KR102497325B1 - Non-explosive Underwater Impact Test Devices and Methods Using Airbag Inflators - Google Patents

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Abstract

본 발명은 에어백 인플레이터를 이용한 수중충격시험에 관한 것이다. 기존 수중충격시험은 에어건을 이용하여 충격파를 형성하였으나 폭약에 비해 저주파에 집중되어 있는 단점이 있어, 다수의 에어백 인플레이터를 이용하여 넓은 영역의 주파수대를 갖는 수중 충격파를 형성하고자 한다.
또한, 이용되는 에어백 인플레이터는 다양한 초기 압력을 가질 수 있으며, 에어백 인플레이터가 고정 배치되는 그리드는 선체의 곡면에 대응되도록 형성될 수 있다. 실제 폭약 충격파를 모사하기 위해 평면파를 형성하도록, 선체와 에어백 인플레이터의 간격을 조절하며, 각 에어백 인플레이터에 발파시간을 조절하여 평면파를 형성할 수 있다.
The present invention relates to an underwater impact test using an airbag inflator. Existing underwater impact tests use air guns to form shock waves, but there is a disadvantage that they are concentrated in low frequencies compared to explosives. Therefore, an underwater shock wave with a wide frequency band is to be formed using a plurality of airbag inflators.
In addition, the airbag inflator used may have various initial pressures, and the grid in which the airbag inflator is fixedly disposed may be formed to correspond to the curved surface of the hull. Plane waves can be formed by adjusting the distance between the hull and the airbag inflator and adjusting the blasting time of each airbag inflator so as to form a plane wave to simulate an actual explosive shock wave.

Description

에어백 인플레이터를 이용한 무폭약 수중 충격 시험 장치 및 방법{Non-explosive Underwater Impact Test Devices and Methods Using Airbag Inflators}Non-explosive Underwater Impact Test Devices and Methods Using Airbag Inflators

본 발명은 수중 충격 시험 장치 및 방법에 대한 것으로, 더 자세하게는 선체의 생존성을 테스트하기 위해 수중에 떠 있는 선체에 충격파를 가하는 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater impact test apparatus and method, and more particularly, to a test apparatus and method for applying shock waves to a hull floating in water in order to test the survivability of the hull.

해군 함정에서 내충격 성능은 전투성능 유지 및 생존성 향상에 필수적으로 요구된다. 어뢰나 기뢰가 원거리에서 폭발 시 함정의 전투불능 사례는 대부분 함정 선체의 충격 손상보다는 주요 탑재 장비의 충격 손상에 기인하는 것으로 알려져 있다. 이러한 원거리에서 수중 폭발 시 함정의 내충격 성능은 시뮬레이션을 통해 활발히 연구되고 있으나, 미국, 유럽 등에서도 이러한 해석 결과를 통해서만 내충격 성능을 평가할 수 없기 때문에 실제 해상에서 고성능 폭약을 사용하여 건조된 함정을 충격시험을 통해 내충격 성능을 검증하고 있다. 그러나 실제 폭약을 사용한 실선 충격 시험은 많은 비용과 오랜 기간이 소요됨은 물론, 해양 오염과 생태계에 부정적인 영향을 미치며 인근 해역을 지나는 선박들과 시험요원들의 안전을 위협하는 문제가 있다.In naval warships, impact resistance is essential for maintaining combat performance and improving survivability. It is known that most cases of incapacitation of ships when torpedoes or mines explode from a long distance are caused by impact damage to major mounted equipment rather than impact damage to the ship's hull. The impact resistance performance of ships in the event of an underwater explosion at such a distance is actively studied through simulation. However, since the impact resistance performance cannot be evaluated only through these analysis results in the United States and Europe, ships built using high-performance explosives are subjected to impact tests at sea. Through this, the impact resistance performance is verified. However, the full ship impact test using actual explosives is costly and takes a long time, negatively affects marine pollution and ecosystems, and threatens the safety of ships and test personnel passing through nearby waters.

이를 위해 영국 해군에서는 해저 자원탐사를 위한 인공 지진파를 발생하는 에어건 시스템을 활용하여 항만에서 함정에 대해 수중 충격 시험을 진행하고 있다. 에어건은 내부 압력 챔버 내 압축한 공기를 빠르게 방출하는 방식으로 수중에서 충격파를 발생시키며, 함정의 충격 시험이 가능할 수준의 충분한 충격량을 만들어 낼 수 있으나, 수중 충격 시험에 적합한 평면파를 만들기 어렵고, 에어건을 운용하기 위한 고압의 압축기 등 관련 장비가 매우 고가이며, 폭약에 비해 에어건은 수십 Hz의 주파수만을 가지기 때문에 에어건을 사용한 충격 시험의 경우 저주파 영역에서는 수중폭발로 인한 충격파와 비슷하지만, 그보다 높은 주파수 영역에서는 유사성이 떨어지는 문제가 있다.To this end, the Royal Navy is conducting underwater impact tests on ships in ports using an air gun system that generates artificial seismic waves for underwater resource exploration. An air gun generates a shock wave underwater by rapidly releasing compressed air in an internal pressure chamber, and can produce a sufficient amount of impact to enable a ship impact test. The related equipment such as the high-pressure compressor for operation is very expensive, and the air gun has a frequency of only several tens of Hz compared to the explosives. There is a problem of lack of similarity.

