KR20180011913A - 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정 - Google Patents

덕트형 선체 형상을 가진 잠수정 Download PDF

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서울과학기술대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정은, 양단이 관통된 실린더 형상으로서 유선형 외주면을 갖는 선체; 및 선체의 중심축 방향으로 추진력을 제공하도록 선체의 내주면에 설치되는 추진부; 를 구비하며, 내주면의 선수측 내경과 내주면의 선미측 내경이 서로 다른 것을 특징으로 한다. 본 발명의 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정에 따르면, 수중 이동시 선체의 유체 저항을 최소화시키는 동시에 추진력을 최대화시켜 수중 이동 효율이 개선된, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정이 제공될 수 있는 효과가 있다.

Description

덕트형 선체 형상을 가진 잠수정{AN UNDERWATER VEHICLE HAVING A DUCT TYPE HULL SHAPE}
본 발명은 잠수정의 선체 형상에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동시 물의 저항력을 최소화시키는 동시에 추진력을 최대화시킬 수 있는 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정에 관한 것이다.
AUV(Autonomous Underwater Vehicle)는 조종 및 통신, 전원 공급을 위한 케이블이 없어 넓은 운용 범위를 가지는 자율 무인 잠수정으로 정의할 수 있다. AUV가 효율적인 추진 시스템을 가지기 위해 선체의 저항이 최소화되고 추진력이 최대가 되도록 설계되어야 한다. 유선형상은 유체 저항을 최소화하고 에너지 효율을 높여 원거리 장시간 운용을 가능하게 한다. 덕트형 AUV는 수중에서 동체의 길이가 짧아 작은 회전반경을 가지고 관통홀 내부로 유입된 유체의 대부분이 방향타에 작용하여 이동 효율이 좋다.
본 발명은 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정에 관한 것이다.
특허문헌 1(대한민국 등록특허 제10-1344718호)은 잠수가능한 운송체에 관한 것으로서, 본 발명과 같은, 선체의 유체 저항을 최소화시키는 동시에, 추진력을 최대화시켜 이동 효율을 개선시킬 수 있는 덕트형 선체의 형상에 대해서는 개시되어 있지 않다.
대한민국 등록특허 제10-1344718호 (2013년 12월 18일 등록, 발명의 명칭: 잠수가능한 운송체)
본 발명의 일 목적은, 수중 이동시 선체의 유체 저항을 최소화시키는 동시에, 추진력을 최대화시켜 이동 효율을 개선시킨, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명이 "해결하고자 하는 과제"는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 본 발명이 "해결하고자 하는 과제"의 해결 수단으로서,
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정은,
양단이 관통된 실린더 형상으로서 유선형 외주면을 갖는 선체; 및 선체의 중심축 방향으로 추진력을 제공하도록 선체의 내주면에 설치되는 추진부; 를 구비하며, 내주면의 선수측 내경과 내주면의 선미측 내경이 서로 다른 것을 특징으로 한다.
또한, 선체의 유선형 외주면 중 선수부의 외주면 형상은 하기 수학식 1을 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는 실시예를 더 포함한다.
[수학식 1]
Figure pat00001
(상기 수학식 1에서, r 은 덕트형 선체의 반경, D는 덕트형 선체의 직경, x 는 덕트형 선체의 길이, A 는 덕트형 선체의 선수부 길이, n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다. 또한, r 은 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
또한, 선체의 유선형 외주면 중 선미부의 외주면 형상은 하기 수학식 2를 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는 실시예를 더 포함한다.
[수학식 2]
Figure pat00002
(상기 수학식 2에서, r 은 덕트형 선체의 반경, D는 덕트형 선체의 직경, A는 덕트형 선체의 선수부 길이, B는 덕트형 선체의 중앙부 길이(덕트형 선체는 중앙부가 없으므로, 0으로 가정함),
Figure pat00003
는 덕트형 선체의 선미부 단부의 내주면과 외주면이 이루는 초기각도, x 는 덕트형 선체의 길이, n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다. 또한, r 은 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
또한, 선체는 코르트 노즐 형상으로서, 내주면의 내경은 선수측에서 선미측으로 갈수록 점차 작아지는 것을 특징으로 하는 실시예를 더 포함한다.
