KR101989316B1 - 수중 항주체 성능시험 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 항주체의 성능시험 장치 관한 것으로, 수중 항주체를 대상으로 히브 모션 시험 및 피치 모션 시험과 함께 롤링 모션 시험까지 수행할 수 있는 수중 항주체 성능시험 장치에 관한 것이다.
상기 기능을 갖는 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치는 히브 구동모터(110)가 설치된 메인 프레임(100); 상기 메인 프레임(100)의 하부에 구비되며 피치 구동모터(210)가 설치된 이동 프레임(200); 상기 피치 구동모터(210)가 구동될 때, 서로 반대방향으로 수직이동하는 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b); 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)의 하단부와 각각 연결되며 성능시험을 위한 수중 항주체(500)와 연결되는 전, 후방 연결부(600, 700); 및 상기 전방 연결부(600)에 상기 수중 항주체(500)에 롤링 모션을 발생시킬 수 있도록 결합된 롤링 구동모터(670)를 포함하고 있다.

Description

수중 항주체 성능시험 장치{Apparatus for Performance Test of Underwater Vehicle}

본 발명은 수중 항주체의 성능시험 장치에 관한 것으로, 특히 모형 수중 항주체를 대상으로 강제로 히브 모션(heave motion) 시험 및 피치 모션(pitch motion) 시험과 함께 롤링 모션(rolling motion) 시험까지 수행할 수 있는 수중 항주체 성능시험 장치에 관한 것이다.

저항이 큰 바다에서 운항하고, 그 크기가 크고 속도도 빠른 수상 항주체(선박 등) 또는 수중 항주체(잠수함, 어뢰 또는 그 밖의 수중 운동체 등) 분야에서는 기본 설계 단계에서부터 모형 항주체(이하, 본 발명에 나타난 항주체는 모형 항주체를 의미한다.)를 이용하여 시뮬레이션 시험을 수행하여 기본 성능을 만족하는지 여부를 살펴보고 보다 효과적인 개선이 가능한지 여부를 살펴보는 것이 일반적이다.

이러한, 시뮬레이션 시험을 통해 항주체의 조종성능 및 저항성능 등을 도출해 낼 수 있는데, 이와 같은 시험은 통상적인 예인수조에서 시험을 수행해 왔다.

위와 같은 시뮬레이션 시험을 수행하기 위해 성능시험 장치가 개발되어 왔는데, 그 중의 하나로 도 1에 도시된 바와 같은 등록특허 제10-1108518호(이하, ‘종래기술’이라 한다.)의 연직 강제동요장치의 시험장비가 있다.

종래기술의 연직 강제동요장치의 시험장비는 모형선을 강제로 히브 또는 피치 운동시킴과 동시에 외력을 계측하여 운동체의 조종 운동 방정식에 활용되는 유체력 미계수를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.

종래기술에 나타난 연직 강제동요장치의 시험장비는 다축 제어시스템을 이용하여 다자유도 강제동요시험을 효과적으로 수행할 수 있었다.

하지만, 종래기술에서는 도 1에 도시된 바와 같이 히브 모션 시험과 피치 모션 시험 모두 내부축(20)이 회전하도록 구성되어 있어, 그 구성이 복잡하다. 또한, 내부축(20)을 구성하는 제1, 2축(21, 22)이 동일한 각도로 회전하느냐 또는 서로 다른 각도 회전하느냐에 따라 히브 모션과 피치 모션이 결정되므로, 다양한 조건의 히브 모션과 피치 모션을 구현하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있었다.

또한, 수중 및/또는 수상 항주체에서는 롤링 모션 시험도 필요한데, 종래기술에서는 롤링 모션 시험은 수행할 수 없는 문제점도 있었다.

등록특허공보 제10-1108518호(2012.01.30. 공고)

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 수중 항주체 성능시험 장치에 구비된 한 쌍의 피치모션축을 동일한 간격을 갖고, 히브 모션과 독립적으로 구동되도록 구성함으로써, 그 구조가 단순화되고, 수중 항주체의 히브 모션과 피치 모션을 원활하게 구현할 수 있는 수중 항주체 성능시험 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명에서는 수중 항주체에 대한 히브 모션 시험과 피치 모션 시험과 함께 롤링 모션 시험까지 수행할 수 있는 수중 항주체 성능시험 장치를 제공하는 것이다.

마지막으로, 본 발명에서는 상기 히브 모션, 피치 모션 및 롤링 모션을 필요에 따라 함께 구현할 수 있도록 구성하여, 보다 다양한 조건에서 수중 항주체의 성능시험을 수행할 수 있는 수중 항주체 성능시험 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치는 메인 프레임(100)과, 상기 메인 프레임(100)의 상부에 설치된 히브 구동모터(110)와, 상기 메인 프레임(100)의 하부에 구비되며 상기 히브 구동모터(110)의 구동에 의해 수직이동 가능하도록 구성된 이동 프레임(200)과, 상기 이동 프레임(200)의 상부에 설치된 피치 구동모터(210)와, 상기 이동 프레임(200)의 하부에서 수직이동 가능하도록 구성된 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 및 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)의 하단부와 각각 연결되며 성능시험을 위한 항주체(500)와 연결되는 전방 연결부(600)와 후방 연결부(700)를 포함하고 있되, 상기 피치 구동모터(210)가 구동될 때, 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)은 서로 반대방향으로 이동하도록 구성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 피치 구동모터(210)와 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 사이에는 제2 기어열(220)이 구비되어 있고, 상기 제2 기어열(220)은 제2 구동기어(221)와 상기 제2 구동기어(221)와 기어결합된 한 쌍의 제2 종동기어(222)를 포함하고 있고, 상기 제2 구동기어(221)는 제2 구동모터(210)의 모터축과 고정결합되어 있고, 상기 한 쌍의 제2 종동기어(222)는 각각 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)과 나사결합되어 있으며, 상기 제2 구동기어(221)가 회전할 때 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)이 서로 반대방향으로 이동할 수 있도록 상기 한 쌍의 제2 종동기어(222)는 서로 다른 방향으로 회전하도록 구성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 한 쌍의 제2 종동기어(222) 중에서 하나의 제2 종동기어(222)는 상기 제2 구동기어(221)와 직접 기어결합되어 있고, 다른 하나의 제2 종동기어(222)는 아이들 기어(223)를 매개로 상기 제2 구동기어(221)와 기어결합되어 있을 수 있다.

