KR20140079746A - 고속 수상 크래프트 및 잠수 비클 - Google Patents

고속 수상 크래프트 및 잠수 비클 Download PDF

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KR20140079746A
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그레고리 이. 산코프
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줄리엣 머린 시스템즈, 인코퍼레이티드
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Abstract

본 발명의 잠수 베슬은, 세장형 헐(elongated hull); 및 상기 헐의 전방 단부에 장착되며 상기 헐을 물에서 이동시키는데 적합한 적어도 하나의 프로펠러를 구비하고, 상기 적어도 하나의 프로펠러는, 적절한 속도로 회전할 때, 상기 헐의 외면 상의 마찰을 줄이고 높은 수중 속도를 가능하게 하기 위해서 상기 적어도 하나의 프로펠러로부터 그 뒤로 상기 헐의 외면을 따라 흐르는 초공동화된(super-cavitated) 물을 발생시키도록 하는 크기 및 구성의 것이다.

Description

고속 수상 크래프트 및 잠수 비클{HIGH SPEED SURFACE CRAFT AND SUBMERSIBLE VEHICLE}
발명자
Gregory E. Sancoff(산코프 그레고리 이.)
계류중인 선행 특허출원에 대한 참조
본 특허출원은:
(i) (a) Gregory Sancoff에 의해 FORCE PROTECTION ATTACK CRAFT의 명칭으로 2008년 6월 16일자로 출원된 선행 미국 가특허출원 제61/132,184호(대리인 정리번호: JULIET-1 PROV), 및 (b) Gregory E. Sancoff 등에 의해 FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT(F-PAC)의 명칭으로 2008년 11월 26일자로 출원된 선행 미국 가특허출원 제61/200,284호(대리인 정리번호: JULIET-2 PROV)의 이익을 주장하는 특허출원인, Gregory E. Sancoff 등에 의해 FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT의 명칭으로 2009년 6월 16일자로 출원된 계류중인 선행 미국 특허출원 제12/485,848호(대리인 정리번호: JULIET-0102)의 일부 계속 출원이고;
(ii) (a) Gregory E. Sancoff에 의해 SUPERCAVITATION AIR CHANNELS FOR BUOYANT TUBULAR FOIL의 명칭으로 2010년 8월 18일자로 출원된 선행 미국 가특허출원 제61/374,923호(대리인 정리번호: JULIET-7 PROV), 및 (b) Gregory E. Sancoff에 의해 TORPEDO EMPLOYING FRONT-MOUNTED COUNTER-ROTATING PROPELLERS AND STEERING SPOILERS의 명칭으로 2010년 8월 18일자로 출원된 선행 미국 가특허출원 제61/374,940호(대리인 정리번호: JULIET-9 PROV)의 이익을 주장하는 특허출원인, Gregory E. Sancoff 등에 의해 FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT AND UNDERWATER VEHICLES의 명칭으로 2011년 8월 18일자로 출원된 계류중인 선행 미국 특허출원 제13/212,767호(대리인 정리번호: JULIET-0709)의 일부 계속 출원이며;
(iii) Juliet Marine Systems, Inc. 등에 의해 FLEET PROTECTION ATTACK CRAFT AND SUBMERSIBLE VEHICLE의 명칭으로 2011년 9월 21일자로 출원된 계류중인 선행 국제 특허출원 PCT/US11/52642호(대리인 정리번호: JULIET-01020709 PCT)의 일부 계속 출원이고;
(iv) Gregory E. Sancoff에 의해 SEA-X1: SHALLOW SUBMERGED SUPER-CAVITATIONS SUBMARINE의 명칭으로 2011년 3월 30일자로 출원된 계류중인 선행 미국 가특허출원 제61/469,127호(대리인 정리번호: JULIET-3A PROV)의 이익을 주장하고;
(v) Gregory E. Sancoff에 의해 SEA-SPRINT: UNMANNED, HIGH SPEED SUPER-CAVITATIONS SUBMERSIBLE CRAFT의 명칭으로 2011년 3월 30일자로 출원된 계류중인 선행 미국 가특허출원 제61/469,143호(대리인 정리번호: JULIET-4A PROV)의 이익을 주장한다.
이로써, 9개의 상술한 특허출원은 본원에 참조로 포함된다.
기술분야
본 발명은 일반적으로 해양 베슬(vessel)에 관한 것으로서, 구체적으로 고속 공격 및 정찰 크래프트(craft)에 관한 것이다.
최소 재원의 현대식 군함에 대하여 소그룹의 테러리스트가 행할 수 있는 대단히 파괴적인 예로 규정된 2000년의 아덴 항만(Aden harbor)에서의 유도 미사일 장착 구축함(USS Cole)에 대한 테러리스트의 공격은, USS Cole의 경우에는, 수백 파운드의 폭발물을 싣은 소형 보트의 2명의 테러리스트가 10억 달러의 군함을 침몰시킬 뻔했다.
상기 Cole에 대한 공격의 성공은, 각각 폭발물을 싣고 자살 폭탄 테러범이 타고 있는 다수의 고속 보트가, 특히 반응 시간 및 조종성이 제한될 수 있는 한정된 수역에서 군함의 방어체계를 깰 수 있는 "소형 보트 무리(small boat swarm)"를 생성할 수 있다고 하는, 다른 보다 위협적인 일을 불러일으키고 있다. 실제로, 최근의 전쟁 게임 시뮬레이션은 상기와 같은 무리 전술이 페르시아만의 협수로에서 운용하는 해군 전투군에 대하여 대단히 효과적인 것으로 입증하고 있다.
현재로서는, 상기와 같은 "소형 보트 무리" 전술은 해군 전투군으로부터 안전한 거리에 있는 방어선 경계에서 달성할 수 있는 신속하고, 규모가 유사하며, 조종성이 높고, 또한 중무장한 공격 크래프트로 대항하는 것이 최선이라고 생각되고 있다. 이를 위해, 적절히 장비를 갖춘 조디악(Zodiac)-타입의 크래프트가 이 목적에 맞게 이미 배치되고 있다. 그러나, 경험상으로 볼 때, 조디악-타입의 크래프트는 상대적으로 잔잔한 항만의 수상에서만 실용적이다. 이는, 공해상의 요동치는 수상에서 조디악-타입의 크래프트를 고속으로 운용하는 것이 승무원들에게 단기간 동안만 견딜 수 있는 과도한 물리적 스트레스를 지우기 때문이다. 또한, 이상적으로는, 조디악-타입의 크래프트에 의해 확립된 방어선 경계를 임의의 소형 보트 무리가 침투하는 경우에 전투군에게 충분한 반응 시간을 주기 위해, 방어선 경계는 전투군으로부터 상당한 거리(예컨대, 적어도 10마일 밖)에서 확립되어야 한다. 그러나, 그들의 경량 구조, 제한된 고속 운용 시간, 및 제한된 연료 적재 능력으로 인해, 조디악-타입의 크래프트는 신뢰할 만한 방어선 경계를 전투군으로부터 너무 멀리서는 유지할 수 없다. 실제로, 조디악-타입의 크래프트에 의하면, 방어선 경계는 일반적으로 반응 시간의 간접 손실에도 불구하고 전투군에 매우 가깝게 유지되어야만 한다.
해상에 있거나 정박해 있을 때, 해군 전투군을 보호하기 위해서는 역시 공격용 헬리콥터를 사용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 공격용 헬리콥터는 상대적으로 제한된 범위를 갖는 것이 일반적이며, 어쩌면 신뢰할 만한 방어선 경계를 전투군으로부터 상당 거리 떨어져서 유지하는 것을 실질적으로 막는 상대적으로 제한된 출격 시간을 갖는다는 것이 보다 중요한 점이다. 또한, 공격용 헬리콥터는 일반적으로 상당한 레이더, 적외선 및 비주얼 "시그네처(signatures)"를 가짐으로써, 상대적으로 쉽게 감지 및 타겟팅되게 된다.
따라서, 해군 전투군으로부터 안전한 거리 떨어진 방어선 경계를 유지하는데 사용될 수 있는 새로운 향상된 선단 보호 공격 크래프트에 대한 필요성이 존재한다. 이와 관련하여, 상기와 같은 크래프트는 소형고, 고속이며, 조종성이 높고, 중무장해야 할 것으로 이해된다. 또한, 상기 크래프트는 상당한 바다 물결침에서 고속으로 주행할 때에도 안정적인 플랫폼을 제공해서, 승무원에 대한 물리적 스트레스를 최소화하고 안정적인 무기 플랫폼을 제공할 수 있어야 한다. 또한, 상기 크래프트는 전투군으로부터 안전한 거리에 신뢰할 만한 방어선 경계를 유지하기 위해 상당한 기간 동안 정박할 수 있어야 한다.
정찰에 사용될 수 있으며, 및/또는 적진 후방으로 특수 부대의 소규모 팀을 투입할 수 있고, 및/또는 이들을 빼내올 수 있는 새로운 향상된 크래프트에 대한 필요성도 존재한다. 따라서, 상기 크래프트는 "스텔스 모드(stealth mode)" 운용도 가능해야 하며, 즉, 적은 레이더, 적외선, 비주얼 및 노이즈 시크네처를 가짐으로써, 감지 및 타겟팅이 어렵게 되어야 한다.
전술한 것 외에, 물을 고속으로 헤쳐나갈 수 있는 새로운 향상된 잠수 비클(예컨대, 잠수함, 어뢰, 무인 드론 등)에 대한 필요성도 존재한다.
본 발명의 이들 및 다른 목적은, 여러 가지 중에서도, 신규한 함대 보호 공격 크래프트의 제공 및 이용으로 기술된다. 신규 공격 크래프트는 소형이고, 신속하며, 조종성이 높고, 중무장하고 있다. 신규 공격 크래프트는 상당한 바다 물결에서 고속으로 주행할 때에도 안정적인 플랫폼을 제공함으로써, 승무원에 대한 물리적인 스트레스를 최소화하고 안정적인 무기 플랫폼을 제공한다. 또한, 신규 공격 크래프트는 해군 전투군으로부터 안전한 거리에 신뢰할 만한 방어선 경계를 유지하기 위해 상당한 기간 동안 정박해 있을 수 있다. 따라서, 신규 공격 크래프트는 전투군으로부터 안전한 거리에 방어선 경계를 달성함으로써 "소형 보트 무리"를 방어하는 효과적인 수단을 제공하고, 이로써 이들 무리가 전투군에 접근할 수 있게 되기 전에, 원거리에서 적대적 보트를 저지, 식별, 경고, 및 종국에는 필요에 따라 괴멸할 수 있게 된다.
또한, 신규 공격 크래프트는 "스텔스 모드" 운용도 가능하며, 즉, 적은 레이더, 적외선, 비주얼 및 노이즈 시그네처를 가짐으로써, 탐지 및 타겟팅이 어렵게 된다. 따라서, 신규 공격 크래프트는 정찰을 수행하며, 및/또는 적진 후방으로 특수 부대의 소규모 팀을 투입할 수 있고, 및/또는 이들을 빼내올 수 있는 효과적인 수단을 또한 제공한다.
전술한 것 외에, 본 발명의 목적은 물에서 고속으로 이동할 수 있는 신규 잠수 비클(예컨대, 잠수함, 어뢰, 무인 드론 등)의 제공 및 이용으로 기술된다.
