KR20180083085A - 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 초공동 수중 운동체(1)의 캐비테이터 구동 시스템(10)은 공동을 발생하는 공동발생장치(20), 공동발생장치(20)와 연결되어 구동장치(50)의 스트로크 변화에 연동된 움직임으로 공동발생장치(20)를 회전시켜주는 링크장치(30-1,30-2), 링크장치(30-1,30-2)와 구동장치(50)를 연결하면서 링크장치(30-1,30-2)가 내장된 초공동 수중 운동체(1)의 바디로 물 유입을 차단시켜주는 수밀장치(40)를 포함함으로써 링크장치(30-1,30-2)가 초공동 수중 운동체(1)의 외부로 노출상태에서도 물 유입으로부터 기밀성능을 유지한다.

Description

초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템{Cavitator Drive System of Super Cavitating Underwater Vehicle}

본 발명은 초공동 수중 운동체에 관한 것으로, 특히 수중 환경 특성을 적용한 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수중운동체(Underwater Vehicle)의 속도가 높아져 물체 주위의 국부압력이 유체의 증기압(Vapor Pressure)보다 낮아지면 유체가 기화하게 되는 공동(Cavitation) 현상이 발생한다. 이때 이동 속도가 더욱 증가하게 되면 공동은 수중운동체의 형상을 모두 덮을 만큼 성장하게 되는데 이를 초공동(Super Cavitation)이라 한다. 상기 초공동은 마치 공기 중에서 이동하는 것과 같은 효과를 받기 때문에 물체에 작용하는 항력(Drag)을 극적으로 감소시켜 준다.

이를 적용한 수중 운동체로 초공동이 수중운동체 전체를 감싼 상태에서 수중주행을 하는 초공동 수중 운동체가 있다.

상기 초공동 수중 운동체는 회전 가능한 캐비테이터를 포함하는 공동발생장치 및 구동장치, 동력 전달을 위한 링크 구조물 등을 갖추고, 초공동을 발달시키는 운동체 전면부의 캐비테이터 각도를 조절함으로써 주행 방향 제어가 이루어진다.

국내특개10-1570323(2015년11월12일)

하지만, 수중 환경에서의 초공동 주행을 함에 있어 동발생장치 및 구동장치, 동력 전달을 위한 링크 구조물 등은 수중 환경 특성을 적용하여야 한다.

일례로, 주행 경로를 변경을 위한 캐비테이터 구동용 구동 링크 구조물이 운동체 외부로 노출되더라도 운동체 내부로의 물 유입을 차단할 수 있어야 한다.

이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 캐비테이터 구동으로 주행 경로변경과 캐비테이터 구동 링크 구조물이 수중 운동체 외부로 노출상태에서 수중 운동체 내부로의 물 유입을 차단할 수 있는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템은 초공동 수중 운동체의 전방에 구비되어 공동을 발생하는 공동발생장치; 상기 초공동 수중 운동체의 외부에서 상기 공동발생장치와 연결되면서 상기 초공동 수중 운동체의 바디에 내장된 상태에서 상기 초공동 수중 운동체의 후방에 구비된 구동장치와 연결되고, 상기 구동장치의 스트로크 변화에 연동되어 상기 공동발생장치를 밀거나 잡아당겨 줌으로써 상기 공동발생장치를 회전시켜주는 링크장치; 상기 초공동 수중 운동체의 바디에 내장되어 상기 링크장치와 상기 구동장치를 연결하고, 상기 링크장치를 내장한 상기 초공동 수중 운동체의 바디 부위를 밀폐하여 물 유입을 차단시켜주는 수밀장치; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예로서, 상기 공동발생장치는 상기 링크장치로 밀리거나 잡아당겨지도록 고정되어 공동을 발생시켜주는 캐비테이터, 상기 캐비테이터를 회전 가능하게 지지하는 수중 베어링, 상기 수중 베어링과 연결되어 상기 초공동 수중 운동체에 체결되는 지지대를 포함한다. 상기 캐비테이터에는 연결 리브가 형성되고, 상기 링크장치는 상기 연결 리브와 결합되는 아이볼트가 형성되며, 상기 연결 리브와 상기 아이볼트를 고정하는 고정 핀으로 체결된다.

