KR101250258B1 - 회전수 측정장치 및 이중모드 회전수 측정방법 및 이중모드 회전수 측정장치를 포함하는 풍동시험장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 회전체의 내주면에 형성되어 상기 회전체의 회전을 감지하여 신호를 출력하고, 서로 90도 위상차를 형성하는 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 제1 및 제2 감지센서를 포함하는 감지부, 상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 회로부, 상기 디지털 신호에 의하여 상기 회전체의 회전수를 계산하는 처리부를 포함하고, 회전체와 감지부 사이의 거리측정센서를 포함하는 회전수 측정장치에 관한 발명이다.
이에 따라, 회전수가 느린 회전체의 회전수를 측정할 수 있으며, 거리측정센서에 의하여 회전체와 감지부의 거리를 제어하여 풍동시험장치의 안정성이 향상된다.

Description

회전수 측정장치 및 이중모드 회전수 측정방법 및 이중모드 회전수 측정장치를 포함하는 풍동시험장치{APPARATUS FOR MEASURING ROTATION VELOCITY AND METHOD OF MEASURING ROTATION VELOCITY AND WIND TUNNEL TESTING MACHINE HAVING RATUS FOR MEASURING ROTATION VELOCITY}
본 발명은 풍동시험장치가 구비하는 비행체 모형의 회전수를 측정하기 위한 회전수 측정장치에 관한 것이다.
풍동시험에서 사용하도록 고안된 회전모형과 회전수를 측정하는 장치는 반사면과 감지센서 2조, 신호를 처리할 수 있는 카운터보드로 구성되어 있으며 디지털 신호를 사용하여 고속회전정보(수백-수만 rpm)를 측정하는 구조를 갖고 있다.
그러나 주기측정방식을 사용하는 기존 회전수 측정장치는 시험장치의 협소한 공간상의 제약 등을 이유로 저속회전정보의 측정이 불가능하다. 조종날개를 갖는 비행체의 저회전 롤댐핑 시험 등을 위해서는 고속회전뿐만 아니라 저속회전수의 측정이 중요한 역할을 하다. 따라서, 저속회전정보를 정확히 측정할 수 있는 별도의 방안이 필요하게 된다.
또한, 불어내기 방식 간헐식 풍동에서는 시험 초기에 발생하는 시동하중의 영향으로 회전체의 동적균형(dynamic balancing) 특성에 불안정한 영향을 줄 수 있으며 시험 도중에도 고속유동의 영향으로 불안정해질 수 있다. 따라서 동적균형 특성이 잘 유지되고 있는지를 지속적으로 관찰할 수 있는 방안이 필요하다.
이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명의 기술적 과제는 저속으로 회전하는 풍동시험장치의 비행체 모형의 속도 측정을 안정적으로 수행하도록 하는 회전수 측정장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 회전수 측정장치는 감지부, 회로부 및 처리부를 포함한다. 상기 감지부는 회전체의 내주면에 형성되어 상기 회전체의 회전을 감지하여 신호를 출력하고, 서로 90도 위상차를 형성하는 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 제1 및 제2 감지센서를 포함한다. 상기 회로부는 상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 상기 처리부는 상기 디지털 신호에 의하여 상기 회전체의 회전수를 계산한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 회로부는 상기 디지털 신호를 상기 1 주기당 4개의 신호를 출력할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 감지부는 내주면에 반사율이 서로 다른 제1 및 제2 패턴이 교대로 형성되는 반사부싱 및 상기 반사부싱과 이격 되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 감지센서가 장착되는 홀더를 포함한다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 회전체와 상기 홀더 사이의 거리를 측정하기 위하여 상기 홀더 상에 거리측정센서를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 제1 및 제2 센서는 상기 제1 및 제2 반사패턴의 반사율을 인식하여 상기 제1 및 제2 측정데이터를 출력할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 상기 처리부는 FPGA 보드로 구현된다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 풍동시험장치는 회전운동하는 비행체 바디, 상기 비행체 바디 내부에 장착되고 상기 비행체 바디에 의하여 회전하는 실린더를 구비하고, 회전체의 내주면에 형성되어 상기 회전체의 회전을 감지하여 신호를 출력하고, 서로 90도 위상차를 형성하는 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 제1 및 제2 감지센서를 포함하는 감지부와 상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 회로부 및 상기 디지털 신호에 의하여 상기 회전체의 회전수를 계산하는 처리부를 포함한다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 따른 풍동시험장치는
본 발명과 관련된 일 실시예로서, 비행체 바디의 회전을 감지하고, 90도 위상차를 형성하도록 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 단계,
상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하는 단계 및 상기 디지털 신호를 회전수로 변환시키는 단계를 포함한다.
