KR101221698B1 - 웨이브 파워 - Google Patents

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KR101221698B1
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로저 지. 하인
데릭 엘. 하인
조셉 디. 리찌
컬트 에이. 에프. 키소우
로버트 버참
윌리엄 에이. 스투츠
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리퀴드 로보틱스, 아이엔씨.
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Abstract

파력을 이용한 수상 이동체(wave-powered water vehicle)은, 표면 부유체(surface float), 잠긴 수영체(submerged swimmer), 및상기 부유체와 수영체를 연결하는 밧줄을 포함하고, 상기 수영체가 웨이브 모션(wave motion)의 결과에 따라 상하로 움직히는 것을 특징으로 한다. 상기 수영체는 하나 또는 그 이상의 핀을 포함하고, 상기 핀들은, 상기 수영체가 상하로 이동할 때 물과 상호 작용하고, 상기 이동체를 전방으로 추진하기 위한 힘을 생성한다. 상기 이동체는, 유인(manned)이동체일 필요는 없으며, 통신 및 제어 장비를 구비하여, 상기 이동체로 전송되는 신호에 의하여 안내되는 경로를 따르도록 하고, 상기 이동체에 장착된 센서들로부터 데이터를 전송 또는 기록하도록 한다.
수상 이동체, 부유체, 수영체

Description

웨이브 파워{Wave Power}
본 발명은 2006년 1월 20일자 미국 가출원 제 60/760,893호, 미국 출원 제 11/4,306,447호, 및 2006년 9월 1일자 미국 가출원 제 60/841,834호를 기초로 하는 우선권 주장 출원이다.
본 발명은 물에서 파도의 힘(이하 파력이라 함)을 이용하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
파도가 수면을 따라 이동할 때, 물의 순수 수평 운동이 아닌 수직 운동을 제공한다. 상기 수직 운동의 진폭은, 파장(wave length)의 대략 절반 정도 깊이에서, 깊이에 따라 대수적으로(logarithmically) 감소하여 수직 운동이 거의 없어진다.
파력을 이용하여 유용한 작업을 하기 위한 다수의 계획이 제안되었다. 예를 들어, 미국 특허 제 986,627, 1,315,267, 3,312,186, 3,453,981, 3,508,516, 3,845,733, 3,572,819, 3,928,967, 4,332,571, 4,371 ,347, 4,389,843, 4,598,547, 4,684,350, 4,842,560, 4,988,273, 5,084,630 및 6,561 ,856호를 들 수 있다.
상기 등록특허 각각에 개시된 내용은 (본 발명의) 모든 목적을 위하여 참조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 새로운 파동력 장비(wave-powered devices)와, 파동력 장비를 이용한 새로운 방법을 발견하였다. 본 발명은, 표면을 가로질러 이동하는 파도를 가지는 물(이하에서는 파도치는 물(wave-bearing water)로 정의함)에 상기 이동체가 놓일때, 물 표면 위를 이동하는 수상 이동체를 실시예로 하여 주로 설명될 것이다. 그러한 이동체에서, 파력(wave power)의 적어도 일부분은 상기 부유체를 물 표면 위에서 이동시킨다(파력의 나머지는 다른 유용한 형태로 전환되거나 소모된다). 그러나, 본 발명은 또한, 상기 부유체가 닻 또는 다른 고정물에 의하여 고정된 위치에 있을 때에도 유용하다. 바람직한 실시예로서, 본 발명은, 사람이 작동하는 이동체를 이용하여 수행하기에 지루하거나, 비용이 높거나, 어려운 임무를 무인 수상 이동체(unmanned water vehicle)로 수행하는 것을 가능하게 한다.
첫번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, (1) 부유체, (2) 수영체, 및 (3) 상기 부유체와 상기 수영체를 연결하는 밧줄을 포함하고, 상기 부유체, 수영체 및 밧줄은, 이동체가 정수(still water)에 있을 때, (i) 상기 부유체는 수면 근처 또는 수면 위에 있고, (ii) 상기 수영체는 상기 부유체 아래로 잠기고, 그리고 (iii) 상기 밧줄은 인장 상태에 있으며, 상기 수영체는, (2a) 종축을 가지는 수영체 몸체, 및 (2b) 핀 시스템을 포함하고, 상기 핀 시스템은, (a) 상기 몸체에 결합되고, (b) 핀을 포함하며, 그리고 (c) 상기 장비(the device)가 파도치는 물(wave-bearing water)속에 있을 때, (i) 웨이브 모션(wave motion)의 결과로서 변화는 형태를 가지며, 그리고, (ii) 물과 상호작용하여 상기 수영체가 수평 방향으로 이동하도록 하는 힘을 생성하는 것을 특징으로 하는 새로운 파동력 장비를 제공한다.
용어 "핀(fin)"은 이하에서, 상기 파동력 장비가 파도치는 물속에 있을 때, 물이 상기 수영체의 이동에 실질적으로 영향을 주기에 충분한 압력을 가하는 것에 대항하여 일반적으로 층류인 표면을 포함하는 구성으로 명명된다. 많은 경우에 있어서, 상기 수상 이동체는, 두 개 또는 그 이상의 핀을 포함하고, 상기 핀들은 동일하거나 다를 수 있고, 상기 수영체 몸체의 다른 지점에 결합될 수 있다. 상기 수영체 몸체의 "종축(longitudinal axis)"은, 상기 장비가 파도치는 물에 있을 때, 상기 수영체가 이동하는 일반적으로 수직인 평면에 놓인다.
핀 시스템은, 바람직하게, 적어도 하나(하나 또는 그 이상)의 다음과 같은 특징을 가진다;
(A) 상기 핀 시스템은, 회전 축을 중심으로 회전하는, 일반적으로 층류인 핀을 포함하고, 상기 회전축은 (i) 일반적으로 상기 수영체 몸체의 종축을 가로지르거나 일반적으로 수영체 몸체의 종축에 평행하고, (ii) 이동체가 파도치는 물 속에 있을 때 변한다.
(B) 상기 핀 시스템은, (i) 회전 축을 중심으로 회전하는, 일반적으로 층류이고(예컨대, 회전축이 일반적으로 수영체 몸체의 종축에 직교), 회전축을 중심으로 회전하는 핀을 포함하고, 그리고 (ii) 상기 핀의 일부분이 아니고, 탄성 변형하여 상기 이동체가 파도치는 물에 있을 때 상기 핀 시스템의 형태 변화에 영향을 주는 탄성 부재(예컨대 금속 코일 스프링, 금속 판 스프링, 금속 토션바, 또는 천연 또는 인공 고무 밴드와 같은 엘라스토머릭 구성)를 포함한다.
(C) 상기 핀 시스템은, (i) 상기 수영체 몸체와 고정된 공간적 관계(fixed spatial relationship)를 가지는 상대적으로 강성인 중심부(relatively rigid central section)(상기 중심부가 상기 수영체 몸체와 고정된 공간적 관계를 가지는 회전축을 중심으로 회전하는 가능성을 포함), 및 (ii) 상대적으로 변형 가능한 선외부(outboard sections)를 포함하는 리딩 에지를 가지는 핀, 예컨대 일반적으로 층류이고 탄성 변형 가능한 핀을 포함한다.
(D) 상기 핀 시스템은, 두 개의 일반적으로 층류인 핀(generally laminar fins), 예컨대 서로 대칭되는 형상을 가지는 일반적으로 층류이고 탄성 변형 가능한 핀을 포함하고, 핀 각각은 상기 수영체 몸체의 종축과 일반적으로 정렬(aligned)되는 회전축을 중심으로 회전한다(그러한 핀들은 물고기의 가슴 지느러미 도는 새의 날게와 유사한 방법으로 작동하고, 이하에서는 "가슴" 지느러미로 칭한다).
상기 밧줄은, 바람직하게 다음의 특징들 중 하나 또는 모두를 포함한다:
(E) 상기 밧줄은 탄성적으로 변형 가능한 부재를 포함한다.
(F) 상기 밧줄은 데이터 및/또는 전력을 전송하는 구성을 포함한다. 상기 수영체 몸체는, 바람직하게 다음의 특징들 중 하나 또는 그 이상을 포함한다;
(G) 상기 수영체 몸체는, 실질적으로 강성인 전면부(fore section), 수직 면에서 실질적으로 연질인 중앙부(midsection), 및 실질적으로 강성인 후면부(aft section)를 포함하고, 상기 밧줄은 예컨대, 상기 전면부에 부착되고, 상기 핀 시스템은 예컨대 상기 전면부에 부착된다.
(H) 상기 수영체 몸체는, 전기 장비, 통신 장비, 기록 장비, 컨트롤 일렉트로닉스(control electronics), 조타 장비, 및 센서들로부터 선택되는 하나 또는 그 이상의 구성을 가진다.
(I) 상기 수영체 몸체는, 상기 장비가 파도치는 물에 있을 때 수평면에서 상기 수영체 몸체의 방향(orientation)에 영향을 주는 핀을 포함한다.
(J) 상기 수영체 몸체는, 상기 몸체의 양 쪽으로 연장되는 가슴 지느러미와 함께, 일반적으로 관형인 하우징(tubular housing)을 포함한다.
이하에서 제시되는 핀 또는, 회전축을 중심으로 회전하는 다른 구성, 또는 회전 가능하게 안착되거나 회전 가능하게 결합되는 다른 구성에 대한 내용은, 단일 축을 중심으로 회전하는 가능성뿐 아니라, 둘 또는 그 이상의 축(서로 평행하나 꼭 그럴 필요는 없음)을 중심으로 회전하는 가능성, 및 회전이 핀들의 인접하는 부분들 또는 다른 구성들 간의 연속적인 상대 운동과 관계하는 가능성, 일예로서 연질 핀의 일부분이 고정되고 나머지 부분이 상기 고정된 부분에 대하여 상대적으로 움직일 때(예컨대 고정된 부분을 중심으로 회전)를 포함한다.
두번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, (1) 부유체, (2) 수영체, 및 (3) 상기 부유체와 수영체를 연결하는 밧줄을 포함하고, 상기 부유체, 수영체 및 밧줄은, 이동체가 정수에 있을 때, (i) 상기 부유체는 수면 근처 또는 수면 위에 있고, (ii) 상기 수영체는 상기 부유체 아래로 잠기고, 그리고 (iii) 상기 밧줄은 인장 상태에 있다; 상기 수영체는, 상기 이동체가 파도치는 물에 있을 때, 상기 이동체를 수평 방향을 이동시키는 힘을 발생하는 물과 상호 작용한다. 상기 부유체는 위성 기반 위치 센서(satellite-referenced position sensor)를 포함한다; 상기 수영체는, (a) 수평면에서 방향을 감지하는 수평 센서, 및 (b) 조타 작동기(steering actuator)를 포함한다; 상기 컴퓨터 시스템은, (a) 상기 위치 센서, 수평 센서 및 상기 방향타에 연결되고, (b) 상기 위치 센서 및 수평 센서로부터 수신되는 신호에 대응하거나, 또는 상기 이동체에 장착된 센서로부터 수신되는 신호에 대응하여, 상기 조타 작동기를 제어하기 위한 명령어를 포함하도록 프로그램되거나, 포함한다. 본 발명의 두번째 측면에 따른 수상 이동체에서, 상기 수영체는, 바람직하게 몸체 및 본 발명의 첫벗째 측면에 따른 핀 시스템을 포함하나, 수평 방향으로 상기 이동체를 이동시키는 힘을 생성하기 위한 다른 수단을 포함할 수 있다.
상기 본 발명에 따른 수상 이동체는 종종, 단일의 부유체와 단일의 수영체를 포함하고, 본 발명은 주로 그러한 수상 이동체에 대하여 기술된다. 그러나, 본 발명은 예를 들어 다수의 수여자에 부착되는 단일 부유체와 같이, 하나 이상의 부유체, 및/또는 하나 이상의 수영체를 가지는 가능성을 포함하며, 상기 수영체는 다수의 밧줄에 의하여 바람직하게 축방향으로 정렬된다.
세번째 바람직한 측면에서, 본 발명은 상기 제 1 또는 제 2의 바람직한 측면에 따른 본 발명에 의한 장비가, 표면을 가로질러 이동하는 파도를 가지거나 가지는 것으로 예견되는 물 몸체(body of water)에 놓이는 단계를 포함하는 파력(wave power)을 이용하는 방법을 제공한다.
네번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, 본 발명의 첫번째 또는 두번째의 바람직한 측면에 따른 장비로부터 신호를 수신하는 단계, 예를 들어 다수의 그러한 장비들, 예를 들어 2-10000 또는 10-1000개의 장비들 전부 또는 일부로부터 신호를 수신하는 단계를 포함하는 정보 획득 방법을 제공한다.
다섯 번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, 예를 들어 2-10000 또는 10-10000개의 장비들과 같이, 다수의 그러한 장비들 전부 또는 일부에 의하여 기록되는 신호와 같이, 본 발명의 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 장비에 의하여 기록되는 신호를 조사하는 단계(examining)를 포함하는 정보를 획득하는 방법을 제공한다.
여섯 번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, 본 발명의 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 장비의 기능을 제어하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 상기 장비로 신호를 보내는 단계를 포함한다.
