KR102266794B1 - 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법 - Google Patents

내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102266794B1
KR102266794B1 KR1020200047998A KR20200047998A KR102266794B1 KR 102266794 B1 KR102266794 B1 KR 102266794B1 KR 1020200047998 A KR1020200047998 A KR 1020200047998A KR 20200047998 A KR20200047998 A KR 20200047998A KR 102266794 B1 KR102266794 B1 KR 102266794B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wall
damper
liquid
domain
sub
Prior art date
Application number
KR1020200047998A
Other languages
English (en)
Inventor
이희창
김성용
김태형
한민수
문영선
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020200047998A priority Critical patent/KR102266794B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102266794B1 publication Critical patent/KR102266794B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H3/00—Holographic processes or apparatus using ultrasonic, sonic or infrasonic waves for obtaining holograms; Processes or apparatus for obtaining an optical image from them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B22/00—Buoys
    • B63B2022/006—Buoys specially adapted for measuring or watch purposes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 수면으로부터 전달되는 전방향의 파동을 효율적으로 흡수할 수 있는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼는, 중심축으로부터 서로 다른 거리에 외벽(11)과 내벽(12)이 형성되고, 상기 외벽(11)과 내벽(12) 사이에 액체가 수용되는 액체 슬로싱 댐퍼에 있어서, 상기 내벽(12)은 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 중심축으로부터 서로 다른 거리에 형성되어 서로 다른 내경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법{LIQUID TYPE SLOSHING DAMPER IMPROVED WAVE-RESISTANT, BUOY TYPE UNDERWATER ACOUSTIC MEASURING DEVICE WITH THE DAMPER, AND METHOD FOR OPTIMIZING OF SHAPE OF THE DAMPER}
본 발명은 수면으로부터 전달되는 전방향의 파동을 효율적으로 흡수할 수 있는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법에 관한 것이다.
수면에 부유한 상태로 설치되는 각종 측정장치, 통신장치 등은 수면을 통하여 전달되는 파동에 의해 스윙모션(swing motion)과 같은 요동이 발생한다.
이를 방지하기 위하여 상기 수면을 통하여 전단되는 파동을 감소시켜, 요동을 방지하도록 내부에 액체가 채워진 액체 슬로싱 댐퍼가 적용된다.
그러나, 이러한 종래기술에 따른 액체 슬로싱 댐퍼는 부이(buoy)의 형태로 형성되어, 부유상태를 유지하면서, 특정방향으로부터 전달되는 파동이 감소되도록 설계되어 있어서, 전방향으로부터 파동이 전달되는 실제 상황에서는 효율적으로 파동을 감소시키기 어려웠다.
특히, 부이(buoy)에 의해 수면에 부유되는 상태로 설치되는 각종 장치는 상기 장치의 부피, 요구 부력, 설치 회수의 편의성 등의 이유로 인해 부이의 크기가 한정되어 있어서, 성능이 좋은 동조액체댐퍼를 설치할 수 없는 문제점이 있다.
도 1에 도시된 바와 같은 수중음향 측정장치는, 슬로싱 액체 댐퍼인 부이(110)의 하방에 케이블(141)을 통하여 수중청음기가 적어도 하나 설치되고, 상기 케이블(141)의 하단에 추(143)가 설치되어, 상기 케이블(141)이 전개된 상태를 유지하도록 한다. 또한, 상기 부이(110)에 통신유닛(130)이 설치되고, 안테나(131)를 통하여 원거리에 이격된 선박(150)과 같은 시설의 안테나(151)와 무선통신을 하게 된다. 하지만, 상기 부이(110)와 상기 통신안테나(131)가 파동에 의해 요동되면서, 서로 가시선(LOS; line of sight)으로부터 이탈되어 통신이 불가하였다.
