KR101591995B1 - 고속 수상 능력을 갖는 범용 잠수함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 승객실이 완전히 또는 대부분 흘수선 상부에 있는 상태로 수상 활동이 가능한 잠수함을 제공한다. 선박은 고속, 장거리 수상 항해 및 내항 능력을 갖는다.

Description

고속 수상 능력을 갖는 범용 잠수함{GENERAL PURPOSE SUBMARINE HAVING HIGH SPEED SURFACE CAPABILITY}

본 발명은 고속 수상 능력을 갖는 범용 잠수함에 관한 것이다.

잠수함 또는 잠수정으로 분류될 수 있는 많은 다양한 유형의 선박이 있다. 통상적으로, 잠수함은 수중에서 전진 및 방향 전환이 가능하고 내항 능력을 갖고 공해 항해가 가능하고 안전한 수중 활동이 가능한 자율적인 선박으로 간주된다. 잠수정은 일반적으로 물속으로 잠수해서 활동할 수 있지만 자체적으로 바다를 항해하는 능력이 제한적일 수 있거나 이런 능력을 갖지 않는 임의의 선박으로 간주된다. 잠수함과 잠수정은 모두 수중에서 승객을 운반한다. 따라서, 잠수함이나 잠수정이라면 적어도 음의 부력이나 중성 부력을 가져야만 하고 승객을 위한 추진력을 제공해야 한다. 비록 일부 잠수정에서는 승객이 자급식 수중 호흡장치(self contained undewater breathing apparatus, SCUBA) 기어를 착용할 것을 요구하지만, 대부분의 잠수함과 잠수정은 승객을 위한 여러 유형의 구명장치를 제공한다. 모든 잠수함과 많은 잠수정은 수중에서 수압으로부터 승객을 안전하게 보호한다.

부력이란 물에 잠긴 또는 부분적으로 잠긴 물체에 대해 물이 작용하는 상향력이다. 선박은 밀어 올리는 부력이 선박을 아래로 잡아 당기는 중력과 동일할 때 물에 뜨게 된다. 수중의 물체에 가해지는 밀어 올리는 부력을 유체 정역학적 부양력이라 한다. 부력 또는 유체 정역학적 부양력의 크기는 특정 물체에 의해 대체된 물의 양에 의존한다. 물체가 수면에 있을 경우, 중력은 물체를 아래로 잡아 당기며, 선박과 같이 바닥이 밀봉되어 있다면, 바닥은 물을 측면으로 밀어낸다. 수상 배수량으로 알려진 배수되는 물의 체적은 수면 아래에 놓인 물체의 체적와 동일하게 된다. 물체에 작용하는 부력은 대체되는 물의 체적에 해당하는 무게와 같다.

수면 상에서 선박의 배수량은 그 무게에 의존하기 때문에, 이는 밸러스트를 사용하여 조절될 수 있다. 밸러스트는 일반적으로 선박의 밀봉된 선체 밸러스트실 내로 진입할 수 있도록 되어 있는 물이다.

수상선에서, 물은 통상적으로 선박의 하부에 추가적 질량을 더해주기 위해 밸러스트 구역에 첨가된다. 이는 선박의 무게 중심을 낮춤으로써 수면에서의 안전성을 증가시킨다. 잠수함 또는 잠수정은 일반적으로 이미 낮은 무게 중심을 갖고 있고 화물 가변성이 거의 없기 때문에 역사적으로 수면 안정성을 위한 밸러스트수를 필요로 하지 않는다. 또한, 잠수함이나 잠수정은 통상적으로 부상하는 동안 수중에서 아주 낮은 위치에 앉아 있으며, 전체 선박 중 아주 작은 체적만이 흘수선 위에 있게 된다.

잠수함 또는 잠수정에서, 물은 잠수함이나 잠수정이 수면 아래로 잠수하는 것을 돕기 위해 밸러스트 구역에 첨가된다. 이는 선박의 배수량을 저감시키거나 그 무게를 증가시키는 것으로 볼 수 있는데, 이들 모두 동일한 수학적 효과를 갖는다. 잠수함 용어에서, 밸러스트수 첨가는 통상적으로 선박의 부력을 저감시키는 것으로 간주된다. 밸러스트 구역이 채워져 있다면, 이들 구역은 본질적으로 중성 부력을 갖는 것으로 보이며, 따라서 선박에 부력이 작용하지 않는 이유가 된다. 이들 밸러스트 구역의 질량은 여전히 선박을 수중에서 추진시키기 위해 요구되는 에너지에 고려되어야만 한다. 이들 밸러스트 구역은 그 배수량을 줄임으로써 물이 선박으로 들어가 선박의 부력을 저감시키기 때문에 가변 배수량이라고도 한다.

잠수함이나 잠수정과 같이 수중 활동이 가능한 선박의 경우, 밸러스트수의 양을 조절함으로써 중성 부력을 가져야만 한다. 중성 부력이란 부력의 상향력이 중력의 하향 당김력과 동일한 조건을 지칭한다. 이런 조건에서, 선박은 수중에서 부상, 하강 및 항해하기 위해 그 추진 시스템을 사용할 수 있다.

통상의 잠수함에서, 선박의 무게는 선박의 고정 배수량으로 인해 부력을 극복하기에 충분하도록 설정된다. 고정 배수량은 수밀성이고 침수될 수 없는 잠수함의 여러 부위의 체적이며, 이 체적은 최소 부력을 결정한다. 이런 무게 설정은 제어 가능한 밸러스트를 완전히 침수시킴으로써 선박이 잔여 무게가 전혀 없는 경우에도 선박이 잠수하고 중성 부력을 가질 수 있도록 하기 위해 필요하다. 따라서, 가변 배수량은 탑재 용량의 결정 요인이다. 대부분의 잠수함에서 고정 배수량의 대부분은 깊은 곳에서 물의 과다 압력에 저항하는 보강된 승객실인 압력 선체 내부에 수용된다.

통상의 소형 잠수정은 심해 잠수 과학이나 산업적 임무를 위해 또는 천해 잠수 오락 여행을 위해 사용된다. 두 유형 모두는 승객들의 선박 출입을 허용하기에 충분한 수면 바로 위로 부상하는 데 필요한 부력을 얻기 위해 필수적인 최소의 제어 가능한 밸러스트를 갖는다. 이들 선박에서 가변 배수량은 고정 배수량에 비해 너무 작다. 이런 사실로 인해, 이들 소형 잠수정은 그 체적의 대부분이 흘수선 위에 있도록 수면 위로 충분히 부상할 수 없다. 이들 잠수정은 이렇게 하기 위해 필요한 양의 부압량을 얻을 수 없다. 부상했을 때 선박 체적의 대부분을 수중에 유지하는 것은 선박의 구조를 단순화하고 수중에 있는 동안과 부상하는 동안 모두 선박을 안정적으로 유지한다. 그러나, 이런 설계 방식은 수면에서의 이동 능력을 많이 제한시킴으로써 아주 낮은 탑재 가변도를 허용한다.

수중 활동이 가능한 선박은 최초에 군사용으로 개발되었지만 오늘날에는 다양한 용도로 사용된다. 근대형 잠수함과 잠수정은 아주 특화되어 있지만, 군사 무기 플랫폼으로 활용되는 선박에서 심해의 과학적 연구에 사용되는 선박, 오락용 천해 잠수에 사용되는 선박에 이르기까지 다양한다. 많은 특수 임무를 위한 많은 양의 잠수함과 잠수정에도 불구하고, 다양한 용도에 사용될 수 있는 수중 활동이 가능한 진정한 범용 선박은 존재하지 않는다. 또한, 소형이고, 비용 효율적이고, 상당한 자율성 및 항해 능력과, 활동 범위를 소유하는 수중 선박은 오늘까지도 없다. 공해 상에서 항해할 수 있는 오늘날 사용되는 유일한 잠수함은 대형의 선박 크기를 갖는 군용 잠수함이다. 진정한 항해 능력과 내항 능력을 갖추고 수중 활동이 가능한 소형 선박은 민간 사업용 및 군사용 모두에 아주 유용한다.

기존 잠수함과 잠수정의 설계와 능력은 단순한 다이버용 수중 스쿠터에서 미 해군의 대형 핵미사일 무장 부머(boomer)까지 다양하다. 그럼에도 불구하고, 모든 기존의 잠수함과 잠수정은 이들 각각이 아주 특수한 용도를 위해 설계되고 그 의도된 용도 이외의 용도에 있어 제한된 용도를 갖는다는 공통적인 특성을 공유한다.

거의 모든 세계의 실제 잠수함들은 오늘날 대형이고 선박 크기를 갖는 군용 선박이다. 사실상, 오늘날 사용되는 유일한 진정한 잠수함은 미 해군과 다른 산업 국가에서 사용하고 있는 대양 횡단 군용 선박이다. 이들 잠수함은 지금까지 지어진 것 중 수중 활동이 가능한 가장 세련된 선박들이다.

몇몇 나라에서는 지금도 2차 세계 대전 동안 널리 사용되었던 디젤-전기식 군용 잠수함을 사용하고 있다. 현대식 잠수함은 보다 양호한 잠수 시간, 속도, 잠행 및 무장 정도를 나타내지만 기본 기능은 유사하다. 이들 군용 잠수함은 잠수용 전기 배터리를 충전하기 위해 수상 엔진을 사용한다. 미 해군과 일부 외국 해군에서는 수중에서 수개월을 보낼 수 있는 원자력 추진 설계가 많은 디젤-전기식 잠수함을 대체하고 있다. 이들 선박을 추진하기 위해 사용되는 원자로는 연료를 첨가할 필요가 없이 수년 동안 작동할 수 있으며 이들 원자로는 통상적으로 보급품을 제공하고 승무원을 교체하기 위해 수개월에 한 번씩 수면으로 부상할 필요만 있을 뿐이다.

대양 횡단 군용 잠수함은 많은 다양한 임무를 위해 사용되며, 각각의 임수 유형은 일반적으로 특별한 종류의 잠수함에 의해 달성된다. 오늘날 미 해군은 오하이오급 탄도 미사일 탑재 핵잠수함(Ohio-Class Submersible Ship Ballistic missile Nuclear)(SSBN)과, 유도 미사일 탑재 핵잠수함(Submersible ship Guided missile Nuclear, SSGN)급과, 로스앤절스 및 시울프 핵잠수함(Los Angeles and Seawolf Submersible Ship Nuclear, SSN)급 및 버지니아 SSN급을 보유하고 있다. 부머(boomer)라고도 하는 오하이오급 SSBN은 탄도 미사일용 잠행 이동식 추진 플랫폼으로 사용된다. SSGN급은 순항 미사일을 운반하고 특수 폭격 작동을 위한 플랫폼으로 사용하도록 변환된 부머이다. LA 및 시울프 SSN급은 신속 공격용 잠수함이고 버지니아 SSN급은 신속 공격 잠수함으로 순항 미사일 플랫폼 및 특수 폭격 플랫폼으로 사용된다. 모든 미 해군 잠수함은 원자력 추진식이고 수면 아래로 적어도 244 m(800 ft)까지 잠수가 가능하다.

대양 횡단 군용 잠수함은 수상선에 비해 비교적 고속으로 장거리를 잠행 순항하도록 설계된다. 이들 선박은 통상적으로 대형 수상 선박 정도의 크기를 갖는다. 이들 군용 잠수함은 모두 군사용으로만 사용되고 있다. 이들 잠수함은 아주 고가이고 화물 운반에는 비실용적이다. 승객 여행은 다른 수단이 보다 저렴하고 신속하고 보다 실용적이고 보다 안락하다. 이들 잠수함은 그 크기로 인해 다른 선박이나 해상 플랫폼 주변이나 그 아래에서 작동을 하지 못하므로 산업 용도로 실용적이지 않다. 창문의 부재, 작동에 필요한 큰 몸집의 승무원, 엄청난 생산비는 어떠한 관광용 또는 오락용 용도로도 적합하지 않다. 따라서 이들 거대한 군용 잠수함은 현재의 전쟁용 플랫폼 외에 어떤 다른 용도를 갖고 있지 않다.

단체적으로 서로 다른 다양한 용도가 가능한 기존의 많은 잠수정이 있지만, 각각의 잠수정은 개별적으로 특정 임무에 대해서만 유용할 뿐이다. 보다 소형의 잠수정이 군사 및 민간 부문 모두에서 사용되고 있고, 일반적으로 이들 소형 잠수정은 공해 상에서의 항해가 아닌 큰 수직 범위를 갖는 해양의 깊은 곳에 접근하기 위해 사용되는 운송 수단으로 사용된다는 사실을 특징으로 한다.

가장 기본적인 잠수정은 지지 케이블을 사용하여 수상 선박에 의해 수중에서 승강되는 포드(pod)이다. 잠수종과 구형 잠수기가 이들 간단한 포드의 예이다.

잠수종은 기본적으로 바닥이 부분 개방된 기밀형 객실 내에서 잠수되는 공기 포켓이다. 바닥은 그 중앙에 구멍이나 잠수종이 깊이 잠수될 때 개방되는 승강구를 가질 수 있다. 잠수종은 잠수부를 수면 아래로 깊이 운반하는 승강기와 잠수부를 다시 수면으로 올려보내는 감압 챔버로서 작용한다. 잠수종은 주변압 보상의 사용을 통해 깊은 곳에서의 과도한 압력에 대항한다. 잠수종이 수면 아래로 하강함에 따라, 잠수종 외측의 수압은 증가한다. 공기가 잠수종으로 보충되지 않으면, 해수가 구멍을 통해 들어와 잠수종을 채우기 시작한다. 잠수종 내부에 포획된 공기는 바다 바깥의 주변압에 도달할 때까지 상부에서 압박한다. 잠수종 내외측의 압력이 동일하게 될 때, 해수는 더 이상 잠수종 안으로 들어오지 않는다. 잠수종이 계속해서 하강함에 따라, 압력은 커지게 되고 공기는 보다 압박되고 공기 포켓은 작아지게 된다. 압력은 잠수종 내부와 외부에서 같기 때문에, 잠수종이 개방 상태로 유지되는 한 해수는 잠수종의 벽에 어떠한 응력도 가하지 않는다. 이는 합당하게 기밀성이기만 하다면 낮은 강도의 일반적인 재료가 잠수종의 제조에 사용될 수 있음을 의미한다.

통상적인 현대식 잠수종은 내부가 건조 상태를 유지하도록 설계된다. 깊은 곳에서 물의 침입을 방지하기 위해 가압 공기가 깊은 곳에 있는 잠수종 내로 방출된다. 공기는 일반적으로 구명 연결부를 통해 수상 지원선에 의해 제공된다. 공기는 잠수종 외부의 해수압 보다 약간 높은 압력으로 제공된다. 이로써 공기는 개방된 잠수종을 통해 천천히 거품으로 배출되고 승객을 위해 공급되는 공기가 신선하게 유지된다. 잠수종이 수면으로 올라올 때, 물의 압력은 감소하고 내부의 공기는 팽창해서 거품으로 배출된다.

잠수종을 포함한 모든 주변압 잠수정의 주된 한계는 승객의 한계로 인한 결과이다. 신체는 주변압 증가에 의해 스트레스를 받지만 보다 많은 공기를 허파로 끌어 들여 보상함으로써 혈액 내부의 가스량을 증가시킨다. 너무 많은 양의 질소가 혈액으로 들어갈 경우, 혼수 상태가 나타날 수 있다. 이런 위험은 호흡 혼합물에 헬륨과 같은 다른 불활성 가스를 혼합시킴으로써 어느 정도 완화될 수 있다. 압박에 의해 산소가 추가로 혈액으로 들어가기 때문에, 호흡 혼합물은 일반적으로 보통의 표면 공기보다 낮은 함량의 산소를 함유한다. 주변압 잠수정이 상승할 때 압력은 하강하기 때문에, 신체는 압박 잠수 동안 축적된 과잉 공기를 호흡을 통해 배출해야만 한다. 이는 저속 과정으로, 깊은 곳에서 보낸 시간이 오래되고 깊이가 깊을수록 과잉 공기 배출 작업은 더 오래 지속되어야 한다. 주변압 잠수정이 너무 빠르게 부상하면, 혈액 내부의 가스가 거품을 일으킴으로써 "감압병(bends)" 현상을 일으킬 수 있는데, 이는 큰 고통을 수반하고 치명적인 색전증을 일으킬 수 있다.

따라서 주변압 잠수정의 승객은 스쿠버 잠수부들이 하는 것과 마찬가지로 수면으로 올라올 때 감압을 해야만 한다. 이로 인해 주변압 잠수정의 용도는 스쿠버 잠수부들이 도달할 수 있는 깊이와 동일 깊이로 제한된다. 이는 최대 약 61 m(200 피트)로서, 전문 잠수부가 아닌 승객에게는 약 10 m(33 피트)가 보다 실용적이다.

보다 긴 기간 동안의 잠수와 신속한 상승을 허용하고 주변압 잠수정에 공통적인 위험한 고압 조건에서 승객을 보호하기 위해, 승객실은 일반 대기압인 1 기압으로 유지되어야 한다. 그렇지만, 해수로부터의 압력은 깊이가 증가됨에 따라 승객실을 점점 더 파열시키게 된다. 승객실은 강하고 내압성 있게 건조되어야만 한다.

압력 선체는 깊은 곳에서의 파열력에 대항할 수 있고 주변압 보상없이도 승객을 보호할 수 있는 아주 강하고 내건조 있는 재료로 건조된 인원 배치용 포드이다. 압력 선체는 일반적으로 구형이거나 원통형 형상을 갖는데, 이들 형상은 압축력에 본래적으로 강한 경향이 있기 때문이다. 이런 형상에서 벗어나면 내압성이 크게 저하됨으로써 선체가 도달할 수 있는 최대 깊이를 크게 감소시킨다. 따라서 압력 선체는 고도의 형상 정밀도를 구비하게 건조된다. 이들 정밀 공차는 선체를 구성하는 데 드는 시간과 비용을 증가시킨다.

잠수구는 케이블에 현수되는 간단한 구조의 압력 선체이다. 잠수구는 일반적으로 관찰창과 내부에 승무원을 위한 선실을 구비한다. 저장된 산소와 이산화탄소 스크러버가 구명 지원을 위해 공통적으로 사용된다. 잠수구는 사람을 수면 아래로 914 m(3000 피트) 정도의 깊이까지 운반한 최초의 잠수정으로서 처음에는 과학 연구용으로 사용되었다. 이들 잠수구는 더 이상 많이 사용되고 있지는 않다.

잠수종과 잠수구는 모두 수면이나 수상선에 이들을 연결하는 중강 케이블과 수면과 수중 모두에서 완전한 자율성의 부족에 의해 제한된다. 구명 케이블 또는 구명줄을 제공하기 위해서는 자체의 승무원이 있어야 하고 고비용인 대형 수상선이 필요하다. 대형 케이블의 장애와 함께 자기 추진, 전력 저장 및 부력 제어를 할 수 없다는 점으로 인해 이들 잠수종이나 잠수구는 잠수용 운송 수단으로 사용되지 못한다. 대신에, 이들 잠수종과 잠수구는 작업이나 관찰용으로만 유용할 뿐이다. 잠수구는 깊이가 대략 1066 m(3500 피트)로 제한되는 반면, 잠수종은 대략 90 m(300 피트)보다 깊으면 위험해진다.

심해 침몰선(DSV)는 대양의 최심부를 연구하기 위해 설계된 것이다. 비교적 적은 수가 존재하며 과학적 및 군사적 연구용으로 사용되고 있다. DSV는 일반적으로 지원선을 필요로 하지만 항해를 할 수 없다. DSV는 두 가지로 분류되는데, 배시스케이프와 심해 잠수정이다.

배시스케이프는 더 이상 생산되지 않는 구형 선박으로 지금까지 열 개도 안되게 아주 적게 제조되었다. 배시스케이프는 지표 상에서 가장 깊은 지점인 남태평양에 위치한 마리아나 해구의 챌린저 심부에 도달하기 위해 사용되었다. 배시스케이프는 석유 연료로 충전된 부유 상부 구조물에서 현수되는 구형 압력 선체이다. 연료는 추진용으로 사용되지 않고 깊은 곳에서의 압력에 대한 저항력을 제공하기 위한 것이다. 또한, 연료는 부력 제어를 제공한다. 하강하기 위해서는 연료가 배출되어 부력을 감소시킨다. 부상하기 위해서는 선박에서 금속 펠릿이 배출되어 무게를 감소시킨다. 펠릿은 전자석에 의해 호퍼의 적소에 보유되는데, 이는 전기 고장이 발생하면 배시스케이프가 바로 수면으로 부상할 수 있음을 의미한다. 배터리 작동식 전기 스러스터(thruster)가 수중에서의 추진력과 조향력을 제공하지만 그 능력은 대형 상부 구조물로 인해 크게 제한된다.

배시스케이프는 비록 깊은 심해까지 잠수가 가능하지만 그 크기와 수중에서의 낮은 조종 능력으로 인해 아주 제한된다. 또한 진수 및 복귀 작동이 어렵다. 현재, 활동 중인 배시스케이프는 없는 것으로 알려져 있다.

심해 잠수정은 구형 강재 압력 선체를 구비한 소형의 배터리 작동식 잠수정이다. 이들 심해 잠수정은 배시스케이프와 유사하지만 보다 소형이고 연료가 충전된 상부 구조물을 갖고 있지 않다. 압력 선체는 통상적으로 배시스케이프보다 얇고 따라서 최대 잠수 가능 깊이가 낮다. 보다 가벼운 무게는 수면 부상이 배시스케이프의 연료 상부 구조물을 사용하지 않고 성취될 수 있도록 한다. 심해 잠수정은 고압 공기 송풍 부력 탱크 및 오일 충전 설비 챔버 또는 고강도 유리-비드 발포 블록과 함께 압력 선체의 부력을 사용하여 부상한다.

심해 잠수정은 그 체적의 적은 부분이 흘수선보다 위에 있도록 하기 위해 수면에서 공기로 채워진 소형 밸러스트 탱크를 구비한다. 밸러스트 탱크가 침수됨으로써 선박을 잠수시키며, 탱크는 바닥이 계속 개방되 있음으로써 깊은 곳에서 주변압을 유지한다. 잠수시, 이들 선박은 통상적으로 음의 부력을 갖는데, 원하는 깊이에 도달할 때까지 가라 앉기 위해 중력을 사용한다. 그후, 선박은 무게를 줄이고 고압 공기를 밸러스트 탱크로 주입함으로써 중성 부력을 얻는다. 다시 수면으로 부상하기 위해서, 심해 잠수정은 일회용 금속 밸러스트를 강하시키며 통상적으로 전기 추진을 필요로 하지 않는다. 배터리 작동식 전기 모터는 제한되 수중 추진 및 조향을 위해 사용된다. 심해 잠수정은 작은 크기로 인해 배시스케이프보다 더 조정 능력이 있다.

수면 부상을 위한 무게 강하의 신뢰성은 심해 잠수정에서 문제가 될 수 있다. 재구성이 기대되거나 잠수 중에 무게를 올릴 필요가 있는 경우, 이는 달성하기 어려울 수 있다. 심해 잠수정은 부력과 최소 무게 강하에 있어 가변성이 거의 없기 때문에 부상용으로 할당된 무게가 낮다. 공기 송풍식 밸러스트 탱크는 승객실 배수량 중 작은 분율만을 수용하고 아주 최소의 조정 가능한 부력을 제공한다.

심해 잠수정에는 극단의 안전 예방 수단과 정밀 공학기술이 필수적이다. 압력 선체의 배수량이 수면 부상을 위해 요구되기 때문에, 압력 선체가 조금이라도 침수되면 잠수정은 해저로 가라 앉게 될 것이다. 이런 위험을 방지하기 위해 필요한 정밀 공학기술은 제조 비용을 증가시킨다.

DSV는 배터리 전원 스러스트를 사용하고 그 대부분의 체적이 수면으로 부상했을 때 수중에 있기 때문에 항해 능력 또는 활동 범위를 거의 갖지 않거나 전혀 없다. 이들 심해 잠수정을 운반하고 잠수 지역에서 회수하기 위해 수상선이 요구된다. DSV를 바다에 하강시키기 위해 거대한 크레인이 필요한 경우도 있다.

또한, DSV는 승객실이 아주 협소하다. 구형의 압력 선체는 일반적으로 승객과 필수 계측기구를 수용하는 데 필요한 최소의 여분을 갖도록 설계된다. 미 해군은 가장 통상적인 DSV보다 큰 한 대의 DSV를 구비하고 있지만 비군사적 용도로 사용하기에는 너무 비용이 많이 든다. 종합적으로, DSV는 아주 좁은 범위의 임무에 유용하지만 그 활동 범위, 안전 유지 능력, 자율성 및 속도의 결함으로 인해 큰 제약을 받는다.

다른 기존의 일반적 유형의 잠수정은 여행용 잠수정이다. 여행용 잠수정은 열여섯 명 이상의 승객을 수용하기도 하는 가장 큰 규모의 민간용 잠수정의 일부이다. 이들 여행용 잠수정은 압력 선체를 구비하며 수심 0.3 내지 91 m(1 내지 300 피트)에서 작동한다. 압력 선체는 일반적으로 대형이고 긴 모양이고 강으로 제조되며, 일부 과다한 크기의 반구형 아크릴제 관찰창을 구비한다. 여행용 잠수정은 용골에 위치된 대형 배터리 어레이에 의해 작동되며 전기 스러스트에 의해 추진된다.

여행용 잠수정은 관광용 이외의 용도에는 유용하지 않다. 이들 여행용 잠수정은 속도와 자율성과 항해 능력이 부족하다. 이들 여행용 잠수정은 수면으로 부상했을 때 그 체적의 적은 부분만이 흘수선 위에 있게 된다. 이들 여행용 잠수정은 재충전을 위해 지원 선박이나 부두를 필요로 하는 배터리 전력과 공기 저장부에 의존한다. 여행용 잠수정은 비용 효율성을 위해 크기가 커야만 하는데, 이런 크기로 인해 압력 선체가 큰 힘을 받게 됨으로써 여행용 잠수정은 잠수 깊이가 제한된다.

여행용 잠수정은 DSV와 마찬가지로 수면으로 부상하기 위해 승객실의 부력을 사용한다. 따라서, 압력 선체 관통부가 손상되면 잠수정은 해저로 가라 앉게 된다. 이는 설계 비용의 증가를 가져온다.

지원 선박 없이 잠수 지역으로 가고 복귀할 수 있도록 하는 자율성을 갖기 위해 소형 디젤 엔진을 구비하는 몇몇 여행용 잠수정이 제조되고 있다. 그러나, 이들 잠수정은 여전히 공해에서의 항해 능력이 부족하고 그 활동 범위가 아주 제한되어 있다. 또한, 이들 잠수정은 약간 평이하게 거친 바다에서의 활동이 불안정하며 여전히 깊이, 속도, 크기 및 비용과 관련된 기타 여행용 잠수정의 문제를 갖고 있다.

주변압 개인용 잠수정은 잠수종에서와 같이 주변압을 사용하여 깊은 곳에서의 압력을 지탱한다. 이로 인해 그 용도는 스쿠버 잠수부가 도달할 수 있는 깊이로 제한된다. 가장 단순한 형태의 주변압 개인용 잠수정은 습식 선체(wet hull) 잠수정이다.

습식 선체 잠수정은 승객이 해수에 노출된 상태에서 잠수정이 이들 승객을 바닷속에서 추진시키는 수중 선박이다. 이들 잠수정은 통상적으로 중성 부력을 얻도록 돕는 소형 밸러스트 탱크와 추진을 위한 전기 모터를 구비한다. 승객은 공기 충전 헬멧 또는 스쿠버 기어부와 같은 호흡 장치를 통해 공기를 공급받는다.

습식 선체 잠수정은 그 용도가 명백히 아주 제한된다. 승객은 수온에 노출됨으로써 차가운 기후에서 문제가 될 수 있다. 또한, 승객은 수압에도 노출되는데, 이는 습식 선체 잠수정이 호흡용 혼합 가스를 사용하는 전문 잠수부가 조작한다 하더라도 대략 61 m(200 피트)의 깊이로 제한됨을 의미한다. 스포츠 잠수부들에게는 10 m(33 피트)의 제한된 깊이가 보다 실용적이다.

군대에서는 씰팀 수송용 잠수정(Seal Delivery Vehicle, SDV)라고 하는 습식 선체 잠수정을 사용한다. 승객실은 완전히 에워싸이지만 물이 들어온다. 따라서 SDV는 기타 습식 선체 잠수정과 동일한 단점을 갖고 있다.

주변압 건식 선체는 내부가 건조하도록 밀폐된 선체를 구비한 잠수정이다. 외부 해수의 주변압을 판단하기 위해 게이지가 사용된다. 내부 압력이 외부의 수압과 동일할 때까지 공기가 밸브를 통해 승객실로 공급된다. 잠수정이 수면으로 부상할 때 공기를 배출하기 위해 체크 밸브가 사용되며 수압은 감소한다. 이 선체는 적당하다면 어떤 형상으로도 적절히 기밀성인 재료로 건조될 수 있다.

주변압 건식 선체는 많은 요인으로 인해 깊이가 제한되어 있다. 무엇보다, 이들 선체가 보유하는 공기량과 배터리 전력 비축분으로 인해 너무 깊이까지는 가지 못한다. 그 보다 중요한 것은 인체에 의한 제한이다. 고도로 훈련된 잠수부가 도달할 수 있는 깊이는 약 61 m(200 피트)인 반면 보다 실용적인 깊이 한계는 수면에서 10 m(33 피트)이다.

주변압 개인용 잠수정은 일반적으로 배터리 작동식이다. 이들 잠수정은 수상 활동 범위, 항해 능력 또는 자율성이 거의 없다. 이들 잠수정은 잠수 지역에 도달하고 배터리 충전 및 공기 공급을 위해 수상선에 의존한다. 디젤 수상 엔진을 구비한 주변압 개인용 잠수정이 조금 제조되기는 했지만 여전히 다른 모든 주변압 설계와 동일한 깊이 제한을 겪고 있다.

첨단 씰팀 수송 시스템(ASDS)은 해군 씰 작전용 압력 선체를 사용하는 잠수정이다. 본 시스템은 잠수정으로는 비교적 대형으로 길이가 19 m(62 피트)이다. ASDS는 고도 특수 용도를 위한 잠수정으로 잠행용으로 설계되었다. 본 시스템은 추진용으로 배터리 전원만을 사용하며, 이는 그 범위와 항해 능력을 크게 제한한다. ASDS는 수면으로 부상하기 위한 적은 양의 부력을 가지며, 대신에 일반적으로 수중에서 호스트 잠수함과 도킹한다. 이들 잠수정의 가격은 아주 고가로서, 따라서 비군사 용도로는 사용되지 않는다.

모든 기존의 잠수함과 잠수정은 특정 역할을 위해 설계, 건조 및 사용된다. 따라서 범용 잠수함에 대한 요구가 있다. 이런 잠수함은 강한 내항 능력, 장거리 활동 범위, 고속 및 자율성을 구비하여 수중에서 많은 역할을 수행하는 것이 가능하고 수면 상에서 항해할 수 있어야 할 것이다. 이러 잠수정은 민간 분야 및 군사용 모두에 유용할 것이다. 범용 잠수함이 가져야만 하는 많은 특징과 능력이 있다.

범용 잠수함은 크기가 비교적 소형이어야 하지만 승객들을 수용할 수 있어야 한다. 잠수함은 역사적으로 장거리 화물 또는 승객 운반에는 실용적이지 못했다. 관광, 산업 및 안전 용도가 잠수함의 모든 유용한 용도지만, 모두 원자력 추진식 군용 함선에 비해 소형 잠수함을 요구한다. 작은 크기는 또한 잠수함 제작, 운영 및 유지 비용을 저감하는데 핵심이다. 보다 소형의 압력 선체를 갖는 잠수함은 수압이 선체의 작은 표면적 전체에 분포하기 때문에 대형 잠수함에 비해 보다 깊은 곳에서 활동할 수 있다. 양호한 범용 잠수함은 잠수 중에 적게는 한 명에서 많게는 12명까지 승무원 또는 승객 분대를 수용할 수 있어야 한다. 대부분의 경우, 이는 안전 및 신속 부상을 보장하는 다양한 크기의 1 기압 선체를 사용함으로써 달성되어야 한다. 이런 능력은 과학적, 군사적, 오락적, 산업적 및 그 밖의 용도에 유용하다.

범용 잠수함은 장거리 활동 범위와 강한 내항 능력을 구비한 유능한 항해선이어야 한다. 범용 잠수함은 또한 자율성이 있고 자체 발전 및 공기 공급이 가능하고 잠수를 위해 이들을 저장하는 것이 가능해야 한다. 이런 잠수함은 수상 지원용 선박을 필요로 하는 잠수정에 비해 더 효율적이고 저렴한다. 거친 바다에서의 안전계수도 수상 지원선의 보조없이도 태풍을 벗어날 있어야 하기 때문에 더 높아야 한다. 장거리 활동 범위에 걸친 항해 능력은 민간 산업이 최초로 수상 지원선의 비용을 들이지 않을 수 있도록 한다. 범용 잠수함은 일반적인 부두에서 파견될 수 있고 그 목적지까지 자체적으로 이동할 수 있다.

또한, 양호한 범용 잠수함은 고속 이동이 많은 환경에 유용하기 때문에 적절한 하강 속도를 얻을 수 있어야 한다. 속도는 여행용 잠수함이 수상 지원선 없이도 보다 많은 승객을 수송할 수 있도록 한다. 속도는 또한 군사용 및 안전 활동에도 유용한다. 또한, 속도는 임무 기간을 낮춤으로써 비용을 줄이고 선박이 태풍에 접근하는 것을 방지할 수 있도록 한다.

