KR101789775B1 - 잠수함 내 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 탐색, 기뢰의 퇴치 및 정찰 등을 목적으로 하는 원격조종 무인잠수정(ROV)의 운용 장치에 대한 것으로서 잠수함의 압력선체(Pressure Hull) 외부에 위치한 발라스트 탱크(Ballast Tank) 내부에 원격조종 무인잠수정(ROV)을 설치하며, 물 속에서 잠수함으로부터 원격조종 무인잠수정(ROV)을 분리 후 운용하는 장치에 관한 것이다.

Description

잠수함 내 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치{Apparatus for operating ROV in submarines}

본 발명은 잠수함 내에서 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠수함의 압력선체(Pressure Hull) 외부에 위치한 발라스트 탱크(Ballast Tank) 내부에 원격조종 무인잠수정(Remotely Operated Vehicle)을 설치하여 수중에서 잠수함으로부터 원격조종 무인잠수정(ROV)을 분리 후 운용할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.

통상적으로 수중 탐색이나, 잠수부가 접근할 수 없는 심해에서 운용하는 설비의 설치나 수리 및 구조 임무 지원 등을 위해 원격조종 무인잠수정(ROV)이 운용된다. 원격조종 무인잠수정(ROV)은 해상의 설비나 선박에 위치한 구조물(A-frame)과 와이어 드럼(wire drum)을 이용하여 해상으로 내려서 바다에 방출하고 사용 후에 인양하는 설비를 배치하도록 설계하게 된다.

최근에는 수심 3000m 심해의 해저면에 설치하는 시추(Drilling) 장비의 설치와 보수 및 영상 수집 등을 위해 상용화된 원격조종 무인잠수정(ROV)이 운용되고 있다. 이러한 원격조종 무인잠수정(ROV)에는 심해의 강한 수압에도 견딜 수 있도록 특수 제작된 카메라와 조명 및 다수의 로봇팔이 장착되어 있고, 용도에 따라 수중에서 로봇팔을 교체하면서 작업을 하거나 해저의 물체를 회수하고 있다.

특수한 목적에 따라 개발된 원격조종 무인잠수정(ROV)은 자체 추진력을 가지고, 컴팩트하게 제작하여 케이블을 통해 물 위의 선박과 연결되며, 조종사는 선박에 설치된 제어 감시장치에서 원격으로 원격조종 무인잠수정(ROV)을 제어하게 된다.

그러나 일반적으로 해상의 설비나 선박에 위치한 구조물(A-frame)과 와이어 드럼(wire drum)을 이용하여 원격조종 무인잠수정(ROV)을 해상으로 내려서 운용하는 설비를 잠수함에 배치하여 운용하는 방식에는 한계가 있다. 이는 구조적으로 유선 선형으로 설계된 잠수함의 외부에 원격조종 무인잠수정(ROV)을 배치할 경우 배치 공간에 제약이 있고, 운항 도중에 돌출 구조에 의한 저항으로 항속이 감속하며, 물 속에서 와이어 드럼을 고정 배치하여 운용할 경우 발생하는 소음 발생과 부식의 영향을 배제할 수 없는 문제점이 있기 때문이다.