따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일반 승용차에서 에어백을 부풀리는데 활용되는 하이브리드 방식의 에어백 인플레이터를 활용하여 경제적이고, 평면파에 가까우며, 더 넓은 영역의 주파수대를 갖는 수중 충격파를 만들어 무폭약 수중 충격 시험을 개선하는 것이다.Therefore, the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to utilize a hybrid type airbag inflator used to inflate an airbag in a general passenger car, which is economical, close to a plane wave, It is to improve the non-explosive underwater impact test by creating an underwater shock wave with a wider frequency band.

본 발명은 선체에 충격파를 가하는 에어백 인플레이터, 상기 에어백 인플레이터가 일정 간격으로 고정되고 상기 선체로부터 이격 배치되는 그리드, 상기 그리드를 수중에 배치하는 부이. 상기 부이를 고정하고, 상기 그리드와 상기 부이를 연결하는 계류선, 및 상기 에어백 인플레이터를 시간을 조절하여 상기 선체에 평면파 충격을 보내는 신호 지연기를 포함하고, 상기 다수의 에어백 인플레이터를 이용한 다수의 충격파로 인해 고주파영역의 충격파를 형성하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an airbag inflator for applying shock waves to a hull, a grid in which the airbag inflator is fixed at regular intervals and spaced apart from the hull, and a buoy for disposing the grid underwater. A mooring line that fixes the buoy and connects the grid and the buoy, and a signal delay device that controls the time of the airbag inflator to send plane wave impact to the hull, and a plurality of shock waves using the plurality of airbag inflators It is characterized by forming a shock wave in a high frequency region.

또한, 상기 그리드는 상기 선체의 곡면에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the grid is characterized in that formed to correspond to the curved surface of the hull.

또한, 상기 그리드에는 2종이상의 에어백 인플레이터가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that two or more types of airbag inflators are installed in the grid.

또한, 상기 에어백 인플레이터에 의해 형성된 충격파를 측정하는 압력센서와 가속도 센서가 포함되는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that a pressure sensor and an acceleration sensor for measuring the shock wave formed by the airbag inflator are included.

또한, 상기 그리드는 상기 선체와의 거리가 1m이내로 배치가 되는 것을 특징으로 한다.In addition, the grid is characterized in that the distance from the hull is arranged within 1m.

또한, 상기 선체의 곡면에 대응하는 그리드 제작 단계, 상기 그리드에 상기 에어백 인플레이터를 배치하는 배치단계, 상기 그리드는 선체로부터 일정 간격 이격 배치되는 설치단계, 및 상기 신호선에 의해 상기 에어백 인플레이터가 작동하여 선체 내의 센서로 충격파를 측정하는 측정단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, a grid manufacturing step corresponding to the curved surface of the hull, an arrangement step of arranging the airbag inflator on the grid, an installation step in which the grid is spaced apart from the hull at a predetermined interval, and the airbag inflator is operated by the signal line to move the airbag inflator to the hull. It is characterized in that it comprises a measuring step of measuring the shock wave with a sensor within.

또한, 상기 배치 단계는 실제 폭약에 대응하는 충격파를 발생하고, 상기 선체에 평면파가 도달하도록 상기 그리드에 다수의 에어백 인플레이터를 계산하여 간격 배치하는 것을 특징으로 한다.In the arranging step, a shock wave corresponding to an actual explosive is generated, and a plurality of airbag inflators are calculated and spaced apart on the grid so that a plane wave reaches the hull.

본 발명에 의하면 다수의 에어백 인플레이터를 활용하여 수중 충격파를 발생시키면, 에어건으로 발생시켰을 때 보다 고주파 영역에서 실제 폭약과 유사한 수중 충격파를 발생시킬 수 있다.According to the present invention, when underwater shock waves are generated using a plurality of airbag inflators, it is possible to generate underwater shock waves similar to actual explosives in a higher frequency range than when generated with an air gun.

