KR20220133036A - 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단 - Google Patents

소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)에 관한 것이다.
상세하게는,
소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)에 있어서,
고층, 초고층의 화재 현장으로 비행하는 소방드론(FD);과, 상기 소방드론(FD)의 하부 일측에 위치, 형성되고, 하단부에는 소방호스(FH)가 결합, 소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FD)가 화재 지점으로 방수(放水)되도록 하는 호버링안정수단하우징부(H);와, 상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 화재를 진압하기 위한 소방용수(FW)가 방수되는 소방용수방수부(100); 및 상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 소방용수방수부(100)로부터 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시키는 방수압반발력상쇄부(200);로 구성되어,
화재 지점으로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시켜, 화재 진압 중인 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이로 인해, 소방용수의 방수압으로 인해 소방드론에 생성되는 반발력을 제거, 소방드론의 호버링이 유지되도록 함으로서, 소방관 및 소방차가 진입할 수 없는 장소 및 소방기기(소방용 방수총 및 방수포)의 방수압만으로는 도달, 진압할 수 없는, 고층 및 초고층의 화재 현장에 즉시 투입하여, 화재를 초기에 진압, 고층 및 초고층의 인명 및 재산 피해가 최소화되도록 한다는 이점이 있다.

Description

소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단{Hovering means for fire suppression drone}
본 발명은 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 소방차 및 소방관이 진입할 수 없는 장소 및 방수총, 방수포의 방수압만으로는 도달할 수 없는 지점의 화재 현장, 즉, 고층, 초고층에 발생된 화재를 진압하는 소방드론의 소방 활동 시, 소방드론으로부터 방수(放水)되는 소방용수의 방수압에 의해 소방드론에 작용하는 힘을 안정화하여, 일정 방수압으로 소방용수를 방수(放水)하는 소방드론의 호버링이 유지될 수 있도록 하는, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 관한 것이다.
건축법에서는 건물의 높이가 200[m] 이상 또는 50[층] 이상일 경우, 초고층 건물로 분류된다.
현재, 이러한 초고층 건물이 점점 많이 건축되고 있지만, 초고층 건물에 적합한 안전사고에 대한 대비 및 대응의 기술의 발달은 여전히 다양한 부가적인 문제점에 의해 뒷받침되지 못하고 있다.
즉, 초고층 건물에서 화재 사고가 발생하게 되면, 화재 지점에 소방차에서 방수되는 소방용수가 닿기에는 방수압의 한계가 있어 턱없이 부족하고, 소방헬기로 건물 위에서 뿌리는 물은 초고층 건물의 화재 진압에는 도움이 되지 못한다.
문제점을 조금이라도 해결하기 위해 고성능 펌프를 탑재하여 소방차가 400[m]까지 소방용수를 뿜어 올릴 수 있도록 할 수 있지만, 이마저도 소방관이 화재 현장까지 올라가서 소화전에 소방 호스를 연결해야 한다.
그러나, 소방관은 화재 현장으로 다 올라가기도 전에 체력이 고갈되고, 더욱이, 소방관이 멘 공기통의 공기가 고갈되어, 오히려, 구조 활동은 커녕 소방관을 더욱 위험에 빠드리게 하는 문제점이 발생된다.
그러므로, 고층, 초고층 건물에서의 화재 진압의 골든타임 확보를 위한 대안이 필요하다.
이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해, 드론을 이용하여 화재를 진압할 수 있는 소방용 드론의 기술이 점점 개발, 출시되고 있지만, 현재는, 화재 지점에 물 또는 소화약제를 뿌리거나 낙하시키는 정도로, 화재 진압에는 크게 도움이 되지 못하는 것이 사실이다.
즉, 아직까지도 화재 현장에서는 소방용 드론보다는, 소방관의 튼튼한 심장과 두 팔, 두 다리에 의존할 수밖에 없다.
그래서, 소방관 및 소방차가 쉽게 진입할 수 없는 화재 현장의 화재 진압 방법으로 오히려, 소방관을 어떻게 하면 빠르고 안전하게 화재 지점까지 보내느냐에 중점이 맞춰지고 있다.
예를 들어, 헬기로 초고층 건물 옥상에 내린 소방관이 화재 지점으로 내려가 불을 끄고 인명을 구조하는 훈련이 진행되고 있는 추세이다.
그러나, 이마저도, 헬기 이용에는 날씨와 시간대 등 여러 제약이 따르기 때문에 한계가 있다.
그러므로, 초고층 건물의 경우, 스스로 불을 끄도록 건축 기준을 강화해 건설사나 건축주가 각종 첨단 장비를 갖추게끔 하는 사전적 방지를 위한 제도적인 방향으로 건축법을 강화하는 방식으로 흘러가고 있다.
물론, 제도적인 방향도 중요한 사항이지만, 결국 화재가 발생하였을 경우를 대비하기 위한 대응 방안 또한 꾸준히 연구, 개발되어야 한다.
따라서, 본 발명은, 상기 문제점을 해결할 수 있는 일환으로, 소방드론이 일정 방수압을 가진 소방용수를 방수(放水)할 수 있도록, 소방드론의 호버링을, 일부 자동 제어와 기계적인 요소의 조합으로 자연스럽게 유지시켜주는 호버링 안정 수단을 제공하고자 한다.