상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 1 주기 속도보다 느리게 회전하는 회전체의 회전속도를 측정할 수 있어, 고속회전 뿐만 아니라 저속회전 하는 회전체의 회전속도를 계산할 수 있다.
또한, 거리측정센서에 의하여 회전체와 회전수 측정장치 사이의 거리를 실시간을 측정하여 회전체의 동적균형특성을 지속적으로 기록하고, 회전체의 회전안정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 풍동시험장치의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 회전수 측정장치의 사시도.
도 3은 회전수 측정장치의 작동 상태를 나타내는 개념도.
도 4는 회전수 측정장치의 개념도.
도 5는 제1 및 제2 센서의 출력 신호를 나태낸 그래프.
도 6은 풍동시험장치의 구성도.
이하, 본 발명과 관련된 회전수 측정장치 및 이를 포함하는 풍동시험장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예 라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 풍동시험장치의 단면도.
도 1을 참조하면, 본 발명에 의한 풍동실험장치는 회전체(11)를 가압 유체의 방향에 대하여 일정 각도 기울일 수 있도록 구성되는 지지부재(100)와, 회전체(11)를 록킹 또는 록킹 해제시키는 록킹 유닛(200)과, 회전체(11)의 록킹 해제시 회전체(11)를 회전시키는 회전구동 유닛(300), 및 회전체(11)의 회전시 마그너스 효과에 의해 회전체(11)에 작용하는 측력을 측정하는 센싱 유닛(400)을 포함한다.
회전체(11)는 실제 비행체와 동일한 형상을 가지는 실제 비행체(10)의 모사물로서, 비행체(10)가 일정 비율로 축소된 형상을 갖는다. 회전체(11)는 마그너스 효과를 측정하고자 하는 실제 비행체(10)의 형상에 따라 다양한 형상, 및 크기를 가질 수 있다. 회전체(11)의 내부에는 풍동실험장치를 위치시키기 위한 내부 공간이 마련되며, 풍동실험시 풍동실험장치를 외부에서 감싸도록 배치된다.
지지부재(100)는 실린더 형태로 형성되며, 가압 유체의 방향에 일정 각도 기울어질 수 있도록 일단이 각도 조절 모듈에 연결된다. 지지부재(100)에는 회전체(11)를 회전시키기 위한 작동 유체를 공급되는 유로(110)가 구비된다. 유로(110)는 지지부재(100)의 중심축(X)을 따라 형성되며, 지지부재가 고속 회전됨에 따라 지지부재(100)가 일정 이상의 강성을 가질 수 있도록 지지부재(100)의 일정 깊이까지만 형성될 수 있다.
록킹 유닛(200)은 작동 유체의 작용에 따라 회전체(11)를 록킹 또는 록킹 해제시키기 위한 것으로서, 회전체(11)의 선단부에 고정되는 제1록킹부(210)와, 작동 유체의 압력에 의해 제1록킹부(210)에 교합되도록 구성되는 제2록킹부(220)를 포함한다. 제1 록킹부(210)는 삽입홈(211)을 구비하는 록킹 플레이트(210)를 포함할 수 있다. 록킹 플레이트(210)는 원형 플레이트 형태로 형성될 수 있다. 록킹 플레이트(210)는 볼트가 둘레를 따라 체결되어 회전체(11)에 선단부에 고정된다.
회전구동 유닛(300)은 회전체(11)의 록킹 해제시 작동 유체에 의해 회전체(11)를 회전시키기 위한 것으로서, 지지부재(100) 상에 장착되는 챔버(310)와, 챔버(310)의 외부에 장착되는 노즐(320), 및 회전체(11)의 내주면에 고정되는 로터(330)을 포함할 수 있다.
센싱 유닛(400)은 회전체(11)의 회전시 마그너스 효과에 의해 회전체(11)에 작용하는 측력을 측정하기 위한 것으로서, 회전체(11)의 내주면에 고정되는 외부 실린더(410)와, 외부 실린더(410)와 상대 회전 가능하게 결합되는 내부 실린더(420), 및 내부 실린더(420)의 내부에 장착되는 측력 센서(430)를 포함한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 회전수 측정장치의 사시도이고, 도 3은 회전수 측정장치의 작동 상태를 나타내는 개념도이다.
