KR102429041B1

KR102429041B1 - 수중 운동체 및 수중 운동체용 가스유량 조절장치

Info

Publication number: KR102429041B1
Application number: KR1020220034018A
Authority: KR
Inventors: 배성환; 오석진; 허준영; 조하나
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2022-03-18
Filing date: 2022-03-18
Publication date: 2022-08-04

Abstract

본 발명은 수중 운동체의 전방에 결합되며, 해수가 유입됨에 따라 기포가 발생되는 캐비테이터(cavitator), 상기 캐비테이터로부터 상기 수중 운동체의 내부로 연결되며, 상기 캐비테이터로부터의 해수가 유입되는 해수 흡입관, 상기 수중 운동체의 내부에 구비되며, 가스를 발생시키는 가스 발생기, 상기 가스 발생기로부터 상기 수중 운동체의 선수부 측으로 연장된 가스 분출관 및 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 연동하여 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량을 조절하는 가스유량 조절장치를 포함하는 수중 운동체로서, 본 발명에 의하면, 추진기관의 속력에 따른 해수 흡입관의 압력 차를 이용하여 가스 분출관의 유로를 변화시켜 가스발생기에서 분출되는 가스 유량을 조절할 수 있게 한다.

Description

수중 운동체 및 수중 운동체용 가스유량 조절장치{UNDERWATER VEHICLE AND GAS FLOW REGULATING APPARATUS FOR THE UNDERWATER VEHICLE}

본 발명은 어뢰와 같은 수중 운동체와 수중 운동체에 초공동화 기술 적용을 위한 가스유량 조절장치에 관한 것이다.

어뢰와 같은 수중 운동체는 공기보다 밀도가 현저히 높은 물 속에서 운용되기에 운행 과정에서 보다 큰 저항을 받게 된다. 이러한 저항을 극복하고 속력을 높이기 위해서 초공동화 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.

초공동화란 수중 운동체를 하나의 거대한 기포로 감싸 물과의 직접 접촉을 차단하여 수중에서 받는 저항을 낮춰 운동체의 속력을 획기적으로 높이는 기술이다. 본 발명은 이러한 초공도화 기술이 적용된 초공동 해수흡입 추진기관의 내부 시스템을 활용한 발명이다.

초공동 해수흡입 추진기관은 해수를 흡입하여 산화제로 사용하고, 캐비테이터(cavitator)와 가스 발생기에서 기포를 발생시켜 추진기관을 하나의 거대한 기포로 덮는다. 추진기관이 운용될 때 캐비테이터에서 자연적으로 기포가 발생하며 가스발생기에서는 인위적으로 연료를 태워 기포를 발생시킨다.

이때 캐비테이터에서 발생하는 기포 생성량은 추진기관의 속력에 비례한다. 따라서 운동체가 보다 빠르고 안정적으로 초공동 상태로 돌입하기 위해서는 초기 속력이 낮은 구간에서 가스발생기의 기포 분출량을 증가시켜야한다.

이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.

한국등록특허공보 제10-477053호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 추진기관의 속력에 따른 해수 흡입관의 압력 차를 이용하여 가스 분출관의 유로를 변화시켜 가스발생기에서 분출되는 가스 유량을 조절할 수 있게 하는 가스유량 조절장치와 이를 포함하는 수중 운동체를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 수중 운동체는, 수중 운동체의 전방에 결합되며, 기포가 발생되는 캐비테이터(cavitator), 상기 캐비테이터로부터 상기 수중 운동체의 내부로 연결되며, 상기 캐비테이터로부터의 해수가 유입되는 해수 흡입관, 상기 수중 운동체의 내부에 구비되며, 가스를 발생시키는 가스 발생기, 상기 가스 발생기로부터 상기 수중 운동체의 선수부 측으로 연장된 가스 분출관 및 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 연동하여 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량을 조절하는 가스유량 조절장치를 포함한다.

그리고, 상기 가스유량 조절장치는 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량이 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 정비례 하도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스 분출관의 끝단으로부터 상기 수중 운동체의 선수부의 측면으로 연결되는 가스 배출관을 더 포함하고, 상기 수중 운동체의 측면에는 상기 가스 배출관과 연통되어 상기 가스 배출관으로부터의 가스를 수중으로 배출시키는 가스 배출구가 형성된 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 가스 배출관 및 상기 가스 배출구는 각각 복수 개인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 해수 흡입관으로부터 상기 가스 분출관 측으로 분기된 압력 조절관을 더 포함한다.

또한, 상기 가스유량 조절장치는, 상기 압력 조절관 내에 구비되어, 상기 해수 흡입관 내의 해수의 압력에 따라 상기 압력 조절관 내에서 상하 방향으로 동작하는 레귤레이터 및 상기 가스 분출관 내에 구비되며, 상기 레귤레이터의 상하 동작 방향에 연동하여 상기 레귤레이터와 동일한 방향으로 동작하는 유로 조절 부재를 포함한다.

