KR101467208B1 - 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터 - Google Patents

선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은, 선박의 속도, 풍속, 레이더 안테나의 회전 속도에 따라 선박용 레이더 구동장치에 작용하는 부하를 모사하여 선박용 레이더 구동장치의 설계 및 적합성을 평가하기 위한 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터에 대한 것이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 선박용 레이더 구동용 구동 모터(20); 상기 구동 모터(20)의 구동축에 연결되는 감속기(30); 상기 감속기(30)에 의해 구동되는 회전축(50); 상기 회전축(50)에 장착되는 관성 부하(60); 상기 관성 부하(60)에 장착되어 편심 회전을 발생시키는 언밸런스 부하(70); 상기 회전축(50)의 회전 정보를 추출하는 엔코더(80); 및 상기 구동 모터(20)의 구동을 제어하는 제어부(90)를 포함하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터를 제공한다.
레이더, 선박, 구동 모터, 바람 토크, 풍속, 시뮬레이터

Description

선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터{Simulator for Testing Driving Device of Marine Radar}
본 발명은 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터에 대한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은, 선박의 속도, 풍속, 레이더 안테나의 회전 속도에 따라 선박용 레이더 구동장치에 작용하는 부하를 모사하여 선박용 레이더 구동장치의 설계 및 적합성을 평가하기 위한 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터에 대한 것이다.
일반적으로 선박용 레이더는 전파의 발산으로 인하여 물체에서 반사되는 반사파의 수신 신호를 관찰하여 항해자가 선박의 위치로부터 주변의 상황을 알 수 있도록 하는 항해 보조 장비이다.
이러한 선박용 레이더는 안테나와 안테나를 구동하기 구동 모터를 포함한다. 그런데 선박용 레이더의 경우에는 지상에 사용되는 안테나보다 해상이라는 악조건에서 사용되므로 그 사용 환경을 고려한 구조 설계가 필요하다.
특히 선박의 속도, 풍속의 변화, 안테나의 회전 속도 등의 변화에 따라 레이더 구동 모터에는 불균일한 토크가 전달된다. 따라서 효과적인 해상 환경의 변화에 강인한 구동 모터의 선정은 필수적이라 할 수 있으나, 해상 환경을 시뮬레이션하고 이를 바탕으로 구동 모터의 성능을 시험하기 위한 시뮬레이터가 필요하나 이에 대한 개발이 없는 실정이었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 해상 환경을 시뮬레이션하여 선박용 레이더의 구동 장치가 주어진 환경에서 적합하게 작동할 수 있는지 여부를 판단할 수 있는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터를 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 선박용 레이더 구동용 구동 모터(20); 상기 구동 모터(20)의 구동축에 연결되는 감속기(30); 상기 감속기(30)에 의해 구동되는 회전축(50); 상기 회전축(50)에 장착되는 관성 부하(60); 상기 관성 부하(60)에 장착되어 편심 회전을 발생시키는 언밸런스 부하(70); 상기 회전축(50)의 회전 정보를 추출하는 엔코더(80); 및 상기 구동 모터(20)의 구동을 제어하는 제어부(90)를 포함하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터를 제공한다.
바람직하게는, 상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)의 외주면 일단에 장착되며, 더욱 바람직하게는, 상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)에 탈부착 가능하도록 구비되어 중량을 변화시켜 상기 관성 부하(60)에 장착되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)에 상기 회전축(50)으로부터 반지름 방향의 소정 위치에 장착되는 것도 바람직하다.
바람직하게는, 상기 제어부(90)는 상기 구동 모터(20)의 출력을 검출하고 상기 엔코더(80)로부터 상기 회전축(50)의 회전 정보를 검출하여 출력부(92)를 통해 출력하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터는 상기 구성요소를 상부에 구비하며 하부면에는 캐스터(12)를 구비하는 베이스 플레이트(10)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 선박용 레이더가 작동하는 해상에서의 풍속 부하의 변동을 시뮬레이션하여 선박용 레이더 구동장치의 성능 적합 여부를 육상에서 용이하게 판단할 수 있어 레이더 구동장치의 설계를 효과적으로 할 수 있는 장점이 있다.
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, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 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 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 측면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터(1)는 베이스 플레이트(10), 구동 모터(20), 감속기(30)와, 회전축(40)을 중심으로 회전하는 관성 부하(60), 관성 부하(60)에 장착되는 언밸런스(Unbalance) 부하(70), 엔코더(80), 및 제어부(90)를 포함한다.
베이스 플레이트(10)는 다른 구성요소들을 설치하여 지지하는 기능을 수행한다. 또한 베이스 플레이트(10)의 저면에는 이동을 위한 캐스터(caster, 12)가 구비됨이 바람직하다. 물론 베이스 플레이트(10)가 구비되지 않아도 무방하나, 이동성을 향상시키기 위해서는 캐니스터(12)가 장착된 베이스 플레이트(10)를 구비하는 것이 바람직하다.
