KR101115124B1 - 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저탐사나 수중촬영 및 군사목적 등에 사용되는 무인잠수정에 관한 것으로, 원통형의 사출장치에 의하여 발사되며, 동체에 복수의 방향타를 구비하고 있는 무인잠수정에 있어서, 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 방향타를 출몰수단에 의하여 동체 내/외부로 출몰가능하도록 구성하여 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있고 사출 후에는 동체 직경 밖으로 돌출시켜 잠수정의 조향 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하고 있으며, 이에 따라 본 발명은 사출장치에서 사출 후 방향타를 기존의 방법에 비하여 유동현상이 불확실한 선미 후류가 발생하는 영역 밖으로 상당 부분을 위치시킬 수 있어 방향타의 효율을 높일 수 있고, 방향타가 무인 잠수정의 동체 중심축에서 보다 멀어지기 때문에 방향타에서 발생하는 유체역학적 회전 모멘트가 증가하여 무인 잠수정의 선회 성능을 보다 안정적으로 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

무인잠수정, 심해, 방향타

Description

출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정{An Unmanned Underwater Vehicle with Retractable Type Rudders}

본 발명은 해저탐사나 수중촬영 및 군사목적등에 사용되는 무인잠수정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠수정의 추진방향을 조절하는 방향타를 출몰식으로 구성하여 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있고 사출 후에는 동체 직경 밖으로 돌출시키는 형태로 구성함으로써, 무인잠수정이 보다 향상된 조향 기능을 수행할 수 있도록 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 관한 것이다.

일반적으로 수중에서 작업을 수행하는 원격제어 무인잠수정(ROV:Remotely Operated Vehicle)은 지상과 유선으로 연결되어 원격조종 및 제어가 가능하고, 자율 무인잠수정(AUV:Autonomous Underwater Vehicle)은 지상과의 케이블 없이 동력원과 스스로 움직이기 위한 제어장치를 갖추고 수중을 항해하게 된다.

상기 소형 무인잠수정은 심해에서도 작업이 가능하고 비교적 넓은 영역을 탐사할 수 있는데, 심해생물, 해저메탄 수화물의 탐사작업이나 장시간 동안 해양환 경을 실시간 모니터링 하기 위한 해저관측소의 설치 또는 해저기지 및 해저구조물 건설을 위한 작업 장비로 활용되고 있으며 최근 군사적 활용방법 역시 연구되고 있다.

통상 인간의 잠수한계를 초월한 지역, 예를 들면 심해저 등과 같이 생리학상 인간의 잠수 수심한계를 초과한 지역이나, 오염지역의 난파선 등과 같이 위험지역의 탐사 또는 군 수색용으로 무인잠수정이 사용되고 있음은 주지된 바와 같다.

이를 위한 무인잠수정은 중성 부력을 유지하는 유선형 동체를 위시하여 동력장치 및 조타장치 등이 장착된 것으로 이루어져 있다.

조타장치는 잠수정의 좌우의 추진방향을 조정하기 위한 것으로 동체에 구비된 양력핀(러더)의 각도조정에 의하여 진행방향을 제어하거나 잠수정에 추진력을 부여하는 추진모터를 다수로 설치하여 상기 모터를 제어함으로써 추진과 조향기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 벡터방식 등이 적용되고 있다.

상기 동체에 구비된 양력핀(러더)의 각도조정에 의하여 진행방향을 조정함에 있어서 무인 잠수정 동체 후미에서는 유동의 박리 현상(separation)으로 인한 후류(wake)의 영향으로 방향타의 효율이 떨어지는 것이 일반적이다. 따라서 가급적이면 방향타를 박리가 일어나는 영역 밖으로 돌출하는 것이 조종 성능을 향상시키는데 좋다. 하지만 잠수함의 어뢰 발사관과 같이 원통형 사출장치를 통해 사출되는 무인 잠수정은 방향타의 크기를 사출장치의 직경보다 키울 수 없다. 이 때문에 방향타의 많은 부분이 선미 후류가 발생하는 위치에 놓이게 된다.

이와 같이, 양력핀(방향타)을 크게 할수록 항체의 조종성능을 향상시킬 수 있음에도 불구하고 원통형 사출장치의 내부에서 발사하여야 하는 발사방식의 제한에 따라 양력핀이 잠수정 동체의 직경보다 작게 설계되어야 하는 구조적 문제점과 이로 인하여 잠수정의 조향 성능이 저하되는 기능상의 문제점이 발생하게 되었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 무인잠수정의 구조적, 기능적인 문제점을 해결할 수 있도록 동체의 추진방향을 조절하는 방향타를 출몰식으로 구성하여 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있고 사출 후에는 동체 직경 밖으로 돌출시키는 형태로 구성함으로써, 무인잠수정이 보다 향상된 조향 기능을 수행할 수 있도록 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 추구하는 기술적 수단은 원통형의 사출장치에 의하여 발사되며, 동체에 복수의 방향타를 구비하고 있는 무인잠수정에 있어서, 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 방향타를 출몰수단에 의하여 동체 내/외부로 출몰가능하도록 구성하여 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있고 사출 후에는 동체 직경 밖으로 돌출시켜 잠수정의 조향성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

