KR102621056B1 - Balance system for underwater vehicle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중 이동기기가 잠수 또는 부상될 수 있도록 부력을 제어하는 수중 이동기기용 밸런스 장치에 관한 것으로, 내부에 공간을 갖는 밀폐형의 함체로 구성되어 수중을 이동하는 수중 이동기기에 일체로 설치되고, 내부에 파티션이 설치되어 공기나 수중의 물이 충전되는 제1 챔버 및 제2 챔버로 내부가 구획되며, 공기 충전에 의한 에어포켓이 제1 챔버나 제2 챔버 중 적어도 어느 하나에 형성되는 밸러스트탱크; 밸러스트탱크에 공기를 공급하는 공기공급기; 밸러스트탱크로 수중의 물을 안내하여 밸러스트탱크의 내부에 수압을 발생시키는 수압발생기; 및 밸러스트탱크의 제1 챔버 및 제2 챔버 중 적어도 어느 하나에 이동가능하게 설치되어 제1 챔버나 제2 챔버의 내부를 분할하고, 이동을 통해 제1 챔버나 제2 챔버에 형성된 에어포켓의 체적을 가변시키는 플런저; 및 플런저에 연결되어 플런저를 이동시키는 액추에이터;를 포함하여 구성되며, 에어 포켓의 체적 변화로 공기량을 조절하여 부력을 제어할 수 있다.The present invention relates to a balance device for an underwater mobile device that controls the buoyancy of the underwater mobile device so that it can submerge or float. It consists of a sealed enclosure with a space inside and is integrally installed in an underwater mobile device that moves underwater, A ballast tank in which a partition is installed inside and the interior is divided into a first chamber and a second chamber filled with air or water, and an air pocket due to air filling is formed in at least one of the first chamber or the second chamber. ; An air supply device that supplies air to the ballast tank; A water pressure generator that guides water in the water to the ballast tank and generates water pressure inside the ballast tank; and movably installed in at least one of the first chamber and the second chamber of the ballast tank to divide the interior of the first chamber or the second chamber, and the volume of the air pocket formed in the first chamber or the second chamber through movement. A plunger that varies; and an actuator connected to the plunger to move the plunger. The buoyancy can be controlled by adjusting the amount of air by changing the volume of the air pocket.
Description
본 발명은 수중 이동기기용 밸런스 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중 이동기기가 잠수 또는 부상될 수 있도록 부력을 제어하는 수중 이동기기용 밸런스 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a balance device for an underwater mobile device, and more specifically, to a balance device for an underwater mobile device that controls buoyancy so that the underwater mobile device can submerge or float.
일반적으로 수심으로 잠수하여 수중에서 이동되는 수중 이동기기는 중력과 부력이 서로 같아 평형을 이룬 상태인 중성 부력을 바탕으로 기동하는 이동 장치를 말한다. In general, underwater mobile devices that are moved underwater by diving to the depth of the water refer to mobile devices that operate based on neutral buoyancy, which is a state in which gravity and buoyancy are equal and in equilibrium.
이러한 수중 이동기기는 수상에서 전후, 좌우로 구동되는 선박 등의 수상 이동기기들과 달리, 수중으로 잠수하고 수면으로 다시 부상해야 하기 때문에 부력 제어 장치를 필수로 요한다. Unlike water-based mobile devices such as ships that are driven back and forth and left and right on the water, these underwater mobile devices require a buoyancy control device because they must dive underwater and resurface on the surface.
그리고, 수중에서는 추진력에 의한 이동 외에 다양한 변수가 더 생기기 쉬우므로 수중 이동기기의 자세를 제어하는 것이 어려운 문제가 있었다. In addition, in water, various variables other than movement due to propulsion are more likely to occur, making it difficult to control the posture of the underwater mobile device.
이에, 종래의 수중 이동기기는 수중으로 잠수하고 수상으로 부상되기 위한 부력 제어 장치 외에, 부력중심을 제어하여 수중 이동기기의 자세를 제어할 수 있는 자세 제어 장치를 포함하여 구성하도록 하고 있다.Accordingly, the conventional underwater mobile device is configured to include, in addition to a buoyancy control device for diving underwater and surfacing, an attitude control device that can control the attitude of the underwater mobile device by controlling the center of buoyancy.
이러한 종래의 수중 이동기기에 마련된 자세 제어 장치의 경우, 해수 또는 해수 외의 유체에 의해 부력중심을 제어하도록 구성되어 있다. 즉, 종래의 수중 이동기기는 해수 또는 유체가 저장된 탱크의 내부에서, 가압 방식이나 기울임 등의 방식으로 해수 또는 유체를 이동시켜 부력중심을 제어하도록 하고 있다.The attitude control device provided in such a conventional underwater mobile device is configured to control the center of buoyancy using seawater or a fluid other than seawater. That is, conventional underwater mobile devices control the center of buoyancy by moving seawater or fluid inside a tank where seawater or fluid is stored, using a method such as pressurization or tilting.
그런데, 종래의 수중 이동기기는 부력 제어 장치 외에 자세 제어 장치를 추가로 구비해야 하므로, 제조 비용 증가와 함께 선체의 무게가 증량되는 문제가 있었다.However, since conventional underwater mobile devices must be equipped with an attitude control device in addition to the buoyancy control device, there is a problem of increased manufacturing costs and increased hull weight.
또한, 종래의 자세 제어 장치의 경우 해수 또는 유체의 이동에 의해 부력중심을 제어하고 있으나, 해수 또는 유체가 탱크 내에 완전히 채워지지 않을 경우 내부 유동이 발생되어 세밀한 자세 조작이 어려운 문제가 있고, 완전히 채워진 경우에는 이들 해수 또는 유체의 이동이 구조적으로 어렵다는 문제가 있었다.In addition, in the case of a conventional attitude control device, the center of buoyancy is controlled by the movement of seawater or fluid, but when the seawater or fluid is not completely filled in the tank, internal flow occurs, making detailed attitude manipulation difficult. In this case, there was a problem that movement of these seawater or fluids was structurally difficult.
한편, 종래의 수중 이동기기는 선원이 탑승하여 조작하는 잠수함이나 잠수정, 또는 자율주행이나 원격제어를 통해 무인으로 작동되는 무인잠수정이나 해양탐사정 등으로 이루어진다.Meanwhile, conventional underwater mobile devices consist of submarines or submersibles operated by crew members, or unmanned submarines or ocean exploration vehicles that operate unmanned through autonomous driving or remote control.
이와 같은 종래의 수중 이동기기는 비상 상황 발생시 긴급하게 수면으로 부상될 수 있도록 구성된다. 예를 들면, 종래의 수중 이동기기는 부력 조절용 중량물(예컨대, 밸러스트 웨이트 또는 밸러스트수)을 분리 가능하게 구비하고, 긴급 부상 요건 충족시, 부력 조절용 중량물을 수중 이동기기로부터 분리 또는 배수하여, 음성부력 상태에 있는 수중 이동기기의 중량을 감소시켜 양성부력 상태로 변환시킴으로써, 수중 이동기기를 수면으로 부상시켜 탈출 또는 회수를 용이하게 하고 있다.Such conventional underwater mobile devices are configured to be able to emerge quickly to the surface in the event of an emergency situation. For example, a conventional underwater mobile device is equipped with a detachable heavy object for buoyancy control (e.g., ballast weight or ballast water), and when emergency flotation requirements are met, the heavy weight for buoyancy control is separated or drained from the underwater mobile device, thereby maintaining negative buoyancy. By reducing the weight of the underwater mobile device and converting it to a positive buoyancy state, the underwater mobile device floats to the surface to facilitate escape or recovery.
그러나, 이러한 긴급 부상 상황은 수중 이동기기의 수평 잠항 또는 수중 하강 시에 발생하는 경우가 많았으며, 수중 이동기기가 잠항 중에 신속하게 부상하여야 하는데, 신속하게 부상하여야 하는 긴급 상황에서 밸러스트수를 배수하기에는 시간적으로 촉박하다는 문제점이 있었다.However, these emergency surfacing situations often occur during horizontal diving or underwater descent of the underwater mobile device, and the underwater mobile device must quickly surface while diving, but it is difficult to drain the ballast water in an emergency situation where the underwater mobile device must surface quickly. There was a problem with time constraints.
