될 수도 있고 용접에 의해 고정될 수도 있다.

체결브라켓트(140,150)는 고온과 고압에 견딜 수 있도록 금속 연소관체(110)와 동일한 재질로 될 수 있다.

체결부(200)의 자세한 구성에 대해서는 아래의 도 5를 참조하여 설명한다.

도 5에는 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 체결부를 장착한 구성도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바에 의하면, 체결부(200)는 제1 체결링(210), 제2 체결링(240), 연결부(230)로 구성된다.

구체적으로 체결부(200)는 체결브라켓트(140,150)의 전면에 안착된 상태에서 볼트에 의해 체결브라켓트(140,150)와 체결되는 제1 체결링(210)과, 제1 체결링(210)과 평행하게 위치되며 금속 연소관체(110)와의 연결을 위한 발사체 구성품과 볼트 체결되는 제2 체결링(240)과, 제1 체결링(210)과 제2 체결링(240)을 일정간격으로 연결하는 복수의 연결부(230)를 포함하는 형상일 수 있다.

제1 체결링(210)과 제2 체결링(240)은 원형상으로 되며 크기가 상이할 수 있다. 예를 들어 체결브라켓트(140,150)와 체결되는 제1 체결링(210)이 발사체 구성품과 체결되는 제2 체결링(240)에 비해 그 크기가 상대적으로 더 크다. 하지만, 우주 발사체 및 우주 발사체에 적용되는 연소관(100)의 설계 조건에 따라 제1 체결링(210)이 제2 체결링(240)에 비해 그 크기가 작거나 같을 수도 있다.

연결부(230)는 복수 개의 일자 형상, 복수 개가 X자로 엊갈린 형상, 복수 개가 제1 체결링(210)과 제2 체결링(240) 사이에서 지그재그로 연결하는 형상 등 다양한 형상의 조합이 가능하다.

본 실시예에서 제1 체결링(210), 제2 체결링(240), 제1 체결링(210)과 제2 체결링(240)을 연결하는 연결부(230)로 구성되는 체결부(200)의 전체적인 외관은 원뿔대 형상과 유사하다. 체결부(200)는 경량화 및 구조 안정성을 위해 연소관체(110)와 동일한 금속 재질 즉, 티타늄 재질로 될 수 있고, 또한 무게 감소를 위해 링, 파이프 등을 이용한 뼈대 구조로 형성한다.

체결부(200)의 제1 체결링(210)의 직경은 체결브라켓트(140)의 전면 안착홈부(141)에 대응되는 크기로 되며, 제2 체결링(240) 및 연결부(230)의 직경도 제1 체결링(210)의 직경과 대응되게 하여 경량화 한다.

발사체 구성품은 상부 페이로드(10)와 하부 스핀테이블(또는 어댑터)일 수 있다.

이하에서는 도 5를 참조하여 구형상 연소관체에 체결부를 조립하는 과정을 설명하기로 한다.

체결부(200)의 제1 체결링(210)을 구형상 연소관체(110)의 전방 체결브라켓트(140)의 안착홈부(141)에 밀착되게 안착시킨다. 안착홈부(141)는 내측을 향하여 소정의 곡면으로 요입된 형상이므로 제1 체결링(210)을 외측에서 감싸는 형상이 되어 구조적 안정성이 높다. 이 상태에서 볼트가 제1 체결링(210)을 관통하여 전방 체결브라켓트(140)의 체결공(142)에 체결되게 한다. 볼트는 제1 체결링(210)에서 전방 체결브라켓트(140)에 대응되는 위치마다 체결하여 체결력을 높인다.

상기한 과정은 구형상 연소관체(110)의 후방 체결브라켓트(150)에 체결부(200)를 조립하는 과정에도 동일하게 적용된다.

상기한 과정에 의해 구형상 연소관체(110)의 전방과 후방에 각각 체결부(200)를 조립하면 도 5에 도시한 바와 같은 형상이 된다.

이 상태에서 전방 체결브라켓트(140)에 조립된 체결부(200)는 상부 페이로드(10)와 연결하고 후방 체결브라켓트(150)에 조립된 체결부(200)는 하부 스핀테이블(20)과 연결할 수 있다.

도 6 및 도 7에는 본 발명의 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구조해석 결과가 도시되어 있다.