일곱 번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 본 발명에서의 사용 또는 다른 목적에 적합한 새로운 부유체; 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 본 발명에서의 사용 또는 다른 목적에 적합한 새로운 수영체; 및 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 본 발명에서의 사용 또는 다른 목적에 적합한 새로운 핀들을 제공한다.
여덟번째 바람직한 측면에서, 본 발명은, 본 발명의 첫번째 또는 두번째 바람직한 측면에 따른 장치를 조립하기 위하여 요구되는 둘 또는 그 이상의 구성을 포함하는 부품 키트(kits of parts)를 제공한다.
본 발명은, 개략적이고 치수화되지 않은 첨부되는 도면들에 의하여 설명된다.
도 1은 수상 이동체의 모식도.
도 2 및 도 3은 특정 실시예에 따른 핀의 단면도.
도 4는 밧줄의 단면도.
도 5는 컨트롤 시스템의 블록 다이아그램.
도 6은 스테이션 키핑 수상 이동체를 위한 경로를 보여준다.
도 7은 수상 이동체의 사시도.
도 8은 도 7에서의 핀의 다른 형태를 보여준다.
도 9는 수상 이동체의 사시도.
도 10은 도 9의 일부를 보여주는 확대 사시도.
도 11A 내지 도 11D는 도 9에서의 핀의 다른 형태를 보여준다.
도 12 내지 도 19 및 도 21은 수상 이동체의 측면도.
도 20은 도 21의 수상 이동체의 평면도.
도 22A 내지 도 22C는 연질 몸체를 가지는 수상 이동체의 다른 형태를 보여준다.
도 23 내지 도 25는 수상 이동체의 사시도.
도 23A 내지 도 23D는 수상 이동체의 다른 면을 보여준다.
도 27A 내지 도 27D는 수상 이동체의 다른 면을 보여준다.
일부 도면에서, 상기 핀 시스템은 1,1,2,3, 또는 4로 번호가 매겨진다. 만일, (실시)형태가 0으로 번호 매겨지면, 상기 이동체가 정수에 있을 때 적용되는 형태이다. 만일, 형태가 1로 번호 매겨지면, 부유체가 웨이브 크레스트(wave crest)뒤로 떨어질 때 적용되는 형태이다. 만일, 형태가 2로 번호 매겨지면, 상기 부유체가 파골(trough of the wave)로 떨어져서, 상기 밧줄의 장력이 증가하기 시작할 때 적용되는 형태이다. 만일, 형태가 3으로 번호 매겨지면, 상기 부유체가 파도의 상단을 향하여 떠오르고, 상기 밧줄이 본 특정 사이클에서 최대 장력이거나 그에 가깝게 될 때 적용되는 형태이다. 만일, 형태가 4로 번호 매겨지면, 상기 부유체가 웨이브 크레스트의 상단 부근에 있고, 상기 밧줄에 작용하는 장력이 감소하는 경우에적용되는 형태이다.
그러나, 실제로 핀 시스템의 형태는 반드시 도면에 보여지는 바와 같을 필요는 없다.
상술한 발명의 요약부분에서, 하기 발명의 상세 설명과, 이에 수반하는 도면들 및 참조 번호는 본 발명의 구체적인 특징들에 관한 것이다. 본 발명의 상세 설명에 개시되는 내용은 상기와 같은 구체적인 특징들의 가능한 모든 조합을 포함한다. 예를 들어, 상기 구체적인 특징들은 특정 관점, 특정 실시예, 또는 특정 도면 에서 개시되며, 이러한 특징은 다른 관점, 실시예 및 도면에 대한 내용과 본 발명에서 개괄적으로 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 하기에서 개시되는 모든 고유한 특징들을 포함하며, 본 발명의 권리 범위는 하기에서 제시되는 바람직한 실시예에 제한되지 않는다.
용어 "포함하는(comprising)" 및 이와 문법적으로 동격의 용어들은 다른 구성 요소(다시 말하면 부품, 성분, 단계 등)들이 선택적으로 적용되는 것을 의미한다. 예를 들어, 구성 요소 A, B 및 C를 포함하는 수상 이동체(water vehicle)은 구성 요소 A,B 및 C만 포함할 수도 있고, A,B, 및 C 뿐 아니라 하나 또는 그 이상의 구성 요소를 더 포함할 수도 있다. 개수 뒤에 따라 오는 용어 "적어도(at least)"는 그 개수부터 시작하는 범위(정의되는 변수에 따라 상한 또는 비 상한을 가지는 범위일 수 있음)의 시작을 나타낸다. 예를 들어, "적어도 하나"는 하나 또는 하나 상을 의미하고, "적어도 80%"는 80% 또는 80% 이상을 의미한다. 개수 뒤에 따라오는 용어 "최대(at most)"은, 그 개수로 끝나는 범위의 끝을 의미하며, 정의되는 변수에 따라 그 최소 한도로서 1 또는 0을 의미하거나, 하한이 없는 범위를 의미한다. 예를 들어, "최대 4"는 4 또는 4 이하를 의미하고, "최대 40%"는 40% 또는 40% 이하를 의미한다. 본 발명의 상세 설명에서 범위(range)가 "제 1 숫자 에서 제 2 숫자" 또는 "제 1 숫자 - 제 2 숫자"로 정의되는 경우, 이는 제 1 숫자가 하한이고, 제 2 숫자가 상한인 것을 의미한다. 예를 들어, "5에서 15 피트" 또는 "5-15피트"는 하한이 5피트이고 상한이 15피트임을 의미한다. 용어 "복수의(plural)", "다수의(multiple)", "복수(plurality)" 및 "다수(multiplicity)"는 둘 또는 둘 이상의 항목(item)을 의미한다.
둘 또는 그 이상으로 정의되는 단계를 포함하는 방법으로 정의되는 경우, 상기 정의되는 단계는 어떠한 순서로도 수행될 수 있으며, 또는 동시에(설명 내용이 그러한 가능성을 포함하는 경우를 제외) 수행될 수도 있다. 그리고, 상기 방법은, 정의된 단계 중 어느 것이 수행되기 전, 정의된 단계들 중 두 개의 단계 사이, 또는 모든 정의된 단계들이 수행된 후(설명 내용이 그러한 가능성을 포함하는 경우를 제외)에 수행되는 하나 또는 그 이상의 다른 단계를 더 포함할 수 있다.
제 1 구성과 제 2 구성으로 정의되는 용어는 일반적으로 정의의 목적에서 사용되는 것으로, 내용상 다른 의미를 요구하지 않으면 제 1 및 제 2 구성은 같거나 다를 수 있다. 그리고, 제 1 구성은, 제 2 구성이 따라오더라도 이를 필연적으로 요하는 것은 아니다. 단일의 구성요소로 정의되는 것이 반드시 두 개 또는 그 이상의 구성을 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 하나의 핀 또는 하나의 핀 시스템으로 기재되어 있더라도, 수영체(swimmer)는 두개 또는 그 이상의 핀 또는 핀 시스템을 포함할 수 있다. 이하 둘 또는 그 이상의 구성 요소들이라고 기재되어 있는 경우, 동일한 기능(내용이 그러한 가능성을 배제하는 경우를 제외)을 제공하는 더 적은 수 또는 더 많은 수의 구성 요소들에 의하여 상기 둘 또는 그 이상의 구성 요소가 대체되는 가능성을 배제하는 것은 아니다. 예를 들어, 수영체 몸체(swimmer body) 및 핀 시스템이 함께 단일체를 형성할 수 있다. 주어지는 개수는 발명의 내용과 표현에 적절한 범위에서 해석되어야 할 것이다. 예를 들어, 각각의 수는 당업자에 의하여 일반적으로 사용되는 방법에 의하여 측정가능한 정확도에 의존하는 변동에 대하여 가변적이다.
다른 기재가 없는 경우, 상기 이동체의 구성 요소에 대한 형상 및 위치에 대한 것은, 상기 이동체가 전잔한 물에 있을 때의 위치와 형상을 참조한다. 본 발명에서는 상기에서 내려진 정의 및 다음에서 내려지는 정의와 일치하여, 다양한 용어들이 사용된다.
"리딩 에지(leading edge)" 및 "트레일링 에지(trailing edge)"는 각각, 핀 또는, 파력(wave power)이 상기 이동체를 전방으로 이동시키도록 하는 다른 구성 요소의 전면 및 후면을 의미한다.
"전(fore)" 및 "후(aft)"는, 상대적으로 상기 리딩 에지에 근접한 위치와 상기 트레일링 에지에 근접한 위치를 각각 의미한다.
"정렬된(aligned)"은, 상기 수영체의 종축을 포함하는 수직면에 평행한 수직면에 일반적으로 놓이는 방향을 의미한다. "축방향 정렬된"은, 수영체의 종축을 포함하는 수직 평면에 일반적으로 놓이는 방향을 의미한다.
"가로방향"은, 수영체의 축방향 중심선을 포함하는 수직 평면과 교차되는 수직 평면에 일반적으로 놓이는 방향을 의미한다.
이하에서 특정한 정의에 "일반적으로(generally)" 따르는 용어가 사용되는 경우에 있어서, 예컨대, "일반적으로 수직 평면에서", "일반적으로 층류" 또는 "일반적으로 수평인"과 같이, 그러한 특징들이 특정 정의에 엄격하게 일치되도록 따를 필요는 없으며, 오히려, 본 발명의 원칙과 일치하는 범위 내에서 효과적인 작동을 허용하는 정도까지는 엄격한 정의로부터 벗어날 수도 있다.
상기 이동체의 모든 구성 요소들은, 특히 전기적인 연결들이 내염수성(resistant to salt water) 소재로 이루어지거나, 및/또는 내염수성 소재로 이루어진 방수 자켓(watertight jacket)에 둘러싸인다. 바람직하게는, 물에 노출되는 부분은 항부착성(resistant to bio-fouling)이고, 상어와 같은 해양 동물에 비친화적이거나 심지어 혐오감을 주는 물질로 이루어진다.
적합한 물질은, 구리 함유 페인트(copper-containing paints) 및 폴리테트라플루오르에틸렌과 같은 표면에너지가 낮은 중합체(low surface energy polymers)를 포함하는, 메탈과 고분자의 중합체들로부터 선택될 수 있다. 상기 이동체가 배터리 및 태양 전지 패널(또는 다른 발전 수단)을 포함할 때, 상기 배터리 또는 태양 전지 패널로부터 공급되는 전력을 이용하여 상기 이동체의 전도성 물질로 전기를 짧게 흘려주거나, 및/또는 부착성 생물체를 쫓아내는 진동자를 활성화함으로써, 생물부착성(bio-fouling) 역시 저하되도록 할 수 있다.
수초에 의해 걸릴 수 있는 리딩 에지들은 선택적으로 날카롭거나 톱니형태의 단부를 가질 수 있다. 상기 이동체는 바람직하게, 상기 수영체가 전방으로 끌어나감에 따른 드래그(drag) 현상을 최소화하고, 상기 이동체를 가장자리로 이동시키는 바람과 조류(water current) 효과를 최소화하도록 설계된다. 부유체(float) 또는 수영체 또는 양자 모두는 플랩(flaps)을 가질수 있으며, 상기 플랩은, 상기 부유체 또는 수영체가 전방으로 이동할 때 접혀지고, 드래그 영향을 거의 받지 않으나, 상기 부유체 또는 수영체가 후방으로 이동할 때 산개하고(fan out)하고, 드래그 현상을 증가시킨다.
상기의 특징 (B)를 가지는 바람직한 장치는, 예컨대, (1) 다수의 핀들, 예컨대 3-10 또는 4-6개의 핀, 예컨대 5개의 핀, (2) 상기 수영체 몸체에 장착되고, 상기 핀이 회전 가능하게 장착되는 강성 바(rigid bar), 및 (3) (B)에서 정의된 탄성 부재(elastic component)를 포함할 수 있다. 상기 강성 바는, 바람직하게, 상기 수영체 몸체의 종축(longitudinal axis)에 정렬된다. 같거나 다를 수 있는 상기핀들은, 바람직하게, 상호간 앞뒤로 놓이며(선택적으로 동일 수평면에 놓일 수 있음), 바람직하게는, 상기 핀들 각각은, 상기 수영체 몸체의 종축에 일반적으로 수직한 횡축(transverse axis)을 중심으로 회전한다. 상기 탄성 부재들 각각은, 이들에 연결되는 핀의 속도 및/또는 회전 범위에 영향을 준다. 상기 탄성 부재는 예를 들어 상기 강성 바 상의 고정 점으로부터, 예컨대 상기 핀의 횡축의 뒤쪽, 상기 핀 상의 고정점까지, 예컨대 상기 핀의 횡축의 뒤쪽, 연장될 수 있다.
특징 (A)와 (B)를 가지는 바람직한 장치는, 예를 들어, (i) 상기 수영체 몸체에 장착되되, 선택적으로 회전 가능하게 장착되는 강성 바에, 선택적으로 회전가능하게 장착되며, 직접 또는 간접적으로 장착되는 층류핀(generally laminar fin), 및 (ii) 직접 또는 간접적으로 상기 핀 및/또는 강성바에 연결되고, 시스템의 형태 전부 또는 일부가 변화하는 동안 (a) 상기 핀 및/또는 강성바의 속도 및/또는 회전 범위, 및/또는 (b) 상기 수영체 몸체와 회전축 사이의 공간적 관계에 영향을 주는 스프링 및/또는 토션바(torsion bar)를 포함할 수 있다.
