KR101864129B1

KR101864129B1 - 초음속 항공기 흡입구의 노즈콘 제어 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR101864129B1
Application number: KR1020160137666A
Authority: KR
Inventors: 진상욱; 박동창
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-06-04
Also published as: KR20180044060A

Abstract

본 발명은 초음속 항공기의 공기 흡입구에 대한 것으로, 상기 초음속 항공기 공기 흡입구에 구비되는 쇼크 콘에 관한 것으로, 회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결되는 원뿔 모양의 첨단부로 형성되는 노즈콘과, 상기 노즈콘의 반구를 회전시켜, 상기 노즈콘의 중심으로부터 상기 첨단부에 이르는 노즈콘 중심축이 향하는 방향을 변경할 수 있도록 형성되는 노즈콘 구동부와, 상기 공기 흡입구의 전면에 생성된 공기의 초음속 유동 방향을 감지하는 감지부, 및, 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향과, 상기 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각을 검출하고, 상기 받음각이 있는 경우, 상기 공기의 초음속 유동 방향과 평행한 방향으로 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음속 항공기 흡입구의 노즈콘 제어 장치 및 제어 방법{APPARATUS FOR CONTROLLING NOSECONE OF A SUPERSONIC AIRCRAFT INTAKE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}

본 발명은 초음속 항공기의 공기 흡입구에 대한 것으로, 상기 초음속 항공기 공기 흡입구에 구비되는 노즈콘(nosecone)에 관한 것이다.

일반적으로 초음속 항공기는 공기 흡입구에서 실제 엔진 사이에 긴 관을 통해 공기가 유입된다. 이는 제트 엔진의 경우 초음속 비행으로 인해 공기의 초음속 유동이 발생하는 경우, 이를 그대로 흡입하면 압축기가 제 역할을 하지 못하기 때문이다.

한편 이처럼 초음속 항공기가 초음속으로 비행하는 경우, 상기 공기 흡입구의 전면에서는 상기 공기의 초음속 유동으로 인한 충격파가 발생하게 된다. 그리고 이러한 충격파가 발생하는 경우, 상기 충격파를 거친 공기는 압력이 크게 높아지고 속도는 줄어들게 된다. 특히 비행 속도가 빠르면 빠를수록 압력이 늘어난 것에 비하여 속도는 지나치게 감소하게 된다. 그리고 이러한 수직 충격파로 인한 문제를 해결하기 위하여, 노즈콘(nosecone)을 상기 공기 흡입구 앞에 설치함으로써, 상기 수직 충격파 대신 경사 충격파가 발생할 수 있도록 하는 방법이 등장하게 되었다.

노즈콘은 일반적으로 원뿔 모양으로 형성되며, 뾰족한 첨단부와 몸체로 구성될 수 있다. 그리고 상기 노즈콘의 첨단부는 공기의 초음속 유동으로 인해 발생하는 수직 충격파를 경사 충격파로 만들면서 공기를 감속시킨다. 그리고 상기 경사 충격파는 공기 흡입구로 유입되기 직전에 공기 흡입구의 카울(cowl)에 의해 수직 충격파를 만들면서, 유입되는 공기를 아음속의 속도로 감속시키고 유입되는 공기의 압력을 회복시킨다. 이에 따라 상기 노즈콘을 이용하여 초음속 비행에 적합한 속도 및 압력을 가지는 공기가 엔진으로 유입되도록 한다.

한편 이처럼 노즈콘을 이용하여 경사 충격파를 발생시키는 경우, 상기 노즈콘의 중심으로부터 노즈콘의 첨단부에 이르는 중심축 방향과, 상기 공기의 초음속 유동이 이루는 각도(이하 받음각)가 0도인 경우라면, 이론적으로 상기 공기 흡입구의 카울 주변에 균일하게 유입되는 경사 충격파를 만들 수 있으므로, 상기 카울로 인해 만들어지는 수직 충격파가 균일하게 발생될 수 있다. 이에 따라 엔진의 연소기로 균일한 공기의 유동이 공급될 수 있다.

