WO2019190196A1 - 고고도 구조물의 균형유지시스템 - Google Patents

고고도 구조물의 균형유지시스템 Download PDF

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WO2019190196A1
WO2019190196A1 PCT/KR2019/003577 KR2019003577W WO2019190196A1 WO 2019190196 A1 WO2019190196 A1 WO 2019190196A1 KR 2019003577 W KR2019003577 W KR 2019003577W WO 2019190196 A1 WO2019190196 A1 WO 2019190196A1
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thrust
displacement
altitude structure
altitude
balance
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PCT/KR2019/003577
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English (en)
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Inventor
정시은
Original Assignee
정시은
정영은
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate

Definitions

  • the present invention relates to a balance system for maintaining a high altitude structure that can improve the safety of the high altitude structure by maintaining a balance through the displacement compensation by the thrust.
  • the high concentration of high-altitude structures is being actively constructed due to the necessity of maximizing the utilization efficiency of the scarce land due to the large concentration of manpower and capital, and the development of architectural design technology and construction technology.
  • High-altitude structures constructed so far include Burj Khalifa, 163 floors, Shanghai Tower, Shanghai, 128 floors, and Lotte World Tower, 123 floors. Height is also expected to rise even higher.
  • Such high-altitude structures are vulnerable to lateral loads such as vibrations from earthquakes and wind pressure, and are designed to have structural safety in consideration of this.
  • high altitude structures are slowly shaken due to the long periods of intrinsic period in which structures are shaken, so they differ from the vibration periods of earthquakes.
  • wind speeds are also many times stronger, so high altitude structures are more affected by wind pressure than by earthquakes in lateral loads.
  • the high-altitude structure is designed and constructed in consideration of the lateral load such as wind pressure, unexpected wind pressure is applied according to abnormal weather such as typhoon, while maintaining the balance by quickly compensating for the displacement caused by the shaking. Even in this case, it is necessary to apply additional systems to ensure the safety of the structure.
  • the present invention is proposed to solve the above-described problems, the object of the present invention is to provide a high-altitude by maintaining the balance quickly by the thrust acting directly in the direction to compensate for the displacement of the high-altitude structure occurs It is to provide a high-altitude structure balancing system that can improve the safety of the structure.
  • a system for balancing high altitude structures comprising: a displacement sensing unit for detecting displacement from a balanced state of the high altitude structure, and installed in the high altitude structure to provide thrust to the high altitude structure in a direction to compensate for the displacement
  • a balance maintaining system for a high altitude structure including a compensation thrusting unit and a balance maintaining control unit for maintaining a balance of the high altitude structure by controlling the compensation thrust unit according to the detection of the displacement detecting unit.
  • the thrust acts directly in the direction of compensating the displacement when the displacement of the high-altitude structure occurs, there is an advantage that can quickly and efficiently restore and maintain the balance of the high-altitude structure.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a block configuration of a high-altitude structure balancing system according to the present invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a balancing system applied to a high altitude structure
  • 3 to 5 are views illustrating various installation states of the thrust compensator, respectively;
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a block configuration of a balance maintaining control unit according to the present invention.
  • FIG. 7 is a view illustrating an operation of the balance maintenance system according to the present invention.
  • FIG. 8 is a view illustrating a displacement action of a conventional high altitude structure.
  • the high-altitude structure 100 has a high altitude and greatly increases the area subjected to the wind, and the wind speed is also very strong compared to the ground, and is shaken under the influence of the wind pressure (W) due to the wind. If the displacement is excessive, or if the displacement is excessive or lasts for a long time, it may cause a discomfort and anxiety of the occupants, and may also cause a fatal effect on the safety of the high-altitude structure 100.
  • the high-altitude structure to which the balance maintaining system according to the present invention is applied includes a space elevator, a tower crane, a high-altitude dust collector or an air purifier, which is currently being researched and developed, including buildings such as buildings and apartments where people can live or live It may include without limitation a variety of structures are built at high altitude.
  • the balanced state may mean a fixed state in which the high altitude structure is maintained when the high altitude structure is not placed vertically or does not receive a lateral load due to wind pressure.
  • balance system The balance maintaining system of the high-altitude structure according to the present invention (hereinafter, abbreviated as "balance system”) is used to maintain the balance by efficiently compensating the displacement when a displacement occurs in the high-altitude structure as described above. System.
