KR101591538B1 - 부표 - Google Patents

Abstract

부표(1)는 본체(5)와 본체 내에 위치한 이동 가능한 질량체(2)를 갖는다. 부표(1)는 잠수정에 연결될 수 있으며, 통신 부표로 사용될 수 있다. 질량체(2)가 질량 중심이 부력 중심으로부터 오프셋되어 물 속에서의 안정성이 향상되는 제 1 위치(도 1의 (a))에 있을 때 부표(1)는 통신할 준비가 되어 있는 위치에서 수면(7)에서 일반적으로 수직 방향으로 부유되도록 구성될 수 있다. 질량체(2)가 질량 중심이 부력 중심에 인접하게 되어 물 속에서의 예인 안정성이 향상되는 제 2 위치(도 1의 (b))에 있을 때 부표(1)는 일정 속도로 물속에서 예인되도록 구성될 수 있으며, 그로 인하여 부표의 장축이 운동 방향과 실질적으로 일질선으로 되면서 이송 부표(1)가 예인되게 하고, 물속에서의 항적/융기(wake/plume)를 감소시킨다.

Description

부표{Buoy}

본 발명은 부표에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제한되지는 않지만 잠수정과 함께 사용하기 위한 연결 통신 부표에 관한 것이다. 본 발명은 또한 연결 부표를 회수하는 방법에 관한 것이다.

수상 작동으로의 잠수정의 통합은 신뢰할만한 높은 밴드 폭 데이터 통신 시스템의 결여에 의하여 제한된다. 이러한 통신 시스템은 바람직하게는 잠수정의 잠행 주요 특성에 영향을 미치지 않아야 하며, 바람직하게는 잠수정의 방향 조정성 또는 성능을 제한하지 않고 속도와 깊이에서 유용하여야 한다.

잠수정용 통신 시스템을 위한 제안들은 연결 통신 부표 시스템(tethered communication buoy system)의 사용을 포함한다. 이러한 시스템의 일부는 예를 들어 광섬유 케이블일 수 있는 연결 라인(tether line)을 통하여 잠수된 잠수정으로부터 통신 부표를 전개하고 회수함으로써 가동된다. 예인되는 부표 시스템은 잠수정의 위치의 탐지를 잠재적으로 위태롭게 하는 표면 항적(wake)을 발생시킨다. 이러한 문제에 대한 해결책은 부표가 수중 내에서 부상하고 통신하는 표면 모드(이 모드에서 부표는 잠수정에 의하여 예인되지 않는다)와 부표가 잠수정에 의하여 회수되는 2차 주행 모드를 포함하는 다른 가동 모드를 갖는 것이다.

위에서 설명한 바와 같은 통신 부표 시스템에서, 부표는 잠수정에서 풀려질 수 있으며, 따라서 부표는 자체의 부력 하에서 표면으로 부상하며, 작은 표면 장애(항적(wake) 또는 융기(plume))와 함께 수면으로 올라와 탐지의 개연성을 감소시킨다. 표면에서, "통신 윈도우(communication window)" 동안에 부표는 통신에 관여할 수 있다. 표면 가동 동안에, 연결 라인은 매우 낮은 장력 상태로 잠수정의 윈치로부터 연속적으로 전개되는 반면에 부표는 표면 상에 부유되도록 허용된다. 통신 윈도우가 종료될 때, 윈치를 역으로 동작시키고 부표를 뒤로 감음으로써 부표 시스템은 잠수정으로 회수되며, 따라서 부표는 수면 아래에서 이동한다. 이러한 목적에 적합한 부표가 특허문헌 1, 2 및 3에 개시되어 있다.

통신 부표는 다양한 문제점에 직면하기 쉬우며, 이들 중에서 일부가 설명될 것이다.

수면 바로 아래에서 동작하도록 설계된 부표는 낮은 데이터 전송률의 문제점을 갖는다. 따라서, 통신 부표는 데이터를 수신/전송하기 위한 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는 부표의 상단에 위치하며, 따라서 부표가 수면에서 부유할 때 안테나는 노출되고 수위선 위에 위치한다. 그러나, 거친 바다에서, 안테나로 밀려오는 물의 결과로서 야기되는 통신 윈도우에 대한 방해가 있을 수 있다.

수면에서 안정적인 상태로 그리고 보통 수직 상태로 부유되도록 설계된 부표는 일반적으로 물을 통하여 유선형 형태로 이동하기에 매우 적합하지 않은 형상 및/또는 질량 분포를 갖는다. 또한, 부표를 원하는 경로에서 이탈시키는 힘을 발생시키지 않고 부표를 물을 통하여 일정 속도로 나아가게 하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 일반적으로 수평 방향으로 예인될 때, 부표가 물 속에서 떠오르는 경향을 갖는다면, 부표는 수면 상에서 떠오를 수 있어 수면 상에 현저하게 가시적인 항적 및 기둥를 야기한다. 한편, 만일 부표가 물속에서 너무 낮은 속도로 이송된다면(일정 속도에서 예인될 때 가라앉는 경향을 갖는다면), 부표를 예인하기 위하여 사용된 연결 라인은 잠수정의 후방에서 추진 유니트에 너무 근접하게 될 수 있다. 이러한 문제에 대하여 다양한 해결책이 제안되어 왔다.

