KR101813804B1 - Estimation method of flow characteristic - Google Patents

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KR101813804B1
KR101813804B1 KR1020160114555A KR20160114555A KR101813804B1 KR 101813804 B1 KR101813804 B1 KR 101813804B1 KR 1020160114555 A KR1020160114555 A KR 1020160114555A KR 20160114555 A KR20160114555 A KR 20160114555A KR 101813804 B1 KR101813804 B1 KR 101813804B1
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mach number
conical surface
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attack
angle
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KR1020160114555A
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Inventor
정석영
이정화
김민규
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국방과학연구소
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    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • G01P5/16—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
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    • G01L23/00—Devices or apparatus for measuring or indicating or recording rapid changes, such as oscillations, in the pressure of steam, gas, or liquid; Indicators for determining work or energy of steam, internal-combustion, or other fluid-pressure engines from the condition of the working fluid
    • G01L23/26—Details or accessories
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    • G01M7/02—Vibration-testing by means of a shake table

Abstract

The present invention relates to a flow property estimating method in a pressure measurement system. More specifically, the present invention relates to a method which estimates a Mach number and an attack angle from a pressure measured by a conical pressure probe system which is used for measuring a flow property at a supersonic speed. The flow property estimating method in a pressure measurement system comprises: a first preset step of presetting a correlation of a total pressure ratio of three pitot tubes and the Mach number (M); a second preset step of presetting a correlation of a slope of a total pressure ratio difference of the pitot tube located on an upper conical surface and a lower conical surface and the Mach number (M); a Mach number estimating step of estimating the Mach number by using the measured total pressure ratio and the correlation of the first preset step; and an attack angle estimating step of estimating the attack angle from the calculated slope of the total pressure ratio difference by using the measured total pressure ratio difference and the estimated Mach number.

Description

압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법{Estimation method of flow characteristic}[0001] DESCRIPTION [0002] Estimation method of flow characteristic in a pressure measurement system [

제안기술은 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 초음속에서의 유동 특성을 측정하는데 사용되는 원추형 압력 측정 시스템(Conical Pressure Probe System)에서 측정된 압력으로부터 마하수와 받음각을 추정하는 방법에 관한 발명이다.The present invention relates to a method for estimating flow characteristics in a pressure measurement system, and more particularly, to a method and apparatus for estimating flow characteristics from a pressure measured in a conical pressure probe system used for measuring flow characteristics at supersonic speed Of the invention.

일반적으로 초음속 유동 내의 마하수를 측정하는 장치로는 원추형이나 쐐기형의 측정 시스템이 사용되며, 비행체의 선두부나 흡입구의 구조물에 압력관을 배치하여 압력 측정 시스템을 구성하기도 한다. Generally, cone or wedge type measuring system is used for measuring Mach number in supersonic flow, and a pressure measuring system is constituted by arranging a pressure pipe at the front part of the air vehicle or the structure of the intake port.

일반적인 압력 측정 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 원추형의 선두부에 형성되는 피토관(Pitot Probe)과 원추면에 추가로 장착되는 피토관들로 구성되어 세 개의 전압(Total Pressure)

Figure 112016086964048-pat00001
,
Figure 112016086964048-pat00002
,
Figure 112016086964048-pat00003
을 측정하게 된다.The general pressure measurement system is composed of a Pitot probe formed at the head of the conical shape and a Pitot tube additionally mounted on the conical surface as shown in FIG. 1,
Figure 112016086964048-pat00001
,
Figure 112016086964048-pat00002
,
Figure 112016086964048-pat00003
.

압력 측정 시스템은 초음속 유동의 속도인 마하수(M)와 받음각(

Figure 112016086964048-pat00004
)의 측정을 목적으로 측정 범위나 유동 형태 등을 고려하여 원추의 형태(원추 반각,
Figure 112016086964048-pat00005
) 및 피토관 배치 위치(위치각,
Figure 112016086964048-pat00006
)를 선택하여 제작된다.The pressure measurement system measures the velocity of supersonic flow (Mach number (M) and angle of attack
Figure 112016086964048-pat00004
), The shape of the cone (half of the cone,
Figure 112016086964048-pat00005
) And Pitot tube placement position (position angle,
Figure 112016086964048-pat00006
).

전압을 측정하는 피토관을 이용하는 경우 초음속 유동에서 자유류 전압을 측정할 수 없다. 초음속 유동에서는 압력관 앞에 충격파가 존재하게 되고 이 충격파로 인해 전압 손실이 발생하기 때문에 자유류 전압보다 작은 전압을 측정하게 되기 때문이다.If a pitot tube is used to measure the voltage, free-flow voltage can not be measured in a supersonic flow. In the supersonic flow, shock waves exist in front of the pressure tube, and since the shock wave causes voltage loss, it measures a voltage smaller than the free flow voltage.

이는 Pitot-Rayleigh 관계로 알려져 있고 측정하는 전압과 자유류 전압, 자유류 마하수가 모두 결합된 형태로 주어진다. 그러므로 측정 압력들로부터 유동 정보를 얻기 위해서는 근사적이거나 반복적인 계산으로 이루어진 자료처리 알고리듬이 필요하다.This is known as the Pitot-Rayleigh relation and is given by combining the measured voltage, free-flow voltage, and free-flow Mach number. Therefore, to obtain flow information from measured pressures, a data processing algorithm consisting of approximate or iterative calculations is required.

미국 등록특허공보 제4718273호U.S. Patent No. 4,188,273

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 초음속에서의 유동 특성을 측정하는데 사용되는 원추형 압력 측정 시스템에서 측정된 압력으로부터 유동 속도인 마하수와 유동의 각도인 받음각을 추정하는 방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention provides a method of estimating an angle of attack, which is an angle between a Mach number and a flow, which is a flow velocity, from a pressure measured in a conical pressure measurement system used for measuring flow characteristics at supersonic speed .

