KR100577405B1 - 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치 - Google Patents

토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치 Download PDF

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KR100577405B1 KR1020040060818A KR20040060818A KR100577405B1 KR 100577405 B1 KR100577405 B1 KR 100577405B1 KR 1020040060818 A KR1020040060818 A KR 1020040060818A KR 20040060818 A KR20040060818 A KR 20040060818A KR 100577405 B1 KR100577405 B1 KR 100577405B1
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Abstract

본 발명은 입력된 설계인자에 따라 토크 컨버터의 블레이드를 실시간 설계하여 토크 컨버터의 설계시간 및 비용을 절감할 수 있도록 된 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치에 대한 것으로서, 그 기술적 구성은 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 키입력하기 위한 키입력부와; 상기 설계인자의 입력 상태 및 입력된 설계인자에 따라 설계된 블레이드를 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이부와; 상기 디스플레이부를 통해 상기 설계인자의 입력 화면을 제공하고 입력된 설계인자가 구분 저장되도록 처리하며 설계 단계별로 요구되는 설계인자가 독출되도록 처리하는 설계인자 처리부와; 상기 설계인자가 구분 저장되는 설계인자 저장부와; 소정 제어신호에 따라 상기 설계인자 처리부로부터 전달된 각종 설계인자를 근거로 임펠러, 터빈 및 스테이터의 토러스 단면을 형성하는 각 블레이드의 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점, 출구각, 입구각, 분포각 및 스테이터측 블레이드의 두께를 각각 산출하도록 된 소정 동작 프로그램이 구비된 블레이드 설계부와; 상기 블레이드 설계부로부터 산출된 설계정보를 구분 저장하기 위한 설계정보 저장부 및; 상기 각 구성요소에 접속되어 장치의 전반적인 동작을 제어함과 아울러 상기 설계인자 처리부와 블레이드 설계부를 통해 처리/산출된 정보가 상기 설계인자 저장부와 설계정보 저장부에 구분 저장되도록 제어하며, 상기 설계인자의 입력 상태와 블레이드의 설계 상태가 시각적으로 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
토크 컨버터, 블레이드, 토러스, 임펠러, 설계

Description

토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치{Method For Designing Blades Of A Torque Converter And Device therefor}
도 1은 일반적인 토크 컨버터의 기본 구조를 나타낸 단면도.
도 2은 토크 증배 상태에서 토크 컨버터내 유체의 흐름을 나타낸 도면.
도 3은 유체 커플링 상태에서 토크 컨버터내 유체의 흐름을 나타낸 도면.
도 4a는 토크 컨버터의 정면도를 간략히 나타낸 도면.
도 4b는 토크 컨버터의 단면도를 간략히 나타낸 도면.
도 4c는 도 4a, 4b에 도시된 토러스 단면의 구조를 간략히 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치의 구성을 기능적으로 나타낸 기능 블록도.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법을 설명하기 위한 플로우챠트.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
10 : 임펠러, 11 : 임펠러측 블레이드,
20 : 터빈, 21 : 터빈측 블레이드,
30 : 스테이터, 31 : 스테이터측 블레이드,
110 : 키입력부, 120 : 디스플레이부,
130 : 설계인자 처리부, 140 : 설계인자 저장부,
150 : 블레이드 설계부, 151 : 위치점 산출부,
152 : 각도 산출부, 153 : 두께 산출부,
154 : 노드좌표 산출부, 160 : 설계정보 저장부,
170 : 제어부, S1 : 입력축,
S2 : 출력축, C1 : 일방향 클러치,
T1 : 토러스 단면, CI, CT, CS : 내부선,
SI, ST, SS : 외부선.
본 발명은 토크 컨버터(Torque Converter)에 대한 것으로서, 특히 입력된 설계인자에 따라 토크 컨버터의 블레이드를 실시간 설계하여 토크 컨버터의 설계시간 및 비용을 절감할 수 있도록 된 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치에 대한 것이다.
주지된 바와 같이 토크 컨버터는 자동차 등의 엔진 동력을 변속기로 전달해 주는 유체 동역학적 동력 전달 장치로서, 이는 엔진 동력을 오일을 통해 변속기 기어에 부드럽게 전달해주는 유체 클러치(Cluch)의 역할과, 엔진으로부터의 입력 토크를 증대하여 변속기의 입력축으로 전달해주는 토크 증배 역할을 수행하도록 구성 되어 있다.
즉 도 1은 일반적인 토크 컨버터의 기본 구조를 나타낸 단면도로서, 이는 엔진과 연결된 입력축(S1)으로부터 동력을 전달받아 토크 컨버터 내부에 채워진 유체로 전달하는 임펠러(10)와, 상기 유체로부터 동력을 전달받아 변속기와 연결된 출력축(S2)으로 전달하는 터빈(20)과, 터빈(20)의 출구와 임펠러(20)의 입구 사이에 위치되어 토크 컨버터의 동작 상태에 따라 일방향 클러치(C1)에 의해 고정되거나 공전(空轉)되는 반력 요소인 스테이터(30)를 구비하여 구성된다.
도 1의 구조로 된 토크 컨버터는 스테이터(30)가 고정된 경우 임펠러(10)의 토크 보다 터빈(20)의 토크가 커지는 토크 증배 상태로 동작되고, 스테이터(30)가 공전하는 경우 임펠러(10)와 터빈(20)의 토크가 동일해지는 유체 커플링(Coupling) 상태로 동작되며, 운전자가 브레이크를 밟아 터빈(20)의 회전이 정지된 경우 임펠러(10)의 회전이 등속을 유지하는 스톨(Stall) 상태로 동작된다.
도 2 및 도 3은 각각 토크 증배 상태와 유체 커플링 상태에서 토크 컨버터내 유체의 흐름을 나타낸 것으로서, 도 2 및 도 3과 같이 임펠러(10), 터빈(20) 및 스테이터(30)에는 각각 다수의 블레이드(Blade)(11, 21, 31)가 일정 간격 및 각도로 설치되어 유체의 흐름을 유도하거나 유체가 흐르는 방향을 전환시키게 된다.
이하 도 1의 구조로 된 토크 컨버터의 동작을 간략히 설명하기로 한다.