특허문헌 1은 안정화 테일(stabilising tail) 및 요크를 갖는 부표를 설명하고 있으며, 요크는 한 종단에서는 연결 라인과 연결되고 다른 종단에서는 부표의 부력 중심과 선회적으로 연결되어 있다. 특허문헌 2는 부표가 물을 통하여 이동할 때 항력(drag)을 최소화하는 폐쇄 위치와 질량 중심이 부력 중심에 대하여 이동하여 안정적인 부유 형상을 용이하게 하는 개방 위치 사이를 이동 가능한 테일을 갖는 부표를 개시한다. 특허문헌 2의 부표는 또한 물에 닿지 않게 안테나를 들어올리기 위한 선회적으로 이동 가능한 아암(arm)을 포함한다. 특허문헌 1 및 특허문헌 2 모두 내부적으로 장착된 복잡한 설계의 이송 부품들을 갖는다는 단점을 가지며 이송의 특정 속도/방향에서 바람직하지 않은 큰 항적/융기를 야기할 수 있다.

특허문헌 3은 특정 속도로 예인될 때 부표의 안정도를 증가시키기 위하여 고정된 유체역학적 표면을 갖는 부표를 개시한다. 그러나, 부표는 물 속에서 안정되도록 특정 속도로 이동되어야 한다. 수평 방향으로 예인될 때의 속도에 따라 부표는 물 속에서 다양한 각도로 떠오르는 (또는 가라앉는) 경향을 갖는다.

1. 국제특허공개 WO2005/120942 2. 국제특허공개 WO2005/120943 3. 국제특허공개 WO2007/045864

본 발명은 위에서 언급한 문제점들을 경감하기 위하여 시도된 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로 본 발명은 개선된 부표를 제공하기 위하여 시도된 것이다.

본 발명의 제 1 태양에 따르면, 본체 및 본체 내에 위치한 이동 가능한 질량체를 갖는 부표가 제공되며, 질량체는 부표의 질량 중심이 부표의 부력 중심으로부터 오프셋(offset)된 제 1 위치와 질량 중심이 부력 중심에 인접하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하다.

따라서 부표는 2개의 구별되는 가동 모드, 즉 물 속에서 안정성을 향상시키기 위하여 질량체가 제 1 위치에 있을 때 부표가 통신을 위한 준비가 되어 있는 위치에서의 수면에서 일반적으로 수직 방향으로 부유하도록 구성된 제 1 모드와 물속에서의 예인 안정성을 향상시키기 위하여 질량체가 제 2 위치에 있을 때 부표가 일정 속도로 물 속에서 예인되도록 구성된 제 2 모드를 갖는 통신 부표로서 이용될 수 있다. 예를 들어, 제 1 가동 모드에서, 질량 중심은 부력 중심보다 현저하게 낮게 위치할 수 있으며, 그로 인하여 물속에서 부표를 수직 방향으로 있게 하는 반면에, 제 2 가동 모드에서는 질량 중심이 부력 중심과 실질적으로 동일한 위치에 있을 수 있다. 이로 인하여, 이는 긴 길이의 부표가 운동 방향과 실질적으로 일직선으로 된 장축을 갖고 물 속에서 예인되도록 하며, 따라서 물속에서의 항적/융기를 감소시킨다. 부표는 물속에서 떠오르거나 가라앉는 경향 면에서의 어떠한 현저한 변화를 발생시키지 않고 달라지는 속도로 물속에서 예인될 수 있는 구조일 수 있다. 이는 원하는 경로를 따라 부표를 정확하게 잠수정으로 예인하는 것을 도울 수 있다.

부표의 부력 중심은 고정되지 않을 수 있고 부표의 질량 그리고 수역(body of water) 내에서의 부표의 방향 및 위치에 의하여 결정될 수 있음이 인식될 것이다. 따라서, 바람직하게는 부표는 부표의 질량 중심이, 부력 중심이 부표의 부유가 없는 상태와 가라앉은 상태 사이에서 변화될 수 있는 거리보다 큰 거리만큼 제어적으로 이동될 수 있도록 구성된다. 부표의 질량 중심이 부표의 길이의 10%보다 큰 거리만큼, 바람직하게는 부표의 길이의 20%보다 큰 거리만큼 제어 가능하게 이동 가능하도록 부표가 배치될 수 있다. 부표의 부력 중심은 부표의 중심의 영역 내에 있을 수 있다.

이동 가능한 질량체는 적어도 부분적으로 여유 질량체에 의하여 한정될 수 있다. 예를 들어, 여유 질량체는 부표를 위한 이동 가능한 밸러스트(ballast) 이외에 어떠한 기능을 수행하지 않을 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로 이동 가능한 질량체는 이동 가능한 질량체와는 다른 기능을 수행하도록 배치되고 이동 가능한 질량체의 질량의 일부를 제공하는 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체는 배터리를 포함할 수 있다. 이동 가능한 질량체는 적어도 부분적으로 통신 설비에 의하여 한정될 수 있다. 이동 가능한 질량체의 다수의 질량체는 바람직하게는 고체이다. 이동 가능한 질량체는 바람직하게는 1Kg보다 큰 질량을 갖는다. 이동 가능한 질량체는 바람직하게는 5Kg보다 큰 질량을 가질 수 있다. 수면 상에서 부유를 위하여 구성될 때, 이동 가능한 질량체는 바람직하게는 부표의 전체 질량의 10%보다 큰 질량을 가질 수 있다. 부표의 건조 중량은 20 Kg보다 클 수 있다.