도 1은 본 발명의 전체 구성도
도 2는 본 발명의 정면도
도 3은 도 2의 확대도
도 4는 그리드의 예시도
도 5는 에어백 인플레이터의 수에 따른 스트레인 그래프
도 6은 에어백 인플레이터와 그리드 결합 예시도
도 6은 제 2 실시 예
도 7은 거리 조절을 통한 평면파 형성 예시도
도 8은 시간 조절을 통한 평면파를 형성 예시도
도 9는 그리드가 선체에 이격 배치된 측면도
1 is an overall configuration diagram of the present invention
2 is a front view of the present invention
Figure 3 is an enlarged view of Figure 2
4 is an exemplary diagram of a grid
5 is a strain graph according to the number of airbag inflators
6 is an example of combining an airbag inflator and a grid;
6 is a second embodiment
7 is an exemplary view of plane wave formation through distance control;
8 is an exemplary view of forming a plane wave through time control
9 is a side view in which the grid is spaced apart from the hull;

본 발명은 다수의 에어백 인플레이터를 활용하여 수중 충격파를 발생시키면, 기존의 시험 장치인 에어건으로 발생시켰을 때 보다 더 고주파에 가까운 수중 충격파를 발생시킬 수 있다. 참고로 고압의 가스를 압축시켰다가 고속으로 방출하는 방식으로 수중에서 수중 버블과 수중 충격파를 발생시키는 방식은 다음과 같이 거동한다. In the present invention, when underwater shock waves are generated using a plurality of airbag inflators, it is possible to generate underwater shock waves closer to a higher frequency than when generated by an air gun, which is an existing test device. For reference, the method of generating underwater bubbles and underwater shock waves in water by compressing high-pressure gas and releasing it at high speed behaves as follows.

최대 압력:

Figure 112021022982280-pat00001
Max Pressure:
Figure 112021022982280-pat00001

최대 압력 주파수 (frequency):

Figure 112021022982280-pat00002
Maximum pressure frequency:
Figure 112021022982280-pat00002

이때,

Figure 112021022982280-pat00003
은 압축공기의 초기 압력,
Figure 112021022982280-pat00004
는 압력용기의 부피,
Figure 112021022982280-pat00005
는 에어건과 측정점의 거리이다. 또한, 일반적으로 에어건의 압력용기보다 에어백의 압력용기의 부피가 작기 때문에, 동일한 압력과 충격량을 주기 위해서는 다수의 에어백 인플레이터를 사용되어지며, 다수의 에어백 인플레이터를 배치함으로써 평면파에 가까운 수중 충격파가 시험의 대상이 되는 함정에 도달하기가 용이하다. At this time,
Figure 112021022982280-pat00003
is the initial pressure of the compressed air,
Figure 112021022982280-pat00004
is the volume of the pressure vessel,
Figure 112021022982280-pat00005
is the distance between the air gun and the measuring point. In addition, since the volume of the airbag pressure container is generally smaller than that of the airgun, multiple airbag inflators are used to give the same pressure and impact. It is easy to reach the target trap.

에어백 인플레이터는 다수의 차량에 사용되는 부품이므로 그 비용이 에어건에 비해서 1/1000 (에어백 인플레이터: 약 3~5만원, 에어건 시스템: 약 1.5억원) 수준으로 매우 저렴하다. 에어백 인플레이터를 발파하기 위한 전원 시스템도 고압의 전원이 아니기 때문에 전기신호를 다수의 에어백 인플레이터에 동시에 줄 수 있는 장치만 필요하기 때문에 매우 저렴한 장점이 있다. Since the airbag inflator is a part used in many vehicles, its cost is very cheap, about 1/1000 of that of an air gun (airbag inflator: about 30,000 to 50,000 won, air gun system: about 150 million won). Since the power system for blasting the airbag inflator is not a high-voltage power source, only a device capable of simultaneously supplying electrical signals to a plurality of airbag inflators is required, and thus has an advantage of being very inexpensive.

본 발명은 커튼 에어백 인플레이터를 사용 할 수 있으며, 폭약의 대체 에너지원으로 가장 각광을 받고 있는 에어건의 작동방식과 같은 하이브리드 방식이다.The present invention can use a curtain airbag inflator, and is a hybrid method similar to the operation method of an air gun, which is in the spotlight as an alternative energy source for explosives.

이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 대한 에어백 인플레이터를 이용한 무폭약 수중 충격 시험 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a non-explosive underwater impact test apparatus and method using an airbag inflator according to the present invention having the above configuration will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

[1] 전체구성 및 동작원리[1] Overall configuration and operation principle

먼저, 도 1은 본 발명의 전체 구성도이다. 도 1을 참고하면, 차량에 사용되는 에어백 인플레이터(100)가 일정한 간격으로 그리드(200)에 배치된다. 그리드(200)는 충격파를 받는 대상인 선체(300)로부터 일정간격 이격되어 수중에 배치된다. 그리드(200)에 배치된 각각의 에어백 인플레이터(100)는 전기 신호선이 연결되며, 신호 발생기(400)의 신호를 받아 충격파를 형성하게 된다. First, Figure 1 is an overall configuration diagram of the present invention. Referring to FIG. 1 , airbag inflators 100 used in vehicles are arranged on a grid 200 at regular intervals. The grid 200 is spaced apart at a predetermined interval from the hull 300, which is a target receiving the shock wave, and is disposed in the water. Electrical signal lines are connected to each airbag inflator 100 disposed on the grid 200, and a shock wave is formed by receiving a signal from the signal generator 400.

