KR101608588B1 - 가스 유량 조절기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 유량 조절기에 관한 것으로, 특히 레일의 내부에 공급되는 유압 또는 공기압을 통해 슬라이딩 동작하는 유량조절밸브를 구비하여 가스발생기에서 발생 된 연소가스 또는 미연소가스의 배출유량이 조절되도록 함으로써, 로켓의 추력 제어를 용이하게 이루도록 하는 가스 유량 조절기에 관한 것이다. 구성은 가스 유량 조절기에 있어서, 내부 일 측 중앙에 유압 또는 공기압과 같은 유체 공급로가 형성된 레일이 수평축 방향으로 형성되고, 상기 레일의 바깥 측으로는 레일을 감싸며 중앙에 미연소가스의 유통을 위한 유로를 갖는 스토퍼가 형성되며, 외면 일 측으로는 상기 유로를 통과하는 미연소가스를 외부로 분사, 배출하기 위한 복수 개의 인젝터가 형성된 가스발생기와; 선단 부분이 개략 콘(cone) 형상으로 이루어지고 후단 중앙으로는 상기 레일과 결합 되어 슬라이딩 동작 가능하도록 결합 홈이 형성된 유량조절밸브와; 상기 가스발생기의 외 측으로 설치되는 공기 흡입구의 내에 위치하도록 형성되며, 1개의 공기 흡입구에 1개 또는 복수 개로 설치되는 스테빌라이저(stabilizer); 를 포함하여 이루어진다.

Description

가스 유량 조절기{A Gas flow adjuster}

본 발명은 가스 유량 조절기에 관한 것으로, 특히 레일의 내부에 공급되는 유압 또는 공기압을 통해 슬라이딩 동작하는 유량조절밸브를 구비하여 가스발생기에서 발생 된 연소가스 또는 미연소가스의 배출유량이 조절되도록 함으로써, 로켓의 추력 제어를 용이하게 이루도록 하는 가스 유량 조절기에 관한 것이다.

일반적으로 램 제트 추진기술의 하나인 덕티드 로켓(Ducted Rocket)의 추진기에는 불완전 연소 가스발생기와 가스 유량 조절기가 설치된다.

그러나 종래의 가스 유량 조절기는 밸브 신호를 입력받아서 모터에 의해 윈도우를 개방하게 되는 방식으로 유량을 조절하게 되므로 1차 연소가스의 비대칭 분사로 인해 가스와 공기 또는 산화제의 균일한 혼합이 어려우며, 슬러그가 침적되어 분사 홀의 면적 감소로 인해 로켓의 추력을 정밀하게 제어하기가 어려워지는 문제점이 있었다.

또, 종래의 가스 유량 조절기는 가스발생기에서 배출되는 연소가스 또는 미연소가스와 공기 흡입구를 통해 유입되는 공기와의 혼합이 제대로 이루어지지 않아 연소효율을 증대시킬 수 없는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고체연료에서 연소된 가스 또는 미연소된 가스의 유량을 조절하여 추력의 제어를 용이하게 함과 동시에 연소가스와 공기의 고른 혼합으로 원활한 안티버즈(anti-buzz) 제어로 연소 효율을 향상시키도록 하는 가스 유량 조절기를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 가스 유량 조절기에 있어서, 내부 일 측 중앙에 유압 또는 공기압과 같은 유체 공급로가 형성된 레일이 수평축 방향으로 형성되고, 상기 레일의 바깥 측으로는 레일을 감싸며 중앙에 미연소가스의 유통을 위한 유로를 갖는 스토퍼가 형성되며, 외면 일 측으로는 상기 유로를 통과하는 미연소가스를 외부로 분사, 배출하기 위한 복수 개의 인젝터가 형성된 가스발생기와; 선단 부분이 개략 콘(cone) 형상으로 이루어지고 후단 중앙으로는 상기 레일과 결합 되어 슬라이딩 동작 가능하도록 결합 홈이 형성된 유량조절밸브와; 상기 가스발생기의 외 측으로 설치되는 공기 흡입구의 내에 위치하도록 형성되며, 1개의 공기 흡입구에 1개 또는 복수 개로 설치되는 스테빌라이저(stabilizer); 를 포함하여 이루어진다.

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상기 스테빌라이저(stabilizer)의 단면 형상은 상어와 같은 어류의 지느러미(shark's fin) 형상으로 이루어진다.