범용 잠수함은 변경 가능해야 하는데, 여러 가지 다양한 임무에 요구되는 장비를 수용하는 능력을 가줘야 한다. 변경 능력은 범용 잠수함의 핵심적 특징이다. 이런 잠수함은 오락용 또는 여행 역할로 사용될 때 승객실의 편안함을 증가시킬 수 있어야 하고, 군사적 역할로 사용될 때 잠수함에 추가되는 무기와 군용장비를 수용할 수 있어야 하고, 과학적 또는 산업적 역할로 사용될 때 카메라, 조작기, 저장기 및 공구가 설치될 수 있어야 한다. 이들 재변경 능력은 잠수함의 실질적인 재설계를 필요로 하지 않으며, 이상적으로 이들 재변경 능력은 범용 잠수함의 이런 가변성을 전개하는 데 필요한 비용과 시간을 크게 증가시키지 않아야 한다.

범용 잠수함은 산업과 여행에 유용하도록 대부분 해수로 에워싸이는 깊이로 잠수해서 승객을 안전하게 보호할 수 있어야 한다. 비록 여러 용도를 위해, 이런 여행은 10 m(33 피트)의 깊이가 충분할 것이지만, 많은 실시예에서 이런 잠수함은 닿을 수 있는 해수 깊이의 약 90%에 해당하는 적어도 152 m(500 피트)까지 잠수가 가능해야 한다. 이런 깊이는 빛이 대부분의 위치에서 해수를 관통하는 깊이를 넘어서기 때문에 군사용 잠행성을 제공하기에 충분하며, 장거리 활동 범위 군용 잠수함도 305 m(1000 피트)보다 낮은 깊이에서는 활동을 거의 하지 않는다. 산업적 작동의 경우, 대부분의 오일 파이프라인과 내부 구조는 해수의 상부 91 m(300 피트)에 놓여 있다.

범용 잠수함이 잠수를 유지해야 할 시간은 적어도 전체 활동일 동안 깊이를 유지할 수 있도록 해야 한다. 이로써 산업적 또는 과학적 활동은 충분히 모든 날짜만큼 작업을 달성할 수 있게 되며, 군사용 사용자는 은닉 상태를 유지하기 위해 낮시간 동안 잠수 상태로 있을 수 있게 될 것이다. 보다 긴 잠수 시간 능력은 공격을 당한 잠수함을 구조하기 위해 추가 시간을 허용하기 때문에 안전성을 증가시킴은 물론이다.

모든 범용 잠수함은 고도의 안전성을 가져야 한다. 자율성이 있고 공해에서 자체 항해가 가능하다는 사실로 인해, 안전이 특히 중요하다. 이런 선박은 잠수 중에 다양한 시스템 고장 뿐만 아니라 험한 기후 조건과 수면에서의 미예측 상황을 대처할 수 있어야 한다.

범용 잠수함은 저렴하게 건조될 수 있어야 한다. 제조와 활동 비용은 수상선과 잠수정의 합산 비용 또는 수상선과 무인 잠수정(remotely operated vehicle, ROV)의 합산 비용을 넘어서는 안된다.

상술한 많은 사항과 같은 특징들과 능력을 구비한 범용 잠수함을 설계하고 설치하기 위해 문제를 극복해야만 한다. 우선, 작은 크기가 고속, 항해력, 내항 능력 및 장거리 활동 범위와 조화될 수 있어야 한다.

역사적으로 밝혀진 바에 따르면, 장거리 항해 및 고속 내항이 가능한 비교적 소형의 잠수함을 설계하는 것은 어렵다. 위에서 언급된 능력을 갖는 통상의 잠수함은 과도하게 크고 육중하고 고가이다. 이들 잠수함은 군사용으로만 유용할 뿐이다. 민간 산업에서는 수상선을 사용하여 소형 잠수정을 운반함으로써 항해 문제를 해결했는데, 이는 고가이고 소모적이다. 그러나, 장거리 항해 및 고속 내항에 대한 요구는 이런 범용선이 단순한 잠수정이 아닌 진정한 잠수함이어야 함을 의미함으로써 설계를 보다 어렵게 만든다. 선박은 수중에서 장거리 항해가 가능해야 하거나 수중에서의 활동 능력 뿐만 아니라 진정한 수상선과 같이 조작 가능해야만 한다. 장거리 수중 항해는 원자력이나 디젤 동력을 사용하여 수상 충전된 거대한 배터리 더미를 사용해야만 성공적으로 달성될 수 있다. 이들 방법은 대형의 대양 횡단 군용 잠수함에는 실용적이지만 소형 잠수함에는 가능하지 않다.

소형 잠수정의 기존 설계는 진정한 수상선으로 기능할 수 없다. 소형 잠수정 설계는 배터리와 추진용 전기 모터에 의존한다. 배터리는 저장하는 에너지양이 아주 제한되어 있으며 진정한 수상선으로 활동하기 위해서 선박은 대형의 무거운 연료 부하를 수반해야만 한다. 또한, 잠수함이 가능하게는 수면에서 활동하기 위해서는 강력한 대형 엔진이 있어야만 한다. 강력한 대형 엔진과 대형 연료 예비물을 사용함으로써 수상 보트에서의 고속, 장거리 활동 범위 및 대형 탑재 용량이 얻어진다. 그러나, 이런 엔진을 기존의 잠수정 설계에 추가하는 것은 간단한 일이 아니다. 여행용 잠수정 또는 소형 산업용 잠수정에 디젤 엔진을 추가하기 위해 수행된 시도는 그 기능성이 잠수정의 설계에 의해 제한되기 때문에 비효율적이다.

기존 설계에 대형 엔진과 연료 예비물을 추가하려는 시도가 실패한 첫 번째 이유는 이들 첨가물에 의한 무게 증가로 인한 것이다. 소형 잠수정은 통상적으로 소량의 부력을 가지며, 상당한 하중을 추가할 때에는 광범위한 개조가 필요하다. 대형 연진과 연료의 추가는 잠수함이 수면으로 부상할 수 없게 하는 결과가 된다. 이런 잠수함은 실용적인 용도가 없다. 따라서, 추가의 부력을 제공하기 위해 추가적인 배수량이 잠수함에 첨가되어야 한다.

소형 잠수정은 그 압력 선체의 크기가 추가 배수량을 제공하기 위해 증가된다. 이는 엔진을 잠수정이 수면으로 부상할 수 있도록 필수 배수량을 첨가할 뿐만 아니라 깊은 곳에서 압력과 해수로부터 엔진을 보호한다. 그래도, 대형 엔진을 수용하기 위해서 압력 선체이 크게 증가해야만 한다. 이런 증가는 함선의 무게와 고정 배수량을 크게 증가시킨다(이는 잠수 무게를 증가시킨다). 이런 배열의 순 결과는 선박의 동력-대-무게비의 감소 또는 최소 이득이다. 이런 방법을 사용하여 소형 잠수정에 동력을 추가하는 데 필요한 무게의 거대한 증가는 동력이 무게 때문에 오히려 문제를 키우는 모순을 설정하게 된다. 따라서 소형 잠수정 설계자들은 소형 엔진과 연료 탱크를 포함하도록 할 수 있을 뿐이었다. 제공되는 적은 양의 동력은 항해, 내항, 속도 및 활동 범위를 크게 제약한다.

기존 잠수정 설계에 대형 엔진과 연료 예비물을 추가하려는 시도가 실패한 두 번째 이유는 선체 형상과 흘수 때문이다. 잠수정이 갖는 통상의 선체 형상은 수중 활동과 아주 낮은 속도로 조작하기 위해 최적화된 원통형이다. 수면 상에서 활동시, 그 대부분의 체적이 흘수선 아래에 있는 이들 잠수정은 아주 조악하게 조작됨으로써 상당한 해수 저항을 받게 된다. 또한, 이들 잠수정은 물결을 뚫고 거친 바다를 운영하는 데 필요한 날렵한 이물을 갖고 있지 않기 때문에 내항 능력이 좋지 않다. 따라서 동력 증가는 단지 속도를 최소한으로 증가시킬 뿐인데, 이는 깊은 흘수와 부적절한 형상의 선체로 인해 상당한 해수 저항을 받고 거친 바다에서 너무 열악하게 조작되기 때문이다.

범용 잠수함의 설계와 건조를 위해 극복해야만 할 다음 문제는 작은 크기와 변경 능력의 조화이다. 기존의 소형 잠수정은 변경 가능하게 만들기가 아주 어려운 것으로 입증되었다. 이런 어려움의 주된 이유는 잠수정 설계의 부력 접근 방식 때문이다. 대부분의 잠수정은 수면으로 부상할 때 최소의 부력을 갖도록 설계됨으로써, 여분의 무게를 수반하면서 수면 부상 능력을 유지하는 능력이 아주 적게 된다. 또한, 대부분의 모든 부력이 승객실에서 나오기 때문에 승객실은 아주 조심히 설치되고 면밀히 조사되어야 한다. 승객실로 조금의 해수라도 침입하면 잠수정은 가라 앉고 승객은 죽음에 이를 수 있다. 선체에 장비를 추가하는 것은 통상적으로 전체 잠수정의 재설계를 요구한다. 따라서 잠수정은 최소의 부하를 갖고 설계되며 여하한 재구성은 광범위한 재설계를 요구한다. 이미 건조된 잠수정을 다른 용도를 위해 재구성하는 것은 비용이 너무 많이 들고 시간 소모적이며 비실용적이다.

범용 잠수함을 설계하고 건조하기 위해 극복해야만 할 다음 문제는 설계 단순화 및 저렴한 비용과 잠수 깊이 및 기간의 조화이다. 통상적으로 민간 사용자에 적정한 잠수정은 주변압 잠수정이다. 이들 잠수정은 강력한 압력 선체와 압력 선체에 수반되는 공학적 시도를 요구하지 않는다. 그러나, 주변압 잠수정은 약 10 m(33 피트)의 깊이까지, 그리고 호흡용 혼합 공기를 사용하는 전문 잠수부들의 경우 최고 대략 61 m(200 피트)의 깊이까지만 안전할 뿐이다.

한편, 압력 선체는 선박이 아주 깊이 그리고 장기간 잠수를 수행할 있도록 하기 위해 요구된다. 압력 선체가 일체화된 기존의 잠수정 설계는 전복이나 누수가 발생할 경우 재난적 위험에 직면하며, 따라서 기존 설계는 고가의 복잡한 안전 공학 기술을 필요로 한다. 따라서, 기존 설계를 사용할 경우, 비용을 저렴하게 하고 설계를 비교적 단순화시키면서 깊고 장기간의 잠수를 성취하는 것이 불가능하다.

범용 잠수함을 설계하고 건조하기 위해 극복해야만 할 다음 문제는 설계 단순화 및 저렴한 비용과 안전성의 조화이다. 역사적으로, 간단하고 저렴한 잠수정을 설계함에 있어 핵심 문제 중 하나는 통상의 잠수정에 대한 공학적 안전에 투여되는 엄청난 비용이다. 주변압 잠수정은 비교적 저렴하고 간단한 설계로 되어 있지만, 본질적으로 위험하고 감압 절차를 이해하는 숙련자에 의해 조작되어야만 한다. 압력 선체 설계는 승객을 깊은 곳에서의 압력 증가에 노출시키지 않기 때문에 본질적으로 주변압 설계보다 안전하다. 그래도 안전하기는 하지만, 압력 선체 설계는 깊은 곳에서 존재하는 압력차 때문에 안전 상태를 유지하기 위해 많은 고가의 공학 기술을 필요로 한다. 더불어, 통상적으로 압력 선체 한쪽에 존재하는 적은 양의 부력으로 인해, 압력 선체의 고장은 통상의 설계에서 잠수정이 해저로 가라 앉는 결과를 가져올 것이다. 따라서 안전을 보장하기 위해 복잡한 공학 기술과 유지 예방 조치가 사용되어야 한다. 이는 비용을 증가시킨다. 다시 말해서, 현재의 설계를 사용할 경우, 고도의 안전성을 구비하면서도 간단하고 저렴한 잠수정을 설계하는 것은 가능하지 않을 것으로 보인다.

범용 잠수함을 설계하고 건조하기 위해 극복해야만 할 다른 문제는 항해, 고속, 내항성 및 장거리 활동 범위와 변경 능력 간의 조화이다. 복수의 역할을 하도록 구성될 수 있는 잠수정은 크기가 소형이어야 한다. 그러나, 작은 크기는 장거리 항해와 고속 내항 능력을 성취하는 데 필요한 전통적인 개념과 양립하지 않는다. 더불어, 변경 가능한 잠수함은 가변적인 탑재물을 수반할 수 있어야만 한다.

속도와, 활동 범위와, 항해 및 내항 능력은 대형 엔진과 대량 연료 저장을 필요로 한다. 잠수함은 이런 무게를 운반할 수 있어야만 한다. 더불어, 변경 능력은 선박이 매니퓰레이터 아암(manipulator arms), 무기류, 기갑 장비, 선실 비품, 갑판 공간 수반물 또는 첨가된 계측기구와 같은 다양한 무거운 물품을 운반할 수 있어야만 하기 때문에 탑재 요건을 증가시킨다. 이런 것들이 추가될 경우 잠수정이 수면으로 부상하지 못할 수 있기 때문에, 통상의 설계에서 제한된 배수량, 따라서 부력은 이런 여분의 무게가 가능하지 않도록 한다.

본 발명은 스피드 보트와 같은 수상선과 같이 고속 및 장거리 수상 항해 및 내항이 가능한 잠수함을 제공한다. 본 발명은 범용 잠수함을 제공하는 여러 문제를 극복하기 위해 아주 독특한 접근을 하고 있다. 본 발명은 또한 대량 생산이 가능한 최초의 잠수함이다.

본 발명의 잠수함은 많은 선택 사항인 조립체 및 구성부품 뿐만 아니라 표면 선체와, 승객실과, 주 밸러스트실과, 수상 엔진실을 포함하는 기본 조립체를 포함한다. 호환 가능한 기본 조립체과, 구성부품의 교환을 용이하게 하는 구성부품 연결 그리드를 사용함으로써 용도-변경 가능한 선박이 제공된다. 선박에 수반될 수 있는 기본 조립체 중에는 승객실, 표면 선체, 상체 부품, 수상 엔진실, 중간 골조, 측면 탱크 및 주 내부 밸러스트가 있다.

잠수함은 통상적으로 단계화 된 밸러스트 시스템을 통해 대량의 가변 배수량을 포함한다. 특유의 밸러스트 시스템은 주 내부 밸러스트실과, 주 외부 밸러스트실과, 트림 밸러스트 시스템과, 반-제어 가능 밸러스트 영역을 포함한다. 완전-제어 가능 밸러스트의 총 체적은 일반적으로 승객실 고정 배수량의 체적의 약 2배이고 전체 선박의 수상 배수량의 체적과 대략 동일하며, 다만 실제 완전-제어 가능 밸러스트 체적이 이들 추정치보다 많거나 적을 수는 있다.

소정 실시예에서, 주 내부 밸러스트실은 선박이 수중에 잠수하는 동안 완전 침수되고 환경에 개방된 상태로 유지된다. 주변압 공기 압축은 해수에 개방된 상태로 유지되어 습식 선체과 같이 기능하기 때문에 필요하지 않다. 주 외부 밸러스트실은 잠수함이 중성 부력을 얻기 위해 필요한 정도까지만 채워진다. 이들 주 외부 밸러스트실은 잠수 초기에 주 내부 밸러스트실과 외부 환경 모두로부터 밸브에 의해 밀봉된다. 주변압 공기 압축은 깊은 곳에서 주 외부 밸러스트실을 위해 제공된다. 소정 실시예에서, 각각의 주 내부 밸러스트실은 피 트랩 연결부를 거쳐 주 외부 밸러스트실에 연결된다.

트림 밸러스트 시스템을 수용하는 실시예에서, 트림 밸러스트 시스템은 일련의 소형 밸러스트실을 포함하며 선박의 균형 상태를 조절하기 위해 사용된다. 트림 밸러스트실은 주로 측면 탱크의 전방부에 위치되며 안정화 탱크는 후방 트림실로 기능한다. 필요한 경우 다른 선택적 트림실이 추가될 수 있음은 물론이다.

반-제어 가능 밸러스트 영역은 잠수함이 부상함에 따라 중력에 의해 비워지고 수상 활동 동안 해수에 대해 사실상 폐쇄되는 자유-침수 영역이다. 부상 과정 중에, 주 내부 및 외부 밸러스트실은 통상적으로 자유 침수되는 반-제어 가능 밸러스트 영역이 흘수선 바로 위에 있을 때까지 선박을 상승시킨다. 그후, 이들 영역은 대형 일방 밸브, 게이트 또는 이들의 조합을 통해서 비워질 때까지 중력 배수된다. 순 효과는 선박이 잠수되어 있는 동안 반-제어 가능 밸러스트가 중성 부력을 제공하지만 선박이 수면에 있는 동안에는 추가 배수량을 제공하는 것이다. 또한, 반-제어 가능 밸러스트는 수면에 있는 동안 흘수선 바로 위에 있는 부분에 건현 배수량를 제공한다. 이런 건현 배수량은 선박이 수면에 있는 동안 선박의 좌우 흔들림을 방지하도록 돕는다.

본 발명의 잠수함은 통상적으로 압력 선체가 되는 승객실을 포함한다. 압력 선체 승객실은 깊은 곳에서의 압력을 견딜 수 있는 아주 강한 재료로 건조되며 일반적으로 원통형 또는 구형 형상으로 될 것이다. 승객실은 이상적으로 수상 활동 동안 표면 선체에 의해 해수로부터 이격되어 선박에서 높은 곳에 위치한다. 잠수함이 수면에 있을 때, 승객실은 해수 밖으로 완전히 상승되거나 표면 선체에 의해 해수로부터 격리됨으로써, 승객실의 어떤 부분도 해수와 직접 접촉하지 않는다. 키잡이를 위한 제어부는 승객실에 위치하며, 모든 선체 관통부는 일반적으로 승객실의 아랫쪽 1/3 지점 내에만 있게 될 것이다.

잠수함은 최종 사용자가 요구하는 성능 특성에 따라 배수형 선체 또는 활주형 선체와 같이 어떤 유형의 선체일 수 있는 표면 선체를 포함한다. 표면 선체는 주 내부 밸러스트실을 수용하며 여러 개의 다른 구성부품들을 수용할 수 있다. 표면 선체를 사용함으로써 선박은 상당한 배수량과 수면에서 부양력을 갖게 된다. 이는 해수 저항을 낮추고 선박이 수면 상에서 고속으로 이동할 수 있도록 한다.

선박은 승객실을 에워싸는 부분으로 승객실의 양측에서 측방 연장되고 후방에서 그 위로도 연장되기도 하는 상체 부품을 포함한다. 외면은 갑판과 안전 탱크 장착부를 포함하고 존재한다면 스포일러도 포함한다. 제공된 경우 접개형 잠타(dive plane)는 통상적으로 상체 부품에 위치하게 될 것이다. 반-제어 가능 밸러스트 영역은 상체 부품의 내부에 위치하며 추가 구성부품들도 그곳에 수용될 수 있다.

선박은 종종 연료 및 수상 엔진 시스템을 포함한다. 연료 및 수상 엔진 시스템은 바람직하게는 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀과, 적어도 하나의 연료 그리드와, 적어도 하나의 수상 엔진과, 적어도 하나의 기어부 시스템과, 적어도 하나의 외부 구동부와, 적어도 하나의 수상 엔진실을 포함한다.

선박은 연료가 소모될 때 가변 배수량 연료 셀들의 체적이 줄어들도록 가변 배수량 연료 셀로부터 연료를 배출한다. 연료 그리드는 선박 전체에 연료를 공급하고, 수상 엔진은 선박에 동력을 제공한다. 외부 구동부는 수상 엔진에 연결되어 추진력을 제공한다.

수상 엔진실은 압력 선체이거나 깊은 곳에서 보상되는 주변압으로 공기 보상된다. 수상 엔진실은 수상 엔진을 비록한 많은 구성부품을 수용한다. 수상 엔진실이 주변압으로 공기 보상되는 경우, 경량재로 설치될 수 있다.

선박은 통상적으로 선박의 다양한 부분과 시스템으로 공기를 제공하는 적어도 하나의 공기 그리드를 갖는다. 일반적으로 공기 시스템에는 고압 공기 저장 그리드, 비상용 공기 그리드, 주변압 공기 보상 그리드, 산소 그리드 및 소정 실시예에서의 저압 1차 공기 그리드를 포함하는 넷 또는 다섯 개의 공기 그리드가 있다. 각 시스템은 서로 다른 용도를 갖지만, 이들 시스템은 많은 공통 연결부 및 자원을 공유한다.

공기 시스템은 선박에서 많은 용도를 보조한다. 공기 시스템은 밸러스트실을 비우고 구성부품 및 조립체에 주변압 공기 보상을 제공하고 승객실에 구명 지원을 제공하고 제공된 경우 배터리 튜브를 통풍시키기 위해 사용된다. 또한 공기 시스템은 잠수부에게 구명 지원을 제공하고 원할 경우 압력 선체 승객실을 주변압실로 전환시키기 위해 사용될 수 있다.

공기 시스템은 이산화탄소 스크러버를 포함하기도 한다. 산소 저장부와 함께, 이들 이산화탄소 스크러버는 잠수함이 장기간 잠수를 유지할 수 있도록 돕기 위한 튼튼한 구명 지원 시스템을 제공한다.

공기 시스템은 자체적으로 재충전이 가능하여 선박의 자율적 특성에 기여한다. 고압 공기 저장 그리드는 수상 공기를 사용하고 이를 압축시키며, (비상 그리드를 제외한) 그 밖의 공기 그리드는 이 그리드로부터 공기를 인출하기 위해 하향-조절기를 사용한다.

선박은 일반적으로 전기 구성부품에 전원을 제공하기 위해 사용되는 전기 시스템을 포함한다. 전기 시스템은 적어도 하나의 교류 발전기와, 적어도 하나의 배터리와, 적어도 하나의 전기 그리드를 포함한다.

교류 발전기는 선박이 수면에 있는 동안 수상 엔진으로부터 전원을 인출해서 전원을 저장하는 배터리를 충전시킨다. 전기 그리드는 배선과, 계전기와 스위치를 포함하며, 많은 서로 다른 구성부품들을 배터리에 저장된 전원에 연결한다. 선박은 1차 전기 시스템, 2차 전기 시스템 및 보조 전기 시스템을 포함하는 세 개의 서로 다른 전기 시스템을 구비한다. 1차 시스템은 2차 시스템을 충전하는 역할을 하며 보조 시스템은 인버터를 거쳐 2차 시스템으로부터 전원을 인출한다.

본 발명의 선박은 통상적으로 동력을 선박 전체에 전달하기 위한 시스템으로서 유압 시스템을 구비한다. 이 시스템은 잠타와, 승객실 진입부와, 수상 엔진 밸러스트실 덮개 및 외부 구동부의 조향 및 균형 상태를 동작시키는 램에 동력을 제공한다. 이외에도, 유압은 선박 주변의 밸브를 가동시키고 스러스터에 동력을 전달한다.

유압 시스템은 추진 유압 시스템, 보조 유압 시스템 및 제어 유압 시스템으로 구분될 수 있다. 추진 시스템은 1차 전기 시스템에 의해 작동되는 두 개의 전기 모터를 사용한다. 보조 시스템은 수상 엔진에 의해 구동되는 유압 펌프에 의해 작동된다. 제어 시스템은 2차 전기 시스템에 의해 구동되는 유압 유닛을 사용하고 유압식 축압기를 사용한다.

잠수함은 또한 승객실 외측에 있는 압력-선체 기반 또는 주변-압력 보상 밸러스트실인 잠수 포드를 포함하는 경우도 있다. 이들 잠수 포드는 배터리와 선택적 장비의 넓은 어레이를 포함하는 많은 다양한 구성부품을 수용하기 위해 사용될 수 있다.

전체적으로 선박은 특수 용도를 위해 아주 용이하게 구성된다. 각각의 기본 조립체는 다른 조립체 또는 중앙 골조 조립체에 장착되도록 부착점과 그리드 연결부를사용하여 제조된다. 따라서, 이들 조립체는 신속한 수리를 위해 용이하게 대체되거나 제거될 수 있다.

이하, 아래의 첨부 도면을 참조로 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 잠수함은 스피드 보트와 같은 수상선과 같이 고속 및 장거리 수상 항해 및 내항이 가능다. 또한, 본 발명에 따른 잠수함은 대량 생산이 가능하며 변경 능력을 갖고 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예의 정면도이다.
도2는 본 발명의 일 실시예의 외측면도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예 측면 절개도이다.
도4는 본 발명의 일 실시예의 정면 절개도이다.
도5는 본 발명의 일 실시예의 조감도이다.
도6은 본 발명의 일 실시예의 저면도이다.
도7은 본 발명의 일 실시예의 측면도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예의 공기 및 주 해수 그리드이다.

본 발명의 선박은 고속 수상 속도와 장거리 항해 및 내항 능력과 잠수한 곳에서 승객을 보호하는 능력을 겸비한다. 또한, 선박은 고도의 탑재 가변성과 용도-변경 가능한 모듈식 설계를 제공함으로써, 산업용, 여행용, 정부용, 군사용 및 오락용으로 아주 적합하게 만든다. 선박은 과도한 비용의 공학 기술을 필요로 하지 않고도 아주 안전한 비교적 간단하면서도 무척 혁신적인 설계를 갖는다. 본 발명의 선박은 최초의 범용 잠수함이다.

모든 문제를 극복하고 진정한 범용 잠수함을 제공하기 위해, 본 발명은 통상의 잠수정 설계와는 근본적으로 다른 시각을 취함으로써 설계되었다. 다재다능한 잠수 능력은, 진정한 압력 선체의 사용과, 대형 부력 외장과, 높은 동력-대-무게비와, 높은 연료 예비물과, 수상 순항 동안의 흘수선 상부의 높은 체적을 통해 대부분의 실시예에서 활발한 수상 조작 특성과 조합되었다.

본 발명의 선박의 크기는 산업 전반에 걸쳐 그 유용성과 관련된다. 비록 대형의 원자력 추진 군용 잠수함보다는 훨씬 소형이지만, 본 발명의 선박은 수면에서의 내항과 항해를 가능하게 하는 검증된 비율로 되어 있다. 본 발명의 선박은 또한 여러 날에 걸친 임무 기간을 지내기 위해 상당한 보급품을 운반하기에 충분한 크기이다. 비교적 작은 크기는 용이하게 운송할 수 있도록 하는데, 노면 운송, 공중 운송, 보트 램프 진수, 공동 도킹 미끄럼대 사용 및 대형 선박 운송 모두가 가능하다. 보다 빠른 속도와 보다 큰 잠행능도 비교적 작은 크기로 인해 가능하다. 매입비, 승무원 비용, 연료비, 유지비, 운용비 및 수리비 모두가 대형 잠수함에 비해 훨씬 저렴하다. 이와 같이 작은 크기에 잠수함의 광범위한 기능성을 통합하는 것이 본 발명이 극복해야 할 가장 큰 문제 중 하나였다.

본 발명의 선박의 핵심 특징 중 하나는 밸러스팅(ballasting, 부력 조정)에 대한 특유의 접근법이다. 통상의 잠수정 보다 훨씬 높은 비율의 제어 가능한 가변 배수량이 제공된다. 배수량 외에, 밸러스트 접근법의 다른 양태는 선박의 완전 제어식 밸러스트와 반 제어식 밸러스트 형태의 단계화와 구분에 있다. 따라서 선박은 많은 실시예에서 주 내부, 주 외부 및 반-제어 가능 부분들로 분리되는 단계화 된 밸러스트 설계 뿐 아니라 높은 비율의 가변 밸러스트 모두를 사용한다. 각각의 밸러스트 부분은 이런 소형 선박에서는 이전에는 결코 보지 못했던 성능을 달성하기 위해 서로 다르게 작동한다.

대부분의 통상의 잠수정과 잠수함은 동일한 양식으로 밸러스팅을 처리한다. 각각은 그 부피의 작은 부분이 수면 위로 오도록 하고 잠수 활동 동안 선박의 균형을 잡기에 충분한 부력을 얻기 위해 필요한 최소의 제어 가능한 밸러스트보다 조금 더 갖는다. 제공된 고정 배수량은 제공된 가변 배수량에 비해 엄청나다. 이로써 제어될 수 있는 부력의 양은 선박 고유의 부력보다 작게 된다. 이런 접근은 대형 군용 선박에 타당한데, 왜냐하면 이들 군용 선박은 거의 대부분을 수중에서 작전을 수행하기 때문이다. 보다 소형의 잠수경의 경우, 설계자들은 보급품과 동력을 공급하고 승객이나 승무원을 교체하기 위해 수면에서 나오기에 충분한 정도로만 밸러스트를 제공한다. 수중 성능이 최대화되고 수상 성능에 대한 관심은 거의 없다.

밸러스팅에 대한 종래의 사고에 따른 결과, 기존의 잠수함과 잠수정은 수상 활동 동안 체적의 대부분이 흘수선보다 아래에 놓이는 아주 깊은 흘수를 갖는다. 이는 선박이 안정 상태를 유지하도록 돕지만, 수상 순항 능력 및 탑재 가변성을 아주 작게 만들고 복잡하고 고가의 안전 예방책 공학 기술을 고려해야만 하는 항시적 전복 위협이라는 단점을 갖는다.

본 발명의 잠수함은 다른 접근법을 취하고 잠수함 부피의 대부분을 밸러스팅을 위해 사용함으로써 종래의 사고 방식에 반한다. 이런 대량의 밸러스팅은 잠수함이 곳고 장거리 활동 범위 수상선으로서 수면에서 작동할 수 있도록 하는 데 필수적이다. 제어 가능한 대량의 밸러스트는 또한 잠수함이 고도의 탑재 가변성을 가질 수 있도록 하고 다용도로 구성될 수 있도록 하고 수중 부상 능력을 가질 수 있도록 한다. 안전성은 압력 선체 관통 누수로 인한 전복 또는 하강의 위험성을 줄임으로써 본질적으로 증가된다.

본 발명에서 완전-제어 가능한 밸러스트의 총 체적은 실제 밸러스트 체적이 다소 다를 수는 있으나 승객실의 고정 배수량이 갖는 체적의 대략 두 배이고 통상적으로 전체 선박의 수상 배수량이 갖는 체적과 대략 동일하다. 따라서 제어 가능한 밸러스트는 통상적으로 완전히 비워졌을 경우 승객실보다 항상 큰 부력을 제공할 수 있도록 설계된다. 이런 특징은 본 발명을 다른 압력 선체 계열의 설계와 구분짖는데, 왜냐하면 본 발명은 수면으로 재부상하기 위해 승객실의 부력에 반드시 의존할 필요가 없기 때문이다.

본 발명에서는 선체 관통부가 손상되어 누수가 발생하더라도, 잠수함이 해저로 가라 앉는 것이 방지될 수 있다. 승객실이 소정의 공기 저장물을 사용하여 주변압이 될 수 있더라도, 누수는 일반적으로 승객실 부피의 아래쪽 1/3 지점을 채우는 것으로 제한된다. 그후, 메인 밸러스트로 공기를 주입함으로써 어느 정도의 부력이 얻어질 수 있는 경우에도, 선박은 수면으로 복귀하게 되어, 포획된 공기의 팽창으로 인해 선박의 부상이 가속화된다. 대략 승객실의 1/3 배수량의 손실을 보상하기 위해 주 밸러스트에 대한 충분한 비움은 완전 충전된 하나의 공기 저장 탱크로부터 61 m(200 피트)의 깊이마다 얻어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 대형의 제어 가능한 밸러스트는 선박이 수면 복귀 능력을 완전히 소실하기 전까지 최고로 대략 10.8 ton(24,000 lb)인 최대 네가티브 부력 변화(negative swing in buoyancy)를 가능하게 한다. 반면에, 심해-잠수 잠수정은 수면 부상 능력을 방지하기 전까지 단지 대략 0.45 내지 1.13 ton(1000 내지 2500 lb)인 네가티브 부력 변화를 가능하게 한다. 수면 복귀는 합리적으로 얕은 깊이에서 작업을 할 때 본 발명의 잠수함에서 근본적으로 보장된다.

추가로, 잠수함이 수면에 있을 때, 특유의 밸러스트 시스템이 승객실이 흘수선 위로 완전히 또는 지배적으로 상승할 수 있도록 한다는 사실에 의해 안전성도 향상된다. 따라서, 수면에 있을 때, 선체 관통부는 더 이상 잠겨 있지 않으며 누수될 위험이 없다. 잠수함에 합체된 표면 선체는 수면에 있을 때 승객실과 해수 간의 추가 배리어를 제공한다. 적정량의 부양력과 유압 지원부의 사용으로 인해, 승객실은 흘수선 위로 완전히 또는 지배적으로 있을 수 있다. 이로써 동일 정도의 안전도를 성취하기 위해 통상의 잠수함에서 요구될 수 있는 각각의 선체 관통부를 위한 복잡하고 고가인 공학 기술도 필요로 하지 된다. 본 발명에서는 강한 안전 예방책이 간단하고 비용 효율적인 설계로 제공된다.

더불어, 큰 비율의 제어 가능한 밸러스트는 선박의 수상 성능과 운반 용량을 크게 개선한다. 비록 통상의 잠수정에서 가능하지 않았다 하더라도, 수상 모터, 연료 및 배터리와 같이 중요한 탑재물과 무거운 구성부품들이 선박에 추가될 수 있다.

