KR101200803B1 - 비돌출형 전압관 - Google Patents

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KR101200803B1 KR1020100127690A KR20100127690A KR101200803B1 KR 101200803 B1 KR101200803 B1 KR 101200803B1 KR 1020100127690 A KR1020100127690 A KR 1020100127690A KR 20100127690 A KR20100127690 A KR 20100127690A KR 101200803 B1 KR101200803 B1 KR 101200803B1
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Abstract

본 발명은 대기중을 고속으로 비행하는 비행체의 안정적인 운용을 위하여 비행체 주위의 기압 고도 정보 획득할 때 사용하며 비행체에 매입 설치되는 비돌출형 전압관에 관한 것으로서,
선단 일부가 비행체의 외부로 노출되도록 비행체의 내부에 매입 설치되며 그 내부와 비행체의 외부가 연통하도록 선단에 공기 유입구(15)가 형성된 몸체부(10)와; 비행체의 내부 구조물에 설치되어 몸체부(10)를 지지하는 하우징(30)과; 몸체부(10)의 공기 유입구(15) 후방에 설치되어 결빙이 일어나지 않도록 하는 방빙 열선(20)과; 공기 유입구(15)를 통해 유입된 외부 공기를 압력변환장치로 전달하는 전압 연결관(35)과; 하우징(30)에 설치되어 방빙 열선(20)으로 전원을 공급하는 전원공급부(25);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 비행체의 외부 형상 제한 조건에 대하여 유연성을 가짐과 아울러 비행 중 발생하는 결빙 현상이 방지되어 비행체에 전압력 정보를 안정적으로 제공할 수 있게 되며, 나아가 우수한 성능의 비행체를 개발하는데 도움을 줄 수 있다.

Description

비돌출형 전압관{Flush-type Pitot Tube}
본 발명은 대기중을 고속으로 비행하는 비행체의 안정적인 운용을 위하여 비행체 주위의 기압 고도 정보 획득할 때 사용하는 전압관에 관한 것으로서, 특히 비행체에 매입 설치되어 비행체의 외부 형상 제한 조건에 대하여 유연성을 가짐과 아울러 비행 중 발생하는 결빙 현상을 방지하여 비행체에 전압력 정보를 안정적으로 제공함으로써 우수한 성능의 비행체를 개발할 수 있도록 한 비돌출형 전압관에 관한 것이다.
일반적으로 비행체가 대기 중을 고속으로 비행하기 위해서는 비행체 주위의 대기 상태나 비행체와 대기 사이의 상태 운동에 대한 정보가 필요하다. 이러한 비행체 주위의 대기 환경에 대한 기본적인 정보로는 비행체 주위의 기압인 정압(靜壓, Static Pressure)과, 비행체의 전방부 정체점에서 발생하는 압력인 전압(全壓, Total Pressure), 비행체 주위의 대기 온도와 공기 압축 또는 마찰로 인해 발생하는 온도를 고려한 전온도(全溫度, Total Temperature), 그리고 비행체 주위의 대기 흐름의 방향인 받음각(Angle of Attack) 등이 있다.
상기한 비행체 주위의 대기 환경에 관한 정보 중 정압과 전압은 비행고도와 비행속도 등을 산출하는데 매우 중요한 요소인데, 이들 정보를 이용하여 비행체를 안정적으로 제어할 수 있도록 비행체에는 공기자료장치(ADS, Air data System)가 탑재되어 있다. 상기 공기자료장치는, 공기압력 수집장치(정압공 및 전압관)와 압력변환장치로 구성되는 하드웨어 및 수집된 정압과 전압 정보로부터 비행체의 비행고도와 마하수를 산출하는 소프트 웨어로 구성된다. 이때, 산출된 비행고도는 비행체에 탑재된 관성항법장치의 항법보정용으로 사용되고, 마하수는 엔진 제어에 사용된다.
여기서, 비행체의 전압 정보를 수집하는 전압관은 비행체의 외부로 돌출된 구조로 이루어지며, 대표적으로 L형 피토 정압관(L-Type Pitot-Static Tube)이 있다.