더욱 강조하자면, 화재 현장에 투입된 소방드론이, 상술한 종래의 문제점 중, 하나와 같이, 화재 진압에 크게 도움이 되지 않는, 소화(消火) 활동(화재 지점에 물 또는 소화약제를 뿌리거나 낙하시키는 정도의 활동)을 했던 가장 큰 이유 중 하나가, 바로, 소방드론의 비행 자세, 즉, 일정 방수압을 가진 소방용수가, 화재 지점에 방수(放水)될 경우, 소방용수의 방수압에 의해 소방드론에 작용하는 반발력으로 인하여 호버링이 붕괴되기 때문이었다.
또한, 이러한 반발력에 의해 오히려, 소방드론의 추락, 위치 제어 불가 등, 다양한 문제점들이 발생되어, 어쩔 수 없이, 빈약한 소화(消火) 활동이 이루어지고 있었다.
이에, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 관한 선행기술로서,
도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-1566341호의 "화재진압용 소방드론"(이하, '선행기술 1'이라 함.)은,
무인으로비행 조종되는 드론에 있어서,
"∏"형상의 상부 몸체 및 측부 몸체로 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부의 상부에 설치되고, 비행이 가능하도록 프로펠러부를 구비하는 비행부와, 상기 비행부의 상부에 설치되어 화재 상황을 파악하고, 소화약재를 분사하기 위한 방재 포탑부와, 상기 몸체부의 하부에 설치되어 뭄체부를 이동하기 위한 다수 개를 구비한 이동부와, 화재상황에 따라 소화약재를 분사하거나 소화탄을 발사하거나 인명을 구조하기 위한 물픔이 구비되는 방재수단부를 포함하되, 상기 몸체부는, 상기 상부 몸체의 하부에 전원을 공급하는 배터리 수납부와, 상기 배터리 수납부의 하부에 CPU 수납부가 연속해서 형성되도록 이루어지고, 상기 측부 몸체의 양쪽 외측부에는 브라켓이 설치되며, 상기 CPU 수납부의 하부에는 체결구가 구비된 하부 몸체를 구비하며, 상기 CPU 수납부에는 비행제어유닛이 포함되어, 주택 및 건물, 빌딩 등에 화재가 발생한 경우, 화재 초기에 신속하게 투입하여 화재를 초기에 진압할 수 있도록 이루어지고, 중앙 관제소와 연결하여 원거리에서 무인으로 동작되는 화재진압용 소방드론에 관한 것이다.
또 다른 선행기술로는,
도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 대한민국 등록특허공보 제10-2170703호의 "소방 및 정찰을 위한 소방 드론"(이하, '선행기술 2'라 함.)으로,
화재가 발생된 위치로 비행하여 이동하기 위한 드론부, 상기 드론부의 하부에 배치되고, 공급된 물을 화재가 발생된 위치에 분사하기 위한 제1 호스부 및 상기 제2 호스부에 연결되고, 상기 제1 호스부로 물을 공급하기 위한 제2 호스부를 포함하고, 상기 제1 호스부는, 제1 연결부 및 상기 제1 연결부의 상단에 회전할 수 있게 연결된 하나 이상의 걸쇠부를 포함하며, 상기 제2 호스부는, 상기 제1 연결부에 연결되는 제2 연결부를 포함하고, 상기 하나 이상의 걸쇠부는 상기 제2 연결부가 상기 제1 연결부에 연결되도록 상기 제2 연결부에 걸릴 수 있도록 구성되어, 지상에서 연결된 소방 호스를 통해 공급된 물을 이용하여 화재가 발생된 지역으로 비행하여 화재를 진압하고, 화재의 진압이 완료되거나 사용자의 원격 조작에 의해 화재가 발생된 지역에 대한 정찰을 수행할 수 있어, 화재가 발생된 지역에 대한 소방 및 정찰을 동시에 수행할 수 있는 효과를 가진, 소방 및 정찰을 위한 소방 드론에 관한 것이다.
살펴본 바와 같이, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2는, 소방드론에 관한 기술로, 본 발명과 기술분야가 유사, 동일하여, 일부 기술적 개념은 유사하나, 해결하고자 하는 과제와, 이를 해결하기 위한 해결수단에 있어 기술적 특징이 상이하다.
그러므로, 본 발명은, 상기 선행기술 1 내지 선행기술 2를 포함한 종래의 소방드론 기술과는 다른, 본원발명만의 발명의 해결하고자 하는 과제(발명의 목적), 이를 해결하기 위한 해결수단(구성요소) 및 이를 해결함으로서 발휘되는 효과를 기반으로, 그 기술적 특징을 꾀하고자 한다.
즉, 본 발명은, 소방드론의 호버링을 유지시키는 안정 수단에 관한 것이다.
대한민국 등록특허공보 제10-1566341호 (2015.10.30.) 대한민국 등록특허공보 제10-2170703호 (2020.10.21.)