특징 (C)를 갖는 바람직한 장치는, 예를 들어, 일반적으로 층류이고 탄성 변형 가능한 핀(그러한 핀은 선택적으로 순수 탄성 부재이거나, 다수의 탄성 부재들 중 하나일 수 있음)을 가지는 핀 시스템을 포함하며, 상기 핀은 (i) 상기 수영체 몸체의 종축에 대하여 일반적으로 수직한 회전축을 중심으로 회전하는, 상대적으로 강성인 중심 단면 및 (ii) 상대적으로 변형 가능한 아웃보드 단면(outboard sections)(예컨대 후퇴각(swept back)을 가진, 예컨대 일반적으로 V 형상, 리딩 에지)을 포함하는 리딩 에지를 가진다.
수영체 몸체
상기 수영체 몸체는 종종, 일반적으로 원통 형상 또는 상기 핀 시스템이 상기 수영체를 물에서 끌어당길 때 드래그 현상을 최소화하기 위하여 선택되는 다른 형상을 가진다. 종종, 단일의 수영체 몸체가 구비되나, 서로 고정되는 다수의 몸체가 구비될 수 있으며, 바람직하게는 상호간 축이 정렬된(일치된) 상태 또는 축이 나란한 상태로 상호 이격된 상태로 단단히 고정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 몸체는 상기 이동체가 물속에 있을 때 서로 수평한 종축을 가진다.
일반적으로, 필수적이지는 않지만, 상기 수영체 몸체는 실질적으로 그 폭(다시 말하면 종축에 수직하게 측정되는 수영체 몸체의 규격)보다 큰 길이(다시 말하면 종축을 따라 측정되는 규격)를 가진다. 상기 수영체 몸체의 길이는, 예를 들어, 적어도 1피트(0.3m), 예컨데 3-10 피트(0.9-3m) 또는 4-6피트(1.2-1.9m), 그러나 실질적으로 더 큰, 예컨대 1000피트(300m) 또는 그 이상일 수 있다. 상기 수영체의 직경(또는, 비 원통형 몸체인 경우, 최소 및 최대 가로 규격 각각)은, 예를 들어, 적어도 0.1피트(30mm), 또는 적어도 0.3피트(90mm)일 수 있고, 예를 들어 상기 수영체 길이의 0.1배까지 될 수 있다.
다른 실시예로서, 상기 수영체 몸체 전체는 강성일 수 있다. 그러나, 상기 수영체 몸체의 일부는 또한 탄성 변형 가능하다. 예를 들어, 상기 수영체 몸체는, 바람직하게 실질적으로 수직 단면 내에서만 유연한(flexible) 중심 단면을 가질 수 있으며, 상기 유연한 중심 단면의 후측의 강성 단면에 안착되는 방향타(rudder)와 상기 유연한 중심 단면의 전측의 강성 단면에 안착되는 핀 시스템을 가진다. 선택적으로, 상기 수영체는 무게 중심의 상측에 부력 중심을 가진다.
아래에서 더 상세히 기술하겠지만, 상기 수영체 몸체에는 많은 다른 종류의 구성이 부착될 수 있다. 무거운 구성은 바람직하게 상기 부유체 보다는 상기 수영체에 고정된다. 상기 수영체에 부착된 구성들을 포함한 상기 수영체의 젖은 상태의 중량은, 예를 들어, 5-2000파운드(2-9000kg), 예컨대 5-500파운드(2-225kg), 예를 들어 20-60 파운드(9-30kg)일 수 있다. 많은 구성들(예컨대, 배터리, 전자 장비, 서보 메카니즘(servo mechanisms), 방수 창구(watertight pass-throughs), 및 방향 탐지 장치(direction-finding equipment)를 포함하는 전기 장비)은, 바람직하게, 상기 수영체 몸체에 의하여 제공되는 방수 싸개(watertight enclosure) 내에 놓일 수 있다. 다른 구성들, 예컨대 스태빌라이저 핀(stabilizer fins), 스태빌라이저 중량체(stabilizer weights), 방향타, 소정 형태의 센서, 및 샘플 수집기(sample collectors)은 바람직하게 또는 필요적으로 상기 수영체 몸체의 외부에 놓일 수 있다. 바람직하게는 상기 수영체 몸체의 전방 및/또는 후방 근처에 놓일 수 있는 스태빌라이저 핀은, 예컨대 일반적으로 수직하게 고정되고 정렬되어 상기 수영체에 대하여 가로방향 드래그(transverse drag)에 저항하는 핀이거나, 일반적으로 수평하게 고정되고 정렬되어 상기 수영체에 대하여 수직 방향 드래그(vertical drag)에 저항하는 핀일 수 있다. 상기 스태빌라이저 중량체(stabilizer weights)는 예컨대, 일반적으로 상기 수영체 몸체와 정렬(일치)되고, 상기 수영체 몸체로부터 수직하게 하향 경사지는 받침대에 고정되어 상기 수영체의 무게 중심을 변화시키고 중량을 증가시키는 바(bars) 및/또는 디스크일 수 있으며, 용골 형태(keel-like)의 수직 스태빌라이저 핀의 일부일 수 있다.
일실시예로서, 수중 청음기(hydrophone)가 상기 수영체 몸체에 고정될 수 있다. 바람직하게는, 상기 수영체에 의하여 발생되는 소음으로부터 상기 수중 청음기를 부리하기 위하여, 상기 수중 청음기는 상기 수영체 몸체의 건너편에서 드래그되는 케이블의 끝에 놓이거나, 상기 수영체 몸체의 전면으로부터 돌출되는 연장 바에 놓인다.
부유체
상기 부유체는, 그 구성이 사용될 수 있는 방법과 물속에서 및 바람에 대한 드래그 현상을 최소화하는 바람직한 형상을 염두에 두고, 어떤 형태나 크기로도 형성될 수 있다. 상기 부유체의 길이는, 예컨대 상기 수영체의 길이의 0.5-0.9배, 실질적으로 수영체의 길이와 동일하거나, 예컨대 0.9-1.1배 또는 1.1-4배보다 클 수 있다. 상기 부유체의 길이는, 예를 들어, 적어도 1피트(0.3m), 예컨대 3-10 피트(1-3m), 또는 4-6피트(1.4-1.9m), 그러나 실질적으로 파도에 의하여 움직이기에 너무 크지 않는 한, 실질적으로 더 클 수 있으며, 예컨대 1000피트(300m) 또는 그 이상이 될 수 있다. 상기 부유체의 폭은, 예를 들어, 적어도 0.3피트(1m), 또는 적어도 2피트(1.9m), 예컨대, 상기 부유체의 0.3배까지 될 수 있다. 선택적으로, 상기 부유체는 무게 중심의 위쪽에 부력 중심을 가진다. 상기 부유체는, 예를 들어 20-500파운드(9-225kg), 예컨대 80파운드(36kg)의 부력, 및/또는 상기 수영체의 젖은 중량의 2-4배의 부력을 가질 수 있다.
바람, 파도 또는 조류가 상기 부유체를 가장자리로 밀어내는 위험을 감소시키기 위하여, 바람직하게 상기 워터 드래그(water drag)의 중심 및 윈드 드래그(wind drag)의 중심 모두가 라인 부착 지점(line attachment point) 뒤쪽에 놓이며, 이는 상기 부유체가 최소 전체 드래그(lowest overall drag)를 가지는 정면 방향(head-on orientation)으로 유지하는 것을 도와주기 때문이다. 밧줄 부착 지점(tether attachment point)의 전방으로 상기 부유체의 일부에 작용하는 바람 및 물의 힘은 목적하는 지점으로부터 멀어지도록 상기 부유체를 회전시키는 경향이 있는 반면, 상기 결합 지점의 후방에 작용하는 힘들은 목적하는 방향을 제공하는 경향이 있다. 따라서, 상기 부유체의 코(nose)는 바람직하게, 상대적으로 뭉툭하고 잘린 형태인 반면, 상기 부유체의 꼬리 부분은 바람직하게, 더 큰 수직면 영역을 가지는 연장된 꼬리부를 가진다.
상기 부유체는 방향키(rudder)를 포함할 수 있다. 상기 방향키는, 드래그 중심이 밧줄 부착 지점의 뒤에 놓이도록 하기 위하여, 상기 이동체의 일부 또는 전부 작동 중에 고정될 수 있다. 상기 방향키는 또한, 상기 이동체의 조타(steering)를 보조하기 위하여, 조절 가능하다. 이 경우, 상기 밧줄은 바람직하게 상기 수영체의 드래그 중심 전방에서 상기 수영체에 부착된다. 특히, 상기 밧줄이 상기 부유체의 부력 중심보다 약간 전방에 부착되는 경우, 상기 부유체의 가라앉는 면은 전방향 추력(forward thrust)을 제공하는 형상으로 이루어진다.
상기 부유체는, 중합체(polymeric compostion), 예컨대 유리섬유(fiberglass)- 또는 탄소 섬유(caron fiber)-강화 중합체(reinforced polymeric composition), 및/또는 두꺼운 벽 타입의 엘라스토머 시트 소재(elestomeric sheet material)를 포함하는 외피(outer shell)를 선택적으로 포함한다. 상기 외피는, 폐쇄된 셀 폴리머릭 폼 코어(closed cell polymeric foam core), 예컨대, 컴플라이언트 클로스드 셀 폼(compliant closed cell foam), 및/또는 다수의 공극(hollow cavities)을 선택적으로 둘러쌀 수 있다. 일실시예로서, 상기 공극들은 선택적으로 부풀려져서(예컨대 엘라스토머 소재로 구성됨), 부력을 조절하기 위하여 물 및/또는 공기로 완전히 또는 부분적으로 채워질 수 있다.
밧줄(tether)
상기 밧줄은 상기 부유체와 수영체를 기계적으로 연결하고, 이러한 목적을 위하여 적절한 파괴 강도(breaking strength), 예컨대 적어도 500파운드(225kg) 또는 적어도 1500파운드(675kg)를 가지는 인장 부재(tensile member)를 포함한다. 상기 신장성 부재는 예를 들어, 금속, 예컨대 스테인레스 스틸, 및/또는 중합체, 예컨대 케블라(Kevlar) 또는 (Spectra)와 같은 금속으로 구성될 수 있다. 상기 밧줄은 또한, 부하를 가지지 않고 전력 및/또는 데이터를 전송하는, 예컨대 하나 또는 그 이상의 꼬인 한 쌍의 절연 전도체(insulated electrical conductors), 광섬유(optical fibers) 또는 음향 케이블을 포함한다. 일반적으로, 상기 밧줄은 단지 신장 부하(tensile loads)만을 지지하나, 본 발명은 상기 밧줄이 내압축성(resist compression), 예컨대 로드(rod)인 가능성을 포함한다.
드래그 현상을 감소하기 위하여, 상기 밧줄의 구성들은 바람직하게, 제 1 인장 부재(primary tensile member)가 전방에 위치되도록 하여, 상기 밧줄의 리딩 에지 영역을 최소화하도록 구성된다. 따라서, 상기 밧줄은, 바람직하게 유선형의 단면(streamlined cross-section)을 가지며, 예컨대 중합체, 예를 들어 실리콘(silicone) 또는 비닐 염화 중합체(vinyl chloride polymer)에 기반한 중합체로 구성되는 자켓(jacket)을 선택적으로 포함하며, (상기 자켓은)다른 구성들을 둘러싼다. 상기 밧줄의 꼬임(twisting)은 드래그 현상을 증가시키며, 트위스팅을 감소시키는 방법들(measures)이 취해진다. 예를 들어, 제 2 인장 부재(second tensile member) 상기 밧줄의 트레일링 에지에 제공될 수 있으며, 및/또는 상기 이동체가 상기 밧줄의 꼬임을 감지하고 고치는 장치를 포함할 수 있고, 및/또는 상기 이동체가 시계 방향 또는 반시계 방향 회전이 균형을 이루는 경로를 따르도록 할 수 있다(특히, 상기 이동체가 고정된 지점을 둘러싸는 경로를 따를 때).
상기 밧줄은, 예를 들어, 0.5-1.0인치(13-25mm), 예컨대 약 0.625인치(16mm)의 정렬된(일치된) 규격(aligned dimension), 0.125-0.5인치(3-13mm), 예컨대 약 0.19인치(5mm)의 가로 규격(transverse dimension), 및 예컨대 10-80피트(3-25m),예컨대 약 17-23피트(5-7m)의 길이를 가진다. 상기 부유체 또는 수영체는, 특정 파도 조건 및/또는 수심을 조절하기 위하여, 및/또는 상기 이동체가 좀 더 쉽게 저장, 운반 및 배치되도록 하기 위하여, 상기 밧줄의 길이를 가변할 수 있는 릴(reel) 또는 다른 장치를 포함할 수 있다.
