KR102011197B1 - 잠수함 탐지용 소나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 해저의 수온약층상에 배치되어 잠수함을 탐지하는 소나로서, 링 형상으로 이루어지고 중앙으로는 홀이 형성되는 소나 본체; 상기 소나 본체 중앙의 홀에 배치되고 해류의 움직임에 따라 전기를 생성하는 전원 발생부; 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세를 감지하고 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세가 기준을 벗어나면 이를 바로잡는 위치 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명은, 동작에 필요로 하는 전원을 수중의 조류를 이용한 자가 발전에 의해 얻을 수 있도록 하여, 전원의 공급이 계속적으로 이루어지도록 하여 잠수함 탐지 임무의 수행이 중단되지 않도록 할 수 있다.

Description

잠수함 탐지용 소나{Sonar for detecting submarines}
본 발명은 잠수함 탐지용 소나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 동작에 필요로 하는 전원을 자가 발전에 의해 얻을 수 있는 잠수함 탐지용 소나에 관한 것이다.
수중으로 침투하는 잠수함, 잠수정 및 반잠수정 등의 특수함정을 탐지하고 감시하기 위한 수단으로, 소나(SONAR; sound navigation and ranging)가 사용되고 있다.
가시광선 등의 전자파와 레이더파는 바다 속에는 전달되지 않으므로, 소나는 바다속에서 전달이 가능한 초음파를 이용하여 수중의 물체를 탐지 및 감시한다.
해수는 수심과 밀도에 따라 온도가 변화하는데, 온도가 급격히 변화하는 구간을 수온약층(thermocline)이라 부른다. 수온약층에서는 음파가 반사되기 때문에 신호의 전달이 어렵다. 특히 음파의 전달이 어려운 구간을 새도우존(shadow zone)이라 부르고, 새도우존에서 잠수함이 운행하는 경우 탐지가 불가능한 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 노력의 일환으로 수중의 수온약층까지 도달할 수 있도록 연결된 디핑 소나(dipping sonar)를 헬기에 의해 예인하는 방법이 개시되었다. 그러나, 헬기에 의해 소나를 예인하기 위해서는 소나의 예인만을 위한 헬기 조종 훈련이 필요하므로, 조종사 교육과 관리를 위한 시간과 비용이 드는 문제점이 있다.
또한, 함선으로부터 잠수함 침입에 관한 정보가 있는 경우에만 사용할 수 있다는 문제점이 있다.
이를 위해, 수중의 수온약층에 계속적으로 소나를 배치하여 적 잠수함 칩입에 대비하는 방법이 개시되었다.
그러나, 배치된 소나의 동작을 위해서는 소정의 전원이 필요하고, 이를 위해 일정 시간마다 소나의 배터리를 교체해야 하므로, 배터리 교체 시기에는 잠수함 탐지 임무를 수행할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명에 대한 선행기술로는 공개특허 2010-73958호를 예시할 수 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 동작에 필요로 하는 전원을 수중의 조류를 이용한 자가 발전에 의해 얻을 수 있는 잠수함 탐지용 소나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 자가 발전에 의해 전원의 공급이 계속적으로 이루어지도록 하여 잠수함 탐지 임무의 수행이 중단되지 않는 잠수함 탐지용 소나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 해저의 수온약층상에 배치되어 잠수함을 탐지하는 소나로서, 링 형상으로 이루어지고 중앙으로는 홀이 형성되는 소나 본체; 상기 소나 본체 중앙의 홀에 배치되고 해류의 움직임에 따라 전기를 생성하는 전원 발생부; 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세를 감지하고 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세가 기준을 벗어나면 이를 바로잡는 위치 제어부를 포함하는 소나를 제공한다.
상기 소나 본체의 내측으로 배치되는 밸러스트 탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 전원 발생부는, 상기 소나 본체의 중심축에 직교하는 방향으로 배치되는 지지대와, 상기 지지대에 의해 상기 홀의 내측으로 배치되는 링 형상의 덕트와, 상기 덕트의 내측으로 배치되고 상기 덕트의 내측으로 유입되는 해류의 움직임에 따라 회전 운동하는 프로펠러와, 상기 프로펠러의 회전축 상에 배치되고, 상기 프로펠러의 회전에 따라 전원을 발생시키는 발전기를 포함할 수 있다.