이에, 본 발명은 상기 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서,
소방차 및 소방관이 진입할 수 없는 장소 및 방수총, 방수포의 방수압만으로는 도달할 수 없는 지점의 화재를 진압하는 소방드론의 소방 활동 시의 호버링의 안정화를 유지, 도모할 수 있도록 하는, 호버링 안정 수단을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은,
소방드론이 화재를 진압할 수 있을 정도의 일정 방수압으로 소방용수를 방수(放水)하여도, 소방드론의 호버링이 유지되도록 함은 물론, 이로 인해 소방드론의 성능의 극대화와, 방수거리, 방수압력을 향상시킬 수 있는, 호버링 안정 수단을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
즉, 방수(放水)되는 소방용수의 방수압에 의한, 소방드론의 호버링의 붕괴를 해소, 방지하고, 소방(消防) 활동 시, 호버링을 유지시켜, 소방드론의 비행 능력 및 비행 안전성을 극대화하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명은, 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위해 안출된 것으로서,
소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 있어서,
고층, 초고층의 화재 현장으로 비행하는 소방드론;
상기 소방드론의 하부 일측에 위치, 형성되고, 하단부에는 소방호스가 결합, 소방호스로부터 유입되는 소방용수가 화재 지점으로 방수(放水)되도록 하는 호버링안정수단하우징부;
상기 호버링안정수단하우징부의 일측에 위치, 결합되어, 화재를 진압하기 위한 소방용수가 방수되는 소방용수방수부;
상기 호버링안정수단하우징부의 일측에 위치, 결합되어, 소방용수방수부로부터 방수(放水)되는 소방용수의 방수압에 의해, 소방드론에 생성되는 반발력을 상쇄시키는 방수압반발력상쇄부;로 구성되어,
화재 지점으로 방수(放水)되는 소방용수의 방수압에 의해, 소방드론에 생성되는 반발력을 상쇄시켜, 화재 진압 중인 소방드론의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 방수압반발력상쇄부는,
소방용수방수부로부터 방수되는 소방용수의 방수압에 의해, 소방드론에 생성되는 제 1반발력을 안정시키는 제 1반발력상쇄모듈;
소방용수방수부로부터 방수되는 소방용수의 방수압에 의해, 소방드론에 생성되는 제 2반발력을 안정시키는 제 2반발력상쇄모듈;로 구성되어,
화재 진압 중, 소방용수의 방수압으로 인해, 소방드론에 작용하는 제 1반발력, 제 2반발력을 상쇄, 소방드론의 호버링이 유지되도록 하고,
제 2반발력상쇄모듈은,
역추진을 이용하여, 제 2반발력을 상쇄시키는 힘이 생성되도록 하는 메카닉반발력상쇄요소;
상기 메카닉반발력상쇄요소의 작동을 제어하는 메카닉반발력제어요소;로 구성되되,
메카닉반발력상쇄요소는,
소방용수방수부와 대칭하여, 반대 방향에 형성되되, 소방용수방수부의 중량에 대응, 동일한 중량으로 형성되는 반작용가이드강체;
상기 반작용가이드강체의 단부에 위치, 형성되어, 메카닉반발력제어요소에 의해 회전하되, 소방용수가 방수(放水)되는 방향으로, 반작용가이드강체의 외주연면을 따라, 일정 압력의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동생성프로펠러;
상기 반작용가이드강체의 일부와, 공기유동생성프로펠러를 감싸, 반작용가이드강체의 일부와, 공기유동생성프로펠러가 내부에 위치되도록, 반작용가이드강체의 일측에 고정, 형성되어, 공기유동생성프로펠러의 작동으로 인해 특정 경로의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동가이드강체;
상기 공기유동가이드강체와, 공기유동가이드강체의 내부에 위치, 작동되는 공기유동생성프로펠러에 의해 생성되는, 제 2반발력을 상쇄시키는 반발력상쇄공기유동유로;로 구성되어,
소방용수방수부로 방수(放水)되는 소방용수의 방수압으로 인해, 소방드론에 생성되는 제 2반발력을 상쇄, 소방드론의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서는 특허등록청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 상기 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면,
1. 소방관이 바로 진압할 수 없는 고층, 초고층에 발생된 화재를 초기에 진압할 수 있다.
즉, 소방차 및 소방관이 진입할 수 없는 장소 및 소방기기의 방수압만으로는 도달할 수 없는 지점의 화재를 초기에 진압할 수 있도록 한다.
2. 고층, 초고층 건물의 화재, 소방차 또는 소방관이 진입할 수 없는 좁은 길, 지형지물이 복잡한 지점 등의 화재 진압 시, 소방드론을 통해 골든타임 내에 화재를 진압할 수 있도록 한다.
3. 소방드론으로부터 방수(放水)되는 소방용수가 일정 방수압으로 화재 지점을 정확하게 조준할 수 있도록 한다.(종래의 분무 방식 또는, 방수압이 현저히 낮은 소방용수를 이용한 진화(鎭火) 작업이 아닌, 화재를 진압할 수 있을 정도의 일정 방수압으로 소방용수를 화재 지점으로 방수(放水)할 수 있다.)
4. 일정 방수압으로 소방용수를 방수(放水)함에도, 소방드론의 호버링이 유지되도록 할 수 있다.
