KR20180026123A - 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피예인물(10)을 예인하는 장치에 있어서: 추력기(21)와 부력조절기(22)로 수중에서 이동하며 피예인물(10)에 예인력를 발생하는 잠수체(20); 및 상기 잠수체(20)의 이동과 예인을 제어하는 제어수단(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 파도/바람의 영향을 받지 않을 뿐더러 예인추력 효율이 좋고, 사고 위험을 감소하며, 추력 및 방향을 최적화하여 예인 연료비 절감하는 효과를 나타낸다.

Description

무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치{Towing apparatus using independent unmanned underwater vehicle}

본 발명은 예인장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 해양구조물과 같은 대상물을 수중 예인 방식으로 목적지에 이동시키기 위한 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치에 관한 것이다.

해양구조물의 이동, 설치 및 근해 선박의 접안을 위해, 여러 대의 예인선(터그)을 본선에 로프로 연결하여 예인하게 된다. 그리나 예인선 사용시, 바람/파도의 영향으로 예인선 동요 및 자체 위치유지를 위한 추력 사용이 불가피 하여, 최대 40%까지 예인추력(BP) 효율이 감소할 수 있다. 또한 높은 파도에는 예인을 하지 못해 기간 지연이 발생할 수 있다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로서 한국 등록특허공보 제1026187호(선행문헌 1), 한국 공개특허공보 제2015-0093152호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 예인선에 의해 예인 중인 부유체의 위치 및 기울기와 예인삭의 장력을 각각 측정하고 그 측정 결과를 모니터링할 수 있도록 출력하고, 타 예인선과 그 측정 결과를 송/수신하면서 감시 및 제어할 수 있도록 제안한다. 이에, 다수의 예인선과 부유체와 예인삭의 실시간 감시로 안전성을 높이고자 한다.

이는 다수로 투입되는 예인선 간의 안전성을 제고할 수 있으나 근본적으로 의 예인 과정에서 파도/바람의 영향을 축소하기에 미흡하다.

선행문헌 2는 모니터링 조종석이 구비된 전망탑과 예인 시스템을 포함하는 수중 이동체에 관한 것으로, 상기 예인 시스템은 수중 이동체의 모니터링 조종석에서 접근할 수 있는 예인 라인의 연결/분리 위치와 잠수함 전방의 예인 위치 사이에서 연장되는 슬랙라인 형태의 수단을 포함한다. 이에, 운송 예인 및 비상 예인 상황과 같은 다양한 상황에서 사용되는 효과를 기대한다.

이는 예인 과정에서 파도/바람의 영향을 축소하기에 유리하지만 해양구조물과 같은 특정 대상물의 예인을 위한 구체적 기술 사항을 제시하지 않는다.

1. 한국 등록특허공보 제1026187호 "예인선의 부유체 예인 제어장치" (공개일자 : 2009.12.31.) 2. 한국 공개특허공보 제2015-0093152호 "예인 시스템이 구비된 수중 이동체" (공개일자 : 2015.08.17.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 다수의 무인 독립형 잠수체를 예인 대상의 본선에 로프로 연결하고, 휴대용 잠수체 제어수단을 통해 본선에 선장이 예인 지휘/관리하며 목적지로 이동하기 위한 예인장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피예인물을 예인하는 장치에 있어서: 추력기와 부력조절기로 수중에서 이동하며 피예인물에 예인력를 발생하는 잠수체; 및 상기 잠수체의 이동과 예인을 제어하는 제어수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠수체의 추력기는 전방위 추진기(Azimuth thruster)를 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠수체는 해수면의 상측으로 노출 가능한 안테나와 표지기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 로프의 장력을 검출하는 장력센서, 잠수체의 수중위치를 검출하는 음파탐지기을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단은 예인 조건의 변동에 대응하여 피예인물에 탑재되는 원격제어기를 통하여 잠수체의 이동과 예인 상태를 보정하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 다수의 무인 독립형 잠수체를 해양구조물과 같은 대상물을 예인하므로 파도/바람의 영향을 받지 않을 뿐더러 예인추력 효율이 좋아 적은 용량의 추력기 사용이 가능하다.

또한, 예인선 선장 간 불필요한 통신이 필요 없어 사고 위험을 감소하는 효과가 예상된다.

또한, 선장의 노하우 및 경험에 따른 추력 분배를 DP 최적화 알고리즘으로 대체하게 되면, 실시간 환경에 의한 하중에 따라 추력 및 방향을 최적화하여 예인 연료비 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 예인장치를 개념적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 예인장치의 제어수단을 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 피예인물(10)을 예인하는 장치에 관하여 제안한다. 피예인물(10)은 상대적으로 예인저항이 큰 해양구조물을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

