KR101601612B1 - 엔진 시험용 연료 공급장치 - Google Patents

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KR101601612B1
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정상섭
김동식
도현우
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한국항공우주연구원
김은종
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Abstract

본 발명은 엔진 시험용 연료 공급장치에 관한 것으로서, 엔진을 시험함에 있어 연료의 온도, 압력, 유량을 조절하여 엔진으로 공급하는 연료 공급장치로서, 온도조절장치에 의해 내부의 연료를 가열하거나 냉각시키는 온도조절탱크; 온도조절탱크와 엔진을 연결하여 온도조절탱크 내의 상온 또는 고온 또는 저온의 연료를 엔진으로 공급하는 한편 공급되는 연료의 압력을 조절하는 압력조절밸브가 구비되어 있는 연료공급라인; 엔진에 연결되어 엔진으로부터 배출되는 연료가 유입되어 리턴되는 연료리턴라인; 및 연료공급라인과 연료리턴라인을 연결하는 한편 그 유로 상에 유량조절밸브가 구비되어 연료공급라인의 연료를 연료리턴라인으로 바이패스시켜 엔진으로 공급되는 연료의 유량을 조절하는 바이패스라인;을 포함하는 엔진 시험용 연료 공급장치를 제공한다.

Description

엔진 시험용 연료 공급장치{Fuel supply apparatus for testing engine}
본 발명은 엔진 시험용 연료 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 항공기 엔진을 시험함에 있어 엔진의 지상 및 고도 조건에 따라 엔진으로 공급되는 연료의 압력, 온도, 유량을 달리하여 공급할 수 있도록 한 엔진 시험용 연료 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로, 항공기에 사용되는 엔진은 왕복 엔진과 가스 터빈 엔진으로 구분될 수 있고, 가스 터빈 엔진은 제트 엔진이라는 용어로 많이 사용된다.
이러한 제트 엔진(이하 "항공기 엔진"이라 한다)은 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.
이와 같은 항공기 엔진의 성능은 항공기의 비행에 있어 매우 중요한 요소이므로, 항공기 엔진을 실제 항공기에 탑재하기 전에 엔진의 다양한 성능 시험을 하게 된다.
이러한 항공기 엔진의 성능 시험 중, 종래의 한국 등록특허 제10-1473981호(이하 '선행문헌1'이라 한다)에는, 테이블에 장착되고 연료라인과 연결되며 연소기와 노즐을 구비한 로켓엔진; 상기 테이블과 로드를 통해 연결되고 상기 로켓엔진의 연소 시험시 발생하는반력에 의해 상기 테이블이 밀리는 힘을 상기 로드를 통해 전달받아 추력을 측정하는 로드셀; 상기 로드셀에 하중을 부가하여 상기 로드셀을 보정하는 보정수단; 상기 로드셀이 측정한 추력이 저장되고 상기 보정수단의 작동을 제어하는 제어계측부를 포함하며, 상기 보정수단은 상기 테이블에 교정용 와이어를 매개로 연결되는 무게추와, 상기 테이블과 상기 무게추 사이의 상기 교정용 와이어를 지지하여 힘의 방향을 변경시키는 교정용 와이어 지지부와, 상기 무게추에 의한 하중이 상기 로드셀에 선택적으로 부가되도록 상승 또는 하강하여 상기 무게추의 저면을 선택적으로 지지하는 편심캠을 포함하는 것을 특징으로 하는 로켓엔진의 추력측정장치가 개시되어 있다.
이러한 로켓엔진의 추력측정장치는 로켓엔진 연소 시험에서의 성능 평가시 연소가스가 노즐을 통해 분사될 때 반력으로 전달되는 수평형 1분력 추력 성분을 측정하며, 무게추를 이용하여 실시간 추력보정 및 추력측정이 가능하도록 하여 정확한 추력의 계측 및 보정이 가능하도록 한다.
그리고, 한국 등록특허 제10-1059777호(이하 '선행문헌2'라 한다)에는 추진제 저장탱크; 상기 추진제 저장탱크로부터 연결되는 로켓 엔진; 상기 로켓 엔진과 일체로 이동하며 상기 추진제 저장탱크와 상기 로켓 엔진의 분사부를 연결하는 추진제 공급관; 상기 추진제 공급관에 형성되는 추진제 공급 밸브; 상기 추진제 공급관 중 상기 추진제 공급 밸브 전방에 위치하는 전방 추진제 공급관을 통해 힘을 전달받아 추력을 측정하는 전방 로드셀; 상기 로켓 엔진에 추력을 가할 수 있도록 상기 로켓 엔진에 접촉되는 후방 로드셀; 상기 로켓 엔진을 지지하기 위한 엔진 지지대; 상기 엔진 지지대의 하단에 결합되는 레일; 및 상기 엔진 지지대와 상기 레일을 연결하며 내부에 베어링이 장착되어 있는 연결 장치;를 포함하여 이루어지되, 상기 추진제 공급관은 수직 방향 공급관 및 수평 방향 공급관을 포함하여 이루어지며, 상기 수직 방향 공급관은 유연성이 있는 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 로켓 엔진의 추력 측정 및 보정장치가 개시되어 있다.
