KR101547849B1 - 2차원 단면모형 풍동실험을 위한 풍동 시험체의 지그장치 및 이를 구비한 풍동시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 풍동시험 대상이 되는 구조물의 축소한 2차원 단면모형 시험체 즉, 풍동 시험체가 풍하중을 받을 때의 2차원 거동(연직 진동과 비틂 진동)이 가능하도록 풍동 시험체를 지지하는 지그장치와, 이러한 지그장치를 구비하고 있으며 중,대형의 송풍내부에 설치되어 풍동 시험체가 등류상태의 풍하중에 놓임과 동시에 지그장치 및 기타 계측장치에 풍하중으로 인한 영향이 최소화되는 시험환경을 조성할 수 있게 하는 풍동시험장치에 관한 것이다.
본 발명에서는 상,하부 수평프레임(12a, 12b); 축부재(25)에 의해 풍동 시험체(5)의 단부에 결합되어 풍동 시험체(5)와 동일한 연직 거동 및 비틂 거동을 하게 되는 모형결합지그(20); 및 상,하부 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20) 사이를 탄성적으로 연결하는 탄성부재(30)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지그장치가 제공되며, 더 나아가 풍동 시험체가 횡방향으로 가로질러 배치되는 송풍본체(2)와, 상기 송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에 각각 구비되어 풍동 시험체(5)를 지지하는 상기한 지그장치와; 상기 지그장치를 덮는 덮개(3)와; 상기 송풍본체(2)의 종방향 전방 입구에 설치되어 송풍되어 오는 바람이 갈라질 때 송풍본체(2) 내부의 난류 발생을 억제하는 정류판(4)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍동시험장치가 제공된다.

Description

2차원 단면모형 풍동실험을 위한 풍동 시험체의 지그장치 및 이를 구비한 풍동시험장치{Adjustable Jig System for Two-Dimensional Wind Tunnel}

본 발명은 2차원 단면모형으로 이루어진 풍동 시험체의 2차원적 거동에 대한 풍동실험을 수행할 수 있도록 풍동 시험체를 지지하는 지그장치와, 이를 구비한 풍동시험장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 풍동시험 대상이 되는 구조물의 축소한 2차원 단면모형 시험체 즉, 풍동 시험체가 풍하중을 받을 때의 2차원 거동(연직 진동과 비틂 진동)이 가능하도록 풍동 시험체를 지지하는 지그장치와, 이러한 지그장치를 구비하고 있으며 중,대형의 송풍내부에 설치되어 풍동 시험체가 등류상태의 풍하중에 놓임과 동시에 지그장치 및 기타 계측장치에 풍하중으로 인한 영향이 최소화되는 시험환경을 조성할 수 있게 하는 풍동시험장치에 관한 것이다.

교량의 교각 위에 설치되는 바닥판, 거더 등으로 이루어진 교량 상부구조물이나, 항공기의 날개 등과 같은 구조물에 풍하중이 작용하였을 때 나타나는 영향을 연구하기 위하여, 풍동시험을 수행하게 되는데, 일반적으로는 풍동시험 대상이 되는 구조물의 축소한 2차원 단면모형 시험체(풍동 시험체)를 제작한 후, 강제 송풍이 이루어지는 밀폐된 통로 형태의 송풍박스 내에 풍동 시험체를 가로질러 고정 배치하고, 송풍박스 내로 강제 송풍을 하여 등류형태의 바람에 의한 풍하중이 풍동 시험체의 측면에 가해진 상태에서 풍동 시험체의 거동을 파악하는 형태로 풍동 시험이 진행된다. 대한민국 등록특허 제10-1102659호에는 이러한 풍동 시험에 대한 내용이 개시되어 있다.

풍동 시험을 통하여 풍동 시험체의 2차원 거동(연직 진동과 비틂 진동)을 파악하기 위해서는, 풍하중을 받을 때 풍동 시험제가 연직 진동과 비틂 진동이 가능하도록 지지하는 것이 중요하다. 특히, 풍동 시험체에 다양한 조건을 부여하여 풍동 시험을 수행할 필요가 있는 바, 풍동 시험체를 지지하되 풍동 시험에서 의도하고 있는 실험 조건에 맞추어서 풍동 시험체가 지지될 필요가 있다.

풍동 시험체에 대해 정밀하고 유용한 풍동 실험을 수행하기 위해서는, 바람이 송풍되는 유로의 폭과, 유로에 대해 횡방향으로 가로질러 배치되는 풍동 시험체의 크기가 서로 부합되어야 하는데, 풍동 시험체는 다양한 물리적인 크기를 가지고 있는 바, 각각의 풍동 시험체의 횡방향 길이에 맞는 유로 폭을 가지는 장치를 각각의 풍동 시험마다 구비하는 것은 매우 비경제적이고 현실적이지도 않다.

