KR102589097B1 - method of controlling thrust vectoring system of unmanned underwater vehicle - Google Patents

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KR102589097B1
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KR1020230070676A
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이한솔
김호성
추진우
노민식
김교석
김민수
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한화시스템(주)
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Abstract

메인구동부와 이 메인구동부의 회전 구동력에 의해 회전하여 추진력을 발생시키는 추진 프로펠러를 포함하는 메인 추진기로서의 구동 어셈블리와; 한 쌍이 구비되며, 메인 구동 어셈블리의 둘레에, 위에서 볼 때 메인구동부 중심축선을 기준으로 서로 대칭되고 측방에서 볼 때 메인구동부 중심축선에서 같은 높이만큼 벗어나는 위치에서 각각의 후단부가 연결되며, 각각의 전단부가 무인잠수정 후방 마운트 부분에 연결되어, 각각의 길이가 가변됨에 따라 메인구동부의 중심축의 무인잠수정 선체에 대한 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하는 리니어 액츄에이터로서의 추진 방향 제어 어셈블리를; 포함하는 2링크 구조의 추력편향 시스템의 제어방법으로서, 메인구동부 중심축선의 방향인 롤 방향을 중심으로 한 회전은 이루어지지 않도록 고정되고, 한쌍의 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 상보적으로 변화시켜 롤방향에 수직이며 상하방향인 요방향을 중심으로 한 좌우 방향전환을 하고, 한쌍의 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 같이 변화시켜 롤방향에 수직이며 좌우방향인 피치방향을 중심으로 한 상하 방향전환을 하도록 이루어지는 무인잠수정의 추력편향 시스템 제어방법이 개시된다.A drive assembly as a main propeller including a main drive unit and a propulsion propeller that rotates by the rotational driving force of the main drive unit to generate propulsion force; A pair is provided around the main drive assembly, and each rear end is connected at a position that is symmetrical to each other about the central axis of the main drive when viewed from above and deviates by the same height from the central axis of the main drive when viewed from the side, and each front end A propulsion direction control assembly as a linear actuator that is connected to the rear mount portion of the additional unmanned submersible and controls the propulsion direction by varying the angle of the central axis of the main drive unit with respect to the unmanned submersible hull as each length varies; A control method of a thrust deflection system of a two-link structure, which is fixed so that rotation around the roll direction, which is the direction of the central axis of the main drive unit, is not performed, and the length of a pair of propulsion direction control assemblies are complementaryly changed to control the roll. To change left and right directions centered on the yaw direction, which is perpendicular to the direction and up and down, and to change up and down directions centered on the pitch direction, which is perpendicular to the roll direction and is left and right by changing the length of the pair of propulsion direction control assemblies together. A method of controlling the thrust vectoring system of an unmanned underwater vehicle is disclosed.

Description

무인잠수정 추력편향 시스템 제어방법{method of controlling thrust vectoring system of unmanned underwater vehicle}{method of controlling thrust vectoring system of unmanned underwater vehicle}

본 발명은 무인잠수정의 추진 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 무인잠수정에 있어서 메인구동부의 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하는 추력편향 시스템의 제어방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling propulsion of an unmanned underwater vehicle, and more specifically, to a method of controlling a thrust deflection system that controls the direction of propulsion by varying the angle of the main drive unit in an unmanned underwater vehicle.

무인잠수정(Unmanned Underwater Vehicle)은 수중에서의 정찰 및 감시, 기뢰 탐색 및 제거, 해양 환경 자료 수집, 대잠전 임무 등을 수행하기 위하여 개발된 수중용 무인 체계이다.Unmanned Underwater Vehicle is an underwater unmanned system developed to perform underwater reconnaissance and surveillance, mine search and removal, marine environmental data collection, and anti-submarine warfare missions.

특히 최근의 무인잠수정은 과거 원격으로 조종해야 했던 방식에서 탈피하여, 장애물을 알아차리고 피하면서 최소한의 에너지가 드는 방향으로 움직이며 스스로 바닷속에서 몇 개월간 임무를 수행할 수 있도록 설계된다.In particular, recent unmanned submarines are designed to move away from the remote control method of the past, recognizing and avoiding obstacles, moving in the direction that requires the least amount of energy, and performing missions under the sea on their own for several months.

그리고 이와 같은 무인잠수정에는 추진력을 발생시키기 위한 추진기가 구비되어 있으며, 일반적으로 무인잠수정의 추진기는 속도를 낼 수 있도록 하는 추진기와 방향을 제어할 수 있는 방향타로 구성되어 있다.And such unmanned submarines are equipped with a thruster to generate propulsion, and the thrusters of an unmanned submarine generally consist of a thruster that allows for speed and a rudder that can control direction.

도1은 돌출된 형상의 4개의 제어판으로 구성된 방향타를 가진 종래의 무인 잠수정을 나타내고 있다.Figure 1 shows a conventional unmanned underwater vehicle with a rudder composed of four protruding control panels.

그런데 이러한 종래기술은, 첫째, 에너지 효율의 관점에 있어 종래기술의 추진시스템에서는 4개의 제어판이 받는 유체 저항력을 바탕으로 무인잠수정의 경로를 제어하며, 이는 무인잠수정이 운항 중 돌출된 제어판으로 인해 발생하는 유체저항을 추가적으로 받으며 운항되는 방법이기에 에너지 관점에서 비효율적이다.However, this prior art: First, from the perspective of energy efficiency, the propulsion system of the prior art controls the path of the unmanned underwater vehicle based on the fluid resistance received by the four control panels, which is caused by the protruding control panel while the unmanned underwater vehicle is operating. It is inefficient from an energy perspective because it is operated with additional fluid resistance.

둘째로, 종래 기술은 유지/관리 측면에서, 돌출된 제어판은 충격에 의해 손상될 가능성이 크다. 제어판의 손상은 무인잠수정의 제어 성능을 저하시킨다. 또한 돌출된 형태의 방향타/구동기 형상으로 인하여 몸체보다 큰 공간을 차지하게 된다. 따라서 무인잠수정이 탑재/운용되는 선박 및 보트에 보관되는 보관케이스의 부피가 커지기 때문에 공간제약이 있는 대상체에 무인잠수정을 보관하는 데에 있어 많은 어려움이 있다.Second, in terms of maintenance/management in the prior art, there is a high possibility that the protruding control panel will be damaged by impact. Damage to the control panel reduces the control performance of the unmanned underwater vehicle. Additionally, due to the protruding shape of the rudder/driver, it takes up a larger space than the body. Therefore, because the volume of storage cases stored in ships and boats on which unmanned underwater vehicles are mounted/operated increases, there are many difficulties in storing unmanned underwater vehicles in objects with space constraints.

이런 문제를 해결하기 위해 방향타를 접이식으로 하고 잠수정의 몸체보다 작은 공간에 방향타를 접어 넣는 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 이와 같은 접이식 방향타를 구비할 경우에도 접이식을 위한 복잡한 구조를 가지게 되는 것은 물론 방향 제어가 쉽지 않으며, 추진 시 받는 저항력에 따라 방향타 제어가 어렵다는 문제가 잔존하게 된다.To solve this problem, the rudder can be folded and a structure can be formed that folds the rudder into a space smaller than the body of the submersible. However, even when such a foldable rudder is provided, not only does it have a complicated structure for folding, but direction control is not easy, and the problem of controlling the rudder depending on the resistance force received during propulsion remains.

방향타의 이런 문제를 해결하기 위하여 무인잠수정과 관련하여 추력편향 시스템이 개발되고 있다. 추력편향 시스템은 추력편향 노즐 형태로 미사일이나 항공기에서 채택되어 사용되고 있으며, 급속한 기동을 가능하게 하여 군사용으로 주로 채택하여 사용되고 있으며, 대한민국 등록특허 제10-1334566호, 대한민국 등록특허 10-2364606 등에는 무인잠수정의 메인구동부의 각도 혹은 추진장치 스크류(추진 프로펠러)의 중심축 방향을 전환시키는 형태의 추력편향 시스템이 개시되어 있다.To solve this rudder problem, a thrust vectoring system is being developed in relation to unmanned underwater vehicles. The thrust deflection system is adopted and used in missiles and aircraft in the form of a thrust deflection nozzle, and is mainly adopted and used for military purposes as it enables rapid maneuver. In Korea Registered Patent No. 10-1334566, Korea Registered Patent 10-2364606, etc., it is used for unmanned systems. A thrust deflection system that changes the angle of the main driving part of a submersible or the direction of the central axis of the propulsion device screw (propulsion propeller) is disclosed.