또 다른 실시예로, 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치는 상기 전방 연결부(600)에 상기 항주체(500)에 롤링 모션을 발생시킬 수 있도록 결합된 롤링 구동모터(670)가 추가로 형성되어 있을 수 있다.

또 다른 실시예로, 본 발명의 항주체 성능시험 장치는 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 중에서 전방에 설치된 피치모션축(230a)의 하단부에 전방 피치모션축 연장부(300)가 결합되어 있고, 상기 전방 연결부(600)는 상기 전방 피치모션축 연장부(300)의 하단부에 결합되는 전방 커넥터(610)를 포함하고 있을 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 중에서 후방에 설치된 피치모션축(230b)의 하단부에 후방 피치모션축 연장부(400)가 결합되어 있고, 상기 후방 연결부(700)는 상기 후방 피치모션축 연장부(400)의 하단부에 결합되는 후방 커넥터(710)가 추가로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

마지막으로, 상기 항주체 회전축(680)은 상기 항주체(500)와 고정결합되도록 하여, 항주체 회전축(680)이 회전하면, 상기 항주체(500)도 상기 항주체 회전축(680)을 중심으로 동일하게 회전하도록 구성되어 있을 수 있다.

본 발명에 나타난 수중 항주체 성능시험 장치는 한 쌍의 피치모션축은 동일한 간격을 갖고 히브 모션과 독립적으로 구동될 수 있고, 후방 연결부에 후방 베어링과 함께 후방 커넥터 슬라이딩부를 함께 형성함으로써 단순한 구조를 가질 뿐 아니라 수중 항주체의 피치 모션을 보다 원활하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 수중 항주체의 성능시험 장치는 수중 항주체에 대하여 히브 모션 시험과 피치 모션 시험과 함께 롤링 모션 시험까지 구현할 수 있어, 수중 항주체 성능시험에서 요구되는 보다 다양한 조건에서 수중 항주체의 성능시험을 수행할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치는 히브 모션, 피치 모션 및 롤링 모션을 독립적으로 구동할 수 있도록 구성되어 있어, 필요에 따라 다양한 모션을 함께 구현할 수 있도록 구성되어, 보다 다양한 조건에서 수중 항주체의 성능시험을 수행할 수 있는 장점이 있다.

마지막으로, 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치에는 운동체에 해당하는 수중 항주체와 연결되는 전방 연결부에 운동체의 롤링 모션을 위한 구성이 형성되어 있으며, 이러한 구성은 수중 항주체 뿐 아니라 선박과 같은 수상 항주체에도 적용할 수 있으므로, 본 발명의 성능시험 장치는 수중 항주체 뿐 아니라 수상 항주체에 대해서 롤링 모션을 발생시키면서 성능시험을 수행할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1. 종래기술 1에 따른 모형선 성능시험장치의 개략도.
도 2. 본 발명에 따른 수중 항주체 성능시험장치의 사시도.
도 3. 본 발명에 따른 수중 항주체 성능시험장치의 정면도.
도 4. 본 발명의 제1 기어열의 단면도.
도 5. 본 발명의 제2 기어열의 단면도.
도 6. 본 발명의 전방 연결부 및 후방 연결부 분해도.
도 7. 본 발명의 성능시험 장치에 설치되는 수중 항주체의 단면 사시도.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다.

도 2은 본 발명에 나타난 수중 항주체의 성능시험 장치에 수중 항주체가 결합되어 있는 일실시예의 사시도이고, 도 3은 상기 수중 항주체의 성능시험 장치의 정면도이다.

본 발명의 수중 항주체의 성능시험 장치는 도 2, 3에 도시된 바와 같이, 구조물에 고정되는 메인 프레임(100), 상기 메인 상부핀(200)에 이동 가능하게 결합된 이동 프레임(200) 및 상기 이동 프레임(200)에서 상하 이동 가능하게 결합되어 있되, 서로 반대방향으로 이동하게 되어 있는 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 및 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)과 각각 연결되어 있는 전방 연결부(600)와 후방 연결부(700)를 포함하고 있다.

상기 수중 항주체의 성능시험 장치에 성능시험을 위한 수중 항주체(500)를 설치할 때에는 상기 수중 항주체(500)를 상기 전방 연결부(600)와 후방 연결부(700)와 연결하여 설치하고 히브 모션, 피치 모션 및 롤링 모션 시험 등과 같은 다양한 시험을 수행할 수 있다.

아래에서 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치의 각 구성을 구체적으로 살펴본다.

먼저, 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치의 상부에는 메인 프레임(100)이 형성되어 있다.

