변형 센서를 구비한 배 및 배의 변형을 측정하기 위한 변형 센서 장치{Ship provided with a distortion sensor and distortion sensor arrangement for measuring the distortion of a ship}
일반적으로, 배는 제한된 강성(rigidity)을 갖는다. 특히, 최근의 군함은 최적의 중량 감소의 관점에서 박벽으로 건조된다. 상기 제한된 강성의 단점은 배가 예를 들어, 바다의 상태, 온도차 또는 유효 탑재량에 의해 변형될 수 있다는 것이다. 특히, 이러한 단점은 배에 대하여 물체의 각도 위치 측정을 실행하기 위한 측정 기구가 배에 제공되는 경우에 명백해진다. 정확한 각도 위치 측정을 위해, 측정 기구의 각도 위치는 정확하게 공지된다. 이러한 각도 위치는 통상적으로 정렬 절차에서 결정된다. 그러나, 시간의 경과에 따라, 상기 각도 위치는 배의 변형의 결과로 변하기 쉽다. 본 발명에 따른 배는 이러한 단점을 방지하는 것이 목적이고, 상기 배에는 배의 변형을 적어도 연속으로 측정하기 위한 변형 센서가 제공된다.
본 발명은 배 특히, 군함에 관한 것이다.
도 1은 배의 변형에 관한 개요도. 도 2는 배의 프레임에 부착되는 본 발명에 따른 센서 장치의 개요도. 도 3은 복수의 센서 장치, 복수의 방향설정 장치 및 방향설정 장치용 제어 컴퓨터를 탑재한 배를 도시한 도면.
추가의 장점은 배의 강성이 측정 오차에 관련하여 계속해서 적용되는 각도 변위에 측정 기구가 영향을 받기 쉽도록 할 필요가 없다는 것이다. 이는 결과적으로 배의 하중 및 건조 비용이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 현재, 변형 측정은 적어도 연속으로 및 작업 상태에서 디스플레이상에 표시되거나 임의의 다른 목적에 사용될 수 있다. 양호한 실시예에 있어서, 변형 측정은 선내에 적재한 장비 유니트의 위치에 심각한 영향을 미치는 배의 비틀림 변형 및 굽힘 변형을 검사하는데 사용된다. 특히, 종축에 대한 비틀림 변형과 횡축에 대한 굽힙 변형은 이러한 점에 관련된다. 양호한 실시예에서, 배에는 적어도 하나의 목표물 센서와 그 센서에 의해 공급되는 측정 데이터를 처리하기 위한 처리 유니트가 제공되고, 상기 처리 유니트 또는 목표물 센서에는 변형 센서에 의해 공급되는 측정 데이터의 도움으로 목표물 센서에 의해 공급되는 측정 데이터를 보정하기 위한 보정 수단이 제공된다. 이러한 실시예에 있어서, 목표물 센서 정확도는 명확하게 보강된다. 다른 양호한 실시예에 있어서, 배에는 방향설정 장치와 그 장치에 제어 신호를 발생시키기 위한 제어 수단이 추가로 제공되고, 상기 제어 수단 또는 방향설정 장치에는 변형 센서에 의해 공급되는 측정 데이터의 도움으로 제어 신호를 보정하기 위한 보정 수단이 제공된다. 방향설정 장치는 광학 트래커(optical tracker), 트래킹 레이다(tracking radar) 또는 트래킹 건 장치를 포함할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 방향설정 장치의 조준 정확도는 명확하게 보강된다. 