상기 밧줄은, 예를 들어, 엘라스토머 부재(elastomeric member), 예컨대 상기 부유체 및 수영체의 상대 위치가 변할 때 길이를 가역적으로(reversibly) 변화시킬 수 있는 스프링을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 역 Y자 형상을 이루는 상기 밧줄의 레그 하나는, 그러한 엘라스토머 부재를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 단일 밧줄이 있다. 상기 밧줄은, 예를 들어, 단일 선을 이루는 중심 단면과, 상기 수영체에 부착되는 하부 단면(lower section), 및/또는 둘 또는 그 이상의 레그(leg)를 가지고 상기 부유체에 부착되는 상부 단면(upper section)을 가질 수 있으며, 상기 레그는 상기 수영체 또는 부유체에서 전후 방향 또는 가로 방향으로 고정된다. 일실시예로서, 상기 밧줄은 역 Y 형상을 가지고, 상기 Y 형상의 하측 레그(lower legs)는 (a) 상기 수영체에서 전후 방향으로 정렬되고 고정되거나, (b) 상기 수영체를 가로질러 상기 수영체의 축으로부터 교차되게 연장되는 구성들에 고정된다.
상기 수영체와 부유체 사이에 단일의 밧줄이 제공되는 경우, 그 형상과 상기 수영체에의 부착 지점(또는, 상기 밧줄이 둘 또는 그 이상의 하부 레그를 가지는 경우, 부착 지점들)은, 상기 밧줄이 상측으로 당겨지고 상기 수영체의 무게 중심에서 또는 무게 중심에 가깝게 상기 수영체를 통과할 때, 상방향 힘이 수영체에게 수행되도록 한다. 상기 수영체는 그러면, 상기 이동체가 정수속에 있을 때 실질적으로 수평하다. 이는 상기 수영체가 레벨 오리엔테이션(level orientation)을 유지하도록 도와준다.
상기 수영체와 부유체 사이에 단일의 밧줄이 있을 때, 그 형상과 상기 부유체에의 부착 지점(또는, 상기 밧줄이 둘 또는 그 이상의 하부 레그를 가지는 경우, 부착 지점들)은, 바람직하게, 상기 밧줄이 상방향으로 당겨지고, 상기 부유체 근처 또는 상기 부유체의 부력 중심의 약간 전방을 통과할 때, 상기 부유체에 하방향 힘이 작용하도록 한다. 다른 실시예로서, 다수의 밧줄이 있으며, 예를 들어, 제 1 및 제 2 밧줄이 각각 상기 부유체와 수영체의 전후방향으로 부착된다. 다수의 밧줄은 드래그 현상을 증가시키지만, 꼬임(현상)을 감소시킨다.
상기 밧줄의 신장력(tension force)은 상기 수영체와 부유체를 안정화시킨다. 무게 중심의 상측에서 부력 중심의 위치 설정을 함으로써 각 구성은 독립적으로 안정화될 수 있으나, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 선 장략(line tension)은 상기 수영체와 부유체 모두를 안정화하는 사실은, 상기이동체의 제어를 단순화 한다. 다른 실시예로서, 상기 이동체는 단지 1 자유도 내에서 조타(steered)되기만 하면 되고, 다른 자세 제어(attitude control)는 수동적으로 안정화되므로, 상기 이동체가 자세 제어 추력체(attitude control thrusters) 또는 플랩(falps)(비록 그러한 추력체 및 플랩이 제공될 수 있음에도)이 필요없게 된다.
핀 시스템(fin system)
상기 수영체가 파력에 의하여 움직일 때, 상기 핀 시스템의 형태는 수면상의 파동에 대응하여 사이클이 변화되나. 일반적으로, 반드시 필요한 것은 아니나, 각 사이클의 형태 변화는, 실질적으로 같다. 각 사이클에 형태 변화는 일반적으로 실질적으로 연속적이지만 불연속적일 수도 있다.(예컨대, 형태가 동일하게 유지되는 동안 각 사이클에서 하나 또는 그 이상의 주기가 있을 수 있다.) 적어도 상기 사이클의 일부 동안, 상기 핀 시스템은 물에 반응하여 상기 수영체를 수평 방향으로 밀어내기 위한 힘을 발생한다. 다른 실시예로서, 상기 핀 시스템은, 횡축을 중심으로 회전하는 핀을 포함한다. 더 다른 실시예로서, 상기 핀 시스템은 종축을 중심으로 회전하는 한 쌍의 핀을 포함한다. 상기 실시예들 중 어느 하나의 경우, 삼기 수영체가 떠오르고 하강할 수록, 상기 핀 또는 핀들은 상기 수영체의 전방 추력을 증가시키도록 탄성 변형을 선택적으로 수행한다. 다른 형태의 파도 크기는 다른 형태의 핀 시스템으로부터 다른 반응을 제공할 것이다. 예컨대, 상대적으로 큰 파도에 대하여, 상기 추력의 대부분은 상기 핀의 상하 방향 작동 과정에서 생성되는 반면, 상대적으로 작은 파도에 대하여, 추력의 대부분은 상기 핀들의 회전으로부터 생성되는 경향이 있다. 유연한 핀들(flexible fins)은 상기 작은 파도 및 큰 파도 모두로부터 추력을 생성하는 경향이 있다.
본 발명의 특정한 수상 이동체의 경우, 상기 부유체의 이동에 따른 상기 수영체의 영향은 부분적으로 파도의 크기와 주파수에 의존한다. 상기 부유체의 이동은 또한, 예를 들어, 조류와 바람. 그리고 다른 형태의 추진수단(propulsion) 또는 상기 부유체를 조작하는 조타 시스템과 같은 환경적인 조건에 의존한다. 적절한 조건에서, 상기 수영체는, 다른 어떠한 추진 시스템(propulsion system)(비록 조타 시스템을 조작하기 위하여 다른 동력원을 사용하는 것이 바람직하지만)의 도움없이 다양한 목적을 만족하는 속력으로 상기 이동체를 전방으로 이동시킨다.
상기 수영체와 부유체의 수평 방향 동작은 종종, 글라이드 양상(glide phase)과 연 양상(kite phase) 사이에서 주기적(clcylic)이며, 연 양상 동안 상기 부유체의 수평 속도가 최대이고, 글라이드 양상 동안 상기 수영체의 수평 속도가 최대이다. 글라이드 양상에서, 선 장력(line tension)은 낮고, 상기 수영체는 전방으로 신속하게 활강(glide)할 수 있다. 상기 부유체는 천천히 전방으로 이동하거나 이동하지 않을 수 있다. 연 양상 과정에서, 상기 선 장력은 높고, 상기 수영체가 글라이드 양상 동안 전방으로 활강하는데 성공했다면, 상기 선은 소정 각도로 경사져서, 증가된 장력이 상기 수영체의 전방 이동을 늦추게 된다. 가파른 선 각도와 높은 장력은 상기 부유체를 전방으로 급속하게 끌어당기며, 부분적으로 글라이드 양상 동안 수영체가 수행한 진척도(advance)를 따라잡게 된다.
드래그 현상은 속도의 제곱에 비례한다. 수영체의 속도는 글라이드 양상에서 최고이므로, 글라이드 양상에서는 드래그 현상을 최소화하는 것이 바람직하다. 아래에서 기술되고 도 27A-D에 첨부된 바와 같이, 글라이드 양상 동안 낮은 드래그 현상을 달성하고 연 양상에서 글라이드 양상으로 신속하고 조용하게 전환 가능한 수상 이동체의 일 실시예가 제시된다. 본 실시예에서, 상기 수영체 몸체는 종축을 따라 가장 긴 중심체 구조(central body structure)를 가진다. 핀들은 상기 몸체의 어느 일측에서 연장되고, 상기 몸체 종축(body longitudinal axis)과 바람직하게 상기 밧줄 축(tether axis)에 실질적으로 교차하는 축을 중심으로 상기 몸체에 대하여 상대 회전할 수 있다. 단일 축을 가지는 한 쌍의 날개, 또는 여러 쌍의 날개가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 상기 핀들의 회전은, 정지 위치(rest position)로부터 어느 일 방향으로 회전을 방해하는 스프링에 의하여 부분 적으로 제어된다. 이러한 스프링을 사용하는데 있어 유리한 장점 중 하나는, 갑작스런 중지로부터 기인하며, 민감한 음향 장비들의 작동에 손상을 주는 소음이 생성됨이 없이 회전에 대한 저항을 점진적으로 증가시키는 것이다. 상기 이동체가 정수에서 정지하고 있는 동안, 상기 밧줄은 바람직하게 실질적으로 상기 몸체에 수직하게 부착되어, 상기 몸체의 축이 수평면에 대하여 0-30°각도, 바람직하게는 3-10°각도를 이룬다. 정지 위치에서 상기 핀의 코드축(chord axis)은 바람직하게 일반적으로 수평하다.
선 장력이 상기 부유체의 하강운동에 의하여 제거되면, 상기 수영체는 하강이동하고, 날개에 작용하는 유체 압력은 상기 부유체가 글라이드 포지션(glide position)으로 회전하게 만드는 반면, 상기 스프링은 이러한 회전에 저항하게 된다. 상기 탄성력(spring force)과 양력(lift force)이 균형을 이루어, 글라이드 포지션에서 날개의 각도가 몸체 종축과 유사하게 되고, 그에 따라 드래그 현상을 최소화한다. 상기 선 장력이 상기 부유체의 상승 운동에 의하여 증가하면, 상기 수영체는 상방 이동하고, 날개에 작용하는 유체 압력은 카이트 포지션(kite position)으로 회전하게 만드는 반면, 상기 스프링은 이러한 회전에 저항하게 딘다. 상기 탄성력(spring force)과 양력은 균형을 이루어, 상기 날개가 카이트 모션(kite motion) 동안 전방 추력을 제공하기 위하여 유효한 공격 각(efficient angle of attack)에서 작동한다.
활강을 위한 효과적인 날개 형상에 대한 일실시예는 높은 종횡비(aspect ratio)(스팬/코드)(span/chord), 타원 형상의 평면도(elliptical plan form), 및 날씬한 날개 형상(slender airfoil shape)을 가진다. 상대적으로 짧은 코드(chord)를 가지는 핀은 글라이드 앵글(glide angle)과 카이트 앵글(kite angle) 사이에서 급속한 회전을 가능하게 하여, 상기 핀이 각 양상이 최소 손실 동작(minimum lost motion) 갖도록 하는 최적의 공격각(optimal angle of attack)을 달성할 수 있다.
단일 핀이 도 27에 보여진다. 다수의 핀들도 유사하게, 각 핀이 유사한 방식으로 행동하게 하면 가능하다. 제 1 추력을 제공하는 날개 또는 날개들 이외에, 더 작은 테일 윙(tail wings) 또는 프런트 커나드 윙(front canard wings)이 안정화를 위하여 제공될 수 있다.
글라이드 앵글 제어(Controlling angle of glide):
최적의 글라이드 앵글은 바다 상태에 따라 가변적이다. 만일, 바람 또는 조류(surface currents)가 상기 부유체를 뒤로 당기는 경우에는, 전진 운동을 달성하기 위하여 가파른 글라이드 앵글이 요구된다. 반대로, 바람과 조류가 순조로운 경우에는, 얕은 글라이드 앵글로 이동한 각각의 글라이드 사이클 거리(distance traveled each glide cycle)를 증가시킬 수 있다.
글라이드 앵글 제어를 위하여 테일 윙 또는 커나드 윙의 각도에 능동 제어가 적용될 수 있다. 다른 방법으로, 또는 이에 더하여, 내부 질량(internal mass)을 이동시킴으로써 몸체축(body axis)을 따라 무게 중심이 조절될 수 있다. 예를 들어, 리드 스크류 드라이브(lead screw drive)로 배터리 팩을 전후 방향으로 이동시켜 무게 중심을 조절할 수 있다. 다른 방법으로 또는 부가적으로, 상기 밧줄 부착(tether attachment)은 몸체각(body angle)에 영향을 주도록 조절될 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 이동체에는 원하는 방향으로 무선 제어 가능하도록 하는 제어 및 조타 시스템(control and steering system)이 구비될 수 있으며, 예를 들어, 원하는 고정 위치 주위의 클로즈드 패턴(closed pattern)으로 이동하기 위하여, 및/또는 수마일 떨어진 두 지점 사이에서 원하는 경로를 따르도록 하기 위하여, 및/또는 다양한 데이터를 얻기 위하여 해양 영역(area of the ocean)에서 전후 방향으로 저속으로 가로지르도록 하기 위하여 구비될 수 있다.
