KR102156070B1 - The Droplet Combustion Experiment System for parabolic flight - Google Patents

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이종원
이주희
김연규
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 우주의 마이크로 중력환경을 지상의 무중력 비행기로 모사하여 연소현상에 대한 특성을 연구하기 위한 무중력비행기용 액적연소실험시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 무중력 비행기의 중력 변화에 따라 실험 장비들을 각기 제어하여 무중력 비행기의 제한된 무중력 구간에서 수행 가능한 무중력비행기용 액적연소실험시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a droplet combustion test system for a zero-gravity plane to study the characteristics of a combustion phenomenon by simulating the micro-gravity environment of the universe with a zero-gravity plane on the ground. The present invention relates to a droplet combustion test system for zero-gravity planes that can be controlled and performed in a limited zero-gravity section of zero-gravity planes.

Description

무중력비행기용 액적연소실험시스템{The Droplet Combustion Experiment System for parabolic flight}The Droplet Combustion Experiment System for parabolic flight}

본 발명은 우주의 마이크로 중력환경을 지상의 무중력 비행기로 모사하여 연소현상에 대한 특성을 연구하기 위한 무중력비행기용 액적연소실험시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a droplet combustion test system for a zero-gravity aircraft to study the characteristics of the combustion phenomenon by simulating the microgravity environment of the universe as a zero-gravity plane on the ground.

전 세계 액체연료 생산량과 소비량은 꾸준히 증가하고 있으며, 대부분의 액체연료의 소비는 발전, 난방, 수송 분야 등 다양한 분야에서 연소(Combustion)를 통해 이루어지고 있으며, 이때 액체연료는 대부분 분사기(Spray) 등을 통해 액적(droplet)의 형태로 공급되며, 액체연료의 증발, 열전달(heat transfer), 물질전달(mass transfer), 화학종 보존 및 화학반응속도 등 액적 연소와 관련된 현상의 이해가 수반될 때 연소기나 엔진의 연소효율 향상이나 공해물질(Nox, soot 등)의 저감 등에 기여할 수 있는 기술 개발이 가능하다.The world's liquid fuel production and consumption is steadily increasing, and most of the liquid fuel is consumed through combustion in various fields such as power generation, heating, and transportation. At this time, most of the liquid fuel is sprayed. It is supplied in the form of droplets through a combustor when an understanding of phenomena related to droplet combustion such as evaporation of liquid fuel, heat transfer, mass transfer, preservation of chemical species, and chemical reaction rates are involved. B. It is possible to develop technologies that can contribute to improving engine combustion efficiency or reducing pollutants (Nox, soot, etc.).

지금까지의 엔진 연구는 연구자들에 의해 다양한 실험 장치를 사용하여 수행되어 왔으며, 특히 액체 연료의 스프레이 분사를 통한 실험에서는 주위 액적의 영향으로 인해 엔진 내부에서 단일액적의 거동을 정확히 파악하기 힘들다는 문제가 야기되어 왔다. 이에, 1mm 내지 4mm 크기의 직경을 갖는 구형태의 단일 액적 상태의 연소 실험을 통해 주변 액적 간의 간섭을 방지하여야 한다. 또한, 지상에서의 실험시에는 단일 액적연료에 작용하는 자중에 의한 간섭을 받기 때문에 더욱 정밀한 연소현상을 실험하기 위해서는 마이크로 단위의 중력을 갖는 무중력 상태의 환경에서의 실험이 요구되며, 이에 따라 종래에는 마이크로 중력 환경에서의 대표적인 실험공간인 국제우주정거장(ISS)에 탑재되는 연소실험장비를 통하여 우주에서의 무중력 환경을 이용한 액적 연소 실험이 수행되어 왔다.Until now, engine research has been carried out by researchers using various experimental devices. In particular, in experiments through spray injection of liquid fuel, it is difficult to accurately grasp the behavior of a single droplet inside the engine due to the influence of the surrounding droplets. Has been caused. Accordingly, interference between surrounding droplets should be prevented through a combustion experiment in the state of a spherical single droplet having a diameter of 1 mm to 4 mm. In addition, since experiments on the ground are subject to interference by the self-weight acting on a single droplet fuel, experiments in a zero-gravity state with micro-level gravity are required to test more precise combustion phenomena. A droplet combustion experiment using a zero gravity environment in space has been performed through a combustion test equipment mounted on the International Space Station (ISS), a representative experimental space in a microgravity environment.

이때, 국제우주정거장(ISS)에 탑재되는 연소실험장비의 성능을 검증하기 위하여, 우주로 발사되기 이전에 지상에서의 성능검증 실험이 요구되며, 지상에서의 마이크로중력 환경을 모사하기 위해서는 자유낙하탑, 무중력 비행기(parabolic flight), 3D 클리노스탯(clinostat)을 이용하여 지상에서의 마이크로중력 환경을 모사할 수 있다. 일본공개특허공보 제2010-069952호(항공기에 의한 저중력 환경 생성 방법, 2010.04.02.)에서는 상기 무중력 비행기(parabolic flight)의 마이크로 중력 환경을 형성하기 위한 기술을 개시하고 있으며, 이와 같이 무중력 비행기를 이용하여 마이크로 중력 환경을 형성하는 경우는, 높은 고도에서의 포물선비행을 통해 마이크로 중력 환경을 형성함에 따라 제한적인 시간동안 마이크로 중력환경을 조성한다는 한계가 야기되었다.At this time, in order to verify the performance of the combustion test equipment mounted on the International Space Station (ISS), a performance verification experiment on the ground before launching into space is required. To simulate the microgravity environment on the ground, a free fall tower , Parabolic flight, and 3D clinostat can be used to simulate the microgravity environment on the ground. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-069952 (Method for creating a low-gravity environment by an aircraft, 2010.04.02.) discloses a technology for forming a micro-gravity environment for the parabolic flight, and thus a zero-gravity plane. In the case of forming a micro-gravity environment by using, there is a limitation in creating a micro-gravity environment for a limited time as the micro-gravity environment is formed through parabolic flight at a high altitude.

일본공개특허공보 제2010-069952호(항공기에 의한 저중력 환경 생성 방법, 2010.04.02.)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2010-069952 (Method of creating a low-gravity environment by an aircraft, 2010.04.02.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 무중력 비행기용 액적연소 실험시스템은 무중력 비행기의 중력 변화에 따라 실험 장비들을 각기 제어하여, 무중력 비행기를 통해 조성된 마이크로중력상태에서의 액적연소실험을 수행하고자 한다.The present invention was conceived to solve the above problems, and the droplet combustion experiment system for a zero-gravity plane of the present invention controls each of the experimental equipment according to the change in gravity of the zero-gravity plane, so that droplets in the microgravity state formed through the zero-gravity plane I want to conduct a combustion experiment.