  • the balance maintaining system of the present invention for this purpose may include a displacement sensing unit 10, a compensation thrust unit 20, and a balance maintaining control unit 30 as illustrated in the block diagram of FIG. 1.
  • the displacement detecting unit 10 detects when the high-altitude structure 100 is displaced from the balanced state while shaking by the lateral load such as wind pressure (W), earthquake, etc., and detects the displacement to the balance maintaining control unit 30. Send a signal.
  • W wind pressure
  • earthquake etc.
  • the displacement detection unit 10 may be made of, for example, a GPS system.
  • the GPS system is provided with a single or plural GPS receivers at a predetermined position above the high-altitude structure 100, and the GPS receiver detects the displacement by detecting its current position through communication with the GPS satellites.
  • Displacement detection of high-altitude structures through the GPS system is described in detail in various prior documents, such as the aforementioned Patent Nos. 10-1267107, and is already applied to various high-altitude structures, such as Burj Khalifa, Dubai.
  • technology has been developed to have a precision of up to mm unit.
  • the displacement detection unit 10 may detect a displacement using an inclination sensor that transmits a signal by sensing a tilt as an example.
  • a single or plural inclination sensors are installed to sense inclinations in various directions at an upper predetermined position of the high altitude structure, and the displacement is detected by measuring the inclination at the positions where the inclination sensors are installed.
  • the displacement detection unit 10 of the present invention includes a variety of known conventional displacement, including the GPS system, the tilt sensor
  • the detection techniques may be included without limitation, and one of the above techniques may also be applied, but it is also possible to simultaneously apply the detection through the GPS system and the detection through the tilt sensor.
  • the compensating thrust unit 20 performs a function of restoring a balanced state by providing a thrust F in a direction compensating for the displacement of the high-altitude structure 100 according to the control of the balance maintaining controller 30. do.
  • the compensation thrust unit 20 is a lateral load applied to the high-altitude structure 100 due to wind pressure (W) due to wind, etc.
  • W wind pressure
  • the direction to compensate for the displacement By generating a thrust (F) to push the high-altitude structure 100 in the direction opposite to the lateral load to recover the high-altitude structure 100 to a balanced state.
  • the compensating thrust unit 20 includes a thrust device 21 for generating thrust, which can be applied without limitation as long as the thrust device 21 generates a thrust F.
  • a booster for accelerating a high-energy, high-pressure fluid due to combustion or compression of fuel to the rear to generate thrust F by using the reaction As an example, as the thrust device 21, as shown in FIG. 3, a booster for accelerating a high-energy, high-pressure fluid due to combustion or compression of fuel to the rear to generate thrust F by using the reaction.
  • An engine, a jet engine, a compression spray device, or the like, or a propeller for accelerating the airflow backward by rotation and generating a thrust F using the recoil as shown in FIG. 4 may be applied.
  • the compensation thrust unit 20 for generating the thrust F to push the high altitude structure 100 in the displacement compensation direction is installed in the high altitude structure 100 itself as shown in FIG. 2. It can be installed in a variety of structures.
  • the compensation thrust unit 20 may be installed in a structure in which a plurality of thrust devices 21 are arranged at an upper predetermined position of the high-altitude structure 100.
  • the number and installation direction of the thrust device 21 corresponds to the direction in which displacement can occur according to the shape of the high-altitude structure 20.
  • the compensation thrust unit 20 may perform displacement in four directions, respectively.
  • Four thrust devices 21 are installed on the four sides of the high-altitude structure 100 at right angles so as to compensate independently. Therefore, if the high-altitude structure 100 is hexagonal or octagonal, If the six or eight thrust device 21 is arranged along the six or eight surfaces, if the curved shape can be appropriately arranged in consideration of the displacement direction.
  • the thrust devices 21 arranged as described above selectively generate the thrust F in correspondence to the displacement direction under the control of the balance maintaining control unit 30.
  • the compensation thrust unit 20 installed as described above may be installed as an independent structure on the outer surface of the high-altitude structure 100, as shown in Figure 3 (a), and also as shown in Figure 3 (b) It is also possible to be installed in a structure that is drawn inward so as not to protrude to the outside of the high-altitude structure 20 for aesthetics.
  • the compensation thrust portion 20 is not fixed to a specific position without compensation to adjust the position as needed
  • the thrust part 20 may be implemented to be movable up and down.
  • the compensation thrust unit 20 may generate a thrust F by installing a single thrust device 21 in one direction, as illustrated in FIG. As illustrated, a plurality of thrust devices 21 may be arranged in one direction to generate a thrust F.