즉, 방수(放水)되는 소방용수의 방수압에 의해 생성되는 반발력을 상쇄, 소방드론의 비행 자세의 불균형을 해소하고, 진화(鎭火) 작업 시, 소방드론의 비행 자세를 항상 수평으로 유지시켜, 안정적인 비행을 할 수 있도록 한다.
5. 고도의 고층, 초고층 화재 진압 기술 확보로, 고층, 초고층 건물 거주자와 이용자 등, 국민의 재산과 안전 확보에 기여할 수 있다.
6. 고층, 초고층 화재 진압의 효과가 극대화됨은 물론, 구성이 간단하여, 국내 도로 여건과 주거 환경에 적합한, 저가의 한국형 고층, 초고층 화재 진압 소방드론 장비를 확보, 활용할 수 있다.
7. 종래의 드론에도 쉽게 적용 가능하므로, 드론의 활용성 및 효용성이 극대화된다.
8. 화재를 진압하기 위한 소방드론과 소방차량을 활용한 고층, 초고층 화재 진압 시스템의 원천 기술을 확보할 수 있다.
9. 또한, 소방드론의 성능 및 호버링의 유지성, 안전성을 극대화하므로, 소방드론을 이용한 화재 진압 시스템을 확보할 수 있다.
10. 나아가, 고층 빌딩의 유리창 및 외관 벽체를 드론을 이용하여, 용이하고, 안전하게 세척할 수 있는 세척용 드론 차량의 원천 기술을 확보할 수 있다.
즉, 고층, 초고층의 화재 현장을 진압하기 위한, 화재 지점으로의 소방용수의 방수(放水)를 도모하여, 고층, 초고층에서 발생한 화재임에도, 초기에 진압할 수 있도록 하는 매우 효과적인 발명이라 하겠다.
도 1은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 개념도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 구성도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 1실시 예를 간략하게 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 1실시 예의 단면도를 간략하게 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 2실시 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단을 통해 방수(放水)되는 소방용수의 흐름 및 방수압반발력상쇄부의 작동 흐름을 순서도로 간략하게 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단이 적용된 소방드론에 작용하는 힘을 FBD(free body diagram, 자유 물체도)로 간략하게 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 선행기술의 대표도를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)에 대한 기능, 구성 및 작용을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 개념도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 구성도를, 도 3은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 1실시 예를, 도 4는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 1실시 예의 단면도를, 도 5는 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 대한 제 2실시 예를 나타낸 것이다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명은,
소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)에 있어서,
고층, 초고층의 화재 현장으로 비행하는 소방드론(FD);
상기 소방드론(FD)의 하부 일측에 위치, 형성되고, 하단부에는 소방호스(FH)가 결합, 소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FD)가 화재 지점으로 방수(放水)되도록 하는 호버링안정수단하우징부(H);
상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 화재를 진압하기 위한 소방용수(FW)가 방수되는 소방용수방수부(100);
상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 소방용수방수부(100)로부터 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시키는 방수압반발력상쇄부(200);로 구성되어,
화재 지점으로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시켜, 화재 진압 중인 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명은, 상술한 바와 같이, 일정 방수압으로 방수(放水)되는 소방용수(FW)로 인해, 소방드론(FD)에 작용하는 반발력(FR)을, 반발력상쇄부(200)로 상쇄하여, 화재 진화(鎭火) 활동 중인 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 호버링 안정 수단에 대한 것이다.
즉, 소방드론(FD)이, 호버링이 유지된 상태로, 화재 지점으로 일정 방수압으로 소방용수(FW)를 방수(放水)하여, 고층, 초고층에 발생된 화재를 초기에 진압할 수 있도록 한다.
본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하면,
소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FW)가 소방용수방수부(100)로 방수(放水)되도록, 소방용수방수부(100)의 위치를 고정시킴과 동시에, 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해 생성되는 반발력을 일부 흡수하는 호버링안정수단하우징부(H)는,
소방호스(FH)의 단부가 결합, 고정되는 소방호스결합모듈(H1);
소방용수방수부(100)가 결합, 고정되는 소방용수방수부결합모듈(H2);
상기 소방용수방수부결합모듈(H2)에 결합되는 소방용수방수부(100)로부터 전달되는 반발력의 일부를 흡수하는 반발력흡수모듈(H3);
소방용수방수부(100)로부터 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해 생성되는 반발력을 상쇄시키는, 방수압반발력상쇄부(200)가 결합, 고정되는 반발력상쇄결합모듈(H4);로 구성되어,
이를 매개체로, 소방용수방수부(100)와, 방수압반발력상쇄부(200)가 소방드론(FD)에 결합되도록 한다.
반발력흡수모듈(H3)은,
소방용수방수부결합모듈(H2)의 일측에 형성되되, 소방용수(FW) 방수(放水) 시, 반발력(FR)에 의해 소방용수방수부(100)에 작용하는 뒤로 밀리는 힘의 일부가 흡수되도록 하는, 탄성을 가진 재질로 형성되는 반발력흡수탄성요소(H3a);
상기 반발력흡수탄성요소(H3a)와 함께 소방용수방수부결합모듈(H2)의 일측에 형성되되, 소방용수(FW) 방수(放水) 시, 반발력(FR)에 의해 소방용수방수부(100)에 작용하는 뒤로 밀리는 힘의 영향으로, 소방용수방수부(100)의 일부가 소방용수방수부결합모듈(H2) 내부로 미끄럼 운동하여, 순간적으로 삽입되도록 하는 반발력흡수미끄럼요소(H3b);로 구성되어,
소방용수방수부(100)로부터 전달되는 반발력의 일부를 상쇄, 방수압반발력상쇄부(200)와 함께, 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해 생성되는 반발력을 상쇄하여, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 한다.