이러한 로켓 엔진의 추력 측정 및 보정장치는 로켓 엔진의 성능 평가를 위해 추력을 측정한 후, 로켓 엔진의 후단에 로드셀을 추가로 장착하여 추력을 모사해 줌으로써 로켓 엔진의 시험평가에서 추력 측정에 간섭을 미치는 요소를 간단하게 보정할 수 있게 된다.
하지만, 종래의 선행문헌1,2에서는 항공기 엔진의 공기 흡입구에서 공기를 빨아들여 압축기에서 압축한 다음, 연소실에서 불을 붙여 팽창시키고, 그 가스를 뒤쪽으로 뿜어서 얻는 추진력 즉 엔진의 추력을 측정하는 것인데, 이러한 선행문헌1,2에서의 항공기 엔진의 추력 측정은 항공기 엔진의 외적 조건을 전혀 고려하지 않은 측정방법으로 측정결과를 신뢰할 수 없다는 문제점이 있다.
즉, 항공기 엔진은 차량이나 선박 엔진과는 달리 비행하게 되므로, 항공기 엔진의 시험에 있어서는 반드시 다양한 지상 및 고도 조건에 따라 연료의 압력, 온도, 유량 등을 달리하여 연료를 공급한 상태에서 엔진의 추력 등을 시험해야 하는데, 선행문헌1,2에서는 이러한 엔진의 지상 및 고도 조건을 전혀 고려하지 않은 일정한 조건의 상태에서만 엔진을 시험하는 것으로, 이러한 단순한 조건 하에서의 시험 측정결과는 신뢰도가 떨어질 뿐 아니라 시험 결과 역시도 실제 비행시와는 큰 오차 범위를 나타내게 되는 문제가 발생한다.
이상 설명한 바와 같은 항공기 엔진의 추력 측정장치 및 이에 대한 기술은 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있으므로 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
한국 등록특허 제10-1473981호 한국 등록특허 제10-1059777호
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 항공기 엔진을 시험함에 있어 엔진으로 공급되는 연료를 엔진의 지상 및 고도 조건에 따라 압력, 온도, 유량을 각기 달리하여 공급함으로써 항공기 엔진을 보다 정확하고 간편하면서도 경제적으로 시험할 수 있는 엔진 시험용 연료 공급장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치는, 엔진을 시험함에 있어 연료의 온도, 압력, 유량을 조절하여 엔진으로 공급하는 연료 공급장치로서, 온도조절장치에 의해 내부의 연료를 가열하거나 냉각시키는 온도조절탱크; 온도조절탱크와 엔진을 연결하여 온도조절탱크 내의 상온 또는 고온 또는 저온의 연료를 엔진으로 공급하는 한편 공급되는 연료의 압력을 조절하는 압력조절밸브가 구비되어 있는 연료공급라인; 엔진에 연결되어 엔진으로부터 배출되는 연료가 유입되어 리턴되는 연료리턴라인; 및 연료공급라인과 연료리턴라인을 연결하는 한편 그 유로 상에 유량조절밸브가 구비되어 연료공급라인의 연료를 연료리턴라인으로 바이패스시켜 엔진으로 공급되는 연료의 유량을 조절하는 바이패스라인;을 포함한다.
그리고, 연료리턴라인에 구비되어 엔진에서 미연소되어 연료리턴라인으로 배출된 미연소의 연료가 유입 저장되는 순환탱크가 더 포함될 수도 있다.
또한, 연료공급라인을 통해 엔진으로 공급되는 연료의 온도가 적정 온도에 도달하지 못한 경우는 엔진에서 배출되어 연료리턴라인으로 유입되는 연료를 온도조절탱크로 유입시켜 순환시키는 분기라인이 더 포함될 수도 있다.
한편, 온도조절장치는 온도조절탱크의 연료를 가열하는 히터를 포함하고, 온도조절탱크의 연료를 냉각시키는 냉각관과, 냉각관에 연결되어 냉각관으로 액체질소를 공급하는 액체질소탱크를 더 포함할 수도 있다.
그리고, 온도조절탱크에는 질소가스를 공급하기 위한 퍼지라인이 더 구비될 수 있고, 연료공급라인에는 엔진으로 공급되는 연료 중의 이물질을 걸러내기 위한 여과기와 필터가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 엔진 시험용 연료 공급장치에 따르면, 항공기 엔진을 시험함에 있어 엔진의 지상 및 고도 조건에 따라 연료의 압력, 온도, 유량을 각기 달리하여 엔진으로 공급함으로써 항공기 엔진을 실제 항공기의 비행시와 같은 조건에서 시험할 수 있게 되므로 보다 정확하고 간편하면서도 경제적으로 항공기 엔진을 시험할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치의 상온 연료 시의 공급모드의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치에 고온의 연료 공급을 위한 예열모드의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치의 고온 연료 시의 공급모드의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치에 저온의 연료 공급을 위한 예냉모드의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치의 저온 연료 시의 공급모드의 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치를 모듈화한 구성도이다.