KR 10-2011-0095728 A　(2011.08.25, 양방향 액체 댐퍼 및 그 설계방법)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 수면을 통하여 전달되는 파동에 대하여 방향에 무관하게 파동을 감소시킬 수 있도록 한 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼는, 외벽과 상기 외벽의 내측에 내벽이 위치하여 원통형으로 형성되고, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 액체가 수용되어 수면에 부유하는 액체 슬로싱 댐퍼에 있어서, 상기 내벽은, 상기 댐퍼의 상부에 형성되는 상부내벽과, 상기 상부내벽의 하부에 형성되고 상기 상부내벽과 단차지게 형성되는 하부내벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부내벽의 내경은 상기 하부내벽의 내경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 외벽은 상단으로부터 하단까지 동일한 외경으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 외벽의 상단과 상기 상부내벽의 상단을 연결하는 상부면이 형성되고, 상기 외벽의 하단과 상기 하부내벽의 하단을 연결하는 하부면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부면은 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부로 액체가 출입하는 연통구가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연통구를 관통하여 액체가 유동하는 액체관이 설치되고, 상기 액체관에 상기 액체수용부로 액체를 채우거나 액체를 배출시키는 펌프가 설치되며, 상기 액체관에 상기 액체의 유동을 단속하는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 댐퍼는, 상기 상부내벽의 내부에 형성된 공간이 장비가 탑재될 장비탑재부가 되는 것을 특징으로 한다.
상기 상부내벽과 상기 하부내벽 사이에 형성되는 단차면으로부터 상기 상부내벽과 상기 외벽 사이에 채워지는 액체의 높이인 액면과 상기 하부내벽의 높이는, 상기 상부내벽과 상기 하부내벽의 경계지점을 중심으로 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인으로 분할하고, 상기 상부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하며, 상기 하부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하고, 상기 상부측 서브 도메인과 상기 하부측 서브 도메인의 경계부위에서 유체 연속조건을 적용하여 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부에 채워진 액체의 고유진동수를 구하며, 상기 고유진동수에 유체 경계 조건을 적용하여 비자명해를 통하여 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 단차면으로부터 상기 액면의 높이와 상기 하부내벽의 높이는 다음의 식
Figure 112020040882963-pat00001
,
Figure 112020040882963-pat00002
(
Figure 112020040882963-pat00003
,
Figure 112020040882963-pat00004
: 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인의 Bessel function, Neumann function 의 해에 대응하는 Laplace equation의 높이 변환 치환,
Figure 112020040882963-pat00005
,
Figure 112020040882963-pat00006
,
Figure 112020040882963-pat00007
,
Figure 112020040882963-pat00008
: 비자명해(Non-trivial solution) 찾기 위한 Bessel function, Neumann function 의 해, R1 : 댐퍼의 외경, R2 : 상부내벽의 내경, R3 : 하부내경의 내경)으로부터 구해지는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법은, 수면에 부유되는 상기 액체 슬로싱 댐퍼의 형상을 최적화하는 방법에 있어서,상기 댐퍼의 상부내벽의 내부에 형성되는 공간에 탑재될 장비의 부피, 무게에 따라 댐퍼의 외경과 내경을 산출하는 댐퍼 크기 설정 단계와, 상부내벽의 내경과 하부내벽의 내경의 비율을 산출하는 상하 비율 설정 단계와, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 채워진 액체의 액면의 위치를 산출하는 액면 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 액면 설정 단계에서 상기 액면은 상기 상부내벽과 상기 하부내벽의 경계지점을 중심으로 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인으로 분할하고, 상기 상부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하며, 상기 하부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하고, 상기 상부측 서브 도메인과 상기 하부측 서브 도메인의 경계부위에서 유체 연속조건을 적용하여 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부로 채워진 액체의 고유진동수를 구하며, 상기 고유진동수에 유체 경계 조건을 적용하여 비자명해를 통하여 구하는 것을 특징으로 한다.
상기 상부내벽과 상기 하부내벽 사이에 형성되는 단차면으로부터 상기 액면의 높이와 상기 하부내벽의 높이는 다음의 식
Figure 112020040882963-pat00009
,
Figure 112020040882963-pat00010
(
Figure 112020040882963-pat00011
,
Figure 112020040882963-pat00012
: 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인의 Bessel function, Neumann function 의 해에 대응하는 Laplace equation의 높이 변환 치환,
Figure 112020040882963-pat00013
,
Figure 112020040882963-pat00014
,
Figure 112020040882963-pat00015
,
Figure 112020040882963-pat00016
: 비자명해(Non-trivial solution) 찾기 위한 Bessel function, Neumann function 의 해, R1 : 댐퍼의 외경, R2 : 상부내벽의 내경, R3 : 하부내경의 내경)으로부터 구해지는 것을 특징으로 한다.
