KR100443860B1 - 거북등 갑판형 외부연료탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 거북등 갑판형 외부연료탱크는 항공기 동체의 상부에 장착 및 탈착 가능한 케이싱(10)에 연료 주입구(13)와, 연료 포트 역할을 하는 관 연결 수단(30)과, 항공기 동체의 상부 구조물에 대응하게 움푹 들어간 홈(11, 12)들과, 고정 수단(20)을 구비하여, 이런 케이싱(10)의 고정 수단(20)을 항공기 동체의 횡방향 구조물에 고정시키고, 관 연결 수단(30)과 연료펌프(40)의 외부연료 공급관(41)을 연결시켜서, 연료펌프(40)의 작동시 케이싱(10)의 내부에 채워진 연료가 항공기의 내부 연료셀(44)로 전달되도록 함으로써, 연료량 증대를 통해 항공기의 운영반경을 확장시키는 역할을 한다.

Description

거북등 갑판형 외부연료탱크{TURTLE DECK TYPE EXTERNAL FUEL TANK}

본 발명은 거북등 갑판형(turtle deck type) 외부연료탱크에 관한 것으로, 특히 전투기와 훈련기 등과 같은 군용 항공기의 동체 상면에 배치되어 연료량 증대를 통해 항공기의 운영반경을 확장시키는 역할을 하는 거북등 갑판형 외부연료탱크에 관한 것이다.

일반적으로 고정익 항공기 기체는 동체(fuselage), 날개(wing), 안정판(stabilizer), 조종면(control surface) 및 착륙 장치(landing gear)로 구성되어 있다. 동체는 항공기의 주 구조나 몸체를 의미하는 것으로서 화물, 조정실, 장비품, 승객 등을 위한 공간을 제공하며 착륙 장치의 장착점이 있으며, 날개는 비행 중 그 주위에 미치는 공기력에 의해 항공기를 공중에 지탱시키는 구조물이고, 안정판은 수평안정판(horizontal stabilizer)과 수직안정판(vertical stabilizer)으로 이루어져 항공기의 승강과 좌우 움직임(pitching and yawing motion)을 제어한다.

특히, 일반적인 항공기의 동체는 각재에 의한 트러스(truss) 구조와, 스킨(skin)과 링(ring)으로 이루어진 모노코큐(monocoque) 구조, 및 보강재인 론저론(longeron)과 벌크헤드(bulkhead)를 구비한 세미 모노코큐(semi-monocoque) 구조로 크게 분리할 수 있다.

이중 세미 모노코큐 구조는 경량화와 강인함을 동시에 추구하고, 민첩한 움직임과 빠른 속도를 중요시하는 군용 전투기의 구조로 적합하여 대부분의 전투기의기체 구조로 사용되고 있다.

한편, 전투기는 기본적으로 내부에 연료탱크 또는 연료셀(cell)을 구비하며, 탑재연료량을 더 증가하여 장거리 운항을 수행할 수 있도록 보조연료탱크를 구비한다. 보조연료탱크는 통상적으로 기체 외부에서 착탈이 가능하도록 설치되는 외부연료탱크(낙하탱크)이다.

종래 기술에 따른 전투기는 도 1에 도시한 바와 같이, 기체(1) 외부에 장착되어서 추가로 항공기 연료(Jet Propulsion Turbine Fuel ; JP-n, n=4, 8 등)를 더 공급할 수 있도록 외부연료탱크(3)를 구비하되, 파일런(pylon)이라고 부르는 부착구조물(2)을 사용하여 외부연료탱크(3)를 장착하고 있다. 외부연료탱크(3)는 급기동 및 급가속시 항공기 성능과 무게에 영향을 미치고, 더욱이 항공기 공기역학적 측면에서 극심한 항력(drag)을 유발시키기 때문에, 전투와 같은 긴급 상황에서 조종사는 외부연료탱크(3)를 낙하시키므로, 낙하 탱크라고도 불려진다.

이들 외부연료탱크(3)는 위치에 따라서 그 종류를 구분할 수 있는데, 즉 항공기 동체 가운데 부분에 장착되는 센터라인 파일런 탱크(centerline pylon tank)와, 날개에 달린 윙 파일런 탱크(wing pylon tank) 및 미국 전투기 F-5A/B 내지 A-37B에서 볼 수 있듯이 날개 끝부분에 달린 윙 팁 탱크(wing tip tank) 등이다.

그러나, 종래의 외부연료탱크는 앞서 언급한 바와 같이, 기체 외부에서 동체와 떨어진 곳에 장착되어 있고, 유선형으로 형성되어 있긴 하지만 상대적으로 극심한 항력을 유발시키는 단점이 있으며, 이에 따라 항공기 기동 능력을 떨어뜨리고, 중량 증가에 따라 속도와 성능에 지장을 주고 있다.

