해양특화 전력 공급 장치가 적용된 무인수상정 개발 연구

강현(Hyoun Kang),김미경(Mee Kyung Kim),윤현수(Hyun Soo Yoon),구성민(Sungmin Koo) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.10

본 논문에서는 해양특화 전력 공급 장치가 적용된 관측 및 탐지가 가능한 무인수상정(USV : Unmanned Surface Vehicle)을 개발한다. 기존 배터리는 해수 노출시 파손 및 환경오염을 야기하는 반면, 해양특화 전력 공급 장치는 장시간 해수 침수에 안정적인 신개념 전력 공급원이다. 기존의 무인수상정(USV)은 배터리 형태로 구동되는 해양 무인 이동체로써 리튬이온기반 배터리를 주로 사용해 왔으나 열악한 해양 환경, 배터리의 짧은 이용 시간, 침수로 인한 파손, 유해 물질 유출 위험성 등 많은 문제로 인해 안정적인 전력 에너지원의 개발이 시급하게 요구되고 있다. 이에 따라 본 논문에서는 요구되는 전력을 장기간 공급할 수 있는 해양특화 전력공급 장치(리튬이온 배터리 기반 해양특화 전력공급 장치와 해수 배터리 기반 해양특화 전력공급 장치)를 적용한 무인수상정(USV)을 연구하여 개발하였으며, 수조 및 실해역 검증을 통해 이의 효과를 검증하였다. 수조 및 실해역 검증을 통해 본 논문에서 개발된 무인수상정이 해수 환경에서 안정적으로 운용 가능하며, 무인수상정(USV)의 임무 모듈인 소나의 운용이 가능함을 확인하였다. In this study, an unmanned surface vehicle was developed with a specialized power supply for a maritime environment. Currently, an unmanned surface vehicle typically uses lithium-ion-based batteries. A conventional battery might be damaged or can cause environmental pollution when it is exposed to seawater. Seawater batteries are proposed as a stable power supply. There is an urgent need for the development of a stable power source for marine environments to solve problems including short usage times, damage caused by flooding, and hazardous material spills. Therefore, we developed a seawater battery and a lithium-ion-based maritime power system that can provide more battery capacity for an unmanned surface vehicle. We show the efficiency of the proposed system through a tank test and real sea test. As a result of the evaluation, it was confirmed that the vehicle is stably operated in a seawater environment, and the operation of a sonar mission module, is possible.

하이브리드 배터리 시스템 기반 어류 바이오로거

구성민(Sungmin Koo),백승재(Seungjae Baek),강현(Hyoun Kang),박아현(Ah Hyun Park) 한국산학기술학회 2021 한국산학기술학회논문지 Vol.22 No.11

바이오로깅은 소형 데이터 획득 장치를 부착하여 대상체의 행동 특성 및 주변 환경 데이터를 수집하는 기술로써, 방대한 시간·공간의 데이터 확보를 가능하게 한다. 바이오로거를 원격 탐사 도구로 사용하여 장시간 데이터를 획득하기 위해서는 바이오로거의 경량화, 저전력화가 필수적이다. 본 논문에서는 하이브리드 배터리 기반 PSAT(Pop-up Satellite Archival Tag) 타입의 어류 바이오로거를 제안한다. 제안된 바이오로거는 동작 모드에 따라 해수배터리와 리튬이온 배터리를 선택적으로 사용한다. 효율적인 전력원 변경을 위해 바이오로거의 전력 사용패턴을 분석하였고, 전력 소모 임계치에 따라 끊김 없이 전력원을 변경할 수 있는 전원 변경 회로를 제안하였다. 제안된 회로는 실제 해수배터리와 리튬이온 배터리를 활용하여 구현하였고, 테스트 코드를 통해 정상 동작함을 검증하였다. 또한, 전력 소모량 측정을 통해 제안된 하이브리드 배터리 기반 바이오로거가 기존 바이오로거 대비 약 84.2% 적은 리튬이온 배터리 용량만으로 동일 기간 작동 가능함을 검증하였고, 수밀 공간 감소를 통해 경량화가 가능함을 보였다. A biologging that enables the acquisition of large-scale behavioral and environmental data is a technology that attaches a logger to the target species to collect the required data. However, to acquire long-term data, it is essential to reduce the weight and power consumption of the logger. This paper proposed a hybrid battery system-based PSAT (Pop-up Satellite Archival Tag) fish biologger. The proposed system selectively uses either a sea-water or a lithium-ion battery depending on the logger"s operation mode. We first analyzed the power usage pattern of a biologger to change the power source efficiently. We then proposed a circuit in which the power source is instantly changed without any power cut and according to the power consumption threshold. The proposed circuit for a biologger was implemented with a sea-water battery and a lithium-ion battery and was verified using a simple test code. We then measured the system"s power consumption and confirmed that the proposed system could provide the same lifetime with only about 84.2% lesser lithium-ion battery capacity. We also have shown that the minimization of the size of the watertight space can reduce the weight of the entire system.

석션파일 수직도 보정을 위한 리프팅케이블 제어기법 적용성 평가

박해용(Park, Haeyong),오명학(Oh, Myounghak),강현(Kang, Hyoun) 한국연안방재학회 2019 한국연안방재학회 학술발표대회 논문집 Vol.2019 No.1

석션파일 설치시 지반의 불균질성에 의해 기울어짐이 발생할 수 있으므로 수직도 확보 방안이 필요하다. 본 연구에서는 수직도 보정이 용이한 리프팅케이블 개별제어 기법을 적용한 모형실험과 현장 파일럿테스트를 수행하여 적용 가능성을 평가하였다. 수직도 상태에 따라 석션관입/인발을 병행하는 일련의 시공과정 중에 케이블을 개별 조절함으로써 인위적인 편심 발생을 유도하여 수직도 확보가 가능한 것으로 판단된다.

석션파일 지반관입중 리프팅케이블 장력에 의한 수직도보정 효과

박해용(Haeyong Park),오명학(Myounghak Oh),강현(Hyoun Kang) 한국연안방재학회 2020 한국연안방재학회지 Vol.7 No.2

Performance on the individual length control method of lifting cables for correcting verticality during suction penetration of pile was evaluated. Model tests were performed to compare and analyze for verticality correction results and cable tension for different number of installed lifting cables and inclination condition. Model test results showed that verticality of suction piles were successfully corrected during penetration by eccentricity resulted from different cable tension induced by differently adjusted length of each cables according to inclination position. Field tests were performed to evaluate field applicability. The inclination of pile was corrected by lifting cable length control during penetration. Especially, the verticality correction at the pullout stage was more effective compared with suction penetration stage in spite of slight pullout. Therefore, individual control of lifting cables during suction penetration can be applied for verticality correction of suction pile. And the accurate verticality of pile could be achieved by adding pullout process during penetration of suction pile.

가속도와 선단저항의 관계를 통한 FFCPT 정상관입 판정 방법에 관한 연구

만동우(Dong-Woo Man),정세진(Se Jin Jung),강현(Hyoun Kang),권오순(O-Soon Kwon),신창주(Changjoo Shin) 제어로봇시스템학회 2023 제어·로봇·시스템학회 논문지 Vol.29 No.6

고출력 수직 듀얼 소형 풍력 발전기의 개발

박아현(Ah Hyun Park),백승재(Seungjae Baek),강용수(Yong Soo Kang),강현(Hyoun Kang) 한국산학기술학회 2022 한국산학기술학회논문지 Vol.23 No.10

본 논문에서는 해양 부이, 선박 조명 등 다양한 기기의 전력 공급을 위한 고출력 코어리스형 수직 듀얼 소형풍력 발전기를 개발한다. 소형 풍력 발전기는 저렴한 설치 비용 및 유지보수 용이성, 저소음과 같은 다양한 장점이 있지만, 기존의 소형 풍력 발전기는 유효출력 제공을 위해 강한 바람이 필요하다. 따라서, 본 논문에서 제안한 코어리스형 수직 축 구조를 채택함으로써 상대적으로 약한 바람에서도 높은 풍력 발전 효율을 얻을 수 있다. 또한, 풍향의 영향을 덜 받도록 수직 이중 축 구조를 설계하고 서로 다른 방향으로 회전하는 상하 분리된 팬 구조를 개발하여 기존 소형 풍력 발전기 대비 풍력 발전 효율 향상이 가능하다. 코어리스형 수직 듀얼 소형 풍력 발전기는 3D 프린팅, CNC 가공 및 회로 접속 과정을 통해 제작되었으며 성능 평가 결과, 기존 수직축 소형 풍력 발전기 대비 풍속 1 m/s에서 5 m/s 범위의 일반 도심 풍속에서 최대 150 %의 풍력 발전 효율이 향상됨을 확인하였다. In this study, we developed dual high-power coreless vertical small wind generators that can be used for power supply of various devices. Small wind-power generators have various advantages such as relatively low installation costs, easy maintenance, and low noise, but other small wind-power generators require strong winds to obtain effective power. However, by adopting a coreless vertical structure, high wind power generation efficiency can be provided with relatively weak winds. In addition, it is possible to improve the efficiency of wind-power generation compared to other small wind-power generators by designing a vertical dual-axis structure to be less affected by wind direction, as well as upper and lower separated fan structures that rotate in reverse directions. The proposed generator was manufactured using 3D printing, a computer numerical control (CNC) process, and circuit connection. As a result of a performance evaluation, the wind power generation efficiency was improved by up to 150% compared to an existing vertical generator at a general urban wind-speed range of 1 to 5 m/s.

위치인식 신호획득 주기변화에 의한 위치추정값 영향

신창주(Changjoo Shin),권오순(Osoon Kwon),서정민(Seo Jungmin),강현(Hyoun Kang) 한국산학기술학회 2019 한국산학기술학회논문지 Vol.20 No.3

한국해양과학기술원은 해저에서 지면 굴착 작업이 가능한 트랙 형태의 수중건설로봇 (URI-R)을 개발 중에 있다. 개발 로봇은 수중에서 굴착 작업을 수행하는 동안 강한 소음 및 진동 환경에 노출된다. 이로 인하여 음향을 이용하여 수중 위치 신호를 획득하여야 하는 개발 장비는 신호획득이 어려운 상황에 빈번하게 놓일 수 있다. 이를 극복하기 위하여 개발 장비가 수중 위치 신호가 간헐적으로 들어오는 상황 속에 놓여 있어도 연속적으로 자신의 위치를 인식하는 방안을 확보하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 비용절감 및 다양한 실험케이스를 확보하기 위하여 수중 작동 특성을 모사할 수 있는 실험을 육상에서 재현하여 실험하였으며 위치 추정을 위하여 관성항법 및 위성항법신호를 사용하였다. 위치 신호획득 주기가 길어짐에 따라 자기 위치 추정에 미치는영향을 실험적으로 고찰하였다. 이를 통하여 URI-R의 연속적인 자기 위치 인식을 수행하기 위한 위치 신호획득의 최대 주기를 확인하고 이를 적용하고자 한다. A track type underwater construction robot(URI-R) which can trench on seabed is being developed by Korea Institute of Ocean Science & Technology. During the underwater trenching work, the robot is exposed high intensive noise and vibration so the underwater localization signal may not be obtained properly by the acoustic tracking system. Therefore it is necessary to research about continuous localization even though the measured position signal comes in intermittently. In this paper, the experiments were carried out on land to simulated the underwater operating environment characteristics. To estimate its position, inertial navigation system and global navigation satellite system are used. The effects of the period variation while localizing is investigated by the experiments, and the application for URI-R is proposed.

천해양식장 어장환경 평가를 위한 해저지반 퇴적물 기초조사

오명학(Oh, Myoung-Hak),박해용(Park, Hae-Yong),강현(Kang, Hyoun),신창주(Shin, Chang-Joo),백원대(Baek, Won-Dae),박준석(Park, Jun-Seok) 한국지반환경공학회 2019 한국지반환경공학회 학술발표회논문집 Vol.2019 No.9