아울러, 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼를 포함한 부이형 수중음향 측정장치는, 수면에 부유되는 상기 액체 슬로싱 댐퍼와, 상기 댐퍼의 하방에 설치되어 수중의 음향을 획득하는 적어도 하나 이상의 수중 청음기와, 상기 수중 청음기로부터 수신된 음향정보를 외부로 발신하고 상기 댐퍼의 내부에 설치되는 통신유닛과, 상기 수중 청음기와 상기 통신유닛을 전기적으로 연결하는 케이블를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법에 따르면, 수면에 설치된 장치를 외부와 통신시키는 안테나의 지향각도가 변경되거나, 통신이 불가능한 상태가 되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 액체 슬로싱 댐퍼가 적용된 부이형 수중음향 측정장치를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼의 절개도.
도 4는 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼의 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼의 치수관계를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼에 액체를 충전 또는 배출시키는 펌프가 설치된 상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법을 도시한 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼(이하 '댐퍼'라고 함)는 중심축으로부터 서로 다른 거리에 외벽(11)과 내벽(12)이 형성되고, 상기 외벽(11)과 내벽(12) 사이에 액체가 수용되는 액체 슬로싱 댐퍼에서, 상기 내벽(12)은 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 중심축으로부터 서로 다른 거리에 형성되어 서로 다른 내경으로 형성된다.
외벽(11)은 상기 댐퍼(10)의 외측 둘레를 형성한다. 상기 외벽(11)의 단면, 즉 상기 댐퍼(10)의 중심축과 수직한 방향의 단면에서 원형(圓形)으로 형성된다.
상기 외벽(11)은 상기 댐퍼(10)의 중심축으로부터 동일한 거리에 위치하도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 댐퍼(10)는 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 동일한 외경을 가질 수 있다.
여기서, 상기 댐퍼(10)의 외경이 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 동일하게 형성되는 이유는 상기 댐퍼(10)의 모델링시 해석의 용이함을 위한 것이므로, 필요에 따라 상기 댐퍼(10)의 외경이 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 다른 외경을 갖도록 형성될 수도 있다.
내벽(12)은 상기 외벽(11)의 내측에 위치한다.
상기 내벽(12)과 상기 댐퍼(10)의 중심축과의 거리가 상기 댐퍼(10)의 내경이 되는데, 상기 댐퍼(10)의 내경은 상기 댐퍼(10)의 축방향을 따라 변하도록 형성된다. 즉, 상기 내벽(12)에서 상부측의 내경과 하부측의 내경이 서로 다르게 형성되도록 한다. 즉, 상기 내벽(12)에서 상부에는 상부내벽(12a)이 형성되고, 상기 상부내벽(12a)의 아래에 하부내벽(12b)이 형성된다.
이때, 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)의 상기 중심축으로부터 이격된 거리가 서로 다르게 형성된다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 상부내벽(12a)이 상기 하부내벽(12b) 보다 상기 중심축으로부터 더 이격되게 형성됨으로써, 상기 댐퍼(10)는 상기 상부내벽(12a) 측의 내경이 상기 하부내벽(12b) 측의 내경보다 크게 형성된다.
상기 상부내벽(12a)의 하단과 상기 하부내벽(12b)의 상단은 상기 중심축과 수직한 방향으로 단차면(12c)이 형성되고, 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)은 상기 단차면(12c)을 통하여 단차지게 형성된다.
하부면(13)은 상기 외벽(11)의 하단과 상기 내벽(12)의 하단, 즉 상기 하부내벽(12b)의 하단을 연결하도록 형성된다. 상기 하부면(13)은 상기 중심축과 수직한 면으로 형성된다.