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상기 인젝터는 지름이 큰 메인 인젝터와 상기 메인 인젝터의 지름에 비해 지름(직경)을 작게 형성한 보조 인젝터로 이루어진다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유량조절밸브와 스테빌라이저(stabilizer)를 통해 덕티드 로켓의 고체 추진제에서 발생된 연소가스 또는 미연소가스의 유량을 조절하여 로켓의 추력을 용이하게 제어할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명은 스테빌라이저(stabilizer)를 통해 덕티드 로켓의 고체 추진제에서 발생된 연소가스 또는 미연소가스와 공기 흡입구를 통해 유입된 공기와의 혼합을 고르고 원활하게 이루어지도록 함으로써, 안티버즈(anti-buzz)를 제어할 뿐만 아니라, 연소효율을 향상시켜 로켓의 연소실 길이를 감소시키고 로켓의 사거리 증대 및 유도 조종성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 유량 조절기의 개략적인 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선 요부단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B선 요부단면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가스 유량 조절기의 작용 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 가스 유량 조절기의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명한다.

여기서, 하기의 모든 도면에서 동일한 기능을 갖는 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 반복적인 설명은 생략하며, 아울러 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이것은 고유의 통용되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

도 1 내지, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 가스 유량 조절기(100)는 가스발생기(110)와 유량조절밸브(120) 및 스테빌라이저(stabilizer)(130)로 대별되어 이루어진다.

상기 가스발생기(110)는 내부 일 측 중앙에 사각기둥, 원기둥 등과 같이 길이를 갖는 레일(111)이 수평 축 방향으로 형성되고, 상기 레일(111)의 바깥 측으로는 레일(111)을 감싸며 중앙에 미연소가스의 유통을 위한 유로(112a)를 갖는 스토퍼(112)가 형성된다.

상기 레일(111)에는 가스발생기(110)에서 발생 된 고온고압의 농후한 연소가스 또는 미연소가스의 배출유량을 조절하기 위한 상기 유량조절밸브(120)가 수평 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 결합 된다.

즉, 상기 유량조절밸브(120)는 레일(111)과 스토퍼(112) 사이에 위치하여 슬라이딩 동작가능하도록 형성된다.

따라서, 상기 유량조절밸브(120)가 레일(111)을 따라 슬라이딩 동작하면서 스토퍼(112)의 유로(112a)와 접하면서 이동이 방지되거나 유로(112a)의 개폐 상태를 조절하게 된다.

또, 상기 레일(111)의 내부로는 유압 또는 공기압과 같은 유체공급로(111a)가 형성된다.

상기 유체공급로(111a)로 유압 또는 공기압을 공급하게 되면 가스발생기(110)에서 생성된 연소압력의 차이에 의하여 상기 레일(111)과 결합 되어 있는 유량조절밸브(120)가 좌,우 또는 전,후로 슬라이딩 동작하면서 유로(112a)를 좁히거나 넓히도록 조절하게 된다.

이에 따라, 상기 가스발생기(110)에서 생성된 미연소가스의 배출 유량을 상기 유로(112a)를 통해 외부로 많이 배출하거나 적게 배출되도록 조절하여 로켓의 추진력을 증가시키거나 감소시키게 된다.

또, 상기 가스발생기(110)의 일 측 외면으로는 상기 유로(112a)를 통과하는 미연소가스를 가스발생기(110)의 외부로 분사, 배출하기 위한 인젝터(injector : 가스 분사 노즐)(113)가 형성된다.

상기 인젝터(113)는 미연소가스가 아음속(subsonic speed :유체의 속도가 그 유체 속을 전파하는 음파의 속도보다 느릴 때 그 흐름의 속도. 일반적으로 운동하는 물체에 대해 그 속도가 음속보다 느리냐 빠르냐에 따라 각기 아음속 또는 초음속이라고 한다.)으로 분출되도록 하여 화염이 연소실 벽면에 도달하지 않도록 설계하는 것이 바람직하다.

예컨대, 상기 인젝터(113)는 미연소가스를 분사하기 위해 지름(직경)을 크게 형성한 메인 인젝터(113a)와 상기 메인 인젝터(113a)의 지름에 비해 지름(직경)을 작게 형성한 보조 인젝터(113b)로 복수 개로 형성하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 인젝터(113)를 하나 형성하는 것이 비해 지름이 큰 메인 인젝터(113a)와 상기 메인 인젝터(113a)의 지름에 비해 지름(직경)을 작게 형성한 보조 인젝터(113b)로 복수 개를 형성함으로써 미연소가스의 분사시 분산 분사시켜 분사속도를 늦춰 아음속을 이루게 할 수 있다.