상기 메인 프레임(100)은 상기 성능시험 장치가 설치되는 구조물에 고정되도록 결합되어 있다. 설치되는 구조물이 모형선의 저항시험을 수행하는 예인수조(towing tank)에서의 예인전차와 같이 이동가능한 구조물이라면, 상기 메인 프레임(100)은 이동하는 구조물과 동일하게 이동하게 될 것이다.

상기 메인 프레임(100)의 상부에는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 히브(heave) 구동모터(110)가 설치되어 있다. 상기 히브 구동모터(110)는 제어가능한 서보모터로 형성되어 있고, 토크를 증가시키기 위하여 감속기가 구비되어 있을 수 있다. 이러한 모터의 특징은 본 발명의 다른 모터에서도 동일하다.

상기 히브 구동모터(110)는 도 4에 도시된 바와 같은 제1 기어열(120)과 연결되어 구동하면서 후술하는 히브모션축(130)을 상하 이동시킨다.

상기 히브 구동모터(110)의 모터축은 상기 제1 기어열(120)의 중간에 있는 제1 구동기어(121)를 회전시킬 수 있도록 상기 제1 구동기어(121)에 결합되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1 구동기어(121)에는 2개의 제1 종동기어(122)가 기어 결합되어 있을 수 있다.

따라서, 상기 2개의 제1 종동기어(122)는 상기 제1 구동기어(121)가 구동되면 상기 제1 구동기어(121)와 반대방향으로 회전하게 된다.

이러한 구성에서 상기 2개의 제1 종동기어(122)에는 나사산(미도시)이 형성된 관통공이 형성되어 있고, 상기 관통공에 각각 히브모션축(130)이 결합될 수 있다.

각 히브모션축(130)의 외주면에는 적어도 일부에 상기 제1 종동기어(122)의 나사산(미도시)에 상응하는 동일한 나사산(131)이 형성되어 있는 경우, 상기 한 쌍의 제1 종동기어(122)는 동일한 방향으로 회전을 하게 되고, 각 히브모션축(130)은 상하 방향으로 동일하게 이동하며 히브 모션을 구현할 수 있게 된다.

상기 이동 프레임(200)은 상기 히브모션축(130)의 하단부와 결합되어 있어, 이동 프레임(200)에도 히브 모션이 구현될 수 있게 된다.

또한, 상기 이동 프레임(200)에는 수중 항주체(500)가 연결되므로, 히브 구동모터(110)의 구동에 따라 이동 프레임(200) 뿐 아니라 수중 항주체(500)에도 상하 방향으로 움직이는 히브 모션을 발생시킬 수 있다.

이 때, 상기 이동 프레임(200)의 히브 모션이 원활하게 구현될 수 있도록 가이드가 구비될 수 있는데, 도 2, 3에 도시된 바와 같이 메인 프레임(100)에 도 2, 3에 도시된 바와 같이 메인 가이드(140)가 추가로 설치될 수 있다.

메인 가이드(140)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 이동 프레임(200)의 각 모서리 부분을 상하 방향으로 가이드 할 수 있도록 메인 프레임(100)에 고정결합되어 있을 수 있다.

상기 메인 가이드(140)와 상기 이동 프레임(200)은 도 5에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 형성된 메인 슬라이드부(150)를 매개로 서로 슬라이딩 이동 가능하게 결합되어 있는 것이 보다 바람직할 것이다. 이 때, 메인 슬라이드부(150)는 LM 가이드 형태로 구성될 수도 있는데, 가이드 레일과 가이드 블록은 각각 메인 가이드(140) 및 이동 프레임(200)에 형성되어 있을 수 있고, 구조에 따라 서로 반대로 형성할 수도 있을 것이다.

또한 보조적으로 도 2에 도시된 바와 같은 가이드 봉(160)을 추가로 설치할 수도 있을 것이다. 도 2에 도시된 가이드 봉(160)은 상기 이동 프레임(200)에 고정된 상태에서 상기 메인 프레임(100)을 슬라이딩 이동하도록 구성되어 있을 수도 있고, 그 반대로 구성할 수도 있을 것이다.

상기 이동 프레임(200)의 상부에는 도 3에 도시된 바와 같이 피치(pitch) 구동모터(210)가 설치되어 있다. 상기 피치 구동모터(210)도 제어가능한 서보모터로 형성되어 있고, 토크를 증가시키기 위하여 감속기가 구비되어 있을 수 있다.

상기 피치 구동모터(210)는 도 5에 도시된 바와 같은 제2 기어열(120)과 연결되어 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)이 피치 모션을 구현할 수 있도록 한다.

상기 피치 구동모터(210)의 모터축은 상기 제2 기어열(120)에 구비된 제2 구동기어(221)를 회전시킬 수 있도록 상기 제2 구동기어(221)에 결합되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 상기 제2 구동기어(221)에는 한 쌍의 제2 종동기어(222)가 기어 결합되어 있다.

도 5에서는 본 발명의 일 실시예로 하나의 제2 종동기어(222)는 제2 구동기어(221)와 직접 연결되어 있고, 다른 하나의 제2 종동기어(222)는 아이들 기어(223)를 매개로 제2 구동기어(221)와 연결되어 있는 구성이 나타나 있다.

이러한 구성을 통해, 상기 제2 구동기어(221)가 구동되어 회전하면, 직접 연결된 하나의 제2 종동기어(222)는 제2 구동기어(221)와 반대방향으로 회전하고, 아이들 기어(223)를 매개로 연결된 다른 하나의 제2 종동기어(222)는 제2 구동기어(221)와 동일한 방향으로 회전하게 된다.