따라서, 본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 거북등 갑판형으로 동체 상부에 설치하여 항공기의 공기역학적 특성도를 유지 및 향상시키면서도 연료량 증대를 통해 항공기의 운영반경을 확장시킬 수 있는 거북등 갑판형 외부연료탱크를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 외부장착 연료탱크를 설명하기 위한 항공기 측면도,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 거북등 갑판형 외부연료탱크의 구성을 설명하기 위한 사시도,

도 3과 도 4는 도 2에 도시된 거북등 갑판형 외부연료탱크의 결합관계를 설명하기 위한 측면도,

도 5는 도 2에 도시된 거북등 갑판형 외부연료탱크와 내부 연료 시스템과의 결합관계를 설명하기 위한 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 케이싱 11, 12 : 홈

13 : 연료 주입구 14 : 벤트홀

20 : 고정 수단 30 : 관 연결 수단

40 : 연료펌프 41 : 외부연료 공급관

상기한 본 발명의 목적은 항공기에 장착되며 연료 주입구와 연료 포트 역할을 하는 관 연결 수단을 구비한 거북등 갑판형 외부연료탱크에 있어서, 항공기 동체의 상부 구조물에 대응하게 축심의 길이방향에 일치하는 전방 및 후방에서 중앙쪽으로 움푹 들어간 홈들을 형성하고 배면에 고정 수단을 구비한 케이싱을 포함하며, 케이싱은 고정 수단을 항공기 동체의 횡방향 구조물에 고정시키고, 관 연결 수단과 연료펌프의 외부연료 공급관을 연결시켜서, 연료펌프의 작동시 케이싱의 내부에 채워진 연료가 항공기의 내부 연료셀로 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 거북등 갑판형 외부연료탱크에 의해 달성된다.

또한, 본 발명에 따르면, 케이싱은 복합재료를 사용하여 일체형으로 제작된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따르면, 케이싱은 항공기의 배면 비행시 연료를 원활하게 공급하도록 내부에 배면 격벽이 형성되어 있고, 유사시 내부의 연료를 외부로 방출시키기 위한 벤트홀을 구비한 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 거북등 갑판형 외부연료탱크의 구성을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3과 도 4는 도 2에 도시된 거북등 갑판형 외부연료탱크의 결합관계를 설명하기 위한 측면도이며, 도 5는 도 2에 도시된 거북등 갑판형 외부연료탱크와 내부 연료 시스템과의 결합관계를 설명하기 위한 단면도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 거북등 갑판형 외부연료탱크는 소폭 장대한 탱크 형상의 케이싱(10)을 갖는다. 이런 케이싱(10)은 공기역학적 특성을 고려하여 설계된 것으로서, 전투기(항공기)와 같은 동체 상부면에 밀접하게 장착될 수 있는 유선형의 기저부와, 이 기저부에서 물방울 형상으로 연장된 상측부로 이루어져 있다. 이런 케이싱(10)은 장착되어질 동체 표면의 등고선(contour)과 자연스럽게 연결되는 외형을 갖는다.

또한, 케이싱(10)의 내부에는 기본적으로 배면 비행을 위해 내부에 배면 격벽이 형성되어 있으며, 동체의 내부 연료셀에 연료를 공급시킬 수 있도록 연료 포트 역할을 하는 관 연결 수단(30)을 구비하고 있다. 이런 케이싱(10)에는 필요에 따라 외부에서 연료를 채워 넣을 수 있도록 연료 주입구(13)가 형성되어 있으며, 유사시 내부 연료를 외부로 방출시키기 위한 벤트홀(14)을 구비한다.

또한, 케이싱(10)은 동체의 상부 구조물, 즉 전방부 동체의 유선형덮개(fairing) 형상에 대응하게 축심의 길이방향에 일치하는 전방에서 중앙쪽으로 움푹 들어간 제 1홈(11)과, 이에 반대되는 곳에서 수직안정판을 받치고 있는 지느러미형 덮개(dorsal fairing) 형상에 대응한 제 2홈(12)을 형성하고 있다. 이런 케이싱(10)은 금속 철판 부재를 이용하여 판금작업과 밀봉작업으로 제작되거나, 비금속 복합재료를 사용하여 일체형으로 제작될 수 있다. 특히, 케이싱(10)의 배면에는 항공기 동체 상부에 부착될 수 있게 고정 볼트(20)들과 같은 고정수단이 구비되어 있다.

도 3과 도 4에 도시한 바와 같이, 고정 볼트(20)들은 동체의 횡방향 구조물인 벌크헤드(5)의 상단에 형성된 결합구멍에 일치하는 것으로서, 케이싱(10)으로 하여금 안정적으로 동체에 결합될 수 있게 한다.

