KR101589568B1 - 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템 - Google Patents

센서방식 풍동시험모델 세팅시스템 Download PDF

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KR101589568B1
KR101589568B1 KR1020140112394A KR20140112394A KR101589568B1 KR 101589568 B1 KR101589568 B1 KR 101589568B1 KR 1020140112394 A KR1020140112394 A KR 1020140112394A KR 20140112394 A KR20140112394 A KR 20140112394A KR 101589568 B1 KR101589568 B1 KR 101589568B1
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이영빈
오세윤
이종건
김영준
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명의 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템은 풍동실험 공간부위로 설치된 풍동시험모델(100)의 자세각(받음각, 요각, 롤각)데이터 검출을 위한 송수신 신호가 발생되는 비접촉식 거리측정센서(20), 비접촉식 거리측정센서(20)의 자세각 데이터로부터 풍동시험모델(100)의 거리정보를 추출하는 신호처리모듈(30), 풍동시험모델(100)의 자세각 분석으로 자세각 정확도를 높이기 위한 보정 데이터가 제공되는 거리정보분석모듈(40)이 포함됨으로써 비접촉식 거리측정센서(20)로 회전중심축을 중심으로 측정되어야 하는 풍동시험모델(100)의 정확한 자세각이 정확하게 세팅되고, 정확한 자세각 세팅으로 풍동실험 시 실제 비행조건과 유사한 시험조건을 모사함으로써 공력에 의해 변형되는 날개의 공력데이터가 정확하게 획득되는 특징을 갖는다.

Description

센서방식 풍동시험모델 세팅시스템{Sensor type Wind Experimental Model Setting System}
본 발명은 풍동시험시스템에 관한 것으로, 특히 풍동시험모델의 자세각 설정 시 휴먼에러(human error)의 영향을 제거한 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템에 관한 것이다.
일반적으로 풍동시험은 항공기나 유도무기를 대체한 풍동시험모델이 스트럿(Strut)(모델지지구조물)으로 고정됨으로써 풍동저울과 연계되고, 풍동시험모델에 작용하는 힘과 모멘트를 측정함으로써 항공기나 유도무기의 공기역학적인 힘이 측정되는 방식이다.
통상, 풍동시험 시 풍동시험모델의 자세각은 스트럿에서 풍동저울의 0도를 기준으로 하여 설정된다.
이러한 풍동시험모델의 자세각 설정방식은 높은 정확도의 공기역학적인 힘과 모멘트를 측정하기 위한 것으로, 이는 높은 정확도의 공력데이터를 얻기 위한 가장 기본적인 사항이 풍동저울 등과 같은 시험장비의 정확도나 측정방법도 중요하지만 풍동시험모델의 자세 설정에 의존됨에 기인된다.
국내특허공개 10-2002-0037953(2002년05월23일)
하지만, 스트럿에서 풍동저울의 0도를 기준으로 한 풍동시험모델의 자세각설정은 전적으로 작업자의 휴먼에러(human error)에 좌우될 수밖에 없는 방식이다.
그러므로, 풍동시험모델의 설치가 이루어질 때, 휴먼에러(human error)로 인해 자세각이 정확이 0도로 설정되지 않으면 모든 실험데이터들은 이 에러의 영향을 받게 되고, 그 결과로 부정확한 공력데이터를 얻을 수밖에 없다. 특히, 부정확한 자세각은 풍동시험 시 풍동시험모델의 날개 부분에서 발생되는 양력하중에 의한 날개 변형을 왜곡함으로써 부정확한 공력데이터의 획득이 더욱 심화될 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 비접촉식 거리측정센서로 회전중심축을 중심으로 측정되어야 하는 풍동시험모델의 정확한 자세각이 정확하게 세팅되고, 정확한 자세각 세팅으로 풍동실험 시 실제 비행조건과 유사한 시험조건을 모사함으로써 공력에 의해 변형되는 날개의 공력데이터가 정확하게 획득되는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템은 스트럿으로 고정되어 풍동장치의 풍동실험 공간으로 위치된 풍동시험모델을 향해 풍동실험 공간부위로 설치되고, 상기 풍동시험모델의 자세각 데이터 검출을 위한 송수신 신호가 발생되는 비접촉식 거리측정센서; 상기 비접촉식 거리측정센서의 자세각 데이터로부터 상기 풍동시험모델의 거리정보를 추출하는 신호처리모듈; 상기 신호처리모듈의 추출 거리정보로부터 풍동 실험으로 획득되는 공력데이터의 정확도를 저하시키는 상기 풍동시험모델의 자세각 분석이 이루어지고, 상기 풍동시험모델의 자세각 정확도를 높이기 위한 보정 데이터가 제공되는 거리정보분석모듈; 이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 자세각은 받음각(Angle of Attack), 요각(Yaw Angle), 롤각(Roll Angle)이다.