상기 발전기에서 발생된 전원을 저장하는 충전지를 더 포함할 수 있다.
상기 위치 제어부는, 상기 지지대 상에 배치되어 상기 지지대를 회전시키는 제1 모터와, 상기 프로펠러의 회전축 상에 배치되어 상기 프로펠러를 회전시키는 제2 모터와, 상기 소나 본체의 배치 위치의 좌표와 수심을 체크하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 위치 감지부와, 상기 소나 본체의 자세를 감지하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 자세 감지부와, 상기 위치 감지부와 상기 자세 감지부의 출력 신호에 따라 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세를 판단하고 이에 해당하는 제어 신호를 상기 제1 모터와 상기 제2 모터로 출력하는 동작 제어부를 포함할 수 있다.
상기 제2 모터와 상기 발전기는 동축상으로 연결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 동작에 필요로 하는 전원을 수중의 조류를 이용한 자가 발전에 의해 얻을 수 있도록 하여, 전원의 공급이 계속적으로 이루어지도록 하여 잠수함 탐지 임무의 수행이 중단되지 않도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함 탐지용 소나의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 소나 본체의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 선단면도이다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 전원 발생부의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 연결체 상에 전원 발생부가 배치된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 위치 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함 탐지용 소나의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 잠수함 탐지용 소나(100)는 소나 본체(110), 전원 발생부(130), 위치 제어부(140)를 포함한다.
도 2는 본 발명에서 사용하는 소나 본체의 구성의 일 예를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 소나 본체(110)는 소정의 크기와 직경을 갖는 링(ring) 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고, 소나 본체(110)의 소정의 직경을 갖는 중앙홀(112)이 형성되고, 중앙홀(112)에는 후술하는 전원 발생부(130)가 배치될 수 있다.
또한, 중앙홀(112)의 내주면 상에는 서로 대향하는 위치에 소정 직경의 로드 삽입홀(114)이 형성될 수 있다. 로드 삽입홀(114)로는 후술하는 지지대(132)가 삽입된다.
소나 본체(110)의 외주면으로는 탐지용 음향을 발생시키고, 탐지 대상에서 반사되는 음향을 수신하는 액티브 소나(active sonar)(116A)가 배치될 수 있고, 소나 본체(110)의 하부로는 탐지 대상에서 발생된 음향을 수신하는 패시브 소나(passive sonar)(116B)가 연결되는 등 다양한 측정 장비가 배치될 수 있다.
또한, 소나 본체(110)에는 탐지 결과를 송신하는 무선 통신 수단(미도시)가 배치될 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 선단면도이다.
도 3을 참조하면, 소나 본체(110)의 내부에는 복수의 격벽(115)이 서로 교차하며 배치됨을 알 수 있다.
또한, 소나 본체(110) 내부에는 소나(100)의 부상 정도를 조정하는 밸러스트 탱크가 배치될 수 있다.
패시브 소나, 액티브 소나, 밸러스트 탱크는 널리 알려진 공지의 기술에 해당하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
전원 발생부(130)는 소나 본체(110)의 중앙홀(112)에 배치되고, 해수의 흐름을 이용하여 소정의 전원을 발전하여 소나 본체(110) 상에 배치된 기기들의 동작에 필요한 전원을 발생시킨다.
도 4는 본 발명에서 사용하는 전원 발생부의 구성을 나타내는 사시도이다.
전원 발생부는 소나 본체(110)의 중앙홀(112)에 배치되지만, 전원 발생부(130)의 구성 요소만을 설명하기로 한다.
도 4를 참조하면, 전원 발생부(130)는 지지대(132), 덕트(134), 프로펠러(136) 및 발전기 본체를 포함한다.
지지대(132)는 소정의 길이와 직경을 갖는 로드 형태로서, 중앙홀(112)의 중심축에 대하여 직교하는 방향으로 배치된다. 지지대(132)의 양단은 로드 삽입홀(114)에 삽입된다.
덕트(134)는 소정의 직경을 갖는 링 형상으로 이루어지고, 내측의 중심점 상에는 후술하는 프로펠러(136)가 배치된다. 여기서, 덕트(134)의 직경은 중앙홀(112)의 직경에 대응할 수 있다.