도 1의 토크 컨버터는 엔진이 회전하면서 임펠러(10)를 동일한 속도로 회전시키고, 임펠러(10)가 회전함에 따라 임펠러(10)의 내측 입구에 있던 유체는 원심력에 의해 블레이드(11)를 통해 안내되어 외측 출구로 분출되고, 이어 터빈(20)의 외측 입구로 유입된 유체는 그 블레이드(21)를 지나는 동안 각운동량이 변화되어 그 내측 출구로 분출되며, 이에 따라 터빈(20)은 임펠러(10)와 같은 방향의 토크를 받으며 회전하게 된다.
이때 터빈(20)의 내측 출구로부터 분출된 유체는 임펠러(10)의 회전 방향과 반대 방향으로 흐르게 되지만 일방향 클러치(C1)와 결합된 스테이터(30)에 의해 다시 임펠러(10)의 회전 방향과 동일한 방향으로 흐르게 된다. 따라서 엔진으로부터 전달되는 임펠러(10)의 입력 토크가 증가되지 않더라도 스테이터(30)로부터 분출된 유체가 다시 임펠러(10)로 유입되어 터빈(20)의 토크를 증배시키게 된다.
한편 터빈(20)의 회전속도가 임펠러(10)의 회전속도에 근접하는 경우 스테이터(30)는 일방향 클러치(C1)를 통해 반력 토크에 의한 동력 손실을 최소화하도록 공전하게 된다. 따라서 터빈(20)과 임펠러(10)의 토크는 거의 같아지게 되고, 토크 컨버터는 유체 커플링 상태로 동작된다.
상술한 바와 같이 토크 컨버터는 유체의 순환 흐름을 이용하여 엔진의 동력을 변속기로 전달하게 되고, 그 유체의 흐름은 도 1의 임펠러(10), 터빈(20) 및 스테이터(30)에 각각 설치되는 블레이드(11, 21, 31)(도 2 참조)의 입구각, 출구각, 분포각 및 두께와 도 1의 임펠러(10), 터빈(20) 및 스테이터(30)가 형성하는 원형 단면(이하, "토러스(Torus) 단면"이라 칭함)의 형상에 영향을 받는다.
따라서 상기한 블레이드를 잘못 설계하게 되면, 토크 컨버터내 유체의 순환이 원활하게 이루어지지 않아 동력 손실이 발생되어 토크 컨버터의 전반적인 동작 특성이 저하됨은 물론 막대한 비용을 들여 재설계해야 하는 문제점이 있으며, 설계 자는 블레이드 설계 시 비용 및 시간 상 문제로 인하여 여러번의 시험 설계를 수행함에 어려움이 있게 된다.
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로서, 특히 설계인자를 입력하는 것만으로 토크 컨버터의 블레이드를 용이하게 반복 설계할 수 있도록 된 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법 및 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법은 컴퓨터 장치를 이용하여 토크 컨버터의 블레이드를 설계하는 방법에 있어서, 토러스 단면을 구성하는 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드의 설계시 요구되는 각종 설계인자를 입력받는 설계인자 입력단계와, 상기 토러스 단면의 외부선, 내부선 및 설계 경로의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부, 내부 및 설계 위치점을 상기 설계인자와 각 위치점의 중간 설계정보를 이용하여 산출하는 위치점 산출단계, 토크 컨버터의 동작상태를 나타내는 다수의 성능 인자가 포함된 상기 설계인자에 소정 비선형 함수를 적용하여 상기 블레이드의 입구각 및 출구각을 산출하는 입/출구각 산출단계, 상기 입구각 및 출구각 정보에 소정 에너지 평형식을 적용하여 각각의 블레이드의 토크가 균등해지는 설계 경로의 분포각을 산출하는 제1 분포각 산출단계, 상기 설계인자와 미리 지정된 스테이터측 블레이드의 길이 정보를 근거로 스테이터측 블레이드의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하는 두께 산출단계, 상기 설계인자와 상기 설계경로의 분포각에 소정 강제 와류식을 적용하여 상기 외부 위치 점과 내부 위치점의 분포각을 산출하는 제2 분포각 산출단계 및, 상기 각 단계에 따라 산출된 정보를 해당 블레이드의 설계정보로 저장하는 설계정보 저장단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 위치점 산출단계는 상기 설계인자를 근거로 상기 토러스 단면의 외부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부 위치점을 산출하는 외부 위치점 산출단계와, 상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 내부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 내부 위치점을 산출하는 내부 위치점 산출단계, 상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 설계 경로를 나타내는 다수의 설계 위치점을 산출하는 설계 위치점 산출단계 및, 상기 각 단계에 따라 산출된 상기 외부, 내부 및 설계 위치점에 소정 보간법을 적용하여 그 위치점의 개수를 증가시키는 위치점 보간단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에서 상기 입/출구각 산출단계에서 상기 성능인자는 임펠러 블레이드의 출구각과, 스톨 상태 및 커플링 상태에서 임펠러와 터빈의 토크비, 속도비, 유체의 밀도, 유동 단면적 및, 각각의 블레이드의 출구반경을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법은 컴퓨터 장치를 이용하여 토크 컨버터의 블레이드를 설계하는 방법에 있어서, 토러스 단면을 구성하는 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 입력받는 설계인자 입력단계와, 상기 설계인자를 근거로 상기 토러스 단면의 외부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부 위치점을 산출하는 외부 위치점 산출단계, 상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 내부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 내부 위치점을 산출하는 내부 위치점 산출단계, 상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 설계 경로를 나타내는 다수의 설계 위치점을 산출하는 설계 위치점 산출단계, 상기 설계인자와 미리 지정된 임펠러측 블레이드의 출구각에 소정 비선형 함수를 적용하여 터빈과 스테이터측 블레이드의 출구각을 산출하는 출구각 산출단계, 상기 설계인자와 상기 블레이드의 출구각 정보를 근거로 상기 블레이드의 입구각을 산출하는 입구각 산출단계, 상기 입구각 및 출구각 정보에 소정 에너지 평형식을 적용하여 상기 블레이드의 설계 경로의 분포각을 산출하는 제1 분포각 산출단계, 상기 설계인자와 미리 지정된 스테이터측 블레이드의 길이 정보를 근거로 스테이터측 블레이드의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하는 두께 산출단계, 상기 설계인자와 상기 설계 경로의 분포각에 소정 강제 와류식을 적용하여 상기 외부 위치점과 내부 위치점의 분포각을 산출하는 제2 분포각 산출단계 및, 상기 각 단계에 따라 산출된 정보를 해당 블레이드의 설계정보로 저장하는 설계정보 저장단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치는 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 키입력하기 위한 키입력부와, 상기 설계인자의 입력 상태 및 입력된 설계인자에 따라 설계된 블레이드의 모델링 화면을 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이부, 소정 제어신호에 따라 상기 디스 플레이부를 통해 상기 설계인자의 입력 화면을 제공함과 아울러 입력된 설계인자가 구분 저장되도록 처리하고 각 설계 단계별로 요구되는 설계인자가 독출되도록 처리하는 설계인자 처리부, 상기 설계인자가 구분 저장되는 설계인자 저장부, 소정 제어신호에 따라 상기 설계인자 처리부로부터 전달된 각종 설계인자를 근거로 임펠러, 터빈 및 스테이터의 토러스 단면을 형성하는 각 블레이드의 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점, 출구각, 입구각, 분포각 및 스테이터측 블레이드의 두께를 각각 산출하도록 된 소정 동작 프로그램이 구비된 블레이드 설계부, 상기 블레이드 설계부로부터 산출된 설계정보를 구분 저장하기 위한 설계정보 저장부 및, 상기 각 구성요소에 접속되어 장치의 전반적인 동작을 제어함과 아울러 상기 설계인자 처리부와 블레이드 설계부를 통해 처리/산출된 정보가 상기 설계인자 저장부와 설계정보 저장부에 구분 저장되도록 제어하며, 상기 설계인자의 입력 상태와 블레이드의 설계 상태가 시각적으로 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
따라서 상기한 구성에 의하면, 입력된 설계인자에 따라 토크 컨버터의 블레이드를 실시간 설계하여 토크 컨버터의 설계 시간 및 비용을 절감할 수 있게 된다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 설명하기로 한다.
