KR101115211B1 - 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해저탐사나 수중촬영 및 군사적 목적 등에 사용되는 무인잠수정에 관한 것으로, 원통형의 사출장치에 의하여 발사되며, 동체에 복수의 안정핀를 구비하고 있는 무인잠수정에 있어서, 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 안정핀을 절첩수단에 의하여 동체에 절첩가능하도록 구성하여 동체의 방향 안정성을 확보하고 벡터 추진기를 이용하여 잠수정의 선회 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하고 있으며, 본 발명은 사출 전에는 동체에 접혀 있다가 사출 후, 안정핀을 펼쳐 안정핀을 박리가 일어나는 영역보다 바깥쪽에 위치시킴으로써, 유동의 박리현상(separation)으로 인한 복잡한 후류(wake)의 영향으로 안정핀의 효율이 떨어지는 문제점을 해결함은 물론 안정핀의 면적을 넓게하여 동체의 방향 안정성을 확보할 수 있고, 또한 벡터 추진기를 적용함으로써, 잠수정의 추진과 선회능력을 동시에 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.

무인잠수정, 심해, 방향타, 안정핀, 벡터추진기

Description

접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정{An Unmanned Underwater Vehicle with Folding Stabilizer Fins and a Vector Propeller}

본 발명은 해저탐사나 수중촬영 및 군사적 목적 등에 사용되는 무인잠수정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사출 전에는 동체에 접혀 있다가 사출 후, 안정핀을 펼쳐 동체의 방향 안정성을 확보하고 벡터 추진기를 이용하여 잠수정의 선회 능력을 확보하게 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 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 해양 환경을 실시간 모니터링 하기 위한 해저관측소의 설치 또는 해저기지 및 해저구조 물 건설을 위한 작업 장비로 활용되고 있으며 최근에는 군사적 활용 방법 역시 연구되고 있다.

통상 인간의 잠수한계를 초월한 지역, 예를 들면 심해저 등과 같이 생리학상 인간의 잠수 수심한계를 초과한 지역이나, 오염지역 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 안정핀(러더)의 각도조정에 의하여 진행방향을 제어하거나 잠수정에 추진력을 부여하는 추진모터를 다수로 설치하여 상기 모터를 제어함으로써 추진과 조향기능을 동시에 수행할 수 있도록 하는 벡터추진방식 등이 적용되고 있다.

상기 동체에 구비된 안정핀에 의하여 항체의 조종성능을 향상시킴에 있어서 무인 잠수정 동체 후미에서는 유동의 박리현상(separation)으로 인한 후류(wake)의 영향으로 안정핀의 효율이 떨어지는 것이 일반적이다. 따라서 가급적이면 안정핀을 박리가 일어나는 영역 밖으로 돌출하는 것이 조종성능을 향상시키는데 좋다. 하지만 잠수함의 어뢰 발사관과 같이 원통형 사출 장치를 통해 사출되는 무인 잠수정은 방향타의 크기를 사출 장치의 직경보다 키울 수 없다. 이 때문에 안정핀의 많은 부분이 후류가 있는 위치에 놓이게 된다.

이와 같이, 안정핀을 크게 할수록 항체의 조종성능을 향상시킬 수 있음에도 불구하고 원통형 사출장치의 내부에서 발사하여야 하는 발사장치의 제한에 따라 안 정핀이 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 하기 위하여 사출 전에는 동체에 접혀 있다가 사출 후 안정핀을 펼쳐 동체의 방향 안정성을 확보하고 벡터 추진기를 이용하여 잠수정의 선회능력을 확보할 수 있도록 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정을 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 추구하는 기술적 수단은 원통형의 사출장치에 의하여 발사되며, 동체에 복수의 안정핀를 구비하고 있는 무인잠수정에 있어서, 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 안정핀을 절첩수단에 의하여 동체에 절첩가능하도록 구성하여 동체의 방향 안정성을 확보하고 벡터 추진기를 이용하여 잠수정의 선회 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

그리고, 본 발명은 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 안정핀을 동체에 절첩가능하도록 하는 절첩수단은 복수의 안정핀과, 상기 안정핀을 동체에 절첩가능하도록 설치하는 안정핀 힌지와, 상기 안정핀 힌지에 톱니바퀴를 매개체로 하여 구동력을 전달하여 상기 안정핀을 동체에 접거나 동체로부터 펼칠 수 있도록 하는 사출모터로 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

또한, 본 발명은 상기 무인잠수정의 동체에 구비된 복수의 안정핀을 동체에 절첩가능하도록 하는 절첩수단의 안정핀과 안정핀 힌지는 동체에 구비된 홈에 의하여 완전히 매립된 상태로 접혀지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정을 제시한다.