본 발명의 일 형태에 있어서,
커맨드 모듈(command module),
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 제 1 및 제 2 지주는 상기 커맨드 모듈에 피벗 가능하게 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일에 각각 고정식으로 연결되며,
상기 제 1 및 제 2 지주는 실질적으로 경질의 평면 구조체를 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은 물에서 상기 해양 베슬을 이동시키기 위해, 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일 내부에 각각 수용된 제 1 및 제 2 엔진과, 상기 제 1 및 제 2 엔진에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 추진 유닛을 더 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은, 물에서 상기 해양 베슬을 이동시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일의 선단에 각각 장착되는 제 1 및 제 2 프로펠러 메커니즘을 더 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은, 물에서 이동할 때 상기 해양 베슬을 스티어링하기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 더 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
부양성 관형 포일, 및
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 선단에 장착되는 프로펠러 메커니즘을 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
부양성 관형 포일, 및
물에서 이동시킬 때 해양 베슬을 스티어링하기 위해 상기 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 포함하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
부양성 관형 포일,
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 선단에 장착되는 프로펠러 메커니즘, 및
상기 해양 베슬을 물에서 스티어링하기 위해 상기 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 포함하는 상기 해양 베슬로서,
상기 각각의 스포일러는 선내 위치와 선외 위치 사이에서 가동되는 플레이트를 포함하고, (i) 상기 선내 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일의 외피에 실질적으로 정렬되며, (ii) 상기 선외 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일을 따라 흐르는 물쪽으로 돌출해서 물을 편향시키는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬이며,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 제 1 및 제 2 지주는 상기 커맨드 모듈에 피벗 가능하게 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일에 각각 고정식으로 연결되며,
상기 제 1 및 제 2 지주는 실질적으로 경질의 평면 구조체를 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키고, 상기 제 1 및 제 2 지주의 위치를 상기 커맨드 모듈에 대하여 조절하는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬이며,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은, 물에서 상기 해양 베슬을 이동시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일 내부에 각각 수용된 제 1 및 제 2 엔진과, 상기 제 1 및 제 2 엔진에 각각 연결되는 제 1 및 제 2 추진 유닛을 더 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬이며,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은, 물에서 상기 해양 베슬을 이동시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일의 선단에 각각 장착되는 제 1 및 제 2 프로펠러 메커니즘을 더 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬이며,
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은, 물에서 이동할 때 상기 해양 베슬을 스티어링하기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 더 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키고, 상기 스포일러의 위치를 조절하는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
부양성 관형 포일, 및
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 선단에 장착되는 프로펠러 메커니즘을 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
부양성 관형 포일, 및
물에서 이동시킬 때 해양 베슬을 스티어링하기 위해 상기 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키고, 상기 스포일러의 위치를 조절하는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
부양성 관형 포일,
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 선단에 장착되는 프로펠러 메커니즘, 및
상기 해양 베슬을 물에서 스티어링하기 위해 상기 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 포함하는 상기 해양 베슬이며,
상기 각각의 스포일러는 선내 위치와 선외 위치 사이에서 가동되는 플레이트를 포함하고, (i) 상기 선내 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일의 외피에 실질적으로 정렬되며, (ii) 상기 선외 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일을 따라 흐르는 물쪽으로 돌출해서 물을 편향시키는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키고, 상기 스포일러의 위치를 조절하는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
세장형(elongated)의 폐쇄된 수중 비클(vehicle), 및
상기 비클의 전방 단부에 장착되며, 상기 비클을 물에서 이동시키기 위해 작동하도록 되어 있는 제 1 및 제 2 프로펠러를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 프로펠러는 리딩(leading) 및 트레일링(trailing) 프로펠러를 포함하고,
상기 리딩 및 트레일링 프로펠러는 서로 반대 방향으로 동시에 회전하도록 되어 있으며,
이로써, 상기 프로펠러로부터 흐르는 프로펠러에서 발생된 초공동화된 물을 상기 비클의 외면을 따라 제공하고,
이로써, 상기 비클의 외면에 대한 마찰을 줄여서 높은 수중 속도를 가능하게 하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
세장형의 폐쇄된 수중 비클, 및
상기 비클의 전방 단부에 장착된 프로펠러 수단을 포함하는 해양 베슬로서,
상기 프로펠러 수단은 상기 비클을 물에서 이동시키고, 초공동화된 물을 생성하여 상기 프로펠러 수단의 뒤쪽으로 상기 비클의 외벽에 인접하여 흐르게 하도록 작동되고,
이로써, 상기 비클 외벽에 대한 수압을 상기 프로펠러 수단 전방의 수압보다 낮게 만드는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일,
상기 제 1 및 제 2 포일을 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주, 및
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 포일의 전방 단부에 장착되는 제 1 및 제 2 프로펠러를 포함하는 상기 해양 베슬로서,
상기 제 1 및 제 2 포일은 상기 베슬에 필요한 모든 부력을 제공하고,
상기 지주는 각각 상기 커맨드 모듈에 및 상기 포일 중 하나에 피벗 가능하게 연결되며,
상기 제 1 및 제 2 지주는 일반적으로 경질의 평면 구조체를 포함하고,
상기 제 1 및 제 2 프로펠러는 리딩 및 트레일링 프로펠러를 포함하며,
상기 리딩 및 트레일링 프로펠러는 상기 포일 주위로 상기 포일의 길이를 따라 연장되는 에어 스커트를 생성하도록 반대 방향으로 회전해서, 포일 표면 마찰을 줄이는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
세장형의 폐쇄된 수중 비클, 및
상기 비클의 전방 단부에 장착되며, 상기 비클을 물에서 이동시키기 위해 작동하도록 되어 있는 프로펠러를 포함하는 해양 베슬로서,
상기 프로펠러는 상기 프로펠러로부터 흐르는 프로펠러에서 발생된 초공동화된 물을 상기 비클의 외면을 따라 제공하는 사이즈 및 구성으로 되어 있고,
이로써, 상기 비클의 외면에 대한 마찰을 줄여서 높은 수중 속도를 가능하게 하는
해양 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
커맨드 모듈,
제 1 및 제 2 부양성 관형 포일, 및
상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일을 각각 상기 커맨드 모듈에 연결하는 제 1 및 제 2 지주를 포함하는 해양 베슬이며,
상기 제 1 및 제 1 부양성 관형 포일은 상기 해양 베슬에 필요한 실질적으로 모든 부력을 제공하고,
상기 해양 베슬은 물에서 상기 해양 베슬을 이동시키기 위해 상기 제 1 및 제 2 부양성 관형 포일의 전방 단부에 각각 장착되는 제 1 및 제 2 프로펠러 메커니즘을 더 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
부양성 관형 포일, 및
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 전방 단부에 장착되는 프로펠러 메커니즘을 포함하는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
부양성 관형 포일,
해양 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 부양성 관형 포일의 전방 단부에 장착되는 프로펠러 메커니즘, 및
상기 해양 베슬을 물에서 스티어링하기 위해 상기 부양성 관형 포일에 장착되는 복수의 스포일러를 포함하는 상기 해양 베슬이며,
상기 각각의 스포일러는 선내 위치와 선외 위치 사이에서 가동되는 플레이트를 포함하고, (i) 상기 선내 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일의 외피에 실질적으로 정렬되며, (ii) 상기 선외 위치에서, 상기 플레이트는 상기 스포일러가 장착되는 상기 부양성 관형 포일을 따라 흐르는 물쪽으로 돌출해서 물을 편향시키는,
상기 해양 베슬을 제공하는 단계와,
상기 해양 베슬을 물에서 이동시키고, 상기 스포일러의 위치를 조절하는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
추진 수단이 설치되어 있는, 물에서 주행하는 세장형의 관형 포일로서,
상기 추진 수단은, 상기 포일의 전방 단부에 회전 가능하게 장착되어 상기 포일을 물에서 이동시키도록 되어 있는 프로펠러 수단을 일부로서 포함하고,
상기 프로펠러 수단은 상기 포일을 물에서 이동시키도록 작동하는 동안 물의 초공동화를 발생시키도록 되어 있으며,
이로써, 상기 포일의 외피의 적어도 일부분에 인접하여 초공동화된 물의 스커트를 생성하고,
상기 포일은 상기 초공동화된 물의 스커트를 통해 이동하게 되는
세장형의 관형 포일이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
몸체를 물에서 추진하는 방법으로서,
상기 몸체를, 상기 몸체의 전방 단부에 회전 가능하게 장착되어 상기 몸체를 물에서 이동시키도록 되어 있는 추진 수단을 갖는 세장형의 관형 형상으로 제공하는 단계와,
상기 몸체를 물에서 이동시키기 위해, 또한 상기 몸체의 외피의 적어도 일부분에 인접하여 초공동화된 물의 스커트를 생성하기 위해, 상기 추진 수단을 활성화하는 단계를 포함하고,
상기 몸체는 그에 인접하는 상기 초공동화된 물을 통해 이동하게 되는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
추진 수단이 설치되어 있는, 물에서 주행하는 세장형의 관형 몸체로서,
상기 추진 수단은, 상기 세장형의 관형 몸체의 전방 단부에 회전 가능하게 장착되어 상기 세장형의 관형 몸체를 물에서 이동시키도록 되어 있는 프로펠러 수단을 일부로서 포함하고,
상기 프로펠러 수단은 상기 세장형의 관형 몸체를 물에서 이동시키도록 작동하는 동안 물의 초공동화를 발생시키도록 되어 있으며, 이로써, 상기 세장형의 관형 몸체의 외피의 적어도 일부분에 인접하여 초공동화된 물의 스커트를 생성하고,
상기 세장형의 관형 몸체는 실질적으로 감소된 헐(hull) 마찰로 상기 초공동화된 물의 스커트를 통해 이동하게 되는
세장형 관형 몸체가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
몸체를 물에서 추진하는 방법으로서,
상기 몸체를, 상기 몸체의 전방 단부에 회전 가능하게 장착되어 상기 몸체를 물에서 이동시키도록 되어 있는 추진 수단을 갖는 세장형의 관형 형상으로 제공하는 단계와,
상기 몸체를 물에서 이동시키기 위해, 또한 상기 몸체의 외피의 적어도 일부분에 인접하여 초공동화된 물의 스커트를 생성하기 위해, 상기 추진 수단을 활성화하는 단계를 포함하고,
상기 몸체는 실질적으로 감소된 헐 마찰로 그에 인접하는 상기 초공동화된 물을 통해 이동하게 되는
방법이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
세장형 헐, 및
상기 헐의 전방 단부에 장착되며, 상기 헐을 물에서 이동시키도록 되어 있는 적어도 하나의 프로펠러를 포함하는 잠수 베슬로서,
상기 적어도 하나의 프로펠러는, 적절한 속도로 회전될 때, 상기 헐의 외면에 대한 마찰을 줄이고 높은 수중 속도를 가능하게 하기 위해, 상기 적어도 하나의 프로펠러로부터 그 뒤로 상기 헐의 외면을 따라 흐르는 초공동화된 물을 발생시키는 사이즈 및 구성으로 되어 있는
잠수 베슬이 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 있어서,
물에서 이동시키는 방법으로서,
세장형 헐, 및
상기 헐의 전방 단부에 장착되며, 상기 헐을 물에서 이동시키도록 되어 있는 적어도 하나의 프로펠러를 포함하는 잠수 베슬이며,
상기 적어도 하나의 프로펠러는, 적절한 속도로 회전될 때, 상기 헐의 외면에 대한 마찰을 줄이고 높은 수중 속도를 가능하게 하기 위해, 상기 적어도 하나의 프로펠러로부터 그 뒤로 상기 헐의 외면을 따라 흐르는 초공동화된 물을 발생시키는 사이즈 및 구성으로 되어 있는,
상기 잠수 베슬을 제공하는 단계와,
상기 세장형 헐의 적어도 일부분을 잠수시키는 단계와,
상기 잠수 베슬을 물에서 이동시키기 위해 상기 적어도 하나의 프로펠러를 회전시키는 단계를 포함하는
방법이 제공된다.
도 1은 본 발명에 따라 형성된 신규 선단(fleet) 보호 공격 크래프트(protection attack craft)를 나타내는 개략도.
도 2 내지 도 9는, 커맨드 모듈, 부양성 관형 포일(BTFs) 및 지주의 더 세부를 포함하는 도 1에 나타낸 신규 공격 크래프트의 추가적인 구조 세부를 나타내는 개략도.
도 10 내지 도 15는 BTFs 및 지주, 및 그 내부 컴포넌트의 추가적인 세부를 나타내는 개략도.
도 15a 및 도 15b는, 베슬이 물을 헤치며 감에 따른 항력(drag)을 줄이기 위해, BTFs 둘레에 기체 엔빌로프를 형성할 수 있는 방법을 나타내는 개략도.
도 16 내지 도 26은 신규 공격 크래프트를 스티어링하고 그 자세를 조정하는 데 사용되는 스포일러(spoiler)의 더 세부를 나타내는 개략도.
도 27 내지 도 36은 지주 및 BTFs의 위치가 커맨드 모듈에 대해 조정될 수 있는 방법을 나타내는 개략도.
도 37은 에어 트랩 핀(air trap fin)이 둘레의 일부 또는 전체에 배치된 부양성 관형 포일(BTFs)의 단면도로서, 에어 트랩 핀에 대한 바람직한 구성을 더 나타내고, 또한 부양성 관형 포일의 헐(hull)에 형성된 복수의 에어 배출 구멍을 나타내는 도면.
도 37a는 도 37과 유사하지만, 부양성 관형 포일(BTF)의 외부 헐에 장착된 에어 트랩 핀의 실질적인 전체 어레이를 나타내는 도면.
도 37b 및 37c는 부양성 관형 포일(BTF) 및 부양성 관형 포일을 지지하는 지주의 입면도로서, 부양성 관형 포일은 그 둘레에 에어 트랩 핀을 포함하고, 또한 부양성 관형 포일 및 지지 지주는 복수의 에어 배출 구멍이 내부에 형성된 것을 나타내는 도면.
도 37d는 공기 배출 구멍이 내부에 형성된 부양성 관형 포일(BTF)의 단면도.
도 37e는 부양성 관형 포일의 헐을 둘러싸는 초공동화(super-cavitated) 에어 커튼을 발생시키는 단일 전방 프로펠러 메커니즘을 갖는 부양성 관형 포일(BTF)의 개략도.
도 38은 잠수함의 헐을 둘러싸는 초공동화 에어 커튼을 생성하는 전방 견인형 프로펠러 메커니즘을 구비한 부양성 관형 포일(즉, 관형 헐)을 포함하는 잠수함의 개략도.
도 38a, 도 38b, 도 38c 및 도 38d는 본 발명에 따라 형성된 신규 잠수함의 개략도.
도 39는 어뢰의 헐을 둘러싸는 초공동화 에어 커튼을 발생시키는 전방 견인형 프로펠러 메커니즘을 구비한 부양성 관형 포일(즉, 관형 헐)을 포함하는 어뢰의 개략도.
도 40은 본 발명에 따라 형성된 신규 무인 잠수 가능한 크래프트의 개략도.
도 41은 도 40에 나타낸 신규 무인 잠수 가능한 크래프트를 사용하는 한 방법을 나타내는 개략도.
본 발명의 이들 및 다른 목적과 특징은, 첨부 도면과 함께 고려되어 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명에 의해 더 완전히 개시 또는 제공될 것이며, 도면에서 동일한 부분에는 동일한 참조 부호가 부여된다.
개요
우선 도 1 내지 도 6을 참조하면, 신규 선단 보호 공격 크래프트(5)가 나타나 있다. 공격 크래프트(5)는 일반적으로, 승무원, 무기 및 탑재물(승객 포함)을 싣는 커맨드 모듈(100), 부력, 추진력 및 스티어링을 제공하는 한 쌍의 부양성 관형 포일(BTFs)(200), 및 BTFs(200) 상에 커맨드 모듈(100)을 지지하는 한 쌍의 지주(300)를 포함한다.
도 4, 도 7 및 도 8에서 알 수 있고 더 상세히는 후술하는 바와 같이, 지주(300)는 커맨드 모듈(100)에 대하여 다양한 서로 다른 위치에 배치되어서 공격 크래프트(5)가 원하는 운용 모드에 의존하여 다수의 서로 다른 구성을 취할 수 있고, 이에 따라 고속, 높은 안정성 및 스텔스 능력을 제공할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 표준 수역에서, 공격 크래프트(5)는 도 4에 나타낸 구성으로 위치되어서(즉, 지주(300)는 수평선에서 약 45도로 배치되며 서로 거의 직각으로 배치되어서), 작은 레이더, 적외선 및 비주얼 시그네처를 갖는다.
