KR100415010B1 - 레벨러 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기 중량 및 무게중심 측정의 정확도를 향상시키기 위한 레벨러에 대한 것으로서, 구체적으로 항공기의 중량을 측정하는 경우에 항공기를 들어올리고 지탱하는 유압 실린더와, 유압 실린더상에서 항공기의 중량을 측정하는 로드 셀이 항공기의 표면과 이루는 경사각이 제거될 수 있도록 로드셀과 항공기 표면과의 사이에 배치되어 측정점의 하중이 정확히 로드 셀에 센싱되어 질 수 있도록 하여 항공기 중량 측정의 정확성을 향상시킨 항공기 중량 및 무게중심 측정의 정확도를 향상시키기 위한 레벨러에 대한 것이다.

본 발명에 따르면 항공기의 운항성능, 안전성 및 경제성 등과 밀접한 관계를 가지는 항공기의 중량을 정확함에 있어서, 바닥면의 경사각이나 로드셀이 항공기의 수직선과 이루는 경사각으로 인하여 유발되는 사이드 로드(side load)로 인한 측정에러를 방지할 수 있는 효과가 있으며, 종래와 같이 수차례에 걸쳐 반복적으로 중량을 측정함으로써 보다 정확한 값을 얻기 위해 실시되던 반복측정을 하지 않아도 되므로, 중량측정에 따른 측정공수가 줄어드는 효과도 있다.

Description

레벨러{LEVELER}

본 발명은 레벨러에 대한 것으로서, 구체적으로 항공기의 중량을 측정하는 경우에 항공기를 들어올리고 지탱하는 유압 실린더와, 유압 실린더상에서 항공기의 중량을 측정하는 로드 셀이 항공기의 표면과 이루는 경사각이 제거될 수 있도록 로드셀과 항공기 표면과의 사이에 배치되어 측정점의 하중이 정확히 로드 셀에 센싱되어 질 수 있도록 하여 항공기 중량 측정의 정확성을 향상시킨 항공기 중량 및 무게중심 측정의 정확도를 향상시키기 위한 레벨러에 대한 것이다.

일반적으로 항공기의 무게는 항공기의 운항성능, 안정성 및 경제성과밀접한 관계를 가지며, 항공기의 무게가 가벼우면 그 만큼 운항에 부담이 적어진다는 것은 당연한 사실이라 할 수 있다.

그리고, 항공기는 겉보기에도 엄청난 무게를 가지므로, 일반적인 무게측정 방법이 아닌 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등의 변형을 일으키는 로드 셀(load cell)이 이용되며, 1985년에는 한국과학기술원 생산공학연구실에 의해 독자적으로 개발되기도 했다.

이와 같은 로드셀을 이용한 무게측정방법은 로드셀이 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 등의 변형이 이루어지고, 이 변형량을 변형측정장치가 전기신호로 검출한 뒤 컴푸터 장치에 의해 디지털 신호로 바뀌면 무게가 숫자로 나타나는 것을 이용하는 방법이며, 이전에 로드셀의 각 부위에 걸리는 무게의 분포 상태를 컴퓨터로 계산, 로드셀의 형상을 컴퓨터로 설계하여 습도와 온도 등 주변환경에 맞게 정밀도를 낼 수 있도록 변형측정장치의 회로를 설계한 방법이다.

이러한 로드 셀 타입(load cell type)의 잭 웨이트 키트(Jack Waight Knit)는 항공기의 중량 및 무게중심 측정의 정확도를 개선시키기 위한 방안으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 항공기(100)를 잭(Jack)(200)을 이용하여 들어 올린 후 종,횡 방향의 레벨을 맞춘 후, 잭 상면과 항공기의 잭킹(jacking) 패드(pad)사이에 위치한 3개의 로드 셀(load cell)(200)을 이용하여 각 점의 중량을 측정하며, 각각의 잭킹 포인트((jacking point)의 항공기 좌표값을 이용하여 각 점의 중량 측정치와 곱하여 모멘트의 합을 구하는 방법으로 항공기(100) 전체의 무게중심을 구하고 있다.

그러나, 로드 셀(300)의 특성상, 로드 셀(300)로 전해지는 수직방향의 하중은 정확히 감지하나 그렇지 않고 일정한 경사(θ)를 가진 상태에서 가해지는 하중은 cos θ만큼의 하중이 감소되어 측정된다. 그러나, 종래에는 항공기 중량 및 무게중심 측정시 이러한 로드 셀(300)과 항공기(100)와의 경사각을 고려하지 않고 중량 및 무게중심 측정을 수행하여 정확한 측정결과를 구하기 어려웠던 것이 사실이다.

즉, 보다 정확한 측정결과를 얻기 위하여 항공기 지지대(jack)(200)와 로드 셀(300)을 이용한 항공기의 중량 및 무게중심의 측정은 로드 셀(300)이 가지는 오차를 최소화하기 위하여 평균 3번 이상 로드 셀(300)을 교환하면서 측정되고, 3값의 평균값을 계산하여 최종적인 측정결과를 산출하나, 각 측정간의 측정값의 차이를 보면 로드 셀(300)의 민감도(sensitivity)와는 무관한 측정방법상의 차이로 인하여 발생되는 오차가 더 많은 변수를 차지하고 있다.

즉, 바닥면의 경사각이나 로드 셀(300)이 항공기(100)의 수직선과 이루는 경사각으로 인하여 유발되는 사이드 로드(side load)로 인한 측정에러인데, 이러한 경사각에 의한 오차를 줄인다면 보다 정확한 측정이 이루어 질 수 있을 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 유압실린더와 로드셀로 구성된 지지대상에 위치되는 로드셀이 항공기 수직축과 일치하도록 조정하는 것이 가능한 수단을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 로드셀과 수직축사이의 경사각 조정이 불가능한 경우에 기울어진 경사각을 측정하여 측정된 중량값을 보정하는 것이 가능하도록 하여 정확한 측정치를 얻도록 함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 후술될 구성 및 작용에서 더욱 상세히 설명될 것이다.

도 1은 종래의 항공기 중량을 측정하는 것을 나타내기 위한 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 바람직한 레벨러를 나타내기 위한 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 레벨러를 항공기 중량측정에 적용한 상태를 나타내기 위한 예시도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100: 항공기 200: 지지대

300: 로드 셀 400: 레벨러

410: 하부 판재 420: 상부 판재

430: 볼트 440: 관통홀

450: 단턱 460: 삽입홈

본 발명에 따른 레벨러는, 항공기의 중량을 측정하는 로드셀의 하부에서 상기 로드셀을 지지하도록 배치되는 상부 판재;와, 상기 상부 판재의 하부에 위치하여 하면이 유압 실린더의 축에 의해 지지되는 하부 판재;와, 상기 상부 판재와 하부판재에서 서로 대응하는 위치에서 수직으로 관통되도록 각각 형성되는 복수 개의 관통홀; 및 상기 복수 개의 관통홀을 관통하여 상기 상부 판재와 하부 판재가 연결되어 지도록 체결되어지며, 각각의 체결정도에 따라 상기 상부 판재와 하부 판재사이의 경사각이 조정되는 복수 개의 체결수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 관통홀과 체결수단은 적어도 3개 이상이어야 하며, 상기 하부 판재의 하면에는 소정 직경의 내삽홈을 갖도록 단턱이 돌출 형성되어 유압 실린더의 축이 끼워져 보다 안정적으로 힘을 받을 수 있도록 구성되며, 상기 체결수단은 나사결합을 이용하는 볼트와 너트가 이용될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 보다 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 바람직한 레벨러(400)를 나타내기 위한 사시도로서, 레벨러(400)의 형상을 보다 잘 나타내기 위해 상하를 뒤집어 나타낸 것이다.

레벨러(400)는 금속재질의 원판형상으로 이루어지는 상부 판재(420)와, 상부 판재(420)와 동일한 형상으로 형성되어 상부 판재(420)에 대향하도록 배치되는 하부 판재(410)를 서로 일정한 간격을 가지는 상태에서 결합된 것이며, 상부 판재(420)와 하부 판재(410)가 일정한 간격을 유지한 상태에서 항공기(100)의 하중을 지지할 수 있도록 두 판재사이에는 원통형의 베어링(미도시)이 위치된다.

하부 판재(410)의 하측 표면에는 소정 직경의 내삽홈(460)을 갖도록 단턱(450)이 돌출 형성되어 항공기(100)의 중량 및 무게중심을 측정하는 경우에 유압 실린더의 지지대(200)가 끼워지며, 내삽홈(460)에 끼워진 지지대(200)는 레벨러(400)와 로드 셀(300)을 지지하게 된다.

그리고, 레벨러(400)를 구성하는 상부 판재(420)와 하부 판재(410)가 결합되어지기 위해 수직으로 상호 마주보는 위치에 복수 개의 관통홀(440)이 형성되고, 관통홀(440)은 바람직하게 적어도 3개 이상이어야 상부 판재(420)와 하부 판재(410) 사이의 경사각을 360°의 모든 방향에 대하여 조절하는 것이 가능해지며, 바람직한 일 실시예로 4개의 관통홀(440)이 형성되어 있다.

위의 관통홀(440)은 그 형성된 갯수에 대응되는 수 만큼의 볼트(430)가 하부 판재(410)로부터 상부 판재(420)측으로 관통하여 두 판재를 체결하는 경로를 제공하며, 각각의 볼트(430)는 타 볼트와는 독립적인 체결 자유도를 가지므로 각각의 볼트(440)의 체결정도에 따라 경사각이 조정되도록 구성된다.

도 3은 본 발명에 따른 레벨러(400)를 항공기(100) 중량측정에 적용한 상태를 나타내기 위한 예시도로서, 본 발명에 따른 레벨러(400)가 유압 실린더의 지지대(200)와 로드 셀(300)사이에 위치하여 로드 셀(300)의 경사각을 측정 및 조정이 가능하도록 설치된 형태를 나타내고 있다.

도3에서는 항공기(100)의 중량 측정시 항공기(100)의 수직방향 선과 로드 셀(300)의 수직방향 선 사이에 발생하는 각도를 θ라 하며, 도 3에 나타난 것과 같이 경사각의 발생시에는 로드 셀(300)에 측정되는 하중은 항공기 중량에 의한 하중치보다 작은 값이 발생하게 되며, 측정간 경사각의 변화에 따라 측정시 마다 총중량 및 무게중심의 차이를 유발하는 근본적인 원인이 되는 것이다.

즉, 이를 수학적으로 표현하면 항공기(100)의 수직선과 로드셀의 수직선 사이에 θ각의 경사각이 있으면, 10,000lbs의 중량이 측정될 경우에 10,0000lbs ×COS θ만큼의 중량감소 에러가 발생하며, 즉, 예를 들어 항공기(100)의 중량에 의하여 로드 셀(300)에 가해지는 하중의 부하가 10,000lbs이고, 항공기(100)의 수직선과 로드 셀(300)의 경사각이 3°라고 하면, 10,000 lbs ×COS 3°=9986.3 lbs 이 되어, 13.7 lbs 만큼의 오차가 발생하게 된다.

이는 약 0.14%의 측정오차로 장비고유의 측정한계범위인 0.1%를 넘어서는 양이며, 따라서 이러한 오차를 방지하기 위해 본 발명에 따른 레벨러(400)를 항공기 중량 측정시에 유압 실린더의 지지대(200)와 로드 셀(300)사이에 위치시켜 상부 판재(420)와 하부 판재(410)사이를 체결하는 볼트(430)의 체결정도를 조절함으로써 로드 셀(300)의 경사각을 없앨 수 있게 된다.

그리고, 만약 경사각의 조정이 불가능한 경우에는 상부 판재(420)와 하부 판재(410)사이의 경사각을 디지털 게이지(미도시)로 측정하여 다음과 같은 수학식 1로 보정하여 에러범위를 최대한 방지하게 된다.

즉, 항공기(100)의 하중부하가 10,000 lbs인 경우에 본 발명에 따른 레벨러(400)를 적용하여 항공기 수직선과 로드 셀의 수직선 사이의 각도를 최대한 줄였으나, 완전히 줄이지 못하여 3°의 각도차이가 디지털 게이지로 측정된 경우에 로드셀에 의해 측정된 측정중량이 9986 lbs라면 실질적인 보정중량은 다음과 같이 계산된다.

보정중량 = 9986 lbs + 9986 lbs ×(1- COS 3°) = 9986 lbs + 9986 lbs ×0.00137 = 9999.6854 lbs 이라는 결과치가 나와 실제 항공기의 하중부하인 하중의 부하가 10,000 lbs와 거의 근사한 값을 구할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하였지만, 본 발명의 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 얼마든지 변형 또는 변경하여 실시할 수 있음을 잘 알것이며, 따라서 본 발명의 진정한 기술적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 따르면 항공기의 운항성능, 안전성 및 경제성 등과 밀접한 관계를 가지는 항공기의 중량을 정확함에 있어서, 바닥면의 경사각이나 로드셀이 항공기의 수직선과 이루는 경사각으로 인하여 유발되는 사이드 로드(side load)로 인한 측정에러를 방지할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 종래와 같이 수차례에 걸쳐 반복적으로 중량을 측정함으로써 보다 정확한 값을 얻기 위해 실시되던 반복측정을 하지 않아도 되므로, 중량측정에 따른 측정공수가 줄어드는 효과도 있다.

또한, 로드셀과 수직축사이의 경사각 조정이 불가능한 경우에 기울어진 경사각을 측정하여 측정된 중량값을 보정하는 것이 가능하므로 항공기의 다양한 형상부위에 대하여 효과적으로 조정하여 설치할 수 있으므로 측정가능한 부위가 대폭 늘어나는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 항공기의 중량을 측정하는 로드셀의 하부에서 상기 로드셀을 지지하도록 배치되는 상부 판재;

   상기 상부 판재의 하부에 위치하여 하면이 유압 실린더의 축에 의해 지지되는 하부 판재;

   상기 상부 판재와 하부판재에서 서로 대응하는 위치에서 수직으로 관통되도록 각각 형성되는 복수 개의 관통홀; 및

   상기 복수 개의 관통홀을 관통하여 상기 상부 판재와 하부 판재가 연결되어 지도록 체결되어지며, 각각의 체결정도에 따라 상기 상부 판재와 하부 판재사이의 경사각이 조정되는 복수 개의 체결수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨러.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 관통홀과 체결수단은 적어도 3개 이상임을 특징으로 하는 레벨러.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 하부 판재의 하면에는 소정 직경의 내삽홈을 갖도록 단턱이 돌출 형성됨을 특징으로 하는 레벨러.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 체결수단은 나사결합을 이용하는 볼트와 너트가 이용됨을 특징으로 하는 레벨러.