상부면(14)은 상기 외벽(11)의 상단과 상기 내벽(12)의 상단, 즉 상기 상부내벽(12a)의 상단을 연결하도록 형성된다. 상기 상부면(14)도 상기 하부면(13)과 마찬가지로 상기 중심축과 수직한 면으로 형성된다.
상기 내벽(12)과 상기 외벽(11)의 사이에 형성되는 공간이 상기 외벽(11)과 사이에 이루는 공간이 액체가 채워지는 액체수용부(15)가 된다.
상기 액체수용부(15)로 액체가 출입하도록 상기 상부면(14)에는 연통구(18)가 형성된다.
또한, 상기 상부내벽(12a)에 의해 형성되는 내부공간은 수중음향 측정 및 제어장비, 무선통신모뎀, 배터리 등이 탑재되는 장비탑재부(17)가 된다.
아울러, 상기 하부내벽(12b)에 의해 형성되는 내부공간은 케이블(141)이 관통하는 관통공(16)이 된다.
상기 댐퍼(10)의 사이즈, 즉 상기 외벽(11)의 외경, 상기 상부내벽(12a)의 내경, 상기 하부내벽(12b)측의 내경은 상기 댐퍼(10)의 제조과정에서 결정되는 것이므로, 이미 제조된 댐퍼(10)는 상기 액체수용부(15)에 채워지는 액체의 양에 따라 달라진다.
상기 댐퍼(10)는 상기 댐퍼(10)의 성능을 가변시키기 위해서, 상기 액체수용부(15)의 내부로 액체를 더 채우거나, 상기 액체수용부(15)로부터 액체가 배출되도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 연통구(18)를 통하여, 상기 액체수용부(15)와 외부가 연통되도록 액체관(21)이 설치되고, 상기 액체관(21)에 펌프(23), 밸브(22) 등이 설치될 수 있다. 이를 통하여, 상기 댐퍼(10)가 부이로서 수면에 설치되었을 때, 수면의 상태에 따라 요동이 최소가 되도록 액면의 위치를 가변시킬 수 있다. 상기 액체수용부(15)에 채워지는 액체의 양에 따라 상기 액면의 위치가 가변되고 이에 따라 상기 댐퍼(10)의 고유진동수가 가변되어, 상기 댐퍼(10)의 성능이 가변된다.
상기 댐퍼(10)의 내부에서 액면의 높이를 결정하는 과정은 후술하기로 한다.
한편, 도 7에는 본 발명에 따른 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법이 도시되어 있다.
댐퍼 크기 설정 단계(S110)는 탑재되는 장비의 부피, 무게에 따라 댐퍼(10)의 외경과 내경을 산출한다. 상기 댐퍼(10)의 외경은 상기 외벽(11)에 의해 결정되고, 내경은 상기 내벽(12)에 의해 결정된다. 특히, 상기 댐퍼 크기 설정 단계(S110)에서는 상기 내경 산출시, 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)에 대하여 각각 상기 댐퍼(10)의 내경을 구하도록 한다.
상하 비율 설정 단계(S120)는 상기 댐퍼(10)의 상부내벽(12a)의 높이와 하부내벽(12b)의 높이를 결정한다.
상기 댐퍼 크기 설정 단계(S110)와 상기 상하 비율 설정 단계(S120)에서, 상기 댐퍼(10)에서 외벽(11)의 외경, 상부내벽(12a)의 내경 및 하부내벽(12b)의 내경, 그리고, 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)의 높이를 결정하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
상기 댐퍼(10)는 상기 댐퍼(10)의 내부에 수중음향 측정 및 제어장비, 무선통신모뎀, 배터리 등이 상기 댐퍼(10)와 조합되어 수중음향 측정장치로 구성되어 수면에 설치되었을 때, 약 33% (부이 높이의 1/3) 의 부력이 요구된다.
또한, 상기 수중음향 측정장치의 높이는 원활한 무선통신을 위해서 최소 안테나 높이의 1.5배가 요구된다. 상기 수중음향 측정장치의 높이가 최소 안테나 높이의 1.5배로 설정된 상태에서, 상기 수중음향 측정장치의 내부에 탑재되는 장치의 무게를 바탕으로 요구 부력을 계산한다.
