KR101532688B1 - 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치에 관한 것으로, 판상의 조종면과, 조종면의 중심축을 따라 형성된 장착공에 힌지를 통해 상단이 연결된 받침대와, 조종면과 연결된 서보모터를 포함하며, 기존 플렉쳐나 핀 밸런스를 사용한 힌지토크 측정 방법의 단점을 극복하여 풍동시험요구조건에서 요구되는 다양한 조종면 각도에 해당하는 풍동시험 모형 제작비용 감소, 모형 교체 소요 시간과 인력 축소 및 풍압에 의한 조종면의 위치 변화를 최소화하여 풍동시험 시 정확하고 신속한 힌지토크 측정이 가능한 효과가 있는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치를 제공한다.

Description

비행체 조종면 힌지 토크 측정장치{MEASURING DEVICE OF HINGE MOMENT ACTING ON CONTROL SURFACE OF AIR VEHICLE}

본 발명은 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서보모터 및 제어기를 이용하여 풍동시험 모형의 조종면을 제어하고 동시에 조종면에 작용하는 공기역학적 힘을 서보모터 구동 전류로부터 측정하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치에 관한 것이다.

항공기의 조종면에 작용하는 공기역학적인 힘을 측정하기 위해서는 단축 평판형 플렉쳐를 사용하거나 힌지토크(힌지모멘트) 측정 전용 밸런스를 사용하여 풍동시험을 통해 측정한다.

단축 평판형 플렉쳐를 사용하는 경우는 풍동시험모델의 날개와 장착된 조종면 사이에 각도별로 제작된 플렉쳐를 장착하고 플렉쳐에 부착된 스트레인게이지에서 발생하는 저항 변화를 전압으로 측정하여 모멘트를 측정하는 방식이다.

이 방식에서 전기적 신호는 플렉쳐의 변형에 의해 발생하기 때문에 풍동 시험에서 필요로 하는 조종면의 각도 조절을 플렉쳐로 하는 것은 불가하다 따라서 시험에서 요구되는 조종면 각도에 따라 여러 개의 플렉쳐를 제작하여야 하고 각각의 플렉쳐, 스트레인 게이지를 교정해야 하며 해당 각도마다 풍동 시험을 중지하고 해당 플렉쳐를 교체하여야 한다.

이에 플렉쳐 제작과 교정 그리고 교체 작업에 따른 비용과 불편함이 있으며 풍동 시험 시간도 증가하게 된다.

또한 조종면 힌지점의 기계적 구조로 정확한 힌지토크 측정이 불가한 경우도 있어 설계 시 고려되어야 한다.

각도별 브라켓을 적용을 통한 힌지모멘트 측정방법 다음으로 통용되는 측정법은 힌지토크만을 측정하기 위한 소형 핀 밸런스를 이용하는 것이다.

이러한 소형 핀 밸런스의 경우 힌지토크만을 측정하기 위해 설계되고 풍동시험모형 내부에 장착되어야 하기 때문에 소형으로 제작비용이 고가이며, 특히 조종면의 크기가 다양하기 때문에 이에 상응하는 힌지토크 범위에 따라 소형 핀 밸런스를 구비하여야 하며 이는 고가의 밸런스를 다수 보유해야 하는 경제적 부담이 있다.

풍동시험 중 최근 시험 소요가 증가하고 있는 힌지토크 측정 풍동시험을 원활히 수행하기 위하여 조종면 각도 조절을 다수의 브라켓을 사용하여 교환하고 힌지토크 측정을 별도의 기구와 센서를 사용하여 측정하던 기존 방식과 달리, 정확한 힌지토크의 측정과 조종면 각도 제어를 동시에 수행할 수 있는 조종면 힌지토크 풍동 시험장치의 개발 필요성이 증대되고 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1038508호(2011.05.26.)

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명의 목적은, 정확한 힌지토크의 측정과 조종면 각도 제어를 동시에 수행할 수 있는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 비행체 또는 이와 유사한 대상체의 조종면에 대한 힌지토크 측정 풍동시험장치에 관한 기술로, 장치에 장착된 서보모터 및 제어기에 의한 조종면 변위각 제어와 조종면에 작용하는 힌지 토크를 측정할 수 있도록 전압신호 변환기와 데이터획득 장치를 갖춘 것을 특징으로 하며 다양한 범위의 서보모터를 힌지토크 측정장치로 교정하는 장치이다.

풍동 모형의 조종면을 임의의 변위각으로 제어하는 장치는 조종면이 장착된 서보모터와 서보모터 구동장치 그리고 모션제어기 및 위치피드백으로 구성되어 있다.