그러나 상기 받음각이 0도가 아닌 경우라면, 상기 공기 흡입구의 카울 주변에 균일하지 않은 경사 충격파를 생성하게 되고, 이에 따라 상기 카울에서 생성되는 수직 충격파가 균일해지지 않을 수 있다. 그리고 이에 따라 상기 공기 흡입구에서 회복되는 공기 유동의 압력 회복률 및 공기 흡입량이 감소하게 된다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 하는 것으로,

상기 노즈콘의 중심축과 초음속 공기 유동 방향이 이루는 받음각이 0도가 아닌 경우에도, 상기 공기 흡입구에서 회복되는 공기 유동의 압력 회복률 및 공기 흡입률이 유지될 수 있도록 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초음속 항공기 엔진의 공기 흡입구에 구비되는 노즈콘(nosecone)의 제어 장치에 있어서, 회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결되는 원뿔 모양의 첨단부로 형성되는 노즈콘과, 상기 노즈콘의 반구를 회전시켜, 상기 노즈콘의 중심으로부터 상기 첨단부에 이르는 노즈콘 중심축이 향하는 방향을 변경할 수 있도록 형성되는 노즈콘 구동부와, 상기 공기 흡입구의 전면에 생성된 공기의 초음속 유동 방향을 감지하는 감지부, 및, 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향과, 상기 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각을 검출하고, 상기 받음각이 있는 경우, 상기 공기의 초음속 유동 방향과 평행한 방향으로 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘 구동부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 노즈콘은, 상기 공기의 초음속 유동으로부터 경사 충격파를 생성할 수 있도록 상기 공기 흡입구의 중앙 부분에 상기 첨단부가 돌출되도록 배치되며, 상기 노즈콘과 상기 공기 흡입구 사이로 공기가 유입될 수 있도록 형성되고, 상기 공기 흡입구는, 상기 노즈콘 중심축의 방향과 동일한 축 방향을 향하도록 형성되며, 상기 경사 충격파에 의해 감속된 공기가 수직 충격파를 생성할 수 있도록 형성되는 흡입구 카울(cowl), 및, 상기 노즈콘 중심축의 회전에 따른 각도 변화를 흡수하며, 상기 흡입구 카울과 연소관을 연결하는 흡입구 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 흡입구 벨로우즈는, 상기 노즈콘의 회전에 따른 각도 변화를 흡수할 수 있도록 내부는 주름관으로, 외부는 금속 직물 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 감지부는, 상기 노즈콘의 몸체 둘레를 따라 형성되며, 상기 수직 충격파로 인해 발생하는 공기의 압력을 감지하기 위한 복수의 압력 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 카울은, 상기 노즈콘과 일체형으로 형성되어, 상기 노즈콘 반구 부분의 회전에 따라 상기 첨단부가 향하는 방향이 변경되면, 변경된 노즈콘 중심축 방향과 항상 동일한 축 방향을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 초음속 항공기 엔진의 공기 흡입구에 구비되며, 회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결되는 원뿔 모양의 첨단부로 형성되는 노즈콘(nosecone)의 제어 방법에 있어서, 상기 공기 흡입구 전면에 생성된 공기의 초음속 유동 방향을 감지하는 단계와, 상기 감지 결과에 따라 상기 노즈콘의 중심으로부터 상기 첨단부에 이르는 노즈콘 중심축이 향하는 방향과 상기 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각을 검출하는 단계, 및, 상기 받음각이 검출되면, 상기 공기의 초음속 유동 방향과 평행한 방향으로 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘의 반구를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 받음각을 검출하는 단계는, 상기 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서, 상기 노즈콘에 의해 생성되는 경사 충격파로부터 발생하는 수직 충격파의 공기 압력들을 감지하는 단계와, 상기 감지된 서로 다른 위치의 공기 압력들 간의 편차를 산출하는 단계, 및, 상기 산출된 편차가 기 설정된 수준 이상인지 여부에 따라 상기 받음각이 있는지 여부를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 노즈콘의 반구를 회전시키는 단계는, 상기 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서 감지된 공기 압력들 중, 상기 수직 충격파의 압력이 약하게 감지된 공기 흡입구의 위치에 따른 방향으로 상기 노즈콘의 첨단부가 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘의 반구 부분을 회전시키는 단계임을 특징으로 한다.

