KR101447417B1 - 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치 - Google Patents

항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치 Download PDF

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KR101447417B1 KR1020140100603A KR20140100603A KR101447417B1 KR 101447417 B1 KR101447417 B1 KR 101447417B1 KR 1020140100603 A KR1020140100603 A KR 1020140100603A KR 20140100603 A KR20140100603 A KR 20140100603A KR 101447417 B1 KR101447417 B1 KR 101447417B1
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Abstract

본 발명은 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치에 관한 것으로서, 항공기 엔진의 추력을 측정할 수 있는 추력 측정부와, 토오크를 측정할 수 있는 토오크 측정부를 포함하는 측정장치로서, 추력 측정부는, 베이스 프레임 상에 베이스 프레임과 이격되게 설치되는 마운트 프레임; 마운트 프레임에 구비되어 항공기 엔진의 추력을 측정하는 추력 측정용 로드셀; 및 마운트 프레임 위에 이동가능하게 설치되고, 그 상면에는 항공기 엔진이 장착되는 한편 이동되면서 추력 측정용 로드셀을 눌러 가압하는 이동프레임;을 포함하고, 토오크 측정부는, 마운트 프레임과 베이스 프레임 사이에 구비되어 엔진의 회전력을 토오크로 측정하는 토오크 측정용 로드셀;을 포함하는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치를 제공한다.

Description

항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치{MEASURING APPARATUS FOR THRUST AND TORQUE OF AEROPLANE ENGINE }
본 발명은 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공기 엔진의 추력과 토오크를 동시에 측정할 수 있도록 한 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치에 관한 것이다.
항공기에 사용되는 엔진은 왕복 엔진과 가스 터빈 엔진으로 구분될 수 있다. 일반적으로, 가스 터빈 엔진은 제트 엔진이라는 용어로 많이 사용된다.
제트 엔진은 왕복 엔진과 달리 공기를 연속적으로 흡입-압축-연소-배기하는 과정으로 이루어지기 때문에, 상대적으로 진동이 적고 효율이 높은 특성을 가지는 엔진으로서, 높은 고도의 고속 비행을 하는 항공기에 주로 사용되고 있다.
저속으로 낮은 고도로 비행 시에는 왕복 엔진이 가스 터빈 엔진보다 높은 효율성을 갖고 있으며 정비 및 관리가 용이하기 때문에, 초경량 항공기, 소형 헬리콥터 엔진에는 왕복 엔진이 널리 사용되고 있다.
하지만, 이러한 항공기 엔진의 성능 측정은 매우 중요한 정비요소임에도 불구하고, 종래에는 항공기 엔진의 추력을 측정하거나 또는 자동차 엔진의 토오크를 측정하는 장비들은 일부 개발되어 있으나, 항공기 엔진의 추력과 토오크를 동시에 측정할 수 있는 장치의 개발은 없었고, 이로 인해 항공기 엔진의 추력과 토오크를 정확하게 측정할 수 없는 단점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자 대한민국 등록특허공보 제10-0718809호(이하 문헌 1이라 칭함), 대한민국 등록실용신안공보 제20-0213418호(이하 문헌 2라 칭함) 및 대한민국 실용신안공보 제20-0299172호(이하 문헌 3이라 칭함)에서는 추력과 토크를 동시에 측정하는 장치를 개시하고 있으나,
문헌1의 경우, 추력측정시 축방향 힘을 전달하는 과정에 손실이 많고, 토크측정시에도 중심을 정확히 잡지 못하여 측정값의 정확도가 떨어지는 문제점이 있고,
문헌 2의 경우, 추력측정을 위해 추력이 전달되는 방향에 토크측정을 위한 베어링(5)이 위치하고 있어 추력측정시 베어링의 간섭으로 추력측정의 정확도가 떨어지는 문제점이 있고,
문헌 3의 경우, 추력센서(a) 및 토크센서(b)를 스트레인게이지를 채택함에 따라 추력센서(a)와 토크센서(b)에서 얻어진 전기신호는 회전축(16)의 내측단부에 설치된 접촉자(40)에 전달되어 따로 설치되는 앰프에서 증폭된후 A/D컨버터에서 디지털신호로 변환되어 저장되는 복잡한 구조를 갖는 단점이 있다.