먼저 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 명세서에서 사용되는 용어 및 기호를 정의하기로 한다. 도 4a는 토크 컨버터의 정면도를 간략히 나타낸 것이고, 도 4b는 그 단면도를 도 4c는 상기한 토러스 단면의 구조를 각각 간략히 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b에서 참조부호 A는 토크 컨버터의 직경이고, B는 토크 컨버터의 구동축 직경이며, T1은 토크 컨버터내 임펠러, 터빈 및 스테이터의 각 블레이드(11, 21, 31)가 형성하는 토러스 단면을 나타낸 것이다. 도 4a에서 점선으로 표시된 부분은 토크 컨버터의 외부 하우징이 차지하는 영역을 나타낸 것으로서, 토크 컨버터의 사이즈(Size)는 외부 하우징이 아닌 임펠러, 터빈 및 스테이터가 형성하는 영역(실선 부분)에 의해 결정된다.
도 4b에서 TD는 토러스 단면(T1)의 장축 직경이고, TC는 토러스 단면(T1)의 중심축이며, GD는 임펠러와 터빈 사이의 이격 거리를 나타낸 것이다. 또한 도 4c에서 참조부호 SI, ST, SS는 각각 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드(11, 21, 31)의 외부선(Shell)을 나타낸 것이고, CI, CT, CS는 각각 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드(11, 21, 31)의 내부선(Core)을 나타낸 것이다.
그리고 도 4c에서 PD는 토크 컨버터내 유체 흐름을 평균 유로 흐름으로 가정했을 때 유체가 흐르는 이른바 설계 경로(Design Path)를 나타낸 것으로서, 각각의 블레이드(11, 21, 31)는 주지된 것처럼 설계 경로(PD)에 따라 동일한 유동 단면적을 갖도록 설계하여야 하며, 본 실시예에서 설계 경로(PD)는 각 블레이드의 외부선(SI, ST, SS)과 내부선(CI, CT, CS)의 분포각을 구하기 위한 기준인자로 사용된다. 상기 분포각은 각 블레이드의 입구각과 출구각 사이의 휘어진 정도를 나타내는 사이각을 의미한다.
본 실시예에서는 먼저 도 4c과 같은 토러스 단면(T1)을 기준으로 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드(11, 21, 31)의 외부선(SI, ST, SS)의 윤곽선(Contour)을 각각 나타내도록 산출된 다수의 위치점(이하, "외부 위치점"이라 칭함)과, 그 내부선(CI, CT, CS)의 윤곽선을 각각 나타내도록 산출된 다수의 위치점(이하, "내부 위치점"이라 칭함)과, 그 설계 경로(PD)의 윤곽선을 각각 나타내도록 산출된 다수의 위치점(이하, "설계 위치점"이라 칭함)과, 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구각, 입구각, 분포각 및 두께를 각각 산출하는 방법으로 블레이드를 설계하게 된다. 아울러 설계된 각 블레이드(11, 21, 31)의 위치점들은 원통 좌표계로 표시되므로 이를 직교 좌표계로 표시하고자 하는 경우 좌표 변환을 수행하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 직교 노드좌표를 산출하게 된다.
이하 도 5와 도 6a, 6b를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치의 구성을 기능적으로 나타낸 기능 블록도로서, 이는 예컨대, 윈도우(Window) 또는 리눅스(Linux) 운영체제 기반의 컴퓨터 장치에 본 발명에 따른 블레이드 설계 방법이 적용된 소정 동작 프램그램을 구비하여 구성된다. 이하 설명에서 도 4a 내지 도 4c에 도시된 블레이드의 구성요소와 설계인자에 대해서는 동일한 참조번호(부호)를 붙이기로 한다.
도 5에서 참조번호 110은 설계자가 블레이드(11, 21, 31)의 설계 시 요구되 는 각종 설계인자를 키입력하기 위한 키입력부이고, 120은 상기 설계인자의 입력 상태 및 입력된 설계인자에 따라 설계된 블레이드(11, 21, 31)의 모델링(Modeling) 화면을 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이부이며, 130은 후술할 제어부의 요구신호에 따라 상기 디스플레이부(120)를 통해 상기 설계인자의 입력 화면을 제공함과 아울러 입력된 설계인자가 구분 저장되도록 처리하며, 각 설계 단계별로 요구되는 설계인자가 독출되도록 처리하는 설계인자 처리부이며, 140은 상기 설계인자가 구분 저장되는 설계인자 저장부이다.
즉 다음 표 1은 본 발명에 따라 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 구분하여 나타낸 것이다.