일 실시 예에 있어서, 상기 노즈콘은, 상기 공기의 초음속 유동으로부터 경사 충격파를 생성할 수 있도록 상기 공기 흡입구의 중앙 부분에 상기 첨단부가 돌출되도록 배치되며, 상기 노즈콘과 상기 공기 흡입구 사이로 공기가 유입될 수 있도록 형성되고, 상기 공기 흡입구는, 상기 노즈콘과 일체형으로 형성되어, 상기 노즈콘의 중심축 방향과 항상 동일한 축 방향을 향하도록 형성되며, 상기 경사 충격파에 의해 감속된 공기가 수직 충격파를 생성할 수 있도록 형성되는 흡입구 카울(cowl); 및, 상기 노즈콘 중심축의 회전에 따른 각도 변화를 흡수하며, 상기 흡입구 카울과 연소관을 연결하는 흡입구 벨로우즈를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 방법.

본 발명에 따른 노즈콘 제어 장치 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 본 발명은 노즈콘의 중심축과 초음속 공기 유동이 이루는 받음각이 0도가 되도록 상기 노즈콘의 첨단부 방향을 변경함으로써, 상기 공기 흡입구의 카울에서 균일한 수직 충격파가 발생될 수 있도록 한다. 따라서 본 발명은 노즈콘의 중심축과 초음속 공기 유동 방향이 이루는 받음각이 0도가 아닌 경우에도, 상기 공기 흡입구를 통해 유입되는 공기의 압력 회복률이 유지될 수 있도록 함으로써, 공기의 흡입률이 일정하게 유지될 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치가 구비된 공기 흡입구의 구조를 도시한 예시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치의 동작 흐름을 도시한 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치에서, 초음속 공기의 유동 방향에 따라 노즈콘의 중심축이 변경되는 예를 도시한 예시도들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치에서, 받음각을 검출하기 위한 센서들이 노즈콘에 구비되는 예를 도시한 예시도이다.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다." 또는 "포함한다." 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 본 명세서에 개시된 기술을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예들을 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)의 구조를 도시한 블록도이다.

먼저 도 1을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)는, 제어부(100) 및 제어부(100)와 연결되며 상기 제어부(100)에 의해 제어되는 노즈콘 구동부(110) 및 감지부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 노즈콘 구동부(110)는 공기 흡입구에 구비된 노즈콘(200)을 포함할 수 있다. 여기서 상기 노즈콘(200)은 회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결된 원뿔 모양으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 반구 부분의 회전에 따라 상기 원뿔 모양의 끝 부분, 즉 첨단부가 향하는 방향이 변경되도록 형성될 수 있다.

한편 노즈콘 구동부(110)는 상기 노즈콘(200)의 반구가 특정 방향으로 회전되도록 구동하는 액츄에이터 또는 기어와 같은 연결부(도시되지 않음)를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고 제어부(100)의 제어에 따라 상기 노즈콘(200)의 첨단부가 특정 방향을 향하도록 상기 노즈콘(200)의 반구 부분을 회전시킬 수 있다. 또한 상기 노즈콘 구동부(110)는 상기 반구 부분의 형상에 따른 홈을 가질 수 있다. 그리고 상기 노즈콘(200)의 반구 부분은 상기 노즈콘 구동부(110)의 홈에 삽입되어, 상기 노즈콘 구동부(110)와 상기 노즈콘(200)이 결합되는 구조를 가질 수 있다.

한편, 감지부(120)는 공기 흡입구로 유입되는 공기의 공기가 유동이 불균일한지 여부를 감지하기 위한 센서를 적어도 하나 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 감지부(120)의 센서들은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)가 구비되는 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서, 수직 충격파에 의한 압력을 감지하는 센서들일 수 있다.

이는 상기 노즈콘(200)의 중심으로부터 상기 노즈콘(200)의 첨단부에 이르는 중심축 방향과, 상기 공기의 초음속 유동이 이루는 각도(이하 받음각)가 0도인 경우라면, 상기 공기 흡입구의 카울 주변에 균일하게 유입되는 경사 충격파가 생성될 수 있으므로, 균일한 수직 충격파가 발생되어 균일한 공기의 유동이 연소기로 유입될 수 있는 반면, 상기 받음각이 0도가 아닌 경우라면, 상기 공기 흡입구의 카울 주변에 균일하지 않은 경사 충격파가 생성되고, 이에 따라 상기 카울 주변에 생성되는 수직 충격파는 균일하게 발생되지 않을 수 있고, 이에 따라 상기 연소기로 유입되는 공기의 유동은 균일하지 않을 수 있기 때문이다.