또한, 웨이트 분리 방식인 경우 수중 이동기기의 일부 구성인 웨이트를 분리한채로 부상하게 되므로, 재사용이 불가할 뿐더러 웨이트 추가 구비에 따른 비용이 발생되는 문제가 있었다. 그리고, 외부 충격 등에 의해 웨이트 분리장치에 결함이 발생하는 경우 웨이트를 분리하는 것이 제한될 수 있으므로 긴급 부상용으로 사용되기에 부족하다는 단점이 있다.In addition, in the case of the weight separation method, the weight, which is a part of the underwater mobile device, is floated while separated, so not only is it impossible to reuse, but there is a problem that costs are incurred due to additional weights. In addition, if a defect occurs in the weight separation device due to external impact, etc., separation of the weight may be limited, so there is a disadvantage in that it is not suitable for use for emergency injuries.
특히, 종래의 수중 이동기기는 동력 차단이나 외부 충격 등에 의한 요인으로 전파 차단 또는 전원이 완전히 차단되는 경우 이들 긴급 부상용 장치의 사용이 제한될 수 있어 큰 위험에 처할 수 있다는 문제점이 내재되어 있다.In particular, conventional underwater mobile devices have the inherent problem that when radio waves are blocked or power is completely cut off due to factors such as power cut or external shock, the use of these emergency flotation devices may be limited, putting them at great risk.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 수중 이동기기의 부력 제어와 자세 제어를 단일의 밸런스 시스템으로 수행할 수 있는 수중 이동기기용 밸런스 장치를 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the present invention is to provide a balance device for an underwater mobile device that can perform buoyancy control and posture control of the underwater mobile device with a single balance system.
또한, 본 발명의 목적은 전기 공급 중단 등과 같은 긴급 상황 발생시 수중에서 부상되어 비상 탈출이 가능하도록 자동으로 부력을 발생시킬 수 있는 수중 이동기기용 밸런스 장치를 제공하는 것이다.In addition, the purpose of the present invention is to provide a balance device for an underwater mobile device that can automatically generate buoyancy to enable emergency escape by floating underwater in the event of an emergency situation such as an interruption in electricity supply.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는, 내부에 공간을 갖는 밀폐형의 함체로 구성되어 수중을 이동하는 수중 이동기기에 일체로 설치되고, 내부에 파티션이 설치되어 공기나 수중의 물이 충전되는 제1 챔버 및 제2 챔버로 내부가 구획되며, 공기 충전에 의한 에어포켓이 제1 챔버나 제2 챔버 중 적어도 어느 하나에 형성되는 밸러스트탱크; 밸러스트탱크에 공기를 공급하는 공기공급기; 밸러스트탱크로 수중의 물을 안내하여 밸러스트탱크의 내부에 수압을 발생시키는 수압발생기; 및 밸러스트탱크의 제1 챔버 및 제2 챔버 중 적어도 어느 하나에 이동가능하게 설치되어 제1 챔버나 제2 챔버의 내부를 분할하고, 이동을 통해 제1 챔버나 제2 챔버에 형성된 에어포켓의 체적을 가변시키는 플런저; 및 플런저에 연결되어 플런저를 이동시키는 액추에이터;를 포함한다.The balance device for an underwater mobile device of the present invention for achieving the above-described object is composed of a sealed enclosure with a space inside and is integrally installed in an underwater mobile device that moves underwater, and a partition is installed inside to maintain air or water. A ballast tank whose interior is divided into a first chamber and a second chamber filled with water, and where an air pocket due to air filling is formed in at least one of the first chamber and the second chamber; An air supply device that supplies air to the ballast tank; A water pressure generator that guides water in the water to the ballast tank and generates water pressure inside the ballast tank; and movably installed in at least one of the first chamber and the second chamber of the ballast tank to divide the interior of the first chamber or the second chamber, and the volume of the air pocket formed in the first chamber or the second chamber through movement. A plunger that varies; and an actuator connected to the plunger to move the plunger.
또한, 플런저는, 파티션의 양측면과 대면하도록 이격되게 배치되어 제1 챔버 및 제2 챔버의 내부를 각각 구획하는 한 쌍의 플레이트;를 포함한다. 한 쌍의 플레이트 중 어느 하나는 이동 동작에 의해 제1 챔버 또는 제2 챔버의 에어포켓의 체적을 변화시킨다.Additionally, the plunger includes a pair of plates that are spaced apart from each other to face both sides of the partition and partition the insides of the first chamber and the second chamber, respectively. One of the pair of plates changes the volume of the air pocket in the first chamber or the second chamber by a moving motion.
그리고, 액추에이터는, 밸러스트탱크의 내부에 삽입되고 파티션을 관통하여 한 쌍의 플레이트와 각각 연결되어 밸러스트탱크의 내부에서 이동되는 로드; 및 로드에 구동력을 제공하여 로드를 이동시키는 유압실린더;를 포함한다.And, the actuator includes a rod that is inserted into the inside of the ballast tank, penetrates the partition, is respectively connected to a pair of plates, and moves within the ballast tank; and a hydraulic cylinder that moves the rod by providing driving force to the rod.
한편, 본 발명은 유압실린더의 작동을 위해 공급되는 유체와 별개로 비축된 비축 유체를 유압실린더에 강제 주입하여 로드를 강제작동시키고, 강제작동되는 로드를 통해 밸러스트탱크에 형성된 에어포켓의 체적을 확장시키는 방향으로 플레이트들을 이동시켜서, 밸러스트탱크에 비상탈출을 위한 부력을 발생시키는 릴리프 유닛;을 더 포함한다.Meanwhile, the present invention forcibly operates the rod by forcibly injecting a reserve fluid separately from the fluid supplied for the operation of the hydraulic cylinder into the hydraulic cylinder, and expands the volume of the air pocket formed in the ballast tank through the forcibly operated rod. It further includes a relief unit that moves the plates in the desired direction to generate buoyancy in the ballast tank for emergency escape.
그리고, 릴리프 유닛은, 밸러스트탱크에서 배출되는 공기가 충전되는 공기저장부 및 비축 유체가 충전되는 유체저장부를 포함하는 서브탱크; 서브탱크의 내부를 유체저장부 및 공기저장부로 구획하며 이동 가능하게 설치되는 이동판막; 및 서브탱크에 비축 유체를 공급하는 유체탱크에서 분기되고, 유체저장부에 연결되는 비상유체라인에 설치되는 유체제어밸브;를 포함한다. 릴리프 유닛은 전원 차단시 유체제어밸브가 개방되면 비축 유체를 액추에이터의 유압실린더로 강제 공급한다.And, the relief unit includes a sub-tank including an air storage unit filled with air discharged from the ballast tank and a fluid storage unit filled with reserve fluid; A moving valve that divides the interior of the subtank into a fluid storage section and an air storage section and is movably installed; and a fluid control valve branched from the fluid tank that supplies reserve fluid to the subtank and installed in an emergency fluid line connected to the fluid storage unit. The relief unit forcibly supplies reserve fluid to the hydraulic cylinder of the actuator when the fluid control valve is opened when the power is turned off.
여기서, 릴리프 유닛은, 공기저장부 측에 설치되어 이동판막을 탄력적으로 지지하는 스프링;을 더 포함한다. Here, the relief unit further includes a spring installed on the air storage side to elastically support the movable valve.
전술한 바와 같은 본 발명은 밸러스트탱크의 내부에 형성된 에어포켓의 체적 조절을 통한 간단한 작동 방식으로 부력을 제어할 수 있고, 동시에 수중 이동기기의 자세를 제어할 수 있다는 이점을 갖는다.As described above, the present invention has the advantage of being able to control buoyancy through a simple operation method by adjusting the volume of the air pocket formed inside the ballast tank, and at the same time controlling the attitude of the underwater mobile device.
또한, 본 발명에 의하면 밸러스트탱크의 내부를 구획하는 플레이트의 이동 동작만으로 에어포켓의 체적을 변화시켜 밸런스 제어 작업을 용이하게 수행할 수 있다.In addition, according to the present invention, balance control work can be easily performed by changing the volume of the air pocket only by moving the plate that partitions the inside of the ballast tank.