따라서 다양한 크기의 풍동 시험체에 대해 풍동 시험을 수행하기 위해서는, 풍동 시험체의 횡방향 길이보다 유로 폭이 큰 중,대형의 송풍박스를 이용할 수밖에 없는데, 큰 유로 폭을 가지는 송풍박스 내에 상대적으로 작은 크기의 풍동 시험체를 배치하였을 때, 풍동 시험체를 지지하는 지그장치와 풍동 시험체의 물리적 거동을 측정하는 계측 장비가, 송풍박스 내의 유로 내에 노출된 상태로 존재하게 되어, 송풍박스 내에 등류 형태의 바람이 강제 송풍되더라도, 송풍박스 내부를 흐르는 바람에 의해 지그장치와 계측 장비가 영향을 받게 될 뿐만 아니라, 바람이 흐르는 유로 안에 지그장치가 존재하게 됨으로 인하여 공기 유로의 균질성이 교란되므로, 풍동시험을 위하여 기본적으로 형성해야할 바람의 등류상태의 모사가 어렵게 되고, 그에 따라 신뢰성 있는 풍동 시험 결과를 확보하기 어렵다는 문제가 발생한다.

대한민국 등록특허공보 제10-1102659호(2012. 01. 04. 공고) 참조.

본 발명은 위와 같은 풍동 시험을 수행시에 제기되는 필요성을 충족하고 중,대형의 송풍박스를 이용하여 다양한 크기의 풍동 시험체를 풍동 시험함으로 인하여 발생되는 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 바람의 강제 송풍이 일어나는 송풍박스 내에서 풍동 시험체가 풍하중을 받을 때 풍동 시험체가 원활하게 2차원 거동을 할 수 있도록 지지하면서도 다양한 시험 조건에 맞추어서 풍동 시험체를 지지할 수 있도록 하는 지그장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 위와 같은 지그장치를 구비하여 효율적으로 풍동 시험체에 대한 풍동 시험을 수행할 수 있으며, 더 나아가 풍동 시험체의 횡방향 길이보다 횡방향 폭이 큰 송풍박스를 이용하여 풍동 시험을 수행하면서도 송풍박스 내부를 흐르는 바람에 의하여 지그장치와 계측 장비에 가해지는 영향을 최소화함으로써, 풍동 시험체의 2차원 거동을 높은 정확도로 파악할 수 있게 하는 풍동시험장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 풍동시험을 수행하기 위하여, 바람이 강제 송풍되는 송풍본체의 횡방향 양측 벽체의 외측면에 각각 구비되어, 송풍본체의 내부 공간에서 횡방향으로 가로질러 배치되는 풍동 시험체를 지지하는 지그장치로서, 각각 종방향으로 연장된 한 쌍의 빔 부재로 이루어져 서로 평행하게 배치되는 상,하부 수평프레임; 종방향으로 연장된 빔 부재로 이루어지고 상,하부 수평프레임 사이에서 상,하부 수평프레임과 평행하게 배치되며, 벽체에 형성된 연직방향의 개방구를 관통하는 축부재에 의해 풍동 시험체의 단부에 결합되어 풍동 시험체와 동일한 연직 거동 및 비틂 거동을 하게 되는 모형결합지그; 및 상,하부 수평프레임과 모형결합지그 사이를 탄성적으로 연결하는 탄성부재를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지그장치가 제공된다.

또한 상기한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 풍동 시험체의 연직 거동 및 비틂 거동을 시험하기 위한 풍동시험장치로서, 바람이 강제 송풍되는 통로 형태로 이루어져 그 내부에 풍동 시험체가 횡방향으로 가로질러 배치되는 송풍본체와, 상기 송풍본체의 횡방향 양측 벽체의 외측면에 각각 구비되어 풍동 시험체를 지지하는 상기한 본 발명의 지그장치와; 상기 지그장치를 덮는 덮개와; 상기 송풍본체의 종방향 전방 입구에 설치되어 송풍되어 오는 바람이 갈라질 때 송풍본체 내부의 난류 발생을 억제하는 정류판)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍동시험장치가 제공된다.

이와 같은 본 발명에 따른 지그장치 및 풍동시험장치는, 상기 모형결합지그에는, 풍동 시험체의 질량을 조절하기 위한 무게추가 설치되는 무게추 설치부재가 구비되어 있으며; 상기 무게추 설치부재는 모형결합지그에 대해 종방향으로 이동가능하도록 모형결합지그에 결합되어 있는 구성을 가질 수도 있다.