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

원추형 구조물의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면에 피토관이 배치되어 전압(Total Pressure)을 측정하는 원추형 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법에 있어서,A method of estimating a flow characteristic in a conical pressure measuring system in which a pitot tube is disposed at a head portion, an upper conical surface and a lower conical surface of a conical structure to measure a total pressure,

3 개의 피토관의 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00007
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제1기설정 단계;Total pressure ratio of three Pitot tubes (
Figure 112016086964048-pat00007
) And the Mach number (M);

상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00008
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제2기설정 단계;The slope of the power difference of the Pitot tube placed on the upper conical surface and the lower conical surface (
Figure 112016086964048-pat00008
) And a Mach number (M);

측정된 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00009
)와 상기 제1기설정 단계의 상관관계를 이용하여 마하수(M)를 추정하는 마하수 추정 단계;The measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00009
And estimating the Mach number (M) using the correlation of the first initialization step;

측정된 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00010
)와 추정된 마하수를 이용하여 계산된 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00011
)로부터 받음각(
Figure 112016086964048-pat00012
)을 추정하는 받음각 추정 단계;를 포함하는 것으로,The difference in the measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00010
) And the slope of the voltage power difference calculated using the estimated Mach number (
Figure 112016086964048-pat00011
) To the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00012
) Of the vehicle,

전압력비(

Figure 112016086964048-pat00013
)는 Total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00013
)

Figure 112016086964048-pat00014
Figure 112016086964048-pat00014

(여기서,

Figure 112016086964048-pat00015
:상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 전압을 평균화한 대푯값,
Figure 112016086964048-pat00016
:선두부에 배치된 피토관에서 측정되는 전압)(here,
Figure 112016086964048-pat00015
: A representative value obtained by averaging the voltage of the Pitot tube disposed at the upper conical surface and the lower conical surface,
Figure 112016086964048-pat00016
: Voltage measured at Pitot tube placed at the head)

로 정의되고,Lt; / RTI >

마하수와 상기 받음각은 서로 분리되어 독립적으로 추정되는 것을 특징으로 한다.The Mach number and the angle of attack are separately estimated and independently estimated.

대푯값(

Figure 112016086964048-pat00017
)은 평균 방법으로 멱평균을 사용하여An alternative (
Figure 112016086964048-pat00017
) Using the mean of the power as a mean

Figure 112016086964048-pat00018
Figure 112016086964048-pat00018

로 정의되고,Lt; / RTI >

멱평균의 차수(N)는 1.5에서 2.5사이의 실수 값 중 하나인 것을 특징으로 한다.And the order N of the power mean is one of real numbers between 1.5 and 2.5.

제1기설정 단계는,In the first setting step,

전압력비(

Figure 112016086964048-pat00019
)가 마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출되는 단계;Total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00019
) Is calculated under the condition that the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M);

마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출된 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00020
)를 마하수(M)의 다항식 형태로 정의하는 단계;The total pressure ratio calculated from the condition when the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00020
) In the polynomial form of Mach number (M);

마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.And calculating a coefficient in the polynomial of the Mach number (M) using an approximation technique.

마하수(M)의 다항식은 The polynomial of Mach number (M)

Figure 112016086964048-pat00021
Figure 112016086964048-pat00021

(여기서,

Figure 112016086964048-pat00022
: 계수, N : 차수)(here,
Figure 112016086964048-pat00022
: Coefficient, N: order)

로 정의되고,Lt; / RTI >

차수(N)는 정수인 것으로 4보다 작거나 같은 것을 특징으로 한다.The degree N is an integer and is less than or equal to four.

제2기설정 단계는,In the second setting step,

전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00023
)를 마하수(M) 별로 받음각()에 대해 계산하는 단계;Difference in pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00023
) With respect to the angle of attack (?) For each Mach number (M);

전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00024
)를 산출하는 단계;The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00024
);

전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00025
)를 산출하는 단계에서 산출된 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00026
)를 마하수의 다항식 형태로 정의하는 단계;The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00025
The slope of the voltage power difference calculated in the step of calculating
Figure 112016086964048-pat00026
) In the polynomial form of Mach number;

마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계;Calculating a coefficient in a polynomial of the Mach number (M) using an approximation technique;

를 포함하는 것으로,And,

전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00027
)는Difference in pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00027
)

Figure 112016086964048-pat00028
Figure 112016086964048-pat00028

(여기서,

Figure 112016086964048-pat00029
: 상측 원추면에 배치된 피토관에서 측정되는 전압,
Figure 112016086964048-pat00030
: 하측 원추면에 배치된 피토관에서 측정되는 전압,
Figure 112016086964048-pat00031
:선두부에 배치된 피토관에서 측정되는 전압)(here,
Figure 112016086964048-pat00029
: The voltage measured at the Pitot tube arranged at the upper conical surface,
Figure 112016086964048-pat00030
: The voltage measured at the Pitot tube located at the lower conical surface,
Figure 112016086964048-pat00031
: Voltage measured at Pitot tube placed at the head)

로 정의되고,Lt; / RTI >

전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00032
)는 The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00032
)

Figure 112016086964048-pat00033
Figure 112016086964048-pat00033

(여기서,

Figure 112016086964048-pat00034
: 전압력비의 차,
Figure 112016086964048-pat00035
: 받음각)(here,
Figure 112016086964048-pat00034
: Difference in pressure ratio,
Figure 112016086964048-pat00035
: Angle of attack)

로 정의되며,Lt; / RTI >

마하수(M)의 다항식은The polynomial of Mach number (M)

Figure 112016086964048-pat00036
Figure 112016086964048-pat00036

(여기서,

Figure 112016086964048-pat00037
: 계수, N : 차수)(here,
Figure 112016086964048-pat00037
: Coefficient, N: order)

로 정의되고, 상기 차수(N)는 정수인 것을 특징으로 한다., And the order (N) is an integer.

마하수 추정 단계는,In the Mach number estimation step,

압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00038
)를 계산하는 단계;Using the voltage measured at each head of the pressure measurement system, the upper conical surface and the lower conical surface,
Figure 112016086964048-pat00038
);

마하수(M)의 다항식을 이용하여 N차 방정식의 근으로부터 마하수(M)를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Calculating the Mach number (M) from the root of the N-th order equation using the polynomial of Mach number (M).

받음각(

Figure 112016086964048-pat00039
) 추정 단계는Angle of attack
Figure 112016086964048-pat00039
) The estimation step

압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00040
)를 계산하는 단계;Using the measured voltage at the head, top cone and bottom cone of the pressure measurement system,
Figure 112016086964048-pat00040
);

마하수(M)의 다항식을 이용하여 받음각(

Figure 112016086964048-pat00041
)을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.Using the polynomial of Mach number (M), the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00041
) Of the target value.