문헌 1: 대한민국 등록특허공보 제10-0718809호 문헌 2: 대한민국 등록실용신안공보 제20-0213418호 문헌 3: 대한민국 실용신안공보 제20-0299172호
이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 항공기 엔진의 추력과 토오크를 동시에 측정하되, 그 정확도를 향상시킨 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적은, 항공기 엔진의 추력을 측정할 수 있는 추력 측정부와, 토오크를 측정할 수 있는 토오크 측정부를 포함하는 측정장치로서, 추력 측정부는, 베이스 프레임 상에 베이스 프레임과 이격되게 설치되는 마운트 프레임; 마운트 프레임에 구비되어 항공기 엔진의 추력을 측정하는 추력 측정용 로드셀; 및 마운트 프레임 위에 이동가능하게 설치되고, 그 상면에는 항공기 엔진이 장착되는 한편 이동되면서 추력 측정용 로드셀을 눌러 가압하는 이동프레임;을 포함하고, 토오크 측정부는, 마운트 프레임과 베이스 프레임 사이에 구비되어 엔진의 회전력을 토오크로 측정하는 토오크 측정용 로드셀;을 포함하되, 베이스 프레임 상에 회전가능하게 구비되는 한편 마운트 프레임과 연결되어 마운트 프레임을 회전가능케 하는 중심축을 포함하는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치에 의해 달성된다.
또한, 마운트 프레임은 베이스 프레임 상에 다수의 지지대로서 지지되게 구비되고, 마운트 프레임 상,하부의 지지대에는 마운트 프레임을 지지대에 결합 고정시키는 한 쌍의 너트부재로 구비되는 로크너트가 설치될 수 있다.
그리고, 추력 측정용 로드셀에 대향되는 이동프레임에는 이동프레임과 같이 이동되는 가압축이 구비되고, 추력 측정용 로드셀에는 가압축의 하중만큼 눌리는 입력 플레이트가 구비될 수 있다.
게다가, 마운트 프레임과 이동프레임 사이에 구비되어 이동프레임을 가이드하면서 마찰력을 최소화하는 가이더를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치에 따르면, 하나의 측정장치로서 항공기 엔진의 추력과 토오크를 동시에 측정하되 측정방법이 간편할 뿐 아니라 측정시간을 단축시킬 수 있고,또한 측정값의 정확도도 높아 항공기 엔진의 성능을 보다 신속하면서도 정확하게 파악할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 엔진 추력 및 토오크 동시 측정장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 항공기 엔진 추력 및 토오크 동시 측정장치의 구성을 보인 분리도이다.
도 3은 본 발명에 따른 측정장치의 추력 측정부와 토오크 측정부를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 측정장치의 마운트 프레임과 이동프레임의 결합구조를 보인 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 측정장치에 추력에 의한 하중이 작용하는 방향을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 측정장치에 엔진 회전에 의한 토오크가 작용하는 방향을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
첨부도면 도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 베이스 프레임(110) 상에 항공기 엔진의 추력을 측정할 수 있는 추력 측정부(100a)와, 토오크를 측정할 수 있는 토오크 측정부(100b)가 구성된다.
베이스 프레임(110)은 다수의 수평 프레임과 수직 프레임으로 이루어진 육면체로 형성되고, 그 하면의 각 코너부위에는 측정장치(100)의 이동을 자유롭게 함과 더불어 측정장치(100)를 고정시킬 수 있는 고정수단과 캐스터(111)가 구비되며, 상면에는 베이스 프레임(110)을 덮어 가리는 베이스 플레이트(112)가 구비된다.
그리고, 베이스 플레이트(112) 위에는 추력 측정부(100a)와, 토오크 측정부(100b)가 구성된다.