그러나, 공해에서, 고속으로 운용하는 동안, 공격 크래프트(5)는 도 7에 나타낸 구성으로 위치되어서(즉, 지주(300)가 수평선에 실질적으로 수직으로 배치되며 서로 실질적으로 평행이 되어서), 커맨드 모듈(100)은 물 밖으로 완전히 나와 서 있으므로 물결침의 영향에서 자유롭게 될 수 있다.
또한, 바다 상태에 의존하여, 공격 크래프트(5)는 도 4 및 도 7에 나타낸 것간의 어떠한 구성으로 위치될 수 있다.
공격 크래프트(5)는 또한 물리적인 프로파일을 낮춤으로써, 스텔스 모드로 운용하도록 설계되어 있다. 이 경우에, 공격 크래프트(5)는 도 8에 나타낸 구성으로 위치되어서(즉, 지주(300)는 수평선에 거의 평행하게 배치, 즉 거의 서로 동일 선 상에 배치됨), 커맨드 모듈(100)은 물 바로 위에 또는 실질적으로 수중에 배치되어서, 레이더, 적외선 및 비주얼 시그네처를 줄일 수 있다. 이 모드는, 공격 크래프트(5)가 정찰 목적을 위해, 및/또는 적진 후방으로 소규모 특수 부대를 투입 및/또는 이 특수 부대를 빼낼 때 매우 유용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 형태에서. 공격 크래프트(5)는 일반적으로 도 4에 나타낸 구성에서 커맨드 모듈(100)이 물 밖으로 완전히 나오지만, 프로파일을 줄이도록 커맨드 모듈이 가능한 낮게 운용된다. 그러나, 공해에서 및 고속 시에는, 공격 크래프트(5)는 도 7에 나타낸 구성으로 운용되어서, 커맨드 모듈(100)은 어떠한 물결침도 없을 수 있다. 그리고, 원할 경우, 공격 크래프트(5)는, 스텔스 모드를 취하도록 도 8에 나타낸 구성으로 운용될 수 있다.
또는, 공격 크래프트(5)는 도 4, 도 7 및 도 8에 나타낸 것간의 어느 것의 선택 구성으로 운용될 수 있다.
고속 및/또는 높은 안정성을 달성하기 위한 종래 기술 설계
워터크래프트에서 고속 및/또는 높은 안정성을 달성하기 위해 현재 두 가지 경쟁되는 접근 방식이 있다. 이것은, (i) 일반적으로 고속을 제공하는 수중익선(hydrofoil) 접근 방식, 및 (ii) 일반적으로 높은 안정성을 제공하는 SWATH(Small Waterplane Area Twin Hull) 접근 방식이다.
수중익선 접근 방식
수중익선은 다년간 실험적 이용이 되어 왔고, 현재 전세계적으로 다양하게 적용되어 서비스에서 활용되고 있다. 수중익선은 일반적으로 베슬의 헐에 대한 리프트를 제공하는 소형 비행기형 날개("리프팅 포일")를 채용한다. 이 리프팅 포일은 베슬의 진행 동안 일반적으로 수중으로 낮게 있다. 고속 시에, 리프팅 포일은 완전히 물 밖으로 베슬의 헐을 들어올릴 수 있어서, 베슬을 리프팅 포일(및 해당 지지 지주)만으로 물에서 운용하게 함으로써, 항력을 최소화하고 베슬 속도를 높일 수 있다. 그러나, 리프팅 포일 자체는 부력을 제공하고 있지 않기 때문에, 저속 시 베슬을 지지할 수 없다. 베슬은 상당한 속도로 이동할 때의 수중익선 모드에서만 운용될 수 있다. 또한, 수중익선의 리프팅 포일의 얇은 특성으로 인해, 리프팅 포일 자체 내에 베슬의 엔진을 수용할 수 없으며, 대신 베슬의 헐 내에 엔진을 수용하고 트랜스미션 기술(예를 들면, 기계식, 유압식 및/또는 전기적 수단)을 이용하여 베슬의 엔진으로부터 프로펠러를 유지하는 리프팅 포일로 파워를 하향 전달하는 것이 필요하다. 그러나, 이들 파워 트랜스미션 기술 모두는 파워의 상당한 손실을 수반하고(그로 인해 대형 엔진의 이용을 필요로 하거나, 및/또는 속도 저하를 초래함) 베슬의 추진 시스템을 상당히 복잡하게 한다.
SWATH 접근 방식
SWATH 베슬은, 수중에 배치되며 고정식 수직 지주를 갖는 베슬의 본체에 부착되는 두 개 이상의 어뢰 형상 구조체를 채용하고 있다. 어뢰 형상 구조체는 베슬의 본체에 대해 부력을 제공하여, 이는 완전히 물 밖으로 유지되게 된다. 이 방식으로, SWATH 베슬은, 쌍동선의 2개의 폰툰(pontoon) 헐이 수직 지주의 단부의 헐 바루 아래에 있는 수중 어뢰 형상 구조체로 대체되는 점을 제외하고 쌍동선과 유사하다. SWATH 설계는, 수중 어뢰 형상 구조체가 종래의 파도를 타는 헐보다 파도 작용에 보다 덜 영향을 받기 때문에, 일반적으로 뛰어난 안정성을 제공한다. 그러나, 일반적으로 대형 수중 어뢰 형상 구조체의 상당한 표면 마찰, 및 비효율적 하이드러맨틱(hydromantic) 형상은 일반적으로 높은 파워 소비를 초래한다. 이 높은 파워 소비는 결과적으로 대형 엔진을 필요로 하거나, 및/또는 베슬 속도가 줄어들게 된다. 그러나, 대형 엔진의 사용은 그 사용 자체가 문제가 되며, 이는 엔진이 헐 내에 수용되어야 하거나, 또는 엔진이 수중 어뢰 형상 구조체에 수용되어야 할 경우 수중 어뢰 형상 구조체가 대형화되어야 하기 때문이다. 수중 어뢰 형상 구조체에 프로펠러가 장착되므로, 헐 내의 엔진 수용은 수중익선에 대해 상술한 파워 트랜스미션 문제 전체를 야기한다. 반대로, 수중 어뢰 형상 구조체의 대형화는 표면 마찰 문제, 및 결과적으로 훨씬 대형 엔진의 사용을 필요하게 하는 상술한 비효율적인 하이드러맨틱 형상 문제를 키운다. 이 이유로 인해, 이전에는 소형의 고속 SWATH 베슬을 제작하는 것이 불가능했다. 상기 이외에, SWATH 설계는 일반적으로 베슬의 헐이 특히 공해에서 완전히 물 밖에 있게 유지하는 것을 보장하기 위해 높은 프로파일을 필요로 하고 있다. 이로 인해 SWATH 베슬에 레이더, 적외선 및 비주얼 시그니처를 보다 크게 부여해 쉽게 감지 및 타겟팅될 수 있게 한다.
고속 및 높은 안정성을 달성하기 위한 새로운 접근 방식
본 발명은 신규 선단 보호 공격 크래프트(5)의 제안 및 이용을 통해 종래 기술과 연관된 문제를 극복한다. 공격 크래프트(5)는 가동 지주(300)를 통해 한 쌍의 부양성 관형 포일(BTFs)(200) 상에 커맨드 모듈(100)을 지지한다. BTFs(200)는 일반적으로 크래프트에 필요한 모든 부력을 제공하여 커맨드 모듈(100)이 완전히 물 밖에 있게 유지한다. 보다 구체적으로, BTFs(200) 및 지주(300)는 물과 접촉하는 유일한 부분이며 물 저항을 최소화하기 위해 낮은 마찰 하이드러맨틱 단면을 제공한다. BTFs(200)는 크래프트에 대한 실질적으로 모든 추진력, 연료 및 스티어링 시스템을 포함하며, 이를 통해 크래프트에 매우 낮은 무게 중심을 제공하며 커맨드 모듈(100)의 볼륨이 승무원, 무기 및 탑재물에 특정되게 허용하는 것이 중요하다. 또한, 지주(300)는 커맨드 모듈(100)에 대해 가동됨에 따라, 크래프트가 여러 서로 다른 구성을 취하게 할 수 있다. 이러한 고유의 접근 방식으로 인해, 바다 상태에 관계없이 압도적인 속도 및 안정성을 가지며, 레이더, 적외선 및 비주얼 시그네처가 낮은 크래프가 되게 함으로써, 감지 및 타겟팅이 어려워지게 할 수 있다. 이하, 크래프트의 다양한 양태를 더 상세히 설명한다.
커맨드 모듈(100)
이하 도 1 내지 도 9를 참조하면, 커맨드 모듈(100)은 일반적으로 헐 형상의 저면(110)(도 4, 도 5, 도 7 및 도 8)을 갖는 방수 인클로저(105)(도 3)를 포함한다. 커맨드 모듈(100)은 조종사와 무기 관리자를 수용하는 조종석(115)(도 2, 도 3, 도 6 및 도 8), 및 무기 및 탑재물(승객 포함)을 수용하는 베이(120)(도 9)를 포함한다. 커맨드 모듈(100)은 승무원, 무기 및 탑재물(승객 포함)의 출입을 허용하는 리어 해치(125)(도 5, 도 6 및 도 9), 및 다양한 무기 시스템이 베이(120) 밖으로 들어올려지며, 발사되고 이어서 베이(120) 내로 다시 하강하는 상부 해치(130)(도 2 도 6 도 9)를 더 포함한다.
커맨드 모듈(100)은 모든 탑승자, 무기 및 탑재물을 보호하기 위해 무장된다. 윈드스크린(135)(도 7 및 도 9)은 방탄 재료로 형성된다.
커맨드 모듈(100)은, 공격 크래프트(5)가 스텔스 모드(이하 참조)로 운용될 경우, 헐 형상 저면(110)과 조합되어 파도가 영향을 주지 않고 커맨드 모듈 위를 닦아내게 하는 방수 격벽 인클로저를 포함한다. 자동 환기 도어는, 공격 크래프트(5)가 이 스텔스 모드에 있을 경우 물에 대한 임의의 개방 시스템을 시일(seal)한다.
커맨드 모듈(100)의 외부 구조는 크래프트의 레이더 시그네처를 최소화하기 위해 소위 "스텔스" 원리에 의거하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 커맨드 모듈(100)의 외면은 레이더 에너지를 편향시켜, 레이더 송신기에 최소량의 레이더 에너지만을 되돌리게 설계된다. 이를 위해, 커맨드 모듈(100)의 외면은 매우 각져 있으며, 물을 향해 하방으로 또는 하늘로 상방으로 레이더 에너지를 반사시키도록 각도가 선택되는 것이 바람직하다. 어느 경우에도, 커맨드 모듈(100)의 외면은 송신기에 반사되어 바로 되돌아가는 레이더 에너지의 양을 최소화한다. 또한, 커맨드 모듈(100)은 임의의 입사 레이더 에너지를 흡수하거나 더 저감할 수 있는 레이더 흡수 페인트를 포함하는 것이 바람직하다.
커맨드 모듈(100)은 또한, 공격 크래프트를 조종하기 위한 제어 시스템 모두, 공격 크래프트가 싣은 무기를 작동시키기 위한 무기 제어 시스템 모두, 보조 전원 요건(예를 들면, 네비게이션)을 위한 보조 발전기, 배터리 충전기, 공기 정화 시스템, 헤드, 싱크, 공기 압축기 등을 수용하도록 구성된다.
공격 크래프트(5)에 실린 무기 시스템은, (i) 광학 및 나이트 비전을 구비한 하나의 20mm 발칸 개틀링 건, (ⅱ) 광학 및 나이트 비전을 구비한 두 개의 30 구경의 미니건, (ⅲ) 하나 이상의 2.5인치 레이저 유도 로켓, 및 (iv) 8 "미니(mini)" 어뢰를 포함하는 것이 바람직하다. 개틀링 건, 미니건 및 로켓은 상부 해치(130)를 통해 기립 배치로 배이(120) 내에 수용되고, "미니" 어뢰는, 예를 들면 부호 140으로 나타낸 것 등의 커맨드 모듈(100)의 외부에 장착된다.
부양성 관형 포일( BTFs )(200)
다음으로 도 10 내지 도 15를 참조하면, 한 쌍의 부양성 관형 포일(BTFs)(200)은, 공격 크래프트(5)에 대해 부력, 추진력 및 스티어링을 제공한다. BTFs(200) 각각은 일반적으로, 프로펠러 시스템(215)에 파워를 공급하는 엔진(210), 엔진(210)에 연료를 공급하는 연료 탱크(220), 및 공격 크래프트(5)를 스티어링하는 스티어링 요소(또는 스포일러)(225)를 수용하는 중공 관형 구조체(205)를 포함한다.
중공 관형 구조체(205)
중공 관형 구조체(205)는 일반적으로 공격 크래프트(5)에 대해 부력을 제공하는 중공 헐을 포함한다. 중공 관형 구조체(205)는 저속 운용 시에 안정성을 제고하면서도 80 노트 이상의 속도가 가능해지도록 개선된 하이드러맨틱 프로파일을 제공하도록 구성된다. 고속 시에, 중공 관형 구조체(205)의 구성은, 세장형의 관형 구조체 위의 물의 흐름에 기인해 베슬에 대해 뛰어난 안정성을 제공한다.