회전수 측정장치(500)는 회전체(11)의 내주면에 고정되는 반사 부싱(510)과, 지지부재(100)의 외주면에 장착되는 감지센서(520)와, 감지센서(520)에 연결되는 신호처리부(530)를 포함한다. 이하, 회전수 측정장치(500)의 구조를 설명한다.
상기 반사 부싱(510)은 회전체(11)의 내주면에 볼트로 고정되며, 그 내주면에는 서로 다른 반사율을 갖는 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)들이 복수로 배치된다. 제1 및 제2 반사패턴(511,512)은 반사 부싱(510)의 내주면을 따라 번갈아 배치되며, 반사율의 차이가 최대인 흰색과 검정색으로 구성되는 것이 바람직하다.
감지센서(520)는 지지부재(100)의 외주면에 고정되는 감지센서 홀더(525) 상에 장착되며, 반사 부싱(510)이 회전됨에 따라 제1 및 제2반사패턴(511,512)을 감지한다. 여기서, 감지센서(520)의 지향 방향은 반사 부싱(510)의 내주면을 향하도록 구성된다.
제1 및 제2반사패턴(511,512)이 각각 흰색과 검정색으로 형성된 경우, 제1반사패턴(511)이 감지센서(520)를 지나는 경우에는 감지센서(520)가 물체가 있는 것으로 인식하고, 제2반사패턴(512)이 감지센서(520)를 지나는 경우에는 감지센서(520)가 물체가 없는 경우로 인식한다. 감지센서(520)는 제1 및 제2반사패턴(511,512)과의 거리, 주변 밝기 등의 요인에 따라 변경되는 감도를 조절할 수 있도록 감도의 조절이 가능하도록 구성될 수 있다.
감지센서(520)는 회전체(11)의 위치 정보를 파악할 수 있도록 제1 및 제2감지센서(521, 522)로 구성될 수 있으며, 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)은 제1 및 제2감지센서(520)에서 출력된 신호의 위상차가 90도가 되도록 형성될 수 있다. 이를 위하여, 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)은 각각 반사 부싱(510)에 4개씩 구비되며, 제1 및 제2 감지센서(520)는 서로 112.5도의 각도를 가지도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 의한 반사 부싱(510)은 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)이 내주면을 따라 형성됨으로써, 풍동실험 시 발생하는 진동이 실험 결과에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
도 3을 참조하면 진동이 있는 경우 반사 부싱(510)은 (a) 위치에 위치하며, 진동이 발생하면 (b) 또는 (c) 위치에 위치하게 된다. 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)이 반경 방향을 따라 형성되는 경우, 진동이 없는 경우 진동이 발생하는 경우 측정된 반사 패턴의 주기가 서로 동일하므로, 진동 발생이 측정결과에 미치는 영향이 최소화될 수 있다.
거리측정센서(526)는 상기 홀더(525)의 외주면에 형성 될 수 있다. 상기 거리측정센서(526)는 상기 풍동시험장치의 회전체(11)와 상기 홀더(525) 사이에 형성되어 상기 회전체(11)와의 거리를 측정한다. 상기 회전체(11)에 시험 하중이 인가되는 경우에 상기 회전체(11)의 동적균형이 유지되는 지 여부를 확인할 수 있다. 즉, 상기 회전체(11)의 회전안정성을 향상시킬 수 있다.
도 4는 회전수 측정장치의 개념도이다. 도 5는 제1 및 제2 센서의 출력 신호를 나타낸 그래프이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 회전수 측정장치는 회로부, 처리부를 더 포함한다. 상기 제1 및 제2 감지센서(521, 522)는 회로부와 연결된다. 상기 제1 및 제2 감지센서(521, 522)는 약 90도 위상차를 형성하는 제1 및 제2 측정데이터를 출력한다.
도 5를 참조하면, 제1 감지센서(521)에서 출력되는 제1 측정데이터와 제2 감지센서(522)에서 출력되는 제2 측정데이터가 약 90도 즉, 1/4주기만큼 위상차가 발생하는 것을 알 수 있다.
상기 설명한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 감지센서(521, 522)는 서로 이격되어 배치된다. 상기 이격거리에 따라 상기 제1 및 제2 반사패턴을 감지하여 각각 제1 및 제2 측정데이터를 출력한다.
상기 회로부는 상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환한다. 예를 들어, 1/4주기 마다 상기 하나의 디지털 신호를 출력할 수 있다.