  • FIG. 1 A perspective view of a thrust F .
  • the compensating thrust unit 20 unlike the structure in which a plurality of thrust device 21 is arranged in correspondence to the direction that can be displaced, as described above, in order to compensate for displacement in various directions, the single thrust device 21 It may be configured to be able to change the thrust direction with only bay.
  • the compensation thrust unit 20 is composed of a single thrust device 21 is installed in the center of a certain floor of the high-altitude structure 100, as illustrated in Figure 5, the thrust device 21 is horizontal It is also possible to be configured to generate a thrust (F) in the direction to compensate for the displacement while the thrust device 21 is horizontally rotated corresponding to the direction in which the displacement occurs by being rotatably installed.
  • the thrust device 21 When the thrust device 21 is driven in the state where the compensation thrust unit 20 is installed in the high altitude structure 100, the thrust F is generated in the horizontal direction by the reaction force to compensate for the displacement of the high altitude structure 100.
  • the high-altitude structure 100 is quickly and efficiently restored to a balanced state by directly moving in a direction to be moved.
  • the balance maintaining control unit 30 controls the compensation thrust unit 20 according to the detection of the displacement detecting unit 10 so that the balance of the high-rise structure 100 is maintained.
  • the balance maintaining controller 30 may be implemented to include a balance deviation determination unit 31, a displacement direction determination unit 32, and a thrust control unit 32 as shown in FIG. 6.
  • the deviation determination unit 31 may calculate a displacement value according to the detection information transmitted from the displacement detection unit 10, and determine that the displacement value is out of balance when the displacement value is higher than the reference value.
  • the reference value that is the reference of the determination may be appropriately set in consideration of the height and structure of the high-altitude structure 100, the risk that the structural safety is impaired, the degree to which residents feel uncomfortable.
  • the displacement direction determination unit 32 determines the displacement direction by grasping the GPS or the tilt sensor of the displacement detection unit 10 that transmits the corresponding sensing information when the balance deviation determination unit 31 determines that the deviation is out of balance.
  • the thrust control unit 33 controls the compensating thrust unit 20 so that a proper force thrust F is generated in the direction of compensating the displacement according to the displacement direction determination unit 32.
  • the thrust control unit 33 is a direction facing the displacement direction among the plurality of thrust devices 21.
  • the compensation thrust unit 20 may be controlled to generate the thrust F in the direction to compensate for the displacement by applying the driving signal to drive only the thrust device 21.
  • the compensating thrust unit 20 when the compensating thrust unit 20 is composed of a single thrust device 21 capable of horizontal rotation, the thrust control unit 33 is horizontally rotated in the direction opposite to the displacement direction.
  • the compensation thrust unit 20 may be controlled to generate the thrust F in the direction to compensate for the displacement by applying the driving signal after applying the rotation signal.
  • the thrust control unit 33 controls the driving of the thrust device 21, so that the continuous drive is performed, by applying a drive signal in the form of a pulse and the drive repeatedly discontinuously as the thrust device 21 pulsated It is also possible to control as much as possible.
  • the thrust control unit 33 controls the driving of the thrust device 21, for example, when there is a thrust device in the north-west, north-west four directions of the structure when the inclination in the north-west direction simultaneously the thrust device 21 in the north and west directions
  • the degree of thrust generation in each direction may be appropriately adjusted according to the segmentation of the inclined direction.
  • the displacement sensing unit 10 continuously detects whether the high-altitude structure 100 is displaced from the balanced state, and transmits the sensing information to the balance maintaining control unit 30.
  • the balance maintaining control unit 30 determines whether the balance is out of balance, and in the case of displacement in the normal range that is less than or equal to the reference value, the sensing state is maintained without generating a thrust.
  • the balance maintaining control unit 30 in accordance with the detection information transmitted from the displacement detection unit 10 Determines the out of balance and displacement direction.
  • the balance maintaining control unit 30 selects the thrust device 21 to generate the thrust F in the compensation thrust unit 20 or rotates the thrust device 21 in a corresponding direction, and then the corresponding thrust device ( 21) to be driven.
  • the driven thrust device 21 accelerates and injects fluid or air in the outward direction of the high altitude structure 100 to apply the thrust F in the transverse direction opposite to the wind pressure W.
  • the thrust F causes the high-altitude structure 100 to be pushed in a direction to compensate for the displacement, thereby compensating for the displacement.