보다 구체적으로, 중공 관형 구조체(205)의 낮은 마찰 하이드러맨틱 단면은 가능한 가장 낮은 표면 마찰력 및 얻을 수 있는 최선의 하이드러맨틱 형상을 갖고 물을 가로지며, 그럼에도 여전히 엔진(210) 및 연료 탱크(220)를 수용하고, 프로펠러 시스템(215) 및 스티어링 요소(225)를 지지한다. 중공 관형 구조체(205)가 중공 관형 구조체(205)의 길이의 약 1/10과 약 1/30 사이고, 바람직하게는 중공 관형 구조체(205)의 길이의 약 1/20인 단면을 갖는 경우 최선의 성능이 달성된다고 판정되었다. 제한이 아닌 예시로서, 중공 관형 구조체(205)가 3 피트 외경 및 60 피트 길이를 가질 경우에 우수한 성능이 달성될 수 있다.
도 12 내지 도 15에서 알 수 있는 바와 같이, 중공 관형 구조체(205)는, 예를 들면 전원 및 센서 모듈의 유지 보수 및 신속한 교체를 위해 중공 관형 구조체(205)의 내부에 배치되는 컴포넌트에의 용이한 액세스를 허용하도록 복수의 분리 가능한 부분을 포함한다. 제한이 아닌 예시로서, 중공 관형 구조체(205)는 지주(300)에 장착되는 중앙부(230), 중앙부(230)에서 탈착 가능한 전방부(235), 및 중앙부(230)에서 탈착 가능한 후방부(240)를 포함할 수 있다. 내장 컴포넌트는 중공 관형 구조체(205)로부터 용이한 출입을 위해 슬라이드를 구비하는 것이 바람직하다. 제한이 아닌 예시로서, 도 14는 중공 관형부(205) 내에 엔진(210)을 지지하기 위해 엔진(210)이 슬라이드(245)를 구비하는 방법, 및 중공 관형 구조체(205)로부터 삽입 및 제거를 용이하게 하는 것을 나타낸다.
전방부(235) 및 후방부(240)는 다양한 방법으로 중앙부(230)에 장착될 수 있다. 제한이 아닌 예시로서, 이 부분들은 기계적으로 함께 유지되거나(예를 들면, 유압, 파워 스크류 액션 등에 의해), 또는 그들이 함께 트위스트 로킹될 수 있다(예를 들면, 삽입형 장착 방법으로). 방수 시일은 헐 무결성을 보장하기 위해 부분들 사이에 설치된다. 시일은, 중공 관형 구조체(205)의 단면, 예를 들면 원형 또는 평면 단면을 가진 탄성 O 링의 단면과 일치하도록 연속되는 원형 형상일 수 있다. 또는, O 링은 적절한 양의 유체(예를 들면, 기체 또는 액체)의 주입에 의해 조절 가능한 밀봉력을 제공할 수 있는 주입식 시일(예를 들면, 자전거 타이어의 내부 튜브 등)일 수 있다. 각각의 O 링 시일은 2 개의 밀봉 면, 즉 인접한 부분 간의 대향 면과 중공 관형 구조체(205)의 표면에 대한 대향면을 갖는 것이 바람직하다.
중공 관형 구조체(205)의 다양한 부분의 신속한 로킹 해제를 하는 능력은 중공 관형 구조체(205) 내에 포함된, 예를 들면 엔진(210), 연료 탱크(220) 등의 다양한 컴포넌트의 빠른 서비스 및/또는 교체를 허용한다.
가스 터빈 (제트) 엔진 추진력
엔진(210)은 종래의 디젤 엔진, 내연 엔진, 로터리 엔진, 전기 모터 등일 수 있다. 그러나, 엔진(210)은 예를 들면 항공기에서 사용되는 종류, 및 특히 헬기에서 사용되는 종류의 가스 터빈 (제트) 엔진을 포함하는 것이 바람직하다. 가스 터빈 엔진은 높은 파워, 소형 및 경량으로 인해 바람직하다. 보다 구체적으로, 가스 터빈 엔진은 일반적으로 파운드 당 약 2.5 마력(HP)의 마력 대 중량비를 갖는다. 비교하면 현대 해양 디젤 엔진은 일반적으로 파운드 당 약 0.5 HP의 마력 대 중량비를 갖는다. 일반적으로 베슬 가속도와 무게 사이에 직접적인 상관 관계가 있으므로, 일반적으로 고속 크래프트에서 높은 파워, 경량 엔진을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 가스 터빈 엔진은 공격 크래프트(5)에 대해 바람직한 추진 유닛이다.
가스 터빈 엔진은 또한, 크기 및 구성이 중공 관형 구조체(205) 내의 배치에 완전히 적합하므로, 공격 크래프트(5)에서 이용에 완전히 이상적임이 중요하다. 보다 구체적으로, 가스 터빈 엔진은 일반적으로 중공 관형 구조체 내에 쉽게 끼워맞춰지는 세장형이며, 약간 원통형 구성을 갖는다. 가스 터빈 엔진은 일반적으로 비교적 작은 단면을 가져서 가스 터빈 엔진이 비교적 작은 직경의 관 내에 끼워맞춰질 수 있다. 제한이 아닌 예시로서, Williamsport의 Lycoming Engine(AVCO사의 일부, Textron, Inc.의 전체 소유 자회사)에 의해 제조된 T53L13 가스 터빈 (제트) 엔진, PA는 공격 크래프트(5)의 중공 관형 구조체(205) 내의 배치에 이상적으로 적합한 직경을 갖는다.
BTFs(200) 내의 가스 터빈 엔진의 사용은 또한 추가적인 상당한 장점을 제공한다. 첫째로, 각 BTF(200) 내의 가스 터빈 엔진의 사용은, 중심선 구동 샤프트의 사용을 감안하여 프로펠러 시스템(215)에 파워의 전달을 쉽게 한다. 이것은, 대량의 파워를 프로펠러 시스템(215)에 효율적으로 전하게 되면, 커다란 장점이다.
둘째로, 가스 터빈 엔진은 두 가지 기능, 즉 (i) 터빈 엔진을 시동하는 것, 및 (ii) DC 파워를 발생시키는 것을 행하는 스타터 발전기를 제공한다. 보다 구체적으로, 대부분의 가스 터빈 엔진은 300 암페어 24 볼트 DC를 제공한다. 이것은, 공격 크래프트(5)가 가스 터빈 엔진으로부터의 모든 전기 시스템에 전력을 공급하게 하고, 배터를 충전을 위해 작은 보조 발전기만의 필요성이 있다.
또한, 항상 수중에 있는 중공 관형 구조체(205) 내부에 가스 터빈 엔진을 위치시키는 것은, 또한 방사된 엔진 열이 중공 관형 구조체(205)의 외피를 통해 주의 물로 전달되므로, 가스 터빈 엔진에 대해 우수한 냉각을 제공한다.
또한, 가스 터빈 엔진은 일반적으로 항공기 동체로부터 빠르고 쉽게 제거되게(예를 들면, 슬라이딩시킴으로써) 설계된다. 마찬가지로, 가스 터빈 엔진은 일반적으로 중공 관형 구조체(205)로부터 빠르고 쉽게 제거될(예를 들면, 슬라이딩시킴으로써) 수 있다. 가스 터빈 엔진은 일반적으로 내부 기어 감소와 함께 높은 내부 rpm(19,000 rpm을 초과)을 갖는다. 유성 기어를 사용하는 기어 박스(250)는 프로펠러 시스템(215)에 엔진(210)을 연결하는 것이 바람직하다. 이 접근 방법은 가스 터빈 엔진의 외경보다 작은 기어 박스를 제공한다.
가스 터빈 (제트) 엔진 흡배기
가스 터빈 엔진의 "아킬레스 건"은 대량의 신선한 공기를 빠르게 흡기하고 대량의 배기 가스를 빠르게 배출할 필요가 있다는 것이다. 가스 터빈 엔진 내외로 대량의 공기를 빠르게 이동시킬 이 필요의 결과로서, 가스 터빈 엔진은, 제트 엔진에의 적절한 흡기의 불능력으로 인해 기존에는 수중 구조체(예를 들면, 잠수함 및 SWATH 베슬의 잠수 부분)에서의 사용에 대한 후보가 아니었다.
공격 크래프트(5)의 중요한 측면은 가스 터빈 엔진 수중 사용을 지원하는 흡배기 시스템이다. 이 점에서, 흡배기 시스템의 설계는, 공격 크래프트(5)가 구성(예를 들면, 도 4, 도 7 및 8)을 변경하도록 설계되어 있고 흡배기 시스템은 이러한 구성 변경에 적응할 수 있어야 한다는 점에서 복잡화됨을 이해할 것이다. 보다 구체적으로, 공격 크래프트(5)에서, 가스 터빈 엔진은 수중에서 BTFs(200)에 수용되고, BTFs(200)는 지주(300)의 단부에 배치되고, 지주(300)는 커맨드 모듈(100)에 대해 가동된다(도 4, 도 7 및 도 8 참조). 따라서, 공격 크래프트(5)의 흡배기 시스템은 가스 터빈 엔진 내외로 및 지주(300)를 통해 대량의 에어를 빠르게 이동시키면서, 동시에 커맨드 모듈에 대한 지주(300)의 움직임에 적응할 수 있어야 한다.
이를 위해, 공격 크래프트(5)는 대량의 신선한 에어를 가스 터빈 엔진(210)에 빠르게 전하고 가스 터빈 엔진(210)으로부터의 대량의 배기를 빠르게 배출하는 흡배기 시스템을 포함한다. 흡배기 시스템은 일반적으로 엔진 흡기 덕트(255) 및 엔진 배기 덕트(260)를 포함한다. 엔진 흡기 덕트(255)의 흡기 측은 냉기에 액세스하여 가스 터빈 엔진(210)의 효율을 높일 수 있도록 커맨드 모듈(100)에 배치된다. 공격 크래프트(5)가 가스 터빈 엔진(210)의 효율을 더 높이는 속도로 이동하는 동안 램(ram) 공기력을 발생하시키도록 엔진 흡기 덕트(255)의 흡기 측은 깔때기 형상으로 되는 것이 바람직하다. 최소한의 열 시그네처로 효율적인 배기 가스 배출을 제공하도록, 엔진 배기 덕트(260)의 출구 측이 커맨드 모듈(100)에 배치된다. 엔진 흡기 덕트(255) 및 엔진 배기 덕트(260)는, 커맨드 모듈에 대한 지주의 움직임에 수용하도록, 지주 및 커맨드 모듈의 이음부에 위치되는 플렉서블 커플링을 통과하는 것이 바람직하다. 이 플렉서블 커플링은 또한 커맨드 모듈(100)로부터 지주(300)를 통해 BTFs(200)를 지나가는 다른 라인, 예를 들면 연료 재충전 라인, 전기 파워 라인, 전기 제어 라인 등을 수용한다.
플렉서블 커플링은 엔진 흡기 및 엔진 배기 가스가 특정 방향을 향해 구부러지게 하면서도 가스 터빈 엔진과 연관된 대량의 가스를 수용하도록 구성됨이 이해되어야 한다. 또한, 플렉서블 커플링은 가스 터빈 엔진에 의해 생성된 높은 배기 온도에 받도록 설계된다. 이 커플링에의 내열성 플렉서블 재료의 사용은 커맨드 모듈에 대한 지주의 움직임을 허용하기 위해 필수적이다.
또한, 좁은 지주(BTF(200)보다 얇음)를 통해 대량의 공기를 이동시키는 것은 흡기 덕트 및 엔진 배기 덕트와 같은 지주의 거의 전체 내부 구조의 이용을 수반함을 이해해야 한다. 본 발명의 바람직한 일 형태에서, 엔진 배기 덕트(260)는, 배기 가스가 흡기에 의해 냉각되어서 공격 크래프트(5)에 대해 낮은 열 시그네처를 제공하도록 흡기 덕트(255) 내부로 경로가 정해진다. 본 발명의 다른 바람직한 형태에서, 엔진 배기 덕트(260)는 흡기 덕트(255) 내부로 경로가 지정되지 않고, 오히려 본 발명의 형태에서, 엔진 배기 덕트(260)는 흡기 덕트(255)와는 분리되어, 엔진 배기 덕트(260)의 배기 가스는 예를 들면 수냉 재킷으로 별도로 냉각된다. 또한, 본 발명의 이 형태에서, 가스 터빈 엔진(210)의 효율을 높이기 위해, 흡기 덕트(255) 내의 냉기가 엔진 배기 덕트(260)의 고온의 배기 가스에 의해 가열되는 것을 막기 위해 단열재가 이용될 수 있다.
엔진 배기 덕트(260)는 가스 터빈 엔진(210)의 열이 지주(300)의 외피를 과열시키는 것을 방지하는 단열재를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 형태에서, 엔진 배기 덕트(260)는, 내부 고온 덕트 둘레로 유체가 순환되게 하여 엔진 배기 가스를 더 냉각시키고 낮은 열 시그네처를 제공하기 위해 이중 벽으로 된다.
배터리 파워를 사용한 공격 크래프트 추진력
공격 크래프트(5)는 또한 프로펠러 시스템(215)을 선택적으로 구동하기 위한 전동기(도시 생략) 및 배터리(도시 생략)를 포함하는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 특정 상황(예를 들면, 정찰 운용 및 특수 부대의 투입 및/또는 특수 부대를 빼냄)에서, 소음을 줄여 운용하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 상황에서, 전동기 및 배터리는 상술한 가스 터빈 (제트) 엔진을 대신하여 사용될 수 있다.
프로펠러 시스템(215)
현재 사용되고 있는 대부분의 베슬은 베슬의 선미(stern)에 배치되어 물을 통해 베슬을 미는 프로펠러를 이용하고 있다. 이 접근 방법은 일반적으로 대부분의 베슬에 만족스럽다. 그러나, 선미 장착 밀기형 프로펠러는 일반적으로 예를 들면 80 노트 이상의 매우 고속을 달성하고자 하는 베슬에서는 만족스럽지 않다. 이는, 베슬의 선미에 위치되는 프로펠러가 물을 통해 베슬의 앞의 경로 의해 흔들린 물을 끌어들이기 때문이다. 프로펠러의 효율이 프로펠러가 헤치고 가는 물의 상태에 의해 영향을 크게 받고 있기 때문에, 선미 장착 밀기형 프로펠러는 일반적으로 고속 크래프트에 실용적이지 않다.