상기한 종래의 돌출형 전압관은 도 1에 도시된 바와 같이, 비행체의 외부로 돌출되며 전방에 공기 유입구(55)가 형성된 L자형의 몸체 조립체(50)와, 상기 몸체 조립체(50)의 내부에 설치되어 격벽(56) 전방의 외부 공기와 격벽(56) 후방의 내부 공기를 각각 압력변환장치로 전달하는 한 쌍의 공기 이동관(52, 52')과, 상기 공기 유입구(55)의 후방에 설치되어 공기의 이동 통로 상에 관로에 결빙이 일어나지 않도록 하는 방빙 열선(防氷熱線, Anti/De-Icing Heating Coil, 53)과, 상기 방빙 열선(53)에 전원을 공급하기 위한 전원공급부(54)를 포함하고 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 돌출형 전압관은 비행체의 내부에 설치된 공기자료장치로 전압 정보를 제공하여 비행체를 안정적으로 운용할 수 있도록 한다.
공기 유입구(55)를 통해 몸체 조립체(50)의 내부로 유입된 공기는 공기 이동관(52)을 통해 공기자료장치의 압력변환장치로 공급되고, 격벽(56) 후방의 내부 공기는 다른 공기 이동관(52')을 통해 상기 공기자료장치의 압력변환장치로 공급된다. 상기 공기자료장치는 한 쌍의 공기 이동관(52, 52')을 통해 공급된 외부 공기 및 내부 공기의 압력을 비교하여 비행고도 및 마하수 등을 산출하게 된다.
이때, 상기 공기 유입구(55)를 통해 유입되는 공기는 비행체가 비행하는 비행고도 및 비행체의 빠른 속도로 인해 매우 차가운 상태로 유입되므로, 유입된 공기 중의 수분이 결빙되어 공기가 이동되는 통로인 공기 이동관(52)이 막힐 수 있다. 이 경우 상기 공기자료장치에서 전압 정보를 획득할 수 없기 때문에, 비행체를 안정적으로 운용할 수 없게 된다.
따라서, 이러한 현상이 발생하지 않도록 방빙 열선(53)이 전원공급부(54)로부터 공급된 전원을 이용하여 유입된 공기를 가열함으로써 결빙을 방지하고, 이미 결빙된 상태에서는 결빙된 얼음을 녹여 상기 공기 이동관(52)을 따라 외부 공기가 원활하게 유동할 수 있도록 한다.
그러나, 상기한 종래의 돌출형 전압관은 비행체의 외부로 돌출되어 있으므로 비행체의 항력을 증가시키는 원인이 될 수 있고, 스텔스 구조 등과 같이 외부 형상의 제한 조건이 있거나 외부 장치가 많이 설치되는 경우에는 설치에 많은 제약이 있는 문제점이 있다.
이에 따라 전압 정보를 수집하기 위한 전압관을 비행체의 내부에 설치하는 비돌출형 전압관이 고려되고 있으나, 비돌출형 전압관의 경우 전압관의 일부가 비행체의 구조물에 접촉되어 있어 열손실이 추가로 발생하게 되므로 전압관 자체에서만 열손실이 발생하는 돌출형 전압관에 비해 더 큰 열용량을 요구하게 된다. 즉, 비행체의 외부로 돌출된 일반적인 돌출형 전압관은 자체적인 결빙 방지를 위한 열용량만 가지면 되지만, 비행체의 내부에 설치되어 일부가 비행체의 구조물에 접촉되는 비돌출형 전압관은 차가운 비행체 구조물로의 열전달이 발생하여 추가적인 열손실이 수반되므로 이를 고려하면 돌출형 전압관보다 더 큰 열용량을 가질 필요가 있다.
그러나 종래의 돌출형 전압관은 비행체의 외부에 설치되는 장착 특성상 장치 외부로의 열전달을 방지하기 위한 설계 기술이나 전압관 내부의 열전도 방법을 통한 방빙 기능의 향상 기술 등은 전혀 고려하지 않고 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전압관을 비행체에 매입 설치하여 비행체의 외부에 대한 설계 자유도를 향상시키고 외부 형상 제한 조건에 대하여 유연성을 가지도록 한 비돌출형 전압관을 제공하는데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은 비행체에 매입 설치된 전압관에 접촉되는 비행체 구조물로의 열전달을 최소화함으로써 돌출형 전압관과 유사한 열용량을 가지는 비돌출형 전압관을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전압관의 내부에 설치된 방빙 코일의 국부적인 과열로 인한 장비의 고장이나 오작동을 방지할 수 있도록 한 비돌출형 전압관을 제공하는데 목적이 있다.
