KR101144014B1 - 수중운동체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중운동체에 사용되는 부력조절장치에 관한 것으로 물 및 공기가 수용되는 실린더와 상기 실린더로 공기를 공급하는 압축공기탱크를 포함하고, 상기 실린더로 공기가 유입되어 실린더 내부에 장착되는 피스톤이 이동하게 되며, 밸브에 의하여 상기 물이 상기 수중운동체의 외부로 배출되면서 추진력을 갖는 것을 특징으로 한다.
물과 공기가 분리되고 밸브로 인하여 배출되는 물의 양과 방향이 제어되므로 상기 수중운동체가 수면으로 부양하는 것이 용이하다.

Description

수중운동체 {UNDERWATER PROJECTILE}

본 발명은 부력조절장치를 포함하는 수중운동체에 관한 것이다.

일반적으로 수중에서 작동하는 수중운동체, 특히 어뢰와 같은 것은 현대의 전쟁에서 적군의 잠수정이나 군함 등을 격침시키는 데 유용한 수단이다.

이러한 수중운동체는 제작 후 원하는 설계 목표를 만족하는지에 대한 시험이 필요하고, 그 운용에 있어서도 수중운동체가 워낙 고가의 장비이므로, 군사 훈련에 있어서 발사 후 이를 회수하는 것이 필요하다.

발사 후 목적을 달성하고 난 뒤 상기 수중운동체를 수면으로 떠오르게 하여 회수하기 위한 부양장치가 장착되며, 부양장치의 정상 작동을 위해서 수중운동체에 양성부력을 인가하는 장치가 필요하다. 훈련용 어뢰는 실제 공격용 어뢰와 동일하게 제작되는바 큰 음성부력을 갖도록 제작될 수 있다. 일반적으로 훈련용 어뢰에 장착된 공기백을 이용하여 부양시키는 기술을 이용하나, 큰 음성부력을 갖는 훈련용 어뢰의 경우 상기 공기백을 이용하여 부양시키는 것은 무리가 있다.

이에 따라 해상시험을 목적으로 이용되는 큰 음성부력을 갖는 훈련용 어뢰의 회수를 용이하게 하기 위해서는 주행종료 후, 큰 양성부력을 제공할 수 있는 부력조절장치가 필요로 하게 되었다.

이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 수중운동체를 부양시키기 위한 부력조절장치를 포함하는 수중운동체를 제공하기 위한 것이다.

이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 수중운동체는 실린더, 압축공기공급탱크, 피스톤, 제1 및 제3 배관, 제1 및 제3 밸브 및 배출홀을 포함한다. 상기 실린더에는 물 및 공기가 수용된다. 상기 압축공기탱크는 상기 공기가 일정 기압이상의 압축상태로 저장되며 상기 실린더와 연결되고 상기 실린더에 상기 공기를 공급한다. 상기 피스톤은 상기 실린더 내부에 장착되고 상기 물과 공기를 분리하고 실린더에 공급되는 상기 공기의 압력에 의하여 이동가능 하도록 설치된다. 상기 제1 배관은 상기 공기가 통과하도록 상기 압축공기탱크와 실린더 사이를 연결한다. 상기 제1 밸브는 상기 제1 배관에 장착되어 상기 공기의 상기 실린더로의 유입을 제어한다. 상기 제3 배관은 상기 실린더와 연결되어 상기 물이 상기 실린더의 외부로 배출되도록 형성된다. 상기 배출홀은 상기 물을 상기수중운동체의 외부로 배출하도록 상기 제3 배관과 연통되고, 상기 수중운동체의 외면에 형성된다. 상기 제3 밸브는 상기 제3 배관에 장착되어 상기 물을 배출하도록 형성된다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 수중운동체의 일면에는 상기 물이 배출되도록 배출홀이 형성될 수 있다. 상기 수중운동체는 상기 물이 배출되는 방향과 반대되는 방향으로 추진된다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 제3 밸브는 상기 실린더의 추진 속도를 조절하기 위하여 배출되는 물의 양을 조절가능 하도록 형성된다.

삭제

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 피스톤과 접촉하여 상기 피스톤의 이동을 차단하도록 상기 실린더의 내주를 따라 링형상으로 형성되고, 상기 피스톤을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 실린더의 내주면에 형성되는 제1 및 제2 스토퍼를 포함한다.

본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 부력조절장치는 상기 실린더의 일면에서 상기 실린더에 체류하는 공기를 배출시키도록 형성되는 배기밸브를 포함한다.

삭제

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 공급된 공기와 분리된 물은 밸브의 제어에 의하여 배출되어 상기 수중운동체에 추진력을 제공하여 상기 수중운동체가 수면으로 부양하는 것을 보다 용이하게 한다.

또한, 상기 배출홀을 상기 수중운동체에 형성하여 추진력의 방향을 조절하여 상기 수중운동체를 이동시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따르는 부력조절장치가 구비된 모의 어뢰장치를 도시한 개념도.
도 2는 도 1의 부력조절장치의 사시도.
도 3은 도 2의 부력조절장치의 정면도.
도 4는 도 3의 A부분의 확대도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따르는 수중운동체의 회수방법을 순서대로 도시한 개념도.

이하, 본 발명과 관련된 부력조절장치 및 부력조절장치를 포함하는 수중운동체에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일?유사한 구성에 대해서는 동일?유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

도 1은 부력조절장치가 구비된 모의 어뢰장치를 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 수중운동체(10)는 어뢰장치가 될 수 있다. 상기 수중운동체(10)의 내부에는 엔진부(미도시), 동력전달부(미도시), 목표를 향하여 이동가능하도록 형성되는 방향수정장치(미도시)와 방향전환장치(미도시)를 구비하는 유도조정장치부(미도시) 및 주 제어장치(미도시)와 배출제어장치(미도시)가 내장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 어뢰장치(10)는 어뢰장치(10)의 부력조절장치(100)를 포함한다.

상기 주 제어장치는 상기 수중운동체(10)의 주행과정상의 압력, 속도 등을 미리 설정한 기록제어기를 포함할 수 있다. 상기 수중운동체(10)가 수중에서 정상적으로 작동하는 지 여부를 배출제어장치가 수중운동체(10) 내의 각종 센서로부터 신호를 입력받아 주 제어장치와 정보를 교환하고, 기록제어기상의 설정값과 비교하게 된다.

정상적인 수중 주행의 경우에는 주행 종료 후, 상기 배출제어장치는 상기 주 제어장치로부터 명령을 받아 부력조절장치(100)를 가동시키게 된다. 즉, 주 제어장치는 미리 설정한 기록을 벗어나는 경우, 강제적으로 수중운동체(10)의 주행을 정지시킨 후, 배출제어장치를 통하여 부력조절장치(100)를 작동시킨다.

이하, 본 발명의 실시예에 따르는 부력조절장치(100)의 구체적인 구조를 설명한다.

도 2는 도 1의 부력조절장치의 사시도이다. 도 3은 도 2의 부력조절장치의 정면도이다. 도 4는 도 3의 A부분의 확대도이다.

도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 부력조절장치(100)는 실린더(110), 압축공기탱크(120), 피스톤(130) 및 제1 및 제2 스토퍼(141, 142)를 포함한다.

상기 실린더(110)는 상기 수중운동체(10)의 내부에 장착된다. 상기 실린더(110)에는 물 및 공기가 수용될 수 있다. 상기 수중운동체(10)가 정상적인 수중 주행을 하는 경우에는 상기 실린더(110) 내부에 물이 가득 수용되게 된다.

상기 실린더(100)에 압축공기탱크(120)가 연결되게 된다. 상기 압축공기탱크(120)는 구의 형상으로 제작될 수 있다. 상기 압축공기탱크(120)는 금속재질 또는 합성수지로 내압 및 외압에도 형상이 변형되지 않도록 견고하게 제작된다. 상기 압축공기탱크(120)에 공기를 일정기압 이상의 압축상태로 저장한다. 일 예로 상기 공기를 상기 압축공기탱크(120)에 330bar 이상의 고압으로 저장할 수 있다.

상기 압축공기탱크(120)은 제1 배관(121)을 통하여 상기 실린더(110)와 연결된다. 상기 제1 배관(121)에는 제1 밸브(122)가 장착되어 있다. 상기 밸브(122)는 상기 공기가 상기 압축공기탱크(120)로부터 상기 실린더(110)로의 이동을 제어한다. 즉, 상기 수중운동체(10)가 정상적인 수중 주행을 하는 경우에는 상기 공기가 이동하지 못하도록 상기 제1 밸브(122)는 폐쇄 된다. 다만, 상기 배출제어장치의 신호를 받으면, 상기 제1 밸브(122)는 개방되고, 상기 공기가 상기 실린더(110)로 이동하게 된다.

상기 실린더(110)에는 상기 실린더(110)의 내부와 상기 수중운동체(10)의 외부를 연결하는, 상기 실린더(110)의 일면에 배기 밸브(111)가 장착될 수 있다. 상기 수중운동체(10)의 실린더(110) 내부는 정상적인 수중 주행을 하는 경우에 내부에 물로 가득 채워져 있다. 상기 실린더(110)에 물을 채우는 때에, 상기 체류할 수 있는 공기를 제거하는 것이 바람직하다.
상기 실린더(110)의 내부에 물과 공기가 함께 수용되고, 상기 실린더(110)를 구비하는 상기 수중운동체(10)가 수중 주행 하는 때, 상기 실린더(110)의 내부에서 밀도차이에 의하여 상기 공기는 위쪽으로 물은 아래쪽으로 이동한다.
상기 공기를 제거하기 위하여 상기 배기 밸브(111)는 상기 실린더의 내부에서 공기가 형성되는 위쪽으로 배치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 수중운동체(10)가 상기 수중 주행을 하는 경우 상기 실린더(110)의 내부에서 상기 공기가 형성되는 위쪽, 즉, 상부면에 상기 배기 밸브(111)가 형성되어, 상기 체류하는 공기를 제거할 수 있다.

상기 실린더(110)와 상기 수중운동체(10)의 외부를 연결하는 제2 배관(153)이 더 형성되어 상기 실린더(110)내부에 체류하는 공기를 배출하도록 할 수 있다. 다만, 상기 압축공기탱크(120)로부터 유입되는 공기가 외부로 다시 배출되는 것을 막기 위하여 상기 제2 배관(153)에는 제2 밸브(152)가 형성된다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 도면에서 상기 피스톤(130)의 좌측영역을 제1 영역(130a), 우측영역을 제2 영역(130b)로 지칭하여 설명한다.

상기 피스톤(130)은 상기 실린더(110)의 내부에 장착된다. 상기 피스톤(130)은 상기 실린더(110)의 단면과 동일한 형상으로 형성되어 상기 실린더(110)를 두 영역으로 분리한다. 즉, 상기 피스톤(130)을 기준으로 상기 실린더 내부(110)의 공기 또는 물은 이동할 수 없다.

상기 물은 상기 피스톤(130)으로 가로막혀, 제1 영역(130a)에만 가득차게 된다. 따라서, 상기 물의 유동성이 실질적으로 제한된다. 즉, 상기 물이 상기 수중운동체(10) 내에서 출렁거리는 등의 운동이 제한되므로, 상기 수중운동체(10)의 이동시 안정성이 향상된다.

상기 실린더(110)의 체적은 일정하기 때문에, 상기 제1 영역(130a)에 수용되는 물의 양을 측정할 수 있다. 또한, 상기 압축공기탱크(120)로부터 유입되는 공기에 상기 피스톤(130)이 밀려 변화하는 제1 영역(130a)의 부피를 예측할 수 있다. 따라서, 상기 실린더(110)에 상기 공기를 주입 시 상기 공기와 물의 양을 예측할 수 있게 되고, 이에 따라 상기 수중운동체(10)의 부양정도를 제어할 수 있다.

상기 피스톤(130)은 상기 실린더(110)의 내면과 밀착되어 배치된다. 또한, 상기 피스톤(130)과 상기 실린더(110)의 내면이 만나는 접촉면에는 피스톤링(131)이 형성된다. 상기 피스톤링(131)은 상기 실린더 밖에서의 직경 차 및 소재의 특성에 의하여 실린더 벽에 밀착하는 장력이 발생된다.

상기 수중운동체(10)가 상기 실린더(110) 내부에는 상기 물이 가득 채워져 있다. 상기 공기가 유입되면, 상기 피스톤(130)은 상기 유입되는 공기의 압력에 의하여 이동하게 된다. 즉, 상기 제2 영역(130b)에 대한 제1 영역(130a)의 비율이 점차 작아지게 된다.

상기 제1 및 제2 스토퍼(141, 142)는 상기 실린더(110)의 내부에 장착되고, 상기 실린더(110)의 단부에 서로 이격되어 장착된다. 상기 제1 및 제2 스토퍼(141, 142)는 중앙에 개구부가 형성되는 링 형태로 형성되며, 상기 실린더(110)의 내면에 접하도록 형성된다.

상기 제1 및 제2 스토퍼(141, 142)는 상기 피스톤(130)의 이동을 차단한다. 즉, 상기 피스톤(130)은 상기 실린더(110)의 내부를 이동하다가 상기 제1 및 제2 스토퍼(141, 142)와 접촉하여 이동이 차단된다. 따라서, 상기 피스톤(130)이 상기 실린더(110)로부터 분리되는 문제를 방지한다.

상기 공기가 공급됨에 따라, 상기 실린더(110)의 내부 압력이 높아지게 된다. 상기 실린더(110)의 제1 영역(130a)의 단부에는 제3 배관(150)이 연결된다. 상기 제3 배관(150)은 상기 수중운동체(10)의 외면에 형성되는 배출홀(150')와 연통되어 상기 실린더(110)의 내부에 수용되는 물을 상기 수중운동체(10)의 외부로 배출시킬 수 있다.

상기 제3 배관(150)에는 제3 밸브(154)가 장착된다. 상기 제3 밸브(154)를 개방하면 상기 제1 영역(130a)에 수용되어 있는 물은 상기 수중운동체(10)의 외부로 배출된다.

상기 제3 밸브(154)는 폐쇄되어 있다가, 상기 실린더(110) 내부의 압력이 일정 수준을 도달하면, 개방된다. 상기 제3 밸브(154)가 개방되면, 상기 물이 상기 수중운동체의 외부로 배출되면서, 상기 수중운동체(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 즉, 상기 물이 배출되는 방향과 반대 방향으로 상기 수중운동체(10)가 추진하게 된다.

상기 배출홀(150')은 상기 수중운동체(10)의 상기 수면과 인접하는 상부와 배치되는 하부에 형성될 수 있다. 즉, 상기 수중운동체(10)를 수면으로 부양시키는 때에, 상기 물이 배출되면서 얻는 추진력을 이용하여 보다 빠르게 수중운동체(10)를 부양시킬 수 있다. 다만, 상기 배출홀(150')의 형성위치는 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 수중운동체(10)를 이송시키고자 하는 방향과 반대되는 방향으로 상기 물이 배출되도록 형성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따르는 수중운동체의 회수방법을 순서대로 도시한 개념도이다.

도 1, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 수중운동체(10)에는 액체 즉, 물이 가득 차 있다. 즉, 상기 피스톤(130)은 상기 제2 스토퍼(142)에 밀착되어 있다. 정상적으로 수중운동체(10)의 주행이 종료되거나, 비정상적으로 주행하여 제어장치에 의하여 주행이 종료되는 경우에 수중운동체(10)의 주행은 정지된다.

상기 수중운동체(10)의 급수 시에는 상기 배기밸브(111) 및 제2 배관(153)을 통하여 제2 영역(103b)에 있는 공기를 배출함으로서, 급수가 원활히 진행되도록 한다.

배출제어장치에 의하여 상기 제1 배관(121)에 장착되어 있는 제1 밸브(122)가 개방되어 상기 압축공기탱크(120)에 수용되어 있던 공기가 상기 실린더(110)로 유입되게 된다.

상기 제1 배관(121)을 통과하여 상기 실린더(110)로 유입된 공기의 압력에 의하여 상기 피스톤(130)이 밀리게 된다. 상기 피스톤(130)은 상기 제2 스토퍼(142)와 점점 이격 되어 상기 제1 스토퍼(141)을 향하여 이동한다. 설명의 편의를 위하여 상기 실린더(110) 내부에서 상기 피스톤(130)이 이동하는 방향의 영역을 전방영역, 상기 피스톤(130)이 지나간 영역을 후방영역으로 지칭하여 설명한다.

상기 피스톤(130)과 상기 실린더(110)가 만나는 접촉면에는 상기 피스톤링(131)이 형성되어 상기 물이 피스톤(130)의 이동방향과 반대방향으로 유입되는 것이 방지된다. 즉, 상기 실린더(110)은 유입되는 상기 공기와 배출되는 상기 물을 분리하는 역할을 수행한다. 상기 공기가 상기 실린더(110)의 내부로 유입될수록 상기 실린터(110) 내부의 압력은 높아진다.

상기 배출제어장치는 상기 실린더(110)가 일정 압력에 도달하면, 상기 제3 밸브(154)를 개방한다. 상기 제3 밸브(154)를 개방하면, 높은 압력으로 인하여 상기 전방영역에 수용되어 있는 물은 제3 배관(150)을 통하여 상기 수중운동체(10)의 외부로 배출된다.

상기 물은 일정의 압력으로 상기 수중운동체(10)의 외부로 배출되기 때문에, 이에 의하여 상기 수중운동체(10)에 추진력이 발생한다. 즉, 상기 물이 배출되는 방향과 반대방향으로 상기 수중운동체(10)를 미는 힘이 발생한다. 상기 힘에 의하여 상기 수중운동체(10)는 일방향으로 이동하게 된다.

상기 제1 밸브(122)의 개방을 통하여 상기 압축공기탱크(120)의 공기가 상기 실린더(110)로 계속하여 유입되게 된다, 이에 의하여 상기 피스톤(130)은 이동하게 되고, 상기 실린더(110)의 내부에는 공기가 차지하는 부피가 점차 많아지고, 상기 공기가 차지하는 부피만큼의 물은 배출되게 된다. 따라서, 상기 부피에 해당되는 물의 무게만큼 상기 수중운동체(10) 전체의 무게가 줄어들게 된다.

따라서, 수중운동체(10)는 음성부력 상태에서 물에 뜨려는 양성부력 상태로 변화하게 되므로, 상기 수중운동체(10)는 수면으로 도달하게 된다.

도면에서는 상기 제3 배관(150)이 상기 수중운동체(10)의 상대적으로 뒤쪽에 형성되어 상기 수중운동체(10)가 앞으로 나아가면서 떠오르도록 도시되어 있으나, 상기 제3 배관(150)가 연결되는 상기 수중운동체(10)의 배출홀이 형성되는 위치에 따라, 상기 이동 경로가 달라질 수 있다.

또한, 상기 제3 밸브(154)의 개방형태를 변형하면, 상기 수중운동체(10)의 이동 속도를 조절할 수 있다.

상기와 같이 설명된 부력조절장치 및 수중운동체는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (9)

1. 물 및 공기가 수용되는 실린더;
   상기 공기가 일정 기압이상의 압축상태로 저장되며 상기 실린더와 연결되고 상기 실린더에 상기 공기를 공급하는 압축공기탱크;
   상기 실린더 내부에 장착되고 상기 물과 공기를 분리하고 실린더에 공급되는 상기 공기의 압력에 의하여 이동가능 하도록 설치되는 피스톤;
   상기 공기가 통과하도록 상기 압축공기탱크와 상기 실린더 사이를 연결하는 제1 배관;
   상기 제1 배관에 장착되어 상기 공기의 상기 실린더로의 유입을 제어하는 제1 밸브;
   상기 실린더와 연결되어 상기 물이 실린더의 외부로 배출되도록 형성되는 제3 배관;
   상기 물을 수중운동체의 외부로 배출하도록 상기 제3 배관과 연통되고, 상기 수중운동체의 외면에 형성되는 배출홀; 및
   상기 제3 배관에 장착되어 상기 물의 배출을 제어하는 제3 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 밸브는 상기 수중운동체의 외부로 배출되는 상기 물의 양을 조절하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
3. 제2항에 있어서,
   상기 물이 배출되는 방향과 반대되는 방향으로 추진되는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 제3 밸브는 상기 수중운동체의 추진 속도를 조절하기 위하여 배출되는 물의 양을 조절가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
6. 제1항에 있어서,
   상기 피스톤과 접촉하여 상기 피스톤의 이동을 차단하도록 상기 실린더의 내주를 따라 링형상으로 형성되고, 상기 피스톤을 사이에 두고 서로 이격되어 상기 실린더의 내주면에 고정되는 제1 및 제2 스토퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
7. 제1항에 있어서,
   상기 실린더의 일면에 상기 실린더에 체류하는 공기를 배출시키도록 형성되는 배기밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중운동체.
8. 삭제
9. 삭제

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