본 발명은 사출 전에는 동체에 접혀 있다가 사출 후 안정핀을 펼쳐 안정핀을 박리가 일어나는 영역보다 바깥쪽에 위치시킴으로써, 유동의 박리현상으로 인한 복잡한 후류의 영향으로 안정핀의 효율이 떨어지는 문제점을 해결함은 물론, 안정핀의 면적을 넓게하여 동체의 방향 안정성을 확보할 수 있고, 또한 벡터 추진기를 적용함으로써, 잠수정의 추진과 선회능력을 동시에 확보할 수 있도록 하는 효과가 있다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 전체적인 구성상태를 예시한 도면이다.

본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 구성부를 크게 분류하여 보면, 동체의 방향 안정성을 확보할 수 있도록 동체(10) 외면에 구비되며 절첩수단(20)에 의하여 절첩가능하도록 구성된 복수의 안정핀(21)과, 상 기 동체(10)의 후방에 구비되며 잠수정의 추진기능을 확보함과 동시에 선회능력을 향상시킬 수 있도록 하는 벡터 추진기(30)로 구성되게 된다.

상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩가능하도록 하는 절첩수단(20)은 복수의 안정핀(21)과, 상기 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩가능하도록 설치하는 안정핀 힌지(22)와, 상기 안정핀 힌지(22)에 톱니바퀴(23)를 매개체로 하여 구동력이 전달되며 상기 안정핀(21)을 동체(10)에 접거나 동체(10)로부터 펼칠 수 있도록 하는 사출모터(24)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 절첩수단(20)의 안정핀(21)은 무인잠수정 동체(10) 표면과 동일한 곡률을 적용함으로써, 상기 안정핀(21)이 사출 전에는 잠수정 표면에 완전히 밀착된 상태를 유지할 수 있도록 한다.

한편, 본 발명의 상기 실시 예에 있어서는 안정핀 힌지(22)에 사출모터(24)의 구동력을 전달함에 있어서 톱니바퀴(23)를 매개체로 하는 것으로 예시하고 있으나, 이러한 톱니바퀴를 사용하지 않고 스텝모터 등을 사용하여 직접 안정핀(21)을 구동시키는 구성 또한 포함할 수 있다.

그리고, 상기 무인잠수정의 추진기능을 확보함과 동시에 선회능력을 향상시킬 수 있도록 하는 벡터 추진기(30)는 모터(31)와 프로펠러(32)로 구성되는 추진체를 동체(10)의 후단에 회동가능하도록 설치하여 이 모터(31)와 프로펠러(32)의 구동에 의하여 추진력을 확보함과 동시에 상기 모터(31)와 프로펠러(32)를 회동시켜 추진방향을 제어함으로써, 잠수정의 추진력과 함께 선회능력을 동시에 확보할 수 있도록 구성되어 있다.

도 2는 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 다른 실시 예를 예시한 도면이다.

상기 도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 있어서는 상기 실시 예와는 달리, 동체(10)의 표면에 홈(11)을 형성하고 상기 절첩수단(20)의 안정핀(21)과 안정핀 힌지(22)를 그 홈(11)에 설치함으로써, 상기 안정핀(21)이 접혔을 때 완전히 동체(10)의 표면으로부터 매립된 상태를 유지하도록 구성되어 있다.

도 3은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정에 있어, 사출 후 안정핀을 펼친 상태에서 안정핀 힌지의 방향을 기울인 도면이다.

원칙적으로 무인 잠수정 동체(10)에 부착된 개별 안정핀 힌지(22)는 모두 같은 각도로 펼쳐지도록 실시하는 것이 유체역학적으로 동체가 방향 안정성을 확보하는데 바람직하다. 상술한 바와 같이 안정핀 힌지(22)는 무인 잠수정 동체(10)와 평행하게 배치하는 것도 가능하지만 벡터 추진기(30)의 회전 모멘트로 인하여 무인 잠수정 동체(10)가 길이 방향으로 추진기 회전 방향과 반대 방향으로 다소 회전하려는 모멘트(moment)가 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 도 3과 같이 추진기 회전 방향과 반대 방향으로 기울여 서로 간의 회전 모멘트를 상쇄할 수 있도록 실시하는 것이 유체역학적으로 보다 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정에 있어서, 사출 전 안정핀을 접은 상태의 도면이고, 도 5는 사출 후 안정핀을 펼친 상태의 도면이며, 도 6은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무 인잠수정의 다른 실시 예에 있어서, 사출 전 안정핀을 접은 상태의 도면이고, 도 7은 다른 실시 예의 사출 후 안정핀을 펼친 상태의 도면이다.