제1기설정 단계 및 상기 제2기설정 단계는 수치해석 또는 풍동시험을 통하여 기 설정되는 것을 특징으로 한다.The first setting step and the second setting step are preliminarily set through a numerical analysis or a wind tunnel test.

본 발명에 따르면, 받음각의 영향을 최소화하는 압력 측정 방법을 사용하여 마하수를 추정하는 정확도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect that the accuracy of estimating the Mach number can be increased by using the pressure measuring method that minimizes the influence of the angle of attack.

또한, 마하수와 받음각의 영향이 서로 분리되어 독립적으로 다뤄질 수 있도록 알고리듬을 구성함으로써 반복적인 계산이 아닌 순차적인 계산으로 유동 정보를 추정할 수 있어 마하수나 받음각 등 유동 정보를 추정하는 방법이나 알고리듬의 복잡성을 줄일 수 있는 효과가 있다.It is also possible to estimate flow information by sequential calculation instead of repetitive calculation by constructing an algorithm that can deal with the influence of Mach number and angle of attack independently of each other. Therefore, it is possible to estimate flow information such as Mach number and angle of attack, Can be reduced.

도 1은 본 발명의 원추형 압력 측정 시스템.
도 2는 본 발명의 원추 위쪽에 설치된 피토관의 압력 특성 그래프.
도 3은 본 발명의 원추 아래쪽에 설치된 피토관의 압력 특성 그래프.
도 4는 산술평균을 사용한 전압력비의 마하수와 받음각에 따른 특성 그래프.
도 5는 평균방법에 따른 전압력비의 오차 그래프.
도 6은 멱평균을 사용한 마하수와 받음각 추정 알고리듬.
도 7은 멱평균을 사용한 전압력비의 마하수와 받음각에 따른 특성 그래프.1 is a conical pressure measurement system of the present invention.
FIG. 2 is a graph of pressure characteristics of a Pitot tube installed above a cone of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a graph of pressure characteristics of a Pitot tube installed under the cone of the present invention.
FIG. 4 is a characteristic graph according to the Mach number and the angle of attack of the total pressure ratio using the arithmetic mean.
5 is a graph showing an error of the total pressure ratio according to the averaging method.
6 is an algorithm for estimating Mach number and angle of attack using a power average.
7 is a characteristic graph according to the Mach number and the angle of attack of the total pressure ratio using the power averaging.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법에 관한 것으로, 초음속에서의 유동 특성을 측정하는데 사용되는 원추형 압력 측정 시스템에서 측정된 전압으로부터 유동 속도인 마하수와 유동의 각도인 받음각을 추정하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for estimating flow characteristics in a pressure measurement system, and a method for estimating an angle of attack, which is an angle between Mach number and flow, from a voltage measured in a conical pressure measurement system used to measure flow characteristics at supersonic speed .

실제 환경에서 원추형 압력 시스템을 이용하여 측정된 압력은 마하수 이외에도 받음각의 영향을 받게 된다. 유동에 대해 일정 각도를 유지하는 경우 상측 원주면에 형성된 피토관과 하측 원추면에 형성된 피토관에서 측정된 압력에는 차이가 발생하게 된다. In real environments, the pressure measured using the conical pressure system is influenced by the angle of attack in addition to Mach number. When the angle is maintained at a certain angle with respect to the flow, there is a difference in the pressure measured in the pitot tube formed on the upper circumferential surface and the pitot tube formed on the lower conical surface.

그러므로 압력으로부터 마하수와 받음각을 추정할 때 두 변수가 결합된 형태임을 감안하여 알고리듬을 구성하게 되며, 기존에는 반복적인 계산을 통해 마하수와 받음각을 추정하였다.Therefore, when estimating the Mach number and the angle of attack from the pressure, the algorithm is constructed considering that the two variables are combined. In the past, the Mach number and the angle of attack were estimated through repetitive calculations.

도 1은 본 발명의 원추형 압력 측정 시스템을 도시하고 있다.1 shows a conical pressure measuring system of the present invention.

본 발명의 압력 측정 시스템은 원추형 몸체의 선두부에 끝이 잘린 형태로 설치된 피토관과 상측 원추면 및 하측 원추면 각각에 형성된 피토관으로 구성된다.The pressure measuring system of the present invention is composed of a pitot tube which is installed in a truncated form at the head portion of a conical body, and a pitot tube formed on each of an upper conical surface and a lower conical surface.

주어진 유동 조건에 대해 측정되는 전압(Total Pressure) 특성은 도 1에 도시된 바와 같이 원추의 반각(

Figure 112016086964048-pat00042
)과 원추면의 피토관 전면 위치각(
Figure 112016086964048-pat00043
)에 의해 결정된다.The total pressure characteristics measured for a given flow condition are shown in Figure 1,
Figure 112016086964048-pat00042
) And the pitot tube front position angle of the cone (
Figure 112016086964048-pat00043
).

각 피토관에서 측정된 전압은 마하수와 받음각에 따라 차이가 나는데, 이는 각 피토관으로 진입하는 유선(stream line)이 서로 다른 충격파를 지나면서 강도의 차이에 따라 전압 손실이 다르기 때문이다. The voltage measured at each pitot tube differs depending on the Mach number and the angle of attack. This is because the stream line entering each pitot tube has different voltage loss due to the difference in strength as it passes through different shock waves.

초음속 유동에서는 피토관 주위에 발생한 충격파에 의한 압력 강하가 발생한다. 압력 강하는 충격파의 강도가 세어질수록 크게 발생하는데 충격파의 강도는 유동의 속도가 증가할수록 유동의 각도가 클수록 커지게 된다.In a supersonic flow, a pressure drop due to a shock wave generated around the pitot tube occurs. Pressure drop occurs as the intensity of the shock wave increases, and the intensity of the shock wave increases as the flow angle increases.

도 1에서 보면 선두부의 피토관은 하나의 충격파 뒤의 압력을 측정하지만 원추면에 위치한 피토관은 두 개의 충격파를 지난 후의 압력을 측정하게 된다. 또한, 유동의 각도가 있는 경우 각 충격파의 강도가 달라지므로 압력의 변화가 생긴다. In Fig. 1, the pitot tube at the head part measures the pressure behind one shock wave, but the pitot tube at the conical surface measures the pressure after two shock waves. In addition, when there is an angle of flow, the intensity of each shock wave changes, resulting in a change in pressure.