바람직한 실시예로서, 상기 링크장치는 상기 공동발생장치에 연결된 종동 링크와 상기 구동장치에 연결된 구동 링크로 구성되고, 상기 종동 링크와 상기 구동 링크의 사이에 상기 수밀장치가 위치되며, 상기 수밀장치는 패킹을 구비하고, 상기 밀폐와 상기 물 유입 차단을 형성해준다.

이러한 본 발명의 캐비테이터 구동 시스템이 적용된 초공동 수중 운동체는 수중 환경에서의 초공동 주행을 함에 있어 캐비테이터 구동을 통해 주행 경로를 변경할 수 있고, 특히 캐비테이터를 구동하기 위한 구동 링크 구조물이 운동체 외부로 노출되더라도 운동체 내부로의 물 유입을 차단할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 공동발생장치의 세부 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 링크장치의 세부 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 수밀장치의 세부 구성도이며, 도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 캐비테이터 구동 시스템에 의한 초공동 수중 운동체의 방향제어상태이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 실시예에 따른 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템의 구성을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 초공동 수중 운동체(1)는 캐비테이터 구동 시스템(10)을 포함하고, 상기 캐비테이터 구동 시스템(10)은 공동발생장치(20), 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2), 수밀장치(40). 구동장치(50)로 구성된다.

일례로, 상기 공동발생장치(20)는 초공동 수중 운동체(1)의 수중 주행 시 초공동 주행 상태를 유지하도록 캐비테이터(21)에서 초공동 수중 운동체(1)를 감싸는 공동을 발생한다. 상기 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2)는 회전 명령을 통한 구동장치(50)의 구동 시 구동장치(50)의 스트로크로 공동발생장치(20)의 캐비테이터(21)를 회전시켜준다. 상기 수밀장치(40)는 공동발생장치(20)와 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2)의 작동 시 초공동 수중 운동체(1)의 내부로 물 유입을 방지한다. 상기 구동장치(50)는 회전 명령을 통해 동력을 발생시킴으로써 공동발생장치(20)의 캐비테이터(21)를 회전시켜준다. 특히, 상기 구동장치(50)의 스트로크는 구동축(51)과 고정된 수밀장치(40)를 거쳐 링크장치(30-1,30-2)의 스트로크로 전달된다.

그러므로 상기 초공동 수중 운동체(1)는 캐비테이터(21)의 회전으로 회전 방향을 따른 공동 발달 형상이 변화하게 된다. 그 결과, 상기 초공동 수중 운동체(1)는 공동발생장치(20)에서 작용하는 힘으로 무게 중심으로부터 모멘트를 발생시킴으로써 주행 방향을 변화시킨다.

한편 도 2 내지 도 4는 공동발생장치(20), 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2), 수밀장치(40). 구동장치(50)의 세부 구성을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 상기 공동발생장치(20)는 초공동 수중 운동체(1)의 전면부에서 물과 마찰하여 공동을 발생시키는 캐비테이터(21), 캐비테이터(21)의 회전 운동을 위한 수중 베어링(23), 캐비테이터(21)를 지지하는 지지대(25) 및 한 쌍의 핀(27-1,27-2)을 포함한다.

구체적으로, 상기 캐비테이터(21)는 수중 베어링(23)을 매개로 하여 링크장치(30-1,30-2)의 스트로크 변화에 따라 상방향(시계방향) 또는 하방향(반시계방향)으로 회전되고, 초공동 수중 운동체(1)의 수중 주행 시 초공동 주행 상태를 유지하기 위해 초공동 수중 운동체(1)를 감싸는 공동을 발생시켜 준다.

구체적으로, 상기 수중 베어링(23)은 캐비테이터(21)의 내부로 삽입되어 캐비테이터(21)와 일체화되고, 지지대(25)의 일측에 결합되어 지지대(25)와 일체화된다. 특히, 상기 수중 베어링(23)은 캐비테이터(21)로 감싸인 볼 타입으로 이루어진다.

구체적으로, 상기 지지대(25)는 일측이 수중 베어링(23)의 돌출바디에 체결되는 캐비테이터 연결엔드(25-1)를 형성하고 타측이 초공동 수중 운동체(1)의 바디에 체결되는 수중 운동체 연결엔드(25-2)를 형성함으로써 공동발생장치(20)를 초공동 수중 운동체(1)의 바디에 일체화시켜 준다. 특히, 상기 캐비테이터 연결엔드(25-1)는 서로 마주보는 위치로 지지대(25)의 바디에서 돌출되어 캐비테이터(21)의 바디를 감싸는 리브 구조로 이루어진다. 상기 수중 운동체 연결엔드(25-2)는 다수의 볼트홀이 뚫려진 원형 플랜지 형상으로 이루어지면서 지지대(25)의 바디와 동심원을 형성한다.