도 4는 안정핀(21)을 잠수정 동체(10) 표면에 얹어 놓은 표면실장식으로 구현하였을 때의 원통형 사출장치 내부에 있을 때의 모습을 보여준다. 상기 안정핀(21)의 날개 곡률(curvature)은 무인 잠수정 동체(10) 표면의 곡률과 동일하게 설계하여 사출 전에는 잠수정 표면과 밀착한 상태로 위치시키는 것이 바람직하다.

한편, 무인 잠수정과 원통형 사출 장치 사이의 간격이 비좁을 경우 상기 도 2와 같이 무인 잠수정 동체(10)의 표면에 안정핀(21)이 완전히 매립될 수 있을 만큼의 홈(11)을 파고 이곳에 안정핀(21)과 안정핀 힌지(22)를 매립하여 안정핀(21)이 존재할 수 있는 공간을 확보하는 실시 예도 적용 가능하다.

하지만 무인 잠수정 동체(10) 내압의 구조적 안정성을 고려할 때 이와 같은 실시는 재료 구조적인 불안정성을 초래할 수 있으므로 잠수정 동체에 관한 철저한 구조 해석을 먼저 수행한 다음에 적용하는 것이 바람직하다.

무인 잠수정 동체(10)가 원통형 사출장치(도시하지 않음) 밖으로 사출된 직후 사출모터(24)가 구동되고, 상기 사출모터(24)의 구동력이 톱니바퀴(23)를 매개체로 하여 안정핀 힌지(22)로 전달되어 안정핀 힌지(22)가 회전하며, 이에 따라 안정핀 힌지(22)에 연결된 안정핀(21)이 무인 잠수정 동체(10)로부터 이격되어 도 5( 매립식의 다른 실시 예의 경우에 있어서는 도 7)과 같이 펼쳐짐으로써, 잠수정이 주행할 때 동체의 방향 안정성을 확보할 수 있도록 한다.

여기서, 상기 안정핀(21)을 펼친 후 안정핀 힌지(22)가 고정되지 않으면 개 별 안정핀(21)과 무인 잠수정 동체(10)가 이루는 각도의 차이로 직진 방향의 수직한 평면에서 유체역학적 불안정성이 야기되어 무인 잠수정 동체(10)가 일정한 방향을 유지하기가 어려워질 수 있으므로 상기 안정핀 힌지(22)는 사출 후 안정핀(21)을 펼친 이후에는 단단하게 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 또 다른 실시 예를 예시한 도면이다.

상기와 같이 안정핀(21)을 펼친 후 이를 단단하게 고정하는 것과는 반대로 개별 안정핀(21)을 고정하는 각각의 안정핀 힌지(22)의 펼침 각도를 별도의 제어기(도시하지 않음)에 의하여 개별적으로 제어함으로써, 앞에서 지적한 유체역학적 불안정성을 이용하여 무인 잠수정 동체(10)의 선회를 도모할 수 있도록 하는 구성 또한 포함할 수 있다.

여기서, 안정핀 힌지(22)의 펼침 각도는 복잡한 유체역학적 계산을 바탕으로 능동 제어가 이루어져야 하기 때문에 도 8 과 같이 안정핀 힌지를 회동시킬 수 있도록 하는 안정핀 힌지 회전 모터(25)를 추가로 설치하여 안정핀 힌지(22)를 물고 있는 축자체를 회동시켜 궁극적으로 안정핀(21)을 조향용 양력핀으로 사용하는 실시 예도 가능하다. 이 경우 “벡터 추진기(30)”의 도움없이 일정부분 무인 잠수정의 진행 방향 전환이 가능하다.