현재 사용 중인 일부 고속 보트(예를 들면, 수상 비행기 및 해양 레이싱 보트)의 일부는 공기가 혼입된 흔들리는 물에 부분적으로 잠수되어 타는 선미 장착, 표면 관통, 전방 대향식 프로펠러가 사용되고 있다. 이들 관통형 프로펠러는 무거운 트레일링 에지 및 안티-캐비테이션이 커핑(cupping)을 갖도록 설계된다. 이들 관통형 프로펠러는 물과 결코 완전히 만나지 않으므로 높은 마력 및 높은 rpm의 극단적 힘을 견딘다.
그러나 이런 종류의 프로펠러는, BTF(200)에서는 프로펠러 시스템(215)이 완전히 잠겨야 하므로, 공격 크래프트(5)에 대해서는 효과적이지 않다.
본 발명은 각 BTF(200) 바우 단부에 위치된 한 쌍의 전방 대향, 견인형, 역회전 프로펠러(265, 270)를 포함하는 프로펠러 시스템(215)을 이용한다는 것이 중요하다.
더 구체적으로, 프로펠러 시스템(215)은 각 BTF(200)의 바우에 위치되어, 전방 대향, 견인형 프로펠러는 영향을 받지 않은 물과 맞물려서 최대의 효율을 얻을 수 있다. 또한, 각 프로펠러 시스템(215)은 전방 프로펠러에 대해 저감된 공동화를 제공하도록, 타이밍된 역회전 모드로 작동되는 2개의 프로펠러, 즉 리딩 프로펠러(265) 및 트레일링 프로펠러(270)를 포함한다. 리딩 프로펠러(265)는 주(main) 추진 요소이며 베슬의 견인의 대부분의 작업을 행한다. 트레일링 프로펠러(270)는 리딩 프로펠러와는 반대 방향으로 회전되고 리딩 프로펠러 뒤에서 물을 없앰으로써 리딩 프로펠러가 최대 효율로 일하도록 허용한다. 따라서, 트레일링 프로펠러(270)는 리딩 프로펠러(265) 뒤에서 물을 밖으로 보내 리딩 프로펠러가 더 물을 인입할 수 있다. 이는 고속 및 낮은 연료 소비로 되는 프로펠러 효율을 향상시킨다.
직렬 장착식 역회전 프로펠러(265, 270)를 사용하는 것은 또한 작은 프로펠러 직경의 사용을 가능하게 한다. 이는 두 개의 프로펠러의 표면적이 조합되어 단일의 큰 직경의 프로펠러의 표면적에 상당하는 전체적으로 유효한 표면적을 제공하게 되기 때문이다. 그러나, 수반되는 힘으로 인해 큰 직경의 프로펠러를 고속으로 회전시키는 것은 곤란하다. 따라서, 직렬 장착식 역회전 프로펠러를 사용하여 프로펠러가 높은 rpm으로 회전 가능하게 함으로써 고속을 달성할 수 있다.
전술한 것에 추가하여, 2개의 역회전 프로펠러를 사용함으로써, 사이드 토크(side torque)가 없다. 보다 구체적으로, 프로펠러에서의 사이드 토크는 프로펠러의 회전에 의해 생성된 원심력의 결과이다. 이 사이드 토크는 베슬이 블레이드의 회전 방향으로 회전하는 경향을 만든다. 사이드 토크는 에너지의 손실을 수반하고 베슬에 대해 스티어링 문제를 만들 수 있으므로, 공격 크래프트(5)에 바람직하지 않다.
기어 박스(250)는 가스 터빈 엔진(210)을 프로펠러 시스템(215)에 연결한다. 보다 구체적으로, 기어 박스(250)는, 가스 터빈 엔진(250)의 출력 샤프트의 단일 회전 움직임을, 역회전 프로펠러(265, 270)를 구동하는 데 필요한 이중 동축의 역회전 움직임으로 변환하도록 구성된다.
초공동화 (Super-Cavitation)
BTFs(200)의 전방 단부에 역회전 프로펠러(265, 270)를 위치시킴으로써, 프로펠러는 클린되고, 방해받지 않고, 영향을 받지 않은 물을 당겨 최적의 프로펠러 성능을 확보할 수 있다. 또한, BTFs(200)의 전방 단부에 2개의 직렬 장착식, 역회전 프로펠러를 위치시킴으로써, 공격 크래프트(5)는 BTFs(200)를 캡슐화하여 베슬 항력을 상당히 저감하는 치밀한(dense) 붕괴형 버블의 제트 스트림을 포함하는 높은 기체 환경을 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 함께 작용하는 프로펠러(265, 270)의 동작은 리딩 프로펠러(265)를 통해 물을 당기고 트레일링 프로펠러(270)가 빠르게 움직이는 물을 크게 공동화시켜 BTFs(200)의 외면을 둘러싸는 기체 버블의 두꺼운 스트림을 생성한다. 이 기체 엔빌로프는, BTFs가 본질적으로 "버블을 통해 급속히 움직이게(flying)" 되므로, 헐 항력을 감소시키고, 베슬의 속도를 크게 증가시킨다. 도 15a를 참조한다. 이에 대하여, 공기와의 동마찰 계수(kinetic coefficient of friction)가 물의 동마찰 계수의 약 1/800임을 이해해야 한다. 또한, 베슬이 고속으로 진행할 수록, 헐 마찰의 감소가 커지며, 그 이유는, (i) 다량의 기체 버블이 직렬 장착식, 역회전 프로펠러에 의해 생성되고, (ii) BTFs(200)가 완전히 지나가기 전에 버블이 붕괴될 시간이 없기 때문이다.
공격 크래프트(5)는 또한 둘러싸는 기체 엔빌로프를 생성하는 추가적인 수단을 포함할 수 있다. 특히, 복수의 작은 구멍(275)(도 15b)이 트레일링 프로펠러(270) 바로 뒤에 위치되며 BTF 구조체 둘레에 원형으로 배치되는 것이 바람직하다. 이 구멍(275)은 외부 공기에 이르는 덕트와 연통하여, 트레일링 프로펠러가 사이펀 효과를 일으키게 하여, 공기를 끌어당겨 트레일링 프로펠러 바로 뒤에 해방시킴으로써, BTF 마찰을 줄이기 위한 훨씬 더 치밀한 기체 엔빌로프를 생성할 수 있다. 또는, 작은 구멍(275)에 연결되는 압력을 받는 기체 소스가 또한 트레일링 프로펠러 바로 기체를 해방시키는 데 이용되어서 BTF 마찰을 줄이는 원하는 기체 엔빌로프를 생성하는 데 이용될 수 있다. 본 발명의 또 다른 형태는, 마찰 저감 유체(예를 들면, 용제(detergent))의 공급원이 전술한 작은 구멍(275)에 연결되어서 BTFs(200)에 대해 원하는 마찰 저감 엔빌로프를 생성할 수 있다.
러더리스 시스템(Rudderless System)
종래의 러더는 물에 연속되게 배치되어서, 베슬의 방향을 변경하도록 조작될 때뿐만 아니라 일반 운용 조건에서 조작될 때 마찰 및 항력을 발생시킨다. 이 마찰 및 항력은 베슬의 속도에 상당한 악영향을 미친다.
이와는 대조적으로, 현재 도 16 내지 도 26을 참조하면, 공격 크래프트(5)는, 중공 관형 구조체(205)의 외피에 대해 돌출되고 다시 되돌아갈 수 있는 전방 및 후방 스티어링 요소(또는 스포일러)(225)가 설치된다. 이와 관련하여, 스포일러(225) 각각이 중공 관형 구조체(205)로부터 선외로 조정 가능한 양만큼 돌출될 수 있음이 이해되어야 한다. 또한, 커맨드 모듈(100)에는, 스포일러(225) 각각이 협업하여, 필요할 경우 서로 독립적으로 작동되게 허용하는 다양한 제어 시스템이 설치될 수 있다.
본 발명의 하나의 바람직한 양태에서, 16개의 스포일러(225)가 설치되며, 4개의 스포일러(225)는 각 BTF(200)의 전방, 4개의 스포일러(225)는 각 BTF(200)의 후방이며, 스포일러(225)는 "12시", "3시", "6시", 및 "9시" 위치에 배치된다. 이 배치는, 공격 크래프트(5)가 진행 중에, 스포일러(225)가 BTFs(200) 각각의 전방 및/또는 후방에 대해 좌측, 우측, 상측 및/또는 하측 힘(또는 그 임의의 조합)을 가할 수 있게 한다.
스포일러(225)는 기존의 러더에 비해 많은 큰 이점을 제공한다.
우선 한 가지는, 스포일러(225)는 베슬이 진행 중이며 방향 변경이 필요하지 않을 때 거의 항력을 주지 않으며, 이는 스포일러가 중공 관형 구조체(205)의 외피와 동일 평면으로 존재하기 때문이다. 스포일러(225)가 중공 관형 구조체(205)의 외피로부터 외측으로 연장되어 베슬을 조정하는 데 필요한 힘을 부여할 때에만 베슬에 항력을 주고, 그 후 스포일러(225)는, 조정이 완료되고 베슬이 표준 전진 움직임으로 돌아가자마자 선내로 되돌아간다(즉, 동일 평면 및 항력 없음).
추가적으로 및 중요하게는, 중공 관형 구조체(205)의 전후 부분에의 스포일러(225)의 설치는 더 극적인 회전력의 가할 수 있게 한다. 보다 구체적으로, 전방 스포일러를 한 방향으로 회전시키고 해당 후방 스포일러를 반대 방향으로 회전시키게 설정함으로써, 상대적으로 작은 사이즈의 스포일러를 이용하여 베슬에 신속하고 쉽게 커다란 회전력을 가할 수 있다. 이에 따라, 짧은 기간 동안만 스포일러의 회전 마찰이 가해지게 하면서, 코스 수정이 신속히 이루어지며 베슬을 매우 민첩하게 할 수 있다.
스포일러(225)는 좌측 또는 우측 회전(도 16 내지 도 19 참조), 베슬의 트림(즉, 업/다운 자세)을 조정(도 20 내지 도 23 참조), 및/또는 베슬의 감속을 향상시키 데(도 24 내지 도 26 참조) 이용될 수 있다.
스포일러(225)는 중공 관형 구조체(205)의 외피로부터 돌출되는 동일 평면의 플레이트이고 반향을 변경이 필요할 경우 마찰을 일으킬 수 있다. 또는, 스포일러(225)는 공기, 유체 등이 주입될 수 있고 중공 관형 구조체(205)의 외피로부터 돌출되는 탄성 재료로 이루어질 수 있다.
연료 탱크(220)
연료 탱크(220)는 BTFs(200) 내부에, 바람직하게는 중심부(230)에 수용된다. 연료 탱크(220)는 플렉서블 블래더(bladder) 재료(예를 들면, 다른 플렉서블 블래더 내부에 배치된 플렉서블 블래더)로 이루어진 이중 벽 탱크를 포함하는 것이 바람직하다. 이 배치는, 내부 블래더 내에서의 연료 소비를 보상하여 공격 크래프트의 부력이 일정해지는 것을 보장하도록, 외측 블래더 내에 유체(예를 들면, 바닷물)가 주입되는 것을 가능하게 한다.
무게 중심
공격 크래프트(5)의 무게 중심은 베슬의 안정성을 극대화하기 위해 가능한 한 낮은 것을 의도하고 있다. 이것은, BTFs 내에 엔진(210) 및 연료 탱크(220) 등의 무거운 컴포넌트를 위치 결정함으로써, BTFs의 중간에 가능한 한 가깝게 되도록 베슬의 무게 중심을 낮춤으로써 달성된다. 이와 관련하여, 터빈 엔진(210) 및 연료 탱크(220)는 베슬의 총 무게의 약 2/3를 구성하고 공격 크래프트(5)의 구조에 기인해, 이 무게는 전체적으로 워터라인(waterline) 아래에 배치된다. 이로 인해 베슬 안정성이 향상된다.
연결 지주(300)
상술한 바와 같이, 연결 지주(300)는 BTFs(200)를 커맨드 모듈(100)에 부착한다. 또한, 상술한 바와 같이, 지주(300)는 BTFs(200)에 고정되고 공격 크래프트(5)가 서로 다른 구성(도 4, 도 7 및 도 8)을 취하게 하도록 커맨드 모듈(100)에 대해 피벗됨으로써, 커맨드 모듈(100)이 물로부터 서로 다른 거리에 위치되게 할 수 있다. 도 27 내지 도 36에서 알 수 있는 바와 같이, 지주(300)는 지주(300) 내에 위치되는 로드 아암에 연결되는 유압 또는 전기 잭 스크루(305)를 포함함으로써, 커맨드 모듈(100)에 대해 지주(300)를 이동시킨다. 이 점에서, 도 27 내지 도 29는 도 4에 나타낸 공격 크래프트 구성에 대응하는 위치의 지주(300)를 나타내고, 도 30 내지 도 32는 도 7에 나타낸 공격 크래프트에 대응하는 위치의 지주(300)를 나타내고, 도 33 내지 도 36은 도 8에 나타낸 공격 크래프트에 대응하는 위치의 지주(300)를 나타내고 있음이 이해될 것이다.
지주(300)는 물 속으로 연장되므로, 항력을 최소화하도록 가능한 한 얇게 지주를 유지하는 것이 중요하다.