추력 측정부(100a)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스 플레이트(112) 위에 다수의 베어링(121)을 매개로 한 중심축(120)이 베이스 플레이트(112)의 길이방향 즉 긴 방향으로 평행하게 위치되어 회전가능하게 설치된다.
이러한 중심축(120)에는 베이스 플레이트(112)와 이격되게 설치되는 한편 중심축(120)의 양단부에 결합 고정되어 연동되는 마운트 프레임(122)이 구비되며, 마운트 프레임(122) 위에는 상부 플레이트(125)가 고정되게 설치되어 구비된다. 따라서, 상부 플레이트(125)와 마운트 프레임(122)은 엔진의 회전력에 의해 중심축(120)을 기준으로 도 6의 좌우 측으로 회전될 수 있다.
이와 같이 구비되는 상부 플레이트(125)는 각 코너부가 베이스 플레이트(112)에 각각의 지지대(126)를 통해서 연결된 상태로 지지되어 구비되고, 지지대(126)의 상,하 양단부에는 지지대(126)를 각각 상부 플레이트()와 베이스 플레이트()에 지지 고정시키기 위한 로크너트(126b)가 구비된다.
로크너트(126b)는 복수의 너트부재로 구성된 것으로, 상부의 너트부재는 플레이트(112)(125) 상부의 지지대(126)에 나사 결합되고, 하부의 너트부재는 플레이트(112)(125) 하부의 지지대(126)에 나사 결합되는 것으로, 양 너트부재를 플레이트(112)(125)의 상,하면에 접할 때까지 지지대(126)에 체결하면, 지지대(126) 상에 플레이트(112)(125)를 견고하게 고정시킬 수 있게 된다.
특히, 상부 플레이트(125)를 지지대(126)에 결합시키는 로크너트(126b)는 본 측정장치(100)의 이동 시는 로크너트(126b)를 상부 플레이트(125)의 상,하면에 접할 때까지 지지대(126)에 체결하여 상부 플레이트(125)를 지지대(126)에 견고히 고정시키고, 항공기 엔진의 토오크 측정 시는 로크너트(126b) 중에서 상부 플레이트(125) 상부의 너트부재를 지지대(126)에서 일정량 풀어내 상부 플레이트(125)가 회전될 수 있도록 일정한 간격을 형성하게 된다.
물론, 지지대(126)가 관통하는 상부 플레이트(125)의 각 코너부에는 상부 플레이트(125)의 회전 시 상부 플레이트(125)와 지지대(126) 간의 간섭을 해소할 수 있도록 장공이 형성됨이 바람직하다.
그리고, 상부 플레이트(125) 위에는 상부 플레이트(125)의 길이 방향으로 이동가능하게 설치되는 이동프레임(128)이 구비되고, 이동프레임(128)과 상부 플레이트(125) 사이에는 상부 플레이트(125)에서 이동되는 이동프레임(128)의 마찰 저항을 최소화할 수 있도록 한 가이더(127)가 설치된다.
이러한 가이더(127)는 상부 플레이트(125) 상에서 이동프레임(128)을 가이드할 수 있는 가이드장치면 모두 만족하나, 본 실시예에서는 상부 플레이트(125)의 상면에 복수의 가이드레일(127a)을 이격되게 설치하고, 이에 대응한 이동프레임(128)의 하면에는 가이드레일(127a) 상에서 슬라이드 이동되는 슬라이드블럭(127b)을 설치함으로써 이동프레임(128)의 이동 시 작용하는 마찰 저항을 최소화할 수 있어, 항공기 엔진의 추력을 보다 정확하면서도 정밀하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 이와 같이 구비되는 이동프레임(128)의 일단부 하부에는 이동프레임(128)과 같이 이동되는 가압축(129)이 설치되고, 가압축(129)에 대응한 마운트 프레임(122)의 일단부에는 추력 측정용 로드셀(123)이 설치된다.