나아가, 상기 가스유량 조절장치는, 상기 레귤레이터의 상단과 상기 유로 조절 부재의 하단을 연결하는 피스톤 로드를 더 포함할 수 있고,상기 가스 분출관의 상단에는 상기 유로 조절 부재가 상하 방향으로 출입 가능하게 하는 출입홀이 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 유로 조절 부재가 상하 방향으로 동작함에 따라 상기 가스 분출관의 단면적이 조절됨으로써, 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 가스유량 조절장치는, 상기 유로 조절 부재의 상단에 일 단이 결합되고, 타 단은 상기 수중 운동체의 내측에 고정된 스프링을 더 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 수중 운동체용 가스유량 조절장치는, 수중 운동체 내의 가스 발생기로부터 발생되어 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량을 조절하기 위한 가스유량 조절장치로서, 상기 수중 운동체 내에 구비되어 상기 수중 운동체의 전방으로부터 해수가 유입되는 해수 흡입관으로부터 상기 가스 분출관 측으로 분기된 압력 조절관 내에 구비되는 레귤레이터 및 상기 가스 분출관 내에 구비되며, 상기 레귤레이터의 상하 동작 방향에 연동하여 상기 레귤레이터와 동일한 방향으로 동작하는 유로 조절 부재를 포함한다.

그리고, 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량이 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 정비례 하도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 레귤레이터의 상단과 상기 유로 조절 부재의 하단을 연결하는 피스톤 로드를 더 포함하고, 상기 유로 조절 부재는 상기 가스 분출관의 상단에 형성된 출입홀을 관통함으로써 상기 가스 분출관 내에서 상하 방향으로 동작하는 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 유로 조절 부재의 상단에 일 단이 결합되고, 타 단은 상기 수중 운동체의 내측에 고정된 스프링을 더 포함할 수 있다.

본 발명은 초공동 해수 흡입 추진기관이 운동할 때 속력 변화에 따라 발생하는 해수 흡입관의 압력 차를 이용하여 가스 분출관의 유로를 변화시켜 가스 유량을 조절할 수 있다.

이를 통해 낮은 속력 구간에서 캐비테이터의 적은 가스 발생량을 가스발생기에서 보강하여 빠르고 안정적으로 초공동화 상태로 돌입할 수 있다.

도 1은 본 발명의 수중 운동체 및 가스유량 조절장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 가스유량 조절장치를 부분 확대 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 X-X 단면을 나타낸 것이다.
도 4는 도 2의 본 발명의 가스유량 조절장치의 작동 상태 변화를 도시한 것이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 수중 운동체 및 가스유량 조절장치를 개략적으로 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 가스유량 조절장치를 부분 확대 도시한 것이고, 도 3은 도 2의 X-X 단면을 나타낸 것이다. 그리고, 도 4는 도 2의 본 발명의 가스유량 조절장치의 작동 상태 변화를 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 운동체 및 수중 운동체용 가스유량 조절장치를 설명하기로 한다.

본 발명은 초공동화 기술이 적용되는 수중 운동체에 관한 것으로, 이를 위해 본 발명의 수중 운동체(10)의 전방에 캐비테이터(20)가 결합되고, 캐비테이터(20)로부터 수중 운동체(10)의 선단부를 통해 수중 운동체(10)의 내부로 통하는 해수 흡입관(12)이 연결된다.

캐비테이터(20)를 통해서 해수가 해수 흡입관(12)을 통해 미도시된 해수 처리 장치 및 해수 배출구를 통해 다시 수중으로 배출될 수 있다.

캐비테이터(20)를 통해 해수의 유입과 함께 기포가 수중 운동체(10)의 속력에 비례하여 자연적으로 생성됨으로써 도시와 같이 수중 운동체(10)의 주변을 둘러싸게 된다.

그리고, 인위적 기포 생성 및 분출을 위해 수중 운동체(10) 내부에 가스 발생기(30)가 구비되며, 가스 발생기(30)로부터 생성된 가스가 분출되도록 가스 발생기(30)로부터 수중 운동체(10)의 선수부를 향해 연장되는 가스 분출관(13)이 연결되며, 가스 분출관(13)의 끝단으로부터 선수부의 측면으로 가스 배출관(14)이 연결된다.

그래서, 가스 발생기(30)에 의해 생성된 기포는 가스 분출관(13), 가스 배출관(14)을 거쳐 가스 배출구(11)를 통해 수중으로 배출되어 도시와 같이 수중 운동체(10)를 감싸게 되며, 가스 배출관(14) 및 가스 배출구(11)는 복수 개로 형성될 수 있다.

여기서, 가스 분출관(13) 및 해수 흡입관(12)은 일정 구간 수중 운동체(10)의 길이방향에 평행한 것이 바람직하고, 가스 분출관(13) 및 해수 흡입관(12) 또한 서로 평행한 것이 바람직하다. 또한, 해수 유입관(12)이 가스 분출관(13)의 하방향에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명은 이 같은 초공동 추진기술이 적용되는 한편, 수중 운동체(10)의 저속 또는 고속 운동에 따라 가스 발생기로부터 수중으로 배출되는 가스의 유량을 능동적으로 조절할 수 있게 하기 위한 것이다.

이를 위해, 수중 운동체(10)에는 해수 흡입관(12)으로부터 가스 분출관(13) 측으로 분기되는 압력 조절관(15)이 형성되고, 가스 분출관(13)을 통한 가스 분출량을 조절하기 위한 가스유량 조절장치(100)를 포함한다.

그리고, 압력 조절관(15)은 해수 흡입관(12)으로부터 수직하게 절곡되어 연장되는 것이 보다 바람직하다.

가스유량 조절장치(100)는 레귤레이터(110), 유로 조절 부재(120), 피스톤 로드(130)를 포함한다.

레귤레이터(110)는 압력 조절관(15) 내에 구비되어, 해수 흡입관(12)의 해수 압력에 따라서 압력 조절관(15) 내에서 상하 방향으로 동작한다.

즉, 도 2와 같이 해수 흡입관(12)을 통해 유입되는 해수의 압력이 작은 경우에는 레귤레이터(110)가 압력 조절관(15) 내에서 하향 동작하게 되고, 반대로 해수 흡입관(12)을 통해 유입되는 해수의 압력이 큰 경우에는 도 4와 같이 레귤레이터(110)가 압력 조절관(15) 내에서 상향 동작하게 된다.

레귤레이터(110)는 압력 조절관(15)의 내경의 크기에 대응되는 외경을 가진 원형 단면을 가진 형상일 수 있다.

반면, 유로 조절 부재(120)는 가스 분출관(13)에 구비되며, 레귤레이터(110)의 상하 동작에 연동하여 상하 방향 중 동일한 방향으로 동작한다.

유로 조절 부재(120)의 이러한 동작에 의해서 가스 분출관(13)의 단면적을 조절하는 것이 가능하고, 이를 위해 유로 조절 부재(120)가 상하 방향으로 출입이 가능하게 하는 출입홀이 가스 분출관(13) 상단에 형성된다.

그래서, 도 2와 같이 레귤레이터(110) 하향시 출입홀을 통해 유로 조절 부재(120)가 가스 분출관(110) 내에 차지하는 면적이 커짐에 따라 가스 분출관(110)을 통해 분출되는 가스의 양이 감소되게 하고, 반대로 도 4와 같이 레귤레이터(110) 상향시 출입홀을 통해 유로 조절 부재(120)가 상승하여 가스 분출관(110) 내에 차지하는 면적이 최소화됨에 따라 가스 분출관(110)을 통해 분출되는 가스의 양이 증가되게 하는 것이다.

이러한 연동 동작을 위해 레귤레이터(110)의 상단과 유로 조절 부재(120)의 하단이 피스톤 로드(130)에 의해 연결된다. 따라서, 가스 분출관(13) 하단 및 압력 조절관(15) 상단에는 피스톤 로드(130)가 관통되는 관통홀이 형성될 수 있다.

나아가, 보다 안정적인 상하 동작을 위해서 스프링(140) 및 스프링 고정부(150)가 더 구성될 수 있다. 즉, 스프링(140)의 일 단이 유로 조절 부재(120)의 상단에 결합되고, 스프링(140)의 타 단은 수중 운동체(10) 내에 고정된 스프링 고정부(150)에 결합됨으로써, 도 4와 같이 유로 조절 부재(120) 상승시 스프링(140)이 압축 변형됨으로써, 유로 조절 부재(120)에 하방향으로 탄성 복원력을 가하게 된다.

따라서, 수중 운동체(10)의 저속 운동에 의해 해수 흡입관(12) 내 압력이 스프링(140)의 탄성력을 이기는 경우에 도 4와 같이 유로 조절 부재(120)가 상승하고, 수중 운동체(10)의 고속 운동으로 해수 흡입관(12) 내 압력이 줄어들면 도 2와 같이 스프링(140)의 탄성 복원력에 의해 유로 조절 부재(120)가 원활하게 하향하게 하는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

10 : 수중 운동체
11 : 가스 배출구
12 : 해수 흡입관
13 : 가스 분출관
14 : 가스 배출관
15 : 압력 조절관
20 : 캐비테이터
30 : 가스 발생기
100 : 가스유량 조절장치
110 : 레귤레이터
120 : 유로 조절 부재
130 : 피스톤 로드
140 : 스프링
150 : 스프링 고정부