도 6은 도 3의 체결링을 적용한 연소관의 구조해석 결과이고, 도 7은 도 4의 체결브라켓를 적용한 연소관의 구조해석 결과를 나타낸 것이다.

본 발명의 체결브라켓트를 적용한 금속 연소관(도 4)은 체결링을 적용한 금속 연소관(도 3)에 비해 약 14% 정도의 무게 절감이 있었다(티타늄 소재 적용시 볼트 간 PCD 800mm 수준의 경우). 이는 동일한 무게의 고체 추진기관인 경우 연소관의 14% 무게에 해당하는 연료(추진제)추가적으로 충전할 수 있음을 의미한다.

무게 절감은 연소관의 경량화에 많은 기여를 한다.

또한 내부압력 650psia를 가정하여 구조해석을 한 결과인 도 6과 도 7을 비교하면,도 6의 체결링 적용 금속 연소관은 체렬링 주변 응력이 약 800MPa인 것에 반해, 도 7의 체결브라켓트를 적용한 금속 연소관은 체결브라켓트 주변 응력이 70~700 MPa 수준이다

도 3에 도시된 체결링을 적용한 연소관은 체결링이 상하부 발사체 구성품(상부 페이로드(10)와 하부에 하부 스핀테이블(또는 어댑터)(20))을 연결하는 역할을 하기 때문에 필수 설계요소이다. 이와 같이 구형상 연소관의 돔부에 원주방향으로 설계된 체결링은 그 위치에 따라 연소관 무게의 차이가 크다. 또한 원주방향으로 전후방 체결링(120,130)이 연소관체(110)을 구속하고 있기 때문에 추진제 연소로 인한 내부 압력 발생시 전후방 체결링(120,130) 주변 응력이 크게 증가한다.

반면, 도 4에 도시된 체결브라켓트(140,150)를 적용한 연소관(100)은 구조비를 감소시키고 연소관(100) 내 압력 발생시 이격된 배치로 인해 체결브라켓트(140,150)가 연소관체(110)을 구속하지 않아 구조적 안정성을 증가시킬 수 있다.

이를 통해 본 발명의 실시예의 체결브라켓트(140,150)를 적용한 금속 연소관(100)이 구조적으로 유리한 것이 확인된다.

다른 실시예로 상기한 체결브라켓트는 위치를 가변하고 체결부의 형상 및 크기에 대응되는 형상 및 크기의 체결브라켓트로 교체할 수 있도록 구성할 수 있다.

도 8에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관 구성도가 도시되어 있다.

도 8에 도시된 바에 의하면, 다른 실시예의 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관(100)은, 체결브라켓트(170)의 위치를 가변하고 체결부(200)의 형상 및 크기에 대응되는 형상 및 크기의 체결브라켓트(170)로 교체할 수 있도록 구형상의 연소관체(110)의 외주면에 구비되는 가변수단을 포함한다.

가변수단은 구형상의 연소관체(110)의 외주면에 원형상으로 구비되는 이동레일(160)을 포함한다. 이동레일(160)은 양측에 레일홈(161)이 형성된 것일 수 있다. 양측에 레일홈(161)이 형성된 이동레일(160)은 양측 레일홈(161)에 후술할 이동체(171)의 볼베어링(173)이 걸어진 상태로 이동할 수 있어 레일홈(161)에 볼베어링(173)이 장착된 상태의 이탈이 방지될 수 있다.

레일홈(161)은 레일홈(161)을 따라 이동하는 볼베어링(173)이 이탈되지 않는 형상이면 다양한 형상이 채용될 수 있다.

이동레일(160)은 체결브라켓트(170)를 교체할 수 있도록 일측이 개구된 원형상을 갖는 이동레일(160)일 수 있다.

일측이 개구된 원형상을 갖는 이동레일(160)은 금속 연소관체(110)의 외주면에 종방향 또는 횡방향으로 구비될 수 있다.

예를 들어, 이동레일(160)은 금속 연소관체(110)의 외주면의 전방과 후방에 대칭되게 구비되는 한 쌍으로 되며 일측이 개구된 원형상일 수 있다.

즉, 이동레일(160)은 체결브라켓트(170)의 위치를 가변할 수 있도록 연소관체(110)에 실린더부(중심축)(113)를 중심으로 종방향 및 횡방향 외주면이나 종방향 또는 횡방향 외주면에 설치될 수 있다.