그리고, 추력 측정용 로드셀(123)의 외측 단부에는 가압축(129)에 의해 가압되는 입력 플레이트(124)가 설치되어, 가압축(129)에 의한 가압력이 입력 플레이트(124)에 작용되면, 추력 측정용 로드셀(123)은 입력 플레이트(124)에 작용하는 가압력을 하중으로 연산하여 추력을 산출하게 된다.
또한, 상기와 같이 설치된 이동프레임(128) 위에는 항공기 엔진의 양단부를 지지 고정하여 장착시킬 수 있는 한 쌍의 엔진 마운트 고정대(130)가 이격되게 설치되고, 양 엔진 마운트 고정대(130)는 이동프레임(128) 상에서 이동가능하게 설치되어 엔진 마운트 고정대(130) 사이의 폭을 조절할 수도 있게 된다.
따라서, 도 5에서와 같이, 엔진 마운트 고정대(130)에 의해서 엔진에서 발생되는 추력에 의한 반작용의 힘을 이동프레임(128)의 직선 이동으로 변환시켜 줌으로써 엔진의 추력을 측정할 수 있게 된다.
토오크 측정부(100b)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 플레이트(125)와 베이스 프레임(110) 사이의 양측부에는 엔진의 회전방향에 따른 토오크에 의한 하중을 측정하는 토오크 측정용 로드셀(141)을 포함한다.
즉, 상부 플레이트(125)의 양측부와, 이에 대응하는 베이스 프레임(110)의 양측부에는 각각 고정 크레비스(140)가 고정되게 설치되고, 각 고정 크레비스(140)의 단부에는 하중 전달용 로드 엔드(142)가 회전가능하게 결합되어 설치되며, 서로 마주하는 상,하의 하중 전달용 로드 엔드(142)에는 토오크 측정용 로드셀(141)이 회전가능하게 결합되어 구비된다.
따라서, 도 6에서와 같이, 엔진의 추력 방향과 직교하는 엔진의 회전 방향으로 엔진의 토오크가 작용되고, 이에 상부 플레이트(125)가 엔진의 회전 방향으로 회전되면서 일측의 토오크 측정용 로드셀(141)을 눌러 가압하게 되고, 이 가압력은 토오크 측정용 로드셀(141)에 하중으로 작용되어 엔진의 토오크로 산출되어 측정된다.
물론, 이때 상부 플레이트(125)를 지지대(126)에 결합 고정시킨 로크너트(126b)는 전술한 바와 같이, 상,하 너트부재 중 상부의 너트부재가 지지대(126)에서 일정량 풀린 상태로 상부 플레이트(125)와 이격되어 있으므로 상부 플레이트(125)는 지지대(126) 상에서 엔진의 회전방향을 따라 회전될 수 있게 된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치의 측정과정을 설명한다.
먼저, 측정하고자 하는 항공기 엔진의 크기에 따라 측정장치(100)의 이동프레임(128) 상면에 구비된 양 엔진 마운트 고정대(130)의 폭을 조절하여 고정시키고, 상부 플레이트(125) 위로 돌출된 각 지지대(126)에 체결되어 있는 로크너트(126b)의 상부 너트부재를 지지대(126)로부터 일정량 풀어낸다.
이후, 항공기 엔진을 양 엔진 마운트 고정대(130) 사이에 구비하여 장착한 후, 항공기 엔진을 작동시킨다.
그러면, 항공기 엔진의 추력이 도 5에서와 같이, 엔진 마운트 고정대(130)의 후면부에 작용하게 되고, 이와 같이 작용하는 엔진의 추력에 의한 반작용의 힘으로 이동프레임(128)이 가이더(127)를 매개로 상부 플레이트(125)의 상면에서 후방으로 슬라이드 이동된다.
이와 같이 이동되는 이동프레임(128)과 더불어 가압축(129)이 마운트 프레임(122)의 선단부 측으로 이동되면서 마운트 프레임(122)의 선단부에 구비되어 있는 추력 측정용 로드셀(123)의 입력 플레이트(124)를 가압하게 된다.