그리고, 본 발명에 의하면 양측의 압력이 균일한 상태로 유지된 양 플레이트를 유압식 작동으로 동시에 이동시키므로, 큰 힘을 발생시키지 않고서도 밸런스 작동이 가능하여 선체의 동력 손실을 최소화할 수 있다.In addition, according to the present invention, both plates, in which the pressure on both sides is maintained in a uniform state, are moved simultaneously through hydraulic operation, so that balance operation is possible without generating a large force, thereby minimizing power loss in the hull.
특히, 본 발명에 의하면 플레이트를 이동시키는 로드의 이동이 가이딩되며 동작될 수 있으므로 안정적인 밸런스 제어가 가능하다.In particular, according to the present invention, since the movement of the rod that moves the plate can be guided and operated, stable balance control is possible.
한편, 본 발명에 의하면 액추에이터에 의한 플런저의 간단한 이동 방식만으로 수중 이동기기의 잠수 또는 부상 작용을 위해 부력상태를 음성부력 또는 양성부력 각각으로 전환시킬 수 있는 이점을 갖는다. 즉, 본 발명에 의하면 전원 공급이 차단되거나 전원선의 단락 등과 같은 비상상황 발생시, 전원 공급 없이도 밸러스트탱크의 에어포켓의 체적을 증가시킬 수 있으므로, 부력을 쉽게 발생시켜 수중 이동기기가 부상되게 함에 따라 수중에서 안전하게 탈출시킬 수 있다.Meanwhile, according to the present invention, the buoyancy state can be converted to negative buoyancy or positive buoyancy for diving or floating of an underwater mobile device by simply moving the plunger using an actuator. That is, according to the present invention, in the event of an emergency situation such as a power supply cut off or a short circuit in the power line, the volume of the air pocket in the ballast tank can be increased without power supply, so buoyancy can be easily generated to cause the underwater mobile device to float. You can escape safely.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치를 개략적으로 도시한 내부 단면도;
도 2는 도 1의 수중 이동기기용 밸런스 장치의 일 부분을 확대 도시한 확대 단면도;
도 3은 도 1의 수중 이동기기용 밸런스 장치의 다른 부분을 확대 도시한 확대 단면도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 플런저 및 액추에이터의 작동 상태를 도시한 작동 상태도;
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 플런저 및 액추에이터의 작동 상태를 도시한 작동 상태도;
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 릴리프 유닛의 작동 상태를 도시한 작동 상태도; 및
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 릴리프 유닛의 작동 상태를 도시한 작동 상태도;이다.1 is an internal cross-sectional view schematically showing a balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention;
Figure 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of the balance device for an underwater mobile device of Figure 1;
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing another part of the balance device for an underwater mobile device of Figure 1;
Figure 4 is an operating state diagram showing the operating state of the plunger and the actuator of the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention;
Figure 5 is an operating state diagram showing the operating state of the plunger and the actuator of the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention;
Figure 6 is an operating state diagram showing the operating state of the relief unit of the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention; and
Figure 7 is an operating state diagram showing the operating state of the relief unit of the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.The advantages and features of the present invention and methods for achieving them will become clear by referring to the embodiments described in detail below along with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and will be implemented in various different forms.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 특징을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical features of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 and 2 are diagrams schematically showing a balance device for an underwater mobile device according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 밸러스트탱크(10), 공기공급기(20), 수압발생기(30), 플런저(40) 및 액추에이터(50)를 포함할 수 있다.The balance device for underwater mobile devices of the present invention may include a
밸러스트탱크(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 함체형의 하우징으로 형성되어, 잠수정이나 잠수함 등의 수중 탐사선과 같이 수중을 이동하는 통상의 수중 이동기기(1)에 일체로 설치될 수 있다. 예컨대, 밸러스트탱크(10)는 원통형의 배럴 형상으로 구성될 수 있으며, 내부에 저장되는 유체가 외부로 유출되지 않게 완전히 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. 그리고, 밸러스트탱크(10)는 공기나 수중의 물이 충전되는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)로 내부가 분리되게 구성될 수 있다. 이러한 밸러스트탱크(10)는 내부에 설치되는 파티션(13)에 의해 양측 공간으로 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)가 구획될 수 있다.The
또한, 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12) 중 적어도 어느 하나에는 공기 충전에 의한 에어포켓(11a)이 형성될 수 있다.Additionally, an
공기공급기(20)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸러스트탱크(10)의 상부에 연결되어 내부에 공기를 공급하기 위한 것으로, 에어포켓(11a)과 연통하도록 밸러스트탱크(10)의 외면에 형성될 수 있다. 공기공급기(20)는 밸러스트탱크(10)의 내부에 형성된 에어포켓(11a)과 연결되어 에어포켓(11a)의 내부에 공기를 공급할 수 있다. 공기공급기(20)는 에어포켓(11a)의 공기 순환을 위해 수중 이동기기(1)에 설치된 에어탱크(54)와 연결될 수 있으며, 에어포켓(11a)과 에어탱크(54)에 대해 공기를 양방향으로 소통시킬 수 있다.As shown in Figures 1 and 2, the
여기서, 밸러스트탱크(10)는 에어포켓(11a)을 제외한 나머지 내부 공간에 수중의 물이 충전될 수 있다.Here, the remaining internal space of the
수압발생기(30)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸러스트탱크(10)의 하부에 설치되어 내부에 수중의 물을 공급하도록 구성될 수 있다. 수압발생기(30)는 제1 챔버(11) 또는 제2 챔버(12)에 각각 연결될 수 있으며, 수중의 물을 각 챔버의 내부로 안내하여 밸러스트탱크(10)의 내부에 수압을 발생시킬 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
플런저(40)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 밸러스트탱크(10)의 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12) 중 적어도 어느 하나에 이동 가능하게 설치되어 제1 챔버(11) 또는 제2 챔버(12)의 내부를 분할할 수 있다. 그리고, 플런저(40)는 이동 동작에 의해 제1 챔버(11) 또는 제2 챔버(12)에 형성된 에어포켓(11a)의 체적을 가변시키도록 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
액추에이터(50)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 플런저(40)에 연결되어 플런저(40)를 이동시키도록 구성될 수 있다. 즉, 액추에이터(50)는 플런저(40)와 함께 밸런스 제어부로 형성되며, 플런저(40)를 이동시킴에 따라 에어포켓(11a)의 체적을 가변시킬 수 있다.As shown in FIGS. 1 and 2, the
여기서, 본 발명의 밸러스트탱크(10)는 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의해 에어포켓(11a)의 체적이 변화되고, 체적 변화로 인한 에어포켓(11a)에 수용된 공기량 변화가 발생된다. 이에, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 에어포켓(11a)의 공기량에 따라 수중 이동기기(1)에 음성부력 또는 양성부력을 제공하게 된다.Here, in the
이처럼, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의한 단순한 이동 동작만으로 밸러스트탱크(10)에 구비된 에어포켓(11a)의 체적을 제어할 수 있으며, 에어포켓(11a)의 체적 변화에 따른 에어포켓(11a)의 공기량이 조절되면서 중성부력으로 유지되던 수중 이동기기(1)의 부력상태가 음성부력 또는 양성부력으로 바뀌면서 잠수 또는 부상 가능하게 작용할 수 있다. In this way, the balance device for underwater mobile devices of the present invention can control the volume of the air pocket (11a) provided in the ballast tank (10) with a simple movement by the plunger (40) and the actuator (50), and the air pocket ( As the amount of air in the
즉, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치에 의해 작동되는 수중 이동기기(1)가 수면으로 잠수하지도 않고, 부상하지도 않는 상태로서 부력과 중력의 힘이 동일한 중성부력인 상태에서, 공기량 변화에 따라 음성부력이면 수중 이동기기(1) 본체가 물의 비중보다 높아져 잠수하게 되고, 양성부력이면 수중 이동기기(1) 본체가 물의 비중보다 낮아져 부상하게 될 수 있다.That is, in a state where the underwater mobile device (1) operated by the balance device for underwater mobile devices of the present invention does not dive to the surface or float, and the buoyancy force and the force of gravity are the same as neutral buoyancy, the voice sound changes according to the change in the amount of air. If buoyancy is present, the main body of the underwater mobile device (1) becomes higher than the specific gravity of water and submerges, and if positive buoyancy, the main body of the underwater mobile device (1) becomes lower than the specific gravity of water and may float.
