KR101201818B1 - 항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기 조종면에 발생하는 유격(Freeplay)을 보다 간편하고 정확하게 측정함으로써 항공기 조종면의 부품 교체 주기를 정확하게 산출하여 항공기의 조종안정성을 향상시킬 수 있는 항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

본 발명의 항공기 조정면의 유격 측정장치는, 조종면에 소정의 외력을 인가하여 조종면을 상하방향으로 회동시키는 로딩부와; 조종면의 일측면에 접촉되게 배치되어 조종면의 변위를 측정하여 이 측정된 변위를 전기적인 신호로 변환하는 2개의 변위측정센서와; 변위측정센서에 접속되어 변위측정센서로부터 측정된 전기적인 변위신호를 출력하는 출력장치를 포함한다.

항공기, 조종면, 유격량, 측정, 로딩부

Description

항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법{Apparatus for measuring the freeplay of control surface of an airplane}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 조종면의 유격 측정장치를 개념적으로 도시한 구성도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 조종면의 유격 측정방법을 도시한 공정도.

도 3은 본 발명의 유격 측정방법에 의해 도출되는 힌지모멘트/회동각도 히스테리시스 곡선을 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *

10 : 항공기 조종면 20 : 로딩부

30 : 변위측정센서 40 : 출력장치

본 발명은 항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기 조종면에 발생하는 유격(Freeplay)을 보다 간편하고 정확하게 측정함으로써 항공기 조종면의 부품 교체 주기를 정확하게 산출하여 항공기의 조종안정성을 향상시킬 수 있는 항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법에 관한 것이다.

일반적으로, 항공기의 조정성은 두 가지 의미를 가지고 있는데 하나는 평형상태를 변화시키거나 원하는 평형상태를 맞출 수 있는 능력을 말하고, 또 하나는 가속운동과 같은 불평형상태를 만들어 낼 수 있는 능력을 말한다. 항공기 성능의 관점에서 가능한 모든 비행영역에서 임의의 평형상태를 얻을 수 있는 조종능력을 갖추어야 적절한 조종성이 있다고 할 수 있을 것이다.

이와 같은 상술한 조정성을 달성하기 위해 항공기에는 에일러론, 엘리베이터, 러더베이터 등과 같은 다양한 형태의 조종면이 구비되어 있다.

에일러론(aileron)은 항공기의 주비행날개 뒷 가장자리 측에 상대적으로 회동가능하도록 힌지결합되어 있는 작은 면적의 조종면(키면)으로, 비행기의 전후축을 회전시키거나 회전을 막아주는 역할을 한다.

엘리베이터(elevator)는 항공기의 수평꼬리날개 측에 상대적으로 회동가능하게 힌지결합된 조종면으로서 승강타라고도 하고, 항공기의 상하방향성(즉, 항공기의 피칭 조종성)을 조정하는 역할을 한다.

러더베이터(ruddervator)는 항공기의 수직꼬리날개 측에 상대적으로 회동가능하게 힌지결합되어 있는 조종면으로, 항공기의 가로축 및 수직축에 대해 방향을 전환시켜 줌으로써 꼬리부의 승강타 및 방향타의 기능을 한다.

즉, 이러한 항공기의 각 조정면들은 항공기의 주비행날개, 수직 및 수평꼬리날개 등에 회동가능하게 힌지결합된 구조로 이루어진다.

한편, 각 조정면들의 힌지결합구조는 각 조정면 및 이 조정면이 부착되는 부분 사이에는 그 힌지작동을 저해하지 않는 정도의 유격(freeplay)이 요구되고, 이러한 유격(freeplay)은 조립 또는 제작 공차 등에 의해 오차가 발생하게 되며, 또한 이러한 유격은 항공기의 계속적인 운용에 따라 그 유격량이 서서히 증가하게 된다.

이러한 유격량의 증가는 항공기의 조종면들에 LCO(Limit Cycle Oscillation) 및 플러터 등을 발생시켜 항공기 측에 심한 진동 등과 같은 동적 불균형을 야기하게 되고, 이로 인해 항공기의 손실이 유발될 수도 있다.

이에 따라, 항공기의 조종면의 힌지결합되는 부분의 유격을 줄이면서 지속적인 운동성을 유지시키고자 조종면의 힌지결합된 부분에 테프론 코팅(teflon coating)을 실시하여 왔었다.