이동 가능한 질량체는 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서의 회전 운동을 위하여 배치될 수 있으나, 부표의 가능한 형상 및 부표 내의 이동 가능한 질량체의 원하는 극한 위치를 고려하여, 이동 가능한 질량체가 단지 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서의 선형 이동을 위하여 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 선형 이동은 바람직하게는 부표의 길이를 따르는 방향으로 이루어진다. 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 거리는 바람직하게는 부표의 길이의 20%보다 크다. 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 거리는 바람직하게는 100 mm보다 크며, 250 mm보다 클 수 있다.

부표는 바람직하게는 연장된 형상을 갖는다. 부표는 일반적으로 만곡진 횡단면을 가질 수 있다. 부표는 길이 방향 축을 따라 측정된 길이를 가질 수 있으며, 부표가 수면에서 부유될 때 이 길이 방향 축이 일반적으로 수직이 되도록 부표가 배치된다. 부표의 길이는 1m보다 클 수 있다. 부표의 길이는 2m보다 작을 수 있다. 부표의 본체의 길이에 대한 부표의 본체의 최대 직경(즉, 외부 핀, 날개 등을 제외한)의 비율은 바람직하게는 25% 미만이며, 보다 바람직하게는 20%보다 작다. 따라서, 가장 넓은 포인트에서 부표의 본체의 직경은 바람직하게는 부표의 본체의 길이의 20% 미만이다. 부표의 본체의 길이 또는 직경을 결정할 때, 규격은 부표가 수중에서의 이동을 위하여 구성될 때에 측정되어야 한다.

본 발명은 통신 부표에 관하여 특별한 응용(application)을 갖는다. 따라서, 예를 들어 부표는 통신 안테나를 포함할 수 있다. 안테나는 부표의 상단에 장착될 수 있다. 부표의 상단이 부표의 극단을 포함하는 것에 그치지 않는다는 것이 인식될 것이다. 안테나는 선형 이동을 위하여 장착될 수 있다. 안테나는 수축된 위치와 안테나가 부표의 본체 상으로 상승(또는 돌출)된 신장된 위치 사이에서의 이동을 위하여 장착될 수 있다. 안테나가 신장된 위치에 있을 때 안테나의 하단과 부표의 상단 사이에서 잘록한 영역이 한정되도록 부표가 구성될 수 있다. 이러한 잘록한 영역은 이하에서 더 상세하게 설명될 바와 같이 안테나 상으로 밀려오는 물을 감소시키는 것에 도움이 될 수 있다.

물론, 본 발명의 부표는 통신 부표 외의 응용예를 가질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 부표는 감시 부표로 이용될 수 있다. 부표는 (부표가 수면에서 부유할 때) 그 상단에 장착된 감지 설비를 포함할 수 있다. 이러한 감지 설비는 카메라를 포함할 수 있다. 부표의 상단에 장착된 설비는 제거 가능하게 장착될 수 있어 다른 설비가 부표를 위한 다른 응용 내에서의 사용을 위하여 설치되는 것을 허용한다. 예를 들어, 다른 안테나가 다른 목적을 위하여 사용될 필요가 있다. 부표의 상단에 제거 가능하게 장착된 전자 설비의 제 1 품목을 포함한 부표는 제 1 품목과는 다른 기능을 수행하기 위하여 제거 가능하게 장착될 수 있는 적어도 하나의 다른 전자 설비의 품목을 포함하는 한 세트의 부품의 부분을 형성할 수 있다. 전자 설비의 제 1 품목은 안테나를 포함할 수 있다. 전자 설비의 다른 품목은 안테나를 포함할 수 있다.

이동 가능한 질량체는 부표의 방향 또는 부표에 가해지는 힘에 따라서 이동하도록 장착될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 부표는 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한, 예인체(prime mover)와 같은 수단을 포함한다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 전기 모터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 리드 스크류를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 램(ram)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 솔레노이드를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 유압 요소를 포함한다. 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위한 수단은 부표 내에 장착된 제어 유니트를 포함할 수 있다. 부표는 이동 가능한 질량체를 이동시키기 위하여 제공된 것과 같은 동일한 수단에 의하여 이동 가능한 부표의 상단에 장착된, 통신 안테나와 같은 전자 설비를 포함할 수 있다.

부표의 상단은 잘록한 영역을 가질 수 있다. 부표와 잘록한 영역은 바람직하게는 부표가 수면에서 부유되어 있고 전자 설비가 부표의 상단에서 작동할 때의 사용 중에 잘록한 영역이 부표의 상단의 상부 표면으로 밀려오는 물로부터의 이러한 전자 설비의 보호를 증가시키게 작용하도록 배치된다. 예를 들어, 잘록한 영역은 부표의 상단으로 간단하게 밀려올 수 있는 물의 방향을 바꾸거나 되돌리기 위한 형상을 가질 수 있다. 부표가 물 속에서 부유할 때, 잘록한 영역의 상단이 부표의 수위선 위에 있도록 잘록한 영역은 위치할 수 있다.