항목 내용
제1 설계인자 토크 컨버터의 직경(A), 편평비, 축직경(B), 스테이터측 블레이드의 길이, 각 블레이드의 입/출구 반경 등 토크 컨버터의 크기 및 형상을 결정하는 인자
제2 설계인자 토러스 단면(T1)의 장축 직경(TD)과 중심점(TC), 임펠러와 터빈 사이의 이격 거리(GD) 등 토러스 단면(T1)의 형상을 결정하는 인자
제3 설계인자 토크 컨버터 내부를 순환하는 유체의 밀도, 점성계수 등 토크 컨버터의 동작에 영향을 끼치는 물리적 인자
제4 설계인자 스톨상태 및 유체 커플링상태에서의 임펠러와 터빈의 속도비, 토크비 및 입력용량계수, 순환유량계수, 유체 유동 단면적의 최적화 계수, 임펠러의 출구각, 임펠러의 회전 각속도, 설계점에서의 임펠러와 터빈의 속도비, 성능평가시의 속도비 증분값, 각종 계수값 등 토크 컨버터의 성능 인자
도 5에서 참조번호 150은 설계인자 처리부(130)로부터 전달된 설계인자를 근거로 임펠러, 터빈 및 스테이터의 토러스 단면(T1)을 형성하는 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점, 출구각, 입구각, 분포각 및 두 께를 각각 산출하고, 각 블레이드(11, 21, 31)의 직교 노드좌표를 산출하도록 된 소정 동작 프로그램이 구비된 블레이드 설계부로서, 상기 동작 프로그램은 도 5와 같이 위치점 산출부(151), 각도 산출부(152), 두께 산출부(153) 및 노드좌표 산출부(154)를 구비하여 구성된다.
도 5의 상기 위치점 산출부(151)는 블레이드(11, 21, 31)의 외부선(SI, ST, SS), 내부선(CI, CT, CS) 및 설계 경로(PD)의 윤곽선을 각각 나타내는 소정 개수의 외부 위치점과, 내부 위치점 및 설계 위치점을 산출하고, 산출된 외부, 내부 및 설계 위치점에 주지된 보간법 등을 적용하여 상기 외부선(SI, ST, SS), 내부선(C I, CT, CS) 및 설계 경로(PD)를 설계하기 위한 것이다.
본 실시예에서 상기 위치점 산출부(151)는 먼저 입력된 설계인자를 이용하여 원통 좌표계로 표시되는 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점을 각각 소정 개수 이상(바람직하게는 10개 이상) 산출한 후, 상기 각도 산출부(152)로부터 산출된 외부 위치점의 각도와 입력된 설계인자 중 유동 단면적 정보를 이용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 내부선(CI, CT, CS)을 나타내는 내부 위치점과 설계 경로(PD)를 나타내는 설계 위치점을 소정 개수 이상(바람직하게는 10개 이상) 산출하게 된다. 상기 외부 위치점과, 내부 위치점 및 설계 위치점의 상세한 산출 방법은 후술하기로 한다.
도 5의 상기 각도 산출부(152)는 블레이드(11, 21, 31)의 출구각, 입구각 및 분포각을 산출함과 아울러 상기 위치점 산출부(151)의 내부 및 설계 위치점 산출 시 요구되는 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점 각도를 산출하기 위한 것이다. 상기 출구각 및 입구각은 토크 컨버터의 기본 성능인 임펠러와 터빈의 토크비, 입력용량계수 및 토크 컨버터의 효율에 영향을 미치는 중요인자이고, 상기 분포각은 블레이드(11, 21, 31)의 입구각과 출구각의 각도 차이에 의한 블레이드(11, 21, 31)의 설계 경로(PD)와 내부선(CI, CT, CS) 및 외부선(SI , ST, SS)의 휨 각도를 의미한다. 본 실시예에서는 설계 경로(PD)의 휨 각도를 산출한 후, 설계 경로(PD)의 휨 각도에 후술할 강제 와류식을 적용하여 내부선(CI, CT, CS) 및 외부선(S I, ST, SS)의 휨 각도를 산출하게 된다.
즉 도 4a 내지 4c에서 각 블레이드(11, 21, 31)는 평편한 형태로 간략히 도시되어 있으나, 실제로 각 블레이드(11, 21, 31)는 토크 컨버터내 유체의 순환 흐름을 유도하도록 입출구 및 몸체 부분이 각각 설계된 각도에 따라 휘어져 있다.
본 실시예에서 상기 각도 산출부(152)는 입력된 설계인자 중 임펠러측 블레이드(11)의 출구각과 유체의 밀도와 유동 단면적, 토크 컨버터의 동작상태별(특히, 스톨상태와 유체 커플링 상태)로 입력된 임펠러와 터빈의 속도비 및 토크비, 입력용량계수 및 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구반경 정보 등을 이용하여 터빈과 스테이터측 블레이드(21, 31)의 출구각을 각각 산출하고, 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구각과 설계인자 중 설계점(토크 컨버터 내에서 유체 흐름의 충격손실이 0이 되는 지점)에서의 임펠러와 터빈의 속도비와 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구반경과 입구반경, 임펠러의 회전 각속도, 유동 단면적, 순환 유량계수 정보 등을 이용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 입구각을 산출하며, 각 블레이드(11, 21, 31)의 입/출구각 정보에 주지된 에너지 평형식을 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)에 걸리는 토크가 균등해지는 설계 경로(PD)의 분포각을 산출하게 된다. 상기 터빈과 스테이터의 출구각 및 상기 분포각의 상세한 산출 방법은 후술하기로 한다.
그리고 도 5의 상기 두께 산출부(153)는 스테이터측 블레이드(31)의 형상이 익형(Air Foil)으로 설계되도록 그 두께를 산출하기 위한 것이다. 상기 스테이터는 터빈으로부터 유입되는 유체의 흐름을 임펠러의 회전 방향으로 전환하여 터빈의 토크를 증대시키기 위한 것이므로 상기 두께 산출부(153)는 유체가 난류 형태로 흐르는 박리 현상을 방지하도록 스테이터 블레이드(31)의 두께를 익형으로 설계하게 된다. 그리고 상세한 두께 산출 방법은 후술하기로 한다.
그리고 도 5에서 상기 노드좌표 산출부(154)는 상기 위치점 산출부(151)와 상기 각도 산출부(152)를 통해 산출된 각 블레이드(11, 21, 31)의 원통 좌표계(R, Z, θ)로 표시된 위치점을 일반적인 직교 좌표계(X, Y, Z)로 변환하기 위한 것으로서, 이는 본 발명에 따라 설계된 블레이드의 설계정보를 직교 좌표계가 적용된 생산 설비에 이용하기 위한 것이다. 따라서 상기 노드좌표 산출부(154)는 생산 설비에 요구되는 좌표계에 따라 선택적으로 구비하는 것이 가능하다. 그리고 좌표계 변환 방법은 일반적인 내용이므로 본 명세서에서 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5에서 상기 설계정보 저장부(160)는 상기 블레이드 설계부(150)로부터 산 출된 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점, 출구각, 입구각, 분포각 및 스테이터의 두께 정보 등 소정 블레이드 설계정보를 구분 저장하기 위한 것이다. 또한 상기 노드좌표 산출부(154)가 구비된 경우 상기 설계정보 저장부(160)에는 각 블레이드(11, 21, 31)의 위치점이 직교 좌표계로 변환된 노드좌표정보가 추가로 저장된다.
