KR20110083811A

KR20110083811A - 연직 강제동요장치의 시험장비

Info

Publication number: KR20110083811A
Application number: KR1020100003742A
Authority: KR
Inventors: 이승건; 김찬기; 안진형
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-01-15
Publication date: 2011-07-21
Also published as: KR101108518B1

Abstract

본 발명은 다자유도 강제운동제어기술을 수중운동체의 성능시험에 적용하여, 정적 드리프트 시험과 순수 히브 모션 시험 및 순수 피치 모션 시험를 포함하는 수중운동체 성능시험을 수행할 수 있도록 한 연직 강제동요장치(Vertical Planar Motion Mechanism; VPMM) 시험장비에 관한 것으로서,
서보 모터(15)가 설치되는 메인 프레임(10)과; 서보 모터(15)에 의해 회전되고, 선수측의 제1축(21)과 선미측의 제2축(22)이 독립적으로 회전될 수 있도록 일체로 결합된 내부축(20)과; 서보 모터(15)와 내부축(20) 사이에 구비되며, 회전속도를 감속하여 토크를 증대시킴과 아울러 회전 방향을 전환하는 감속부(25)와; 내부축(20)의 회전에 따라 상하로 승강하며 만타 모형선(100)의 선수 및 선미에 각각 연결되는 2개의 진동축(30)과; 내부축(20)에 설치되어 두 진동축(30)에 상하 방향의 위상차가 부여되도록 상기 내부축(20)의 회전각을 변화시키는 각도 조절부(40)와; 내부축(20)의 회전운동을 진동축(30)의 상하운동으로 변화시키는 운동변환부재(50)와; 만타 모형선(100)의 선수측에 설치되어 진동축(30) 중 하나가 결합되며, 만타 모형선(100)의 수직 방향 및 좌우 방향의 하중을 감지하는 선수부 센서(60)와; 만타 모형선(100)의 선미측에 설치되어 진동축(30) 중 다른 하나가 결합되며, 만타 모형선(100)의 수직 방향 하중을 감지하는 선미부 센서(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비를 이용하면, 서보 모터를 이용하여 만타 모형선의 선수측과 선미측에 각각 결합된 진동축을 승강시켜 수중운동체의 히브 모션을 모사함과 아울러 진동축의 하단과 만타 모형선 사이에 설치된 선수부 센서 및 선미부 센서를 이용하여 만타 모형선에 작용하는 외부 하중을 계측하게 되므로, 이를 역산하여 수중운동체의 조종 운동 방정식에 활용되는 유체력 미계수를 실험적으로 구할 수 있게 된다.

Description

연직 강제동요장치의 시험장비 {Test Equipment for Vertical Planar Motion Mechanism}

본 발명은 다자유도 강제운동(Multi Degree of Freedom Forced Oscillating Motion) 제어기술을 수중운동체의 성능시험에 적용할 수 있도록 한 시험장치에 관한 것으로서, 특히 정적 드리프트 시험(Static Drift Test)과 순수 히브 모션 시험(Pure Heave Motion Test) 및 순수 피치 모션 시험(Pure Pitch Motion Test)를 포함하는 수중운동체 성능시험을 수행할 수 있도록 한 연직 강제동요장치(Vertical Planar Motion Mechanism, 이하 'VPMM' 이라 한다)의 시험장비에 관한 것이다.

일반적으로 선박과 같이 아주 거대한 운동체는 비용절감의 차원에서 기본 설계 단계에서부터 선박 및 수중운동체의 기본 성능을 만족하는가에 대한 시뮬레이션이 필수적이다. 대표적으로 조종성능은 모델의 무차원 유체력 미계수를 도입하여 시뮬레이션을 수행함으로써 평가될 수 있다. 이와 같이 선박 및 수중운동체가 건조되기 이전 단계에서 조종성능을 추정해 봄으로써 상당한 비용절감의 효과를 가질 수 있다. 또한 시뮬레이션 단계를 통하여 선박 및 수중운동체의 설계에 있어서 여러 가지 대안에 대한 검증도 가능하게 된다.