소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FW)가 화재 지점을 향하여, 일정 방수압으로 방수(放水)되도록 하는 소방용수방수부(100)는,
소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FW)가 화재 지점으로 방수(放水)되도록, 소방용수(FW)를 유도하는 소방용수방수유로(110);
상기 소방용수방수유로(110)의 끝단부에 형성되고, 소방용수방수유로(110)를 통해 일정 방수압으로 이동하는 소방용수(FW)가 외부 화재 지점으로 방수(放水)되도록 하는 소방용수방수홀(120);로 구성되어,
소방호스(FH)로부터 유입되는 일정 방수압을 가진 소방용수(FW)가 화재 지점으로, 소방용수방수경로(C);를 따라, 방수(放水)되도록 한다.
한편, 상기 소방용수방수부(100)로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 작용하는 반발력을 상쇄시켜, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 방수압반발력상쇄부(200)는,
소방용수방수부(100)로부터 방수되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 1반발력(FR1)을 안정시키는 제 1반발력상쇄모듈(210);
소방용수방수부(100)로부터 방수되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 2반발력(FR2)을 안정시키는 제 2반발력상쇄모듈(220);로 구성되어,
화재 진압 중, 소방용수(FW)의 방수압으로 인해, 소방드론(FD)에 작용하는 제 1반발력(FR1), 제 2반발력(FR2)을 상쇄, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 한다.
이때, 제 2반발력상쇄모듈(220)은,
역추진을 이용하여, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 생성되도록 하는 메카닉반발력상쇄요소(221);
상기 메카닉반발력상쇄요소(221)의 작동을 제어하는 메카닉반발력제어요소(222);로 구성되되,
메카닉반발력상쇄요소(221)는,
소방용수방수부(100)와 대칭하여, 반대 방향에 형성되되, 소방용수방수부(100)의 중량에 대응, 동일한 중량으로 형성되는 반작용가이드강체(221a);
상기 반작용가이드강체(221a)의 단부에 위치, 형성되어, 메카닉반발력제어요소(222)에 의해 회전하되, 소방용수(FW)가 방수(放水)되는 방향으로, 반작용가이드강체(221a)의 외주연면을 따라, 일정 압력의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동생성프로펠러(221b);
상기 반작용가이드강체(221a)의 일측에 위치, 고정되어, 공기유동생성프로펠러(221b)를 회전시키는 반발력생성회전모터(221c);
상기 반작용가이드강체(221a)의 일부와, 공기유동생성프로펠러(221b)를 감싸, 반작용가이드강체(221a)의 일부와, 공기유동생성프로펠러(221b)가 내부에 위치되도록, 반작용가이드강체(221a)의 일측에 고정, 형성되어, 공기유동생성프로펠러(221b)의 작동으로 인해 특정 경로의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동가이드강체(221d);
상기 공기유동가이드강체(221c)와, 공기유동가이드강체(221d)의 내부에 위치, 작동되고, 공기유동생성프로펠러(221b)에 의해 생성되는 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 반발력상쇄공기유동유로(221e);로 구성되어,
소방용수방수부(100)로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압으로 인해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 2반발력(FR2)을 상쇄, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 한다.
상기 공기유동생성프로펠러(221b)는,
예를 들어, 하나 형성될 경우에는,
소방용수방수부(100)에 형성된 소방용수방수홀(120)과 대칭되는 반대편에 형성되되, 소방용수방수홀(120)과 일직선상에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 공기유동가이드강체(221d)는,
상술한 바와 같이, 메카닉반발력제어요소(222)에 의해 작동, 회전하는 공기유동생성프로펠러(221b)로 인하여, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 반발력상쇄공기유동유로(221e)가 생성, 상기 반발력상쇄공기유동유로(221e)를 따라 공기가 유동되도록 함으로서, 소방용수(FW)의 방수압으로 인해 생성되는 반발력(FR) 중, 제 2반발력(FR2)만을 상쇄시키는, 제 2반발력(FR2)과 대응하는, 반대 방향의 힘이 온전히 발생되도록 함은 물론, 공기유동생성프로펠러(221b)의 회전으로, 소방드론(FD)에 형성된 비행프로펠러(PP)로부터 발생하는 공기의 유동을 방해, 소방드론(FD)의 비행이 불안정해지는 것을 방지하는 역할을 한다.
또한, 메카닉반발력제어요소(222)는,
소방용수방수부(100)로부터 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 실시간 정보와, 소방드론(FD)이 위치한 환경 정보를 센싱하는 소방드론정보측정센서(222a);
상기 소방드론정보측정센서(222a)로부터 센싱되는 정보 값을 기준으로, 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해 소방드론(FD)에 작용하는 제 2반발력(FR2)을 도출하고, 도출된 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 생성되도록, 반발력생성회전모터(221c)의 속도를 제어하는 메카닉반발력제어컨트롤박스(222b);로 구성되어,
소방드론(FD)이 비행하여, 화재 지점으로 소방용수(FD)를 방수(放水)할 경우에만, 메카닉반발력상쇄요소(221)가 작동되어, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 순간적으로 발생되도록 한다.