도 5에서 상기 제어부(170)는 도 5에 도시된 것처럼 상기한 각 구성요소에 접속되어 장치의 전반적인 동작을 제어함과 아울러 상기 설계인자 처리부(130)와 블레이드 설계부(150)를 통해 처리/산출된 데이터를 각각 설계인자 저장부(140)와 설계정보 저장부(160)에 저장하며, 설계인자의 입력 상태와 블레이드의 설계상태가 시각적으로 표시되도록 디스플레이부(120)를 제어하기 위한 것이다. 본 실시예에서 상기 제어부(170)는 예컨대, 윈도우(Window) 또는 리눅스(Linux) 기반의 범용 운영체제가 탑재된 컴퓨터 장치를 기능적으로 도시한 것으로서, 설계인자 처리부(130)와 블레이드 설계부(150)에 구비되는 상술한 동작 프로그램은 해당 운영체제를 기반으로 하여 동작되도록 구성된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법을 설명하기 위한 플로우챠트로서, 이하에서는 도 5의 구성을 이용하여 본 발명에 따른 블레이드 설계 방법을 설명하기로 한다.
먼저 도 5의 장치가 온 구동된 후, 설계자에 의해 블레이드 설계를 위한 소정 입력 메뉴가 선택되면, 제어부(170)는 설계인자 처리부(130)를 구동시켜 설계인자 입력을 위한 소정 입력화면을 디스플레이부(120)를 통해 출력시키게 된다. 이후 설계자는 키입력부(110)를 통해 표 1과 같은 블레이드(11, 21, 31)의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 입력하게 된다. 상기한 과정에 따라 입력된 설계인자는 도 5의 설계인자 처리부(130)에 의해 예컨대, 토크 컨버터의 크기 및 형상을 결정하는 제1 설계인자와, 토러스 단면(T1)의 형상을 결정하는 제2 설계인자, 토크 컨버터의 동작에 영향을 미치는 유체의 물리적 성질과 관련된 제3 설계인자 및, 토크 컨버터의 성능을 결정하는 제4 설계인자로 구분되어 설계인자 저장부(140)에 저장된다. 본 실시예의 경우 입력된 다수의 설계인자를 상기 제1 내지 제4 설계인자로 구분하도록 하였으나, 설계인자의 입력 및 구분 방식은 요구되는 전체 설계인자가 변하지 않는 한도에서 다양한 형태로 변형하여 실시하는 것이 가능하다(ST601 단계).
상기 ST601 단계에 따라 설계인자의 입력이 완료된 후, 도 5의 제어부(170)는 블레이드 설계부(150)내 위치점 산출부(151)를 구동시켜, 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부선(SI, ST, SS)의 윤곽선을 나타내기 위한 소정 개수의 외부 위치점을 산출하게 되며, 본 출원인의 실험 결과 외부 위치점의 개수는 적어도 10 개 이상 산출하였을 때 외부선(SI, ST, SS)의 윤곽선을 명확하게 표시할 수 있었다.
이하 외부 위치점의 산출 과정을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 즉 위치점 산출부(151)는 각 블레이드(11, 21, 31)를 구분하는 가상의 경계선(도시되지 않음)을 설정하게 된다. 그리고 각도 산출부(152)를 통해 블레이드(11, 21, 31)별로 토러스 단면(T1)의 중심점(TC)을 기준점으로 하여, 해당 경계선 사이에서 외부 위치점의 산출 개수에 맞추어 일정 간격으로 나누어진 다수의 각도를 산출하여 외부 위치 점 산출을 위한 기준 각도(이하, "경계선 각도"라 칭함)로 이용하게 된다. 이후 위치점 산출부(151)는 경계선 각도와 설계인자 중 토러스 단면(T1)의 장축 직경(TD), 편평비, 임펠러와 터빈 사이의 이격거리(GD)를 아래 수학식1, 2, 3에 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)별로 예컨대, 10개의 외부 위치점을 산출하게 된다(ST602 단계).
Figure 112004034597185-pat00001
Figure 112004034597185-pat00002
: 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점의 Z 좌표,
Figure 112004034597185-pat00003
: 토러스 단면(T1)의 중심점(Tc)의 Z 좌표,
θ : 경계선 각도
Figure 112004034597185-pat00004
Figure 112004034597185-pat00005
: 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점의 R 좌표,
Figure 112004034597185-pat00006
: 토러스 단면(T1)의 중심점(Tc)의 R 좌표,
θ : 경계선 각도
그리고 상기 수학식1, 2에서 상수 a, b는 아래 수학식3에 의해 결정된다.
Figure 112004034597185-pat00007
Figure 112004034597185-pat00008
상기 ST602 단계에 따라 각 블레이드(11, 21, 31)의 외부 위치점의 산출이 완료된 후, 도 5의 위치점 산출부(151)는 외부 위치점의 좌표(Zshell, Rshell)를 아래의 수학식4에 적용하여 각 외부 위치점의 각도를 산출하게 된다.
Figure 112004034597185-pat00009
Figure 112004034597185-pat00010
: 외부 위치점 각도
그리고 도 5의 위치점 산출부(151)은 상기한 과정에 따라 산출된 외부 위치점 각도(
Figure 112004034597185-pat00011
)를 각각 아래의 수학식5에 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 내부선(CI, CT, CS)을 나타내는 다수의 내부 위치점을 산출하게 된다(ST603 단계).
Figure 112004034597185-pat00012
Figure 112004034597185-pat00013
Figure 112004034597185-pat00014
,
Figure 112004034597185-pat00015
: 각 블레이드(11, 21, 31)의 내부 위치점의 Z, R 좌표,
S : 유동 단면적
여기서 유동 단면적(S)은 다음 수식으로 산출하게 된다.
Figure 112004034597185-pat00016
또한 도 5의 위치점 산출부(151)는 상기한 과정에 따라 산출된 외부 위치점 각도(
Figure 112004034597185-pat00017
)를 각각 아래의 수학식 7에 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 설계 경로(PD)를 나타내는 다수의 설계 위치점을 산출하게 된다(ST604 단계).