더 나아가, 이러한 본 발명에 따른 지그장치 및 풍동시험장치는, 모형결합지그의 종방향 양 단부측에는, 모형결합지그를 따라 종방향으로 이동이 가능한 지그이동체결구가 각각 구비되어 있고; 상기 지그이동체결구의 연직방향 위쪽에는 각각 상부 수평프레임에 상부 수평프레임을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구가 구비되어 있으며; 상기 지그이동체결구의 연직방향 아래쪽에는 각각 하부 수평프레임에 하부 수평프레임을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구가 구비되어 있고; 상부 수평프레임 및 하부 수평프레임과 모형결합지그 사이에 배치되는 탄성부재의 양단은 각각 상기 지그이동체결구와 상기 프레임 이동체결구에 결합되어 있어서, 지그이동체결구와 프레임 이동체결구를 종방향으로 이동시킴에 따라 모형결합지그를 수평프레임에 결합하고 있는 탄성부재의 위치가 변화되는 구성을 가질 수도 있으며, 모형결합지그의 외부를 연직방향으로 간격을 두고 감싸는 링 형상의 부재로 구성되어, 송풍본체의 횡방향 벽체 외면에 고정 설치되는 거동제한부재를 더 구비하여; 상기 거동제한부재의 내면과 모형결합지그의 상,하부 간 존재하는 유격 내에서만 모형결합지그가 연직 방향으로 진동하거나 비틂에 의한 회전할 수 있게 구성될 수도 있다.

본 발명에 의하면, 바람의 강제 송풍이 일어나는 송풍박스 내에서 풍동 시험체가 풍하중을 받을 때 풍동 시험체가 원활하게 2차원 거동을 할 수 있도록 풍동 시험체를 지지할 수 있으며, 그와 동시에 감쇠장치 및 탄성부재의 변경, 무게추의 증감 등에 의하여 감쇠비 변화, 연직 진동수의 변화 등 다양한 풍동 시험체의 지지조건을 가지고 풍동 시험체에 대한 풍동시험을 수행할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의한 풍동시험장치는, 송풍박스의 전방에 설치된 정류판과, 지그장치를 덮는 덮개를 구비하고 있으므로, 본 발명에 따른 풍동시험장치를 규모가 더 큰 중,대형의 송풍박스 유로 내에 배치하고 상기 중,대형의 송풍박스로 강제 송풍하여 풍동 시험을 수행할 때, 정류판의 기능에 의해 송풍박스 내에 난류가 발생하는 것이 최소화될 뿐만 아니라, 지그장치에 작용하는 바람에 의한 영향이 최소화되어, 송풍박스 내로 흐르는 공기 유로의 균질성을 계속 유지할 수 있게 되며, 그에 따라 풍동 시험체의 2차원 거동에 대한 신뢰성 있는 시험 결과를 확보할 수 있게 되는 효과가 발휘된다.

도 1은 본 발명에 따른 지그장치를 구비한 풍동시험장치의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지그장치를 구비한 풍동시험장치에서 지그장치의 구성이 보이도록 덮개가 송풍본체로부터 분리된 상태를 도시한 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 풍동시험장치에서 지그장치가 설치되어 있는 송풍본체의 횡방향 일측 벽체만을 별도로 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 지그장치에 구비된 모형결합지그와 그 주변 구성을 상세히 보여주는 도 3의 원 A부분의 개략적인 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 풍동시험장치가 중,대형의 송풍박스 유로 내에 배치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

도 1에는 본 발명에 따른 지그장치를 구비한 풍동시험장치(1)의 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 2에는 본 발명에 따른 지그장치를 구비한 풍동시험장치(1)에서 지그장치의 구성이 보이도록 덮개(3)가 송풍본체(2)로부터 분리된 상태로 보여주는 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)는, 바람이 강제 송풍되는 사각 통로 형태의 송풍본체(2)와, 상기 송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에는 각각 구비되어 풍동 시험체(5)를 지지하는 지그장치를 포함하여 구성된다. 특히, 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)에는 상기 지그장치를 덮는 덮개(3)와, 상기 송풍본체(2)의 종방향 전방(바람이 불어오는 쪽) 입구에 설치되어 송풍되어 오는 바람이 갈라질 때 송풍본체(2) 내부의 난류 발생을 억제하는 정류판(4)이 더 포함되어 구비될 수 있다.

본 명세서에서 본 발명에 따른 지그장치 및 풍동시험장치(1)를 설명함에 있어서 편의상 바람이 흘러가는 방향을 "종방향"이라고 기재하고, 이에 직교한 수평방향을 "횡방향"이라고 기재하며, 종방향에 연직하게 직교한 방향을 "연직방향"이라고 기재한다. 도 1에서 화살표 X-X 방향이 종방향이며, 화살표 Y-Y 방향은 횡방향, 그리고 화살표 Z-Z 방향이 연직방향이다.

풍동시험을 위해서는, 교량 등의 실험대상 구조물을 모사하도록 축소하여 제작된 풍동 시험체(5)가 송풍본체(2)의 내부 공간에서 횡방향으로 가로질러 배치된다. 풍동시험장치(1)를 이루는 송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에는 각각 본 발명에 따른 지그장치가 설치되어 있어서, 풍동 시험체(5)의 횡방향 양단이 각각 본 발명의 지그장치에 결합되어 지지되어 있다. 즉, 종방향으로 바람이 강제 송풍되어 풍동 시험체(5)에 풍하중이 작용하였을 때, 풍동 시험체(5)가 시험하고자 하는 2차원 거동(연직 진동 및 비틂 진동)을 할 수 있도록 풍동 시험체(5)의 횡방향 양단이 각각 본 발명의 지그장치에 의해 탄성 지지되어 있는 것이다.

도 3에는 도 1 및 도 2에 도시된 풍동시험장치(1)에서 지그장치가 설치되어 있는 송풍본체(2)의 횡방향 일측 벽체(10)만을 별도로 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 구체적으로 본 발명의 지그장치는, 각각 종방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어져 연직방향으로 간격을 두고 서로 나란하게 배치되는 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b); 종방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어지고 상기 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b) 사이의 간격 내에서 수평프레임(12a, 12b)과 평행하게 배치되며 풍동 시험체(5)의 일단에 결합되어 풍동 시험체(5)와 동일한 2차원 거동을 하게 되는 모형결합지그(20); 및 상기 수평프레임(12a, 12b)과 상기 모형결합지그(20) 사이를 탄성적으로 연결하는 탄성부재(30)를 포함하여 구성된다.

우선 모형결합지그(20)부터 살펴본다. 도 4에는 모형결합지그(20)의 구성을 상세히 보여주는 도 3의 원 A부분의 개략적인 확대도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 모형결합지그(20)는 종방향으로 길게 연장된 빔 부재로 이루어질 수 있는데, 풍동 시험체(5)를 향하는 횡방향 내측에는 풍동 시험체(5)와 결합되는 축부재(25)가 구비되어 있다. 상기 축부재(25)는 송풍본체의 횡방향 벽체(10)에 개구부(40)를 통과하여 송풍본체의 내부 공간으로 그 단부가 연장되어 있으며, 이렇게 송풍본체의 내부 공간으로 연장된 상기 축부재(25)의 단부는 풍동 시험체(5)의 횡방향 단부에 결합된다. 상기 개구부(40)는 후술하는 것처럼 풍동 시험체(5)의 연직 진동에 따라 축부재(25)가 연직방향으로 직선 왕복 운동할 할 수 있도록 연직방향으로 길게 연장된 장공형태로 형성될 수 있다.

상기 모형결합지그(20)에는, 풍동 시험체(5)의 질량을 조절하기 위한 무게추(W1, W2)가 설치될 수 있는데, 이를 위해서 모형결합지그(20)에는 무게추 설치부재(29)가 구비되어 있다. 특히, 본 발명에서 상기 무게추 설치부재(29)는 무게추를 쉽게 증감할 수 있는 구성을 가지며, 더 나아가 모형결합지그(20)에 대해 종방향으로 이동가능하도록 결합되어 있는 구성을 가질 수 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 상기 무게추 설치부재(29)는 모형결합지그(20)의 횡방향 외측면에서 돌출될 형태로 구비된 무게추 삽입봉의 형태로 구현되어 있다. 그리고 무게추(W1, W2)는 링 형태로 이루어져 있어서, 무게추 설치부재(29)에 해당하는 무게추 삽입봉에 상기 무게추(W1, W2)가 각각 끼워지는 형태를 가지고 있다. 이러한 구성에 의하면, 무게추 삽입봉에 끼워지는 무게추(W1, W2)의 개수를 임의로 가감할 수 있으므로, 풍동 실험을 수행함에 있어서 풍동 시험체(5) 즉, 모형결합지그(20)에 부여하여야 하는 질량의 조절이 매우 용이하게 되는 효과가 발휘된다. 무게추(W1, W2)는 풍동 시험체(5)의 횡방향 단부에 결합되는 축부재(25)가 위치하는 곳에 존재하는 중앙 무게추(W1)와, 그 이외의 위치에 존재하는 보조 무게추(W2)로 구분될 수 있는데, 본 발명에서 상기 보조 무게추(W2)가 끼워지는 무게추 삽입봉 즉, 무게추 설치부재(29)는 앞서 설명한 것처럼 종방향으로 모형결합지그(20)를 따라 이동가능하게 설치될 수 있다. 즉, 보조 무게추(W2)가 결합되는 무게추 삽입봉은 모형결합지그(20)에 대해 종방향으로 이동가능하도록 결합될 수 있는 것이다. 예를 들면, 모형결합지그(20)의 횡방향 외측면에 오목한 홈(201)을 종방향으로 길게 형성하고, 무게추 삽입봉의 일단이 상기 오목한 홈(201) 내에 끼워지게 하여, 무게추 삽입봉(29)이 오목한 홈(201)을 따라 움직일 수 있게 구성할 수 있는 것이다. 이와 같이 보조 무게추(W2)를 설치하는 무게추 설치부재(29)를 모형결합지그(20)에 대해 종방향으로 이동가능하게 결합하여 설치하게 되면, 풍동 시험을 수행함에 있어서 모형결합지그(20)에 대해 질량이 부여되는 위치를 풍동시험의 목적과 의도에 맞추어서 자유롭게 선택할 수 있게 되는 장점이 있다.

모형결합지그(20)의 연직방향 위쪽과 아래쪽에는 각각 간격을 두고 수평프레임(12a, 12b)이 배치되어 풍동시험장치(1)의 횡방향 벽체(10)에 일체로 고정 설치되어 있다. 즉, 종방향으로 연장되어 있는 빔 부재로 이루어진 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b)의 사이에 모형결합지그(20)가 위치하고, 이러한 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20)는 서로 평행하게 종방향으로 연장된 상태로 배치되어 있는 것이다. 편의상 본 명세서에서는, 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b)을 각각 구분하여 지칭할 필요가 있을 경우에는 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b) 중에서 연직방향으로 모형결합지그(20)의 위쪽에 배치된 것을 "상부 수평프레임(12a)"이라고 기재하고, 연직방향으로 모형결합지그(20)의 아래쪽에 배치된 것을 "하부 수평프레임(12b)"이라고 기재한다.

이렇게 서로 평행하게 종방향으로 배치된 한 쌍의 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20) 사이에는 연직방향으로 탄성부재(30)가 배치되어 서로 연결된다. 즉, 모형결합지그(20)의 종방향 양 단부측에서, 상부 수평프레임(12a)과 모형결합지그(20) 사이에 연직하게 탄성부재(30)가 배치되어, 상기 탄성부재(30)에 의해 상부 수평프레임(12a)과 모형결합지그(20)가 서로 결합되어 있는 것이다. 모형결합지그(20)의 종방향 양 단부측에서 하부 수평프레임(12b)과 모형결합지그(20) 사이에도 이와 마찬가지로 탄성부재(30)가 연직하게 배치되어 결합되어 있다. 이와 같이, 탄성부재(30)에 의해 모형결합지그(20)가 수평프레임(12a, 12b)에 결합됨으로써, 모형결합지그(20) 및 이와 결합된 풍동 시험체(5)가 수평프레임(12a, 12b)에 탄성적으로 지지되어 있는 것이다.

상기 탄성부재(30)는 예를 들어 스프링으로 구성될 수 있는데, 본 발명에서 상기 탄성부재(30)는 종방향으로 그 위치가 이동할 수 있도록 그 양단이 각각 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20)에 결합될 수 있다. 상부 수평프레임(12a)과 모형결합지그(20) 사이에 배치되는 탄성부재(30)의 종방향 이동 가능한 배치 결합 구성을 좀더 상세히 살펴보면, 모형결합지그(20)의 종방향 양 단부측에는, 모형결합지그(20)를 따라 종방향으로 이동이 가능한 지그이동체결구(21)가 각각 구비되어 있으며, 상기 지그이동체결구(21)의 연직방향 위쪽에는 상부 수평프레임(12a)에도 상부 수평프레임(12a)을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구(120)가 구비되어 있으며, 상부 수평프레임(12a)과 모형결합지그(20) 사이에 배치되는 탄성부재(30)의 양단은 각각 상기 지그이동체결구(21)와 상기 프레임 이동체결구(120)에 결합되어 있다. 하부 수평프레임(12a)에도 상기 지그이동체결구(21)의 연직방향 아래쪽에 하부 수평프레임(12b)을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구(120)가 구비되어 있어서, 하부 수평프레임(12b)과 모형결합지그(20) 사이에 배치되는 탄성부재(30)의 양단도 각각 상기 지그이동체결구(21)와 상기 프레임 이동체결구(120)에 결합되어 있다.

따라서 지그이동체결구(21)와 프레임 이동체결구(120)를 종방향으로 이동시킴에 따라 모형결합지그(20)를 수평프레임(12a, 12b)에 결합하고 있는 탄성부재(30)의 위치가 바뀌게 되며, 그에 따라 모형결합지그(20) 및 이와 결합된 풍동 시험체(5)에 대해 다양한 지지조건을 부여하여 풍동시험을 수행할 수 있게 된다. 풍동 시험을 수행함에 있어서, 탄성부재(30) 자체를 교체함으로써 시험목적에 맞는 연직 진동수를 모사할 수도 있지만, 이에 더하여 본 발명에서는 위와 같은 지그이동체결구(21)와 프레임 이동체결구(120)의 종방향 이동 가능 구성을 통해서, 탄성부재(30)에 의해 모형결합지그(20)를 지지하는 위치를 풍동시험목적과 내용에 맞추어서 자유롭게 선택할 수 있게 되는 장점을 더 가지게 된다.

도면에 예시된 실시예에서, 지그이동체결구(21)는 모형결합지그(20)를 감싸는 링 형상의 부재로 이루어지고, 프레임 이동체결구(120) 역시 수평프레임(12a, 12b)을 감싸는 링 형상의 부재로 이루어져서, 종방향으로 이동가능한 구성을 가지고 있으나, 지그이동체결구(21)와 프레임 이동체결구(120)가 종방향으로 이동가능하도록 하는 구성은 이에 한정되지 아니하며 다양하게 변화될 수 있다.

본 발명의 지그장치에서는, 상기 수평프레임(12a, 12b)을 설치할 목적으로, 그리고 더 나아가 수평프레임(12a, 12b)을 연직방향으로 이동시킬 수 있도록 하기 위한 목적으로, 연직프레임(11)을 더 구비할 수도 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 한 쌍의 연직프레임(11)이 구비되어 있는데, 개구부(40)가 사이에 위치하도록 한 쌍의 연직프레임(11)이 종방향으로 간격을 두고 서로 나란하게 연직하게 배치되어 풍동시험장치(1)의 횡방향 벽체(10)에 일체로 고정 설치되어 있다. 그리고 수평프레임(12a, 12b)은 각각 상기 연직프레임(11)의 횡방향 외측면에서 수평하고 평행한 상태를 유지하면서 연직프레임(11)을 따라 연직방향으로 이동이 가능하도록 결합되어 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 수평프레임(12a, 12b)을 서로 평행한 수평상태를 유지한 채로 그 연직 설치 높이를 자유롭게 조절할 수 있게 되어, 다양한 실험 조건의 풍동실험을 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

본 발명의 지그장치에서는 풍동 시험체(5)의 감쇠비 조정을 위하여 감쇠장치(40)가 모형결합지그(20)에 일체로 연결되어 설치되어 있다. 도면에 도시된 실시예의 경우, 모형결합지그(20)에서 축부재(25)가 결합되어 있는 위치에서, 아래쪽으로 감쇠장치(40)가 위치하여 모형결합지그(20)와 연결되어 있다. 감쇠장치(40)로는 유체를 이용하거나 공압을 이용하는 등 감쇠기능을 가지는 다양한 형태의 공지된 감쇠장치를 이용할 수 있다.

본 발명에 따른 풍동시험장치(1)에서는, 후술하는 것처럼 풍하중의 작용에 따라 풍동 시험체(5)에 2차원 거동(연직 진동 및 비틂 진동)이 발생하게 되는데, 과도한 2차원 거동의 발생은 바람직하지 아니하므로, 이를 제안하기 위한 거동제한부재(110)가 본 발명의 지그장치에 더 구비될 수 있다. 상기 거동제한부재(110)는 모형결합지그(20)의 외부를 연직방향으로 간격을 두고 감싸는 링 형상의 부재로 구성되어, 송풍본체의 횡방향 벽체(10) 외면에 직접, 또는 벽체(10)에 설치되는 연직프레임(11)에 결합되어 간접적으로 벽체(10)의 외면에 고정 설치되어 구비될 수 있다. 거동제한부재(110)의 내면과 모형결합지그(20)의 상,하부 간에는 유격이 있으므로, 그 유격의 범위 내에서 모형결합지그(20)는 연직 방향으로 진동하거나 비틂에 의한 회전할 수 있게 된다. 즉, 모형결합지그(20)의 연직 진동 및 비틂 진동의 범위가 거동제한부재(110)의 내면과 모형결합지그(20)의 상,하부 간에 존재하는 유격으로 제한되는 것이다. 따라서 모형결합지그(20) 및 풍동 시험체(5)에 과도한 2차원 거동이 발생하는 것을 억제함으로써, 지그장치의 파손 등을 효과적으로 예방할 수 있게 된다.