하지만, 항공기의 계속적인 운용 결과에 따라 상술한 테프론 코팅층은 상호 압착에 의해 서서히 유격량이 증가하게 되므로, 지속적인 유격측정을 수행하여 항공기에 진동을 유발하는 유격량을 측정함으로써, 부품 교체 및 수리의 주기를 도출하여야 한다.

한편, 이러한 유격량의 증가를 측정하는 종래의 방식은 측정자가 손으로 조종면을 흔들어 보면서, 그 일측면의 흔들리는 양을 측정하여 유격량을 계산하여 왔었다.

이러한 측정방식은 측정자에 따라 그 흔드는 힘의 크기가 일정하지 못하고 측정자의 감각에 의존하기 때문에, 정확한 유격량 측정이 불가능한 문제점이 있었 다.

또한, 유공압 작동기를 이용하여 정량적으로 로딩하여 측정하는 방식도 있었으나, 그 시스템이 매우 복잡하고, 많은 비용이 소요되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 항공기 조종면에 발생하는 유격(Freeplay)을 보다 간편하고 정확하게 측정함으로써 항공기 조종면의 부품 교체 주기를 정확하게 산출하여 항공기의 조종안정성을 향상시킬 수 있는 항공기 조종면의 유격 측정장치 및 그 측정방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 항공기 조정면의 유격 측정장치는,

조종면에 소정의 외력을 인가하여 조종면을 상하방향으로 회동시키는 로딩부와;

조종면의 일측면에 접촉되게 배치되어 조종면의 변위를 측정하여 이 측정된 변위를 전기적인 신호로 변환하는 2개의 변위측정센서와;

변위측정센서에 접속되어 변위측정센서로부터 측정된 전기적인 변위신호를 출력하는 출력장치를 포함한다.

바람직하게는, 로딩부는 조종면의 일측단부에 클램프를 매개로 연결된 제1부하판과, 와이어를 통해 제1부하판에 연결된 제2부하판과, 이 와이어의 이동을 안내 하는 복수의 고정풀리와, 복수의 고정풀리를 지지하는 지지프레임을 포함하고; 제1부하판 및 제2부하판에는 다수의 분동이 적재 및 적하되어 조종면을 상향 또는 하향으로 회동시키도록 구성된다.

바람직하게는, 변위측정센서는 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주도록 이동자의 이동으로 1차 코일에서 2차코일에 유도되는 상호 인덕턴스를 변화시키는 선형가변 변위변환기(LVDT, Linear Variable Displacement Transducer)인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 항공기 조종면의 유격 측정방법은,

제1부하판의 중량을 일정하게 유지시킨 상태에서 제2부하판의 중량을 점증적으로 증가시키면서 조종면의 상향 이동변위를 측정하는 제1단계와;

제1부하판의 중량을 일정하게 유지시킨 상태에서 제2부하판의 중량을 점증적으로 감소시켜 조종면의 하향 이동변위를 측정하는 제2단계와;

제1 및 제2 단계에서 인가되는 외력을 조종면의 힌지점을 중심으로 한 힌지 모멘트로 변환하고, 조종면의 수직 이동변위를 조종면의 힌지점을 중심으로 한 회동각도로 변환하는 제3단계와;

제3단계에서의 얻어진 조종면의 상향 및 하향 회동각도의 평균치를 연산하여 조종면의 유격량을 도출하는 제4단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 조종면의 유격 측정장치를 개념적으로 도시한 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 항공기 조종면의 유격량 측정장치는, 항공기 조종면(10)의 일측에 소정의 외력을 인가하는 로딩부(20, loading part)와, 로딩부(20)에 의해 상하방향으로 회동작동하는 조종면(10)의 변위를 측정하는 2개의 변위측정센서(30)와, 변위측정센서(30)에 접속된 출력장치(40)를 포함한다.

로딩부(20, loading part)는 에일러론, 엘리베이터, 러더베이터 등과 같은 항공기의 조종면(10)을 그 힌지결합된 부분을 중심으로 회동시키도록 소정의 외력을 인가하도록 구성된다.

바람직하게는, 이러한 로딩부(20)는 조종면(10)의 일측단부에 클램프(13)를 매개로 연결된 제1부하판(21)과, 와이어(23)를 통해 제1부하판(21)에 연결된 제2부하판(22)과, 이 와이어(23)의 이동을 안내하는 복수의 고정풀리(24)와, 복수의 고정풀리(24)를 지지하는 지지프레임(25)을 포함하고, 제1부하판(21) 및 제2부하판(22)에는 다수의 분동(21a, 22a)이 적재되어 조종면(10)을 상향 또는 하향으로 회동시키도록 구성된다.