상기 부유체가 또한 다른 힘(예를 들어 바람, 조류 또는 일반적인 추진 시스템)에 의하여 움직인다면, 상기 수영체의 움직임이 상기 부유체의 움직임을 조정하게 되는데, 예컨대 상기 부유체를 가속 또는 감속 시키거나 및/또는 이동 방향을 변화시킨다. 요구되는 방향으로 물과 상호작용하는 다른 핀 시스템들은 하기에서 설명하는 다양한 형태를 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특정 핀 시스템은 이러한 형태들의 둘 또는 그 이상을 조합하여 사용할 수 있으며, 상호 호환이 불가능한(incompatible) 경우는 제외한다. 그리고, 수상 이동체는, 동일하거나 서로 다른 형태 또는 이러한 형태들의 조합으로 이루어지는 둘 또는 그 이상의 핀 시스템을 포함할 수 있다. 하기에서 "일반적으로 층류핀"이라고 함은, 핀의 두께가 교차되는 방향(transverse direction) 또는 일치되는 방향(aligned direction) 또는 양자 모두의 방향으로 규칙적 또는 불규칙적으로 변하는 가능성, 및 핀의 일부가 일반적으로 층류 형상(generally laminar shape)으로부터 외측으로 연장되는 가능성을 포함한다. 예를 들어, 적어도 핀의 일부분은 날개 단면(airfoil cross section)을 가질 수 있고, 다시 말하면, 상기 핀이 파도치는 물(wave-bearing water)과 상호작용하여 양력(lift) 및 드래그를 제공하도록 하는 단면을 가질 수 있다. 아래에서 "일반적으로 수평면에 놓이는" 일반적으로 층류핀이라고 함은, 상기 핀의 기준면(principal plane)이 상기 핀의 효과적인 작동을 허용하는 각도로 수평면에 대하여 경사지는 면에 놓이는 가능성, 예를 들어, 45°보다 크지않은 각도에서, 바람직하게는 20°보다 크지 않은 각도에서 수평면에 대하여 경사지는 가능성을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 핀 시스템의 일부 또는 전부는, 상기 이동체가 정수에 있을 때에는 제 1 형태(first configuration)를 가지며, 상기 부유체를 위로 들어올리는 웨이브크레스트(wavecrest)의 결과로 상기 수영체가 상기 밧줄에 의하여 위로 당겨질 때 제 1 형태에서 제 2 형태(second configuration)로 전환되고, 상기 부유체가 하강하도록 하는 웨이브러프(waverough)의 결과로 상기 수영체가 아래로 가라앉을 때 제 2 형태에서 제 3 형태(third configuration)로 전환된다. 상기 제 3 형태는 상기 제 1 형태와 일반적으로 다르지만, 본 발명은 제 1 형태와 동일한 가능성을 포함한다. 상기 핀 시스템이 제 2 형태로부터 제 3 형태로 전환될 때, 전이 상태(transitory state)로서 상기 제 1 형태를 통과할 수 있으나, 반드시 필요한 것은 아니다. 상기 핀 시스템은, 예컨대, 서로 다른 형태들 사이에서 탄성적으로 변형되는 일반적으로 층류부(generally laminar portions)를 포함하는 하나 또는 그 이상의 핀을 포함할 수 있다. 다른 방법으로 또는 부가적으로, 상기 핀 시스템은 예컨대, 서로 다른 형태 사이에서 형상이 변화하는 하나 또는 그 이상의 탄성 변형 가능한 구성을 포함하고, 그에 따라 핀 또는 일반적으로 층류부(generally laminar portion)를 포함하는 핀들의 움직임을 제어하거나 제어하는 것을 도와준다. 상기 탄성 변형 가능한 구성은, 핀의 움직임을 단방향으로만 제어하거나 제어하는 것을 도울 수 있으며(예컨대 스프링), 또는 상하 방향 모두의 움직임을 제어하거나 제어하는 것을 도울 수 있다(예컨대 토션 바(torsion bar)).
리밋스탑(limit stop)은, 핀의 원치않는 움직임을 방지하도록 하는데 포함될 수 있으며, 예를 들어, 연성 핀(flexible fin)의 과도한 굽힘(excessive bending)을 방지하기 위하여 포함될 수 있다. 상기 스탑은 강성 스탑(rigid stop), 탄성 스탑(elastic stop)일 수 있으며, 예를 들어 스프링일 수 있으며, 증가율 스프링(increasing rate spring)을 포함한다.
상기 핀 시스템은 적어도 하나의 핀을 포함하며, 상기 핀은 바람직하게는 다음과 같은 특징들 중 하나 또는 그 이상을 가진다:
(a) 적어도 부분적으로 탄성 변형 가능하다.
(b) 적어도 부분적으로 실질적으로 강성이다.
(c) 상대적으로 강성인 리딩부(leading portion)와, 중심부(central portion) 및/또는 상대적으로 탄성 변형 가능한 트레일링부(trailing portion)를 포함한다.
(d) 상대적으로 탄성 변형 가능한 리딩부, 상대적으로 강성인 중심부, 및 상 대적으로 탄성 변형 가능한 트레일링부를 포함한다.
(e) 물고기 또는 고래의 꼬리 형상과 비슷한 형상을 가진다.
(f) 제 1 형태에서는, 일반적으로 수평면에서 일반적으로 평평하다.
(g) 제 2 형태에서는, 일반적으로 층류(laminar)이고 하측으로 만곡되며, 상기 제 2 형태는, 상기 밧줄에 대하여 일반적으로 직교하고, 상기 수영체의 종축에 대하여 일반적으로 직교하는 면에 놓이는 축을 중심으로 상기 핀을 구부리거나(flexing) 및/또는 회전시킨(rotating) 결과이다.
(h) 상기 부유체의 낙하를 유발하는 웨이브 러프의 결과로서 상기 수영체가 아래로 떨어질 때, 상기 핀 시스템은 제 2 형태에서 제 3 형태로 변하며, 상기 제 3 형태는 일반적으로 층류이고 상측으로 휘어진 형태이다.
상기 핀 시스템의 다른 선택 가능한 특징은:
(1) 동일 또는 다른(형태), 그리고 동일 수평면에 정렬되거나 둘 또는 그 이상의 다른 평면에 존재할 수 있는 다수의 핀을 포함한다.
(2) 프레임에 장착되는 다수의 핀, 예컨대 축방향으로 정렬되는 척추(axially aligned spine)의 양면에 안착되는 다수의 핀, 또는 정렬된 사이드 레일(aligned side rail) 사이에 안착되는 다수의 핀을 포함한다.
(3) 한 쌍의 핀을 포함하고, 상기 핀은, (i) 상기 수영체 몸체의 대향되는 면(opposit sides)으로부터 연장되고, (ii) 제 1 및 제 2 형태 사이에서 이동할 수 있도록 상기 수영체 몸체에 고정되며, 상기 제 2 형태에서 핀의 위치는 제 1 형태에서의 핀의 위치에 비례하여 상방으로 연장되고, (iv) 스프링 또는 다른 탄성 복원 수단에 의하여 상기 제 2 형태로부터 상기 제 1 형태 쪽으로 치우친다.
(4) 상기 핀 시스템은, 한 쌍의 핀을 포함하고, 상기 밧줄은 두 개의 레그를 가지는 역 V 형상의 단면을 가지며, 각각의 레그는 상기 핀들 중 하나에 결합된다.
(5) 꼬리형 핀(caudal fin)을 포함한다.
본 발명의 제 1 측면에서, 상기 핀 시스템은, 고정된 형상을 가지고 상기 수영체가 상기 부유체의 움직임에 의하여 이동할 때 원하는 수평력(horizontal forces)을 직접 또는 간접적으로 발생하는 적어도 하나의 부가 구성(additional member)을 선택적으로 포함한다. 본 발명의 제 2 측면에 따른 일실시예에서, 상기 구성들은 원하는 힘을 발생하기 위한 유일한 수단이다. 연성 핀을 위한 최적 연성도(optimum amount of flexiblity)는, 많은 디자인 특성 및 예기되는 파도 특성에 의존한다. 만일, 상기 핀이 너무 유연하면, 장진폭운동(large amplitude motion) 과정에서, 상기 핀의 트레일링부가 상기 움직임 방향과 평행하게 구부러질 정도로 곡률(curvature)이 커지게 되어, 매우 적은 양의 추진력을 생성할 수 있다. 만일, 상기 핀이 너무 강성이면, 상기 핀은 어떠한 굴곡(inflections)에도 휘어지지 않고, 단진폭입력(small amplitude inputs)은 추진력을 효과적으로 발생하지 않게 된다. 당업자는 적절한 유연도(suitable amount of flexibility)를 결정하는데 있어서, 본 발명의 내용에 포함된 정보와 그들 자신의 지식에 근거하여 어려움이 없을 것이다.
상기 핀 시스템은 종종, 상기 수영체의 몸체에 고정되고, 바람직하게는 상기 수영체의 몸체 상측에 위치하는 강성 부재(rigid component)를 포함한다. 상기 강성 부재는 예컨대, 다음과 같은 특징들 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다.
(i) 상기 몸체부에 단단히 고정된다.
(ii) 상기 몸체부 및 단일체의 밧줄 상측에 위치하거나, 역 Y 형상을 가지는 밧줄의 레그 중 하나가 고정된다.
(iii) 적어도 하나의 핀 시스템이 고정된다. 하나 이상의 핀 시스템이 있을 때에는, 상기 시스템들은 상기 밧줄의 상측 및/또는 상호 측면 중 어느 한 쪽에 장착될 수 있다.
(iv) 제 2 강성 부재를 또한 포함하는 지지 시스템(support system)의 제 1 구성(first component)이다. 상기 제 1 구성은, 일반적으로 수직면에서 상기 몸체부의 상측에 위치하여 상기 몸체부에 직접 고정되며, 제 2 구성(second component)은 상기 제 1 구성에 직접 고정되고, 강성 부재에 고정되는 하나 또는 그 이상의 핀 시스템을 가진다. 상기 제 2 구성은, 상기 제 1 구성에 선택적으로 고정되어, 일반적으로 수직면에서 상기 제 1 구성에 대하여 회전할 수 있으며, 상기 회전은 탄성 복원 가능한 부재(elastically recoverable member), 예컨대 스프링 또는 토션바에 의하여 선택적으로 영향을 받을 수 있다. 적어도 상기 밧줄의 일부는, 상기 제 2 구성에 선택적으로 고정되어, 상기 밧줄의 상방향 당김이 상기 탄성 복원 가능한 부재를 변형시킨다. 회전 범위는 비연장성 부재(inextensible member)에 의하여 선택적으로 더 제한된다.
가슴 지느러미(pectoral fins)를 가지는 수상 이동체
다른 실시예로서, 일반적으로 평평한 핀 또는 일반적으로 평평한 한 쌍의 핀은 가로 방향(transverse direction)으로 탄성 변형을 수행한다(그리고 정렬된 방향(aligned direction)으로 탄성 변형을 수행할 수도 있음). 일부 경우에, 이러한 핀들은 수영체 몸체의 실질적인 수직 방향 운동 없이 수직하게 움직일 수 있다. 이들 핀들은 물고기의 가슴 지느러미(pectoral fin) 또는 새의 날개와 유사한 방법으로 펄럭인다. 바람직하게는, 가슴 지느러미 또는 핀들은 축방향으로 정렬된 종축(axially alligned longitudinal axis)을 중심으로 회전한다. 선택적으로, 상기 가슴 지느러미 표면은 또한, 수평면에 대하여, 또는 상기 종축과 윙 스파(wing spar)를 통과하는 축에 교차하는 평면에 대하여 회전하거나 및/또는 휘어질 수 있다.
이러한 종류의 가슴 지느러미들은 바람직하게, 상기 밧줄에 의하여 직접 동작되고, 그에 따라 상기 수영체 몸체의 운동을 감소시킨다. 일부 경우에 있어서, 이것은, 대형 수형자들 또는, 상기 수영체 몸체가 상대적으로 안정된 상태로 유지되어야 하는 상황에 상기 가슴 지느러미들이 적합하도록 한다.
상기 밧줄의 레그들을 상기 가슴 지느러미들의 길이를 따라 다른 지점에 결합 시킴으로써, 선운동량(amount of line motion)에 대한 핀운동량(amount of fin motion)이 조절될 수 있다.
가슴 지느러미들은, 예컨대, 덜 유연하고, 선택적으로 실질적으로 강성이며, 단강(tempered steel), 또는 탄소 섬유 혼합물과 같은 높은 피로 수명(fatigue life)을 가지는 재질로 만들어진 내부 골격 구조(internal skeletal structure)를 가질 수 있다. 상기 골격 구조는, 리딩 에지가 상대적으로 단단하게 만드는 프런트 스파(front spar)를 포함할 수 있다. 상기 골격 구조의 근본적인 만곡(primary fexion)은 상기 몸체에의 부착점 부근에서 상기 프런트 스파의 수직 굽힘에서 발생한다. 상기 프런트 스파의 강성은, 윙팁(wing tip)이 처지는 것을 방지하기 위하여 외측부를 향하여 증가할 수 있다. 상기 날개(wing)의 트레일링 에지는, 예를 들어, 엘라스토머 자켓 소재(elastomer jacket material)만으로 이루어질 수 있고, 상대적으로 연성일 수 있다.
상기 밧줄은 바람직하게, 상기 가슴 지느러미의 두 지점, 지느러미에 각각 하나씩 부착될 수 있다. 상기 지느러미 구조는 바람직하게, 상기 밧줄이 팽팽한 상태가 아닐 때에는 상기 지느러미는 하측으로 처지며, 상기 이동체가 정수에 있을 때에는, 상기 핀은 상대적으로 평평한 상태로 휘어진다. 증가된 선 장력은 상기 진러미가 상측으로 휘어지도록 한다. 선 부착점(line attachment points)는 바람직하게 상기 가슴 지느러미의 전단을 향한다. 무게 중심(COG)은 바람직하게 선 연결 지점(line junction point) 아래에 형성되어, 상기 수영체 몸체가 정수에서 수평하게 된다. 만일, 상기 선 부착(점) 위쪽에 핀 영역(fin area)이 더 있다면, 상향 움직임은 상기 수영체가 기수를 위쪽으로 향하도록(to pitch nose up) 할 것이다. 만일, 상기 무게 중심 뒤쪽에 핀 영역이 더 있다면, 하향 움직임은 상기 수영체가 기수를 아래로 향하도록(to pitch nose down) 할 것이다.