또, 본 발명은 전압관 내부로의 열전도 성능을 향상시켜 방빙 성능이 더욱 향상되도록 함과 아울러 보다 적은 전력 소모로 최대의 방빙 성능을 구현할 수 있는 비돌출형 전압관을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 선단 일부가 비행체의 외부로 노출되도록 상기 비행체의 내부에 매입 설치되며 그 내부와 상기 비행체의 외부가 연통하도록 선단에 공기 유입구가 형성된 몸체부와; 상기 비행체의 내부 구조물에 설치되어 상기 몸체부를 지지하는 하우징과; 상기 몸체부의 공기 유입구 후방에 설치되어 결빙이 일어나지 않도록 하는 방빙 열선과; 상기 공기 유입구를 통해 유입된 외부 공기를 압력변환장치로 전달하는 전압 연결관과; 상기 하우징에 설치되어 상기 방빙 열선으로 전원을 공급하는 전원공급부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 상기 몸체부와 상기 비행체의 구조물 사이의 열전도를 방지할 수 있도록 적어도 상기 비행체의 구조물에 접하는 상기 몸체부의 전방부를 감싸는 단열 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 상기 단열 튜브는 슈퍼엔지니어링 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 상기 몸체부는, 상기 공기 유입구가 형성되고 내부에 상기 방빙 열선의 코일부가 설치된 전방 몸체와, 상기 전방 몸체의 후부에 위치되어 상기 방빙 열선에서 나오는 열을 주위로 방출하여 장치의 과열을 방지하는 히트 싱크 몸체와, 상기 하우징이 부착된 후방부를 형성하며 상기 방빙 열선의 모체부가 내부에 설치된 연결 몸체를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 상기 연결 몸체와 내부 구조물 사이에 스테인리스 퍼티가 채워진 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 상기 스테인리스 퍼티는 상기 방빙 열선의 모체부 중간 부분까지만 채워지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 비돌출형 전압관은, 공기 유입구가 설치된 전방의 일부를 제외한 나머지 구성요소들이 비행체의 몸체에 매입 설치되므로 비행체의 외부에 대한 설계 자유도가 향상되는 등 외부 형상 제한 조건에 대하여 돌출형 전압관보다 유연성을 가지며, 비행체에 적용시 돌출형 전압관이 설치된 경우에 비해 항력이 감소하는 등 공격 성능이 향상되도록 하는 효과가 있다.
그리고, 본 발명의 비돌출형 전압관은 비행 중 발생할 수 있는 결빙 현상에 따른 관로 막힘이 방지되어 비행체에 전압력을 안정적으로 제공할 수 있으며, 비행체의 공기자료장치에 적용할 경우 우수한 비행체의 개발에 기여할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 전압관의 전방부에 단열 튜브가 설치되어 비행체 구조물로의 열전달을 차단하게 되므로 자체 방빙을 제외한 추가적인 열손실이 방지되어 열용량을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 방빙 열선에서 발생한 열을 히트 싱크 몸체에서 외부로 방출하게 되므로, 열선의 과열로 인한 단선을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 후방 몸체와 내부 구조물 사이에 스테인리스 퍼티가 채워져 있으므로, 열선에서 발생한 열이 히트 싱크 몸체와 스테인리스 퍼티를 통해 장치의 내부로 고루 전달되어 국부적인 과열이 발생하지 않고 전체적인 방빙 성능이 향상됨은 물론 전력 소모가 감소하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 비돌출형 전압관에 따르면, 스테인리스 퍼티가 방빙 열선의 모체 중간 부분까지만 채워져 있으므로, 전원선으로의 열전달이 최소화되어 전원선이 안전하게 보호되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 돌출형 전압관이 도시된 구성도.
