KR102079078B1 - 비행체 연료공급 시스템 - Google Patents

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KR102079078B1
KR102079078B1 KR1020190116549A KR20190116549A KR102079078B1 KR 102079078 B1 KR102079078 B1 KR 102079078B1 KR 1020190116549 A KR1020190116549 A KR 1020190116549A KR 20190116549 A KR20190116549 A KR 20190116549A KR 102079078 B1 KR102079078 B1 KR 102079078B1
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박정배
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 연료가 저장되는 복수의 고정형 탱크, 상기 복수의 고정형 탱크 중 일 고정형 탱크 내에 구비되며, 연료가 저장되는 가변형 탱크, 일 단은 상기 가변형 탱크와 연결되고, 상기 복수의 고정형 탱크를 관통하는 연료 공급 유로 및 상기 가변형 탱크를 내포하지 않는 고정형 탱크 내에 구비되며, 출구 측이 상기 연료 공급 유로와 연결되는 연료 펌프를 포함하는 비행체 연료공급 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 비행체의 자세나 가속도에도 지속적인 연료 공급이 가능하며, 충분한 연료를 저장할 수 있고 탱크 설계에 제약을 최소화할 수 있다.

Description

비행체 연료공급 시스템{FUEL SUPPLY SYSTEM FOR A FLIGHT}
본 발명은 비행체 내에서 연료 저장처로부터 연료 소비처로 연료를 공급하는 시스템에 관한 것이다.
비행 중 비행체의 자세 및 가속도와 무관하게 지속적으로 끊임없이 추진계통으로 연료를 이송할 수 있는 연료 이송/공급시스템에 대한 필요성은 지속적으로 요구되어 왔다.
기존 연료 공급 시스템은 전기식 펌프를 이용하여 연료를 이송하는 방법, 연료가 저장된 고정형 탱크를 기체로 가압하여 상승된 압력을 이용해 이송하는 방법, 그리고 이 두 가지를 혼용하여 이송하는 방법이 주로 적용되었다.
그러나 이러한 연료 이송방법은 비행체의 가속도나 자세의 변화에 따라 연료의 위치가 변하는 환경에서는 연료가 펌프 혹은 이송용 배관의 입구에 닿지 않게 되고, 이에 따라 연료이송이 중단되거나 연료대신 가압 기체가 이송되는 경우가 발생하는 문제가 있다. 결국 이러한 상황이 발생되면 연료공급이 중단되어 비행을 유지하지 못하게 된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해 체적을 변화시킬 수 있는 가변형 탱크에 연료를 저장하여 이를 통해 공급하는 방법을 고려해 볼 수 있다.
이 같은 방식은 수축, 팽창이 가능한 가변형 탱크를 고정형 탱크 내부에 장착하여 연료를 기포 없이 가득 채운상태로 저장하였다가, 비행 시 가변형 탱크의 외부를 가압하여 연료를 짜내어 이송하게 되는데, 이 시스템은 연료와 가압기체 사이에 가변형 탱크가 위치하여 가압기체가 연료와 혼합되는 것을 근본적으로 차단하여 연료 이송시 기체가 이송되는 것을 방지하며, 가속도나 자세가 변화되어도 연료이송의 단절을 방지할 수는 있다.
그러나 모든 연료를 가변형 탱크 내에만 저장하여 운용하여야 하기 때문에 고정형 탱크 내부의 형상을 단순화 하여야 한다는 제약이 있다. 그리고, 운용 중 가변형 탱크의 손상을 방지하기 위해 고정형 탱크 내부에 날카로운 구조물이 없어야 하며, 가변형 탱크 수축 시 고정형 탱크 구조물이 방해하지 않도록 하는 구조설계가 필요하다. 또한, 고정형 탱크 내부에 가변형 탱크가 추가 장착 되어야 하므로 이로 인한 중량증가, 연료탑재량 감소 등이 발생하여 연료이송시스템 설계에 제약이 있게 된다. 또한 연료 탑재량에도 제한이 따른다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국등록특허공보 제1925936호 일본등록특허공보 제6163041호 미국공개특허공보 제2016-0009406호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 비행체의 자세나 가속도에도 지속적인 연료 공급이 가능하며, 충분한 연료를 저장할 수 있고 탱크 설계에 제약을 최소화할 수 있는 비행체 연료공급 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 비행체 연료공급 시스템은, 연료가 저장되는 복수의 고정형 탱크, 상기 복수의 고정형 탱크 중 일 고정형 탱크 내에 구비되며, 연료가 저장되는 가변형 탱크, 일 단은 상기 가변형 탱크와 연결되고, 상기 복수의 고정형 탱크를 관통하는 연료 공급 유로 및 상기 가변형 탱크를 내포하지 않는 고정형 탱크 내에 구비되며, 출구 측이 상기 연료 공급 유로와 연결되는 연료 펌프를 포함한다.