이하 도2 내지 도4를 통해 이러한 추력편향 시스템으로서의 추진장치 구성의 일 예를 살펴본다. 그리고 이하 설명에 있어서, 전방은 무인잠수정의 진행 방향 측을, 후방은 무인잠수정의 진행 방향과 반대 방향 측으로 생각하기로 한다.Hereinafter, an example of the configuration of a propulsion device as such a thrust vectoring system will be looked at through FIGS. 2 to 4. In the following description, the front will be considered the side in the direction of travel of the unmanned underwater vehicle, and the rear will be considered the side opposite to the direction of travel of the unmanned underwater vehicle.

도 2는 무인잠수정의 추진장치의 일 예의 전체 구조를 나타낸 저면도이며, 도 3은 이러한 일 예에 따른 무인잠수정의 추진장치에 있어서, 메인 구동 어셈블리(100)의 구조를 나타낸 도면이며, 도 4는 이러한 일 예에 따른 무인잠수정의 추진장치에 있어서, 추진 방향 제어 어셈블리(200)의 구조를 나타낸 도면이다.Figure 2 is a bottom view showing the overall structure of an example of an unmanned submarine propulsion device, and Figure 3 is a diagram showing the structure of the main drive assembly 100 in the unmanned submarine propulsion device according to this example, and Figure 4 is a diagram showing the structure of the propulsion direction control assembly 200 in the propulsion device of an unmanned submarine according to this example.

도 2 내지 도 4에 도시된 바에 따르면, 무인잠수정의 추진장치는 무인잠수정의 본체 후방에 장착되어 추진력을 발생시킬 수 있도록 구비되며, 메인 구동 어셈블리(100), 추진 방향 제어 어셈블리(200), 프레임 어셈블리(20) 및 연결유닛(30)을 포함한다.As shown in Figures 2 to 4, the propulsion device of the unmanned submarine is mounted on the rear of the main body of the unmanned submarine and is provided to generate propulsion, and includes a main drive assembly 100, a propulsion direction control assembly 200, and a frame. Includes an assembly 20 and a connection unit 30.

메인 구동 어셈블리(100)는 회전 구동력을 발생시키는 메인구동부(110)와, 이와 같은 메인구동부(110)의 회전구동력에 의해 회전하여 추진력을 발생시키는 추진 프로펠러(10)를 포함한다.The main drive assembly 100 includes a main drive unit 110 that generates a rotational driving force, and a propulsion propeller 10 that rotates by the rotational driving force of the main drive unit 110 to generate propulsion force.

메인 구동 어셈블리(100)는 메인구동부(110)가 각도 조절 가능하도록 메인구동부(110)의 전방에 연결되는 고정부(120)를 더 포함하고, 메인구동부(110)는 고정부(120)에 대해 좌우 방향의 제1회전축 및 상하 방향의 제2회전축에 의해 회전가능하게 구비된다.The main driving assembly 100 further includes a fixing part 120 connected to the front of the main driving part 110 so that the main driving part 110 can adjust the angle, and the main driving part 110 is connected to the fixing part 120. It is rotatable by a first rotation axis in the left-right direction and a second rotation axis in the up-down direction.

이를 위해 여기서는 메인구동부(110)와 고정부(120)의 사이에는 제1조인트부(130)가 구비되며, 메인구동부(110)의 전단부에는 제1조인트부(130)에 제2회전축에 의해 회전 가능하게 연결되는 제1조인트연결부(111)가 구비되고, 고정부(120)의 후단부에는 제1조인트부(130)에 제1회전축에 의해 회전 가능하게 연결되는 제2조인트연결부(121)가 구비된다.For this purpose, here, a first joint part 130 is provided between the main driving part 110 and the fixing part 120, and the front end of the main driving part 110 is connected to the first joint part 130 by a second rotation axis. A first joint connection part 111 is rotatably connected, and at the rear end of the fixing part 120, a second joint connection part 121 is rotatably connected to the first joint part 130 by a first rotation axis. is provided.

추진 방향 제어 어셈블리(200)는 한 쌍이 구비되되, 메인 구동 어셈블리(100)의 둘레에 위나 아래에서 볼 때 메인 구동부 중심축을 기준으로 서로 대칭되는 형태로 구비된다.A pair of propulsion direction control assemblies 200 are provided around the main drive assembly 100 in a form that is symmetrical to each other with respect to the central axis of the main drive unit when viewed from above or below.

이와 같은 한 쌍의 추진 방향 제어 어셈블리(200)는 각각의 후단부가 메인구동부(110)에 연결되며, 길이가 서로 보상적으로 가변됨에 따라 무인잠수정의 동체에 대한 메인구동부(110)의 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하는 역할을 수행한다.In this pair of propulsion direction control assemblies 200, each rear end is connected to the main drive unit 110, and the lengths are varied compensatoryly to vary the angle of the main drive unit 110 with respect to the fuselage of the unmanned underwater vehicle. It plays a role in controlling the direction of propulsion.

추진 방향 제어 어셈블리(200)는, 후단부가 메인구동부(110)에 연결되되, 메인구동부(110)와의 연결 지점으로부터 메인구동부(110)의 중심점까지를 잇는 가상의 연장선에 대해 수직한 제3회전축에 의해 회전가능하게 연결되는 선형이동부(220)와, 이와 같은 선형이동부(220)의 선형 행정을 위한 구동력을 제공하는 선형구동부(210)를 포함한다.The propulsion direction control assembly 200 has a rear end connected to the main drive unit 110, and has a third rotation axis perpendicular to an imaginary extension line from the connection point with the main drive unit 110 to the center point of the main drive unit 110. It includes a linear moving part 220 rotatably connected to the linear moving part 220 and a linear driving part 210 providing driving force for the linear stroke of the linear moving part 220.

한 쌍의 추진 방향 제어 어셈블리(200)는 각각이 선형구동부(210)의 구동력에 의해 선형이동부(220)가 선형 행정을 수행 가능하게 형성된다. 즉, 추진 방향 제어 어셈블리(200)는 각각이 그 길이를 조절할 수 있도록 형성된다.Each of the pair of propulsion direction control assemblies 200 is formed so that the linear moving part 220 can perform a linear stroke by the driving force of the linear driving part 210. That is, each propulsion direction control assembly 200 is formed so that its length can be adjusted.

메인 구동 어셈블리(100)의 전방에 구비되어 메인 구동 어셈블리(100)의 전단이 고정되는 마운트(21)가 구비된다.A mount 21 is provided in front of the main drive assembly 100 and fixes the front end of the main drive assembly 100.

선형구동부(210)는, 전단부가 전술한 제3회전축과 평행한 제4회전축 및 제4회전축과 수직한 제5회전축에 의해, 마운트(21)에 회전 가능하게 연결된다. 이를 위해 선형구동부(210)와 마운트(21)의 사이에는 제2조인트부(25)가 구비된다. 선형구동부(210)의 전단부에는 제2조인트부(25)에 제4회전축에 의해 회전 가능하게 연결되는 제3조인트연결부(211)가 구비되고, 마운트(21)에는 제2조인트부(25)에 제5회전축에 의해 회전 가능하게 연결되는 제4조인트연결부(24)가 구비된다.The linear drive unit 210 is rotatably connected to the mount 21 at its front end by a fourth rotation axis parallel to the above-described third rotation axis and a fifth rotation axis perpendicular to the fourth rotation axis. For this purpose, a second joint portion 25 is provided between the linear drive portion 210 and the mount 21. The front end of the linear drive unit 210 is provided with a third joint connection unit 211 rotatably connected to the second joint unit 25 by a fourth rotation axis, and the mount 21 is provided with a second joint unit 25. A fourth joint connection portion 24 is provided that is rotatably connected by a fifth rotation axis.