본 발명에 따르면 잠수체(20)가 추력기(21)와 부력조절기(22)로 수중에서 이동하며 피예인물(10)에 예인력를 발생하는 구조이다. 잠수체(20)의 추력기(21)와 부력조절기(22)는 무인잠수정에 준하는 잠수 기능과 바지선에 준하는 예인 기능을 구비한다. 통상 피예인물(10)의 예인에 복수의 잠수체(20)가 투입되지만 하나의 잠수체(20)로 예인을 감당할 수 있도록 추력기(21)의 규격을 설정하는 것이 바람직하다. 부력조절기(22)는 파도/바람의 영향을 최적으로 축소할 수 있는 심도를 유지하는 규격으로 설정한다. 피예인물(10)과 잠수체(20)를 연결하는 로프(15)는 통상적인 예인삭을 사용한다. 로프(15)는 잠수체(20)에 설치되는 윈치(23)를 이용하여 장력을 조절할 수 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠수체(20)의 추력기(21)는 전방위 추진기(Azimuth thruster)를 사용하는 것을 특징으로 한다. 추력기(21)로 전방위 추진기를 사용하면 잠수체(20)의 외형을 축소하면서 예인과 관련된 기능성을 높이는데 유리하다. 물론 통상적인 방향타를 비롯한 조타장치를 배제하는 것은 아니다. 복수의 잠수체(20)로 예인하는 경우 추력기(21)에 의해 추진 방향이 차등적으로 유지되지만 운항에 따른 변동 대응성을 높이기 위해 방향타의 조력이 유용하다. 추력기(21)는 탈부착 가능한 구조로 설치하는 것이 좋다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 잠수체(20)는 해수면의 상측으로 노출 가능한 안테나(25)와 표지기(27)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 안테나(25)는 후술하는 것처럼 피예인물(10)과 잠수체(20) 간의 무선 통신을 매개하는 수단이다. 잠수체(20)의 수중위치에 무관하게 안테나(25)의 노출 높이를 일정한 범위로 유지하는 것이 좋다. 안테나(25)의 상단에 설치되는 표지기(27)는 육안으로 잠수체(20)의 위치를 확인하는 용도로 활용된다. 야간 식별의 용이성을 높이도록 표지기(27)에 발광램프나 야광층을 부여할 수 있다.

또, 본 발명에 따르면 제어수단(30)이 상기 잠수체(20)의 이동과 예인을 제어하는 구조이다. 제어수단(30)은 잠수체(20)의 내부에 탑재되는 메인제어기(31)를 주요 구성으로 하며, 메인제어기(31)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 지닌 마이컴 구조이다. 메인제어기(31)의 입력인터페이스에는 각종 센서가 연결되고, 출력인터페이스에는 추력기(21), 부력조절기(22), 윈치(23), 표지기(27) 등이 연결된다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(30)은 로프(15)의 장력을 검출하는 장력센서(34), 잠수체(20)의 수중위치를 검출하는 음파탐지기(36)을 구비하는 것을 특징으로 한다. 장력센서(34)와 음파탐지기(36)는 잠수체(20)에 설치되는 것이나 부가적으로 피예인물(10)에 탈착 가능하게 설치될 수도 있다. 장력센서(34)의 신호는 피예인물(10)과 잠수체(20)를 연결하는 로프(15)들의 장력 변동 정보로 활용된다. 음파탐지기(36)의 신호는 잠수체(20)의 수중위치가 설정된 상태로 유지되는지 여부를 판단하는 정보로 활용된다.

한편, 제어수단(30)은 메인제어기(31)와 원격제어기(32) 간의 무선통신을 수행하는 구성을 구비한다. 이에 잠수체(20)의 위치정보, 로프(15)의 장력정보 등을 계측하여 정보를 송신하므로 원격제어기(32)에서 조작자(선장)의 기동명령을 수신받아 추력기(21)를 제어할 수 있다. 원격제어기(32)는 노트북과 같은 소형의 휴대용 정보기기를 사용할 수 있으며, 다수의 잠수체(20)에 대한 추력과 방향의 실시간 제어를 구현한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어수단(30)은 예인 조건의 변동에 대응하여 피예인물(10)에 탑재되는 원격제어기(32)를 통하여 잠수체(20)의 이동과 예인 상태를 보정하는 것을 특징으로 한다. 예인되는 피예인물(10)의 본선에서 선장(Tug master)이 각 잠수체(20)를 지휘하며 예인을 수행하며, 이는 잠수체(20)의 메인제어기(31)에 의한 자동 알고리즘에 대한 우선적 인터럽트로 적용된다. 예컨대, 예인 운항 중에 기상이 악화되는 경우 잠수체(20)의 심도를 증가시키고, 잠수체(20)들의 추력을 조절하여 로프(15)의 장력 불균형을 방지한다. 결과적으로 제어수단(30)의 알고리즘은 제반 설계 조건의 최적화 절충을 도모함을 요체로 한다.

이와 같이 본 발명의 장치를 이용하게 되면, 파도/바람 영향 없이 예인 가능하고, 예인추력 효율이 좋아 적은 용량의 추력기 사용 가능하며, 예인선 선장 간 불필요한 통신이 필요 없고, 실시간 환경하중에 따라 추력 및 방향을 최적화하여 예인 연료비 절감할 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 피예인물 15: 로프
20: 잠수체 21: 추력기
22: 부력조절기 23: 윈치
25: 안테나 27: 표지기
30: 제어수단 31: 메인제어기
32: 원격제어기 34: 장력센서
36: 음파탐지기

Claims (5)

1. 피예인물(10)을 예인하는 장치에 있어서:
   추력기(21)와 부력조절기(22)로 수중에서 이동하며 피예인물(10)에 예인력를 발생하는 잠수체(20); 및
   상기 잠수체(20)의 이동과 예인을 제어하는 제어수단(30);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 잠수체(20)의 추력기(21)는 전방위 추진기(Azimuth thruster)를 사용하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 잠수체(20)는 해수면의 상측으로 노출 가능한 안테나(25)와 표지기(27)를 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(30)은 로프(15)의 장력을 검출하는 장력센서(34), 잠수체(20)의 수중위치를 검출하는 음파탐지기(36)을 구비하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제어수단(30)은 예인 조건의 변동에 대응하여 피예인물(10)에 탑재되는 원격제어기(32)를 통하여 잠수체(20)의 이동과 예인 상태를 보정하는 것을 특징으로 하는 무인 독립형 잠수체를 이용한 예인장치.

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