구체적으로, 상기 한 쌍의 핀(27-1,27-2)은 지지대(25)에서 캐비테이터(21)가 상방향(시계방향) 또는 하방향(반시계방향)으로 움직이도록 하는 힌지 핀(27-1), 캐비테이터(21)의 바디에서 돌출된 캐비테이터 연결 리브(21-1)에 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2)를 고정하는 고정 핀(27-2)으로 구성된다. 특히, 상기 고정 핀(27-2)은 너트 체결되는 볼트로 구성됨으로써 캐비테이터(21)와 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2)의 고정력을 제공한다.

도 3을 참조하면, 상기 한 쌍의 링크장치(30-1,30-2)는 종동 링크(30-1)와 구동 링크(30-2)로 구성된다.

구체적으로, 상기 종동 링크(30-1)는 초공동 수중 운동체(1)의 바디에 길이 방향으로 뚫려진 링크 홀로 내장되는 종동 로드(31), 종동 로드(31)의 일측에 구비되어 수밀장치(40)와 고정되는 제1 종동 조인트(33-1), 종동 로드(31)의 타측에 구비되어 캐비테이터(21)의 연결 리브(21-1)에 고정 핀(27-2)을 매개로 고정되는 제2 종동 조인트(33-2)로 구성된다. 또한, 상기 구동 링크(30-2)는 구동장치(50)의 구동축(51)과 연결되는 구동 로드(35), 수밀장치(40)와 고정되도록 구동 로드(35)의 일측에 연결된 구동 조인트(37)로 구성된다. 특히, 상기 구동 로드(35)에는 나사홀을 형성하여 구동장치(50)의 구동축(51)과 나사 체결된다. 또한, 상기 제1,2 종동 조인트(33-1,33-2) 및 상기 구동 조인트(37)의 각각은 아이볼트 구조로 이루어짐으로써 나사를 매개로 탈/장착된다.

도 4를 참조하면, 상기 수밀장치(40)는 수밀 바디(41), 한 쌍의 고정단(43-1,43-2), 한 쌍의 패킹(45-1,45-2)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 수밀 바디(41)는 초공동 수중 운동체(1)의 바디에 링크 홀과 이어져 길이 방향으로 뚫려진 수밀 홀에 내장된다. 상기 한 쌍의 고정단(43-1,43-2)은 수밀 바디(41)의 일측에서 돌출되어 종동 링크(30-1)의 제1 종동 조인트(33-1)와 고정되는 제1 고정단(43-1), 수밀 바디(41)의 타측에서 돌출되어 종동 링크(30-1)의 제2 종동 조인트(33-2)와 고정되는 제2 고정단(43-2)으로 구성된다. 상기 한 쌍의 패킹(45-1,45-2)은 수밀 바디(41)에서 간격을 두고 외경에 끼워진 제1,2 패킹(45-1,45-2)으로 구성되어 수밀 홀의 내경과 밀착됨으로써 링크 홀과 수밀 홀을 통해 유입된 물을 차단한다.

한편, 도 5 및 도 6은 캐비테이터 구동 시스템(10)에 의한 초공동 수중 운동체(1)의 방향 제어 상태를 나타낸다.

도 5는 초공동 수중 운동체(1)의 방향 변환을 위해 캐비테이터(21)가 하방향으로 내려가도록 회전되는 경우이다. 이 경우, 회전 명령을 무선 송신한 구동장치(50)가 정회전됨으로써 구동장치(50)의 구동축(51a)과 연결된 구동 링크(30-2)가 전진이동 스트로크로 밀려나고, 구동 링크(30-2)의 밀림은 수밀 바디(41)를 전진 이동시켜준다. 이 때, 상기 구동축(51a)의 전진이동 스트로크(즉, 캐비테이터(21)쪽 방향으로 도5의 화살표 방향)는 초공동 수중 운동체(1)의 회전각에 따라 결정된다.