바람직하게는, 잘록한 영역은 (부유 위치에 있을 때 바닥에서 상단으로) 부표의 길이 방향을 따라서 거리가 증가되고 제 1 직경부에서 제 2 직경부로 감소되며, 제 3 직경부로 증가하는 형상을 갖는다. 제 2 직경부는 잘록한 영역의 최소 직경일 수 있다. 제 3 직경부는 제 2 직경부에서 부표의 최상단으로 연장된 부표의 부분의 최대 직경일 수 있다. 제 1 직경부는 바람직하게는 제 2 직경부보다 10% 이상 넓으며, 바람직하게는 제 2 직경부보다 20% 이상 넓다. 제 3 직경부는 바람직하게는 제 2 직경부보다 10% 이상 넓으며, 바람직하게는 제 2 직경부보다 20% 이상 넓다. 제 1 직경부는 제 3 직경부보다 넓을 수 있다. 제 1 직경부는 제 3 직경부와 동일할 수 있다. 바람직하게는, 부표의 직경은 제 1 직경부와 제 3 직경부 사이의 부표의 길이를 따르는 거리에 따라 완만하게 변화한다. 길이 방향을 따른 횡단면을 보았을 때 (부표의 외부면에서의) 가장 작은 곡률 반경을 갖는 부표의 부분은 제 1 직경부보다는 제 3 직경부에 인접하게 위치할 수 있다. 제 3 직경부의 영역 내에 립(lip)이 있을 수 있으며, 이 립은 부표의 최상단으로 끼얹어지거나 밀려오는 물의 양을 감소시키는 작용을 한다. 부표는 잘록한 영역이 하나의 가동 모드 내에서 형성되거나 노출될 수 있으며 그렇지 않으면 제거, 변형 또는 가려질 수 있도록 구성될 수 있다.

부표는 부표의 부력 중심의 위치를 변화시키기 위하여 물을 배출할 수 있는 밸러스트 수단(ballast means)을 포함할 수 있다. 밸러스트 수단은 팽창 가능한 가스가 채워진 블래더(bladder)를 포함할 수 있다. 밸러스트 수단은 부표의 상단에 위치할 수 있다. 밸러스트 수단은 바람직하게는 부표 내에 위치하며 부표의 외부로부터의 물의 유입뿐만 아니라 부표로부터 물의 배출을 야기할 수 있다. 예를 들어, 블래더의 수축은 물의 유입을 야기할 수 있는 반면에, 블래더의 팽창은 물의 배출을 야기할 수 있다. 블래더 내의 가스의 체적 및/또는 가스의 압력은 소극적으로 또는 적극적으로 제어될 수 있다. 블래더를 적극적으로 팽창 또는 수축시키는 수단은 예를 들어 히터, 펌프 그리고 밸브 중 어느 하나 이상의 형태로 제공될 수 있다. 밸러스트 수단은 제거 가능하게 장착될 수 있다. 부표는 다른 용량의 적어도 하나의 다른 밸러스트 수단을 포함한 한 세트의 부품의 부분을 형성할 수 있다(그로 인하여 부표 내에 설치될 때 부력의 가능한 변화의 다른 양을 제공한다). 예를 들어, 제 1 최대 부력을 갖는 제 1 밸라스트 수단은 부표가 제 1 질량체를 갖는 제 1 응용을 위하여 요구될 수 있는 반면에, 예를 들어 다른 (그리고 더 무거운) 하중(payload)을 운반하는 결과로서 두 번째로 큰 최대 부력을 갖는 제 2 밸라스트 수단은 부표가 제 1 질량체보다 큰 제 2 질량체를 갖는 제 2 응용을 위하여 요구될 수 있다.

부표는 광섬유 케이블을 포함한 연결 라인으로의 광학적 그리고 기계적인 연결을 용이하게 하기 위하여 컨넥터 포트를 포함할 수 있다. 컨넥터 포트는 부표의 하단에 고정적으로 위치될 수 있다.

부표는 연결 부표(tethered buoy)일 수 있다. 예를 들어, 부표는 부표의 하단에서 연결 라인에 연결될 수 있다. 연결 라인은 광섬유 케이블을 포함할 수 있다. 연결 라인은 전력 라인을 포함할 수 있으나, 바람직하게는 초과된 중량 또는 질량체 때문에 이러한 전력 라인은 연결에 기여하지 못할 것이어서 전력 라인을 ㅍ포함하지 않는다.

본 발명은 항상 연결되거나 예인되지 않는 부표와 관련하여 응용을 가질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 예인 또는 연결되지 않고 가라앉기 위하여 수면에서 동작을 종료한 후 부표는 정렬될 수 있다.

본 발명의 제 1 태양의 부표의 잘록한 영역의 이점은 부표의 내부에 이동 가능한 매체가 없다는 것과 관련하여 부표에 관한 응용을 가질 수 있다.

본 발명의 제 2 태양에 따르면, 하단과 상단을 갖는 통신 부표가 제공되며, 여기서 상단은 잘록한 영역을 가지되, 통신을 가능하게 할 준비가 되어 있는 상태에서 부표가 물 내에서 부유될 때 잘록한 영역의 상단이 부표의 수면선 위에 있도록 잘록한 영역은 위치한다.

본 발명의 제 2 태양의 부표는 본 발명의 제 1 태양의 부표의 특징 중 어느 특징을 가질 수 있다. 특히, 잘록한 영역은 본 발명의 제 1 태양의 잘록한 영역의 특징 중 어느 특징을 가질 수 있다.

