KR100843448B1

KR100843448B1 - 진동 감쇄형 익형 날개

Info

Publication number: KR100843448B1
Application number: KR1020070027267A
Authority: KR
Inventors: 장봉준; 김병만
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2008-07-03

Abstract

본 발명은 형태의 변형 없이 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 유체역학적인 성능 변화 없이 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하여 익형 날개의 설계를 보다 손쉽고 안정적으로 할 수 있을 뿐만 아니라 구조 강도를 향상시켜 피로 파괴 현상 및 소음의 발생을 대폭 저감시킬 수 있도록 하여 전체 제품의 안정성뿐만 아니라 상품성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 진동 감쇄형 익형 날개에 관한 것이다.

상기 진동 감쇄형 익형 날개는 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

익형 날개, 공진, 진동, 날개 상면, 날개 하면, 마찰

Description

진동 감쇄형 익형 날개{The manufacture of the wing to reduce the vibration}

도 1a는 추력날개와 스트럿의 설시예시도

도 1b는 일반적인 익형 날개의 측단면도

도 2a 는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 진동 감쇄형 익형 날개의 정단면도

도 2b는 도 2a의 측단면도

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 진동 감쇄형 익형 날개의 정단면도

도 4는 도 2a의 변형예

도 5는 도 2a의 다른 변형예

도 6은 도 2a의 또 다른 변형예

도 7은 도 2a 및 도 6에 도시된 진동 감쇄형 익형 날개와 종래의 익형 날개의 진동실험 결과를 나타낸 그래프

도 8은 외부 날개의 단면 두께 변화율(외부 날개 단면 두께(Ta)/ 초기 날개 단면 두께(To))에 따른 진동 감쇄형 익형 날개의 진동 감쇄율을 측정한 그래프

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1) : 익형 날개 (10) : 날개 상면

(11) : 날개 하면 (12) : 접촉면

(13) : 초기 날개 (14) : 외부 날개

(140) : 수용 홈

본 발명은 진동 감쇄형 익형 날개에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하는 진동 감쇄형 익형 날개에 관한 것이다.

도 1a는 추력날개와 스트럿의 설시예시도이고, 도 1b는 일반적인 익형 날개의 측단면도로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 선박용 타의 추력날개(20) 및 펌프 내부의 스트럿(21) 뿐만 아니라 도면에는 도시되지 않은 항공기 날개 등과 같이 양력을 발생시킬 목적 또는 구조물 지지를 위하여 사용되는 다양한 날개는 그 단면의 형상이 익형 형태가 되도록 제작된다.

종래의 통상적인 익형 날개는 비행기와 같이 경량화를 위하여 날개 양면을 제작하고 그 내부는 다수개의 격벽을 설치하여 날개 내부의 공간을 비우는 대형 날 개를 제외한 펌프 내부의 스트럿(21)이나 선박용 타에 부착된 추력날개(20) 같은 소형 날개(2)는 도 1b에 도시된 바와 같이 통상적으로 하나의 연속 재질을 사용하여 그 측단면의 형상이 익형 형태로 제작된다.

상기와 같은 익형 형태의 스트럿(21)이나 선박용 타에 부착된 추력날개(20) 같은 소형 날개(2)는 유체 흐름 속에서 유동 박리 또는 외부 기진력 등 다양한 원인에 의하여 진동이 발생하게 되며, 이러한 진동은 날개(2) 두께 등 형상에 따라 다양하게 변화되며, 상기와 같은 진동이 발생하게 되면 날개(2) 양면에서는 인장과 압축이 교대로 일어나게 되며, 특히 선박용 타에 외팔보 형태로 부착된 추력날개(20)에서는 상기와 같은 날개(2) 양면의 인장과 압축의 크기가 상대적으로 크게 발생하게 되며, 이러한 인장과 압축에 의하여 궁극적으로는 날개(2)가 파손되는 피로 파괴 현상이 발생되는 빈도가 매우 높다는 문제점이 있었다.