상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명은 무중력비행기를 이용하여 모사되는 마이크로중력 환경에서의 무중력 비행기용 액적연소실험시스템에 있어서, 무중력비행기에 탑재되는 챔버; 상기 챔버 내부에 구비되며, 단일입자상태의 액적연료를 분사 및 점화시키는 액적연소모듈; 상기 액적연소모듈에 의해 형성된 단일입자 상태의 액적연료의 연소를 관측하는 광학장비; 상기 무중력비행기의 이륙 이후, 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입하기 소정 시간(a) 이전, 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입한 직후를 포함하는 상기 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화에 따라 상기 챔버, 액적연소모듈 및 광학장비 중 적어도 하나 이상의 동작을 제어하는 스위치부; 및 상기 무중력비행기의 비행에 따른 중력을 감지하는 중력감지센서를 포함하여 구성되어, 상기 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화 따라 상기 스위치부의 작동을 자동제어 하는 스위치제어부;를 포함하고,
상기 액적연소모듈은,
상기 챔버 내부의 일평면 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 파이버,
상기 파이버와 동일 평면상에 배치되며, 연료펌프로부터 소정유속을 갖는 연료를 공급받아 상기 파이버에 연료를 분사하는 한 쌍의 액적분사기,
상기 파이버 및 액적분사기로부터 소정 높이 이격되는 평면상에 배치되어, 상기 파이버에 맺히는 단일입자 상태의 액적연료를 점화시키는 한 쌍의 점화기,
상기 액적분사기를 회전운동 시키는 회전모터, 및
상기 점화기를 직선운동 시키는 선형모터,
를 포함하는 것을 특징으로 한다.
In order to solve the above problems, the present invention provides a droplet combustion experiment system for a zero gravity airplane in a microgravity environment simulated using a zero gravity airplane, comprising: a chamber mounted on a zero gravity airplane; A droplet combustion module provided inside the chamber and injecting and igniting droplet fuel in a single particle state; Optical equipment for observing the combustion of the droplet fuel in a single particle state formed by the droplet combustion module; According to the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane, including after take-off of the zero-gravity plane, before a predetermined time (a) before the zero-gravity plane enters the micro-gravity section, and immediately after the zero-gravity plane enters the micro-gravity section. A switch unit for controlling an operation of at least one of a chamber, a droplet combustion module, and an optical device; And a switch control unit configured to include a gravity sensor for sensing gravity according to the flight of the zero-gravity plane, and automatically control the operation of the switch unit according to the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane, including,
The droplet combustion module,
At least one fiber disposed on a plane inside the chamber,
A pair of droplet injectors disposed on the same plane as the fibers and receiving fuel having a predetermined flow rate from a fuel pump and injecting fuel into the fibers,
A pair of igniters disposed on a plane spaced apart from the fiber and the droplet injector at a predetermined height to ignite droplet fuel in a single particle state formed on the fiber,
A rotary motor for rotating the droplet injector, and
A linear motor for linearly moving the igniter,
It characterized in that it comprises a.

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또한, 상기 스위치부는 상기 무중력비행기의 이륙 이후에, 상기 액적분사기 및 점화기를 각기 작동되는 지점에 진입시키도록 상기 회전모터 및 선형모터를 동작시키는 제1스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, the switch unit may further include a first switch for operating the rotary motor and the linear motor to enter the droplet ejector and the igniter at respective operating points after take-off of the zero gravity aircraft.

또한, 상기 스위치부는 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입하기 소정 시간(a) 이전에,소정 유속으로 연료가 분사되도록 상기 액적분사기를 동작시키는 제2스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, the switch unit may further include a second switch for operating the droplet sprayer so that fuel is injected at a predetermined flow rate before a predetermined time (a) before the zero gravity aircraft enters the microgravity section.

또한, 상기 스위치부는 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입한 직후에, 상기 파이버에 맺힌 단일입자 상태의 액적연료를 점화시키도록 상기 점화기를 동작시키는 제3스위치를 더 포함할 수 있다.In addition, the switch unit may further include a third switch for operating the igniter to ignite droplet fuel in a single particle state formed on the fiber immediately after the zero gravity plane enters the microgravity section.

또한, 상기 액적연소실험시스템은 상기 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화에 따라 상기 스위치부의 작동을 자동제어 하는 스위치제어부를 더 포함할 수 있다.In addition, the droplet combustion test system may further include a switch control unit for automatically controlling the operation of the switch unit according to the change in gravity according to the operation of the zero gravity aircraft.

이때, 상기 스위치제어부는 상기 무중력비행기의 비행에 따른 중력을 감지하는 중력감지센서를 포함하여, 상기 중력감지센서에서 측정된 상기 무중력비행기에 작용하는 중력에 따라 상기 스위치부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.At this time, the switch control unit comprises a gravity sensor for sensing the gravity according to the flight of the zero gravity aircraft, characterized in that to control the operation of the switch unit according to the gravity acting on the zero gravity airplane measured by the gravity sensor do.

또한, 상기 스위치제어부는 상기 무중력비행기의 비행시간을 측정하는 타이머를 더 포함하여, 상기 무중력비행기의 비행스케줄에 따른 시간 경과에 따라 상기 스위치부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the switch control unit further comprises a timer for measuring the flight time of the zero-gravity airplane, characterized in that to control the operation of the switch unit according to the passage of time according to the flight schedule of the zero-gravity airplane.

또한, 상기 액적연소모듈은 연료의 점화에 의해 상기 파이버가 파단될 시에, 상기 파단된 파이버를 교체하기 위한 파이버교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the droplet combustion module may further include a fiber exchanger for replacing the broken fiber when the fiber is broken by ignition of fuel.

상기한 구성에 따른 본 발명은, 지상에서의 무중력 비행기의 중력변화에 따라 연료공급, 점화 및 관측을 제어하여 제한된 시간동안의 액적연소 실험을 수행하도록 제어하여, 마이크로 중력 환경에서 액체 연료의 과학적 기초 연소현상(연소 환경별 연소율, 화염 온도, 복사열 유속 등)의 이해증진을 토대로 과학적 성과를 도출하기 위한 데이터베이스를 구축하며, 이를 통해 화염 폭발사고 방지 및 화재 안전사고 예방 등에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.The present invention according to the above configuration controls fuel supply, ignition, and observation according to the change in gravity of a zero-gravity airplane on the ground to perform droplet combustion experiments for a limited time, so that the scientific basis of liquid fuel in a microgravity environment A database is established to derive scientific achievements based on improved understanding of combustion phenomena (combustion rate by combustion environment, flame temperature, radiant heat flow rate, etc.), and it is expected that it can be used for prevention of flame explosion accidents and fire safety accidents. .

또한, 본 발명의 무중력 비행기용 액적연소실험시스템을 이용하여, 국제우주정거장(ISS)에 탑재되는 액적연소실험장비의 지상에서의 성능 검증을 통한 높은 신뢰성을 확보할 수 있다.In addition, by using the droplet combustion test system for a zero gravity airplane of the present invention, it is possible to secure high reliability through verification of the performance of the droplet combustion test equipment mounted on the International Space Station (ISS) on the ground.

도 1은 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화를 도시한 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액적연소실험시스템을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 챔버, 액적연소모듈 및 광학장비간의 관계를 설명하기 위한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일실시에에 따른 챔버를 도시한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액적연소모듈을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5에 따른 액적연소모듈을 도시한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 무중력상태판단부에 따른 액적연소실험방법을 도시한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 액적연소실험방법에 따른 연소실험시스템의 전체적인 동작을 설명하기 위한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 스위치부를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a graph showing the change in gravity according to the operation of the zero-gravity airplane.
2 is a block diagram showing a droplet combustion experiment system according to an embodiment of the present invention.
3 is a configuration diagram illustrating a relationship between a chamber, a droplet combustion module, and an optical device according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a chamber according to an embodiment of the present invention.
5 is a perspective view showing a droplet combustion module according to an embodiment of the present invention.
6 is a plan view showing the droplet combustion module according to FIG. 5.
7 is a flow chart showing a droplet combustion test method according to the weightless state determination unit of the present invention.
8 is a flow chart for explaining the overall operation of the combustion test system according to the droplet combustion test method of the present invention.
9 is a view for explaining a switch unit according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it is to be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. Should be.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in this application. Does not.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.The accompanying drawings are only an example shown to describe the technical idea of the present invention in more detail, so the technical idea of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.