본 발명은 또한 부표를 사용하는 방법을 제공한다. 부표는 한 종단에서 부표에 연결되고 다른 종단에서 잠수정에 연결된 연결 라인에 의하여 연결될 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 부표는 본 발명의 제 1 또는 제 2 태양에 따른 부표일 수 있다. 본 방법은 부표를 예인하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 부표를 수역 내에서 부유하게 하는 것을 포함할 수 있다. 본 방법은 부표의 외부 형상을 변화시키지 않고 부표의 질량 중심의 위치를 변화시키는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부표의 질량 중심은 부력 중심에 인접하게 이동할 수 있다. 이동 가능하게 장착된 질량체는 부표 내에서 이동할 수 있다. 본 방법은 부표에 부착된 연결 라인을 회수, 예를 들어 감음으로써 부표를 표면으로부터 철수하는 것을 포함할 수 있으며, 그로 인하여 부표를 수중에서 이동시키게 한다. 본 방법을 수행하는 동안, 부표의 부력은 변화될 필요가 없다. 대안적으로, 본 방법은 부표의 부력을 변화시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법 동안에, 낮은 밀도를 갖는 유체에 의하여 이전에 점유된 부표 내의 영역으로 물이 유입될 수 있으며, 그로 인하여 부력, 부력의 중심 그리고/또는 질량 중심이 변화된다.

본 방법의 수행 동안, 부표는 다른 동작 모드로 작동할 수 있다. 예를 들어, 부표가 일반적으로 수직 방향으로 부유하고 부표의 상단 내에 설치된 전자 설비가 가동하는 제 1 가동 모드가 있을 수 있다. 예를 들어, 부표는 실질적으로 물과 떨어져 지지되어 있는 부표의 상단에 장착된 안테나를 통하여 데이터를 송신 및 수신할 수 있다. 부표가 연결 라인을 통하여 물속에서 예인되는 제 2 가동 모드가 있을 수 있다. 제 1 가동 모드와 비교하여, 제 2 가동 모드 동안에 부표의 질량 중심은 부표의 부력 중심에 보다 인접할 수 있다. 제 2 작동 모드는 제 1 모드 전에 수행될 수 있다. 본 방법은 제 1 가동 모드 직전 또는 제 1 가동 모드 동안에 안테나를 상승시키는 단계를 포함할 수 있으며, 제 2 동작 모드를 시작하기 전에 안테나를 수축시키는 단계를 포함할 수 있다.

물론, 본 발명의 한 태양에 관련하여 설명된 특징들이 본 발명의 다른 태양에 포함될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 본 발명의 방법이 본 발명의 장치를 참고하여 설명된 어느 특징을 포함할 수 있거나, 그 역으로 본 발명의 장치가 본 발명의 방법의 특징을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들이 단지 첨부된 개략적인 도면을 참고하여 예시적으로 설명될 것이다.

도 1의 (a)는 예인 형상으로 배치된, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부표의 횡단면도.
도 1의 (b)는 부유 형상에 있는 제 1 실시예의 부표를 도시한 도면.
도 2의 (a)는 예인 형상으로 배치된, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 부표를 도시한 도면.
도 2의 (b)는 부유 형상에 있는 제 2 실시예의 부표를 도시한 도면.
도 3의 (a)는 수축된 위치에 있는 안테나를 갖는 제 3 실시예에 따른 부표를 도시한 도면.
도 3의 (b)는 신장된 위치에 있는 안테나를 갖는 제 3 실시예의 부표를 도시한 도면.

도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부표(1)의 횡단면도이다. 부표(1)는 통신 설비, 배터리 등을 포함하는 다양한 요소를 수용하는 본체(5)를 포함한다. 도 1의 (a) 및 (b)에 도시된 부표(1)는 부유 상태에 있어, 안테나(도시되지 않음)를 포함하는 상부 종단(1a)이 수위선(7; water line)에 대하여 지지된 상태에서 부표(1)가 개략적으로 수직 방향에 있다. 부표(1)의 내부에는 모터(6)에 의하여 길이 방향 스크류(4)를 따라 이동할 수 있는 이동 가능한 질량체(2: mass)가 위치한다. 질량체(2)는 배터리 및 광학 변환 설비와 같은 무거운 탑재 요소를 포함한다. 부표(1)의 질량(건조 질량)은 약 24 Kg이며, 이동 가능한 질량체(2)의 질량은 약 8 Kg이다. 본 실시예의 변형에서, 부표의 질량은 35 Kg이며, 이동 가능한 질량체의 질량은 약 12 Kg이다.