도 2는 본 발명의 원추 위쪽에 설치된 피토관의 압력 특성 그래프를 도시하고 있고, 도 3은 본 발명의 원추 아래쪽에 설치된 피토관의 압력 특성 그래프를 도시하고 있다.FIG. 2 is a graph showing a pressure characteristic curve of a Pitot tube installed above a cone of the present invention, and FIG. 3 is a graph of a pressure characteristic of a Pitot tube installed below the conical shape of the present invention.

도 2와 도 3은 원추면 위와 아래에 설치된 각각의 피토관에서 측정된 압력 특성을 마하수(M)와 받음각(Angle Of Attack,

Figure 112016086964048-pat00044
)에 따라 보여주고 있으며, 보여지는 각각의 압력
Figure 112016086964048-pat00045
,
Figure 112016086964048-pat00046
은 선두부에서 측정된 압력인
Figure 112016086964048-pat00047
으로 나누어진 값이다. FIGS. 2 and 3 show the pressure characteristics measured at each of the pitot tubes provided above and below the conical surface by the Mach number (M) and the angle of attack (Angle Of Attack,
Figure 112016086964048-pat00044
), And the respective pressures shown
Figure 112016086964048-pat00045
,
Figure 112016086964048-pat00046
Is the pressure measured at the head
Figure 112016086964048-pat00047
.

압력 값은 원추 유동 해석값과 전산유체역학 계산값, 풍동시험의 측정을 통해 획득한 것이며, 특정한 원추 형상과 피토관 배치 형상에 대한 것이다. The pressure values are obtained from conical flow analysis, computational fluid dynamics calculation, wind tunnel test measurements, and specific cone shapes and pitot tube layout shapes.

원추의 형상과 피토관의 위치나 배치에 따라 압력 값의 크기 등은 달라질 수 있으나 마하수나 받음각에 따른 경향은 유사한 것을 확인할 수 있다.The shape of the cone and the position and arrangement of the pitot tube may vary the magnitude of the pressure value, but the tendency for Mach number and angle of attack is similar.

도 1에 도시된 바와 같은 압력 측정 시스템을 이용한 본 발명의 압력 측정 방법과 이를 이용한 마하수 및 받음각 추정 방법은,The pressure measurement method of the present invention using the pressure measurement system as shown in FIG. 1, and the Mach number and the angle of attack estimation method using the same,

상기 3 개의 피토관의 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00048
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제1기설정 단계;The total pressure ratio of the three Pitot tubes (
Figure 112016086964048-pat00048
) And the Mach number (M);

상기 상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00049
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제2기설정 단계;The slope of the voltage power difference of the pitot tube disposed on the upper conical surface and the lower conical surface
Figure 112016086964048-pat00049
) And a Mach number (M);

측정된 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00050
)와 상기 제1기설정 단계의 상관관계를 이용하여 마하수(M)를 추정하는 마하수 추정 단계;The measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00050
And estimating the Mach number (M) using the correlation of the first initialization step;

측정된 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00051
)와 추정된 마하수를 이용하여 계산된 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00052
)로부터 받음각(
Figure 112016086964048-pat00053
)을 추정하는 받음각 추정 단계를 포함하여 이루어진다.The difference in the measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00051
) And the slope of the voltage power difference calculated using the estimated Mach number (
Figure 112016086964048-pat00052
) To the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00053
And a step of estimating an angle of attack.

상기와 같은 단계를 진행하기 위해 먼저 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00054
)를 정의하게 된다.In order to proceed with the above steps,
Figure 112016086964048-pat00054
).

상기 상측 원추면과 하측 원추면에 위치한 피토관의 측정 압력은 받음각에 따라 서로 간의 차이가 발생하게 된다. 마하수에 따른 피토관 압력 변화 특성을 나타내기 위해 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00055
)의 산출 시 원추면에 형성된 두 피토관의 압력(
Figure 112016086964048-pat00056
,
Figure 112016086964048-pat00057
)을 평균화한 대푯값(
Figure 112016086964048-pat00058
)을 사용하며, 상기 대푯값(
Figure 112016086964048-pat00059
)을 선두부 전압(
Figure 112016086964048-pat00060
)으로 무차원화하여 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00061
)를 정의한다.The measured pressure of the pitot tube located at the upper conical surface and the lower conical surface is different according to the angle of attack. In order to show the characteristics of pressure change of pitot tube according to Mach number,
Figure 112016086964048-pat00055
), The pressure of two Pitot tubes formed on the conical surface (
Figure 112016086964048-pat00056
,
Figure 112016086964048-pat00057
),
Figure 112016086964048-pat00058
), And the representative value (
Figure 112016086964048-pat00059
) To the leading voltage (
Figure 112016086964048-pat00060
) And the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00061
).

Figure 112016086964048-pat00062
Figure 112016086964048-pat00062

상기 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00063
)에는 마하수의 영향과 더불어 받음각의 영향이 포함되어 있다. 그러므로 마하수 추정의 정확도를 올리기 위해서는 받음각의 영향을 분리시키는 것이 필요하다. 따라서 받음각에 따른 변화가 작아질 수 있는 대푯값 산출 방법을 선택해야 한다. The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00063
) Includes the influence of Mach number and the effect of angle of attack. Therefore, in order to increase the accuracy of Mach number estimation, it is necessary to separate the influence of the angle of attack. Therefore, it is necessary to select a method of calculating a representative value that can reduce the variation according to the angle of attack.

먼저, 산술 평균을 이용한 대푯값 산출 식은 다음과 같다.First, the formula for calculating the representative value using the arithmetic mean is as follows.

Figure 112016086964048-pat00064
Figure 112016086964048-pat00064

첨자 A는 산술평균(Arithmetic Average)을 의미한다.Subscript A means Arithmetic Average.

도 4에서는 상기의 산술평균을 사용한 전압력비의 마하수와 받음각에 따른 특성 그래프를 도시하고 있다.FIG. 4 shows a characteristic graph according to the Mach number and the angle of attack of the total pressure ratio using the above arithmetic mean.

마하수에 따른 변화에 추가적으로 받음각에 따른 영향이 있음을 알 수 있다.In addition to changes due to machinability, it can be seen that there is an influence by the angle of attack.

대푯값 산출 방법에 따른 전압력비의 받음각 영향을 알아보기 위해 산술평균 이외의 기하평균, 조화평균, 멱평균을 이용하여 대푯값을 산출하였다. 대푯값을 산출하기 위한 각각의 식은 다음과 같다.In order to investigate the effect of angle of attack on the total pressure ratio according to the method of calculating the representative value, a representative value was calculated by using geometric mean, harmonic mean, and power mean other than arithmetic mean. Each expression for calculating a representative value is as follows.

