KR101325593B1 - 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상기 수중운동체에 대한 제어력이 향상되도록 상기 수중운동체의 길이방향으로 따라 형성되어 상기 수중운동체의 둘레에 설치되는 수직끝판이 구비되는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에 관한 것이다.
본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체는, 반경 방향으로 연장되게 형성되는 고정판(21)과, 상기 고정판(21)의 후미에 전단이 회전가능하게 설치되는 가동판(22)을 포함하는 원통형 수중운동체에 있어서, 상기 가동판(22)의 상단부에 상기 수중운동체(10)의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되어, 상기 가동판(22)과 수직하게 설치되는 제1 수직끝판(23a)이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

Description

부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체{UNDER WATER BODY WITH END-PLATE ATTATACHED TO PARTIALLY MOVABLE RUDDER}

본 발명은 원통형 수중운동체의 추진을 제어하기 위한 수중운동체의 추진 제어용 날개가 후미에 설치된 수중운동체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 상기 수중운동체에 대한 제어력이 향상되도록 상기 수중운동체의 길이방향으로 따라 일정한 폭으로 형성되어 상기 수중운동체의 둘레에 설치되는 수직끝판이 구비되는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에 관한 것이다.

어뢰와 같이 수중에서 운동하는 원통형(圓筒形) 수중운동체의 후미에는 추진력을 발생하는 프로펠러, 상기 프로펠러를 보호하는 덕트 등이 설치되고, 상기 원통형 수중운동체가 수중에서 추진방향을 제어할 수 있도록 추진 제어용 날개가 설치된다.

예컨대, 수중운동체(10)의 후미에 도 1에 도시된 바와 같은 추진 제어용 날개가 설치된다. 상기 추진 제어용 날개는 고정판(121)이 상기 수중운동체(10)의 반경방향으로 간격을 두고 형성되고, 상기 고정판(121)의 일부에 상기 판(121)의 선단에 회전가능하게 가동판이 설치된다. 상기 고정판(121)은 상기 수중운동체(10)의 둘레를 따라 복수로 형성되고, 가동판(122)이 그 선단이 상기 고정판(121)에 회전가능하게 상기 고정판(121)의 후미에 설치된다(이하에서는 상기 추진 제어용 날개를 상기 가동판만 회전하므로 '부분가동타'라 한다.)

이러한 부분 가동타는 상기 고정판(121)에 의해 수중운동체(10)의 전반적인 운동이 제어되고, 여기에 추가적으로 상기 가동판(122)을 원하는 각도로 회전시킴으로써 정밀하게 상기 수중운동체의 추진을 제어할 수 있다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에 따른 원통형 수중운동체의 부분 가동타를 보면, 형상이 제한적일 수 밖에 없다.

어뢰와 같은 원통형 수중운동체(10)는 최대 직경이 발사관의 내경이하로 형성되는 바, 상기 부분 가동타, 즉 고정판(121)과 가동판(122)의 크기와 형상이 한정될 수 밖에 없다.

종래 기술에 따른 추진 제어용 날개에 따르면, 상기와 같은 형상의 제한에 의해서 수중운동체의 추진 제어용 날개의 끝부분에서는 추진 제어용 날개의 양쪽면 사이의 압력 차이에 의해서, 압력이 높은 부분에서 압력이 낮은 부분으로 유체가 이동하면서 볼텍스(vortex)가 발생한다.

예컨대, 도 2에는 상기와 같은 원통형 수중운동체의 추진 제어용 날개 중 가동판(122)에 의한 와도의 분포가 도시되어 있다. 도 2를 보면, 가동판의 길이방향의 n배 되는 곳에서의 와도가 분포되어 있는데, 적색으로 표시된 부분이 크고, 그 색도 진하게 도시되어 있어서 가동판(122)에 의한 많은 와도가 발생함을 알 수 있다.

이러한 볼텍스는 양력의 감소와 저항의 증가를 유발하게 되므로 상기 수중운동체(10)의 추진력이 감소되는 현상은 물론 정밀하게 상기 수중운동체(10)를 제어하지 못하는 문제점을 유발한다.

한편, 하기의 선행기술문헌은, '수중 이동체의 운동 제어 시스템 및 그 시스템이 구비된 수중 이동체'에 관한 것으로서, 수중 이동체의 전면, 후면, 좌측면, 우측면, 상면, 하면에 초음파를 이용한 거리 측정센서를 구비하고 상기 거리 측정센서에서 측정된 정보를 이용하여 수중 이동체의 좌측 모터 및 우측 모터를 효과적으로 제어함으로써, 전력소비가 큰 영상 카메라 등을 사용하지 않고도 수중 이동체가 효과적으로 장애물을 회피할 수 있는 기술에 대하여 개시되어 있다.