그리고, 본 발명은 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 각각의 방향타에는 조향모터가 구비되어 있고 상기 조향모터의 구동에 의하여 상기 방향타의 각도를 변화시켜 무인잠수정의 추진방향을 조절하는 조향수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 방향타를 동체 내/외부로 출몰가능하도록 하는 출몰수단은 복수의 방향타와, 상기 방향타의 개수에 대응하는 사출모터와, 상기 방향타와 사출모터를 연결하여 상기 방향타를 동체내부로 몰입시키거나 동체외부로 사출할 수 있도록 하는 방향타 링크 및 방향타 힌지로 구성되는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인 잠수정은 사출 장치에서 사출 후 방향타를 기존의 방법에 비하여 선미 후류가 발생하는 영역 밖으로 상당 부분을 위치시킬 수 있어 방향타의 효율을 높일 수 있다. 이에 함께, 방향타가 무인 잠수정의 동체 중심축에서 보다 멀어지기 때문에 방향타에서 발생하는 유체역학적 회전 모멘트가 증가하여 무인 잠수정의 조종 성능을 보다 안정적으로 높일 수 있는 효과를 제공하게 된다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정의 구성상태를 예시한 후면과 측면도이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정은 잠수정 동체(10)와, 상기 동체(10)의 후부에 설치되는 복수의 방향타(20)와, 상기 방향타(20)를 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있도록 하고 사출 후에는 동체의 직경 밖으로 돌출시켜 출몰가능하도록 하는 출몰수단(30) 과, 상기 방향타(20)의 각도를 변화시켜 무인잠수정의 추진방향을 조절하는 조향수단(40) 및 상기 동체(10)를 추진시킬 수 있도록 하는 통상의 추진수단(50)으로 구성되게 된다.

상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 방향타(20)를 동체(10) 내/외부로 출몰가능하도록 하는 출몰수단(30)은 복수의 방향타(20)와, 상기 방향타(20)의 개수에 대응하는 사출모터(31)와, 상기 방향타(20)와 사출모터(31)를 연결하여 상기 방향타(20)를 동체(10)내부로 몰입시키거나 동체(10)외부로 사출할 수 있도록 하는 방향타 링크(32) 및 방향타 힌지(33)로 구성되게 된다.

여기서, 상기 방향타(20)는 무인 잠수정의 동체(10) 내부에 매립된 상태로 존재하고, 동체(10)의 크기나 용도에 따라 적어도 2개 이상 다수로 구비되는데, 이때, 상기 방향타(20)는 완전히 접힌 상태로 존재하여 정면이나 후면에서 바라볼 때 무인 잠수정 동체(10)의 직경 안쪽에 존재하도록 설치되게 된다.

또한, 상기 방향타(20)의 각도를 변화시켜 무인잠수정의 추진방향을 조절하는 조향수단(40)은 상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 방향타(20) 각각에 독립적으로 설치되는 조향모터(41)에 의하여 상기 방향타(20)의 각도를 변화시킴으로써, 무인잠수정의 진행방향을 조절하도록 구성되어 있다.

그리고, 본 발명에 따른 무인잠수정을 추진하기 위해 선체 후방에 장착된 추진수단(50)은 전기모터(51)에 의하여 구동되며, 이러한 전기모터(51)와 상기 조향수단의 조향모터(41), 그리고, 상기 방향타(20)를 동체(10)의 내/외부로 출몰시키는 사출모터(31) 등은 별도의 제어기(도시하지 않음)에 의하여 각각의 기능을 수행 할 수 있도록 원격으로 조정되게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정의 작용 및 효과를 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 있어서 방향타를 동체의 직경 안으로 몰입시킨 상태의 후면과 측면도이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명에 따른 무인잠수정에 있어서, 방향타(20)는 무인잠수정의 동체(10) 내부에 매립된 상태로 존재한다. 이때, 방향타(20)는 완전히 몰입된 상태로 존재하여 후면에서 바라볼 때 무인잠수정의 동체(10)의 직경 안쪽에 존재하도록 하는 것이 바람직하다.

도 3은 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 있어서 방향타를 동체의 직경 외부로 사출시킨 상태의 후면과 측면도이다.