그리고, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 체적 변화에 따른 공기량이 조절되면서 수중 이동기기의 자세를 제어할 수 있게 된다.In addition, the balance device for an underwater mobile device of the present invention can control the posture of an underwater mobile device by adjusting the amount of air according to volume changes.
따라서, 본 발명에 의하면 에어포켓(11a)의 체적 가변을 위한 간단한 작동 방식으로 부력을 제어할 수 있고, 동시에 수중 이동기기의 자세를 제어할 수 있게 된다.Therefore, according to the present invention, buoyancy can be controlled by a simple operation method for changing the volume of the air pocket (11a), and at the same time, the attitude of the underwater mobile device can be controlled.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 구성을 살펴보도록 한다.Specifically, let's look at the configuration of a balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention.
밸러스트탱크(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파티션(13)에 의해 구획되는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)로 이루어진다. 여기서, 밸러스트탱크(10)의 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12) 각각은 밸러스트탱크(10)의 길이 방향에 대해 전방측 또는 후방측으로 위치하게 되는데, 본 실시예에서는 설명의 편의상 액추에이터(50)와 먼 위치의 챔버를 제1 챔버(11), 가까운 위치의 챔버를 제2 챔버(12)인 것으로 가정하고 설명하도록 한다. 그리고, 본 실시예에서는 일 예시로서 제1 챔버(11)에 에어포켓(11a)이 형성되는 것으로 설명한다. 이와 다르게, 도면에는 나타내지 않았지만, 액추에이터(50)와 가까운 위치의 챔버가 제1 챔버(11), 먼 위치의 챔버가 제2 챔버(12)로 구성될 수도 있으며, 이때에는 제2 챔버(12)에 에어포켓(11a)이 형성될 수 있다.The
이러한 밸러스트탱크(10)의 내부에 설치되는 파티션(13)은 밸러스트탱크(10)의 내부 직경과 대응하는 크기의 소정 두께를 갖는 원형 판재로 구성되어 밸러스트탱크(10)의 내부에 고정될 수 있으며, 밸러스트탱크(10)의 내부를 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)로 구획하게 된다. 이때, 파티션(13)은 밸러스트탱크(10)의 중앙부에 배치되어 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)를 대략 같은 크기의 공간으로 분리하게 되며, 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)가 서로 연통되지 않도록 밀폐 상태를 유지하며 공간을 구획할 수 있다.The
즉, 밸러스트탱크(10)는 파티션(13)에 의해 구획된 제1 챔버(11)에 에어포켓(11a)이 형성될 수 있으며, 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의해 에어포켓(11a)의 체적이 제어된다.That is, the
한편, 밸러스트탱크(10)는 후술되는 플런저(40)의 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)에 의해 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)의 내부가 각각 구획될 수 있다. 제1 챔버(11)는 제1 플레이트(41)에 의해 두 개의 공간으로 분리되며, 이 중 하나는 에어포켓(11a)으로 형성되고 다른 하나에는 수중의 물이 출입되는 제1 워터포켓(11b)으로 형성될 수 있다. 그리고, 제2 챔버(12)는 제2 플레이트(42)에 의해 두 개의 공간으로 분리되며, 양 공간 모두 수중의 물이 출입되는 제2 워터포켓(12a) 및 제3 워터포켓(12b)으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the interior of the
여기서, 밸러스트탱크(10)에 구비된 수압발생기(30)는 제1 소통구(31), 제2 소통구(32) 및 제3 소통구(33)를 포함할 수 있다. 제1 소통구(31)는 제1 챔버(11)의 제1 워터포켓(11b)과 연통되도록 밸러스트탱크(10)의 하부에 형성될 수 있으며, 제1 워터포켓(11b)으로 수중의 물이 출입되도록 한다. 제2 소통구(32)는 제2 챔버(12)의 제2 워터포켓(12a)과 연통되도록 밸러스트탱크(10)의 하부에 형성될 수 있으며, 제2 워터포켓(12a)으로 수중의 물이 출입되도록 한다. 제3 소통구(33)는 제2 챔버(12)의 제3 워터포켓(12b)과 연통되도록 밸러스트탱크(10)의 하부에 형성될 수 있으며, 제3 워터포켓(12b)으로 수중의 물이 출입되도록 한다.Here, the
이들 수압발생기(30)는 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의해 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)의 체적, 즉 에어포켓(11a)의 체적 변화에 따른 제1 내지 제3 워터포켓(11b, 12a, 12b)의 체적 변화에 대응하여 수중의 물이 출입되는 것을 유도할 수 있다. 이에, 밸러스트탱크(10)는 에어포켓(11a)과 분리된 나머지 공간에 수중의 물이 채워지면서, 공기와 함께 수중의 물이 내부에 채워진 상태로 유지될 수 있다.These
플런저(40)는 액추에이터(50)에 의해 이동되어 밸러스트탱크(10)에 형성된 에어포켓(11a)의 체적을 제어할 수 있다. 플런저(40)는 파티션(13)과 이격되게 구비된 판막을 이동시켜 에어포켓(11a)의 체적을 변화시키도록 구성될 수 있다. 이때, 본 실시예에서 플런저(40)는 제1 챔버(11)에 배치된 에어포켓(11a)의 체적을 제어하도록 구성되지만, 이와 다르게 제2 챔버(12)에 에어포켓(11a)이 형성될 경우, 제2 챔버(12)에 형성된 에어포켓(11a)의 체적을 제어하도록 구성될 수 있다.The
이를 위해, 플런저(40)는 한 쌍의 플레이트(41, 42)를 포함할 수 있다.For this purpose, the
한 쌍의 플레이트(41, 42)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 파티션(13)의 일측면과 타측면에 각각 대면하도록 배치된다. 한 쌍의 플레이트(41, 42) 각각은 파티션(13)과 대응하는 크기 즉, 밸러스트탱크(10)의 내측 직경과 동일한 크기로 형성될 수 있으며, 소정의 두께를 가진 원형 판재로 구성되어 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)의 내부에 각각 배치될 수 있다. 이때, 각 플레이트는 파티션(13)과 유사하게 제1 챔버(11)와 제2 챔버(12)의 내부를 각각 구획하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 플레이트(41, 42)는 파티션(13)의 일측면에서 이격되어 제1 챔버(11)에 위치되는 제1 플레이트(41)와, 파티션(13)의 타측면에서 이격되어 제2 챔버(12)에 위치되는 제2 플레이트(42)로 구성될 수 있으며, 제1 플레이트(41)에 의해 제1 챔버(11)를 두 개의 공간으로 구획하고, 제2 플레이트(42)에 의해 제2 챔버(12)를 두 개의 공간으로 각각 구획할 수 있다.A pair of
이들 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)는 액추에이터(50)에 각각 연결될 수 있으며, 액추에이터(50)에 의해 밸러스트탱크(10)의 내부에서 이동될 수 있다. 여기서, 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42) 각각은 파티션(13)에 대해 각각 이격되어 상호 이격된 상태로 배치되지만, 액추에이터(50)에 각각 연결됨에 따라 액추에이터(50)에 의한 이동 동작에 의해 동시에 이동될 수 있다. These
이에, 본 발명의 플런저(40)는 제1 챔버(11)에 위치된 제1 플레이트(41)가 이동되면서 제1 챔버(11)의 내부에 형성된 에어포켓(11a)의 체적을 변화시킬 수 있다.Accordingly, the
이처럼, 본 발명의 플런저(40)는 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 이동 동작만으로 에어포켓(11a)의 체적을 변화시킬 수 있게 된다.In this way, the
이때, 액추에이터(50)에 의해 이동되는 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 사이 공간에는 공기 또는 물이 채워지고, 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 외측 공간에는 물이 채워지게 된다. 이들 유체에 의해 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42) 각각에 균일한 압력이 가해짐에 따라, 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 이동 동작이 수월하게 수행될 수 있다.At this time, the space between the
부연하자면, 파티션(13)을 사이에 두고 서로 마주하는 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)는 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)를 구획하는 구조로 형성됨에 따라, 밸러스트탱크(10)의 각 챔버 내에는 에어포켓(11a)과 함께, 제1 워터포켓(11b), 제2 워터포켓(12a) 및 제3 워터포켓(12b)이 각각 형성된다. 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 사이 공간에는 에어포켓(11a)과 제2 워터포켓(12a)이 위치되고, 외측 공간에는 제1 워터포켓(11b)과 제3 워터포켓(12b)이 위치된다.To elaborate, the
여기서, 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)의 외측 공간으로 마련되는 제1 워터포켓(11b) 및 제3 워터포켓(12b)에는 물이 채워져 있으므로, 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42) 각각에 대해 균일한 압력이 가해질 수 있게 된다.Here, since the first water pocket (11b) and the third water pocket (12b) provided in the outer space of the
예를 들면, 해저 500미터의 수압이 100바(bar)일 경우, 물이 충전된 공간은 물의 양과 관계 없이 양측 모두 동일하게 100바의 수압이 작용하게 된다. 즉, 플런저(40)가 이동하면서 에어포켓(11a)의 공간이 가변되어 이들 워터포켓의 체적이 변화되어 물의 양이 달라지더라도 수압은 동일하게 양측에서 작용될 수 있다. For example, if the water pressure at 500 meters under the sea is 100 bar, the water pressure of 100 bar will be the same on both sides of the water-filled space, regardless of the amount of water. That is, as the
이에, 양측 공간에 작용하는 수압에 의한 압력이 동일하기 때문에, 상호 부하가 상쇄되고 약간의 힘만 가해져도 부하 없이 이동될 수 있게 된다.Accordingly, since the pressure due to the water pressure acting on both spaces is the same, the mutual loads are canceled out and it is possible to move without load even if only a small force is applied.