이어, 종동 로드(31)는 제1 종동 조인트(33-1)를 매개로 수밀 바디(41)와 함께 전진 이동되고, 상기 종동 로드(31)의 전진 이동은 제2 종동 조인트(33-2)를 매개로 캐비테이터(21)에 전달된다. 그 결과, 상기 캐비테이터(21)는 수중 베어링(23)을 회전중심으로 하여 하방향으로 내려감으로써 초공동 수중 운동체(1)가 회전 명령에 맞춰 방향 전환된다.

반면, 도 6은 초공동 수중 운동체(1)의 방향 변환이 도 5와 반대로 구현되는 경우이다. 이 경우, 구동장치(50)는 도 5와 달리 역회전되어 구동축(51a)은 후퇴이동 스트로크를 발생함으로써 구동 링크(30-2)와 수밀 바디(41) 및 종동 로드(31)가 구동장치(50)쪽 방향(도 6의 화살표 방향)으로 당겨진다. 그 결과, 상기 캐비테이터(21)는 수중 베어링(23)을 회전중심으로 하여 상방향으로 올라감으로써 초공동 수중 운동체(1)가 회전 명령에 맞춰 방향 전환된다.

전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템은 공동을 발생하는 공동발생장치(20), 공동발생장치(20)와 연결되어 구동장치(50)의 스트로크 변화에 연동된 움직임으로 공동발생장치(20)를 회전시켜주는 링크장치(30-1,30-2), 링크장치(30-1,30-2)와 구동장치(50)를 연결하면서 링크장치(30-1,30-2)가 내장된 초공동 수중 운동체(1)의 바디로 물 유입을 차단시켜주는 수밀장치(40)를 포함함으로써 링크장치(30-1,30-2)가 초공동 수중 운동체(1)의 외부로 노출상태에서도 물 유입으로부터 기밀성능을 유지한다.

1 : 초공동 수중 운동체 10 : 캐비테이터 구동 시스템
20 : 공동발생장치 21 : 캐비테이터
23 : 수중 베어링 25 : 지지대
25-1 : 캐비테이터 연결엔드
25-2 : 수중 운동체 연결엔드
27-1 : 힌지 핀 27-2 : 고정 핀
30-1 : 종동 링크 30-2 : 구동 링크
31 : 종동 로드 33-1,33-2 : 제1,2 종동 조인트
35 : 구동 로드 37 : 구동 조인트
40 : 수밀장치 41 : 수밀 바디
43-1,43-2 : 제1,2 고정단 45-1,45-2 : 제1,2 패킹
50 : 구동장치 51 : 구동축

Claims (6)

1. 초공동 수중 운동체의 전방에 구비되어 공동을 발생하는 공동발생장치;
   상기 초공동 수중 운동체의 외부에서 상기 공동발생장치와 연결되면서 상기 초공동 수중 운동체의 바디에 내장된 상태에서 상기 초공동 수중 운동체의 후방에 구비된 구동장치와 연결되고, 상기 구동장치의 스트로크 변화에 연동되어 상기 공동발생장치를 밀거나 잡아당겨 줌으로써 상기 공동발생장치를 회전시켜주는 링크장치;
   상기 초공동 수중 운동체의 바디에 내장되어 상기 링크장치와 상기 구동장치를 연결하고, 상기 링크장치를 내장한 상기 초공동 수중 운동체의 바디 부위를 밀폐하여 물 유입을 차단시켜주는 수밀장치;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 공동발생장치는 상기 링크장치로 밀리거나 잡아당겨지도록 고정되어 공동을 발생시켜주는 캐비테이터, 상기 캐비테이터를 회전 가능하게 지지하는 수중 베어링, 상기 수중 베어링과 연결되어 상기 초공동 수중 운동체에 체결되는 지지대를 포함한 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 캐비테이터와 상기 링크장치는 고정 핀으로 연결되는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 캐비테이터에는 연결 리브가 형성되고, 상기 링크장치는 상기 연결 리브와 결합되는 아이볼트가 형성되며, 상기 고정 핀은 상기 연결 리브와 상기 아이볼트를 고정하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 링크장치는 상기 공동발생장치에 연결된 종동 링크와 상기 구동장치에 연결된 구동 링크로 구성되고;
   상기 종동 링크와 상기 구동 링크의 사이에 상기 수밀장치가 위치되는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서, 상기 수밀장치는 패킹을 구비하고, 상기 밀폐와 상기 물 유입 차단을 형성해주는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 운동체의 캐비테이터 구동 시스템.

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