또한, 주위 구조물의 기진력 또는 유체 흐름의 박리 현상에 의한 기진력과 공진이 발생하는 경우 진동의 크기는 급격히 증가하게 되어 피로 파괴 현상이 급격히 발생하기도 한다. 상기와 같은 피로 파괴 현상 및 공진 현상을 방지하기 위해서는 날개(2)의 정확한 진동수 및 크기 예측이 선행되어야 하나, 제작 이전의 설계 단계에서 제작전의 날개(2)에 대한 정확한 진동수 및 크기를 예측하기가 매우 어려움으로 제작 이전에 설계단계에서 제작될 날개(2)의 정확한 진동수 및 크기를 반영하여 설계를 한다는 것은 거의 불가능한 일이며, 상기와 같은 진동은 소음을 유발시켜 전체 제품의 안정성뿐만 아니라 상품성도 크게 저하시킨다는 문제점이 있었다.

그러므로 제작된 날개(2)의 진동의 발생이 염려스러운 경우 날개(2)의 진동은 날개 단면의 형상에 따라 결정되기 때문에 날개(2) 단면의 두께 또는 단면 현상의 변화를 줌으로써 이를 해결해오고 있는 실정이다.

그러나 이러한 날개(2) 단면의 두께 및 현상 변화를 통해 진동을 감쇄시키는 경우에는 날개(2)의 성능을 변화시키게 되어, 날개(2)의 저항(Drag)이 증가하게 되거나 양력(Lift)이 감소할 수 있다는 문제점이 있었다. 또한 설계 이후 제작된 날개(2)에 진동이 발생할 경우에는 날개(2)의 성능해석 및 설계를 변경해야 함으로써 날개 설계에 있어 많은 어려움이 따랐다.

따라서 본 발명의 목적은 유체역학적인 성능의 변화가 없도록 날개 단면의 두께 및 형상의 변화 없이 진동을 저감 시킬 뿐만 아니라 공진현상을 회피할 수 있도록 하여 유체 역학적 성능을 극대화 할 수 있는 진동 감쇄형 익형 날개를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 종래의 동일 연속체 재질의 익형 날개 보다 구조 강도를 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 진동 감쇄형 익형 날개를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양력을 발생시키거나 각종 구조물을 지지하기 위하여 사용되는 익형 날개에 있어서, 상기 익형날개는, 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a 는 본 발명에 따른 일실시예에 의한 진동 감쇄형 익형 날개의 정단면도, 도 2b는 도 2a의 측단면도, 도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 진동 감쇄형 익형 날개의 정단면도로서, 도 2a 및 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 진동 감쇄형 익형 날개(1)는 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동의 상호작용과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 한다.

즉, 상기 진동 감쇄형 익형 날개(1)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 날개 상면(10)과 날개 하면(11)으로 이분되어 상기 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면이 접하여 접촉면(12)을 형성하도록 결합되어 형성될 수도 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 초기 날개(13)와 외부 날개(14)로 이분되어, 상기 초기 날개(13)의 외부면과 외부 날개(14)의 내부면이 서로 접하여 접촉면(12)을 형성하도록 상기 초기 날개(13)가 외부 날개(14)의 수용 홈(140)에 수용되어 결합되어 형성될 수도 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여 날개 상면과 날개 하면으로 이분되어 결합된 진 동 감쇄형 익형 날개와 초기 날개와 외부 날개로 이분되어 결합된 진동 감쇄형 익형 날개를 구분하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 2a 및 도 2b와 도 4 내지 도 7을 참조하여 날개 상면(10)과 날개 하면(11)으로 이분되어 결합된 진동 감쇄형 익형 날개(1)를 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 2a의 변형예이고, 도 5는 도 2a의 다른 변형예이며, 도 6은 도 2a의 또 다른 변형예이고, 도 7은 도 2a 및 도 6에 도시된 진동 감쇄형 익형 날개와 종래의 익형 날개의 진동실험 결과를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 일실시예에 의한 진동 감쇄형 익형 날개(1)는 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 날개 상면(10)과 날개 하면(11)으로 이분되어 상기 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면이 접하여 접촉면(12)을 형성하도록 결합되어 형성된다.