Figure 112016086964048-pat00065
Figure 112016086964048-pat00065

Figure 112016086964048-pat00066
Figure 112016086964048-pat00066

Figure 112016086964048-pat00067
Figure 112016086964048-pat00067

각 첨자는 각각의 평균 방법을 나타내며, G는 기하평균(Geometric Average), H는 조화평균(Harmonic Average), P는 멱평균(Powered Average)을 의미한다.Each subscript indicates the average method of each, G means Geometric Average, H means Harmonic Average, and P means Powered Average.

상기와 같은 평균 방법에 따른 차이를 알아보기 위하여 식 6과 같이 받음각에 따른 전압력비가 받음각 0°에서의 전압력비와 얼마나 큰 차이가 있는지를 최대값의 비율로 정의하여 평균 방법에 따른 크기를 비교하였다.In order to investigate the difference according to the above average method, the magnitude of the power ratio according to the angle of attack according to the average method is compared with the ratio of the maximum value to the total pressure ratio at the angle of attack 0 ° .

Figure 112016086964048-pat00068
Figure 112016086964048-pat00068

도 5는 평균 방법에 따른 전압력비의 오차 그래프를 도시하고 있다.FIG. 5 shows an error graph of the total pressure ratio according to the average method.

도 5로부터 멱평균을 사용했을 ‹š 가장 작은 차이가 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 상기 대푯값(

Figure 112016086964048-pat00069
)은 평균 방법으로 멱평균을 사용하여 정의된다. 상기 멱평균의 차수인 N은 1.5에서 2.5사이의 실수 값 중 하나를 선택하여 사용한다.From FIG. 5, it can be seen that the smallest difference occurs when the power average is used. Therefore,
Figure 112016086964048-pat00069
) Is defined using a power average as the average method. N, which is the order of the power mean, is selected from one of the real numbers between 1.5 and 2.5.

상기에서 정의된 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00070
)를 이용하는 상기 제1기설정 단계는 수치해석이나 풍동시험 등을 이용하여 미리 설정되는 단계로,The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00070
) Is preliminarily set using numerical analysis, wind tunnel test, or the like,

상기 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00071
)가 마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출되는 단계;The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00071
) Is calculated under the condition that the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M);

상기 마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출된 상기 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00072
)를 마하수(M)의 다항식 형태로 정의하는 단계;The pre-pressure ratio (P) calculated under the condition when the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00072
) In the polynomial form of Mach number (M);

상기 마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계;Calculating a coefficient in the polynomial of the Mach number (M) using an approximate technique;

를 포함하여 진행된다.Lt; / RTI >

상기 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00073
)를 상기와 같은 계산법에 따라 마하수 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출한 후, 산출된 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00074
)를 수식 7과 같이 마하수의 다항식 형태로 정의한다. 이후 상기 마하수(M)의 다항식에서의 계수(
Figure 112016086964048-pat00075
)를 근사기법을 이용하여 산출한다.The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00073
) Was calculated according to the above calculation method under the condition that the angle of attack was 0 ° for each Mach number, and then the calculated total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00074
) Is defined as a polynomial form of Mach number as shown in equation (7). Then, the coefficient in the polynomial of the Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00075
) Is calculated using the approximate technique.

Figure 112016086964048-pat00076
Figure 112016086964048-pat00076

식 7은 마하수와 받음각에 대해 2차로 근사하는 형태이며, 이 두 개의 변수가 결합되어 있다. 각 항의 민감도를 분석하여 상대적으로 영향도가 적은 항은 무시할 수 있다.Equation 7 is a quadratic approximation of Mach number and angle of attack, and these two variables are combined. By analyzing the sensitivity of each term, it is possible to ignore the terms with relatively low influence.

만약 전압력비가 마하수만의 영향을 받는다면 식 8과 같이 마하수만의 다항식으로 표현할 수 있으며, 이때 받음각의 영향은 고려되지 않는다.If the power ratio is affected by the Mach number only, it can be expressed as a polynomial of Mach number only as shown in Eq. 8, but the influence of the angle of attack is not considered.

Figure 112016086964048-pat00077
Figure 112016086964048-pat00077

주어진 전압력비에 대해 식 7이나 식 8을 마하수의 2차 방정식으로 간주하고 방정식의 해를 구하면 원하는 마하수를 산출할 수 있다.For a given pressure ratio, we can calculate the desired Mach number by considering Equation 7 or Equation 8 as a quadratic equation of Mach numbers and solving the equation.

상기 차수(N)는 정수이며, 4보다 작거나 같은 값을 선택하여 사용한다.The order N is an integer, and a value less than or equal to 4 is selected and used.

상측 원주면과 하측 원주면에 배치된 피토관의 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00078
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 상기 제2기설정 단계는 수치해석이나 풍동시험 등을 이용하여 미리 설정되는 단계로,The slope of the voltage power difference of the Pitot tube placed on the upper circumferential surface and the lower circumferential surface (
Figure 112016086964048-pat00078
) And the Mach number (M) is preliminarily set using numerical analysis, wind tunnel test, or the like,

전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00079
)를 마하수(M) 별로 받음각(
Figure 112016086964048-pat00080
)에 대해 계산하는 단계;Difference in pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00079
) By the Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00080
≪ / RTI >

상기 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00081
)를 산출하는 단계;The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00081
);

상기 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00082
)를 산출하는 단계에서 산출된 상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00083
)를 마하수의 다항식 형태로 정의하는 단계;The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00082
The slope of the voltage power difference calculated in the step of calculating
Figure 112016086964048-pat00083
) In the polynomial form of Mach number;

상기 마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계;Calculating a coefficient in the polynomial of the Mach number (M) using an approximate technique;

를 포함하여 진행된다.Lt; / RTI >

받음각(

Figure 112016086964048-pat00084
)은 상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관에서 측정한 압력(
Figure 112016086964048-pat00085
,
Figure 112016086964048-pat00086
)의 차이로부터 추정할 수 있다. 상기 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00087
)는 상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 압력 차이를 선두부에 배치된 피토관에서 측정되는 압력(
Figure 112016086964048-pat00088
)으로 나누어 계산한다.Angle of attack
Figure 112016086964048-pat00084
) Is the pressure measured in the Pitot tube arranged on the upper conical surface and the lower conical surface (
Figure 112016086964048-pat00085
,
Figure 112016086964048-pat00086
). ≪ / RTI > The difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00087
) Is the pressure difference between the upper conical surface and the lower conical surface of the Pitot tube measured by the pressure measured at the Pitot tube
Figure 112016086964048-pat00088
).