이러한 유체력 미계수를 추정하기 위한 방법으로는, 보통 PMM(Planar Motion Mechanism) 시험이나 회전팔(Rotating Arm) 시험 및 CMT(Circular Motion Test)가 많이 활용되고 있다. 그중에서도 PMM 시험은 부가 질량력과 감쇠력을 동시에 구할 수 있고, 저항시험을 위한 예인수조에서 시험을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

그런데, PMM 시험의 경우 이론적 방법은 이미 확립되어 있으나, 실험 장비의 제작의 어려움으로 국내에서의 개발 경험 및 실적은 거의 없는 실정이고, 제작 이후의 관리 기술 또한 국내에 보급되어 있지 않은 것으로 알려지고 있다. 여기서, 상기 PMM 장비는 그 용도 및 동적 거동 형태에 따라 HPMM(Horizontal PMM) 장비와 VPMM(Vertical PMM) 장비로 구분되고 있다. 국내에서 현재 두 가지의 PMM 시험을 모두 수행할 수 있는 연구 기관으로는 한국해양연구원과 현대중공업이 있으며, 두 기관 모두 시험장비를 영국의 커슨(CUSSON)사로부터 PMM 시험장비를 수입하여 운용하고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, PMM 시험장비의 국산화가 시급한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 모형선을 강제로 운동시킴과 동시에 외력을 계측하여 수중운동체의 조종 운동 방정식에 활용되는 유체력 미계수를 추정할 수 있도록 한 연직 강제동요장치의 시험장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또, 본 발명은 수중에서 발생하는 운동을 수상에서 제어할 때 구동 연결부로 인한 교란을 최소화할 수 있는 연직 강제동요장치의 시험장비를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 장비 운용시 구동 연결부를 통해 회전 운동을 직선 운동으로 변환할 때 필연적으로 발생되는 오차를 최소화할 수 있는 연직 강제동요장치의 시험장비를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 물속에 배치된 만타 모형선을 상하로 이동시킴과 아울러 물의 흐름에 따라 발생하는 상기 만타 모형선에 작용하는 하중 변화를 계측하여 수중운동체의 피칭 모션 및 히브 모션을 모사한 실험을 수행하는 연직 강제동요장치의 시험장비에 있어서, 서보 모터가 설치되는 메인 프레임과; 상기 서보 모터에 의해 회전되고, 선수측의 제1축과 선미측의 제2축이 독립적으로 회전될 수 있도록 일체로 결합된 내부축과; 상기 서보 모터와 내부축 사이에 구비되며, 회전속도를 감속하여 토크를 증대시킴과 아울러 회전 방향을 전환하는 감속부와; 상기 내부축의 회전에 따라 상하로 승강하며 만타 모형선의 선수 및 선미에 각각 연결되는 2개의 진동축과; 상기 내부축에 설치되어 두 진동축에 상하 방향의 위상차가 부여되도록 상기 내부축의 회전각을 변화시키는 각도 조절부와; 상기 내부축의 회전운동을 상기 진동축의 상하운동으로 변화시키는 운동변환부재와; 상기 만타 모형선의 선수측에 설치되어 상기 진동축 중 어느 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선의 수직 방향 및 좌우 방향의 하중을 감지하는 선수부 센서와; 상기 만타 모형선의 선미측에 설치되어 상기 진동축 중 다른 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선의 수직 방향 하중을 감지하는 선미부 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비는, 상기 메인 프레임의 하부에 설치되어 상기 진동축을 각각 보호하는 한 쌍의 스트럿;을 더 포함하고, 상기 스트럿은 상기 메인 프레임의 하부에 결합되고 중앙에 상기 진동축이 삽입되는 삽입공 형성된 고정판과, 상기 고정판의 하부에 부착되고 내부에 상기 진동축이 삽입되며 유선형 단면을 가진 통 형상의 스트럿 파이프와, 상기 스트럿 파이프의 하부면에 부착되며 상기 진동축이 삽입되는 삽입공이 형성된 하부판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 상기 스트럿 파이프의 상단 일측과 상기 하부판에 각각 물이 유입 또는 유출되는 