  • the balance control unit 30 continuously determines according to the detection information transmitted from the displacement detection unit 10, and the high-altitude structure below the reference value by the compensation by the thrust
  • the driving of the thrust device 21 is controlled to be stopped.
  • the reference value is less than the above, while the thrust device 21 is decelerated so that the thrust is weakened, it can also be controlled to stop when the displacement value is finally zero balance.
  • the balance maintaining system of the present invention applies a high-altitude structure (by applying a thrust force F) to directly compensate the displacement of the high-altitude structure 100 in which the deviation is caused by displacement due to lateral load such as wind pressure (W) ( 100) can be quickly restored to a balanced state, it can be seen that it is possible to improve the structural safety of the high-altitude structure and to effectively resolve the inconvenience or anxiety of the residents.
  • a thrust force F to directly compensate the displacement of the high-altitude structure 100 in which the deviation is caused by displacement due to lateral load such as wind pressure (W) ( 100)

Landscapes

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Abstract

본 발명은 고고도 구조물의 균형유지를 위한 균형유지시스템으로서, 상기 고고도 구조물의 균형상태로부터의 변위를 감지하는 변위감지부와, 상기 고고도 구조물에 설치되어 상기 변위를 보상하는 방향으로 고고도 구조물에 추력을 제공하는 보상추력부, 및 상기 변위감지부의 감지에 따라 상기 보상추력부를 제어함으로써 고고도 구조물의 균형을 유지하는 균형유지제어부를 포함한다. 이러한 본 발명에 따르면, 고고도 구조물에 직접 작용하는 추력에 의해 변위 를 보상하여 균형을 유지함으로써 고고도 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있다.

Description

고고도 구조물의 균형유지시스템
본 발명은 추력에 의한 변위 보상을 통해 균형을 유지함으로써 고고도 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있는 고고도 구조물의 균형유지시스템에 관한 것이다.
많은 인력과 자본의 도시 집중으로 인하여 부족한 토지의 이용효율을 극대화할 필요성이 있음과 함께, 건축설계기술 및 시공기술 또한 진보 발전됨에 따라 고도의 높이를 갖는 고고도 구조물이 활발하게 건설되고 있다.
현재까지 건설된 고고도 구조물의 대표적인 예로는 163층인 두바이의 부르즈 할리파, 128층인 상하이의 상하이타워, 123층인 서울의 롯데월드타워 등이 있으며, 이러한 고고도 구조물은 향후 더욱 많이 건설될 뿐만 아니라 높이 또한 더욱 고층화될 전망이다.
이러한 고고도 구조물은 지진의 진동과 바람의 압력에 의한 진동 등 횡하중에 취약한 바, 이를 고려하여 구조적 안전성을 갖도록 설계된다.
특히, 고고도 구조물은 고도가 높을수록 구조물이 흔들리는 고유주기가 길어져 서서히 흔들리기 때문에 지진의 진동주기와는 차이가 많이 나서 지진에 의해서는 잘 흔들리지 않는 반면, 고도가 높아 바람을 받는 면적이 크게 늘어나는데다 고도가 높을수록 풍속 또한 몇배에 이를 정도로 강해지기 때문에, 고고도 구조물은 횡하중에 있어 지진보다는 바람에 의한 풍압에 가장 큰 영향을 받게 된다.
따라서, 고고도 구조물은 비록 풍압 등의 횡하중을 고려하여 설계 시공되고 있긴 하지만, 흔들림에 따른 변위가 발생하는 경우 이를 신속히 보상하여 균형을 유지시키면서, 태풍 등과 같은 이상 기후에 따라 예상치 못한 풍압이 가해지는 경우에도 구조물의 안전성을 보장할 수 있는 추가적인 시스템의 적용이 필요하다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것인 바, 본 발명의 목적은 고고도 구조물의 변위 발생시에 변위를 보상하는 방향으로 추력이 직접 작용하여 균형을 신속하게 회복 유지시킴으로써 고고도 구조물의 안전성을 향상시킬 수 있는 고고도 구조물의 균형유지시스템을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,
고고도 구조물의 균형유지를 위한 시스템으로서, 상기 고고도 구조물의 균형상태로부터의 변위를 감지하는 변위감지부와, 상기 고고도 구조물에 설치되어 상기 변위를 보상하는 방향으로 고고도 구조물에 추력을 제공하는 보상추력부, 및 상기 변위감지부의 감지에 따라 상기 보상추력부를 제어함으로써 고고도 구조물의 균형을 유지하는 균형유지제어부를 포함하는 고고도 구조물의 균형유지시스템이 개시된다.