연결유닛(30)은 메인구동부(110)의 둘레를 감싸도록 구비되어, 추진 방향 제어 어셈블리(200)의 후단부와 메인구동부(110)를 서로 연결시키는 구성요소이며, 메인구동부(110)를 감싸는 형태로 서로 결합되는 한 쌍의 연결브래킷(31)과, 이와 같은 한 쌍의 연결브래킷(31)으로부터 각각 외측 방향으로 돌출되고, 추진 방향 제어 어셈블리(200)의 후단부, 즉 선형이동부(220)의 후단부가 제3회전축에 의해 연결되는 연결부재(32)를 포함한다. 선형이동부(220)의 후단부에는 연결부재(32)에 제3회전축에 의해 회전 가능하게 연결되는 제5조인트연결부(221)가 구비된다,The connection unit 30 is provided to surround the main drive unit 110, and is a component that connects the rear end of the propulsion direction control assembly 200 and the main drive unit 110, and surrounds the main drive unit 110. A pair of connection brackets 31 coupled to each other in a shape, each protruding outward from the pair of connection brackets 31, and the rear end of the propulsion direction control assembly 200, that is, the linear moving part 220. ) includes a connecting member 32 connected to the rear end by a third rotation axis. The rear end of the linear moving part 220 is provided with a fifth joint connection part 221 that is rotatably connected to the connecting member 32 by a third rotation axis.

그런데, 기존에 제시된 이러한 무인잠수정의 추력편향 시스템은 기구적 개발단계에서 기계적 구조에 대한 것을 위주로 개발되었고, 이런 시스템을 실제로 구동하기 위한 방법에 대한 개발은 충분히 이루어지지 않아 불편한 점이 많이 있었다. 실제 추력편향시스템이 적용된 무인잠수정 운용을 위해서는 추력편향시스템 제어 방법 개발은 필수적이다. However, the thrust vectoring system of the previously proposed unmanned submarine was developed mainly for the mechanical structure in the mechanical development stage, and the method for actually operating this system was not sufficiently developed, causing many inconveniences. In order to operate an unmanned submarine with an actual thrust vectoring system, the development of a thrust vectoring system control method is essential.

대한민국 등록특허 제10-1334566호Republic of Korea Patent No. 10-1334566 대한민국 등록특허 제10-2364606호Republic of Korea Patent No. 10-2364606

본 발명은 상술한 종래 기술의 추력편향 시스템 제어방법의 한계점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 무인잠수정의 추력편향 시스템의 신속하고 정밀한 방향 제어를 위한 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention was made to solve the limitations of the thrust vectoring system control method of the prior art described above, and its purpose is to provide a control method for rapid and precise direction control of the thrust vectoring system of an unmanned underwater vehicle.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 추력편향 시스템 제어방법은The thrust vectoring system control method of the present invention to achieve the above purpose is

회전 구동력을 발생시키는 메인구동부, 상기 메인구동부의 회전 구동력에 의해 회전하여 추진력을 발생시키는 추진 프로펠러를 포함하는 메인 추진기로서의 구동 어셈블리; 및 한 쌍이 구비되며, 상기 메인 구동 어셈블리의 둘레에, 위에서 볼 때 메인구동부 중심축선을 기준으로 서로 대칭되고 측방에서 볼 때 메인구동부 중심축선에서 같은 높이만큼 벗어나는 위치에서 각각의 후단부가 연결되며, 각각의 전단부가 무인잠수정 후방 베이스 부분에 연결되어, 각각의 길이가 가변됨에 따라 상기 메인구동부의 중심축의 무인잠수정 선체에 대한 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하는 리니어 액츄에이터로서의 추진 방향 제어 어셈블리;를 포함하는 2링크 구조의 추력편향 시스템의 제어방법으로서, A driving assembly as a main propeller including a main driving part that generates a rotational driving force, and a propulsion propeller that rotates by the rotational driving force of the main driving part and generates propulsive force; and a pair are provided around the main drive assembly, the rear ends of which are connected to each other at a position that is symmetrical to each other about the central axis of the main drive unit when viewed from above and deviates by the same height from the central axis of the main drive unit when viewed from the side, respectively. A propulsion direction control assembly as a linear actuator, the front end of which is connected to the rear base of the unmanned submersible, and which controls the propulsion direction by varying the angle of the central axis of the main drive unit with respect to the unmanned submersible hull as each length is varied. As a control method for a thrust vectoring system of a two-link structure,

추진 프로펠러 축(메인구동부 중심축선)의 방향인 롤 방향을 중심으로 한 회전은 이루어지지 않도록 고정되고, 한쌍의 상기 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 상보적으로 변화시켜 롤방향에 수직이며 상하방향인 요방향을 중심으로 한 좌우 방향전환을 하고, 한쌍의 상기 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 같이 변화시켜 롤방향에 수직이며 좌우방향인 피치방향을 중심으로 한 상하 방향전환을 하도록 이루어진다.It is fixed so as not to rotate around the roll direction, which is the direction of the propulsion propeller axis (main drive central axis), and the length of the pair of propulsion direction control assemblies is changed complementary to the yaw perpendicular to the roll direction and in the vertical direction. The left and right direction is changed based on the direction, and the length of the pair of propulsion direction control assemblies are changed together to change the up and down direction centered on the pitch direction, which is perpendicular to the roll direction and is left and right.

본 발명의 제어방법에서 원하는 것은 무인잠수정의 방향 전환이지만 우선적으로 혹은 직접적으로 제어가능한 요소는 추진 방향 제어 어셈블리에 해당하는 링크1과 링크2의 자체 길이 변화량(ΔL1, ΔL2)이며, 이는 피치 방향을 중심으로 하는 메인 추진기의 필요한 각도(피치각, 고도) 변화량 Θ(세타)와 요방향을 중심으로 하는 메인 추진기의 필요한 각도(요각, 방위각) 변화량 Ψ(프사이)가 주어지면 이들 각도를 다음 관계식에 의해 변환하여 획득될 수 있다. What is desired in the control method of the present invention is to change the direction of the unmanned underwater vehicle, but the elements that can be controlled primarily or directly are the self-length changes (ΔL1, ΔL2) of Link 1 and Link 2 corresponding to the propulsion direction control assembly, which change the pitch direction. Given the required angle (pitch angle, altitude) change Θ (theta) of the main thruster centered on the center and the required angle (yaw angle, azimuth) change Ψ (psi) of the main thruster centered on the yaw direction, these angles can be calculated using the following relationship: It can be obtained by converting.

(수학식 1) (Equation 1)

(수학식 2) (Equation 2)

이때, m1, m2는, 롤방향의 중심축선을 원점으로 하고 중심축선 방향으로 후방에서 전방쪽으로 바라볼 때 보이는 링크1 및 링크2를 포함하는 평면에서 링크1 및 링크2의 메인 추진기와의 결합 위치 좌표를 통해 얻을 수 있다. At this time, m 1 and m 2 are the distance between the main thrusters of link 1 and link 2 in the plane including link 1 and link 2 seen when looking from rear to front in the direction of the central axis with the central axis of the roll direction as the origin. It can be obtained through the binding position coordinates.

즉, m1은 링크1, 링크2 결합 위치의 원점에서 하방(-y) 방향으로의 이격거리, m2는 링크1, 링크2 결합 위치 각각의 원점에서 좌, 우 방향으로의 동일한 이격 거리를 의미한다. 이때 좌,우 방향으로의 이격 거리가 동일한 것은 롤방향 중심축선을 기준으로 좌우 대칭적 구조를 이루기 때문이다. That is, m 1 is the separation distance in the downward (-y) direction from the origin of the link 1 and link 2 connection positions, and m 2 is the same separation distance in the left and right directions from the origin of each link 1 and link 2 combination position. it means. At this time, the separation distance in the left and right directions is the same because it has a left-right symmetrical structure based on the central axis of the roll direction.

무인잠수정을 제어할 때 목표 위치 및 방향이 정해지고, 현재 무인잠수정의 위치 및 향하는 방향이 검출되면 이 목표 방향과 현재의 무인잠수정의 방향의 차이도 검출되고, 무인잠수정의 추진 방향에 있어서의 방향 변화 및 이를 위한 추력편향 시스템의 메인 추진기의 필요한 각도 변화가 결정된다. When controlling an unmanned underwater vehicle, the target position and direction are determined, and when the current position and heading direction of the unmanned submarine are detected, the difference between this target direction and the current direction of the unmanned underwater vehicle is also detected, and the direction in the propulsion direction of the unmanned underwater vehicle is also detected. The change and the required angle change of the main thruster of the thrust vectoring system for this change are determined.