이러한 로딩부(20)의 구성에 의해, 제1부하판(21)에 적절한 갯수의 분동(21a)을 적재하여 제1부하판(21)의 하중을 일정하게 유지시킨 상태에서, 제2부하판(22)에 다수의 분동(22a)을 선택적으로 적재 또는 적하함으로써 조종면(10)에 소정의 외력을 인가하여 조종면(10)을 상향 또는 하향으로 회동시키도록 구성된다.

각 변위측정센서(30)는 조종면(10)의 일측면에 그 이동자(31)가 접촉되게 설 치되어 로딩부(20)에 의해 회동하는 조종면(10)의 상향 또는 하향 수직변위를 측정하게 된다.

이러한 변위측정센서(30)는 도 1에 도시된 바와 같이, 2개 또는 그 이상의 갯수로 조종면(10)의 일측면에 그 이동자(31)가 접촉되게 설치되고, 또한 각 변위측정센서(30)는 조종면(10)이 힌지결합된 항공기의 구조물(11) 부분에 부착된 지지체(14)에 의해 지지된다.

즉, 다수의 변위측정센서(30)가 조종면(10)의 일측면에 접촉되어 구비됨에 따라, 조종면(10)의 변위측정을 보다 정밀하게 수행할 수 있게 된다.

바람직하게는, 변위측정센서(30)는 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주도록 이동자(31, core or armature)의 이동으로 1차 코일에서 2차코일에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 선형가변 변위변환기(LVDT, Linear Variable Displacement Transducer)로서, 기계적ㆍ전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 이동자(31)의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생되도록 구성된다.

출력장치(40)는 변위측정센서(30)에서 측정된 변위신호를 전기적인 신호로 출력하는 구성으로 오실로스코프, 디지털 전압계, 수동기록계 등이 적용될 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 장치에 의해 구현되는 항공기 조종면의 유격량 측정방법은, 도 2에 도시된 바와 같이 조종면(10)의 상향 변위값을 측정하는 제1단계(S1)와, 조종면(10)의 하향 변위값을 측정하는 제2단계(S2)와, 조종면(10)의 상향 및 하향 변위값을 회동각도로 변환하는 제3단계(S3)와, 변환된 조종면(10)의 상향 및 하향 회동각도의 평균값을 연산하여 그 유격량을 도출하는 제4단계(S4)로 이루어진다.

제1단계(S1)는 제1부하판(21)에 적절한 갯수의 분동(21a)을 적재하여 제1부하판(21)의 하중을 일정하게 유지시킨 상태에서, 제2부하판(22)에 다수의 분동(22a)을 점증적으로 증대시켜 적재하고, 제2부하판(22)에 적재되는 분동(22a) 들에 의해 조종면(10)에 가해지는 외력이 점증적으로 증가되어 조종면(10)은 그 외력에 비례하여 점증적으로 상향 회동하게 된다.

이런 상태에서, 2개의 변위측정센서(30)는 조종면(10)의 상향 회동에 대응하여 조종면(10)의 상향 수직변위를 실시간으로 측정하게 된다.

제2단계(S2)는 제1부하판(21)에 적절한 갯수의 분동(21a)을 적재하여 제1부하판(21)의 하중을 일정하게 유지시킨 상태에서, 제2부하판(22)에 다수의 분동(22a)을 점증적으로 감소시켜 적하하고, 이에 따라 조종면(10)에 가해지는 외력이 점차적으로 감소하게 되어 조종면(10)은 하향으로 회동하게 된다.

이런 상태에서, 각 변위측정센서(30)는 조종면(10)의 하향 회동에 대응하여 조종면(10)의 하향 수직변위를 실시간으로 측정하게 된다.

한편, 이러한 조종면(10)의 상향 및 하향 수직변위값들은 하나의 사이클(Cycle)을 이루도록 제2단계(S2)는 제1단계의 조종면의 최대 상향 이동변위점으로부터 제1단계의 조종면의 최초 지점까지 측정된다.

제3단계(S3)는 조종면(10)에 가해지는 외력을 힌지 모멘트 값으로 변환하고, 제1 및 제2단계(S1, S2)에서 측정된 조종면(10)의 상향 및 하향 수직변위값을 조종면(10)의 회동각도로 변환하는 단계이다.