조종면의 변위각은 모션제어기로 명령 값을 설정하고 위치피드백 장치로부터 얻어진 변위각이 목표값에 도달하도록 피드백 제어하여 풍압에 의한 조종면의 변화가 없도록 하여 정확한 조종면 변위각에서 힌지토크를 측정하도록 한다.

조종면에 작용하는 공기역학적 힘은 조종면 변위각을 유지하기 위해 소요되는 서보모터의 전류에 비례한다.

이 전류는 서보모터 구동장치 내부에서 모멘트 제어를 위해 피드백 되는 전류로 정밀 저항을 사용하여 전압 형태로 변환시켜 데이터 획득시스템으로 획득한다. 획득된 전압데이터는 데이터획득시스템에서 교정계수를 사용하여 실시간으로 힌지토크로 계산되고 저장된다.

교정 작업은 서보모터가 장착된 조종면에 추를 이용하여 힘을 가할 수 있는 구조로 되어 있으며 임의의 각도에 조종면을 위치시키고 교정할 수 있도록 되어 있다.

또한 다양한 범위의 서보모터를 장착할 수 있도록 하여 조종면 힌지토크의 측정범위를 확장시킬 수 있도록 하였다.

이러한 본 발명에 따른 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치에 의하면, 기존 플렉쳐나 핀 밸런스를 사용한 힌지토크 측정 방법의 단점을 극복하여 풍동시험요구조건에서 요구되는 다양한 조종면 각도에 해당하는 풍동시험 모형 제작비용 감소, 모형 교체 소요 시간과 인력 축소 및 풍압에 의한 조종면의 위치 변화를 최소화하여 풍동시험 시 정확하고 신속한 힌지토크 측정이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 평면도,
도 2는 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 정면도,
도 3은 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 좌측면도,
도 4는 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 우측면도,
도 5는 전류값과 힌지토크의 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현할 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일실시예의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 정면도이고, 도 3은 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 좌측면도이고, 도 4는 도 1의 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치의 우측면도이고, 도 5는 전류값과 힌지토크의 그래프이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 비행체 조종면(100) 힌지 토크 측정장치는, 판상의 조종면(100)과, 조종면(100)의 중심축을 따라 형성된 장착공(110)에 회전가능하게 상단이 연결된 받침대(200)와, 조종면(100)과 연결된 서보모터(300)를 포함한다.

서보모터(300)는 조종면(100)과 받침대(200)가 이루는 각도를 임의적으로 조절할 수 있도록 하는 제어기를 포함한다.

제어기는 조종면(100)의 각도변형 값을 입력받아 서보모터(300)에 전류를 인가하는 모션제어기와, 조종면(100)의 각도변위를 측정하여 모션제어기에 입력하는 위치피드백장치를 포함한다.

또한, 제어기는 서보모터(300)에 인가되는 전류의 변화량을 전압으로 변환시키는 전압신호 변환기와, 전압신호변환기를 통해 산출된 전압데이터를 기록하는 데이터획득 장치를 포함한다.

데이터획득 장치에서 전압데이터가 교정계수를 사용하여 힌지토크로 계산된다.

조종면(100) 하단에 무게추(400)가 구비되는데, 무게추(400)의 하중을 통해 교정계수를 구하게 된다.

도 5는 교정 후 결과로서 전류값을 통해 힌지토크로 변환이 가능함을 확인할 수 있다.

100: 조종면 110: 장착공
200: 받침대 300: 서보모터
400: 무게추

Claims (5)

1. 판상의 조종면;
   상기 조종면의 중심축을 따라 형성된 장착공에 회전가능하게 상단이 연결된 받침대;
   상기 조종면과 연결된 서보모터;를 포함하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치에 있어서,
   상기 조종면 하단에 무게추가 구비된 것을 특징으로 하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서보모터는 상기 조종면과 상기 받침대가 이루는 각도를 임의적으로 조절할 수 있도록 하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 조종면의 각도변형 값을 입력받아 상기 서보모터에 전류를 인가하는 모션제어기와,
   상기 조종면의 각도변위를 측정하여 상기 모션제어기에 입력하는 위치피드백장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 제어기는
   상기 서보모터에 인가되는 전류의 변화량을 전압으로 변환시키는 전압신호변환기와,
   상기 전압신호변환기를 통해 산출된 전압을 기록하는 데이터획득 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 비행체 조종면 힌지 토크 측정장치.
5. 삭제

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