선택적으로, 방향타는 상기 수영체를 조종한다. 가슴 지느러미를 가지는 장치의 선택적 특징은 다음을 포함한다.
(a) 노출되는 메카니즘(exposed mechanism)이 없고, 내부착성(resistant to fouling)인, 부드러운 외부 몸체.
(b) 특정 지점에서 피로가 최소화되어 내구성을 높일 수 있도록, 넓은 영역에 걸쳐서 분포하는 휨(flexion).
(c) 속도를 증가시킬 수 있도록 유선형을 이루는 전체적인 형상.
(d) 밧줄 장력(tention)에 있어서 급격한 증가는 핀으로 즉시 전달되도록 하여, 상기 이동체의 관성이 추진력으로 전환되는 것을 방해하지 않는다.
(e) 상기 핀의 끝단은 선 부착점(line attachment points)을 지나서 연장되고, 상기 윙 스파(wing spar)는 상대적으로 이 영역에서 강성을 가져서, 상기 핀의 끝단이 상기 밧줄보다 더 큰 진폭을 통과할 수 있도록 한다. 이는 적은 양의 밧줄 움직임으로부터 많은 양의 추진력을 발생하는 것을 도와준다.
부가적인 구성(additional components)
상기 수상 이동체의 일부일 수 있는 부가적인 구성은, 이하 (1) - (14)에 기술되는 것들을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 일부 구성은, 예컨대, 전자 제어 장치는 밧줄 또는 부유체와 수영체 모두의 일부일 수 있다.
부피가 크거나 무거운 품목, 예컨대, 배터리, 및 이미지화(imaging) 또는 맵핑(mapping) 장비, 및 수중 청음기 및 음파 장비(hydrophones and sonar equipments)와 같이 제한된 움직임 및/또는 바람과 소음으로부터 보호될 때 최상으로 작동하는 장비들은, 바람직하게, 수영체의 일부분이다. 다른 구성들, 예컨대 태양 집진 수단, 무선 통신(radio) 및 네비게이션 안테나(navigation antenna), 표지(beacons) 및 기상 센서(weather sensors)들은 바람직하게, 부유체의 일부이다.
(1) 디지털 또는 아날로그 무선 신호와 같은, 데이터를 송신 및/또는 수신하기 위한 통신 장비, 예컨대,
(i) 상기 이동체의 일부인 모니터링 또는 센싱 장비에 의하여 수집된 데이터를 반영하는 신호를 보내고;
(ii) 기지국(base station)(예컨대, 배 또는 지상국(ground station))으로부터의 명령(commands) 또는 네비게이션 장비, 예를 들어 GPS(global positioning satellite)와 같은 위성 항법 장비(satellite navigation equipment), 또는 음파(sonar) 또는 무선 부표(radio buoys)와 같은 장비로부터의 명령을 수신하고;
(iii) 신호를 수신국(receiving station), 예를 들어 위성을 경유하여 송신하고;
(iv) 상기 이동체의 위치에 의하여 영향을 받는 신호를 송신하기 위한, 통신 장비.
(2) 디지털 또는 아날로그 신호와 같은 신호, 예를 들어,
(i) GPS와 같은 위성 항법 시스템으로부터의 신호에 의해 영향을 받고;
(ii) 예컨대 위성을 경유하여 상기 이동체로부터 수신국으로 송신되고;
(iii) 상기 이동체의 위치에 의하여 영향을 받고; 또는
(iv) 상기 이동체의 일부인 센서, 예를 들어 상기 수영체에 부착된 수중 청음기(hydrophone)에 의하여 영향을 받는; 신호들을 레코딩하기 위한 레코딩 장비(recording equipment).
(3) 상기 이동체의 일부를 형성하는 제어 장치를 위한 컨트롤 일렉트로닉스(control electronics).
(4) 조타 수단(steering means), 예를 들어 부유체의 일부를 형성하는 방향타(rudder) 및/또는 수영체의 일부를 형성하는 방향타, 상기 조타 수단은, 예를 들어, 부유체에 고정된 방향타(예컨대 상기 밧줄이 상기 부유체에 부착되는 지점의 뒤에 드래그 중심이 유지되도록 하는), 및/또는 상기 수영체에 부착되고, 상기 이동체 내에서 생성되는 신호, 예컨대 자기 컴파스(magnetic compass) 또는 자이로스코프(gyroscope)로부터 생성되는 신호, 및/또는 상기 이동체의 일부를 형성하는 통신 장비에 의하여 수신되는 신호에 반응하는 방향타 작동기(rudder actuator)를 포함하는 다른 조타 수단이다.
(5) 전력 소스(Electrical power source), 예를 들어 배터리 또는 연료 셀(fuel cell), 바람직하게는, 충전 가능한 전력 소스들, 예를 들어 상기 부유체에 안착되는 태양 전지 셀(solar cells)로부터의 출력에 의해 충전 가능한 소스들. 배터리들은, 왜냐하면, 그들은 무겁기 때문에, 바람직하게는 상기 수영체의 컨테이너 바디(container body) 내에 놓인다. 예를 들어 4-6 볼트의 납산 배터리(lead acid batteries)일 수 있다.
(6) 상기 부유체에 안착되는 태양 전지 패널(solar panel) 또는 태양 전지 셀(solar cell)과 같이, 태양 에너지를 이용하기 위한 수단.
(7) 센서, 이 용어는 어떠한 관찰 가능한 조건에서의 변화를 알리고, 또는 변화에 대응하는 장치를 칭하는데 사용된다. 따라서, 상기 센서는, 예를 들어, 컴파스, 자이로스코프, 온도 센서, 압력 센서, 가시 광선, 자외선 또는 적외선과 같은 전자기 방사선(electromagnetic radiation) 형태의 센서, 염도 센서(salinity sensor)와 같은 화학 센서, 자기계(magnetometer), 생체 센서(biological sensor), 지질 세서(geological sensor), 조류 센서(water current sensor), 깊이 센서(depth sensor), 속도계(speedometer), 해양층(sea floor)을 촬영하기 위한 장비, 풍속, 강우량(rainfall), 또는 기압(barometric pressure)과 같이 날씨 또는 다른 기후 변화를 감지하기 위한 센서, 또는 수중 청음기(예를 들어 고래 또는 다른 해양 생물체에 의하여 만들어지는 소리를 감지하기 위한 수중 청음기)와 같이, 다양한 종류의 과학적 장치 또는 감시 장치 중의 하나일 수 있다. 다른 실시예로서, 본 발명의 이동체는 종래의 추진을 위한 구성(propulsion components) 또는 다른 시끄러운 구성을 요하지 않기 때문에, 소음에 민감한 장치(noise-sensitive devices)에 우수한 플랫폼을 제공하며, 다른 구성, 예컨대 다른 수상 이동체들에 의하여 수반되는 소음에 민감한 장치에 어떠한 역효과도 가지지 않는다.
(8) 모터 구동 추진기와 같은 보조 추진 수단.
(9) 플랩(flap)과 같은 보조 자세 제어수단(auxiliary attitude control means)
(10) 상기 부유체의 부력을 가역적으로 변경하기 위한 수단. 그러한 수단은, 예컨대, 부력을 증가하기 위하여 공기로 팽창될 수 있고, 부력을 감소하기 위하여 수축될 수 있는 챔버들, 및/또는 부력을 감소시키기 위하여 물로 채워질 수있고, 부력을 증가시키기 위하여 물이 비워질 수 있는 챔버들을 포함한다. 이러한 방법에 있어서, 상기 부유체는 물속에서(잠기는 것을 포함) 원하는 수위로 유지될 수 있다. 부력 감소는, 예를 들어, 불리한 기후 조건(adverse weather conditions)이 상기 이동체를 위험에 처하게 할 때, 특히, 상기 이동체가 상대적으로 작다면, 매우 유익하다. 그러한 챔버들은, 예를 들어 이동체 자체에 구비된 센서들로부터 또는 무선 신호들로부터 입력되는 신호에 반응하는 컴퓨터들에 의하여 제어되는, 단방향 밸브(one-way valves)와 같은, 밸브들을 포함한다. 상기와 같은 챔버들을 팽창시키거나 및/또는 수축하기 위하여 요구되는 에너지는, 상기 부유체를 타격하는 파도로부터 직접 추출되거나, 및/또는 상기 부유체와 수영체의 상대 운동에 의하여 생성되는 파력(waver power)으로부터 추출되거나, 및/또는 저장된 전력으로부터 추출될 수 있다. 예를 들어, 챔버는, 파도에 의하여 타격될 때 펌프로서 기능하고, 상기 밸브의 위치에 따라 상기 챔버를 채우거나 비우는 연질부(flexible portion)를 포함할 수 있다. 다른 방법 또는 부가적인 방법으로, 상기 부유체는, 파도가 높을 때에는 물이 유입되고, 파도가 낮을 때에는 그렇지 않는 하나 또는 그 이상의 유입구(inlets)와, 파도가 낮을 때 물이 배수되는 하나 또는 그 이상의 유출구(outlets)를 가지는 하나 또는 그 이상의 챔버를 포함할 수 있다.
(11) 샘플을 수집하기 위한 장비, 예를 들어, 물, 공기, 수중 생물체, 마다 동물, 식물 또는 미네랄.
(12) 배터리를 충전하기 위하여, 바람 에너지를 이용하기 위한 장비.
(13) 보조 전기 장비, 예를 들어, 등불(lights), 표지(beacons), 또는 프로펠러를 구동하기 위한 모터.
(14) 상기 수영체의 움직임 일부 또는 전체를 전기 에너지로 전환하기 위한 수단. 일 실시예로서, 표면 구성(surface components), 예컨대 태양 전지 셀 및/또는 무선 통신(radio), 및 잠긴 구성(submerged component) 등을 동시에 동작시켜, 실시간으로 데이터가 전송되도록 하는 것이 가능하다. 또한, 데이터 수집과 전송 양상(phase)을 교번(alternating)하도록 계획하는 것도 가능하다.
이동체를 원하는 경로로 지휘(Directing the vehicle along a desired path)
본 발명의 사용들에 있어서, 상기 이동체는 상기 부유체 또는 수영체에 부착된 컴퓨터의 조력(aid)과 함께 원하는 지리학적 경로(geographical path)를 따르도록 할 수 있다. 상기 컴퓨터는, 예를 들어,
(a) (i) 자기 컴퍼스 또는 자이로스코프(바람직하게는 수영체에 부착된)로부터, (ii) GPS(바람직하게는 부유체에 부착된)와 같은 위성 네비게이션 시스템, 및 (iii) 미리 프로그램된 지형 좌표(geographical coordinates)로부터 컴퓨터로 입력을, 및/또는 무선 명령(radio commands)에 의하여 컴퓨터로 입력을 처리하는데 사용될 수 있고; 그리고,
(b) (i) 상기 부유체와 수영체 중 하나 또는 모두에 설치된, 바람직하게는 수영체에 설치된 방향타 또는 방향타들을 제어하는 방향타 제어 시스템(rudder control system)으로 명령을 출력하고, (ii) 만일 상기 이동체가 보조 제어 또는 추진 수단을 가지고 있다면, 그러한 수단으로 명령을 출력하는데 사용될 수 있다. 컴퓨터로의 입력은, 다른 소스들(sources)로부터 바람과 조류(currents)를 계산하는데 유용한 데이터를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 사용에 있어서, 상기 이동체는 상기 부유체 또는 수영체, 또는 모두에 부착된 컴퓨터를 이용함으로써, 결정된 경로를 향하게 되며, 상기 컴퓨터는,
(a) 상기 이동체 자체에 부착된 센서로부터, 또는 하나 또는 그 이상의 이동체가 본 발명의 이동체인, 이동체 네트워크(network of vehicles)로부터 입력을 처리하는데 사용되며,
(b) (i) 상기 부유체와 수영체 중 하나 또는 모두에 설치된, 바람직하게는 수영체에 설치된 방향타 또는 방향타들을 제어하는 방향타 제어 시스템(rudder control system)으로 명령을 출력하고, (ii) 만일 상기 이동체가 보조 제어 또는 추진 수단을 가지고 있다면, 그러한 수단으로 명령을 출력하는데 사용된다. 이러한 방법으로, 예를 들어, 수중 청음기, 자기계 또는 이동체에 설치된 다른 센서는 물속 또는 물위 또는 해저(seabed)에 존재하는 물체, 예컨대 배 또는 다른 부유하거나 잠긴 물체, 또는 고래 또는 다른 바다 생물체(sea creature)의 존재를 확인할 수 있으며, 상기 이동체는 그러한 물체에 관련한 경로를 따르도록, 예컨대 그러한 물체의 존재 또는 움직임을 추적하도록 지휘될 수 있다.