상기 각 제2 종동기어(222)에는 나사산(미도시)이 형성된 관통공이 형성되어 있고, 상기 관통공에 각각 피치모션축(230)이 결합되어 있다.

각 피치모션축(230)의 외주면에는 적어도 일부에 상기 제2 종동기어(222)의 나사산(미도시)에 상응하는 나사산(231)이 형성되어 있어, 상기 제2 종동기어(222)가 회전을 하면 각 피치모션축(230)은 상 방향 또는 하 방향으로 이동하게 된다. 이 때, 위에서 살펴본 바와 같이 한 쌍의 제2 종동기어(222)는 서로 회전하는 방향이 반대이므로, 각 제2 종동기어(222)와 나사결합된 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)은 서로 반대방향으로 이동하게 된다. 즉, 동일한 나사산을 갖는 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)에 대하여, 하나의 피치모션축(230a)이 상 방향으로 이동하면, 나머지 피치모션축(230b)은 하 방향으로 이동하게 된다. 따라서, 한 쌍의 피치모션축(230)과 연결되는 수중 항주체(500)에 피치모션을 구현할 수 있도록 한다.

이처럼, 본 발명에서는 히브 구동모터(110)를 구동시켜 수중 항주체(500)에 히브 모션을 발생시키고, 이와 독립적으로 피치 구동모터(210)를 구동시켜 독립적으로 피치모션을 발생시키도록 구성되어 있어, 히브 모션과 피치 모션의 구현이 용이할 뿐 아니라, 히브모션과 피치모션이 함께 발생하는 모션 등과 같이 다양한 모션도 쉽게 구현하면서, 수중 항주체(500)의 성능시험을 수행할 수 있게 된다.

상기 한 쌍의 피치모션축(230), 즉, 전방과 후방에 설치된 피치모션축(230a, 230b)의 각 하단부에는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 전방 피치모션축 연장부(300)와 후방 피치모션축 연장부(400)가 각각 결합되어 있을 수 있다.

상기 전방 피치모션축 연장부(300)는 하나의 축 형상으로 구성될 수도 있지만, 도 2, 3에 도시된 바와 같이 전방 가이드 프레임(310)과 전방 스트럿(320)을 포함하고 있을 수 있다.

상기 후방 피치모션축 연장부(400)도 도 2, 3에 도시된 바와 같이 후방 가이드 프레임(410)과 후방 스트럿(420)을 포함하고 있을 수 있다.

한편, 상기 전, 후방 스트럿(320, 420)의 내부에는 각각 후술하는 전, 후방 연결부(600, 700)와 결합이 용이하도록 봉 형상의 부재(미도시)가 추가로 형성되어 있을 수도 있다.

상기 전방 가이드 프레임(310)과 상기 후방 가이드 프레임(410)의 외부에는 보조 가이드 프레임(170)이 추가로 형성되어 있을 수 있다.

상기 보조 가이드 프레임(170)은 상기 메인 프레임(100)에 고정되어 있도록 구성하여 상기 이동 프레임(200)이 이동하더라도 움직이지 않도록 구성되어 있을 수 있다.

본 발명에서 일 실시예로 보조 가이드 프레임(170)은 도 2, 3에 도시된 바와 같이 상기 메인 프레임(100)의 메인 가이드(140)의 하부에 형성되어 있다. 상기 보조 가이드 프레임(170)은 메인 가이드(140)와 결합되어 있는 것으로 도시되어 있는데, 이에 한정되지 않고 상기 메인 프레임(100)에 고정되어 있는 구성이면 충분할 것이다.

상기 전, 후방 가이드 프레임(310, 410)과 상기 보조 가이드 프레임(170)은 보조 슬라이드부(180)가 형성되어 상기 전, 후방 가이드 프레임(310, 410)이 슬라이딩 운동을 하면서 상하 방향으로 원활하게 이동할 수 있도록 구성할 수 있을 것이다.

본 발명의 보조 슬라이드부(180)는 도 2, 3에 도시된 바와 같이 LM 가이드 등으로 구성할 수 있는데, 이 때, 전, 후방 가이드 프레임(310, 410)에 구비된 보조 LM 가이드 레일(181), 상기 보조 가이드 프레임(170)에 구비된 보조 LM 가이드 블록(182)을 포함하는 구성으로 형성할 수 있고, 필요에 따라 반대로 형성할 수도 있을 것이다.

위에서 살펴본 본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치의 구성은 장착되는 수중 항주체(500)에 히브 모션과 피치 모션을 쉽게 구현할 수 있는 구성들이다.

본 발명의 수중 항주체 성능시험 장치는 장착되는 수중 항주체(500)에 롤링 모션까지 구현할 수 있는 장치인데, 아래에서 이와 관련된 구성을 살펴본다.

도 2, 3, 6, 7에 도시된 바와 같이 상기 전, 후방 스트럿(320, 420)의 하단부와 상기 수중 항주체(500)를 연결하는 전, 후방 연결부(600, 700)의 구성들 중에는 수중 항주체(500)의 내부에 형성된 구성도 있다. 본 발명에서 일 실시예로 롤링 모션을 구현하기 위한 구성은 도 6, 7에 도시된 바와 같이 전, 후방 연결부(600)에 구비되어 있는데, 도 7에 도시된 바와 같이 수중 항주체(500)의 내부에 설치되도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명에서 일 실시예로 나타난 수중 항주체(500)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이, 전방의 헤드부(510)와 몸체부(520) 및 테일부(530)를 포함하고 있다.