상기와 같이 진동 감쇄형 익형 날개(1)가 날개 상면(10)과 날개 하면(11)으로 이분되어 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면이 접하여 접촉면(12)을 형성하도록 결합된 경우에는 단면의 섹션 모듈러스(Section modulus)가 바뀌게 되어 진동 특성이 변화하게 된다. 즉 상기 진동 감쇄형 익형 날개(1)를 형성하는 날개 상면(10)과 날개 하면(11)은 서로 다른 고유 진동을 가지게 되며, 상기와 같이 서로 다른 고유 진동을 가지는 날개 상면(10)과 날개 하면(11)이 결합되어 익형 날개(1)를 형성할 때에는 날개 상면(10)과 날개 하면(11)이 가지는 서로 다른 고유 진동의 상호작용에 의해 진동 폭이 감쇄될 뿐만 아니라 공진 현상을 회피할 수 있도록 한다. 이와 함께 익형 날개(1)에 진동이 발생하는 경우 상기 접촉 면(12)을 중심으로 날개 상면(10)과 날개 하면(11)에는 압축과 인장이 번갈아가며 나타나게 된다. 즉, 날개 상면(10)이 인장이 발생되면 날개 하면(11)은 압축이 발생되고, 날개 상면(10)이 압축이 발생되면 날개 하면(11)은 인장이 발생되므로 상기 날개 상면(10)과 날개 하면(11)의 접촉면(12)에서 마찰이 발생하게 되므로 진동의 감쇄효과가 발생될 뿐만 아니라 이로 인하여 공진 현상을 회피 할 수 있도록 한다.

또한, 상기 익형 날개(1)의 날개 상면(10)과 날개 하면(11)을 서로 다른 이종 재질, 즉 마찰력, 인장 및 압축 강도 등이 서로 다른 이종의 재질로 제작함으로써 진동 발생으로 인한 압축과 인장 발생시 날개 상면(10)과 날개 하면(11)의 접촉면(12)의 마찰력을 더욱 향상시킬 뿐만 아니라 재질이 서로 다름으로써 날개 상면(10)과 날개 하면(11)이 가지는 각각의 고유 진동의 특성의 차이가 더욱 크게 됨으로써 진동의 감쇄 효과를 더 크게 할 뿐만 아니라 공진현상의 발생을 더욱 효과적으로 방지할 수 있도록 한다. 즉, 상기 날개 상면(10)과 날개 하면(11)은 서로 같은 재질로 제작될 수도 있으나, 진동 감쇄 효과를 보다 크게 하고 공진현상을 보다 효과적으로 방지하기 위해서는 날개 상면(10)과 날개 하면(11)을 서로 다른 이종 재질로 제작하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 익형 날개(1)는 도 4에 도시된 바와 같이 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면은 서로 치합될 수 있는 굴곡면으로 형성됨으로써 결합 시 익형 날개(1)의 접촉면(12)이 굴곡면으로 형성됨으로써 접촉면(12)이 단순히 직선 형태로 형성될 때 보다 상기 날개 상면(10)과 날개 하면(11) 에서 압축과 인장이 번갈아가며 발생할 시에 접촉면(12)의 마찰력을 향상시킬 수 있도록 하여 진동의 크기를 더욱 저감시킬 수 있도록 한다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 익형 날개(1)는 접촉면(12)의 일부분 즉, 양측 끝단부를 접착제(15)를 사용하여 부착을 하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 접촉면(12) 전체를 접착제(15)를 사용하여 부착한다. 상기와 같이 접촉면(12)의 일부 또는 전체를 접착제(15)를 사용하는 이유는 접촉면(15) 사이로 이물질이 삽입되는 것을 방지하기 위함일 뿐만 아니라 익형 날개(1)에 진동이 발생되어 날개 상면(10)과 날개 하면(11)에 압축과 인장이 번갈아가며 발생할 시에 그 충격이 접착제(15)에 의해 흡수되도록 하여 익형 날개(1)의 진동특성을 변화시켜 상하 또는 좌우 방향의 진동 크기를 더욱 감소시킬 수 있도록 하기 위함이다.