이렇게, 본 발명의 플런저(40)는 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)에 대해 액추에이터(50)에 의한 일 방향으로의 구동력이 발생될 경우 약한 힘으로도 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)를 이동시킬 수 있다.In this way, the
한편, 액추에이터(50)는 유압구동식 실린더로 구성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 로드(51) 및 유압실린더(52)를 포함할 수 있다.Meanwhile, the
로드(51)는 밸러스트탱크(10)의 내부에 삽입되어 출입 가능하게 이동될 수 있다. 이러한 로드(51)는 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)와 각각 연결될 수 있다. 이때, 로드(51)는 파티션(13)을 관통하여 제1 플레이트(41)에 일단부가 연결되고, 제2 플레이트(42)에 대략 중간부가 연결될 수 있으며, 로드(51)의 타단부는 유압실린더(52)에 연결될 수 있다.The
유압실린더(52)는 작동 유체가 양단에 공급되어 작동되는 복동 실린더로 구성될 수 있다. 유압실린더(52)는 로드(51)에 구동력을 제공하여 로드(51)를 이동시킬 수 있다. 유압실린더(52)는 실린더배럴(미도시됨)에 로드(51)가 삽입되고 로드(51)의 타단부와 연결되는 피스톤(미도시됨)을 유압으로 작동시킴에 따라 로드(51)를 이동시키게 된다. The
이처럼, 액추에이터(50)는 로드(51)를 이동시킴에 따라 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)를 동시에 이동시킬 수 있다.In this way, the
따라서, 본 발명에 의하면 양측의 압력이 균일한 상태로 유지된 플런저(40)의 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)를 액추에이터(50)에 의한 유압식 작동으로 로드(51)에 의해 동시에 이동시키므로 큰 힘을 발생시키지 않고서도 작동이 가능하여 동력 손실을 최소화할 수 있다.Therefore, according to the present invention, the
또한, 본 발명에 의하면 파티션(13)에 관통 결합된 로드(51)의 결합 구조로 인해, 로드(51)의 이동시 파티션(13)에 의해 이동 동작이 안정적으로 가이딩될 수 있으며, 로드(51)에 연결된 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)가 밸러스트탱크(10)의 내면에 접한 상태에서 이동되므로 가이딩 동작이 추가로 수행될 수 있어 액추에이터(50)의 안정적인 구동이 가능하다.In addition, according to the present invention, due to the coupling structure of the
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수중 이동기기용 밸런스 장치의 일부를 확대하여 도시한 도면이다.Figure 3 is an enlarged view showing a portion of a balance device for an underwater mobile device according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참고하면, 액추에이터(50)는 유압실린더(52)에 연결되는 유체탱크(53)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the
유체탱크(53)는 유체가 수용되는 원통형의 배럴로 형성될 수 있으며, 유압실린더(52)와 연결되어 유압 구동을 위한 작동 유체로서 예컨대 유압 오일을 제공할 수 있다. 이러한 유체탱크(53)는 유압실린더(52)의 양단부측에 형성되어 내부와 연결되는 급유포트(미도시됨)에 한 쌍의 유압라인(53a, 53b)이 연결될 수 있으며, 외부에 구비된 모터(M) 및 펌프(P)에 의해 유압 오일을 유압실린더(52) 측으로 전달하거나, 유압실린더(52)에 수용된 유압 오일을 회수할 수 있다. 유체탱크(53)에 연결되는 유압라인(53a, 53b)은 두 개의 관으로 분기되어 유압실린더(52)의 양측 단부에 각각 연결되며, 유압실린더(52)의 복동 방식의 유압 구동을 위한 작동 유체를 제공할 수 있다. 그리고, 유체탱크(53)에는 유압라인(53a, 53b)에 연결되는 메인밸브(V)가 설치되어 작동 유체의 공급 또는 회수를 조절할 수 있다. The
그리고, 도 3에 도시된 에어탱크(54)는, 공기공급기(20)와 연결될 수 있다. 즉, 에어탱크(54)는 공기공급기(20)를 통해 밸러스트탱크(10)의 에어포켓(11a)에 연결될 수 있다. 에어탱크(54)는 압축공기가 내부에 수용되는 튜브 또는 벌룬 등의 형태로 구성될 수 있으며, 공기연결관(54a)에 의해 공기공급기(20)와 연결되어 에어포켓(11a)과 연통됨에 따라 공기를 양방향 소통시킬 수 있다. 여기서, 공기공급기(20)는 플런저(40)에 의해 에어포켓(11a)의 체적이 감소할 경우 에어포켓(11a)에서 배출되는 공기를 흡기하고, 에어포켓(11a)의 체적이 증가할 경우 에어포켓(11a)의 내부에 공기를 주입하게 된다.And, the
도 3을 다시 참고하면, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 릴리프 유닛(60)을 더 포함할 수 있다.Referring again to FIG. 3, the balance device for an underwater mobile device of the present invention may further include a
릴리프 유닛(60)은 유체탱크(53) 또는 에어탱크(54)에 연결될 수 있으며, 에어포켓(11a)의 체적을 증가시키도록 작동되어 부력을 발생시키는 비상 시스템으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 릴리프 유닛(60)은 유압실린더(52)의 작동을 위해 공급되는 작동 유체와 별개로 비축된 비축 유체를 유압실린더(52)에 강제 주입하여 로드(51)를 강제작동시키고, 강제작동되는 로드(51)를 통해 밸러스트탱크(10)에 형성된 에어포켓(11a)의 체적을 확장시키는 방향으로 한 쌍의 플레이트(41, 42)를 이동시켜서, 밸러스트탱크910)에 비상 탈출을 위한 부력을 발생시키도록 구성될 수 있다.The
이를 위해, 릴리프 유닛(60)은 도 3에 도시된 바와 같이, 서브탱크(61), 이동판막(62) 및 유체제어밸브(63)를 포함할 수 있다.To this end, the
서브탱크(61)는 원통형의 배럴로 구성될 수 있으며, 내부가 이동판막(62)에 의해 두 개의 공간으로 구획될 수 있다. 이에, 서브탱크(61)는 비축 유체가 저장되는 유체저장부(61a) 및 압축공기가 저장되는 공기저장부(61b)로 구획 형성될 수 있다. 여기서, 후술하겠지만 유체저장부(61a)에 저장되는 비축 유체의 양은 에어포켓(11a)의 체적을 증가시키는 방향으로 플레이트(41, 42)를 이동시키기 위한 동작에 필요한 작동 유체를 유압실린더(52)에 공급하기에 충분한 양으로 형성될 수 있다.The