메카닉반발력제어컨트롤박스(222b)는,
소방드론정보측정센서(222a)로부터 실시간 전달되는 측정 값이 입력되는 소방드론정보측정값입력부(222b-1);
상기 소방드론정보측정값입력부(222b-1)로 입력된 정보를 바탕으로, 반발력생성회전모터(221c)의 회전 속도를 도출하는 회전속도도출부(222b-2);
상기 회전속도도출부(222b-2)에 의해 도출된 회전 속도로, 반발력생성회전모터(221c)를 회전시키는 모터작동부(222b-3);로 구성되어,
소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 작용하는 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 생성되도록 한다.
이때, 소방드론정보측정센서(222a)는,
소방용수(FW)의 방수압을 측정하는 소방용수방수압압력센서(222a-1);
소방드론(FD)의 비행 위치에서의 환경 정보(풍량, 풍속, 풍향)를 측정하는 소방드론비행환경측정센서(222a-2);로 구성되어,
제 2반발력(FR2)을 상쇄시킬 수 있는 힘이 생성될 수 있는 정보가 획득되도록 한다.
즉, 회전속도도출부(222b-2)는,
방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압의 크기에 따라 변화되는, 소방용수방수압압력센서(222a-1)의 측정 값과,
소방드론(FD)의 비행 고도에 따라 상이(相異)한 소방드론비행환경측정센서(222a-2)의 측정 값과,
이를 기반으로 실험하여 도출된 특정 상수(constant)와의 관계로,
반발력생성회전모터(221c)의 회전 속도가 도출되도록 한다.
제 1반발력(FR1)을 안정시키는 제 1반발력상쇄모듈(210)은,
소방용수방수부(100)의 소방용수방수유로(110)의 일측에 위치, 형성되되,
본 출원인의 기술인 등록특허공보 제10-1926530호에 제시된 '방수압조절카트리지용 방수압조절노즐'이 적용되도록 한다.
제 1반발력상쇄모듈(210)을 통해, 제 1반발력(FR1)이 상쇄되는 원리는,
상술한 바와 같이, 등록특허공보 제10-1926530호에 기재된 원리와 동일하므로, 제 1반발력상쇄모듈(210)에 대한 구체적인 기술 내용은, 등록특허공보 제10-1926530호의 설명으로 갈음한다.
한편, 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)은,
실시 예로, 도 5에 도시된 바와 같이,
소방드론(FD)의 하부에, 소방드론(FD)의 가상의 기준선(AX)을 기준으로, 'T'자 형태로 형성되어,
한쪽 구역에는 소방용수방수부(100)가, 반대편 한쪽 구역에는 방수압반발력상쇄부(200)가 위치되도록 하되,
소방용수(FW)가 방수(放水)되는, 소방용수방수부(100)가 형성되는 영역을 제 1구역(A1),
방수압반발력상쇄부(200)가 형성되는 영역을 제 2구역(A2)이라 할 때,
제 1구역(A1)과 제 2구역(A2)의 중량 관계가,
A1 = A2의 부등식이 성립되도록 구성되어야 한다.
즉, 소방용수방수부(100)와, 방수압반발력상쇄부(200)의 중량이, 동일하게 형성되도록 한다.
이는, 소방드론(FD)의 기본적인 호버링이 유지되도록 하기 위함으로, 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)이 소방드론(FD)에 결합되면서, 소방드론(FD)의 기존 성능을 저하시키거나, A1과 A2의 중량 차이로 인해, 소방드론(FD)에 편측(片側) 부하가 발생되는 것을 방지하기 위함이다.
또한, 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)을 구성하는, 소방용수방수부(100)와, 방수압반발력상쇄부(200)는,
도 5에 도시된 바와 같이,
소방드론(FD)의 가상의 기준선(AX)을 기준으로, 각각 동일하게 일정 각도의 기울기(G);로 형성되어,
보다 효과적으로 소방용수(FW)의 소방거리의 향상 및 소방드론(FD)에 작용하는 반발력을 상쇄시킬 수 있다.
이때, 상기 일정 각도의 기울기(G)는,
0[°] ≤ A ≤ 20[°]의 부등식이 성립되도록 형성되는 것이 바람직하다.
A 〉20[°]일 경우에는,
소방호스(FH)로 유입되어, 소방용수방수부(100)와 방수압반발력상쇄부(200)로 유동되는 소방용수(FW)의 유동도가 저하된다.
본 발명에서 설명하는, 제 1반발력(FR1)은,
방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방용수방수부(100)가 중력반대방향으로 상승하려는 힘을 말하고,
제 2반발력(FR2)은,
방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방용수방수부(100)가 소방용수(FW)의 방수(放水) 방향의 반대 방향으로 밀리는 힘을 말한다.