이렇게 결정된 요구 부력에 따라 상기 댐퍼(10)에서 외벽(11)의 외경, 상부내벽(12a)의 내경 및 하부내벽(12b)의 내경, 그리고 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)의 높이를 설정한다.
액면 설정 단계(S130)는 상기 액체수용부(15), 즉 상기 외벽(11)과 상기 내벽(12) 사이의 공간으로 채워질 액체의 높이, 즉 액면(液面)을 결정한다. 상기 액면 설정 단계(S130)에서는 상기 단차면(12c)으로부터 상기 외벽(11)과 상기 상부내벽(12a) 사이의 공간으로 채워질 액체의 높이를 결정한다.
여기서, 상기 댐퍼(10)의 내부에서 액면의 높이는 다음과 같이 설정될 수 있다.
먼저, 상기 액체수용부(15)를 상기 상부내벽(12a)과 상기 하부내벽(12b)의 경계지점을 중심으로 상부측 서브 도메인(d1)과 하부측 서브 도메인(d2)으로 분할한다. 도 5에서 'z=0'인 부분을 기준으로 상기 상부측 서브 도메인(d1)과 상기 하부측 서브 도메인(d2)으로 분할된다.
상부측 서브 도메인(d1)의 액면은 공기와 접하므로, 상기 상부측 서브 도메인(d1)에 대하여 자유표면(free　surface) 조건을 사용하여 상기 상부측 서브 도메인(d1)의 고유진동수를 계산한다.
이렇게 계산된 상부측 서브 도메인(d1)의 액체에 대한 고유진동수를 라플라스 방정식과 변수분리법으로 상기 상부측 서브 도메인(d1)의 속도 포텐셜 함수를 구한다.
하부측 서브 도메인(d2)에서도 라플라스 방정식과 변수분리법을 이용하여 상기 하부측 서브 도메인(d2)의 속도 포텐셜 함수를 구한다.
상기 상부측 서브 도메인(d1)과 상기 하부측 서브 도메인(d2)의 각각의 속도 포텐셜 함수는 상기 단차면(12c), 즉 'z=0'인 지점에서는 서로 동일하다. 상기 단차면(12c)에서 상기 상부측 서브 도메인(d1)의 액체와 상기 하부측 서브 도메인(d2)의 액체는 연속되므로, 유체 연속 조건에 의해서, 상기 상부측 서브 도메인(d1)과 상기 하부측 서브 도메인(d2)의 각각의 속도 포텐셜 함수는 서로 동일하다. 이를 이용하여, 상기 액체의 고유진동수를 구한다.
상기 액체의 고유진동수가 구해지면, 비자명해를 통하여 구하여 상기 단차면(12c)으로 액면의 높이(h1)를 구한다.
상기 단차면(12c)으로부터 상기 액면의 높이와 상기 하부내벽(12b)의 높이는 다음의 식으로부터 구해질 수 있다.
Figure 112020040882963-pat00017
,
Figure 112020040882963-pat00018
(
Figure 112020040882963-pat00019
,
Figure 112020040882963-pat00020
: 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인의 Bessel function, Neumann function 의 해에 대응하는 Laplace equation의 높이 변환 치환,
Figure 112020040882963-pat00021
,
Figure 112020040882963-pat00022
,
Figure 112020040882963-pat00023
,
Figure 112020040882963-pat00024
: 비자명해(Non-trivial solution) 찾기 위한 Bessel function, Neumann function 의 해, R1 : 댐퍼의 외경, R2 : 상부내벽의 내경, R3 : 하부내경의 내경)
상기 상부측 서브 도메인(d1)과 상기 하부측 서브 도메인(d2)의 형상이 원통형이므로, 원기둥 형태에서의 유체의 운동을 해석하기 위해 베셀 함수(Bessel function), 노이만 함수(Neumann function)를 이용 한다.