도 2는 본 발명의 비돌출형 전압관이 도시된 구성도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 비돌출형 전압관을 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 비돌출형 전압관은, 선단 일부가 비행체의 외부로 노출되도록 상기 비행체의 내부에 매입 설치되며 그 내부와 상기 비행체의 외부가 연통하도록 선단에 공기 유입구(15)가 형성된 몸체부(10)와; 몸체부(10)와 상기 비행체의 구조물 사이의 열전도를 방지할 수 있도록 적어도 상기 비행체의 구조물에 접하는 상기 몸체부(10)의 전방부를 감싸주며 슈퍼엔지니어링 플라스틱 재질로 형성된 단열 튜브(16)와; 상기 비행체의 내부 구조물에 설치되어 상기 몸체부(10)를 지지하는 하우징(30)과; 상기 몸체부(10)의 공기 유입구(15) 후방에 설치되어 결빙이 일어나지 않도록 하는 방빙 열선(20)과; 상기 공기 유입구(15)를 통해 유입된 외부 공기를 압력변환장치로 전달하는 전압 연결관(35)과; 상기 하우징(30)에 설치되어 상기 방빙 열선(20)으로 전원을 공급하는 전원공급부(25);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 몸체부(10)는, 상기 공기 유입구(15)가 형성되고 내부에 상기 방빙 열선(20)의 코일부(21)가 설치된 전방 몸체(11)와, 상기 전방 몸체(11)의 후부에 위치되어 상기 방빙 열선(20)에서 나오는 열을 주위로 방출하여 장치의 과열을 방지하는 히트 싱크 몸체(12)와, 상기 하우징(30)이 부착된 후방부를 형성하며 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22)가 내부에 설치된 연결 몸체(13)로 구성된다. 그리고, 상기 연결 몸체(13)와 내부 구조물 사이에 스테인리스 퍼티(putty, 14)가 채워진다. 이때, 상기 스테인리스 퍼티(14)는 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22) 중간 부분까지만 채워지는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 비돌출형 전압관은 비행체에 매입 설치되어 전압 정보를 수집하게 된다.
비행체가 일정 고도 이상에서 비행하게 되면, 비행체 외부의 공기가 비행체 외부로 노출된 몸체부(10)의 공기 유입구(15)를 통해 유입된 후 전압 연결관(35)을 통해 공기자료장치의 압력변환장치로 공급됨으로써 상기 공기자료장치가 비행체의 비행고도 및 마하수 등을 산출할 수 있도록 한다.
이때, 상기 공기 유입구(15)를 통해 유입되는 공기의 온도가 매우 낮으므로, 방빙 열선(20)을 이용하여 유입된 공기를 가열함으로써 공기 중의 수분이 결빙되어 상기 몸체부(10)의 내부 관로가 막히는 현상을 방지한다. 따라서, 상기 공기자료장치는 상기 전압 연결관(35)을 통해 공급된 외부 공기로부터 정확한 전압 정보를 수집할 수 있게 된다.
상기 방빙 열선(20)의 코일부(21)는 상기 몸체부(10)의 전방 몸체(11) 내부에 설치되어 상기 공기 유입구(15)를 통해 유입된 외부 공기를 가열하게 되며, 가열된 공기가 상기 전압 연결관(35)을 통해 상기 공기자료장치의 압력변환장치로 공급된다. 이때, 상기 방빙 열선(20)은 전원공급부(25)로부터 전원이 인가된 후 일정 시간이 경과하여 열전달 평형상태가 되면, 더 이상 온도가 변화하지 않고 소모 전류도 일정해진다.
이 상태에서 상기 몸체부(10)의 전단에 형성된 공기 유입구(15) 부분에서의 결빙 현상 등과 같이 온도 저하 요인이 발생하게 되면, 상기 방빙 열선(20)은 순간적으로 상기 전원 공급부(54)로부터 전류를 흡수하여 발열량을 증가시키는 방식으로 방빙 기능을 수행한다.
이때, 상기 몸체부(10)가 비행체에 매입 형태로 장착되어 있으므로, 상기 몸체부(10)를 구성하는 전방 몸체(11)의 일부가 차가운 비행체의 구조물(40)에 접촉되어 열전도에 의한 열손실이 추가로 발생할 수 있다. 그러나, 본원발명에서는 이러한 추가적인 열손실을 방지하기 위하여 상기 전방 몸체(11) 중 적어도 상기 비행체의 구조물(40)에 접촉되는 부분에 단열 성능이 우수한 슈퍼엔지니어링 플라스틱 재질의 단열 튜브(16)를 설치하고 있다. 이에 따라 상기 몸체부(10)로부터 상기 비행체의 구조물(40)로의 열전달이 차단되어, 추가적인 열손실이 최소화된다.
