KR102442686B1 - 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치 - Google Patents

등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치 Download PDF

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윤지수
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Abstract

본 발명은 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 분출로의 가동 개수에 따른 해수 유량 조절을 통해, 해수와 추진제 간의 연소 반응을 조절하여 추진기관의 속도를 제어하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 추진기관의 속력이 느릴 때는 해수의 양을 많게 하고 추진기관의 속력이 빠를 때는 해수의 양을 줄여 추진기관의 속도를 제어하고, 추진기관이 등속 운동을 할 수 있다는 효과가 있다.

Description

등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치{Seawater flow control device for uniform motion}
본 발명은 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해수 분출로의 가동 개수에 따른 해수 유량 조절을 통해, 해수와 추진제 간의 연소 반응을 조절하여 추진기관의 속도를 제어하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로 수중운동체(Underwater Vehicle)의 속도가 높아져 물체 주위의 국부압력이 유체의 증기압(Vapor Pressure)보다 낮아지면 유체가 기화하게 되는 공동(Cavitation) 현상이 발생한다. 이때 이동 속도가 더욱 증가하게 되면 공동은 수중운동체의 형상을 모두 덮을 만큼 성장하게 되는데 이를 초공동(Supercavitation)이라 한다.
수중에서 운동 중에 초공동으로 덮인 수중운동체는 마치 공기 중에서 이동하는 것과 같은 효과를 받기 때문에 물체에 작용하는 항력(Drag)은 극적으로 감소하게 되며, 이렇게 초공동 현상을 이용하여 수중 내에서 이동 시 항력을 크게 감소시킨 수중운동체를 '초공동 수중운동체'라고 한다.
다만, 초공동 현상을 발생시키기 위해서는 현 어뢰와 같은 전기나 열에너지 방식으로는 어려우며, 기존의 고체 로켓 추진기관으로는 해당 속도를 낼 수 있으나, 70 % 이상의 산화제를 포함하고 있어 무게와 부피가 증가되어 장거리 주행에 제한 요인이 된다.
이를 극복하기 위한 방안으로, 수중을 주행하는 점을 이용하여 유입 해수를 산화제로 사용하고, 이와 쉽게 반응할 수 있고, 높은 에너지를 생성할 수 있는 금속연료를 연소시키는 방식의 로켓 추진기관으로서 해수흡입형 추진기관이 대두되고 있다.
해수흡입형 로켓 추진기관은 일반적으로 로켓의 추진제에 포함되는 산화제를 외부의 해수를 흡입하여 대체함으로써 추진기관의 추진제 량 대비 발생가능 추력(비추력, specific impulse)을 크게 높일 수 있는 로켓 추진기관으로, 해수흡입형 로켓 추진기관을 사용할 경우 증가한 추력 성능으로 인해서 일반 로켓 추진기관보다 수중주행 거리를 크게 늘릴 수 있다.
도 1은 초공동 해수흡입형 추진기관의 연소 시스템을 간략히 나타낸 것이다. 도1을 참조하면, 초공동 해수흡입형 추진기관은 수중 운행 시 후두부에 위치한 캐비네이터(1)의 관을 통해 해수를 흡입한다. 그리고 흡입된 해수는 해수흡입관(2)을 따라 분사기(4)로 이동하며, 분사기(4)로부터 분사된 해수는 산화제로서 추진제(6)와 연소 반응을 일으켜 추진기관의 동력을 발생시킨다.
또한, 흡입된 해수는 추진제(6)가 연소되어 소진됨에 따라 추진제(6)의 반응면과 분사기(4)의 거리가 멀어지는 것을 방지하기 위해 추진제(6)의 반응면의 반대편에 위치한 피스톤(5)을 밀어주어 추진제(6)와 분사기(4)의 거리를 일정하게 유지시킨다.
다만 추진기관의 속력이 느리면 해수의 압력이 낮아지고 추진기관의 속력이 빠르면 해수의 압력은 높아지므로, 추진기관의 속력이 느린 경우 낮은 해수의 압력으로 인해 적은 양의 추진제가 해수와 연소 반응을 일으켜 적은 동력을 발생시키고, 반대로 추진기관의 속력이 빠른 경우 높은 해수의 압력으로 인해 상대적으로 많은 양의 추진제가 해수와 연소 반응을 일으켜 많은 동력을 발생시킨다.
따라서, 추진기관의 속력에 따른 해수의 압력차로 인해 추진기관의 속력이 달라지는 문제점이 발생한다.
대한민국 등록특허공보 제10-2151486호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 추진기관의 속력에 따른 해수의 압력 차를 이용하여 해수 유량을 조절하고 이를 통해 연소 속도를 조절하여 추진기관의 속력을 제어하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치는, 해수흡입관을 관통하며 해수가 분출할 수 있는 다수 개의 해수분출로, 해수흡입관의 끝단과 탄성부재로 연결되는 피스톤, 피스톤과 연결되며 해수분출로를 개폐할 수 있는 외부덮개를 포함할 수 있다. 탄성부재는 탄성스프링일 수 있다.
해수흡입관은 제1흡입관과 제2흡입관을 포함하며, 제1흡입관의 직경은 제2흡입관의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게는 다수 개의 해수분출로는 제1흡입관을 관통하고, 피스톤은 제1흡입관의 끝단과 탄성부재로 연결될 수 있다.