상기 수중 항주체(500)의 테일부(530)에는 다수의 조정핀(531)이 형성되어 있고, 후단부에 추진기(540)가 구비되어 있다.

상기 수중 항주체(500)의 추진기(540)를 구동시키기 위하여 내부에 추진기 모터(550)가 구비되어 있다.

상기 추진기 모터(550)는 적어도 상기 몸체부(520)에 고정되어 있고, 도 6에 도시된 바와 같은 마운팅 부재(570)를 매개로 고정될 수 있다.

또한, 상기 추진기 모터(550)와 상기 추진기(540) 사이는 추진기 회전축(560)이 연결되어 있어, 상기 추진기 모터(550)의 구동을 제어하면서, 추진기(540)의 회전을 제어할 수 있다.

이 때, 상기 추진기 모터(550)와 추진기 회전축(560)의 일부에 힘 및/또는 토크 센서(미도시)를 부착하여 다양한 힘 및/또는 토크를 측정할 수 있을 것이다. 이러한 센서(미도시)를 부착하는 것은 이 기술분야에서 널리 공지되어 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.

상기 항주체(500)의 몸체(520)에는 전방 연결공(521)과 후방 연결공(522)가 형성되어 있을 수 있다.

상기 전, 후방 연결공(521, 522)으로 후술하는 전, 후방 연결부(600, 700)의 일부가 노출되어 있고, 상기 전, 후방 연결부(600, 700)는 상기 전, 후방 피치모션축 연장부(300, 400)와 연결된다.

이 때, 상기 전, 후방 연결공(521, 522)은 도 2, 6에 도시된 바와 같이 수중 항주체(500)에 피치 모션 및 롤링 모션이 발생할 때, 상기 전, 후방 연결부(600, 700)와 간섭이 일어나지 않도록 후술하는 전, 후방 커넥터(610, 710)보다 크게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 전방 연결부(600)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 전방 커넥터(610), 전방 베어링(620) 및 롤링 구동모터(670)를 포함하고 있다.

상기 전방 커넥터(610)는 봉 형상으로 상기 전방 피치모션축 연장부(300)의 전방 스트럿(320)의 하단부와 연결되도록 상기 전방 연결공(521)을 관통하여 설치된다.

상기 전방 커넥터(610)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 전방 베어링 연결판(630)을 매개로 전방 베어링(620)과 연결되어 있다.

상기 전방 베어링(620)은 한 쌍으로 형성되어 있는 것이 바람직한데, 도 7에 도시된 바와 같이 수중 항주체(500)의 좌, 우측방향으로 돌출된 전방 베어링 연결축(640)에 각각 결합되어 있다.

상기 한 쌍의 전방 베어링 연결축(640)의 타단은 각각 전방 회전축 지지블록(660)의 양 측면에 각각 결합되어 있다.

따라서, 전방 베어링 연결판(630)과 상기 전방 회전축 지지블록(660)은 상기 전방 베어링(620)을 매개로 상대 회전 가능하게 연결된다.

상기 전방 회전축 지지블록(660)은 전후 방향으로 전방 회전축 관통구(661)가 형성되어 있고, 항주체 회전축(680)이 상기 전방 회전축 관통구(661)에 회전 가능하게 관통결합되어 있다. 이 때 보다 원활한 회전이 가능하도록 상기 항주체 회전축(680)과 상기 전방 회전축 관통구(661) 사이에 부시(미도시)가 구비되어 있을 수도 있다.

상기 전방 회전축 지지블록(660)의 전방에는 모터 연결 프레임(650)이 결합되어 있다.

본 발명에서 상기 모터 연결 프레임(650)은 후술하는 롤링 구동모터(670)을 결합시키기 위한 구성요소이다.

상기 모터 연결 프레임(650)은 도 6에 도시된 바와 같이 상기 회전축 지지블록(660)과의 조립이 용이하도록 후방부가 개방되어 있으며, 전방부는 롤링 구동모터(670)의 모터축(672)이 관통될 수 있도록 관통구가 형성되어 있다.

상기 모터 연결 프레임(650)의 전방에는 롤링 구동모터(670)가 설치된다.

상기 모터 연결 프레임(650)의 전방부에 상기 롤링 구동모터(670)의 하우징(671)을 고정결합시켜, 롤링 구동모터(670)가 지지되도록 구성한다.

이 때, 상기 롤링 구동모터(670)의 모터축(672)은 상기 모터 연결 프레임(650)의 전방부에 형성된 관통구를 관통하게 된다.

상기 롤링 구동모터축(672)은 상기 모터 연결 프레임(650)의 관통구에 회전가능하게 설치되어 있으며, 보다 원활한 회전이 가능하도록 상기 롤링 구동모터축(672)과 상기 모터 연결 프레임의 관통구 사이에 부시(미도시)를 구비하는 것도 가능할 것이다.

상기 롤링 구동모터축(672)은 상기 전방 회전축 지지블록(660)을 관통하여 설치되는 상기 항주체 회전축(680)과 결합되어 상기 항주체 회전축(680)이 회전 가능하도록 한다.

상기 모터 연결 프레임(650)과 회전축 지지블록(660)은 서로 고정결합되는데, 도 6에 도시된 바와 같이 상기 롤링 구동모터축(672)과 항주체 회전축(680)은 서로 커플러(690)를 매개로 연결될 수 있다.