또한, 서브탱크(61)는 유체탱크(53) 또는 에어탱크(54)와 연결될 수 있다. 즉, 서브탱크(61)의 유체저장부(61a)에는 유체탱크(53)로부터 분기된 비상유체라인(53c)이 연결되고, 공기저장부(61b)에는 에어탱크(54)로부터 분기된 분기에어관(54b)이 연결될 수 있다. 서브탱크(61)는 내부에 저장되는 유체가 외부로 유출되지 않게 완전히 밀폐된 구조로 형성될 수 있다. Additionally, the
이동판막(62)은 서브탱크(61)의 내경과 대응되는 크기의 원형 판재로 형성될 수 있으며, 서브탱크(61)의 내부에 이동 가능하게 설치될 수 있다. 이러한 이동판막(62)은 서브탱크(61)의 내부를 유체저장부(61a) 및 공기저장부(61b)로 구획할 수 있다. The
유체제어밸브(63)는 유체탱크(53)의 상부에 설치될 수 있다. 이러한 유체제어밸브(63)는 유체탱크(53)에서 분기되어 서브탱크(61)의 유체저장부(61a)로 연결되는 비상유체라인(53c)에 설치될 수 있다. 유체제어밸브(63)는 솔레노이드밸브로 구성될 수 있으며, 전원 차단시 자동으로 밸브가 개방되게 작동될 수 있다. 즉, 유체제어밸브(63)는 서브탱크(61)의 유체저장부(61a)에 연결된 분기관에 설치됨에 따라, 서브탱크(61)로의 유출입을 제어하도록 작동된다.The
여기서, 이동판막(62)은 유체저장부(61a)에 저장된 비축 유체와 공기저장부(61b)에 저장된 압축 공기에 의해 양측면에 가압 작용이 발생되지만, 유체제어밸브(63)에 의해 비축 유체의 양이 계속 유지됨에 따라 이동되지 않고 서브탱크(61)의 내부에서 양측 유체에 의해 지지될 수 있다.Here, the moving
이처럼, 릴리프 유닛(60)은 전원 차단시 자동으로 작동되는 유체제어밸브(63)에 의해 공급라인이 개방되는 경우, 서브탱크(61)에 마련된 유체저장부(61a)의 비축 유체를 유압실린더(52)에 강제 주입함에 따라 로드(51)의 작동으로 제1 플레이트(41)를 강제로 이동시키게 되고, 에어포켓(11a)의 체적을 증가시켜 양성 부력 상태로 전환되게 할 수 있다.In this way, when the supply line is opened by the
결국, 본 발명의 릴리프 유닛(60)은 전원 공급 차단 등의 비상상황 발생 시, 서브탱크(61)에 보유된 비축 유체에 의해 액추에이터(50)에 대한 강제적인 작동 유체 공급 기능을 수행함에 따라 액추에이터(50)에 의한 플런저(40)의 동작으로 제1 플레이트(41)를 강제로 이동시키도록 작동되어 부력을 발생시킴에 따라, 전원 차단 등의 비상 상황이 발생되더라도, 안전하게 수중에서 탈출하도록 작동할 수 있는 것이다.Ultimately, the
이렇게, 본 발명에 의하면 전원 공급이 차단되거나 전원선의 단락 등과 같은 비상상황 발생시, 전원 공급 없이도 밸러스트탱크(10)의 에어포켓(11a)의 체적을 제어하여 부력을 발생시키므로, 수중 이동기기가 부상되게 하여 수중에서 안전하게 탈출시킬 수 있도록 한다.In this way, according to the present invention, in the event of an emergency situation such as a power supply cut off or a short circuit in the power line, buoyancy is generated by controlling the volume of the air pocket (11a) of the ballast tank (10) even without power supply, so that the underwater mobile device can float. This ensures safe escape from the water.
여기서, 릴리프 유닛(60)은 도 3에 도시된 바와 같이, 스프링(64)을 더 포함하여 구성될 수 있다.Here, the
스프링(64)은 압축 스프링으로 구성될 수 있으며, 서브탱크(61)에 형성된 공기저장부(61b) 측에 설치되어 이동판막(62)을 탄력적으로 지지할 수 있다. 이때, 스프링(64)은 비축 유체가 내부에 채워진 유체저장부(61a)에 대해서 공기저장부(61b)에 수용된 공기와 함께 압축 탄성력을 제공하여 이동판막(62)을 지지하게 된다. 이에, 이동판막(62)이 유체저장부(61a) 측으로 지지됨에 따라 내부의 비축 유체에 대한 가압 작용이 이루어진다. 스프링(64)은 유체제어밸브(63)가 개방될 경우에만 이동판막(62)을 지지하던 탄성력이 해제될 수 있다.The
이처럼, 스프링(64)은 공기저장부(61b)의 공기와 함께, 탄성력에 의한 압축 작용으로 이동판막(62)을 지지함으로써, 유체저장부(61a)의 유압에 의해서 이동판막(62)이 이동되는 것을 방지할 수 있다.In this way, the
결국, 본 발명의 릴리프 유닛(60)은 공기저장부(61b)에 저장된 공기에 의한 공압과, 스프링(64)에 의한 탄성력으로 이동판막(62)을 지지하여 이동판막(62)이 이동되는 것을 방지함에 따라, 비상 상황에서만 밸브 개방을 통해 비축 유체가 강제주입되게 작동되고 평상시에는 강제 작동이 발생되지 않도록 유지될 수 있다.Ultimately, the
또한, 스프링(64)은 에어포켓(11a) 및 에어탱크(54)에 의한 압축공기의 순환에 의해 공기저장부(61b)의 공기가 빠져나가는 경우에도, 이동판막(62)에 대한 단독적인 지지가 가능하여 비축 유체에 의한 압력으로 공기저장부(61b)의 체적이 쉽게 변화되는 것을 방지할 수 있다.In addition, the
이상과 같이 구성된 본 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 작동을 설명하도록 한다. 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 플런저 및 액추에이터의 작동 상태를 도시한 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치의 릴리프 유닛의 작동 상태를 도시한 도면이다.The operation of the balance device for underwater mobile devices according to this embodiment configured as described above will be described. Figures 4 and 5 are diagrams showing the operating state of the plunger and actuator of the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention, and Figures 6 and 7 are diagrams showing the balance for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention. This is a diagram showing the operating state of the relief unit of the device.