이때, 이 원하는 메인 추진기의 각도 변화는 결국 추력편향 시스템을 구성하는 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화에 의해 이루어진다. At this time, the desired angle change of the main thruster is ultimately achieved by a change in the length of the thrust direction control assembly that constitutes the thrust vectoring system.

본 발명에 따르면, 2링크 구조를 구비한 추력편향 시스템을 가진 무인잠수정을 운항함에 있어서, 방향 전환을 위한 요각 및 피치각이 주어지면 실시간으로 빠르게 추력편향 시스템이 이들 각도를 구현하고 정확하게 구현하도록 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화 동작을 실시할 수 있고, 그에 따라 무인잠수정의 추력편향 시스템의 신속하고 정밀한 방향 제어를 할 수 있게 된다.According to the present invention, when operating an unmanned underwater vehicle with a thrust vectoring system equipped with a two-link structure, when the yaw angle and pitch angle for direction change are given, the thrust vectoring system is promoted to quickly implement these angles in real time and accurately implement them. The direction control assembly can perform its own length change operation, thereby enabling rapid and precise direction control of the thrust vectoring system of the unmanned underwater vehicle.

도 1은 방향타를 가진 종래의 무인잠수정의 일 예를 나타내는 사시도 및 그 일부에 대한 부분 확대도,
도 2는 무인잠수정의 추력편향 시스템의 일 예를 나타내는 저면도,
도 3은 도2의 메인 추진기 부분을 나타내는 사시도,
도 4는 도2의 추진 방향 제어 어셀블리를 나타내는 사시도,
도 5는 본 발명과 관련된 무인잠수정 및 그에 구비된 추력편향 시스템에서의 롤방향, 요방향, 피치방향과 이 방향을 중심으로 하는 회전의 개념을 나타내는 개념적 설명도,
도 6a는 본 발명과 관련된 추력편향 시스템의 추진 방향 제어 어셈블리와 메인 추진기의 결합 상태를 나타낸 사시도 및 후면도,
도6b는 본 발명과 관련된 추력편향 시스템의 후방부에 구비되어 잠수정 내에 위치하며 링크들을 조절하기 위한 각종 구성요소 설치형태를 나타내는 사시도,
도 7은 피치 방향을 중심으로 하는 피치 각도(고도)와 추진 방향 제어 어셈블리의 길이 변화와의 관계를 설명하기 위한 개념적 설명도,
도 8은 요 방향을 중심으로 하는 요 각도(방위각)과 추진 방향 제어 어셈블리의 길이 변화와의 관계를 설명하기 위한 개념적 설명도,
도 9는 본 발명 방법의 일 실시예가 이루어지는 과정을 나타내는 예시적 흐름도이다.
1 is a perspective view showing an example of a conventional unmanned underwater vehicle with a rudder and a partial enlarged view of a portion thereof;
Figure 2 is a bottom view showing an example of the thrust vectoring system of an unmanned underwater vehicle;
Figure 3 is a perspective view showing the main thruster portion of Figure 2;
Figure 4 is a perspective view showing the propulsion direction control assembly of Figure 2;
Figure 5 is a conceptual illustration showing the concept of roll direction, yaw direction, pitch direction and rotation around these directions in the unmanned underwater vehicle and the thrust vectoring system provided therein related to the present invention;
Figure 6a is a perspective view and a rear view showing the combined state of the propulsion direction control assembly and the main thruster of the thrust vectoring system related to the present invention;
Figure 6b is a perspective view showing the installation form of various components provided at the rear of the thrust vectoring system related to the present invention and located in the submersible for controlling the links;
Figure 7 is a conceptual illustration for explaining the relationship between the pitch angle (altitude) centered on the pitch direction and the change in length of the propulsion direction control assembly;
Figure 8 is a conceptual illustration for explaining the relationship between the yaw angle (azimuth) centered on the yaw direction and the change in length of the propulsion direction control assembly;
Figure 9 is an exemplary flow chart showing the process of one embodiment of the method of the present invention.

이하 본 발명의 구체적 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.

먼저, 도5는 본 발명 방법이 적용될 수 있는 구성을 가지는 무인잠수정 및 그것의 추력편향 시스템의 일 예시를 나타낸다.First, Figure 5 shows an example of an unmanned underwater vehicle and its thrust vectoring system having a configuration to which the method of the present invention can be applied.

여기서 보이는 추력편향 시스템은 도2 내지 도4의 종래의 추력편향 시스템과 기본적인 요소에 있어서 대부분 공통적으로 이루어지며, 큰 차이점은 없지만 메인 추진기의 전방이 연결되는 고정부가 없는 것이지만 여기서도 이 메인 추진기의 각도 조절시 자유로운 각도 조절 동작이 가능한 상태를 이루고 있다.The thrust vectoring system shown here has most of the basic elements in common with the conventional thrust vectoring system of Figures 2 to 4. Although there is no major difference, there is no fixed part to which the front of the main thruster is connected, but here again, the angle of the main thruster is adjusted. It is possible to freely adjust the angle.

메인 추진기의 중심축선 방향은 추진 프로펠러 회전축이 향하는 방향과 같으며, 여기서는 무인잠수정의 선체 길이 방향 중심축과 같은 방향을 이루고 있다. 이런 상태를 이 추력편향 시스템의 각 요소의 원위치, 초기위치라고 할 수 있다. The direction of the central axis of the main propulsion machine is the same as the direction of the rotation axis of the propulsion propeller, and here, it is in the same direction as the longitudinal central axis of the unmanned underwater vehicle's hull. This state can be referred to as the original position or initial position of each element of this thrust deflection system.

여기서, 이 중심축선 방향을 추력편향 시스템의 롤(Roll) 방향이라고 할 수 있다. Here, this central axis direction can be referred to as the roll direction of the thrust deflection system.

그리고 무인잠수정을 후방에서 전방으로 롤 방향과 평행하게 바라볼 때 롤 방향과 수직한 평면에서 우에서 좌로 향하는 화살표 방향이 피치(pitch) 방향이 되고 하방에서 상방으로 향하는 화살표 방향이 요(yaw) 방향이 된다. 롤 방향 축선, 피치 방향 축선, 요 방향 축선이 만나는 점을 원점이라 정하고 하나의 막대 끝을 원점에 놓고, 피치 방향의 화살표 방향으로 보면서 롤 방향으로 뻗은 막대를 시계방향으로 회전시키면 막대가 롤 방향과 이루는 각도를 고도 혹은 피치각이라 할 수 있고, 요 방향의 화살표 방향으로 보면서 롤 방향으로 뻗은 이 막대를 시계방향으로 회전시키면 막대가 롤 방향과 이루는 각도를 방위작 혹은 요각이라고 할 수 있다. And when looking at the unmanned underwater vehicle parallel to the roll direction from rear to front, the arrow direction from right to left in the plane perpendicular to the roll direction is the pitch direction, and the arrow direction from downward to upward is the yaw direction. This happens. Set the point where the roll direction axis, pitch direction axis, and yaw direction axis meet as the origin. Place the end of one rod at the origin. If you rotate the rod extended in the roll direction clockwise while looking in the direction of the pitch arrow, the rod will move in the roll direction. The angle formed can be called the altitude or pitch angle, and if you rotate this bar extending in the roll direction clockwise while looking in the direction of the yaw arrow, the angle formed by the bar with the roll direction can be called the azimuth or yaw angle.

도6a는 본 발명을 위한 추력편향 시스템의 일 실시예의 후면도 및 사시도를 함께 참조할 수 있도록 나타내고 있다. 도6a의 사시도에서 링크1(Link1)과 링크2(Link2)는 추진 방향 제어 어셈블리에 해당하며, 자체 길이를 조절할 수 있도록 자체의 액츄에이터(Link1/Link2 actuator)를 구비하여 이루어진다. 사시도의 메인 액츄에이터(Main actuator)는 메인구동부를 나타내는 것이며 전기모터 등으로 이루어질 수 있으며, 이로써 도시되지 않은 추진 프로펠러를 회전시켜 무인잠수정을 추진시키게 된다. Figure 6a shows a rear view and a perspective view of one embodiment of the thrust vectoring system for the present invention for reference together. In the perspective view of Figure 6a, Link1 and Link2 correspond to the propulsion direction control assembly and are equipped with their own actuators (Link1/Link2 actuators) to adjust their length. The main actuator in the perspective view represents the main driving unit and may be made of an electric motor, etc., which rotates a propulsion propeller (not shown) to propel the unmanned submarine.