즉, 제 1반발력(FR1)은,
소방용수방수부(100) 내부 일측에 위치, 고정된 제 1반발력상쇄모듈(210)로,
제 2반발력(FR2)은,
역추진을 생성시키는 제 2반발력상쇄모듈(220)과, 반발력흡수모듈(H3)로, 소방용수(FW)의 방수압으로 인해 소방드론(FD)에 작용하는 반발력(FR)을 상쇄하여, 소방드론(FD)의 호버링을 유지, 안정된 화재 진압 활동을 할 수 있도록 한다.
도 6은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)을 통해 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 흐름과, 방수압반발력상쇄부(200)의 작동 흐름을 순서도를 나타낸 것으로,
간략하게 설명하면,
지상(地上)에서 소방용수(FW)가 소방호스(FH)로 공급되고,
소방용수(FW)는 소방호스(FH)를 따라 유동하여, 소방호스(FH)의 단부와 결합된 호버링안정수단하우징부(H)로 유입,
소방용수방수유로(110)에 생성되는 소방용수방수경로(C1)를 따라 유동되고,
소방용수방수경로(C)를 따라 유동되는 소방용수(FW)가, 제 1반발력상쇄모듈(210)을 통과하여, 소방용수방수홀(120)을 통해, 소방용수(FW)가 화재 지점으로 방수(放水)되도록 한다.
이때, 소방용수방수부(100)로부터 소방용수(FW)가 방수(放水)됨과 동시에,
소방용수방수유로(110)를 따라 유동되는 소방용수(FW)의 방수압이, 소방용수방수압력센서(222a-1)를 통해 센싱되고,
동시에, 소방드론비행환경측정센서(222a-2)를 통해, 소방드론(FD)의 환경 정보가 센싱,
센싱된 정보를 바탕으로, 메카닉반발력제어컨트롤박스(222b)에 의해 반발력생성회전모터(221c)를 회전시키고,
공기유동생성프로펠러(221b)의 회전으로, 반발력상쇄공기유동유로(221e)를 따라, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 생성되도록 한다.
살펴본 바와 같이,
제 1반발력(FR1)은, 제 1반발력상쇄모듈(210)에 의해,
제 2반발력(FR2)은, 제 2반발력상쇄모듈(220)에 의해 상쇄되며,
특히, 제 2반발력(FR2)은,
공기유동생성프로펠러(221b)의 회전으로 공기가 압축되고, 압축된 공기가 공기유동가이드강체(221d)의 내부에 생성되는 반발력상쇄공기유동유로(221e)를 따라 소방용수(FW)의 방수 방향으로 유동되도록 함으로서, 역추진을 발생, 이로 인해, 제 2반발력(FR2)이 상쇄되도록 한다.
또한, 도 7은 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)이 적용된 소방드론(FD)에 작용하는 힘의 FBD(free body diagram, 자유 물체도)를 나타낸 것으로,
소방용수(FW)의 방수압에 의해, 본 발명의 실시 예(본 발명의 실시 예가 적용된 소방드론)에 작용하는 힘을 간략하게 나타낸 것이다.
도시된 바와 같이,
'FR'은, 소방드론(FD)에 작용하는 반발력으로, 소방용수(FW) 방수(放水) 시, 소방드론(FD)의 호버링을 붕괴시키려는 힘이다.
'FR1'은, 제 1반발력으로, 소방용수(FW)의 방수압에 의해 중력반대방향으로 상승하려는 힘이고,
'FR2'는, 제 2반발력으로, 소방용수(FW)의 방수압에 의해 뒤로 밀리는 힘이다.
더하여서, 본 발명인, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)의 구성요소 중, 소방호스결합모듈(H1)과, 소방호스(FH)의 단부의 결합 관계는,
결합, 분리가 가능하도록 하되,
결합 시, 소방호스(FH)가 그대로 고정되도록 하는 고정 타입 이외에도,
소방호스(FW)의 꼬임을 방지하는 꼬임방지커넥터(CC, 도면에 미도시);를 매개체로 소방호스(FW)의 단부와, 소방호스결합모듈(H1) 사이에 결합되어, 소방호스결합모듈(H1)의 중심축을 기준으로, 소방호스(FW)가 회전 가능하도록 하는 회전 타입으로도 결합될 수 있다.
또한, 참고하여, 본 발명은, 본 출원인이 보유하고 있는, 등록특허공보 제10-2128802호의 "소방드론"의 개량발명으로, 소방용수(FW) 방수(放水) 시, 소방드론(FD)의 호버링을 유지시켜주는 안정 수단의 실시 예라 할 수 있다.
본 발명에서 '[]'를 통해 기재된 문자는 해당 숫자의 단위를 의미한다.
이상에서와 같이, 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
따라서, 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있으므로, 본 발명의 실시 예들은 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 아니되며, 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
본 발명은, 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단에 관한 것으로, 이를 제작하는 제작업 및 판매업, 그리고, 고층, 초고층의 화재를 진압하기 위한 도구 및 장비, 이를 이용한 초기 화재 진압 활동, 이로 인한 인명 및 재산의 구조 활동 등, 다양한 소방 관련 산업분야 증진에 기여하는 데에 적용할 수 있다.
특히, 고층, 초고층을 포함한 소방차 및 소방관이 진입하기 어려운 화재 현장 등에 즉시 투입되는 소방드론에 적용되어, 재산 및 인명을 보호할 수 있으므로, 소방안전 및 첨단 소방설비 산업분야 증진에 기여할 수 있다.