도 1은 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화를 도시한 그래프로서, 도 1을 참조하여, 상기 무중력비행기(10)의 운전에 따른 중력변화를 자세히 설명하면, 상기 무중력비행기(10)는 21,000feet 이상의 고도를 갖는 상공에서 포물선을 그리도록 활공함으로써, 상기 무중력비행기(10)에 인가되는 중력이 마이크로단위의 미세한 값을 갖는 환경을 조성할 수 있다. 더욱 자세하게는, 무중력비행기(10)가 중력(G)의 2배가 되는 압력(2G)을 받도록 상승한 후,(B - C 구간) 엔진의 시동을 끄고 자유 낙하 함으로써 상승하던 무중력비행기(10)의 관성에 의해 무중력비행기(10)에 작용하는 중력이 상쇄되어 일정시간동안 무중력비행기(10)는 마이크로중력(이후, 무중력이라고 함) 환경을 조성한다.(C - D 구간).FIG. 1 is a graph showing the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane, and referring to FIG. 1, when the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane 10 is described in detail, the zero-gravity plane 10 is 21,000 feet or more. By glide so as to draw a parabola in the altitude, it is possible to create an environment in which the gravity applied to the zero gravity aircraft 10 has a microscopic value. In more detail, the inertia of the zero-gravity plane 10, which was ascended by turning off the engine and falling freely after rising to receive a pressure (2G) that is twice the gravity (G) (section B-C). The gravity acting on the zero-gravity plane 10 is canceled by this, and for a certain period of time, the zero-gravity plane 10 creates a microgravity (hereinafter referred to as zero-gravity) environment (section C-D).

상술한 바와 같이, 무중력비행기(10)는 일련의 과정을 반복하여 수차례의 무중력 환경을 조성한 후 지상으로 착륙한다. 이때 상술한 C - D 구간내의 무중력 구간은 수십 초 내지 몇 분간의 제한된 시간(b)동안 지속됨에 따라, 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입하여 이탈하기 전까지의 시간(T+b) 내에 액적연소실험을 수행하여야 한다.As described above, the zero-gravity plane 10 repeats a series of processes to create a zero-gravity environment several times and then lands on the ground. At this time, as the zero-gravity section in the above-described C-D section lasts for a limited time (b) of tens of seconds to several minutes, droplets within the time (T+b) before the zero-gravity plane 10 enters and leaves the zero-gravity section. Combustion tests should be carried out.

이때, 본 발명의 액적연소실험시스템(1000)은 제한된 무중력기간(T+b)동안 액적연소실험을 수행할 수 있도록 각각의 장비들을 제어하여 무중력비행기(10)를 이용한 무중력 환경에서의 실험을 수행하는 것을 목적으로 한다.At this time, the droplet combustion experiment system 1000 of the present invention controls each equipment so that droplet combustion experiments can be performed for a limited period of zero gravity (T+b) to perform an experiment in a zero gravity environment using the zero gravity airplane 10 It aims to do.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 액적연소실험시스템(1000)을 도시한 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 챔버, 액적연소모듈 및 광학장비간의 관계를 설명하기 위한 구성도로서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 액적연소실험시스템(1000)은 챔버(100), 액적연소모듈(200), 광학장비(300), 스위치부(400) 스위치제어부(500) 및 저장부(600)를 포함하여 구성될 수 있다.Figure 2 is a configuration diagram showing a droplet combustion experiment system 1000 according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is for explaining the relationship between the chamber, the droplet combustion module and optical equipment according to an embodiment of the present invention As a configuration diagram, referring to FIGS. 2 and 3, the droplet combustion experiment system 1000 of the present invention includes a chamber 100, a droplet combustion module 200, an optical equipment 300, a switch unit 400, a switch control unit ( 500) and a storage unit 600 may be included.

상기 액적연소모듈(200) 및 광학장비(300)는 상기 챔버(100)의 내외부에 설치되어, 마이크로 중력 상태에서의 단일입자상태로 형성되는 액적연료의 연소 현상을 시험 및 관측하기 위한 구성으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(100)는 상기 액적연소모듈(200)을 내부에 수용하며, 무중력비행기(10)의 내부에 탑재되어 상기 무중력비행기(10)의 운전에 따른 상기 액적연소모듈(200)의 실험환경을 조성하기 위한 구성으로, 상기 챔버(100) 내부의 산소량을 측정하기 위한 산소센서(110), 상기 챔버(100) 내부의 압력을 측정하기 위한 압력센서(120), 상기 챔버(100) 내부에 조명을 비추기 위한 광원(130) 및 상기 챔버(100) 내부 압력을 조절하는 진공펌프(미도시)를 포함할 수 있으며, 이때 상기 챔버(100)는 상기 액적연소모듈(200)에 따른 단일입자 상태의 액적연료의 최적화된 연소환경을 조성하기 위하여, 기밀이 유지될 수 있도록 형성되며. 내부면은 빛 반사를 최소화 하도록 무광페인트의 도포, 전해연마(electric polishing, EP)처리하여 액적연료의 연소에 따른 빛이 반사되는 것을 억제하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 챔버(100)는 외부의 카메라를 통한 관측을 수행할 수 있도록 형성된 광학창(150)을 더 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 챔버(100)가 탑재되는 무중력비행기(10)의 설계요구조건에 만족하도록 제작되는 것이 바람직하다.The droplet combustion module 200 and the optical equipment 300 are installed inside and outside the chamber 100 to test and observe the combustion phenomenon of droplet fuel formed in a single particle state in a microgravity state, As shown in Figure 4, the chamber 100 accommodates the droplet combustion module 200 therein, and is mounted inside the zero gravity airplane 10 to burn the droplet according to the operation of the zero gravity airplane 10. A configuration for creating an experimental environment of the module 200, an oxygen sensor 110 for measuring the amount of oxygen inside the chamber 100, a pressure sensor 120 for measuring the pressure inside the chamber 100, A light source 130 for illuminating the interior of the chamber 100 and a vacuum pump (not shown) for adjusting the pressure inside the chamber 100 may be included, and the chamber 100 may include the droplet combustion module ( In order to create an optimized combustion environment for single particle fuel droplets according to 200), it is formed so that airtightness can be maintained. The inner surface is preferably coated with matte paint and electropolished (EP) to minimize light reflection to suppress reflection of light due to combustion of the droplet fuel. In addition, the chamber 100 may further include an optical window 150 formed to perform observation through an external camera, and preferably, the design of the zero gravity plane 10 in which the chamber 100 is mounted It is desirable to be manufactured to meet the requirements.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 액적연소모듈을 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 액적연소모듈을 도시한 평면도로서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 액적연소모듈(200)은 상기 챔버(100) 내부에 구비되어, 단일입자상태의 액적연료를 분사 및 점화시키는 액적연소실험을 수행하기 위한 구성으로써, 상기 액적연소모듈(200)은 상기 챔버(100) 내부에 설치되는 거치대(150)의 일면에 액적연료의 연소실험을 위한 파이버(210), 액적분사기(220), 회전모터(230), 점화기(240), 선형모터(250)를 포함하는 장비들이 배치되어 형성되는 것이 바람직하다.5 is a perspective view showing a droplet combustion module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a plan view showing the droplet combustion module according to FIG. 5. Referring to FIGS. 5 and 6, the droplet combustion module ( 200) is provided in the chamber 100 to perform a droplet combustion experiment in which droplet fuel in a single particle state is injected and ignited, and the droplet combustion module 200 is installed inside the chamber 100 Equipment including a fiber 210, a droplet sprayer 220, a rotary motor 230, an igniter 240, and a linear motor 250 for a combustion experiment of droplet fuel are arranged on one surface of the cradle 150 that is It is preferably formed.