구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 상기 각도 조절부는, 상기 내부축의 제1축이 결합된 플랜지와, 상기 내부축의 제2축이 결합되며 복수의 호형 장공을 통해 상기 플랜지에 결합되고 외주면에 웜 기어가 형성된 휠과, 상기 메인 프레임에 구비된 고정 프레임에 설치되고 상측에 구비된 핸들에 의해 회전되며 상기 휠의 외주면에 형성된 웜 기어에 치합되어 상기 휠을 회전시키는 수동식 웜을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 있어서, 상기 운동변환부재는, 상기 내부축의 단부가 결합되어 회전하여 일측에 스크로크 축이 돌출 형성된 스트로크 부재와, 상기 스트로크 축이 삽입되어 이동하는 무빙 홈이 형성되고 일측에 상기 진동축이 결합되는 연결 플랜지가 구비되며 상기 내부축의 회전에 따라 회전과 동시에 승강하는 커넥팅 프레임을 포함하는 스코치 요크 기구인 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 상기 선수부 센서는, 상기 만타 모형선의 선수측에 6점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임과, 상기 진동축의 하단이 결합되며 X축과 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 2축 로드셀과, 상기 베이스 프레임의 길이 방향 양측에 각각 설치되고 베어링을 개재하여 상기 2축 로드셀의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 지지블록을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 상기 선미부 센서는, 상기 만타 모형선의 선미측에 5점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임과, 상기 진동축의 하단이 결합되며 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 1축 로드셀과, 상기 베이스 프레임의 폭 방향 양측에 각각 설치되는 사이드 블록과, 상기 사이드 블록의 길이 방향 양단에 각각 설치되는 가이드 바와, 볼 부시를 개재하여 상기 가이드 바에 이동 가능하게 설치되고 베어링을 개재하여 상기 1축 로드셀의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 트랜스 블록과, 상기 사이드 블록의 길이 방향 양단에 각각 체결되어 상기 트랜스 블록의 이동을 제한하는 위치결정볼트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 상기 메인 프레임의 일측에 외부 고정장치에 결합될 수 있도록 하나 이상의 클램핑 부재가 더 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비는, 서보 모터를 이용하여 만타 모형선의 선수측과 선미측에 각각 결합된 진동축을 승강시켜 수중운동체의 히브 모션을 모사함과 아울러 진동축의 하단과 만타 모형선 사이에 설치된 선수부 센서 및 선미부 센서를 이용하여 만타 모형선에 작용하는 외부 하중을 계측하게 되므로, 이를 역산하여 수중운동체의 조종 운동 방정식에 활용되는 유체력 미계수를 실험적으로 구할 수 있게 되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 진동축이 스트럿에 의해 보호되므로 진동축의 직경을 작게 하더라도 구동 연결부위의 강도를 충분히 확보하고 구동 연결부위에서의 교란 현상이 최소화되는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 스트럿의 하부와 상부에 각각 물이 유입 또는 유출되는 구멍이 형성됨에 따라 통 형상의 스트럿 구조로 인한 부력의 영향을 최소화하고 진동축의 승강에 따른 저항을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 웜 기어가 구비된 휠과 수동식 웜을 이용하여 선수측과 선미측의 진동축에 위상차를 부여할 수 있으므로, 수중 운동체의 순수 피칭 모션을 모사한 실험을 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 스코치 요크 기구를 이용하여 내부축의 회전운동을 진동축의 상하 운동으로 변화시킴으로써 만타 모형체가 강제적으로 동요운동을 수행하게 하는 효과가 있다.

또, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 선수부 센서에서는 2축 로드셀의 길이 방향 양단을 고정함으로써 2축 로드셀을 이용하여 수직 방향의 하중과 폭 방향의 하중을 감지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비에 따르면, 선미부 센서에서는 1축 로드셀의 폭 방향 이동을 허용함으로써 폭 방향의 하중을 감지하지 않고 수직 방향의 하중만 감지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 본 발명은, 수중운동체와 같은 국가 안보에 관계되는 방위산업에 있어서 수중 무기체계 개발에 필수적인 계측기기를 국산화하여 상용화가 가능하도록 함으로써 계측기 시험기술의 발전은 물론 수중운동체의 시험기법의 개발을 유발하는 효과가 있다.

또, 본 발명은 다축 제어시스템을 이용한 다자유도 강제동요시험 장치 및 관련 수조 계측시험장비 분야 및 유체력 관련 해석분야로의 응용이 가능하여, 다양한 기술 개발에 이바지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 연직 강제동요장치가 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 요부 구성인 스트럿의 사시도.
도 3은 본 발명의 요부 구성인 각도조절부의 구성도.
도 4는 본 발명의 요부 구성인 스코치 요크의 사시도.
도 5는 본 발명의 요부 구성인 선수부 센서가 도시된 구성도.
도 6은 본 발명의 요부 구성인 선미부 센서가 도시된 구성도.
도 7은 본 발명에서 사용되는 만타 모형선이 도시된 참고도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비는, 도 1에 도시된 바와 같이, 물속에 배치된 만타 모형선(100)을 상하로 이동시킴과 아울러 물의 흐름에 따라 발생하는 상기 만타 모형선(100)에 작용하는 하중 변화를 계측하여 수중운동체의 피칭 모션 및 히브 모션을 모사한 실험을 수행하는 것으로서, 서보 모터(15)가 설치되고 외부 고정장치에 결합될 수 있도록 하나 이상의 클램핑 부재(13)가 구비된 메인 프레임(10)과; 상기 서보 모터(15)에 의해 회전되고, 선수측의 제1축(21)과 선미측의 제2축(22)이 독립적으로 회전될 수 있도록 일체로 결합된 내부축(20)과; 상기 서보 모터(15)와 내부축(20) 사이에 구비되며, 회전속도를 감속하여 토크를 증대시킴과 아울러 회전 방향을 전환하는 감속부(25)와; 상기 내부축(20)의 회전에 따라 상하로 승강하며 상기 만타 모형선(100)의 선수 및 선미에 각각 연결되는 2개의 진동축(30)과; 상기 메인 프레임(10)의 하부에 설치되어 상기 진동축(30)을 각각 보호하는 한 쌍의 스트럿(35)과; 상기 내부축(20)에 설치되어 두 진동축(30)에 상하 방향의 위상차가 부여되도록 상기 내부축(20)의 회전각을 변화시키는 각도 조절부(40)와; 상기 내부축(20)의 회전운동을 상기 진동축(30)의 상하운동으로 변화시키는 운동변환부재(50)와; 상기 만타 모형선(100)의 선수측에 설치되어 상기 진동축(30) 중 어느 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선(100)의 수직 방향 및 좌우 방향의 하중을 감지하는 선수부 센서(60)와; 상기 만타 모형선(100)의 선미측에 설치되어 상기 진동축(30) 중 다른 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선(100)의 수직 방향 하중을 감지하는 선미부 센서(70);를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 스트럿(35)은 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 메인 프레임(10)의 하부에 결합되고 중앙에 상기 진동축(30)이 삽입되는 삽입공(36')이 형성된 고정판(36)과, 상기 고정판(36)의 하부에 부착되고 내부에 상기 진동축(30)이 삽입되며 유선형 단면을 가진 통 형상의 스트럿 파이프(37)와, 상기 스트럿 파이프(37)의 하부면에 부착되며 상기 진동축(30)이 삽입되는 삽입공(38')이 형성된 하부판(38)으로 구성된다. 이때, 상기 스트럿 파이프(37)의 상단 일측과 상기 하부판(38)에 각각 물이 유입 또는 유출되는 구멍(39)이 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 스트럿(35)에 부력이 작용하는 것을 방지하기 위한 것이다.

또, 상기 각도 조절부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 내부축(20)의 제2축(22)을 강제로 회전시키는 것으로서, 상기 서보모터(15)에 의해 구동되는 상기 내부축(20)의 제1축(21)이 결합된 플랜지(41)와, 상기 내부축(20)의 제2축(22)이 결합되며 복수의 호형 장공(42')을 통해 상기 플랜지(41)와 결합되고 외주면에 웜 기어(42")가 형성된 휠(42)과, 상기 메인 프레임(10)에 구비된 고정 프레임(44)에 설치되고 상측에 구비된 핸들(45)에 의해 회전되며 상기 휠(42)의 외주면에 형성된 웜 기어(42")에 치합되어 상기 휠(42)을 회전시키는 수동식 웜(43)을 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 핸들(45)을 조작하면 상기 휠(42)이 회전되어 상기 제1축(21)과 제2축(22)의 회전각을 다르게 조정할 수 있게 된다.