그리고, 상기 연료 펌프의 가동에 의해 상기 가변형 탱크를 내포하지 않는 고정형 탱크 내의 연료가 상기 연료 공급 유로로 공급시, 상기 가변형 탱크로부터는 상기 연료 공급 유로로 연료가 공급되지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 공급 유로 상 상기 연료 펌프의 전단에는 제1 연료 제어 밸브가 구비되어 상기 가변형 탱크로부터의 연료 공급을 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 가변형 탱크로부터 연료 공급시 별도의 연료 보충 수단에 의해 상기 가변형 탱크에 연료를 보충하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 가변형 탱크가 구비된 고정형 탱크에는 압력 배출 밸브가 구비되며, 상기 가변형 탱크에 연료 보충시 상기 압력 배출 밸브를 통해 상기 고정형 탱크의 압력을 외부로 배출시키는 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 복수의 고정형 탱크의 가압을 위해 가압 가스를 저장하는 가압 탱크를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 가압 탱크로부터 상기 복수의 고정형 탱크로 연결되는 가압 유로, 상기 가압 유로 상에 상기 복수의 고정형 탱크 각각의 내부에 구비되는 압력 조절 밸브를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 복수의 압력 조절 밸브는 서로 조절 압력이 상이한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고정형 탱크 외부의 상기 연료 공급 유로 상에는 상기 연료 펌프로 연결되는 유로를 통해 유체를 공급하기 위한 고압 펌프가 구비되는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 비행체 연료 공급 시스템은, 연료가 저장되는 가변형 탱크 및 고정형 탱크, 상기 가변형 탱크로부터 연료 소요처로 연결되는 연료 공급 유로 및 상기 고정형 탱크 내에 구비되며, 출구 측이 상기 연료 공급 유로와 연결되는 연료 펌프를 포함하며, 상기 가변형 탱크 또는 상기 고정형 탱크에 저장된 연료가 선택적으로 상기 연료 소요처로 공급되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료 펌프의 토출 유량은 상기 연료 소요처에서 필요로 하는 유량과 상기 가변형 탱크 내의 연료가 상기 연료 공급 유로로 토출되지 않도록 하는 유량의 합보다 큰 것을 특징으로 한다.
본 발명의 비행체 연료공급 시스템에 의하면, 가변형 탱크에 의해서 비행체의 자세나 가속도에도 지속적인 연료 공급이 가능하며, 고정형 탱크 또한 이용하므로 충분한 연료를 저장할 수 있으며, 고정형 탱크의 설계에 제약을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 비행체 연료공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 비행체 연료공급 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 비행체 연료공급 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명은 비행체 내의 연료 저장 탱크로부터 소요처인 추진 계통으로 연료를 공급하는 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 비행체는 비행 중 가속도가 변하거나 자세가 변하게 되는데, 그럴 경우 연료의 저장 탱크 내 위치가 달라지게 되어 연료 공급에 문제가 발생할 수 있는 것을 개선하기 위한 것이다.
본 발명은 이를 위해 고정형 탱크(110)와 가변형 탱크(120)의 서로 다른 두 종류의 탱크를 구비하여 이들로부터 선택적으로 연료가 공급되게 하여 비행체의 자세 변화나 가속도 변화에도 연료 공급이 중단되지 않도록 한다.
가변형 탱크(120)는 내유성을 갖는 고무 재질 또는 그와 유사한 재질의 연료 저장 탱크로서, 신축성을 보유하여 외부로부터 가압 시 연료 공급 유로(130)로 연료가 공급되게 하고, 고정형 탱크(120) 내부 공간에 구비된다.
연료 공급 유로(130)는 가변형 탱크(120)로부터 연료가 소비되는 추진 계통 측으로 연결되고, 연료의 공급을 위해 고정형 탱크(110) 외부의 연료 공급 유로(130) 상에는 제1 고압 펌프(161)가 구비된다.
즉, 고정형 탱크(110)는 복수로 구획되어 마련되고, 이중 하나의 고정형 탱크에는 가변형 탱크(120)가 구비된다.
그리고, 가변형 탱크(120)가 구비되지 않는 고정형 탱크(110) 내에는 연료 펌프(140)가 구비되며, 연료 펌프(140)의 출구 측은 고정형 탱크(110) 내에서 연료 공급 유로(130)에 연결되게 된다.