본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼를 포함한 부이형 수중음향 측정장치는 앞서 설명한 액체 슬로싱 댐퍼(10)를 부이로 사용하여, 수중음향 측정장치를 구성한다.
댐퍼(10)는 앞서 설명한 형태로 형성된다. 상기 댐퍼(10)는 수면에 부유(浮游)된 상태로 설치되어, 부이(buoy) 역할을 하여 부력을 제공한다.
수중 청음기(142)는 상기 댐퍼(10)의 하방에 적어도 하나 이상으로 제공되어, 수중의 음향정보를 획득한다. 상기 수중 청음기(142)는 상기 댐퍼(10)의 하방에 간격을 두고 복수로 설치되어, 각각의 수심으로부터 음향정보를 수집하도록 하는 것이 바람직하다. 상기 수중 청음기(142)에 의해 획측한 수중의 음향정보를 분석함으로써, 수면 또는 수중에서 기동하는 함정이나 잠수함과 같은 표적을 탐지할 수 있다.
통신유닛(130)은 상기 댐퍼(10) 내부에 형성된 장비탑재부(17)에 탑재된다. 상기 통신유닛(130)은 안테나(131)를 통하여, 상기 수중 청음기(142)로부터 수신된 음향신호를 외부로 발신한다. 상기 통신유닛(130)은 외부로부터 제어신호 등을 수신할 수도 있다.
상기 장비탑재부(17)에는 상기 통신유닛(130) 이외에도, 각종 제어장비, 배터리 등과 같은 각종 장비가 탑재되고, 서로 연결된다.
상기 수중 청음기(142)과 상기 통신유닛(130)은 케이블(141)을 통하여 전기적으로 연결되어, 상기 수중 청음기(142)로부터 음향신호가 상기 통신유닛(130)으로 전송되도록 한다.
상기 케이블(141)의 하단엔 상기 추가 설치되어, 상기 케이블(141)이 전개된 상태를 유지하도록 한다.
이러한 본 발명에 따른 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법에 따르면, 상기 액체 슬로싱 댐퍼(10)가 수면에 설치되었을 때, 상기 댐퍼(10)의 요동이 감소된다.
상기 댐퍼(10)의 내벽(12)이 상부와 하부가 서로 다른 내경을 갖고, 액면에 조절됨으로써, 수면으로부터 전달되는 파동에 대하여 요동운동을 감소시켜, 안테나(131)의 지향각도의 변동을 최소화하거나, 전파 가시거리(line　of　sight)를 상실하는 상황을 줄일 수 있다.
이에 따라 보다 안정적으로 통신이 가능해지고, 상기 수중음향 측정이 가능해진다.
10 : 댐퍼 11 : 외벽
12 : 내벽 12a : 상부내벽
12b : 하부내벽 12c : 단차면
13 : 하부면 14 : 상부면
15 : 액체수용부 16 : 관통공
17 : 장비탑재부 18 : 연통구
21 : 액체관 22 : 밸브
23 : 펌프 110 : 부이
130 : 통신유닛 131 : 안테나
141 : 케이블 142 : 수중청음기
143 : 추 150 : 선박
151 : 안테나
S110 : 댐퍼 크기 설정 단계
S120 : 상바 비율 설정 단계
S130 : 액면설정 단계

Claims (13)

  1. 외벽과 상기 외벽의 내측에 내벽이 위치하여 원통형으로 형성되고, 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 액체가 수용되어 수면에 부유하는 액체 슬로싱 댐퍼에 있어서,
    상기 내벽은,
    상기 댐퍼의 상부에 형성되는 상부내벽과,
    상기 상부내벽의 하부에 형성되고 상기 상부내벽과 단차지게 형성되는 하부내벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상부내벽의 내경은 상기 하부내벽의 내경보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외벽은 상단으로부터 하단까지 동일한 외경으로 형성되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외벽의 상단과 상기 상부내벽의 상단을 연결하는 상부면이 형성되고,
    상기 외벽의 하단과 상기 하부내벽의 하단을 연결하는 하부면이 형성되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부면은 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부로 액체가 출입하는 연통구가 형성되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연통구를 관통하여 액체가 유동하는 액체관이 설치되고,
    상기 액체관에 상기 액체수용부로 액체를 채우거나 액체를 배출시키는 펌프가 설치되며,
    상기 액체관에 상기 액체의 유동을 단속하는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 댐퍼는, 상기 상부내벽의 내부에 형성된 공간이 장비가 탑재될 장비탑재부가 되는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부내벽과 상기 하부내벽 사이에 형성되는 단차면으로부터 상기 상부내벽과 상기 외벽 사이에 채워지는 액체의 높이인 액면과 상기 하부내벽의 높이는,