또한, 선체의 내주면과, 선체의 중심축에 평행한 가상의 선이 교차되어 이루는 각도 중 작은 각도는 1도인 것을 특징으로 하는 실시예를 더 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시하는 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.
이상과 같은 구성을 갖는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 수중 이동시 선체의 유체 저항을 최소화시키는, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정이 제공될 수 있다.
또한, 이상과 같은 구성을 갖는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 추진력을 최대화시켜 수중 이동 효율이 개선된, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정이 제공될 수 있다.
도 1은, 선체 형상 설계를 위한 마이어링 선체 형상 식이 적용되는 어뢰형상 선체의 단면도이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 나타낸 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 전산유체역학 해석과 경험값의 비교를 나타낸 그래프이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 제1 시뮬레이션의 S/N 비를 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 제2 시뮬레이션의 S/N 비를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 종래의 코르트 노즐(Kort nozzle)이 적용된 추진체 예를 나타낸 단면도이다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 코르트 노즐(Kort nozzle) 형태를 포함하는 덕트형 선체 형상을 나타낸 단면도이다.
도 8은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 코르트 노즐(Kort nozzle) 형태를 포함하는 덕트형 선체 중 코르트 노즐의 각도 조정을 나타낸 단면도이다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 회전각도에 따른 소비 전력을 나타낸 그래프이다.
도 10은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 일부 도면들이다.
도 11은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 투시사시도이다.
도 12는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품을 촬영한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.
도 1은, 선체 형상 설계를 위한 마이어링 선체 형상 식이 적용되는 어뢰형상의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 어뢰형상(torpedo type)이 선수부(a), 중간부(b), 선미부(c)로 구획되어 도시되어 있다.
마이어링(Myring. D. F.)은 어뢰형상(torpedo type)의 수중 이동체에서 길이와 최대직경의 비에 대하여 최소의 저항계수를 가지는 선형방정식인 마이어링 선체 형상 식(Myring hull profile equations)을 세웠다. 본 발명 잠수정의 덕트형 선체형상의 최적설계를 위해 마이어링 선체 형상 식을 활용하였다. 상기 마이어링 선체 형상 식을 활용하여 얻은, 수학식 1 및 수학식 2는 도 2를 참조하여 후술하겠다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 덕트형 선체 형상(ducted type hull profile)이 선수부, 선미부로 구획되어 도시되어 있다.
도 2에서, 선수부의 부호 A는 덕트형 선체의 선수부 길이를 의미하고, 선미부의 부호 C는 덕트형 선체의 선미부 길이를 의미하며, 부호 D는 덕트형 선체의 직경을 의미한다.
또한, x는 덕트형 선체의 길이로서 A와 C의 합과 같은 값을 가진다.
또한,
Figure pat00004
는 덕트형 선체의 선미부 초기각도로서, 선미부 중 선체의 내주면(덕트)과 선체의 외주면이 만나서 이루는 각도를 의미한다.
그리고, X는 덕트형 선체의 중심축을 의미한다.
여기에서, 덕트형 선체의 선수부 반경과 각 인자들의 관계는 하기 수학식 1과 같이 표현된다.
[수학식 1]
Figure pat00005
(상기 수학식 1에서, r 은 덕트형 선체의 반경, D 는 덕트형 선체의 직경, x 는 덕트형 선체의 길이, A 는 덕트형 선체의 선수부 길이, n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다. 또한, r 은 덕트형 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
또한, 덕트형 선체의 선미부 반경과 각 인자들의 관계는 하기 수학식 2와 같이 표현된다.
[수학식 2]
Figure pat00006
(상기 수학식 2에서, r 은 덕트형 선체의 반경, D 는 덕트형 선체의 직경, A 는 덕트형 선체의 선수부 길이, B 는 덕트형 선체의 중앙부 길이,
Figure pat00007