이때, 에어백 인플레이터(100)는 선체(300)와 간격을 약 1m이내에 배치될 수 있으며, 인근 해안 또는 항구에서 시험 진행이 가능하며, 이로 인해 폭약을 사용하는 위험성과 먼 바다로 나가야 하는 시간과 비용 면에서 효율적이다.At this time, the airbag inflator 100 can be placed within about 1 m from the hull 300, and the test can be conducted at a nearby coast or port, which results in the risk of using explosives and the time and cost of going to distant seas. efficient in terms of

도 2는 본 발명의 정면도이다. 도 2를 참고하면, 에어백 인플레이터(100)가 그리드(200)에 일정한 간격으로 배치되어 있으며, 에어백 인플레이터(100)의 폭발로 인해 충격파(110)가 형성되어 선체(300)에 전달된다. 선체(300)로 전달된 충격파(110)는 측정부(310)를 통해 측정된다.2 is a front view of the present invention. Referring to FIG. 2 , airbag inflators 100 are arranged at regular intervals on the grid 200, and shock waves 110 are formed and transmitted to the hull 300 due to the explosion of the airbag inflator 100. The shock wave 110 transmitted to the hull 300 is measured through the measuring unit 310 .

이때, 측정부(310)는 압력 센서와 가속도 센서로 구성되며 선체(300)로 전달된 충격파(110)를 측정하며, 측정된 데이터는 실제 폭약과 충격파 크기 및 주파수 영역별 크기 등을 비교하는데 사용될 수 있으며, 충격파의 주파수 분석을 통한 추가 실시를 모색할 수 있다. 그리드(200)는 수면에 떠 있는 부이(210)와 계류선(220)으로 연결되어 수중에서 선체(300)로부터 일정한 간격을 유지된다. 부이(210)는 물 위의 일정한 위치에 설치되는 부표이며 계류선(220)을 통해 일정한 곳을 벗어나지 못하도록 매어둔다.At this time, the measurement unit 310 is composed of a pressure sensor and an acceleration sensor and measures the shock wave 110 transmitted to the hull 300, and the measured data is used to compare the actual explosive and the size of the shock wave and the size by frequency region. And it is possible to seek additional implementation through frequency analysis of the shock wave. The grid 200 is connected to the buoy 210 floating on the water and the mooring line 220 to maintain a constant distance from the hull 300 in the water. The buoy 210 is a buoy installed at a certain position on the water and is tied to a mooring line 220 so as not to leave a certain place.

도 3은 도 2의 확대도이다. 도 3을 참고하면, 에어백 인플레이터(100)는 그리드(200)에 수직으로 일정한 간격으로 설치된다. 이를 통해 에어백 인플레이터(100)가 충격파를 받는 선체로 수직으로 배치되며, 각 인플레이터(200)의 충격파가 중첩되어 폭약과 유사한 충격파가 형성된다. 이때, 에어백 인플레이터(100)를 그리드(20)에 수직으로 배치함으로써, 충격파가 방출되는 에어백 인플레이터(100)의 말단이 선체를 향하게 되고, 선체로부터 일정한 간격을 유지하게 된다.3 is an enlarged view of FIG. 2 . Referring to FIG. 3 , airbag inflators 100 are installed vertically on the grid 200 at regular intervals. Through this, the airbag inflator 100 is vertically disposed on the hull receiving the shock wave, and the shock wave of each inflator 200 overlaps to form a shock wave similar to an explosive. At this time, by vertically arranging the airbag inflator 100 on the grid 20, the end of the airbag inflator 100 from which shock waves are emitted faces the hull and maintains a constant distance from the hull.

도 4는 그리드의 예시도이다. 도 4를 참고하여 에어백 인플레이터와 그리드 배치를 예시로 설명한다. 그리드(200)는 사각 틀로 형성될 수 있으며, 내부에 가로, 세로 및 사선의 직선 또는 격자 형태의 구조를 포함할 수 있다. 그리드(200)의 한쪽 면에 다수의 에어백 인플레이터(100)가 수직으로 일정간격으로 배치된다.4 is an exemplary diagram of a grid. Referring to FIG. 4 , an airbag inflator and grid arrangement will be described as an example. The grid 200 may be formed as a quadrangular frame, and may include horizontal, vertical, and oblique straight lines or a lattice structure therein. A plurality of airbag inflators 100 are vertically arranged at regular intervals on one side of the grid 200 .

이때, 그리드(200)는 다양한 형상을 가질 수 있다. 각 에어백 인플레이터(100)는 폭발신호를 보내는 전기선이 연결되어지며, 단순한 공정을 통해 그리드 설치에 어려움이 없어 복수 실시에 용이하다. 예를 들어, 그리드에 나사 홈이 형성되어 에어백 인플레이터와 볼트체결이 되어 고정시킬 수 있으며, 전기 신호를 보내는 전기선을 연결하여 설치가 완료될 수 있다.At this time, the grid 200 may have various shapes. Each airbag inflator 100 is connected with an electric wire that sends an explosion signal, and it is easy to implement multiple operations because there is no difficulty in grid installation through a simple process. For example, a screw groove may be formed in the grid to be bolted to the airbag inflator to be fixed, and the installation may be completed by connecting an electric wire that transmits an electric signal.