상기 비접촉식 거리측정센서는 상기 풍동시험모델의 회전중심과 임의의 지점에서 측정되는 거리 정보를 검출할 수 있는 2개의 센서가 한쌍을 이룬다. 상기 비접촉식 거리측정센서는 레이저를 송수신한다.
상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 받음각(Angle of Attack)을 검출하는 제1,2 받음각 센서로 구성되면, 상기 제1 받음각 센서는 상기 풍동시험모델의 동체의 앞쪽으로 위치되고, 상기 제2 받음각 센서는 상기 풍동시험모델의 동체의 뒤쪽으로 위치된다.
상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 요각(Yaw Angle)을 검출하는 제1,2 요각 센서로 구성되면, 상기 제1 요각 센서는 상기 풍동시험모델의 좌 날개의 끝쪽으로 위치되고, 상기 제2 요각 센서는 상기 풍동시험모델의 우 날개의 끝쪽으로 위치된다.
상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 롤각(Roll Angle)을 검출하는 제1,2 롤각 센서로 구성되면, 상기 제1 롤각 센서는 상기 풍동시험모델의 좌 날개의 위쪽에서 상기 좌 날개의 끝부위로 위치되고, 상기 제2 롤각 센서는 상기 풍동시험모델의 우 날개의 위쪽에서 상기 우 날개의 끝부위로 위치된다.
상기 비접촉식 거리측정센서는 풍동실험이 수행되기 전 상기 풍동시험모델의 좌,우 날개의 위쪽으로 설치되고, 풍동실험 시 상기 좌,우 날개의 공력에 의한 날개 변형을 공력데이터로 검출한다. 상기 비접촉식 거리측정센서는 상기 좌 날개의 위쪽으로 설치된 1개 이상의 센서와 상기 우 날개의 위쪽으로 설치된 1개 이상의 센서로 구성된다.
이러한 본 발명은 풍동시험 시 비접촉식 거리측정센서로 풍동시험모델의 자세각이 정확히 설정됨으로써 모델 설치 시 발생되는 휴먼에러가 최소화된다.
또한, 본 발명은 풍동시험모델의 정확한 자세각이 보증된 상태에서 풍동시험이 수행됨으로써 보다 높은 정확도로 풍동시험모델의 자세정보 측정이 가능하고, 이로부터 스트럿 방식대비 더 높은 정확도 향상을 가져온다.
또한, 본 발명은 공력데이터에 풍동시험모델의 날개 변형이 반영됨으로써 실제 비행조건과 유사한 시험조건을 모사하고, 특히 공력데이터 처리 및 분석에 있어서 정확도가 더 높아질 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 비접촉식 거리측정센서를 이용해 풍동시험모델의 자세각 중 받음각(Angle of Attack)의 설정상태이며, 도 3은 본 발명에 따른 비접촉식 거리측정센서를 이용해 풍동시험모델의 자세각 중 요각(Yaw Angle)의 설정상태이고, 도 4는 본 발명에 따른 비접촉식 거리측정센서를 이용해 풍동시험모델의 자세각 중 롤각(Roll Angle)의 설정상태이며, 도 5는 본 발명에 따른 비접촉식 거리측정센서를 이용해 풍동시험이 이루어지는 풍동시험모델의 공력에 의한 날개변형 검출상태이다.
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 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템의 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템은 풍동시험모델(100)에 대한 자세각을 회전중심과 임의의 지점에서 측정되는 거리 정보로부터 획득하는 자세각 세팅장치(10), 풍동장치(200)의 풍동저울과 연계되고 풍동시험모델(100)을 고정한 스트럿(Strut)(300)을 포함한다.