이때, 상기 파이버(210)는 상기 액적분사기(220)로부터 분사된 연료가 단일입자 상태로 맺힐 수 있도록 상기 챔버(100) 내부의 일평면 상에 배치되는 선형의 섬유(Fiber)로서, 상기 액적분사기(220)로부터 분사된 연료가 자중 또는 외력에 의해 의해 낙하되는 것을 방지하며, 무중력 환경에서는 액적연료의 연소시에 액적연료가 관측영역을 벗어나지 않도록 고정한다.In this case, the fiber 210 is a linear fiber disposed on one plane inside the chamber 100 so that the fuel injected from the droplet injector 220 can be formed in a single particle state, and the liquid The fuel injected from the injector 220 is prevented from falling due to its own weight or external force, and in a zero gravity environment, the droplet fuel is fixed so that it does not deviate from the observation area during combustion of the droplet fuel.

상기 액적분사기(220)는 연료펌프(223)로부터 공급받은 연료를 상기 파이버(210)에 분사하기 위한 미세튜브(221) 및 상기 미세튜브(221)와 상기 연료펌프(223)를 연결하는 수송관(222)을 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때 상기 스위치부(400)는 상기 미세튜브(221)의 내경에 따라 분사되는 연료의 유속과 공급량을 제어하여, 상기 파이버(210)에 맺히는 단일입자 상태의 액적연료의 크기를 조절할 수 있다. 즉, 상기 스위치부(400)는 무중력비행기(10)의 단일 무중력구간이 지속되는 시간(b)동안 단일입자 상태의 액적연료의 연소시간을 고려하여, 설계된 상기 단일입자 상태의 액적연료의 크기를 형성할 수 있도록 상기 연료펌프(223)로부터 배출되는 연료를 소정유속을 갖도록 상기 연료펌프(223)의 배출량을 제어하여야 하며, 이때 상기 연료펌프(223)는 미세한 연료의 유속, 유량을 제어하며, 펌프의 맥동에 따른 오차를 방지하기 위하여 시린지펌프(syringe pump)를 이용하는 것이 바람직하다.The droplet injector 220 is a microtube 221 for injecting fuel supplied from the fuel pump 223 into the fiber 210, and a transport connecting the microtube 221 and the fuel pump 223 It may include a tube 222, wherein the switch unit 400 controls the flow rate and supply amount of the injected fuel according to the inner diameter of the microtube 221, and the state of a single particle formed on the fiber 210 The size of the droplet fuel can be adjusted. That is, the switch unit 400 considers the combustion time of the droplet fuel in the single particle state during the duration (b) of the single zero gravity section of the zero gravity aircraft 10, and determines the size of the droplet fuel in the single particle state. In order to form the fuel discharged from the fuel pump 223 to have a predetermined flow rate, the discharge amount of the fuel pump 223 must be controlled. At this time, the fuel pump 223 controls the flow rate and flow rate of the fine fuel, It is preferable to use a syringe pump to prevent errors due to the pulsation of the pump.

또한, 상기 액적분사기(220)는 상기 파이버(210)와 동일 평면상에 배치되는 한 쌍으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 한 쌍의 액적분사기(220)는 상기 파이버(210)를 기준으로 대면되어 서로 바라보도록 배치된 한 쌍의 미세튜브(221)를 포함하고, 상기 한 쌍의 미세튜브(221)는 각기 수직된 방향으로 연장된 이송관(222)의 일측에 연결되며, 상기 이송관(222)의 타측은 상기 회전모터(230)와 연결되어, 한 쌍의 액적분사기(220)가 서로 대향되는 방향으로 각각의 회전모터(230)를 기준으로 일정반경을 갖는 회전운동을 수행하도록 작동된다. 이때 상기 한 쌍의 미세튜브(221)는 상기 파이버(210)의 어느 한 지점을 기점으로 일정 반경 회전되어, 상기 액적분사기(220)는 상기 한 쌍의 미세튜브(221)가 상기 파이버(210)에 동일한 어느 한지점에 근접하여 서로 마주보도록 배치되는 지점에서 연료를 분사하도록 작동되며, 상기 한 쌍의 미세튜브(221)와 상기 파이버(221)간의 간격은 설계된 단일입자 상태의 액적연료의 크기를 갖는 것이 바람직하나, 연료의 분사 시에 점진적으로 멀어지도록 작동되어 연료가 단일입자 상태로 상기 파이버(210)에 맺히도록 구동될 수 있다.In addition, the droplet ejector 220 is preferably formed in a pair disposed on the same plane as the fiber 210, the pair of droplet ejector 220 is based on the fiber 210 It includes a pair of microtubes 221 arranged to face each other, and the pair of microtubes 221 are connected to one side of a transfer tube 222 extending in a vertical direction, respectively, and the transfer tube The other side of 222 is connected to the rotation motor 230 so that a pair of droplet sprayers 220 perform a rotational motion having a predetermined radius with respect to each rotation motor 230 in a direction opposite to each other. It works. At this time, the pair of microtubes 221 are rotated by a predetermined radius from a point of the fiber 210, so that the droplet ejector 220 includes the pair of microtubes 221 ) Is operated to inject fuel at a point arranged to face each other in proximity to a point, and the distance between the pair of microtubes 221 and the fiber 221 is the size of the designed single particle droplet fuel Although it is preferable to have a, it is operated to gradually move away from the fuel when the fuel is injected, so that the fuel may be driven to form a single particle on the fiber 210.

상기 점화기(240)는 액적분사기(220)에 의해 분사된 연료가 상기 파이버(210)에 단일입자 상태로 맺힌 액적연료를 가열하여 점화시키기 위한 구성으로, 전원을 공급받아 열을 발산하는 점화회로(241)을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 점화회로(241)은 상기 파이버(210) 및 한 쌍의 액적분사기(220)에 간섭하지 않도록 상기 파이버(210) 및 액적분사기(220)로부터 소정 높이 이격되는 평면상에 배치되는 것이 바람직하며, 상기 파이버(210)에 맺힌 단일입자 상태의 액적연료의 점화 이후, 상기 광학장비(300)의 관측영역을 간섭하지 않도록 후퇴 동작하는 선형레일(242) 및 선형모터(250)를 포함하여 이루어질 수 있다. 이때 상기 점화기(240)는 상기 거치대(150)의 일면에 서로 바라보는 방향으로 동일한 선상에 배치되는 한 쌍으로 이루어지되, 상기 한 쌍의 점화기(240)의 한 쌍의 점화회로(241)은 상기 파이버(210)로부터 일정 높이 이격되는 평면상에 각기 배치되되, 상기 파이버(210) 및 액적분사기(220)와 간섭하지 않는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다.The igniter 240 is a configuration for heating and igniting the fuel injected by the droplet injector 220 in a single particle state on the fiber 210, and is an ignition circuit for dissipating heat by receiving power. 241, the ignition circuit 241 from the fiber 210 and the droplet ejector 220 so as not to interfere with the fiber 210 and a pair of droplet ejector 220 It is preferable to be disposed on a plane spaced apart from a predetermined height, and after ignition of the droplet fuel in a single particle state formed on the fiber 210, the linear rail 242 retracting so as not to interfere with the observation area of the optical device 300 ) And a linear motor 250 may be included. At this time, the igniter 240 is made of a pair of ignition circuits 241 of the pair of igniters 240 are arranged on the same line in a direction facing each other on one surface of the cradle 150 It is preferably disposed on a plane spaced apart from the fiber 210 by a predetermined height, and disposed in a direction that does not interfere with the fiber 210 and the droplet sprayer 220.