한편, 제어부(100)는, 상기 감지부(120)의 감지 결과에 따라 현재 공기 흡입구로 공기가 균일하게 유입되는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 상기와 같이 감지부(120)의 각 센서들로부터 감지된 수직 충격파의 압력들이 입력되면, 감지된 압력들 간의 편차를 산출할 수 있다. 그리고 산출된 편차가 기 설정된 수준 이하인 경우라면, 현재 공기 흡입구로 공기가 균일하게 유입되는 것으로 판단할 수 있다. 그러나 상기 산출된 편차가 기 설정된 수준을 초과하는 경우라면, 현재 공기 흡입구로 유입되는 공기가 균일하지 않은 것으로 판단할 수 있다.

그러면 제어부(100)는 산출되는 편차가 '0'이 되는 방향으로 노즈콘(200)의 첨단부가 향하는 방향을 변경할 수 있다. 예를 들어 제어부(100)는 수직 충격파의 압력이 약하게 감지된 방향으로 상기 노즈콘(200)의 첨단부가 향하도록 상기 노즈콘(200)의 반구 부분을 회전시킬 수 있다. 그러면 상기 노즈콘(200)의 첨단부가 향하는 방향, 즉 노즈콘(200)의 중심축이 향하는 방향과, 현재 초음속 공기의 유동 방향이 이루는 각, 즉 받음각이 0도가 될 수 있으며, 이에 따라 상기 공기 흡입구의 카울 주변에 균일하게 유입되도록 하는 경사 충격파가 발생될 수 있다.

한편 상술한 설명에서는 상기 공기 흡입구로 유입되는 공기의 공기가 유동이 불균일한지 여부를 감지하기 위해, 노즈콘 제어 장치(150)가 구비되는 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서, 수직 충격파에 의한 압력들을 감지하는 예를 기재하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

예를 들어 상기 감지부(120)는 적어도 하나의 초음파 풍향 센서 등을 이용하여, 상기 공기 흡입구 전면 공기의 초음속 유동 방향을 센싱할 수도 있다. 그러면 제어부(100)는 상기 노즈콘(200)의 중심축 방향과 상기 공기의 초음속 유동이 이루는 받음각이 0도가 되도록, 상기 노즈콘(200)의 반구 부분을 회전시켜 노즈콘(200)의 첨단부가 향하는 방향을 변경할 수도 있음은 물론이다.

한편 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)가 구비된 공기 흡입구의 구조를 도시한 예시도이다.

먼저 도 2a를 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)가 구비된 공기 흡입구는, 회전 가능하도록 형성된 반구 및 상기 반구에 연결된 원뿔 모양으로 형성된 노즈콘(200), 그리고 상기 노즈콘(200)과 결합될 수 있는 홈(242)을 가지며, 상기 노즈콘(200)을 잡아주는 중앙 동체(240)가 공기 흡입구의 중앙 부분에 형성될 수 있다. 그리고 상기 노즈콘(200)은 공기의 초음속 유동으로부터 경사 충격파를 생성할 수 있도록 공기 흡입구의 중앙 부분에서 첨단부(210)가 돌출되도록 형성될 수 있다.

한편 상기 공기 흡입구에는 상기 경사 충격파의 각도에 따라, 상기 경사 충격파로부터 수직 충격파를 발생시키는 카울(220)이 형성될 수 있다. 상기 카울(220)은 파일런에 의해 상기 노즈콘(200)과 기계적으로 고정되어, 상기 노즈콘(200) 중심축의 방향과 항상 동일한 축방향을 향하도록 형성될 수 있다. 보다 바람직하게 상기 카울(220)은 노즈콘(200)과 일체형으로 형성되어, 상기 노즈콘(200) 반구 부분의 회전에 따라 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향이 변경되면, 변경된 방향에 따라 항상 동일한 축 방향을 향하도록 형성될 수 있다.

한편 노즈콘(200)과 흡입구 카울(220)의 동작으로 인해 연소관(250)과의 결합상태 변화는 흡입구 연결 벨로우즈(230)에 의해 보상될 수 있다. 상기 흡입구 연결 벨로우즈(230)는 흡입구 카울(220)과 연소관(250)을 연결하는 벨로우즈이며 유동의 원활한 흐름을 위해 내부는 주름관이며 외부는 촘촘한 금속 직물 형태로 되어 있어 각도 변화를 흡수하면서 배관을 구성할 수 있다.