구동 모터(20)는 선박용 레이더를 구동하기 위한 것으로서, 본 발명에 있어서는 선박용 레이더 구동을 위해 선정된 모터를 시뮬레이터(1)에 장착하여 시험하게 된다.
감속기(30)는 구동 모터(20)의 구동을 감속하는 일종의 기어 박스이다. 구동 모터(20)는 통상적으로 그 회전속도가 수백 RPM 이상인데 비하여 레이더의 회전속도는 수십 RPM이므로 감속기(30)가 요구된다.
한편, 구동 모터(20)와 감속기(30)는 베이스 플레이트(10)에 고정된 구동 모터 장착대(22)에 장착된다.
감속기(30)의 구동축은 커플링(40)을 통해 회전축(50)과 연결된다.
회전축(50)에는 관성 부하(60)가 장착된다. 관성 부하(60)는 일종의 플라이휠(flywheel)로서 이해될 수 있다. 관성 부하(60)는 선박용 레이더에 있어서 구동 모터(20)에 의해 구동되는 레이더 또는 레이돔의 관성 모멘트와 동일하게 설정된다.
관성 부하(60)의 일단에는 언밸런스 부하(70)가 장착되는데, 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이 고정 나사(72)를 이용하여 관성 부하(60)의 외주면에 착탈 가능하도록 장착됨이 바람직하다. 이는 해상 환경의 변화에 따라 구동 모터(20)에 가해지는 불균일 토크의 정도를 변화시키기 위하여 언밸런스 부하(70)의 중량을 변동시킬 수 있도록 하기 위함이다.
한편, 회전축(50)을 결합하기 위하여, 베이스 플레이트(10)의 상부에는 측부 고정판(54a, 54b)가 구비되며, 측부 고정판(54a, 54b)의 사이에는 한 쌍의 회전축 고정판(52a, 52b)를 구비되어, 회전축(50)이 회전축 고정판(52a, 52b)에 의해 지지되도록 할 수 있다.
도 2를 참조하면, 회전축(50)의 말단에는 엔코더(80)가 구비되는데, 회전축(50)에는 제 1 피니언 기어(82)가 구비되고 엔코더(80)에는 상기 제 1 피니언 기어(82)에 치합되는 제 2 피니언 기어(84)가 구비되어 회전축(50)의 회전이 엔코더(80)로 전달될 수 있도록 한다.
엔코더(80)는 회전체의 회전 각도를 측정할 수 있도록 한 것으로서, 엔코더(80)는 관성 부하(60)와 언밸런스 부하(70)가 있는 상태에서의 구동 모터(20)의 구동 특성을 파악할 수 있는 신호를 생성한다.
제어부(90)는 구동 모터(20)의 구동을 제어하는 기능을 수행하며, 한편으로는 엔코더(80)로부터 전달된 신호를 처리하는 기능을 수행한다. 또한 제어부(90)는 구동 모터(20)의 구동시 소모되는 전력으로부터 상기 구동 모터(20)에 의해 출력되는 토크 정보를 산출한다. 한편, 제어부(90)는 엔코더(80)로부터 전송받은 구동 특성 정보를 처리하여 시각 디스플레이 장치 또는 프린터와 같은 출력부(92)로 처리 결과를 출력하는 것도 가능하다.
다른 실시예로서, 언밸런스 부하(70)를 도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같은 휠 형상의 관 성부의 외주면이 부착시키지 않고, 언밸런스 부하(70)가 관성 부하(60)에 반지름 방향으로 이동 가능한 상태로 고정되는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 측면도이다.
도 3에 있어서 언밸런스 부하(70)는 관성 부하(60)의 외주연이이 아닌 반지름 방향으로 부착된다. 여기서 언밸런스 부하(70)의 부착 위치가 회전축(50)으로부터의 거리를 조절할 수 있도록 하여 동일한 중량의 언밸런스 부하(70)를 반지름 방향으로 이동함으로써 언밸런스 부하(70)에 따른 토크를 변화시키도록 하는 것도 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터를 이용한 실제 시뮬레이션 결과를 예시하면 다음과 같다.
다음의 수학식 1은 일정 속도로 회전하는 레이더 안테나에 상대 바람이 작용 할 경우 풍속에 의한 토크(Tw) 모델이고, 수학식 2는 최대 풍속 토크(Tw,max), 수학식 3은 RMS 토크를 나타낸다.
Figure 112008088352211-pat00001
Figure 112008088352211-pat00002
Figure 112008088352211-pat00003
위 수학식 1, 2, 3에서,
ρair는 공기 밀도(1.413 kg/m3), ma는 안테나 질량, V는 상대 풍속, L은 안테나 폭, H는 안테나 높이, D는 안테나 깊이, A는 바람방향에 수직한 안테나 면적 ( L×H ) 이다.
안테나의 질량(ma)을 150kg이라 하고, 상대 풍속(V)를 22.75 m/s(50노트)라 하고, 안테나의 회전 속도를 30rpm 이라고 했을 때 안테나 각도에 따른 바람토크는 도 4에 도시된 바와 같다.
또한 이 경우에 있어서 최대 토크는 2.2 Nm이고 RMS 토크는 1.2 Nm이었다. 한편, 이 경우 안테나의 1 회전당 구동 모터는 60 회전하는 것으로 감속비를 설정하였다.
이러한 해석적 풍속 부하를 본 발명에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터로 구현하면 다음과 같다.
도 4에 있어서 안테나의 1회전시 3 싸이클 주기로 파형이 변하고 있으며, 구동 모터에 대한 안테나의 감속비는 60으로 설정하였으므로, 본 시뮬레이터에 있어서는 감속기(30)의 감속비를 20으로 설정하면 도 4의 경우와 동일한 상태를 시뮬레이션할 수 있다.
이에 따른 시뮬레이션 결과는 도 5와 같다.
이로써 본 발명을 이용하면 실제 선박용 레이더의 구동 환경을 모사함으로써 선박용 레이더의 구동 모터(20)의 적합성을 시험할 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 측면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터의 측면도,
도 4는 선박용 레이더의 구동 장치에 가해지는 이론적 토크모델에 따른 시뮬레이션 결과,
도 5는 본 발명에 따른 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터에 따른 시뮬레이션 결과를 도시한다.
<도면의 주요 부분에 대한 도면부호의 설명>
10 : 베이스 플레이트 20 : 구동 모터
30 : 감속기 40 : 회전축
60 : 관성 부하 70 : 언밸런스
80 : 엔코더 90 : 제어부