상기 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00089
)는 식 9와 같이 정의된다.The difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00089
) Is defined as Equation (9).

Figure 112016086964048-pat00090
Figure 112016086964048-pat00090

상기 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00091
)를 이용하여 마하수(M) 별로 받음각(
Figure 112016086964048-pat00092
)에 대해 계산하고, 상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00093
)를 산출하게 된다.The difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00091
), And the angle of attack (M)
Figure 112016086964048-pat00092
), And the slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00093
).

상기 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00094
)는 식 10과 같이 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00095
)를 받음각으로 나누어 계산한다.The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00094
) Is the difference of the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00095
) By the angle of attack.

Figure 112016086964048-pat00096
Figure 112016086964048-pat00096

상기 전압력비차의 기울기(

Figure 112016086964048-pat00097
)를 식 11과 같이 마하수의 다항식 형태로 정의한다.The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00097
) Is defined as a polynomial form of Mach number as shown in Eq. 11.

Figure 112016086964048-pat00098
Figure 112016086964048-pat00098

이후 근사식의 계수(

Figure 112016086964048-pat00099
)는 회귀분석 등을 통해 산출한다. 차수(N)은 정수이며, 근사 오차가 일정 수준 이하인 가장 낮은 차수를 선택한다.The coefficients of the approximate equation
Figure 112016086964048-pat00099
) Is calculated through regression analysis. The degree (N) is an integer, and the lowest degree in which the approximate error is less than or equal to a certain level is selected.

제1 및 제2 기설정 단계에서의 상관관계가 다 설정되었으면 상기 마하수 추정 단계를 진행하게 된다.If the correlation in the first and second initial setting steps has been set, the Mach number estimation step is performed.

상기 마하수 추정 단계는,Wherein the Mach number estimation step comprises:

상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00100
)를 계산하는 단계;Using the measured voltages at the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measurement system, the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00100
);

상기 마하수(M)의 다항식을 이용하여 N차 방정식의 근으로부터 마하수(M)를 산출하는 단계;Calculating an Mach number (M) from the root of the N-th order equation using the polynomial of the Mach number (M);

를 포함하여 진행된다.Lt; / RTI >

상기 제1기설정단계의 상관관계를 이용하여 마하수(M)를 추정하기 위해 상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압(

Figure 112016086964048-pat00101
,
Figure 112016086964048-pat00102
,
Figure 112016086964048-pat00103
)을 이용하여 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00104
)를 계산한 후, 상기 제1기설정단계에서 정의된 마하수(M)의 다항식을 이용하여 식 12와 같이 N차 방정식의 근으로부터 마하수(M)를 산출하게 된다.(M) measured at each of the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measuring system to estimate the Mach number (M) using the correlation of the first preliminary setting step
Figure 112016086964048-pat00101
,
Figure 112016086964048-pat00102
,
Figure 112016086964048-pat00103
) Was used to calculate the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00104
(M) from the root of the N-th order equation as shown in Equation (12) by using the polynomial of the Mach number (M) defined in the first initial setting step.

Figure 112016086964048-pat00105
Figure 112016086964048-pat00105

상기 마하수 추정 단계에서 추정된 마하수(M)를 이용하여 받음각(

Figure 112016086964048-pat00106
)을 추정단계는,(M) estimated at the Mach number estimation step to obtain an angle of attack
Figure 112016086964048-pat00106
),

상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비의 차(

Figure 112016086964048-pat00107
)를 계산하는 단계;Using the measured voltages at the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measurement system, the difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00107
);

상기 마하수(M)의 다항식을 이용하여 받음각(

Figure 112016086964048-pat00108
)을 산출하는 단계;Using the polynomial of the Mach number (M), the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00108
);

를 포함하여 진행된다.Lt; / RTI >

상기 제2기설정 단계의 상관관계를 이용하여 받음각(

Figure 112016086964048-pat00109
)을 추정하기 위해 상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00110
)를 계산한 후, 상기 제2기설정 단계에서 정의된 마하수(M)의 다항식을 이용하여 상기 마하수 추정 단계에서 추정된 마하수(M)로부터 식 13과 같이 받음각(
Figure 112016086964048-pat00111
)을 산출하게 된다.Using the correlation of the second initial setting step,
Figure 112016086964048-pat00109
), The difference between the total pressure ratios (&thetas;) using the measured voltages at the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measuring system
Figure 112016086964048-pat00110
), A polynomial of the Mach number (M) defined in the second preliminary setting step is used to calculate an angle of attack (M) from the Mach number (M) estimated in the Mach number estimation step
Figure 112016086964048-pat00111
).

Figure 112016086964048-pat00112
Figure 112016086964048-pat00112

도 6은 멱평균을 사용한 마하수와 받음각 추정 알고리듬을 도시하고 있다.FIG. 6 shows the Mach number and the angle of attack estimation algorithm using the power averages.

도 6의 추정 알고리듬은 멱평균 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00113
)를 마하수의 2차 다항식으로 근사하고 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00114
)를 마하수의 4차 다항식으로 근사한 경우에 대하여 도시하였다.The estimation algorithm of FIG.
Figure 112016086964048-pat00113
) Is approximated by the second-order polynomial of Mach numbers and the slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00114
) Is approximated by a quartic polynomial of Mach number.

입력된 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00115
)로부터 마하수(M)를 우선 산출하고, 산출된 마하수(M)를 이용하여 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00116
)에 대한 근사식을 계산하여 이로부터 받음각(
Figure 112016086964048-pat00117
)을 계산한다.The input total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00115
(M) is first calculated from the calculated Mach number (M), and the slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00116
) And the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00117
).

마하수(M)와 받음각(

Figure 112016086964048-pat00118
)을 순차적으로 계산하면 유동 정보의 추정은 완료된다.Mach number (M) and angle of attack (
Figure 112016086964048-pat00118
), The estimation of the flow information is completed.