구체적으로, 상기 자세각 세팅장치(10)는 스트럿(Strut)(300)으로 고정된 풍동시험모델(100)에 신호를 송신한 후 반사되는 신호를 수신하는 비접촉식 거리측정센서(20), 비접촉식 거리측정센서(20)의 송수신 신호로부터 풍동시험모델(100)의 거리정보를 추출하는 신호처리모듈(30), 자세각(받음각, 요각, 롤각 등)의 데이터 보정을 통해 시험에러의 최소화와 공력데이터의 정확도를 향상시키도록 신호처리모듈(30)의 추출 거리정보로부터 풍동시험모델(100)의 자세각(받음각, 요각, 롤각 등)을 분석하는 거리정보분석모듈(40)로 구성된다.
특히, 상기 비접촉식 거리측정센서(20)는 풍동시험모델(100)의 자세각인 받음각, 요각, 롤각을 각각 검출하도록 다수개로 구성된다.
일례로, 풍동시험모델(100)의 받음각 검출을 위한 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 받음각 센서(21-1,21-2)로 구성됨으로써 2개가 한쌍을 이룬다. 풍동시험모델(100)의 요각 검출을 위한 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 요각 센서(23-1,23-2)로 구성됨으로써 2개가 한쌍을 이룬다. 풍동시험모델(100)의 롤각 검출을 위한 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1.2 롤각 센서(25-1,25-2)로 구성됨으로써 2개가 한쌍을 이룬다. 하지만, 비접촉식 거리측정센서(20)는 필요에 따라 2개 이상이 한쌍을 이룰 수 있고, 이러한 예는 풍동실험 시 공력에 의한 풍동시험모델(100)의 날개 변형을 날개 전체 길이에서 보다 정확하게 검출하는 경우를 들 수 있다.
그리고, 상기 비접촉식 거리측정센서(20)는 레이저가 선호되지만 비접촉식 수단은 모두 적용될 수 있다. 또한, 비접촉식 거리측정센서(20)의 검출 성능을 높이도록 풍동시험모델(100)에는 반사면(100A)을 형성할 수 있다.
한편, 도 2내지 도 4는 각각 비접촉식 거리측정센서(20)를 이용해 풍동시험모델(100)의 자세각을 정밀하게 검출하고, 검출 결과를 이용해 필요 시 자세각 보정으로 풍동시험모델(100)이 설치 조정이 이루어짐을 나타낸다.
도 2는 비접촉식 거리측정센서(20)를 이용한 풍동시험모델(100)의 받음각(Angle of Attack) 설정 및 검출로서, 이를 위해 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1 받음각 센서(21-1)와 제2 받음각 센서(21-2)로 구성된다. 구체적으로, 제1 받음각 센서(21-1)는 풍동시험모델(100)의 동체(100-1)의 앞쪽으로 위치되고, 제2 받음각 센서(21-2)는 풍동시험모델(100)의 동체(100-1)의 뒤쪽으로 위치된다. 이때, 풍동시험모델(100)의 동체(100-1)의 앞쪽과 뒤쪽에는 각각 반사면(100A)을 구비함으로써 제1 받음각 센서(21-1)와 제2 받음각 센서(21-2)의 송수신 효율을 높여준다.
그러므로, 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 받음각 센서(21-1,21-2)를 이용해 동체(100-1)의 앞쪽부위 및 뒤쪽부위에 대한 설치자세 데이터를 검출한다. 그러면, 신호처리모듈(30)은 비접촉식 거리측정센서(20)의 송수신 신호로부터 풍동시험모델(100)의 받음각 정보를 추출하고, 이어 거리정보분석모듈(40)은 받음각 정보로부터 받음각을 분석함으로써 필요 시 스트럿(300)과 고정된 동체(100-1)의 받음각 자세를 재조정하여 준다. 이러한 받음각 재조정으로 풍동실험 시 시험에러의 최소화와 공력데이터의 정확도가 향상될 수 있다.
도 3은 비접촉식 거리측정센서(20)를 이용한 풍동시험모델(100)의 요각(Yaw Angle) 설정 및 검출로서, 이를 위해 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 요각 센서(23-1,23-2)로 구성된다. 구체적으로, 제1 요각 센서(23-1)는 풍동시험모델(100)의 좌 날개(100-3)의 끝쪽으로 위치되고, 제2 요각 센서(23-2)는 풍동시험모델(100)의 우 날개(100-5)의 끝쪽으로 위치된다. 이때, 좌,우 날개(100-3,100-5)가 각각 연결된 풍동시험모델(100)의 동체(100-1)로 반사면(100A)을 구비함으로써 제1 요각 센서(23-1)와 제2 요각 센서(23-2)의 송수신 효율을 높여준다.