Claims (9)

  1. 선박용 레이더 구동용 구동 모터(20);
    상기 구동 모터(20)의 구동축에 연결되는 감속기(30);
    상기 감속기(30)에 의해 구동되는 회전축(50);
    상기 회전축(50)에 장착되는 관성 부하(60);
    상기 관성 부하(60)에 장착되어 편심 회전을 발생시키는 언밸런스 부하(70);
    상기 회전축(50)의 회전 정보를 추출하는 엔코더(80); 및
    상기 구동 모터(20)의 구동을 제어하는 제어부(90)를 포함하고,
    상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)의 외주면 일단에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)에 탈부착 가능하도록 구비되어 중량을 변화시켜 상기 관성 부하(60)에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부(90)는 상기 구동 모터(20)의 출력을 검출하고 상기 엔코더(80)로부터 상기 회전축(50)의 회전 정보를 검출하여 출력부(92)를 통해 출력하는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
  7. 제 1 항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 구동 모터(20), 상기 감속기(30), 상기 회전축(50), 상기 관성 부하 (60) 및 상기 언밸런스 부하(70)를 상부에 구비하며 하부면에는 캐스터(12)를 구비하는 베이스 플레이트(10)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
  8. 선박용 레이더 구동용 구동 모터(20);
    상기 구동 모터(20)의 구동축에 연결되는 감속기(30);
    상기 감속기(30)에 의해 구동되는 회전축(50);
    상기 회전축(50)에 장착되는 관성 부하(60);
    상기 관성 부하(60)에 장착되어 편심 회전을 발생시키는 언밸런스 부하(70);
    상기 회전축(50)의 회전 정보를 추출하는 엔코더(80); 및
    상기 구동 모터(20)의 구동을 제어하는 제어부(90)를 포함하고,
    상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)에 상기 회전축(50)으로부터 반지름 방향의 소정 위치에 장착되는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 언밸런스 부하(70)는 상기 관성 부하(60)에 반지름 방향으로 위치를 변경하여 장착되는 것을 특징으로 하는 선박용 레이더 구동장치 시험용 시뮬레이터.
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