Figure 112004034597185-pat00018
Figure 112004034597185-pat00019
Figure 112004034597185-pat00020
,
Figure 112004034597185-pat00021
: 각 블레이드(11, 21, 31)의 설계 위치점의 Z, R 좌표,
S : 유동 단면적
이후 도 5의 제어부(170)는 블레이드 설계부(150)내 각도 산출부(152)를 구동시켜, 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구각을 산출하게 된다. 이때 임펠러측 블레이드(11)의 출구각은 설계인자로 미리 입력된 값을 지정하고, 터빈과 스테이터측 블레이드(21, 31)의 출구각은 각각 아래 수학식8, 10와 같은 비선형 함수에 임펠러 블레이드(11)의 출구각과, 스톨 상태 및 커플링 상태에서 임펠러와 터빈의 토크비, 속도비, 유체의 밀도, 유동 단면적, 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구반경 등을 입력하고, 이를 아래 수학식8, 10과 같은 등가식에 대입하여 산출하게 된다.
그리고 아래 수학식8은 터빈측 블레이드(21)의 출구각을 구하기 위한 비선형 함수(
Figure 112004034597185-pat00022
)이고, 수학식9의 fsolve 함수는 주지된 수학용 프로그램인 Mathlab™에서 지원하는 라이브러리 함수이다.
Figure 112004034597185-pat00023
Figure 112004034597185-pat00024
Figure 112004034597185-pat00025
: 임펠러와 터빈의 출구반경 비율 상수,
Figure 112004034597185-pat00026
: 임펠러와 스테이터의 출구반경 비율 상수,
Figure 112004034597185-pat00027
: 스톨 상태에서의 입력용량계수,
Figure 112004034597185-pat00028
: 스톨 상태에서의 임펠러와 터빈의 속도비,
Figure 112004034597185-pat00029
: 스톨 상태에서의 임펠러와 터빈의 토크비,
Figure 112004034597185-pat00030
: 임펠러, 터빈, 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 각 출구각
Figure 112004034597185-pat00031
: 임펠러, 터빈. 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 각 출구반경,
S : 유동 단면적, d : 유체의 밀도,
Figure 112004034597185-pat00032
본 실시예에서는 토크 컨버터가 스톨 상태인 경우 상기 수학식8의 비선형 함수(
Figure 112004034597185-pat00033
)가 0이 되는 관계를 상기 수학식 9에 적용하여 터빈측 블레이드(21)의 출구각(
Figure 112004034597185-pat00034
)을 산출하게 된다.
그리고 아래 수학식 10는 스테이터측 블레이드(31)의 출구각을 구하기 위한 비선형 함수이고, 수학식 11의 fsolve 함수는 수학식8에서와 같은 Mathlab™에서 지원하는 라이브러리 함수이다.
Figure 112004034597185-pat00035
Figure 112004034597185-pat00036
Figure 112004034597185-pat00037
: 유체 커플링 상태에서의 입력용량계수,
Figure 112004034597185-pat00038
: 유체 커플링 상태에서의 임펠러와 터빈의 속도비,
Figure 112004034597185-pat00039
: 유체 커플링 상태에서의 임펠러와 터빈의 토크비,
그리고 상기 수학식9에서 상기 수학식 8과 동일한 변수 및 상수에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.
Figure 112004034597185-pat00040
본 실시예에서는 토크 컨버터가 유체 커플링 상태인 경우 상기 수학식9의 비선형 함수(
Figure 112004034597185-pat00041
)가 0이 되는 관계를 상기 수학식 11에 적용하여 스테이터측 블레이드(31)의 출구각(
Figure 112004034597185-pat00042
)을 산출하게 된다(ST605 단계).
이후 도 5의 각도 산출부(152)는 상기 ST605 단계에 따라 산출된 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구각과 입력된 설계인자 중에서 각 블레이드(11, 21, 31)의 출구반경과 입구반경, 임펠러의 회전 각속도, 설계점(토크 컨버터 내에서 유체 흐름 의 충격손실이 0이 되는 지점)에서 임펠러와 터빈의 속도비, 유동 단면적 및 순환 유량계수 정보를 아래의 수학식 12 내지 15에 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 입구각을 산출하게 된다(ST606 단계).
Figure 112004034597185-pat00043
Figure 112004034597185-pat00044
Figure 112004034597185-pat00045
그리고 상기 수학식 12, 13, 14의 각 인자는 아래와 같이 정의된다.
Figure 112004034597185-pat00046
: 각각 임펠러, 터빈, 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 각 입구각,
Figure 112004034597185-pat00047
: 각각 임펠러, 터빈, 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 각 출구각,
Figure 112004034597185-pat00048
: 각각 임펠러, 터빈, 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 각 입구반경,
Figure 112004034597185-pat00049
: 각각 임펠러, 터빈, 스테이터 블레이드(11, 21, 31)의 출구반경,
Figure 112004034597185-pat00050
: 임펠러와 터빈의 출구반경 비율 상수,
Figure 112004034597185-pat00051
: 임펠러와 스테이터의 출구반경 비율 상수,
Figure 112004034597185-pat00052
: 설계점에서 임펠러와 터빈의 속도비
그리고 상기 수학식 12, 13, 14에서 인자 q는 아래 수학식15와 같이 정의된다.
Figure 112004034597185-pat00053
Figure 112004034597185-pat00054
Q : 토러스 단면(T1)을 따라 흐르는 유량,
F : 순환유량계수,
Figure 112004034597185-pat00055
: 임펠러(11)의 회전 각속도
이후 도 5의 각도 산출부(152)는 상기 ST606 단계에 따라 산출된 각 블레이드(11, 21, 31)의 입구각 및 출구각에 소정 에너지 평형식을 적용하여 각 블레이드(11, 21, 31)의 설계 경로(PD)의 분포각을 산출하게 된다. 본 실시예에서는 상기 에너지 평형식을 통해 토크가 균등해지는 각 블레이드(11, 21, 31)의 위치점들을 찾은 후, 그 위치점들로부터 설계 경로(PD)의 분포각을 산출하게 된다. 이에 대한 상세한 설명은 일반적인 내용이므로 생략하기로 한다(ST607 단계).