도 5는 에어백 인플레이터의 수에 따른 스트레인 그래프이다. 도 5를 참고하면, 에어백 인플레이터가 1개, 4개, 9개, 및 16개를 배열하여 실시하였을 때의 그래프이다. 에어백 인플레이터가 1개, 4개, 및 9개를 배열하여 발파하였을 때 선체에 도달하는 충격량이 적은 것을 확인 할 수 있으며, 16개의 에어백 인플레이터를 발파하였을 때, 충격파가 도달되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라 16개 이상의 에어백 인플레이터가 그리드에 배치되어야 하며 에어백 인플레이터의 초기 압력에 따라 사용자의 필요에 수량 조절을 할 수 있다.5 is a strain graph according to the number of airbag inflators. Referring to FIG. 5 , it is a graph when 1, 4, 9, and 16 airbag inflators are arranged and implemented. When 1, 4, and 9 airbag inflators are arranged and blasted, it can be confirmed that the amount of impact reaching the hull is small, and when 16 airbag inflators are blasted, it can be confirmed that shock waves arrive. Accordingly, more than 16 airbag inflators must be arranged in a grid, and the quantity can be adjusted according to the user's needs according to the initial pressure of the airbag inflator.

도 6은 제 2 실시 예이다. 도 6을 참고하면, 그리드(200)에 다양한 크기의 압력용기를 가진 에어백 인플레이터(100)가 배치되어 있다. 그리드(200)에 초기 압력 값이 다른 에어백 인플레이터(100)가 사용될 수 있으며, 상기 한 바와 같이 신호발생기를 통해 충격파를 중첩하여 선체로 폭약과 유사한 충격파가 도달되도록 한다.6 is a second embodiment. Referring to FIG. 6 , airbag inflators 100 having pressure containers of various sizes are disposed on a grid 200 . The airbag inflator 100 having different initial pressure values may be used in the grid 200, and as described above, shock waves are overlapped through the signal generator so that shock waves similar to explosives reach the hull.

또한, 사용되는 에어백 인플레이터(100)는 기존에 사용되는 차종과 사용 위치에 따라 다양한 압력 용기의 크기와 초기 압력을 고려하여 그리드(200)에 배치하도록 한다. 예를 들면, 자동차의 디스크 형의 에어백 인플레이터와 실린더형의 에어백 인플레이터 등을 이용할 수 있다.In addition, the used airbag inflator 100 is placed on the grid 200 in consideration of the size and initial pressure of various pressure vessels according to the type of vehicle used and the location of use. For example, a disk-type airbag inflator and a cylinder-type airbag inflator for automobiles can be used.

도 7은 거리 조절을 통한 평면파 형성 예시도이다. 도 7을 참고하면, 다수의 에어백 인플레이터(100)는 그리드(200)의 한 면에 일정간격으로 수직 배치되며, 충격파(110)를 형성한다. 그리드(200)는 수면에 떠 있는 부이(210)와 계류선(220)에 연결되어 선체(300)로부터 일정간격을 유지된다.7 is an exemplary view of plane wave formation through distance control. Referring to FIG. 7 , a plurality of airbag inflators 100 are vertically arranged at regular intervals on one surface of the grid 200 and form shock waves 110 . The grid 200 is connected to the buoy 210 floating on the water and the mooring line 220 to maintain a certain distance from the hull 300.

이때, 각각의 에어백 인플레이터(100)에서 생성된 충격파(110)가 중첩되어 실제 폭약의 충격파와 유사한 크기가 형성되며, 충격파(110)는 선체(300)에 평면파가 도달되도록 에어백 인플레이터(100)와 선체(300)의 간격(H)이 조절된다. 평면파는 파면의 모양이 직선 또는 평면을 이루면서 진행하는 파동을 말하며, 멀리 퍼져 나가도 진폭에 거의 변함이 없는 것이 특징이다.At this time, the shock waves 110 generated by each airbag inflator 100 are overlapped to form a size similar to that of an actual explosive shock wave, and the shock wave 110 is formed with the airbag inflator 100 so that a plane wave reaches the hull 300. The spacing H of the hull 300 is adjusted. A plane wave is a wave that travels along a straight line or plane, and is characterized by almost no change in amplitude even when it spreads far.