도6a의 후면도에서 볼 때, 이런 추력편향 시스템에서 링크1(Link1)과 링크2(Link2)는 한 쌍이 구비되며, 메인구동부 둘레의 특정 위치에, 위에서 볼 때(평면도 상에서 볼 때) 후면도의 원점에 해당하는 메인구동부 중심축선을 기준으로 서로 대칭되어 좌우로 같은 거리(m2)만큼 중심축선에서 이격되고 측방에서 볼 때(측면도 상에서 볼 때) 메인구동부 중심축선에서 같은 거리(m1)만큼 아래로 이격되는 위치에, 각각의 후단부가 연결된다. 링크1(Link1)과 링크2(Link2) 각각의 전단부는 무인잠수정 선체 후단을 이루는 마운트 부분을 통과하여 선체 내부로 연결된다.As seen from the rear view of Figure 6a, in this thrust vectoring system, a pair of Link1 and Link2 are provided, located at specific positions around the main drive unit, as seen from above (when viewed from the top). They are symmetrical to each other based on the central axis of the main driving unit corresponding to the origin of and are spaced apart from the central axis by the same distance (m 2 ) on the left and right, and are the same distance from the central axis of the main driving unit when viewed from the side (when viewed from the side view). Each rear end is connected at a position spaced downward by as much as possible. The front end of each Link 1 and Link 2 passes through the mount part that forms the rear end of the unmanned submarine hull and is connected to the inside of the hull.

표현을 바꾸어 다시 설명하면, 본 발명에서 롤방향의 중심축선을 원점으로 하고 중심축선 방향으로 후방에서 전방쪽으로 바라본 도6a의 후면도에서 볼 때 보이는 링크1 및 링크2를 포함하는 평면에서 링크1 및 링크2의 메인 추진기 혹은 메인구동부와의 결합 위치는 원점에서 하방(-y) 방향으로 m1 거리만큼, 원점에서 각각 좌우 방향으로 m2 거리만큼 이격된 지점이라고 할 수 있다.To explain again by changing the expression, in the present invention, in the plane including link 1 and link 2 seen in the rear view of Figure 6a viewed from rear to front in the direction of the central axis with the central axis of the roll direction as the origin, link 1 and The connection position with the main thruster or main drive unit of Link 2 can be said to be a distance of m 1 from the origin in the downward (-y) direction and a distance of m 2 from the origin in the left and right directions, respectively.

링크1(Link1)과 링크2(Link2)는 각각의 자체 길이가 자체 액츄에이터에 의해 가변됨에 따라 메인구동부의 중심축의 무인잠수정 선체에 대한 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하게 되고, 자체 액츄에이터는 일종의 리니어 액츄에이터라고 할 수 있다.Link 1 and Link 2 control the direction of propulsion by varying the angle of the central axis of the main drive unit with respect to the unmanned submarine hull as each length is varied by its own actuator, and its own actuator is a kind of linear It can be called an actuator.

도6b를 참조하면, 본 발명과 관련된 하나의 예시적 추력편향 시스템에서 이런 링크1, 링크2는 리니어 액츄에이터 조립체 2종 및 링크축 2종을 구비하여 이루어질 수 있다. 그리고, 하나의 리니어 액츄에이터 조립체는 액츄에이터 조립체, 포텐셔미터 조립체, 리드스크류 및 구동너트샤프트 조립체로 구성될 수 있다. 여기서 액츄에이터 조립체는 구동모터가 포함된 조립체이며, 포텐셔미터 조립체는 리드스크류의 회전을 센싱하여 구동너트샤프트의 직진운동 거리를 산출하기위한 센서 조립체이고, 리드스크류 및 구동너트샤프트 조립체는 구동모터 회전을 직진운동으로 만들어주며, 링크축과 연결된 조립체가 될 수 있다.Referring to Figure 6b, in one exemplary thrust vectoring system related to the present invention, Link 1 and Link 2 may be formed by having two types of linear actuator assemblies and two types of link shafts. And, one linear actuator assembly may be composed of an actuator assembly, a potentiometer assembly, a lead screw, and a drive nut shaft assembly. Here, the actuator assembly is an assembly that includes a drive motor, the potentiometer assembly is a sensor assembly for calculating the straight-line movement distance of the drive nut shaft by sensing the rotation of the lead screw, and the lead screw and drive nut shaft assembly measures the rotation of the drive motor in a straight line. It is made through movement and can be an assembly connected to a link axis.

이러한 추력편향 시스템 구성에서, 도5에 도시된 각 방향으로의 회전 변이를 살펴보면, 먼저, 추진 프로펠러 축(메인구동부 중심축선)의 방향인 롤 방향을 중심으로 한 회전은 이루어지지 않도록 고정된다. 롤 방향으로의 회전은 추진 프로펠러 자체가 회전 변이에 의한 효과가 없으므로 필요하지 않기 때문이다.In this thrust deflection system configuration, looking at the rotational variation in each direction shown in Figure 5, first, rotation around the roll direction, which is the direction of the propeller axis (main drive central axis), is fixed so as not to occur. This is because rotation in the roll direction is not necessary because the propeller itself has no effect due to rotational variation.

다음으로 도7을 참조하면서 피치방향을 중심으로 한 각도 조절을 살펴보고, 피치각과 링크1의 길이 변화량 델타 L1과 링크2의 길이 변화량 델타 L2의 관계를 살펴본다.Next, with reference to Figure 7, we will look at angle adjustment centered on the pitch direction, and look at the relationship between the pitch angle and the length change amount of link 1, delta L1, and the length change amount of link 2, delta L2.

또한, 여기서는 피치방향 중심의 각도 조절과 요방향 중심의 각도 조절은 각각 -10° 내지 10° 정도의 한정적인 범위에서 이루어지는 것으로 한다. 이러한 범위 내에서의 각도 조절도 무인잠수정 선체의 큰 각도의 방향 전환을 신속히 일으키는 데 충분하며, 따라서 기동성에 문제가 없으므로 이런 한정은 무인잠수정의 운용에 있어서도 현실적인 것이라고 볼 수 있다. 또한 이런 한정은 추력편향 시스템의 요각 변화와 피치각 변화가 서로에게 큰 영향을 미치지 않는 범위라고 볼 수 있고, 추력편향 시스템의 필요한 각도 변환과 링크 1, 링크 2의 자체 길이 변환을 비교적 간단한 관계식을 통해 어플리케이션 프로그램에서 신속하게 처리할 수 있도록 하는 장점을 줄 수 있다. In addition, here, the angle adjustment of the pitch direction center and the angle adjustment of the yaw direction center are each performed within a limited range of about -10° to 10°. Angle adjustment within this range is sufficient to quickly change direction at a large angle of the unmanned submarine hull, and therefore there is no problem with maneuverability, so this limitation can be considered realistic in the operation of the unmanned submarine. In addition, this limitation can be viewed as a range in which the yaw angle change and pitch angle change of the thrust vectoring system do not have a significant effect on each other, and the required angle conversion of the thrust vectoring system and the self-length conversion of Link 1 and Link 2 can be achieved through relatively simple relationships. This can provide the advantage of allowing quick processing in the application program.

본 발명에서 피치(Pitch) 방향을 중심으로 한 상하 방향전환의 각도(고도, 피치각) 혹은 피치방향 자세는 링크1의 길이 변화량 ΔL1과 링크2의 길이 변화량 ΔL2의 평균값에 의존적으로 움직이게 되며, 보다 구체적으로 아래의 관계식에 의해 정해진다.In the present invention, the angle (altitude, pitch angle) of up and down direction change centered on the pitch direction or the attitude in the pitch direction moves depending on the average value of the length change amount of link 1 ΔL1 and the length change amount of link 2 ΔL2. Specifically, it is determined by the relational expression below.

(수학식3) (Equation 3)

(수학식4) (Equation 4)

(수학식5) (Equation 5)

이러한 관계식은 도 7과 기하학적 계산을 참조하여 도출될 수 있다. 어떤 한 각도를 공통으로 더하여 직각을 형성하는 두 각은 동일한 각도를 가지므로 수학식 3을 얻고, 삼각함수 탄젠트 정의에 의해 수학식 4를 얻으며, 탄젠트 역산으로 수학식 5와 같이 피치각을 얻을 수 있다.This relational expression can be derived with reference to FIG. 7 and geometric calculations. Since the two angles that form a right angle by adding one angle in common have the same angle, Equation 3 is obtained, Equation 4 is obtained by the definition of the trigonometric tangent, and the pitch angle can be obtained as in Equation 5 by tangent inversion. there is.