덕트(134)는 중심축과 직교하는 방향으로 지지대(132)가 배치된다. 여기서, 덕트(134)는 지지대(132)에 고정되어, 지지대(132)의 회전에 따라 덕트(134)의 방향도 변화된다. 지지대(132)의 회전은 제1 모터(M1)에 의해 이루어진다. 제1 모터(M1)는 후술하는 동작 제어부(140)의 제어 신호에 따라 지지대(132)를 소정 방향으로 회전시킨다.
프로펠러(136)는 덕트(134)의 내측으로 배치되어, 덕트(134) 내측으로 유입되는 해류의 흐름에 따라 회전한다. 프로펠러(136)의 회전 중심축은 덕트(134)의 중심축과 일치하는 것이 바람직하다. 프로펠러(136)는 소정의 직경과 블레이드 개수를 갖는다. 본 실시예에서, 프로펠러(136)의 블레이드 개수는 4개이지만, 사용자의 필요에 따라 변화될 수 있다.
그리고, 프로펠러(136)의 중심축에는 발전기(미도시)가 연결되어 해류에 의해 회전하는 프로펠러(136)의 회전력을 인가받아 소정의 전류를 발생시킨다. 발전기는 도시되어 있지 않지만, 프로펠러(136)의 중심축 상에 내장되는 것으로 이해할 수 있다.
발전기는 프로펠러(136)의 회전 운동에 따라 소정의 전원을 발생시켜 출력할 수 있다. 프로펠러(136)의 회전 운동에 따라 소정의 전원을 발생시킬 수 있다면 발전기는 사용자의 필요에 따라 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다. 또한, 발전기에서 출력되는 전원은 소정의 충전지에 저장된 후, 전원을 필요로 하는 구성 요소에 공급될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
발전기에서 출력되는 전원은 소정의 충전지에 저장된 후, 전원을 필요로 하는 구성 요소에 공급될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.
한편, 프로펠러(136)의 회전축으로는 제2 모터(M2)가 연결될 수 있다. 제2 모터(M2)는 후술하는 동작 제어부(140)의 제어 신호에 따라 프로펠러(134)를 소정 방향으로 소정의 회전수로 회전시키며, 본 발명에 따른 소나(100)를 이동시킬 수 있다.
제2 모터(M2)와 발전기는 동축상으로 연결될 수 있다.
위치 제어부(140)는 소나 본체(110)의 배치 위치 좌표와 배치 수심 그리고 자세를 감지하여, 배치 위치와 자세가 기준에서 벗어나면 이를 바로 잡는다.
도 5는 본 발명에서 사용하는 위치 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5를 참조하면, 위치 제어부(140)는 위치 감지부(142A), 자세 감지부(142B), 동작 제어부(144), 제1 모터(M1), 제2 모터(M2)를 포함한다.
위치 감지부(142A)는 본 발명에 따른 소나(100)의 배치 위치의 좌표, 수심 등을 체크하고, 이에 해당하는 신호를 출력한다. 여기서, 위치 감지부(142A)는 GPS를 포함할 수 있다.
자세 감지부(142B)는 원통형인 소나 본체(110)의 양단이 상하로 배치되어 있는지 감지하고 이에 해당하는 신호를 출력한다. 여기서, 자세 감지부(142B)는 자이로를 포함할 수 있다.
동작 제어부(144)는 위치 감지부(142A)와 자세 감지부(142B)에서 출력되는 신호를 입력받고, 소나 본체(110)가 정해진 배치 위치와 배치 자세를 유지하고 있는 지 판단한다. 판단 결과, 소나 본체(110)이 해류 등에 의해 정해진 배치 위치와 배치 자세가 기준에서 일정 이상 벗어나는 것으로 판단되면, 소정의 제어 신호를 출력한다.
제1 모터(M)는 지지대(132)에 연결되고, 동작 제어부(144)에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 지지대(132)를 소정 방향으로 회전시킨다. 지지대(132)의 회전에 의해 덕트(134)는 소정 방향을 향할 수 있다.
제2 모터(M2)는 그 구동축이 프로펠러(136)의 회전축에 연결되어, 동작 제어부(144)에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 소정의 동작을 수행한다. 제2 모터(M2)의 동작에 따라 프로펠러(136)이 회전하며 소나 본체(110)가 이동하도록 한다.