그러므로, 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 요각 센서(23-1,23-2)를 이용해 좌,우 날개(100-3,100-5)에 대한 설치자세 데이터를 검출한다. 그러면, 신호처리모듈(30)은 비접촉식 거리측정센서(20)의 송수신 신호로부터 풍동시험모델(100)의 요각 정보를 추출하고, 이어 거리정보분석모듈(40)은 요각 정보로부터 요각을 분석함으로써 필요 시 스트럿(300)과 고정된 동체(100-1)의 요각 자세를 재조정하여 준다. 이러한 요각 재조정으로 풍동실험 시 시험에러의 최소화와 공력데이터의 정확도가 향상될 수 있다.
도 4는 비접촉식 거리측정센서(20)를 이용한 풍동시험모델(100)의 롤각(Roll Angle) 설정 및 검출로서, 이를 위해 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 롤각 센서(25-1,25-2)로 구성된다. 구체적으로, 제1 롤각 센서(25-1)는 풍동시험모델(100)의 좌 날개(100-3)의 위쪽에서 좌 날개(100-3)의 끝부위로 위치되고, 제2 롤각 센서(25-2)는 풍동시험모델(100)의 우 날개(100-5)의 위쪽에서 우 날개(100-5)의 끝부위로 위치된다. 이때, 좌,우 날개(100-3,100-5)의 끝부위에는 각각 반사면(100A)을 구비함으로써 제1 롤각 센서(25-1)와 제2 롤각 센서(25-2)의 송수신 효율을 높여준다.
그러므로, 비접촉식 거리측정센서(20)는 제1,2 롤각 센서(25-1,25-2)를 이용해 좌,우 날개(100-3,100-5)에 대한 설치자세 데이터를 검출한다. 그러면, 신호처리모듈(30)은 비접촉식 거리측정센서(20)의 송수신 신호로부터 풍동시험모델(100)의 롤각 정보를 추출하고, 이어 거리정보분석모듈(40)은 롤각 정보로부터 롤각을 분석함으로써 필요 시 스트럿(300)과 고정된 동체(100-1)의 롤각 자세를 재조정하여 준다. 이러한 롤각 재조정으로 풍동실험 시 시험에러의 최소화와 공력데이터의 정확도가 향상될 수 있다.
한편, 도 5는 본 실시예에 따른 비접촉식 거리측정센서를 이용해 풍동시험이 이루어지는 풍동시험모델(100)의 공력에 의한 날개변형 검출상태를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 풍동장치(200)의 내부 공간에서 스트럿(300)을 이용해 설치된 풍동시험모델(100)은 비접촉식 거리측정센서(20)를 이용한 에러 보정으로 받음각과 요각 및 롤각이 정확히 유지된 상태이다. 그러므로, 풍동실험이 수행되기 전 풍동시험모델(100)의 좌,우 날개(100-3,100-5)의 위쪽으로 설치된 비접촉식 거리측정센서(20)는 공력에 의한 좌,우 날개(100-3,100-5)의 변형을 휴먼 에러 없는 정확한 데이터로 검출할 수 있다.
특히, 비접촉식 거리측정센서(20)의 센서 수량은 좌,우 날개(100-3,100-5)의 공력에 의한 변형 데이터의 정밀성을 보다 높일 수 있다. 이를 위해, 비접촉식 거리측정센서(20)는 좌 날개(100-3)의 위쪽으로 설치된 제1.2,3 날개 센서(27-1,27-2,27-3)와 우 날개(100-5)의 위쪽으로 설치된 제4,5,6 날개 센서(27-4,27-5,27-6)로 구성될 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템은 풍동실험 공간부위로 설치된 풍동시험모델(100)의 자세각(받음각, 요각, 롤각)데이터 검출을 위한 송수신 신호가 발생되는 비접촉식 거리측정센서(20), 비접촉식 거리측정센서(20)의 자세각 데이터로부터 풍동시험모델(100)의 거리정보를 추출하는 신호처리모듈(30), 풍동시험모델(100)의 자세각 분석으로 자세각 정확도를 높이기 위한 보정 데이터가 제공되는 거리정보분석모듈(40)이 포함됨으로써 비접촉식 거리측정센서(20)로 회전중심축을 중심으로 측정되어야 하는 풍동시험모델(100)의 정확한 자세각이 정확하게 세팅되고, 정확한 자세각 세팅으로 풍동실험 시 실제 비행조건과 유사한 시험조건을 모사함으로써 공력에 의해 변형되는 날개의 공력데이터가 정확하게 획득될 수 있다.