그래서, 평상시 지구 중력이 인가되는 상태에서는 연료가 고정탱크(110)의 하단에 위치하므로 고정형 탱크(110) 내 연료는 연료 펌프(140)를 가동하여 연료를 이송한다. 이 상태에서는 가변형 탱크(120) 내부에 연료가 가득 차 있는 상태로서 가변형 탱크(120) 내의 연료는 사용하지 않는다. 연료이송 펌프의 구동은 전기모터나 유체를 사용할 수 있고, 고압펌프 등에서 고압의 유체를 공급받아 구동할 수도 있다. 연료 펌프(140)의 토출유량은 최종단에서 필요로 하는 유량과 가변형 탱크(120) 내 연료가 토출되지 않도록 하는 유량의 합보다 많아야 한다.
이러한 상황에서 가속도 및 자세의 변화로 인해 연료가 연료 펌프(140)의 입구에 닿지 않아 연료 펌프(140)로 연료 이송이 불가능한 상태가 되면, 이때 가변형 탱크(120) 내부에 있는 연료를 이송하게 되며, 이를 위해 연료 공급 유로(130) 상 연료 펌프(140)의 전단에는 제1 연료 제어 밸브(151)가 구비되어, 제1 연료 제어 밸브(151)를 개방하여 가변형 탱크(120)로부터 연료가 연료 공급 유로(130)를 통해 공급되게 한다.
이때, 연료 펌프(140) 입구에는 연료가 아닌 기체가 공급되고, 출구압이 입구 압력보다 일정량 이상이 되면 입구로 공급되는 가압 기체는 이송되지 않게 된다. 이러한 원리를 통해 가속도 및 자세 변화로 인해 연료 펌프(140)를 통한 연료 이송이 어려운 상황에서도 가변형 탱크(120) 내부의 연료를 이송할 수 있게 된다.
이후 자세 및 가속도가 다시 지구중력 방향으로 전환되어 연료가 연료 펌프(140)의 입구에 닿게 되면 다시 연료 펌프(140)를 통해 연료가 이송된다. 이때, 연료 펌프(140)의 토출량은 최종단에서 필요로 하는 유량보다 많으므로 최종단으로 이송과 동시에 별도의 연료 보충 수단을 가동하여 사용된 가변형 탱크(120) 내부에 연료가 다시 채워지도록 한다.
그리고, 제1 연료 제어 밸브(151)는 닫아서 더 이상 가변형 탱크(120)로부터 연료가 공급되게 않도록 한다.
또한, 연료 펌프(140) 출구 측에는 제2 연료 제어 밸브(152)가 구비되어 연료 펌프(140)로부터 연료 공급 유로(130)로의 연료 공급 여하를 제어한다.
일정 시간이 지난 후에는 가변형 탱크(120) 내부에 연료가 가득 차게 되며, 이후 또 다시 가속도 및 자세가 변경되어 연료 펌프(140)로 공급할 수 없을 때 가변형 탱크(120) 내부의 연료를 사용할 수 있게 된다.
나아가, 고정형 탱크(110)는 2개 이상으로 구획이 구분된 연료 탱크로 구성할 수 있으며, 각각의 고정형 탱크(110)는 이송 순서에 따라 순차적으로 사용된다. 도시상 우측 고정형 탱크 (가압/펌프이송) → 좌측 고정형탱크 (가압/펌프이송) → 가변형 탱크의 순으로 연료가 이송되게 할 수 있다.
본 발명 시스템의 또 다른 특징으로 대유량을 사용할 수 있는 매커니즘이 있다. 즉, 연료 펌프(140)에는 바이패스(bypass) 유로가 연결될 수 있으며, 초기에 대유량의 연료이송이 요구될 시, 펌프토출 유량보다 더 많은 유량을 공급하기 위해 연료 펌프(140) 입구의 대구경의 바이패스 배관으로 가압 방식을 통해 대유량을 공급하고, 이후 바이패스 유로를 차단하여 연료 펌프(140)를 이용해 연료를 공급하는 매커니즘이다. 이러한 매커니즘을 통해 펌프의 토출유량보다 많은 유량을 선택적으로 공급할 수 있는 장점을 가진다.
한편, 고정형 탱크(110)의 가압을 위해 가압 가스를 저장하는 가압 탱크(170)가 구비되며, 가압 탱크(170)로부터 고정형 탱크(110)로 가압 유로(171)가 연결된다.
그리고, 가압 유로(171)를 통한 가압 가스의 공급을 제어하기 위해 가압 유로 개폐 밸브(172)가 구비된다.
또한, 가압 유로(171) 상에는 압력 조절을 위한 압력 조절 밸브(173)가 구비될 수 있는데, 고정형 탱크만을 가압하는 압력과 가변형 탱크를 가압하는 압력은 차이가 있으므로, 복수의 압력 조절 밸브(173)는 조절 압력이 상이하게 동작될 수 있다. 예를 들어, 가변형 탱크(120) 외부의 가압 압력이 가변형 탱크(120)가 구비되지 않은 고정형 탱크(110)를 가압하는 압력보다 일정량 이상 높을 수 있다.