여기서, 상기 익형 날개(1)는 먼저 익형 날개(1)를 제작한 후 날개 상면(10)과 날개 하면(11)으로 분리한 후 다시 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면이 접하도록 결합시켜 형성할 수도 있으나, 제작의 편의를 위해서는 날개 상면(10)과 날개 하면(11)을 각각 분리 제작하여 상기 날개 상면(10)의 하부면과 날개 하면(11)의 상부면이 서로 접하도록 결합하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명에 따른 익형 날개(1)의 진동 폭 감쇄효과를 알아보기 위하여 도 7에 도시된 바와 같이 종래의 익형 날개와 도 2a 및 도 6에 도시된 익형 날개(1)의 진동실험을 하였으며, 그 결과 종래의 익형 날개의 진동 폭(a) 보다 도 2a에 도시된 본 발명에 따른 일실시예에 의한 익형 날개(1)의 진동 폭(b)이 절반 이하로 감쇄된 것을 볼 수 있으며, 도 6에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 익형 날개(1)는 도 2a에 도시된 익형 날개(1)의 진동 폭 보다도 그 진동 폭이 더욱 감쇄된 것을 볼 수 있으므로, 본 발명에 따른 익형 날개(1)는 종래의 익형 날개 보다 그 진동 폭을 현저히 감쇄시킬 수 있는 효과가 있다.

다시, 도 3을 참조하여 초기 날개와 외부 날개로 이분되어 결합된 익형 날개에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 익형 날개(1)는 초기 날개(13)와 외부 날개(14)로 이분되어, 상기 초기 날개(13)의 외부면과 외부 날개(14)의 내부면이 서로 접하여 접촉면(12)을 형성하도록 상기 초기 날개(13)가 외부 날개(14)의 수용 홈(140)에 수용되어 결합되도록 형성된다. 또한, 상기 외부 날개(14)는, 그 단면의 두께(Ta)가 초기 날개(13)의 단면 두께(To)의 0.5배 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 다른 실시예에 의한 익형 날개(1)는 초기 날개(13)와 외부 날개(14)로 제작되어, 상기 외부 날개(14)의 수용 홈(140)에 초기 날개(13)를 삽입하여 결합함으로써 초기 날개(13)의 외부면과 외부 날개(14)의 내부면이 서로 접하여 형성되는 접촉면(12)에 마찰력이 발생되도록 할 뿐만 아니라 상기 외부 날개(14)와 초기 날개(13)는 그 형상과 크기 등이 서로 다르게 형성됨으로써 상기 외부 날개(14)와 초기 날개(13)는 각각 서로 다른 고유 진동을 가지게 되므로 서로 결합된 상태에서는 외부 날개(14)와 초기 날개(13)가 가지는 서로 다른 고유 진동의 상호작용에 의해 그 진동의 크기가 감쇄될 뿐만 아니 라 공진 현상을 방지할 수 있도록 하며, 진동의 크기를 보다 효과적으로 감쇄시키기 위해서는 상기 초기 날개(13)와 외부 날개(14)를 서로 다른 이종 재질로 제작하여 결합시키는 것이 바람직하다.

도 8을 참조하여 외부 날개의 단면 두께를 초기 날개의 단면 두께의 0.5배 이상이 되도록 형성하는 이유를 설명하면 다음과 같다.