본 발명에 따르면, 고고도 구조물의 변위 발생시에 변위를 보상하는 방향으로 추력이 직접 작용하여 신속하고 효율적으로 고고도 구조물의 균형을 회복 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 고고도 구조물의 안전성을 향상시키면서 거주자들의 불안감이나 불편함을 최소화할 수 있으며, 구조물의 안전성이 향상되므로 하부의 기초넓이나 두께 등을 최소화시켜 구조물을 설계 시공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 고고도 구조물 균형유지시스템의 블록구성을 일 예시한 도면,
도 2는 고고도 구조물에 적용된 균형유지시스템의 일 예를 예시한 도면,
도 3 내지 도 5는 추력보상부의 다양한 설치상태를 각각 일 예시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 균형유지제어부의 블록구성을 일 예시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 균형유지스템의 작용을 일 예시한 도면,
도 8은 통상적인 고고도 구조물의 변위작용을 일 예시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
이하, 첨부된 도면에서의 요소의 형상, 크기, 요소 간의 간격 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 축소되거나 과장되어 표현될 수 있으며, 또한 실시예의 설명시 원칙적으로 공지기능이나 공지구성과 같이 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 8에 일 예시된 것처럼, 고고도 구조물(100)은 고도가 높아 바람을 받는 면적이 크게 늘어나는데다 풍속 또한 지상에 비하여 매우 강하기 때문에 바람에 의한 풍압(W)의 영향을 크게 받아 흔들리면서 균형상태로부터의 변위가 발생하게 되며, 이러한 변위가 과도하거나 장시간 지속되는 경우에는 거주자의 불편, 불안을 초래하면서 더 나아가 고고도 구조물(100)의 안전성에 치명적인 결과를 야기할 수도 있게 된다.
여기서, 본 발명에 따른 균형유지시스템이 적용되는 고고도 구조물은 사람이 거주하거나 생활할 수 있는 빌딩, 아파트와 같은 건물을 포함하여 현재 연구 개발되고 있는 우주엘리베이터, 타워크레인, 고고도 집진기나 공기청정기 등과 같이 고도가 높게 세워지는 다양한 구조물을 제한없이 포함할 수 있다.
또한, 균형상태란 고고도 구조물이 수직으로 세워진 상태 또는 풍압 등에 의한 횡하중을 받지 않을 때 고고도 구조물이 유지되는 고정상태를 의미할 수 있다.
본 발명에 따른 고고도 구조물의 균형유지시스템(이하, “균형유지시스템”으로 약칭함.)은 전술한 것과 같이 고고도 구조물에 변위가 발생되는 경우 그 변위를 효율적으로 보상하여 균형을 유지시키기 위한 시스템이다.
이를 위한 본 발명의 균형유지시스템은 도 1의 블록도에 일 예시된 것과 같이, 변위감지부(10)와, 보상추력부(20)와, 균형유지제어부(30)를 포함하여 이루어질 수 있다.
먼저, 상기 변위감지부(10)는 고고도 구조물(100)이 풍압(W), 지진 등과 같은 횡하중에 의해 흔들리면서 균형상태로부터 이탈하여 변위가 발생하는 경우, 이를 감지하여 균형유지제어부(30)로 신호를 전송한다.
이러한 변위감지부(10)는 일 예로서 GPS시스템으로 이루어질 수 있다.
GPS시스템은 고고도 구조물(100)의 상측 일정 위치에 단수 또는 복수개의 GPS수신기가 설치되고, 이러한 GPS수신기가 GPS위성과의 통신을 통해 현재 자신의 위치를 검출함으로써 변위를 감지하는 것이다.
이러한 GPS시스템을 통한 고고도 구조물의 변위 감지는 전술한 선행특허 제10-1267107호 등 다양한 선행문헌들에 상세하게 개시되어 있으면서 이미 두바이의 부르즈 할리파 등과 같은 다양한 고고도 구조물에 모니터링을 위하여 적용되고 있으며, 현재 mm단위까지의 정밀성을 갖도록 기술이 발전되어 있다.
또한, 변위감지부(10)는 일 예로서 기울기를 센싱하여 신호를 전송하는 기울기센서를 이용하여 변위를 감지할 수도 있다.