1: 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단
100: 소방용수방수부 110: 소방용수방수유로
120: 소방용수방수홀 200: 방수압반발력상쇄부
210: 제 1반발력상쇄모듈 220: 제 2반발력상쇄모듈
221: 메카닉반발력상쇄요소 221a: 반작용가이드강체
221b: 공기유동생성프로펠러 221c: 반발력생성회전모터
221d: 공기유동가이드강체 221e: 제 2반발력상쇄공기유동유로
222: 메카닉반발력제어요소 222a: 소방드론정보측정센서
222a-1: 소방용수방수압압력센서 222a-2: 소방드론비행환경측정센서
222b: 메카닉반발력제어컨트롤박스 222b-1: 소방드론정보측정값입력부
222b-2: 회전속도도출부 222b-3: 모터작동부
H: 호버링안정수단하우징부 H1: 소방호스결합모듈
H2: 소방용수방수부결합모듈 H3: 반발력흡수모듈
H3a: 반발력흡수탄성요소 H3b: 반발력흡수미끄럼요소
H4: 반발력상쇄결합모듈
G: 가상의 기준선(AX)과 소방용수방수부(100) 및 방수압반발력상쇄부(200)가 이루는 일정 각도의 기울기
A1: 제 1구역 A2: 제 2구역
C: 소방용수방수경로 FD: 소방드론
FH: 소방호스 FW: 소방용수
FR: 반발력 FR1: 제 1반발력
FR2: 제 2반발력
AX: 가상의 기준선 CC: 꼬임방지커넥터
PP: 소방드론(FD)에 형성된 비행프로펠러

Claims (3)

  1. 소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단(1)에 있어서,
    고층, 초고층의 화재 현장으로 비행하는 소방드론(FD);
    상기 소방드론(FD)의 하부 일측에 위치, 형성되고, 하단부에는 소방호스(FH)가 결합, 소방호스(FH)로부터 유입되는 소방용수(FD)가 화재 지점으로 방수(放水)되도록 하는 호버링안정수단하우징부(H);
    상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 화재를 진압하기 위한 소방용수(FW)가 방수되는 소방용수방수부(100);
    상기 호버링안정수단하우징부(H)의 일측에 위치, 결합되어, 소방용수방수부(100)로부터 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시키는 방수압반발력상쇄부(200);로 구성되어,
    화재 지점으로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 반발력(FR)을 상쇄시켜, 화재 진압 중인 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는,
    소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단.
  2. 제 1항에 있어서,
    방수압반발력상쇄부(200)는,
    소방용수방수부(100)로부터 방수되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 1반발력(FR1)을 안정시키는 제 1반발력상쇄모듈(210);
    소방용수방수부(100)로부터 방수되는 소방용수(FW)의 방수압에 의해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 2반발력(FR2)을 안정시키는 제 2반발력상쇄모듈(220);로 구성되어,
    화재 진압 중, 소방용수(FW)의 방수압으로 인해, 소방드론(FD)에 작용하는 제 1반발력(FR1), 제 2반발력(FR2)을 상쇄, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는,
    소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단.
  3. 제 2항에 있어서,
    제 2반발력상쇄모듈(220)은,
    역추진을 이용하여, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 힘이 생성되도록 하는 메카닉반발력상쇄요소(221);
    상기 메카닉반발력상쇄요소(221)의 작동을 제어하는 메카닉반발력제어요소(222);로 구성되되,
    메카닉반발력상쇄요소(221)는,
    소방용수방수부(100)와 대칭하여, 반대 방향에 형성되되, 소방용수방수부(100)의 중량에 대응, 동일한 중량으로 형성되는 반작용가이드강체(221a);
    상기 반작용가이드강체(221a)의 단부에 위치, 형성되어, 메카닉반발력제어요소(222)에 의해 회전하되, 소방용수(FW)가 방수(放水)되는 방향으로, 반작용가이드강체(221a)의 외주연면을 따라, 일정 압력의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동생성프로펠러(221b);
    상기 반작용가이드강체(221a)의 일부와, 공기유동생성프로펠러(221b)를 감싸, 반작용가이드강체(221a)의 일부와, 공기유동생성프로펠러(221b)가 내부에 위치되도록, 반작용가이드강체(221a)의 일측에 고정, 형성되어, 공기유동생성프로펠러(221b)의 작동으로 인해 특정 경로의 공기 유동이 생성되도록 하는 공기유동가이드강체(221c);
    상기 공기유동가이드강체(221c)와, 공기유동가이드강체(221c)의 내부에 위치, 작동되는 공기유동생성프로펠러(221b)에 의해 생성되는, 제 2반발력(FR2)을 상쇄시키는 반발력상쇄공기유동유로(221d);로 구성되어,
    소방용수방수부(100)로 방수(放水)되는 소방용수(FW)의 방수압으로 인해, 소방드론(FD)에 생성되는 제 2반발력(FR2)을 상쇄, 소방드론(FD)의 호버링이 유지되도록 하는 것을 특징으로 하는,
    소방드론에 적용되는 역추진을 이용한 호버링 안정 수단.
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