또한, 적에게 노출되지 않고 은밀하게 수중을 탐색하고, 기뢰의 퇴치 및 정찰 임무를 수행해야 하는 잠수함에서 와이어 드럼을 운용할 경우 운전 소음으로 인하여 적에게 피탐될 가능성이 높고, 적의 공격에 노출되더라도 와이어의 유연성에 의한 분리와 고정이 쉽지 않다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 잠수함의 압력선체(Pressure Hull)와 그 외부에 위치한 발라스트 탱크 사이의 공간 내에 원격조종 무인잠수정(ROV)을 배치하여 유체 공학적으로 잠수함 외부 선형에 미치는 영향을 최소화하여 운항 성능 저하를 없애고, 부식의 영향을 많이 받고 소음 발생의 원인이 되는 와이어 드럼(wire drum)을 설치하는 대신에, 물 속에서 잠수함으로부터 원격조종 무인잠수정(ROV)을 실린더를 사용하여 분리 후 운용하는 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 잠수함의 발라스트 탱크 내부에서 분리되는 원격조종 무인잠수정(ROV)을 저장위치에서 운용위치로 이동하기 위한 실린더와 구조물을 설치하고, 발라스트 탱크 하부의 플랩을 개폐하는 실린더와 상기 구조물에서 원격조종 무인잠수정을 하부로 이동시키는 실린더와 거치대를 설치하여 물 속에서 원격조종 무인잠수정(ROV)을 분리 및 회수가 가능하게 하고, 잠수함 내부에 유압계통을 설치하여 실린더를 작동할 수 있도록 설계하여 원격조종 무인잠수정(ROV)의 운용 장치에서 발생하는 소음으로 인한 피탐 가능성을 최소화하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서 본 발명에 의하면, 잠수함의 압력선체(Pressure Hull) 외부에 위치한 발라스트 탱크 내부에서 분리되는 원격조종 무인잠수정을 저장위치에서 운용위치로 이동하는 제1작동 실린더; 상기 제1작동 실린더에 의해 움직이는 구조물을 설치하고, 상기 원격조종 무인잠수정이 발라스트 탱크 외부로 이동할 수 있도록 발라스트 탱크 하부에 설치된 플랩; 상기 구조물에서 원격조종 무인잠수정을 하부로 이동시키는 제2작동 실린더; 상기 플랩을 개폐하는 제3작동 실린더; 원격조종 무인잠수정의 하강이나 상승을 돕기 위해 플랩에 구성한 가이드 지지판; 원격조종 무인잠수정을 고정하고 분리하는 거치대; 및 잠수함 내부에 유압제어계통을 구성하여 상기 다수의 실린더를 작동할 수 있도록 설계된 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치를 제시한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 잠수함의 압력선체(Pressure Hull)와 그 외부에 위치한 발라스트 탱크 사이에 형성되는 내부 공간을 활용하여 운항 성능 저하 없이도 잠수함에 원격조종 무인잠수정(ROV)을 배치할 수 있고, 특히 잠수함의 외부 선형에 미치는 영향을 현격히 줄일 수 있다. 이는 운항 저항이나 이로 인한 항속과 소음 성능이 무엇보다 중요한 잠수함에 적용할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 잠수함의 발라스트 탱크 내부 공간에 원격조종 무인잠수정(ROV)을 운용하는 실린더와 구조물을 설치하고 물 속에서 원격조종 무인잠수정(ROV)을 분리 및 회수가 가능하게 거치대를 설계하여 잠수함의 운항 성능 저하 가능성을 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 원격조종 무인잠수정(ROV)의 운용 장치에서 발생하는 소음에 의한 피탐 가능성을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 발라스트 탱크 내부에 원격조종 무인잠수정(ROV)의 배치 방식을 도시한 단면구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 원격조종 무인잠수정(ROV)의 고정상태를 나타낸 상세 단면구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 원격조종 무인잠수정(ROV)의 출입을 위해 발라스트 탱크에 설치된 플랩의 구성 방식을 도시한 상세 단면구성도이다.
도 4는 본 발명에 따른 원격조종 무인잠수정(ROV)의 운용 개념을 나타낸 단면구성도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1을 살펴보면, 본 발명은 잠수함의 발라스트 탱크(1)와 그 내부에 위치한 압력선체(12) 사이에 형성되는 공간(S)으로 원격조종 무인잠수정(2)을 탑재하여 저장 위치로 탑재하고, 필요시 상기 발라스트 탱크(1)에 대해 개폐 가능하게 설치된 플랩(5)을 개방한 다음 개방된 플랩(5)에 의해 형성되는 개구부를 통해 무인잠수정(2)을 수중의 운용 위치로 방출시켜 운용하도록 구성된다.

이를 위해, 본 발명은 상기 내부 공간(S)에 고정된 지지구조물 형태의 베이스(1a)를 설치하고, 상기 베이스(1a)에 대해 일단부가 힌지 결합되어 선회 가능하게 지지되는 구조물(4)을 설치하며, 상기 구조물(4)에 대해 무인잠수정(2)을 고정 가능하게 함으로써, 상기 공간(S) 내에서 무인잠수정(2)은 저장 위치로 탑재되어 보관되거나 발라스트 탱크(1)의 외부에 위치한 운용 위치로 옮겨져 이동할 수 있게 된다.