즉, 고고도 구조물의 상부 일정 위치에 다양한 방향의 기울기를 센싱할 수 있도록 단수 또는 복수개의 기울기센서들이 설치되고, 이러한 기울기센서들이 설치된 위치에서의 기울기를 측정함으로써 변위를 감지하는 것이다.
상기한 GPS시스템이나 기울기센서 등을 통한 변위 감지기술은 당해 기술분야에서 이미 공지된 기술들로서, 본 발명의 변위감지부(10)는 상기한 GPS시스템, 기울기센서를 포함하여 공지된 종래의 다양한 변위 감지기술들을 제한없이 포함할 수 있으며, 또한 상기의 기술들을 하나만 적용할 수도 있지만, GPS시스템을 통한 감지와 기울기센서를 통한 감지 등을 동시에 적용하는 것도 물론 가능하다.
다음으로, 상기 보상추력부(20)는 상기 균형유지제어부(30)의 제어에 따라 고고도 구조물(100)에 변위를 보상하는 방향으로 추력(F)을 제공하여 균형상태로 회복시키는 기능을 수행한다.
즉, 보상추력부(20)는 바람에 의한 풍압(W) 등으로 고고도 구조물(100)에 횡하중이 가해짐으로써 고고도 구조물(100)이 흔들려 변위가 발생되는 경우, 그 변위를 보상하는 방향으로 추력(F)을 발생시켜 고고도 구조물(100)을 횡하중에 대향하는 방향으로 밀어줌으로써 고고도 구조물(100)이 균형상태로 회복되도록 하는 것이다.
상기 보상추력부(20)는 추력(推力, thrust)을 발생시키는 추력장치(21)를 포함하는데, 이러한 추력장치(21)는 추력(F)을 발생시키는 장치라면 제한없이 적용이 가능하다.
일 예로서, 이러한 추력장치(21)로는 도 3에 일 예시된 것과 같이, 연료의 연소나 압축 등에 의한 고에너지, 고압의 유체를 뒤쪽으로 가속하여 그 반동을 이용해 추력(F)을 발생시키는 부스터엔진, 제트엔진, 압축분사장치 등이나, 또는 도 4에 일 예시된 것과 같이 회전에 의해 기류를 뒤쪽으로 가속하여 그 반동을 이용해 추력(F)을 발생시키는 프로펠러 등이 적용될 수 있는 것이다.
이렇게 추력(F)을 발생시켜 고고도 구조물(100)을 변위 보상방향으로 밀어주는 보상추력부(20)는 도 2에 일 예시된 것처럼 고고도 구조물(100) 자체에 설치되는 바, 실시예에 따라 다양한 구조로 설치될 수 있다.
먼저, 보상추력부(20)는 도 3과 도 4에 일 예시된 것처럼, 고고도 구조물(100)의 상측 일정 위치에 복수개의 추력장치(21)가 배열되는 구조로 설치될 수 있다.
이 때, 추력장치(21)의 갯수 및 설치방향은 고고도 구조물(20)의 형상에 따라 변위가 발생할 수 있는 방향에 대응한다.
예컨대, 도 3과 도 4에 일 예시된 것처럼, 고고도 구조물(100)이 4각형상인 경우 전후좌우 4방향으로 변위가 발생할 수 있으므로, 이 경우 보상추력부(20)는 4방향의 변위를 각각 독립적으로 보상할 수 있도록 4개의 추력장치(21)가 고고도 구조물(100)의 4면에 각각 직각으로 배열되는 구조로 설치되는 것이며, 따라서 만약 고고도 구조물(100)이 6각 또는 8각 형상이라면 6개 또는 8개의 추력장치(21)가 6면 또는 8면을 따라 배열 설치가 이루어지는 것이며, 곡선 형상이라면 변위방향을 고려하여 적절하게 배열될 수 있다.
이렇게 배열된 복수의 추력장치(21)는 균형유지제어부(30)의 제어에 따라 변위 방향에 대응하여 선택적으로 추력(F)을 발생시키게 된다.
그리고, 상기와 같이 설치되는 보상추력부(20)는 도 3의 (a)와 같이, 고고도 구조물(100)의 외면에 독립된 구조로 설치될 수 있으며, 또한 도 3의 (b)와 같이 구조물의 미관을 위하여 고고도 구조물(20)의 외부로 돌출되지 않도록 내측으로 인입된 구조로 설치되는 것도 가능하다.
여기서, 도 3의 (a)와 같이 고고도 구조물(100)의 외면에 독립 구조로 설치되는 경우에는 보상추력부(20)가 특정 위치에 고정되지 않고 필요에 따라 위치되는 높이를 조정할 수 있도록 보상추력부(20)는 상하 이동 가능하게 구현되는 것도 가능하다.
또한, 보상추력부(20)는 도 4의 (a)에 일 예시된 것처럼, 단수의 추력장치(21)를 일방향으로 설치하여 추력(F)을 발생시킬 수도 있고, 도 4의 (b)에 일 예시된 것처럼 복수의 추력장치(21)를 일방향에 배열하여 추력(F)을 발생시키도록 할 수도 있다.
한편, 보상추력부(20)는 다양한 방향의 변위를 보상하기 위하여 전술한 예와 같이 복수의 추력장치(21)가 변위가 가능한 방향에 대응하여 배열되는 구조와 달리, 단수의 추력장치(21)만을 가지고 추력방향의 전환이 가능하도록 구성될 수도 있다.
즉, 보상추력부(20)는 도 5에 일 예시된 것처럼, 고고도 구조물(100)의 일정 층 중심에 설치되는 단수의 추력장치(21)로 구성되되, 상기 추력장치(21)는 수평방향으로 회전 가능하게 설치됨으로써 변위가 발생하는 방향에 대응하여 추력장치(21)가 수평 회전되면서 변위를 보상하는 방향으로 추력(F)을 발생시키도록 구성되는 것도 가능하다.
위와 같은 보상추력부(20)는 고고도 구조물(100)에 설치된 상태에서 추력장치(21)가 구동되면 반력에 의한 추력(F)이 횡방향으로 발생되어 고고도 구조물(100)을 변위가 보상되는 방향으로 직접 밀어 이동시킴으로써 고고도 구조물(100)을 신속하고 효율적으로 균형상태로 회복시키게 된다.
다음으로, 상기 균형유지제어부(30)는 고층구조물(100)의 균형이 유지되도록상기 변위감지부(10)의 감지에 따라 상기 보상추력부(20)에 대한 제어를 수행한다.
이러한 균형유지제어부(30)는 일 예로서 도 6과 같이, 균형이탈 판별부(31)와, 변위방향 판별부(32)와, 추력제어부(32)를 포함하여 구현될 수 있다.
상기 균형이탈 판별부(31)는 상기 변위감지부(10)로부터 전송되는 감지정보에 따라 변위값을 산출하고 이를 설정된 기준값과 대비하여 변위값이 기준값 이상인 경우 균형 이탈로 판별할 수 있다.
여기서, 판별의 기준이 되는 기준값은 고고도 구조물(100)의 높이와 구조, 구조적 안전이 저해될 위험성, 거주자가 불편을 느끼는 정도 등을 종합적으로 고려하여 적절하게 설정될 수 있다.
상기 변위방향 판별부(32)는 균형이탈 판별부(31)에서 균형 이탈로 판별된 경우 해당 감지정보를 전송한 변위감지부(10)의 GPS 또는 기울기센서 등을 파악하여 변위 방향을 판별한다.
상기 추력제어부(33)는 상기 변위방향 판별부(32)에 따라 변위를 보상하는 방향으로 적절한 힘의 추력(F)이 발생되도록 보상추력부(20)를 제어한다.
예컨대, 전술한 일 예처럼, 보상추력부(20)가 복수개의 추력장치(21)가 배열된 구조를 갖는 경우, 추력제어부(33)는 복수개의 추력장치(21) 중 변위 방향에 대향하는 방향의 추력장치(21)만이 구동되도록 구동신호를 인가함으로써 변위를 보상하는 방향으로 추력(F)이 발생되도록 보상추력부(20)를 제어할 수 있다.
또한, 전술한 일 예처럼, 보상추력부(20)가 수평 회전 가능한 단수의 추력장치(21)로 구성된 경우, 추력제어부(33)는 변위 방향에 대향하는 방향으로 추력장치(21)가 수평 회전되도록 회전신호를 인가한 후에 구동신호를 인가함으로써 변위를 보상하는 방향으로 추력(F)이 발생되도록 보상추력부(20)를 제어할 수 있다.
여기서, 추력제어부(33)는 추력장치(21)의 구동을 제어함에 있어, 연속구동이 이루어지도록 제어를 하되, 구동신호를 펄스 형태로 인가하여 추력장치(21)가 맥동치듯이 불연속으로 반복 구동되도록 제어하는 것도 가능하다.
또한, 추력제어부(33)는 추력장치(21)의 구동을 제어함에 있어, 예컨데 구조물의 동서남북 4방향에 추력장치가 있을 때 북서 방향으로 기울어 질 때에는 북쪽과 서쪽 방향의 추력장치(21)를 동시에 가동할 수도 있으며, 기울어진 방향의 세분화에 따라 각 방향의 추력 발생의 정도를 적절히 조절할 수도 있다.
이하, 본 발명에 의한 균형유지 과정을 간략하게 살펴본다.
먼저, 변위감지부(10)는 고고도 구조물(100)이 균형상태로부터 변위되는지 여부를 계속적으로 감지하여 감지정보를 균형유지제어부(30)로 전송한다.
그러면, 균형유지제어부(30)에서는 균형이탈 여부를 판별하여 기준값 이하인 정상적인 범위의 변위인 경우에는 추력을 발생시키지 않고 이러한 감지상태를 계속 유지한다.
이러한 상태에서 일방향으로 바람에 의한 풍압(W)이 크게 작용하여 고고도 구조물(100)이 흔들리면서 기준값 이상의 변위가 발생되면, 변위감지부(10)에서 전송된 감지정보에 따라 균형유지제어부(30)는 균형이탈 및 변위방향을 판별한다.
그리고 균형유지제어부(30)는 보상추력부(20)에서 추력(F)을 발생시킬 추력장치(21)를 선택하거나 또는 추력장치(21)를 대응하는 방향으로 수평회전시킨 후, 해당 추력장치(21)가 구동되도록 제어한다.
그러면, 도 7에 일 예시된 것처럼, 구동된 추력장치(21)는 고고도 구조물(100)의 외측 방향으로 유체나 공기를 가속 분사시켜 풍압(W)에 대향하는 횡방향으로 추력(F)을 발생시키고, 이러한 추력(F)에 의해 고고도 구조물(100)이 변위를 보상하는 방향으로 밀리게 되면서 변위를 보상하게 된다.
이렇게 추력(F)에 의해 변위 보상이 이루어지는 동안, 균형유지제어부(30)는 변위감지부(10)로부터 전송된 감지정보에 따라 계속적으로 판별하며, 추력에 의한 보상에 의해 기준값 이하로 고고도 구조물(100)이 회복되는 경우 추력장치(21)의 구동이 정지되도록 제어한다. 물론, 위와 같이 기준값 이하로 되는 경우, 추력이 약해지도록 추력장치(21)를 감속시키면서 최종적으로 변위값이 0인 균형상태일 때 정지되도록 제어할 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 균형유지시스템은 풍압(W) 등의 횡하중에 의한 변위로 균형이탈이 발생한 고고도 구조물(100)에 다이렉트로 변위를 보상하는 추력(F)을 가하여 고고도 구조물(100)을 균형상태로 신속하게 회복시킬 수 있으므로, 고고도 구조물의 구조적 안전성을 향상시키고 거주자들의 불편함이나 불안감을 효율적으로 해소할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 고고도 구조물의 균형유지를 위한 시스템으로서,
    상기 고고도 구조물의 균형상태로부터의 변위를 감지하는 변위감지부;
    상기 고고도 구조물에 설치되어 상기 변위를 보상하는 방향으로 고고도 구조물에 추력을 제공하는 보상추력부; 및
    상기 변위감지부의 감지에 따라 상기 보상추력부를 제어함으로써 고고도 구조물의 균형을 유지하는 균형유지제어부;를 포함하는 고고도 구조물의 균형유지시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 보상추력부는 추력을 발생시키는 부스터엔진, 제트엔진, 압축분사장치, 프로펠러 중 어느 하나의 추력장치를 포함하는 고고도 구조물의 균형유지시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 보상추력부는 고고도 구조물의 변위가 발생할 수 있는 방향에 대응하여 배열되면서, 변위 방향에 따라 선택적으로 추력을 발생시키는 복수의 추력장치를 포함하는 고고도 구조물의 균형유지시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보상추력부는 수평 회전 가능하게 설치되어 변위 방향에 대응하여 방향을 전환하면서 추력을 발생시키는 추력장치를 포함하는 고고도 구조물의 균형유지시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보상추력부는 고고도 구조물의 외면을 따라 승강 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 고고도 구조물의 균형유지시스템.
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