이동레일(160)은 원형상에서 개구된 일측이 체결브라켓트(170)의 교체시에만 개구되게 구성할 수 있다. 예를 들어, 이동레일(160)에 개구된 부분으로 탄성력에 의해 돌출되는 마감레일을 구비하여 외력을 가하지 않은 상태에서 원형의 이동레일을 구성하고 체결브라켓트를 교체시에는 마감레일의 일측을 잡아 이동레일에 삽입되는 방향으로 미는 것에서 일측이 개구된 원형상 이동레일이 되게 구성할 수 있다.

이 경우 이동레일(160)에 이동 가능하게 결합된 체결브라켓트(170)의 임의 이탈이 방지될 수 있다.

이동레일(160)은 저면이 연소관체(110)의 외주면에 용접 또는 볼트 체결에 의해 일체로 고정될 수 있다.

이동레일(160)에 체결브라켓트(170)가 이동 가능하게 결합된다.

체결브라켓트(170)는 체결부(200)가 장착되는 브라켓트(175)와, 브라켓트(175)의 저면에 구비되어 브라켓트(175)가 이동레일(160)을 따라 이동하게 하는 이동체(171)를 포함할 수 있다.

즉, 체결브라켓트(170)는 이동레일(160)을 따라 이동하는 이동체(171)와 브라켓트(175)를 포함할 수 있다. 상기한 체결브라켓트(170)는 체결부의 형상 또는 크기에 따라 교체하여 사용 가능하다.

이동체(171)는 이동레일(160)의 양측의 레일홈(161)에 대응되는 볼베어링(173)이 구비되어 이동레일(160)을 따라 원활하게 이동될 수 있다. 이동체(171)는 이동레일(160)의 상면을 가로지르는 하나 이상의 몸체로 되고 몸체의 저면에 이격되게 볼베어링이 구비된 형상일 수 있다.

이동체(171)를 구성하는 몸체의 상면에 브라켓트(175)가 고정될 수 있다. 브라켓트(175)는 이동체와 일체로 형성될 수도 있고, 별도로 제작된 후 이동체에 볼트로 고정할 수도 있다.

브라켓트(175)는 전면이 내측을 향하여 오목한 안착홈부 형상으로 형성되어 체결부(200)와 조립시 구조적 안정성이 확보되도록 한다. 브라켓트(175)는 경량화를 위해 전면 방향으로 갈수록 단면적이 작아지는 형상으로 형성될 수 있다.

다른 실시예의 경우 체결부(200)는 제1 체결링(210)이 브라켓트(175)의 전면 안착홈부(176)에 안착된 상태에서 볼트에 의해 브라켓트와 체결될 수 있다.

볼트는 제1 체결링(210)을 관통하여 브라켓트(175)에 형성된 체결공(177)에 체결된다. 볼트는 제1 체결링(210)에서 브라켓트(175)에 대응되는 위치마다 체결하여 체결력을 확보한다.

이하에서는 도 8에 도시된 체결브라케트에 체결부를 조립하는 과정을 설명하기로 한다.

체결브라켓트(170)는 이동체(171)의 볼베어링(173)이 이동레일(160)의 레일홈(161)에 위치되어 이동레일(160)을 따라 이동 가능하므로 위치 가변이 가능하다. 또한, 체결브라켓트(170)는 체결부(200)의 형상 또는 크기에 따라 교체할 수 있다.

이동레일(160)에 체결브라켓트(170)를 일정 간격으로 위치시키면, 체결부(200)의 제1 체결링(210)을 브라켓트(175)의 안착홈부(176)에 밀착되게 안착시킨다. 안착홈부(176)는 요입된 형상이므로 제1 체결링(210)을 감싸는 형상이 되어 구조적 안정성이 높다. 이 상태에서 볼트가 제1 체결링(210)을 관통하여 브라켓트(175)의 체결공(177)에 체결되게 한다. 볼트는 제1 체결링(210)에서 브라켓트(175)에 대응되는 위치마다 체결하여 체결력을 높인다.

예를 들어, 상기한 과정에 의해 구형상 연소관체(110)의 전방과 후방의 이동레일(160)에 이동 가능하게 결합된 체결브라켓트(170)에 체결부(200)의 제1 체결링(210)을 조립하면 도 5에 도시한 바와 같은 형상에서 구형상 연소관체(110)에 대한 체결부(200)의 회전이 가능하다.