10 : 자세각 세팅장치 20 : 비접촉식 거리측정센서
21-1,21-2 : 제1,2 받음각 센서
23-1,23-2 : 제1,2 요각 센서
25-1,25-2 : 제1.2 롤각 센서
27-1,27-2,27-3,27-4,27-5,27-6 : 제1.2,3,4,5,6 날개 센서
30 : 신호처리모듈 40 : 거리정보분석모듈
100 : 풍동시험모델 100A : 반사면
100-1 : 동체 100-3,100-5 : 좌,우 날개
200 : 풍동장치 300 : 스트럿(Strut)

Claims (9)

  1. 스트럿으로 고정되어 풍동장치의 풍동실험 공간으로 위치된 풍동시험모델을 향해 풍동실험 공간부위로 설치되고, 상기 풍동시험모델의 자세각 데이터 검출을 위한 송수신 신호가 발생되는 비접촉식 거리측정센서;
    상기 비접촉식 거리측정센서의 자세각 데이터로부터 상기 풍동시험모델의 거리정보를 추출하는 신호처리모듈;
    상기 신호처리모듈의 추출 거리정보로부터 풍동 실험으로 획득되는 공력데이터의 정확도를 저하시키는 상기 풍동시험모델의 자세각 분석이 이루어지고, 상기 풍동시험모델의 자세각 정확도를 높이기 위한 보정 데이터가 제공되는 거리정보분석모듈;이 포함되고,
    상기 비접촉식 거리측정센서는 상기 풍동시험모델의 회전중심과 임의의 지점에서 측정되는 거리 정보를 검출할 수 있는 2개의 센서가 한 쌍을 이루며;
    상기 2개의 센서는 상기 풍동시험모델의 설치자세 데이터가 상기 풍동시험모델의 자세각 타입에 따라 구분되도록 상기 자세각 타입에 맞춰져 설치되는
    것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 자세각은 받음각(Angle of Attack), 요각(Yaw Angle), 롤각(Roll Angle)인 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉식 거리측정센서는 레이저를 송수신하는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 받음각(Angle of Attack)을 검출하는 제1,2 받음각 센서로 구성되면,
    상기 제1 받음각 센서는 상기 풍동시험모델의 동체의 앞쪽으로 위치되고, 상기 제2 받음각 센서는 상기 풍동시험모델의 동체의 뒤쪽으로 위치되는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 요각(Yaw Angle)을 검출하는 제1,2 요각 센서로 구성되면,
    상기 제1 요각 센서는 상기 풍동시험모델의 좌 날개의 끝쪽으로 위치되고, 상기 제2 요각 센서는 상기 풍동시험모델의 우 날개의 끝쪽으로 위치되는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 비접촉식 거리측정센서가 상기 자세각중 롤각(Roll Angle)을 검출하는 제1,2 롤각 센서로 구성되면,
    상기 제1 롤각 센서는 상기 풍동시험모델의 좌 날개의 위쪽에서 상기 좌 날개의 끝부위로 위치되고, 상기 제2 롤각 센서는 상기 풍동시험모델의 우 날개의 위쪽에서 상기 우 날개의 끝부위로 위치되는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 2개의 센서 각각은 풍동실험이 수행되기 전 상기 풍동시험모델의 좌,우 날개의 위쪽으로 설치되고, 풍동실험 시 상기 좌,우 날개의 공력에 의한 날개 변형을 공력데이터로 검출하는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 좌 날개의 위쪽으로 설치된 센서는 2개 이상으로 구성되고, 상기 우 날개의 위쪽으로 설치된 센서는 2개 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템.
KR1020140112394A 2014-08-27 2014-08-27 센서방식 풍동시험모델 세팅시스템 KR101589568B1 (ko)

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