도 8은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치에 구성되는 온도조절탱크의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 발명의 기술적 사항에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
아울러, 본 발명의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
그리고, 아래 실시예에서의 선택적인 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
첨부도면 도 1 내지 도 8은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치를 도시한 도면들이다.
먼저, 본 발명에서의 엔진 시험용 연료 공급장치는 엔진의 일례로서 항공기 엔진을 예로 들어 설명하지만, 이에 국한되거나 한정되는 것은 아님을 미리 밝혀둔다.
본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 엔진(1)을 항공기의 비행 조건에 맞게 시험하기 위해 연료가 저장되는 온도조절탱크(100)를 포함하고, 온도조절탱크(100)는 엔진(1)으로 공급되는 연료의 온도를 조절하여 공급하게 된다.
이러한 온도조절탱크(100)에는 내부에 저장된 연료를 가열 또는 냉각시키기 위한 온도조절장치와, 사용한 연료를 배출시키기 위한 드레인밸브(130)가 구비된다.
특히, 온도조절탱크(100)에 구비되는 온도조절장치는 히터(110)와 냉각관(120)으로 구비되어 온도조절탱크(100) 내의 연료를 직접 가열 및 냉각시킬 수 있고, 이러한 히터(110)와 냉각관(120)에 의해서 엔진(1)의 지상 및 고도 조건에 따라 엔진(1)으로 공급되는 연료의 온도를 상온(대기온도), 고온(대기온도 이상의 온도), 저온(대기온도 이하의 온도)으로 다양하게 조절하여 공급할 수 있으며, 이와 같이 공급되는 연료의 온도조건에 따른 엔진(1)의 점화 상태 및 정상적인 동작 상태의 여부를 시험할 수 있게 된다.
그리고, 온도조절탱크(100)에는 내부에 저장되는 연료의 온도를 측정하여 나타내는 온도센서(140)가 구비된다.
한편, 이와 같은 온도조절탱크(100)는 엔진(1)과 연료공급라인(200)으로 연결되어, 엔진(1)으로 공급되는 연료의 온도, 압력, 유량을 조절하여 공급하게 된다.
연료공급라인(200)은 온도조절탱크(100)와 엔진(1)에 근접한 그 양단부에 각각의 제 1,2 차단밸브(210)(270)가 구비되고, 이러한 제 1,2 차단밸브(210)(270)는 작업자에 의해 수동으로 개폐되는 밸브이다.
그리고, 제 1 차단밸브(210)와 근접한 연료공급라인(200)에는 온도조절탱크(100)에 저장된 연료를 엔진(1)으로 압송시켜 공급하기 위한 펌프(230)가 구비되고, 제 1 차단밸브(210)와 펌프(230) 사이의 연료공급라인(200)에는 온도조절탱크(100)로부터 압송되어 공급되는 연료 중의 이물질을 걸러내 여과시키는 여과기(220)가 구비되며, 펌프(230)와 후술될 바이패스라인(600) 사이의 연료공급라인(200)에는 펌프(230)로부터 배출되어 공급되는 연료 중의 이물질을 걸러내는 필터(240)가 구비된다.
따라서, 상기와 같이 연료공급라인(200)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 연료는 여과기(220)와 필터(240)를 차례로 지나면서 이물질이 걸러진 상태로 공급된다.
게다가, 바이패스라인(600)과 제 2 차단밸브(270) 사이의 연료공급라인(200)에는 압력조절밸브(250)와 유량계(260)가 차례로 구비되고, 이러한 압력조절밸브(250)를 통해서 엔진(1)으로 공급되는 연료의 압력을 조절하여 공급할 수 있으며, 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량은 유량계(260)를 통해 표시되므로 후술될 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)를 통해서 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량을 조절하게 된다.
이러한 압력조절밸브(250)와 유량조절밸브(610)는 작업자가 엔진(1)의 지상 조건이나 고도 조건을 고려하여 그에 맞게 조절함으로써 실제 비행시와 같은 조건하에서 엔진(1)을 시험할 수 있게 된다.
또한, 상기와 같이 연료가 공급되는 엔진(1)에는 연료리턴라인(300)이 연결되고, 이 연료리턴라인(300)에는 엔진(1)에서 배출되는 연료가 유입되어 리턴된다. 이때, 엔진(1)에서 배출되는 연료는 미점화된 연료이다.