KR 10-1142127 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 원통형 수중운동체의 추진 제어용 날개 중에서 가동판 또는 고정판의 상단부에 볼텍스를 감소시켜 제어력을 향상시키고, 구동모멘트를 줄일 수 있도록 상기 수중운동체의 반경방향으로 형성되는 수직끝판을 구비하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체는, 반경 방향으로 연장되게 형성되는 고정판과, 상기 고정판의 후미에 전단이 회전가능하게 설치되는 가동판을 포함하는 원통형 수중운동체에 있어서, 상기 가동판의 상단부에 상기 수중운동체의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되어, 상기 가동판과 수직하게 설치되는 제1 수직끝판이 더 포함되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 수직끝판은 그 단면의 상측이 원호형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 수직끝판은 그 단면의 상측이 상기 수중운동체가 장전되어 발사되는 발사관의 내측면에 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정판과 상기 가동판은 상기 수중운동체의 둘레를 따라 동일한 각도간격을 두고 복수로 형성되고, 상기 복수의 가동판마다 상기 제1 수직끝판이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정판의 상단부에 상기 수중운동체의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되고, 상기 고정판과 수직하도록 설치되며, 상기 수중운동체의 둘레 방향으로 형성되는 제2 수직끝판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 수직끝판은 그 단면의 상측이 원호형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 수직끝판은 그 단면의 상측이 상기 수중운동체가 발사되는 발사관의 내측면의 곡률과 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 고정판은 상기 수중운동체의 둘레를 따라 동일한 각도간격을 두고 복수로 형성되고,

상기 복수의 고정판마다 상기 제2 수직끝판이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 수직끝판의 전단은 원호형상으로 형성되고, 상기 제2 수직끝판의 후단은 상기 제1 수직끝판의 전단과 선접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 수직끝판의 후단은 상기 제1 수직끝판의 전단의 곡률과 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에 따르면, 고정판 또는 가동판의 단부에 상기 수중운동체의 둘레에 설치되는 수직끝판에 의해서, 상기 고정판 또는 상기 가동판의 단부에서 발생하는 볼텍스를 감소시킨다.

상기 고정판과 가동판의 단부에서 볼텍스가 감소되므로, 볼텍스에 의한 양력의 저하, 저항 증가를 감소할 수 있어서, 수중운동체의 대한 추진 제어용 날개의 제어력이 향상된다.

또한, 수중운동체에 대한 추진 제어용 날개의 제어력이 향상되므로, 동일한 제어력을 발생시키기 위해서 상기 추진 제어용 날개 중에서 가동판을 구동시키는데 필요한 구동력을 감소시킬 수 있다.

아울러, 동일한 제어력을 발휘하기 위해서 적은 구동력이 필요하므로, 원통형 수중운동체의 후미부의 공간의 설계 자유도가 향상될 수 있고, 구동에 소요되는 부품의 크기를 줄일 수 있어서 추가로 확보되는 공간에 근접자기센서 등과 같은 추가 장치를 설치하는 공간으로 활용할 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 원통형 수중운동체의 추진 제어용 날개를 도시한 사시도.
도 2는 종래기술에 따른 원통형 수중운동체의 추진 제어용 날개에 의한 와도 분포를 도시한 그래프.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 설치된 원통형 수중운동체의 후미부를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 정면도.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 평면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체의 후면을 도시한 측면도.
도 8은 도 7의 확대도.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에서 화도의 분도를 측정하기 위한 모델링하기 위한 형상을 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에 의한 와도의 분포를 도시한 그래프.
도 11은 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에서 가동판의 회전에 의한 Y축방향의 힘을 도시한 그래프.
도 12는 본 발명의 제1 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에서 가동판을 회전시키기 위해 소요되는 토크를 도시한 그래프.
도 13은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 사시도.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 정면도.
도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 평면도.
도 16은 본 발명의 제2 실시예에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체를 도시한 측면도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체는, 가동판(22)의 상단부 또는 고정판(21)의 상단부에 상기 수중운동체(10)의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되어, 상기 가동판(22) 및 고정판(21)과 수직하도록 상기 수중운동체(10)의 둘레에 설치되는 되는 수직끝판(23a)(23b)이 포함된다.

제1 수직끝판(23a)은 상기 가동판(22)의 길이방향을 따라, 가동판(22)의 상단부에 상기 가동판(22)과 수직하게 설치된다.

상기 제1 수직끝판(23a)은 상기 가동판(22)의 상단부, 즉 상기 수중운동체(10)의 축중심으로부터 가장 먼 곳에 설치된다.

또한, 상기 가동판(22)의 길이방향을 따라 형성되는데, 상기 가동판(22)의 일부 길이에 형성될 수도 있고, 바람직하게는 상기 제1 수직끝판(23a)의 전체 길이방향을 따라 형성된다.

이때, 상기 제1 수직끝판(23a)은 상기 가동판(22)과 수직하게 설치된다. 상기 제1 수직끝판(23a)과 상기 가동판(22)이 수직하게 설치되는 바, 상기 제1 수직끝판(23a)은 상기 수중운동체(10)의 길이방향을 따라 일정한 폭을 갖도록 형성된다.

따라서, 상기 제1 수직끝판(23a)이 상기 가동판(22)에 설치된 상태를 후방에서 바라보면 'T'자와 같은 형상을 갖는다.

특히, 상기 제1 수직끝판(23a)은 상기 수중운동체(10)가 발사관(15)의 내부 장전되는 바, 상기 제1 수직끝판(23a)의 상부면의 형상은 상기 발사관(15)의 내측면에 밀접된 상태가 되므로, 상기 발사관(15)의 내측면에 접하는 상기 제1 수직끝판(23a)의 단면의 상측(도 7 및 도 8 참조)이 원호형상을 갖는다.

그리고, 더 바람직하게는 상기 제1 수직끝판(23a)의 상부면의 곡률은 상기 발사관(15)의 내측면의 곡률과 같게 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 제1 수직끝판(23a)이 상기 수중운동체(10)의 둘레를 따라 동일하게 정해진 각도간격을 두고 고정판(21)이 복수로 설치되고, 각 고정판(21) 마다 상기 가동판(22)이 설치되므로, 결과적으로 상기 제1 수직끝판(23a)도 복수로 구비되어 상기 수중운동체(10)의 둘레를 따라 정해진 각도간격을 두고 배치된다.

제2 수직끝판(23b)은 상기 고정판(21)의 상단부에, 상기 고정판(21)의 길이를 따라 일정한 폭을 갖도록 형성되고, 상기 고정판(21)과 수직하게 설치된다.

상기 제2 수직끝판(23b)도 상기 발사관(15)의 내측면에 밀접되도록 상기 고정판(21)의 가장 외곽인 상단부에 형성된다.

상기 제2 수직끝판(23b)은 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 고정판(21)의 일부 길이만큼 형성되거나, 또는 도면으로 도시되지는 않았지만, 전체 길이만큼에 대하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 제2 수직끝판(23b)은 상기 고정판(21)과 수직한 방향으로 형성되는 바, 상기 고정판(21)과 상기 제2 수직끝판(23b)이 연결되는 부분의 단면은 'T'자 형태가 된다.

아울러, 상기 제2 수직끝판(23b)도 단면에서 상기 발사관(15)의 내측면에 접하는 단면의 상측이 원호형상을 갖고, 바람직하게는 상기 원호형상이 상기 발사관(15)의 내측면의 곡률과 동일하도록 형성되어 상기 제2 수직끝판(23b)의 상부면은 상기 발사관(15)의 내측면에 밀접된다. 여기서, 상기 제2 수직끝판(23b)은 상기 제1 수직끝판(23a)과 동일한 단면, 특히 단면의 상측이 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제2 수직끝판(23b)은 상기 수중운동체(10)의 둘레를 따라 복수로 형성된 고정판(21)마다 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 상기 제2 수직끝판(23b)은 상기 제1 수직끝판(23a)과 동일한 단면구조로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제2 수직끝판(23b)의 후단은 상기 제1 수직끝판(23a)과 접하도록 형성된다.

이때, 상기 제1 수직끝판(23a)이 형성되는 가동판(22)은 제2 수직끝판(23b)이 형성되는 고정판(21)에 대하여 회전가능하게 설치되는 것이므로, 상기 제1 수직끝판의 전단은 원호형상으로 형성되고, 상기 제2 수직끝판(23b)의 후단은 상기 제1 수직끝판(23a)의 전단과 일정거리 이격되게 형성된다. 특히, 상기 제2 수직끝판(23b)의 후단은 상기 제1 수직끝판(23a)의 전단의 곡률과 동일하도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체의 작용에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

상기 제1 수직끝판(23a)이 상기 가동판(22)의 상단부에 형성되어 있어서, 상기 가동판(22)의 단부에서 압력차에 의해 발생하는 볼텍스를 감소시켜 추진 제어용 날개, 즉 부분 가동타의 제어력을 향상시킨다.

이를 살펴보기 위해서, 부분 가동타에서 상기 가동판(22)과 상기 제1 수직끝판(23a)을 모델링하여, 상기 제1 수직끝판(23a)의 유무에 따른 와도(vorticity field)분포를 살펴보면, 상기 제1 수직끝판(23a)에 의해서 가동판(22)의 단부에서 발생하는 볼텍스가 감소됨을 알 수 있다.

