[스크랩] [번역] 비폭발성 반응장갑재(NERA) 관련자료
< 원문출처: (http://www.patentstorm.us/patents/7360479/description.html) >
비교적 최근에 나타난 장갑재 관련 용어로서, '비활성 반응장갑(NxRA, NERA)'이라는 용어가 자주 등장하고 있습니다. 궁금하여 검색 중에, 인터넷에 올라와있는 미국특허자료를 보게 되었습니다. 일단 특허는 Rafael Advanced Defense Systems Ltd. 라는 회사에서 출원한 것으로 되어 있습니다. 특허 자료는 보통 내용이 두리뭉실한 것으로 알고 있는데, 역시나 읽어보니 동어반복에 두리뭉실한 내용들이며, 이 자료만으로는 NxRA나 NERA가 어떤 것인지에 대하여 이해하기가 힘듭니다.
다만 전혀 틀린 내용을 써놓지는 않았을 것이고, 관련 언급들이 좀 볼만하여 일부분만 번역해 보았습니다. 여기서의 번역 과정에 사용한 한글 용어는 실제 해당산업에서 쓰는 용어와 전혀 다를 수도 있는데, 인터넷으로 검색해 봐도 같은 말을 여러 방식으로 번역해 놔서 올바른 번역 용어가 뭔지는 잘 모르겠습니다.
특허명 : Non-explosive energetic material and a reactive armor element using same (비폭발성 고에너지 물질과, 이를 사용한 반응장갑 구성품)
특허 번호 7360479, 승인 2008년 4월 22일, 만료 예정일 2025년 4월 14일.
발명자 등등... : (생략)
출원일 : 2005년 4월 14일
심사관, 변호사, 외국 출원일 등등... : (생략)
발명내용 (Description)
발명의 분야 (FIELD OF THE INVENTION)
이 발명은 성형작약 탄두(shaped-charge warheads) 및 기타 위협들, 즉 운동에너지탄(kinetic energy projectile)과 파편(fragments)에 대하여 노출되는 부분의 외부에 장착할 수 있는, 방호용 반응장갑(protective reactive armor)을 만드는 구성체들(elements)에 대한 것이다. 이 발명에서는 이러한 반응장갑을 만드는 데에 유용한 비폭발성 고에너지물질(non-explosive energetic material)에 대한 내용도 다루고 있다.
이 발명에서 다루는 구성체(elements)로 만든 반응장갑 구성체로 보호될 수 있는 것에는, 전차나 장갑차, 보병전투차, 헬리콥터, 자주포 등의 지상군 장비; 건물이나 벙커, 연료저장소, 화학약품저장소 등의 장갑화된 고정구조물 등을 예로 들 수 있다.
발명의 배경(BACKGROUND OF THE INVENTION)
성형작약탄두(Warheads with shaped-charge munitions, also known as hollow charge munition)의 경우 장갑을 관통하여 그 내부의 보호되는 것들을 파괴하는 것으로 알려져 있다. 이러한 성형작약탄의 능력은, 기폭시 소위 "가시(thorn)" 혹은 "스파이크(spike)"라고 불리는 고에너지 제트(energy-rich jet)가 발생하여 초속 수천미터의 속도로 진행함으로써 상대적으로 두꺼운 장갑벽도 관통할 수 있는 데에서 기인한다.
최근 몇년간 폭발하는 성형작약의 관통효과를 방호할 수 있는 몇가지 방안들이 개발되었다. 이를 살펴보면, 구조물에 최소한 1개 이상의 반응장갑 구성체(reactive armor element)를 부착하는데, 반응장갑 재료에는 1개 혹은 그 이상의 판층(plate layers)들로 구성된 층들이 포함되고, 또한 최소 1개층 이상의 폭약(explosive) 혹은 기타 고에너지 물질(energetic material)('energetic material' - 활성화(activation/excitement)시키면 에너지를 방출하는 물질)층이 포함되며, 이는 최소한 1개의 판층과 밀착되어 있다. 판층들은 금속 혹은 복합재료 등으로 만들어진다.
기본적인 반응장갑 구성체는 2장의 금속판 사이에 고에너지 물질층을 샌드위치처럼 감싸는 형태로 구성된다. 이러한 초창기 반응장갑 구성체(prior art reactive armor elements)의 경우, 움직이는 판들의 질량 및 에너지 소비 효과(mass and energy consuming effects of moving plates)에 의해 효과가 발휘되며, 이들의 기능발휘 여부는, 성형작약 위협으로부터의 제트와 장갑간 각도관계가 예각(acute angle)이냐 여부에 따라서 조건부로(conditional) 나타난다.
일반적으로, 반응장갑 구성체는 여러 층으로 구성(multi-layer body)되며, 각각은 인접한 층들과 단단히 밀착된다. 이러한 층들로는 외부 커버판(outer cover plate)과 1개층 이상의 고에너지 물질층, 1개층 이상의 고에너지 물질층들 각각에 배열된 1개층 이상의 중간매개 비활성물질층(intermediary inert body) 등을 들 수 있다. 고에너지 물질이 활성화(activation/excitement)되면(즉, 성형작약 탄두에 타격당하게 되면), 제트가 장갑을 활성화(energize)시키게 되고, 장갑 내에서는 대량의 에너지 방출이 수 밀리초 내에 발생하며, 방출된 가스가 금속판을 가속시켜 각각 서로의 거리가 멀어지게 됨으로써, 제트를 교란/반사시키며, 이로써 제트가 피방호물을 관통할 에너지를 상실토록 한다.
장갑의 효율성(efficiency)과 생존성(survivability)이 모두 중요하지만, 장갑의 종합적인 성능을 결정하기 위해서는 그 효율성과 생존성을 서로 비교해볼 필요가 있다. 장갑에 대한 중요한 기준 중 하나로는, 장갑재 단위면적당 중량비(ratio of weight per area unit of the armor element)를 들 수 있다. 또다른 중요한 기준으로는 고에너지 물질의 민감도(sensitivity of the energetic material)를 들 수 있다. 민감도가 높을 수록 장갑의 효율성을 향상시키는 데에 유리하지만, 반면 장갑의 생존성은 감소시킬 가능성이 있으며, 이는 다양한 수송 요구사항을 만족시키는데 있어 문제점이 될 수 있다.
장갑용의 중간 물질(intermediate materials for armors)에는 4가지 주요 그룹이 존재하며, 여기에서는 이들의 에너지 특성에 따라서 차례로 기술하였다.
A. 폭발반응장갑(Explosive Reactive Armor, ERA)
폭발반응장갑은 성형작약탄, 운동에너지탄, 소구경화기, 파편 등을 방호하는 데에 가장 효과적인 기술이다. 지상 전투차량에 ERA를 적용하는 데 있어 가장 걸림돌은, 폭발성 물질을 샌드위치 구조의 중간층에 사용하기 때문에 장갑의 생존성이 감소된다는 점이다.
B. 자체제약형 폭발반응장갑 (Self-Limiting Explosive Reactive Armor, SLERA)
자체제약형 ERA는 ERA에 비해서는 떨어지지만 NERA에 비해 훨씬 나은 성능을 보여주며, ERA에 비해서는 차량 구조에 덜 악영향을 끼친다. SLERA의 고에너지 물질층은 NATO 규격에서의 수동 물질(passive material)로 분류될 잠재성이 있다. SLERA는 모듈식 구성으로 할 경우 다중타격(multiple-hit)에도 잘 견딜 수 있다. 따라서 SLERA에 사용되는 고에너지 물질이 완전한 폭약만큼 효과적이지는 않지만, 이러한 종류의 반응장갑은 그 생존특성 탓에 ERA보다 실용적인 대안이 될 수도 있다.
C. 비폭발성 반응장갑 (Non-Explosive Reactive Armor, NxRA)
비폭발성 반응장갑은 SLERA와 비슷한 수준의 효율성과 NERA와 비슷한 수준의 생존성을 갖는다. 또한 성형작약 탄두에 의한 다중타격에 대해 우수한 성능을 갖고 있다. NxRA가 다른 종류의 반응장갑 기술에 비해 유리한 점은, 이것이 완벽히 수동적이면서도 NERA에 비해 훨씬 나은 효율을 보인다는 점이다. NxRA에 사용되는 물질에 대해서는 외국특허 DE 3132008C1와 미국특허 No. 4,881,448에 설명되어 있다.
D. 무에너지 반응장갑 (Non-Energetic Reactive Armor, NERA)
무에너지 반응장갑은 성형작약에 대해서는 제한적인 성능을 보여준다. NERA의 장점은 이것이 완벽하게 수동적이며, 따라서 생존성이 높고 다중타격에 대해서도 최고의 성능을 갖는다는 점이다.
본 발명에서는 폭발성 물질을 포함하지 않으면서도 방호기능을 발휘하는(즉, 장갑의 효율성과 생존성이 모두 높은) NxRA에 적합한 비폭발성 고에너지 물질(non-explosive energetic material)을 제공하는 내용을 담고 있다. 비폭발성 고에너지 물질의 경우, 다양한 수송 규제, 예를 들어 유엔의 위험물질 수송 권고규정(Recommendations on the Transport of Dangerous Goods)등에 부합시키기 위한 요구사항을 낮출 수가 있다.
본 발명의 추가 목표는 이러한 고에너지 물질에 맞는 장갑 구성체를 제공하는 것으로, 이 장갑이 SLERA에 상당하는 효율성과 NERA에 상당하는 생존성을 갖도록 하는 것이다.