그리고, 이러한 연료리턴라인(300)에는 엔진(1)에서 배출되어 유입된 연료의 유량을 나타내는 유량계(310)와 차단밸브(320)가 각각 차례로 구비되고, 이와 같이 리턴되는 연료는 연료리턴라인(300)에 연결되어 구비되는 순환탱크(330)로 유입되어 저장된다.
특히, 유량계(310)는 엔진(1)과 후술될 바이패스라인(600) 사이의 연료리턴라인(300)에 구비되고, 차단밸브(320)는 후술될 분기라인(500)과 순환탱크(330) 사이의 연료리턴라인(300)에 구비됨이 바람직하다. 이는, 엔진(1)으로 공급되는 연료의 온도조건에 따라 연료의 순환경로를 달리하여 연료가 신속하게 설정 온도에 이를 수 있도록 한 것이다.
그리고, 연료리턴라인(300)에는 순환탱크(330)로 유입되는 고온의 미점화된 연료의 온도를 낮춰 공급하는 쿨러(미도시)가 구비되고, 쿨러는 차단밸브(320)와 순환탱크(330) 사이의 연료리턴라인(300) 상에 구비되어 바이패스라인(600)을 통해 연료리턴라인(300)으로 유입된 연료의 온도 역시도 낮춰 순환탱크(330)로 공급할 수 있게 된다.
한편, 순환탱크(330)에는 연료의 배출을 위한 드레인밸브(331)가 구비되고, 이러한 순환탱크(330)는 온도조절탱크(100)에 순환라인(400)으로 연결되어 구비되며, 순환라인(400)에는 수동식 개폐밸브인 차단밸브(410)가 구비된다. 따라서, 순환탱크(330)에 저장된 미점화된 연료는 연료 공급장치의 초기 셋팅 모드시 차단밸브(410)를 개방시켜 순환라인(400)을 통해 온도조절탱크(100)로 공급하여 재활용하게 된다.
또한, 순환탱크(330)에는 연료공급라인(200)과 온도조절탱크(100)에 각각 연결되는 안전라인(420)(430)이 구비될 수 있고, 이러한 안전라인(420)(430)에는 각각의 안전밸브(421)(431)가 구비될 수 있다. 따라서, 연료공급라인(200)에 부하가 걸려 압력이 설정 압력 이상으로 상승되는 경우에는 연료공급라인(200)에 연결된 제 1 안전라인(420)의 안전밸브(421)가 개방되어 연료공급라인(200) 상의 연료를 순환탱크(330)로 유입시켜 저장할 수 있고, 순환탱크(330) 내의 압력이 설정 압력 이상으로 상승되는 경우에는 순환탱크(330)와 온도조절탱크(100)를 연결하는 제 2 안전라인(430)의 안전밸브(431)가 개방되어 순환탱크(330) 내에 저장된 연료를 온도조절탱크(100)로 유입시켜 저장할 수 있다.
한편, 도 2에서와 같이, 온도조절탱크(100) -> 연료공급라인(200) -> 엔진(1) -> 연료리턴라인(300) -> 순환탱크(330) -> 순환라인(400) -> 온도조절탱크(100)로 순환되는 연료 라인은 엔진(1)에 상온의 연료를 공급하기 위한 상온 연료의 공급모드이다.
그리고, 연료리턴라인(300)에는 연료리턴라인(300)에서 분기되어 온도조절탱크(100)로 연결되는 분기라인(500)이 구비되고, 분기라인(500)에는 차단밸브(510)가 구비된다.
이와 같은 분기라인(500)을 통해 온도조절탱크(100)로 유입되는 연료는 고온 또는 저온의 연료를 공급하기 위한 예열 및 예냉모드 시에 확보되는 유로이다. 즉, 엔진(1)으로 공급되는 연료가 적정 온도에 도달하지 못한 경우 엔진(1)으로부터 연료리턴라인(300)으로 유입된 연료를 분기라인(500)을 통해 온도조절탱크(100)로 순환시켜 줌으로써 온도조절탱크(100)에서 연료를 재가열 또는 재냉각하여 신속하게 적정 온도에 도달할 수 있도록 한 것이다.
이때, 분기라인(500)의 차단밸브(510)가 열리면, 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)는 닫힘으로써 고온 또는 저온으로 예열 또는 예냉되는 연료를 순환탱크(330)로 유입시키지 않고 온도조절탱크(100)로 순환시킬 수 있게 된다.
즉, 엔진(1)으로 고온 또는 저온의 연료를 공급하기 위한 예열 및 예냉모드에서는 도 3 및 도 5에서와 같이, 온도조절탱크(100) -> 연료공급라인(200) -> 엔진(1) -> 연료리턴라인(300) -> 분기라인(500) -> 온도조절탱크(100)의 연료 라인이 확보된다.