여기서, 상기 구조물(4)은 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 "ㄷ"자 형상으로 절곡되어 일단측 양단부가 각각 상기 베이스(1a)에 대해 제1힌지지점(H-1)을 매개로 선회 가능하게 설치된다. 그리고 상기 공간(S) 내에서 베이스(1a)에 대한 구조물(4)의 선회 운동은 제1작동 실린더(3)에 의해 구현된다. 이를 위해 상기 제1작동 실린더(3)는 공간(S) 내에서 일단부가 제2힌지지점(H-2)을 매개로 지지되고 피스톤 로드의 자유단부를 상기 구조물(4)에 대해 제3힌지지점(H-3)을 매개로 결합시켜 지지한다. 이 경우, 상기 구조물(4)은 베이스(1a)에 대한 제1힌지지점(H-1)을 중심으로 무인잠수정(2)을 저장 위치에서 들어 올린 다음 함외의 수중으로 배출할 수 있는 위치로 옮기기에 적합한 부위로 설치되고, 상기 제1작동 실린더(3)에 의한 이동 스트로크도 그에 부합하도록 설정된다.

그리고 상기 구조물(4)은 무인잠수정(2)을 파지 가능하게 하여 특정의 위치로 옮길 수 있게 해 주는 제2작동 실린더(7)를 구비하는 바, 상기 제2작동 실린더(7)는 선단부에 무인잠수정(2)의 일측 부위를 집거나 놓을 수 있는 집게 형태의 회전 암을 형성하는 거치대(8)를 일체로 구비한다. 이 경우, 상기 제2작동 실린더(7)의 일단부는 구조물(4)에 대해 제4힌지지점(H-4)을 매개로 선회 가능하게 지지되도록 설치되고, 상기 제2작동 실린더(7)는 거치대(8)의 각도를 조절하여 거치대(8)로부터 무인잠수정(2)을 고정하거나 반대로 거치대(8)로부터 무인잠수정(2)을 분리할 수 있는 구조로 이루어진다.

이에 따라, 상기 무인잠수정(2)은 공간(S) 내의 저장 위치에서 저면이 베이스(1a)에 안착되어 하중을 지지받게 되고, 그 위치에서 상기 제2작동 실린더(7)에 의한 동작 중단을 통해 고정될 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 상기 제1작동 실린더(3)의 작동에 의해 구조물(4)을 선회시켜 상기 무인잠수정(2)을 공간(S) 내에서 저장 위치 또는 운용 위치로 이동할 수 있고, 이때 상기 제2작동 실린더(7)는 구조물(4)의 위치에 따라 무인잠수정(2)을 구조물(4)에 대해 연직 하방향으로 매달은 상태에서 함께 이동시킬 수 있게 된다. 이 과정에서 상기 거치대(8)는 제2작동 실린더(7)의 작동에 따라 제5힌지지점(H-5)을 중심으로 좌우로 오므리거나 반대로 벌어지는 동작을 통해 상기 무인잠수정(2)을 파지하여 집거나 또는 놓아 주게 된다. 예컨대 상기 발라스트 탱크(1)의 내부 공간(S)에서 상기 거치대(8)는 무인잠수정(2)을 집은 상태에서 구조물(4)과 함께 저장 위치와 운용 위치 사이에 걸쳐 이동하게 되고, 상기 플랩(5)의 개방시 무인잠수정(2)에 대한 파지를 해제하여 함외로 무인잠수정(2)을 배출할 수 있게 된다.

또한, 상기 플랩(5)에 대한 개폐는 상기 발라스트 탱크(1)의 내면에 일단부가 힌지결합으로 지지되는 제3작동 실린더(6)에 의해 구현되는 바, 상기 제3작동 실린더(6)는 일단부가 상기 발라스트 탱크(1)의 내면에 대해 제6힌지지점(H-6)을 매개로 선회 가능하게 고정되고, 상기 제3작동 실린더(6)의 피스톤 로드는 자유단부를 상기 플랩(5)과 연결링크(5a)를 매개로 연결하여 설치한다. 이에 따라, 본 발명은 제3작동 실린더(6)의 작동에 의해 개방된 플랩(5)을 통해 무인잠수정(2)을 발라스트 탱크(1) 외부의 운용 위치로 이동시킬 수 있게 된다.