프로펠러(136)는 동작 제어부(144)에서 출력되는 제어 신호에 대응하여 소정의 동작을 수행하므로, 프로펠러(136)가 소정 방향을 향하여 동작하며, 소나 본체(110)가 이동하도록 한다.
이때, 소나(100)는 해상으로 부상할 수 있지만, 소정의 수심을 계속적으로 유지할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 사용에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명에 따른 소나(100)는 사용자에 의해 소정의 해역에 배치된다. 소나의 배치는 항공기를 통한 투하, 선박을 통한 투하 등 다양한 방법이 사용될 수 있다.
소나(100)가 배치될 때 충전지를 만충전 상태로 하면 충전지에서 저장된 전원에 의해 위치 제어부(140)가 동작할 수 있고, 위치 제어부(140)에 의해 소나(100)는 필요로 하는 배치 위치에 소정의 자세로 배치될 수 있다.
소나(100)가 배치된 상태에서 소나(100) 주위를 흐르는 해류에 의해 프로펠러(136)이 소정의 회전 동작을 수행하며, 소정의 전원을 발생시킬 수 있다.
발생된 전원은 충전지를 통해 소나(100)에 배치된 다양한 구성 요소에 공급될 수 있다.
소나(100)는 액티브 소나와 패시브 소나를 동작시켜 잠수함 탐지 임무를 수행할 수 있다. 액티브 소나와 패시브 소나의 동작은 공지의 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
소나(100)에 의해 소정의 잠수함이 탐지되면, 탐지된 잠수함에 대한 정보(위치, 거리, 속도, 이동 방향 등)는 소정의 신호(모스 신호 등)에 의해 외부로 전송될 수 있다.
또한, 소나(100)의 동작 중, 소나(100) 주위의 온도와 수압을 측정한 후 소나(100)의 위치가 새도우존(shadow zone)에서 벗어난 것으로 판단되면, 위치 제어부의 동작에 의해 이동할 수 있다.
본 발명은, 동작에 필요로 하는 전원을 수중의 조류를 이용한 자가 발전에 의해 얻을 수 있도록 하여, 전원의 공급이 계속적으로 이루어지도록 하여 잠수함 탐지 임무의 수행이 중단되지 않도록 할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 소나 110: 소나 본체
130: 전원 발생부 140: 위치 제어부

Claims (6)

  1. 해저의 수온약층상에 배치되어 잠수함을 탐지하는 소나로서,
    링 형상으로 이루어지고 중앙으로는 홀이 형성되는 소나 본체;
    상기 소나 본체의 중심축에 직교하는 방향으로 배치되는 지지대와, 상기 지지대에 의해 상기 홀의 내측으로 배치되는 링 형상의 덕트와, 상기 덕트의 내측으로 배치되고 상기 덕트의 내측으로 유입되는 해류의 움직임에 따라 회전 운동하는 프로펠러와, 상기 프로펠러의 회전축 상에 배치되고, 상기 프로펠러의 회전에 따라 전원을 발생시키는 발전기를 포함하고, 상기 소나 본체 중앙의 홀에 배치되고 해류의 움직임에 따라 전기를 생성하는 전원 발생부;
    상기 지지대 상에 배치되어 상기 지지대를 회전시키는 제1 모터와, 상기 프로펠러의 회전축 상에 배치되어 상기 프로펠러를 회전시키는 제2 모터와, 상기 소나 본체의 배치 위치의 좌표와 수심을 체크하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 위치 감지부와, 상기 소나 본체의 자세를 감지하고 이에 해당하는 신호를 출력하는 자세 감지부와, 상기 위치 감지부와 상기 자세 감지부의 출력 신호에 따라 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세를 판단하고 이에 해당하는 제어 신호를 상기 제1 모터와 상기 제2 모터로 출력하는 동작 제어부를 포함하고, 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세를 감지하고 상기 소나 본체의 배치 위치와 자세가 기준을 벗어나면 이를 바로잡는 위치 제어부를 포함하는 소나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소나 본체의 내측으로 배치되는 밸러스트 탱크를 더 포함하는 소나.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발전기에서 발생된 전원을 저장하는 충전지를 더 포함하는 소나.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 모터와 상기 발전기는 동축상으로 연결되는 소나.
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