또한, 상기와 같은 분기라인(500)의 후부(도 1을 기준으로 우측부)에는 연료공급라인(200)과 연료리턴라인(300)을 연결하는 바이패스라인(600)이 구비되고, 바이패스라인(600)에는 바이패스라인(600)의 개도량을 조절하는 유량조절밸브(610)가 구비된다.
이러한 유량조절밸브(610)는 바이패스라인(600)의 개도량을 조절함으로써 바이패스라인(600)으로 흐르는 연료의 양을 조절함과 동시에 연료공급라인(200)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 연료의 양을 조절할 수 있게 된다. 즉, 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)가 닫히면 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량이 최대가 되고, 유량조절밸브(610)가 열려 이의 개도량을 조절하면 연료공급라인(200) 상의 일부 연료가 바이패스라인(600)으로 바이패스 됨으로써 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있게 된다.
그리고, 상기와 같이 엔진(1)으로 공급되는 연료가 적정 온도(설정 온도)에 도달할 때까지는 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)가 닫혀 바이패스라인(600)을 폐쇄시킴으로써, 연료공급라인(200)의 연료는 도 3 및 도 5에서와 같이 모두 엔진(1)으로만 공급되어 연료리턴라인(300)과, 분기라인(500)을 통해 온도조절탱크(100)로 유입됨으로써 연료를 신속하게 적정 온도까지 상승 또는 하강시킬 수 있게 된다.
물론, 이때 연료가 순환하는 연료공급라인(200), 바이패스라인(600), 분기라인(500)은 연료에 의해 가열되거나 또는 냉각됨으로써 이를 순환하는 연료를 신속하게 가열 또는 냉각시킬 수 있다.
그리고, 상기와 같이 순환되는 연료가 적정 온도에 도달하게 되면, 도 4 및 도 6에서와 같이 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)가 열리면서 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 닫히고 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)는 열리는 연료 라인이 확보되어, 연료가 온도조절탱크(100) -> 연료공급라인(200) -> 엔진(1) -> 연료리턴라인(300) -> 순환탱크(330)로 공급되고, 이 중 일부의 연료는 온도조절탱크(100) -> 연료공급라인(200) -> 바이패스라인(600) -> 연료리턴라인(300) -> 순환탱크(330)로 바이패스되어 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량을 조절하게 된다.
이때, 엔진(1)으로 공급되는 연료는 대부분이 엔진(1)에서 점화되지만, 미점화된 연료는 연료리턴라인(300)으로 배출되어 순환탱크(330)에 저장되고, 바이패스라인(600)을 통해 바이패스된 연료 역시도 연료리턴라인(300)으로 유입되어 순환탱크(330)에 저장된다.
그리고, 온도조절탱크(100)에 구비되는 냉각관(120)에는 냉매인 액체질소가 공급되어 온도조절탱크(100) 내의 연료를 냉각시키게 되는데, 이를 위해 냉각관(120)에는 냉매공급라인(710)으로 연결되는 액체질소탱크(700)가 구비되고, 냉매공급라인(710)에는 이의 유로를 개폐시키는 차단밸브(711)가 구비된다.
또한, 상기와 같은 냉매공급라인(710)이 연결되는 냉각관(120)의 반대편에는 냉매배출라인(720)이 연결되어 구비된다.
따라서, 액체질소탱크(700) 내의 액체질소는 냉매공급라인(710)을 통해 냉각관(120)으로 유입되어 냉각관(120)을 흐르면서 온도조절탱크(100) 내의 연료와 열교환된 후 냉매배출라인(720)을 통해 외부로 배출된다.
특히, 상기한 냉각관(120)은 도 7 및 도 8에서와 같이, 온도조절탱크(100)의 내측 상단부에서 하단부까지에 감김된 코일형태로 형성되어, 연료와의 전열면적이 극대화됨으로써 온도조절탱크(100) 내의 연료를 신속하게 냉각시킬 수 있게 된다.
또한, 온도조절탱크(100)에는 퍼지라인(800)이 연결되어 구비되고, 퍼지라인(800)에는 온도조절탱크(100) 내로 질소가스를 공급할 수 있도록 질소가스가 저장된 질소가스탱크(810)가 연결되어 구비되며, 퍼지라인(800) 상에는 압력조절밸브(820)가 구비되어 질소가스탱크(810) 내의 질소가스를 온도조절탱크(100)로 공급하게 된다.
즉, 온도조절탱크(100) 내에서 히터(110)에 의한 연료의 가열시(예열모드 및 고온 연료의 공급모드를 포함한다) 온도조절탱크(100) 내에는 유증기가 발생되는데, 이때 도 3 및 도 4에서와 같이, 퍼지라인(800)을 통해 질소가스탱크(810)에 저장된 질소가스를 온도조절탱크(100) 내로 공급하여 질소가스로서 유증기를 가압하여 유증기에 의한 온도조절탱크(100) 내의 압력 및 온도 상승을 방지할 수 있고, 이로 인해 온도조절탱크(100)의 드레인밸브(130)를 통해 연료를 방류할 때 연료의 온도를 낮춰 방류할 수 있게 된다. 따라서, 상기와 같이 공급되는 질소가스에 의해 온도조절탱크(100)에서 버려지는 연료를 저온 상태로 방류하므로 후처리가 간편하게 된다.