한편 도 2a에서 보이고 있는 바와 같이, 노즈콘(200)은 공기 흡입구의 중앙에 위치하고, 이에 따라 상기 노즈콘(200)과 카울(220) 사이의 틈으로 초음속으로 유동하는 공기가 유입될 수 있다. 그리고 유입된 공기가 보다 감속되고 압력은 높아지도록, 도 2a에서 보이고 있는 바와 같이 흡입구 연결 벨로우즈(230)를 통해 연소관(250)으로 연결되는 통로는 안쪽으로 갈수록 점차 면적이 넓어지도록 형성될 수 있다.

한편 상기 도 2a는 공기의 초음속 유동 방향이 공기 흡입구의 전면 방향인 경우의 예를 보이고 있는 반면, 도 2b는 공기의 초음속 유동 방향이 공기 흡입구의 전면 방향이 아닌 경우의 예를 보이고 있는 것이다.

이러한 경우 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)의 제어부(100)는, 공기의 초음속 유동 방향과 노즈콘(200)의 첨단부가 향하는 방향, 즉 노즈콘(200)의 중심축이 향하는 방향이 일치하도록 노즈콘(200)의 반구 부분을 회전시킬 수 있다. 그러면 노즈콘(200)의 중심축이 향하는 방향과 공기의 초음속 유동 방향은 일치하게 되고, 이에 따라 받음각은 0도가 될 수 있다. 따라서 양쪽 카울(220)과 노즈콘(200) 사이의 틈새로 균일하게 공기가 유입될 수 있도록 경사 충격파가 발생하는 방향이 변경될 수 있다.

한편 도 3은 이러한 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)의 동작 흐름을 도시한 흐름도이다.

도 3을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)의 제어부(100)는 먼저 공기의 초음속 유동 방향을 감지할 수 있다(S300). 예를 들어 제어부(100)는 상술한 바와 같이, 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서 센싱된 수직 충격파의 압력들로부터 상기 공기의 초음속 유동 방향을 감지할 수 있다. 또는 제어부(100)는 상기한 바와 같이 초음파 유동 방향을 감지하기 위한 다양한 센서들을 통해 상기 공기의 초음속 유동 방향을 감지할 수도 있다.

한편 상기 S300 단계에서 공기의 초음속 유동 방향이 감지되면, 제어부(100)는 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동 방향이 동일한지 여부, 즉 받음각이 있는지 여부를 감지할 수 있다(S310). 예를 들어 제어부(100)는 상기 S300 단계에서 상기 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서 센싱된 수직 충격파의 압력이 기 설정된 수준 이상 서로 같은 경우에, 상기 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각이 '0'이라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 다시 S300 단계로 진행하여 공기의 초음속 유동 방향을 감지하고, 다시 S310 단계에서 받음각이 있는지 여부를 판단할 수 있다.

반면 상기 S310 단계에서, 제어부(100)는 상기 공기 흡입구의 서로 다른 위치에서 센싱된 수직 충격파의 압력이 기 설정된 수준 이상 서로 다른 경우(예를 들어 편차를 산출한 결과 상기 산출된 편차가 기 설정된 수준 이상인 경우 등)에, 상기 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각이 '0'이라고 판단할 수 있다. 그러면 제어부(100)는 받음각, 즉 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 각도가 0도가 되도록 상기 노즈콘(200)의 반구를 회전하여 상기 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향을 변경할 수 있다(S320).

그러면 제어부(100)는 다시 S300 단계로 진행하여 공기의 초음속 유동 방향을 감지하고, 상기 S310 단계의 판단 결과에 따라 다시 S320 단계를 수행할 수 있다. 즉, 상기 받음각이 0도가 아니라고 판단되는 경우, 상기 받음각이 0도가 될 때까지 상기 S310 단계 및 S320 단계가 반복하여 수행될 수 있다.

이에 따라 본 발명은 공기의 초음속 유동 방향과 상관없이 공기가 균일하게 유입되도록 할 수 있다. 이에 따라 본 발명은 경사 충격파의 방향에 따라 공기 흡입량이 감소되는 경우를 방지할 수 있으므로, 상기 공기의 초음속 유동 방향과 상관없이 동일한 공기 흡입구 성능을 기대할 수 있다는 효과가 있다.

