KR0129045B1 - 저고도 또는 저속도 항공기의 속도 측정 장치 - Google Patents

저고도 또는 저속도 항공기의 속도 측정 장치

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Abstract

본 발명은 항공기의 속도측정장치에 관한 것으로, 특히 저고도 또는 저속도 항공기(예, 헬리콥터나 소형 항공기 등)의 운행속도를 정밀하게 측정할 수 있도록 한 저고도 또는 저속도 항공기의 속도측정 장치에 관한 것이다. 본 발명의 구성은 속도측정 덕트(1)내부의 소정의 위치 상하부에 각 풍속검출센서(2a,2b) 및 각 온도보상센서(3a,3b)가 상호 대향되도록 설치하되, 상기 풍속검출센서(2a)와 온도 보상센서(3a)는 정전류방식 검출부(10)의 평형 브리지회로(11)의 각일측에 연결되고 상기 풍속검출센서(2b)와 온도보상센서(3b)는 정온도방식 검출부(20)의 평형 브리지회로(21)의 각 일측에 연결되며 각 증폭기(12, 22)를 통해 A/D컨버터(41) 및 CPU(42) 그리고 속도 디스플레이부(43)로 구성된 신호처리부(40)에 연결되도록 이루어진다.
이와같이 구성된 본 발명은 열선 풍속계의 정전류 방식의 속도 측정과 정온도 방식의 속도측정을 이용하여 항공기의 속도를 측정하도록 함으로써 저속도(시속 100 키로미터 이내) 저고도(200 미터 이내)로 운항하는 헬리콥터나 소형항공기에서 운전자가 현재 운항하는 항공기의 속도를 정확하게 인지할 수 있는 특징을 갖는다.