또한, 지주(300)의 구조적 무결성은 최소한의 내부 프레임을 사용하면서, 지주의 외피와 함께 작용하는 지주 내에 위치되는 로드 아암의 강도에 주로 의존해야 함이 이해될 것이다. 이는, 지주의 내부를 중단되지 않고 통과하는 엔진 흡기를 가능하게 하기 위해 지주(300)가 중단되지 볼륨의 대 면적을 가질 필요가 있기 때문에 중요하다.
플라이 바이 와이어 (Fly-By-Wire) 제어
본 발명의 바람직한 일 형태에서, 센서가 커맨드 모듈(100)의 헐 형상 저면(110)에 위치되고 수면으로부터 커맨드 모듈의 거리를 연속적으로 측정한다. 컴퓨터는, 커맨드 모듈을 수면 위에 원하는 거리로 유지하도록, 지주(300)의 배치를 자동으로 조정한다. 이 점에서, 특히 공격 크래프트(5)가 개방 수역에서 고속(예를 들면, 80 노트)으로 운용할 경우, 커맨드 모듈(100)을 수면과 접촉하지 않게 하는 것이 중요함(특히, 커맨드 모듈(100)을 개방 수역에서 흔히 발견되는 불규칙한 물결침과 접촉하지 않게 하는 것이 중요함)을 이해할 것이다.
따라서, 예를 들면, 표준 수역에서, 공격 크래프트(5)는 도 4에 나타낸 구성으로 위치되어, 커맨드 모듈(100)은 안전하게 물 밖에 있고 베슬은 작은 레이더, 적외선 및 비주얼 시그네처를 갖는다.
그러나, 공해에서, 고속으로 운용할 경우, 공격 크래프트(5)는 도 7에 나타낸 구성으로 위치되어서, 커맨드 모듈(100)은 물 밖으로 훨씬 나와 서 있으므로 물결침의 영향에서 자유롭게 된다.
또한, 바다 상태에 의존하여, 공격 크래프트(5)는 도 4 및 도 7에 나타낸 것간에서 선택되는 구성으로 위치될 수 있다.
공격 크래프트(5)는 또한 물리적인 프로파일을 낮춤으로써, 스텔스 모드로 운용하도록 설계되어 있다. 이 경우에, 공격 크래프트(5)는 도 8에 나타낸 구성으로 위치되어서, 커맨드 모듈(100)은 물 바로 위에 또는 실질적으로 수중에 배치되어서, 레이더, 적외선 및 비주얼 시그네처를 줄일 수 있다. 이 모드는, 공격 크래프트(5)가 정찰 목적을 위해, 및/또는 적진 후방으로 소규모 특수 부대를 투입 및/또는 이 특수 부대를 빼낼 때 매우 유용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 일 형태에서. 공격 크래프트(5)는 일반적으로 도 4에 나타낸 구성으로 커맨드 모듈(100)이 물 밖으로 완전히 나오지만, 프로파일을 줄이도록 커맨드 모듈이 가능한 한 낮게 운용된다. 그러나, 공해에서 및 고속 시에는, 공격 크래프트(5)는 도 7에 나타낸 구성으로 운용되어서, 커맨드 모듈(100)은 어떠한 물결침도 없게 서 있을 수 있다. 그리고, 원할 경우, 공격 크래프트(5)는, 스텔스 모드를 취하도록 도 8에 나타낸 구성으로 운용될 수 있다.
또는, 공격 크래프트(5)는 도 4, 도 7 및 8에 나타낸 것간에서 선택되는 구성으로 운용될 수 있다.
저속으로 주행하는 동안 컨트롤이 더 반응적이고 고속으로 주행하는 동안 컨트롤이 덜 반응적이도록 스티어링 제어의 민감도를 조정하는 메인 컴퓨터에, 속도 센서가 속도 데이터를 공급하는 것이 바람직하다. 환언하면, 메인 컴퓨터는, (i) 스티어링 제어(예를 들면, 조이스틱)의 큰 움직임은 고속에서 스포일러(225)의 배치의 작은 변화를 하는 것을 요구하고, (ⅱ) 스티어링 제어의 작은 움직임은 저속에서 스포일러(225)의 배치의 커다란 변화를 하게 하는 것이 요구되도록 스티어링 제어의 민감도를 조정하는 것이 바람직하다. 이 구조는 고속에서 컨트롤의 작은 움직임이 크래프트의 방향 또는 자세에서 최악의 변화로 이어질 가능성을 제거한다.
연장 가능한 BTF 붐(Extendable BTF Boom)
필요할 경우, BTFs(200)는 연장 가능한 붐이 설치될 수 있다. 이 붐은 BTF의 트레일링 단부에서 배치되고, 바람직하게는 플렉서블이다. 연장 가능한 붐은 두 가지 목적을 달성할 수 있다.
우선, 연장 가능한 붐은, 붐에 항력이 가해지게 해서, 연 꼬리와 마찬가지로 BTF를 더 안정화하도록 확대 또는 수축될 수 있는 길이를 따른 제어 가능 표면 돌출부를 가질 수 있다. 돌출부는 수평면 및 수직면 모두에서 베슬을 안정화하는 항력을 일으킨다. 돌출부는, 필요할 경우 사이즈를 크게(이에 따라 항력이 커짐) 하도록 팽창되는 탄성 블래더, 또는 기계적 항력 저항을 제공하는 붐의 단부에 위치되는 기계적 디바이스에 의해 제어되어서 안정성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 연장 가능한 붐은 또한, 잠수 오브젝트의 식별에 이용될 수 있는 소나(sonar), 청취 디바이스, 자기 탐지기, 중력 중단 센서 등을 수용할 수 있다. 연장 가능한 붐의 단부에 이들 디바이스를 장착함으로써, 이들 디바이스는 공격 크래프트(5)의 나머지 부분으로부터 분리되어, 디바이스 기능과의 간섭을 최소화할 수 있다.
BTF 의 헐에 대한 초공동화 에어 스커트의 움직임을 제약하는 BTF 의 헐을 따라 형성된 에어 트랩 핀 및/또는 BTF 헐에 형성된 초공동화 에어 배출 구멍
상술한 바와 같이, 본 발명은 수중 헐 마찰 감소를 갖는 고속 SWATH 보트를 포함한다. 부양성 관형 포일의 부양성 관형 포일의 헐 둘레에 에어 스커트를 생성하는 것은(즉, 프로펠러 생성의 초공동화 및, 옵션으로 헐을 통해 헐 둘레의 물의 흐름에 공기를 분사함에 의해) 헐 둘레의 물을 변위시키고 이를 기포의 치밀한 스트림으로 대체함으로써, 헐이 치밀한 거품 기포의 쿠션을 통해 올라타게 할 수 있다. 물은 에어보다 헐과의 800 내지 1000배 이상의 마찰을 발생시키므로, 부양성 관형 포일(BTF)의 헐 둘레의 에어 스커트의 마련은 헐이 움직일 때 마찰을 크게 줄인다.
그러나, 공기는 물보다 가벼우므로, 기포(프로펠러 초공동화 및 옵션으로 헐의 밖으로 공기를 분사시킴으로써 생성됨)는 형성 시 상승하는 경향이 있음을 이해할 것이다. 이 에어 스커트의 상방 운동은 에어 스커트에 의한 헐의 커버리지를 줄일 수 있다.
따라서, 에어 커튼에 의한 헐의 커버리지를 유지하여 헐이 이동함에 따른 헐 마찰을 저감하도록, 기포가 헐을 따라 가능한 오래 수평으로 진행하게 유지하는 것이 바람직하다. 에어의 완전한 스커트가 헐 마찰을 최소화하도록 헐의 전체 둘레에 유지되어야 하는 것이 이상적이다. 그러나, 불완전한 에어 스커트도 헐 마찰을 줄이도록 작용한다. 50 노트에서, 60 피트 길이 구조물이 1초에 버블 영역을 통과하여서, 에어 커튼이 헐과의 접촉을 유지하는 시간 양을 증가시키는 모든 것은 중요한 이점을 제공한다. 이에 따라, 버블이 헐과 접촉하는 데 보내는 시간이 1/10초만 증가해도, 부양성 관형 포일(BTF)에 대한 상당한 마찰 저감으로 된다.
다음은 에어 커튼이 헐에 대해 장기간에 걸쳐 유지될 수 있는 다양한 방법을 확인한다.
1. 상술한 바와 같이, 프로펠러 생성된 초공동화에 의해 및 옵션으로 헐을 통해 헐 둘레의 물의 흐름 내에 에어를 분사함으로써, 에어 스커트가 부양성 관형 포일(BTF)의 헐 둘레에 생성된다. 따라서, 본 발명의 일 형태에서, 헐에는, 헐의 밖으로 에어를 분사하여 프로펠러 생성식 초공동화 버블 스트림을 보충하기 위한 많은 에어 배출 구멍(405)이 설치된다. 이들 에어 배출 구멍(405)은 부양성 관형 포일(200)의 길이를 따라 수평으로 연장되어서, 에어 커튼이 실질적으로 BTF(200)의 헐의 실질적으로 전체 길이를 커버하는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 도 37 및 도 37a 내지 도 37c를 참조한다. 공기 배출 구멍(405)은 지주(300) 상에, 예를 들면 지주의 리딩 에지 상에도 설치될 수 있다(도 37, 도 37b 및 도 37c 참조).
2. 추가적으로, BTF(200)의 헐에는, 또한 복수의 수평으로 연장되는 에어 트랩 핀(410)이 설치된다. 에어 트랩 핀(410)은 헐의 길이 방향을 따라 기포의 채널을 형성하여 기포가 헐로부터 떨어져 나가는 움직임을 지체시킨다. 도 37 및 도 37a 내지 도 37c를 참조한다.
3. 필요할 경우, 에어 트랩 핀(410)은, 상승하는 버블이 굴곡된 경로를 추종하여 BTF의 헐로부터 빠져나가도록 강제하도록 하는 윤곽을 갖는다(도 37).
4. 필요할 경우, 에어 트랩 핀(410)은, BTF이 헐을 따른 버블 채널을 획정하도록 BTF의 헐 둘레에 나선형 구성으로 배치됨으로써, 채널을 따라 기포가 약화되는 BTF의 헐에 대해 기포를 트랩 및 속박시킬 수 있다.
5. 에어 트랩 핀(410)이 스칼럽(scallop) 형상 설계이어서, BTF의 헐을 따라 오목한 채널을 설치함으로써, BTF의 헐에 대해 공기를 유지할 수 있다.
6. 에어 트랩 핀(410)의 설치는 수중 헐의 둘레 주위에 수류의 경계를 마련하는 데 도움이 됨이 이해되어야 한다(도 37 및 도 37a 내지 도 37d). 이 수류 경계는 치밀한 바닷물(BTF로부터 이격됨)과 공기 및 물의 혼합물(BTF에 인접함) 사이에 연장되는 물 밀도 구배를 포함한다. 에어 트랩 핀(410)의 높이는 수류 경계층의 두께를 결정하는 데 도움이 된다. 에어 트랩 핀(410)의 높이는 헐의 길이에 따라 조정될 수 있고(예를 들면, 비례해서 또는 다른 방법으로), 예를 들면 짧은 헐에 대해서는 에어 트랩 핀이 짧아질 수 있고 긴 헐에 대해서는 에어 트랩 핀이 높아질 수 있다.
7. 에어 트랩 핀(410)은 헐의 길이의 일부에만 또는 헐의 길이 전체에 대해 있을 수 있고, 또한 모든 면에 걸쳐 반경 방향으로 분산될 수 있다(도 37a 및 도 37c).
8. 필요할 경우, 트랩 핀(410)은 BTF 헐의 하측의 저부 1/4 내지 1/2을 제외하고 반경 방향으로 분산될 수 있다(도 37 및 도 37d). 이 경우에, BTF의 헐 아래에 설치되는 에어 커튼은 더 빠르게 소멸되어서, 헐의 저부가 치밀한 물을 타게 하고, 헐의 나머지가 에어/물 버블 스트림에 싸이게 한다. 이 구성은, 크래프트의 아래(및 크래프트를 지지하는) 물이 상대적으로 에어가 없으므로, 크래프트의 무게 하에 실질적으로 가압 가능하지 않으므로, 크래프트에 대해 더 양호한 지지를 제공할 수 있다.
단일 프로펠러 공동화
본 발명의 대체 실시예에서, 이하 도 37e를 참조하면, 해양 베슬 프로펠러 시스템은 부양성 관형 포일(200)의 바우(bow)에 위치된 단일 프로펠러(415)를 구비한다. 프로펠러(415)는, 동작 중에, 프로펠러가, 부양성 관형 포일의 헐(hull)을 엔빌로프하는 초공동화된 물의 강한 스트림을 생성해서 후 방향으로 배출하도록 크기 및 구성으로 되며, 전술한 바와 같이 에어 트랩 핀이 또한 설치되는 것이 바람직하며, 부양성 관형 포일(BTF)(200)로부터 초공동화된 물의 즉각적인 누출을 방지하도록 동작한다. 재차, 본 명세서에서 전술한 바와 같이 스포일러, 또는 대안으로 도 37e에 나타낸 바와 같이 종래의 러더(420)(및 옵션으로, 플레인(425))에 의해 스티어링이 제공될 수 있다.
잠수함, 어뢰 및 무인 잠수 크래프트 실시예
상기에서는, 통상 승무원, 무기 및 탑재물(승객 포함)을 실어 나르는 커맨드 모듈(100), 부력, 추진력 및 스티어링을 제공하는 한 쌍의 부양성 관형 포일(BTF)(200), 및 BTF(200) 상에 커맨드 모듈(100)을 지지하는 한 쌍의 지주(300)를 구비하는 신규 선단 보호 공격 크래프트(5)가 개시되어 있다.