이 상태에서 체결브라켓트(170)에 조립된 체결부(200)는 상하부 발사체 구성품과 연결되는데, 체결부(200)가 연소관체(110)에 대해 회전 가능하므로 체결이 용이한 위치로 체결부(200)의 위치 가변이 가능하다.

한편, 다른 실시예의 이동레일 적용구조에서 이동레일은 양측에 레일홈이 형성된 구조로 도시하였으나, 상부에 레일홈이 형성된 구조를 채용할 수도 있다. 이 경우 레일홈은 원형 단면을 갖고 레일홈을 따라 이동되는 이동체의 볼베어링은 구형상을 채용할 수 있다. 이외에도 이동레일은 볼베어링의 이탈이 방지되면서 레일홈을 따라 이동 가능한 형상이면 그 위치 및 형상은 다양한 예가 채용 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전후방 및 상하부에 발사체 구성품과의 조립을 위해 구형상 금속 연소관체의 외주면에 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함되게 구성한다. 이격된 복수의 체결브라켓트는 경량화와 체결브라켓트 주변 응력 감소로 연소관의 구조 안정성을 높인다.

체결브라켓트 주변 응력 감소는 추진제의 연소시 고압과 고온에서 연소관체에 변형율 차이를 최소화하여 연소관의 구조 안정성을 높이고 고체 추진기관의 신뢰도를 높인다.

또한, 복수의 체결브라켓트는 구형상 금속 연소관의 전후방 및/또는 상하부 외주면에 각각 원형상을 이루고, 원형상을 이루는 복수의 체결브라켓트에 발사체 구성품에 연결되기 위한 체결부가 장착되게 한다.

복수의 체결브라켓트는 규칙한 볼트수를 갖도록 일정 간격을 가지며 금속 연소관의 외주면에 축 대칭되게 구비되어 어느 한 위치에 응력이 집중되는 것을 방지한다.

체결브라켓트는 연소관체의 외주면에 구비되는 일측이 선택적으로 개구될 수 있는 원형상의 이동레일에 이동 가능하게 결합되어 위치 가변하고 교체 가능하게 한다.

연소관의 외주면에서 체결브라켓트의 위치를 가변할 수 있게 구성하면 다양한 형상과 크기의 체결부를 연소관체의 외주면에 연결하기 용이하다.

구형상의 금속 연소관체는 티타늄 재질로 되어 걍량화와 구조 안정성을 확보할 수 있다.

특히, 도 4에 도시된 금속 연소관은 이격된 체결브라켓트를 이용하여 연소관 전체무게를 14% 감소시킴으로써 감소된 무게만큼 연료를 추가적으로 포함시킬 수 있고, 체결부의 주변 응력을 감소시킬 수 있다.

또한, 도 8에 도시된 금속 연소관은 체결부의 크기 및 형태에 따라 범용적으로 활용이 가능하다.

그에 따라, 본 발명의 우주 발사체용 고체 추진기관 금속 연소관은 위성 발사, 달 탐사 등의 목적 달성을 위해 해당 장비를 대기권 밖으로 진입시키기 위한 우주 발사체에 적용되어 경량화와 구조 안정성을 확보함할 수 있어 우주 발사체의 신뢰성을 확보할 수 있도록 한다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

1: 고체 추진기관 3: 연소관
5: 실린더부 7: 체결링
10: 상부 페이로드 20: 하부 스핀테이블
100: 연소관 110: 연소관체
111,112: 돔부 113: 실린더부
120: 전방 체결링 130: 후방 체결링
125: 볼트 140: 전방 체결브라켓트
141: 안착홈부 142: 체결공
150: 후방 체결브라켓트
160: 이동레일 161: 레일홈
170: 체결브라켓트 171: 이동체
173: 볼베어링 175: 브라켓트
176: 안착홈부 177: 체결공
200: 체결부 210: 제1 체결링
230: 연결부 240: 제2 체결링

Claims (19)