이를 위해서, 결합구멍을 갖는 벌크헤드(5)가 위치한 항공기의 동체 상부면에는 슬라이딩 타입의 제 1퀵 액세스 도어(50)들과 결합 공간을 형성한다. 이런 결합 공간을 통해서 케이싱(10)의 고정 볼트(20)들은 벌크헤드(5)의 결합구멍에 체결된다.

또한, 항공기 동체 표면에는 앞서 설명한 케이싱(10)의 관 연결 수단(30)에 일치하는 곳에 제 2퀵 액세스 도어(51)가 형성되며, 이 도어의 안쪽으로 연료펌프(40)에서 연장된 외부연료 공급관(41)의 커플러(42)가 설치되어 있다. 여기에서, 연료펌프(40)는 터빈 엔진에 항공기 연료를 연소실에 공급하는 치차식, 푸란자식, 원심식 등이 사용될 수 있고, 전자제어식 삼방밸브를 구비하고 있다. 또한, 커플러(42)는 케이싱(10)이 항공기 동체 상부에 안착되었을 때 관 연결수단(30)과 결합된다.

관 연결 수단(30)은 일종의 퀵 커플러와 같은 것으로서, 외부연료 공급관(41)을 통해서 연료펌프(40)의 압력이 인가될 때, 케이싱(10)의 내부에 채워진 연료를 공급시키는 통상적인 연료 포트와 유사한 것이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 케이싱(10) 내부의 연료펌프(40)는 삼방밸브로 연결된 외부연료 공급관(41)과 내부연료 공급관(43)들을 통해서 내부 연료셀(44)과 본 발명의 거북등 갑판형 외부연료탱크의 케이싱(10) 내의 항공기 연료를 터빈 엔진에 공급하도록 결합되어 있다.

더 나아가 본 발명은 거북등 갑판형 외부연료탱크의 케이싱(10)을 앞서 설명한 바와 같이 단순 볼트 결합에 의해서 고정시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전자제어식 록킹부(도시 안됨)를 추가적으로 더 구비하여, 실제 비행도중 긴급 상황 발생시, 조종사의 판단하에 전자제어식 록킹부를 해제시킴으로써, 케이싱(10)이 공기 중에 낙하될 수 있게 응용 설계할 수도 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 거북등 갑판형 외부연료탱크는 공기역학적 형상으로 형성된 케이싱의 내부에 연료를 채워 보조연료탱크로서의 역할을 담당하여 항공기의 운영반경을 확장시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 거북등 갑판형 외부연료탱크는 전방부 동체의 유선형 덮개와 지느러미형 덮개에 대응한 유선형 형상을 갖고 동체에 밀착되어 있기 때문에,동체의 형상을 크게 훼손시키지 않음과 동시에 기체 본연의 공기역학적 특성에 거의 영향을 미치지 않아서 항공기의 장거리 운항시 상대적으로 연료를 많이 채울 수 있으면서도, 항력을 상대적으로 적게 받아서 연료 절감 효과가 있다.

또한, 본 발명의 거북등 갑판형 외부연료탱크는 항공기의 동체 상면에 착탈이 가능하기 때문에, 항공기로 하여금 평상시 기동 및 짧은 작전 수행시에 공기역학적 특성이 좋은 기존의 외형을 유지한 채로 운영할 수 있도록 하는 장점이 있다.

이상에서 본 발명에 따른 거북등 갑판형 외부연료탱크에 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.

Claims (3)

1. 항공기에 장착되며, 연료 주입구(13)와 연료 포트 역할을 하는 관 연결 수단(30)을 구비한 거북등 갑판형 외부연료탱크에 있어서,

   상기 항공기 동체의 상부 구조물에 대응하게 축심의 길이방향에 일치하는 전방 및 후방에서 중앙쪽으로 움푹 들어간 홈(11, 12)들을 형성하고, 배면에 고정 수단(20)을 구비한 케이싱(10)을 포함하며,

   상기 케이싱(10)은 상기 고정 수단(20)을 상기 항공기 동체의 횡방향 구조물에 고정시키고, 상기 관 연결 수단(30)과 연료펌프(40)의 외부연료 공급관(41)을 연결시켜서, 상기 연료펌프(40)의 작동시 상기 케이싱(10)의 내부에 채워진 연료가 상기 항공기의 내부 연료셀(44)로 전달되도록 한 것을 특징으로 하는 거북등 갑판형 외부연료탱크.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 케이싱(10)은 복합재료를 사용하여 일체형으로 제작된 것을 특징으로 하는 거북등 갑판형 외부연료탱크.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 케이싱(10)은 항공기의 배면 비행시 연료를 원활하게 공급하도록 내부에 배면 격벽이 형성되어 있고, 유사시 내부의 연료를 외부로 방출시키기 위한 벤트홀(14)을 구비한 것을 특징으로 하는 거북등 갑판형 외부연료탱크.