    상기 상부내벽과 상기 하부내벽의 경계지점을 중심으로 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인으로 분할하고,
    상기 상부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하며,
    상기 하부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하고,
    상기 상부측 서브 도메인과 상기 하부측 서브 도메인의 경계부위에서 유체 연속조건을 적용하여 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부에 채워진 액체의 고유진동수를 구하며,
    상기 고유진동수에 유체 경계 조건을 적용하여 비자명해를 통하여 구하는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단차면으로부터 상기 액면의 높이와 상기 하부내벽의 높이는 다음의 식
    Figure 112020040882963-pat00025
    ,
    Figure 112020040882963-pat00026

    (
    Figure 112020040882963-pat00027
    ,
    Figure 112020040882963-pat00028
    : 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인의 Bessel function, Neumann function 의 해에 대응하는 Laplace equation의 높이 변환 치환,
    Figure 112020040882963-pat00029
    ,
    Figure 112020040882963-pat00030
    ,
    Figure 112020040882963-pat00031
    ,
    Figure 112020040882963-pat00032
    : 비자명해(Non-trivial solution) 찾기 위한 Bessel function, Neumann function 의 해, R1 : 댐퍼의 외경, R2 : 상부내벽의 내경, R3 : 하부내경의 내경)
    으로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼.
  10. 수면에 부유되는 청구항 1항 내지 청구항 9항 중 어느 하나의 액체 슬로싱 댐퍼의 형상을 최적화하는 방법에 있어서,
    상기 댐퍼의 상부내벽의 내부에 형성되는 공간에 탑재될 장비의 부피, 무게에 따라 댐퍼의 외경과 내경을 산출하는 댐퍼 크기 설정 단계와,
    상부내벽의 높이와 하부내벽의 높이의 비율을 산출하는 상하 비율 설정 단계와,
    상기 외벽과 상기 내벽 사이에 채워진 액체의 액면의 위치를 산출하는 액면 설정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액면 설정 단계에서 상기 액면은 상기 상부내벽과 상기 하부내벽의 경계지점을 중심으로 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인으로 분할하고,
    상기 상부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하며,
    상기 하부측 서브 도메인의 속도 포텐셜 함수를 구하고,
    상기 상부측 서브 도메인과 상기 하부측 서브 도메인의 경계부위에서 유체 연속조건을 적용하여 상기 외벽과 상기 내벽 사이에 형성되는 액체수용부로 채워진 액체의 고유진동수를 구하며,
    상기 고유진동수에 유체 경계 조건을 적용하여 비자명해를 통하여 구하는 것을 특징으로 하는 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상부내벽과 상기 하부내벽 사이에 형성되는 단차면으로부터 상기 액면의 높이와 상기 하부내벽의 높이는 다음의 식
    Figure 112020040882963-pat00033
    ,
    Figure 112020040882963-pat00034

    (
    Figure 112020040882963-pat00035
    ,
    Figure 112020040882963-pat00036
    : 상부측 서브 도메인과 하부측 서브 도메인의 Bessel function, Neumann function 의 해에 대응하는 Laplace equation의 높이 변환 치환,
    Figure 112020040882963-pat00037
    ,
    Figure 112020040882963-pat00038
    ,
    Figure 112020040882963-pat00039
    ,
    Figure 112020040882963-pat00040
    : 비자명해(Non-trivial solution) 찾기 위한 Bessel function, Neumann function 의 해, R1 : 댐퍼의 외경, R2 : 상부내벽의 내경, R3 : 하부내경의 내경)
    으로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법.