또한, 잠수 워터 크래프트(예를 들면, 잠수함, 어뢰, 무인 드론 등)의 헐로서, 부양성 관형 포일(BTF)(200)과 연관하여 통상적으로 상술한 종류의 단일 (부양성) 관형 헐을 사용하는, 잠수함 및/또는 어뢰 및/또는 무인 드론 등과 같이, 신규 잠수 워터 크래프트(이후, 때때로 비클 또는 베슬로서 칭하는 경우도 있으며, 용어 크래프트, 비클 및/또는 베슬이 상호 변경 가능함)을 제공하는 것도 본 발명의 범주 내이다. 본 발명의 목적을 위해서, 이러한 관형 헐은 부양성 관형 포일(BTF)인 것으로 간주될 수 있고, 본 명세서에서도 이와 같이 칭하는 경우도 있다.
본 발명의 일 형태에서는, 도 38을 참조하면, 관형 헐(즉, BTF)(435), 및 전술한 바와 같이 잠수함의 헐을 둘러싸는 에어 스커트(초공동화) 및 추진력을 제공하는 전방 견인 프로펠러(들)(440)를 구비하는 잠수함(430)이 제공된다. 재차, 잠수함을 위한 스티어링은 전술한 바와 같이 스포일러, 또는 대안으로 도 38에 나타낸 바와 같이 러더(420)(및 부가적으로 플레인(425))으로 제공될 수 있다.
제한이 아닌 예로서, 도 38a, 도 38b, 도 38c 및 도 38d를 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 신규 잠수함(500)이 도시되어 있다. 신규 잠수함(500)은 세계의 어느 해안선에 소규모 팀을 신속하고 은밀하게 전개하는데 고유하게 적합하다.
보다 구체적으로, 잠수함(500)은, 통상 상방으로 연장하는 전망탑(conning tower)(510)을 가지며, 조종석(515), 승무원 거주 구역(520), 엔진 룸(525), 및 연료(예를 들면, 연료 탱크 및/또는 연료 블래더 내 등, 도시생략) 및/또는 그 외의 화물(예를 들면, 무기)을 저장하는 영역(530)를 포함하는 관형 헐(즉, BTF)(505)을 구비한다.
잠수함(500)은, 또한, 전술한 바와 같이 잠수함의 헐을 둘러싸는 에어 스커트(초공동화) 및 추진력을 제공하는 전방 견인 프로펠러(들)(535), 및 전술한 바와 같이 스티어링을 제공하는 스포일러(540)를 구비한다. 바람직하게는, 한 쌍의 역회전 프로펠러(535)를 사용하고, 이 한 쌍의 역회전 프로펠러는, 잠수함이 그 길이방향 축 상에서 선회하도록 유도할 수 있는 임의의 회전력을 소거시키도록 배치된다. 또한, 잠수함(500)은, 프로펠러(들)(535) 바로 뒤에 배치되며, 도한 전망탑(510)의 전방 에지에 배치되어 유체(예를 들면, 기체 및/또는 저마찰 액체)를 잠수함으로부터 잠수함 부근의 물의 흐름 속에 배출시키는 노즐(545)을 구비하는 것이 바람직하며, 이에 따라 잠수함이 물에서 이동할 때의 마찰력을 더욱 감소시킨다. 또한, 잠수함(500)은, 예를 들면 잠수함이 저속으로 운용되는 동안에 잠수함에 대하여 추가적인 자세 제어를 제공하는 한 쌍의 수평 스테빌라이저(550)를 구비하는 것이 바람직하다. 수평 스테빌라이저(550)는, 잠수함이 고속으로 운행할 때에 마찰력의 감소를 위해 헐(505) 내에 집어넣을 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 형태에서는, 텔레스코핑 스노클(560)을 통해 흡기되는, 가스 터빈 엔진(555)은, 잠수함이 수면 위에서 운행하고 있거나 스노클이 기능하는 데 충분히 얕은 깊이로 운행하고 있을 때에 고속의 추진력을 위해 마련된다. 배터리(570)에 의해 전력이 공급되는 전동기(565)는, 잠수함이 스노클 깊이 아래로 잠수될 때 및/또는 잠수함이 "사일런트" 운행(예를 들면, 은밀한 운용을 위해)을 필요로 할 때 추진력을 위해 설치된다.
당 기술분야에서 공지된 종류의 밸러스트 탱크(도시하지 않음)가 물 속에서 잠수함의 부력을 조정하기 위해서 설치된다.
잠수함이 잠수하고 있는 동안에 다이버가 헐을 출입하는 것을 가능하게 하기 위해서 에어 로크(air lock)(575)가 헐(505) 내에 제공되는 것이 바람직하다. 대안으로, 에어 로크(도시하지 않음)는 상부 해치(580)를 통한 액세스를 위해 전망탑(510) 내에 제공될 수도 있다.
필요한 경우, 수륙양용 잠수함을 제공하기 위해서 접개들이 휠(585)이 제공될 수도 있다.
바람직한 하나의 사용 방식에서, 잠수함(500)은 텔레스코핑 스노클(560)을 통해 흡기되는 가스 터빈 엔진(555)에 의해 전력이 공급되어 고속으로 해양에서 주행한다. 이는, 헐(505)이 수면 아래에서 잠수하고 있는 동안에 전망탑(510)이 수면 위로 돌출하는 것으로 행할 수도 있지만, 잠수함이 스노클 깊이로 완전히 잠수하여 동작하는 것으로 행하는 것이 바람직하다. 잠수함의 헐을 둘러싸는 에어 스커트(초공동화)와 추진력 양쪽을 제공하는 전방 견인 프로펠러(들)(535), 및 스티어링을 제공하는 스포일러(540)가 고속의 동작을 실현하게 하며 효과적이다. 또한, 노즐(545)(프로펠러(들)(535) 바로 뒤에 배치되고, 또한 전망탑(510)의 전방 에지 상에 배치됨)은, 유체(예를 들면, 가스 및/또는 저마찰 액체)를 잠수함으로부터 잠수함 부근의 물의 흐름 속으로 배출시켜서, 잠수함이 물에서 이동할 때의 마찰을 더욱 감소시킨다. 이러한 고속의 운용 중에, 수평 스태빌라이저(550)는 마찰 감소를 위해 헐(505) 내에 집어넣는 것이 바람직하다.
발각을 피할 필요가 있는 경우, 잠수함은 스노클 깊이 아래로 잠수할 수 있고 배터리 전력으로 전환된다. 이는 통상 제한된 온보드 배터리 용량에 기인하여 제한된 운용 시간 및 저속의 동작 속도를 초래하지만, 잠수함이 실질적으로 조용히 운용되게 할 수 있다. 저속의 동작 속도로 동작할 때, 수평 스태빌라이저(550)는 자세 제어를 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
잠수함이 해안선에 접근(예를 들면, 소수 요원의 팀을 전개)하고자 할 때, 잠수함은 노이즈를 최소화하고 발각을 모면하도록 배터리 전력으로 운용될 수 있다.
요원은 잠수함이 잠수하는 동안에 에어 로크(575) 및/또는 상부 해치(580)를 통해 잠수함을 출입할 수 있다.
필요할 경우, 공지의 종류의 연료 전치에 의해 교체되거나, 및/또는 보완될 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서는, 이하 도 39를 참조하면, 어뢰(450)의 본체(445)와 같은 단일 관형 구조(BTF)는, 당 기술분야에서 공지되어 있는 바와 같이, 탄두(예를 들면, 뇌관 및 고성능 폭약)가 제공되어 있고, 부력(원하는 음의 부력을 포함함), 추진력 및 스티어링을 위해 제공된다. 보다 구체적으로, 본 발명의 이러한 형태에서, 부력은, 어뢰(450)의 본체(445) 내에 수용되어 있는 밸러스트 탱크에 의해 제공되는 것이 바람직하다. 추진력은, 전술한 종류의 적어도 하나의 전방 견인 프로펠러(455), 및 어뢰(450)의 본체(445) 내에 수용되어 있는 전동기(450)에 의해 제공되며, 전방 견인 프로펠러(들)(455)는 전술한 바와 같이, 물에서 어뢰의 이동 중에 어뢰(450)의 본체(445) 부근에 에어 스커트(초공동화)를 제공한다. 재차, 스티어링은 본 명세서에서 전술한 바와 같이 스포일러, 또는 대안으로 도 39에 나타낸 바와 같이 러더(420)(및 부가적으로 플레인(425))에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 형태에서는, 도 40을 참조하면, 본 발명에 따라 형성된 신규 무인 잠수 크래프트(600)가 도시되어 있다. 신규 무인 잠수 크래프트(600)는 상황을 가늠하기 위해서 비주얼, 전자(레이더 및 소나를 포함함) 및/또는 화학 데이터를 모을 필요가 있는 영역에 신속하고 은밀하게 진입하는데 매우 적합하다.
보다 구체적으로, 무인 잠수 크래프트(600)는, 통상 장비 영역(620), 엔진 룸(625), 및 연료(예를 들면, 연료 탱크 및/또는 연료 블래더 내 등, 도시생략) 및/또는 그 외의 화물(예를 들면, 무기)을 저장하는 영역(630)을 갖는 관형 헐(즉, BTF)(605)을 구비한다.
무인 잠수 크래프트(600)는, 또한 전술한 바와 같이 무인 잠수 크래프트의 헐을 둘러싸는 에어 스커트(초공동화) 및 추진력을 제공하는 전방 견인 프로펠러(들)(635), 및 전술한 바와 같이 스티어링을 제공하는 스포일러(640)를 구비한다. 바람직하게는, 한 쌍의 역회전 프로펠러(635)가 사용되며, 한 쌍의 역회전 프로펠러는 잠수함이 그 길이 방향의 축 상에서 선회하도록 유도할 수 있는 소정의 회전력을 소거하도록 배치된다. 또한, 무인 잠수 크래프트(600)는, 유체(예를 들면, 가스 및/또는 저마찰 액체)를 무인 잠수 크래프트로부터 무인 잠수 크래프트 부근의 물의 플로우 속으로 배출하는, 프로펠러(들)(635) 바로 뒤에 배치된 노즐(645)을 구비하는 것이 바람직하며, 이에 따라 무인 잠수 크래프트가 물에서 이동할 때에 마찰을 더욱 감소시킨다. 무인 잠수 크래프트(600)는, 또한 예를 들면 무인 잠수 크래프트가 저속으로 운용 중일 때에 무인 잠수 크래프트의 추가적인 자세 제어를 제공하는 한 쌍의 수평 스태빌라이저(650)(도 40에는 하나만 나타냄)를 구비하는 것이 바람직하다. 수평 스태빌라이저(650)는, 무인 잠수 크래프트가 고속으로 운행하고 있을 때에 마찰 감소를 위해서 헐(605) 내로 접어넣을 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 이러한 형태에서, 피벗 가능 접개들이 또는 텔레스코핑 스노클(660)을 통해 흡기되는 가스 터빈 엔진(655)은, 무인 잠수 크래프트가 스노클(660)이 기능하는 데 충분히 얕은 깊이로 또는 수면 위에서 운행하고 있을 때에 고속의 추진력을 위해 제공된다. 배터리(670)에 의해 전력 공급되는 전동기(665)는, 무인 잠수 크래프트가 스노클 깊이 아래에서 잠수하고 있을 때 및/또는 무인 잠수 크래프트가 "사일런트" 운행(예를 들면, 은밀한 운용을 위해서)을 필요로 할 때에 추진력을 위해 제공된다.
당 기술분야에서 공지된 밸러스트 탱크(도시하지 않음)는, 물 속의 무인 잠수 크래프트의 부력을 조정하기 위해서 제공된다.
무인 잠수 크래프트(600)는, 잠수 크래프트 부근의 영역에서 비주얼, 전자(레이더 및 소나) 및/또는 화학 데이터를 모을 수 있는 것을 의도하고 있다. 이는, 어느 환경에서는 수면 아래로부터 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터를 모으는 것을 포함할 수도 있지만, 통상적으로는 수면 위로부터 비주얼, 전자 및/화학 데이터를 모으는 것을 의미한다. 본 발명의 하나의 바람직한 형태에서는, 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터를 무인 잠수 크래프트가 잠수 상태로 머무르는 동안에 수면 위로부터 모아서 발각 가능성을 최소화한다. 이를 위해, 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서는, 무인 잠수 크래프트가 수면 아래에 머무르고 있는 동안에 무인 잠수 크래프트로부터 수면 위의 위치까지 전진되게 하는 것이 바람직하다. 이는, 스노클(660)이 그 전개된 조건에 있을 때에 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서가 수면 위로 돌출하도록 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서를 스노클(660)에 장착함으로써 행해질 수 있다. 또한, 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서는, 무인 잠수 크래프트가 수면 아래에서 머무르고 있는 동안에 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서가 수면으로 상승하도록 전개 챔버(675) 내에 수용된 부표(도시하지 않음) 또는 텔레스코핑 매스트에 장착될 수 있다. 상기한 것 외에도, 비주얼, 전자 및/또는 화학 센서는, 노즈콘(680) 및/또는 테일콘(685) 내에 장착되어, 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터가 무인 잠수 크래프트에 의해 모아질 수 있다.
하나의 바람직한 사용 방식에서는, 무인 잠수 크래프트(600)는, 텔레스코핑 스노클(660)을 통해 흡기되는 가스 터빈 엔진(655)에 의해 전력 공급되어 고속으로 해양을 주행한다. 이는, 무인 잠수 크래프트가 스노클 깊이로 완전히 잠수해서 동작하게 해준다. 무인 잠수 크래프트의 헐을 둘러싸는 에어 스커트(초공동화) 및 추진력 양쪽을 제공하는 전방 견인 프로펠러(들)(635), 및 스티어링을 제공하는 스포일러(640)가 고속의 동작을 실현하게 하며 효과적이다. 또한, 노즐(645)(프로펠러(들)(635) 바로 뒤에 배치됨)은, 유체(예를 들면, 가스 및/또는 저마찰 액체)를 무인 잠수 크래프트로부터 무인 잠수 크래프트 부근의 물의 플로우 속으로 배출시켜서, 무인 잠수 크래프트가 물에서 이동할 때의 마찰을 더욱 감소시킨다. 이러한 고속의 동작 중에, 수평 스태빌라이저(650)는 마찰 감소를 위해 헐(605) 내에 집어넣는 것이 바람직하다.