발명의 요약 (SUMMARY OF THE INVENTION)
상기 및 기타 물건들은 비폭발성 고에너지 물질을 가스 생성원으로 사용하며, 산화제와 연료 등으로 구성된다. 이들은 성형작약탄의 제트에 타격받음으로써 고에너지 물질을 활성화시킴으로써, 대량의 가스를 발생시키고, 이는 반응장갑의 장갑판을 가속/팽창시키게 된다. 그러나 이는 가스가 신속하게 방출될 필요성을 요구하며, 적어도 수 μsec (마이크로초) 이내의 시간에 이뤄져야 한다. 이는 제트를 확실히 교란/차단하여 피방호물로의 관통을 최소화하기 위한 것이다.
이것이 현 발명의 한 측면이며, 본 발명에는 다양한 종류의 위협을 방호하는 반응장갑 구성체를 제시하며, 여기에는 외부 커버판이 있는 껍질부(casing)와 판 뒤로 연장되는 1개 이상의 샌드위치 구성체로 구성된다; 이 샌드위치 구성체는 1쌍 이상의 상당히 평평한 판들 사이에 고에너지 물질이 끼워져있는 것으로, 이 고에너지 물질은 산화제와 연료 작용제(fuel agent)로 구성된 비폭발성 물질이며, 이들은 적당한 촉매물질과 바인더 물질과 함께할 경우 최종적으로 비폭발성 고에너지 물질을 제공하며, 가스 생성기(gas generator)가 된다.
한 사례에서는, 산화제는 질산염(nitrate), 아질산염(nitrite), 크롬산염(chromate), 중크롬산염(dichromate), 과염소산염(perchlorate), 혹은 이들의 혼합으로 만들어진 산화제였다. 통상 산화제는 니트레이트 종류를 쓰며, 가장 많이 쓰이는 종류는 질산나트륨(sodium nitrate, NaNO3)이다.
또다른 사례에서는, 촉매 물질은 주기율표의 4족에서 선택된 전이금속 산화물로서, 철 산화물, 망간 산화물, 아연 산화물, 코발트 산화물, 기타 산화물 및 이들의 혼합물 등이 사용되었다. 통상 촉매 물질로 철 산화물을 많이 쓰며, 가장 많이 쓰이는 종류는 산화제이철(Fe2O3)이다.
이 발명의 또다른 사례에서는, 고에너지 물질에 연료로 작용하는 바인더가 포함된다. 한 사례에서는 이 바인더 물질이 실리콘 바인더였다. 고에너지 물질 내에는 빈 미세풍선(hollow microballoons)이 포함되어 반응속도를 높일 수도 있다. 통상 이 미세풍선 구조는 각각 약 40 μm(마이크로미터) 지름을 갖게 된다. 이러한 미세풍선들은 일련의 물질들, 즉 유리, 플라스틱, 금속, 세라믹 중에서 선택된 물질로 만들 수 있다.
추가적 사례에서, 고에너지 물질은 유연하고 잘 휘는 시트 형 재료의 형태를 띈다. 통상 이는 논-클래스1 (non-class 1)(비폭발성) 물질이며, 두께와 밀도가 균일하다.
판재(the plates; 외부 커버판을 의미하는 듯. 역주)는 금속이나 세라믹이나 복합재 같은 비활성 물질(inert material)을 통상 사용한다.
또다른 특정한 사례에서는, 반응장갑 구성체가 껍질부 내에 다수의 샌드위치 구성체를 갖고 있는 경우도 있다. 껍질부의 커버 판재는 1개 이상의 샌드위치 구성체의 전방판(front plate)이 된다.
이것의 여러 측면 중 또 하나로, 현 발명에는 반응장갑의 샌드위치 요소에 관한 것도 포함되며, 이는 사이에 비폭발성 고에너지 물질이 적용된 1쌍 이상의 대단히 평평한 판재들로 구성되며, 여기서의 고에너지 물질은 산화제와 연료 작용제 등으로 구성된 비폭발성 물질이고, 이들은 촉매 물질과 바인더와 함께하여 최종적으로 비폭발성 고에너지 물질을 제공하며, 가스 생성기가 된다.
또다른 측면으로, 이 발명에는 봉입물(enclosure)을 다양한 종류의 위협으로부터 보호하는 방법도 포함되며, 다음과 같은 절차로 구성된다:
봉입물을 외곽 커버판이 있는 껍질부 및 판 아래에서 연장되는 1개 이상의 샌드위치 구성체로 구성된 반응장갑 구성체와 함께 외부에 짜맞춘다; 여기서의 샌드위치 구성체는 사이에 고에너지 물질이 있는 1쌍 이상의 상당히 평평한 판들로 구성되며, 여기서의 고에너지 물질은 산화제와 연료 작용제로 구성된 비폭발성 물질이고, 이들은 적당한 촉매물질과 바인더와 함께 최종적인 비폭발성 고에너지 물질을 제공하며, 가스 생성기가 된다.
도면 설명 (BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING)
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발명 상세 설명 (DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION)
(생략)