질량체(2)는 (ⅰ) 질량체(2)가 부표(1)의 하단(1b)에 있는 구조에 대응하는, 부표의 질량 중심이 부력 중심으로부터 오프-셋(off-set)된 제 1 위치(도 1의 (b)에 도시)와 (ⅱ) 질량체(2)가 부표(1)의 중심에 인접하게 이동된 경우와 대응하는, 부표(1)의 질량 중심이 부력 중심에 인접한 제 2 위치 사이에서 이동 가능하다. 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서의 질량체(2)의 이동 거리는 약 700 ㎜이며, 이는 부표(1)의 길이의 약 40%이고 부표의 질량 중심을 200 ㎜ 이상 이동시킨다. (도 1의 (b)에 도시된) 부유 구조에서, 부력 중심은 부표의 중심 바로 아래에 위치하며, 부표의 질량 중심은 아직 아래에 위치한다. 따라서, 부유 구조에서 안정성을 부여한다. 한편, 도 1의 (a)에 도시된 구조는 (부표가 물에 완전히 잠길 때, 대략적으로 부표의 중심에 있는) 부력 중심에 더 인접한 부표의 질량 중심을 가지며, 이는 증가된 안정도의 결과로서, 감소된 항적/융기(wake/plume)를 갖고 원하는 예인 경로를 따르는 제어된 방법으로 부표가 물 아래에서 예인될 수 있게 한다. 물론, 질량체(2)가 제 1 및 제 2 위치 외의 위치로 이동될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 본 실시예에서, 질량체는 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 무한한 위치들 중 어느 한 위치로 이동될 수 있다.

부표(1)는 그 하단(1b)에 고정된 연결 라인(3; tether line)을 갖는다. 연결 라인(3)은 광섬유 케이블을 포함하고 (도시되지 않은) 잠수정에 부착되어 부표가 예인되게 하고 잠수정과 통신 부표(1) 간의 통신을 가능하게 한다. 통신 윈도우(communication window) 동안, 즉 통신 부표(1)가 통신과 관계되는 동안, 부표는 도 1의 (b)에 도시된 구조로 구성된다. 통신이 종료되면, 연결 라인(3)을 신속하게 감음으로써 부표를 잠수정으로 회수하고 예인할 준비가 되어 있는 위치에서 이동 가능한 질량체(2)는 부표(1)의 상단(1a)을 향하여 이동될 수 있다.

도 2의 (a) 및 (b)는 제 2 실시예에 따른 통신 부표(11)의 횡단면을 도시한다. 제 1 실시예에 대하여 참고로 설명된 바와 동일한 형태로 부표(11)는 이동 가능한 질량체 시스템과 안테나를 포함하나, 이들은 도 2의 (a) 및 (b)에 도시되지 않는다. 제 2 실시예에서, 부표(11)는 부표의 상단에서 챔버(18a) 내에 수용된 팽창 가능한 블래더(18; bladder; 도 2의 (a) 및 (b)에는 개략적으로 도시됨)를 부가적으로 포함한다. 팽창 가능한 블래더(18)는 일반적인 원환체(torus) 형상을 가지며, 이 원환체의 중심은 부표(11)의 상단(11a)에서의 안테나의 연결을 용이하게 한다. 부표(11)는 약 1.5 미터의 길이 및 약 20 ㎜의 폭을 갖는다. 챔버(18a)의 체적은 약 7 리터이다.

도 2의 (a)에서, 부표(11)는 예인하기에 적합한 형상으로 도시되어 있으며, 여기서 이동 가능한 질량체(도시되지 않음)는 부력 중심에 근접하게 이동되어 있고 블래더(18)는 압축된 상태에 있다. 블래더(18)를 둘러싼 챔버(18a)는 물로 채워져 있으며, 이 물은 챔버(18a)와 부표(11)의 하부 반부(lower half) 간의 경계면에 인접한 부표(11)의 본체(15) 내의 구멍(개별적으로 도시되지 않음)의 링에 의하여 챔버(18a) 내로 통과한다. 블래더(18)는 밀봉되며, 카본 디옥사이드와 같은 압축 가능한 가스로 채워져 있다. 부표(11)가 물 속에 있을 때, 수압이 작용하여 블래더(18) 내의 가스를 압축하며 챔버(18a) 내로의 물의 유입을 용이하게 한다. 예인 구성에서, 부표(11)의 질량 중심과 부표(11)의 부력 중심은 부표(11)의 중심에 위치하거나, 부표의 중심에 매우 인접하게 위치한다. 이동 가능한 질량체가 부표의 하단(11b)을 향하여 낮아지는 (도 2의 (b)에 도시된 바와 같은), 부표가 부유될 준비가 되어 있는 위치에 있을 때, 챔버(18a)는 대기압 상태에 있으며, 그로 인하여 블래더(18)가 팽창되고 물은 부표(11)의 본체 내의 구멍(도시되지 않음)을 통하여 챔버(18a) 밖으로 유동한다. 따라서, 팽창된 블래더(18)는 부표의 질량 중심을 부표의 더 아래로 이동시킨다 (즉, 도 2의 (b)에 도시된, 부유 형상에서 도 2의 (a)에 도시된 예인 형상보다 더 아래로서, 챔버(18a) 내의 물의 질량이 현저하게 증가됨). 부유 형상에서, 예인 형상과 비교하여 부표(11)의 질량은 감소하며, 물 밖으로 돌출된 부표(11)의 상단의 결과로서 부표(11)의 부력 중심은 부표의 중심에서 부표의 중심의 다소 아래의 위치로 이동한다. 한편, 질량 중심은 현저한 거리만큼 변위되며, 아래로 이동된 이동 가능한 질량체(도시되지 않음)와 물이 비워지고 공기로 채워진 상부 챔버(18a)의 결과로서 질량 중심은 부력 중심보다 현저하게 아래에 위치한다.