대형 부위에서 대량의 제어 가능한 밸러스트로 인해 아주 얕은 흘수도 얻어진다. 이는 해수 저항을 낮춰서 활주 선체가 합체될 수 있도록 함으로써, 전례없는 잠수함 수상 속도를 가능하게 한다. 따라서, 특유한 밸러스트 시스템은 많은 용도를 위해 용이하게 구성될 수 있도록 탑재 용량을 갖는 소형 잠수정에 장거리 항해 및 고속 내항 능력이 제공될 수 있도록 한다.

본 발명의 밸러스트 시스템은 잠수 동안의 자유 침수 영역 뿐만 아니라 밀봉된 또는 부분 개방된 밸러스트실을 사용함으로써 고도의 탑재 가변성과 큰 안정 이익을 허용한다. 많은 실시예에서, 밸러스트 시스템은 각각 서로 다르게 작동하는 세 영역으로 분리될 수 있다. 주 내부, 주 외부 및 반-제어 가능 영역은 선박을 잠수시키고 부상시키기 위해 함께 작업한다.

주 내부 밸러스트실은 선박이 수중에 잠수된 동안 완전 침수되어 개방된 상태를 유지한다. 이들 밸러스트실은 바다에 개방된 상태를 유지함으로써 습식 선체과 유사하게 기능하기 때문에 깊은 곳에서의 변형을 견디기 위해 주변압 공기실을 필요로 하지 않는다.

한편, 주 외부 밸러스트실은 중성 부력을 얻기 위해 필요한 정도까지만 채워진다. 이들 밸러스트실들의 큰 크기는 큰 탑재 가변도를 허용하는데, 이런 탑재 가변도는 제거 가능한 무게의 표준 첨가에 의해 더욱 증가될 수 있다. 주 외부 밸러스트실은 잠수 초기에 주 내부 밸러스트실와 외부 환경 모두로부터 대형 밸브에 의해 밀봉된다. 그 배수량은 고정되며 따라서 이들 밸러스트실이 제공하는 부력의 양은 결정된다. 주 외부 밸러스트실은 변형을 막기 위해 깊은 곳에서 공기로 보상된다. 이로써 경량 구조를 갖게 되며, 이는 다시 선박의 무게를 가볍게 유지하고 수상 성능을 증가시킨다.

깊은 곳에서 완전히 채워지는 주 내부 밸러스트실은 중성 부력을 갖는다. 하지만, 상부가 밀봉되어 있기 때문에 비상시에서는 공기가 직접 주 내부 밸러스트실로 주입되어 밸러스트실 내부에 포획될 수 있다. 이런 각본 하에서, 각각의 주 내부 밸러스트실은 양의 부력 잠수종과 같이 기능한다. 또한, 주 내부 및 외부 밸러스트실 사이의 피 트랩 연결부는 모든 밸브의 개방이 실패하더라도 내부 밸러스트실이 완전히 비워질 수 있도록 보장한다. 이런 안전 수준은 본 발명에 특유한 것이며 잠수함이 가상의 어떤 상황 하에서도 부상할 수 있도록 한다.

주 밸러스트 시스템의 밀봉 특성의 결과로서 수면에서의 안전도 증가한다. 표면 선체가 파괴되더라도 포획된 공기가 주변압에 도달할 때까지만 물의 진입을 허용한다. 이는 효과적인 이중 선체로서 기능한다. 더불어, 선박이 악천후로 인해 전복되더라도, 선박은 잠수해서 스스로 자세를 바로 할 수 있어서 안전성을 보다 향상시킨다.

반-제어 가능 밸러스트는 선박이 부상함에 따라 중력에 의해 비워지고 수상 활동 동안 해수에 대해 사실상 폐쇄되는 자유-침수 영역이다. 주 내부 및 외부 밸러스트실은 통상적으로 자유 침수되는 반-제어 가능 밸러스트 영역이 흘수선 바로 위에 있을 때까지 선박을 상승시킨다. 그후, 이들 영역은 대형 일방 밸브 또는 선체 게이트를 통해서 비워질 때까지 중력 배수된다. 순 효과는 선박이 잠수하는 동안 반-제어 가능 밸러스트가 중성 부력을 갖지만 선박이 수면에 있는 동안에는 추가 배수량을 제공하는 것이다. 또한, 반-제어 가능 밸러스트는 수면에 있는 동안 흘수선 바로 위에 있는 부분에 건현 배수량를 제공한다. 이런 건현 배수량은 선박이 수면에 있는 동안 선박의 좌우 흔들림을 방지하도록 돕는다.

선박의 전체 밸러스트 시스템의 기능성은 복잡한 기계적 작업 필수 요소를 사용하지 않고도 잠수 및 부상할 뿐 아니라 향상된 수상 성능을 허용한다. 특유의 밸러스트 시스템은 단지 최소의 추가 무게를 갖고도 탑재 용량을 크게 증가시키는 결과를 도출한다. 이는 높은 동력 및 연료 예비물이 첨가될 수 있도록 함으로써 선박의 변경 능력을 증가시킨다. 달성된 안전 수준은 선박이 가상의 어떤 상황 하에서도 부상할 수 있기 때문에 어떤 통상의 잠수정에도 비길 수 없다.

본 발명의 실시예의 다른 특징은 잠수 후 자체적으로 재충전할 수 있도록 하는 시스템과 강력한 잠수 배터리를 재충전하는 추가 시스템을 수반하는 능력이다. 부분적으로는 특유의 밸러스트 시스템이 제공하는 탑재 용량과 가변성으로 인해, 선박은 이들 추가 시스템을 수반할 수 있게 되어 자율성을 갖는다. 공기 저장물은 통상적으로 구명 지원물로서 밸러스팅 작업에 사용될 스쿠버 호흡 공기이다. 특유의 밸러스트 시스템이 제공하는 실질적인 탑재 용량은 또한 선박이 보다 일반적인 산소 및 이산화탄소 스크러버 저장물을 대량으로 수반할 수 있도록 한다. 이는 개선된 구명 지원 능력을 갖게 하고 구명 지원 시스템의 강인성을 반복해서 증가시킨다. 본 발명의 잠수함은 여러 번의 잠수를 수행하기 위해 해안 또는 수상선을 필요로 하지 않음으로써, 통상의 소형 잠수정보다 더욱 편리하다. 자체 재충전 능력으로 인해 잠수함은 여러 번에 걸쳐 잠수할 수 있으며 제공된 연료의 양은 재충전 능력에서 주된 한계 요인이다. 이런 능력은 선박이 통상의 잠수정보다 더 긴 거리를 더 긴 시간 동안 잠수할 수 있게 한다.

선박의 특유한 특징은 안정화 문제의 처리에 있다. 수면에 있는 동안 잠수함 부피의 많은 부분이 흘수선 위에 있다는 사실로 인해, 선박의 무게 중심은 선박이 잠수할 때 선박의 부력 중심과 교차한다. 교차점에서, 가장 전통적인 수상선은 안정적이지 않고 전복될 위험이 있다. 그러나, 본 발명의 소정 실시예에서는, 주의해서 균형이 잡힌 무게 분포와, 상측에 장착된 안전 탱크와 이들 지점이 교차할 때 흘수선 위에 유지되는 건현 배수량을 사용함으로써, 안정하게 유지될 수 있고 전복을 방지할 수 있다.

통상의 잠수정과 구별되는 본 발명의 실시예의 다른 중요한 특징은 그 용도-변경 가능한 구성부품 및 조립체 기반의 모듈식 구성이다. 이런 모듈성은 고도의 구성능을 허용한다. 대부분의 잠수정은 특수 용도를 위해 사전 구성되어 단일 유닛으로서 건조되지만, 본 발명의 실시예들은 각각의 개별 잠수함에 대한 주문 제작능을 갖고 다중 용도 및 대량 생산용으로 설계된다.

일 실시예에서, 선박은 선박의 사전 제작된 대형 부위인 하나 이상의 주 조립체를 포함한다. 승객실, 상체 부품, 표면 선체, 수상 엔진실, 측면 탱크, 주 내부 밸러스트, 중앙 골조와 같은 주 조립체는 선박의 능력을 수리 또는 변경하기 위해 용이하게 교체, 첨가 또는 제거될 수 있다. 각각의 주 조립체는 통상적으로 사전 부착된 구성부품을 사용하여 사전 제작된다. 선박은 통상적으로 적어도 하나의 승객실과, 적어도 하나의 표면 선체와, 적어도 하나의 주 내부 밸러스트와, 적어도 하나의 수상 엔진실을 포함한다.

다른 주 조립체와 많은 공통 해상용 구성부품 또는 잠수함 구성부품들도 선박에 합체될 수 있거나 그리드에 용이하게 연결됨으로써 전원, 공기, 해수 및/또는 유압을 제공한다. 통상의 잠수정은 본체로서 승객실을 구비함으로써 매번의 변경이 잠수정에 큰 영향을 미친다. 한편, 본 발명에서, 승객실은 단지 하나의 조립체일 뿐이며 선박에 대한 대부분의 변경에 의해 영향을 받지 않는다.

주 조립체를 사용함으로써 다양한 선박 조립 방법이 허용된다. 일 실시예에서, 다른 주 조립체들이 상부에 장착될 수 있는 중심 골조 주 조립체가 사용된다. 중심 골조는 통상적으로 강, 복합재, 알루미늄 또는 그 밖의 강성 재질일 수 있는 I-빔 프레임이거나 강성 상자로서, 다른 주 조립체 및 구성부품들의 부착을 위한 사전 천공 장착 홀 또는 브라켓을 구비한다.

일 실시예에서, 강성 보강부재가 주 조립체 자체에 일체로 마련될 수 있다. 보강부재는 강, 복합재, 알루미늄 또는 그 밖의 강성 재질을 포함할 수 있으며, 다른 주 조립체 및 구성부품들의 부착을 위한 사전 천공 장착 홀 또는 브라켓이 조립체 자체에 위치한다.

다른 실시예에서는 골조나 보강부재가 모두 사용되지 않는다. 대신에, 강성과 강도는 모노코크(monocoque), 즉 단일체 구성이나 구조용 스킨(structural skin)과 같이 기술분야에서 공지된 방법을 사용한 주 조립체 건조에 의해 제공된다. 이 방법은 자동차 또는 수상 보트 제조에 일반적으로 사용된다. 단일체 건조 방법을 사용할 경우, 주 조립체들은 이들 조립체를 단일 샤시로 통합시키는 주름, 내부 용접 또는 그 밖의 수단을 거쳐 충분한 기계적 강도를 갖도록 설계됨으로써 프레임 바디(body-on-frame)에 대한 필요를 제거한다.

다른 실시예들은 단일체 및 프레임 바디 구조의 조합을 사용할 수 있다. 주 조립체들을 연결하기 위해 사용될 경우, 이들 조립 방법은 모두 지금까지 잠수함 건조에 사용된 적이 없는 조립 라인의 사용을 대비한 것이다. 선박의 변경 능력도 또한 용이하게 교체될 수 있는 구성부품들과 주 조립체를 사용함으로써 크게 향상된다.

본 발명의 일 실시예의 다른 특징은 승객실을 제외하고 내압성 포드를 포함하는 것이다. 통상적으로, 선박은 제어부, 계측 기구 및 승객 편의 요소들도 수용하는 진정한 1 대기압 선체 승객실을 포함한다. 그러나, 그 밖의 구성부품들은 승객실로부터 격리되어 있으며 자체의 내압 잠수 포드 내에 봉함된다.

승객실은 공기 그리드에 대한 연결부들을 구비하는데, 이들 연결부는 공기 그리드가 대안으로서 주변압실로도 기능할 수 있도록 한다. 선박은 잠수종으로 기능함으로써 감압병에 걸린 잠수부를 감압시킬 수 있으며, 출구 칼라(egress collar)가 포화 잠수에서의 잠수부 작업을 돕기 위해 포함될 수 있다. 또한, 주변압 모드가 비상 상황에서 사용되어 승객실 침수를 방지함으로써 향상된 안전성을 제공할 수 있다. 선체 관통부가 승객실의 아랫쪽 1/3 지점 상에만 있다는 사실과 함께 승객실을 주변압으로 보상하는 능력은 선체 관통부가 파손되더라도 승객실이 해수로 완전히 채워지지 않도록 보장한다.

잠수 포드는 승객실 외측에 놓이는 압력 선체 또는 주변압 보상된 밸러스트실이다. 배터리 더미 튜브는 통상적으로 압력 선체 잠수 포드이고 수상 엔진실은 통상적으로 주변압 보상된 잠수 포드이다. 이들 잠수 포드는 구성부품들이 승객실에 수용되지 않음으로 해서 보다 쉽게 교체되기 때문에 선박의 변경 능력을 증가시킨다. 이는 또한 고정 배수량을 낮게 유지함으로써 잠수함을 잠수시키는 데 필요한 무게를 낮추고 수상 성능을 증가시킨다. 고전압 전선이나 연료 예비물와 같이 잠재적으로 위험한 구성부품들을 승객실로부터 격리시킴으로써 안전성도 향상된다.

주변압 공기 보상 그리드를 포함하는 본 발명의 실시예들은 주변압 잠수 포드, 챔버 및 밸러스트실들이 깊은 곳에서의 변형과 해수 침입를 막도록 돕는다.

주변압 공기 보상 그리드는 깊은 곳에서의 주변 수압을 판독하는 주변 코어 판독기를 포함한다. 주변 코어 판독기는 그리드에서의 압력을 동등하게 하며, 공기는 주변압 공기 보상 그리드에 부착된 잠수 포드, 챔버 및 구성부품에 통풍 호스 또는 배관을 거쳐 연결되는 주변 코어 매니폴드로 분배된다. 이런 공기 보상 시스템으로 인해, 이들 구성부품은 합당한 기밀성을 갖는 한 경량재로 구성되고 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 시스템은 선박의 고정 배수량과 전체 무게를 줄이도록 도움으로써 보다 높은 동력-대-무게비를 허용한다.

주변압 공기 보상 그리드가 제공하는 다른 장점은 수중의 고압 깊이로 잠수하는 잠수함에 사용하도록 설계되지 않은 선반 재고 구성부품이 이런 깊이로 잠수하는 잠수함에 사용될 수 있다는 점이다. 이들 구성부품에 대한 공기 보상은 특수한 개발이나 시험에 대한 필요성을 해소하고 어떤 밀봉된 내수성 구성부품이라도 변형 및/또는 해수 침입를 방지하기 위해 개량되어 주변압 공기 보상 그리드에 부착될 수 있도록 한다. 예컨대 해상 레이더 돔과 같은 구성부품은 통상적으로 통풍 호스를 거쳐 주변압 공기 보상 그리드에 부착될 수 있다. 이로써 선박의 변경 능력이 향상되고 그 설계가 단순화된다.

본 발명의 중요한 특징은 표면 선체의 포함과 높은 동력-대-무게비를 성취하는 능력이다.

통상의 잠수함과 잠수정은 배수 선체를 사용하는데, 배수 선체는 아주 깊은 흘수를 가짐으로써 수면 가시성을 줄이고 수상 활동 동안 대량의 해수 저항을 일으킨다. 해수 저항은 속도를 저하시키고 수상 활동에 필요한 에너지를 증가시킨다.

배수 선체 선박은 해수 저항과 선박의 길이로 인해 전진 속도가 제한된다. 소정 길이의 선박은 선박이 전진하면서 일으키는 파도 작용 때문에 그 선체 속도보다 빨리 갈 수 없으며 파도 작용은 선박의 길이에 의해 결정된다. 자체의 선체 속도를 넘고자 하는 배수 선체 선박은 선수파를 밀쳐내야 한다.

선체 속도보다 빠른 속도를 성취하기 위해서는 다른 힘이 사용되어야 한다. 선박의 운동으로 인한 유체역학적 부양력이 선체 속도를 넘기 위해 사용될 수 있다. 유체역학적 부양력은 선박이 전방으로 이동함에 따라 해수가 이물의 전방으로 모일 때 선박이 전방으로 상승하는 경향에 의해 발생한다. 엔진에서 나오는 충분한 추력과 적절한 선체 설계에 의해, 선박은 이물에 모이는 파도와 파면을 타고 오르기에 상당히 충분한 양의 유체역학적 부양력을 얻을 수 있다. 활주(planing)는 배수 선체와 같이 돌이 수면을 뚫고 진입하는 것이 아닌 수면을 가로지르는 물수제비 뜨기(skipping)와 유사한 것이다. 활주는 선박이 더 이상 선체 속도에 의해 제한을 받지 않기 때문에 선박의 속도를 크게 증가시킨다. 선박의 보다 많은 부분이 배수 선체에 비해 해수 밖으로 부양되기 때문에 해수 저항도 최소화된다.

본 발명의 특유한 밸러스팅은 흘수를 낮게 할 수 있다. 주변압 보상 엔진실과 잠수 포드의 무게 및 공간 절감과 결합될 때, 잠수함은 활주를 이루기 위한 수상 활동 동안 충분히 높은 동력-대-무게비에 도달할 수 있다. 선박은 활주 표면 선체를 포함하며, 따라서 수상 활동 동안 높은 속도를 유지할 수 있다.

본 선박의 일 실시예는 압력 선체와 활주 선체를 구비하는 최초의 잠수함이다. 주변압 보상 수상 엔진실에 수용되는 대량의 마력과 대량의 연료 예비물이 이를 가능하게 만든다. 역사적으로, 활주는 압력 선체를 구비한 잠수함에는 거의 불가능한 것으로 간주되었다. 진정한 잠수함은 이제까지 결코 의미있는 정도의 활주를 성취하지 못했다. 본 발명에 따르는 잠수함의 활주 능력은 변경 능력 및 소형 크기와 장거리 수항 항해 및 고속 내항성을 조화시키는 문제를 해결한다.

본 발명의 일 실시예의 다른 양태는 가변적인 배수량 연료 시스템이다.

연료 저장은 여러 요인으로 인해 잠수함과 잠수정에 문제가 된다. 디젤 연료는 아주 최소한으로 압축됨으로써 깊은 곳에서의 압력으로부터 보호할 필요가 없지만, 디젤 연료는 사용됨에 따라 연료 탱크에 간극을 남긴다. 이런 간극이 고려되어야 하는데, 그렇지 않을 경우 연료 탱크벽이 변형될 것이다. 연료를 수반하는 모든 잠수함은 임무 수행 중에 연료의 변화량을 보상할 필요가 있다. 따라서, 연료 탱크는 주변압으로 보상되거나, 대안으로 압력 선체에 건조되어야 한다.

연료가 압력 선체에 위치될 경우, 배수량은 고정되지만 연료 무게는 사용됨에 따라 달라질 것이다. 무게 보상은, 효율을 떨어뜨리지만, 연료가 낮을 때 잠수함이 잠수할 수 있도록 하기 위해 추가되어야 한다. 주변압 보상 연료 탱크는 공기가 제공된 경우 화재의 위험을 제공하거나 탱크가 해수로 보상되는 경우 공학 기술적 문제를 제공한다. 2차 세계 대전 중에 사용된 일부 군용 잠수함은 해수 보상 시스템을 사용했지만, 이는 아주 복잡하고 비군사용 선박에는 실용적이지 못하다. 사실상, 많은 통상의 잠수정은 간단히 연료를 수반하지 않고 대신에 에너지 저장을 위한 배터리만을 사용한다. 그 결과, 범위와 항해 용량이 과도하게 제한된다.

소정 실시예에서, 본 발명의 잠수함은 소형 선박에 500 갤런보다 많은 연료 예비물을 수반할 수 있고 통상의 설계보다 적은 무게를 갖는 가변 배수량 연료 셀을 사용한다. 가변 배수량 연료 셀은 주 밸러스트 탱크 또는 선박 내측의 자유-침수 영역에 배치되는 유연한 재료로 된 연료 가방을 포함한다. 연료는 사용됨에 따라 연료 펌프에 의해 셀로부터 제거됨으로써, 연료 셀의 배수량을 저감시킨다. 연료 셀의 배수량이 감소됨에 따라, 보다 많은 해수가 선박으로 들어옴으로써, 잠수 초기에 중성 부력을 얻는 추가 무게가 거의 필요하지 않게 되는 순 결과를 가져온다.

최대 연료 부하를 갖는 잠수를 상쇄하기 위해 여러 가지 보상 중량물(compensating weight)가 선박에 사용될 수 있다. 디젤 연료는 물보다 적은 약 0.5 내지 0.7 kg(1~1.5 lb)/갤런의 무게를 갖기 때문에, 선박은 실제로 많은 연료에 의해 보다 큰 부력을 갖게 된다. 이는 선박이 연료 소모에 따라 수중에서 더욱 무거워지고 해수가 그 체적을 대체함을 의미한다. 실제 최대 연료 부하가 특정 모델에서는 적을 수도 있지만 잠수함은 많게는 500 갤런을 넘는 최대 연료 부하를 갖고 잠수가 가능한 충분한 무게를 갖도록 설계된다. 가변 배수량 연료 셀의 장점을 입증하기 위해, 525 갤런의 디젤 연료를 갖고 해수에서 항해하는 선박에 대한 보상 중량물은 단지 약 365 kg(804 lb)인 반면, 연료가 압력 선체에 위치할 경우에는 적어도 1691 kg(3728 lb)의 보상 중량물이 필요한다. 이와 같이 엄청난 선박 무게의 감량은 얕은 흘수를 허용하도록 돕고,이는 다시 선박의 활주 및 고속 성취 능력에 기여한다.

도면을 참조하면, 도1 내지 도8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선박은 중심 골조(8)를 포함할 수 있으며, 중심 골조에는 승객실(1), 표면 선체(42), 상체 부품(37), 수상 엔진실(20), 주 내부 밸러스트실(2) 및 측면 탱크(15)가 부착될 수 있다. 측면 탱크는 주 외부 밸러스트실과 트림 밸러스트실(3)로 더 분리될 수 있다.

승객실(1)은 승객을 수용하고 선박의 작업을 위한 제어부를 포함한다. 많은 실시예에서, 승객실(1)은 압력 선체이다. 대안 실시예에서, 승객실(1)은 주변압 선체일 수 있다. 다른 대안 실시예에서, 승객실은 도7에 도시된 바와 같이 반구형 헤드부(36)를 포함한다. 소정 실시예에서, 승객실(1)은 공기 조화기(56)를 포함한다.

표면 선체(42)는 수상 활동 동안 승객실(1)을 해수로부터 분리하는 역할을 하며 선박이 수상 항해 동안 고속을 성취하도록 돕는다. 많은 실시예에서, 표면 선체(42)는 활주 선체이다. 대안 실시예에서, 표면 선체(42)는 배수 선체이다. 다른 대안 실시예에서, 표면 선체(42)는 도7에 도시된 바와 같이 파도 가름 활주형 선체(38)이다. 소정 실시예에서, 표면 선체(42)는 선체 게이트(18)를 포함한다.

상체 부품(37)은 승객실(1)의 하부를 에워싸며 승객실의 양측에서 측방 연장되고 후방에서 승객실(1) 위로 연장된다. 많은 실시예에서, 상체 부품(37)은 반-제어 가능 밸러스트 일방 플래퍼(41)와 안정 탱크(4)를 구비할 수 있는 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)을 포함한다. 소정 실시예에서, 상체 부품(37)은 잠수 활동 동안 전개될 수 있는 (도5에서 전개된 부분으로 도시된) 잠타(5)도 포함한다. 소정 실시예에서, 후방 데크 및 측면 데크 영역(16)은 (잠수 포드(49) 내의) 추가 배터리 또는 (잠수 포드(50) 내의) 추가 연료 부하를 수용하는 잠수 포드(49, 50)에 사용될 수 있다. 소정 실시예에서, 상체 부품(37)은 스포일러(10)를 포함할 수 있다. 스포일러(10)는 스노클링(snorkeling) 용도에 사용될 수 있는 배관(39)을 포함할 수 있다. 대안 실시예에서, 대형 안정 탱크(48)가 사용될 수 있다. 소정 실시예에서, 상체 부품은 무기 장착부(53), 우물형 공간(54) 또는 매니퓰레이터 아암(55)을 포함할 수 있다.

많은 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 주변압 입력 체크 밸브(45)와 주변 코어 판독기(22)의 도움에 의해 주변압으로 보상된다. 수상 엔진실(20)은 외부 구동부 하우징(23)에 포함된 외부 구동부를 작동시키기 위해 수상 엔진 기어부(32)를 사용하는 수상 엔진(31)을 주로 수용한다. 많은 실시예에서, 외부 구동부 하우징(23)은 주변압으로 보상된다. 외부 구동부가 위치하는 곳에서 수상 엔진실(20)이 실링 상태로 유지하는 것을 돕기 위해 외부 구동부 시일(24)이 사용될 수 있다. 수상 엔진(31)은 연료 라인(30)과 연료 체크 밸브(29)를 거쳐 주로 가변 배수량 연료 셀인 연료 셀(17)로부터 연료를 인출한다. 수상 엔진실(20)은 통상적으로 요소들로부터 밀봉 상태를 유지하기 위해 엔진 덮개 커버(11)를 포함한다. 소정 실시예에서, 선박은 고물 스러스터(aft thruster) 튜브 조립체(51)에 수용되는 고물 스러스터와 이물 스러스터 튜브 조립체(52)에 수용되는 이물 스러스터(bow thruster)를 포함할 수 있다.

많은 실시예에서, 본 발명 특유의 밸러스트 시스템은 주 내부 밸러스트실(2)과, 주 외부 밸러스트실(7)과, 트림 밸러스트실(3)과, 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)을 포함한다. 통상적으로, 각각의 주 내부 밸러스트실(2)은 주 내부 밸러스트 입력부(43)를 거쳐 외부 환경에 대해 개방되고 피 트랩 연결부(44) 및 주 밸러스트 밸브(27)를 거쳐 주 외부 밸러스트실(7)에 대해 개방된다. 주 내부 밸러스트실(2)은 주로 밸러스트 라이너(28)를 포함한다. 많은 실시예에서, 주 외부 밸러스트실(7)은 밸러스트 배기부(21)를 거쳐 배기 밸브(26)를 사용하여 외부 환경에 대해 개방된다. 소정 실시예에서, 물 펌프(19)가 밸러스트 시스템에 대해 물 주입 및 배출을 보조하기 위해 사용될 수 있다.

많은 실시예에서, 선박은 전기 시스템과 공기 시스템을 포함한다. 전기 시스템은 잠수 포드에 저장될 수 있는 배터리 더미(12)를 사용하여 전원을 저장한다. 많은 실시예에서, 공기 시스템은 산소 탱크(13), SCBA 저장 탱크(14), 비상용 공기 탱크(33), 고압 압축기(34) 및 공기 그리드를 포함한다. 공기 그리드는 저압 공기 전달 라인(40), 저압 공기 전달 및 보상 라인(46), 고압 공기 전달 라인(47) 및 공기 그리드 체크 밸브(25)를 포함한다.

이하, 선박의 주 조립체와 그 밖의 구성부품에 대해 상세히 설명한다.

본 명세서에서 "주변 코어 매니폴드"라 함은 주변압으로 유지되고 선박의 다른 구성부품으로 주변압 보상 공기를 분배하는 중심 허브를 지칭한다.

본 명세서에서 "주변 코어 판독기"라 함은 주변압을 판독하고 그리고/또는 주변압에 반응하는 장치를 지칭한다.

본 명세서에서 "주변압"이라 함은 소정 시간에 선박 외부 환경의 압력을 지칭한다.

본 명세서에서 "부력"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 해수가 선박에 작용하는 상향력을 지칭하며 선박에 의해 배수되는 물의 체적에 해당하는 무게와 동일하다.

본 명세서에서 "이산화탄소 스크러버"라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 공기 샘플로부터 모두는 아니라 하더라도 대부분의 이산화탄소를 제거하기 위해 사용되는 장치 또는 물질을 지칭한다.

본 명세서에서 선박의 "부력 중심"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 선박에 작용하는 부력의 기하학적 중심을 지칭한다.

본 명세서에서 선박의 "무게 중심"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 선박 질량의 기하학적 중심을 지칭한다.

본 명세서에서 "구성부품"이라 함은 임의의 잠수한, 잠수정 또는 수상선에 합당하게 포함될 수 있는 임의의 장치나 물질을 지칭한다.

본 명세서에서 "완전-제어 가능 밸러스트실"이라 함은, 소정 목적을 위해 압력을 받아 주입되는 공기를 수납하도록 설계되고 공기 그리드에 대한 직접적 제어 가능한 연결부를 구비하거나 공기 그리드에 대한 직접적 제어 가능한 연결부를 구비한 밸러스트실에 연결되며, 주 내부 밸러스트실 및 임의의 주 외부 밸러스트실을 포함하지만 트림 밸러스트실을 포함하지 않는 밸러스트실을 지칭한다.

본 명세서에서 "연료 셀"이라 함은 연료를 보유하는 것이 합리적으로 가능한 임의의 용기를 지칭한다.

본 명세서에서 "유압식 축압기"라 함은 유체를 보유하고 유압 시스템으로 유체를 제공하지만, 추가 유체가 유압식 축압기로 제공되는 지점인 소정 문턱값보다 아래로 유압 시스템의 압력이 떨어질 때까지는 추가 유체를 받지 않는 임의의 용기를 지칭한다.

본 명세서에서 "유체 정역학적 부양력"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 움직이지 않고 안착해 있는 동안 물이 선박을 밀어 올리는 부력을 지칭한다.

본 명세서에서 "주 밸러스트 시스템"이라 함은 어느 것이든 주 내부 밸러스트실과 주 외부 밸러스트실을 지칭한다.

본 명세서에서 "중성 부력"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 선박에 작용하는 중력과 부력이 동일한 조건을 지칭하는 것으로 선박이 수중에서 부상하거나 가라앉지 않음을 의미한다.

본 명세서에서 "승객실"이라 함은 선박의 작업 동안 사람 승객이 안전하게 차지하게 될 선박의 구성부품을 지칭한다.

본 명세서에서 "용도-변경 가능"이라 함은, 예컨대 선박을 광범위하게 재설계할 필요없이 잠수함에서 구성부품을 분리하여 잠수함에 다른 구성부품을 부착하는 것과 같이, 제거 가능한 구성부품을 제거하여 교체함으로써 특수 임무 또는 용도를 위해 변경되거나 배열되거나 재구성될 수 있는 수단을 의미하는 것으로 개방 설계가 가능한 것도 포함한다.

본 명세서에서 "내항"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 바다에서 높은 바람, 큰 파도 및 폭우와 같이 거친 조건을 견디고 험한 날씨 동안에도 장기간 동안 바다에서 안전하게 항해할 수 있는 선박의 능력을 의미한다.

본 명세서에서 "반-제어 가능 밸러스트 영역"이라 함은 선박이 잠수 중일 때에는 적어도 부분적으로 환경에 개방되고 완전히 물로 채워지며, 선박이 수면에 있을 때에는 기계적으로 주입되는 공기의 도움 없이도 물이 중력 작용에 의해 자유롭게 배수되는 선박의 임의의 영역 또는 밸러스트실을 지칭한다.

본 명세서에서 "잠수함"이라 함은 수중에서 전진 및 방향 전환이 가능하고 공해 상에서의 항해가 가능하고 내항 능력을 갖고 수중에서 승객을 태우고 안전한 작동이 가능한 자율적인 선박을 지칭한다.

본 명세서에서 "잠수정"이라 함은 사람 승객을 수면 아래로 안전하게 데리고 가서 수면으로 승객을 안전하게 복귀시키는 것이 가능한 선박 또는 운송 수단을 지칭한다.

본 명세서에서 "수상 배수량"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 수상 활동 동안 선박에 의해 배수되는 물의 체적을 지칭한다.

본 명세서에서 "수상 항해"라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 수상 활동 동안 이동하거나 그리고/또는 방향을 전환하는 것을 지칭한다.

본 명세서에서 "수상 활동"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 선박이 갖는 체적 중 대략적으로 합당하게 가질 수 있는 만큼의 체적이 흘수선 위에 있을 때를 지칭한다. 예컨대, 통상의 대형 잠수함의 경우, 수상 활동이란 상부의 승강구가 개방되어 승객 및/또는 보급품이 안팎으로 이동될 수 있도록 선박의 충분한 체적이 흘수선 위에 있을 때를 지칭한다.

본 명세서에서 "수상선"이라 함은 해당 기술분야에서의 일반적 의미와 일치하는 것으로 통상적으로는 수상 활동을 위해 기획되고 통상적이지 않게는 수중 활동을 위해 기획되며, 스피드 보트, 오일 탱커, 순항선 및 예인선과 같은 선박을 포함하되 이에 제한되지 않는 선박을 지칭한다.

본 명세서에서 "상체 부품"이라 함은 선박의 갑판 영역 및 측면 영역을 지칭하고 갑판 영역에 부착될 수 있는 임의의 구성부품을 포괄한다. 또한, "상체 부품"이라 함은 갑판 영역 및 측면 영역 상이나 그 내부에 위치되는 임의의 반-제어 가능 밸러스트 영역을 포괄할 수 있다.

본 명세서에서 선박의 "가변 배수량"이라 함은 선박의 승객에 대해 어떤 위험도 없이 안전하고 합당하게 침수될 수 있는 선박의 체적을 지칭한다.

본 명세서에서 "가변 배수량 연료 셀"이라 함은 연료가 셀로부터 사용됨에 따라 체적이 변할 수 있는 연료 셀을 지칭한다.

본 명세서에서 "선박"이라 함은 수상에서 또는 수중에서의 항해를 위해 설계된 배를 지칭한다.

본 명세서에서 "수중 활동이 가능한 선박"이라 함은 잠수함이나 잠수정을 지칭한다.

선박 개관

수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박은 단일 유닛으로 사전 구성되어 건조된다. 승객실은 일반적으로 함정의 본체가 됨으로써, 선박이 조금이라도 변경되면 승객실에 영향이 미친다. 따라서 모든 변경은 결정적인 승객 수용 기능에 미칠 수 있는 효과에 대해 분석되어야만 한다.