도면에서 부재번호 130은 모형결합지그(20)의 변위 등을 측정하기 위한 센서(130)로서, 도면에 도시된 실시예에서는 상기 센서(130)가 레이저를 조사하는 레이저 센서로 이루어지며, 상부 수평프레임(12a)에서 종방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 부재번호 131은 센서(130)로부터 조사되는 레이저 빔을 받아들이는 수광부재(131)로서 모형결합지그(20)에 설치되는 것이다. 위에서는 센서(130)로서 레이저 센서를 예시하였으나, 본 발명에서 모형결합지그(20)의 변위 등을 측정하기 위한 센서(130)는 이에 한정되지 아니하며, 종래의 일반적인 기계식 변위계 등 다양한 공지의 센서가 이용될 수 있다.

풍동시험장치(1)를 이루는 송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에는 각각 위에서 설명한 구성을 가지는 본 발명에 따른 지그장치가 설치되고, 풍동 시험체(5)는 그 횡방향 양단이 각각 본 발명의 지그장치에 결합되어 지지된 상태로 풍동시험장치(1)의 송풍본체(2) 내에 횡방향으로 배치된다. 이러한 상태에서 송풍본체 내로 바람이 종방향으로 강제 송풍되면 풍동 시험체(5)에 풍하중이 작용하게 되는데, 풍동 시험체(5)의 횡방향 양단부에 결합된 축부재(25)는 송풍본체의 횡방향 벽체(10)에 형성된 개구부(40)를 통과하여 모형결합지그(20)에 결합되어 있으므로, 풍동 시험체(5)의 연직 진동 및 비틂 진동은 결국 모형결합지그(20)의 2차원 거동(연직 진동 및 비틂 진동)으로 나타난다. 즉, 풍동 시험체(5)가 연직 방향으로 진동하게 되면 축부재(25)는 연직방향으로 연장된 장공으로 이루어진 개구부(40) 내에서 연직하게 움직이게 되어 모형결합지그(20)가 연직 방향으로 진동하는 것이며, 풍동 시험체(5)가 비틂 진동하게 되면 모형결합지그(20) 역시 동일하게 비틂 진동하게 되는 것이다.

모형결합지그(20)는 탄성부재(30)에 의해 양단부가 수평프레임(12a, 12b)에 탄성 결합되어 있고, 모형결합지그(20)에는 무게추(W1, W2) 및 감쇠장치(40)가 결합되어 있으므로, 실험자는 무게추의 질량 및 감쇠장치의 감쇠비, 그리고 탄성부재(30)의 위치와 탄성계수를 의도하는 풍동 시험 목적 및 조건에 맞게 조정하여 설정하여, 해당 풍하중에 따른 연직 진동 및 비틂 진동에 따른 변위를 측정하게 된다.

이와 같이 본 발명의 지그장치와 이를 구비한 풍동시험장치(1)에서는, 바람의 강제 송풍이 일어나는 송풍박스(2) 내에서 풍동 시험체(5)가 풍하중을 받을 때 풍동 시험체(5)가 원활하게 2차원 거동을 할 수 있도록 지지할 수 있으며, 그와 동시에 감쇠장치 및 탄성부재의 변경, 무게추의 증감 등에 의하여 감쇠비 변화, 연직 진동수의 변화 등 다양한 풍동 시험체의 지지조건을 가지고 풍동 시험체에 대한 풍동시험을 수행할 수 있게 되는 장점이 있다.

위에서 설명한 본 발명에 따른 지그장치는 송풍박스(2)의 횡방향 타측 벽체에도 동일하게 구비된다.

도 5에는 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)가 중,대형의 송풍박스 유로 내에 배치되어 있는 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있다. 앞서 설명한 것처럼, 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)는 송풍박스(2)의 전방에 정류판(4)이 설치되어 있고, 송풍박스(2)의 횡방향 양측 벽체(10)에는 지그장치를 덮는 덮개(3)가 설치되어 있다. 따라서 풍동 시험의 수행을 위하여 도 5에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)를 규모가 더 큰 중,대형의 송풍박스(200) 유로 내에 배치하고 상기 중,대형의 송풍박스로 강제 송풍하게 되면, 정류판(4)에 의하여 바람이 송풍박스(2)의 안쪽과 바깥으로 갈라지면서 송풍박스(2) 내에 난류가 발생하는 것이 최소화시킬 뿐만 아니라, 지그장치가 유로에 노출되지 않은 상태이기 때문에 지그장치에 작용하는 바람에 의한 영향이 최소화되어, 송풍박스(2) 내로 흐르는 공기 유로의 균질성 즉, 등류형태를 계속 유지할 수 있게 되며, 그에 따라 풍동 시험체의 2차원 거동에 대한 신뢰성 있는 시험 결과를 확보할 수 있게 된다.