도 8은 시간 조절을 통한 평면파를 형성 예시도이다. 도 8을 참고하면, 다수의 에어백 인플레이터(100)는 그리드(200)의 한 면에 일정간격으로 수직 배치되며, 충격파(110)를 형성한다. 그리드(200)는 수면에 떠 있는 부이(210)와 계류선(220)으로 연결되어 선체(300)로부터 일정간격을 유지된다. 각각의 에어백 인플레이터(100)는 신호발생기(400)에 연결되어 있으며, 전기 신호를 통해 충격파(110)를 형성한다. 에어백 인플레이터를 발파하기 위한 전원 시스템이 고압의 전원이 아니기 때문에 저렴한 이점이 있다.8 is an exemplary view of forming a plane wave through time control. Referring to FIG. 8 , a plurality of airbag inflators 100 are vertically arranged at regular intervals on one surface of the grid 200 and form shock waves 110 . The grid 200 is connected to the buoy 210 floating on the water and the mooring line 220 to maintain a certain distance from the hull 300. Each airbag inflator 100 is connected to the signal generator 400 and forms a shock wave 110 through an electrical signal. Since the power system for blasting the airbag inflator is not a high-voltage power source, there is an advantage of being inexpensive.

이때, 신호발생기(400)는 각각의 에어백 인플레이터의 작동 시간을 조절하여, 생성된 충격파(100)가 서로 중첩되어 선체에 평면파가 도달된다. At this time, the signal generator 400 adjusts the operating time of each airbag inflator so that the generated shock waves 100 overlap each other so that plane waves reach the hull.

도 9는 그리드가 선체에 이격 배치된 측면도이다. 도 9를 참고하면, 에어백 인플레이터(100)가 그리드(200)에 일정한 간격으로 수직 배치된다. 그리드(200)는 수중에서 선체(300)로부터 일정간격 이격되며, 선체(300)의 곡면에 대응하도록 곡면으로 제작된다. 이에, 에어백 인플레이터(100)가 선체에 수직으로 배치가 될 수 있으며, 각각의 에어백 인플레이터(100)가 선체로부터 균일한 간격을 가지게 된다. 전기 신호를 통해 에어백 인플레이터(100)가 충격파를 생성하며 각각의 충격파가 중첩되고, 선체 표면 동시에 도달할 수 있는 평면파가 형성된다. 9 is a side view in which grids are spaced apart from each other on the hull. Referring to FIG. 9 , airbag inflators 100 are vertically disposed on the grid 200 at regular intervals. The grid 200 is spaced apart from the hull 300 at a predetermined interval in the water, and is manufactured in a curved surface to correspond to the curved surface of the hull 300. Accordingly, the airbag inflators 100 may be vertically disposed on the hull, and each airbag inflator 100 has a uniform distance from the hull. The airbag inflator 100 generates shock waves through electrical signals, each shock wave overlaps, and a plane wave that can simultaneously reach the hull surface is formed.

[2] 실험 실시 예[2] Experimental Example

표 1은 두 개의 에어백 인플레이터의 충격파의 크기를 나타낸 데이터이다. 에어백 인플레이터의 개수에 대한 수중 충격파의 특성을 파악하기 위해서, 에어백 인플레이터 2개를 동일한 환경에서 발파하였다. AIRGUN (P.M.Krail, 2010)에서 발췌한 에어건을 군집해서 발파했을 경우 발생한 수중 충격파의 최대압력식이다.Table 1 is data showing the size of the shock waves of the two airbag inflators. In order to understand the characteristics of the underwater shock wave for the number of airbag inflators, two airbag inflators were blasted in the same environment. This is the maximum pressure equation of the underwater shock wave generated when air guns are grouped and blasted from AIRGUN (P.M.Krail, 2010).

최대 압력

Figure 112021022982280-pat00006
max pressure
Figure 112021022982280-pat00006

여기서,

Figure 112021022982280-pat00007
는 실험상수
Figure 112021022982280-pat00008
는 압축가스의 초기압력,
Figure 112021022982280-pat00009
는 압력용기의 부피,
Figure 112021022982280-pat00010
는 발파 지점과 측정점 간의 거리를 의미한다. 실제 시험을 통해 얻어진 최대 압력값과 회귀(Regression)법을 이용하여 실험상수 K(0.157)를 구할 수 있다. 표 1을 참고하면, 실제 실험을 통해 얻어진 거리에 대한 최대 충격파 크기와 실험상수 K(0.157)을 대입한 이론 최대 충격파의 크기를 비교하였을 때, 최대 오차율은 약 17%이고, 오차율이 거리에 비례하여 감소하는 것을 확인 할 수 있다. 이는 동일한 환경에서 2개의 에어백 인플레이터 사이의 거리를 두어 중첩 발파하면서 거리가 멀어질수록 각 에어백 인플레이터에서 발생한 수중 충격파가 서로 중첩하여 평면파 형태로 퍼져나가는 특성에 기안한다. 이를 통해 에어백 인플레이터와 에어건에 의해 발생한 수중 충격파의 특성이 유사한 것을 확인할 수 있다.here,
Figure 112021022982280-pat00007
is the experimental constant
Figure 112021022982280-pat00008
is the initial pressure of the compressed gas,
Figure 112021022982280-pat00009
is the volume of the pressure vessel,
Figure 112021022982280-pat00010
means the distance between the blasting point and the measuring point. The experimental constant K (0.157) can be obtained by using the maximum pressure value obtained through the actual test and the regression method. Referring to Table 1, when comparing the maximum shock wave size for the distance obtained through the actual experiment and the theoretical maximum shock wave size by substituting the experimental constant K (0.157), the maximum error rate is about 17%, and the error rate is proportional to the distance You can check that it decreases. This is based on the characteristic that the underwater shock waves generated from each airbag inflator overlap each other and spread in the form of a plane wave as the distance increases while overlapping blasting by placing the distance between the two airbag inflators in the same environment. Through this, it can be confirmed that the characteristics of the underwater shock wave generated by the airbag inflator and the air gun are similar.