그리고, 온도조절탱크(100)에는 연료보충라인(900)이 연결되어 구비되고, 연료보충라인(900)에는 차단밸브(910)가 구비된다. 따라서, 차단밸브(910)를 열어 부족한 연료를 온도조절탱크(100) 내로 공급하여 충진하게 된다.
한편, 상기와 같이 구성되는 엔진 시험용 연료 공급장치는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 박스 형태를 이루는 하나의 프레임에 모듈화하여 구비할 수도 있다,
그리고, 프레임 하부의 각 코너 부위에는 회전가능한 캐스터를 구비하여, 모듈화된 연료 공급장치의 이동 및 운반성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 연료 공급장치를 소형화 및 이동식으로 구성할 수 있어, 장소에 구애받지 않고 본 발명의 연료 공급장치를 이동시켜 시험하고자 하는 엔진(1)에 연료를 간편하게 공급할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 엔진 시험용 연료 공급장치의 작동관계를 설명한다.
먼저, 시험하고자 하는 항공기 엔진(1)에 본 발명의 연료 공급장치를 연결한 상태에서 항공기 엔진의 지상 및 고도조건에 맞춰 엔진(1)으로 공급되는 연료를 온도와, 압력, 유량을 조절하여 공급하면서 엔진(1)을 시험한다.
[상온 연료의 공급모드]
항공기 엔진(1)에 상온의 연료를 공급하여 엔진(1)을 시험할 시는 도 2에서와 같이, 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)는 개방되고, 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 닫힌 상태의 라인을 확보한 상태에서 연료공급라인(200) 상의 펌프(230)가 작동되어 온도조절탱크(100) 내의 연료를 연료공급라인(200)으로 압송하게 된다.
이와 같이 압송된 연료는 개방된 제 1 차단밸브(210)를 지나 여과기(220)를 거치면서 연료 중의 이물질이 1차로 걸러지고, 펌프(230)를 통해 배출되는 연료는 다시 필터(240)에 의해 이물질이 2차로 걸러지게 된다.
필터(240)를 지난 연료는 압력조절밸브(250)를 지나면서 압력이 조절된 후, 유량계(260) 및 제 2 차단밸브(270)를 지나 엔진(1)으로 공급되고, 이때 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)가 열려 이의 개도율을 조절함으로써 연료공급라인(200) 상의 일부 연료를 바이패스라인(600)으로 바이패스시켜 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량을 조절하게 된다.
이와 같이 엔진(1)으로 공급된 연료가 상온(대기온도)에 도달하지 못한 경우에는 엔진(1)에서는 연료의 점화가 일어나지 않고, 미점화된 연료는 그대로 엔진(1)에서 배출되어 연료리턴라인(300)으로 유입된다.
그러면, 미점화된 연료는 연료리턴라인(300)으로 리턴되면서 바이패스라인(600)을 통해 연료리턴라인(300)으로 유입된 연료와 혼합되어 순환탱크(330)로 유입되고, 이는 다시 순환라인(400)을 통해 온도조절탱크(100)로 공급되며, 이와 같이 온도조절탱크(100)로 공급된 연료는 다시 전술한 바와 같은 연료공급라인(200)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 순환 흐름을 갖게 된다.
물론, 이 상태에서 엔진(1)으로 공급되는 연료가 상온이 되면, 엔진(1)에서 연료의 점화가 이뤄지므로 연료리턴라인(300)으로는 바이패스라인(600)을 통해 바이패스된 연료만이 유입되어 순환탱크(330)로 유입된다.
[고온 연료의 공급모드]
엔진(1)에 고온의 연료를 공급할 시는 먼저 온도조절탱크(100)에서 엔진(1)으로 공급되는 연료를 적정 온도(대기온도) 이상으로 가열하여 고온화하는 예열모드를 진행해야 한다.
이러한 예열모드는 도 3에서와 같이, 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)와 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)는 닫고, 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 연 상태의 라인을 확보한 후, 펌프(230)를 작동시켜 온도조절탱크(100) 내의 연료를 연료공급라인(200)으로 압송하게 된다.
이때, 온도조절탱크(100)에 구비되는 히터(110)가 작동되어 온도조절탱크(100) 내의 연료를 가열하고, 가열된 상태로 연료공급라인(200)으로 압송된 연료는 전술한 상온 연료의 공급모드와 마찬가지로 연료공급라인(200)의 제 1 차단밸브(210), 여과기(220), 펌프(230), 필터(240)를 차례로 지나면서 필터링되고, 필터(240)를 지난 연료는 압력조절밸브(250)를 지나면서 압력이 조절된 후, 유량계(260) 및 제 2 차단밸브(270)를 지나 엔진(1)으로 공급된다.