한편, 상기 공기 유입구(15) 부분에 형성된 결빙을 해소하기 위하여 상기 방빙 열선(20)이 순간적으로 전류를 흡수하게 되면, 상기 공기 유입구(15)의 후방에 설치된 방빙 열선(20)의 코일부(21) 뿐만 아니라 그 후방에 위치한 모체부(22)에서의 발열량이 증가하게 된다. 이와 같이 상기 방빙 열선(20)의 발열량이 증가하고 외부로의 열방출이 없으면, 상기 방빙 열선(20)이 과열되어 단선이 발생할 수 있다. 그러나, 본원발명에서는 상기 전방 몸체(11)와 연결 몸체(13) 사이에 히트 싱크 몸체(12)가 구비되어 있으므로, 상기 방빙 열선(20)에서 발생한 열이 상기 히트 싱크 몸체(12)를 통해 장치의 외부로 방출되어 상기 방빙 열선(20)의 과열을 방지하게 된다.
또한, 상기 연결 몸체(13)와 장치의 복잡한 내부 구조물 사이에 스테인리스 퍼티(14)가 빈틈없이 채워져 있으므로, 상기 방빙 열선(20)에서 발생한 열이 상기 히트 싱크 몸체(12) 및 스테인리스 퍼티(14)에 의해 장치의 후방측으로도 전달된다. 이와 같이 상기 방빙 열선(20)의 코일부(21)가 위치한 몸체부(10)의 전방은 물론 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22)가 위치한 상기 몸체부(10)의 후방에도 상기 방빙 열선(20)의 열이 고르게 전달되므로, 장치 전체적으로 볼 때 방빙 성능이 향상된다.
한편, 상기 스테인리스 퍼티(14)가 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22) 중간 부분까지만 채워져 있으므로, 상기 모체부(22)의 후방과 상기 전원 공급부(25)를 연결하는 전원선(26)에의 열전달이 최소화된다. 따라서, 상기 방빙 열선(20)에서 발생한 열로부터 상기 전원선(26)을 보호할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이 같은 특정 실시 예에만 한정되지 않으며, 해당분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위 내에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.
10: 몸체부
11: 전방 몸체
12: 히트 싱크(Heat Sink) 몸체
13: 연결 몸체
14: 스테인리스 퍼티(Stainless Putty)
15: 공기 유입구
16: 단열 튜브
20: 방빙 열선
21: 코일부
22: 모체부
25: 전원 공급부
26: 전원선
30: 하우징
35: 전압(全壓) 연결관
40: 비행체의 구조물

Claims (6)

  1. 선단 일부가 비행체의 외부로 노출되도록 상기 비행체의 내부에 매입 설치되며 그 내부와 상기 비행체의 외부가 연통하도록 선단에 공기 유입구(15)가 형성된 몸체부(10)와;
    상기 비행체의 내부 구조물에 설치되어 상기 몸체부(10)를 지지하는 하우징(30)과;
    상기 몸체부(10)의 공기 유입구(15) 후방에 설치되어 결빙이 일어나지 않도록 하는 방빙 열선(20)과;
    상기 공기 유입구(15)를 통해 유입된 외부 공기를 압력변환장치로 전달하는 전압 연결관(35)과;
    상기 하우징(30)에 설치되어 상기 방빙 열선(20)으로 전원을 공급하는 전원공급부(25);를 포함하는 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부(10)와 상기 비행체의 구조물 사이의 열전도를 방지할 수 있도록 적어도 상기 비행체의 구조물에 접하는 상기 몸체부(10)의 전방부를 감싸는 단열 튜브(16)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 단열 튜브(16)는 슈퍼엔지니어링 플라스틱 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체부(10)는, 상기 공기 유입구(15)가 형성되고 내부에 상기 방빙 열선(20)의 코일부(21)가 설치된 전방 몸체(11)와, 상기 전방 몸체(11)의 후부에 위치되어 상기 방빙 열선(20)에서 나오는 열을 주위로 방출하여 장치의 과열을 방지하는 히트 싱크 몸체(12)와, 상기 하우징(30)이 부착된 후방부를 형성하며 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22)가 내부에 설치된 연결 몸체(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결 몸체(13)와 내부 구조물 사이에 스테인리스 퍼티(Stainless Putty, 14)가 채워진 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스테인리스 퍼티(14)는 상기 방빙 열선(20)의 모체부(22) 중간 부분까지만 채워지는 것을 특징으로 하는 비돌출형 전압관.
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