Distance (m)Distance (m) Actual peak
pressure (kPa)
Actual peak
pressure (kPa)
Theoretical peak pressure (kPa)Theoretical peak pressure (kPa)
0.50.5 567.3567.3 567.55567.55 0.70.7 333.06333.06 405.39405.39 0.90.9 287.67287.67 315.30315.30

[3] 수중 충격 시험 방법[3] Underwater impact test method

본 발명의 수중 충격 시험 방법을 설명하고자 한다. 아래의 설명은 제작단계, 배치단계, 설치단계, 및 측정단계로 구분하였다. 먼저, 제작단계는 그리드를 다각형 또는 원으로 형성하고, 내측에 수평 수직, 및 사선의 직선 또는 격자 형태의 구조물을 가지도록 제작된다. 제작단계 후 그리드의 한 면에 에어백 인플레이터를 수직 배치하는 배치단계를 거친다. 배치단계 후 설치단계는 선체 표면을 기준으로 에어백 인플레이터의 거리를 일정간격 이격되어 설치되며, 설치단계 후 에어백 인플레이터가 충격파를 생성하여 선체 내의 센서로 충격파를 측정하는 측정단계를 포함하고 있다.The underwater impact test method of the present invention will be described. The description below is divided into manufacturing phase, arrangement phase, installation phase, and measurement phase. First, in the fabrication step, a grid is formed in a polygon or a circle, and a structure in the form of horizontal, vertical, and oblique straight lines or a grid is formed on the inside. After the production stage, the airbag inflator is placed vertically on one side of the grid. After the arrangement step, the installation step includes a measurement step in which the airbag inflator is installed at a predetermined distance from the hull surface, and after the installation step, the airbag inflator generates a shock wave and measures the shock wave with a sensor in the hull.

이 때, 제작단계는 그리드가 지상에서 제작될 수 있으며, 다수의 그리드를 준비하여 복수 시험을 실시하는데 시간소모를 줄일 수 있다. 또한, 선체의 곡면에 대응하도록 곡면으로 제작되어진다. 다수의 에어백 인플레이터의 충격파에 견딜 수 있으며, 에어백 인플레이터 교체를 통한 복수 시험이 가능하도록 제작된다.At this time, in the manufacturing step, the grid can be manufactured on the ground, and time consumption can be reduced in preparing a plurality of grids and conducting multiple tests. In addition, it is manufactured in a curved surface to correspond to the curved surface of the hull. It can withstand shockwaves from multiple airbag inflators and is designed to allow multiple tests through replacement of airbag inflators.

배치단계는 다양한 크기의 압력용기 및 초기 압력을 가지는 에어백 인플레이터를 배치할 수 있으며, 이에 따라 배치 간격을 조절할 수 있다. 에어백 인플레이터는 선체를 향하여 그리드의 한쪽 면에 배치가 되며, 그리드에 배치될 에어백 인플레이터의 수량과 위치를 계산하여 실제 폭약의 충격파에 대응하도록 배치한다. 또한, 각각의 에어백 인플레이터는 전기선이 연결되어 전류신호를 통해 작동된다.In the arranging step, pressure containers of various sizes and airbag inflators having initial pressures may be arranged, and the arrangement interval may be adjusted accordingly. Airbag inflators are placed on one side of the grid facing the hull, and the number and position of airbag inflators to be placed on the grid are calculated to correspond to the shock wave of the actual explosives. In addition, each airbag inflator is operated through a current signal connected to an electric wire.

설치단계는 에어백 인플레이터가 배치된 그리드를 계류선으로 수면에 떠 있는 부이와 선체에 연결되며, 수중에서 선체로부터 이격 배치된다. 에어백 인플레이터의 충격파가 서로 중첩되고 선체에 평면파가 도달하도록 에어백 인플레이터와 선체의 거리를 조절한다. 또한, 다수의 그리드를 이용하여 선체의 다양한 방향에서 충격파를 가하는 시험이 가능하다.In the installation step, the grid on which the airbag inflator is arranged is connected to the hull and the buoy floating on the surface with a mooring line, and is spaced apart from the hull in the water. The distance between the airbag inflator and the hull is adjusted so that shock waves from the airbag inflator overlap each other and plane waves reach the hull. In addition, it is possible to test shock waves in various directions of the hull using a plurality of grids.