다음, 가변형 탱크(120)가 장착되어 있는 고정형 탱크(110)에는 압력 배출 밸브(180)가 연결되어, 가변형 탱크(120) 내부에 연료가 채워질 때 고정형 탱크(110) 내의 압력이 외부로 배출될 수 있게 한다. 즉, 가변형 탱크(120)가 수축된 상태에서 팽찰될 수 있도록 외부 압력을 저하시켜 연료 재주유를 원활하게 하는 것이다.
또한, 고정형 탱크(110) 외부의 연료 공급 유로(130) 상에는 제1 고압 펌프(161)와 별도로 다시 연료 펌프(140)로 연결되는 유로 상에 제2 고압 펌프(162)가 구비될 수 있으며, 이는 연료 펌프(140)의 구동을 위한 유체를 공급해주게 된다.
이상과 같이, 본 발명은 가압/펌프 이송방식을 적용한 고정형 탱크와 수축/팽창이 가능한 가변형 탱크의 장점을 동시에 사용함으로써, 이를 통해 어떠한 자세 및 가속도에서도 연료를 단절 없이 최종단으로 이송할 수 있게 한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
110 : 고정형 탱크
120 : 가변형 탱크
130 : 연료 공급 유로
150 : 연료 펌프
151 : 제1 연료 제어 밸브
152 : 제2 연료 제어 밸브
161 : 제1 고압 펌프
162 : 제2 고압 펌프
170 : 가압 탱크
171 : 가압 유로
172 : 가압 유로 개폐 밸브
173 : 압력 조절 밸브
180 : 압력 배출 밸브

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 연료가 저장되는 복수의 고정형 탱크;
    상기 복수의 고정형 탱크 중 일 고정형 탱크 내에 구비되며, 연료가 저장되는 가변형 탱크;
    일 단은 상기 가변형 탱크와 연결되고, 상기 복수의 고정형 탱크를 관통하는 연료 공급 유로; 및
    상기 가변형 탱크를 내포하지 않는 고정형 탱크 내에 구비되며, 출구 측이 상기 연료 공급 유로와 연결되는 연료 펌프를 포함하고,
    상기 연료 펌프의 가동에 의해 상기 가변형 탱크를 내포하지 않는 고정형 탱크 내의 연료가 상기 연료 공급 유로로 공급시, 상기 가변형 탱크로부터는 상기 연료 공급 유로로 연료가 공급되지 않는 것을 특징으로 하며,
    상기 연료 공급 유로 상 상기 연료 펌프의 전단에는 제1 연료 제어 밸브가 구비되어 상기 가변형 탱크로부터의 연료 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변형 탱크로부터 연료 공급시 별도의 연료 보충 수단에 의해 상기 가변형 탱크에 연료를 보충하는 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가변형 탱크가 구비된 고정형 탱크에는 압력 배출 밸브가 구비되며,
    상기 가변형 탱크에 연료 보충시 상기 압력 배출 밸브를 통해 상기 고정형 탱크의 압력을 외부로 배출시키는 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수의 고정형 탱크의 가압을 위해 가압 가스를 저장하는 가압 탱크를 더 포함하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 가압 탱크로부터 상기 복수의 고정형 탱크로 연결되는 가압 유로;
    상기 가압 유로 상에 상기 복수의 고정형 탱크 각각의 내부에 구비되는 압력 조절 밸브를 더 포함하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 복수의 압력 조절 밸브는 서로 조절 압력이 상이한 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 고정형 탱크 외부의 상기 연료 공급 유로 상에는 상기 연료 펌프로 연결되는 유로를 통해 유체를 공급하기 위한 고압 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  10. 연료가 저장되는 가변형 탱크 및 고정형 탱크;
    상기 가변형 탱크로부터 연료 소요처로 연결되는 연료 공급 유로; 및
    상기 고정형 탱크 내에 구비되며, 출구 측이 상기 연료 공급 유로와 연결되는 연료 펌프를 포함하며,
    상기 가변형 탱크 또는 상기 고정형 탱크에 저장된 연료가 선택적으로 상기 연료 소요처로 공급되는 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 연료 펌프의 토출 유량은 상기 연료 소요처에서 필요로 하는 유량과 상기 가변형 탱크 내의 연료가 상기 연료 공급 유로로 토출되지 않도록 하는 유량의 합보다 큰 것을 특징으로 하는,
    비행체 연료공급 시스템.
KR1020190116549A 2019-09-23 2019-09-23 비행체 연료공급 시스템 KR102079078B1 (ko)

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