한편 이상의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)의 구조 및 상기 노즈콘 제어 장치(150)의 동작 흐름을 흐름도를 참조하여 자세하게 살펴보았다.

이하의 설명에서는 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)에서 공기의 초음속 유동 방향에 따라 유입되는 공기의 흐름을 복수의 예시도를 참조하여 자세하게 설명하기로 한다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)에서, 초음속 공기의 유동 방향에 따라 노즈콘의 중심축이 변경되는 예를 도시한 예시도들이다.

먼저 도 4를 참조하여 살펴보면, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)를 구비한 공기 흡입구의 전면 방향에, 상기 노즈콘(200)의 중심축과 평행한 공기의 초음속 유동(400)이 있는 경우를 가정한 것이다.

이러한 경우 상기 공기의 초음속 유동(400)은 상기 노즈콘(200)에 의해 일정 각도의 경사 충격파(410)를 형성하게 된다. 그러면 상기 경사 충격파(410)에 의해 감속된 공기는 공기 흡입구의 카울(220)에 의해 수직 충격파(420)를 형성할 수 있으며, 상기 수직 충격파(420)에 의해 공기 흡입구로 유입되는 공기의 압력이 회복될 수 있다. 그리고 상기 감속 및 압력이 회복된 공기는 연소관(250)으로 유입될 수 있다.

한편 공기의 초음속 유동(400)이 노즈콘(200)의 중심축과 평행한 방향으로 생성되는 경우, 경사 충격파(410)는 상기 도 4에서 보이고 있는 바와 같이 공기 흡입구의 카울(220)에 균일하게 걸릴 수 있도록 형성될 수 있으나, 상기 공기의 초음속 유동(400)이 노즈콘(200)의 중심축과 평행하지 않은 경우 상기 경사 충격파(410)는 상기 도 4에서 보이고 있는 바와 다르게 형성될 수 있다.

도 5는 이처럼 노즈콘(200)의 중심축과 평행하지 않게 공기의 초음속 유동(400)이 있는 경우를 가정한 것이다.

도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 공기의 초음속 유동(400)이 노즈콘(200)의 중심축이 향하는 방향, 즉 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향이 서로 평행하지 않은 경우라면, 경사 충격파(410)는 축 대칭이 이루어지지 않는 형태로 발생될 수 있다. 즉, 도 5에서 보이고 있는 바와 같이, 경사 충격파가 특정 방향으로 치우치도록 발생되는 경우, 상기 경사 충격파가 발생되는 각도 내에 커버되는 공기 흡입구의 영역에서는 상기 경사 충격파로 인해 감속된 공기가 유입됨으로써 일정 수준의 수직 충격파가 발생될 수 있으므로 적절한 압력으로 공기가 유입(430a)될 수 있다.

그러나 상기 경사 충격파가 발생되는 각도를 벗어나는 공기 흡입구의 영역에서는 초음속으로 유동하는 공기가 그대로 유입되므로, 충분한 수준의 수직 충격파가 발생하지 않는다. 그리고 충분한 수직 충격파가 발생되지 않는 경우 공기의 압력 회복률이 낮아지고, 이에 따라 유입되는 공기의 양(430b)은 줄어들게 된다. 따라서 전체적으로 공기 흡입구의 공기 흡입률이 감소하게 된다. 이에 따라 노즈콘(200)이 지향하는 방향이 고정되었던 종래의 공기 흡입구의 경우, 공기의 초음속 유동 방향에 따른 공기 흡입률의 저하가 발생하게 된다.

한편 이처럼 공기의 초음속 유동(400)이, 노즈콘(200)의 중심축과 평행하지 않은 경우라면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)는, 공기의 초음속 유동(400) 방향에 따라 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘(200)을 회전시킬 수 있다.

도 6은 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)를 구비한 공기 흡입구에서, 공기의 초음속 유동 방향에 따라 노즈콘(200)이 회전된 예를 보이고 있는 것이다.