Claims

수중 운동체의 전방에 결합되며, 기포가 발생되는 캐비테이터(cavitator);
상기 캐비테이터로부터 상기 수중 운동체의 내부로 연결되며, 상기 캐비테이터로부터의 해수가 유입되는 해수 흡입관;
상기 수중 운동체의 내부에 구비되며, 가스를 발생시키는 가스 발생기;
상기 가스 발생기로부터 상기 수중 운동체의 선수부 측으로 연장된 가스 분출관; 및
상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 연동하여 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량을 조절하는 가스유량 조절장치를 포함하는,
수중 운동체.
청구항 1에 있어서,
상기 가스유량 조절장치는 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량이 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 정비례 하도록 조절하는 것을 특징으로 하는,
수중 운동체.
청구항 2에 있어서,
상기 가스 분출관의 끝단으로부터 상기 수중 운동체의 선수부의 측면으로 연결되는 가스 배출관을 더 포함하고,
상기 수중 운동체의 측면에는 상기 가스 배출관과 연통되어 상기 가스 배출관으로부터의 가스를 수중으로 배출시키는 가스 배출구가 형성된 것을 특징으로 하는,
수중 운동체.
청구항 3에 있어서,
상기 가스 배출관 및 상기 가스 배출구는 각각 복수 개인 것을 특징으로 하는,
수중 운동체.
청구항 2에 있어서,
상기 해수 흡입관으로부터 상기 가스 분출관 측으로 분기된 압력 조절관을 더 포함하는,
수중 운동체.
청구항 5에 있어서,
상기 가스유량 조절장치는,
상기 압력 조절관 내에 구비되어, 상기 해수 흡입관 내의 해수의 압력에 따라 상기 압력 조절관 내에서 상하 방향으로 동작하는 레귤레이터; 및
상기 가스 분출관 내에 구비되며, 상기 레귤레이터의 상하 동작 방향에 연동하여 상기 레귤레이터와 동일한 방향으로 동작하는 유로 조절 부재를 포함하는,
수중 운동체.
청구항 6에 있어서,
상기 가스유량 조절장치는,
상기 레귤레이터의 상단과 상기 유로 조절 부재의 하단을 연결하는 피스톤 로드를 더 포함하는,
수중 운동체.
청구항 7에 있어서,
상기 가스 분출관의 상단에는 상기 유로 조절 부재가 상하 방향으로 출입 가능하게 하는 출입홀이 형성된 것을 특징으로 하는,
수중 운동체.
청구항 6에 있어서,
상기 유로 조절 부재가 상하 방향으로 동작함에 따라 상기 가스 분출관의 단면적이 조절됨으로써, 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는,
수중 운동체.
청구항 9에 있어서,
상기 가스유량 조절장치는,
상기 유로 조절 부재의 상단에 일 단이 결합되고, 타 단은 상기 수중 운동체의 내측에 고정된 스프링을 더 포함하는,
수중 운동체.
수중 운동체 내의 가스 발생기로부터 발생되어 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량을 조절하기 위한 가스유량 조절장치로서,
상기 수중 운동체 내에 구비되어 상기 수중 운동체의 전방으로부터 해수가 유입되는 해수 흡입관으로부터 상기 가스 분출관 측으로 분기된 압력 조절관 내에 구비되는 레귤레이터; 및
상기 가스 분출관 내에 구비되며, 상기 레귤레이터의 상하 동작 방향에 연동하여 상기 레귤레이터와 동일한 방향으로 동작하는 유로 조절 부재를 포함하는,
수중 운동체용 가스유량 조절장치.
청구항 11에 있어서,
상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 유량이 상기 해수 흡입관에 유입되는 해수의 압력에 정비례 하도록 조절하는 것을 특징으로 하는,
수중 운동체용 가스유량 조절장치.
청구항 12에 있어서,
상기 레귤레이터의 상단과 상기 유로 조절 부재의 하단을 연결하는 피스톤 로드를 더 포함하고,
상기 유로 조절 부재는 상기 가스 분출관의 상단에 형성된 출입홀을 관통함으로써 상기 가스 분출관 내에서 상하 방향으로 동작하는 것을 특징으로 하는,
수중 운동체용 가스유량 조절장치.
청구항 13에 있어서,
상기 유로 조절 부재가 상하 방향으로 동작함에 따라 상기 가스 분출관의 단면적이 조절됨으로써, 상기 가스 분출관을 통해 분출되는 가스의 양이 조절되는 것을 특징으로 하는,
수중 운동체용 가스유량 조절장치.
청구항 14에 있어서,
상기 유로 조절 부재의 상단에 일 단이 결합되고, 타 단은 상기 수중 운동체의 내측에 고정된 스프링을 더 포함하는,
수중 운동체용 가스유량 조절장치.