그리고, 상기 운동변환부재(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 스코치 요크 기구(Scotch Yoke Mechanism)로 구성되는 것으로, 상기 내부축(20)의 단부가 결합되어 회전하며 일측에 스크로크 축(52)이 돌출 형성된 스트로크 부재(51)와, 상기 스트로크 축(51)이 삽입되어 이동하는 무빙 홈(54)이 형성되고 일측에 상기 진동축(30)이 결합되는 연결 플랜지(55)가 구비되며 상기 내부축(20)의 회전에 따라 회전과 동시에 승강하는 커넥팅 프레임(53)을 포함하여 구성된다. 여기서, 상기 운동변환부재(50)를 구성하는 스코치 요크의 작동 관계는 공지되어 있으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

또, 상기 선수부 센서(60)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 만타 모형선(100)의 선수측에 6점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임(61)과, 상기 진동축(30)의 하단이 결합되며 X축과 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 2축 로드셀(62)과, 상기 베이스 프레임(61)의 길이 방향 양측에 각각 설치되고 베어링(64)을 개재하여 상기 2축 로드셀(62)의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 지지블록(63)을 포함하여 구성된다. 이와 같이 상기 2축 로드셀(62)의 양단이 고정되어 있으므로, 상기 2축 로드셀(62)에는 수직 하중과 폭 방향의 수평 하중이 모두 작용하게 된다.

그리고, 상기 선미부 센서(70)는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 만타 모형선(100)의 선미측에 5점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임(71)과, 상기 진동축(30)의 하단이 결합되며 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 1축 로드셀(72)과, 상기 베이스 프레임(71)의 폭 방향 양측에 각각 설치되는 사이드 블록(73)과, 상기 사이드 블록(73)의 길이 방향 양단에 각각 설치되는 가이드 바(74)와, 볼 부시(76)를 개재하여 상기 가이드 바(74)에 이동 가능하게 설치되고 베어링(77)을 개재하여 상기 1축 로드셀(72)의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 트랜스 블록(75)과, 상기 사이드 블록(73)의 길이 방향 양단에 각각 체결되어 상기 트랜스 블록(75)의 이동을 제한하는 위치결정볼트(78)를 포함하여 구성된다. 따라서, 상기 만타 모형선(100)에 폭 방향의 수평 하중이 작용하는 경우에는 상기 사이드 블록(73)이 상기 가이드 바(74)를 따라 수평 이동되며, 그로 인하여 상기 1축 로드셀(72)에는 수평 하중이 작용하지 않고 수직 하중만 작용하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비는 만타 모형선을 이용하여 수중운동체의 히브 모션과 피치 모션을 모사함으로써 수중운동체의 조종 운동 방정식에 활용되는 유체력 미계수를 추정할 수 있도록 한다.

수조(도시 생략)의 외측에 설치된 외부 고정장치에 메인 프레임(10)을 고정하고 수조 내에 만타 모형선(100)을 위치시킨 후, 상기 만타 모형선(100)의 선수측과 선미측에 각각 진동축(30)을 결합시킴으로써 시험의 준비가 가능하게 한다. 이때, 상기 수조는 물의 흐름을 형성하여 고정된 상기 만타 모형선(100)에 수압을 가함으로써 수중운동체가 항해하는 것을 모사할 수 있도록 한다. 이때, 상기 만타 모형선(100)의 선수측에 설치된 선수부 센서(60)를 이용하여 상기 만타 모형선(100)에 작용하는 폭 방향의 수평 하중을 측정함으로써 정적 드리프트에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있게 된다. 여기서, 상기 선수부 센서(60)에서 수평 하중만을 측정하는 이유는 수중운동체가 수평 방향으로만 이동하는 경우에는 수직하중이 작용하지 않기 때문이며, 이때의 수평 하중은 주로 수중운동체의 선수측에 작용하고 선미측의 수평 하중은 거의 무시할 수 있는 정도에 불과하기 때문이다.

한편, 수중운동체의 순수 히브 모션(Heave Motion)에 따른 유체력 미계수를 추정하기 위해서는 상기 메인 프레임(10)의 상측에 설치된 서보 모터(15)를 작동시키게 된다. 상기 서보 모터(15)가 작동되면 감속부(25)에 의해 회전속도가 감속됨과 아울러 토크가 증대되고, 상기 감속부(25)에 연결된 내부축(20)이 회전된다. 상기 내부축(20)이 회전되면 스코치 요크 형식의 운동변환부재(50)에 의해 상기 진동축(30)이 상하로 승강하게 된다.