본 발명의 선박은 용이하게 재구성되도록 설계됨으로써 대량 생산을 가능하게 만들었다. 사전 제작된 일반적인 많은 선반 재고가 선박에 합체됨으로써 모듈식 용도-변경 가능한 개방형 설계를 제공한다. 이로써 주문 방식으로 생산되는 각각의 선박은 원하는 용도에 보다 적합하게 될 수 있다. 본 발명의 선박은 오락적 용도, 군사적 용도 또는 예컨대 석유 회사에 의한 산업적 용도와 같이 거의 모든 해양 관련 용도에 대해 사용될 수 있다.

많은 실시예에서, 본 발명은 주 조립체와, 구성부품 그리드와, 잠수 포드를 포함한다.

많은 실시예에서, 선박은 사전 형성된 단단한 부착점을 구비하는 재료의 골격을 포함하는 중심 골조(8) 주 조립체를 포함한다. 소정 실시예에서, 골격은 금속, 복합재 또는 이들의 조합으로 제조될 수 있다. 소정 실시예에서, 사전 형성된 단단한 부착점은 볼트용 보강 구멍이다. 골격은 I-빔이나 상자형 튜브로 형성될 수 있다. 서로 다른 선박은 서로 다른 골격 형상을 사용할 수 있다. 일 실시예에서, 골격은 수상 이동의 응력과 파도 작용을 견디기 위해 필요에 따라 삼각형 버팀대를 구비한 직사각형 상자의 형상으로 되어 있다. 소정 실시예에서, 중심 골조(8)는 용골 내부로 하향 연장되는 추가의 구조물 지지체를 포함한다.

많은 실시예에서, 승객실(1)은 중심 골조(8), 표면 선체(42) 또는 상체 부품(37)에 부착되는 부착 조립체이다. 이는 수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박 이상의 장점을 제공함으로써 선박에 대한 변화가 승객실(1)에 미치는 영향을 최소화한다. 많은 경우, 이는 승객실(1)에 영향을 미치지 않고도 선박을 변화시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 선박의 주 조립체들은 교체 가능하고 원하는 바에 따라 선택될 수 있는 서로 다른 설계로 얻어질 수 있다. 많은 실시예에서, 주 조립체들은 본 발명의 선박을 건조하기 위해 특별히 제조되는 대형의 선박 부분들이다. 주 조립체들은 서로 장착되거나, 존재한다면 사전 설정 부착점 상에서 중심 골조(8)에 장착된다.

본 발명의 선박에 사용될 수 있는 주 조립체 중에는 승객실(1), 상체 부품(37), 표면 선체(42), 수상 엔진실(20), 측면 탱크(15) 및 주 내부 밸러스트(2)가 있다. 이들 각각의 주 조립체는 서로 부착되거나 선택적인 중심 골조(8) 주 조립체에 부착된다. 본 발명의 장점 중 하나는 주 조립체 중 어느 것이라도 다른 주 조립체에 실질적인 영향을 미치거나 다른 조립체를 재설치하지 않고도 교체될 수 있다는 점이다. 이런 점에서, 본 발명은 모듈형 잠수함이다. 소정 실시예에서, 선박은 고속을 얻기 위해 활주형 스피드 보트 선체를 포함한다. 이런 표면 선체(42)는 다른 실시예에서 사용되는 좀 느리지만 보다 효율적인 배수형 선체로 교체될 수 있다.

선박은 승객과 키잡이를 수용하는 승객실(1)을 포함한다. 많은 실시예에서, 승객실(1)은 각각 중심 골조(8) 상의 사전 설정된 단단한 부착점에 볼트 체결된 일련의 측면 링을 거쳐 중심 골조(8) 주 조립체에 부착된다. 다른 실시예에서, 승객실(1)은 표면 선체 주 조립체(42)나 상체 부품 주조립체(37) 또는 이들 모두에 직접 부착된다. 대부분의 실시예에서 승객실(1)은 선박이 수중에 있는 동안 선박 중에서 가장 큰 부력을 받는 부분이기 때문에, 선박의 무게 중 대형 부위는 통상적으로 승객실(1)에 현수된다. 소정 실시예에서, 승객실(1)은 공기 조화기(56)를 포함한다.

상체 부품(37)은 많은 실시예에서 승객실(1) 하반부의 적어도 대부분을 에워싼다. 상체 부품(37)의 설계는 가변적이며, 휴식용 갑판, 탑재 공간, 무기 장착부(53), 우물형 공간(54) 및 매니퓰레이터 아암(55)과 같은 구성부품을 포함할 수 있다. 많은 실시예에서, 상체 부품(37)은 안전 탱크(4)와 반-제어 가능 밸러스트 영역을 포함하는 밸러스트 시스템 구성부품을 수용한다.

많은 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 승객실(1)의 고물쪽에 있다. 수상 엔진실(20)은 선박이 수중으로 깊이 잠수할 때 수상 엔진(31)과 다른 부품들을 보호한다.

많은 실시예에서, 표면 선체(42)는 중심 골조(8)의 하반부와 용골 연장부에 부착된다. 표면 선체(42)는 선박이 수면에 있을 때 정규의 수상 운반선으로서 기능할 수 있도록 한다. 표면 선체(42)는 주로 주 내부 밸러스트실(2)을 수용한다. 일 실시예에서, 연료 셀(17) 및/또는 공기 탱크(13, 14, 33)도 표면 선체(42) 내에 수용된다.

주 내부 밸러스트실(2)은 통상적으로 일련의 밸러스트수 구획실을 포함한다. 많은 실시예에서, 밸러스트수 구획실은 표면 선체(42) 내부에 수용된다. 측면 탱크(15)는 통상적으로 표면 선체(42)의 양측으로 연장된다. 많은 실시예에서, 측면 탱크(15)는 주 외부 밸러스트실(7)과 트림 밸러스트실(3)을 수용한다. 측면 탱크(15)는 선박이 수면에 있을 때와 수중에 잠수했을 때 모두 선박에 부력을 추가하도록 기능할 수 있다.

많은 실시예에서, 주 조립체는 기계 설비, 공기 저장부, 전기 저장부, 연료 저장부 및 선박이 기능하도록 돕는 그 밖의 구성부품을 수용한다. 많은 서로 다른 구성부품이 본 발명의 선박에 포함될 수 있다. 많은 실시예에서, 선박은 적어도 하나의 밸러스트실과, 적어도 하나의 수상 엔진과, 적어도 하나의 연료 셀과, 적어도 하나의 교류 발전기와, 적어도 하나의 배터리와, 적어도 하나의 수중 엔진(subsurface engine) 및 스러스터와, 적어도 하나의 공기 압축기와, 적어도 하나의 공기 저장 탱크와, 키잡이가 선박을 조작하기 위한 제어부를 포함한다. 소정 실시예에서, 선박은 전기 시스템 뿐 아니라 동력 배분을 위한 유압 시스템을 추가로 포함한다. 선박 구성부품의 대부분은 선박 재고 해양용 구성부품이거나 표준 잠수함 부품들이다. 밸러스트실과 같은 일부 부품은 주문 제작형이다.

많은 실시예에서, 선박의 구성부품들이 그리드에 의해 연결되는 시스템 안으로 배열된다. 그리드 시스템은 고압 공기 저장 그리드와, 비상용 공기 그리드와, 저압 1차 공기 그리드와, 주변압 공기 보상 그리드와, 산소 그리드와, 주 밸러스트수 그리드와, 트림 밸러스트수 그리드와, 전기 그리드와, 유압 그리드와, 연료 그리드를 포함할 수 있다. 각각의 그리드 시스템은 구성부품과 구성부품 포드가 선박에 용이하게 탈부착될 수 있도록 하는 커넥터를 포함한다. 커넥터는 구성부품과 구성부품 포드에 연결되고 선박을 용이하게 수리하고 개선할 수 있도록 한다.

수중에서 활동하는 모든 선박은 구성부품이 깊은 곳에서의 수압이나 해수 침입에 의해 손상될 수 있다는 현실을 감안해야만 한다. 본 발명의 많은 실시예에서, 승객실(1)과 수상 엔진실(20)은 주로 내부에 봉함되는 구성부품에 대해 고유한 보호를 제공한다. 다른 선박 구성부품은 공기 탱크(13, 14, 33)와 연료 셀(17)과 같이 본래부터 깊은 곳에서의 압력과 해수를 지탱하는 것이 가능하거나 보호되어야만 한다.

많은 실시예에서, 직접 공기 보상이 깊은 곳에서 선박 구성부품을 보호하기 위해 사용된다. 내부 공기 압력이 보상에 직접 추가되어 구성부품의 내부와 외부 간에 거의 0 psi의 압력차를 생성한다. 다른 실시예에서, 잠수 포드가 깊은 곳에서 선박 구성부품을 보호하기 위해 사용된다. 잠수 포드는 구성부품들을 수용하여 외측 압력에 대항하는 개별 봉함체이다. 주변압 공기 보상 그리드에 연결되는 주변압 포드는 사용될 수 있는 잠수 포드의 일 예이다. 압력 선체 포드는 사용될 수 있는 잠수 포드의 다른 예이다. 압력 선체 포드는 공기 보상 없이도 그 구성을 통해 수중의 깊은 깊이에서의 압력을 견디도록 기밀식으로 설치된다. 잠수 포드는 다양한 실시예에서 구성부품 더미 또는 소모품 저장부를 보유하는 교체 가능한 모듈로서 작용할 수 있다. 많은 실시예는 직렬 연결된 배터리들을 수용하고 전기 그리드 연결부로부터 분리시킴으로써 다른 배터리 더미 포드로 교체될 수 있는 배터리 더미 포드를 포함한다.

많은 실시예에서, 본 발명의 선박은 그 크기가 비교적 소형으로, 주로 길이가 15.2 m(50 피트)보다 작다. 소정 실시예에서, 선박의 길이는 10.7 m(35 피트)보다 작다. 다른 실시예에서, 선박의 길이는 6.1 m(20 피트)보다 작다. 또다른 실시예에서, 선박의 길이는 3 m(10 피트)보다 작다.

많은 실시예에서, 선박의 폭은 6.1 m(20 피트)보다 작다. 다른 실시예에서, 선박의 폭은 3 m(10 피트)보다 작다.

많은 실시예에서, 선박의 높이는 3 m(10 피트)보다 작다. 다른 실시예에서, 선박의 높이는 1.8 m(6 피트)보다 작다.

많은 실시예에서, 선박은 약 1.1 ton(2,500 파운드) 내지 약 27 ton(60,000 파운드) 사이의 건조 중량을 갖는다. 다른 실시예에서, 선박은 약 1.1 ton(2,500 파운드) 내지 약 13.6 ton(30,000 파운드) 사이의 건조 중량을 갖는다. 또다른 실시예에서, 선박은 약 1.1 ton(2,500 파운드) 내지 약 6.8 ton(15,000 파운드) 사이의 건조 중량을 갖는다.

승객실

잠수함에서 승객실은 단지 해수에 노출된 동안 앉을 장소를 제공하는 것들로부터 보호성 1 기압 건조 환경으로 승객을 감싸는 것들까지의 범위이다. 선박이 수중으로 잠수함에 따라, 해수의 주변압은 상승해서 선박을 압박하기 시작한다. 이에 대항하기 위해 승객실은 해수의 주변압에 가깝게 유지될 수 있거나, 그렇지 않은 경우 승객실은 깊은 곳에서의 해수 압력을 지탱하기에 충분히 강하게 제조될 수 있다.

선박은 밸러스트실들이 해수로 채워질 수 있도록 함으로써 주변압을 유지할 수 있다. 습식 선체 잠수함은 승객실을 해수로 채운다. 이런 잠수함은 승객이 깊은 곳에서 해수에 노출될 위험이 있기 때문에 거의 쓸모가 없다. 차가운 기후와 높은 압력은 습식 선체 잠수함이 수중의 아주 깊은 곳으로 잠수할 수 없도록 한다. 또한, 산소가 바로 승객실로 전달되는 대신 승객에게 직접 전달되어야 한다.

선박은 선박 밸러스트실 내에서 압축 가스를 사용함으로써 주변압을 유지할 수도 있다. 이런 유형의 승객실을 사용하는 한 가지 방식은 승객실의 바닥에 또는 바닥에 근접해서 개구를 형성하는 것이다. 선박이 수중에서 깊이 잠수함에 따라, 물이 개구를 통해 들어오고 공기는 승객실 상부에서 가압된다.

주변압 건식 선체는 깊은 곳에서 주변압을 유지하는 승객실의 한 종류이다. 승객실은 건조한 내부로 밀봉되고 게이지가 해수의 주변압을 결정하기 위해 사용된다. 압력이 외부 해수의 압력과 동일할 때까지 공기가 건조실로 제공된다. 선박이 수면으로 부상하고 주변압이 감소함에 따라 공기를 배출하기 위해 체크 밸브가 사용된다. 승객실 내외부의 압력은 거의 동일한 상태로 유지되기 때문에 임의의 형상 그리고 합당한 기밀 재료가 사용될 수 있다. 주변압 건식 선체는 이들 선체가 수반할 수 있는 공기의 양과 배터리 전력 비축량에 의해 깊이가 제한된다. 이들 건식 선체는 또한 승객의 색전증이나 감압병을 일으키지 않도록 하기 위해 깊이 잠수되어 수면으로 복귀할 때 천천히 부상해야만 하는 본질적인 한계가 있다.

압력 선체는 가압 없이도 큰 힘을 지탱하기 위해 강한 재료로 구축되며 적절한 형상을 갖는다. 압력 선체의 내부는 깊은 곳에서도 1 대기압으로 유지된다. 압력 선체는 일반적으로 원통형이거나 구형이며, 압력 선체를 사용하는 선박의 건조 시간이나 건조 비용은 통상적으로 다른 유형의 승객실을 사용하는 선박에 비해 높다.

본 발명은 키잡사용 제어부를 수용하고 잠수 동안 승객이 차지할 공간을 제공하는 승객실(1)을 구비한다. 승객실(1)은 선택적으로 스크루버 재료 및 순수 산소 병과 같은 다른 보급품을 관리한다.

본 발명의 일 실시예에서, 승객실(1)은 선박의 상부를 따라 길게 이어지며, 중심 골조(8), 표면 선체(42), 상체 부품(37) 조립체 또는 이들의 조합체 상에서 일련의 단단한 부착점에 부착된다. 승객실(1)은 서로 다른 실시예에서 상승, 하강, 전방 이동 또는 후방 이동될 수 있도록 서로 다른 부위에 장착될 수 있다. 이로써 측면 탱크나 표면 선체 설치에 의해 획득되는 용량을 넘어선 탑재물 수반 용량으로 추가 조절될 수 있게 된다. 이런 변화는 수면에 있거나 수중에 잠수했을 때 모두 선박에 다소간의 안정성을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 이를 달성하기 위해, 승객실(1)의 높이는 원하는 바에 따라 선박의 무게 중심이나 선박의 부력 중심을 이동시킴으로써 선박을 강화시키거나 느슨하게 하도록 조절될 수 있다.

선박의 많은 실시예에서, 승객실(1)은 승객실(1) 외면에서 일련의 밴드에 의해 다른 조립체에 장착된다. 일 실시예에서, 밴드는 탄소섬유와 같은 복합재이다. 대안 실시예에서, 밴드는 탄소섬유와 같은 복합재이다. 다른 대안 실시예에서, 일부 밴드는 금속이고 다른 밴드는 복합재이다.

많은 실시예에서, 승객실(1)은 선박의 고정 배수량에서 가장 많은 부분을 차지한다. 승객실(1)은 선박의 잠수 고정 배수량의 총 체적의 약 40% 내지 약 60%를 포함한다. 일 실시예에서, 선박의 잠수 고정 배수량의 총 체적의 약 50%가 승객실(1)에 제공된다.

본 발명의 여러 실시예에서, 승객실(1)은 수상 엔진실(20) 전방에 위치된다. 이런 전방 위치는 선박의 균형 안정성을 유지하기 위한 목적으로 잠수 동안 수상 엔진실의 부력을 상쇄시키도록 돕는다. 잠수 동안 수상 엔진실(20)에 의해 배수되는 해수의 체적은 승객실(1)의 고정 배수량의 총 체적에 대해 상당하다. 일 실시예에서, 잠수 동안 수상 엔진실(20)에 의해 배수되는 해수의 총 체적은 승객실(1)의 고정 배수량의 총 체적의 약 75%이다.

본 발명의 선박에는 임의의 적절한 형태의 승객실이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 습식 선체가 사용된다. 다른 실시예에서, 주변압 건식 선체가 사용된다. 다른 실시예에서, 선박이 수중에서 깊이 잠수하는 동안 선체는 선체 내부에 1 기압을 유지하도록 구성되게 압력 선체가 사용된다 기존의 압력 선체 잠수함과 달리, 많은 실시예에서 본 발명의 압력 선체는 선박의 본체가 아니다. 대신에, 압력 선체는 중심 골조(8) 또는 다른 조립체에 부착되는 구성부품이거나 모듈이며, 이로써 선박의 다른 구성부품에 대한 위치변경시 보다 큰 적응도를 허용한다.

선박의 압력 선체 승객실은 기술분야의 당업자에게 많이 공지된 임의의 적절한 크기와 형상을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 압력 선체는 구형이다. 다른 실시예에서, 압력 선체는 곡면 단부를 구비한 원통체로서 형성된다.

많은 실시예에서, 압력 선체 승객실은 반구형 단부를 구비한 원통체로서 형성되다. 소정 실시예에서, 외경은 약 1 m(3 피트) 내지 약 3 m(10 피트)의 범위에 있을 수 있다. 일 실시예에서, 압력 선체의 외경은 약 1.2 m(4 피트)이다. 소정 실시예에서, 압력 선체의 길이는 약 1.8 m(6 피트) 내지 약 7.3 m(24 피트)의 범위에 있을 수 있다. 소정 실시예에서, 압력 선체의 길이는 약 3.6 m(12 피트) 내지 약 5.5 m(18 피트)의 범위에 있다. 선박의 압력 선체는 확장 가능하며, 보다 크거나 작은 선박 개정판이 건조되기 때문에, 압력 선체는 증감될 수 있다.

압력 선체 승객실은 강, 알루미늄, 티탄, 탄소섬유, 아크릴 수지, 또는 깊은 곳에서 물의 압축력을 지탱할 수 있는 공지된 그 밖의 강한 재료, 또는 이들 재료의 임의의 조합으로 구성될 수 있다. 소정 실시예에서, 압력 선체는 투명재로 구성된 관찰창을 포함한다. 많은 실시예에서, 관찰창은 아크릴로 구성된다. 일 실시예에서, 압력 선체의 하나의 반구형 단부는 아크릴로 되어 있다. 다른 실시예에서, 압력 선체의 양쪽 반구형 단부는 아크릴로 되어 있다. 대안 실시예에서, 압력 선체의 원통부 일부 또는 모두는 아크릴로 되어 있다. 다른 실시예에서, 전체 압력 선체는 아크릴로 구성된다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 압력 선체 승객실은 칼라를 사용하여 서로 결합되는 서브섹션들로 분리된다. 일 실시예에서, 일련의 아크릴 실린더가 조인트부에 기밀 시일을 제공하는 O-링 가스킷이 배치된 상태로 금속 또는 탄소섬유로 제조되는 원형 I-빔으로 서로 연결된다. 중심 프레임 조립체에 압력 선체 승객실을 연결하기 위해 사용되는 밴드들은 칼라 상에 위치된다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 압력 선체 승객실은 내부 골격 구조물을 사용한다. 일 실시예에서, 압력 선체는 금속 또는 탄소섬유로 제조되는 원형 I-빔과 종방향 지지 빔으로 제조되는 일련의 직립 보강링을 포함한다. 압력 선체는 금속과 아크릴 구역으로 덮힌다.

많은 실시예에서, 압력 선체 승객실은 적어도 15.2 m(50 피트)의 최대 활동 깊이를 갖는다. 소정 실시예에서, 압력 선체 승객실은 적어도 61 m(200 피트)의 최대 활동 깊이를 갖는다. 다른 실시예에서, 압력 선체 승객실은 적어도 182 m(600 피트)의 최대 활동 깊이를 갖는다. 다른 실시예에서, 압력 선체 승객실은 적어도 366 m(1200 피트)의 최대 활동 깊이를 갖는다. 또다른 실시예에서, 압력 선체 승객실은 적어도 457 m(1500 피트)의 최대 활동 깊이를 갖는다.

많은 실시예에서, 승객실(1)은 승객이 출입하기 위한 승강구를 포함한다. 승강구는 잠금 기구를 구비할 수도 있다. 임의의 적절한 승강구 및 승강구-잠금 기구가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 승강구는 유압식으로 작동된다.

본 발명의 일 실시예에서, 승객실(1)은 승객실(1)의 내부 구성부품을 장착하기 위해 사용되는 금속 프레임을 내부에 포함한다. 프레임은 장착 지점 및 키잡이 통제용 도관과, 기기 장치들과, 키잡이 및 승객 좌석과, 그 밖의 내부 구성부품들을 포함한다. 일 실시예에서, 키잡이 좌석 및 제어 패널은 승객실(1) 전방에 위치한다.

일 실시예에서, 승객실(1)은 고급차 양식의 인테리어를 포함한다. 소정 실시예에서, 승객실(1)의 내측은 화장실 용도를 위한 해양용 위생시설도 포함한다. 승객실(1)은 산소 탱크와 이산화탄소 스크러버 재료도 포함할 수 있다.

승객실(1)은 선체 관통부를 거쳐 선박의 다른 시스템에 연결된다. 소정 실시예에서, 선체 관통부는 승객실(1)의 아랫쪽 1/3 지점 내에 위치된다. 기술분야에서 일반적으로 공지된 표준 잠수함 선체 관통 커넥터들이 전기, 유압 및 공기 커넥터에 사용된다. 승객실(1)은 전기 커넥터를 통해서 선박의 전기 시스템으로부터 전력을 공급 받는다. 승객실(1)은 선박의 산소 그리드에 연결된다. 승객실(1)은 가압 공기의 도입을 위한 공기 그리드에도 연결된다. 가압 그리드는 보상 가압을 허용하고 다른 구명 공급부로 기능할 수 있다. 일 실시예에서, 승객실(1)은 저압 1차 공기 그리드에 연결된다.

본 발명의 몇몇 실시예에서, 승객실(1)은 내부의 공기 조화 시스템을 거쳐 기후 조절된다.

소정 실시예에서, 승객실(1)은 외부 환경에 개방될 수 있는 휴면 릴리프 밸브를 포함한다. 일 실시예에서, 휴면 릴리프 밸브는 키잡이의 좌석에 인접하게 승객실(1)의 바닥부에 위치되고 상체 부품(37)의 자유 침수 영역에 대해 개방된다. 휴면 릴리프 밸브는 선박이 수면 상에서 작업하는 동안에는 통상적으로 개방될 것이고 잠수 중에는 통상적으로 폐쇄될 것이다. 밸브는 소정의 비상 상황에서 잠수 동안 또는 승객실(1)이 주변압 선체로서 작동하는 경우 소정의 정상 상황 동안 개방될 수 있다. 일 실시예에서, 밸브 출구는 표면 선체(42) 영역 내부에서 승객실(1)의 바닥 아래에 위치된다. 휴면 릴리프 밸브는 밀봉된 승객실 내에 형성된 부분 진공을 완화시켜 승강구가 용이하게 개방될 수 있도록 보장하기 위해 사용될 수 있다. 휴면 릴리프 밸브는 공기 조화 시스템이나 그 밖의 공급원으로부터 승객실(1)에 축적될 수 있는 응축수를 위한 배수구로서 기능할 수도 있다. 또한, 휴면 릴리프 밸브는 선박이 수면에서 작동하는 동안 완전한 시일이 되지 않고도 승강구가 폐쇄될 수 있도록 한다. 최종적으로, 휴면 릴리프 밸브는, 있을 경우 저압 1차 공기 그리드 또는 고압 공기 저장 그리드와 같은 공기 그리드에서 나온 공기가 소정의 주변압 작업을 위한 잠수 동안 승객실(1) 내로 도입될 수 있도록 허용할 수 있다.

소정 실시예에서 저압 1차 공기 그리드 또는 고압 공기 저장 그리드로부터 여압 상태를 유지하는 승객실의 능력은 휴면 릴리프 밸브와 결합하여 선박의 여러 가지 서로 다른 구명 지원 모드와 주변압 작업을 허용한다. 선박이 잠수할 때 주변압이나 1 기압에서 반-폐쇄 또는 개방 회로 호흡 시스템이 사용될 수 있다. 선체 관통부나 기타 선체 고장으로 인해 물이 침입하는 경우, 주변 여압 상태 유지는 누수를 늦출 수 있고 물이 승객실(1) 내측에서 관통부 높이 위로 상승하는 것을 방지한다. 또한, 선박은 감압병을 겪는 잠수부를 감압시키기 위해 사용될 수 있다. 이는 잠수부를 압력 선체 승객실로 옮기고 승객실이 주변압으로 가압되는 수중의 적절한 깊이로 선박을 이동시킴으로써 달성된다. 그후, 선박은 적절한 감압을 위해 적절한 기간에 걸쳐 부상한다.

일 실시예에서, 승객실(1)은 잠수종과 유사한 용도를 위해 설계된다. 승객실은 승객실의 하부에 배치되는 승강구를 포함한다.

본 발명의 많은 실시예에서, 밸러스트 배기 밸브(26)가 압력 선체 승객실 내부에 위치된다. 이로써 밸러스트 배기 밸브(26)는 밸러스트를 비우는 동안 유압 고장이 발생할 경우 손으로 폐쇄될 수 있다.

많은 실시예에서, 고 암페어의 모든 전기 회로와 승객의 안전에 위해를 가할 수 있는 모든 다른 시스템 구성부품은 승객실(1) 외부에 위치되거나 승객실(1) 외부에 있도록 격리될 수 있다.

일 실시예에서, 승객실(1)은 수면에 있는 동안 승객실 내부의 모든 해수를 펌프하기 위해 사용될 수 있는 빌지 펌프(bilge pump)를 포함한다. 해수는 빌지 회로와 승객실(1)을 잠수 중에 압력이나 해수 침입으로부터 보호하기 위해 평시에는 폐쇄되는 밸브를 개방함으로써 펌프 배출된다.

본 발명의 일 실시예에서, 총탄이나 다른 무기류에 대해 향상된 보호를 제공하기 위해 장갑판(armor)이 승객실 외측에 추가될 수 있다. 대부분의 실시예에서, 압력 선체 승객실은 그 중형 구성과 형상으로 인해 작은 무기 발사에 대해서는 이미 저항력이 있다.

본 명세서에서 설명된 승객실(1)의 많은 실시예들은 안전도에 있어 기존의 보트와 잠수함 이상의 장점을 제공한다. 적절히 구축된 압력 선체 승객실은 선박이 수면에 있는 동안 파도 작용으로부터 승객에 대해 보다 많은 보호를 제공한다. 승객실(1)은 수면에 있는 동안 완전히 밀봉될 수 있고 기존 구명 시스템을 사용할 수 있도록 함으로써 악천후에서도 보다 안전하게 된다. 이들 구명 시스템은 또한 선박이 가라 앉는 경우에도 추가적인 안전을 제공한다. 선체 관통부의 부분 고장으로 인해 잠수 중에 해수가 승객실(1)로 들어올 경우, 관통부는 승객실(1)의 아랫쪽 1/3 내에 위치될 수 있기 때문에, 재부상할 때까지 승객의 생존을 위해 충분한 공기 기포가 승객실(1)에 존재할 수 있다. 또한, 승객실(1)은 통상적으로 선박이 수면 상에 있는 동안에는 해수와 접촉하지 않음으로써 승강구가 개방된 동안 파도 작용으로 인한 쇄도를 방지하도록 돕는다.

표면 선체

수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박은 수상 항해 능력이 아주 미약하거나 존재하지 않는다. 통상의 소형 선박은 이들 선박을 잠수 지역으로 운반하는 모선이나 바지선에 의존한다. 압력 선체를 사용하는 이런 통상의 소형 선박은 수면에 있을 때 통상적으로 아주 깊은 흘수를 갖는다. 일반적으로, 승강구와 상부 갑판만이 수면 위로 돌출한다. 수상 항해는 깊은 흘수와 충분한 동력의 부족으로 인해 사실상 존재하지 않는다. 수면에 있을 동안의 깊은 흘수는 해수 위의 시계를 저감시키고 엄청난 양의 해수 저항을 일으킴으로써 선박이 속도를 잃어 버리도록 하고 전진 이동을 위해 많은 양의 에너지를 필요로 하게 만든다. 본 발명의 선박은 수중 활동이 가능하고 활발한 수상 항해가 완전히 가능한 비교적 작은 크기를 갖는 최초의 선박이다.

본 발명은 선박이 수상 활동 중에 해수와 접촉하는 표면 선체(42)를 포함한다. 표면 선체(42)는 수면에 있는 동안 상당량의 배수량을 제공함으로써, 통상의 기존 선박과 같이 선박에 얕은 흘수를 제공한다. 많은 실시예에서, 표면 선체(42)는 중심 솔조(8)의 하측 반부에 장착된다. 다른 실시예에서, 표면 선체(42)는 승객실(1), 상체 부품(37) 또는 이들 모두에 직접 연결된다.

본 발명의 여러 실시예에서, 표면 선체(42)는 주 내부 밸러스트 조립체(2)를 포함하며 공기 탱크(13, 14, 33) 또는 연료 셀(17)과 같은 선박 구성부품을 수용할 수도 있다. 소정 실시예에서, 표면 선체(42)는 추가 탑재물이나 화물을 수용한다. 많은 실시예에서, 표면 선체(42)는 수상 엔진실 조립체(20)를 에워싼다.

소정 실시예에서, 표면 선체(42)는 개방됨으로써 키잡이가 원할 경우 표면 선체에 의해 생성된 배수량이 경감될 수 있도록 하는 일련의 선체 게이트(18)를 보유한다.

표면 선체(42)의 사용은 선박이 수면에 있는 동안 상당량의 배수량을 생성하도록 돕는다. 이는 부양력을 제공하고 선박이 통상의 수상 보트와 같이 아주 얕은 흘수를 가질 수 있게 한다. 또한, 표면 선체(42)는 이중 선체 수상선과 유사한 몇 가지 특징을 갖는, 선박의 가라 앉음을 방어하는 제1선이다.

많은 실시예에서, 표면 선체(42)는 선박이 수면에 있는 동안 선박 내부의 구성부품들을 가장 합당한 수상 위험으로부터 보호한다. 소정 실시예에서, 표면 선체(42)에는 추가의 탑재물이나 화물이 수용될 수 있다.

임의의 기존 수상 보트 선체 설계가 본 발명의 표면 선체(42)로 사용될 수 있다. 다양한 선체 형태에 의해 전체적인 수상 부력, 수중 부양 능력, 수상 속도, 내항 성능, 안전성 및 연료 효율을 변화시킬 수 있다. 알루미늄, 유리섬유 및 복합재를 포함하는 임의의 적절한 재료 또는 재료들이 표면 선체를 구성하기 위해 사용될 수 있다.

수상 활동이 가능한 통상의 선박은 일반적으로 배수 선체를 사용한다. 또한, 많은 수상선들은 배수 선체의 형태를 사용한다. 배수 선체는 선박이 이동함에 따라 해수를 배수한다. 배수 선체는 비교적 낮은 동력-대-무게비를 필요로 하고 높은 연비를 제공한다.

소정 실시예에서, 배수 선체가 표면 선체(42)로서 사용된다. 임의의 기존 배수 선체가 사용될 수 있다. 본 발명의 소정 실시예에서, 예리한 이물와, 실질적으로 만곡된 저면 및 고물와, 상당히 얕은 흘수를 구비하는 배수 선체가 사용된다. 사용될 수 있는 배수 선체의 예로는 표준 선박 양식 단일-선체, 쌍동선 형태 선체 및 3동선 형태 선체가 있다. 일 실시예에서, 최소 수선면적 쌍동선(SWATH) 배수 선체가 사용된다.

표면 선체(42)로서 배수 선체를 사용하는 실시예들은 낮은 마력 요건으로 인해 보다 소형의 수상 엔진(31)과 보다 소형의 수상 엔진실(20)을 구비할 수 있다.

배수 선체 선박은 해수 저항과 선박의 길이에 의해 전진 속도가 제한된다. 소정 길이의 선박은 선박이 전진하면서 일으키는 파도 작용 때문에 그 선체 속도보다 빨리 갈 수 없으며 파도 작용은 선박의 길이에 의해 결정된다. 자체의 선체 속도를 넘고자 하는 배수 선체 선박은 선수파를 밀쳐내야 한다.

선체 속도보다 빠른 속도를 성취하기 위해서는 다른 힘이 사용되어야 한다. 선박의 운동으로 인한 유체역학적 부양력이 선체 속도를 넘기 위해 사용될 수 있다. 유체역학적 부양력은 선박이 전방으로 이동함에 따라 해수가 이물 전방으로 모일 때 선박이 전방으로 상승하는 경향에 의해 발생한다. 엔진에서 나오는 충분한 추력과 적절한 선체 설계에 의해, 선박은 이물에 모이는 파도와 파면을 타고 오르기에 상당히 충분한 양의 유체역학적 부양력을 얻을 수 있다. 활주는 배수 선체와 같이 돌이 수면을 뚫고 진입하는 것이 아닌 수면을 가로지르는 물수제비 뜨기와 유사한 것이다. 활주는 선박이 더 이상 선체 속도에 의해 제한을 받지 않기 때문에 선박의 속도를 크게 증가시킨다. 선박의 보다 많은 부분이 배수 선체에 비해 해수 밖으로 부양되기 때문에 해수 저항도 최소화된다.

활주 선체는 선박이 탑재 용량과 연료 효율을 낮추면서 훨씬 빠른 속도를 얻을 수 있도록 한다.

많은 실시예에서, 활주 선체가 표면 선체(42)로서 사용된다. 임의의 기존 활주 선체가 사용될 수 있다. 본 발명의 소정 실시예에서, 실질적으로 편평한 저면과, 만곡된 이물와, 편평한 가로대를 구비하는 활주 선체가 사용된다. 이런 활주 선체는 유체역학적 부양을 통한 활주를 얻기 위해 높은 동력-대-무게비를 필요로 한다. 많은 실시예에서, 선박은 시속 32 km(20 마일)을 거뜬히 넘는 고속 수상 활동을 수행할 수 있다. 소정 실시예에서, 선박은 수상 활동 동안 적어도 시속 48 km(30 마일)의 속도를 얻을 수 있다. 다른 실시예에서, 선박은 수상 활동 동안 적어도 시속 64 km(40 마일)의 속도를 얻을 수 있다. 다른 실시예에서, 선박은 수상 활동 동안 적어도 시속 96 km(60 마일)의 속도를 얻을 수 있다.

수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박은 잘못된 형상이고, 너무 무겁고, 너무 크고, 수면 부상시 해수에 너무 낮게 놓이고, 그리고/또는 수면에 있는 동안 임의의 상당량의 유체역학적 부양력을 얻기에 너무 적은 동력을 갖는다. 본 발명은 활주 선체를 사용할 수도 있는 것으로 수중 활동용 압력 선체를 합체한 최초의 선박이다.

밸러스트 시스템

본 발명의 선박은 잠수할 때나 수면에 있을 때 모두 작동할 수 있도록 하는 밸러스트 시스템을 구비한다. 밸러스트 시스템은 주 밸러스트 시스템과, 트림 밸러스트 시스템과, 선박이 수면에 있을 때 부분적으로 제어될 수 있는 반-제어 가능한 밸러스트 영역을 포함한다.

주 밸러스트 시스템

통상적으로, 주 밸러스트 시스템은 정상 조건에서 사용되어 선박이 부상하여 흘수선 위로 올라올 수 있도록 하고 잠수할 수 있도록 하고 수중에서 중성 인접 부력을 얻을 수 있도록 하는 완전-제거 가능한 밸러스트실 또는 밸러스트 탱크의 단계화된 시스템이다. 주 밸러스트 시스템은 선박의 저면에 배치되는 적어도 하나, 바람직하게는 복수의 선체 게이트(18)를 포함한다. 선체 게이트(18)는 해수가 시스템으로 출입할 수 있도록 개방할 수 있고 해수가 들어오지 못하도록 시스템을 밀봉하도록 수밀 폐쇄할 수 있는 출입구이다. 해수는 중력이나 공기압의 영향으로 인해 선체 게이트(18)를 통해 흐른다. 선박은 선택적으로 선체 게이트(18)를 통한 해수의 흐름을 가속하기 위해 펌프(19) 또는 펌프 시스템을 포함할 수 있다. 이런 펌프나 펌프 시스템은 기술분야의 당업자에게 공지된 것이다.

본 발명의 많은 실시예에서, 각각의 선체 게이트(18)는 펌프를 거쳐 주 내부 밸러스트(2)에 연결된다. 주 내부 밸러스트(2)는 주로 선박의 표면 선체(42) 내부에 완전히 위치되며 하나 이상의 밸러스트실을 포함한다. 일 실시예에서, 주 내부 밸러스트(2)는 네 개의 밸러스트실을 포함하는데, 두 개는 전방에 두 개는 후방에 배치되어 정상 조건에서 동시에 채워된다. 밸러스트실은 주 내부 밸러스트 영역 내에서 측벽에 의해 분리되어 밸러스트 라이너(28)에 의해 밀봉된다. 밸러스트 라이너(28)는 기밀 밀봉을 제공하고 내구성 플라스틱재로 제조될 수 있다. 각각의 주 내부 밸러스트실은 공기를 밸러스트실 내로 도입시킬 수 있는 통로인 비상 공기 그리드에 기밀 연결에 의해 연결된다. 일 실시예에서, 각각의 주 내부 밸러스트실은 그 상부와 측면만이 밀봉되고 그 바닥은 공통의 선체 게이트(18)를 통해서 채워지는 표면 선체(42) 내부의 하부에 있는 자유 침수되는 반-제어 가능한 밸러스트 영역으로 개방된다. 대안 실시예에서, 각각의 주 내부 밸러스트실은 바닥이 완전히 밀봉되고 그 자체의 선체 게이트(18)나 복수의 선체 게이트(18)를 통해 채워진다. 밸러스트실을 해수로 채우는 것을 가속하기 위해 펌프(19)가 선택적으로 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 주 내부 밸러스트실은 원하는 선박 구성에 따라 추가되거나 제거될 수 있는 모듈식 시스템 구성부품의 배치 공간을 제공한다. 이들 구성부품은 고압 공기 저장 그리드, 저압 1차 공기 그리드, 비상용 공기 그리드, 주변압 공기 보상 그리드, 전기, 유압 및/또는 연료 그리드에 구성부품들을 연결시킬 수 있도록 기밀 커넥터에 의해 관통된다. 일 실시예에서, 공기 저장 탱크(13, 14, 33)는 주 내부 밸러스트실 내에 위치된다. 다른 실시예에서의 추가적 모듈형 구성부품으로는 배터리 더미 포드, 연료 셀(17), 또는 압력 보상될 수 있거나 잠수 포드에 봉함될 수 있는 또는 내재적으로 수밀성이고 내압성인 임의의 다른 구성부품이 있을 수 있다.

본 발명의 많은 실시예에서, 각각의 주 내부 밸러스트실은 피 트랩(44)을 거쳐 대응하는 주 외부 밸러스트실(7)에 연결된다. 각각의 피 트랩(44)은 주 내부 밸러스트실의 상부에서 나와 주 밸러스트 밸브(27)를 통해 상향 만곡되어 주 외부 밸러스트실(7)의 바닥 안으로 하향하는 연결 배관을 포함한다. 내부의 해수가 주 외부 밸러스트실(7) 안으로 흘러 넘치기 전에 주 내부 밸러스트실이 완전히 채워져야 하기 때문에, 피 트랩(44)은 밸러스트가 연속 작동하도록 강제한다.

본 발명의 소정 실시예에서, 주 외부 밸러스트는 좌현과 우현에 배치된 두 개의 외부 측면 탱크(15)를 포함하는데, 이들 각각은 전방실과 후방실로 분리된다. 주 외부 밸러스트실(7)은 모든 측면이 완전히 밀봉된다. 주 외부 밸러스트실(7)은 바람직하게는 본질적으로 수밀성 및 기밀성이지만, 기밀 밀봉을 위해 플라스틱 밸러스트 라이너(28)로 마감될 수 있다. 소정 실시예에서, 측면 탱크(15)들은 볼트만을 이용하여 선박에 부착됨으로써 교체 능력을 용이하게 할 수 있다. 측면 탱크(15)의 크기, 재료, 구획 크기 및 정확한 위치는 선박의 구성에 따라 달라질 수 있다.

각각의 주 외부 밸러스트실(7)은 시스템이 해수로 채워질 때 탱크가 공기를 배출할 수 있도록 하는 배기구(21)를 통해 탱크에서 나오는 배기 밸브(26)에 연결된다. 소정 실시예에서, 배기구(21) 내측에는 시스템으로부터의 공기 배출을 가속하기 위해 배기 팬(exhaust fan)이 포함될 수 있다. 각각의 주 외부 밸러스트실(7)은 기밀 연결부를 거쳐 공기 그리드들에 추가로 연결되는데, 이들 공기 그리드를 통해서 압력 보상 공기가 외부 밸러스트실로 도입되거나 그로부터 배출될 수 있거나 가압된 공기가 탱크를 비우기 위해 추가될 수 있다. 선택적으로, 필요에 따라 해수를 추가로 제거하기 위해 빌지 펌프나 복수의 펌프가 주 외부 밸러스트실(7)의 바닥에 포함될 수 있다.

본 발명의 대안 실시예에서, 측면 탱크(15)는 압력을 지탱할 수 있고 압력 보상을 요구하지 않는 압력 선박으로서 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 대안 실시예에서, 주 내부 및 주 외부 밸러스트실(7) 사이에는 어떠한 연결부도 존재하지 않는다. 대신에, 각각의 밸러스트실은 그 자체의 선체 게이트(18)를 통해 채워지며 자체의 배기 밸브(26)를 통해 비워진다.

다른 대안 실시예에서는 외부 밸러스트실(7)이 없다. 순서대로 또는 동시에 침수되도록 설계될 수 있는 내부 밸러스트만이 사용된다.

다른 대안 실시예에서, 수밀 및 기밀 구조용 상자나 에어백이 내부 또는 외부 밸러스트실에 사용될 수 있다.

본 발명의 선박의 실시예들이 수면에서 활동할 때, 주 밸러스트 시스템에는 해수가 완전히 또는 상당량 비워지고 해수 침입에 대해 밀봉된다. 선체 게이트(18)는 일반적으로 폐쇄 상태로 남아 있으며 모든 밸러스트 시스템 밸브는 폐쇄 상태로 남는다. 어떤 공기나 해수도 시스템으로 들어오거나 시스템에서 나가지 않는다. 그러나 주 밸러스트 시스템은 필요에 따라 선체 게이트(18)를 통해서 소량의 해수를 첨가함으로써 선박의 균형 상태를 조절하도록 사용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 수면 위에서 아래로 선박을 잠수시키기에 앞서 예비 잠수 점검이 수행되어야 한다. 예비 잠수 점검 동안에, 선체 게이트(18)는 개방되지만 배기 밸브(26)와 주 밸러스트 밸브(27)는 폐쇄 상태로 남는다. 해수가 중력에 의해 주 밸러스트실로 들어오지만, 공기 압력에 의해 가해지는 힘으로 인해 해수가 주 밸러스트실 내로 진입하는 것이 중단될 때까지 공기가 내부에서 압축하기 때문에 해수는 주 밸러스트실을 채울 수 없다.

본 발명의 일 실시예에서, 선박이 수상 활동에서 잠수 활동으로 전환하는 정상 잠수 과정 동안, 주 밸러스트 시스템은 순서대로 침수된다. 선체 게이트(18)가 개방 상태 남아 있기 때문에 해수가 밸러스트 시스템으로 들어올 수 있게 되지만, 주 밸러스트 밸브(27)와 배기 밸브(26) 모두가 개방됨으로써 공기가 밸러스트 시스템으로부터 비워질 수 있도록 한다. 대안 실시예에서, 선박은 해수를 펌프로 유입시키거나 배기 팬으로 공기를 배출함으로써 이 과정을 가속시키기 위해 펌프 및/또는 배기 팬을 포함할 수 있다. 해수는 선체 게이트(18)를 거쳐 (그리고, 있을 경우, 펌프 시스템을 통해) 내부 밸러스트실 안으로 들어온다. 주 내부 밸러스트실이 채워짐에 따라, 공기는 피 트랩(44)과 개방된 주 밸러스트 밸브(27)를 통해 주 외부 밸러스트실(7) 안으로 그리고 개방된 배기 밸브(26)와 배기구(21)를 통해 밖으로 배출된다. 일단 주 내부 밸러스트실이 해수로 완전히 채워지고 공기가 비워지면, 해수는 각각의 피 트랩(44)의 원호를 지나 주 밸러스트 밸브(27)를 거쳐 주 외부 밸러스트실(7)의 바닥 안으로 흘러 들어온다. 주 외부 밸러스트실(7)은 선박이 잠수해서 중성 근접 부력에 도달할 때까지 계속 채워진다. 중성 근접 부력이 얻어지는 지점 내에서, 주 밸러스트 밸브(27)와 배기 밸브(26)는 폐쇄되어 주 외부 밸러스트실(7) 내에 고정된 체적의 공기를 포획하다. 대안으로서, 내부 및 외부 밸러스트실이 연결되지 않은 실시예에서, 밸러스트는 선체 게이트(18)와 배기 밸브의 시간 맞춤 개방에 의해 단계적으로 침수된다. 주 내부 밸러스트실의 선체 게이트(18)와 배기 밸브(26)가 최초로 개방되어 주 내부 밸러스트이 완전히 채워진다. 그후, 외부 밸러스트실들이 개방되어 중성 근접 부력이 얻어질 때까지 채워진 다음 폐쇄된다.

소정 실시예에서, 선박이 수중에 잠수하고 있는 동안, 선체 게이트(18)는 해수에 대해 개방 상태로 남는다. 본 실시예의 일부라 하더라도, 펌프 시스템이나 배기 팬은 작동하지 않는다. 주 내부 밸러스트실은 완전히 채워진 상태로 남는다. 주 밸러스트 밸브(27)는 닫힌 상태로 유지되고 주 외부 밸러스트실(7) 내부의 해수 대 공기 비율은 선박을 동작시키는 키잡이가 일부러 변경시키지 않는한 일정하게 남는다. 선박이 잠수해서 외측의 주변압이 상승함에 따라, 주 외부 밸러스트실을 압력 보상하기 위해 필요에 따라 공기가 공기 그리드 연결부를 거쳐 주 외부 밸러스트실(7) 내로 첨가된다. 주변압 보상은 깊은 곳에서 이들 구성부품의 구조적 완전성을 유지한다. 비록 깊이가 증가함에 따라 공기가 더해지더라도, 압축으로 인해 밸러스트실 내부에 존재하는 공기의 체적은 변하지 않는다. 주 내부 밸러스트(2)는 해수로 완전히 채워지기 때문에 압력 보상이 전혀 요구되지 않는다.

본 발명의 여러 실시예에서, 정상적 부상 과정 중에는 잠수 과정과 반대로 해수가 시스템으로부터 비워지고 공기가 시스템에 추가된다. 선체 게이트(18)는 해수가 시스템에서 배출될 수 있도록 개방 상태로 남는다. 피 트랩(44) 원호 내의 주 밸러스트 밸브(27)는 개방된다. 공기가 공기 그리드 시스템 커넥터를 거쳐 주 외부 밸러스트실(7) 내로 주입됨으로써, 피 트랩(44)을 거쳐 주 내부 밸러스트(2) 안으로 해수를 밀어낸다. 주 외부 밸러스트실(7)으로부터 주 내부 밸러스트(2)으로 들어오는 해수는 다시 선체 게이트(18)를 통해서 주 내부 밸러스트로부터 해수를 밖으로 밀어낸다. 주 외부 밸러스트로부터 밸러스트수가 완전히 배출되고 공기로 채워진 후, 공기는 피 트랩(44)에서 해수를 배출시키고 주 내부 밸러스트수는 선체 게이트(18)를 통해 배수되기 시작한다. 소정 실시예에서, 펌프가 시스템으로부터의 해수 배출을 돕기 위해 사용된다. 일단 주 내부 밸러스트(2)에서 밸러스트수가 실질적으로 배출되고 공기로 채워지면, 선체 게이트(18)는 폐쇄된다. 남아 있는 모든 해수가 펌프 배출된다. 일단 주 밸러스트 시스템에서 해수가 완전히 배출되면, 주 밸러스트 밸브(27)와 배기 밸브(26)는 폐쇄되고 시스템은 다시 환경에 대해 닫힌다.

트림 밸러스트 시스템

주 밸러스트 시스템은 선박의 자세 또는 트림을 조절하기 위해 사용되는 일련의 소형 밸러스트실을 포함하는 트림 밸러스트 시스템에 의해 보완될 수 있다. 본 발명의 많은 실시예에서, 두 개의 전방 트림 밸러스트실(3)이 각각의 측면 탱크(15) 내부에서 주 외부 밸러스트실(7) 전방에 위치된다. 두 개의 트림 밸러스트 시스템실은 선박의 상체 부품(37) 부분 상에서 고물 쪽으로 하나는 좌현에 하나는 우현에 위치된다. 일 실시예에서, 각각의 측면 탱크(15) 내에는 적어도 두 개의 트림 밸러스트실(3)이 위치된다. 많은 실시예에서, 트림 밸러스트실은 안정화 탱크(4)를 포함한다. 안정화 탱크(4)의 크기와 재질은 선박의 구성에 따라 달라질 수 있다. 무거운 부하가 선박의 상부에 선적될 것으로 예상되는 경우에는, 대형 안정화 탱크(4)가 잠수 과정 중의 안정화를 더해주기 위해 사용될 수 있다. 탑재물이 증가할수록 더 큰 안정화 탱크(48)가 사용될 수도 있다.

많은 실시예에서, 안정화 탱크(4)는 수면에서 잠수 상태로 전환할 때 선박의 안정화를 돕는다. 선박이 가라 앉아서 그 무게 중심과 부력 중심이 동일하게 될 때, 안정화 탱크(4)는 흘수선 바로 위에 남게 된다. 선박이 구르려고 하면, 선박 하측에 있는 안정화 탱크(4)가 해수로 들어가서 추가 배수량을 제공함으로써 선박을 안정화시키고 전복을 방지한다.

본 발명의 여러 실시예에서, 트림 밸러스트 시스템실(3)은 수밀성 및 기밀성을 갖도록 구성된다. 대안 실시예에서, 트림 밸러스트 시스템실(3)은 기밀 시일을 제공하기 위해 내구성 플라스틱 밸러스트 라이너(28)로 마감될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 각각의 트림 밸러스트 탱크는 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)로부터 해수를 인출하는 밸브 시스템과 펌프(복수의 펌프)에 연결된다. 해수는 펌프 시스템에 의해 원하는 바에 따라 각각의 밸러스트실에 더해지거나 그로부터 제거될 수 있다. 각각의 트림 밸러스트실(3)은 기밀 연결부를 거쳐 공기 그리드에 추가로 연결되는데, 공기는 이런 공기 그리드를 통해서 탱크를 압력 보상하거나 해수를 밸러스트실 밖으로 배출시키기 위해 필요에 따라 밸러스트실로 유입되거나 그로부터 배기될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예에서, 선박이 잠수하는 동안, 트림 밸러스트 시스템은 주 밸러스트 시스템이 중성 근접 부력에 도달하기 위해 사용된 후 절대 균형 상태(trim)와 중성 부력을 얻기 위해 사용될 수 있다. 선박이 완전히 잠수한 동안, 트림 밸러스트 시스템실(3)은 펌프로부터 해수를 가감함으로써 또는 공기 그리드로부터 공기를 가감함으로써 필요에 따라 내부의 무게-대-공기 체적비가 변경된다. 이 과정은 선박의 키잡이에 의해 선박의 절대 균형과 중성 부력을 원하는 바에 따라 조절하도록 제어된다. 각각의 트림 밸러스트 시스템실(3)은 균형 상태의 완전 조절을 허용하도록 다른 것들에 대해 독립적으로 동작한다. 선박이 잠수하여 외측 주변압이 증가함에 따라, 필요에 따라 공기가 트림 밸러스트실(3)로 제공되어 공기 그리드 연결부를 통해 트림 밸러스트실을 압력 보상한다.

선박의 대안 실시예에서, 트림 밸러스트 탱크는 압력 보상을 필요로 하지 않는 압력 선박으로서 구성될 수 있다.

반-제어 가능 밸러스트 영역

본 발명의 소정 실시예에서, 선박은 선박이 수면 상에서 활동하는 동안에는 실질적으로 건조한 상태로 남아 있고 선박이 수중으로 잠수할 때 완전히 해수로 침수되는 적어도 하나의 추가적인 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)을 포함한다. 이들 밸러스트 영역은 환경에 대해 개방되기 때문에, 깊은 곳에서 주변압을 유지한다. 많은 실시예에서, 반-제어 가능 밸러스트 영역은 선박이 수면 상에서 활동하는 동안 총체적의 적어도 60%에는 해수가 없다. 바람직하게는, 수상 활동 동안 총체적의 적어도 65%에는 해수가 없다. 보다 바람직하게는, 수상 활동 동안 총체적의 적어도 70%에는 해수가 없다. 더욱 보다 바람직하게는, 수상 활동 동안 총체적의 적어도 75%에는 해수가 없다.

일 실시예에서, 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)은 수상 엔진실(20)을 에워싼다. 일 실시예에서, 반-제어 가능 밸러스트 영역은 채워지고 연결부를 거쳐 주 내부 밸러스트실에 놓인 선체 게이트(18)로 배수된다. 대안 실시예에서, 반-제어 가능 밸러스트 영역은 자체의 선체 게이트 또는 복수의 게이트(18)를 거쳐 채워지거나 비워진다. 선택적으로, 반-제어 가능 밸러스트 영역은 채움과 배출을 돕기 위해 펌프 또는 복수의 펌프(19)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 선박이 잠수한 후 부상하고 있을 때, 수상 엔진실(20)을 에워싸는 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)은 일방 하부 플래퍼 밸브를 거쳐 해수를 배출한다. 펌프(19)를 포함하는 여러 실시예에서, 펌프(19)는 해수의 도입 및 배출을 가속하도록 돕기 위해 사용된다.

일 실시예에서, 반-제어 가능 밸러스트 건현 영역과 같은 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)은 선체의 상체 부품(37) 부분에 위치된다. 본 발명의 많은 실시예에서, 건현 영역은 (수상 엔진실을 에워싸는 반-제어 가능 밸러스트 영역으로 개방된) 바닥을 제외한 모든 측면이 실질적으로 에워싸임으로써, 수상 활동 중에 상당량의 해수가 이 영역으로 들어가는 것을 방지한다. 건현 영역의 하측에서 나오는 일방 배수관은 부상 과정 동안이나 폭풍우 중에 해수가 배출될 수 있도록 하지만 선박의 수상 활동 중에는 단지 소량의 해수만이 선박으로 진입할 수 있도록 한다. 일방 배수관은 통상의 수상 활동 중에는 흘수선 상부에 위치한다. 선박이 수중으로 잠수했을 때, 건현 영역은 수상 엔진실(20)을 에워싸는 하부의 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)에 대한 연결부를 통해 완전히 침수되며 공기는 상부에 배치된 일방 플래퍼 밸브(41)를 통해 배출된다. 선박이 수면에 있을 때, 건현 영역은 건현 배수량을 제공한다. 선박이 잠수한 후 부상하고 있을 때, 선박이 상승함에 따라 건현 영역은 흘수선 위로 올라오고 해수는 하부의 반-제어 가능 밸러스트 영역에 대한 연결부를 거쳐 배수관과 선체 게이트를 통해 빠져 나간다.

대안 실시예에서, 건현 영역은 일방 플래퍼 밸브를 사용하는 대신 잠수 중에 공기가 빠져 나갈 수 있도록 하기 위해 상부에 작은 간극을 갖는 마룻장(decking)을 이용할 수 있다.

추가 밸러스트 시스템 특징

선박에서 사용하는 밸러스트 양은 실시예에 따라 달라질 수 있으며 선박에 포함될 무게의 총량을 포함한 여러 요인에 의존하게 될 것이다. 많은 실시예에서, 선박의 모든 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 선박 승객실의 총 고정 배수량 체적의 대략 125% 내지 대략 315%이다. 일 실시예에서, 모든 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 승객실(1)의 총 고정 배수량 체적의 대략 200%이다. 또한, 많은 실시예에서, 선박의 모든 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 선박의 총 수상 배수량 체적의 대략 75% 내지 대략 125%이어야 한다. 일 실시예에서, 모든 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 총 수상 배수량 체적의 대략 100%이다.

본 발명의 선박의 밸러스트 시스템은 밸러스트 시스템을 해수로 실질적으로 채우고 배출하기 위해 공기 압력과 중력만을 필요로 한다. 일 실시예가 펌프 및/또는 배기 팬을 포함하는 경우, 펌프 및/또는 배기 팬이 고장나더라도 밸러스트 시스템은 계속해서 작동한다. 선박이 수면에 있을 때, 주 밸러스트 시스템에 포획된 공기 포켓은 선박을 어느 정도 보호한다. 선체 게이트(18)가 고정 상태로 멈추거나 표면 선체(42)가 파열되는 경우에도, 공기가 밸러스트실 내부에 포획되어 있기만 하다면 선박은 가라 앉지 않을 것이다. 해수는 밸러스트실 내부의 공기를 압박할 만큼 충분한 양으로 파열된 선체 게이트(18)나 표면 선체(42)를 통해서만 진입할 수 있다. 일단 밸러스트실 내부의 공기 압력이 이를 밀어내는 물의 힘과 같아지면, 선박은 안정화되더 수면 상에 남는다.

또한, 밸러스트 시스템은 선박이 수면에서 뒤집히더라도 선박이 스스로 바로 잡을 수 있도록 한다. 선박이 수면에서 위아래가 뒤집히더라도 선박의 키잡이는 잠수 과정을 개시할 수 있다. 밸러스트 시스템은 반대로 배기구가 해수가 주 외부 밸러스트실(7) 안으로 들어가도록 하여 침수되고, 주 내부 밸러스트는 공기가 선체 게이트(18)로부터 빠져 나옴으로써 침수된다. 일단 선박이 잠수하면, 선박의 무게 중심은 부력 중심 위에 있게 됨으로써, 선박이 스스로 뒤집어서 정상 잠수 작동으로 복귀한다. 그후, 키잡이는 부상 과정을 시작하고 적절한 방향으로 수면에 복귀한다.

밸러스트 시스템의 구획화는 선박이 파괴되더라도 수면으로 복귀할 수 있도록 한다. 각각의 구획실은 독립적으로 공기로 채워질 수 있으며 총 부력 보유량 중 일부만이 부상을 위해 필요하다. 많은 실시예에서, 승객실(1)이 파손되어 해수로 채워지는 경우에도, 깊은 곳에서 양의 부력을 달성하기에 충분한 공기가 있다면 주 밸러스트 시스템 내의 예비 부력은 선박을 수면으로 부상시키기에 충분하다.

비록 선박이 잠수했을 때 주 내부 밸러스트실은 통상적으로 해수로 완전히 채워지지만, 저압 1차 공기 그리드나 고압 공기 저장 그리드와 같은 공기 그리드, 전기 또는 유압 시스템의 도움 없이도 공기가 비상 공기 그리드를 통해 주 내부 밸러스트실로 주입되어 예비의 부력 공급원을 형성한다. 많은 실시예에서, 밸브가 고장나거나 연결된 주 외부 밸러스트실(7)이 파손된 경우에도, 피 트랩(44)은 공기가 주 내부 밸러스트(2)로부터 빠져 나오지 못하도록 막는다. 피 트랩(44) 설계는 수동형이고 밸브에 의존하지 않으며, 저압 1차 공기 그리드가 제공된 경우, 비상 공기 그리드가 저압 1차 공기 그리드를 대체한다. 저압 공기 그리드가 없는 실시예에서, 비상 공기 그리드는 고압 공기 저장 그리드를 대체한다. 따라서, 전기, 유압 및 저압 1차 공기(고압 공기 저장) 그리드 모두가 고장나더라도 선박을 수면으로 부상시키기 위해 예비 부력을 활성화하는 키잡이의 능력에는 영향을 미치지 않는다. 소정 실시예에서, 주 내부 밸러스트실을 공기로 채움으로써 이들 선박 실시예의 총 가변 부력의 대략 1/2에 해당하는 53,379 N(12,000 lbs)을 넘는 예비 부양력이 활성화될 수 있다. 이 부력은 선박을 수면으로 부상시키기에 훨씬 충분하다.

본 발명의 일 실시예에서, 선박은 비상 강하 중량물을 포함한다. 선박이 잠수하는 동안 어느 주 밸러스트실에 대한 공기 채움 능력이 소실되는 경우, 고정 배수량에 기반하여 선박을 수면으로 부상시키기 위해 비상 강하 중량물이 강하될 수 있다. 따라서, 강하 중량물을 포함하는 실시예의 경우, 비상 강하 중량물의 무게는 비상 강하 추 강하 시의 선박 무게가 고정 배수량의 체적만큼 배수되는 해수의 전체 무게보다 작도록 되어야 한다. 또한, 비상 강하 중량물의 무게는 비상 강하 중량물 부착 시의 총 선박 무게가 고정 배수량의 체적만큼 배수되는 해수의 전체 무게보다 크도록 되어야 한다.

본 발명의 선박은 통상의 수상선이나 수중 활동이 가능한 통상의 선박보다 상당히 가변적인 배수량을 제공한다. 이런 놀라운 가변 배수량은 본 발명의 선박으로 하여금 통상의 잠수함이 갖는 잠수 및 수중 활동 능력과 통상의 수상 선박이 갖는 강한 내항 능력을 가질 수 있도록 함에 있어 중요하다. 또한, 구성부품을 추가하거나 제거하는 것이 선박의 수상 활동 능력, 수중 잠수 능력, 수중 잠수 활동 능력 또는 수면 부상 능력에 큰 영향을 미치지 않기 때문에, 이런 큰 비율의 가변 배수량은 고도의 변경 능력을 허용한다.

본 발명의 선박이 수면 상에서 활동할 때, 그 체적의 많은 양은 통상의 수상선과 같이 강한 내항 능력을 얻을 수 있도록 하기 위해 흘수선 위에 위치한다. 이는 잠수하고자 하는 경우 잠재적 문제를 일으키는데, 이는 특유의 밸러스트 시스템에 의해 해결된다. 바다 위에서 그 최고 높이에 있을 때, 질량의 기하학적 중심인 선박의 무게 중심은 선박에 작용하는 부력의 기하학적 중심인 부력 중심보다 위에 위치한다. 선박이 수중으로 잠수함에 따라, 선박의 부력 중심은 상승해서 선박의 무게 중심과 교차한다. 부력 중심과 무게 중심이 같을 때, 무게 중심과 부력 중심은 서로 상쇄되기 때문에 모든 선박은 불안정 지점 내에 있게 되고 전복될 위험이 있다. 전복을 방지하고 전복이 발생하더라도 선박 스스로 바로 잡는 능력을 갖기 위해, 본 발명의 실시예들은 조심스럽게 균형 잡힌 무게 분포를 구비하고, 상체 부품(37)의 측면에 장착되는 안정화 탱크(4)를 이용하고, 잠수 과정 중에 무게 중심이 부력 중심과 교차할 때 흘수선 위에 남아 있는 건현 배수량을 포함한다.

안정화 탱크(4)는 트림 밸러스트 시스템의 일부로서 선박이 수중에 잠수해 있는 동안 선박을 안정화시킨다. 선박이 잠수해서 무게 중심이 부력 중심과 교차할 때, 안정화 탱크(4)는 흘수선 바로 위에 남는다. 선박이 구르려고 하면, 선박 하측에 배치된 안정화 탱크(4)가 바다로 들어가 추가 배수량을 제공하고 선박을 안정화시킴으로써 선박이 전복되는 것을 막는다. 무게 중심이 부력 중심과 교차할 때 흘수선 위에 남아 있는 건현 반-제어 가능 밸러스트 영역의 일부는 동일 용도를 제공하는 건현 배수량을 제공한다. 상체 부품(37)에 보다 높은 적재 용량을 구비한 실시예에서, 안정화 탱크(4)는 보다 높은 무게 중심에 기인하는 추가적 전복 위험을 상쇄하기 위해 보다 대형일 수 있다.

상체 부품

본 발명은, 통상적으로 승객실(1) 하측 반부의 적어도 대부분을 에워싸고 승객실(1)의 양측에서 측방 연장되어, 많은 실시예에서 후방에서 승객실(1) 위로 연장되는 주 조립체인 상체 부품 조립체(37)를 포함한다. 상체 부품(37)은 볼트, 접착제 또는 다른 수단에 의해 중심 골조(8)에 연결될 수 있으며, 많은 실시예에서 표면 선체(42)와 결합되어 선박 외부 구조의 상측 반부를 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 선박의 외장으로 기능한다. 소정 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 마룻장, 스포일러(10), 안정화 탱크 장착부 및 건현 반-제어 가능 밸러스트 영역을 포함한다. 상체 부품 조립체(37)는 또한 배터리 더미 포드, 연료 셀 또는 공기 탱크를 포함하는 추가적인 선박의 구성부품이나 포드들을 수용한다.

일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 산소 병, 스크러버 재료, 보급품, 군수품, 또는 잠수부 추진 운반체와 같은 잠수부 지원설비와 같은 탑재물이나 소모성 보급품의 저장을 위한 구획실을 포함한다.

임의의 적절한 마룻장이 상체 부품 조립체(37)에 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 마룻장은 승객을 위한 개방식 오락용 갑판과 착석 공간을 포함한다. 대안 실시예에서, 마룻장은 선박이 수중 잠수하는 동안 탑재물을 고정시키거나 분리시키기 위해 매뉴퓰레이터 아암(55)과 랙 또는 우물형 공간(54)을 포함한다. 다른 대안 실시예에서, 마룻장은 장착 무기류(53)를 포함한다.

소정 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 장갑 철판을 포함한다. 일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)은 또한 무기나 센서 포드 및 군수품 저장고를 위한 부착점이나 우물형 공간(54)을 포함한다.

본 발명의 많은 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 구성부품의 설치를 위해 사용되는 단단한 부착점을 포함한다. 단단한 부착점은 또한 원하는 바에 따라 공기, 전력 또는 유압력의 전달을 위한 그리드 부착부를 구비할 수 있다.

많은 실시예에서, 스포일러(10)는 선박의 후방에서 수상 엔진실(20) 위로 연장된다. 스포일러(10)는 레이다, GPS, 통신수단 또는 그 밖의 안테나를 포함하는 선택적 장비를 위한 장착부로서 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 스포일러(10)는 선박이 수중에 있는 동안 잠타로서 사용되도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 스포일러(10)는 흡기구 및 배기구용 장착점으로서 사용된다.

본 발명의 많은 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 선박의 고물 쪽에 위치되는 안정화 탱크(4)용 장착부를 포함한다. 일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 적어도 두 개의 안정화 탱크(4)용 장착부를 포함한다. 소정 실시예에서, 안정화 탱크용 장착부는 스포일러(10) 상에 위치될 수 있다.

많은 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 건현 배수 영역을 포함한다. 건현 배수 영역은 선박이 수면에 있는 동안에는 제한된 해수 침입을 허용하지만 선박이 수중으로 잠수했을 때에는 완전히 침수되는 반-제어 가능 밸러스트 영역(9)을 포함한다. 건현 배수 영역은 바닥을 제외한 모든 측면이 실질적으로 에워싸임으로써, 선박이 수면에 있을 때에는 상당량의 해수가 이 영역으로 들어가는 것을 방지한다. 건현 영역의 바닥에 배치된 일방 배수관은 부상 과정 동안이나 폭풍우 중에 해수가 배출될 수 있도록 하지만 선박의 수면 상에서 작동할 때에는 단지 소량의 해수만이 선박으로 진입할 수 있도록 한다. 배수관은 통상의 수상 활동 중에는 흘수선 상부에 위치한다. 선박이 수중으로 잠수했을 때, 건현 영역은 수상 엔진실(20)을 에워싸는 반-제어 가능 밸러스트 영역에 대한 일방 연결부를 통해 완전히 침수되며 공기는 상부에 배치된 일방 플래퍼 밸브(41)를 통해 배출된다. 선박이 수면에 있을 때, 건현 영역은 건현 배수량을 제공한다. 선박이 잠수한 후 부상하고 있을 때, 선박이 상승함에 따라 건현 영역은 흘수선 위로 올라오고 해수는 배수관을 통해 빠져 나간다. 대안 실시예에서, 건현 배수 영역은 일방 플래퍼 밸브(41)를 사용하는 대신 잠수 중에 공기가 빠져 나갈 수 있도록 하기 위해 상부에 작은 간극을 갖는 마룻장을 이용할 수 있다.

상체 부품 조립체(37)는 임의의 형상을 가질 수 있고 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다. 사용될 있는 재료의 예로는 유리섬유와, 탄소섬유와, 알루미늄과, 기타 금속재나 복합재와, 이들 재료의 조합이 있다. 일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 표면 선체(42)와 동일한 재료를 이용하여 구성된다.

상체 부품 조립체(37)의 크기와 형상은 원하는 선박의 주 기능에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 잠수 중에 발생하는 무게 중심 및 부력 중심이 교차되는 동안 보다 큰 정도의 건현 배수량을 제공하는 크기와 형상을 갖는다. 다른 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 보다 큰 선박 속도를 허용하기 위해 보다 유체역학적 형상을 갖게 된다. 대안 실시예에서, 상체 부품 조립체(37)는 보기 좋은 외관을 위한 크기와 형상을 갖는다. 마룻장은 승객실(1)에서 보다 잘 보이도록 형성된다.

연료 및 수상 엔진 시스템

본 발명의 여러 실시예에 따른 연료 및 수상 엔진 시스템은 수중 활동이 가능한 소형 선박에 대해 전례 없는 범위, 속도 및 임무 기간을 허용한다. 선박은 통상적으로 오랜 임무 기간을 위한 충분한 연료를 수반함으로써 대형 선박 뿐 아니라 육지로부터 파견될 수 있다. 또한, 선박은 동력을 생산하고 배터리를 재충전하고 공기 저장물을 재생하면서 고속으로 수상에서 이동하는 능력을 구비한다. 수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박은 잠수 지역에 도달하기 위해 모선과, 동력, 배터리 재충전 및 공기 저장물 재충전을 위한 외부 공급원에 의존한다.

또한, 본 발명의 선박은 수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박보다 훨씬 안전하다. 수상 추진 시스템이 배터리 동력식 수중 추진 시스템에 대한 백업부로서 작용하며, 수중 추진 시스템이 고장나더라도 선박은 수중 임무로부터 수면으로 부상하여 육지로 복귀할 수 있다.

본 발명의 연료 및 수상 엔진 시스템은 적어도 하나의 연료 셀(17)과, 적어도 하나의 연료 그리드와, 적어도 하나의 수상 엔진(31)과, 적어도 하나의 수상 엔진 기어부(32)와, 적어도 하나의 외부 구동부와, 적어도 하나의 수상 엔진실(20)을 포함한다.

가변 배수량 연료 셀

선박이 스스로 수중으로 잠수하기 위해서, 선박은 거의 완전히 중성인 부력 수준에 도달해야만 한다. 석유 계열의 연료는 수중에서 부력을 갖기 때문에, 이들을 이용하는 것은 중성 근접 부력에 도달하는 것을 어렵게 만든다. 또한, 수상에서 이동하는 선박은 대량의 연료를 수반하기 위해 동력을 필요로 한다. 연료를 수반하는 수중 활동이 가능한 통상의 선박은 임무의 수행 과정에서 변하는 연료 수준을 보상해야만 한다. 연료가 압력 선체에 있을 때, 연료의 무게가 변하는 동안 연료 탱크로 인한 배수량은 고정된다. 선박은 탱크가 비었을 때 탱크의 부력을 넘는 충분한 무게를 수반해야만 한다. 이런 가외의 무게는 선박을 이동시키기 위해서 보다 많은 에너지를 필요로 한다.

본 발명의 선박은 대량의 연료를 수반할 수 있기 때문에 수중 활동이 가능한 소형 선박 중에서도 특별하다. 가변 배수량 연료 셀은 이를 가능하게 하도록 돕는다.

본 발명의 여러 실시예는 그 연료를 적어도 하나의 연료 셀(17)에 저장한다. 많은 실시예에서, 적어도 하나의 연료 셀(17)은 가변 배수량 연료 셀이다. 가변 배수량 연료 셀은 주 내부 밸러스트(2) 또는 선박 내측의 자유-침수 영역 내에 놓이는 유연한 재료로 제조된 연료 가방을 포함한다. 많은 실시예에서, 유연한 재료는 유연한 폴리머 재료이다. 연료 펌프가 필요에 따라 연료 셀로부터 연료를 진공 배출시킴으로써 연료 셀의 배수량을 저감시킨다. 연료 셀의 배수량이 저감됨에 따라 보다 많은 양의 해수가 선박으로 들어간다. 이는 중성 근접 부력에 이르기 위한 추가의 무게에 대한 필요를 해소시킨다. 이런 낮은 무게 요건으로 인해 선박의 실시예들은 낮은 흘수를 보유할 수 있고 원할 경우 수상에서 고속을 얻도록 활주할 수 있게 된다.

본 발명의 선박은 탑재되어 남아 있는 연료의 양에 무관하게 잠수가 가능하다. 가변 배수량 연료 셀로 인해 수중에서 선박은 연료 소모에 따라 무거워진다. 따라서, 선박의 최고 부력 상태는 완전 연료 부하를 가질 때이다.

선박의 전체 무게를 조절하기 위해 추가적인 연료 셀(50)이 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 선박에 첨가되는 추가 연료 200 갤론 당 대략 181 kg(400 lb)의 무게가 추가되어야 한다.

일 실시예에서, 선박은 네 개의 가변 배수량 연료 셀을 포함하되, 각 측면에서 하나는 전방에 하나는 고물에 제공되어 우현에 두 개 좌현에 두 개가 제공된다. 본 실시예에서, 각각의 가변 배수량 연료 셀은 대략 125 갤런의 디젤 연료를 보유한다 대안 실시예에서, 보다 많거나 적은 가변 배수량 연료 셀이 사용될 수 있으며, 다양한 크기의 가변 배수량 연료 셀이 사용될 수 있다.

선박의 측면에 전방 및 고물 연료 셀(17)을 포함하는 실시예에서, 전방쪽 가변 배수량 연료 셀은 공통 연료 라인에 의해 고물쪽 가변 배수량 연료 셀에 부착될 수 있다. 연료 라인은 호스나 파이프일 수 있으며, 바람직하게는 연료를 전방쪽 셀에서 고물쪽 셀로만 흐르도록 하는 일방 체크 밸브를 일체로 구비한다. 이는, 수면 상에서 선박이 통상적으로 전방이 후방보다 높게 앉음으로써 연료가 전방에서 후방으로 흐를 수 있게 하기 때문이다. 또한, 수중에서 선박은 통상적으로 전방이 후방보다 낮다. 연료의 부력으로 인해, 이 또한 연료가 전방에서 후방으로 흐를 수 있게 한다. 후방 연료 셀(17)에 연료를 포획하면 선박이 수상에 있는 동안에는 무게 중심의 변동량을 저감시키고 선박이 수중에 있을 때에는 부력 중심의 변동량을 저감시킨다.

많은 실시예에서, 가변 배수량 연료 셀들은 아래에 고정됨으로써 수중에서의 부력에도 불구하고 위치에 유지된다.

가변 배수량 연료 셀은 진공이 완화되면 연료 셀들을 원형으로 복구시키는 다공성 스폰지 배플재로 채워질 수 있다. 일 실시예에서, 배플재는 가변 배수량 연료 셀 내부 체적의 대략 10%를 구성한다. 배플재는 시스템이 연료 재급유를 위해 개방될 때 연료 셀이 자동으로 팽창하기 때문에 재급유 과정에 도움이 된다.

연료는 심한 압축성이 아니기 때문에, 가변 배수량 연료 셀의 내부 및 외부 간의 압력차는 거의 0에 가깝다. 이로써, 선박이 잠수했을 때 가변 배수량 연료 셀은 주변압을 유지할 수 있게 된다.

연료 그리드

연료 그리드는 수상 엔진(들)(31)에 가변 배수량 연료 셀을 연결한다. 연료 그리드는 적어도 하나의 연결 연료 라인과, 적어도 하나의 연료 펌프와, 적어도 하나의 재충전 포트와, 연료 유동을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함한다. 가변 배수량 연료 셀은 주변압을 유지하기 때문에, 연료 그리드의 연료 라인은 주변압으로 상승한다. 소정 실시예에서, 연료 그리드의 타단에 있는 적어도 하나의 수상 엔진(31)은 주변압 포드 내에 봉함되고, 연료 시스템에는 어떤 압력차도 존재하지 않는다. 대안 실시예에서, 수상 엔진(들)(31)은 압력 선체에 위치됨으로써, 1 기압의 압력을 유지한다. 이들 실시예에서, 압력차가 수상 엔진실(20) 내로 연료를 가압하는 것을 방지하기 위해 밸브가 연료 그리드의 연료 라인에 첨가되어야 한다.

수상 엔진

본 발명의 선박은 적어도 하나의 수상 엔진(31)을 사용한다. 많은 다양한 유형의 엔진이 사용될 수 있다. 많은 실시예에서, 연소 모터가 사용된다. 일 실시예에서, 선내(inboard) 디젤 엔진이 사용된다. 다른 실시예에서, 터빈이 사용된다.

일 실시예에서, 두 개의 440마력 해상용 선내 디젤 엔진이 사용된다. 대안 실시예에서, 두 개의 원통형 터빈 엔진이 사용된다. 일 실시예에서, 터빈 엔진은 각각 1200 마력 엔진이다. 대안 실시예에서, 터빈 엔진은 각각 1400 마력 엔진이다.

본 발명의 소정 실시예에서, 수상 활동 동안 선박의 동력-대-무게비는 선박 총 무게 22.7 kg(50 파운드)당 적어도 1마력이다. 다른 실시예에서, 수상 활동 동안 선박의 동력-대-무게비는 16 kg(35 파운드)당 적어도 1마력이다. 다른 실시예에서, 수상 활동 동안 선박의 동력-대-무게비는 9 kg(20 파운드)당 적어도 1마력이다. 다른 실시예에서, 수상 활동 동안 선박의 동력-대-무게비는 4.5 kg(10 파운드)당 적어도 1마력이다.

일 실시예에서, 엔진 냉각 시스템이 해수에 대해 개방됨으로써 주변압 보상을 필요로 한다. 대안 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 압력 선체이고, 냉각 시스템을 해수에 대해 폐쇄시키기 위해 밸브가 사용된다.

외부 구동부

수상 엔진(31)은 수상 엔진실(20)의 외측에 배치된 외부 구동부에 연결된다. 기술분야에서 공지된 임의의 표준형 외부 구동부가 사용될 수 있다. 소정 실시예에서, 제트 구동부가 사용된다.

수상 엔진실

수상 엔진실(20)은 선박이 수중 깊은 곳에 있을 때 압력과 물의 침입로부터 수상 엔진(31)과 다른 봉함된 설비를 보호한다. 많은 실시예에서, 수상 엔진(31)들은 수상 엔진실(20) 내에 장착되어 후에 선박에 볼트 체결됨으로써 용이하게 교체될 수 있도록 한다. 소정 실시예에서, 수상 엔진실(20) 내에는 압축기와 교류 발전기가 장착된다. 수상 엔진실(20)에 장착되는 구성부품들은 수리를 위해 제거될 수 있다. 많은 실시예에서, 일반적으로 해수의 밖에 유지될 필요가 있는 전기 및 그 밖의 구성부품들이 수상 엔진실(20) 내에 장착되어, 이런 구성부품들을 승객실(1) 밖에 유지함으로써 건조 비용을 낮추고 화재 안전을 향상시킨다.

수상 엔진실(20)은 많은 다양한 재료와 많은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 고도의 미법무연구소(NIJ) 위험 수준 저항성을 갖는 재료로 제조된다.

많은 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 단지 승객실(1) 다음의 두 번째로 큰 고정 배수량 구성부품이다. 수상 엔진실(20)은 그 구성부품들이 설치된 후 가장 무거운 조립체일 수도 있다. 수상 엔진실(20)의 재구성은 통상적으로 무게를 배분하는 변화를 요구한다. 측면 탱크(15)에 대한 조절이 무게 변화를 보상할 수 있다.

수상 엔진실(20)은 승객실(1)을 포함한 엔진의 다른 부품으로부터 엔진들과 연료 시스템을 분리함으로써 선박의 안전을 증가시킨다. 이는 화재로 인한 부상 위험을 크게 낮춘다.

많은 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 주변압 보상 잠수 포드이다. 주변압 보상 잠수 포드는 선박의 전체 무게를 낮게 유지하고 수상 엔진실(20)이 편평면을 갖고 설치될 수 있도록 한다. 편평면을 이용함으로써 수상 엔진실(20)은 선박의 외부 범위 내에 위치될 수 있게 되어, 선박의 필요 고정 배수량을 저감시킨다.

많은 실시예에서, 주변압 보상 수상 엔진실(20)은 주변 코어 판독기(22)를 포함한다. 주변 코어 판독기(22)는 주변압 보상 수상 엔진실(20) 내측에 수직하게 장착되는 하나의 배관을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배관은 길이가 대략 0.5 m(18 인치)이다. 배관은 그 상부가 수상 엔진실(20)의 내측으로 개방되고 그 바닥이 수상 엔진실을 에워싸는 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역으로 개방된다. 배관의 내측에는 적어도 하나의 부유 트리거가 장착된다. 일 실시예에서, 세 개의 부유 트리거가 장착되고 그 각각은 약 0.07 m(3 인치) 내지 약 0.1 m(4 인치)의 범위만큼 서로 이격된다. 선박이 수중으로 진행할 때 주변 해수 압력이 증가함에 따라, 해수는 배관에서 상승한다. 해수가 첫 번째 두 개의 부유 트리거를 지날 때, 두 개의 전기 스위치가 폐쇄된다. 두 번째 전기 스위치가 폐쇄되면, 저압 1차 공기 그리드 또는 고압 공기 저장 그리드와 같은 공기 그리드로부터 공기를 전달하기 위해 전기 밸브가 개방된다. 공기 그리드에서 나온 공기는 수상 엔진실(20) 내로 직접 방출된다. 소정 실시예에서, 하나의 부유 트리거와 하나의 전기 스위치가 사용된다.

많은 실시예에서, 주변압 보상 수상 엔진실(20) 내부의 압력이 외부 주변압보다 약간 높아짐에 따라, 부유체가 낙하하고 두 스위치가 개방되어 공기 유동을 멈출 때까지 공기가 주변 코어 판독기 밖으로 해수를 강제 배출한다. 대안 실시예에서, 기술분야에서 공지된 임의의 부유체, 밸브, 트리거, 압력 센서 또는 계측기가 공기를 조절하기 위해 사용될 수 있다.

많은 실시예에서, 인-라인 하향-조절기(in-line down-regulator)가 주변 코어 판독기(22)로부터의 거리로 인한 여압 조절차에 기인하는 과도 여압 조절을 보상하기 위해 선박의 다양한 위치에 배치된다. 주변 코어 판독기(22)의 트리거에서 위로 각각의 0.3 m(12 인치)에서는 주변 코어 판독기(22)의 트리거에 비해 대략 3.07 N/㎠(0.445 psi)의 추가적인 양의 압력차를 추가한다. 본 발명의 소정 실시예에서, 인-라인 하향-조절기를 구비하는 각각의 구성부품은 환기를 위한 독립적인 정화 밸브를 구비하기도 한다.

많은 실시예에서, 주변 코어 판독기 배관은 배관 상부에 배치되는 제3 부유체를 구비한다. 해수가 제3 부유체에 도달할 경우, 승객실(1)의 제어 패널에 있는 경고 알람이 작동되어 주변압 공기 보상 그리드가 물의 침입을 방지하기 위해 충분한 공기를 전달하고 있지 않음을 알린다. 원인으로는 주변압 공기 보상 그리드가 보상하기에 너무 빠른 속도의 선박 하강이나 시스템 고장이 있다. 이런 경고가 있는 경우, 선박의 키잡이는 수중 하강을 멈춰야 한다.

선박이 수면에 있을 때, 주변압 공기 보상 수상 엔진실(20) 상에 형성된 통풍구는 계속 개방된다. 많은 실시예에서, 통풍구는 수상 엔진실(20)의 상부에 형성된다. 일 실시예에서, 선박이 수중이지만 수면에 아주 가까이 있을 때 수상 엔진으로 공기를 제공하기 위해 스노클 시스템이 수상 엔진실(20)에 첨가된다.

선박이 수면에 있다가 수중으로 잠수하고자 할 때, 주변압 공기 보상 수상 엔진실(20) 상의 통풍구는 폐쇄된다. 여압 조절된 공기가 공기 그리드로부터 주변압 보상 수상 엔진실(20) 내로 방출된다. 일 실시예에서, 수상 엔진실 덮개(11) 상부에는 유압 램과 래치 시스템이 마련되어 임의의 양의 압력이 덮개(11)를 개방하지 못하도록 방지한다. 수상 엔진(31)은 공기가 그 구조물 내로 들어올 수 있도록 함으로써, 그 내부와 외부 간에 순 압력차가 없도록 한다.

선박이 수중에서 수면으로 부상함에 따라, 수상 엔진실(20) 내에서 팽창하는 공기는 어떤 밸브도 개방할 필요없이 외측 환경으로 배출될 것이다. 많은 실시예에서, 선박은 비상 상황에서의 아주 신속한 상승을 수용하기 위해 충분한 크기로 된 공기 탈출 배관을 구비한다. 많은 실시예에서, 공기 탈출 배관은 깊은 곳에서의 물의 침입을 방지하기 위한 피 트랩으로 만들어 진다.

많은 실시예에서, 수상 엔진실 통풍구 덮개는 주변 코어 판독기 트리거의 위치 상부에 위치된다. 이는 누수가 덮개(11)에서 발전하는 경우 해수가 들어오는 대신 공기가 수상 엔진실(20) 밖으로 배출되는 것을 보장한다. 또한, 수상 엔진실(20)의 내부와 외부 간의 압력차가 거의 0 psi이기 때문에, 누수가 발생한다 하더라도 소량일 것이다. 부유 트리거 시스템이 고장나더라도, 선박은 고장난 깊이에서 여전히 적절히 공기 보상된다. 선박은 안전 상태로 복귀하기 위해 단지 약간 상승할 필요가 있을 뿐일 것이다.

본 발명의 소정 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 압력 선체 수상 엔진실이다. 압력 선체 수상 엔진실은 공기 보상이 전혀 필요하지 않으며, 457 m(1500 피트) 너머와 같이 수중에서 아주 깊은 수준까지 내려가게 될 선박에 유용하다. 선박이 수중으로 잠수할 때 배기 시스템을 완전히 격리시키기 위해 밸브가 포함되어야 한다. 압력 선체 수상 엔진실을 사용할 때, 선박의 무게는 무거운 재질의 구성과 구형 또는 원통형 설계에 대한 필요로 인해 증가한다. 내압성 선체 관통 커넥터가 모든 전기, 유압 및 공기 연결부에 사용된다. 또한, 수상 엔진(31)으로부터의 출력 샤프트는 이들 샤프트가 압력 선체 수상 엔진실에서 나오고 외부 구동부에 연결되는 곳에 특수한 내압성 수밀 시일을 구비해야만 한다.

많은 실시예에서, 외부 구동부는 주변압 공기 보상 그리드에 연결된다. 이는 선박이 수중에서 깊은 곳에 있을 때 압력 보상을 제공한다. 기술분야에서 공통적인 통상의 외부 구동부 상에 마련되는 표준형 시일(24)은 수밀성이다.

일 실시예에서, 각각의 수상 엔진(31)에는 2-대-1 외부 구동부 변속기가 사용되어, 프로펠러로 총 3,400 ft-lbs의 전달 토크를 제공한다.

많은 실시예에서, 주변압 수상 엔진실(20)에서 나온 터널은 외부 구동부 샤프트를 수용한다. 터널은 외부 구동부 하우징(23)에 연결되어 수밀 연결부를 형성한다. 이는 해수가 수상 엔진실(20)로 들어가지 못하도록 돕는 작용을 한다. 소정 실시예에서, 출력 샤프트 시일은 주변압 보상 수상 엔진실(20)에 부착된 기밀 라인을 통해 내부 하우징을 연결하여 내부 압력과 외부 수압 간의 압력차가 거의 0 psi가 되게 보장하도록 내부 하우징을 통풍시킴으로써 보호된다.

공기 그리드

본 발명은 선박의 소정 부품으로 공기를 제공하기 위해 사용될 수 있는 적어도 하나의 공기 그리드를 포함한다. 본 발명은 재생 가능한 공기와 산소를 저장하기 위해 공기 그리드 또는 복수의 공기 그리드를 사용한다. 또한, 본 발명은 수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박보다 훨씬 많은 양의 공기를 저장할 수 있다. 대량의 공기를 저장하는 능력으로 인해 본 발명의 실시예들은 주 밸러스트실을 비울 수 있게 되고, 대형의 수상 엔진실(20)과 2차 밸러스트실을 압력 보상할 수 있게 되고, 원할 경우 구명부를 제공하거나 승객실(1)을 주변압으로 만들 수 있게 되고, 동력 또는 유압 고장의 경우 수면 부상을 할 수 있게 되고, 백업 구명부를 제공할 수 있게 된다.

수중 활동이 가능한 통상의 비군사용 선박은 단지 제한된 양의 이산화탄소 스크러버와 순수 산소만을 수반한다는 사실에 의해 선박의 구명 지원 시스템이 무척 제한된 반면, 본 발명의 소정 실시예는 이산화탄소 스크러버와 순수 산소를 수반함은 물론 대체 구명 공급원으로 사용될 수 있는 재생 가능한 공기 보급품을 저장한다. 이는 선박이 수중에 있는 동안 사용되어야 하는 순수 산소의 양을 감소시킨다.

많은 실시예에서, 본 발명은 네 개 또는 다섯 개의 공기 그리드 시스템을 구비한다. 이들 공기 그리드 시스템은 고압 공기 저장 그리드, 비상용 공기 그리드, 주변압 공기 보상 그리드, 산소 그리드 및 소정 실시예에서의 저압 1차 공기 그리드이다. 이들 그리드 시스템은 상호 연결될 수 있으며 공통 자원을 공유할 수 있다.

고압 공기 저장 그리드

고압 공기 저장 그리드는 적어도 하나의 고압 자급식 호흡용 공기(Self-Contained Breathing Air, SCBA) 압축기(34)와 적어도 하나의 고압 SCBA 저장 탱크(14)를 포함한다. 이들은 주로 기술분야에서 공지된 하우징, 밸브 및 조절기를 이용하여 연결된다. 일 실시예에서, 고압 공기 저장 그리드는 수면으로부터 공기를 압축해서 이를 저장한다. 일 실시예에서, 고압 공기 저장 그리드는 약 34,482 N/㎠(5,000 psi)로 공기를 저장한다. 소정 실시예에서, 적어도 하나의 고압 SCBA 저장 탱크(34)는 수상 엔진실(20) 내에 위치되어 수상 엔진(31)에 의해 구동된다. 일 실시예에서, 모든 압축기가 동작하는 전체 결합 속도는 분당 적어도 약 0.56 ㎥(20 입방 피트)이다. 다른 실시예에서, 모든 압축기가 동작하는 전체 결합 속도는 분당 적어도 약 1.1 ㎥(40 입방 피트)이다. 많은 실시예에서, 압축기는 공기가 낮은 수준의 수분과 기타 오염물질을 갖도록 보장하기 위해 일련의 해수 분리기와 필터를 통해 공기로부터 여분의 수분과 오염물질을 제거한다.

많은 실시예에서, 고압 공기 저장 그리드의 저장 탱크는 각각 약 34,482 N/㎠(5,000 psi)와 같은 고압에서 대략 12.7 ㎥(450 입방 피트) 내지 대략 14.2 ㎥(500 입방 피트)의 공기를 저장한다. 일 실시예에서, 모든 저장 탱크의 총 저장 용량은 약 113 ㎥(4,000) 입방 피트이다. 다른 실시예에서, 모든 저장 탱크의 총 저장 용량은 141.5 ㎥(약 5,000) 입방 피트이다. 총 저장 용량은 추가 저장 탱크에 이용될 수 있는 공간에 의해서만 제한된다.

소정 실시예에서, 고압 공기 저장 그리드는 이런 탱크가 잠수부를 위해 사용되고 있다면 외부 SCUBA 탱크를 재충전하기 위해 인출 밸브를 거쳐 사용될 수 있다.

비상용 공기 그리드

비상용 공기 그리드는 기본 공기 그리드에 대한 백업 시스템이다. 비상용 공기 그리드는 시스템 고장의 경우 선박으로 공기를 제공할 수 있으며 작동을 위해 전원이나 또는 유압력을 전혀 요구하지 않는다.

많은 실시예에서, 비상용 공기 그리드는 다른 공기 그리드 시스템의 저장 탱크로부터 격리된 적어도 하나의 비상 상황 예비 공기 탱크(33)를 포함한다. 예비 탱크는 재충전 과정 동안 일방 밸브를 통해 공기를 공급 받는다. 비상용 공기 그리드는 기술분야에서 공지된 일련의 호스와 커넥터를 사용하여 예비 탱크로부터 주 내부 밸러스트실로 직접 공기를 전달할 수 있다.

많은 실시예에서, 비상용 공기 그리드를 가동하기 위해 손으로 개방될 수 있는 적어도 하나의 니들 밸브가 선박의 승객실(1)에 위치된다. 원할 경우, 선박의 키잡이는 주 내부 밸러스트실 안으로 직접 공기를 주입하기 이해 적어도 하나의 니들 밸브를 개방할 수 있다. 선박이 수면에 있을 때, 잠수 후 주 외부 밸러스트를 수동으로 비우기 위해 비상 상황 예비 탱크(33)가 사용될 수 있다.

많은 실시예에서, 비상용 공기 그리드의 공기는 고압 저장된다. 일 실시예에서, 비상용 공기 그리드의 공기는 34,482 N/㎠(5,000 psi)의 압력으로 비상 상황 예비 공기 탱크(33)에 저장된다.

소정 실시예에서, 비상용 공기 그리드는 특수 밸브를 통해서 유압 램으로 주입될 수 있다. 선박의 유압 시스템이 고장인 경우, 비상용 공기 그리드는 유압 램이 공기압 램으로서 기능하게 할 수 있다.

일 실시예에서, 비상 상황 예비 공기 탱크(33)는 주 그리드가 더 많은 공기를 필요로 할 경우 추가 공기를 제공하기 위해 밸브를 거쳐 주 그리드에 연결될 수 있다.

저압 1차 공기 그리드

저압 1차 공기 그리드는 고압 공기 저장 그리드 저장 탱크에서 공기를 공급 받는다. 고압 저장 탱크는 하향-조절기를 통해 연결된다.

본 발명의 일 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드의 공기는 1,655 N/㎠(240 psi)이다. 하향-조절기가 설정될 수 있으며, 원할 경우 고압 공기 시스템의 압력까지 고압을 제공하기 위해 밸브, 호스 및 커넥터가 선택될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드는 밸러스트실을 비우고, 충전 동안 배터리 튜브로부터 수소를 환기시키고, 승객실 환기 시스템을 공급하고, 승객실 전환 및 호흡 시스템을 공급하고, 잠수부 구명부를 제공하고 그리고/또는 주변압 공기 보상 그리드로 공기를 제공한다. 소정 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드는 이런 모든 임무를 수행한다.

소정 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드에서 나온 공기는 잠수의 마지막에 선박의 밸러스트실로부터 해수를 비우기 위해 사용된다. 이 작업은, 선박이 부상하여 수면 바로 아래의 지점 내에 있을 때 수행될 수 있다. 전기 또는 유압 밸브가 주 그리드에서 2차 밸러스트로 공기를 방출하기 위해 사용된다.

많은 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드는 배터리 튜브 내에 전기 밸브를 포함한다. 배터리를 충전하는 동안, 밸브는 자동으로 개방되고 공기가 저속으로 배터리 튜브로 유입된다. 배터리 튜브 내의 공기 압력이 소정 압력에 도달하면, 배터리 튜브의 타단에 배치된 체크 밸브가 개방됨으로써 그때까지 배터리 충전 과정에서 생성될 수 있는 모든 수소를 외측 환경으로 환기시킨다. 일 실시예에서, 체크 밸브를 개방하기 위해 필요한 소정 압력은 3.4 N/㎠(0.5 psi)이다.

많은 실시예에서,저압 1차 공기 그리드는 승객실(1)까지 이어지는 기밀 라인을 포함한다. 기밀 라인은 수동 개폐될 수 있는 밸브를 통과한다. 밸브가 개방되면, 공기가 승객실(1)로 들어갈 수 있게 되고 승객실의 휴면 릴리프 밸브를 통해 통풍될 수 있다. 이런 특징은 승객실(1)의 공기를 계속 환기시면서도 승객실(1)의 승강구가 완전히 폐쇄될 수 있도록 한다. 이는 선박이 수면 상에 있지만 파도나 날씨로 인해 승강구를 개방하는 것이 문제를 일으킬 때 특히 유용하다.

소정 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드는 원할 경우 승객실(1)을 여압 조절을 위해 사용될 수 있다. 주 그리드의 공기가 승객실(1)로 들어갈 수 있도록 하기 위해 주입 밸브가 개방될 수 있다. 일 실시예에서, 주입 밸브는 수동 개폐된다. 대안 실시예에서, 승객실(1) 내부의 압력은 계측기 시스템에 의해 조절된다. 일단 승객실(1) 내부의 압력이 승객실(1) 외부의 주변압보다 약간 높으면, 개방식 또는 반-폐쇄식 호흡 회로가 사용될 수 있다. 개방식 호흡 회로의 경우, 저압 1차 공기 그리드로부터의 SCBA 공기가 연속으로 전달되는 동안 승객실(1)의 휴면 릴리프 밸브는 개방된다. 이는 순수 산소가 보다 적게 사용될 수 있도록 함으로써 보다 오랜 기간 동안 수중에 머무르는 능력을 제공한다. 반-폐쇄식 호흡 회로의 경우, 이산화탄소 스크러버가 사용됨으로써, 동일한 공기가 재생될 수 있도록 하고 선박이 수면에 있을 때 SCBA 공기를 복원하는 데 걸리는 시간을 감소시킨다.

일 실시예에서, 승객실(1)로부터 공기를 배출하기 위해 압축기가 사용된다. 승객실(1)은 1 기압의 내부 압력으로 유지되고 재생 가능한 SCBA 공기 저장물이 구명용으로 사용된다. 일 실시예에서, SCBA 공기 저장물은 개방식 호흡 회로에서 사용된다. 대안 실시예에서, SCBA 공기 저장물은 반-폐쇄식 호흡 회로에서 사용된다.

소정 실시예에서, 저압 1차 공기 그리드는 인출(take-off) 연결부를 사용하여 한 명 이상의 잠수부에게 공기를 제공하도록 사용된다. SCBA 조절기가 사용될 수 있으며, 각각의 잠수부는 구명줄을 이용하여 저압 1차 공기 그리드에 연결된다. 이로써 잠수부들은 통상의 소형 잠수부 공기 저장물이 갖는 한계를 극복하여 장기간 동안 잠수하여 머무를 수 있게 된다.

주변압 공기 보상 그리드

주변압 공기 보상 그리드는 선박이 수중 깊이 잠수했을 때 주변압 잠수 포드, 챔버 및 여러 구획실로 공기를 제공하여 이들이 주변압을 유지할 수 있도록 하고 변형과 해수 침입을 방지한다. 이 시스템은 압력을 견디기 위해 통상 요구될 수 있는 무게보다 가벼운 무게를 갖는 재료로 구성되는 선택권을 선박에 제공한다. 이 시스템은 잠수 포드, 챔버 및 그 밖의 구성부품들이 단지 내압성 선박에 통상적인 구형이나 원통형으로 제한되지 않고 다양한 기하학적 형상으로 구성될 수 있도록 하는 추가적 장점을 제공한다.

주변압 공기 보상 그리드에 의해 제공되는 다른 장점은 수중의 고압력 깊이에서 사용하도록 예정되지 않은 선반 재고 구성부품들이 이런 깊이에서 선박에 사용될 수 있다는 것이다. 이들 부품에 대한 공기 보상은 특수한 개발이나 시험에 대한 요구를 해소하며 변형 및/또는 해수 침입을 방지하기 위해 임의의 밀봉된 내해수성 구성부품이 변경되어 주변압 공기 보상 그리드에 부착될 수 있도록 한다. 많은 실시예에서, 구성부품들은 통풍 호스를 거쳐 주변압 공기 보상 그리드에 부착된다.

많은 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드는 고압 공기 저장 그리드로부터 공기를 인출한다. 공기는 외부의 주변압을 계측해서 외부의 주변압과 일치하도록 주변압 공기 보상 그리드 전체에 걸쳐 압력을 동등하게 만드는 주변 코어 판독기(22)에 의해 하향 조절된다. 다른 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드는 저압 1차 공기 그리드로부터 공기를 인출한다.

일 실시예에서, 주변 코어 판독기(22)는 주변압 보상 수상 엔진실(20) 내측에 수직하게 장착되는 하나의 배관을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 배관은 길이가 대략 0.5 m(18 인치)이다. 배관은 그 상부가 수상 엔진실(20)의 내측으로 개방되고 그 바닥이 수상 엔진실을 에워싸는 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역으로 개방된다. 배관의 내측에는 적어도 하나의 부유 트리거가 장착된다. 일 실시예에서, 세 개의 부유 트리거가 장착되고 그 각각은 약 0.07 m(3 인치) 내지 약 0.1 m(4 인치)의 범위만큼 서로 이격된다. 선박이 수중으로 진행할 때 주변 해수 압력이 증가함에 따라, 해수는 배관에서 상승한다. 해수가 첫 번째 두 개의 부유 트리거를 지날 때, 두 개의 전기 스위치가 폐쇄된다. 두 번째 전기 스위치가 폐쇄되면, 저압 1차 공기 그리드 또는 고압 공기 저장 그리드와 같은 공기 그리드로부터 공기를 전달하기 위해 전기 밸브가 개방된다. 공기 그리드에서 나온 공기는 수상 엔진실(20) 내로 직접 방출된다. 소정 실시예에서, 하나의 부유 트리거와 하나의 전기 스위치가 사용된다.

소정 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드에서 나온 공기는 주변압 공기 보상 그리드에 부착된 포드, 챔버 및 그 밖의 구성부품에 통풍 호스 또는 배관을 거쳐 연결되는 주변 코어 매니폴드를 통해 분배된다. 통풍 호스는 주변 코어 매니폴드로부터 공기 보상되는 모든 구성부품들과 챔버로 이어진다. 임의의 합당한 기밀 상자가 주변 코어 매니폴드에 사용될 수 있다. 많은 실시예에서, 수상 엔진실(20)은 주변 코어 매니폴드로서 작용한다.

많은 실시예에서, 주변 코어 매니폴드 내부의 압력이 외부 주변압보다 약간 높아짐에 따라, 부유체가 낙하하고 두 스위치가 재개방될 때까지 공기가 주변 코어 판독기(22) 밖으로 해수를 강제 배출한다. 대안 실시예에서, 기술분야에서 공지된 임의의 부유체, 밸브, 트리거, 압력 센서 또는 계측기가 공기를 조절하기 위해 사용될 수 있다.

선박이 수중에서 수면을 향해 부상함에 따라, 해수의 외부 주변압은 감소하고 주변압 공기 보상 그리드 내의 공기는 팽창한다. 많은 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드의 공기를 전달하기 위해 사용되는 밸브들은 폐쇄되고, 팽창하는 공기는 피 트랩 또는 기술분야에서 공지된 임의의 일방 밸브 형태를 경유하여 주변 코어 매니폴드의 통풍구를 거쳐 환경으로 빠져 나간다. 일 실시예에서, 공기가 팽창할 때 구성부품은 다시 주변 코어 매니폴드와 통풍된다. 대안 실시예에서, 구성부품은 구성부품 상에 배치된 팝-오프 또는 체크 밸브를 거쳐 외부 환경으로 통풍된다.

많은 실시예에서, 인-라인 하향-조절기가 주변 코어 판독기(22)로부터의 거리로 인한 여압 조절차에 기인하는 과도 여압 조절을 보상하기 위해 선박의 다양한 위치에 배치된다. 주변 코어 판독기(22)의 트리거에서 위로 각각의 0.3 m(12 인치)에서는 주변 코어 판독기(22)의 트리거에 비해 대략 3.07 N/㎠(0.445 psi)의 추가적인 양의 압력차를 추가한다. 본 발명의 소정 실시예에서, 인-라인 하향-조절기를 구비하는 각각의 구성부품은 환기를 위한 독립적인 정화 밸브를 구비하기도 한다.

많은 실시예에서, 주변 코어 판독기 배관은 배관 상부에 배치되는 제3 부유체를 구비한다. 해수가 제3 부유체에 도달할 경우, 승객실(1)의 제어 패널에 있는 경고 알람이 작동되어 주변압 공기 보상 그리드가 물의 침입을 방지하기 위해 충분한 공기를 전달하고 있지 않음을 알린다. 원인으로는 주변압 공기 보상 그리드가 보상하기에 너무 빠른 속도의 선박 하강이나 시스템 고장이 있다. 이런 경고가 있는 경우, 선박의 키잡이는 수중 하강을 멈춰야 한다.

여러 실시예에서, 선박의 다양한 구성부품들은 과도 여압 조절을 방지하기 위해 체크 밸브를 포함한다. 일 실시예에서, 측면 탱크 밸러스트실은 내부 압력이 외부 주변압보다 약 13.9 N/㎠(2 psi)보다 클 경우 공기가 배출될 수 있도록 하는 체크 밸브를 포함한다.

어떤 구성부품이라 하더라도 통풍 호스를 거쳐 주변압 공기 보상 그리드에 연결되거나 주변압 공기 보상 그리드에 연결된 구성부품이나 잠수 내에 봉함됨으로써 직접적으로 공기 보상될 수 있다. 본 발명의 소정 실시예에서, 외부 구동부와, 소정의 레이더 돔 및 안테나 돔과, 유압유 저장조와, 트림 밸러스트 탱크(3)는 모두 통풍 호스를 통해 주변압 공기 보상 그리드에 연결됨으로써 직접적으로 공기 보상된다.

일 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드는 고압 공기 저장 그리드와 공기 라인을 공유한다. 다른 실시예에서, 주변압 공기 보상 그리드는 저압 1차 공기 그리드와 공기 라인을 공유한다.

많은 실시예에서, 선박은 주변압 공기 보상 그리드로부터의 직접 공기 보상을 이용하여 외부 구동부를 사용한다. 통상의 외부 구동부는 해수에 밀봉되지만 외부 구동부의 외부와 내부 사이에 약 69 N/㎠(10 psi)의 압력차만을 견딜 수 있다. 주변압 공기 보상 그리드에 외부 구동부를 연결함으로써 외부 구동부의 순 압력차는 거의 0 psi로 남아 있음으로써 해수가 외부 구동부로 들어오는 것을 방지한다.

산소 그리드

산소 그리드는 적어도 하나의 산소 탱크(13)와 승객실(1)에 대한 연결부를 포함한다. 소정 실시예에서, 산소 그리드는 기술분야에서 공지된 커넥터와 조절기 밸브를 포함한다.

소정 실시예에서, 이산화탄소 스크러버는 산소 탱크 또는 탱크들(13)과 연계하여 작동한다. 기술분야에서 공지된 모든 이산화탄소 스크러버가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 소다 석회로 충전된 카트리지가 이산화탄소 스크러버로서 사용된다.

본 발명의 여러 실시예에서, 산소는 밸브를 이용하여 승객실(1)로 수동 도입된다. 대안 실시예에서, 산소는 기술분야에서 공지된 계측기 시스템을 이용하여 승객실(1)로 도입된다.

산소와 이산화탄소 스크러버 재료는 통상적으로 선박이 바다에 있지 않을 때 보충되어야 한다.

전기 시스템

수중 활동이 가능한 통상의 선박은 상당히 깊은 수중에서 연소 엔진을 사용할 수 없기 때문에 전기 에너지를 이용한다. 대부분의 선박은 수면에 있는 생성되는 동력과 배터리 저장량에 의존한다. 일부 초대형 잠수함은 상당량의 연료 예비물과 배터리를 수반한다. 본 발명의 선박은 상당량의 연료 예비물을 수반하고 연료 예비물을 이용하기 위해 충분한 범위를 가지면서도 잠수를 위한 전원을 스스로 생성하여 저장할 수 있는 수중 활동이 가능하고 비교적 소형인 최초의 선박이다. 본 발명은 자체의 배터리를 재충전할 수 있기 때문에 배치에 따른 총 잠수 시간과 추진 시간이 수중 활동이 가능한 통상의 소형 선박에 비해 훨씬 높다.

본 발명은 적어도 하나의 교류 발전기, 적어도 하나의 배터리 및 적어도 하나의 전기 그리드를 포함하는 전기 시스템을 구비한다. 많은 실시예에서, 전기 시스템은 전기를 생성하는 수상 엔진(31)에 연결된 일련의 교류 발전기와, 전력 저장을 위한 배터리 더미와, 전기 배선 그리드와, 계전기와, 선박의 전기 구성부품으로 전력을 제공하는 스위치를 포함한다.

본 발명의 여러 실시예에서, 선박이 수면 상에서 작동할 때, 선박은 추진용 수상 엔진(31)을 이용하여 그 교류 발전기를 거쳐 연료 저장물로부터 자체의 전력을 생성한다. 수면 상에 있는 동안, 교류 발전기는 엔진의 구성부품으로 전력을 제공하고, 선박이 포함할 수 있는 전등, 센서, 통신설비 및 공기 조화 시스템과 같은 보조 시스템을 운영하기 위해 전기 그리드로 전원을 공급한다. 또한, 교류 발전기는 전력을 저장하기 위해 배터리 더미(12) 내부의 배터리를 충전한다. 선박이 수중으로 잠수해 있을 때, 수상 엔진(31)은 작동하지 않아야 하고, 배터리 저장부가 전기 시스템으로 전력을 제공한다. 주로 전기 모터나 스러스터가 선박의 추진과 조향을 위해 사용된다. 대안 실시예에서, 전기 모터는 수압 스러스터에 전원을 공급하기 위해 유압 펌프를 구동시킨다. 배터리 저장부는 선박이 포함할 수 있는 전등, 센서, 통신설비 및 공기 조화 시스템과 같은 보조 잠수 시스템 뿐만 아니라 모터나 스러스터로 전원을 공급한다. 모터와 스러스터는 선박이 통상의 소형 잠수정이 일반적으로 얻을 수 있는 속도로 수중에서 항해할 수 있도록 한다.

많은 실시예에서, 본 발명의 선박은 1차 전기 시스템, 2차 전기 시스템 및 보조 전기 시스템을 포함하는 세 개의 전기 시스템을 구비한다. 각각의 전기 시스템은 일련의 자급식 배터리 더미(12)를 포함할 수 있다. 각 시스템을 위한 전압 수준과 전류 유형은 선박이 수행할 것으로 예상되는 특정 임무에 따라 달라질 수 있으며, 임의의 적절한 전압이 각 시스템에 대해 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 1차 전기 시스템은 96V 직류(VDC)이고, 2차 전기 시스템은 12V 직류(VDC)이고, 보조 전기 시스템은 110V 교류(VAC)이다.

본 발명의 여러 실시예에서, 1차 전기 시스템은 직렬 연결되는 배터리 더미들을 포함한다. 일 실시예에서, 각각의 배터리 더미는 96V의 총 시스템 전압을 제공하는 여덟 개의 12V 배터리를 포함한다. 대안 실시예에서, 각각의 배터리 더미는 240V의 총 시스템 전압을 제공하는 여덟 개의 30V 배터리를 포함한다. 다른 대안 실시예에서, 서로 다른 수의 배터리 및/또는 서로 다른 총 시스템 전압이 사용될 수 있다. 1차 전기 시스템의 배터리 더미는 전기 그리드에 연결되며, 1차 전기 시스템은 선박이 수중에 잠수해 있는 동안 선박의 작동을 위해 필요한 전원의 대부분을 저장함으로서, 스러스터를 위한 또는 유압식 스러스터를 구동시키는 유압 펌프를 위한 원동력을 직접 공급한다. 1차 전기 시스템은 또한 DC-DC 컨버터 수단에 의해 2차 전기 시스템을 재충전한다.

많은 실시예에서, 1차 배터리 더미는 주변압 보상 포드 또는 압력 선체 튜브를 포함하는 개별 잠수 포드 내부에 수용된다. 1차 배터리 더미를 수용하는 포드 또는 튜브는 주 밸러스트 탱크 내부 또는 상체 부품(37) 모듈 내에서 갑판 바로 아래를 포함한 선박의 상부 또는 내부 어느 곳이든 위치될 수 있다. 통상적으로, 각각의 1차 배터리 더미를 보유하는 포드나 튜브는 중성 근접 부력을 갖게 되도록 대략 1의 부력-대-무게비로 설계된다. 또한, 튜브는 수면 부상 상태에서 잠수 상태로 전환함에 따라 선박의 균형 상태를 유지하여 안정화 하도록 위치될 수 있다.

1차 배터리 더미의 수는 달라질 수 있으며 임의의 적절한 수가 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 압력 선체 튜브에 수용되는 네 개의 배터리 더미가 사용된다. 대안 실시예에서, 주변압 보상 포드에 수용되는 네 개의 배터리 더미가 사용된다.

많은 실시예에서, 각각의 1차 배터리 더미는 전기 그리드에서 신속하고 용이하게 분리될 수 있도록 설계된다. 이는 전체 더미나 개별 배터리가 배터리 개선이나 배터리 유형 변경 뿐 아니라 수선이나 보관을 위해 모듈식으로 교체될 수 있도록 한다. 1차 전기 시스템 내에서 각각의 배터리는 개별적으로 감시될 수 있도록 센서에 연결될 수 있으며, 각각의 더미는 비상 상황에서 격리시키기 위해 수동으로 차단됨으로써 보관이 수행될 수 있다.

본 발명의 여러 실시예에서, 2차 전기 시스템은 병렬 연결되는 배터리 더미들을 포함한다. 일 실시예에서, 두 개의 12V 배터리를 포함하는 하나의 배터리 더미가 사용된다. 두 개의 추가 12V 배터리가 제공되며 통상적으로 분리 상태로 유지되지만, 백업 공급부로서 필요할 때에는 연결될 수 있다. 대안 실시예에서, 서로 다른 수의 배터리, 더 높거나 낮은 전압을 갖는 배터리 및/또는 추가 배터리 더미가 사용될 수 있다. 2차 전기 시스템의 배터리 더미는 전기 그리드에 연결되며, 2차 전기 시스템은 조명 및 조종석(승객실) 제어와 선박이 수면에 있을 때 선박을 시동하는 엔진을 위한 전원을 제공한다. 2차 전기 시스템은 또한 DC-AC 인버터 수단에 의해 보조 전기 시스템으로 전력을 제공한다.

2차 전기 시스템 배터리는 수상 엔진실(20) 또는 승객실(1)을 포함하는 선박의 상부 또는 내부 어느 곳이든 위치될 수 있다. 많은 실시예에서, 2차 배터리 더미는 개개의 주변압 보상 포드를 포함하는 잠수 포드 내부 또는 압력 선체 튜브 내에 수용된다. 2차 배터리 더미를 수용하는 포드 또는 튜브는 주 밸러스트 탱크 내부 또는 상체 부품(37) 모듈 내에서 갑판 바로 아래를 포함한 선박의 상부 또는 내부 어느 곳이든 위치될 수 있다. 통상적으로, 각각의 2차 배터리 더미를 보유하는 포드나 튜브는 중성 근접 부력을 갖게 되도록 대략 1의 부력-대-무게비로 설계된다. 또한, 튜브는 수면 부상 상태에서 잠수 상태로 전환함에 따라 선박의 균형 상태를 유지하여 안정화 하도록 위치될 수 있다.

많은 실시예에서, 각각의 2차 배터리 더미는 전기 그리드에서 신속하고 용이하게 분리될 수 있도록 설계된다. 이는 전체 더미나 개별 배터리가 배터리 개선이나 배터리 유형 변경 뿐 아니라 수선이나 보관을 위해 모듈식으로 교체될 수 있도록 한다.

충분한 저장량을 갖는 모든 유형의 적절한 배터리 또는 배터리 시스템이 1차 및 2차 전기 시스템 배터리 모두에 사용될 수 있다. 본 발명의 소정 실시예에서, 1차 전기 시스템 배터리 더미와 2차 전기 시스템 모두에 사용되는 개별 배터리들은 연산(lead-acid) 흡수성 유리 매트(absorbed glass mat, AGM)형이다. 통상적으로, AGM 배터리는 배터리 수명을 크게 감소시키지 않고도 빠른 재충전 속도(대략 80% 용량으로 재충전하기 위해 30분)를 달성한다. 대안 실시예에서, 은-아연 배터리가 사용될 수 있다. 소정의 배터리 더미 내의 각 배터리는 동일한 종류일 필요가 없으며, 많은 다양한 배터리와 배터리 시스템이 기술분야에서 공지되어 있다.

많은 실시예에서, 1차 전기 시스템 배터리 더미는 적어도 하나의 교류 발전기에 의해 재충전된다. 일 실시예에서, 1차 배터리 더미는 96V이고, 직렬 연결된 두 개의 48V 교류 발전기에 의해 충전된다. 교류 발전기는 풀리 구동부를 통해 수상 엔진에 연결됨으로써, 선박이 수면에 있고 수상 엔진이 작동할 때 1차 배터리들이 재충전될 수 있도록 한다. 대안 실시예에서, 병렬 연결된 두 개의 96V 교류 발전기가 96V 1차 배터리 더미를 충전하기 위해 사용된다. 다른 실시예에서, 하나의 96V 교류 발전기가 96V 1차 배터리 더미를 충전하기 위해 사용된다. 또다른 실시예에서, 하나의 240V 교류 발전기가 240V 1차 배터리 더미를 충전하기 위해 사용된다. 2차 배터리도 적어도 하나의 추가 교류 발전기에 의해 충전될 수 있다. 일 실시예에서, 두 개의 12V 교류 발전기가 두 개의 12V 2차 배터리를 충전한다.

본 발명의 여러 실시예에서, 배터리 더미(12)에는 압력 및 해수 센서 경보기가 설치된다. 배터리 더미(12)는 재충전 과정에서 생성되는 가스를 모두 외부로 환기시킨다.

본 발명의 많은 실시예에서, 보조 전기 시스템은 교류 시스템이다. 일 실시예에서, 보조 전기 시스템의 전압은 110V이다. 모든 보조 전기 시스템의 교류 전력은 2차 전기 시스템의 DC-AC 인버터나, 계선장에서 이용 가능한 선외 급전(shore power)과 같은 외부 전원에서 발생한다. 외부 전원에 연결될 때, 배터리 충전기는 1차 배터리 더미를 총 용량까지 느리게 충전시킨다. 보조 전기 시스템은 선박에 연결되는 모든 교류 장치에 전원을 공급한다. 이는 보조 전기 시스템과 동일한 전압으로 작동하는 승객실에 연결되는 여하한 장치 뿐만 아니라 승객실 내부의 교류 공기 조화 시스템을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 보조 전기 시스템은 110 VAC이고, 110V 컴퓨터, 전력 공구, 또는 그 밖의 장치가 승객실에서 연결될 수 있고 보조 전기 시스템에서 전원을 인출할 수 있다.

본 발명의 많은 실시예에서, 전기 시스템과 전기 그리드 내의 모든 고전압 배선은 승객실(1) 외부에 유지된다. 이는 승객실(1)에서의 화재 위험을 저감한다.

유압 시스템

본 발명의 많은 실시예는 선박 전체에 걸쳐 동력을 전달하도록 돕기 위해 적어도 하나의 유압 시스템을 포함한다. 유압 시스템은 잠타와, 승강구와, 수상 엔진실 덮개(11)와, 외부 구동 트림부 및 조향을 작동시키기 위해 사용될 수 있다. 소정 실시예에서, 유압 시스템은 밸러스트 시스템 내부와 같이 선박 전체에 있는 밸브를 작동시킨다. 소정 실시예에서, 유압 시스템은 스러스터로 동력을 전달한다.

많은 실시예에서, 본 발명의 선박은 별도로 된 세 개의 유압 시스템인, 추진 유압 시스템, 보조 유압 시스템 및 제어 유압 시스템을 포함한다. 이들 세 개의 시스템은 공통 저장조를 공유하지만 각각의 시스템은 통상적으로 별도의 전원을 구비한다.

추진 유압 시스템은 1차 전기 시스템에 의해 작동되는 적어도 하나의 전기 모터를 사용한다. 일 실시예에서, 추진 유압 시스템은 1차 전기 시스템에 의해 작동되는 두 개의 전기 모터를 사용한다. 일 실시예에서, 전기 모터로 전원을 제공하는 1차 전기 시스템은 직렬 연결되어 총 96V 출력의 직류 전류를 제공하는 배터리 더미를 포함한다. 전기 모터는 스러스터로 유체 동력을 공급하는 유압 펌프를 구동한다. 솔레노이드 밸브가 방향 제어를 위해 사용될 수 있다. 많은 실시예에서, 추진 유압 시스템은 선체 배기 펌프로 동력을 제공한다. 선체 배기 펌프는 선체 내부에서 해수를 배출하여 잠수함이 잠수 상태로부터 수면으로 부상하도록 돕는다.

스러스터를 작동시키기 위해 유압 시스템을 이용하는 것은 스러스터의 설치 비용을 낮추고 장착 유연성을 증가시킨다. 많은 실시예에서, 선박은 하나의 전기 모터가 여러 개의 스러스터를 작동시킬 수 있도록 제어 밸브를 포함한다.

많은 실시예에서, 유압 시스템은 선박 전체에 걸친 마력의 전달을 제어함으로써 효율적인 전달수단으로 기능한다.

보조 유압 시스템은 유체 동력을 생성하기 위해 유압 펌프를 사용한다. 유압 펌프는 수상 엔진(31)에 의해 구동된다. 일 실시예에서, 선박은 각각 하나의 수상 엔진(31)에 의해 구동되는 두 개의 유압 펌프를 구비한다. 일 실시예에서, 하나의 유압 펌프는 수상 외부 구동부를 위한 유압 조향 시스템을 작동시키고 다른 유압 펌프는 선박의 공기 공급부를 재충전하기 위해 사용되는 공기 압축기를 구동한다. 대안 실시예에서, 모든 유압 펌프에서 출력되는 유동은 결합되어 수상 외부 구동부를 위한 조향 시스템과, 선박의 공기 공급부를 재충전하기 위해 사용되는 공기 압축기와, 고전압 교류 발전기를 작동시킨다. 다른 실시예에서, 모든 유압 펌프에서 출력되는 유동은 결합되어 수상 엔진(31)으로부터 동력을 인출해야만 하는 임의의 다른 장치를 작동시킨다.

제어 유압 시스템은 유압식 축압기를 채우기 위해 2차 전기 시스템에 의해 구동되는 유압 유닛을 사용한다. 유압식 축압기는 선박 내의 유압 실린더에 의해 사용될 유체를 가압 저장한다. 유압식 축압기에 의해 저장되는 유체를 사용하는 유압 실린더는 수상 엔진 흡기구, 밸러스트 제어 밸브, 주 승강구 및 잠타를 가동시킨다. 많은 실시예에서, 유압 유닛은 밀접 결합된 전기 모터를 구비하는 유압 펌프이다. 많은 실시예에서, 유압 유닛을 구동하는 2차 전기 시스템은 병렬 연결되어 12V 출력 직류 전류를 제공하는 배터리 더미를 포함한다.

많은 실시예에서, 유압식 축압기는 스위치를 포함한다. 저장된 유체가 사용되어 유체 축압기로부터 소정 압력으로 배수될 때, 스위치는 유체 동력 유닛을 가동하여 유체 축압기를 재충전시킨다. 유체 축압기의 사용은 액츄에이터가 사용되는 때에는 유체 동력 유닛을 가동할 필요가 없다는 장점을 제공한다. 대신, 유체 동력 유닛은 압력이 소정점보다 낮게 떨어질 때에만 가동된다. 유체 동력 유닛이 고장일 경우, 유체 축압기는 저장된 유체가 완전히 배수될 때까지 제한된 기간 동안 액츄에이터의 작업을 허용한다.

이하, 선박의 특정 구성의 예를 참조하여 본 발명을 설명한다.

본 명세서에서 설명하고 있는 예들과 실시예들은 단지 설명을 위해 제공된 것이다. 많은 서로 다른 구성과 변경이 설명된 바와 같이 가능하며 본 발명의 정신과 범위에 속하게 된다.

실시예 1

아래에서 설명하는 본 발명의 실시예는 오락 또는 스포츠용으로 유용할 수 있는 구성이다.

내식성 금속이나 복합재로 된 I-빔 또는 상자형 튜브로 이루어진 중심 골조가 사용된다. 적절한 십자 횡량이 해양 조건을 견디기 위해 포함된다. 중심 골조에 부착된 주 조립체는 승객실, 표면 선체, 상체 부품, 수상 엔진실, 측면 탱크 및 주 내부 밸러스트를 포함한다.

승객실은 외부의 일련의 내식성 금속 또는 복합재 밴드를 거쳐 중심 골조에 장착된다. 승객실은 반구형 단부를 구비하는 원통형 외부 압력 선체를 포함한다. 압력 선체는 안전계수가 16인 76 m(250 피트)의 최대 활동 깊이를 갖고 길이가 4.6 m(15 피트)이고 외경이 1.2 m(4 피트)이다. 재료 두께, 품질 및 시공 기술은 깊이 등급 및 안전계수에 대한 미국 선급협회(ABS) 표준을 만족한다.

승객실의 내부에는 내부 구성부품이 장착될 금속 또는 복합재 상자형-튜브 골조가 마련된다. 내부 트림은 키잡이를 포함한 다섯 명의 승객을 위한 좌석이 일렬로 마련된 고급형이다. 후방 장착된 공기 조화기가 포함된다. 전방은 제어 패널 후방에 장착되는 컴퓨터를 거쳐 접속되는 모든 선박 시스템, 센서 및 계측 기구의 작업을 허용하는 제어 패널과 다중-스크린 디스플레이 장치를 포함한다.

표면 선체는 사전 천공된 장착 구멍에 연결된 볼트를 사용하여 또는 접착제로 중심 골조에 연결된다. 표면 선체는 V-형상 파워보트식 활주 선체이고, 측면 탱크가 부착된 선박의 표면 프로필은 일반적인 3동선 형상이다. 염수에서의 흘수는 약 0.5 m(20 인치) 내지 0.6 m(24 인치)이고, 선박은 약 520 갤런의 연료와 중간 탑재물을 구비한 상태에서 약 13.6 ton(30,000 파운드)의 해수를 배수한다.

표면 선체의 내부는 완전히 주 내부 밸러스트실과 그 하부의 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용하고, 이들은 다시 연료 셀과 공기 탱크를 수용한다. 표면 선체는 또한 수상 엔진실과 수상 엔진실을 고물 쪽으로 에워싸는 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용한다. 표면 선체의 외부는 상부에서 접착제나 가스켓 시일을 거쳐 상체 부품과 결합한다.

수상 엔진실은 내식성 금속이나 복합재로 구성되는 상자이고 상부에 배치되어 유압식으로 가동되는 통풍 도어가 흡입구를 제공한다. 그 후방이 힌지 결합되고 유압식으로 가동되는 대형 가스켓이 수상 엔진실의 전체 상부를 밀봉한다. 수상 엔진실은 깊은 곳에서 압력 보상되며 약 3 ㎥(109 입방피트)의 체적을 갖는다.

두 개의 34,482 N/㎠(5,000 psi) SCBA 공기 압축기가 공기 시스템을 충전하기 위해 사용되며 수상 엔진실에 위치되어 유압식으로 구동된다. 주 내부 밸러스트실에 위치되는 여덟 개의 탱크는 하나가 비상용 공기 그리드에 역으로 연결되어 있고 각각 31,034 N/㎠(4,500 psi)에서 14 ㎥(500 입방피트)를 저장한다. 주 공기 시스템은 하향-조절기를 통해서 1,655 N/㎠(240 psi)에서 작동한다. 주변 코어 판독기는 표준형 파이프와 세 개의 트리거 부유 기구를 포함하고, 수상 엔진실은 주변 코어 매니폴드로서 기능한다.

산소 탱크는 상체 부품 내에 위치되어 승객실에 연결된다. ABS 표준에 따라서 다섯 명의 사람에 대한 48시간의 구명을 공급하기 위해 충분한 산소가 존재한다. 48-시간 활동을 위한 충분한 저장량을 갖는 카트리지형 이산화탄소 스크러버가 승객실에 장착된다.

측면 탱크는 공기 보상되며 각각 내부적으로 두 개의 주 외부 밸러스트실과 하나의 전방 트림 밸러스트실로 분리된다. 각각의 측면 탱크는 길이가 약 8.5 m(28 피트)이고 측면 탱크의 결합 체적은 약 5.5 ㎥(195 입방 피트)이다.

상체 부품은 사전-천공 장착점 상에서 볼트에 의해 중심 골조에 장착된다. 상체 부품은 각각 폭이 약 0.9 m(3 피트)이고 길이가 약 4 m(13 피트)인 승객실의 측면에 배치되고 종방향 연장된 두 개의 측면 갑판에 몰딩되는 유리 섬유 외부 구조를 포함한다. 양 측면 상에 몰딩된 유리섬유 계단이 후방 갑판까지 내려오고, 후방 갑판은 폭이 약 3 m(10 피트)이고 깊이가 약 1.2 m(4 피트)로서 여섯 명의 승객을 위한 부착 좌석을 제공한다. 스포일러가 수상 엔진실 커버 위로 연장되어 안테나와 레이더 돔을 장착하기 위해 사용된다.

상체 부품의 내부는 중공형이고 네 개의 배터리 더미와 자유 침수 영역을 수용한다. 상체 부품의 상부와 하부는 일련의 일방 플래퍼 밸브를 구비함으로써 잠수 및 부상 중에 해수와 공기가 조립체를 출입할 수 있도록 한다. 하부는 그 후방이 수상 엔진실을 에워싸는 자유 침수 반-제어 가능 밸러스트 구역에 대해 개방된다.

선체 게이트는 밸러스트 시스템을 채우거나 비우기 위해 하부 표면 선체 내의 자유 침수 영역으로 개방된다. 펌프가 해수 도입 및 배출을 돕기 위해 사용된다. 네 개의 주 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고 밸러스트 라이너로 마감된 직사각형 상자이며 결합 체적이 약 4.8 ㎥(170 입방 피트)이다. 피 트랩이 각각의 주 외부 밸러스트실에 각각의 주 내부 밸러스트실을 연결하며, 배기관 밸브가 승객실 내에 위치된다.

트림 밸러스트 시스템은 갑판 상부에서 후방 장착되는 안정화 탱크와 측면 탱크 내에 위치되는 전방 트림 탱크를 포함한다. 트림 밸러스트실은 공기 보상되며 결합 체적이 약 0.5 ㎥(19 입방 피트)이다.

수상 동력은 2-대-1 기어 변속비를 통해 두 개의 440마력 해양용 선내 디젤 엔진에 의해 제공되며, 최대 추력으로 약 4609.8 Nm(3,400 foot-pound)의 토크를 생성한다. 깊은 곳에서 압력 보상되는 외부 구동부는 수상 추진력을 제공한다. 네 개의 접이식 배플로 마감된 약 130 갤런의 가변 배수량 연료 셀은 각각 주 내부 밸러스트실 내측에 위치된다.

수상 엔진에 의해 구동되는 두 개의 교류 발전기는 전기 시스템으로 전원을 제공한다. 각각 잠수 포드에 수용되는 네 개의 배터리 더미는 96 VDC로 작동하는 1차 전기 시스템의 전기 저장소로 제공된다. 각각의 잠수 포드는 안전계수를 갖는 최대 깊이 등급을 갖는 재료와 구성의 관상형 압력 선체이다. 각각의 배터리 더미는 직렬 연결되는 여덟 개의 연산(lead-acid) 12V AGM형 건성 셀 배터리를 구비한다.

2차 전기 시스템은 12 VDC로 작동하며, 수상 엔진실에 장착되는 두 개의 연산 AGM형 건성 셀 배터리가 추가의 비상 상황 예비 배터리와 함께 전기 저장소로 제공된다. 110 VAC로 작동하는 보조 전기 시스템은 수상 엔진실에 장착되어 2차 전기 시스템에 부착되는 인버터에 의해 제공된다.

수상 엔진실에 위치된 일련의 펌프는 유압 그리드로 분배되는 유압을 생성한다. 펌프는 1차 전기 시스템 그리드에 연결되는 전기 모터에 의해 작동된다. 상체 부품의 후방에 장착되는 주 유압 스러스터는 후방 갑판의 양 측면 상에서 수면하 추진력을 제공한다. 전방 및 고물쪽 유압 스러스터 튜브는 요 제어(yaw control)를 제공한다. 상체 부품 조립체의 전방부에 장착되는 접개형 잠타는 피치 및 롤 회전(pitch and roll) 제어를 돕는다.

수상 엔진은 외부 구동부로 균형 상태와 조향을 제공하는 보조 유압 시스템으로 동력을 제공하기 위해 동력 인출부를 통해 펌프를 구동한다. 제어 유압 시스템은 밸브와 잠타와 통풍구를 가동시키며, 축전기에 저장된 전원을 이용하여 2차 전기 시스템에 의해 작동되는 전기 모터에 부착된 펌프에 의해 구동된다.

선박에는 GPS, 레이더, 전방 및 후방-감지 수중 음파 탐지기, 자동 키잡이 및 챠트 제도가 설치된다. 외부 안테나는 압력 보상된다.