상기 이동체의 작동은 무선 제어국(remote control station)으로부터 전송되는 신호 및/또는 상기 이동체 자체에서 생성되는 신호에 의하여 제어될 수 있으며, 선택적으로 상기 이동체 자체의 일부를 형성하는 하나 또는 그 이상의 미리 프로그램된 명령 구조와 결합되어 제어될 수 있다. 상기 이동체가 고정된 지점에 유지되도록 하는 방법(스테이션 키핑(station-keeping)) 중 하나는, 상기 이동체가 일정 간격, 예컨대 1-10분,으로 상기 고정된 지점을 향하여 이동하도록 하는 것이다. 만일, 상기 이동체가 상기 고정된 지점을 벗어난 경우에, 간격의 끝에서 방향을 전환한다. 상기 밧줄의 꼬임의 위험을 감소하기 위하여, 연속적인 (방향)전환은 바람직하게, 시계 방향 및 반시계 방향이고, 상기 각각의 전환은 바람직하게, 상기 밧줄의 꼬임을 회피하는 것과 일치하는 만큼 작다. 다른 방법은, 상기 이동체가 일반적으로 8자 형상의 경로를 따라 이동하도록 하는 것으로, 상기 경로의 중심은 상기 고정된 지점이고, 상기 경로의 수직축은 임의의 바다 조류(ocean current)과 정렬되도록 한다. 상기 이동체는, 상기 각각의 전환 사이의 직선을 따르고, 다시 연속적인 전환은 시계 방향 및 반시계 방향이며, 상기 경로의 직선 구간(straight section)에 의하여 정의되는 영역(zone) 바깥에서 소요된 시간이 중요하다면, 상기 전환 각각은, 바람직하게, 상기 밧줄 꼬임의 회피와 일치하는 만큼 작다.
많은 응용 분야에 있어서, 상기 이동체의 속도를 제어할 필요는 없다. 그러나, 그러한 제어가 요구된다면, 상기 제어는, 적은 추진력이 요구될 때 핀 효율을 감소하기 위하여, 상기 핀이 날개 짓( to feather)을 하도록 하고, 상기 핀이 경직된 상태를 유지하면서, 핀의 공격 각도(angle of attack)를 제어하는 것과 같은 측정에 의하여 제공될 수 있다. 만일 상기 수영체 몸체의 각 측면에 핀이 제공된다면, 이러한 측정들은 역시 상기 수영체의 방향을 제어하는데 사용될 수 있다.
보관 및 발전(Storage & Deployment)
상기 수영체를 보관하고 이송하는데 더욱 용이하게 하기 위하여, 상기 핀과 수영체 몸체 사이의 부착 지점은, 상기 수영체가 핀축이 몸체축과 평행하게 보관되는 것을 가능하게 하고, 상기 핀이 작동 위치(operating position)로 90도 회전가능하게 하는 피봇 조인트(pivot joint)를 포함할 수 있다. 이러한 조인트는, 상기 핀이 작동 위치에서 잠겨질 수 있도록 하는, 탄성 부재일 수 있고, 멈춤쇠 또는 이와 유사한 것이 구비될 수 있다.
도면.
도 1은, 부유체(11)가 밧줄(31)에 의하여 수영체(21)가 연결되는 것을 보여준다. 상기 부유체는, 태양 전지 패널(112), GPS 리시버(113), 안테나(114), 및 전장 박스(electronics box)(115)가 안착되는 몸체(111)를 포함한다. 방향타(116)는 상기 부유체의 후측에 고정된다. 하부 레그(lower legs)(311,312)와 함께 역 Y 형상을 가지는 밧줄(31)은 상기 부유체와 수영체를 연결한다. 상기 수영체는 원추형 두부(nose cone)(212)을 가지는 몸체(211)를 포함한다.
핀 시스템(213,214)은 상기 몸체(211)의 외측에 안착된다. 상기 밧줄의 레그(311)를 위한 전기 창구(electrical pass-through)(215), 배터리(216), 컨트롤 일렉트로닉스(217), 방향타 서보 메카니즘(rudder servo mechanism)(218) 및 방향타 로드 창구(rudder rod pass-through)(219)들이 상기 몸체(211)에 둘러싸인다. 방향타(222)는 상기 수영체 몸체의 후측에 안착되고, 방향타 작동 로드(rudder actuation rod)(221)에 의하여 제어된다.
도 2 및 도 3은, 본 발명에서 사용될 수 있는 핀의 단면도이다. (도면)각각은, 예컨대 판금 샌드위치 합성물(sheet metal sandwich composite)로 구성되거나 및/또는 강철심(steel core)을 가질 수 있는 강성 프런트 스파(rigid front spar)와, 예컨대 금속 및/또는 섬유 유리로 구성되는 상대적으로 비연질(inflexible)의 중심 판막부(central sheet section)(2134), 및 상대적으로 연질의 트레일링 판막부(2135)를 포함한다. 도 3에서, 이에 더하여 상대적으로 연질의 전방 판막부(fore sheet section(2133)가 있으며, 상기 연질의 트레일링 판막은 연질의 외부 자켓(flexible outer jacket)(2136)과 일체를 이룬다. 다양한 부분(section)은 접착되거나 리벳(2132)과 같은 고정 부재에 의하여 서로 연결된다.
도 4는, 인장 부재(311), 6쌍의 꼬인 절연 전기 전도체(insulated electrical conductors)(314), 및 유선형의 중합체 자켓(streamlined polymeric jacket)(315)을 포함하는 밧줄(31)의 단면도이다.
도 5는, 이동체가 원하는 경로를 따라 이동하도록 하기 위한 컨트롤 시스템의 블록 다이어그램이다. 다른 컨트롤 시스템이 사용될 수도 있다.
도 6은, 고정된 지점 2 부근의 목표 영역(target zone) 내에 유지되도록 이동체에 의하여 반복적으로 따르는 일반적으로 8자 형태의 경로를 보여준다(상기 경로가 목표 영역 밖으로 전환하는 경우는 제외). 상기 경로의 축은 바다 조류(ocean current)과 정렬(일치)된다. 상기 이동체는 지점 2를 통과하면서 지점 1과 3 사이에서 직선 경로를 따른다. 지점 3에서, 이동체에 장착된 컨트롤 시스템은, 이동체가 목표 영역의 주위에 도달했음을 알려주고, 이동체가 지점 3과 4 사이에서 반시계 방향으로 전환하도록 방향타를 조작한다. 상기 이동체는, 그러면 다시 지점 2를 통과하면서 지점 4와 5 사이에서 직선 경로를 따른다. 지점 5에서, 상기 컨트롤 시스템은 상기 이동체가 지점 5와 1 사이에서 시계 방향으로 전환하도록 방향타를 조작한다. 만일, 상기 이동체가 파력(wave power)에 더하여 바람 및/또는 조류에 의하여 이동된다면, 상기 이동체가 목표 영역 내에 유지되도록 하기 위하여 보조 추진 수단이 필요할 수 있다.
도 7은, 수영체(21)와 밧줄(31)의 사시도이다. 두 개의 실질적으로 동일한 핀 시스템, 각 시스템은 강성 수직 지주(226) 및 핀(213)을 포함함,은 수영체 몸체(211)에 고정된다. 밧줄 레그(311,312)는 상기 지주(226)의 상단에 부착된다. 핀 각각은, 상기 핀이 상기 수영체 몸체를 타격하지 않고 작동할 수 있도록 하는 형상으로 이루어지는, 상대적으로 강성인 프런트 스파(rigid front spar)(2131)와 상대적으로 연질인 후미부(flexible rear section)(2135)를 포함한다; 상기 핀은, 상대적으로 더 크거나 더 적은 연성을 가지는 하나 또는 그 이상의 중간부(intermediate section)(미도시)를 선택적으로 포함한다. 힌지 구조(2262)는, 프런트 스파(2131) 각각에 볼트 결합되고, 상기 지주(226)에 고정된 피봇축(pivot shaft)을 중심으로 회전한다. 네 개의 토션 바(2263) 각각은, 상기 프런트 스파의 회전에 따라 원하는 제어각(desired degree of control)을 제공하기 위하여 선택되는 위치(location)로서, 일단이 수직 지주들 중 하나에 고정되고, 타단이 프런트 스파에 고정된다. 핀 각각은, 예컨대, 일반적으로 도 2 또는 도 3에 보여지는 단면을 가질 수 있다. 강성 수직 핀(222,223)은 상기 수영체 몸체의 리딩 엔드와 트레일링 엔드에 각각 고정된다. 핀(223)은 고정된다. 핀(222)은 수직축에 대하여 회전하도록 제어될 수 있다.
도 8은, 상기 수영체가 웨이브 모션(wave motion)에 의하여 상하로 당겨질 때 도 7의 핀의 형상이 어떻게 변하는지를 보여준다.
도 9는, 수영체(21)와 밧줄(31)의 사시도이고, 도 10은, 도 9의 일부를 보여주는 확대 사시도이다. 각각 강성 수직 지주(226) 및 핀(213)을 포함하는 두개의 실질적으로 동일한 핀 시스템은, 수영체 몸체(211)에 고정된다. 핀 각각은, 상기 핀이 상기 수영체 몸체를 타격하지 않고 작동할 수 있도록 하는 형상으로 이루어지는, 상대적으로 강성인 프런트 스파(rigid front spar)(2131)와 상대적으로 연질인 후미부(flexible rear section)(2135)를 포함한다; 상기 핀은, 상대적으로 더 크거나 더 적은 연성을 가지는 하나 또는 그 이상의 중간부(intermediate section)(미도시)를 선택적으로 포함한다. 힌지 바(2262)는, 프런트 스파(2131) 각각에 볼트 결합된다. 바(2265)는 힌지 바(2262)에 고정된다. 각 바(2265)의 일단은 지주(226)들 중 하나의 상단 피봇축에 회전 가능하게 결합되고, 타단은 길이방향 바(2266)에 회전 가능하게 결합되며, 상기 길이방향 바(2266)는 각 지주에 부착된 바(2265)들을 연결한다. 스프링(2267)은, 상기 수영체 몸체와 바(2266)에 결합된다. 밧줄(31)은 상기 길이방향 바(2266)에 결합된다. 강성 수직핀(222,223)은 상기 수영체 몸체의 트레일링 엔드와 리딩 엔드에 각각 결합된다. 핀(223)은 고정된다(fixed). 핀(222)은 수직축에 대하여 회전하도록 제어될 수 있다. 유사한 실시예로서(미도시), 상기 스프링이, 상기 바(2266) 대신 상기 바(2265)에 회전 가능하게 부착될 수 있다.
도 11A 내지 11D는, 상기 수영체가 웨이브 모션(wave motion)에 의하여 상하로 당겨질 때 도 9의 핀의 형상이 어떻게 변하는지를 보여준다. 도 11A에서, 상기 수영체는 위로 당겨진다;상기 밧줄 장력은 증가하고, 상기 바(2266)를 위로 당기며, 상기 스프링(2267)을 신장시킨다; 상기 핀들의 리딩 에지는 하측으로 회전하고, 상기 핀의 트레일링부는 상측으로 휘어서, 상기 핀의 바닥면으로부터 추진력을 제공한다;그리고, 상기 수영체 몸체는 상측으로 이동한다. 도 11B에서, 상기 핀의 리딩 에지의 회전이 기계적 한계에 도달한 이후에 상기 밧줄 장력은 높게 유지되고; 상기 핀의 트레일링부는 하측으로 휘어서, 상기 핀의 상부면으로부터 추진력을 제공한다; 상기 수영체는 계속하여 상승한다. 도 11C에서, 상기 밧줄 장력은 감소된다; 상기 스프링(2267)은 상기 바(2266)를 하측으로 당긴다;상기 핀의 리딩부는 상측으로 회전하고, 트레일링부는 하측으로 휘어서, 상기 핀의 상부면으로부터 추진력을 제공한다; 그리고, 상기 수영체는 하측으로 이동한다. 도 11D에서, 상기 밧줄 장력은 낮게 유지된다; 상기 핀의 리딩부는 상측으로 회전하는 상태를 유지하고, 상기 핀의 트레일링부는 상측으로 휘어서, 상기 핀의 바닥면으로부터 추진력을 제공하며; 상기 수영체는 계속해서 하측으로 이동한다.
도 12 내지 도 21은 본 발명에 따른 다른 수상 이동체의 수영체를 보여준다. 각 도면에서, 수영체(21)는 무게 중심(230)을 가지고, 수영체 몸체(211), 원추형 두부(nose cone)(212) 및 방향타(222)를 포함한다. 수직축(226) 및 하나 또는 그 이상의 핀을 포함하는 핀 시스템이 상기 수영체 몸체에 결합되며, 핀 각각은 둘 또는 그 이상의 연성 내측부(flexible inner section)(2133), 강성부(rigid section)(2134) 및 연성 외측부(flexible outer section)(2135)를 포함한다.
도 12 내지 도 16에서, 단일 지주가 있고, 밧줄(31)은 상기 지주의 상단에 결합된다. 도 12 내지 도 14에서, 단일 핀의 리딩 에지는 상기 지주의 중간 위치(intermediate position)에 고정된다. 도 15 및 도 16에서, 핀의 리딩 에지는 상기 지주의 중간 위치에서 피봇 지점(2261)을 중심으로 회전 가능하게 결합된다. 도 16에서, 멈춤부(2268)은 상기 핀의 리딩 에지의 회전을 제한한다.