즉, 제3단계(S3)는 조종면(10)의 힌지점(15)으로부터 조종면(10)의 실제 외력이 가해지는 점까지의 거리 및 조종면(10)의 힌지점(15)으로부터 변위측정센서(30)가 접촉하는 점까지의 거리를 측정하고, 로딩부(20)에 의해 조종면(10)에 가해지는 외력은 힌지점(15)을 중심으로 한 힌지 모멘트(Hinge Moment)값으로 변환시키고, 이에 따른 조종면(10)의 수직변위는 힌지점(15)을 중심으로 회동각도(Hingeline Rotation)값으로 변환시켜 도 3과 같은 형태로 그래프화한다.

제4단계(S4)는 제3단계(S3)에서 측정된 조종면(10)의 상향 및 하향 회동각도의 평균치를 연산하여 조종면(10)의 유격량을 도출하는 단계이다.

상술한 제1 내지 제3단계(S1, S2, S3)를 통해 도출된 조종면(10)의 상향 및 하향 회동각도는 도 3에 도시된 형태의 힌지모멘트/회동각도(힘-변위) 히스테리시스 곡선이 얻어지면, ①, ③점에서의 기울기를 구하고, 이와 동일한 기울기의 직선을 ②, ④의 곡선부에 그린 다음에, ①과 ④의 직선부와 회동각도 축선과 만나는 두점사이의 거리를 A로 표시하고, ③과 ②의 직선부와 회동각도의 축선이 만나는 두점 사이의 거리를 B로 표시하며, 이에 따라 유격량은 다음과 같은 식으로 도출된다.

유격량 = (A+B)/2

즉, 제4단계(S4)는 도 3에 도시된 힌지모멘트/회동각도의 그래프 상에서 조종면(10)의 상향 및 하향 회동각도의 평균치를 연산하여 그 유격량을 도출하게 된다.

상기와 같은 본 발명은, 항공기 조종면에 존재하는 유격(Freeplay)를 보다 정확하게 측정함으로써 항공기 조종면의 부품 교체 주기를 정확하게 산출하여 항공기의 조종안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 항공기 조종면의 유격을 측정하는 장치에 관한 것으로서,

   상기 조종면에 소정의 외력을 인가하여 조종면을 상하방향으로 회동시키는 로딩부와;

   상기 조종면의 일측면에 접촉되게 배치되어 조종면의 변위를 측정하여 이 측정된 변위를 전기적인 신호로 변환하는 적어도 하나 이상의 변위측정센서와;

   상기 변위측정센서에 접속되어 변위측정센서로부터 측정된 전기적인 변위신호를 출력하는 출력장치를 포함하되,

   상기 로딩부는 조종면의 일측단부에 클램프를 매개로 연결된 제1부하판과, 와이어를 통해 상기 제1부하판에 연결된 제2부하판과, 상기 와이어의 이동을 안내하는 복수의 고정풀리와, 상기 복수의 고정풀리를 지지하는 지지프레임을 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 조종면의 유격 측정장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 변위측정센서는 기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주도록 이동자의 이동으로 1차 코일에서 2차코일에 유도되는 상호 인덕턴스를 변화시키는 선형가변 변위변환기(LVDT, Linear Variable Displacement Transducer)인 것을 특징으로 하는 항공기 조종면의 유격 측정장치.
4. 제1항의 측정장치에 의한 항공기 조종면의 유격 측정방법에 관한 것으로서,

   상기 제1부하판의 중량을 일정하게 유지시킨 상태에서 제2부하판의 중량을 점증적으로 증가시키면서 조종면의 상향 이동변위를 측정하는 제1단계와;

   상기 제1부하판의 중량을 일정하게 유지시킨 상태에서 제2부하판의 중량을 점증적으로 감소시켜 조종면의 하향 이동변위를 측정하는 제2단계와;

   상기 제1 및 제2 단계에서 인가되는 외력을 조종면의 힌지점을 중심으로 한 힌지 모멘트로 변환하고, 조종면의 수직 이동변위를 조종면의 힌지점을 중심으로 한 회동각도로 변환하는 제3단계와;

   상기 제3단계에서의 얻어진 조종면의 상향 및 하향 회동각도의 평균치를 연산하여 조종면의 유격량을 도출하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 조종면의 유격 측정방법.

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