이들 도면을 참조하면, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는, 액추에이터(50)에 의해 밸러스트탱크(10)의 제1 챔버(11) 및 제2 챔버(12)에 각각 배치된 제1 플레이트(41) 및 제2 플레이트(42)를 이동시키면, 파티션(13)에 대해 제1 플레이트(41)가 이격되는 방향 또는 근접하는 방향으로 각각 이동되면서 에어포켓(11a)의 체적을 조절하게 된다.Referring to these drawings, the balance device for underwater mobile devices of the present invention includes a
즉, 도 4에서와 같이 로드(51)를 좌측 방향으로 작동시켜 제1 플레이트(41)를 파티션(13)에 대해 이격되는 방향으로 이동시키게 되면, 에어포켓(11a)의 체적이 증가하게 되고, 포트(11a)를 통해 에어탱크(54)의 공기가 에어포켓(11a)의 내부로 유입될 수 있게 된다. 이때, 제1 워터포켓(11b)은 제1 플레이트(41)가 이동됨에 따라 에어포켓(11a)의 체적이 증가하는 것과 반대로 체적이 감소하게 된다. 즉, 제1 워터포켓(11b)의 체적 감축으로, 물의 양이 감소하게 된다. 이와 동시에, 제2 챔버(12)에 배치된 제2 플레이트(42)가 제1 플레이트(41)와 함께 이동되므로, 제2 워터포켓(12a) 및 제3 워터포켓(12b)의 체적이 각각 변화된다. 다만, 제2 워터포켓(12a) 및 제3 워터포켓(12b)은 각각의 제2 소통구(32)와 제3 소통구(33)에 의해 수중의 물이 출입되면서 제2 챔버(12)에 수용된 물의 체적은 동일하게 유지되는 것이다.That is, as shown in FIG. 4, when the
이에 따라, 밸러스트탱크(10)는 내부, 특히 제1 챔버(11)에 수용된 공기의 양이 증가하고 물의 양이 감소함에 따라, 중성부력 상태에서 양성부력 상태로 전환되고, 수중 이동기기 본체가 물의 비중보다 낮아져 부상할 수 있도록 작용한다. Accordingly, as the amount of air contained inside, especially the
이와 달리, 도 5에서와 같이, 로드(51)를 우측 방향으로 작동시켜 제1 플레이트(41)를 파티션(13)에 대해 근접하는 방향으로 이동시키게 되면, 에어포켓(11a)의 체적이 감소하게 된다. 이에, 포트(11a)를 통해 에어포켓(11a)의 공기가 에어탱크(54)로 유입될 수 있게 되며, 제1 워터포켓(11b)은 제1 플레이트(41)의 이동에 의해 에어포켓(11a)의 체적이 감소하는 것과 반대로 체적이 증가하게 된다. 즉, 제1 워터포켓(11b)의 체적 증대로, 물의 양이 증가하게 된다. 이와 동시에, 제2 챔버(12)에 배치된 제2 플레이트(42)가 제1 플레이트(41)와 함께 이동되므로, 제2 워터포켓(12a) 및 제3 워터포켓(12b)의 체적이 각각 변화되나 제2 챔버(12)에 수용된 물의 양은 동일하게 유지된다.On the other hand, as shown in FIG. 5, when the
이에 따라, 밸러스트탱크(10)는 내부, 특히 제1 챔버(11)에 수용된 공기의 양이 감소하고 물의 양이 증가함에 따라, 중성부력 상태에서 음성부력 상태로 전환되고, 수중 이동기기 본체가 물의 비중보다 높아져 잠수할 수 있도록 작용한다.Accordingly, as the amount of air contained inside, especially the
여기서, 본 발명에 의하면 파티션(13)에 대해 상호 이격된 제1 플레이트(41)와 제2 플레이트(42)의 사이 공간에는 공기 또는 물이 채워져 있고, 이들 외측 공간에도 물이 채워진 상태이므로, 유체에 의해 제1 플레이트(41)와 제2 플레이트(42) 각각에는 균일한 압력이 가해지게 되고, 양측 공간에 걸리는 압력이 동일하므로 상호 부하 작용이 상쇄되면서 약간의 힘으로도 부하없이 플레이트(41, 42)가 이동될 수 있게 된다.Here, according to the present invention, the space between the
결국, 본 발명은 액추에이터(50)에 의한 플런저(40)의 양 플레이트(41, 42)의 이동을 위한 유압 작동 시, 약한 구동력 만으로도 쉽게 이동시키는 힘이 작용하게 되므로 구동에 필요한 힘을 최소화하는 동시에 이동 동작을 수월하게 수행할 수 있다. Ultimately, in the present invention, when hydraulic operation is performed to move both
특히, 본 발명에 의하면 플런저(40) 및 액추에이터(50)의 간단한 작동 방식만으로 수중 이동기기의 잠수 또는 부상 작용을 위해 부력상태를 음성부력 또는 양성부력 각각으로 전환시킬 수 있는 이점을 갖는다.In particular, according to the present invention, the buoyancy state can be converted to negative buoyancy or positive buoyancy for diving or floating of an underwater mobile device only by a simple operation method of the
더욱이, 본 발명은 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의하여 공기량과 물량의 변화에 따라 부력 제어 뿐만 아니라, 수중 이동기기의 자세까지 제어할 수 있다는 이점을 갖는다.Moreover, the present invention has the advantage of being able to control not only buoyancy but also the attitude of the underwater mobile device according to changes in air and water amounts by using the
한편, 본 발명의 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치는 전원 공급 차단이나 전원선 단락 등의 비상 상황 발생시, 비상 시스템으로 가동되는 릴리프 유닛(60)을 구비하고 있다. Meanwhile, the balance device for underwater mobile devices according to an embodiment of the present invention is equipped with a
도 6 및 도 7을 도 3 및 도 4와 함께 참조하면, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는 전원 공급이 차단될 경우, 솔레노이드 방식으로 작동되는 메인밸브(V)가 전원의 공급이 중단되면 빠르게 닫히게 되므로 유체탱크(53)에 의해 액추에이터(50)로 공급되어야 하는 유압라인(53a, 53b)의 기능이 중단된다.Referring to Figures 6 and 7 together with Figures 3 and 4, in the balance device for underwater mobile devices of the present invention, when the power supply is cut off, the main valve (V), which operates in a solenoid manner, quickly operates when the power supply is cut off. Because it is closed, the function of the
이와 동시에, 유체제어밸브(63)도 메인밸브(V)와 마찬가지로 전원 공급의 중단으로 밸브가 빠르게 개방되므로, 릴리프 유닛(60)의 작동이 이루어지게 된다.At the same time, like the main valve (V), the
즉, 릴리프 유닛(60)은 밸브에 의해 유체저장부(61a)에 수용된 비축 유체를 액추에이터(50)에 강제 공급하게 되고, 강제 공급에 의한 작동으로 에어포켓(11a)의 체적을 증가시키게 된다.That is, the
다시 말해, 도 6에서와 같이 스프링(64) 및 공기저장부(61b)의 공기에 의해 이동판막(62)을 지탱하고 있는 상태에서, 전원 공급 차단으로 유체제어밸브(63)가 개방이 되면, 도 7에서와 같이 압축 공기와 스프링(64)의 압축력을 통해 이동판막(62)이 이동되고, 유체저장부(61a)의 체적을 감소시키면서 유체저장부(61a)에 수용된 비축 유체를 비상유체라인(53c)을 통해 유압실린더(52)에 강제적으로 공급하게 된다.In other words, as shown in FIG. 6, when the
이에 따라, 도 4에서와 같이, 유압실린더(52)에 강제 공급된 비축 유체에 의해 로드(51)를 작동시켜 플런저(40)의 제1 플레이트(41)를 파티션(13)과 이격되는 방향으로 이동시키므로, 에어포켓(11a)의 체적을 증가시키게 되고, 밸러스트탱크(10)는 내부, 특히 제1 챔버(11)에 수용된 공기의 양이 증가하면서 물의 양이 감소함에 따라, 중성부력 상태에서 양성부력 상태로 전환되고, 수중 이동기기 본체가 물의 비중보다 낮아져 부상할 수 있도록 작용한다.Accordingly, as shown in FIG. 4, the
따라서, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는, 전원이 차단되는 비상 상황에 비상전력 공급 없이도 부력을 발생시켜 수중에서 부상될 수 있으므로, 안전성을 확보할 수 있다.Therefore, the balance device for underwater mobile devices of the present invention can generate buoyancy and float underwater without supplying emergency power in an emergency situation where power is cut off, thereby ensuring safety.
한편, 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는, 단일의 밸러스트탱크(10), 공기공급기(20), 수압발생기(30), 플런저(40) 및 액추에이터(50)에 의해 수중 이동기기(1)의 부력을 제어하도록 구성될 수 있지만, 적어도 둘 이상으로 구성되어 수중 이동기기의 양단부 측에 각각 설치되는 구조로 제공될 수도 있다. On the other hand, the balance device for an underwater mobile device of the present invention is a single ballast tank (10), an air supplier (20), a water pressure generator (30), a plunger (40), and an actuator (50) of the underwater mobile device (1). It may be configured to control buoyancy, but may also be provided as a structure composed of at least two or more units, each installed on both ends of the underwater mobile device.
즉, 도 1에서와 같이 본 발명의 다른 실시예에 의한 수중 이동기기용 밸런스 장치는 추가의 밸러스트탱크(10'), 공기공급기(20'), 수압발생기(30'), 플런저(40') 및 액추에이터(50')를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 추가의 구성요소들은 전술한 실시예에 의한 구성요소와 구성 및 작동이 동일하게 이루어질 수 있다. 따라서, 이들 구성 및 작동에 관련된 상세한 설명은 생략하도록 한다.That is, as shown in Figure 1, the balance device for underwater mobile devices according to another embodiment of the present invention includes an additional ballast tank (10'), an air supply (20'), a water pressure generator (30'), a plunger (40'), and It may be configured to include an actuator 50'. At this time, the additional components may have the same configuration and operation as the components according to the above-described embodiment. Therefore, detailed descriptions related to these configurations and operations will be omitted.