도 5에서는 중, 대형 송풍박스의 유로 내에 위치한 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)의 송풍박스(2)가 그 연직방향 높이도 상대적으로 작은 것으로 도시되어 있으나, 중,대형 송풍박스의 유로 천장과 바닥을 본 발명에 따른 풍동시험장치(1)의 송풍박스를 이루는 천장과 바닥으로 삼아서, 중,대형 송풍박스의 유로 내에 상기한 본 발명의 지그장치가 구비된 벽체(10)를 시험 대상이 되는 풍동 시험체(5)의 횡방향 길이에 맞추어서 중, 대형 송풍박스의 유로 내에 설치함으로써, 본 발명의 풍동시험장치(1)를 구성할 수도 있다.

1: 풍동시험장치
2: 송풍박스
3: 덮개
20: 모형결합지그
30: 탄성부재

Claims (4)

1. 풍동시험을 수행하기 위하여, 바람이 강제 송풍되는 송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에 각각 구비되어, 송풍본체(2)의 내부 공간에서 횡방향으로 가로질러 배치되는 풍동 시험체(5)를 지지하는 지그장치로서,
   각각 종방향으로 연장된 한 쌍의 빔 부재로 이루어져 서로 평행하게 배치되는 상,하부 수평프레임(12a, 12b);
   종방향으로 연장된 빔 부재로 이루어지고 상,하부 수평프레임(12a, 12b) 사이에서 상,하부 수평프레임(12a, 12b)과 평행하게 배치되며, 벽체(10)에 형성된 연직방향의 개방구(40)를 관통하는 축부재(25)에 의해 풍동 시험체(5)의 단부에 결합되어 풍동 시험체(5)에 대응되는 연직 거동 및 비틂 거동을 하게 되는 모형결합지그(20); 및
   상,하부 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20) 사이를 탄성적으로 연결하는 탄성부재(30)를 포함하여 구성되고;
   모형결합지그(20)에는, 풍동 시험체(5)의 질량을 조절하기 위한 무게추(W1, W2)가 설치되는 무게추 설치부재(29)가 구비되어 있으며;
   무게추 설치부재(29)는 모형결합지그(20)에 대해 종방향으로 이동가능하도록 모형결합지그(20)에 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 풍동 시험체의 지그장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   모형결합지그(20)의 종방향 양 단부측에는, 모형결합지그(20)를 따라 종방향으로 이동이 가능한 지그이동체결구(21)가 각각 구비되어 있고;
   지그이동체결구(21)의 연직방향 위쪽에는 각각 상부 수평프레임(12a)을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구(120)가 상부 수평프레임(12a)에 구비되어 있으며;
   지그이동체결구(21)의 연직방향 아래쪽에는 각각 하부 수평프레임(12b)을 따라 이동이 가능한 프레임 이동체결구(120)가 하부 수평프레임(12b)에 구비되어 있고;
   상,하부 수평프레임(12a, 12b)과 모형결합지그(20) 사이에 배치되는 탄성부재(30)의 양단은 각각 지그이동체결구(21)와 프레임 이동체결구(120)에 결합되어 있어서, 지그이동체결구(21)와 프레임 이동체결구(120)를 종방향으로 이동시킴에 따라 모형결합지그(20)를 상,하부 수평프레임(12a, 12b)에 결합하고 있는 탄성부재(30)의 위치가 변화되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 풍동시험체의 지그장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   모형결합지그(20)의 외부를 연직방향으로 간격을 두고 감싸는 링 형상의 부재로 구성되어, 송풍본체의 횡방향 벽체(10) 외면에 고정 설치되는 거동제한부재(110)를 더 구비하여;
   거동제한부재(110)의 내면과 모형결합지그(20)의 상,하부 간 존재하는 유격 내에서만 모형결합지그(20)가 연직 방향으로 진동하거나 비틂에 의한 회전할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 풍동시험체의 지그장치.
   
4. 풍동 시험체(5)의 연직 거동 및 비틂 거동을 시험하기 위한 풍동시험장치로서,
   바람이 강제 송풍되는 통로 형태로 이루어져 그 내부에 풍동 시험체가 횡방향으로 가로질러 배치되는 송풍본체(2)와,
   송풍본체(2)의 횡방향 양측 벽체(10)의 외측면에 각각 구비되어 풍동 시험체(5)를 지지하는 청구항 제1항 또는 제2항에 의한 풍동시험체의 지그장치와;
   상기 풍동시험체의 지그장치를 덮는 덮개(3)와;
   송풍본체(2)의 종방향 전방 입구에 설치되어 송풍되어 오는 바람이 갈라질 때 송풍본체(2) 내부의 난류 발생을 억제하는 정류판(4)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 풍동시험장치.

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