상기 도 2의 상태에서 무인잠수정의 동체(10)가 원통형 사출장치(도시하지 않음) 밖으로 사출되면 사출모터(31)의 구동에 의하여 방향타 사출 힌지(33) 및 방향타 링크(32)를 움직여 방향타(20)가 무인잠수정의 동체(10) 밖으로 완전히 돌출될 수 있도록 한 후 힌지를 고정시켜 외부 유동 등의 영향으로 방향타(20)가 다시 무인잠수정의 동체(10) 안으로 들어오거나 방향타(20)의 동작이 상기 무인잠수정의 동체(10)와 간섭이 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이때, 방향타 링크(32)를 움직여 방향타(20)를 동체(10) 밖으로 밀어내고 고정하는 역할을 수행하는 방향타 링크(32)와 방향타 사출 힌지(33)를 구동시키는 사출모터(31)는 본 발명에 있어서는 스테핑 모터나 서보 모터와 같은 전기 모터를 적 용하고 있으나, 여러 가지의 다른 방식의 구조로 구현하는 수단을 포함할 수도 있다.

그리고, 본 발명의 실시 예에 있어서는 방향타 링크(32)와 방향타 사출 힌지(33)를 구동시키는 사출모터(31)를 개별 방향타(20)에 각각 설치한 구조로 예시하여 설명하고 있으나, 도 4에 도시한 바와 같이 사출모터(31)를 방향타(20)에 개별적으로 설치하지 않고 우산을 접고 펼치는 형태와 같이 각각의 방향타 링크(32)의 일단을 한곳으로 집약하여 1개의 사츨모터(31)의 구동에 의하여 방향타(20) 전체의 사출을 가능하게 하는 구성 또한 포함할 수 있다.

여기서, 상기 조향수단(40)의 조향모터(41)는 무인 잠수정의 선회가 필요할 때 제어기(미 도시)에 의한 내부의 명령에 따라 방향타(20)를 움직여 무인잠수정의 동체(10)가 적절히 선회할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

상술한 바와 같이 무인잠수정은 동체 후미에서는 유동의 박리 현상(separation)으로 인한 후류(wake)의 영향으로 방향타의 효율이 떨어지는 것이 일반적이며, 가급적이면 방향타를 박리가 일어나는 영역 밖으로 돌출하는 것이 선회 능력을 키우는데 좋다. 하지만 잠수함의 어뢰 발사관과 같이 원통형 사출 장치를 통해 사출되는 무인 잠수정은 방향타의 크기를 사출 장치의 직경보다 키울 수 없다. 이 때문에 방향타의 많은 부분이 후류가 있는 위치에 놓이게 된다.

상기와 같은 문제점을 해결한 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인 잠수정은 사출장치에서 사출 후 방향타를 기존의 방법에 비하여 선미 후류가 발생하는 영역 밖으로 상당 부분을 위치시킬 수 있어 방향타의 효율을 높일 수 있다.

이에 따라, 방향타가 무인 잠수정의 동체 중심축에서 더욱 멀어지기 때문에 방향타에서 발생하는 유체역학적 회전 모멘트가 증가하여 무인 잠수정의 선회 성능을 보다 안정적으로 높일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 방향타를 동체의 내/외부로 출몰가능하도록 구성함으로써, 잠수정의 선회 성능을 높일 수 있도록 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정의 구성상태를 예시한 후면과 측면도

도 2는 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 있어서 방향타를 동체의 직경 안으로 몰입시킨 상태의 후면과 측면도

도 3은 본 발명에 따른 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정에 있어서 방향타를 동체의 직경 외부로 사출시킨 상태의 후면과 측면도

도 4는 본 발명에 적용된 방향타 출몰수단의 다른 실시 예를 예시한 도면

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 잠수정 동체 20: 방향타

30: 출몰수단 31: 사출모터

32: 방향타 링크 33: 방향타 힌지

40: 조향수단 41: 조향모터

50: 추진수단

Claims (4)

1. 원통형의 사출장치에 의하여 발사되며, 동체에 복수의 방향타를 구비하고 있는 무인잠수정에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 방향타를 출몰수단에 의하여 동체 내/외부로 출몰가능하도록 구성하여 사출 전에는 동체 후미의 공간에 삽입되어 있고 사출 후에는 동체 직경 밖으로 돌출시켜 잠수정의 조향성능을 향상시킬 수 있도록 하고,

   상기 무인잠수정의 동체에 구비된 방향타를 동체 내/외부로 출몰가능하도록 하는 출몰수단은 복수의 방향타와, 상기 방향타의 개수에 대응하는 사출모터와, 상기 방향타와 사출모터를 연결하여 상기 방향타를 동체내부로 몰입시키거나 동체외부로 사출할 수 있도록 하는 방향타 링크 및 방향타 힌지로 구성되는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체에 구비된 각각의 방향타에는 조향모터가 구비되어 있고 상기 조향모터의 구동에 의하여 상기 방향타의 각도를 변화시켜 무인잠수정의 진행방향을 조절하는 조향수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체에 구비된 방향타를 동체 내/외부로 출몰가능하도록 하는 출몰수단은 복수의 방향타와, 1개의 사출모터와, 상기 방향타와 사출모터를 연결하는 방향타 링크 및 방향타 힌지를 구비하여 1개의 사출모터에 의하여 상기 방향타 전체를 우산형태로 동체내부로 몰입시키거나 동체외부로 사출할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 출몰식 방향타를 가지는 무인잠수정.

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