  13. 수면에 부유되는 청구항 1항 내지 청구항 9항 중 어느 하나의 액체 슬로싱 댐퍼와,
    상기 댐퍼의 하방에 설치되어 수중의 음향을 획득하는 적어도 하나 이상의 수중 청음기와,
    상기 수중 청음기로부터 수신된 음향정보를 외부로 발신하고 상기 댐퍼의 내부에 설치되는 통신유닛과,
    상기 수중 청음기와 상기 통신유닛을 전기적으로 연결하는 케이블를 포함하는 것을 특징으로 하는 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼를 포함한 부이형 수중음향 측정장치.

KR1020200047998A 2020-04-21 2020-04-21 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법 KR102266794B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200047998A KR102266794B1 (ko) 2020-04-21 2020-04-21 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200047998A KR102266794B1 (ko) 2020-04-21 2020-04-21 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102266794B1 true KR102266794B1 (ko) 2021-06-18

Family

ID=76623187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200047998A KR102266794B1 (ko) 2020-04-21 2020-04-21 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102266794B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62196795U (ko) * 1986-06-04 1987-12-14
JPH0820913A (ja) * 1994-07-11 1996-01-23 Inafuku Kiyotaka 浮桟橋
KR20110095728A (ko) 2010-02-19 2011-08-25 단국대학교 산학협력단 양방향 액체 댐퍼 및 그 설계방법
KR101210847B1 (ko) * 2012-07-11 2012-12-11 부산대학교 산학협력단 전방향 동조액체댐퍼 및 그를 사용한 부유식 해상 풍력발전시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62196795U (ko) * 1986-06-04 1987-12-14
JPH0820913A (ja) * 1994-07-11 1996-01-23 Inafuku Kiyotaka 浮桟橋
KR20110095728A (ko) 2010-02-19 2011-08-25 단국대학교 산학협력단 양방향 액체 댐퍼 및 그 설계방법
KR101210847B1 (ko) * 2012-07-11 2012-12-11 부산대학교 산학협력단 전방향 동조액체댐퍼 및 그를 사용한 부유식 해상 풍력발전시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10527478B2 (en) Tank fluid level measuring device
CN104198593B (zh) 一种高静水压低频校准腔体及测试方法
CN109116360B (zh) 一种深海实时高精度定位方法及系统
CN103754327B (zh) 一种海况测量浮标
EP2587227A1 (en) Downhole tool for determining flow velocity
KR101979228B1 (ko) 무선 수중 음향 센싱 장치
CN103674180A (zh) 具有气泡脱落反射器的液位测量系统
KR102266794B1 (ko) 내파성이 향상된 액체 슬로싱 댐퍼, 이를 포함한 부이형 수중음향 측정장치 및 액체 슬로싱 댐퍼의 형상 최적화 방법
US2839920A (en) Sea state wave meter
US11175174B2 (en) Sensor, a sensor system, and a method of sensing in a floatation tank
JP6618541B2 (ja) 地中の孔を計測する計測装置及び方法
JP6640421B1 (ja) 自体浮力型弾性波探査モジュールを含む弾性波探査装置及びその方法
US11867549B2 (en) Device for determining a filling level of a liquid in a container
US3367181A (en) Directional wave spectra measuring devices
US10495506B2 (en) Liquid level meter
US6577557B1 (en) Water column sound speed profiling system
KR101854733B1 (ko) 관체의 유량측정장치와 그것을 포함하는 유량측정시스템
RU2522671C1 (ru) Автоматизированная система кренования судна
US11092474B2 (en) Liquid level sensor
JP6725812B2 (ja) ブイ式波高計測装置
RU2682081C2 (ru) Акустический профилограф для получения изображения поверхности дна (варианты)
US3511092A (en) Bathythermographic probe for uniform descent rate
CN218002611U (zh) S形储罐差压测量系统
CN216283834U (zh) 一种用于甲醇精馏副产物杂醇油的分腔式浸没浮子液位计
CN220114767U (zh) 一种水下地形测量设备

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant