KR100440720B1 - Flap assembly of variable-area exhaust nozzle - Google Patents
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Abstract
본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체는 노즐부에 원형벽을 형성하는 플랩들의 사이에 신장부재를 배열하여 노즐부의 수축 및 확장시에도 플랩들간의 사이 공극을 밀폐시킬 수 있고, 제트엔진에서 배출되는 공기 흐름도를 일정하게 유지시키며, 플랩들을 상대적으로 간편하게 제작할 수 있는 가변배기노즐의 플랩 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.The flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention can arrange the elongation member between the flaps forming the circular wall in the nozzle portion to seal the voids between the flaps even during the contraction and expansion of the nozzle portion, discharged from the jet engine It is an object of the present invention to provide a flap assembly of a variable exhaust nozzle that maintains a constant air flow and makes the flaps relatively simple.
이런 본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체는 제트엔진의 노즐부(20) 내부에서 원형벽을 형성하도록 세그먼트 형식으로 배열된 다수의 플랩(30, 31)들과, 플랩(30, 31)들을 각각 움직여서 노즐부(20)의 내부 원형 단면적을 가변시키도록 링크절과 액추에이터에 결합되어 있으며, 이때 플랩(30, 31)들은 장착홈(32)을 양측의 모서리에 길이방향으로 연장하여 형성하고, 장착홈(32)에 각각 고정되어서 플랩(30, 31)들의 사이에서 부채꼴 형상으로 굽혀지거나 펴지는 신장부재(40)를 구비한 플랩 연결 구조를 갖는다.The flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention is a plurality of flaps (30, 31) and the flaps (30, 31) arranged in a segment form to form a circular wall inside the nozzle unit 20 of the jet engine, respectively It is coupled to the linkage and the actuator so as to vary the inner circular cross-sectional area of the nozzle unit 20 by moving, and the flaps 30 and 31 are formed by extending the mounting groove 32 in the longitudinal direction at both edges, and mounting It is fixed to the groove 32 and has a flap connection structure having an elongate member 40 which is bent or extended in a fan shape between the flaps 30 and 31.
Description
본 발명은 가변배기노즐의 플랩 조립체에 관한 것이며, 더욱 상세하게는, 플랩과 플랩 사이의 공극을 밀폐하여 배기 가스와 외부 공기와의 간섭을 방지하는 플랩 연결구조를 갖는 가변배기노즐의 플랩 조립체에 관한 것이다.The present invention relates to a flap assembly of a variable exhaust nozzle, and more particularly, to a flap assembly of a variable exhaust nozzle having a flap connection structure that seals the gap between the flap and the flap to prevent interference between exhaust gas and external air. It is about.
일반적으로 대형 여객기, 화물기, 전투기, 고등훈련기 등과 같은 대부분의 초고속/초음속 항공기는 터보제트, 터보팬과 같은 제트엔진을 탑재하고 있다. 제트엔진은 통상적으로 흡입구, 압축기, 연소실, 터빈, 배기노즐의 구성으로 이루어져 있으며, 흡입구로 흡입된 공기를 압축기로 압축하여 연소실에 집어넣고 연소실에서 연료를 분사하여 연소 폭발시킨 팽창 압력으로 터빈을 회전시켜 주는 일종의 가스터빈 엔진이다.In general, most high speed / supersonic aircraft such as large passenger planes, cargo planes, fighter jets, and advanced trainers are equipped with jet engines such as turbojets and turbofans. The jet engine is generally composed of an inlet, a compressor, a combustion chamber, a turbine, and an exhaust nozzle, and the air sucked through the inlet is compressed into a compressor and inserted into the combustion chamber. It's a kind of gas turbine engine.
또한, 초음속 군용기의 경우 제트엔진은 이륙이나 특별한 비행조건을 위해 추력을 증가시키는 추력증강 또는 추력보조장치의 일종인 애프터버너(afterburner)를 구비하되, 이는 산소가 풍부한 배기가스에 연료를 분사시켜 추가적으로 40∼60% 추력을 발생하도록 재연소장치와 가변배기노즐을 구비한다.In addition, in the case of supersonic military aircraft, the jet engine is equipped with an afterburner, which is a type of thrust augmentation or thrust assisting device which increases thrust for takeoff or special flight conditions. It is equipped with a reburn apparatus and a variable exhaust nozzle to generate 40 to 60% thrust.
도 1a에 도시한 바와 같이, 가변배기노즐은 터보제트엔진의 배출구에 장착되어서 배출구의 출구 면적을 변화시킬 수 있는 장치로서, 원형 단면의 본체(1)의 내부에 가변 가능한 단면 영역을 구비한 노즐부(2)를 제공한다. 노즐부(2)는 길이쪽 변이 폭에 비해 상대적으로 긴 판형상의 플랩(3, 3' ; flap)들을 원형으로 배열하여 원형벽을 형성한다. 여기에서, 플랩(3, 3')들은 제트엔진의 노즐부(2)에 결합되는 세그먼트(segments)들로 한정한다. 또한 각각의 플랩(3, 3')들은 도시하지 않았지만, 소정 형상의 링크절과 함께 액추에이터(4)의 작동축에 각각 결합되어서 수축 및 확장하도록 결합되어 있다. 즉, 액추에이터(4)의 작동축이 움직여 전체 스트로크가 늘어날 때, 플랩(3, 3')들이 동시에 안쪽으로 힌지작동하여서 노즐부(2)의 내부 원형 단면적을 수축(convergent)시키고, 이와 반대로 전체 스트로크가 줄어들 때, 플랩(3, 3')들이 동시에 바깥쪽으로 힌지작동하여서 노즐부(2)의 내부 원형 단면적을 확장(divergent)시킨다.As shown in Fig. 1A, the variable exhaust nozzle is a device which can be mounted at the outlet of the turbojet engine to change the outlet area of the outlet, and has a variable cross-sectional area inside the main body 1 of a circular cross section. Part 2 is provided. The nozzle portion 2 forms a circular wall by arranging plate-like flaps 3 and 3 'which are relatively long compared to the width of the longitudinal side. Here, the flaps 3, 3 ′ are defined by segments that are coupled to the nozzle portion 2 of the jet engine. In addition, although not shown, each of the flaps 3, 3 'is coupled to the operating shaft of the actuator 4 together with a link section of a predetermined shape, and is coupled to contract and expand. That is, when the operating shaft of the actuator 4 moves to increase the overall stroke, the flaps 3 and 3 'simultaneously hinge inward to convergent the internal circular cross-sectional area of the nozzle portion 2 and vice versa. When the stroke is reduced, the flaps 3 and 3 'simultaneously hinge outwards to diverge the inner circular cross-sectional area of the nozzle part 2.
도 1b와 도 1c에 도시한 바와 같이, 플랩(3, 3')들은 폭에 비해 상대적으로 긴 길이를 갖는 판부재들로서, 중심 두께의 절반 정도의 두께를 갖는 양측 단부들이 상하로 서로 엇갈리게 형성되어, 노즐부의 내부 원형 단면적의 수축시 이들이 서로 겹치더라도 중심 두께를 유지하는 플랩 연결 방식(flap to flap)으로 결합되어 있다.1B and 1C, the flaps 3 and 3 'are plate members having a relatively long length compared to the width, and both end portions having half the thickness of the center thickness are alternately formed up and down. In the contraction of the inner circular cross-sectional area of the nozzle unit, they are joined in a flap to flap that maintains the center thickness even if they overlap each other.
이러한 플랩 연결 방식은 노즐부의 내부 원형 단면적의 확장시 플랩(3, '3)들이 각각 원형벽의 방사방향으로 움직여서 서로 소정 거리(o)만큼 떨어지게 됨으로써, 확장된 원형벽의 상태를 유지함과 동시에 제트엔진의 터빈에서 빠져나오는 압축 공기의 흐름을 확장 유동 형태로 유지시키기 위한 것이다.In this flap connection method, when the inner circular cross-sectional area of the nozzle portion is expanded, the flaps 3 and 3 move in the radial direction of the circular wall, respectively, and are separated by a predetermined distance o, thereby maintaining the state of the expanded circular wall and simultaneously jetting. This is to maintain the flow of compressed air coming out of the engine turbine in the form of extended flow.
그러나, 종래 기술의 플랩 연결 방식을 갖는 플랩들은 액추에이터에 의해서 노즐부의 내부 원형 단면적의 축소시 노즐부의 축심 안쪽으로 모여있게 되어서, 플랩들간의 기밀한 접촉이 가능하여 노즐부를 통과하는 압축 공기의 흐름이 흐트러지지 않지만, 노즐부의 내부 원형 단면적의 확장시 노즐부의 바깥쪽으로 펼쳐지면서, 플랩들 간에 기밀한 접촉이 이루어지지 못하고, 도 1c에 도시한 바와 같이 겹쳐진 측면 단부들 사이에 틈새(5)가 형성되어서, 압력 손실로 인한 와류와 같은 공기 흐름(f)이 발생하고, 이로 인하여 노즐부를 통과하는 압축 공기의 흐름이 방해를 받음은 물론이고, 실추력 발생에 악영향을 끼침은 물론이고 각각의 플랩에 로드가 많이 걸리는 단점이 있다.However, the flaps having the flap connection method of the prior art are gathered inside the shaft center of the nozzle part when the inner circular cross-sectional area of the nozzle part is reduced by the actuator, so that the airtight contact between the flaps allows the flow of compressed air to pass through the nozzle part. Although undisturbed, it expands to the outside of the nozzle part when the inner circular cross-sectional area of the nozzle part is expanded, no airtight contact is made between the flaps, and a gap 5 is formed between the overlapping side ends as shown in FIG. Air flow f, such as vortex due to pressure loss, is generated, which not only impedes the flow of compressed air passing through the nozzle part, but also adversely affects the generation of the thrust force, as well as the load on each flap. It takes a lot of disadvantages.
또한, 종래 기술의 플랩 연결 방식은 액추에이터, 링크절로 연결되어 작동하고, 플랩의 측면 단부들이 단순히 겹쳐져 결합되어 있는 기계적 결합 방식이므로, 플랩의 측면 단부들 사이의 갭 또는 노즐부의 확장시에 발생하는 틈새를 제거하기 매우 어렵고, 다만 갭 또는 틈새를 최소화하기 위해 정밀한 수치 가공을 필요로 하므로, 플랩의 제작이 매우 힘들고 어려운 단점이 있다.In addition, the flap connection method of the prior art is a mechanical coupling method in which the flap connection method is operated by an actuator, a link section, and the flank side ends of the flap are simply overlapped and coupled, and thus the gap between the flap sides or the expansion of the nozzle part occurs. It is very difficult to remove, but since it requires precise numerical processing to minimize gaps or gaps, the fabrication of flaps is very difficult and difficult.
따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 노즐부에 원형벽을 형성하는 플랩들의 사이에 신장부재를 배열하여 노즐부의 수축 및 확장시에도 플랩들간의 사이 공극을 밀폐시킴으로써, 제트엔진에서 배출되는 공기 흐름도를 일정하게 유지시킬 수 있고, 플랩들을 상대적으로 간편하게 제작하고 용이하게 조립할 수 있는 할 수 있는 가변배기노즐의 플랩 조립체를 제공하는 데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, by arranging the elongation member between the flaps forming the circular wall in the nozzle portion, the gap between the flaps even during contraction and expansion of the nozzle portion It is an object of the present invention to provide a flap assembly of a variable exhaust nozzle which can maintain a constant air flow discharged from a jet engine, and can make the flaps relatively simple and easily assembled.
도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 가변배기노즐의 플랩 조립체의 구성을 설명하기 위한 도면들,1a to 1c are views for explaining the configuration of the flap assembly of the variable exhaust nozzle according to the prior art,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가변배기노즐의 플랩 조립체의 구성을 설명하기 위한 정면도,2 is a front view for explaining the configuration of the flap assembly of the variable exhaust nozzle according to an embodiment of the present invention,
도 3은 도 2에 도시된 가변배기노즐의 플랩 조립체의 주요부위를 확대한 사시도,Figure 3 is an enlarged perspective view of the main portion of the flap assembly of the variable exhaust nozzle shown in FIG.
도 4a와 도 4b는 도 2에 도시된 가변배기노즐의 플랩 조립체의 작동원리를 설명하기 위한 단면도들,4a and 4b are cross-sectional views for explaining the operation principle of the flap assembly of the variable exhaust nozzle shown in FIG.
도 5는 도 2에 도시된 가변배기노즐의 플랩 조립체의 확장시의 작동관계를 설명하기 위한 정면도.FIG. 5 is a front view for explaining an operation relationship when the flap assembly of the variable exhaust nozzle shown in FIG. 2 is expanded.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20 : 노즐부 30, 31 : 플랩20: nozzle part 30, 31: flap
32 : 장착홈 40 : 신장부재32: mounting groove 40: extension member
앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 목적은 제트엔진의 노즐부 내부에서 원형벽을 형성하도록 세그먼트 형식으로 배열된 다수의 플랩들과, 이런 플랩들을 각각 움직여서 노즐부의 내부 원형 단면적을 가변시키도록 링크절과 액추에이터로 결합된 가변배기노즐의 플랩 조립체에 있어서, 플랩들은 장착홈을 양측의 모서리에 길이방향으로 연장하여 형성하고, 장착홈에 각각 고정되어 플랩들의 사이에서 부채꼴 형상으로 굽혀지거나 펴지는 신장부재를 이용한 플랩 연결 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변배기노즐의 플랩 조립체에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above is a plurality of flaps arranged in segments to form a circular wall inside the nozzle portion of the jet engine, and link links and actuators to move the flaps respectively to vary the internal circular cross-sectional area of the nozzle portion. In the flap assembly of the variable exhaust nozzle coupled to the flap, the flaps are formed by extending the longitudinal grooves at the corners on both sides, and using the elongated member is fixed to the mounting grooves to be bent or extended in a fan shape between the flaps It is achieved by a flap assembly of a variable exhaust nozzle characterized in that it comprises a flap connection structure.
또한, 본 발명에 따르면, 신장부재는 플랩에 대응한 길이와 소정 폭을 갖는 판상의 부재로서, 장착홈의 표면에 압접, 본딩과 같은 고정방법으로 길이방향을 따라 고정되도록 양측 단부를 갖는 것이 바람직하다.In addition, according to the present invention, the elongate member is a plate-like member having a length and a predetermined width corresponding to the flap, it is preferable to have both ends to be fixed along the longitudinal direction by a fixing method such as pressing or bonding to the surface of the mounting groove. Do.
아래에서, 본 발명에 따른 가변배기노즐의 플랩 조립체의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.In the following, a preferred embodiment of a flap assembly of a variable exhaust nozzle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 가변배기노즐의 플랩 조립체의 구성을 설명하기 위한 정면도이고, 도 3은 플랩 조립체의 주요부위를 확대한 사시도이며, 도 4a와 도 4b는 도 2에 도시된 가변배기노즐의 플랩 조립체의 작동원리를 설명하기 위한 단면도들이고, 도 5는 도 2에 도시된 가변배기노즐의 플랩 조립체의 확장시의 작동관계를 설명하기 위한 정면도이다.2 is a front view for explaining the configuration of the flap assembly of the variable exhaust nozzle according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an enlarged perspective view of the main portion of the flap assembly, Figures 4a and 4b Sectional drawing for explaining the operation principle of the flap assembly of the variable exhaust nozzle shown in Figure 2, Figure 5 is a front view for explaining the operation relationship when the flap assembly of the variable exhaust nozzle shown in FIG.
도 2에 있어서, 본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체는 노즐부(20) 내부에 원형벽을 형성하도록 각각의 플랩(30, 31)들을 세그먼트 형식으로 배열하고, 이들을 통해 노즐부(20)의 내부 원형 단면적을 가변시키도록 소정 형상의 링크절과 액추에이터(도시 안됨)들로 각각 결합시킨다.2, the flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention arranges the respective flaps 30 and 31 in a segmented form so as to form a circular wall inside the nozzle portion 20, through which the nozzle portion 20 is formed. Each is coupled to a link section and actuators (not shown) of a predetermined shape to vary the inner circular cross-sectional area.
도 3에 확대하여 도시한 바와 같이, 플랩(30, 31)들은 신장부재(40)를 이용한 플랩 연결 구조를 갖는다.As enlarged in FIG. 3, the flaps 30 and 31 have a flap connection structure using the extension member 40.
여기에서, 플랩(30, 31)들은 신장부재(40)가 안착될 수 있는 깊이의 장착홈(32)을 양측의 한쪽 모서리에 길이방향으로 연장하여 형성하고 있다. 신장부재(40)는 플랩(30, 31)에 대응한 길이와 소정 폭을 갖는 판상의 부재로서, 장착홈(32)의 표면에 압접, 본딩과 같은 고정방법으로 길이방향을 따라 고정되는 양측 단부(42)를 갖는다. 이런 신장부재(40)는 연신율과 변형율이 뛰어난 물성을 가져야 하며, 이와 동시에 고온에 매우 강해야 한다. 따라서 이런 조건을 만족하는 신장부재(40)의 재질은 유기 고분자의 분산상(disperse phase)의 크기를 나노미터(nm) 수준 또는 분자 레벨에서 제어해서 만든 폴리머에 텅스텐, 이산화 지르코늄, 실리카, 케블라, 카본 화이버, 카본 블랙 등을 합성하여 만든 유기-무기 복합체로 제작되며, 제트엔진에서 빠져나오는 고온의 압축 공기에 매우 강한 재질로 형성된다.Here, the flaps 30 and 31 extend in the longitudinal direction at one corner of both sides of the mounting groove 32 of the depth to which the elongate member 40 can be seated. The elongate member 40 is a plate-shaped member having a length and a predetermined width corresponding to the flaps 30 and 31, and both end portions fixed along the length direction by a fixing method such as pressure welding or bonding to the surface of the mounting groove 32. Has 42. The elongate member 40 should have excellent elongation and strain properties, and at the same time be very resistant to high temperatures. Therefore, the material of the elongated member 40 satisfying such conditions is a tungsten, zirconium dioxide, silica, kevlar, carbon in a polymer made by controlling the size of the disperse phase of the organic polymer at the nanometer level or the molecular level. It is made of an organic-inorganic composite made by synthesizing fibers and carbon black, and is made of a material that is very resistant to high temperature compressed air coming out of a jet engine.
또한, 신장부재(40)는 상온에서는 딱딱한 고체 상태이고 소정 온도에서 유연성을 갖는 고분자 복합재료로 제작될 수 있다.In addition, the elongate member 40 may be made of a polymer composite material having a rigid solid state at room temperature and flexible at a predetermined temperature.
이런 신장부재(40)는 각각의 양측 단부(42)를 장착홈(32)에 고정하여 플랩(30, 31)들간의 사이 간격을 밀폐시킨다. 또한, 신장부재(40)는 플랩(30, 31)들간의 간격이 가변될 때, 즉 폭방향으로 늘어나거나 줄어들고 벤딩된절곡부(41)가 부채꼴 형상으로 굽혀지거나 펴질 때에도 플랩(30, 31)들간의 사이 간격을 밀폐시킨다.The elongate member 40 secures each end portion 42 to the mounting groove 32 to close the gap between the flaps 30 and 31. In addition, the extension member 40 is flaps 30, 31 when the gap between the flaps (30, 31) is variable, that is, extended or contracted in the width direction and the bent portion 41 is bent or unfolded in a fan shape. Seal the gap between them.
이를 더욱 상세하게 설명하면, 도 4a와 도 4b에 도시한 바와 같이 노즐부의 내부 원형 단면적의 축소시, 플랩(30, 31)들은 서로 근접하게 배치되며, 이때 양측 단부(32)를 각각 플랩(30, 31)들에 고정시킨 신장부재(40)는 절곡부(41)를 형성하게 된다. 이후, 노즐부의 내부 원형 단면적의 확장시, 플랩(30, 31)들은 서로 소정의 간격(O)만큼 떨어지게 된다,In more detail, as shown in FIGS. 4A and 4B, when the inner circular cross-sectional area of the nozzle portion is reduced, the flaps 30 and 31 are disposed in close proximity to each other, and both ends 32 are respectively flap 30. , The extension member 40 fixed to the 31 forms a bent portion 41. Then, when the inner circular cross-sectional area of the nozzle portion is expanded, the flaps 30 and 31 are separated from each other by a predetermined distance O,
이때, 도 5에 도시한 바와 같이, 신장부재(40)는 제트엔진의 터빈쪽 끝단의 반대쪽 끝단이 폭방향으로 펴짐으로써, 플랩(30, 31)들의 사이 간격을 밀폐시킨다.At this time, as shown in FIG. 5, the extension member 40 opens the opposite end of the turbine end of the jet engine in the width direction to close the gap between the flaps 30 and 31.
따라서, 노즐부의 안쪽에서 유동하는 공기가 신장부재(40)들에 의해서 플랩(30, 31)의 외표면 쪽으로 빠져나가지 않게 되어서 압력 손실과 와류 발생을 줄일 수 있고, 질량 유동에 영향을 거의 미치지 않아서 실추력 발생 효율을 상대적으로 증가시키게 된다.Therefore, the air flowing inside the nozzle portion does not escape to the outer surfaces of the flaps 30 and 31 by the elongate members 40, so that pressure loss and vortex generation can be reduced, and the mass flow is hardly affected. It will relatively increase the actual thrust generation efficiency.
앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체는 노즐부의 세그먼트들인 플랩들간의 사이 간격을 신축 부재로 밀폐하여 모든 항공기에 적용가능하며, 엔진 부위의 압축 공기를 원활하게 배출시킬 수 있어서 플랩에 하중이 걸리는 문제를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.As described in detail above, the flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention is applicable to all aircraft by sealing the gap between the flaps, which are segments of the nozzle part, with an elastic member, and can smoothly discharge the compressed air at the engine part. There is an advantage that can prevent the problem that the load is applied in advance.
또한, 본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체는 고온에 견디면서 연신율이뛰어난 신축 부재의 사용에 따라 플랩 연결 방식이 상대적으로 간소해지며 플랩 제작시 정밀한 수치 가공을 요구하지 않게 되어 제작이 용이한 장점이 있다.In addition, the flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention has a relatively simple flap connection method according to the use of an elastic member having excellent elongation while resisting high temperature, and does not require precise numerical processing when manufacturing the flap, which is easy to manufacture. There is this.
이상에서 본 발명의 가변배기노즐의 플랩 조립체에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.The technical idea of the flap assembly of the variable exhaust nozzle of the present invention has been described above with reference to the accompanying drawings, but this is by way of example and not by way of limitation. In addition, it is obvious that any person skilled in the art can make various modifications and imitations without departing from the scope of the technical idea of the present invention.
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