KR102299142B1 - 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템 - Google Patents

아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것이다.

Description

아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템{Launching-vibration supression system for capsule train inside partial vacuum tube}
본 발명은 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 하이퍼루프(hyperloop)는 공기압의 압력 차를 이용하여 빠른 속도로 움직이는 초고속 열차를 의미하는 것으로, 자기부상열차가 가지는 속도의 한계를 극복하기 위하여 튜브라는 밀폐된 공간을 아진공 상태로 만들어 주행하는 튜브 철도 시스템을 의미한다.
즉, 기존의 자기부상열차는 공기저항 및 점착 구동방식의 한계로 인하여 열차의 초고속화에 어려움이 있으므로, 약 0.001atm 상태의 아진공 튜브를 만들어 기밀을 유지하도록 하고, 그 내부를 캡슐 형태의 차량이 주행할 수 있도록 하여 최대 1,200km/h의 속도를 낼 수 있도록 하는 하이퍼루프에 대한 연구가 최근 들어 국내는 물론 해외에서도 활발히 진행되고 있는 실정이다.
일례로, 대한민국 등록특허공보 제10-1180896호에는 초고속 튜브 트레인 아진공 열차주행 시험 장치가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 열차모델의 추진력을 발생하는 열차모델추진부와, 상기 열차모델이 이동하는 시험영역인 터널모델과, 상기 터널모델을 이동한 열차모델을 정지하는 열차모델제동부로 구성되는 초고속 열차주행 시험 장치에 있어서, 상기 터널모델의 끝단은 차단막으로 막아 기밀하고, 진공펌프를 사용하여 상기 터널모델의 내부를 아진공 상태로 형성함으로써, 아진공 상태의 터널모델 내에서 열차모델의 공기역학 시험을 할 수 있고 이를 통해 얻어진 데이터를 이용해 초고속 튜브 트레인 아진공 열차의 개발에 활용할 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있는 것이다.
즉, 상기 종래기술은 압축공기를 이용하여 열차모델을 최대 700km/h의 속도까지 발사시키고, 열차모델이 강선, 즉 가이드와이어에 의해 지지되어 초고속으로 주행할 수 있도록 구성되어 있으나, 공기압에 의해 열차모델을 발사시킨 후 열차모델의 진동을 감쇄시킬 수 있도록 하는 장치 또는 시스템이 구비되어 있지 않아, 발사 과정에서 발생되는 진동에 의해 열차모델이 영향을 받는 것을 피할 수 없는 문제점이 있었다.
발사 과정에서 발생되는 진동이 열차모델로 전달될 경우, 열차모델에 진동이 발생하여 주행안정성이 저하될 뿐만 아니라, 초고속 튜브 트레인 아진공 열차의 개발을 위한 테스트의 결과 또한 신뢰성을 확보할 수 없게 되므로, 열차모델의 발사진동을 감쇄시킬 수 있도록 하는 장치의 개발이 시급하게 요구되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1180896호(2012. 09. 07. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
내측에 캡슐차량과 가이드 와이어 및 캡슐차량을 발사시키기 위한 장치가 설치된 아진공 튜브와, 상기 아진공 튜브의 후방에 연결 설치되고, 내측에 캡슐차량을 발사시키기 위한 스프링 발사장치가 설치된 발사튜브와, 상기 발사튜브의 후방에 연결 설치되고, 내측에 스프링 압축장치가 구비된 안정화 탱크 및 상기 안정화 탱크의 내측에 수용되고, 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량의 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 진동감쇄부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 진동감쇄부는 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량 발사시의 반발력을 지지하는 지지프레임과, 상기 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 유압실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 진동감쇄부는 유압실린더에 설치되는 스프링을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유압실린더는 서로 일정 간격 이격되도록 하여 두 개 이상 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 발사튜브와 안정화 탱크 사이의 연결부에는 발사튜브 내부의 아진공 상태를 유지하도록 하는 진공플랜지가 결합된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스프링 발사장치는 스프링 압축장치에 의해 압축되는 압축 코일스프링과, 상기 압축 코일스프링의 후단에 결합되는 스프링 고정구와, 상기 스프링 고정구와 발사튜브 사이에 삽입 설치되는 오일슬라이더 및 상기 캡슐차량을 발사시키기 위한 유압식 장전 및 격발장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 함으로써, 아음속으로 주행하는 캡슐차량에 발생하는 공기저항력을 정밀하게 계측할 수 있게 되는 뛰어난 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템을 포함하는 캡슐차량의 스프링 발사 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 진동감쇄부의 모습을 나타낸 사시도.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 진동감쇄부와 아진공 튜브의 연결부 모습을 세부적으로 나타낸 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템을 포함하는 캡슐차량의 스프링 발사 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명 중 진동감쇄부의 모습을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 진동감쇄부와 아진공 튜브의 연결부 모습을 세부적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명은 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 아진공 튜브(100), 발사튜브(200), 안정화 탱크(300) 및 진동감쇄부(320)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 아진공 튜브(100)는 실제 하이퍼루프(hyperloop)에 사용되는 아진공 상태의 튜브를 모사하기 위한 것으로, 내부의 모습을 육안으로 확인할 수 있는 투명 재질로 이루어진다.
상기 아진공 튜브(100)의 내측에는 캡슐차량(110)과, 상기 캡슐차량(110)의 주행을 가이드하기 위한 가이드 와이어(120)가 설치되는데, 이러한 구성 및 진공펌프(미도시)를 이용하여 아진공 튜브(100)와 후술할 발사튜브(200) 및 안정화 탱크(300)의 내부를 진공화시킬 수 있도록 하는 구성은 전술한 선행기술 대한민국 등록특허공보 제10-1180896호에 이미 공지되어 있고, 본 발명에서 청구하고자 하는 바가 아니므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다음, 상기 발사튜브(200)는 아진공 튜브(100)의 후방에 연결 설치되고, 내측에 캡슐차량(110)을 발사시키기 위한 스프링 발사장치가 설치되는 것으로, 필요에 따라 상기 아진공 튜브(100)와 일체로 형성될 수도 있다.
상기 발사튜브(200)의 내측에 설치되는 스프링 발사장치로는 압축 코일스프링(220), 스프링 고정구(230), 오일슬라이더(240), 장전 및 격발장치(250) 등이 포함될 수 있는데, 먼저 상기 압축 코일스프링(220)은 후술할 안정화 탱크(300)의 내부에 설치되는 스프링 압축장치(310)에 의해 압축되어 캡슐차량(110)을 초고속으로 발사시킬 수 있도록 하는 동력을 제공하는 역할을 하는 것으로, 이러한 압축 코일스프링(220)의 설치 길이를 충분히 길게 함으로써 약 1,200km/h의 아음속으로 캡슐차량(110)을 발사시킬 수 있게 된다.
다음, 상기 스프링 고정구(230)는 발사튜브(200)의 후방 단부 내측에 설치되어 용접 등의 방법에 의해 압축 코일스프링(220)의 후방 단부를 고정시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 후술하겠지만, 상기 스프링 고정구(230)는 진동감쇄부(320)를 구성하는 유압실린더(324)의 로드와 연결되어 캡슐차량(110)의 발사시 발생되는 충격 및 진동을 유압실린더(324)에서 감쇄시킬 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 오일슬라이더(240)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 스프링 고정구(230)와 발사튜브(200)의 사이에 삽입 설치되는 것으로, 스프링 고정구(230)와 발사튜브(200) 사이의 마찰력을 저감시켜 발사튜브(200)의 내측 벽면을 따라 이동하는 스프링 고정구(230)의 움직임이 보다 원활히 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 장전 및 격발장치(250)는 유압에 의해 구동되어 캡슐차량(110)을 발사시키는 역할을 하는 것으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압축된 상태의 압축 코일스프링(220)에 의해 지지되는 캡슐차량(110)의 후방에 설치되어 발사준비 완료 상태로 장전된 캡슐차량(110)을 발사시키면, 압축 코일스프링(220)의 복원력에 의해 캡슐차량(110)이 발사튜브(200) 내부에서 발사 및 가속되고, 아진공 튜브(100) 내로 진입하여 가이드 와이어(120)에 의해 지지되어 아진공 튜브(100) 내부를 통해 주행하게 된다.
한편, 상기 발사튜브(200)의 내측, 장전 및 격발장치(250)의 전방에는 스프링 압축변위 조절장치(260)가 설치될 수 있는데, 상기 스프링 압축변위 조절장치(260)는 수동 또는 자동으로 압축 코일스프링(220)의 압축 정도를 조절할 수 있도록 함으로써 캡슐차량(110)의 발사 속도 및 가속도를 조절할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
또한, 상기 발사튜브(200)의 내측 후단에는 캡슐차량(110)의 주행을 가이드하는 가이드 와이어(120)의 단부를 고정시키기 위한 와이어 고정장치(270)가 설치되는데, 상기 와이어 고정장치(270)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 파이프 형상으로 이루어져 볼트 등의 체결수단에 의해 발사튜브(200)에 체결 고정될 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 안정화 탱크(300)는 발사튜브(200)의 후방에 연결 설치되어 캡슐차량(110)의 발사시 발사튜브(200)로부터 전달되는 압축파(compression wave)를 안정화시키는 역할을 하는 것으로, 상기 안정화 탱크(300)의 내부에는 캡슐차량(110)의 발사를 위해 압출 코일스프링(220)을 압축시킬 수 있도록 하는 유압식 스프링 압축장치(310)가 설치되어 있다.
즉, 유압에 의해 안정화 탱크(300)의 내부에 설치된 스프링 압축장치(310)를 전방으로 구동시키면, 발사튜브(200)의 내측에 설치된 압축 코일스프링(220)이 압축되면서 캡슐차량(110)을 발사시키기 위한 동력을 생성하고, 장전 및 격발장치(250)의 작동에 의해 캡슐차량(110)이 발사되면 압축 코일스프링(220)의 복원력에 의해 스프링 압축장치(310)가 후방으로 밀리는 방향으로 압축파가 발생되므로 안정화 탱크(300) 내부에서 이러한 압축파를 안정화시킬 수 있도록 구성된 것이다.
또한, 상기 발사튜브(200)와 안정화 탱크(300) 사이의 연결부에는 진공플랜지(210)가 설치되는데, 상기 진공플랜지(210)는 후술할 진동감쇄부(320)의 지지프레임(322)과 발사튜브(200)의 사이에 설치되어 발사튜브(200)와 안정화 탱크(300) 사이의 연결부를 밀폐시킴으로써 발사튜브(200) 및 안정화 탱크(300) 내부의 아진공 상태를 유지시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 진동감쇄부(320)는 안정화 탱크(300)의 내측에 수용되고, 발사튜브(200)의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량(110)의 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 것으로, 지지프레임(322)과 유압실린더(324)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세히 설명하면, 상기 지지프레임(322)은 발사튜브(200)의 후단, 즉 발사튜브(200)와 안전화 탱크(300)의 사이에 설치되어 캡슐차량(110) 발사시의 반발력을 지지하는 역할을 하는 것으로, 지지프레임(322)의 중앙부는 관통 형성되어 후술할 유압실린더(324)의 로드가 발사튜브(200)의 후단부 내측에 설치된 스프링 고정구(230)와 연결될 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 유압실린더(324)는 발사튜브(200)의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량(110) 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 것으로, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 유압실린더(324)의 후방 단부는 발사튜브(200)의 후단 플랜지 부분에 지지되도록 하여 안정화 튜브의 전단부 내측을 향해 설치된다.
상기 유압실린더(324)는 지지프레임(322)에 고정 설치되며, 전술한 바와 같이, 유압실린더(324)의 로드는 그 후단부가 발사튜브(200)의 내측으로 삽입되어 압축 코일스프링(220)의 후단이 고정된 스프링 고정구(230)에 연결될 수 있도록 설치되어 발사튜브(200)의 내측에서 캡슐차량(110)이 발사되는 경우 스프링 고정구(230) 및 발사튜브(200)로부터 전달되는 충격 및 진동을 감쇄시킬 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 상기 유압실린더(324)는 서로 일정거리 이격되도록 하여 다수 개가 설치될 수 있는데, 가장 효율적으로 충격 및 진동을 감쇄시킬 수 있도록 하기 위해서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 90도 간격으로 4개의 유압실린더(324)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 도시하지는 않았으나, 캡슐차량(110)의 발사 속도에 따라 180도 간격으로 2개의 유압실린더(324)를 설치하거나, 120도 간격으로 3개의 유압실린더(324)를 설치할 수도 있음은 물론이다.
한편, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 유압실린더(324)의 전단부에는 스프링(326)이 삽입 설치될 수 있는데, 상기 스프링(326) 또한 캡슐차량(110)의 발사시 발생되는 충격 및 진동을 감쇄시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 본 발명에서의 캡슐차량(110)은 약 1,200km/h의 아음속으로 발사되므로, 약 1/100sec 이하의 짧은 시간 내에 진동을 완화시켜야 하는데, 유압실린더(324)만으로는 충격 흡수 및 진동 완화에 한계가 있을 수 있으므로, 유압실린더(324)의 로드 전단부와 몸체부 사이에 스프링(326)을 추가적으로 설치하여 충격 흡수 및 진동 감쇄 효과를 극대화시킬 수 있도록 구성된 것이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 의하면, 비교적 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm)(100) 내부에서 캡슐차량(110)을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 과정에서 발생되는 충격 및 진동을 효과적으로 감쇄시킬 수 있을 뿐만 아니라, 그로 인해 캡슐차량(110)의 주행 진동을 억제시킬 수 있으므로, 아진공 튜브(100) 내부에서 아음속으로 주행하는 캡슐차량(110)에 발생하는 공기저항력 계측을 위한 공력실험 등 다양한 실험에서의 계측 결과의 정확성을 향상시킬 수 있게 되는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단순한 구성에 의해 아진공 튜브(0.001atm) 내부에서 캡슐차량을 약 1,200km/h의 아음속으로 발사시키는 스프링 발사장치에서 발생되는 진동이 캡슐차량으로 전달되는 것을 감쇄시킬 수 있도록 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템에 관한 것이다.
100 : 아진공 튜브 110 : 캡슐차량
120 : 가이드와이어 200 : 발사튜브
210 : 진공플랜지 220 : 압축 코일스프링
230 : 스프링 고정구 240 : 오일슬라이더
250 : 장전 및 격발장치 260 : 스프링 압축변위 조절장치
270 : 와이어 고정장치 300 : 안정화 탱크
310 : 스프링 압축장치 320 : 진동감쇄부
322 : 지지프레임 324 : 유압실린더
326 : 스프링

Claims (6)

  1. 내측에 캡슐차량과 가이드 와이어 및 캡슐차량을 발사시키기 위한 장치가 설치된 아진공 튜브와,
    상기 아진공 튜브의 후방에 연결 설치되고, 내측에 캡슐차량을 발사시키기 위한 스프링 발사장치가 설치된 발사튜브와,
    상기 발사튜브의 후방에 연결 설치되고, 내측에 스프링 압축장치가 구비된 안정화 탱크 및
    상기 안정화 탱크의 내측에 수용되고, 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량의 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 진동감쇄부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 진동감쇄부는 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량 발사시의 반발력을 지지하는 지지프레임과,
    상기 발사튜브의 후단에 연결 설치되어 캡슐차량 발사시 발생되는 진동을 감쇄시키는 유압실린더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 진동감쇄부는 유압실린더에 설치되는 스프링을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 유압실린더는 서로 일정 간격 이격되도록 하여 두 개 이상 설치된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 발사튜브와 안정화 탱크 사이의 연결부에는 발사튜브 내부의 아진공 상태를 유지하도록 하는 진공플랜지가 결합된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 스프링 발사장치는 스프링 압축장치에 의해 압축되는 압축 코일스프링과, 상기 압축 코일스프링의 후단에 결합되는 스프링 고정구와, 상기 스프링 고정구와 발사튜브 사이에 삽입 설치되는 오일슬라이더 및 상기 캡슐차량을 발사시키기 위한 유압식 장전 및 격발장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 아진공 튜브 내부 캡슐차량 발사 진동 감쇄 시스템.

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