KR101353410B1

KR101353410B1 - 수중 운동체

Info

Publication number: KR101353410B1
Application number: KR1020130071623A
Authority: KR
Inventors: 김경무
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2014-01-21

Abstract

본 발명은 동체; 상기 동체의 선단에 형성되는 원판형 공동생성부; 상기 공동생성부의 뒤에 인접하여 형성되는 페어링부;를 포함하는 수중 운동체를 제공하여, 동체 후미까지 초공동 현상을 연장시켜 고속 주행을 가능하게 하며, 초공동 상태에서 주행 방향을 용이하게 변경시킬 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

Description

수중 운동체{Underwater moving body}

본 발명은 수중 운동체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 초공동화 현상(supercavitation)을 유발하여 고속으로 이동하는 수중 운동체에 관한 것이다.

초공동화 현상이란, 물체가 유체로 채워진 공간을 빠른 속도로 이동할 때 물체의 속도에 의한 운동에너지의 증가로 물이 증기압 이하로 떨어지는 상태에 존재할 때 끓는 것과 같은 수증기화하는 현상을 말한다.

그리고 수중 운동체란. 잠수함이나 함정 등에서 발사되는 어뢰를 일례로 들 수 있다. 통상적으로, 이러한 수중 운동체는 원통형으로 길게 형성될 수 있는데, 주행 시, 수중에서 물의 점성으로 인하여 상당한 마찰 저항을 받는다. 때문에, 수중에서 최대 50노트 이상 주행하기가 매우 어려운 상황이다.

특히, 추진기나 엔진과 같은 구동원의 성능 제한으로 인하여 수중 운동체의 주행 성능을 높이는 데 많은 제약이 따른다. 이에, 최근 수중에서 필연적으로 발생하는 마찰 저항을 줄이기 위하여 초공동 현상을 통해 마찰 저항을 감소시키는 방안이 제시되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1195773(2012.10.24. 공개, 이하, 본 문헌이라 한다)에서는 공동생성장치를 구비한 수중 운동체를 제안하고 있다. 본 문헌에서는 바디의 외주면을 덮도록 배치되는 복수의 회전부재들과 가압모듈을 포함하는 구성을 제안하고 있다. 그러나, 이러한 수중 운동체는 복수개의 회전모듈과 이를 회전시키는 가압모듈로 인하여 그 구성이 복잡해지며, 제어가 어려운 문제점이 있다.

또한, 회전부재들을 독립적으로 상하 플랩 운동시키는 구성만으로는 수중 운동체의 방향 전환에 한계가 있는 문제점이 있다.

이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동체 후미까지 초공동 현상이 연장되어 주행 성능을 높일 수 있는 수중 운동체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 초공동 상태에서 용이하게 주행 방향을 전환시킬 수 있는 수중 운동체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동체와, 상기 동체의 선단에 형성되는 원판형 공동생성부와, 상기 공동생성부의 뒤에 인접하여 형성되는 페어링부를 포함하는 수중 운동체를 제공할 수 있다.

바람직하게는, 상기 공동생성부는 상기 동체의 선단에 구동 가능하게 결합할 수 있다.

바람직하게는, 상기 공동생성부의 구동을 조절하는 방향조절부를 포함하며, 상기 방향조절부는, 구동부와, 상기 구동부와 상기 공동생성부를 연결하는 링크부를 포함하여 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 링크부는 상기 공동생성부의 구동축에서 벗어난 상기 공동생성부의 어느 지점에 연결될 수 있다.

바람직하게는, 상기 페어링부는, 상기 동체의 후방으로 갈수록 확장되는 곡면이 둘레를 따라 형성되는 페어링으로 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 상기 페어링부는, 복수 개의 상기 페어링이 상기 동체의 길이 방향으로 연속되게 배치될 수 있다.

바람직하게는, 상기 동체의 후방으로 갈수록 배치되는 상기 페어링의 크기는 커지도록 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 페어링부의 후방에는 상기 페어링부 방향으로 가스를 분출하는 가스분출부가 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 공동 생성부의 중심에는 물 흡입부가 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 동체에는 고체 추진제를 포함하는 제1 추진부와 가수반응 추진제를 포함하는 제2 추진부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 수중 운동체는 동체의 선단에 형성되는 공동생성부와 페어링부를 구비함으로써, 동체 후미까지 초공동 현상을 연장시켜 고속 주행을 가능하게 하는 유리한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 수중 운동체는 공동생성부가 틸팅 가능하게 형성되어 초공동의 형태를 변경시킴으로써, 초공동 상태에서 주행 방향을 용이하게 변경시킬 수 있는 유리한 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 수중 운동체를 도시한 도면,
도 2는 도 1에서 도시한 동체의 후미를 도시한 도면,
도 3은 도 1에서 도시한 동체의 선단을 도시한 도면,
도 4는 도 1에서 도시한 방향조절부를 도시한 도면,
도 5는 수평 상태의 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면,
도 6은 아래로 틸팅된 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면,
도 7은 위로 틸팅된 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 수중 운동체를 도시한 도면이다. 이러한, 도 1은 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 수중 운동체의 일례로, 잠수함 또는 함정에서 발사되는 어뢰를 예시하여 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 다른 수중 운동체(10)는 동체(100)와, 동체(100)의 선단에 형성되는 원판형 공동생성부(200)와, 공동생성부(200)의 뒤에 인접하여 형성되는 페어링부(300)와 공동생성부(200)의 구동을 조절하는 방향조절부(400)를 포함할 수 있다.

동체(100)는 선단과 후미 사이가 길이 방향으로 길게 형성되는 원통형 구조체로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 수중에서 효과적으로 주행하도록 다양한 곡면을 형성하는 구조체로 변경 실시될 수 있다. 한편, 동체(100) 내부에는 가스분출부(500), 압축기(1), 제1 추진부(600) 및 제2 추진부(700)를 포함하는 공간이 형성될 수 있다.

도 2는 도 1에서 도시한 동체의 후미를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 동체(100)의 후미에는 제1 추진부(600) 및 제2 추진부(700)가 포함될 수 있으며, 노즐(2)을 구비할 수 있다. 도면에는 도시하진 않았으나 노즐(2)의 방향을 전환하는 별도의 구동 모듈이 설치될 수 있다.

도 3은 도 1에서 도시한 동체의 선단을 도시한 도면이다.

공동생성부(200)는 동체(100)의 최 선단에 형성되어 초공동 현상을 유발한다. 도 3을 참조하면, 이러한 공동생성부(200)는 원판형으로 형성된다. 그리고 공동생성부(200)의 중심에는 물 흡입부(210)가 형성될 수 있다. 주행 중 공동생성부(200)의 뒤에서는 압력이 떨어지고 압력이 물의 포화증기압 이하로 떨어지는 경우 공동이 발생할 수 있다.

이러한 공동생성부(200)는 구동 가능하게 형성된다.

동체(100)의 선단에는 상호 이격된 한 쌍의 홀더(220)가 형성될 수 있으며, 공동생성부(200)는 이 홀더(200)의 단부와 구동축(221)을 중심으로 구동하도록 결합할 수 있다.

도 4는 도 1에서 도시한 방향조절부를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 공동생성부(200)의 후방에 방향조절부(400)가 형성된다. 이 방향조절부(400)는 공동생성부(200)의 구동을 조절하는 역할을 한다. 공동생성부(200)는 구동부(410)와 링크부(40)를 포함할 수 있다.

구동부(410)는 링크부(410)와 연결되어 링크부(410)에 움직임을 부여한다. 구동부(410)는 모터와 모터를 제어하는 제어부가 포함된 모듈일 수 있다. 모터를 제어하는 제어부는 수중 운동체의 주행을 제어하는 메인 제어부로부터 제어 신호를 송수신 할 수 있도록 연결될 수 있다.

링크부(410)는 구동부(410)와 연결되는 제1 링크부재(421)와 공동생성부(200)에 연결되는 제2 링크부재(422)를 포함할 수 있다. 제2 링크부재(422)의 한쪽 단부는 제1 링크부재(421)에 구동 가능하게 연결된다. 그리고 제2 링크부재(422)의 다른 쪽 단부는 공동생성부(200)의 구동축(221)에서 벗어난 어느 지점에 구동 가능하게 연결될 수 있다.

제1 링크부재(421)는 구동부(410)에 의해 직선 운동하며, 제2 링크부재(422)는 제1 링크부재(421)의 직선 운동에 연동하여 구동한다. 제2 링크부재(422)가 공동생성부(200)를 잡아 당기거나 밀면서 공동생성부(200)를 틸팅시킨다.

본 발명을 설명함에 있어서, 위와 같은 방향조절부(400)를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 방향조절부(400)는 공동생성부(200)의 방향을 전환하는 다양한 방식의 구성으로 변형 실시될 수 있다.

페어링부(300)는 공동생성부(200)의 후방에 위치하여 가스분출부(500)에서 분출되는 가스를 활용하여 공동생성부(200)에서 발생된 기포가 동체(100)의 후미까지 연장될 수 있도록 유도한다. 이러한 페어링부(300)는 동체(100)의 후방으로 갈수록 확장되는 곡면이 둘레를 따라 형성되는 형태로 구성될 수 있다. 구체적으로, 페어링부(300)의 오목한 부분이 가스분출부(500)를 대향하도록 형성될 수 있다.