이 때, 상기 롤링 구동모터축(672)과 항주체 회전축(680)은 도 7에 도시된 바와 같이 동일한 축 상에 구성되도록 구성하는 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 항주체 회전축(680)은 도 7에 도시된 바와 같이 시험장치에 설치되는 상기 수중 항주체(500)에 구비되어 있는 상기 추진기 회전축(560)과 동일한 축 상에 구성되도록 설치하는 것이 보다 바람직할 것이다.

이러한 구성을 통해, 본 발명의 성능시험 장치에 설치되는 수중 항주체(500)는 롤링 구동모터(670)를 구동시키더라도, 상기 항주체(500)에 구비되어 있는 추진기(540)가 전후좌우 방향으로 이동하지 않고 회전만 하게 되어 보다 효과적으로 수중 항주체(500)의 롤링 모션 시험을 수행할 수 있다.

또한, 필요에 따라 상기 커플러(690)에 힘 또는 토크를 측정하기 위한 센서(미도시)를 구비하여 측정하는 것도 가능할 것이다.

이러한 구성을 통해, 상기 롤링 구동모터축(672)이 롤링 방향으로 회전하더라도 상기 롤링 구동모터(670)의 하우징(671)은 모터 연결 프레임(650)에 고정되어 있으므로, 회전하지 않는다.

다음으로, 후방 연결부(700)를 살펴본다.

상기 후방 연결부(700)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 후방 커넥터(710), 후방 베어링(720) 및 후방 커넥터 슬라이드부(750)를 포함하고 있다.

상기 후방 커넥터(710)도 봉 형상으로 상기 후방 피치모션축 연장부(400)의 후방 스트럿(420)의 하단부와 연결되도록 상기 후방 연결공(522)을 관통하여 설치된다.

상기 후방 커넥터(710)는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 후방 베어링 연결판(730)을 매개로 후방 베어링(720)과 연결되어 있다.

상기 후방 베어링(720)도 한 쌍으로 형성되어 있는 것이 바람직한데, 도 7에 도시된 바와 같이 항주체(500)의 좌, 우측방향으로 돌출된 후방 베어링 연결축(740)에 각각 결합되어 있다.

상기 한 쌍의 후방 베어링 연결축(740)의 타단은 각각 후방 회전축 지지블록(760)의 양 측면에 각각 결합되어 있다.

따라서, 상기 후방 베어링 연결판(730)과 상기 후방 베어링 연결축(740) 및 후방 회전축 지지블록(760)은 상기 후방 베어링(720)을 매개로 상대 회전 가능하게 연결된다.

상기 후방 회전축 지지블록(760)은 전후 방향으로 후방 회전축 관통구(761)가 형성되어 있고, 상기 항주체 회전축(680)이 상기 후방 회전축 관통구(761)에 회전 가능하게 결합되어 있다. 이 때 보다 원활한 회전이 가능하도록 상기 항주체 회전축(680)과 상기 후방 회전축 관통구(761) 사이에 부시(미도시)가 구비되어 있을 수도 있다. 또한, 상기 후방 회전축 지지블록(760)은 상기 항주체 회전축(680)과 축방향 이동은 발생하지 않도록 구성되어 있는 것이 바람직하다.

상기 후방 회전축 지지블록(760)의 후방에는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 관통구 막음판(762)이 추가로 설치되어 있을 수 있다.

상기 관통구 막음판(762)은 상기 항주체 회전축(680)의 후단부와 고정되도록 결합되어 있고, 상기 후방 회전축 지지블록(760)에 걸리도록 구성되어 있다.

이 때, 관통구 막음판(762)은 상기 후방 회전축 지지블록(760)에 대해 상대 회전이 가능하도록 구성되어 있어야 한다. 즉, 상기 항주체 회전축(680)이 회전할 때, 상기 관통구 막음판(762)도 함께 상기 후방 회전축 지지블록(760)에 대해 회전하게 된다.

이러한 상기 관통구 막음판(762)을 구비함으로써, 상기 항주체 회전축(680)의 단부를 안정적으로 지지하면서, 상기 후방 회전축 지지블록(760)이 항주체 회전축(680)과 축방향 상대이동이 발생하는 것을 보다 안정적으로 방지할 수 있을 것이다.

한편, 본 발명에서 상기 후방 커넥터(710)와 상기 후방 베어링 연결판(730)은 도 7에 도시된 바와 같이 후방 커넥터 슬라이드부(750)를 매개로 결합되어 있다.

도 7에는 후방 커넥터 슬라이드부(750)의 한 실시예가 도시되어 있는데, 후방 커넥터(710)의 하단부에 구비된 연결부 가이드 블록(751)과 상기 후방 베어링 연결판(730)의 상부에 전후방향으로 구비된 연결부 가이드 레일(752)을 포함하고 있는 구성이다.

이러한 구성을 통해, 상기 후방 커넥터(710)는 항주체(500)와 슬라이딩 운동이 가능하고, 상기 항주체(500)의 피치 모션이 가능하도록 한다.

전, 후방 커넥터(610, 710)는 각각 상기 전, 후방 피치축 연장부(300, 400)와 연결되어 있다.

피치 구동모터(210)의 구동에 의해 상기 전, 후방 피치축 연장부(300, 400)는 서로 반대방향으로 이동하여 연결된 수중 항주체(500)에 피치 모션이 발생되도록 한다.

이 때, 상기 전, 후방 피치축 연장부(300, 400)에 결합된 상기 전, 후방 커넥터(610, 710) 각 하단부 사이의 수평 간격은 유지되지만, 높이차가 발생하게 되므로 결과적으로 전, 후방 커넥터(610, 710)의 각 하단부 사이의 거리는 넓어지게 된다. 이 때, 전방 커넥터(610)에서는 항주체(500)가 전방 베어링(620)의 회전축을 중심으로 한 와 상대회전만 발생하고, 상기 후방 커넥터(710)에서는 항주체(500)가 후방 베어링(720)의 회전축을 중심으로 한 상대회전과 함께 후방 커넥터 슬라이드부(750)에 의한 상기 후방 베어링 연결판(730)과의 상대적 슬라이딩 운동이 발생하여 그 간격을 조절할 수 있다. 이처럼, 성능시험 장치의 전, 후방 커넥터(610, 710)와 항주체(500)의 상대운동에 의하여, 상기 항주체(500)는 원활하게 피치 모션을 구현할 수 있게 된다.

다음으로, 본 발명에서는 수중 항주체(500)의 롤링 모션을 구현하기 위하여 상기 항주체 회전축(680)을 상기 항주체(500)의 몸체부(520)에 고정하였다. 이러한 구성을 통해 상기 항주체 회전축(680)이 회전하면 상기 항주체(500)도 함께 동일한 회전을 하게 된다.

상기 항주체 회전축(680)을 항주체(500)의 몸체부(520)에 고정시키는 일 실시예로 본 발명에서는 도 6, 7에 도시된 바와 같이 항주체 회전축(680)과 몸체부(520)는 몸체 연결 프레임(800)을 매개로 고정결합되어 있다.

도 6, 7에 도시된 바와 같이 몸체 연결 프레임(800)은 다수의 몸체 고정부(810)에서 몸체부(520)와 고정결합되어 있다.

상기 몸체 연결 프레임(800)에는 항주체 회전축(680)과 결합되는 결합부가 형성되어 있는데, 도 6, 7에는 일 실시예로 전, 후방 회전축 결합부(820, 830)가 나타나 있다.

상기 전, 후방 회전축 결합부(820, 830)에는 각각 상기 항주체 회전축(680)이 관통되어 결합되는 전, 후방 결합공(821, 831)이 형성되어 있을 수 있다.

이 때, 상기 항주체 회전축(680)과 상기 전, 후방 회전축 결합부(820, 830)은 상대운동이 발생하지 않도록 고정결합되어 있다.

고정결합을 위해 상기 항주체 회전축(680)과 전, 후방 결합공(821, 831)이 고정키(미도시)로 결합될 수 있는데, 이에 한정되지 않고, 서로 안정적으로 고정결합될 수 있는 구성이면 충분할 것이다.

위에서 살펴본 바와 같은 구성을 갖는 항주체 성능시험 장치에서 구현하는 모션을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 항주체(500)에 히브 모션을 구현하고자 할 때에는 메인 프레임(100)에 설치되어 있는 히브 구동모터(110)만을 작동시켜서 항주체(500)에 히브 모션을 구현할 수 있다.

다음으로 모현 항주체(500)에 피치 모션을 구현하고자 할 때에는 이동 프레임(200)에 설치되어 있는 피치 구동모터(210)를 작동시켜서 항주체(500)에 피치 모션을 구현할 수 있다.

한 쌍의 피치모션축(230)과 동일한 모션을 나타내는 전, 후방 피치모션축 연장부(300, 400)의 모션에 따라 그 하단부에 결합된 전, 후방 커넥터(610, 710)는 각각 상, 하방향으로 서로 반대방향으로 이동하게 되는데, 전방 커넥터(610)에서는 항주체(500)가 전방 베어링(620)의 회전축을 중심으로 한 상대회전이 발생하고, 후방커넥터(710)에서는 항주체(500)가 후방 베어링(720)의 회전축을 중심으로 한 상대회전과 후방 커넥터 슬라이드부(750)에 의한 상기 후방 베어링 연결판(730)과의 상대적 슬라이딩 운동이 함께 발생하여 피치 모션이 원활하게 발생하게 된다.

이 때, 롤링 모션과 관계되는 롤링 구동모터(670) 및 항주체 회전축(680) 등은 항주체(500)와 함께 피치 모션이 발생할 뿐이고 롤링 모션 등과 같은 다른 모션은 발생하지 않는다.

마지막으로, 항주체(500)에 롤링 모션을 구현하고자 할 때에는 전방 연결부(600)이 모터 연결 프레임(650)에 하우징(671)이 고정되어 있는 롤링 구동모터(670)를 작동시켜 항주체(500)에 롤링 모션을 구현할 수 있다.

롤링 구동모터 하우징(671)은 모터 연결 프레임(630), 전방 회전축 지지블록(660), 전방 베어링 연결판(630) 및 전방 커넥터(610)를 거쳐 전방 피치모션축 연장부(300)에 결합되어 있다.

따라서, 상기 롤링 구동모터 하우징(671)은 롤링 모션이 발생하지 않도록 결합되어 있으므로, 롤링 구동모터(670)가 작동하더라도 롤링 구동모터 하우징(671)은 회전하지 않고, 롤링 구동모터축(672)만 회전하게 된다.

이처럼, 롤링 구동모터 (670)가 작동하면 롤링 구동모터축(672)이 회전하게 되고, 이와 연결된 항주체 회전축(680)도 함께 회전하게 된다.

이 때, 상기 항주체 회전축(680)은 항주체(500)의 몸체부(520)와 고정결합되어 있으므로, 상기 항주체 회전축(680)이 회전하면 상기 항주체 회전축(680)과 동일한 방향으로 항주체(500) 자체가 회전하여 항주체(500)에 롤링 모션을 구현할 수 있다.

또한, 상기 롤링 구동모터축(672)과 항주체 회전축(680) 및 추진기 회전축(560)이 동일한 축 상에 있도록 성능시험 장치를 구성하여, 수중 항주체(500)의 추진기(540)는 상하좌우 위치변화 없이 회전만 하도록 구성할 수 있다. 즉, 성능시험 장치의 전후 방향에 대하여 편심되지 않는 상태에서 롤링 모션 시험을 수행할 수도 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 항주체 성능시험 장치는 히브 구동모터(110)와 피치 구동모터(210) 및 롤링 구동모터(730)가 서로 독립적으로 구동될 수 있으므로, 여러 종류의 모션을 함께 구현하는 것도 가능함은 자명하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 메인 프레임 110: 히브 구동모터 120: 제1 기어열
121: 제1 구동기어 122: 제1 종동기어 130: 히브모션축
131: 제1 나사산 140: 메인 가이드 150: 메인 슬라이드부
160: 가이드 봉 170: 보조 가이드 프레임
180: 보조 슬라이드부 181: 보조 LM 가이드 레일
182: 보조 LM 가이드 블록 200: 이동 프레임
210: 피치 구동모터 220: 제2 기어열
221: 제2 구동기어 222: 제2 종동기어 223: 아이들 기어
230: 피치모션축 231: 제2 나사산
300: 전방 피치모션축 연장부 310: 전방 가이드 프레임
320: 전방 스트럿 400: 후방 피치모션축 연장부
410: 후방 가이드 프레임 420: 후방 스트럿
500: 수중 항주체 510: 헤드부 520: 몸체부
521: 전방 연결공 522: 후방 연결공 530: 테일부
531: 조정핀 540: 추진기 550: 추진기 모터
560: 추진기 회전축 570: 마운팅 부재
600: 전방 연결부 610: 전방 커넥터 620: 전방 베어링
630: 전방 베어링 연결판 640: 전방 베어링 연결축
650: 모터 연결 프레임 660: 전방 회전축 지지블록
661: 전방 회전축 관통구 670: 롤링 구동모터
671: 롤링 구동모터 하우징 672: 롤링 구동모터축
680: 항주체 회전축 690: 커플러
700: 후방 연결부 710: 후방 커넥터 720: 후방 베어링
730: 후방 베어링 연결판 740: 후방 베어링 연결축
750: 후방 커넥터 슬라이드부 751: 연결부 가이드 블록
752: 연결부 가이드 레일 760: 후방 회전축 지지블록
761: 후방 회전축 관통구 762: 관통구 막음판
800: 몸체 연결 프레임 810: 몸체 고정부
820: 전방 회전축 결합부 821: 전방 결합공
830: 후방 회전축 결합부 831: 후방 결합공

Claims (6)

1. 메인 프레임(100); 상기 메인 프레임(100)의 상부에 설치된 히브 구동모터(110);
   상기 메인 프레임(100)의 하부에 구비되며 상기 히브 구동모터(110)의 구동에 의해 수직이동 가능하도록 구성된 이동 프레임(200); 상기 이동 프레임(200)의 상부에 설치된 피치 구동모터(210);
   상기 이동 프레임(200)의 하부에서 수직이동 가능하도록 구성된 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b); 및
   상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)의 하단부와 각각 연결되며 성능시험을 위한 항주체(500)와 연결되는 전방 연결부(600)와 후방 연결부(700);를 포함하며,
   상기 피치 구동모터(210)가 구동될 때, 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)은 서로 반대방향으로 이동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치에 있어서,
   상기 피치 구동모터(210)와 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 사이에는 제2 기어열(220)이 구비되어 있고,
   상기 제2 기어열(220)은 제2 구동기어(221); 상기 제2 구동기어(221)와 기어결합된 한 쌍의 제2 종동기어(222)를 포함하고 있고,
   상기 제2 구동기어(221)는 제2 구동모터(210)의 모터축과 고정결합되어 있고,
   상기 한 쌍의 제2 종동기어(222)는 각각 상기 한 쌍의 피치모션축(230)과 나사결합되어 있으며,
   상기 제2 구동기어(221)가 회전할 때 상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b)이 서로 반대방향으로 이동할 수 있도록 상기 한 쌍의 제2 종동기어(222)는 서로 다른 방향으로 회전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치,
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 한 쌍의 제2 종동기어(222) 중에서 하나의 제2 종동기어(222)는 상기 제2 구동기어(221)와 직접 기어결합되어 있고, 다른 하나의 제2 종동기어(222)는 아이들 기어(223)를 매개로 상기 제2 구동기어(221)와 기어결합되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치
4. 제1항에 있어서,
   상기 전방 연결부(600)에는 상기 항주체(500)에 롤링 모션을 발생시킬 수 있도록 결합된 롤링 구동모터(670)가 추가로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 중에서 전방에 설치된 피치모션축(230a)의 하단부에 전방 피치모션축 연장부(300)가 결합되어 있고,
   상기 전방 연결부(600)는 상기 전방 피치모션축 연장부(300)의 하단부에 결합되는 전방 커넥터(610);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 한 쌍의 피치모션축(230a, 230b) 중에서 후방에 설치된 피치모션축(230b)의 하단부에 후방 피치모션축 연장부(400)가 결합되어 있고,
   상기 후방 연결부(700)는 상기 후방 피치모션축 연장부(400)의 하단부에 결합되는 후방 커넥터(710);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 항주체 성능시험 장치.

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