도 6을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)를 구비한 공기 흡입구에서는, 상기 공기의 초음속 유동 방향에 따라 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘(200)이 회전될 수 있다. 그리고 상기 흡입구 연결 벨로우즈(230)는 내부는 주름관 형태로, 그리고 외부는 금속 직물의 형태로 구성되어 상기 노즈콘(200) 중심축의 각도 변화를 흡수할 수 있다.

따라서 상기 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 공기 흡입구의 카울(220)에 균일한 공기가 유입되도록 하는 경사 충격파가, 상기 회전된 노즈콘(200)의 첨단부(210)에 의해 형성될 수 있다.

그러므로 공기 흡입구의 카울(220)에 의해 균일한 수직 충격파(420)가 형성될 수 있으며, 공기 흡입구로 유입되는 공기의 압력이 균일하게 회복될 수 있다. 그리고 압력이 회복된 공기는 연소관(250)으로 유입될 수 있다. 따라서 도 6에서 보이고 있는 바와 같이, 공기의 초음속 유동이 공기 흡입구의 정면 방향으로 생성되지 않는 경우라고 할지라도, 본 발명은 균일하게 공기가 유입되도록 함으로써, 공기의 초음속 유동 방향에 따른 공기 흡입률의 저하를 미연에 방지할 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘(200)은 노즈콘 구동부(110)의 제어에 따라 다양한 각도로 회전될 수 있다. 이에 따라 상기 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향, 노즈콘(200)의 중심축이 향하는 방향은 상하나 좌우 방향 뿐만 아니라 다양한 방향으로 변경될 있음은 물론이다.

한편 상술한 바와 같이, 카울(220)에 의해 형성되는 수직 충격파의 압력에 따라 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동이 이루는 받음각이 0도인지 여부를 판단하는 경우, 상기 수직 충격파를 감지하기 위해 형성되는 센서들은 상기 카울(220) 부분에 대응되는 노즈콘(200)의 몸체 부분에 복수개 형성될 수 있다.

도 7은 이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘 제어 장치(150)에서, 받음각을 검출하기 위한 센서들이 노즈콘에 구비되는 예를 도시한 예시도이다.

도 7을 참조하여 살펴보면, 본 발명의 실시 예에 따른 노즈콘(200)의 몸체에는 압력을 감지하기 위한 복수개의 센서(500)가 상기 노즈콘(200)의 몸체 둘레를 따라 복수의 위치에 배치될 수 있다. 상기 센서들은, 노즈콘(200)과 카울(220) 사이의 틈(510)으로 유입된 공기가 상기 카울(220)에 의해 수직 충격파를 발생시키는 경우에, 상기 수직 충격파가 충돌하는 노즈콘(200)의 몸체 부분에 배치되어, 상기 수직 충격파로 인해 발생하는 압력을 감지하도록 형성될 수도 있다.

한편 이처럼 복수개의 센서(500)가 상기 노즈콘(200)의 몸체 둘레를 따라 배치되는 경우, 제어부(100)는 각 센서에 대응되는 방향에서 발생되는 수직 충격파의 압력을 감지할 수 있다. 그리고 감지된 압력의 세기 차이(예를 들어 편차 등)에 근거하여, 현재 균일하게 공기가 유입되고 있는지 여부를 판단할 수 있다. 그리고 공기가 균일하게 유입되지 않는 경우라면, 상기 복수개의 센서로부터 감지되는 감지값에 근거하여 특정 방향으로 상기 노즈콘(200)의 첨단부(210)가 향하는 방향을 변경할 수 있다.

한편 상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에서는 수직 충격파에 의해 발생하는 압력에 근거하여, 노즈콘(200)의 중심축과 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각이 0도인지 여부를 감지하는 구성을 개시하였으나, 이는 본 발명의 일 실시 예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것이 아님은 물론이다.