도 17에서, 상단에 회전 가능하게 결합되는 바(2265)를 가지는 단일 지주가 있다. 상기 핀의 리딩 에지는 상기 바(2265)의 일단에 결합되고, 밧줄(31)은 상기 바(2265)의 타단에 결합된다. 상기 바(2265)의 회전은 상기 지주와 상기 바에 결합되는 스프링(2267)에 의하여 제어된다. 도 18은, 세 개의 바(2265)에 핀이 부착되고, 상기 밧줄(31)이 최상측 바에 결합되며, 세개의 바 전부의 상단과 수영체 몸체에 결합되는 선(line)이 스프링(2267)을 포함하는 것을 제외하고는 도 17과 유사하다. 도 19는, 핀이 부착된 세 개의 바(2265)가 수평하게 배열되고, 바 각각의 일단은 두 개의 수직 지주(226)에 부착되는 하부 수평바에 회전 가능하게 결합되고, 타단은 상부 수평바(2266)에 회전 가능하게 결합되는 것을 제외하고 도 18과 다소 유사하다. 상기 바(2265)의 회전은 상부 수평바와 수영체 몸체에 결합되는 스프링(2267)에 의하여 제어된다.
도 20 및 도 21에서, 상단에 회전 가능하게 결합되는 바(2265)를 가지는 단일 지주가 있다. 상기 핀의 리딩 에지는 상기 바(2265)의 일단에 결합된다. 상기 밧줄(31)의 하부 레그(311,312)는 상기 바(2265)의 단부에 결합되고, 레그(312)는 스프링(2267)을 포함한다. 상기 바(2265)의 회전은 연질 라인(flexible line)(2268)에 의하여 제한된다. 고정된 수평 스태빌라이저 핀(225)은 상기 수영체 몸체의 트레일링 단부에 결합된다.
도 22A 내지 도 22C는 고정된 수평 스태빌라이저(225)를 가지는 강성 후미부(214)를 가지는 수영체 몸체(21); 수직면에서 탄성 변형 가능하되 수평면에서는 실질적으로 변형되지 않는 중심부(central section)(228); 및 강성핀(213)이 결합되는 강성 전면부(212)를 포함하는 수영체의 다른 형태를 보여준다. 밧줄(31)은 전면부(212)에 결합된다. 도 22A에서, 상기 수영체는 정수에 있다. 도 22B에서, 상기 수영체는 상측으로 당겨지고 있다. 도 22C에서, 밧줄 장력이 떨어지고, 상기 수영체의 중량은 상승 중심의 전방에 있으며, 전면부가 하측으로 틸팅되도록 한다. 도 23은 도 22에서 보여지는 수영체와 유사한 방법으로 작동하는 수영체를 보여준다. 상기 강성 핀(213)은 상기 강성 수영체 몸체(211)를 기준으로 히전하며, 상기 밧줄은 상기 핀과 수영체 몸체를 기준으로 회전하고, 하단부에서 중량(226)의 안정화를 수행하는 지주(226)의 상단에 부착된다.
도 24 및 도 25는, 정렬된 축을 중심으로 회전하고, 상기 수영체 몸체의 외주(outbord) 지점에서 상기 밧줄(31)의 바텀 레그(bottom legs)(315,316)를 가르지도록 연결되는 두 개의 핀(233)을 포함한다. 도 24에서 보여지는 수영체는 또한, 상기 수영체 몸체의 리딩 엔드(leading end)에 고정되는 강성 수직핀(223)을 포함한다.
도 26A 내지 도 26C는, 수상 이동체의 수영체의 평면(top), 측면(side) 및 정면도(front view)이고, 도 26D는 도 26B의 전면의 확대도이다. 도면들은, 밧줄(31); 원추형 두부(212), 방향타(222) 및 무게중심(COG)(230)을 가지는 수영체 몸체(21); 및 수직 지주(226), 수평 바(2265), 및 다수의 동일 핀들을 포함하는 핀 시스템을 보여준다. 핀 각각은, 피봇 지점(pivot point)(2261)에서 상기 바(2265)에 회전가능하게 부착되며, 상기 핀의 회전을 제어하는 스프링(2267)에 의하여 상기 바(2265)에 결합된다. 핀 각각은, 실질적으로 강성인 리딩 에지(2131), 상대적으로 비연질인 중심부(inflexible central section)(2134), 및 상대적으로 연질인 트레일링부(flexible trailing section)(2135)을 포함한다. 유사한 실시예로서, 핀의 수는, 예컨대, 3-8, 예컨대 5개일 수 있고, 상기 바(2265) 및 스프링(2267)은 각 핀의 이동이 단일 스프링에 의하여 제어되도록 형성될 수 있다.
도 27A 내지 27D는, 물과의 상호 작용에 의한 다른 양상들(different phases)을 통과할 때 (나타나는) 수영체의 다른 자세들(different attitudes)을 보여준다. 상기 이동체는, 부유체(11), 밧줄(31), 및 몸체(211)와 상기 몸체(211)의 양면에서 연장되는 핀을 포함하는 수영체(21)를 포함한다. 상기 핀은 상기밧줄의 축에 직교하고, 수영체 몸체 축(2117)에 직교하는 핀축(2137)을 중심으로 회전한다. 상기 핀은, 상기 이동체가 휴지(at rest) 상태(도 27A)일 때, 및 글라이드 양상(glide phase)(도 27C) 동안, 상기 몸체축(2117)에 평행한 코드축(chord axis)(2138)을 가지며, 연 양상(kite phase)(도 27D) 동안 상기 몸체 축(2117)과 각을 이룬다.

Claims (12)

  1. 삭제
  2. (1) 부유체(11);
    (2) 수영체(21);
    (3) 상기 부유체와 수영체를 연결하는 밧줄(31); 및
    (4) 컴퓨터 시스템(115)을 포함하고,
    상기 부유체, 수영체 및 밧줄은, 이동체가 정수에 있을 때:
    (i) 상기 부유체가 수면 근처 또는 수면 위에 있고;
    (ii) 상기 수영체가 상기 부유체 아래로 잠기고;
    (iii) 상기 밧줄이 인장 상태에 있으며,
    상기 이동체가 파도치는 물에 있을 때, 상기 수영체는 물과 상호작용하여 상기 부유체가 수평 방향으로 이동하도록 하는 힘을 생성하고,
    상기 부유체는 위성 기반 위치 센서(113)를 포함하고,
    상기 수영체는, (a) 수평면에서 방향을 감지하는 수평 센서(217), 및 (b) 조타 작동기(222)를 포함하고,
    상기 컴퓨터 시스템은, (a) 상기 위치 센서, 상기 수평 센서 및 상기 조타 작동기에 연결되고, (b) 상기 위치 센서 및 상기 수평 센서로부터 수신한 신호에 응답하거나, 상기 이동체 상의 센서로부터 수신한 신호에 응답하여 상기 조타 작동기를 제어하는 명령어를 포함하거나 포함하도록 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 파동력 수상 이동체.
  3. 파동력 수상 이동체로부터 획득되거나 상기 파동력 수상 이동체에 의해 기록된 분석 정보를 포함하는 정보를 획득하는 방법에 있어서,
    상기 파동력 수상 이동체는:
    (1) 부유체(11);
    (2) 수영체(21);
    (3) 상기 부유체와 수영체를 연결하는 밧줄(31); 및
    (4) 컴퓨터 시스템(115)을 포함하고,
    상기 부유체, 수영체 및 밧줄은, 이동체가 정수에 있을 때:
    (i) 상기 부유체가 수면 근처 또는 수면 위에 있고;
    (ii) 상기 수영체가 상기 부유체 아래로 잠기고;
    (iii) 상기 밧줄이 인장 상태에 있으며,
    상기 이동체가 파도치는 물에 있을 때, 상기 수영체는 물과 상호작용하여 상기 부유체가 수평 방향으로 이동하도록 하는 힘을 생성하고,
    상기 부유체는 위성 기반 위치 센서(113)를 포함하고,
    상기 수영체는, (a) 수평면에서 방향을 감지하는 수평 센서(217), 및 (b) 조타 작동기(222)를 포함하고,
    상기 컴퓨터 시스템은, (a) 상기 위치 센서, 상기 수평 센서 및 상기 조타 작동기에 연결되고, (b) 상기 위치 센서 및 상기 수평 센서로부터 수신한 신호에 응답하거나, 상기 이동체 상의 센서로부터 수신한 신호에 응답하여 상기 조타 작동기를 제어하는 명령어를 포함하거나 포함하도록 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 정보 획득 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 정보는 (i) 상기 파동력 수상 이동체의 일부인 통신 장비에 의해 통신되는 신호, 및 (ii) 상기 파동력 수상 이동체의 일부인 모니터링 또는 센싱 장치에 의해 수집된 데이터를 반영하는 신호로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 정보 획득 방법.
  5. 파동력 수상 이동체의 기능을 제어하는 방법에 있어서,
    상기 기능 제어 방법은 파동력 수상 이동체로 신호를 송신하는 단계를 포함하며,
    상기 파동력 수상 이동체는:
    (1) 부유체(11);
    (2) 수영체(21);
    (3) 상기 부유체와 수영체를 연결하는 밧줄(31); 및
    (4) 컴퓨터 시스템(115)을 포함하고,
    상기 부유체, 수영체 및 밧줄은, 이동체가 정수에 있을 때:
    (i) 상기 부유체가 수면 근처 또는 수면 위에 있고;
    (ii) 상기 수영체가 상기 부유체 아래로 잠기고;
    (iii) 상기 밧줄이 인장 상태에 있으며,
    상기 이동체가 파도치는 물에 있을 때, 상기 수영체는 물과 상호작용하여 상기 부유체가 수평 방향으로 이동하도록 하는 힘을 생성하고,
    상기 부유체는 위성 기반 위치 센서(113)를 포함하고,
    상기 수영체는, (a) 수평면에서 방향을 감지하는 수평 센서(217), 및 (b) 조타 작동기(222)를 포함하고,
    상기 컴퓨터 시스템은, (a) 상기 위치 센서, 상기 수평 센서 및 상기 조타 작동기에 연결되고, (b) 상기 위치 센서 및 상기 수평 센서로부터 수신한 신호에 응답하거나, 상기 이동체 상의 센서로부터 수신한 신호에 응답하여 상기 조타 작동기를 제어하는 명령어를 포함하거나 포함하도록 프로그래밍 가능한 것을 특징으로 하는 기능 제어 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 파동력 수상 이동체는 기지국으로부터 신호를 수신하는 통신 장비(114)를 포함하고,
    상기 신호는 상기 기지국으로부터 오는 신호이며,
    컴퓨터는 상기 신호를 포함하는 입력을 처리하는 것을 특징으로 하는 기능 제어 방법.
  7. 핀 시스템에 있어서,
    (1) 종축을 갖는 프레임(226, 2265);
    (2) 복수의 핀(213)으로서, 각각의 핀은 (i) 상기 프레임에 장착되고, (ii) 상기 프레임의 종축을 가로지르는 회전축에 대하여 회전 가능하고, 핀 시스템이 물에 잠기는 경우, 핀은 단지 핀과 물의 상대적인 움직임에 의해 회전하는, 복수의 핀; 및
    (3) (i) 핀의 일부가 아니며, (ii) 적어도 하나의 핀에 연결되고, 그리고 (iii) 상기 핀이 상기 회전축에 대하여 회전함에 따라 형상이 변하여, 상기 핀의 회전을 제어하거나 제어를 도와주는 적어도 하나의 탄성적으로 변형 가능한 부재(2267)를 포함하는 것을 특징으로 하는 핀 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    (A) 상기 프레임은 (i) 강성의 바(2265) 또는 (ii) 정렬된 사이드 레일을 포함하고,
    (B) 상기 각각의 핀은, (i) 상기 강성의 바의 양측에서 가로질러 연장되거나 (ii) 정렬된 사이드 레일들 사이에 장착되는, 일반적으로 층류인 핀이고,
    (C) 상기 핀 시스템은 복수의 탄성적으로 변형 가능한 부재를 포함하고, 각각의 탄성적으로 변형 가능한 부재는 상기 프레임 및 하나의 핀에 연결되는 것을 특징으로 하는 핀 시스템.
  9. 제 8항에 있어서,
    각각의 탄성적으로 변형 가능한 부재는 상기 프레임의 고정된 지점으로부터 핀들 중 하나 상의 고정된 지점까지 연장되는 것을 특징으로 하는 핀 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    각각의 탄성적으로 변형 가능한 부재는 (i) 연결된 핀의 회전 횡축 뒤에 있는 상기 프레임 상의 고정 지점으로부터, (ii) 연결된 핀의 회전 횡축 뒤에 있는 상기 연결된 핀 상의 고정 지점까지 연장되는 것을 특징으로 하는 핀 시스템.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 수영체(21)는 핀 시스템을 포함하고, 상기 핀 시스템은:
    (a) 수영체 몸체에 결합되고,
    (b) 핀(213)을 포함하며, 그리고
    (c) 이동체가 파도치는 물에 있을 때,
    (i) 웨이브 모션에 의해 변화하는 구조를 가지며,
    (ii) 물과 상호작용하여 수평 방향으로 수영체를 이동시키는 힘을 생성하는 것을 특징으로 하는 파동력 수상 이동체.
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