부표(11)의 본체(15)는 부표의 상단(11a)에 위치한 잘록한 영역(19;waisted region)을 갖는다. 통신을 용이하게 하도록 준비된 조건에서 부표(11)가 물 내에서 부유되어 있을 때 (도 2의 (b) 참조), 잘록한 영역(19)의 상단(19a)은 부표(11)의 수면선(17) 위에 위치한다. 잘록한 영역(19)은 파도와 끼얹어진 물이 부표의 상부 표면(11c)을 휩쓸고 가기 보다는 잘록한 영역(19)의 상단(19a) 아래에서 부표(19) 주변을 휩쓸기 쉽게 하는 형상을 가지며, 이는 부표의 상단(11a)에서의 안테나에 의하여 용이해진 통신의 질에 영향을 미칠 수 있다.

제 2 실시예의 변형예에서, 이동 가능한 질량체는 고정되고 모터는 제거되어 부표의 질량 중심이 이전에 설명된 바와 같은, 단지 블래더를 팽창시키고 수축시키는 것에 의하여 변화될 수 있다.

제 2 실시예에 대한 부가적 또는 대안적인 변형예가 블래더의 수축 및 팽창을 적극적으로 제어하는 것이다. 예를 들어, 필요할 때 블래더를 채우고 팽창시키기 위하여 팽창될 저장조 내의 유체를 가열하기 위하여 히터가 제공될 수 있다. 팽창 및/또는 수축을 위하여 부가적으로 또는 대안적으로 펌프 등이 사용될 수 있다.

이동 가능한 질량체, 팽창 가능한 블래더 또는 다른 블래스팅 시스템이 제공되었는지 여부와 관계 없이 잘록한 영역(19)을 포함한 제 2 실시예의 부표(11)의 형상은 그 자체로 통신 부표의 일반적인 형상에 대하여 이점을 제공한다.

도 3의 (a) 및 (b)는 제 3 실시예에 따른 부표(31)의 횡단면을 도시한다. 모터 유니트(36)에 의하여 선형 스크류(34)를 따라 이동할 수 있는 이동 가능한 질량체(도시되지 않음)가 제공된다는 점에서 본 발명의 제 3 실시예는 제 1 실시예와 유사하다. 모터 유니트(36)는 또한 안테나(42)를 신장 및 수축시킬 수 있다. 따라서, 도 3의 (b)에 도시된 위치에서, 안테나(42)가 상승하여 파도 또는 물이 안테나의 상부 표면(42a) 상으로 튀겨지는 기회를 줄인다. 안테나(42)의 상승이 부표의 질량 중심을 부력 중심에 인접하게 이동시키는 반면에, 이동 가능한 질량체(도시되지 않음)를 부표(31)의 하단으로 낮춤으로써 이는 오프-셋(off-set)될 수 있다. 따라서, 도 3의 (b)에 도시된 구조에서, 부표(31)의 질량 중심은 부력 중심보다 현저하게 낮아지며, 안테나(42)는 신뢰성 있는 통신을 위하여 수위선 상으로 현저하게 상승한다. 반면에, 도 3의 (a)에 도시된 구조에서, 안테나(42)는 수축되지만, 이동 가능한 질량체는 이동하여 질량 중심이 부표 중심에 인접하게 되며, 따라서 부표(31)는 감소된 항적(wake)를 갖고 안정적인 방법으로 특정 속도로 예인될 수 있다.

제 3 실시예의 부표(31)의 (도 3의 (b)에 도시된) 부유 형상에서, 안테나(42)의 활성부(active part)의 하단(42b)과 부표의 본체(35)의 나머지 부분의 상단(35a) 사이의 영역은 잘록한 영역(45)으로 고려될 수 있어 파도와 끼얹어진 물은 잘록한 영역(49)의 상부가 아닌, 잘록한 영역의 주변을 씻어내리는 경향을 갖는다. 이와 관련하여, 부표(31)의 본체(35)와 안테나(42)의 형상은 잘록한 영역(49)의 실효성을 증가시키도록 조정될 수 있음이 인식될 것이다. 예를 들어, 도 3의 (b)에 도시된 부유 통신 형상에서 잘록한 영역(49)이 형상 면에서 제 2 실시예의 부표(11)의 잘록한 영역(19)의 외관과 유사한 외관을 갖도록 잘록한 영역(49)은 형상을 가질 수 있다. 단일 모터가 안테나와 질량체의 이동을 동시에 제어하도록 안테나(42)와 이동 가능한 질량체의 이동을 제어하는 모터 유니트(36)가 배치될 수 있다. 대안적으로, 모터 유니트(36)는 안테나(42)와 이동 가능한 질량체를 독립적으로 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다.

모터 및 리드 스크류에 의한 이동 가능한 질량체 및/또는 안테나의 이동 대신에, 다른 기계적인 메커니즘이 채용될 수 있다. 예를 들어, 유압 메커니즘이 채용될 수 있거나 솔레노이드 메커니즘이 채용될 수 있다.

특정 실시예를 참고하여 본 발명에 설명되고 도시되었으나, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들에 의하여 본 발명 자체가 본 명세서에서 특별하게 설명되지 않은 많은 다른 변형예에 부여된다는 것이 인식될 것이다. 위에서 설명된 변형예 및 수정예가 단지 예로서 주어졌음이 인식될 것이다.