상기 디지털 신호는 처리부로 전달된다. 상기 처리부는 상기 디지털 신호를 이용하여 회전수를 계산한다. 상기 처리부는 디지털 입출력 채널과 아날로그 입출력 채널 등이 구비된 FPGA 보드로 구성될 수 있다. 상기 FPGA 보드는 기본 클럭 40MHz의 속도로 구현될 수 있다. 따라서, 1/4 주기 측정이 가능하고, 측정된 1/4 주기의 시간을 처리부에서 회전속도로 변환시킬 수 있다. 상기 처리부는 PC로 구현될 수 있다.
도 6은 풍동시험장치의 구성도이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 풍동시험장치의 시험 데이터는 PC에 의하여 기록된다. 상기 PC는 FPGA와 신호를 송수신하고, 입력되는 데이터들을 기록하고 실시간 모니터링 할 수 있도록 구현된다.
상기 제1 및 제2 감지센서(521, 522)와 제1 및 제2 반사패턴(511, 512)에 의하여 회로부로 신호가 출력된다. 상기 신호는 FPGA로 입력된다. 상기 신호는 디지털 신호로 변환된다.
상기 거리측정센서(526)는 상기 회전체(11, 도ㅇ1 참조)와 상기 홀더(525) 사이의 거리를 측정하여 상기 FPGA에 송신한다. 상기 거리는 아날로그 신호로 출력된다. 상기 FPGA는 측정된 거리의 신호를 상기 PC로 송신한다. 상기 PC는 상기 회전체(11, 도 1 참조)에 가해지는 하중에 다른 거리변화와 회전수를 기록한다.
상기 풍동시험장치에서 출력되는 신호 역시 상기 FPGA로 송신될 수 있다. 상기 신호는 아날로그 신호로 출력될 수 있다. 상기 풍동시험장치에서 출력되는 신호는 상기 PC로 송신될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 풍동시험장치는 반사부, 광섬유 및 검출회로에 의하여 회전수를 측정할 수 있고, 1/4주기 측정방법을 통하여 상대적으로 속도가 느린 회전수도 측정할 수 있다. 또한, 거리측정센서에 의하여 회전체와 회전수 측정장치 사이의 거리를 감지하여, 하중에 의한 흔들림 등을 방지할 수 있다. 즉, 회전 안정성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같은 신호들이 모두 PC로 송수신되어 회전체의 운동의 데이터를 기록하고 이를 풍동시험장치 시스템으로 송신하므로, 풍동시험장치 시스템을 한번에 기록 및 제어할 수 있어 시험의 정확성을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 회전수 측정장치 및 이를 포함하는 풍동시험장치는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (8)

  1. 회전체의 내주면에 형성되어 상기 회전체의 회전을 감지하여 신호를 출력하고, 서로 90도 위상차를 형성하는 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 제1 및 제2 감지센서를 포함하는 감지부;
    상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 회로부; 및
    상기 디지털 신호에 의하여 상기 회전체의 회전수를 계산하는 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 회로부는 상기 디지털 신호를 이용하여 1/4 주기 당 회전수를 계산하여 상기 회전수를 출력하는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감지부는,
    내주면에 반사율이 서로 다른 제1 및 제2 패턴이 교대로 형성되는 반사부싱; 및
    상기 반사부싱과 이격 되어 배치되고, 상기 제1 및 제2 감지센서가 장착되는 홀더를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 회전체와 상기 홀더 사이의 거리를 측정하기 위하여 상기 홀더 상에 거리측정센서를 구비하는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 및 제2 센서는 상기 제1 및 제2 반사패턴의 반사율을 인식하여 상기 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 처리부는 FPGA 보드로 구현되는 것을 특징으로 하는 회전수 측정장치.
  7. 회전운동하는 비행체 바디;
    상기 비행체 바디 내부에 장착되고 상기 비행체 바디에 의하여 회전하는 실린더; 및
    상기 실린더와 연결되어 상기 회전운동을 측정하는 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 해당되는 회전수 측정장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍동시험장치.
  8. 비행체 바디의 회전을 감지하고, 90도 위상차를 형성하도록 제1 및 제2 측정데이터를 출력하는 단계;
    상기 제1 및 제2 측정데이터를 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 디지털 신호를 회전수로 변환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍동시험장치의 회전수 측정방법.
KR1020120027935A 2012-03-19 2012-03-19 회전수 측정장치 및 이중모드 회전수 측정방법 및 이중모드 회전수 측정장치를 포함하는 풍동시험장치 KR101250258B1 (ko)

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