따라서, 상기 만타 모형선(100)은 수평을 유지한 상태에서 상하로 승강하게 되며, 상기 만타 모형선(100)에 설치된 상기 선수부 센서(60) 및 선미부 센서(70)는 상기 만타 모형선(100)에 작용하는 수직하중과 수평하중을 각각 측정한다. 따라서, 수중운동체의 히브 모션에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있게 된다. 이때, 상기 내부축(20)의 180도 회전에 따른 상기 진동축(30)의 상하 이송 행정을 500㎜ 이상으로 설정하여, 상기 만타 모형선(100)의 히브 진폭이 ± 0.1m 이상이 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 내부축(20)에 구비된 각도 조절부(40)를 이용하면 상기 만타 모형선(100)의 선수측과 선미측에 위상차를 부여할 수 있다. 따라서, 상기 서보 모터(15)에 의해 회전되는 상기 내부축(20)을 통해 상기 만타 모형선(100)이 상하로 움직이는 동안 선수측과 선미측이 차례로 기울어지는 종동요(Pitching Motion)를 유발할 수 있게 되며, 수중운동체의 피치 모션에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있게 된다. 즉, 상기 각도 조절부(40)의 핸들(45)을 이용하여 수동식 웜(43)을 회전시킴으로써 상기 수동식 웜(43)에 웜 기어(42")가 치합된 휠(42)을 회전시킴으로써 상기 내부축(20)의 제1축(21)에 대하여 제2축(22)이 소정 각도로 회전되도록 하는 것이다. 이 경우 상기 제1축(21)의 진동축(30)에 연결된 선수측과 상기 제2축(22)의 진동축(30)에 연결된 선미측 사이에 위상차가 발생하고, 그로 인해 상기 만타 모형선(100)은 선수측과 선미측이 차례로 기울어지는 피치 운동을 하게 된다. 이때, 피치 진폭이 ± 10°가 되도록 상기 휠(42)의 호형 장공(42')을 설계한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 연직 강제동요장치의 시험장비는, 수중운동체의 움직임을 모사하는 상기 만타 모형선(100)을 정지시킨 상태에서 물의 흐름을 통해 상기 만타 모형선(100)에 수압을 가하여 정적 드리프트에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있도록 하고, 상기 서보 모터(15)를 이용하여 상기 만타 모형선(100)을 수직 방향 상하로 이동시키면서 상기 만타 모형선(100)에 작용하는 수직 하중 및 수평 하중을 측정하여 순수 히브 모션에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있도록 한다. 그리고, 상기 각도 조절부(40)를 통해 상기 진동축(30)에 위상차를 부여함으로써 상기 만타 모형선(100)의 선수부와 선미부가 서로 다른 높이에 위치하도록 하여 피치 모션에 따른 유체력 미계수를 추정할 수 있도록 한다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.

10: 메인 프레임 15: 서보 모터
20: 내부축 21: 제1축
22: 제2축 25: 감속부
30: 진동축 35: 스트럿
40: 각도 조절부 41: 플랜지
42: 휠 42': 호형 장공
42": 웜 기어 43: 수동식 웜
44: 고정 프레임 45: 핸들
50: 운동변환부재 51: 스트로크 부재
52: 스트로크 축 53: 커넥팅 프레임
54: 무빙 홈 55: 연결 플랜지
60: 선수부 센서 61: 베이스 프레임
62: 2축 로드셀 63: 지지블록
70: 선미부 센서 71: 베이스 프레임
72: 1축 로드셀 73: 사이드 블록
74: 가이드 바 75: 트랜스 블록
76: 볼 부시 77: 베어링
78: 위치결정볼트
100: 만타 모형선