상술한 설명에서, 완전한 부재(integrals) 또는 요소들이 공지되고, 자명하고 예측 가능한 등가물로서 언급되어 있으며, 이러한 등가물들은 개별적으로 설정된 것과 같이 본 명세서 내에서 참고로 설명된다. 참고 설명은 본 발명의 진정한 범위를 결정하기 위하여 청구범위에 대하여 이루어질 것이며, 이는 이러한 등가물을 포함하기 위하여 구성될 것이다. 또한 바람직한, 유리한 그리고 일반적인 것으로 설명된 본 발명의 완전 부재 또는 특징들은 선택적이며 독립청구항의 범위를 제한하지 않는다는 것을 본 명세서를 읽은 사람들은 인식할 것이다. 또한, 본 발명의 일부 실시예에서 가능한 이점에 반하여, 선택적인 완전한 부재 또는 특징은 다른 실시예에서는 바람직한 것이 아닐 수 있으며, 따라서 다른 실시예에서는 없을 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (15)

1. 잠수된 잠수정에 통신 기능을 제공하는 연결 통신 부표 시스템(tethered communication buoy system) 내에서의 사용을 위한 통신 부표에 있어서,
   부표는 본체 및 통신 안테나를 가지며,
   부표는 본체 내에 위치한 이동 가능한 질량체를 갖되, 질량체는 질량 중심이 부력 중심으로부터 오프셋(offset)된 제 1 위치와 질량 중심이 부력 중심에 인접하는 제 2 위치 사이에서 이동 가능하며,
   부표는 이동 가능한 질량체가 제 1 위치에 있고 부표의 상단이 수위선 위로 노출된 상태에서 부표가 일반적으로 수직 방향으로 부유되어 그로 인하여 부표가 통신 안테나를 통하여 데이터를 송신하고 수신할 수 있는 제 1 가동 모드에서 작동 가능하며,
   부표는 이동 가능한 질량체가 제 2 위치에 있고 부표가 물 속에서 예인될 수 있는 제 2 가동 모드에서 작동 가능한 것을 특징으로 하는 통신 부표.
2. 제 1 항에 있어서, 이동 가능한 질량체는 배터리를 포함하는 통신 부표.
3. 제 1 항에 있어서, 이동 가능한 질량체는 원거리 통신 설비를 포함하는 통신 부표.
4. 제 1 항에 있어서, 이동 가능한 질량체는 부표의 길이를 따른 선형 이동을 위하여 배치된 통신 부표.
5. 제 1 항에 있어서, 통신 안테나는 부표의 상단에 장착된 통신 부표.
6. 제 1 항에 있어서, 통신 안테나는 수축 위치로부터 안테나가 부표의 본체 상으로 상승하는 신장 위치로 선형적으로 이동 가능한 통신 부표.
7. 제 6 항에 있어서, 안테나가 신장된 위치에 있을 때, 안테나의 하단과 부표의 본체의 상단 사이에 잘록한 영역(waisted region)이 한정되는 통신 부표.
8. 제 7 항에 있어서, 부표의 상단은 잘록한 영역을 갖고 있어 부표가 물에 부유하고 있을 때 잘록한 부분의 상단이 부표의 수위선(water line) 상에 위치하는 통신 부표.
9. 제 1 항에 있어서, 부표는 부표의 상단에 팽창 가능한 가스가 채워진 블래더(bladder)를 포함하되, 이 블래더는 부표의 질량 중심의 위치를 변화시키기 위하여 물을 배수할 수 있는 통신 부표.
10. 제 9 항에 있어서, 블래더는 부표 내에 위치하며, 블래더의 수축은 부표 외부로부터의 물의 유입을 허용하는 반면에 블래더의 팽창은 물의 배출을 허용하는 통신 부표.
11. 제 1 항에 있어서, 부표는 부표의 하단에서 연결 라인(tether line)에 연결된 통신 부표.
12. 잠수정 및 통신 부표로서,
    통신 부표는 청구항 1항에 따른 통신 부표이며,
    연결 라인은 한 종단에서 부표에 연결되며, 다른 종단에서 잠수정에 연결되고,
    통신 부표는 잠수정에 통신 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 잠수정 및 통신 부표.
13. 수역(body of water) 내에 부유되어 있고, 한 종단은 부표에, 다른 종단은 잠수정에 연결된 연결 라인에 의하여 연결된 부표를 회수하는 방법에 있어서,
    부표는 청구항 1항에 따른 통신 부표이며,
    상기 방법은,
    제 1 위치에서 제 2 위치로 이동 가능한 질량체를 이동시키는 단계; 및
    연결 라인을 회수함으로써 표면으로부터 잠수정으로 부표를 철수시켜 부표를 물 속에서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 가동 모드에서 부표를 작동시켜 부표가 일반적으로 수직 방향으로 부유하게 하고 수위선 위로 노출된 부표의 상부 종단에서의 통신 안테나를 통하여 데이터를 송신 및 수신하게 하는 단계; 및
    부표가 연결 라인에 의하여 물 속에서 예인되는 동안 부표를 제 2 가동 모드에서 작동시키는 단계를 포함하는 방법.
15. 제 14 항에 있어서, 제 1 가동 모드 직전 또는 제 1 가동 모드 중에 안테나를 상승시키는 단계를 포함하는 방법.

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