이와 같이, 상기 인젝터(113)의 복수 개 형성으로 미연소가스의 분사속도를 초음속에 비해 느린 아음속을 이루도록 함으로써, 화염이 연소실 벽면에 도달하지 않을 뿐 아니라, 흡입구에서 유입된 공기와 원활이 혼합되게 된다.

또, 상기 인젝터(113)의 설치위치는 공기 흡입구(140)의 일 측으로 형성하는 것이 공기와 연소가스 또는 미연소가스의 혼합 효율을 위해 바람직하다.

상기 유량조절밸브(120)는 선단 부분이 개략 콘(cone) 형상으로 이루어지고 후단 중앙으로는 상기 레일(111)과 결합 되어 슬라이딩 가능 동작하도록 결합 홈(121)이 형성된다.

여기서, 상기 유량조절밸브(120)의 선단 부분 형상은 콘 형상뿐만 아니라 상기 유로(112a)를 용이하게 좁히거나 넓힐 수 있는 형태라면 이에 한정되지 않고 다양한 형태와 구조를 채용할 수도 있다.

이러한 구성의 상기 유량조절밸브(120)는, 예컨대 상기 유체공급로(111a)로 공기압(압축 공기) 또는 유압의 공급시, 가스발생기(110)에서 생성된 연소압력의 차이에 의하여 축 방향(좌,우 또는 전,후)으로 이동하면서 상기 유로(112a)의 개폐량을 조절하게 된다.

즉, 상기 유량조절밸브(120)가 좌측 또는 전방으로 이동하여 유로(112a)와 유량조절밸브(120) 사이의 간격이 좁아지면 상기 가스발생기(110)의 압력은 증가하여 유로(112a)를 통하여 배출되는 미연소가스의 유량은 증가하게 되므로 이를 통해서 로켓의 추력(thrust : 주행물체나 비행물체를 진행방향으로 밀고 나아가는 힘.)이 증가한다.

반대로, 상기 유량조절밸브(120)가 우측 또는 후방으로 이동하여 유로(112a)와 유량조절밸브(120) 사이의 간격이 넓어지면 상기 가스발생기(110)의 압력은 감소하여 유로(112a)를 통하여 배출되는 미연소가스의 유량은 감소하게 되므로 로켓의 추력(thrust : 주행물체나 비행물체를 진행방향으로 밀고 나아가는 힘.)은 감소하게 된다.

이와 같이, 상기 유량조절밸브(120)의 장착으로 인해 상기 가스발생기(110)에서 미연소된 가스의 배출 유량을 조절하여 추력을 증가시키거나 감소시켜 로켓을 원하는 사거리로 보낼 수 있도록 제어할 수 있다.

상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)는 가스발생기(110)에서 배출되는 미연소가스와 공기 흡입구(140)를 통해 유입되는 공기와의 혼합을 고르게 함과 동시에 혼합 효율을 증대시키도록 가스발생기(110)의 외 측으로 설치되는 공기 흡입구(140)의 내에 위치하도록 형성되는 것이 바람직하다.

또, 상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)은 높이와 폭 및 설치 개수를 필요에 따라 적절하게 가감형성할 수 있다.

예컨대, 상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)는 1개의 공기 흡입구(140)에 1개 이상 설치되도록 한다.

바람직하게는, 복수 개로 설치하는 것이 미연소가스와 공기의 혼합을 더욱더 효율적으로 이루게 할 수 있다.

그리고, 상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)의 단면 형상은 개략 상어와 같은 어류의 지느러미(shark's fin) 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 공기 흡입구(140)를 통해 유입된 공기에 와류(유체의 소용돌이 운동)를 생성시켜 상기 인젝터(113)를 통해 분사되는 미연소가스와의 고르고 원활한 혼합을 이루도록 하여 연소효율을 향상시킬 수 있다.

뿐만 아니라, 고체연료에서 연소된 가스의 유량을 조절하여 안티버즈(anti-buzz : 충격파가 공기 흡입구 앞으로 나와 공기구멍을 막아 공기의 흡입이 안되는 현상) 제어를 용이하게 이룰 수 있다.