이와 같이 엔진(1)으로 공급된 연료의 온도가 고온(대기온도 이상의 온도)에 도달되지 못한 경우에는 엔진(1)에서 연료가 점화되지 못하고 미점화된 상태 그대로 연료리턴라인(300)으로 배출된다.
연료리턴라인(300)으로 배출된 미점화된 연료는 분기라인(500)을 통해 온도조절탱크(100)로 공급되어 히터(110)에 의해 재가열된 후, 다시 연료공급라인(200)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 순환 흐름을 갖게 된다.
이후, 온도조절탱크(100)에서 재가열되는 연료의 온도가 고온이 되면, 이를 온도센서(140)가 감지하고, 그에 따라 도 4에서와 같이, 열려 있던 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 닫히고, 닫혀 있던 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)와, 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)가 열리는 연료 라인이 확보된다.
이 상태에서 온도조절탱크(100) 내의 고온의 연료가 펌프(230)에 의해 연료공급라인(200)으로 압송되어 엔진(1)으로 공급될 때, 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)에 의해 연료공급라인(200) 상의 일부 연료가 바이패스라인(600)으로 바이패스되어 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량이 조절되고, 이와 같이 유량 조절된 연료는 연료공급라인(200)의 압력조절밸브(250)를 지나면서 압력 조절된 후, 엔진(1)으로 공급되어 점화된다.
한편, 엔진(1)에서 점화되지 못한 미점화된 연료는 연료리턴라인(300)으로 배출되어 리턴되면서 바이패스라인(600)을 통해 연료리턴라인(300)으로 유입된 연료와 혼합되어 순환탱크(330)로 유입되어 저장된다.
그리고, 상기와 같이 연료 공급되는 온도조절탱크(100)에는 연료보충라인(900)을 통한 연료의 보충이 이루어질 수 있고, 온도조절탱크(100) 내에서 히터(110)에 의한 연료를 가열시는 온도조절탱크(100) 내에 유증기가 발생되는데, 이때 질소가스탱크(810)에 저장된 질소가스가 퍼지라인(800)을 통해 온도조절탱크(100)로 공급됨으로써 온도조절탱크(100)의 내부 압력 및 온도 상승을 방지할 수 있고, 이로 인해 온도조절탱크(100)로부터 버려지는 연료를 저온 상태로 방류하게 되므로 후처리가 간편하게 된다.
[저온 연료의 공급모드]
엔진(1)에 저온의 연료를 공급할 시는 온도조절탱크(100)에서 연료를 적정 온도(대기온도) 이하로 냉각시켜 저온화하는 예냉모드를 진행하게 된다.
이러한 예냉모드는 도 5에서와 같이, 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)와 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)는 닫고, 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 연 상태의 라인을 확보한 후, 펌프(230)를 작동시켜 온도조절탱크(100) 내의 연료를 연료공급라인(200)으로 압송하게 된다.
이때, 온도조절탱크(100)에 구비되는 냉각관(120)이 작동되어 온도조절탱크(100) 내의 연료를 냉각시키게 된다. 즉, 액체질소탱크(700)에 저장된 액체질소가 개방된 차단밸브(711)를 지나 냉매공급라인(710)으로 유입된 후, 코일 형태의 냉각관(120)을 흐르면서 온도조절탱크(100) 내의 연료를 냉각시게 된다. 이와 같이 온도조절탱크(100) 내의 연료와 열교환된 액체질소는 냉매배출라인(720)으로 유입된다.
따라서, 상기와 같이 냉각된 연료가 펌프에 의해 연료공급라인(200)으로 압송되고, 이와 같이 압송되는 냉각된 연료는 전술한 바와 같이 연료공급라인(200)의 제 1 차단밸브(210), 여과기(220), 펌프(230), 필터(240)를 차례로 지나면서 필터링되며, 필터(240)를 지난 연료는 압력조절밸브(250)를 지나면서 압력 조절된 후, 유량계(260) 및 제 2 차단밸브(270)를 지나 엔진(1)으로 공급된다.
이와 같이 엔진(1)으로 공급된 연료의 온도가 저온(대기온도 이하의 온도)에 도달되지 못한 경우에는 엔진(1)에서 연료가 점화되지 못하고 미점화된 상태 그대로 연료리턴라인(300)으로 배출된다.
연료리턴라인(300)으로 배출된 미점화된 연료는 분기라인(500)을 통해 온도조절탱크(100)로 공급되어 냉각관(120)에 의해 재냉각된 후, 다시 연료공급라인(200)을 통해 엔진(1)으로 공급되는 순환 흐름을 갖게 된다.