따라서, 안정핀 힌지(22)가 고정되어 일정한 각도를 이루어 펼쳐진 안정핀(21)에 의하여 무인 잠수정 동체(10)의 방향 안정성을 확보하는 한편, 무인 잠수정이 선회할 필요가 있을 경우 무인 잠수정 동체(10)의 후미에 상?하?좌?우 또 는 서로의 조합방향으로 추진기를 움직일 수 있는 벡터 추진기(30)를 부착하여 상기 벡터추진기(30)를 원하는 방향으로 움직여 잠수정의 선회 능력을 확보할 수 있도록 하는 것이 보다 바람직하다.

이상과 같이 본 발명은 사출 전에는 동체에 접혀 있다가 사출 후 안정핀을 펼쳐 안정핀을 박리가 일어나는 영역보다 앞쪽에 위치시킴으로써, 유동의 박리현상으로 인한 복잡한 후류의 영향으로 안정핀의 효율이 떨어지는 문제점을 해결함은 물론 안정핀의 면적을 넓게하여 동체의 방향 안정성을 확보할 수 있고, 또한 벡터 추진기를 적용함으로써, 잠수정의 추진과 선회능력을 동시에 확보할 수 있도록 하는 효과가 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 방향타를 동체의 내/외부로 출몰가능하도록 구성함으로써, 잠수정의 선회능력을 향상시킬 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 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 전체적인 구성상태를 예시한 도면

도 2는 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 다른 실시 예를 예시한 도면

도 3은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정에 있어서, 사출 후 안정핀을 펼친 상태에서 안정핀 힌지의 방향을 기울인 도면

도 4는 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정에 있어서, 사출 전 안정핀을 접은 상태의 도면

도 5는 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정에 있어서, 사출 후 안정핀을 펼친 상태의 도면

도 6은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 다른 실시 예에 있어서, 사출 전 안정핀을 접은 상태의 도면

도 7은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 다른 실시 예에 있어서, 사출 후 안정핀을 펼친 상태의 도면

도 8은 본 발명에 따른 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정의 또 다른 실시 예를 예시한 도면

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10: 동체 11: 홈

20: 절첩수단 21: 안정핀

22: 안정핀 힌지 23: 톱니바퀴

24: 사출모터 25: 안정핀 힌지 회전모터

30: 벡터 추진기 31: 모터 32: 프로펠러

Claims (7)

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

   상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 안정핀(21)을 절첩수단(20)에 의하여 동체(21)에 절첩가능하도록 구성하여 동체(21)의 방향 안정성을 확보하고 벡터 추진기(30)를 이용하여 잠수정의 선회 능력을 향상시킬 수 있도록 하고,

   상기 절첩수단(20)의 안정핀(21)은 무인잠수정 동체(10) 표면의 곡률과 동일하도록 구성되며 사출 전에 잠수정 표면과 밀착한 상태로 위치하는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩 가능하도록 하는 절첩수단(20)은 복수의 안정핀(21)과, 상기 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩가능하도록 설치하는 안정핀 힌지(22)와, 상기 안정핀 힌지(22)에 톱니바퀴(23)를 매개체로 하여 구동력을 전달하며 상기 안정핀(21)을 동체(10)에 접거나 동체(10)로부터 펼칠 수 있도록 하는 사출모터(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩가능하도록 하는 절첩수단(20)은 복수의 안정핀(21)과, 상기 안정핀(21)을 동체에 절첩 가능하도록 설치하는 안정핀 힌지(22)와, 상기 안정핀 힌지(22)를 직접구동하여 상기 안정핀(21)을 동체(10)에 접거나 동체(10)로부터 펼칠 수 있도록 하는 사출모터(24)로 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 무인잠수정의 동체(10)에 구비된 복수의 안정핀(21)을 동체(10)에 절첩 가능하도록 하는 절첩수단(20)의 안정핀(21)과 안정핀 힌지(22)는 동체(10)에 구비된 홈(11)에 의하여 완전히 매립된 상태로 접혀지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.
5. 삭제
6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,

   상기 절첩수단(20)의 안정핀(21)은 사출 후 상기 안정핀(21)을 펼친 상태에서 안정핀 힌지(22)의 회동에 의하여 방향조종이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.
7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 선택되는 어느 한 항에 있어서,

   상기 절첩수단(20)의 안정핀(21)을 구동하는 안정핀 힌지(22)의 펼침 각도를 개별적으로 제어함으로써, 방향조종이 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 접이식 안정핀과 벡터추진기를 가지는 무인잠수정.

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