도7에서 원점에서 시작하여 끝단이 원형으로 표시된 회색 선분은, 메인구동부 둘레에 결합된 링크 끝단의 원위치로부터의 길이 변화량을 나타내며, 구체적으로 링크1과 링크2의 평균 길이 변화량을 나타낸다. 피치각만을 변화시킬 때에 링크1과 링크2는 동일한 길이 변화량을 가지지만, 이 시스템에서는 피치각과 요각이 동시에 커플링되어 제어되므로 이런 경우 두 링크 변화량이 다르게 입력될 수 있다.In FIG. 7, a gray line starting from the origin and having a circular end indicates the amount of change in length from the original position of the end of the link coupled around the main drive unit, and specifically represents the amount of change in the average length of Link 1 and Link 2. When changing only the pitch angle, link 1 and link 2 have the same length change amount, but in this system, the pitch angle and yaw angle are coupled and controlled at the same time, so in this case, the two link change amounts may be input differently.

다음으로 도8을 참조하면서 요 방향을 중심으로 한 각도 조절을 살펴보고, 요각과 링크1의 길이 변화량 ΔL1과 링크2의 길이 변화량 ΔL2의 관계를 살펴본다.Next, with reference to Figure 8, we will look at the angle adjustment centered on the yaw direction, and look at the relationship between the yaw angle and the length change ΔL1 of link 1 and the length change ΔL2 of link 2.

메인구동부 또는 메인 추진기의 요(Yaw) 방향 자세는 링크1과 링크2의 길이가 상보적으로 변화할 때 링크1과 링크2의 길이 변화량의 차이(ΔL2-ΔL1)에 의존적으로 움직이게 된다. The yaw direction attitude of the main drive unit or main propeller moves depending on the difference (ΔL2-ΔL1) in the length change of link 1 and link 2 when the lengths of link 1 and link 2 change complementary.

(수학식 6) (Equation 6)

(수학식 7) (Equation 7)

(수학식 8) (Equation 8)

이러한 관계식은 도 8과 기하학적 계산을 참조하여 도출될 수 있다. These relationships can be derived with reference to FIG. 8 and geometric calculations.

닮은꼴 도형에서 대응하는 각도는 동일한 것이므로 수학식 6을 얻고, 삼각함수 탄젠트 정의에 의해 수학식 7을 얻으며, 수학식 8과 같이 탄젠트 역산으로 피치각을 얻을 수 있다.Since the corresponding angles in similar shapes are the same, Equation 6 can be obtained, Equation 7 can be obtained by defining the trigonometric tangent, and the pitch angle can be obtained by tangent inversion as in Equation 8.

도8에서 끝단이 원형으로 표시된 두 회색 선분은 링크1과 링크2를 나타낸다고 볼 수 있고, 따라서 이 원형은 메인구동부 둘레에 결합된 링크 끝단을 나타낸다고 볼 수 있다. 이 두 회색 선분은 도면상의 수직축(y축)과 평행하며, 수평축(x축)으로부터(원위치로부터)의 링크1과 링크2의 길이 변화량을 각각 나타내며, 요각만을 변화시킬 때에는 동일 크기이나 서로 반대 방향의 길이 변화량을 가지지만, 이 시스템은 피치각과 요각이 동시에 커플링되어 제어되기에 요각과 피치각이 함께 제어될 때에는 두 링크의 길이 변화량이 다르게 입력될 것이다. In Figure 8, the two gray line segments with circular ends can be viewed as representing link 1 and link 2, and therefore, the circles can be viewed as representing the ends of the links connected around the main driving unit. These two gray lines are parallel to the vertical axis (y-axis) in the drawing and represent the amount of change in the lengths of link 1 and link 2 from the horizontal axis (x-axis) (from the original position), respectively. When changing only the yaw angle, they are the same size but in opposite directions. Although it has a change in length, this system controls the pitch angle and yaw angle by coupling them at the same time, so when the yaw angle and pitch angle are controlled together, the change in length of the two links will be input differently.

다음으로 링크1, 링크2의 초기 길이(변위) 대비 길이 변화량 관계식을 도출할 수 있다. Next, the relationship between the length change amount compared to the initial length (displacement) of Link 1 and Link 2 can be derived.

즉, 위의 수학식 4와 수학식 7을 이용하면 앞서의 수학식 1, 수학식 2와 같은 관계식을 얻을 수 있다. In other words, using Equation 4 and Equation 7 above, the same relational expressions as Equation 1 and Equation 2 can be obtained.

(수학식 1) (Equation 1)

(수학식 2) (Equation 2)

결국, 수학식 4와 수학식 7을 통해 메인구동부의 피치각 혹은 피치(Pitch) 방향 자세와 요각 혹은 요(Yaw) 방향 자세에 따라 각 링크의 길이 변화량을 산출할 수 잇으며, 이를 통해 원하는 피치각과 요각 변화량 주어진다면 그에 따라 필요한 링크1과 링크2의 길이 변화량을 얻고, 링크1, 링크2의 초기 길이(변위) 대비하여 이 길이 변화량을 만들기 위해 링크1과 링크2의 액츄에이터를 통해 자체 길이를 조절하게 된다.Ultimately, through Equation 4 and Equation 7, the change in length of each link can be calculated according to the pitch angle or pitch direction attitude of the main drive unit and the yaw angle or yaw direction attitude, and through this, the desired pitch can be determined. If the angle and yaw angle changes are given, the required length change of Link 1 and Link 2 is obtained accordingly, and in order to create this length change compared to the initial length (displacement) of Link 1 and Link 2, the own length is adjusted through the actuator of Link 1 and Link 2. It will be controlled.

도9를 참조하면서 본 발명의 제어 방법의 일 실시예가 이루어지는 과정, 단계를 살펴보면,Looking at the process and steps of an embodiment of the control method of the present invention with reference to Figure 9,

먼저, 무인잠수정을 제어할 때 목표 방향이 정해지고(S10), 한편으로 현재 무인잠수정의 향하는 방향이 검출된다(S20). 그러면 이 목표 방향과 현재의 무인잠수정의 방향의 차이도 검출되고(S30), 무인잠수정의 추진 방향에 있어서의 방향 변화 및 이를 위한 추력편향 시스템의 메인 추진기의 필요한 각도 변화가 결정된다(S40). First, when controlling the unmanned underwater vehicle, the target direction is determined (S10), and the current direction of the unmanned underwater vehicle is detected (S20). Then, the difference between this target direction and the current direction of the unmanned underwater vehicle is detected (S30), and the change in direction in the propulsion direction of the unmanned underwater vehicle and the required angle change of the main thruster of the thrust vectoring system for this are determined (S40).

이때, 이 원하는 메인 추진기의 각도 변화는 결국 추력편향 시스템을 구성하는 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화에 의해 이루어지므로 수학식 1, 수학식 2를 이용하여 추력편향 시스템의 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화량을 도출하고, 이를 방영하여 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이를 변화시킨다(S50). At this time, the desired angle change of the main thruster is ultimately achieved by a change in the length of the propulsion direction control assembly constituting the thrust vectoring system, so using Equation 1 and Equation 2, the own length of the propulsion direction control assembly of the thrust vectoring system The amount of change is derived and broadcast to change the length of the propulsion direction control assembly (S50).

그런데, 이런 제어방법의 각 단계는 무인잠수정에서는 승조원이 없으므로 무인잠수정 자체에 탑재된 임무컴퓨터 및 이 임무컴퓨터와 연결된 액츄에이터에 의해 수행된다. However, since there is no crew in an unmanned submarine, each step of this control method is performed by a mission computer mounted on the unmanned submarine itself and an actuator connected to the mission computer.

각 단계의 실행 주체와 실행 내용을 다시 살펴보면, 무인잠수정이 향할 목표 혹은 목표 방향을 결정하는 것은 무인잠수정에서 떨어져서 무인잠수정을 원격조정하는 지휘관에 의해 이루어질 수 있다. 경우에 따라서는 원격 조정 없이 목표 자체가 무인잠수정이 출발하기 전에 임무컴퓨터에 입력된 운항 계획에 의해 미리 정해질 수도 있다. Looking again at the executor and execution details of each step, determining the goal or target direction for the unmanned underwater vehicle can be made by a commander who remotely controls the unmanned underwater vehicle from a distance from the unmanned submarine. In some cases, the target itself may be determined in advance by the navigation plan entered into the mission computer before the unmanned submarine departs without remote control.