Claims

물속에 배치된 만타 모형선(100)을 상하로 이동시킴과 아울러 물의 흐름에 따라 발생하는 상기 만타 모형선(100)에 작용하는 하중 변화를 계측하여 수중운동체의 피칭 모션 및 히브 모션을 모사한 실험을 수행하는 연직 강제동요장치의 시험장비에 있어서,
서보 모터(15)가 설치되는 메인 프레임(10)과;
상기 서보 모터(15)에 의해 회전되고, 선수측의 제1축(21)과 선미측의 제2축(22)이 독립적으로 회전될 수 있도록 일체로 결합된 내부축(20)과;
상기 서보 모터(15)와 내부축(20) 사이에 구비되며, 회전속도를 감속하여 토크를 증대시킴과 아울러 회전 방향을 전환하는 감속부(25)와;
상기 내부축(20)의 회전에 따라 상하로 승강하며 상기 만타 모형선(100)의 선수 및 선미에 각각 연결되는 2개의 진동축(30)과;
상기 내부축(20)에 설치되어 두 진동축(30)에 상하 방향의 위상차가 부여되도록 상기 내부축(20)의 회전각을 변화시키는 각도 조절부(40)와;
상기 내부축(20)의 회전운동을 상기 진동축(30)의 상하운동으로 변화시키는 운동변환부재(50)와;
상기 만타 모형선(100)의 선수측에 설치되어 상기 진동축(30) 중 어느 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선(100)의 수직 방향 및 좌우 방향의 하중을 감지하는 선수부 센서(60)와;
상기 만타 모형선(100)의 선미측에 설치되어 상기 진동축(30) 중 다른 하나가 결합되며, 상기 만타 모형선(100)의 수직 방향 하중을 감지하는 선미부 센서(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임(10)의 하부에 설치되어 상기 진동축(30)을 각각 보호하는 한 쌍의 스트럿(35);을 더 포함하고,
상기 스트럿(35)은 상기 메인 프레임(10)의 하부에 결합되고 중앙에 상기 진동축(30)이 삽입되는 삽입공(36')이 형성된 고정판(36)과, 상기 고정판(36)의 하부에 부착되고 내부에 상기 진동축(30)이 삽입되며 유선형 단면을 가진 통 형상의 스트럿 파이프(37)와, 상기 스트럿 파이프(37)의 하부면에 부착되며 상기 진동축(30)이 삽입되는 삽입공(38')이 형성된 하부판(38)으로 구성된 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제2항에 있어서,
상기 스트럿 파이프(37)의 상단 일측과 상기 하부판(38)에 각각 물이 유입 또는 유출되는 구멍(39)이 형성된 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 각도 조절부(40)는, 상기 내부축(20)의 제1축(21)이 결합된 플랜지(41)와, 상기 내부축(20)의 제2축(22)이 결합되며 복수의 호형 장공(42')을 통해 상기 플랜지(41)와 결합되고 외주면에 웜 기어(42")가 형성된 휠(42)과, 상기 메인 프레임(10)에 구비된 고정 프레임(44)에 설치되고 상측에 구비된 핸들(45)에 의해 회전되며 상기 휠(42)의 외주면에 형성된 웜 기어(42")에 치합되어 상기 휠(42)을 회전시키는 수동식 웜(43)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 운동변환부재(50)는, 상기 내부축(20)의 단부가 결합되어 회전하며 일측에 스크로크 축(52)이 돌출 형성된 스트로크 부재(51)와, 상기 스트로크 축(51)이 삽입되어 이동하는 무빙 홈(54)이 형성되고 일측에 상기 진동축(30)이 결합되는 연결 플랜지(55)가 구비되며 상기 내부축(20)의 회전에 따라 회전과 동시에 승강하는 커넥팅 프레임(53)을 포함하는 스코치 요크 기구인 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선수부 센서(60)는, 상기 만타 모형선(100)의 선수측에 6점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임(61)과, 상기 진동축(30)의 하단이 결합되며 X축과 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 2축 로드셀(62)과, 상기 베이스 프레임(61)의 길이 방향 양측에 각각 설치되고 베어링(64)을 개재하여 상기 2축 로드셀(62)의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 지지블록(63)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 선미부 센서(70)는, 상기 만타 모형선(100)의 선미측에 5점 지지 형태로 설치되는 베이스 프레임(71)과, 상기 진동축(30)의 하단이 결합되며 Z축 방향의 하중 변화를 측정하는 1축 로드셀(72)과, 상기 베이스 프레임(71)의 폭 방향 양측에 각각 설치되는 사이드 블록(73)과, 상기 사이드 블록(73)의 길이 방향 양단에 각각 설치되는 가이드 바(74)와, 볼 부시(76)를 개재하여 상기 가이드 바(74)에 이동 가능하게 설치되고 베어링(77)을 개재하여 상기 1축 로드셀(72)의 길이 방향 양단을 각각 지지하는 트랜스 블록(75)과, 상기 사이드 블록(73)의 길이 방향 양단에 각각 체결되어 상기 트랜스 블록(75)의 이동을 제한하는 위치결정볼트(78)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.
제1항에 있어서,
상기 메인 프레임(10)의 일측에 외부 고정장치에 결합될 수 있도록 클램핑 부재(13)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 연직 강제동요장치의 시험장비.