이 때, 해수흡입관의 내부로 흡입되는 해수의 압력에 의해 피스톤은 탄성부재를 압축하는 방향으로 이동하며, 이로 인해 외부 덮개는 피스톤의 상기 이동 방향과 반대 방향인 해수분출로를 폐쇄하는 방향으로 이동함으로써 해수분출로의 일부를 폐쇄하여 해수 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
즉, 해수의 압력에 의한 피스톤의 이동에 따라, 외부덮개가 해수분출로를 개폐함으로써 해수 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 장치는 피스톤의 일측에 연결되며 끝부분에 래크 기어가 형성되어 있는 피스톤 로드, 래크 기어와 맞물릴 수 있는 기어를 더 포함할 수 있다.
기어는 외부덮개와 연결되고, 해수 압력에 의해 피스톤 및 피스톤 로드는 직선운동을 하며 피스톤 로드의 직선운동에 의해 기어는 회전운동을 함으로써 외부덮개가 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 장치는 기어와 일측이 고정 연결되는 제1링크, 제1링크의 타측과 일측이 결합하는 제2링크, 제2링크의 타측과 일측이 결합하는 제3링크를 더 포함할 수 있고, 제3링크의 타측은 외부덮개와 연결되는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게는 제1링크의 타측과 제2링크의 일측은 힌지 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 장치는 제1흡입관의 내부에 내부저지부를 더 포함할 수 있고, 또는 제1흡입관의 표면에 외부저지부를 더 포함할 수 있다.
내부저지부는 피스톤이 제1흡입관의 전단측으로 이동하는 것을 방지하며, 외부저지부는 외부 덮개가 제1흡입관의 전단측으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 추진기관의 속력이 느릴 때는 해수의 양을 많게 하고 추진기관의 속력이 빠를 때는 해수의 양을 줄여 추진기관의 속도를 제어하고, 추진기관이 등속 운동을 할 수 있다는 효과가 있다.
도 1의 (a)는 초공동 해수흡입형 추진기관의 연소 시스템을 나타낸 것이고, (b)는 추진기관의 연소 시스템의 내부를 확대한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 입체도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 일 실시예를 나타낸 것으로, 도 4의 (a)는 해수의 압력이 낮은 경우의 일 실시예를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 해수의 압력이 높은 경우의 일 실시예를 나타낸 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목 적으로만 사용된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치를 상세하게 설명 하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 입체도를 나타낸 것이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치는 해수흡입관(10), 해수흡입관(10)을 관통하여 해수가 분출할 수 있는 해수분출로(20), 해수흡입관(10)의 끝단과 탄성부재(50)로 연결되는 피스톤(30), 피스톤(30)과 연결되며 해수흡입로(20)를 개폐할 수 있는 외부 덮개(40)를 포함할 수 있다.
해수흡입관(10)은 제1흡입관(12)과 제2흡입관(14)을 포함하며, 제1흡입관(12)의 직경은 제2흡입관(14)의 직경보다 작은 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게는, 해수분출로(20)는 제1흡입관(12)을 관통하며, 피스톤(30)은 제1흡입관(12)의 끝단과 탄성부재(50)에 의해 연결될 수 있다. 이때, 탄성부재(50)는 탄성스프링일 수 있다.
이 때, 해수흡입관(10)의 내부로 흡입되는 해수의 압력에 의해 피스톤(30)은 탄성부재(50)를 압축하는 방향으로 이동하며, 이로 인해 외부 덮개(40)는 피스톤(30)의 상기 이동 방향과 반대 방향인 해수분출로(20)를 폐쇄하는 방향으로 이동함으로써 해수분출로(20)의 일부를 폐쇄하여 해수 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
즉, 해수의 압력에 의한 피스톤(30)의 이동에 따라, 외부덮개(40)가 해수분출로(20)를 개폐함으로써 해수 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치는 피스톤(30)의 일측에 연결되며 끝부분에 래크 기어가 형성되어 있는 피스톤 로드(32), 래크 기어와 맞물릴 수 있는 기어(33)를 더 포함할 수 있다. 이때, 기어(33)는 외부덮개(40)와 연결되는 것을 특징으로 한다.
따라서, 해수 압력에 의해 피스톤(30)과 피스톤 로드(32)는 직선운동을 하게 되고, 피스톤 로드(32)의 직선운동에 의해 기어(33)는 회전운동을 하게 되며, 기어(33)의 회전운동에 의해 결과적으로 외부덮개가 직선으로 이동할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 장치는 기어(33)와 일측이 고정 연결되는 제1링크(34), 제1링크(34)의 타측과 일측이 결합하는 제2링크(35), 제2링크(35)의 타측과 일측이 결합하는 제3링크(36)를 더 포함할 수 있고, 이때 제3링크(36)의 타측은 외부덮개(40)와 연결되는 것을 특징으로 한다.