이런 운항 계획에 따른 무인 운항을 위해서는 무인잠수정에는 지도 정보와 이와 연관된 목적지 및 운항 경로 정보, 항법센서, GPS, 디지털컴파스, IMU, DVL, 심도센서 등이 탑재되어 있으며, 항법센서를 활용하여 무인잠수정의 위치, 자세 등의 항법상태를 정확히 추정하기 위한 칼만필터 기반의 항법 알고리즘 소프트웨어가 탑재되어 구동된다. For unmanned operation according to this operation plan, the unmanned submarine is equipped with map information, related destination and navigation route information, navigation sensor, GPS, digital compass, IMU, DVL, depth sensor, etc., and the navigation sensor is used to operate the unmanned submarine. It is equipped with and runs Kalman filter-based navigation algorithm software to accurately estimate navigation conditions such as position and attitude.

현재 무인잠수정의 지도 평면 관점에서의 방향은 GPS 등에 의해 확인할 수 있는 직전의 짧은 일정 시간 동안의 위치 변화에 의해 산출될 수 있고, 잠수 및 부상과 같은 심도 관점에서의 방향은 압력에 근거한 심도계(수심계) 등에 의해 확인할 수 있는 직전의 짧은 일정 시간 동안의 수심 변화에 의해 산출될 수 있다.Currently, the direction of the unmanned underwater vehicle in terms of the map plane can be calculated by the change in position during the previous short period of time that can be confirmed by GPS, etc., and the direction in terms of depth, such as diving and surfacing, can be calculated based on the pressure-based depth meter ( It can be calculated based on the change in water depth over a short period of time that can be confirmed by a depth gauge, etc.

그리고, 심도를 포함하는 목표 혹은 목표 방향과 현재 무인잠수정의 지향 방향의 차이는 정해진 일정 시간 주기로 무인잠수정의 현재 위치와 운항 계획상의 목표 위치를 확인하는 작업을 통해 주기적으로 산출, 결정될 수 있을 것이다.In addition, the difference between the target or target direction, including depth, and the current direction of the unmanned underwater vehicle can be periodically calculated and determined by checking the current location of the unmanned underwater vehicle and the target location in the operation plan at a fixed time period.

목표 위치와 무인잠수정의 현재의 지도평면 상의 위치 및 수심의 차이량이 확인되면 무인잠수정이 목표를 향해 추진되도록 대응되는 추력편향 시스템의 피치각 및 요각 및 각도 지속 시간 등에 대한 산출이 이루어진다. Once the difference between the target location and the current map plane location and water depth of the unmanned underwater vehicle is confirmed, the pitch angle, yaw angle, and angle duration of the corresponding thrust vectoring system are calculated to propel the unmanned underwater vehicle toward the target.

목표를 향해 운항하기 위한 추력편향 시스템의 피치각 및 요각 계산은 지휘부와 같이 무인잠수정에서 이격된 원격지의 담당인력에 의해 이루어지거나, 원격지의 컴퓨터에 의해 이루어질 수도 있고, 무인잠수정의 임무 컴퓨터에 의해 자동 산출될 수도 있다. 물론 자동 산출을 위한 어플리케이션 프로그램은 운영 체계가 이용할 수 있도록 임무 컴퓨터에 미리 제공될 것이다. 무인잠수정은 방향을 바꿀 때에만 요각과 피치각을 변화시키거나 변화를 유지하고, 방향 수정이 완전히 이루어지면 추력편향 시스템 롤 방향은 선체 방향과 같은 상태로 통상적인 모드로 운행하게 될 것이다. The calculation of the pitch angle and yaw angle of the thrust vectoring system to navigate toward the target may be done by a remote person in charge, such as a command center, distant from the unmanned submarine, or by a computer at a remote location, or automatically by the mission computer of the unmanned submarine. may be calculated. Of course, the application program for automatic calculation will be provided in advance on the mission computer for use by the operating system. The unmanned underwater vehicle changes or maintains the yaw and pitch angle changes only when changing direction, and when the direction correction is complete, the thrust vectoring system roll direction will remain the same as the hull direction and operate in normal mode.

방향 수정이 완전히 이루어질 때까지는 요각과 피치각을 일정 시간 유지할 수 있으며, 유지 시간도 미리 입력된 일정 관계식에 의해 산출될 수 있다. 그러나, 외부 환경 요인에 의해 영향을 많이 받는 경우, 일정 시간 주기로 무인잠수정의 방향을 확인하고 계산하여 요각과 피치각을 바꾸도록 할 수 있다. The yaw angle and pitch angle can be maintained for a certain period of time until direction correction is completely achieved, and the maintenance time can also be calculated using a pre-entered constant relational equation. However, if it is greatly influenced by external environmental factors, the direction of the unmanned underwater vehicle can be checked and calculated at regular intervals to change the yaw angle and pitch angle.

이상과 같은 과정에서 산출된 요각과 피치각은 무인잠수정의 임무컴퓨터로 전달되고, 앞서 살펴본 발명 제어방법에 따라 메인구동부의 피치각 혹은 피치(Pitch) 방향 자세와 요각 혹은 요(Yaw) 방향 자세에 따라 각 링크의 길이 변화량을 산출할 수 있다. 이런 산출 작업도 통상적으로 무인잠수정의 임무 컴퓨터에 의해 자동으로 이루어질 수 있으며, 자동 산출을 위한 어플리케이션 프로그램도 미리 제공될 것이다.The yaw angle and pitch angle calculated in the above process are transmitted to the mission computer of the unmanned submarine, and according to the inventive control method discussed above, the pitch angle or pitch direction attitude of the main drive unit and the yaw angle or yaw direction attitude are adjusted. Accordingly, the change in length of each link can be calculated. This calculation can usually be done automatically by the unmanned submarine's mission computer, and an application program for automatic calculation will also be provided in advance.

이렇게 자동으로 필요한 피치각과 요각 변화량 산출된다면 이 값을 링크1과 링크2의 액츄에이터에 전달하여 액츄에이터가 링크1, 링크2의 자체 길이를 조절하여 길이 변화량 만들게 되고, 이에 따라 무인잠수정은 추진 방향을 전환하게 된다. If the required pitch angle and yaw angle changes are automatically calculated, these values are transmitted to the actuators of Link 1 and Link 2, and the actuators adjust their own lengths of Link 1 and Link 2 to create length changes, and the unmanned underwater vehicle changes the propulsion direction accordingly. I do it.

이상에서는 본 발명을 제한된 실시예를 통해 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.In the above, the present invention has been examined through limited embodiments, and the fact that the present invention can be embodied in other specific forms in addition to the above-described embodiments without departing from the spirit or scope thereof is known to those skilled in the art. It is self-evident. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative and not restrictive, and thus the present invention is not limited to the above description but may be modified within the scope of the appended claims and their equivalents.

10: 추진 프로펠러 20: 프레임 어셈블리
21: 마운트 24: 제4조인트연결부
25: 제2조인트부 30: 연결유닛
31: 연결브래킷 32: 연결부재
100: 메인 구동 어셈블리 110: 메인구동부
111: 제1조인트연결부 120: 고정부
121: 제2조인트연결부 130: 제1조인트부
200: 추진 방향 제어 어셈블리 210: 선형구동부
211: 제3조인트연결부 220: 선형이동부
221: 제5조인트연결부
10: propulsion propeller 20: frame assembly
21: Mount 24: Fourth joint connection part
25: second joint part 30: connection unit
31: connection bracket 32: connection member
100: main driving assembly 110: main driving part
111: first joint connection part 120: fixed part
121: 2nd joint connection part 130: 1st joint part
200: Propulsion direction control assembly 210: Linear drive unit
211: Third joint connection 220: Linear moving part
221: Fifth joint connection part

Claims (4)