도 3을 참조로 하면, 상기 플랩(5)은 무인잠수정(2)이 이동하는 경로 중에서 상기 발라스트 탱크(1)에 대해 개폐 가능하게 설치되는 것으로, 이때 상기 플랩(5)의 단면적과 형상은 플랩(5)에 의해 개구되는 부위를 통과하는 무인잠수정(2)의 단면적과 형상에 부합하여 결정되고, 상기 플랩(5)은 연결링크(5a)와의 사이에 설정되는 제7힌지지점(H-7)을 중심으로 선회되면서 개폐된다.

또한, 상기 플랩(5)은 공간(S)을 향한 내면에 길이방향을 따라 돌출된 형태의 가이드 지지판(9)을 형성하고, 상기 가이드 지지판(9)은 선단부에 고무류의 완충재(10)를 설치한다. 즉, 상기 가이드 지지판(9)은 플랩(5)의 개방시 무인잠수정(2)의 하강이나 상승을 돕기 위해 형성된 것이고, 상기 완충재(10)는 무인잠수정(2)이 수직 방향으로 이동 중에 가이드 지지판(9)과의 접촉시 수반되는 충격을 완충시키기 위해 형성된 것이다.

이에 따라, 상기 발라스트 탱크(1)에 대해 플랩(5)이 개방된 상태에서 상기 무인잠수정(2)이 함외의 운용 위치로 옮겨질 때, 상기 가이드 지지판(9)과 그 선단부에 설치된 완충재(10)는 각각 무인잠수정(2)의 이동을 안내할 뿐만 아니라, 안내시 발생되는 접촉에 의한 충격을 완화시킴과 더불어 접촉부위에서 이루어지는 마찰 손상을 줄이게 된다.

도 4를 살펴보면, 상기 무인잠수정(2)은 압력선체(12) 내부에 설치된 조종감시장치(11)와 통신 케이블(14)을 매개로 연결되어 상기 조종감시장치(11)로부터 제어 받게 되는 데, 이때 상기 공간(S) 내에는 통신 케이블(14)의 권취를 위한 케이블 드럼(13)이 설치된다. 아울러, 상기 압력선체(12)는 조종감시장치(11)로부터 케이블 드럼(13)을 거쳐 무인잠수정(2)에 이르도록 배설되는 통신 케이블(14)의 함외 배설을 위해 수밀형 관통구(15)를 구비한다. 그리고 잠수함이 적으로부터 회피 기동해야 하는 상황과 같은 비상 상황에서 상기 제어 케이블(14)을 절단하여 원격조종 무인잠수정(2)을 제거하는 방식은 공지된 기술이다.

한편, 상기 공간(S) 내에서 무인잠수정(2)을 저장 위치로부터 운용 위치로 옮기는 과정에 있어, 먼저 상기 제3작동 실린더(6)를 작동시켜 플랩(5)을 개방하고, 그 다음 상기 제1작동 실린더(3)와 제2작동 실린더(7)를 순차적으로 작동시켜 무인잠수정(2)을 함외로 배출시키도록 하는 데, 이와 같은 작동 실린더에 대한 순차적인 동작은 조종감시장치(11)에 의한 통상적 제어에 기반을 둔 것이고, 이를 구현하기 위한 유압계통의 구성도 역시 상용화된 공지의 기술이므로 이에 관한 세부적인 구성과 작동 과정에 대한 설명은 생략하기로 한다.

그리고 도 1에 있어, 참조부호 2',3',4',5',6',7'는 제1작동 실린더(3)의 동작에 따른 구조물(4)의 선회로부터 무인잠수정(2)이 저장 위치로 수납된 상태에서의 무인잠수정(2)과 제1작동 실린더(3), 구조물(4), 플랩(5), 제3작동 실린더(6), 제2작동 실린더(7)에 대한 각각의 변화된 위치를 설명하는 것이다.

따라서 상기와 같은 구성의 본 발명에 있어 무인잠수정(2)에 대한 운용은 다음과 같은 과정을 통해 이루어진다.

잠수함에서는 상기 발라스트 탱크(1)와 압력선체(12) 사이의 공간(S) 내에서 상기 베이스(1a)의 상부로 무인잠수정(2)을 보관한 상태에서 정상적인 잠항이 이루어진다. 이러한 저장 위치에서 상기 무인잠수정(2)을 함외로 배출시켜 필요한 임무를 수행할 때에는 다음과 같은 동작이 수반된다.

먼저, 상기 압력선체(12)의 내부에서 이루어지는 조종감시장치(11)의 조작을 통해 제3작동 실린더(6)에 대한 동작 제어가 이루어진다. 즉, 상기 제3작동 실린더(6)는 조종감시장치(11)의 제어에 의해 동작하여 플랩(5)을 개방시키게 된다.

이어, 상기 조종감시장치(11)의 제어에 의한 제1작동 실린더(3)의 동작을 통해 상기 구조물(4)은 제1힌지지점(H-1)을 중심으로 개방 상태의 플랩(5)을 향해 이동하게 된다.

이어, 상기 조종감시장치(11)의 제어에 의한 제2작동 실린더(7)의 동작을 통해 상기 거치대(8)는 제5힌지지점(H-5)을 중심으로 외측으로 벌어지면서 무인잠수정(2)을 놓아주게 된다. 이때 상기 거치대(8)에 의한 구속으로부터 자유로운 상태에 놓인 무인잠수정(2)은 개방된 플랩(5)을 통해 함외로 배출될 수 있게 된다.

이후, 상기 무인잠수정(2)은 통신 케이블(14)을 매개로 상기 조종감시장치(11)로부터 출력되는 제어신호를 받아 수중에서 자유롭게 이동하게 되고, 이 과정에서 상기 케이블 드럼(13)은 조종감시장치(11)와 무인잠수정(2) 사이를 연결하는 통신 케이블(14)에 대한 길이를 적절하게 조절하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예로서 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 기술적 범위 내에 포함된다 할 수 있다.

1: 발라스트 탱크
2: 원격조종 무인잠수정(ROV) 2': 원격조종 무인잠수정(저장 위치)
3: 제1작동 실린더 3': 제1작동 실린더(저장 위치)
4: 구조물 4': 구조물(저장 위치)
5: 플랩(flap) 5': 플랩(닫힘 위치)
6: 제3작동 실린더 6': 제3작동 실린더(닫힘 위치)
7: 제2작동 실린더 7': 제2작동 실린더(저장 위치)
8: 거치대 9: 가이드 지지판
10: 완충재 11: 조종 감시 장치
12: 압력선체 13: 케이블 드럼
14: 통신 케이블 15: 압력선체 관통구

Claims (5)

1. 잠수함의 압력선체(12)와 발라스트 탱크(1) 사이의 공간(S)으로 무인잠수정(2)을 탑재하여 운용하기 위한 장치로서,
   상기 공간(S) 내에 설치되는 베이스(1a);
   상기 베이스(1a)에 대해 선회 가능하게 설치되는 구조물(4);
   상기 베이스(1a)에 설치되어 상기 구조물(4)을 선회 가능하게 지지하는 제1작동 실린더(3);
   상기 구조물(4)에 힌지 결합되고 상기 무인잠수정(2)을 파지 가능하게 하는 거치대(8)를 갖춘 제2작동 실린더(7);
   상기 발라스트 탱크(1)에 대해 개폐 가능하게 설치되어 상기 무인잠수정(2)의 유/출입을 허용하는 플랩(5); 및
   상기 공간(S) 내에서 상기 플랩(5)의 개폐를 위해 설치되는 제3작동 실린더(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 무인잠수정(2)은 상기 압력선체(12) 내부에 설치된 조종감시장치(11)와 통신 케이블(14)을 매개로 연결되어 제어되는 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 공간(S) 내에서 상기 통신 케이블(14)의 권취를 위해 설치되는 케이블 드럼(13)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 압력선체(12)는 상기 통신 케이블(14)의 함외 배설을 위해 수밀형 관통구(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 플랩(5)은 내면에 상기 무인잠수정(2)의 상승과 하강을 돕기 위해 돌출된 가이드 지지판(9)을 형성하고, 상기 가이드 지지판(9)은 선단부에 상기 무인잠수정(2)과의 접촉시 완충을 위한 완충재(10)를 설치하는 것을 특징으로 하는 무인잠수정을 탑재하여 운용하기 위한 장치.

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