상기 광학장비(300)는 상기 액적연소모듈(200)에 의해 형성된 단일입자 상태의 액적연료의 연소를 관측하기 위한 구성으로, 상기 단일입자 상태의 액적연료가 형성되는 관측영역을 측정하는 복수의 광학카메라들을 포함하여 이루어지며, 상기 복수의 광학카메라들은 상기 액적연소모듈(200)의 각각의 장치들에 의해 관측 시야가 간섭되지 않는 위치 및 각도를 갖도록 배치되어야 한다.The optical equipment 300 is a configuration for observing the combustion of the droplet fuel in a single particle state formed by the droplet combustion module 200, and a plurality of optics measuring an observation area in which the droplet fuel in the single particle state is formed. Cameras are included, and the plurality of optical cameras should be arranged so as to have a position and angle that does not interfere with the observation field of view by the respective devices of the droplet combustion module 200.

또한, 상기 광학장비(300)는 상기 액적연료의 연소 시에 발생하는 전자기파의 에너지를 측정하기 위한 복사계(310, radiometer)와 상기 액적연료의 연소 시에 발생하는 복사광을 측정하여 화염온도를 측정하기 위한 광학필터(optical filter)가 결합된 2종의 CCD카메라(320)를 포함하며, 상기 복사계(310), CCD카메라(320) 및 마이크로중력환경에서 액적연료가 연소하는 이미지를 관측하기 위한 칼라카메라(330)는 각기 복수로 구비되어 상기 챔버(100)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다.In addition, the optical device 300 measures the flame temperature by measuring the radiometer 310 for measuring the energy of the electromagnetic wave generated during the combustion of the droplet fuel and the radiant light generated during the combustion of the droplet fuel. Includes two types of CCD camera 320 combined with an optical filter for performing the radiometer 310, the CCD camera 320, and a color for observing the image of the droplet fuel burning in the microgravity environment Each of the cameras 330 may be provided in plural and may be disposed inside or outside the chamber 100.

상기 복사계(310)는 3개로 이루어져, 각각 다른 파장대의 복사에너지를 측정할 수 있다. 일반적으로 연소 시에 발생하는 화염의 파장은 가시광선부터 적외선 영역까지 다양하게 나타는데, 1개의 복사계는 (310b) 이 영역의 파장대를 모두 커버하는 복사계로 화염의 생성시간과 소멸시간을 판단하는데 사용하며, 복사계(310a, 310c)는 물의 파장대 중 하나인 5.5um~7.5um 영역의 복사에너지를 관측한다. 이는 연소의 생성물 중 하나인 물(H2O)의 복사 에너지를 측정함으로써, 화염의 생성/소멸과 물리적인 다른 현상을 확인할 수 있다.The radiometer 310 is composed of three, each of which can measure the radiant energy of a different wavelength band. In general, the wavelength of the flame generated during combustion varies from visible light to the infrared range, and one radiometer (310b) is a radiometer that covers all of the wavelength bands in this range, and is used to determine the generation and extinction time of the flame. And, the radiometers 310a and 310c observe radiant energy in a range of 5.5um to 7.5um, one of the wavelength bands of water. This is by measuring the radiant energy of water (H2O), which is one of the products of combustion, and it is possible to confirm the generation/extinguishment of flames and other physical phenomena.

또한, 상기 CCD카메라(320)는 서로 다른 파장에서 방사되는 매연 입자의 복사광을 동시에 측정하고 플랑크 법칙에 적용함으로써 방사율에 독립적인 방식으로 화염의 온도를 예측할 수 있는 비접촉식 온도 측정을 수행하며, 700nm와 900 nm 대역필터의 광학필터를 이용하여 확산 화염의 공간 온도 분포를 예측할 수 있으며, 시각선을 분할하는 간격을 줄임으로써 발생하는 오차를 최소화시킬 수 있다. 이때, 화염 온도측정을 위하여 이를 적용한 경우 화염내부에 형성되는 그을음 입자의 복사 강도가 중요한 변수이며, 화염 중앙부와 같이 상대적으로 온도가 낮은 영역에서는 미약한 복사 강도로 인해 화염 온도 예측에 오차가 발생할 수 있다.In addition, the CCD camera 320 simultaneously measures the radiant light of soot particles radiated at different wavelengths and applies it to Planck's law to perform non-contact temperature measurement capable of predicting the temperature of the flame in a manner independent of emissivity, and 700 nm The spatial temperature distribution of the diffusion flame can be predicted by using the optical filter of the 900 nm band filter and the error generated by reducing the interval for dividing the line of sight can be minimized. In this case, when this is applied to measure the flame temperature, the radiation intensity of the soot particles formed inside the flame is an important variable, and in the relatively low temperature region such as the center of the flame, an error may occur in the prediction of the flame temperature due to weak radiation intensity. have.

상기 스위치부(400)는 상기 무중력비행기(10)의 운전에 따른 무중력비행기 내에서의 중력변화에 따라 상기 챔버(100), 액적연소모듈(200) 및 광학장비(300) 의 각각의 장치들 중 적어도 하나 이상의 운전을 제어하기 위한 구성으로, 상기 스위치부(400)는 상공에서 포물선비행을 통해 무중력 환경을 모사하는 무중력비행기(10)의 운전패턴, 즉 무중력비행기(10)의 운전에 따른 중력의 변화에 맞추어 상기 챔버(100), 액적연소모듈(200) 및 광학장비(300)를 각기 제어할 수 있도록 구성된다. 이때, 상기 저장부(600)는 상기 챔버(100), 액적연소모듈(200) 및 광학장비(300)에서 측정 및 관측된 정보들과 액적연소실험에 수반된 데이터들을 수집 및 저장하여 데이터베이스화 할 수 있다.The switch unit 400 is one of the respective devices of the chamber 100, the droplet combustion module 200, and the optical equipment 300 according to the change of gravity in the zero-gravity plane according to the operation of the zero-gravity plane 10. With a configuration for controlling at least one or more operations, the switch unit 400 is a driving pattern of the zero-gravity plane 10 that simulates a zero-gravity environment through parabolic flight in the sky, that is, the gravitational force according to the operation of the zero-gravity plane 10. It is configured to control the chamber 100, the droplet combustion module 200, and the optical equipment 300 respectively according to the change. At this time, the storage unit 600 collects and stores the information measured and observed in the chamber 100, the droplet combustion module 200, and the optical equipment 300, and data associated with the droplet combustion experiment to be converted into a database. I can.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 스위치부(400)는 제1스위치(410), 제2스위치(420), 제3스위치(430) 및 상기 스위치들의 작동에 따라 실험상태를 점등하는 램프(440)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 이때, 도 7는 본 발명의 일실시예에 따른 액적연소실험의 순서도로서, 도 2 및 도 7를 참조하여 하기에서 무중력비행기용 액적연소실험시스템(1000)을 이용한 무중력비행기에서의 액적연소실험을 상세히 설명하기로 한다.As shown in FIG. 2, the switch unit 400 includes a first switch 410, a second switch 420, a third switch 430, and a lamp 440 for lighting the experimental state according to the operation of the switches. ) May be included, and at this time, FIG. 7 is a flow chart of a droplet combustion experiment according to an embodiment of the present invention, using a droplet combustion experiment system 1000 for a zero gravity aircraft in the following with reference to FIGS. 2 and 7 The droplet combustion experiment in zero gravity plane will be described in detail.