따라서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석 되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 제어부 110 : 노즈콘 구동부
120 : 감지부 150 : 노즈콘 제어 장치
200 : 노즈콘

Claims

초음속 항공기 엔진의 공기 흡입구에 구비되는 노즈콘(shockcone)의 제어 장치에 있어서,
회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결되는 원뿔 모양의 첨단부로 형성되며, 공기의 초음속 유동으로부터 경사 충격파를 생성하도록 상기 첨단부가 돌출되도록 배치되는 노즈콘;
상기 노즈콘의 반구를 회전시켜, 상기 노즈콘의 중심으로부터 상기 첨단부에 이르는 노즈콘 중심축이 향하는 방향을 변경할 수 있도록 형성되는 노즈콘 구동부;
복수의 압력 센서를 포함하는 감지부; 및,
상기 감지부의 감지 결과에 따라 공기의 초음속 유동이 방향과 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 평행한지 여부를 판단하고, 상기 공기의 초음속 유동 방향과 상기 노즈콘의 중심축이 향하는 방향이 평행하지 않은 경우 상기 공기의 초음속 유동 방향과 평행한 방향으로 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘 구동부를 제어하는 제어부를 포함하며,
상기 공기 흡입구는,
상기 노즈콘 중심축의 방향과 동일한 축 방향을 향하도록 형성되며, 상기 경사 충격파에 의해 감속된 공기가 수직 충격파를 생성할 수 있도록 형성되는 흡입구 카울(cowl)를 포함하며,
상기 복수의 압력 센서는,
상기 카울에 대응되는 상기 노즈콘의 몸체 부분에 상기 노즈콘의 둘레를 따라 형성되며, 상기 카울에 의해 상기 노즈콘과 상기 카울 사이의 틈으로 유입되는 공기로부터 생성되는 수직 충격파의 압력을 감지하고,
상기 제어부는,
상기 복수의 압력 센서 중 적어도 하나로부터 감지되는 수직 충격파로 인해 발생하는 공기의 압력에 근거하여 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 공기 흡입구는,
상기 노즈콘 중심축의 회전에 따른 각도 변화를 흡수하며, 상기 흡입구 카울과 연소관을 연결하는 흡입구 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 장치.
제2항에 있어서, 상기 흡입구 벨로우즈는,
상기 노즈콘의 회전에 따른 각도 변화를 흡수할 수 있도록 내부는 주름관으로, 외부는 금속 직물 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 장치.
삭제
제1항에 있어서, 상기 카울은,
상기 노즈콘과 일체형으로 형성되어, 상기 노즈콘 반구 부분의 회전에 따라 상기 첨단부가 향하는 방향이 변경되면, 변경된 노즈콘 중심축 방향과 항상 동일한 축 방향을 향하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 장치.
흡입구 카울을 포함하는 초음속 항공기 엔진의 공기 흡입구에 구비되며, 회전 가능한 반구 및 상기 반구와 연결되는 원뿔 모양의 첨단부로 형성되는 노즈콘(shockcone)의 제어 방법에 있어서,
상기 노즈콘에 의해 생성되는 경사 충격파에 의해 감속된 공기로부터, 상기 노즈콘 몸체의 둘레를 따라 서로 다른 위치에서 상기 카울에 의해 발생하는 수직 충격파의 공기 압력들을 감지하는 단계;
상기 감지된 서로 다른 위치의 공기 압력들 간의 편차를 산출하는 단계;
상기 산출된 편차가 기 설정된 수준 이상인지 여부에 따라 상기 노즈콘의 중심으로부터 상기 첨단부에 이르는 노즈콘 중심축이 향하는 방향과 상기 공기의 초음속 유동 방향이 이루는 받음각이 있는지 여부를 판단하는 단계; 및,
상기 받음각이 있는 것으로 판단된 경우, 상기 서로 다른 위치에서 감지된 공기 압력들에 근거하여 상기 노즈콘 중심축이 향하는 방향이 변경되도록 상기 노즈콘의 반구를 회전시키는 단계를 포함하며,
상기 수직 충격파의 공기 압력들은,
상기 카울에 대응되는 상기 노즈콘 몸체 부분에, 상기 노즈콘의 둘레를 따라 서로 다른 위치에 형성된 복수의 압력 센서로부터 감지되는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 방법.
삭제
삭제
제6항에 있어서,
상기 노즈콘은,
상기 공기의 초음속 유동으로부터 경사 충격파를 생성할 수 있도록 상기 공기 흡입구의 중앙 부분에 상기 첨단부가 돌출되도록 배치되며, 상기 노즈콘과 상기 공기 흡입구 사이로 공기가 유입될 수 있도록 형성되고,
상기 공기 흡입구는,
상기 노즈콘 중심축의 회전에 따른 각도 변화를 흡수하며, 상기 흡입구 카울과 연소관을 연결하는 흡입구 벨로우즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즈콘 제어 방법.