Description

저고도 또는 저속도 항공기의 속도 측정 장치
제1도는 종래의 기압계(피토튜브)를 이용한 항공기의 속도측정장치의 구성도.
제2도는 종래의 도플러 원리를 이용한 속도측정장치를 설명하기 위한 원리도.
제3도는 본 발명의 저고도 또는 저속도 항공기의 속도측정장치를 보인 구조도.
제4도는 본 발명에 의한 제어 회로의 구성을 보인 블록도.
제5a도는 본 발명에 의한 정전류방식 검출부의 회로도.
제5b도는 제5a도의 출력특성도.
제6a도는 본 발명에 의한 정온도방식 검출부의 회로도.
제6b도는 제6a도의 출력특성도.
제7도는 신호처리부의 구성을 보인 블록도.
본 발명은 항공기의 속도측정장치에 관한 것으로, 특히 저고도 또는 저속도 항공기(예, 헬리콥터나 소형 항공기 등)의 운형속도를 정밀하게 측정할 수 있도록 한 저고도 또는 저속도 항공기의 속도 측정장치에 관한 것이다.
종래의 기압계(피토튜브)를 이용한 항공기의 속도측정장치는 제1도에 도시한 바와 같이 이루어져 동압력(動壓力)과 정압력(定壓力)의 두 기압차를 피토관(PT)를 이용하여 측정하는 바, 이의 원리는 다음과 같다.
압축성 유체의 베르누이(Bernoulli)의 방정식은
위 방정식을 피토튜브 속도계에 적용하면
이와 같은 원리를 이용한 속도측정장치는 피토튜브로 들어오는 기압의 동압과 정압을 측정하여 그 차이를 계산하므로써 고속도 또는 고고도로 운항중인 항공기의 속도를 측정하는 방법으로 현재 사용되고 있으나 저속도와 저고도에서는 기압의 차이가 미세하기 때문에 이 방법으로 미세한 기압차를 정확하게 측정한다는 것은 거의 불가능하기 때문에 시속 100 키로미터 이내에서의 정확한 속도측정이 현재까지 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
또한 종래에는 도플러 원리를 이용한 속도측정장치가 제2도에 도시한 바와 같이 적용되었는 바, 이의 기본 원리는 레이져나 광 빔을 이동하는 물체에 조사하면 산란광의 주파수가 조사광의 주파수에서 시프트(SHIFT)되는 현상을 이용하여 속도를 측정하는 방법이다.
제2도에서 주파수 f0는 조사파(照射波), 이동속도는 V, 전방의 주파수는 f0+ ^△f, 후방의 주파수는 f0- ^△f이다.
이와 같이 주파수가 시프트되는 현상을 이용한 방법은 항공기의 속도를 측정하기 위하여 지상에서 레이져나 광 빔을 지상에서 움직이는 항공기에 투시하므로써 지상에서 항공기의 속도를 알 수 있도록 한 것이다. 그러므로 이 방법은 운전자가 육안으로 항공기 내부의 계기판을 통해 자신의 항공기의 속도를 알도록 한 장치가 아니기 때문에 이를 적용하는 것 또한 불가능하다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열선풍속계의 정전류 방식과 정온도 방식을 이용하여 항공기의 속도를 측정하도록 함으로써 저속도(시속 100 키로미터 이내) 저고도(200 미터 이내)로 운항하는 헬리콥터나 소형항공기에서 운전자가 현재 운항하는 항공기의 속도를 정확하게 인지할 수 있도록 한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로, 속도측정 덕트(1)내부의 소정의 위치 상하부에 각 풍속검출센서(2a. 2b) 및 각 온도보상센서(3a, 3b)가 상호 대향되도록 설치하되, 상기 풍속검출센서(2a)와 온도 보상센서(3a)는 정전류방식 검출부(10)의 평형 브리지회로(11)의 각일측에 연결되고 상기 풍속검출센서(2b)와 온도보상센서(3b)는 정온도방식 검출부(20)의 평형 브리지회로(21)의 각 일측에 연결되며 각 증폭기(12, 22)를 통해 A/D컨버터(41) 및 CPU(42) 그리고 속도 디스플레이부(43)로 구성된 신호처리부(40)에 연결되도록 함으로써 달성된다.
이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 속도측정장치의 구조는 대기의 흐름에 영향을 미치지 않도록 원통형으로 제작되며 장착위치는 일반비행기일 경우 비행시 대기압력 및 대기흐름의 분포상 그 영향을 가장 적게 받는 위치에 장착되고 헬리콥터의 경우 상부 날개회전의 영향을 적게 받는 동체 전방하부에 장착하는 것이 가장 바람직하다.
속도 측정장치의 구성은 원통형상의 속도측정 덕트(1)내부의 소정의 위치 상하부에 각 풍속검출센서(2a, 2b) 및 각 온도보상센서(3a, 3b)가 상호 대향되도록 설치구성되어 각 풍속 검출센서(2a, 2b)의 대향면사이에서 화살표방향으로 측정 대기의 흐름이 이루어지게 된다.
이때 풍속검출센서(2a)와 온도보상센서(3a)에 의해 검출된 신호는 평형 브리지회로(11)와 증폭기(12)로 이루어진 정전류방식 검출부(10)에 의해 증폭 및 피이드백되어 신호처리부(40)로 전달되며, 풍속검출센서(2b)와 온도보상센서(3b)에 의해 검출된 신호는 평형 브리지회로(21)와 증폭기(22)로 이루어진 정온도방식 검출부(20)에 의해 증폭 및 피이드백되어 신호처리부(40)로 전달된다.
제4도는 본 발명에 의한 제어 회로의 구성을 보인 블록도로써, 정전류방식 검출부(10)는 정전류방식을 이용한 풍속계로 풍속검출시 영향을 줄 수 있는 외부요소가 필요없이 출력의 직선성을 실현할 수 있고, 정온도방식 검출부(20)는 정온도 방식을 이용한 풍속계로 우수한 분해능 및 안정된 응답성을 얻을 수 있다. 또한 온도 보상회로(30)는 온도보상센서(3a, 3b)가 각각 풍속검출센서(2a, 2b)내에 내장되어 풍속검출시 온도 변화에 따른 오차를 보정한다. 이와 같이 온도보정이 된 각 풍속검출센서(2a, 2b)의 검출신호는 신호 처리부(40)에서 상호 비교분석되어 풍속 변화에 따른 항공기의 속도를 아날로그 전압으로 출력하여 속도 디스플레이부(43)를 통해 운전자가 육안으로 항공기 속도를 알게 된다.
이를 더욱 상세히 설명하면 정전류방식 검출부(10)에서 출력되는 신호와 정온도방식 검출부(20)에서 출력되는 신호를 A/D컨버터(41)를 통해 디지털 신호로 변환되어 CPU(42)에 입력되고 여기서 두 신호의 평균값을 산출하여 그 평균값을 기준으로 일정속도 이하 구간에서는 정전류방식 검출부(10)를 통한 신호와 비교분석하여 속도를 산출하고 일정속도 이상 구간에서는 정온도방식 검출부(20)를 통한 신호와 비교분석하여 속도를 산출함으로써 이 속도계가 비행속도 전 구간에 대하여 직선성 및 우수한 분해능을 갖게 된다.
제5a도는 본 발명에 의한 정전류방식 검출부의 회로도로써 기본회로는 평형브리지 회로(11)이다. 이 회로에 정전류를 공급하고 풍속의 변화에 따라 풍속검출센서(2b)와 온도보상센서(3b)의 저항치가 변화하고 그에 따라 회로의 전류값도 변화하며 그 관계식은 다음과 같다.
한편 회로에서 공급전원 - 소모전원 = 센서검출전원 이므로 대기의 속도에 의한 소모전원은
식에서 센서 온도계수를 저항치로 환산하면
V의 작은 변화에 따른의 직선성이 센서의 정밀도를 향상시킨다.
위 식을 속도의 함수로 표시하면
이 회로의 출력 특성은 제5b도에 도시하였다.
여기서 I : 센서전류, Rv: 센서저항, Tv: 센서부 온도
Tf: 대기 온도, h : 열변환 계수, A : 센싱 면적
C0, C1: 대기의 흐름의 양, V : 대기의 속도
Ktr: 상호 계수, Kνν : 적분 속도 계수
M : 센서중량, C : 센서의 열변환 계수이다.
제6a도는 본 발명에 의한 정온도방식 검출부(20)의 회로도로써, 정전류 방식과는 다르게 출력을 전압궤환하여 보다 안정된 출력을 얻을 수 있다. 회로 동작원리는 정전류 방식과 유사하며 정전류 방식의 수식과 같이 나타내면
이 회로의 출력 특성은 제6b도에 도시하였다.
상기에서와 같이 본 발명은 열선 풍속계의 정전류 방식의 속도측정과 정온도 방식의 속도측정을 이용하여 항공기의 속도를 측정하도록 함으로써 저속도(시속 100 키로미터 이내) 저고도(200 미터 이내)로 운항하는 헬리콥터나 소형항공기에서 운전자가 현재 운항하는 항공기의 속도를 정확하게 인지할 수 있는 유용한 효과가 있다.

Claims (2)

  1. 비행속도를 측정하기 위한 항공기의 속도측정장치에 있어서, 원통형의 속도측정 덕트(1) 내부의 소정위치 상, 하부 각각에 일정한 간격을 두고 일조의 풍속검출센서(2a, 2b)와 온도보상센서(3a, 3b)가 서로 대향되도록 설치되고; 상기 일조의 풍속검출센서(2a, 2b)와 온도보상센서(3a, 3b)는 각기 정전류방식 검출부(10) 및 정온도방식 검출부(20)의 평형브리지 회로(11, 21)에 연결되게 설치하므로써 상기 평형브리지회로(11, 21)에서 출력된 정전류 검출신호와 정온도 검출신호의 평균값을 비교, 분석하여 속도를 산출하는 것을 특징으로 하는 저고도 또는 저속도 항공기의 속도측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전류방식 검출부(10) 및 정온도방식 검출부(20)가 각각 평형브리지회로(11, 21)와 증폭기(12, 22)로 이루어 짐을 특징으로 하는 저고도 또는 저속도 항공기의 속도측정장치.
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