이어, 도 5의 제어부(170)는 블레이드 설계부(150)내 각도 산출부(152)를 구 동시켜, 상기 ST607 단계에 따라 산출된 설계 경로(PD)의 분포각에 아래 수학식 16과 같은 강제 와류식을 이용하여 외부선(SI, ST, SS)(외부 위치점)과 내부선(C I, CT, CS)(내부 위치점)의 휘어진 분포각을 각각 산출하게 된다.
Figure 112004034597185-pat00056
Figure 112004034597185-pat00057
Figure 112004034597185-pat00058
: 외부선(SI, ST, SS), 내부선(CI, CT, CS )의 휨 각도(분포각),
Figure 112004034597185-pat00059
: 설계 경로(PD)의 휨 각도,
Figure 112004034597185-pat00060
: 내부, 외부 및 설계 위치점의 R 좌표.
본 실시예에서는 도 6a 및 도 6b에는 생략되어 있으나, 상술한 ST602, ST603 및 ST604 단계를 통해 각각 산출된 외부, 내부 및 설계 위치점에 각각 일반적인 보간법을 적용하여 각 위치점의 개수를 증가시켜 외부선(SI, ST, SS)과 내부선(C I, CT, CS) 및 설계 경로(PD)의 윤곽선을 적절하게 나타내게 되며, 상기 분포각은 보간법에 의해 그 개수가 증가된 외부, 내부 및 설계 위치점을 상기 수학식 16에 대입하여 산출하게 된다(ST608 단계).
이후 도 5의 제어부(170)는 블레이드 설계부(150)내 두께 산출부(153)를 구동시켜, 스테이터측 블레이드(31)의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하게 된다 (ST609 단계). 이때 두께 산출부(153)는 설계자에 의해 미리 입력된 스테이터측 블레이드(31)의 길이와 소정 계수값 정보를 아래 수학식 17에 적용하여 블레이드(31)의 두께를 산출하게 된다. 본 실시예에서 아래 수학식 17은 블레이드(31)의 두께를 산출하도록 가상의 이차원 좌표계(x'-y' 좌표계, x' : 블레이드의 길이방향 좌표, y' : 블레이드의 두께 좌표)를 설정하여 제안된 것으로서, 위 이차원 좌표계는 후술할 노드좌표 산출부(154)를 통해 각 블레이드(11, 21, 31)의 위치점의 원통 좌표를 좌표 변환하여 산출되는 직교 좌표와는 구분된다.
Figure 112004034597185-pat00061
Figure 112004034597185-pat00062
: 스테이터측 블레이드(31)의 길이,
Figure 112004034597185-pat00063
: 두께 계수.
이후 도 5의 제어부(170)는 설계자에 의해 미리 지정된 설계조건에 따라 설계정보의 직교 좌표계 변환이 요구되는 경우 블레이드 설계부(150)내 노드좌표 산출부(154)를 구동시켜, ST601 내지 ST609 단계에 따라 도 5의 위치점 산출부(151)와 각도 산출부(152)를 통해 원통 좌표계(R, Z, θ)로 산출된 각 블레이드(11, 21, 31)의 내부, 외부 및 설계 위치점을 일반적인 직교 좌표계(X, Y, Z)로 변환 처리한 정보와 각 블레이드(11, 21, 31)의 입구각, 출구각 및 분포각을 블레이드 설계정보로서 도 5의 설계정보 저장부(16)에 구분 저장하게 되고, 직교 좌표계로의 변환이 요구되지 않는 경우 원통 좌표계로 산출된 정보를 블레이드 설계정보로 저장하게 된다(ST610, ST611, ST612 단계). 그리고 도 5의 제어부(170)는 상술한 과정에 따라 산출된 설계정보를 디스플레이부(120)를 통해 시각적으로 표시하게 된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 설계자가 설계 시 요구되는 기본 설계인자를 입력하는 것만으로도 토크 컨버터의 블레이드를 용이하게 설계할 수 있으며, 토크 컨버터의 블레이드 설계 시 여러 번의 반복 설계가 요구되는 현실을 감안하였을 때 설계에 소요되는 시간 및 비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 컴퓨터 장치를 이용하여 토크 컨버터의 블레이드를 설계하는 방법에 있어서,
    토러스 단면을 구성하는 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드의 설계시 요구되는 각종 설계인자를 입력받는 설계인자 입력단계와,
    상기 토러스 단면의 외부선, 내부선 및 설계 경로의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부, 내부 및 설계 위치점을 상기 설계인자와 각 위치점의 중간 설계정보를 이용하여 산출하는 위치점 산출단계,
    토크 컨버터의 동작상태를 나타내는 다수의 성능 인자가 포함된 상기 설계인자에 소정 비선형 함수를 적용하여 상기 블레이드의 입구각 및 출구각을 산출하는 입/출구각 산출단계,
    상기 입구각 및 출구각 정보에 소정 에너지 평형식을 적용하여 각각의 블레이드의 토크가 균등해지는 설계 경로의 분포각을 산출하는 제1 분포각 산출단계,
    상기 설계인자와 미리 지정된 스테이터측 블레이드의 길이 정보를 근거로 스테이터측 블레이드의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하는 두께 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 설계경로의 분포각에 소정 강제 와류식을 적용하여 상기 외부 위치점과 내부 위치점의 분포각을 산출하는 제2 분포각 산출단계 및,
    상기 각 단계에 따라 산출된 정보를 해당 블레이드의 설계정보로 저장하는 설계정보 저장단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 설계인자는 토크 컨버터의 형상을 결정하는 제1 설계인자, 상기 토러스 단면의 형상을 결정하는 제2 설계인자, 토크 컨버터의 동작에 영향을 미치는 유체의 물리적 성질과 관련된 제3 설계인자 및, 토크 컨버터의 성능을 결정하는 제4 설계인자를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치점 산출단계는 상기 설계인자를 근거로 상기 토러스 단면의 외부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부 위치점을 산출하는 외부 위치점 산출단계와,
    상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 내부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 내부 위치점을 산출하는 내부 위치점 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 설계 경로를 나타내는 다수의 설계 위치점을 산출하는 설계 위치점 산출단계 및,
    상기 각 단계에 따라 산출된 상기 외부, 내부 및 설계 위치점에 소정 보간법을 적용하여 그 위치점의 개수를 증가시키는 위치점 보간단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치점 산출단계는 상기 토러스 단면의 중심점을 기준점으로 하여 각 블레이드 사이에서 상기 외부 위치점의 산출 개수에 맞추어 일정 간격으로 나누어진 다수의 각도를 구하고, 이를 상기 외부 위치첨 산출을 위한 기준 각도로 이용하는 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  5. 제 1 항에서 있어서,