삭제delete 회전 구동력을 발생시키는 메인구동부, 상기 메인구동부의 회전 구동력에 의해 회전하여 추진력을 발생시키는 추진 프로펠러를 포함하는 메인 추진기로서의 구동 어셈블리; 및 한 쌍이 구비되며, 상기 메인 구동 어셈블리의 둘레에, 위에서 볼 때 메인구동부 중심축선을 기준으로 서로 대칭되고 측방에서 볼 때 메인구동부 중심축선에서 같은 높이만큼 벗어나는 위치에서 각각의 후단부가 연결되며, 각각의 전단부가 무인잠수정 후방 마운트 부분에 연결되어, 각각의 길이가 가변됨에 따라 상기 메인구동부의 중심축의 무인잠수정 선체에 대한 각도를 가변시켜 추진 방향을 제어하는 리니어 액츄에이터로서의 추진 방향 제어 어셈블리;를 포함하는 2링크 구조의 추력편향 시스템의 제어방법으로서,
추진 프로펠러 축(메인구동부 중심축선)의 방향인 롤 방향을 중심으로 한 회전은 이루어지지 않도록 고정되고, 한쌍의 상기 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 상보적으로 변화시켜 롤방향에 수직이며 상하방향인 요방향을 중심으로 한 좌우 방향전환을 하고, 한쌍의 상기 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 같이 변화시켜 롤방향에 수직이며 좌우방향인 피치방향을 중심으로 한 상하 방향전환을 하도록 이루어지고,
추력편향 시스템의 요방향을 중심으로 한 좌우 방향전환과 피치방향을 중심으로 한 상하 방향전환은,
피치 방향을 중심으로 하는 메인 추진기의 필요한 각도(피치각, 고도) 변화량 Θ(세타)와 요방향을 중심으로 하는 메인 추진기의 필요한 각도(요각, 방위각) 변화량 Ψ(프사이)가 주어지는 단계,
아래의 수학식 1 및 수학식 2에 의해 세타 및 프사이를 변환하여 상기 추진 방향 제어 어셈블리의 길이 변화량(ΔL1, ΔL2))을 도출하고 추진 방향 제어 어셈블리의 길이를 변화시키는 단계를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인잠수정의 추력편향 시스템 제어방법.
(수학식 1)
(수학식 2)
이때, m1, m2은 각각, 롤방향의 중심축선을 원점으로 하고 중심축선 방향으로 후방에서 전방쪽으로 바라볼 때 보이는 링크1 및 링크2를 포함하는 평면에서, 링크1, 링크2 결합 위치의 원점에서 하방(-y) 방향으로의 이격거리와, 링크1, 링크2 결합 위치 각각의 원점에서 좌, 우 방향으로의 동일한 이격 거리.
A driving assembly as a main propeller including a main driving part that generates a rotational driving force, and a propulsion propeller that rotates by the rotational driving force of the main driving part and generates propulsive force; and a pair are provided around the main drive assembly, the rear ends of which are connected to each other at a position that is symmetrical to each other about the central axis of the main drive unit when viewed from above and deviates by the same height from the central axis of the main drive unit when viewed from the side, respectively. A propulsion direction control assembly as a linear actuator, the front end of which is connected to the rear mount portion of the unmanned submersible, and which controls the propulsion direction by varying the angle of the central axis of the main drive unit with respect to the unmanned submersible hull as each length is varied. As a control method for a thrust vectoring system of a two-link structure,
It is fixed so as not to rotate around the roll direction, which is the direction of the propulsion propeller axis (main drive central axis), and the length of the pair of propulsion direction control assemblies is changed complementary to the yaw perpendicular to the roll direction and in the vertical direction. The left and right direction is changed based on the direction, and the length of the pair of propulsion direction control assemblies are changed together to change the up and down direction centered on the pitch direction, which is perpendicular to the roll direction and is left and right,
The left and right direction changes centered on the yaw direction and the up and down direction changes centered on the pitch direction of the thrust vectoring system are,
A step in which the required angle (pitch angle, altitude) change Θ (theta) of the main thruster centered on the pitch direction and the required angle (yaw angle, azimuth) change Ψ (psai) of the main thruster centered on the yaw direction are given,
Characterized by converting theta and PSI using Equation 1 and Equation 2 below to derive the length change amount (ΔL1, ΔL2) of the propulsion direction control assembly and changing the length of the propulsion direction control assembly. A method of controlling the thrust vectoring system of an unmanned submarine.
(Equation 1)
(Equation 2)
At this time, m1 and m2 are, respectively, in the plane including link 1 and link 2 seen when looking from rear to front in the direction of the central axis with the central axis of the roll direction as the origin, and at the origin of the link 1 and link 2 coupling positions. The separation distance in the downward (-y) direction and the same separation distance in the left and right directions from the origin of each link 1 and link 2 connection position.
삭제delete 무인잠수정의 2링크 구조의 추력편향 시스템의 제어방법으로서,
무인잠수정의 목표 방향을 결정하는 단계(S10),
현재 무인잠수정의 지향 방향을 검출하는 단계(S20),
상기 목표 방향과 현재의 무인잠수정의 지향 방향의 차이를 검출하는 단계(S30),
현재의 무인잠수정의 지향 방향을 상기 목표 방향으로 전환하기 위한 무인잠수정 추력편향 시스템의 메인 추진기의 필요한 피치각과 요각의 각도 변화값을 결정하는 단계(S40),
상기 필요한 피치각과 요각의 각도 변화값을 이용하여 제 2항의 무인잠수정의 추력편향 시스템 제어방법에 의해 추력편향 시스템의 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화량을 도출하고, 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이를 변화시키는 단계(S50)를 구비하여 이루어지고,
상기 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이를 변화시키는 단계(S50)는 무인잠수정 내의 임무 컴퓨터가 내장 어플리케이션 프로그램에 의해 추력편향 시스템의 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 길이 변화량을 도출하고 도출된 상기 자체 길이 변화량 정보를 상기 추력편향 시스템의 추진 방향 제어 어셈블리의 자체 액츄에이터에 전달하여 상기 추진 방향 제어 어셈블리가 자체 길이를 변화시킴으로써 이루어지는 무인잠수정의 추력편향 시스템 제어방법.
As a control method for the thrust vectoring system of a two-link structure of an unmanned underwater vehicle,
Step of determining the target direction of the unmanned underwater vehicle (S10),
Step of detecting the current direction of the unmanned underwater vehicle (S20),
Detecting the difference between the target direction and the current orientation of the unmanned underwater vehicle (S30),
Step (S40) of determining the angle change values of the pitch angle and yaw angle required for the main thruster of the unmanned underwater vehicle thrust vectoring system to change the current orientation of the unmanned underwater vehicle to the target direction,
Using the angle change values of the necessary pitch angle and yaw angle, the self-length change amount of the propulsion direction control assembly of the thrust vectoring system is derived by the thrust vectoring system control method of the unmanned underwater vehicle in Paragraph 2, and the self-length of the propulsion direction control assembly is changed. This is done by providing a step (S50),
In the step (S50) of changing the self-length of the propulsion direction control assembly, the mission computer in the unmanned underwater vehicle derives the self-length change amount of the propulsion direction control assembly of the thrust vectoring system by a built-in application program and uses the derived self-length change information. A method of controlling the thrust vectoring system of an unmanned underwater vehicle, wherein the thrust vectoring system changes its own length by transmitting it to the actuator of the thrust direction control assembly of the thrust vectoring system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117657402A (en) * 2024-01-31 2024-03-08 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心 Underwater cruise device and control method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5238478A (en) * 1975-09-22 1977-03-25 Shin Nippon Kucho Kk Equipment for taking out granular cake from air filter
KR101334566B1 (en) 2010-10-26 2013-11-28 한국해양과학기술원 3-point link vector thruster
KR102364606B1 (en) 2021-06-18 2022-02-18 한화시스템 주식회사 Propellant Activate Device of Unmanned Underwater Vehicle Having Propelling Direction Control Assembly

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5238478A (en) * 1975-09-22 1977-03-25 Shin Nippon Kucho Kk Equipment for taking out granular cake from air filter
KR101334566B1 (en) 2010-10-26 2013-11-28 한국해양과학기술원 3-point link vector thruster
KR102364606B1 (en) 2021-06-18 2022-02-18 한화시스템 주식회사 Propellant Activate Device of Unmanned Underwater Vehicle Having Propelling Direction Control Assembly

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117657402A (en) * 2024-01-31 2024-03-08 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心 Underwater cruise device and control method
CN117657402B (en) * 2024-01-31 2024-04-19 青岛哈尔滨工程大学创新发展中心 Underwater cruise device and control method

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