1. 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서,
   상기 금속 연소관의 외관을 형성하는 구형상의 금속 연소관체의 외주면에 발사체 구성품에 연결되는 체결부를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함되며,
   상기 구형상의 금속 연소관체는
   양측 돔부 및 상기 양측 돔부 사이를 원통형으로 연결하는 실린더부를 갖는 형상으로 형성되고,
   상기 체결브라켓트는 후면이 상기 금속 연소관체의 외주면에 밀착되고 반대되는 전면은 오목한 안착홈부 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결브라켓트는 오목한 안착홈부에 상기 체결부의 일부가 안착된 상태를 볼트 체결하기 위한 체결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결브라켓트는 후면에서 전면을 향하여 단면적이 점차적으로 감소하는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 체결부는
   상기 체결브라켓트의 전면에 안착된 상태에서 볼트에 의해 체결되는 제1 체결링;
   상기 제1 체결링과 평행하게 위치되며 상기 금속 연소관과의 연결을 위한 발사체 구성품과 볼트 체결되는 제2 체결링; 및
   상기 제1 체결링과 상기 제2 체결링을 일정간격으로 연결하는 복수의 연결부;
   를 포함하는 형상인 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 이격된 복수의 체결브라켓트는 원형을 이루며,
   상기 원형을 이루는 이격된 복수의 체결브라켓트는 상기 실린더부를 기준으로 상기 금속 연소관체의 종방향 양측 또는 횡방향 양측에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
7. 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서,
   상기 금속 연소관의 외관을 형성하는 구형상의 금속 연소관체의 외주면에 발사체 구성품에 연결되는 체결부를 장착하기 위한 이격된 복수의 체결브라켓트; 및
   상기 체결브라켓트의 위치를 가변하고 상기 체결부의 형상 및 크기에 대응되는 형상 및 크기의 체결브라켓트를 교체할 수 있도록 상기 구형상의 연소관체의 외주면에 구비되는 가변수단;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 가변수단은
   상기 구형상의 연소관체의 외주면에 원형상으로 구비되는 이동레일인 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 체결브라켓트는
   상기 체결부가 장착되는 브라켓트; 및
   상기 브라켓트의 저면에 구비되어 상기 브라켓트가 상기 이동레일을 따라 이동하게 하는 이동체;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이동레일은 양측에 레일홈이 형성되고,
    상기 이동체는 상기 이동레일의 양측의 레일홈에 대응되는 볼베어링이 구비되어 상기 이동레일을 따라 이동되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
11. 청구항 8에 있어서,
    상기 이동레일은
    상기 체결브라켓트를 교체할 수 있도록 일측이 개구된 원형상의 이동레일인 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이동레일은
    상기 금속 연소관체의 외주면에 종방향 또는 횡방향으로 구비되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
13. 청구항 9에 있어서,
    상기 브라켓트는 전면이 오목한 안착홈부 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 체결부는
    상기 브라켓트의 전면에 안착된 상태에서 볼트에 의해 상기 브라켓트와 체결되는 제1 체결링;
    상기 제1 체결링과 평행하게 위치되며 상기 금속 연소관체와의 연결을 위한 발사체 구성품과 볼트 체결되는 제2 체결링; 및
    상기 제1 체결링과 상기 제2 체결링을 일정간격으로 연결하는 복수의 연결부;
    를 포함하는 형상인 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
15. 청구항 7에 있어서,
    상기 구형상의 금속 연소관체는
    양측 돔부 및 상기 양측 돔부 사이를 원통형으로 연결하는 실린더부를 갖는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
16. 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서,
    전후방 또는 상하부 발사체 구성품과의 조립을 위해 구형상 금속 연소관체의 외주면에 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함되며,
    상기 체결브라켓트는
    상기 연소관체의 외주면에 구비되는 횡방향 및 종방향 이동레일에 이동 가능하게 결합되어 위치 가변하고 교체 가능한 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 복수의 체결브라켓트는 상기 구형상 금속 연소관의 전후방 또는 상하부 외주면에 각각 원형상을 이루고,
    상기 원형상을 이루는 복수의 체결브라켓트에 상기 발사체 구성품에 연결되기 위한 체결부가 장착되는 것을 특징으로 하는 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관.
18. 삭제
19. 우주 발사체용 고체 추진기관의 금속 연소관에 있어서,
    전후방 또는 상하부 발사체 구성품과의 조립을 위해 구형상 금속 연소관체의 외주면에 이격된 복수의 체결브라켓트가 포함되며,
    상기 구형상의 금속 연소관체는 티타늄 재질로 된 것을 특징으로 하는 우주 발사체 고체 추진기관의 금속 연소관.

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