본 발명의 무중력비행기용 액적연소실험시스템(1000)을 이용한 액적연소실험은 준비단계(S100), 액적형성단계(S200), 측정단계(S300) 및 반복실험단계(S400)를 포함하여 수행되며, 이때 상기 준비단계(S100)는 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입하기 이전에, 상기 회전모터(230) 및 선형모터(250)를 구동하여, 상기 액적분사기(220)의 미세튜브(221) 및 상기 점화기(240)의 점화회로(241)의 끝단이 각기 파이버(210)의 어느 한 지점(액적이 형성되는 위치)에 근접하도록 위치시키는 동작을 수행하며, 이후 준비된 상기 액적분사기(220)를 작동하여 상기 파이버(210)상에 단일입자 상태의 액적연료가 맺히도록 연료를 소정유속으로 분사하는 액적형성단계(S200) 및 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입한 직후, 준비된 상기 점화기(240)를 작동하여 형성된 상기 단일입자 상태의 액적연료를 가열하여 점화시킨 후, 상기 액적분사기(220) 및 점화기(240)를 후퇴 시켜 상기 광학장비(300)에서의 관측을 간섭하지 않도록 수행되는 측정단계(S300)를 수행하며, 이때 상기 준비단계(S100)는 상기 제1스위치(410)의 작동신호에 따라 수행되고, 상기 액적형성단계(S200)는 상기 제2스위치(420)의 작동신호에 따라 수행되며, 상기 측정단계(S300)는 상기 제3스위치(430)의 작동신호에 따라 수행된다.The droplet combustion experiment using the droplet combustion experiment system 1000 for a zero gravity aircraft of the present invention is performed including a preparation step (S100), a droplet formation step (S200), a measurement step (S300) and a repeat experiment step (S400), At this time, in the preparation step (S100), before the zero-gravity plane 10 enters the zero-gravity section, the rotary motor 230 and the linear motor 250 are driven, and the fine tube 221 of the droplet sprayer 220 is ) And the ends of the ignition circuit 241 of the igniter 240 are positioned so as to be close to any one point (where the droplet is formed) of the fiber 210, and then the prepared droplet sprayer 220 ) To form droplet fuel in a single particle state on the fiber 210 by injecting fuel at a predetermined flow rate (S200) and immediately after the zero gravity plane 10 enters the zero gravity section, the prepared igniter After heating and igniting the droplet fuel formed by operating (240), the droplet sprayer 220 and the igniter 240 are retracted so as not to interfere with the observation from the optical device 300 The measurement step (S300) is performed, wherein the preparation step (S100) is performed according to an operation signal of the first switch 410, and the droplet forming step (S200) is an operation of the second switch 420 It is performed according to a signal, and the measuring step (S300) is performed according to an operation signal of the third switch 430.

더욱 자세하게는, 상기 제1스위치(410)는 무중력비행기(10)가 이륙하여 무중력 구간에 진입하기 이전(도 1의 C구간)에 작동될 수 있으며, 바람직하게는 무중력 비행기(10)의 이륙 이후 내지 제2스위치가 작동하는 구간(도 1의 A구간) 이전에 작동된다. 이때 상기 스위치부(400)는 상기 제1스위치(510)의 작동신호를 인가받아, 챔버(100) 내부의 실험환경을 조성하고, 상기 액적연소모듈(200)의 액적분사기(220) 및 점화기(240)를 파이버(210)에 근접하는 위치로 이동시키도록 회전모터(230) 및 선형모터(250)의 동작을 제어한다.In more detail, the first switch 410 may be operated before the zero-gravity plane 10 takes off and enters the zero-gravity section (section C in FIG. 1), and preferably, after the take-off of the zero-gravity plane 10 To the second switch is operated before the operating section (section A in FIG. 1). At this time, the switch unit 400 receives the operation signal of the first switch 510 to create an experimental environment inside the chamber 100, and the droplet injector 220 and the igniter of the droplet combustion module 200 The operation of the rotary motor 230 and the linear motor 250 is controlled to move the 240 to a position close to the fiber 210.

또한, 상기 제2스위치(420)는 무중력비행기가 무중력구간에 진입하기 이전에 작동시켜, 무중력구간에 진입하기 이전에 액적연료를 미리 형성하여 준비하는 것이 바람직하며, 이후, 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입한 직후 상기 제3스위치(530)를 작동시켜 상기 파이버(210)에 맺힌 액적연료의 점화 및 관측을 수행하는 측정단계(S300)를 수행할 수 있다.In addition, the second switch 420 is preferably operated before the zero-gravity plane enters the zero-gravity section, and forms and prepares droplet fuel in advance before entering the zero-gravity section, and thereafter, the zero-gravity plane 10 Immediately after entering the zero-gravity section, the third switch 530 may be operated to perform a measurement step S300 of ignition and observation of the droplet fuel formed on the fiber 210.

이때, 상술한 일련의 단계는 상기 무중력비행기에 작용하는 중력의 변화에 따라 수행되는 것이 바람직하며, 이때 상기 무중력비행기의 비행스케줄에 따른 시간 경과에 따라 상기 스위치부의 작동을 제어함으로써 정밀하게 설계된 실험을 수행할 수 있다.At this time, the above-described series of steps is preferably performed according to the change of gravity acting on the zero-gravity plane, and at this time, a precisely designed experiment is conducted by controlling the operation of the switch unit according to the time lapse of the flight schedule of the zero-gravity plane. Can be done.

도 8는 본 발명의 일실시예에 따른 연소실험시스템(1000)의 전체적인 동작을 설명하기 위한 순서도로서, 중력의 변화에 따른 상기 연소실험시스템(1000)이 작동되는 순서를 하기에서 시계열적으로 더욱 자세하게 설명하기로 한다.8 is a flow chart for explaining the overall operation of the combustion test system 1000 according to an embodiment of the present invention. The sequence of operating the combustion test system 1000 according to a change in gravity is further time-sequentially described below. I will explain in detail.

도 8를 참조하면, 본 발명의 연소실험시스템(1000)을 이용한 액적연소실험은 연소실험 환경을 측정하는 센서들이 구비된 챔버(100)와 액적연료의 연소를 관측하는 카메라들로 구성된 광학장비(300) 및 단일입자 상태의 액적연료를 형성시키고, 형성된 액적연료를 점화하는 액적연소모듈(200)로 구분할 수 있으며, 상기 스위치부(400)는 상술한 챔버(100), 액적연소모듈(200) 및 광학장비(300)를 중력의 변화에 따라 각기 독립적으로 제어한다. 이때 무중력비행기용 상기 액적연소실험시스템(1000)은 상기 챔버(100) 및 액적연소모듈(200)을 제어하며 측정된 값들을 데이터베이스화 하는 독립된 제1서버와 상기 광학장비(300)들을 독립적으로 제어하며, 관측된 값들을 데이터베이스화하는 제2서버를 더 포함하여, 상기 스위치부(400)로부터의 동작신호를 인가받아 상기 챔버(100)와 액적연소모듈(200) 또는 광학장비(300)를 독립시켜 운영할 수 있다.Referring to FIG. 8, in the droplet combustion experiment using the combustion experiment system 1000 of the present invention, an optical device consisting of a chamber 100 equipped with sensors measuring the combustion experiment environment and cameras for observing the combustion of droplet fuel ( 300) and a droplet combustion module 200 that forms droplet fuel in a single particle state and ignites the formed droplet fuel, and the switch unit 400 includes the chamber 100 and the droplet combustion module 200 described above. And each of the optical equipment 300 is independently controlled according to the change of gravity. At this time, the droplet combustion test system 1000 for a zero-gravity aircraft controls the chamber 100 and the droplet combustion module 200, and independently controls the optical equipment 300 and an independent first server that converts the measured values into a database. And, further comprising a second server for converting the observed values into a database, the chamber 100 and the droplet combustion module 200 or the optical equipment 300 is independent by receiving the operation signal from the switch 400 You can run it.