전체 선박은 길이가 약 9.7 m(32 피트)이고 흘수선에서 약 8.5 m(28 피트)이다. 측면 탱크가 설치된 전체 빔은 약 4.1 m(13.5 피트)이고 흘수는 약 0.5 m(20 인치)이다. 높이는 약 1.8 m(6 피트)이고, 용골에서 승객실의 상부까지는 0.25 m(10 인치)이고, 용골에서 스포일러의 상부까지는 2.6 m(8.5 피트)이다. 선박의 건조 중량은 약 11.8 ton(26,000 lb)이다.

실시예 2

아래에서 설명하는 본 발명의 실시예는 군사용으로 유용할 수 있는 구성이다.

내식성 금속이나 복합재로 된 I-빔 또는 상자형 튜브로 이루어진 중심 골조가 사용된다. 적절한 십자 횡량이 해양 조건을 견디기 위해 포함된다. 중심 골조에 부착된 주 조립체는 승객실, 표면 선체, 상체 부품, 수상 엔진실, 측면 탱크 및 주 내부 밸러스트를 포함한다.

승객실은 외부의 일련의 내식성 금속 또는 복합재 밴드를 거쳐 중심 골조에 장착된다. 승객실은 반구형 단부를 구비하는 원통형 외부 압력 선체를 포함한다. 압력 선체는 안전계수가 7인 183 m(600 피트)의 최대 활동 깊이를 갖고 길이가 4.6 m(15 피트)이고 외경이 1.2 m(4 피트)이다. 재료 두께, 품질 및 시공 기술은 깊이 등급 및 안전계수에 대한 미국 선급협회(ABS) 표준을 만족한다. 또한, 시공에 사용되는 재료는 높은 NIJ 위험 수준 저항성을 갖는다.

승객실의 내부에는 내부 구성부품이 장착될 금속 또는 복합재 상자형-튜브 골조가 마련된다. 내부 트림은 키잡이를 포함한 다섯 명의 승객이 길이 방향으로 앉을 수 있도록 한다. 후방 장착된 공기 조화기가 포함된다. 전방은 제어 패널 후방에 장착되는 컴퓨터를 거쳐 접속되는 모든 선박 시스템, 센서 및 계측 기구의 작업을 허용하는 제어 패널과 다중-스크린 디스플레이 장치를 포함한다. 보조-조정 제어부가 일반 좌석 영역에 포함된다.

표면 선체는 사전 천공된 장착 구멍에 연결된 볼트를 사용하여 또는 접착제로 중심 골조에 연결된다. 표면 선체는 V-형상 파워보트식 활주 선체이고, 측면 탱크가 부착된 선박의 표면 프로필은 일반적인 3동선 형상이다. 염수에서의 흘수는 약 0.5 m(20 인치) 내지 0.6 m(24 인치)이고, 선박은 약 520 갤런의 연료와 중간 탑재물을 구비한 상태에서 약 13.6 ton(30,000 파운드)의 해수를 배수한다.

표면 선체의 내부는 완전히 주 내부 밸러스트실과 그 하부의 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용하고, 이들은 다시 연료 셀과 공기 탱크를 수용한다. 표면 선체는 또한 수상 엔진실과 수상 엔진실을 고물 쪽으로 에워싸는 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용한다. 표면 선체의 외부는 상부에서 접착제나 가스켓 시일을 거쳐 상체 부품과 결합한다.

어뢰 배치부가 컴퓨터 발사 제어를 하는 전기 그리드에 연결되어 표면 선체 상에 포함된다.

수상 엔진실은 내식성 금속이나 복합재로 구성되는 상자이고 상부에 배치되어 유압식으로 가동되는 통풍 도어가 흡입구를 제공한다. 그 후방이 힌지 결합되고 유압식으로 가동되는 대형 가스켓이 수상 엔진실의 전체 상부를 밀봉한다. 수상 엔진실은 깊은 곳에서 압력 보상되며 약 3.1 ㎥(110 입방피트)의 체적을 갖는다. 밸러스트실들의 시공에 사용되는 재료는 높은 NIJ 위험 수준 저항성을 갖는다.

두 개의 34,482 N/㎠(5,000 psi) SCBA 공기 압축기가 공기 시스템을 충전하기 위해 사용되며 수상 엔진실에 위치되어 유압식으로 구동된다. 주 내부 밸러스트실에 위치되는 여덟 개의 탱크는 하나가 비상용 공기 그리드에 역으로 연결되어 있고 각각 31,034 N/㎠(4,500 psi)에서 14 ㎥(500 입방피트)를 저장한다. 주 공기 시스템은 하향-조절기를 통해서 1,655 N/㎠(240 psi)에서 작동한다. 주변 코어 판독기는 표준형 파이프와 세 개의 트리거 부유 기구를 포함하고, 수상 엔진실은 주변 코어 매니폴드로서 기능한다.

산소 탱크는 상체 부품 내에 위치되어 승객실에 연결된다. ABS 표준에 따라서 다섯 명의 사람에 대한 48시간의 구명을 공급하기 위해 충분한 산소가 존재한다. 48-시간 활동을 위한 충분한 저장량을 갖는 카트리지형 이산화탄소 스크러버가 승객실에 장착된다.

측면 탱크는 공기 보상되며 각각 내부적으로 두 개의 주 외부 밸러스트실과 하나의 전방 트림 밸러스트실로 분리된다. 각각의 측면 탱크는 길이가 약 8.5 m(28 피트)이고 측면 탱크의 결합 체적은 약 5.5 ㎥(195 입방 피트)이다. 측면 탱크는 높은 NIJ 위험 수준 저항성을 갖는 재료로 구성된다.

상체 부품은 사전-천공 장착점 상에서 볼트에 의해 중심 골조에 장착된다. 상체 부품은 각각 폭이 약 0.9 m(3 피트)이고 길이가 약 4 m(13 피트)인 승객실의 측면에 배치되고 종방향 연장된 두 개의 측면 갑판에 몰딩되는 알루미늄 외부 구조를 포함한다. 양 측면 상에 몰딩된 알루미늄 계단은 폭이 약 3 m(10 피트)이고 깊이가 약 1.2 m(4 피트)인 후방 갑판까지 내려온다. 프로파일은 레이더 추적을 최소화하며 레이더-흡수 코팅이 사용된다.

후방 및 측면 갑판은 총포 장착부 또는 미사일 발사대가 부착될 수 있는 단단한 부착점 또는 그리드 부착부를 구비한다. 또한, 마룻장에는 우물형 공간이 구축되어 총포나 미사일들이 잠수 포드 내로 회수될 수 있다. 잠수 포드는 군수품을 수용하기 위해서도 존재한다.

상체 부품의 내부는 중공형이고 네 개의 배터리 더미와 자유 침수 영역을 수용한다. 상체 부품의 상부와 하부는 일련의 일방 플래퍼 밸브를 구비함으로써 잠수 및 부상 중에 해수와 공기가 조립체를 출입할 수 있도록 한다. 하부는 그 후방이 수상 엔진실을 에워싸는 자유 침수 반-제어 가능 밸러스트 구역에 대해 개방된다.

선체 게이트는 밸러스트 시스템을 채우거나 비우기 위해 하부 표면 선체 내의 자유 침수 영역으로 개방된다. 펌프가 해수 도입 및 배출을 돕기 위해 사용된다. 네 개의 주 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고 밸러스트 라이너로 마감된 직사각형 상자이며 결합 체적이 약 4.8 ㎥(170 입방 피트)이다. 피 트랩이 각각의 주 외부 밸러스트실에 각각의 주 내부 밸러스트실을 연결하며, 배기관 밸브가 승객실 내에 위치된다.

트림 밸러스트 시스템은 갑판 상부에서 후방 장착되는 안정화 탱크와 측면 탱크 내에 위치되는 전방 트림 탱크를 포함한다. 트림 밸러스트실은 공기 보상되며 결합 체적이 약 0.5 ㎥(19 입방 피트)이다.

수상 동력은 두 개의 1400마력 터빈 엔진에 의해 제공된다. 깊은 곳에서 압력 보상되는 제트 구동부는 수상 추진력을 제공한다. 네 개의 접이식 배플로 마감된 약 130 갤런의 가변 배수량 연료 셀은 각각 주 내부 밸러스트실 내측에 위치된다.

수상 엔진에 의해 구동되는 두 개의 교류 발전기는 전기 시스템으로 전원을 제공한다. 각각 잠수 포드에 수용되는 네 개의 배터리 더미는 96 VDC로 작동하는 1차 전기 시스템의 전기 저장소로 제공된다. 각각의 잠수 포드는 안전계수를 갖는 최대 깊이 등급을 갖는 재료와 구성의 관상형 압력 선체이다. 각각의 배터리 더미는 직렬 연결되는 여덟 개의 은-아연 12V 배터리를 구비한다.

2차 전기 시스템은 12 VDC로 작동하며, 수상 엔진실에 장착되는 두 개의 은-아연 배터리가 추가의 비상 상황 예비 배터리와 함께 전기 저장소로 제공된다. 110 VAC로 작동하는 보조 전기 시스템은 수상 엔진실에 장착되어 2차 전기 시스템에 부착되는 인버터에 의해 제공된다.

수상 엔진실에 위치된 일련의 펌프는 유압 그리드로 분배되는 유압을 생성한다. 펌프는 1차 전기 시스템 그리드에 연결되는 전기 모터에 의해 작동된다. 상체 부품의 후방에 장착되는 주 유압 스러스터는 후방 갑판의 양 측면 상에서 수면하 추진력을 제공한다. 전방 및 고물쪽 유압 스러스터 튜브는 요 제어를 제공한다.

수상 엔진은 외부 구동부로 균형 상태와 조향을 제공하는 보조 유압 시스템으로 동력을 제공하기 위해 동력 인출부를 통해 펌프를 구동한다. 제어 유압 시스템은 밸브와 잠타와 통풍구를 가동시키며, 축전기에 저장된 전원을 이용하여 2차 전기 시스템에 의해 작동되는 전기 모터에 부착된 펌프에 의해 구동된다.

선박에는 군용 GPS, 레이더, 전방 및 후방-감지 수중 음파 탐지기, 자동 키잡이 및 챠트 제도가 설치된다. 외부 안테나는 압력 보상된다. 추가의 군용 통신장치가 잠수 포드에 존재한다.

전체 선박은 길이가 약 9.7 m(32 피트)이고 흘수선에서 약 8.5 m(28 피트)이다. 측면 탱크가 설치된 전체 빔은 약 4.1 m(13.5 피트)이고 흘수는 약 0.5 m(20 인치)이다. 높이는 약 1.8 m(6 피트)이고, 용골에서 승객실의 상부까지는 0.25 m(10 인치)이고, 용골에서 스포일러의 상부까지는 2.6 m(8.5 피트)이다. 선박의 건조 중량은 약 11.8 ton(26,000 lb)이다.

실시예 3

아래에서 설명하는 본 발명의 실시예는 산업용으로 유용할 수 있는 구성이다.

내식성 금속이나 복합재로 된 I-빔 또는 상자형 튜브로 이루어진 중심 골조가 사용된다. 적절한 십자 횡량이 해양 조건을 견디기 위해 포함된다. 중심 골조에 부착된 주 조립체는 승객실, 표면 선체, 상체 부품, 수상 엔진실, 측면 탱크 및 주 내부 밸러스트를 포함한다.

승객실은 외부의 일련의 내식성 금속 또는 복합재 밴드를 거쳐 중심 골조에 장착된다. 승객실은 반구형 단부를 구비하는 원통형 외부 압력 선체를 포함한다. 압력 선체는 안전계수가 7인 183 m(600 피트)의 최대 활동 깊이를 갖고 길이가 4.6 m(15 피트)이고 외경이 1.2 m(4 피트)이다. 재료 두께, 품질 및 시공 기술은 깊이 등급 및 안전계수에 대한 미국 선급협회(ABS) 표준을 만족한다. 전방 단부는 아크릴로 이루어지고, 승객실의 하부와 상부에도 아크릴이 있다.

승객실의 내부에는 내부 구성부품이 장착될 금속 또는 복합재 상자형-튜브 골조가 마련된다. 내부는 수면 시설용 접개 침상과, 해양용 위생 장치와, 키잡이를 포함한 두 명의 승객을 위한 좌석을 포함한다. 전방은 제어 패널 후방에 장착되는 컴퓨터를 거쳐 접속되는 모든 선박 시스템, 센서 및 계측 기구의 작업을 허용하는 제어 패널과 다중-스크린 디스플레이 장치를 포함한다.

표면 선체는 사전 천공된 장착 구멍에 연결된 볼트를 사용하여 또는 접착제로 중심 골조에 연결된다. 표면 선체는 배수 선체이다. 염수에서의 흘수는 상기 실시예의 흘수보다 깊고, 선박은 완전 연료 부하 및 중간 탑재량을 구비한 상태에서 약 18 ton(40,000 파운드)의 해수를 배수한다.

표면 선체의 내부는 완전히 주 내부 밸러스트실과 그 하부의 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용하고, 이들은 다시 연료 셀과 공기 탱크를 수용한다. 표면 선체는 또한 수상 엔진실과 수상 엔진실을 고물 쪽으로 에워싸는 자유-침수 반-제어 가능 밸러스트 영역을 수용한다. 표면 선체의 외부는 상부에서 접착제나 가스켓 시일을 거쳐 상체 부품과 결합한다. 표면 선체의 일부는 승객실 바닥을 통해 관찰창을 제공하도록 아크릴로 구성된다.

수상 엔진실은 내식성 금속이나 복합재로 구성되는 상자이고 상부에 배치되어 유압식으로 가동되는 통풍 도어가 흡입구를 제공한다. 그 후방이 힌지 결합되고 유압식으로 가동되는 대형 가스켓이 수상 엔진실의 전체 상부를 밀봉한다. 수상 엔진실은 깊은 곳에서 압력 보상되며 약 1.7 ㎥(60 입방피트)의 체적을 갖는다.

두 개의 34,482 N/㎠(5,000 psi) SCBA 공기 압축기가 공기 시스템을 충전하기 위해 사용되며 수상 엔진실에 위치되어 유압식으로 구동된다. 주 내부 밸러스트실에 위치되는 여덟 개의 탱크는 하나가 비상용 공기 그리드에 역으로 연결되어 있고 각각 31,034 N/㎠(4,500 psi)에서 14 ㎥(500 입방피트)를 저장한다. 주 공기 시스템은 하향-조절기를 통해서 1,655 N/㎠(240 psi)에서 작동한다. 주변 코어 판독기는 표준형 파이프와 세 개의 트리거 부유 기구를 포함하고, 수상 엔진실은 주변 코어 매니폴드로서 기능한다.

산소 탱크는 상체 부품 내에 위치되어 승객실에 연결된다. ABS 표준에 따라서 두 명의 사람에 대한 48시간의 구명을 공급하기 위해 충분한 산소가 존재한다. 48-시간 활동을 위한 충분한 저장량을 갖는 카트리지형 이산화탄소 스크러버가 승객실에 장착된다.

측면 탱크는 공기 보상되며 각각 내부적으로 두 개의 주 외부 밸러스트실과 하나의 전방 트림 밸러스트실로 분리된다. 각각의 측면 탱크는 길이가 약 8.5 m(28 피트)이고 측면 탱크의 결합 체적은 약 10 ㎥(350 입방 피트)이다.

상체 부품은 사전-천공 장착점 상에서 볼트에 의해 중심 골조에 장착된다. 상체 부품은 각각 폭이 약 0.9 m(3 피트)이고 길이가 약 4 m(13 피트)인 승객실의 측면에 배치되고 종방향 연장된 두 개의 측면 갑판에 몰딩되는 유리 섬유 외부 구조를 포함한다. 연료 부하를 배가하기 위해 여분으로 네 개의 연료 셀이 상체 부품 상에 존재한다. 두 개의 매니퓰레이터 아암을 위한 장착부도 존재한다.

상체 부품의 내부는 중공형이고 네 개의 배터리 더미와 자유 침수 영역을 수용한다. 상체 부품의 상부와 하부는 일련의 일방 플래퍼 밸브를 구비함으로써 잠수 및 부상 중에 해수와 공기가 조립체를 출입할 수 있도록 한다. 하부는 그 후방이 수상 엔진실을 에워싸는 자유 침수 반-제어 가능 밸러스트 구역에 대해 개방된다.

선체 게이트는 밸러스트 시스템을 채우거나 비우기 위해 하부 표면 선체 내의 자유 침수 영역으로 개방된다. 펌프가 해수 도입 및 배출을 돕기 위해 사용된다. 네 개의 주 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고 밸러스트 라이너로 마감된 직사각형 상자이며 결합 체적이 약 4.8 ㎥(170 입방 피트)이다. 피 트랩이 각각의 주 외부 밸러스트실에 각각의 주 내부 밸러스트실을 연결하며, 배기관 밸브가 승객실 내에 위치된다.

트림 밸러스트 시스템은 갑판 상부에서 후방 장착되는 안정화 탱크와 측면 탱크 내에 위치되는 전방 트림 탱크를 포함한다. 트림 밸러스트실은 공기 보상되며 결합 체적이 약 0.5 ㎥(19 입방 피트)이다.

수상 동력은 2-대-1 기어 변속비를 통해 하나의 44마력 해양용 선내 디젤 엔진에 의해 제공되며, 최대 추력으로 약 4609.8 Nm(3,400 foot-pound)의 토크를 생성한다. 깊은 곳에서 압력 보상되는 외부 구동부는 수상 추진력을 제공한다. 네 개의 접이식 배플로 마감된 약 130 갤런의 가변 배수량 연료 셀은 각각 주 내부 밸러스트실 내측에 위치된다.

수상 엔진에 의해 구동되는 두 개의 교류 발전기는 전기 시스템으로 전원을 제공한다. 각각 잠수 포드에 수용되는 네 개의 배터리 더미는 96 VDC로 작동하는 1차 전기 시스템의 전기 저장소로 제공된다. 각각의 잠수 포드는 안전계수를 갖는 최대 깊이 등급을 갖는 재료와 구성의 관상형 압력 선체이다. 각각의 배터리 더미는 직렬 연결되는 여덟 개의 연산(lead-acid) 12V AGM형 건성 셀 배터리를 구비한다.

2차 전기 시스템은 12 VDC로 작동하며, 수상 엔진실에 장착되는 두 개의 연산 AGM형 건성 셀 배터리가 추가의 비상 상황 예비 배터리와 함께 전기 저장소로 제공된다. 110 VAC로 작동하는 보조 전기 시스템은 수상 엔진실에 장착되어 2차 전기 시스템에 부착되는 인버터에 의해 제공된다.

수상 엔진실에 위치된 일련의 펌프는 유압 그리드로 분배되는 유압을 생성한다. 펌프는 1차 전기 시스템 그리드에 연결되는 전기 모터에 의해 작동된다. 상체 부품의 후방에 장착되는 주 유압 스러스터는 후방 갑판의 양 측면 상에서 수면하 추진력을 제공한다. 전방 및 고물쪽 유압 스러스터 튜브는 요 제어를 제공한다.

수상 엔진은 외부 구동부로 균형 상태와 조향을 제공하는 보조 유압 시스템으로 동력을 제공하기 위해 동력 인출부를 거쳐 펌프를 벨트 구동한다. 제어 유압 시스템은 밸브와 잠타와 통풍구를 가동시키며, 축전기에 저장된 전원을 이용하여 2차 전기 시스템에 의해 작동되는 전기 모터에 부착된 펌프에 의해 구동된다.

선박에는 GPS, 레이더, 전방 및 후방-감지 수중 음파 탐지기, 자동 키잡이 및 챠트 제도가 설치된다. 외부 안테나는 압력 보상된다.

전체 선박은 길이가 약 9.7 m(32 피트)이고 흘수선에서 약 8.5 m(28 피트)이다. 측면 탱크가 설치된 전체 빔은 약 4.1 m(13.5 피트)이고 흘수는 약 1 m(40 인치)이다. 높이는 약 1.8 m(6 피트)이고, 용골에서 승객실의 상부까지는 0.25 m(10 인치)이다. 선박의 건조 중량은 약 13.6 ton(30,000 lb)이다.

1: 승객실 2: 주 내부 밸러스트실
3: 트림 밸러스트실 15: 측면 탱크
18: 선체 게이트 20: 수상 엔진실
37: 상체 부품 42: 표면 선체

Claims (413)

1. 표면 선체와,
   적어도 하나의 엔진을 수용하는 수상 엔진실과,
   연료를 보유하고 상기 엔진으로 전달하도록 구성된 연료 시스템과;
   적어도 하나의 밸러스트실을 포함하는 밸러스트 시스템과,
   승객실을 포함하며,
   상기 승객실은 잠수함이 해수면 상에서 항해할 때 상기 승객실 체적의 적어도 대부분이 흘수선 위에 있도록 장착되며,
   상기 잠수함은 상기 연료 시스템의 일부로서 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀을 포함하는 잠수함.
2. 제1항에 있어서, 상기 승객실은 압력 선체를 포함하는 잠수함.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중심 골조를 더 포함하며, 상기 표면 선체, 상기 수상 엔진실 및 상기 승객실은 각각 상기 중심 골조에 부착되는 잠수함.
4. 제1항에 있어서, 상기 밸러스트 시스템은 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실을 포함하고, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 승객실의 총 체적의 125% 내지 315%이고, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 잠수함의 수상 배수량 총 체적의 75% 내지 125%인 잠수함.
5. 제1항에 있어서, 상기 표면 선체는 활주 선체인 잠수함.
6. 제1항에 있어서, 상기 수상 엔진실은 주변압 보상되고, 상기 수상 엔진실은 주변 코어 판독기를 수용하는 잠수함.
7. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 밸러스트실 내에 배치되는 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀을 더 포함하는 잠수함.
8. 제1항에 있어서,
   (ⅰ) 상기 표면 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실; 또는
   (ⅱ) 상기 표면 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실로서, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 피 트랩 연결부를 거쳐 외부 밸러스트실에 연결되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 밸러스트 라이너로 마감되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고, 상기 적어도 하나의 외부 밸러스트실은 주변 압력으로 보상되는, 적어도 하나의 내부 밸러스트실 및 적어도 하나의 외부 밸러스트실
   을 포함하는 잠수함.
9. 활주 선체와,
   추진 수단과,
   연료를 보유하고 상기 추진 수단에 전달하도록 구성된 연료 시스템과,
   압력 선체 승객실을 포함하며,
   상기 연료 시스템은 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀을 포함하고,
   잠수함이 해수면 상에서 항해할 때, 상기 압력 선체 승객실의 적어도 대부분이 흘수선 상부에 있는 잠수함.
10. 제9항에 있어서, 상기 활주 선체는 전방의 이물 단부와 후방의 고물 단부를 구비하며, 상기 추진 수단은 잠수함이 최고 속도로 항해시 수면에 있을 때와 잠수했을 때 모두 이물 단부가 전방으로 향하는 방식으로 이동하도록 하는 잠수함.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 중심 골조를 더 포함하며, 상기 활주 선체와, 상기 추진 수단과, 상기 압력 선체 승객실은 각각 상기 중심 골조에 부착되는 잠수함.
12. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실을 구비한 밸러스트 시스템을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 승객실의 총 체적의 125% 내지 315%이고, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 잠수함의 수상 배수량 총 체적의 75% 내지 125%인 잠수함.
13. 제9항에 있어서, 상기 추진 수단은 적어도 하나의 엔진을 수용하는 수상 엔진실을 포함하고, 상기 수상 엔진실은 주변압 보상되며, 상기 수상 엔진실은 주변 코어 판독기를 수용하는 잠수함.
14. 제9항에 있어서, 적어도 하나의 밸러스트실을 포함하는 밸러스트 시스템을 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀은 적어도 하나의 밸러스트실 내에 배치되는 잠수함.
15. 제9항에 있어서, 밸러스트 시스템을 포함하며,
    (ⅰ) 상기 밸러스트 시스템은 상기 활주 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실을 포함하며; 또는
    (ⅱ) 상기 밸러스트 시스템은 상기 활주 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실을 포함하며, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 피 트랩 연결부를 거쳐 외부 밸러스트실에 연결되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 밸러스트 라이너로 마감되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고, 상기 적어도 하나의 외부 밸러스트실은 주변 압력으로 보상되는 잠수함.
16. 제9항에 있어서, 상기 잠수함은 용도 변경이 가능한 잠수함.
17. 승객실과,
    적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트를 포함하는 밸러스트 시스템을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역은 개방되고 잠수함이 수면에서 항해할 때 해수가 없고, 상기 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역은 잠수함이 잠수했을 때 해수로 채워지며, 잠수함이 부상하면서 상기 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역이 수면을 통과하도록 하는 지점까지 상승할 때, 중력 작용에 의해 해수가 상기 반-제어 가능 밸러스트 영역의 체적의 대부분으로부터 배수되며,
    상기 밸러스트 시스템은 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀을 수용하는 적어도 하나의 밸러스트실을 포함하는 잠수함.
18. 제17에 있어서, 상기 승객실은 압력 선체를 포함하며, 상기 잠수함은 표면 선체를 포함하는 잠수함.
19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 중심 골조를 더 포함하며, 상기 승객실은 상기 중심 골조에 부착되는 잠수함.
20. 제17항에 있어서, 상기 밸러스트 시스템은 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실을 포함하며, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 승객실의 총 체적의 125% 내지 315%이며, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 잠수함의 수상 배수량 총 체적의 75% 내지 125%인 잠수함.
21. 제17항에 있어서,
    상기 잠수함은 부상하면서 상기 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역이 수면을 통과하도록 하는 지점까지 상승하고, 그후 중력 작용에 의해 해수가 상기 반-제어 가능 밸러스트 영역 체적의 적어도 65%로부터 배수되는 잠수함.
22. 제17항에 있어서, 활주 선체를 더 포함하는 잠수함.
23. 제17항에 있어서, 적어도 하나의 엔진을 수용하는 수상 엔진실을 더 포함하며, 상기 수상 엔진실은 주변압 보상되며, 상기 수상 엔진실은 주변 코어 판독기를 수용하는 잠수함.
24. 제17항에 있어서, 상기 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역의 일부는 수상 엔진실을 에워싸는 잠수함.
25. 제17항에 있어서,
    (ⅰ) 표면 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실; 또는
    (ⅱ) 상기 표면 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실로서, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 피 트랩 연결부를 거쳐 외부 밸러스트실에 연결되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 밸러스트 라이너로 마감되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고, 상기 적어도 하나의 외부 밸러스트실은 주변 압력으로 보상되는, 적어도 하나의 내부 밸러스트실과 적어도 하나의 외부 밸러스트실
    을 포함하는 잠수함.
26. 제1항에 있어서,
    상기 수상 엔진실은 주변 코어 매니폴드인 잠수함.
27. 제26항에 있어서, 상기 주변 코어 매니폴드와 기능 연결되는 주변 코어 판독기를 더 포함하는 잠수함.
28. 제26항 또는 제27항에 있어서, 상기 승객실은 압력 선체를 포함하고, 상기 잠수함은 표면 선체를 포함하는 잠수함.
29. 제26항에 있어서, 중심 골조를 더 포함하며, 상기 승객실은 상기 중심 골조에 부착되는 잠수함.
30. 제26항에 있어서, 상기 밸러스트 시스템은 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실을 포함하며, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 승객실의 총 체적의 125% 내지 315%이고, 상기 적어도 하나의 완전-제어 가능 밸러스트실의 결합 체적은 상기 잠수함의 수상 배수량 총 체적의 75% 내지 125%인 잠수함.
31. 제26항에 있어서, 활주 선체를 더 포함하는 잠수함.
32. 제26항에 있어서,
    (ⅰ) 표면 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실; 또는
    (ⅱ) 활주 선체 내부에 수용되는 적어도 하나의 내부 밸러스트실과, 적어도 하나의 측면 탱크 내부에 수용되는 적어도 하나의 외부 밸러스트실로서, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 피 트랩 연결부를 거쳐 외부 밸러스트실에 연결되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 밸러스트 라이너로 마감되고, 상기 적어도 하나의 내부 밸러스트실은 바닥이 개방되고, 상기 적어도 하나의 외부 밸러스트실은 주변 압력으로 보상되는, 적어도 하나의 내부 밸러스트실과 적어도 하나의 외부 밸러스트실을 포함하는 잠수함.
33. 제26항에 있어서, 상체 부품을 더 포함하며, 상기 상체 부품은 적어도 하나의 반-제어 가능 밸러스트 영역과 적어도 하나의 안정화 탱크를 포함하는 잠수함.
34. 제26항에 있어서, 적어도 하나의 잠수 포드를 더 포함하는 잠수함.
35. 제26항에 있어서,
    (ⅰ) 각각이 기능적으로 상기 잠수함에 합체되는, 고압 공기 저장 그리드, 비상용 공기 그리드, 주변압 공기 보상 그리드 및 산소 그리드;를 더 포함하거나,
    (ⅱ) 각각이 기능적으로 상기 잠수함에 합체되는, 고압 공기 저장 그리드, 비상용 공기 그리드, 주변압 공기 보상 그리드 및 산소 그리드로서, 상기 주변압 공기 보상 그리드는 수상 엔진실로 기능하는 상기 주변 코어 매니폴드에 연결된, 주변압 공기 보상 그리드를 더 포함하는 잠수함.
36. 제26항에 있어서, 상기 잠수함은 총 건조 중량이 1.1 ton(2,500 파운드) 내지 27 ton(60,000 파운드) 사이인 잠수함.
37. 제26항에 있어서, 상기 적어도 하나의 가변 배수량 연료 셀의 결합 체적은 적어도 50 갤런인 잠수함.
38. 제26항에 있어서, 상기 잠수함은 수상 활동 동안 동력-대-무게비가 22.7 kg(50 파운드)당 적어도 1마력이고, 상기 잠수함은 적어도 시속 16 km(10 마일)의 속도로 수상 활동이 가능한 잠수함.
39. 제26항에 있어서, 상기 잠수함은 사람 승객을 탑승시킨 상태로 40시간 연속으로 안전하게 작동될 수 있는 잠수함.
40. 잠수함의 구성부품을 주변압 보상하는 주변압 보상 방법에 있어서,
    주변 코어 매니폴드를 제공하는 단계와,
    주변 코어 판독기를 제공하는 단계와,
    주변압보다 고압으로 저장된 공기를 포함하되 상기 주변 코어 판독기에 의한 가동에 응답해서 상기 주변 코어 매니폴드로 공기를 제공하도록 상기 주변 코어 매니폴드에 연결되는 고압 공기 공급원을 제공하는 단계와,
    상기 주변 코어 매니폴드로부터 상기 잠수함의 적어도 하나의 다른 구성부품으로 공기를 분배하는 수단을 제공하는 단계를 포함하는 주변압 보상 방법.
41. 제40항에 있어서, 공기는 상기 주변 코어 매니폴드로부터 잠수함용으로 설계되지 않은 적어도 하나의 구성부품으로 분배됨으로써 잠수함용으로 설계되지 않은 상기 적어도 하나의 구성부품을 주변압 보상하는 주변압 보상 방법.
42. 제40항 또는 제41항에 있어서,
    상기 고압 공기 공급원에서 상기 주변 코어 매니폴드로 제공되는 공기의 압력을 낮추는 하향 조절기를 제공하는 단계를 더 포함하는 주변압 보상 방법.
43. 제40항에 있어서, 상기 주변 코어 매니폴드는 수상 엔진실인 주변압 보상 방법.
44. 제40항에 있어서, 상기 주변 코어 매니폴드로부터 상기 잠수함의 적어도 하나의 다른 구성부품으로 공기를 분배하는 상기 수단은 적어도 하나의 공기 그리드이며, 상기 공기 그리드는 상기 주변 코어 매니폴드 상부에 위치된 적어도 하나의 구성부품으로 분배되는 공기의 압력을 낮추는 적어도 하나의 하향 조절기를 포함하는 주변압 보상 방법.
45. 잠수된 잠수함에서 밸러스트수를 비우는 밸러스트수 비움 방법에 있어서,
    상기 잠수함이 반-제어 가능 밸러스트 영역이 수면을 통과하도록 하기에 충분히 부상할 때까지 제1 완전-제어 가능 밸러스트실 내로 공기를 제공하는 단계와,
    상기 반-제어 가능 밸러스트 영역이 반-제어 가능 밸러스트 영역의 체적의 1/2보다 적게 해수를 수용할 때까지 중력 작용에 의해 해수가 상기 반-제어 가능 밸러스트 영역으로부터 배수될 수 있도록 하는 밸러스트수 비움 방법.
46. 제45항에 있어서,
    (ⅰ) 제2 완전-제어 가능 밸러스트실에 상기 제1 완전-제어 가능 밸러스트실을 연결하는 피 트랩 연결부의 적어도 하나의 밸브를 개방하는 단계; 또는
    (ⅱ) 제2 완전-제어 가능 밸러스트실에 상기 제1 완전-제어 가능 밸러스트실을 연결하는 피 트랩 연결부의 적어도 하나의 밸브를 개방하는 단계로서, 상기 제2 완전-제어 가능 밸러스트실 내부의 해수가 상기 피 트랩 연결부를 통해서 상기 제1 완전-제어 가능 밸러스트실 안으로 비워지도록 공기가 상기 제2 완전-제어 가능 밸러스트실 안으로 주입되고, 그후 공기는 상기 피 트랩 연결부를 통해서 상기 제1 완전-제어 가능 밸러스트실로 들어오는, 피 트랩 연결부의 적어도 하나의 밸브를 개방하는 단계를 포함하는 밸러스트수 비움 방법.
47. 제46항에 있어서, 상기 제1 완전-제어 가능 밸러스트실은 표면 선체 내에 수용되고, 상기 제2 완전-제어 가능 밸러스트실은 측면 탱크 내에 수용되는 밸러스트수 비움 방법.
    
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