일실시예에 있어서, 페어링부(300)는 복수 개의 페어링이 동체(100)의 길이 방향으로 연속되게 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 페어링은 동체(100)의 후방으로 갈수록 크기가 커지도록 형성될 수 있다. 즉, 가스분출부(500)에 보다 근접한 페어링의 크기가 보다 크게 형성될 수 있다.

가스분출부(500)는 동체(100)에 포함되어 페어링부(300) 방향으로 가스를 분출한다.

한편, 도 1을 참조하면, 동체(100)에는 고체 추진제를 포함하는 제1 추진부(600)와, 가수반응 추진제를 포함하는 제2 추진부(700)가 설치될 수 있다. 초공동 현상을 유발하기 위해서는 기준치 이상의 초기 속도가 필요하며, 이러한 초기 속도를 구현하기 위해 고체 추진제를 사용한다. 초공동 현상이 시작된 경우, 수중에서 물과 혼합되어 연소가 가능한 가수반응 추진제를 사용할 수 있다. 이러한 가스반응 추진제는 알루미늄과 마그네슘과 같은 금속 연료일 수 있다.

이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 공동생성부(200)의 구동에 따른 초공동 영역의 형태를 설명한다.

도 5는 수평 상태의 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면이고, 도 6은 아래로 틸팅된 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면이며, 도 7은 위로 틸팅된 공동생성부에 의해 생성되는 초공동의 형태를 도시한 도면이다.

도 5에서 도시한 바와 같이, 공동생성부(200)가 수평 상태로 전방을 향하는 경우, 수중(W)에서 초공동 영역(C)은 수평하게 형성된다. 공동생성부(200)가 수평 상태로 전방을 향한다는 의미는 공동생성부(200)의 원판이 수중 운동체(10)의 길이 방향을 기준으로 수직하게 위치하는 것을 의미한다.

도 6에서 도시한 바와 같이, 공동생성부(200)가 수평 상태에서 아래로 틸팅되는 경우, 수중(W)에서 형성되는 초공동 영역(C)은 수평 상태에서 변화되어 하향하여 경사지게 형성된다.

반면에, 도 7에서 도시한 바와 같이, 공동생성부(200)가 수평 상태에서 위로 틸팅되는 경우, 수중(W)에서 형성되는 초공동 영역(C)은 수평 상태에서 변화되어 상향하여 경사지게 형성된다.

이렇게 공동생성부(200)의 구동에 따라 초공동 영역(C)이 변화하기 때문에, 초공동 상태에서 수중 운동체(10)의 주행 방향을 용이하게 변경할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 수중 운동체
100 : 동체
200 공동생성부
300 : 페어링부
400 : 방향조절부
500 : 가스분출부
600 : 제1 추진부
700 : 제2 추진부

Claims

동체;
상기 동체의 선단에 형성되는 원판형 공동생성부;
상기 공동생성부의 뒤에 인접하여 형성되는 페어링부를 포함하며,
상기 페어링부는, 상기 동체의 후방으로 갈수록 확장되는 곡면이 둘레를 따라 형성되는 복수 개의 페어링이 상기 동체의 길이 방향으로 연속되게 배치되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체.
제1 항에 있어서,
상기 공동생성부는 상기 동체의 선단에 구동 가능하게 결합하는 수중 운동체.
제2 항에 있어서,
상기 공동생성부의 구동을 조절하는 방향조절부를 포함하며, 상기 방향조절부는, 구동부와, 상기 구동부와 상기 공동생성부를 연결하는 링크부를 포함하여 이루어지는 수중 운동체.
제3 항에 있어서,
상기 링크부는 상기 공동생성부의 구동축에서 벗어난 상기 공동생성부의 어느 지점에 연결되는 수중 운동체.
삭제
삭제
제1 항에 있어서,
상기 동체의 후방으로 갈수록 배치되는 상기 페어링의 크기는 커지도록 형성되는 수중 운동체.
제1 항에 있어서,
상기 페어링부의 후방에는 상기 페어링부 방향으로 가스를 분출하는 가스분출부가 형성되는 수중 운동체.
제1 항에 있어서,
상기 공동 생성부의 중심에는 물 흡입부가 형성되는 수중 운동체.
제1 항에 있어서,
상기 동체에는 고체 추진제를 포함하는 제1 추진부와 가수반응 추진제를 포함하는 제2 추진부를 포함하는 수중 운동체.