따라서, 이와 같이 항공기 엔진의 추력에 의한 반작용의 힘이 추력 측정용 로드셀(123)의 입력 플레이트(124)에 하중으로 작용되고, 이 하중을 추력 측정용 로드셀(123)에서 엔진의 추력값으로 산출해 냄으로써 항공기 엔진의 추력을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 측정장치(100)에서는 전술한 바와 같이 항공기 엔진의 추력을 측정함과 동시에 항공기 엔진의 토오크를 측정할 수 있는 바, 항공기 엔진의 작동 시 발생되는 엔진의 회전력이 도 6에서와 같이 측정장치(100)에 반시계방향으로 작용한다.
그러면, 도 6을 기준으로 하여, 상부 플레이트(125)와 마운트 프레임(122)이 반시계방향으로 회전되면서 측정장치(100)의 왼측편에 구성된 토오크 측정용 로드셀(141)을 눌러 가압하게 된다.
이와 같이 토오크 측정용 로드셀(141)에 작용된 가압력은 고정 크레비스(140)와, 하중 전달용 로드 엔드(142)를 통해 토오크 측정용 로드셀(141)로 전달되고, 토오크 측정용 로드셀(141)은 이의 가압력 즉 하중을 엔진의 토오크값으로 산출해 냄으로써 항공기 엔진의 추력과 동시에 엔진의 토오크를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 측정장치(100)에서는 항공기 엔진의 추력과 토오크를 동시에 측정할 수 있으므로 항공기 엔진의 성능을 간편하면서 신속하게 측정할 수 있게 된다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
따라서, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 측정장치 100a : 추력 측정부
100b : 토오크 측정부 110 : 베이스 프레임
111 : 캐스터 112 : 베이스 플레이트
120 : 중심축 121 : 베어링
122 : 마운트 프레임 123 : 추력 측정용 로드셀
124 : 입력 플레이트 125 : 상부 플레이트
126 : 지지대 126b : 로크너트
127 : 가이더 127a : 가이드레일
127b : 슬라이드블럭 128 : 이동프레임
129 : 가압축 130 : 엔진 마운트 고정대
140 : 고정 크레비스 141 : 토오크 측정용 로드셀
142 : 하중 전달용 로드 엔드

Claims (5)

  1. 항공기 엔진의 추력을 측정할 수 있는 추력 측정부와, 토오크를 측정할 수 있는 토오크 측정부를 포함하는 측정장치로서,
    추력 측정부는, 베이스 프레임 상에 베이스 프레임과 이격되게 설치되는 마운트 프레임;
    마운트 프레임에 구비되어 항공기 엔진의 추력을 측정하는 추력 측정용 로드셀; 및
    마운트 프레임 위에 이동가능하게 설치되고, 그 상면에는 항공기 엔진이 장착되는 한편 이동되면서 추력 측정용 로드셀을 눌러 가압하는 이동프레임;을 포함하고,
    토오크 측정부는, 마운트 프레임과 베이스 프레임 사이에 구비되어 엔진의 회전력을 토오크로 측정하는 토오크 측정용 로드셀;을 포함하되,
    베이스 프레임 상에 회전가능하게 구비되는 한편 마운트 프레임과 연결되어 마운트 프레임을 회전가능케 하는 중심축을 포함하는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    마운트 프레임은 베이스 프레임 상에 다수의 지지대로서 지지되게 구비되는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    마운트 프레임 상,하부의 지지대에는 마운트 프레임을 지지대에 결합 고정시키는 한 쌍의 너트부재로 구비되는 로크너트가 설치되는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    추력 측정용 로드셀에 대향되는 이동프레임에는 이동프레임과 같이 이동되는 가압축이 구비되고,
    추력 측정용 로드셀에는 가압축의 하중만큼 눌리는 입력 플레이트가 구비되는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    마운트 프레임과 이동프레임 사이에 구비되어 이동프레임을 가이드하면서 마찰력을 최소화하는 가이더를 포함하는 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치.
KR1020140100603A 2014-08-05 2014-08-05 항공기 엔진 추력 및 토오크 측정장치 KR101447417B1 (ko)

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