상기에서 설명한 본 발명의 유동 특성 추정 방법을 이용하여 마하수 및 받음각을 추정하게 되면, 받음각의 영향을 최소화하는 압력 측정 방법을 사용하여 마하수를 추정하는 정확도를 증가시킬 수 있다.If the Mach number and the angle of attack are estimated using the above-described flow property estimation method of the present invention, the accuracy of estimating the Mach number can be increased by using a pressure measurement method that minimizes the influence of the angle of attack.

또한, 마하수와 받음각의 영향이 서로 분리되어 독립적으로 다뤄질 수 있도록 알고리듬을 구성함으로써 반복적인 계산이 아닌 순차적인 계산으로 유동 정보를 추정할 수 있어 마하수나 받음각 등 유동 정보를 추정하는 방법이나 알고리듬의 복잡성을 줄일 수 있는 효과가 있다.It is also possible to estimate flow information by sequential calculation instead of repetitive calculation by constructing an algorithm that can deal with the influence of Mach number and angle of attack independently of each other. Therefore, it is possible to estimate flow information such as Mach number and angle of attack, Can be reduced.

도 7은 멱평균을 사용한 전압력비의 마하수와 받음각에 따른 특성 그래프를 도시하고 있다.7 shows a characteristic graph according to the Mach number and the angle of attack of the total pressure ratio using the power averaging.

멱평균을 이용하여 산출된 대푯값을 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00119
)에 사용한 경우 받음각이 변하여도 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00120
)가 거의 일정하게 유지되는 것을 확인할 수 있다. 이러한 특성에는 두 가지 장점이 있다. The representative value calculated using the power averaging is the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00119
), Even if the angle of attack is changed,
Figure 112016086964048-pat00120
) Is maintained almost constant. These characteristics have two advantages.

첫 번째는 식 8에서 볼 수 있듯이 받음각의 영향을 배제하고 마하수 만의 함수로 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00121
)를 표현할 수 있어 마하수를 독립적으로 추정할 수 있게 된다. 이는 마하수와 받음각을 순차적으로 추정할 수 있게 하여 반복적인 계산이 필요했던 산술평균을 사용하는 기존의 알고리듬에 비하여 알고리듬의 복잡성이 줄어들고 실행 코드도 간편해 진다. 또한, 수학적인 복잡성도 줄어들어 식 8의 다항식 차수를 올려 2차 이상의 근사식을 사용할 수 있어 근사식의 정확도도 증가시킬 수 있다.First, as shown in Eq. (8), the influence of the angle of attack is excluded and the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00121
), So that the Mach number can be estimated independently. This makes it possible to estimate the Mach number and the angle of attack sequentially, which reduces the complexity of the algorithm and simplifies the execution code as compared with the existing algorithm which uses the arithmetic mean which requires repeated calculation. Also, since the mathematical complexity is reduced, the polynomial order of Eq. (8) can be increased to use a second or more approximate equation, which can also increase the accuracy of the approximate equation.

두 번째는 어떤 받음각에서의 전압력비(

Figure 112016086964048-pat00122
)를 선택하여 마하수에 대응하는 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00123
)로 사용할 수 있게 된다. 도 2 및 도 3에서 볼 수 있듯이 받음각 0°에서는 이론적인 계산이나 수치 해석만의 결과를 이용한 전압력비를 설정하여도 오차가 크게 발생하지 않는다. 그러므로 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00124
)와 마하수의 상관관계를 설정하는데 소요되는 비용과 시간을 절약할 수 있다.The second is the total pressure ratio at any angle of attack
Figure 112016086964048-pat00122
) To select the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00123
). As can be seen from Figs. 2 and 3, at the angle of attack 0 deg, there is no significant error even if the theoretical pressure or the total pressure ratio using the results of only numerical analysis is set. Therefore,
Figure 112016086964048-pat00124
) And the Mach number, as well as the cost and time required to establish the correlation.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (8)

원추형 구조물의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면에 피토관이 배치되어 전압(Total Pressure)을 측정하는 원추형 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법에 있어서,
상기 3 개의 피토관의 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00125
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제1기설정 단계;
상기 상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00126
)와 마하수(M)의 상관관계를 기 설정하는 제2기설정 단계;
측정된 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00127
)와 상기 제1기설정 단계의 상관관계를 이용하여 마하수(M)를 추정하는 마하수 추정 단계;
측정된 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00128
)와 추정된 마하수를 이용하여 계산된 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00129
)로부터 받음각(
Figure 112016086964048-pat00130
)을 추정하는 받음각 추정 단계;를 포함하는 것으로,
상기 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00131
)는
Figure 112016086964048-pat00132

(여기서,
Figure 112016086964048-pat00133
:상측 원추면과 하측 원추면에 배치된 피토관의 전압을 평균화한 대푯값, :선두부에 배치된 피토관에서 측정되는 전압)
로 정의되고,
상기 마하수와 상기 받음각은 서로 분리되어 독립적으로 추정되는 것
을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.A method of estimating a flow characteristic in a conical pressure measuring system in which a pitot tube is disposed at a head portion, an upper conical surface and a lower conical surface of a conical structure to measure a total pressure,
The total pressure ratio of the three Pitot tubes (
Figure 112016086964048-pat00125
) And the Mach number (M);
The slope of the voltage power difference of the pitot tube disposed on the upper conical surface and the lower conical surface
Figure 112016086964048-pat00126
) And a Mach number (M);
The measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00127
And estimating the Mach number (M) using the correlation of the first initialization step;
The difference in the measured total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00128
) And the slope of the voltage power difference calculated using the estimated Mach number (
Figure 112016086964048-pat00129
) To the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00130
) Of the vehicle,
The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00131
)
Figure 112016086964048-pat00132

(here,
Figure 112016086964048-pat00133
: A representative value obtained by averaging the voltage of the Pitot tube disposed at the upper conical surface and the lower conical surface, : Voltage measured at Pitot tube placed at the head)
Lt; / RTI >
The Mach number and the angle of attack are estimated separately from each other
Wherein the flow characteristics are measured in a pressure measurement system. 제1항에 있어서,
상기 대푯값(
Figure 112017074779321-pat00135
)은 평균 방법으로 멱평균을 사용하여
Figure 112017074779321-pat00136