측정단계는 각각의 에어백 인플레이터에 연결된 전기선은 신호발생기에 연결되며, 신호 발생기가 전기 신호를 전달하면 충격파가 발생된다. 신호 발생기는 각각의 에어백 인플레이터의 작동시간을 제어하여 충격파가 중첩되어 평면파를 형성하도록 하며, 형성된 충격파는 선체 내의 압력 센서와 가속도 센서를 통해 측정된다.In the measurement step, the electric wire connected to each airbag inflator is connected to a signal generator, and when the signal generator transmits an electric signal, a shock wave is generated. The signal generator controls the operation time of each airbag inflator so that the shock waves overlap to form a plane wave, and the formed shock waves are measured through a pressure sensor and an acceleration sensor in the hull.

본 발명은 상기한 실시예로 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of application is diverse, and anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims Of course, various modifications are possible.

100 : 에어백 인플레이터
110 : 충격파
200 : 그리드
210 : 부이 220 : 계류선
300 : 선체
310 : 측정부
400 : 신호 발생기
100: airbag inflator
110: shock wave
200: grid
210: buoy 220: mooring line
300: hull
310: measuring unit
400: signal generator

Claims (7)

선체에 충격파를 가하는 에어백 인플레이터;
상기 에어백 인플레이터가 일정 간격으로 고정되고 상기 선체로부터 이격 배치되는 그리드;
상기 그리드를 수중에 배치하는 부이;
상기 부이를 고정하고, 상기 그리드와 상기 부이를 연결하는 계류선; 및
상기 에어백 인플레이터를 시간을 조절하여 상기 선체에 평면파 충격을 보내는 신호 지연기;를 포함하고,
상기 다수의 에어백 인플레이터를 이용한 다수의 충격파로 인해 고주파영역의 충격파를 형성하는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치.
an airbag inflator that applies shock waves to the hull;
a grid in which the airbag inflator is fixed at regular intervals and spaced apart from the hull;
a buoy for disposing the grid underwater;
a mooring line fixing the buoy and connecting the grid and the buoy; and
A signal delayer for controlling the time of the airbag inflator to send a plane wave impact to the hull;
An underwater impact test apparatus using an airbag inflator, characterized in that a shock wave in a high frequency region is formed due to a plurality of shock waves using the plurality of airbag inflators.
제1항에 있어서,
상기 그리드는 상기 선체의 곡면에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치.
According to claim 1,
The underwater impact test apparatus using an airbag inflator, characterized in that the grid is formed to correspond to the curved surface of the hull.
제 1항에 있어서,
상기 그리드에는 2종 이상의 에어백 인플레이터가 설치되는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치.
According to claim 1,
An underwater impact test apparatus using an airbag inflator, characterized in that two or more airbag inflators are installed in the grid.
제 1항에 있어서,
상기 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치는
상기 선체에 배치되고, 상기 에어백 인플레이터에 의해 형성된 충격파를 측정하는 압력센서와 가속도센서가 포함하는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치.
According to claim 1,
The underwater impact test apparatus using the airbag inflator
An underwater impact test apparatus using an airbag inflator, characterized in that it includes a pressure sensor and an acceleration sensor disposed on the hull and measuring shock waves formed by the airbag inflator.
제 1항에 있어서,
상기 그리드는 상기 선체와의 거리가 1m이내로 배치되는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치.
According to claim 1,
The grid is an underwater impact test apparatus using an airbag inflator, characterized in that the distance from the hull is disposed within 1 m.
제 1항의 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 장치를 활용한 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 방법에 있어서,
상기 선체의 곡면에 대응하는 그리드 제작 단계;
상기 그리드에 상기 에어백 인플레이터를 배치하는 배치단계;
상기 그리드는 선체로부터 일정 간격 이격 배치되는 설치단계; 및
신호에 의해 상기 에어백 인플레이터가 작동하고, 선체 내에 설치된 센서로 충격파를 측정하는 측정단계;
를 포함하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 방법.
In the underwater impact test method using the airbag inflator using the underwater impact test apparatus using the airbag inflator of claim 1,
Grid manufacturing step corresponding to the curved surface of the hull;
a disposing step of arranging the airbag inflator on the grid;
An installation step in which the grid is spaced apart from the hull at a predetermined interval; and
a measuring step of operating the airbag inflator by a signal and measuring a shock wave with a sensor installed in the hull;
Underwater impact test method using an airbag inflator comprising a.
제 6항에 있어서,
상기 배치 단계는 실제 폭약에 대응하는 충격파를 발생하고, 상기 선체에 평면파가 도달하도록 상기 그리드에 다수의 에어백 인플레이터를 계산하여 간격 배치하는 것을 특징으로 하는 에어백 인플레이터를 이용한 수중 충격 시험 방법.
According to claim 6,
Wherein the arranging step generates a shock wave corresponding to an actual explosive and calculates and arranges a plurality of airbag inflators on the grid so that a plane wave reaches the hull.
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