즉, 상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)가 형성되지 않을 경우 상기 유로(113a)와 인젝터(113)를 통해 분사되는 연소가스의 충격파가 공기 흡입구(140) 전방으로 확산 되면 공기의 흡입이 제대로 이루어지지 않기 때문에 연소가스와 공기의 혼합이 안되므로 연소 효율을 향상시킬 수 없게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 가스 유량 조절기가 장착된 로켓의 추력을 얻기 위해 연소실에 공급되는 연소가스 또는 미연소가스와 공기와의 유량을 조절하도록 상기 가스발생기(110)의 유체공급로(111a)로 미리 설정된 기준압력으로 유압 또는 공기압을 공급한다.

이와 동시에, 상기 유량조절밸브(120)가 유압 또는 공기압에 의해 수평 축 방향으로 전진 이동하여 상기 유로(112a)의 개폐량을 조절하게 된다.

즉, 상기 유량조절밸브(120)가 좌측 또는 전방으로 이동하여 유로(112a)와 유량조절밸브(120) 사이의 간격이 좁아지면 상기 가스발생기(110)의 압력은 증가하여 유로(112a)를 통하여 배출되는 연소가스 또는 미연소가스의 유량은 증가하게 되므로 이를 통해서 로켓의 추력(thrust)이 증가한다.

반대로, 상기 유량조절밸브(120)가 우측 또는 후방으로 이동하여 유로(112a)와 유량조절밸브(120) 사이의 간격이 넓어지면 상기 가스발생기(110)의 압력은 감소하여 유로(112a)를 통하여 배출되는 연소가스 또는 미연소가스의 유량은 감소하게 되므로 로켓의 추력(thrust)은 감소하게 된다.

이와 같이 상기 가스발생기(110)에서 연소가스 또는 미연소된 가스의 배출 유량을 조절하여 추력을 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

계속해서, 배출되는 미연소가스는 상기 스테빌라이저(stabilizer)(130)에 의해 공기 흡입구(140)를 통해서 유입된 공기와 와류를 생성하여 고르게 혼합되므로 연소 효율을 현저하게 향상시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 가스 유량 조절기는 이와 같은 작용을 함으로써 로켓의 연소실에 공급되는 미연소가스와 공기의 유량을 조절하여 완전연소를 이루도록 하여 추진효율을 향상시킴과 동시에 로켓의 연소실 길이를 감소시키며 이로 인해 로켓의 사거리 증대 및 유도 조종성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 치환, 변형 및 균등한 타 실시 예로의 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

100 : 가스 유량 조절기 110 : 가스발생기
111 : 레일 111a : 유체공급로
112 : 스토퍼 112a : 유로
113 : 인젝터 113a : 메인 인젝터
113b : 보조 인젝터 120 : 유량조절밸브
121 : 결합 홈 130 : 스테빌라이저(stabilizer)
140 : 공기 흡입구

Claims (7)

1. 가스 유량 조절기에 있어서,
   내부 일 측 중앙에 유압 또는 공기압과 같은 유체 공급로가 형성된 레일이 수평축 방향으로 형성되고, 상기 레일의 바깥 측으로는 레일을 감싸며 중앙에 미연소가스의 유통을 위한 유로를 갖는 스토퍼가 형성되며, 외면 일 측으로는 상기 유로를 통과하는 미연소가스를 외부로 분사, 배출하기 위한 복수 개의 인젝터가 형성된 가스발생기와;
   선단 부분이 개략 콘(cone) 형상으로 이루어지고 후단 중앙으로는 상기 레일과 결합 되어 슬라이딩 동작 가능하도록 결합 홈이 형성된 유량조절밸브와;
   상기 가스발생기의 외 측으로 설치되는 공기 흡입구의 내에 위치하도록 형성되며, 1개의 공기 흡입구에 1개 또는 복수 개로 설치되는 스테빌라이저(stabilizer); 를 포함하여 이루어지는 가스 유량 조절기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 스테빌라이저(stabilizer)의 단면 형상은 상어와 같은 어류의 지느러미(shark's fin) 형상으로 이루어지는 가스 유량 조절기.
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 인젝터는 지름이 큰 메인 인젝터와 상기 메인 인젝터의 지름에 비해 지름(직경)을 작게 형성한 보조 인젝터로 이루어지는 가스 유량 조절기.

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