는 덕트형 선체의 선미부 단부의 내주면과 외주면이 이루는 초기각도, x 는 덕트형 선체의 길이, n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다. 또한, r 은 덕트형 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
상기 수학식 2에서 B 는 선체의 중앙부 길이를 의미하나, 본 발명의 덕트형 선체의 형상은 선수부와 선미부로만 구획 및 구분되는 바, 상기 수학식 2에서 B 값은 0으로 가정된다.
또한, 최적화된 A, n,
Figure pat00008
값을 확인하기 위하여, 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics) 해석 및 다구치 방법(Taguchi method)을 이용한다.
전산유체역학 해석을 위해서는 ANSYS Fluent 12.1 버전을 이용하였다.
본 발명의 덕트형 선체는 선수부 및 선미부의 2 부분으로 구획 및 구분되는 유선형상이기 때문에 B 값을 0으로 가정하였고, 최대 반경에 해당하는 D는 16.78 cm로 고정하여 전체적인 부피를 제한하였다. 여기에서, D 값이 16.78 cm로 고정되는 이유는 시제품 제작을 위한 치수이기 때문이다. 본 발명의 실시에 있어서는 반드시 이와 같은 치수로 고정할 필요가 없음을 잘 이해하여야 할 것이다.
A/B/n/θ/D 중 CD 값에 영향을 주는 인자로 도 2와 같이 선수부 길이 A, 곡률을 결정하는 차수 n, 선미부의 초기각도를 결정하는 θ°, 총 3 인자(A/n/θ)를 선택하였다. 기존에 개발되었던 덕트형 선체 모델의 3인자 값(A/n/θ=37/1.2/24)을 기준으로 5 가지 수준으로 나누었고 각각의 인자에 따른 영향을 고려하여 하기 표 1과 같이 인자와 수준을 선정하였다.
[표 1]
Figure pat00009
전산유체역학 해석 결과값이 실제로 타당한지 알아보기 위해서 전산유체역학 해석으로 출력한 값과 실제 실험결과 값을 비교해 유효성을 검증할 필요가 있다. 실린더 형상에서 Re 수(레이놀즈 수)에 따른 CD의 실험값과 전산유체역학 해석값을 비교하였다. 그 결과 도 3과 같이 k-epsilon 난류모델과 에너지를 고려하지 않은 경계조건에서 실험값과 가장 유사한 경향을 보임을 확인할 수 있었다.
또한, 실험계획법 중 실험횟수를 최소화하고 해석결과를 S/N 비로 변환하여 제어인자들이 결과에 주는 영향을 쉽게 파악할 수 있는 다구치 방법을 Minitab16 을 사용하여 적용하였다. 총 125 번의 실험 중 효과적인 수준과 인자의 조합으로 25 회의 해석을 진행하였다. 결과 값이 작을수록 높은 S/N 비를 가지는 망소특성을 적용하였고 1 차 해석에서 얻어진 S/N 비 그래프의 경향을 분석해 CD 값이 더 작아질 가능성이 높은 새로운 5 수준으로 나누어 2 차 해석을 실시하였다. 여기에서, 망소특성이란 품질특성이 음이 아닌 임의의 값으로 작을수록 좋은 특성을 의미한다.
이때, 다구치 방법을 이용한 1 차, 2 차 시뮬레이션 결과를 각각 도 4 및 도 5에 나타내었다. 1 차 실험 결과 A는 40.0 (cm) 이상, n 은 1.0, θ는 29.0°부근에 더 좋은 망소특성이 기대되어 각 부근을 5 수준으로 나누어 2 차 시뮬레이션을 진행하였다.
시행결과, A 값은 40.0~43.0 (cm) 사이에서, θ 값과 n 값은 각각 29.0°와 1.07 부근에서 가장 좋은 망소특성을 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 그래프 분석결과 곡률과 관련된 n 값이 변할 때 CD 값에 가장 큰 영향을 미치는 것을 확인할 수 있었다. 시뮬레이션을 통해 n 값 및 A, θ를 최적화하여 하기 표 2와 같이 44/1.07/28.2 인 최적설계 모델을 구하였다. 이는 기존 모델에서 제시된 37/1.2/24 모델에 비해 CD 값이 12.47% 감소하였음을 확인하였다.
[표 2]
Figure pat00010
또한, 상기 수학식 2 이하 상기 표 2 사이의 기재에 있어서, '44/1.07/28.2' 또는 '37/1.2/24' 등과 같이 3 개의 수치들을 '/'로 구분하여 기재된 것들은 각 수치에 따르는 단위를 생략한 기재로서, '44/1.07/28.2' 및 '37/1.2/24'는 각각 '44(cm)/1.07/28.2°' 및 '37(cm)/1.2/24°'로 이해하여야 할 것이다.
도 6은, 종래 추진체에 코르트 노즐(Kort nozzle)이 적용된 예를 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 우측으로부터 좌측으로 표시된 선 및 상기 선의 좌측 끝에 표시된 화살표는 물의 흐름 및 그 방향을 나타낸 것이다.
도면을 따르면, 추진체의 중앙 단부에 프로펠러가 설치되고, 코르트 노즐은 상기 프로펠러 주위를 감싸고 있다. 이때, 상기 추진체의 진행방향은 우측이다.
도면을 통하여 알 수 있듯이, 코르트 노즐은 진행방향에 따라, 우측 단부 입구 부분의 직경이 좌측 단부 출구 부분의 직경보다 크다. 코르트 노즐은 우측에서 좌측으로 갈수록, 즉 진행방향을 기준으로 입구에서 출구로 갈수록 그 직경이 좁아지는 형태를 가지고 있다.
이때, 상술한 바와 같은 코르트 노즐의 형상으로 인하여, 유체가 이동하는 경로의 단면적이 작아지면 베르누이 법칙에 따라 압력강하가 생기는 벤츄리 효과(Ventury effect)가 생기고, 이로 인하여 프로펠러로 인한 추진력이 최대화될 수 있게 된다.
도 7은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 코르트 노즐(Kort nozzle) 형태를 포함하는 덕트형 선체 형상을 나타낸 단면도이다.