즉, 상기 가동판(22)과 상기 제1 수직끝판(23a)을 도 9와 같이 모델링하여, 무차원화된 와도 (ωCr/U)의 분포가 측정한 결과가 도 10에 도시되어 있다.

이를 상기 제1 수직끝판(23a)이 구비되지 않은 상태의 무차원화된 와도의 분포가 도시된 도 2와 대비하여 보면, 가동판(22)의 길이(Cr)에 대한 1, 2, 3, 4, 5배 위치에서의 단면에서 적색으로 표시되는 부분의 영역의 면적, 진하기가 감소되어, 볼텍스가 감소되고 있음을 알 수 있다.

한편, 도 11에는 상기 제1 수직끝판(23a)의 유무에 따라 상기 가동판(22)의 회전 각도에 따라 상기 가동판(22)에 작용하는 Y방향(가동판의 면과 수직한 방향)의 힘이 도시되어 있다.

상기 가동판(22)은 상기 고정판(21)에 회전가능하게 설치되는 것인 바, 회전 각도에 따라서 작용하는 Y방향의 힘이 달라지게 되는데, 이를 도시하면 도 11과 같다. 여기서, 제1 수직끝판(23a)이 부착된 경우에 더 큰 Y방향의 힘을 발생시키고, 큰 제어력을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

아울러, 도 12에는 상기 가동판(22)의 회전 각도로 조정하기 위해 구동축에 소요되는 토크가 도시되어 있다. 도 12를 보면, 상기 가동판(22)을 회전시키기 위해 6도, 9도, 12도로 회전시킬 때, 상기 제1 수직끝판(23a)이 있더라도, 그렇지 않은 경우에 비하여 소요되는 토크는 거의 동일한 것으로 나타났다. 이는 상기 제1 수직끝판(23a)을 부착함으로써 제어력은 증가되었으나, 압력중심이 앞쪽으로 이동함에 따라 모멘트 암이 짧아져 전체적으로 토크의 변화는 큰 차이가 없기 때문이다.

따라서, 상기 도 11과 도 12를 종합하여 보면, 상기 제1 수직끝판(23a)이 설치되더라도, 가동판(22)을 구동시키는데 소요되는 토크를 조금 증가하는데 불구하고, 제어력은 크게 향상됨을 알 수 있다.

10 : 수중운동체 15 : 발사관
21 : 고정판 22 : 가동판
23a : 제1 수직끝판 23b : 제2 수직끝판
121 : 고정판 122 : 가동판

Claims (10)

1. 반경 방향으로 연장되게 형성되는 고정판과, 상기 고정판의 후미에 전단이 회전가능하게 설치되는 가동판을 포함하는 원통형 수중운동체에 있어서,
   상기 고정판은 전단과 후미를 제외한 중간부분이 일정한 폭을 갖는 구간이 형성되고,
   상기 가동판의 상단부에 상기 수중운동체의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되어, 상기 가동판과 수직하게 설치되는 제1 수직끝판과,
   상기 고정판의 상단부에 상기 고정판의 중간부분부터 상기 고정판의 후단까지 상기 수중운동체의 길이방향을 따라서 일정한 폭으로 형성되고, 상기 고정판과 수직하도록 설치되며, 상기 수중운동체의 둘레 방향으로 형성되는 제2 수직끝판을 포함하며,
   상기 제1 수직끝판의 전단은 상기 제2 수직끝판의 후단을 향해 볼록한 원호형상으로 형성되고, 상기 제2 수직끝판의 후단은 상기 제1 수직끝판의 전단으로부터 간격을 두고 일정거리 이격되어 상기 제1 수직끝판의 전단을 수용할 수 있도록 오목하게 원호로 형성되되, 상기 제1수직끝판의 전단과 상기 제2수직끝판의 후단은 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 수직끝판은 그 단면의 상측이 원호형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 수직끝판은 그 단면의 상측이 상기 수중운동체가 장전되어 발사되는 발사관의 내측면에 동일한 곡률로 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 고정판과 상기 가동판은 상기 수중운동체의 둘레를 따라 동일한 각도간격을 두고 복수로 형성되고,
   상기 복수의 가동판마다 상기 제1 수직끝판이 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 수직끝판은 그 단면의 상측이 원호형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 수직끝판은 그 단면의 상측이 상기 수중운동체가 발사되는 발사관의 내측면의 곡률과 동일하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
8. 제1항에 있어서,
   상기 고정판은 상기 수중운동체의 둘레를 따라 동일한 각도간격을 두고 복수로 형성되고,
   상기 복수의 고정판마다 상기 제2 수직끝판이 형성되는 것을 특징으로 하는 부분 가동타에 수직끝판이 부착된 원통형 수중운동체.
   
9. 삭제
10. 삭제

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