[ t < T-a ][t <T-a]

무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입하기 이전에, 한 쌍의 회전모터(230) 및 선형모터(250)를 작동하여, 상기 액적분사기(220) 및 점화기(240)를 각기 작동되는 지점에 진입시키는 준비단계(S100)를 수행하며, 이때 상기 준비단계(S100)는 제1스위치(510)에 의해 작동될 수 있다.Before the zero-gravity plane 10 enters the zero-gravity section, by operating a pair of rotary motors 230 and linear motors 250, the droplet sprayer 220 and the igniter 240 are respectively operated at the point where they are operated. A preparatory step (S100) of entering is performed, and in this case, the preparatory step (S100) may be operated by the first switch 510.

[ T-a ≤ t < T ][T-a ≤ t <T]

이후, 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입하기 소정시간(a) 이전에, 연료펌프를 가동하여 상기 액적분사기(220)로 연료를 공급함으로써, 파이버(210)상에 단일 입자 상태의 액적연료를 형성시키는 연료공급단계(S210)가 수행되며, 이때 상기 스위치부(400)는 챔버(100)에 구비되는 압력센서(120), 산소센서(110)를 작동하여 상기 챔버(100) 내부의 환경을 측정하는 센서측정단계(S220) 및 형성되는 상기 액적연료를 관측하도록 상기 광학장비(300)를 작동하는 관측단계(S230)를 포함하여 수행되고, 이때 상술한 일련의 단계는 상기 제2스위치(420)로부터 인가받은 작동신호에 의해 일률적으로 수행되어 진다. 이때, 상기 관측단계(S230)에서 필요에 따라 상기 광학장비(300)들의 복수의 카메라 및 조명기가 작동되는 시간을 지연시켜 입력된 지연시간 이후 관측이 수행되도록 제어할 수 있다.Thereafter, before the predetermined time (a) before the zero-gravity plane 10 enters the zero-gravity section, the fuel pump is operated to supply fuel to the droplet injector 220, thereby forming droplets of a single particle on the fiber 210. A fuel supply step (S210) of forming fuel is performed, and at this time, the switch unit 400 operates the pressure sensor 120 and the oxygen sensor 110 provided in the chamber 100 to A sensor measurement step (S220) of measuring the environment and an observation step (S230) of operating the optical equipment 300 to observe the formed droplet fuel, wherein the series of steps described above are performed by the second switch It is uniformly performed by the operation signal applied from (420). In this case, in the observing step (S230), if necessary, by delaying the operation time of the plurality of cameras and illuminators of the optical equipment 300, the observation may be performed after the input delay time.

[ T ≤ t < T+b ][T ≤ t <T+b]

이후, 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입한 직후에는, 상기 점화기(240)의 점화회로(241)를 가열시켜, 형성된 상기 단일입자 상태의 액적연료를 점화시킨 후, 상기 회전모터(230) 및 선형모터(250)가 상기 파이버(210)에서 이격되도록 후퇴시키는 점화단계(S310)와 무중력구간에 진입한 직후부터 설정된 소정시간(b)만큼 지연된 이후 상기 챔버(100)의 센서들에서의 측정 및 광학장비(300)들의 관측을 중단하는 종료단계(320)를 포함하여 수행될 수 있다. 이때 상기 종료단계(S320)가 작동되는 소정시간(b)는 무중력비행기(10)가 무중력구간에서 벗어나는 시점(T+b)인 것이 바람직하나, 경우에 따라서는 단일 액적연료의 연소가 끝나는 시점일 수 있을 것이다.Thereafter, immediately after the zero-gravity plane 10 enters the zero-gravity section, the ignition circuit 241 of the igniter 240 is heated to ignite the formed droplet fuel in the single particle state, and then the rotary motor 230 And the ignition step (S310) of retreating the linear motor 250 so as to be separated from the fiber 210 and measurement by the sensors of the chamber 100 after a delay for a predetermined time (b) set immediately after entering the zero-gravity section. And a termination step 320 of stopping observation of the optical equipment 300. At this time, the predetermined time (b) at which the end step (S320) is operated is preferably the point at which the zero-gravity plane 10 leaves the zero-gravity section (T+b), but in some cases, it is the point at which the combustion of a single droplet fuel ends. I will be able to.

[ t ≥ T+b ][t ≥ T+b]

또한, 무중력비행기(10)가 무중력구간을 벗어난 이후에는, 상기 무중력비행기(10)의 비행 스케줄에 따라 설정된 실험 횟수(N)를 카운트하여, 다음 차수의 실험을 위해 상기 준비단계(S100)로 회귀하는 반복실험단계(S400)를 더 포함하여 수행될 수 있다.In addition, after the zero-gravity plane 10 is out of the zero-gravity section, the number of experiments (N) set according to the flight schedule of the zero-gravity plane 10 is counted and returns to the preparation step (S100) for the next order of experiment. It may be performed by further including a repeat experiment step (S400).

이때, 상기 액적연소모듈(200)은 연료의 점화에 의해 파이버(210)가 파손될 시에, 상기 파단된 파이버(210)를 교체하기 위한 파이버교환기(260)를 작동하여, 파단된 파이버(210)를 교체하여 다음 차수의 실험을 준비할 수 있다. 종래에는 파이버가 파손될 경우, 작업자가 직접 파이버를 교체하여야 하는 번거로움이 발생하는 반면, 본 발명은 상기 파이버교환기(260)를 이용함으로써, 파손된 파이버를 교환함으로써, 무중력비행기(10)의 운전 시에 발생하는 제한된 시간동안 작업자의 파이버 교체작업을 수행하지 않아 더욱 빠른 다음 차수의 실험이 가능한 장점이 있다.At this time, the droplet combustion module 200 operates the fiber exchanger 260 for replacing the broken fiber 210 when the fiber 210 is damaged by the ignition of fuel, and the broken fiber 210 You can prepare for the next order of experiment by replacing. Conventionally, when the fiber is damaged, the operator has to change the fiber directly, whereas the present invention uses the fiber exchanger 260 to exchange the damaged fiber, when operating the zero gravity aircraft 10 There is an advantage that a faster next-order experiment is possible because the operator does not perform the fiber replacement work for a limited time occurring in the system.