도 7을 참조하면, 코르트 노즐 형태를 포함하는 덕트형 선체 형상은, X로 표시된 선체의 중심 부분에 덕트를 포함하고 있으며, 전진 시의 진행 방향은 좌측이다.
도시된 바와 같이, 상기 덕트의 직경은 선체의 좌측 단부에서 가장 크고, 우측 단부에서 가장 작다. 즉, 덕트의 직경은 선수에서 선미로 갈수록 좁아지는 형상을 가지고 있으며, 이런 선체의 내주면 덕트의 형상과 도 2를 참조하여 설명한 선체의 외주면 형상을 감안할 때, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 덕트형 선체 형상은 코르트 노즐 형상을 가지고 있음을 알 수 있다.
또한, 상기 선체의 내주면 덕트에 선체에 추진력 주기 위한 추진부가 설치되며, 추진부로서는, 모터 및 프로펠러 등이 사용될 수 있다. 도 7에는 추진부가 도시되지 않았다.
또한, 선체의 덕트 내주면의 형상을 정하기 위하여, 덕트형 선체의 단면적 형상을 0.5°간격으로 회전시켜가며 각도별로 10 회 정도씩 시뮬레이션을 진행하였다. 상술한 바와 같이 덕트형 선체의 단면적 형상을 회전시킴에 있어서, 상기 회전의 방향은 도 8을 참조하면 된다.
또한, 시뮬레이션 결과 도 9의 그래프에 나타난 바와 같이, 1°정도 회전했을 때 외형 최적설계만 한 덕트형 선체보다 추가로 23.16%의 소비전력이 감소하였다. 이 수치는 단순히 벤츄리 효과만 고려한 실험보다 약 3 배 정도 높은 수치인데 이를 통해 코르트 노즐 형상이 개발중인 잠수정의 덕트형 선체에 적합한 모형이라는 것을 확인하였다.
또한, 도 7의 단면도에 도시되어 있는
Figure pat00011
는 선체의 내주면 덕트의 기울기를 나타내는 각도이다. 이때, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 덕트형 선체 형상에서는, 상기
Figure pat00012
의 각도가 1°인 경우에 상기 추진부에서 발생되는 추진력이 최대화될 수 있다.
여기에서, 상기
Figure pat00013
의 각도를 1°라고 하는 것은, 상기 덕트 즉, 선체의 내주면과 상기 선체의 중심축에 평행한 가상의 선이 교차되어 이루는 각도 중 작은 각도가 1°임을 의미한다. 이때, 상기
Figure pat00014
가 어느 부분의 각도를 의미하는지는 상술한 바와 같은 문언적 표현만을 읽는 것 보다, 도 7과 같은 도면을 함께 참조하는 것이 더 빠르고 정확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 10은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 일부 도면들이다.
상기 도 10은 도 10(a) 내지 도 10(e)의 도면들을 함께 지시하는 표현이다.
도 10(a)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 선체의 우측단면도가 나타나 있으며, 선체의 중간 부근에 모터 및 모터 지지부가 설치됨을 알 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 선체의 정면도가 나타나 있으며, 선체의 중앙 또는 중앙 부근에 덕트가 형성되고 상기 덕트의 내부에 모터 및 모터 지지부가 설치됨을 알 수 있다.
도 10(c)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 선체의 정면 방향 단면도가 나타나 있으며, 선체의 내부에 상기 모터를 구동시키기 위한 배터리 및 제어부 등이 구비됨을 알 수 있다.
도 10(d)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 선체의 좌측면도가 나타나 있으며, 도면을 기준으로 좌측단부에 직선으로 표시된 부분과 우측단부에 직선으로 표시된 부분을 통하여, 선체에 포함된 덕트의 직경이 좌에서 우로 갈수록 좁아짐을 짐작할 수 있다.
도 10(e)를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 선체의 사시도가 나타나 있으며, 이때, 선체의 덕트 내부에는 모터가 설치되고 프로펠러는 설치되지 않은 상태이다.
도 11은, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품에 대한 설계도 중 투시사시도이다.
도 11을 참조하면, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품(100) 내부에는 모터를 구동시키기 위한 배터리 및 제어부 등 여러가지 부품들이 설치됨을 알 수 있다.
도 12는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품을 촬영한 사진이다.
도 12를 참조하면, 덕트형 선체 형상을 가진 잠수정의 시제품(100)을 물에서 꺼내 실내에 놓아둔 상태로서, 상기 시제품(100)의 실시예에서는 프로펠러가 덕트의 입구 부근에 배치되어 있음을 알 수 있다.
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.
a : 어뢰형상 선체의 선수부 길이
b : 어뢰형상 선체의 중간부 길이
c : 어뢰형상 선체의 선미부 길이
d : 어뢰형상 선체의 직경
r : 어뢰형상 선체의 반경
x : 덕트형 선체의 길이
A : 덕트형 선체의 선수부 길이
C : 덕트형 선체의 선미부 길이
D : 덕트형 선체의 직경
X : 덕트형 선체의 중심축