    상기 입/출구각 산출단계에서 상기 성능인자는 임펠러 블레이드의 출구각과, 스톨 상태 및 커플링 상태에서 임펠러와 터빈의 토크비, 속도비, 유체의 밀도, 유동 단면적, 설계점에서 임펠러와 터빈의 속도비 및, 각각의 블레이드의 출구반경을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위치점 산출단계에서 상기 외부, 내부 및 설계 위치점은 원통 좌표계로 산출되고, 상기 내부, 외부 및 설계 위치점의 좌표계를 직교 좌표계로 변환하는 좌표 변환단계를 추가로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  7. 컴퓨터 장치를 이용하여 토크 컨버터의 블레이드를 설계하는 방법에 있어서,
    토러스 단면을 구성하는 임펠러, 터빈 및 스테이터측 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 입력받는 설계인자 입력단계와,
    상기 설계인자를 근거로 상기 토러스 단면의 외부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 외부 위치점을 산출하는 외부 위치점 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 내부선의 윤곽선을 나타내는 다수의 내부 위치점을 산출하는 내부 위치점 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 외부 위치점 정보를 근거로 상기 토러스 단면의 설계 경로를 나타내는 다수의 설계 위치점을 산출하는 설계 위치점 산출단계,
    상기 설계인자와 미리 지정된 임펠러측 블레이드의 출구각에 소정 비선형 함수를 적용하여 터빈과 스테이터측 블레이드의 출구각을 산출하는 출구각 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 블레이드의 출구각 정보를 근거로 상기 블레이드의 입구각을 산출하는 입구각 산출단계,
    상기 입구각 및 출구각 정보에 소정 에너지 평형식을 적용하여 상기 블레이드의 설계 경로의 분포각을 산출하는 제1 분포각 산출단계,
    상기 설계인자와 미리 지정된 스테이터측 블레이드의 길이 정보를 근거로 스테이터측 블레이드의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하는 두께 산출단계,
    상기 설계인자와 상기 설계경로의 분포각에 소정 강제 와류식을 적용하여 상기 외부 위치점과 내부 위치점의 분포각을 산출하는 제2 분포각 산출단계 및,
    상기 각 단계에 따라 산출된 정보를 해당 블레이드의 설계정보로 저장하는 설계정보 저장단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 방법.
  8. 블레이드의 설계 시 요구되는 각종 설계인자를 키입력하기 위한 키입력부와,
    상기 설계인자의 입력 상태 및 입력된 설계인자에 따라 설계된 블레이드의 모델링 화면을 시각적으로 표시하기 위한 디스플레이부,
    소정 제어신호에 따라 상기 디스플레이부를 통해 상기 설계인자의 입력 화면을 제공함과 아울러 입력된 설계인자가 구분 저장되도록 처리하고 각 설계 단계별로 요구되는 설계인자가 독출되도록 처리하는 설계인자 처리부,
    상기 설계인자가 구분 저장되는 설계인자 저장부,
    소정 제어신호에 따라 상기 설계인자 처리부로부터 전달된 각종 설계인자를 근거로 임펠러, 터빈 및 스테이터의 토러스 단면을 형성하는 각 블레이드의 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점, 출구각, 입구각, 분포각 및 스테이터측 블레이드의 두께를 각각 산출하도록 된 소정 동작 프로그램이 구비된 블레이드 설계부,
    상기 블레이드 설계부로부터 산출된 설계정보를 구분 저장하기 위한 설계정보 저장부 및,
    상기 각 구성요소에 접속되어 장치의 전반적인 동작을 제어함과 아울러 상기 설계인자 처리부와 블레이드 설계부를 통해 처리/산출된 정보가 상기 설계인자 저장부와 설계정보 저장부에 구분 저장되도록 제어하며, 상기 설계인자의 입력 상태와 블레이드의 설계 상태가 시각적으로 표시되도록 상기 디스플레이부를 제어하는 제어부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 블레이드 설계부는 상기 외부 위치점, 내부 위치점, 설계 위치점을 산출하기 위한 위치점 산출부를 구비하며,
    상기 위치점 산출부는 상기 설계인자를 이용하여 상기 외부 위치점을 소정 개수 이상 산출한 후, 상기 외부 위치점의 각도정보와 상기 설계인자 중 유동 단면적 정보를 이용하여 상기 내부 및 설계 위치점을 소정 개수 이상 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 블레이드 설계부는 상기 출구각과 입구각을 산출하기 위한 각도 산출부를 구비하며,
    상기 각도 산출부는 상기 설계인자 중 임펠러측 블레이드의 출구각과 유체의 밀도와 유동 단면적 정보와, 토크 컨버터의 스톨 상태와 유체 커플링 상태별로 입력된 임펠러와 터빈의 속도비와 토크비 및 입력용량계수 정보와, 각 블레이드의 출구반경이 포함된 정보를 이용하여 터빈과 스테이터측 블레이드의 출구각을 각각 산출하고; 상기 설계인자 중 설계점에서 임펠러와 터빈의 속도비, 각 블레이드의 출구반경과 입구반경, 임펠러의 회전 각속도, 유동 단면적, 순환 유량계수가 포함된 정보를 이용하여 각 블레이드의 입구각을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 각도 산출부는 상기 입구각 및 출구각 정보에 소정 에너지 평형식을 적용하여 각 블레이드에 걸리는 토크가 균등해지는 상기 설계 경로의 분포각을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 각도 산출부는 상기 내부, 외부 및 설계 위치점과 상기 설계경로의 분포각에 소정 강제 와류식을 적용하여 상기 외부 위치점과 내부 위치점의 분포각을 산출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 블레이드 설계부는 상기 설계인자 중 스테이터측 블레이드의 길이 정보와 소정 계수 정보를 근거로 스테이터측 블레이드의 형상이 익형이 되는 두께를 산출하는 두께 산출부를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 블레이드 설계부는 원통 좌표계로 산출되는 상기 내부, 외부 및 설계 위치점의 좌표를 직교 좌표로 변환하는 노드좌표 산출부를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
  15. 제 8 항에 있어서,
    상기 설계인자는 토크 컨버터의 형상을 결정하는 제1 설계인자, 상기 토러스 단면의 형상을 결정하는 제2 설계인자, 토크 컨버터의 동작에 영향을 미치는 유체의 물리적 성질과 관련된 제3 설계인자 및, 토크 컨버터의 성능을 결정하는 제4 설계인자를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 토크 컨버터의 블레이드 설계 장치.
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