부가적으로, 본 발명은 배의 변형을 측정하기 위한 변형 센서 장치에 관한 것으로, 배의 제 1 부분에 접속되는 정밀한 광 빔을 발생시키기 위한 광원과, 배의 제 2 부분에 접속되며 광 센서상의 광 빔의 입사광에 따라 광 빔의 편향 신호를 송출하도록 설계된 광 센서를 포함한다. 상기 장치의 이점은 필요한 임의 목적에 사용될 수 있는 배의 변형을 표시하는 전기 신호를 연속으로 발생시키는 성능이다. 센서 장치의 감도는 광원과 광 센서 사이의 거리를 변화시킴으로써 끼워맞춤을 고려하여 조정될 수 있다. 또한, 상기 측정은 넓은 범위의 온도 둔감 범위에서 이루어진다. 양호한 실시예에 있어서, 광원은 CCD 어레이를 포함하는 광 센서와 레이저원을 포함한다. 레이저원에 의해, 정밀한 광 빔은 간단히 발생될 수 있다. CCD 어레이는 2차원 변형을 나타내도록 설계된다. 또한, 본 발명은 배의 변형을 측정하기 위한 장치에 관한 것으로, 청구항 5 및 청구항 6에 청구된 바와 같은 복수의 변형 센서 장치와, 배의 비틀림 변형 각도 및 굽힘 변형 각도를 계산하기 위한 계산 수단을 포함한다. 따라서, 상기 장치는 피치축(pitch axis)에 대한 배의 비틀림 변형 각도와, 횡축 및 편향축(transverse and yaw axes)에 대한 배의 굽힘 변형 각도를 측정할 수 있다. 상기 장치를 탑재한 배는 변형이 정확하게 측정될 수 있으며 측정이 임의 목적에 사용될 수 있다는 이점을 갖는다. 상기 배의 양호한 실시예에 있어서, 광원을 갖는 배의 제 1 프레임에 부착된 하나 또는 모든 변형 센서 장치에 부속되는 광 센서는 배의 제 2 프레임에 부착되는 광 센서로 향해진다는 것이 특징이다. 이러한 경로에 있어서, 심각한 변형이 항상 나타나는데, 이는 비교적 강성인 프레임들 사이에서 발생하기 때문이다. 따라서, 높은 정확도가 달성된다.
본 발명에 따른 배 및 센서 장치는 첨부 도면을 참조로 설명될 것이다. 도 1은 본 발명의 범위에 관련된 배의 변형을 개략적으로 나타낸다. 여기서, 배는 측면도(A), 상면도(B) 및 사시도(C)로 도시된다. 측면도(A) 및 상면도(C)는 배(1)의 종축(2)을 도시한다. 도시된 바와 같이, 상기 배는 또한 도시되지는 않은 피치축 및 편향축을 포함한다. 배의 선체상에 작용하는 물의 영향은 피치축 및 편향축 둘레의 선체 굽힘 때문에 곡선(3a, 3b, 3c 및 3d)으로 과장되게 도시된 바와 같이 배의 종축(2)을 변형시킨다. 유사하게, 배는 화살표(4a, 4b)로 도시된 바와 같이 종축(2) 둘레로 비틀린다. 도 2a 및 도 2b는 배의 변형을 측정하기 위해 배의 프레임에 부착될 수 있는 본 발명에 따른 두개의 센서 장치(5a, 5b)를 도시한다. 배의 두 프레임 사이의 구역은 정상인 제 1 상태와 배가 피치축 둘레로 비틀린 제 2 상태를 박스형상 몸체(6)의 선도로서 개략적으로 도시된다. 두개의 센서 장치는 배의 대칭 평면에 대해 대칭으로 장착된다. 센서 장치는 CCD 어레이상에 레이저 빔을 집중시키기 위한 렌즈 시스템(도시되지 않음)의 합체가 가능하도록 레이저(7)와 CCD 어레이(9)를 포함한다. 상기 레이저는 제 1 프레임(9)에 접속되고, 상기 CCD 어레이는 제 2 프레임(10)에 접속된다. 정상 상태에서, 레이저 빔은 레이저 스폿(11)을 발생시키는 CCD 어레이상의 중심점에 집중된다. 굽힘 변형은 CCD 어레이상의 레이저 스폿을 굽힘 각도(13)에 따라 지점(12)으로 이동시킨다. 편향축 둘레의 굽힘 변형은 유사하게 결정될 수 있다. 도 2b는 종축 둘레의 비틀림(14)에 대한 경우의 도 2a에 도시된 구역과 동일한 구역을 나타낸다. 이는 두개의 센서 장치에 의해 발생된 레이저 스폿을 서로에 대해 비대칭되게 이동시킨다. 이것은 CCD 어레이에 의해 발생되는 측정치를 기초로 가산 또는 감산을 함으로써 CCD 어레이상의 레이저 스폿의 위치를 기초로 종축 둘레의 비틀림 변형 정도 및 피치축 둘레의 굽힘 변형 정도를 개별적으로 결정할 수 있도록 한다. 도 3은 복수의 센서 장치가 배의 변형을 정확하게 결정하기 위해 부착된 복수의 프레임의 개요도이다. 배는 다양하게 변형되기 때문에, 복수의 센서 장치를 배열하는 것이 유리하다. 배에는 두개의 방향설정 장치가 추가로 제공되고, 그중 하나는 트래킹 레이다(15)를 탑재하고, 다른 하나는 건 장치(16)이다. 또한, 배는 북반수평 좌표계에 대한 배의 좌우 흔들림(roll), 전후 흔들림(pitch) 및 항해 방향(heading)을 결정하기 위해 중심에 위치되어 자이로 시스템(gyro system)으로서 작용되는 위치 기준 유니트(17)를 포함한다. 일반적으로, 대형 군함에는 각각 선두부에 하나 및 선미부에 하나의 두개의 자이로 시스템이 장착된다. 사격 통제 컴퓨터(18: fire control computer)는 트래킹 레이다 및 자이로 시스템의 데이터를 기초로 건 시스템의 제어 신호를 결정한다. 트래킹 레이다는 도면에는 도시되지 않은 미사일 등의 목표물의 추적을 위해 결합된다. 트래킹 레이다에 접속되는 센서 좌표계에 대한 목표 범위 및 방향은 트래킹 레이다에 의해 측정된다. 그후, 결과치는 중심에 위치된 배의 고유 좌표계에 대한 좌표로 전환된다. 이러한 관점에 있어서, 배의 고유 좌표계에 대한 이전 정렬 절차에서 결정된 센서 좌표계의 정렬 각도 뿐만 아니라, 배의 고유 좌표계의 원점과 센서 좌표계 사이의 거리는 계산시에 취해지는 인자이다. 그러나, 본 발명에 따라서, 계산에는 비틀림 및 굽힘 변형에 대한 배의 유형에 따라 배의 고유 좌표계에 대한 센서 좌표계의 정적 및 동적 각도 변위가 취해질 수도 있다. 이러한 점에 대해, CCD 어레이(8)에 의해 이루어지는 측정치는 CCD 어레이상의 레이저 스폿의 변위를 이들 각도 변위로 전환시키는 사격 통제 컴퓨터(18)에 공급된다. 그후, 사격 통제 컴퓨터는 물론 트래킹 레이다에서도 보정될 수 있는 이들 목표물 측정치를 보정한다. 트래킹 레이다에서의 보정의 경우에 있어서, CCD-어레이 측정치는 레이다 시스템 내에 탑재되는 계산 유니트에 공급된다. 그후, 대형 군함에는 선두부 및 선미부에 각각 하나씩 제공되는 두개의 자이로 시스템이 더이상 제공될 필요가 없다. 각도 변형 센서와 함께 중심에 위치되는 하나의 자이로 시스템이면 충분하다. 건 장치(16)의 제어 신호는 유사하게 보정될 수 있다. 상기 건 장치는 배의 고유 좌표계에 대한 각도 변위가 센서 장치에 의해 실행되는 측정을 기초로 결정되는 건 좌표계에 접속된다. 제한된 수의 각도 센서 장치를 기초로 배의 임의의 위치에서의 변형을 측정하기 위해, 측정된 각도 변형에 관한 다양한 센서 장치들 사이에서 보간법이 실행된다. |