더욱 상세하게는 제1링크(34)의 타측과 제2링크(35)의 일측은 힌지 결합될 수 있다.
따라서, 기어(33)가 회전운동을 하게 되면 기어(33)와 고정 결합되어 있는 제1링크(34)가 같이 움직이게 되며, 제1링크(34)와 제2링크(35) 간 결합에 의해 결과적으로 기어(33)의 회전운동으로 인해 제3링크(36)가 직선운동을 할 수 있게 된다. 즉, 제3링크(36)와 연결되어 있는 외부덮개(40)가 직선으로 이동할 수 있게 되며, 그로 인해 외부덮개(40)가 해수분출로(20)를 막거나 막지 않음으로써 해수 유량을 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 4의 (a)는 해수의 압력이 낮은 경우에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 4의 (a)를 참조하면, 해수흡입관 내 해수의 압력은 추진기관의 속력에 따라 변하며, 추진기관의 속력이 낮은 경우에는 해수흡입관 내 해수의 압력은 낮아지게 되고, 이러한 낮은 압력으로 인해 해수는 피스톤(30)을 탄성부재(50)를 압축하는 방향으로 많이 이동하게 할 수 없어, 그 결과 피스톤(30)과 연결되어 있는 외부덮개(40) 또한 해수분출로(20)를 폐쇄하는 방향으로 많이 움직일 수 없게 된다.
따라서, 외부덮개(40)는 다수 개의 해수분출로(20)를 많이 폐쇄하지 못해, 해수흡입관(10)의 내부로 흡입된 해수는 외부 덮개(40)에 의해 폐쇄되지 않은 다수 개의 해수분출로(20)를 통해 분출할 수 있게 되며, 그 결과 분사기(미도시)에 도달하는 해수의 양이 많아지게 된다.
분사기에 도달하는 해수의 양이 많아지는 결과 이로 인한 추진제와의 활발한 연소 반응을 통해 추진기관의 동력을 보다 많이 발생시킬 수 있으며, 그 결과 추진기관의 속력을 높일 수 있다.
또한, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치는 제1흡입관(12)의 내부에 내부저지부(60)를 더 포함할 수 있다.
내부저지부(60)는 피스톤(30)이 제1흡입관(12)의 전단측으로 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인해 피스톤(30)에 가해지는 해수의 압력이 매우 낮더라도 일정 거리 이상으로 피스톤(30)이 제1흡입관(12)의 전단측으로 이동할 수 없도록 위치를 제한할 수 있다.
도 4의 (b)는 해수의 압력이 높은 경우에 있어서 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치의 일 실시예를 나타낸 것이다.
도 4의 (b)를 참조하면, 추진기관의 속력이 높은 경우에는 해수흡입관 내 해수의 압력은 높아지게 되고, 이러한 높은 압력으로 인해 해수는 피스톤(30)을 탄성부재(50)를 압축하는 방향으로 많이 움직이게 할 수 있어, 그 결과 피스톤과 연결되어 있는 외부덮개(40) 또한 해수분출로(20)를 폐쇄하는 방향으로 많이 움직일 수 있게 된다.
따라서, 외부덮개(40)는 다수 개의 해수분출로(20)를 많이 폐쇄할 수 있어, 해수흡입관(10)의 내부로 흡입된 해수는 외부덮개(40)에 의해 폐쇄되지 않은 소수 개의 해수분출로(20)를 통해서만 분출할 수 있게 되며, 그 결과 분사기(미도시)에 도달하는 해수의 양이 적어지게 된다.
분사기에 도달하는 해수의 양이 적어지는 결과 이로 인한 추진제와의 연소 반응을 통해 추진기관의 동력을 상대적으로 작게 발생시킬 수 있으며, 그 결과 원하는 속력으로 추진기관의 속력을 제어할 수 있다.
또한, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치는 제1흡입관(12)의 표면에 외부저지부(70)를 더 포함할 수 있다.
외부저지부(70)는 외부덮개(40)가 제1흡입관(12)의 전단측으로 이동하는 것을 방지할 수 있으며, 그로 인해 피스톤(30)에 가해지는 해수의 압력이 매우 높더라도 외부덮개(40)가 해수분출로(20)를 전부 폐쇄하지 못하도록 외부 덮개(40)의 이동거리를 제한할 수 있다.
따라서, 처음에는 해수의 유입으로 인해 추진기관의 속도가 점점 증가하나 어느 정도의 속도 이상이 되면 해수분출로(20)를 외부덮개(40)가 폐쇄함으로써 추진기관의 속도를 감소시킬 수 있고, 어느 정도의 속도 이하가 되면 해수분출로(20)를 외부덮개(40)가 개방함으로써 추진기관의 속도를 증가시킬 수 있다.
상기 과정을 반복하게 되면 결과적으로 추진기관은 일정한 속도를 가질 수 있게 된다.
상기 어느 정도의 속도란, 제한이 없으며 미리 지정할 수 있다. 이때 원하는 속도는 내부저지부(60)와 외부저지부(70)의 위치를 조정함으로써 정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명을 도면에 도시한 실시예를 참고하여 설명하였으나, 이는 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 상세한 설명으로부터 다양한 변형 또는 균등한 실 시예가 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 권리범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 결정되어야 한다.
10 : 해수흡입관
12 : 제1흡입관 14 : 제2흡입관
20 : 해수분출로
30 : 피스톤
32 : 피스톤 로드 33 : 기어
34 : 제1링크 35 : 제2링크 36 : 제3링크
40 : 외부덮개
50 : 탄성부재
60 : 내부저지부
70 : 외부저지부

Claims (9)

  1. 제1흡입관;
    상기 제1흡입관을 관통하여 해수가 분출할 수 있는 다수 개의 해수 분출로;
    상기 제1흡입관의 끝단과 탄성부재로 연결되는 피스톤;
    상기 피스톤과 연결되며 상기 해수분출로를 개폐할 수 있는 외부덮개;
    상기 피스톤의 일측에 연결되며 끝부분에 래크 기어가 형성되어 있는 피스톤 로드;
    상기 래크 기어와 맞물릴 수 있는 기어;
    상기 기어와 일측이 고정 연결되는 제1링크;
    상기 제1링크의 타측과 일측이 결합하는 제2링크; 및
    상기 제2링크의 타측과 일측이 결합하는 제3링크; 를 포함하며
    상기 제3링크의 타측은 상기 외부덮개와 연결되고
    해수의 압력에 의한 상기 피스톤의 이동에 따라, 상기 외부덮개가 상기 해수분출로를 개폐함으로써 해수 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    제2흡입관을 더 포함하며
    상기 제1흡입관의 직경은 상기 제2흡입관의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    해수 압력에 의해 상기 피스톤 및 상기 피스톤 로드는 직선운동을 하며
    상기 피스톤 로드의 직선운동에 의해 상기 기어는 회전운동을 함으로써 상기 외부덮개가 이동하는 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 제1링크의 타측과 상기 제2링크의 일측은 힌지 결합되는 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1흡입관의 내부는 내부저지부를 포함하며
    상기 내부저지부는 상기 피스톤이 상기 제1흡입관의 전단측으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제1흡입관의 표면은 외부저지부를 포함하며
    상기 외부저지부는 상기 외부 덮개가 상기 제1흡입관의 전단측으로 이동하는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 탄성부재는 탄성 스프링인 것을 특징으로 하는 등속 운동을 위한 해수 유량 조절 장치.
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