Claims (5)

  1. 양단이 관통된 실린더 형상으로서 유선형 외주면을 갖는 선체; 및
    상기 선체의 중심축 방향으로 추진력을 제공하도록 상기 선체의 내주면에 설치되는 추진부;
    를 구비하며,
    상기 내주면의 선수부 내경과 상기 내주면의 선미부 내경이 서로 다른 것을 특징으로 하는,
    덕트형 선체 형상을 가진 잠수정.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 선체의 유선형 외주면 중 선수부의 외주면 형상 및 관련 수치들은 하기 수학식 1을 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    덕트형 선체 형상을 가진 잠수정:
    [수학식 1]
    Figure pat00015

    (상기 수학식 1에서,
    r 은 덕트형 선체의 반경,
    D 는 덕트형 선체의 직경,
    x 는 덕트형 선체의 길이,
    A 는 덕트형 선체의 선수부 길이,
    n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다.
    또한, r 은 덕트형 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 선체의 유선형 외주면 중 선미부의 외주면 형상 및 관련 치수는 하기 수학식 2를 통하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    덕트형 선체 형상을 가진 잠수정:
    [수학식 2]
    Figure pat00016

    (상기 수학식 2에서,
    r 은 덕트형 선체의 반경,
    D 는 덕트형 선체의 직경,
    A 는 덕트형 선체의 선수부 길이,
    B 는 덕트형 선체의 중앙부 길이(덕트형 선체는 중앙부가 없으므로, 0으로 가정함),
    Figure pat00017
    는 덕트형 선체의 선미부 단부의 내주면과 외주면이 이루는 각도,
    x 는 덕트형 선체의 길이,
    n 은 덕트형 선체 외주면의 곡률을 결정하는 차수를 나타낸다.
    또한, r 은 덕트형 선체의 덕트 내주면에서 선체의 외주면 까지의 거리로 정의된다.)
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 선체는 코르트 노즐 형상으로서,
    상기 내주면의 내경은 선수부에서 선미부로 갈수록 점차 작아지는 것을 특징으로 하는,
    덕트형 선체 형상을 가진 잠수정.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 선체의 내주면과,
    상기 선체의 중심축에 평행한 가상의 선이
    교차되어 이루는 각도 중 작은 각도는 1도인 것을 특징으로 하는,
    덕트형 선체 형상을 가진 잠수정.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200030281A (ko) * 2018-09-12 2020-03-20 서울과학기술대학교 산학협력단 수중 이동체
KR102526399B1 (ko) 2021-10-20 2023-04-27 한국세라믹기술원 섬유강화 복합재 및 이를 이용한 반잠수정용 선체 제조방법

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