이러한 본 발명의 수중 이동기기용 밸런스 장치는, 수중 이동기기의 전방 및 후방측 각각에서 부력을 조절할 수 있으므로, 수중 이동기기의 특정 자세로 제어할 수 있게 된다.The balance device for an underwater mobile device of the present invention can control buoyancy at each of the front and rear sides of the underwater mobile device, making it possible to control the underwater mobile device to a specific posture.
특히, 단순히 전후방에 하나씩만 설치되는 것이 아니라, 전방 측에 한 쌍, 후방 측에 한 쌍 각각이 구비될 경우와 같이 복수개로 구성되면, 별도의 추력수단 없이도 롤링(rolling), 피칭(pitching), 히빙(heaving) 등의 자유도 운동을 수행할 수 있게 되는 이점을 갖는다.In particular, if it is not simply installed one at the front and rear, but is composed of multiple pieces, such as one pair at the front and one pair at the rear, rolling, pitching, and It has the advantage of being able to perform degree-of-freedom movements such as heaving.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are for illustrative purposes rather than limiting the technical idea of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments.
10 : 밸러스트탱크 11 : 제1 챔버
11a : 에어포켓 11b : 제1 워터포켓
12 : 제2 챔버 12a : 제2 워터포켓
12b : 제3 워터포켓 13 : 파티션
20 : 공기공급기 30 : 수압발생기
40 : 플런저 41 : 제1 플레이트
42 : 제2 플레이트 50 : 액추에이터
51 : 로드 52 : 유압실린더
53 : 유체탱크 54 : 에어탱크
60 : 릴리프 유닛 61 : 서브탱크
62 : 이동판막 63 : 유체제어밸브
64 : 스프링10: Ballast tank 11: First chamber
11a:
12:
12b: Third water pocket 13: Partition
20: air supplier 30: water pressure generator
40: Plunger 41: First plate
42: second plate 50: actuator
51: Rod 52: Hydraulic cylinder
53: fluid tank 54: air tank
60: Relief unit 61: Sub tank
62: moving valve 63: fluid control valve
64: spring
Claims (5)
상기 밸러스트탱크에 공기를 공급하는 공기공급기;
상기 밸러스트탱크로 수중의 물을 안내하여 상기 밸러스트탱크의 내부에 수압을 발생시키는 수압발생기; 및
상기 밸러스트탱크의 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 중 적어도 어느 하나에 이동가능하게 설치되어 상기 제1 챔버나 상기 제2 챔버의 내부를 분할하고, 이동을 통해 상기 제1 챔버나 상기 제2 챔버에 형성된 상기 에어포켓의 체적을 가변시키는 플런저; 및
상기 플런저에 연결되어 상기 플런저를 이동시키는 액추에이터;를 포함하고,
상기 플런저는,
상기 파티션의 양측면과 대면하도록 이격되게 배치되어 상기 파티션과 함께 일렬을 이루도록 구성되고 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버의 내부를 각각 구획하는 한 쌍의 플레이트;를 포함하며,
상기 액추에이터는,
상기 밸러스트탱크의 내부에 삽입되고 상기 파티션을 관통하여 상기 한 쌍의 플레이트와 각각 연결되어 상기 파티션에 의해 가이딩되며 이동되고, 상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버 각각의 내부에서 상기 한쌍의 플레이트를 동시에 이동시키는 로드; 및
상기 로드에 구동력을 제공하여 상기 로드를 이동시키는 유압실린더;를 포함하고,
상기 유압실린더의 작동을 위해 공급되는 유체와 별개로 비축된 비축 유체를 상기 유압실린더에 강제 주입하여 상기 로드를 강제작동시키고, 강제작동되는 상기 로드를 통해 상기 밸러스트탱크에 형성된 에어포켓의 체적을 확장시키는 방향으로 상기 플레이트들을 이동시켜서, 상기 밸러스트탱크에 비상탈출을 위한 부력을 발생시키는 릴리프 유닛;을 더 포함하며,
상기 릴리프 유닛은,
상기 밸러스트탱크에서 배출되는 공기가 충전되는 공기저장부 및 상기 비축 유체가 충전되는 유체저장부를 포함하는 서브탱크;
상기 서브탱크의 내부를 상기 유체저장부 및 상기 공기저장부로 구획하며 이동 가능하게 설치되는 이동판막; 및
상기 서브탱크에 상기 비축 유체를 공급하는 유체탱크에서 분기되고, 상기 유체저장부에 연결되는 비상유체라인에 설치되는 유체제어밸브;를 포함하는 수중 이동기기용 밸런스 장치.It consists of a sealed enclosure with a space inside, and is installed integrally in an underwater mobile device that moves underwater. A partition is installed inside to divide the interior into a first chamber and a second chamber, which are filled with air or underwater water. , a ballast tank in which an air pocket by filling air is formed in at least one of the first chamber and the second chamber;
An air supplier supplying air to the ballast tank;
A water pressure generator that guides water into the ballast tank to generate water pressure inside the ballast tank; and
It is movably installed in at least one of the first chamber and the second chamber of the ballast tank, divides the interior of the first chamber or the second chamber, and moves the first chamber or the second chamber. A plunger that varies the volume of the air pocket formed in; and
Includes an actuator connected to the plunger to move the plunger,
The plunger,
It includes a pair of plates that are spaced apart from each other to face both sides of the partition and are configured to line up with the partition and partition the insides of the first chamber and the second chamber, respectively,
The actuator is,
It is inserted into the inside of the ballast tank, penetrates the partition, is respectively connected to the pair of plates, is guided and moved by the partition, and moves the pair of plates inside each of the first chamber and the second chamber. simultaneously moving loads; and
It includes a hydraulic cylinder that provides driving force to the rod to move the rod,
The rod is forcibly operated by forcibly injecting a reserve fluid separately from the fluid supplied for operation of the hydraulic cylinder into the hydraulic cylinder, and the volume of the air pocket formed in the ballast tank is expanded through the forcibly operated rod. It further includes a relief unit that moves the plates in a desired direction to generate buoyancy for emergency escape in the ballast tank,
The relief unit is,
A sub-tank including an air storage unit filled with air discharged from the ballast tank and a fluid storage unit filled with the reserve fluid;
A moving valve that divides the interior of the sub-tank into the fluid storage unit and the air storage unit and is movably installed; and
A fluid control valve branched from a fluid tank that supplies the reserve fluid to the sub tank and installed in an emergency fluid line connected to the fluid storage unit. Balance device for an underwater mobile device comprising a.
상기 제1 챔버의 하부에 설치되어 수중의 물을 상기 제1 챔버의 내부로 출입시키는 제1 소통구와, 상기 제2 챔버의 하부에 이격되게 설치되어 수중의 물을 상기 제2 챔버의 내부로 각각 출입시키는 제2 소통구 및 제3 소통구를 포함하는 수중 이동기기용 밸런스 장치.The method of claim 1, wherein the water pressure generator,
A first communication port installed at the bottom of the first chamber to allow water in the water to enter and exit the inside of the first chamber, and a first communication port installed at a distance from the bottom of the second chamber to allow water in the water to enter the inside of the second chamber, respectively. A balance device for an underwater mobile device including a second and third communication port for entry and exit.
상기 에어포켓의 체적 변화에 따라 상기 제1 소통구를 통해 수중의 물을 출입시켜 상기 제1 챔버에 수용된 물의 체적을 가변시키고, 상기 제2 소통구와 상기 제3 소통구를 통해 수중의 물을 출입시켜 상기 제2 챔버에 수용된 물의 체적을 동일하게 유지시키는 수중 이동기기용 밸런스 장치.The method of claim 2, wherein the water pressure generator,
According to the change in the volume of the air pocket, the volume of water contained in the first chamber is varied by allowing water in the water to enter and exit through the first communication port, and the water in the water is allowed to enter and exit through the second communication port and the third communication port. A balance device for an underwater mobile device that maintains the same volume of water contained in the second chamber.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |