KR101868912B1 - 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치 - Google Patents

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한국해양과학기술원
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Abstract

본 발명은 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 관한 것이다. 본 발명에서 중성부력 제어장치(10)에는 내부에 저장되는 기체의 부피를 가변시켜 부력을 조절하는 복수 개의 부력조절부재(100)가 구비된다. 상기 부력조절부재(100)에는 상기 부력조절부재(100)로 기체를 주입하거나 배출시키는 밸브 부재(200)가 연결된다. 상기 부력조절부재(100)와 밸브 부재(200) 사이에는 상기 부력조절부재(100)로 주입되거나 배출되는 기체 압력을 감지하는 압력감지센서(300)가 설치된다. 상기 밸브 부재(200)는 상기 압력감지센서(300)로부터 신호를 전달받은 컨트롤러(400)에 의해 제어된다. 이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 설치되는 압력감지센서를 제어하는 컨트롤러에 의해 팽창 또는 수축된다. 따라서 중성부력을 조절 할 때마다 모형 수중운동체를 예인수조 밖으로 운반할 필요가 없으므로, 작업자의 편의성이 증대되고, 작업 시간이 절감되며, 모형 수중운동체를 통한 수중, 수상 상태의 저항, 자항 시험과 반류분포조사 시험 및 유선가시화 시험 등을 정확하게 수행할 수 있는 이점이 있다.

Description

모형 수중운동체용 중성부력 제어장치{Buoyancy control apparatus for model underwater moving object}
본 발명은 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 시험 상황에 따라 모형 수중운동체의 중성부력을 용이하게 제어할 수 있도록 구성되는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로, 잠수함, 어뢰, 자항기뢰 등과 같은 수중운동체는 예인수조와 같은 시험장소에서 실선과 동일한 형상을 가지면서 축소된 모형 수중운동체를 통해 수중, 수상 상태의 저항, 자항 시험과 반류분포조사 시험 및 유선가시화 시험을 수행함으로써 제반 성능을 규명한다.
이를 위해 X, Y, Z 축의 모멘트를 계측하기 위한 게이지와 프로펠러의 회전을 통해 얻는 추력과 토크를 계측하기 위한 동력계(dynamometer)를 모형 내에 설치하게 된다. 일반적으로 실선의 부력 중심점은 모형 수중운동체의 중앙에 위치한 부력 중심점을 기준으로 게이지를 설치하게 된다.
한편, 모형 수중운동체의 내부는 물로 가득 차게 되며, 최종적으로 모형 수중운동체는 시험을 위해 수중 또는 수상 상태에서 중성부력(neutral buoyancy)을 유지해야 한다.
이와 같은 모형 수중운동체는 알루미늄 합금을 이용하여 제작되고, 모형의 크기는 길이방향으로 약 5미터, 무게는 약 3톤이 나간다. 모형 수중운동체는 수상 및 수중 상태를 오가며 시험을 수행하기 때문에 상황에 따른 중성부력을 맞추는 과정이 매우 중요하다.
이때, 모형 수중운동체의 중성부력을 맞추기 위해 스티로폼 재질의 부력재를 이용하는데, 모형 수중운동체의 내부에 부력재의 양을 조절하여 수상 또는 수중상태를 유지해야 한다.
하지만, 수상, 수중 상태에 따라 중성부력을 맞출 때까지 여러 차례의 시행착오를 거치며 부력재를 넣거나 제거를 반복해야 하므로 많은 인력과 시간이 소모되는 문제점이 있다.
따라서 시험 상황에 따라 모형 수중운동체의 중성부력을 제어할 수 있도록 구성되는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치가 요구된다.
대한민국 등록특허공보 제10-1364642호(등록 2014년 02월 12일)
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위해 발명된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 복수 개의 부력조절부재를 이용하여 모형 수중운동체의 중성부력을 용이하게 제어할 수 있도록 구성되는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 따르면, 내부에 저장되는 기체의 부피를 가변시켜 부력을 조절하는 복수 개의 부력조절부재; 상기 부력조절부재에 연결되어 상기 부력조절부재로 기체를 주입하거나 배출시키는 밸브 부재; 상기 부력조절부재와 밸브 부재 사이에 설치되어 상기 부력조절부재로 주입되거나 배출되는 기체 압력을 감지하는 압력감지센서; 및 상기 압력감지센서로부터 신호를 전달받아 상기 밸브 부재의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 부력조절부재는, 실린더 및 상기 실린더 내에 설치되어 기체가 주입되거나 배출되면서 팽창 또는 수축되는 기체저장튜브를 포함하고, 상기 기체저장튜브는 팽창 또는 수축 시 상기 실린더의 길이방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
상기 부력조절부재는, 상기 기체저장튜브에 결합되어 상기 기체저장튜브의 팽창 또는 수축에 따라 이동되는 칸막이, 및 상기 실린더에 설치되어 상기 칸막이의 이동거리를 측정하는 거리측정센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기체저장튜브는 상기 실린더의 길이방향으로 늘어나도록 아코디언 주름을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 부력조절부재의 기울어짐 상태를 판단하는 수평감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 컨트롤러는, 상기 밸브 부재의 작동을 제어하기 위한 조작부, 상기 조작부에 의한 신호를 상기 밸브 부재로 송신하고, 상기 거리측정센서 및 상기 압력측정센서의 신호를 수신하기 위한 통신부, 및 상기 통신부를 통해 수신된 상기 거리측정센서 및 상기 압력측정센서의 신호를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브 부재를 통해 기체를 주입하는 압축기를 더 포함하고, 상기 압축기는 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 따르면, 모형 수중운동체에는 내부에 저장되는 기체의 부피를 가변시켜 부력을 조절하는 복수 개의 부력조절부재가 구비되고, 상기 부력조절부재는 밸브 부재 및 상기 밸브 부재와 부력조절부재 사이에 설치되는 압력감지센서를 제어하는 컨트롤러에 의해 팽창 또는 수축된다. 따라서 중성부력을 조절 할 때마다 모형 수중운동체를 예인수조 밖으로 운반할 필요가 없으므로, 작업자의 편의성이 증대되고, 작업 시간이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치에 따르면, 복수 개의 부력조절부재와 연결된 밸브 부재를 각각 제어하여 상기 모형 수중운동체의 중성부력을 보다 정확하게 조절할 수 있다. 따라서 모형 수중운동체를 통한 수중, 수상 상태의 저항, 자항 시험과 반류분포조사 시험 및 유선가시화 시험 등을 정확하게 수행할 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치가 모형 수중운동체에 설치된 상태를 나타내는 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치의 일부 구성을 나타내는 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치의 일부 구성을 나타내는 평면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치의 구성이 개략도로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치가 모형 수중운동체에 설치된 상태가 부분단면도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모형 수중운동체(1)는 대략 유선형 형상으로, 알루미늄 합금으로 제작될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모형 수중운동체(1)의 내부에는 상기 모형 수중운동체(1)를 보강하기 위한 복수 개의 프레임(3)이 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 모형 수중운동체(1)의 내부에는 상기 모형 수중운동체(1)의 부력 제어를 위해 유체가 저장될 수 있다. 이때, 상기 유체는 물과 동일한 크기의 비중을 갖거나 다를 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 모형 수중운동체(1)에는 중성부력 제어장치(10)가 설치된다. 상기 중성부력 제어장치(10)는 상기 모형 수중운동체(1)의 중성부력을 제어하기 위한 것이다. 상기 중성부력 제어장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 부력조절부재(100), 밸브 부재(200), 압력감지센서(300) 및 컨트롤러(400)를 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 중성부력 제어장치(10)에는 복수 개의 부력조절부재(100)가 구비된다. 본 실시예에서 상기 부력조절부재(100)는 상기 모형 수중운동체(1)의 프레임(3) 사이의 빈 공간에 설치될 수 있다. 상기 부력조절부재(100)는 부력을 조절하는 역할을 한다. 본 실시예에서, 상기 부력조절부재(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 실린더(110) 및 기체저장튜브(120)로 구성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(110)는 원통 형상일 수 있다. 본 실시예에서, 상기 실린더(110)는 상기 모형 수중운동체(1)의 길이방향으로 연장되어 형성된다. 본 실시예에서, 상기 실린더(110)는 원통 형상이나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 실린더(110)는 다각 기둥 또는 반원 기둥 등 다른 형상으로 제작될 수 있다. 상기 실린더(110)는 금속 재질로 제작될 수 있다. 그러나 상기 실린더(110)의 재질이 금속으로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다른 재질로 변경될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기체저장튜브(120)와 마주보는 상기 실린더(110)의 일면에는 연통공(112)이 형성될 수 있다. 상기 연통공(112)은 아래에서 설명될 칸막이(130)가 상기 실린더(110) 내에서 원활하게 이동될 수 있도록 하기 위한 것이다. 또한, 상기 연통공(112)을 통해 상기 실린더(110) 내부로 상기 모형 수중운동체(1) 내의 유체가 이동될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(110) 내에는 기체저장튜브(120)가 설치될 수 있다. 상기 기체저장튜브(120)는 기체가 주입되거나 배출되면서 팽창 또는 수축된다. 본 실시예에서, 상기 기체저장튜브(120)는 팽창 또는 수축 시 상기 실린더(110)의 길이방향으로 이동된다. 이를 위해, 상기 기체저장튜브(120)는 아코디언 주름 형상으로 형성될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기체저장튜브(120)에는 칸막이(130)가 결합될 수 있다. 상기 칸막이(130)는 상기 기체저장튜브(120)의 일측에 접착제에 의해 결합될 수 있다. 상기 칸막이(130)는 상기 실린더(110) 내부에 위치되어 상기 기체저장튜브(120)의 팽창 또는 수축에 따라 이동된다.
본 실시예에서, 상기 칸막이(130)는 상기 기체저장튜브(120)에 접착제에 의해 결합되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 칸막이(130)는 벨크로 테이프와 같은 별도의 결합 부재에 의해 상기 기체저장튜브(120)에 고정되거나, 상기 기체저장튜브(120)와 일체로 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 칸막이(130)에는 마그네트(미도시)가 구비될 수 있다. 이는 아래에서 설명될 거리측정센서(140)가 상기 마그네트를 감지하기 위한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 실린더(110)에는 거리측정센서(140)가 설치될 수 있다. 상기 거리측정센서(140)는 상기 칸막이(130)의 이동거리를 측정하는 역할을 한다.
본 실시예에서, 상기 거리측정센서(140)는 마그네틱 감지 기능을 갖는 센서부 및 엔코더부 등을 포함할 수 있다. 상기 거리측정센서(140)를 통해 측정된 상기 칸막이(130)의 이동거리 값은 아래에서 설명될 컨트롤러(400)에 전송되는 것과 동시에 컨트롤러(400)의 표시부(430)에 전송될 수 있다.
한편, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 부력조절부재(100)에는 밸브 부재(200)가 연결될 수 있다. 상기 밸브 부재(200)는 상기 기체저장튜브(120)로 기체를 주입하거나 배출시키는 역할을 한다.
도 3에 잘 도시된 바와 같이, 상기 기체저장튜브(120)와 상기 밸브 부재(200) 사이에는 압력감지센서(300)가 설치될 수 있다. 상기 압력감지센서(300)는 상기 기체저장튜브(120)로 주입되거나 배출되는 기체 압력을 감지하여 컨트롤러(400)가 밸브 부재(200) 및 아래에서 설명될 압축기(C)의 작동을 제어하도록 컨트롤러(400)에 신호를 전달하는 역할을 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 중성부력 제어장치(10)에는 컨트롤러(400)가 구비될 수 있다. 상기 컨트롤러(400)는 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)와 연결될 수 있다. 상기 컨트롤러(400)는 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)의 작동을 제어하는 역할을 한다.
본 실시예에서, 상기 컨트롤러(400)에는 상기 거리측정센서(140)로부터 상기 기체저장튜브(120)의 팽창 및 수축에 따라 이동되는 칸막이(130)의 이동거리 값을 저장하는 메모리부(미도시)와 상기 메모리부에 저장되는 값을 이용해 상기 기체저장튜브(120)의 부피 값을 계산하는 산출부(미도시)가 구비될 수 있다.
여기서, 상기 산출부에는 상기 기체저장튜브(120)의 부피 값을 계산하기 위한 계산식(V=πr2h), 즉, 상기 기체저장튜브(120)의 원단면적(πr2)과 상기 칸막이(130)의 이동거리 값(h)을 곱한 값(mm3, cm3, in3)이 저장되어 있다. 이와 같은 계산식을 통해 상기 기체저장튜브(120)의 부피 값이 계산된다. 이와 같은 부피 값을 계산하는 방법은 통상적으로 사용하는 것으로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이와 같이 상기 산출부에 의해 계산된 값은 컨트롤러(400)의 표시부(430)에 표시될 수 있다. 이때, 표시부(430)에 표시된 상기 기체저장튜브(120)의 부피 값을 통해 작업자는 상기 기체저장튜브(120)에 주입하거나 배출시킬 기체의 양을 결정할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(400)는 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)의 작동을 제어하기 위한 조작부(410)가 구비될 수 있다. 상기 조작부(410)는 작업자가 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)의 작동을 조작하여 상기 모형 수중운동체(1)의 중성부력을 시험 상황에 따라 조절할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 컨트롤러(400)에는 통신부(미도시)가 구비될 수 있다. 상기 통신부는 상기 조작부(410)에 의한 신호를 상기 밸브 부재(200)로 송신하고, 상기 거리측정센서(140) 및 압력측정센서(300)의 신호를 수신하기 위한 것이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 컨트롤러(400)는 표시부(430)가 구비될 수 있다. 상기 표시부(430)는 상기 통신부를 통해 수신된 상기 거리측정센서(140) 및 압력측정센서(300)의 신호를 표시하기 위한 것이다.
본 실시예에서, 상기 표시부(430)는 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)의 작동 상태를 표시하는 역할도 한다. 상기 표시부(430)를 통해 상기 기체저장튜브(120)의 상태를 실시간으로 확인할 수 있으므로, 상기 기체저장튜브(120)로 과도하게 기체가 주입되는 것을 방지할 수 있고, 상기 밸브 부재(200) 및 압축기(C)의 제어도 효율적으로 할 수 있다.
본 실시예에서, 상기 컨트롤러(400)는 노트북 등 휴대 가능한 컴퓨터로 대체될 수 있으며, 이때, 상기 노트북에는 상기 칸막이(130)의 이동거리 값이 저장되는 메모리와 상기 기체저장튜브(120)의 부피 값을 계산하기 위한 계산식 프로그램이 내장되어 있다.
한편, 상기 중성부력 조절장치(10)에는 수평감지센서(S)가 적어도 하나 이상 구비될 수 있다. 본 실시예에서, 상기 수평감지센서(S)는 상기 모형 수중운동체(1)에 구비된다. 상기 수평감지센서(S)는 상기 모형 수중운동체(1)의 기울어짐을 감지하는 역할을 한다. 상기 수평감지센서(S)는 상기 모형 수중운동체(1)의 기울어짐을 감지하여 상기 컨트롤러(400)가 상기 밸브 부재(200)의 작동을 제어하도록 상기 컨트롤러(400)에 신호를 전달하는 역할을 한다.
한편, 상기 컨트롤러(400)에는 상기 기체저장튜브(120)로 기체, 즉, 압축공기를 주입할 수 있는 압축기(C)와 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 수평감지센서(S)가 상기 모형 수중운동체(1)에 구비되지만 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 수평감지센서(S)는 상기 부력조절부재(100)에 구비될 수도 있다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
1:모형 수중운동체 10: 중성부력 제어장치
100: 부력조절부재 110: 실린더
120: 기체저장튜브 130: 칸막이
140: 거리측정센서 200: 밸브 부재
300: 압력측정센서 400: 컨트롤러
410: 조작부 430: 표시부
C: 압축기 S: 수평감지센서

Claims (7)

  1. 내부에 저장되는 기체의 부피를 가변시켜 부력을 조절하는 복수 개의 부력조절부재;
    상기 부력조절부재에 연결되어 상기 부력조절부재로 기체를 주입하거나 배출시키는 밸브 부재;
    상기 부력조절부재와 상기 밸브 부재 사이에 설치되어 상기 부력조절부재로 주입되거나 배출되는 기체 압력을 감지하는 압력감지센서; 및
    상기 압력감지센서로부터 신호를 전달받아 상기 밸브 부재의 작동을 제어하는 컨트롤러를 포함하여 구성되고,
    상기 부력조절부재는,
    실린더; 및
    상기 실린더 내에 설치되어 기체가 주입되거나 배출되면서 팽창 또는 수축되는 기체저장튜브를 포함하여 구성되며,
    상기 기체저장튜브는 팽창 또는 수축시 상기 실린더의 길이방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 부력조절부재는,
    상기 기체저장튜브에 결합되어 상기 기체저장튜브의 팽창 또는 수축에 따라 이동되는 칸막이; 및
    상기 실린더에 설치되어 상기 칸막이의 이동거리를 측정하는 거리측정센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 기체저장튜브는 상기 실린더의 길이방향으로 늘어나도록 아코디언 주름을 포함하는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 부력조절부재의 기울어짐 상태를 판단하는 수평감지센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 밸브 부재의 작동을 제어하기 위한 조작부,
    상기 조작부에 의한 신호를 상기 밸브 부재로 송신하고, 상기 거리측정센서 및 상기 압력감지센서의 신호를 수신하기 위한 통신부, 및
    상기 통신부를 통해 수신된 상기 거리측정센서 및 상기 압력감지센서의 신호를 표시하기 위한 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브 부재를 통해 기체를 주입하는 압축기를 더 포함하고,
    상기 압축기는 상기 컨트롤러에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 모형 수중운동체용 중성부력 제어장치.
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