도 8은 외부 날개의 단면 두께 변화율(외부 날개 단면 두께(Ta)/ 초기 날개 단면 두께(To))에 따른 익형 날개의 진동 감쇄율을 측정한 그래프로서, 도 8에 도시된 바와 같이 외부 날개(14)의 단면 두께 변화율에 따라 진동 감쇄율을 측정한 결과 외부 날개(14)의 단면 두께(Ta)를 초기 날개(13)의 단면 두께(To)의 0.1배 내지 0.4배가 되도록 제작하여 진동 감쇄율을 측정한 결과 진동 감쇄율이 대략 8% 이내로 나타났으며, 외부 날개(14)의 단면 두께(Ta)를 초기 날개(13)의 단면 두께(To)의 0.5배 이상이 되도록 제작하였을 경우에는 진동 감쇄율이 10%이상으로 나타난 것을 볼 수 있다. 즉, 진동 감쇄율이 적어도 10% 이상이 되어야 익형 날개(1)의 실질적인 진동 폭의 감쇄 효과를 볼 수 있으므로 외부 날개(14)의 단면 두께(Ta)는 초기 날개(13)의 단면 두께(To)의 0.5배 이상이 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기한 본 발명에 다른 익형 날개(1)는 펌프 내부의 스트럿 또는 선박이나 항공기에 쓰이는 추력 날개 및 수중익을 비롯한 다양한 날개에 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 익형 날개(1)는 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 형태의 변형 없이 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 유체역학적인 성능 변화 없이 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하여 익형 날개(1)의 설계를 보다 손쉽고 안정적으로 할 수 있을 뿐만 아니라 구조 강도를 향상시켜 피로 파괴 현상 및 소음의 발생을 대폭 저감시킬 수 있도록 하여 전체 제품의 안정성뿐만 아니라 상품성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 익형 날개는 이분된 동종 또는 이종재질을 서로 결합하여 형성되어 형태의 변형 없이 각각 서로 다른 고유 진동과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 유체역학적인 성능 변화 없이 진동의 크기의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하여 유체 역학적 성능을 극대화한 익형 날개의 설계를 보다 손쉽고 안정적으로 할 수 있을 뿐만 아니라 구조 강도를 향상시켜 피로 파괴 현상 및 소음의 발생을 대폭 저감시킬 수 있도록 하여 전체 제품의 안정성뿐만 아니라 상품성을 대폭 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있어 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

삭제
양력을 발생시키거나 각종 구조물을 지지하기 위하여 사용되는 익형 날개에 있어서,

상기 익형날개는, 동종 또는 이종 재질로 형성된 날개 상면과 날개 하면으로 이분되어 상기 날개 상면의 하부면과 날개 하면의 상부면이 접하여 접촉면을 형성하도록 서로 결합 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동의 상호작용과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.
제 2 항에 있어서,

상기 접촉면은 서로 치합될 수 있는 굴곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.
제 3 항에 있어서,

상기 접촉면은 접착제에 의해 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.
제 4 항에 있어서,

상기 접촉면은 접착제에 의해 양측 끝단부만 서로 부착되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.
양력을 발생시키거나 각종 구조물을 지지하기 위하여 사용되는 익형 날개에 있어서,

상기 익형날개는, 동종 또는 이종 재질로 형성된 초기 날개와 외부 날개로 이분되어 상기 초기 날개의 외부면과 외부 날개의 내부면이 서로 접하여 접촉면을 형성하도록 상기 초기 날개가 외부 날개의 수용 홈에 수용되어 결합 형성되어 각각 서로 다른 고유 진동의 상호작용과 진동 발생시 접촉면 간에 발생되는 마찰에 의해 진동의 감소 및 공진 현상을 회피할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.
제 6 항에 있어서,

상기 외부 날개는, 그 단면의 두께가 초기 날개의 단면 두께의 0.5배 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 진동 감쇄형 익형 날개.