발각을 피할 필요가 있는 경우, 무인 잠수 크래프트(600)는 스노클 깊이 아래로 잠수할 수 있고 배터리 전력으로 전환된다. 이는 통상 제한된 온보드 배터리 용량에 기인하여 제한된 운용 시간 및 저속의 동작 속도를 초래하지만, 무인 잠수 크래프트가 실질적으로 조용히 운용되게 할 수 있다. 저속의 동작 속도로 동작할 때, 수평 스태빌라이저(550)가 자세 제어를 향상시키기 위해 사용될 수 있다.
대안으로, 및/또는 부가적으로, 무인 잠수 크래프트는 항공기에 의해 최종 목적지에 근접한 영역으로 운반되고 나서 항공기로부터 낙하될 수 있어, 무인 잠수 크래프트에 의해 주행되는 거리를 짧게 하여 스텔스 어프로치를 더욱 유지할 수 있다.
무인 잠수 크래프트는, 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터를 모으고자 하는 영역에 도달했을 때, 스노클 깊이까지 상승하여 배터리를 재충전하도록 가스 터빈 엔진(655) 하에서 운행할 때의 짧은 기간을 제외하고는, 배터리 전력 하에서 잠수해서 머무르고 운행하는 것이 바람직하다. 무인 잠수 크래프트가 잠수해서 머무르고 있으면, 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터를, 잠수 크래프트에 의해 운반되는 센서로, 예를 들면 전개 챔버(675)로부터 돌출된 부표(도시하지 않음) 또는 텔레스코핑 매스트(도시하지 않음)에 의해 센서를 표면까지 상승시켜서 수면 위로부터, 및/또는 노즈콘(680) 및/또는 테일콘(685)에 의해 운반되는 센서를 통해 수면 아래로부터 모은다.
대안으로, 및/또는 부가적으로, 무인 잠수 크래프트는 테일콘(685)이 수면 위로 돌출하도록 그 자체를 수직 방향으로(예를 들면, 도 41에 나타낸 방식으로) 재위치시켜서, 테일콘(685) 내의 센서가 비주얼, 전자 및/또는 화학 데이터를 수면 위로부터 취득하도록 사용될 수 있다.
그 후, 무인 잠수 크래프트에 의해 취득된 데이터는 당 기술분야에서 공지된 종래의 무선 송신에 의해 기지국으로 송신될 수 있다.
필요할 경우, 공지의 종류의 연료 전치에 의해 교체되거나, 및/또는 보완될 수 있다.
필요한 경우, 노즈콘(680), 및/또는 테일콘(685), 및/또는 헐(605)은 연료원(예를 들면, 수상 베슬, 잠수함, 원격 재급유선 등)으로부터 무인 잠수 크래프트의 재급유를 행할 수 있게 하는 부속품을 운반할 수 있다.
전방 견인 프로펠러 메커니즘
본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 전방 견인 프로펠러 메커니즘은, (i) 부양성 관형 포일(BTF)(200)(또는 다른 관형 구조)을 물에서 당기고, (ii) 트레일링 BTF(200)(또는 다른 관형 구조)를 둘러싸는 마찰 감소형 에어 커튼을 생성하도록 하는데 사용된다. 이와 같이, 동일한 요소(즉, 전방 견인 프로펠러 메커니즘)는 추진력 및 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼 양쪽을 동시에 제공하도록 하는데 사용된다. 상기한 바와 같이, 이들 형태 각각은, (i) 전방 견인 프로펠러 메커니즘이 영향을 받지 않은 물과 만나고, 및 (ii) 전방 견인 프로펠러 메커니즘이 BTF(200)(또는 다른 관형 구조)가 물에서 이동할 때에 헐 마찰을 감소시키는 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼을 제공하는 것에 의해, 상당한 추진 효율의 향상을 제공한다. 고유하게, 전방 견인 프로펠러 메커니즘은 이들 양 기능을 동시에 제공하도록 하는데 사용된다.
중요하게는, BTF(200)(또는 다른 관형 구조)가 SWATH 수상 베슬의 일부이거나, 잠수함 또는 다른 잠수 베슬의 헐이거나, 어뢰나 무인 드론 등의 잠수 가능 비클의 다른 형태의 동체인지에 상관없이 동일한 어프로치가 사용된다. 즉, 본 발명의 바람직한 형태에 따르면, 전방 견인 프로펠러 메커니즘은, 전방 견인 프로펠러 메커니즘을 트레일링하는 세장형 헐 구조(즉, BTF(200) 또는 다른 관형 구조)를 위해서 그 이중 기능(즉, 추진력 및 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼)을 동시에 제공한다. 이와 같이, 세장형 헐 구조는 효율적으로 상당히 증가된 속도로 물에서 이동하게 된다.
전방 견인 프로펠러 메커니즘은 효율적인 추진력 및 효율적인 에어 커튼 생성 양쪽을 위해서 구성(예를 들면, 블레이드 형상, 블레이드 크기, 채용된 블레이드 수, 2개 이상의 블레이드가 제공된 경우의 블레이드의 역회전, 등)되고 동작(예를 들면, 블레이드 회전 속도 등)되는 것이 중요함을 알 수 있다. 이 후자의 측면에서, 프로펠러 메커니즘은 트레일링 헐 구조(예를 들면, BTF(200))의 모든(또는 실질적으로 모든) 둘레를 둘러싸도록 상당한 크기 및 양의 에어 커튼을 생성해야만 하는 것을 알 수 있다. 이러한 측면에서, 모든 전방 견인 프로펠러 메커니즘이 본 발명에서 필요로 하는 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼을 생성하는 것이 아님을 알 수 있다. 한정은 아니지만 예에 따르면, 비교적 저속으로 회전하는 프로펠러는 최소의 초공동화 기능(노이즈 감소에 우선도를 줄 수 있는 탄도 미사일 잠수함 등의 원하는 디자인 특성일 수 있음)을 생성할 것이다. 한정은 아니지만, 다른 예에 따르면, 비교적 작은 프로펠러가 버블 스트림을 만들어낼 수 있지만, 버블 스트림은 트레일링 헐 구조의 둘레를 둘러싸기에 충분히 크지 않아 트레일링 헐 구조의 외면에 관하여 원하는 에어 커튼을 제공할 수 있다. 이와 같이, 트레일링 헐 구조를 위해서 원하는 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼을 제공하기 위해서는, 전방 견인 프로펠러 메커니즘의 구성(예를 들면, 블레이드 형상, 블레이드 크기, 채용된 블레이드 수, 2개 이상의 블레이드가 제공된 경우의 블레이드의 역회전, 등) 및 전방 견인 프로펠러 메커니즘의 동작(예를 들면, 블레이드 회전 속도 등)에 대하여 주의해야만 함을 알 수 있다. 적절한 설계 및 동작 파라미터들은 본 개시의 관점에서 당 기술분야의 숙련자에게는 명백할 것이다.
본 발명의 하나의 바람직한 형태에서, 전방 견인 프로펠러 메커니즘은, 추진력 및 초공동화 마찰 감소형 에어 커튼 양쪽을 효율적으로 제공하도록 한 쌍의 역회전 프로펠러를 구비하며, 그 프로펠러는 트레일링 BTF의 직경의 약 33 퍼센트 내지 약 90 퍼센트의 직경, 가장 바람직하게는 트레일링 BTF(200)(또는 다른 관형 구조)의 직경의 약 66 퍼센트의 직경, 및 약 2000 rpm 내지 약 3500 rpm의 회전속도, 가장 바람직하게는 약 3000 rpm의 회전 속도를 갖는다.
비군사적 및 민간적인 적용
상기한 설명에서는, 공격 크래프트(5)가 군사용으로 사용하는 맥락으로 설명되어 있다. 그러나, 공격 크래프트(5)는 보안용(예를 들면, 치안, 출입국 관리, 마약 단속 목적용), 공공 안전용(예를 들면, 해상 구조), 고속 수상 텍시용, 개인 소유의 유람선 등의 비군사적인 다른 적용에 사용될 수도 있음을 알 수 있다.
바람직한 실시예의 변형
본 발명의 본질을 설명하기 위해 본 명세서에 기술되고 도시되어 있는 상세, 머터리얼, 스텝 및 파트의 배열에 대하여, 본 발명의 원리 및 범주 내에 있어서 당 기술분야의 숙련자에 의해 다양한 추가 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 할 것이다.

Claims (21)

  1. 잠수 베슬(submersible vessel)로서,
    세장형 헐(elongated hull); 및
    상기 헐의 전방 단부에 장착되며 상기 헐을 물에서 이동시키는데 적합한 적어도 하나의 프로펠러
    를 구비하고,
    상기 적어도 하나의 프로펠러는, 적절한 속도로 회전할 때, 상기 헐의 외면 상의 마찰을 줄이고 높은 수중 속도를 가능하게 하기 위해서 상기 적어도 하나의 프로펠러로부터 그 뒤로 상기 헐의 외면을 따라 흐르는 초공동화된(super-cavitated) 물을 발생시키도록 하는 크기 및 구성의 것인 잠수 베슬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로펠러는 상기 헐 둘레에 초공동화된 물의 에어 스커트(air skirt)를 생성하는 잠수 베슬.
  3. 제1항에 있어서,
    리딩(leading) 프로펠러 및 트레일링(trailing) 프로펠러를 구비하며, 상기 리딩 프로펠러 및 상기 트레일링 프로펠러는 반대 방향으로 회전하는 잠수 베슬.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 프로펠러를 구동하기 위한 한 쌍의 전원을 더 구비하며, 상기 한 쌍의 전원은 대기 소모(atmosphere-consuming) 엔진 및 비대기 소모 엔진을 구비하는 잠수 베슬.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 대기 소모 엔진은 스노클을 통해 흡기되는 잠수 베슬.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 대기 소모 엔진은 가스 터빈 엔진을 구비하는 잠수 베슬.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 비대기 소모 엔진은 전동기를 구비하고, 상기 잠수 베슬은 상기 전동기를 구동하기 위한 적어도 하나의 배터리를 구비하는 잠수 베슬.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 비대기 소모 엔진은 전동기를 구비하고, 상기 잠수 베슬은 상기 전동기를 구동하기 위한 연료 전지를 구비하는 잠수 베슬.
  9. 제1항에 있어서,
    잠수 베슬이 물에서 이동할 때에 상기 잠수 베슬을 스티어링(steering)하기 위해서 헐에 장착된 복수의 스포일러(spoiler)를 더 구비하는 잠수 베슬.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 각각의 스포일러는 선내 위치와 선외 위치 사이에서 가동되는 플레이트를 포함하고, (i) 상기 선내 위치에서, 상기 플레이트는 상기 헐의 표면과 실질적으로 정렬되며, (ii) 상기 선외 위치에서, 상기 플레이트는 상기 헐의 표면을 따라 흐르는 물쪽으로 돌출해서 물을 편향시키는 잠수 베슬.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스포일러 각각은 상기 스포일러의 선단에서 상기 헐에 피벗 가능하게 부착되는 잠수 베슬.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 스포일러 중 일부는 상기 헐의 선단에 배치되며, 상기 스포일러 중 일부는 상기 헐의 후단에 배치되는 잠수 베슬.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 스포일러 중 적어도 일부는 상기 잠수 베슬의 좌우방향(side-to-side) 스티어링을 제어하도록 상기 헐에 배치되는 잠수 베슬.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 스포일러 중 적어도 일부는 상기 잠수 베슬의 상하방향(up-and-down) 자세를 제어하도록 상기 헐에 배치되는 잠수 베슬.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 헐 내에 배치된 마찰 감소(friction-reducing) 유체를 더 구비하며, 상기 마찰 감소 유체는 상기 헐의 표면 상의 항력(drag)을 감소시키기 위해서 상기 헐의 적어도 일부를 상기 마찰 감소 유체로 캡슐화하도록 상기 적어도 하나의 프로펠러의 바로 뒤에 배치할 수 있는 잠수 베슬.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 잠수 베슬은 잠수함을 포함하는 잠수 베슬.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 헐은 전망탑(conning tower)을 포함하는 잠수 베슬.
  18. 상기 헐은 에어 로크(air lock)를 구비하는 잠수 베슬.
  19. 제1항에 있어서,
    잠수 비클(submersible vehicle)은 무인 잠수 크래프트를 구비하는 잠수 베슬.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 헐은 센서를 갖는 테일콘(tail cone)을 구비하며, 상기 잠수 베슬은 상기 테일콜이 수면 위로 돌출하도록 상기 잠수 베슬을 수평 방향으로부터 수직 방향으로 재위치시키도록 구성되는 잠수 베슬.
  21. 물에서 이동시키기 위한 방법으로서,
    세장형 헐; 및
    상기 헐의 전방 단부에 장착되며 상기 헐을 물에서 이동시키게 되는 적어도 하나의 프로펠러를 구비하는 잠수 베슬을 제공하는 단계로서, 상기 적어도 하나의 프로펠러는, 적절한 속도로 회전할 때, 상기 헐의 외면 상의 마찰을 줄이고 높은 수중 속도를 가능하게 하기 위해서 상기 적어도 하나의 프로펠러로부터 그 뒤로 상기 헐의 외면을 따라 흐르는 초공동화된 물을 발생시키도록 하는 크기 및 구성의 잠수 베슬을 제공하는 단계;
    상기 세장형 헐의 적어도 일부를 잠수시키는 단계; 및
    상기 잠수 베슬을 물에서 이동시키도록 상기 적어도 하나의 프로펠러를 회전시키는 단계
    를 포함하는 물에서 이동시키기 위한 방법.
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