(여기서,
Figure 112017074779321-pat00167
: 상측 원추면에 배치된 피토관에서 측정한 압력,
Figure 112017074779321-pat00168
: 하측 원추면에 배치된 피토관에서 측정한 압력)
로 정의되고,
상기 멱평균의 차수(N)는 1.5에서 2.5사이의 실수 값 중 하나인 것
을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.The method according to claim 1,
The representative value (
Figure 112017074779321-pat00135
) Using the mean of the power as a mean
Figure 112017074779321-pat00136

(here,
Figure 112017074779321-pat00167
: The pressure measured in the Pitot tube arranged on the upper conical surface,
Figure 112017074779321-pat00168
: Pressure measured at the Pitot tube arranged on the lower conical surface)
Lt; / RTI >
The order N of the power mean is one of real values between 1.5 and 2.5
Wherein the flow characteristics are measured in a pressure measurement system. 제2항에 있어서,
상기 제1기설정 단계는,
상기 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00137
)가 마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출되는 단계;
상기 마하수(M) 별로 받음각이 0°일 때의 조건에서 산출된 상기 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00138
)를 마하수(M)의 다항식 형태로 정의하는 단계;
상기 마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.3. The method of claim 2,
The first setting step may include:
The total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00137
) Is calculated under the condition that the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M);
The pre-pressure ratio (P) calculated under the condition when the angle of attack is 0 ° for each Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00138
) In the polynomial form of Mach number (M);
Calculating a coefficient in the polynomial of the Mach number (M) using an approximate technique;
And estimating the flow characteristics in the pressure measurement system. 제3항에 있어서,
상기 마하수(M)의 다항식은
Figure 112016086964048-pat00139

(여기서,
Figure 112016086964048-pat00140
: 계수, N : 차수)
로 정의되고,
상기 차수(N)는 정수인 것으로 4보다 작거나 같은 것
을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.The method of claim 3,
The polynomial of the Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00139

(here,
Figure 112016086964048-pat00140
: Coefficient, N: order)
Lt; / RTI >
The degree (N) is an integer and is less than or equal to 4
Wherein the flow characteristics are measured in a pressure measurement system. 제2항에 있어서,
상기 제2기설정 단계는,
전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00141
)를 마하수(M) 별로 받음각()에 대해 계산하는 단계;
상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00142
)를 산출하는 단계;
상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00143
)를 산출하는 단계에서 산출된 상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00144
)를 마하수의 다항식 형태로 정의하는 단계;
상기 마하수(M)의 다항식에서의 계수를 근사기법을 이용하여 산출하는 단계;
를 포함하는 것으로,
상기 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00145
)는
Figure 112016086964048-pat00146

(여기서,
Figure 112016086964048-pat00147
: 상측 원추면에 배치된 피토관에서 측정되는 전압,
Figure 112016086964048-pat00148
: 하측 원추면에 배치된 피토관에서 측정되는 전압,
Figure 112016086964048-pat00149
:선두부에 배치된 피토관에서 측정되는 전압)
로 정의되고,
상기 전압력비차의 기울기(
Figure 112016086964048-pat00150
)는
Figure 112016086964048-pat00151

(여기서,
Figure 112016086964048-pat00152
: 전압력비의 차,
Figure 112016086964048-pat00153
: 받음각)
로 정의되며,
상기 마하수(M)의 다항식은
Figure 112016086964048-pat00154

(여기서,
Figure 112016086964048-pat00155
: 계수, N : 차수)
로 정의되고, 상기 차수(N)는 정수인 것
을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.3. The method of claim 2,
The second setting step may include:
Difference in pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00141
) With respect to the angle of attack (?) For each Mach number (M);
The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00142
);
The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00143
The slope of the voltage power difference calculated in the step of calculating
Figure 112016086964048-pat00144
) In the polynomial form of Mach number;
Calculating a coefficient in the polynomial of the Mach number (M) using an approximate technique;
And,
The difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00145
)
Figure 112016086964048-pat00146

(here,
Figure 112016086964048-pat00147
: The voltage measured at the Pitot tube arranged at the upper conical surface,
Figure 112016086964048-pat00148
: The voltage measured at the Pitot tube located at the lower conical surface,
Figure 112016086964048-pat00149
: Voltage measured at Pitot tube placed at the head)
Lt; / RTI >
The slope of the voltage power difference (
Figure 112016086964048-pat00150
)
Figure 112016086964048-pat00151

(here,
Figure 112016086964048-pat00152
: Difference in pressure ratio,
Figure 112016086964048-pat00153
: Angle of attack)
Lt; / RTI >
The polynomial of the Mach number (M)
Figure 112016086964048-pat00154

(here,
Figure 112016086964048-pat00155
: Coefficient, N: order)
, And the order (N) is an integer
Wherein the flow characteristics are measured in a pressure measurement system. 제4항에 있어서,
상기 마하수 추정 단계는,
상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비(
Figure 112016086964048-pat00156
)를 계산하는 단계;
상기 마하수(M)의 다항식을 이용하여 N차 방정식의 근으로부터 마하수(M)를 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.5. The method of claim 4,
Wherein the Mach number estimation step comprises:
Using the measured voltages at the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measurement system, the total pressure ratio (
Figure 112016086964048-pat00156
);
Calculating an Mach number (M) from the root of the N-th order equation using the polynomial of the Mach number (M);
And estimating the flow characteristics in the pressure measurement system. 제5항에 있어서,
상기 받음각(
Figure 112016086964048-pat00157
) 추정 단계는
상기 압력 측정 시스템의 선두부, 상측 원추면 및 하측 원추면의 피토관 각각에서 측정된 전압을 이용하여 전압력비의 차(
Figure 112016086964048-pat00158
)를 계산하는 단계;
상기 마하수(M)의 다항식을 이용하여 받음각(
Figure 112016086964048-pat00159
)을 산출하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.6. The method of claim 5,
The angle of attack (
Figure 112016086964048-pat00157
) The estimation step
Using the measured voltages at the head portion, the upper conical surface and the lower conical surface of the pressure measurement system, the difference in the total pressure ratio
Figure 112016086964048-pat00158
);
Using the polynomial of the Mach number (M), the angle of attack
Figure 112016086964048-pat00159
);
And estimating the flow characteristics in the pressure measurement system. 제1항에 있어서,
상기 제1기설정 단계 및 상기 제2기설정 단계는 수치해석 또는 풍동시험을 통하여 기 설정되는 것을 특징으로 하는 압력 측정 시스템에서의 유동 특성 추정 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first setting step and the second setting step are previously set through a numerical analysis or a wind tunnel test.
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