한편, 상기와 같이 온도조절탱크(100)에서 재냉각된 연료의 온도가 저온이 되면, 이를 온도센서(140)가 감지하고, 그에 따라 도 6에서와 같이, 열려 있던 분기라인(500)의 차단밸브(510)는 닫히고, 닫혀 있던 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)와, 연료리턴라인(300)의 차단밸브(320)가 열리는 연료 라인이 확보된다.
이 상태에서 온도조절탱크(100) 내의 저온의 연료가 펌프(230)에 의해 연료공급라인(200)으로 압송되어 엔진(1)으로 공급될 때, 바이패스라인(600)의 유량조절밸브(610)에 의해 연료공급라인(200) 상의 일부 연료가 바이패스라인(600)으로 바이패스되어 엔진(1)으로 공급되는 연료의 유량이 조절되고, 이와 같이 유량 조절된 연료는 연료공급라인(200)의 압력조절밸브(250)를 지나면서 압력 조절된 후, 엔진(1)으로 공급되어 점화된다.
이때에도 전술한 고온 연료의 공급모드와 마찬가지로, 엔진(1)에서 점화되지 못한 미점화된 연료는 연료리턴라인(300)으로 배출되어 리턴되면서 바이패스라인(600)을 통해 연료리턴라인(300)으로 유입된 연료와 혼합되어 순환탱크(330)로 유입되어 저장된다.
그리고, 상기와 같이 연료 공급되는 온도조절탱크(100)에는 연료보충라인(900)을 통한 연료의 보충이 이루어질 수 있고, 이때 퍼지라인(800)은 작동하지 않는다.
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 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
1 : 엔진 100 : 온도조절탱크
110 : 히터 120 : 냉각관
130 : 드레인밸브 140 : 온도센서
200 : 연료공급라인 210 : 제 1 차단밸브
220 : 여과기 230 : 펌프
240 : 필터 250 : 압력조절밸브
260 : 유량계 270 : 제 2 차단밸브
300 : 연료리턴라인 310 : 유량계
320 : 차단밸브 330 : 순환탱크
331 : 드레인밸브 400 : 순환라인
410 : 차단밸브 420,430 : 안전라인
421,431 : 안전밸브 500 : 분기라인
510 : 차단밸브 600 : 바이패스라인
610 : 유량조절밸브 700 : 액체질소탱크
710 : 냉매공급라인 711 : 차단밸브
720 : 냉매배출라인 800 : 퍼지라인
810 : 질소가스탱크 820 : 압력조절밸브
900 : 연료보충라인 910 : 차단밸브

Claims (7)

  1. 엔진을 시험함에 있어 연료의 온도, 압력, 유량을 조절하여 엔진으로 공급하는 연료 공급장치로서,
    온도조절장치에 의해 내부의 연료를 가열하거나 냉각시키는 온도조절탱크(100);
    온도조절탱크와 엔진을 연결하여 온도조절탱크 내의 상온 또는 고온 또는 저온의 연료를 엔진으로 공급하는 한편 공급되는 연료의 압력을 조절하는 압력조절밸브(250)가 구비되어 있는 연료공급라인(200);
    엔진에 연결되어 엔진으로부터 배출되는 연료가 유입되어 리턴되는 연료리턴라인(300);
    연료공급라인과 연료리턴라인을 연결하는 한편 그 유로 상에 유량조절밸브(610)가 구비되어 연료공급라인의 연료를 연료리턴라인으로 바이패스시켜 엔진으로 공급되는 연료의 유량을 조절하는 바이패스라인(600); 및
    온도조절장치는 온도조절탱크의 연료를 가열하는 히터(110), 및 온도조절탱크의 연료를 냉각시키는 냉각관(120)과, 냉각관에 연결되어 냉각관으로 액체질소를 공급하는 액체질소탱크(700)를 포함하되,
    온도조절탱크에는 질소가스탱크(810)에 저장된 질소가스를 공급하기 위한 퍼지라인(800)을 구비함으로써,
    퍼지라인을 통해 질소가스를 온도조절탱크 내로 공급하여 질소가스로서 유증기를 가압하여 유증기에 의한 온도조절탱크 내의 압력 및 온도 상승을 방지할 수 있는 엔진 시험용 연료 공급장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    연료리턴라인에 구비되어 엔진에서 미연소되어 연료리턴라인으로 배출된 미연소의 연료가 유입 저장되는 순환탱크가 더 포함되는 엔진 시험용 연료 공급장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    연료공급라인을 통해 엔진으로 공급되는 연료의 온도가 적정 온도에 도달하지 못한 경우는 엔진에서 배출되어 연료리턴라인으로 유입되는 연료를 온도조절탱크로 유입시켜 순환시키는 분기라인이 더 포함되는 엔진 시험용 연료 공급장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    연료공급라인에는 엔진으로 공급되는 연료 중의 이물질을 걸러내기 위한 여과기와 필터가 더 구비되는 엔진 시험용 연료 공급장치.
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