도 9는 상기 스위치부(400)를 설명하기 위한 도면으로, 복수의 스위치 및 LED로 구성된 제어 패널을 도시한 도면으로, 상기 도 9를 참조하면, 상기 스위치부(400)는 총 4개의 LED(LG, LR)와 1개의 선택스위치(SSL), 15개의 누름스위치(PB)로 구성되어, 무중력 비행기 내에서 실험이 진행되는 동안 LED에 의해 연소실험장치 내부의 동작 상태를 파악하고, 선택스위치와 누름스위치에 의해 연소실험 모듈을 각 단계별, 부품별(각각의 모터들)을 제어할 수 있다.9 is a view for explaining the switch unit 400, a view showing a control panel consisting of a plurality of switches and LEDs. Referring to FIG. 9, the switch unit 400 includes a total of 4 LEDs ( LG, LR), 1 selection switch (SSL), and 15 push switches (PB). During the experiment in a zero-gravity plane, the operation status of the combustion test apparatus is checked by LEDs, and the selection switch and It is possible to control the combustion experiment module for each step and each part (each motor) by a push switch.

이때, 상기 램프부(440)는 연소 실험을 시작할 수 있는 준비상태를 표시하는 제1램프(441, Ready), 액적분사기의 한 쌍의 회전모터와 액적연료를 점화하는 한 쌍의 선형모터의 동작 상태를 표시하는 제2램프(442, 1st ing), 액적연료의 공급이 완료되어 연소실험을 위한 점화가 준비되었음을 표시하는 제3램프(443, Rdy for Ign) 및 액적연료의 연소상태를 표시하는 제4램프(444,Igniting)를 포함하며, 상기 제1스위치(410)는 상기 준비단계(S100)를 수행하기 위하여 작동되는 모터 및 리미트 스위치들에 신호를 전달하며, 한 쌍의 선형모터(250) 및 한 쌍의 회전모터(230)를 포함하는 모터들이 파이버(210)로부터 이격되어 리미트 스위치에 의해 고정되며 이는 각각 부품들이 회전반경으로부터 이탈하는 것을 방지하도록 작동되는 initial스위치(410a)와 상기 한 쌍의 선형모터(250) 및 한 쌍의 회전모터(230)를 포함하는 모터들을 파이버(210)에 인접하도록 회전시키도록 작동되는 1st스위치(410b)를 포함하여 형성될 수 있으며, 이때 연소실험을 위한 준비단계(S100)시에는 상기 1st스위치(410b)를 통해 제어되며 다음 차수의 실험을 상기 준비단계(S100)로 회귀하는 반복실험단계(S400) 시에는 상기 initial스위치(410a)를 통해 제어될 수 있다. 이때, 상기 제2램프(442)는 상기 1st스위치(410b)에 의해 모터의 동작 상태를 모니터링할 수 있도록 모터가 동작하는 동안은 반복 점멸되며, 상기 1st스위치(410b)에 의한 제어명령이 완료되면 점멸을 멈추게 지속적으로 점등됨으로써 사용자에게 모터의 작동상태를 표시한다. 또한 상기 제2스위치(420, Pump X)를 작동하여, 상기 연료공급단계(S200)를 수행하도록 제어하며, 상기 액적분사기(220)는 상기 제2스위치(420)에 의해 사용자가 미리 설정되는 연료량(X)만큼 연료를 공급하고, 이때 상기 제2스위치(420)를 반복하여 작동시킴으로써 실험시에 원하는 액적크기를 형성할 수 있도록 연료를 공급할 수 있다. 이후 액적연료의 공급이 완료되면 상기 제3램프(443)가 점등되어 점화가 준비되었음을 표시한다.At this time, the lamp unit 440 includes a first lamp 441 (Ready) indicating a ready state for starting a combustion experiment, a pair of rotating motors of the droplet injector and a pair of linear motors igniting droplet fuel. A second lamp (442, 1st ing) indicating the operation status, a third lamp (443, Rdy for Ign) indicating that the supply of the droplet fuel is complete and the ignition is ready for the combustion experiment, and the combustion state of the droplet fuel are displayed. It includes a fourth lamp 444 (Igniting), and the first switch 410 transmits signals to a motor and limit switches operated to perform the preparation step S100, and a pair of linear motors ( 250) and the motors including a pair of rotating motors 230 are separated from the fiber 210 and fixed by a limit switch, which is operated to prevent the parts from deviating from the rotation radius, and the initial switch 410a and the above It may be formed to include a 1st switch 410b operated to rotate motors including a pair of linear motors 250 and a pair of rotary motors 230 to be adjacent to the fiber 210, and at this time, combustion experiment In the preparation step (S100) for, it is controlled through the 1st switch (410b), and in the iterative experiment step (S400) of returning the next-order experiment to the preparation step (S100), it is controlled through the initial switch (410a). Can be. At this time, the second lamp 442 blinks repeatedly while the motor is operating so that the operation state of the motor can be monitored by the 1st switch 410b, and when the control command by the 1st switch 410b is completed. By continuing to light up to stop flashing, it indicates the motor's operating status to the user. In addition, the second switch 420 (Pump X) is operated to control to perform the fuel supply step (S200), and the droplet injector 220 is preset by the user by the second switch 420. Fuel is supplied as much as the amount of fuel X, and at this time, by repeatedly operating the second switch 420, fuel can be supplied to form a desired droplet size during the experiment. Thereafter, when the supply of the droplet fuel is completed, the third lamp 443 is turned on to indicate that ignition is ready.

이후, 상기 점화단계(S300)는 상기 제3스위치(430)에 의해 작동되며, 상기 제3스위치(430)가 작동하면 액적연료를 연소하기 위한 한 쌍의 점화기(240)가 동작하며 상기 제4램프(444)가 점등되고, 이후 한 쌍의 회전모터 및 한 쌍의 선형모터들이 초기의 위치로 후퇴한 이후, 다시 제1램프(441)가 점등되어 액적연료의 연소 상태를 표시한다.Thereafter, the ignition step (S300) is operated by the third switch 430, and when the third switch 430 is operated, a pair of igniters 240 for burning the droplet fuel are operated, and the fourth After the lamp 444 is turned on, after the pair of rotary motors and the pair of linear motors retreat to their initial positions, the first lamp 441 is turned on again to indicate the combustion state of the droplet fuel.

이때, 상기 스위치부(400)는 상기 한 쌍의 회전모터(230) 및 한 쌍의 선형모터(250)를 각기 제어할 수 있도록 구비된 Linear X스위치(411a), Linear Y스위치(441b), Rotated X스위치(412a) 및 Rotated Y스위치(412b)를 포함할 수 있으며, 상기 Linear X스위치(411a), Linear Y스위치(441b)를 통하여 상기 점화기(240)를 각각 일정한 변위 값만큼 전진 또는 후진 제어를 할 수 있으며, 상기 Rotated X스위치(412a) 및 Rotated Y스위치(412b)를 통하여 상기 액적분사기(220)를 각각 일정한 반경 값만큼 회전시켜 미세조정 가능하도록 제어함으로써, 자중 또는 외력에 따른 오차값을 보정할 수 있도록 하는 장점이 있다. 이때 상기 스위치부(400)는 상기 회전모터(230) 및 선형모터(250)들의 제어를 선택할 수 있도록 구비된 선택스위치(413)를 더 포함할 수 있으며 상기 선택스위치(413)는 하나의 선형모터(250, 도 3에서의 A)와 쌍을 이루는 하나의 회전모터(230,도 3에서의 A) 또는 다른 하나의 선형모터(250, 도 3에서의 B)와 쌍을 이루는 다른 하나의 회전모터(230, 도 3에서의 B)를 각기 분리하여 제어하도록 동작된다.At this time, the switch unit 400 is a linear X switch (411a), a linear Y switch (441b) provided to control each of the pair of rotary motors 230 and the pair of linear motors 250, Rotated It may include an X switch (412a) and a rotated Y switch (412b), and through the linear X switch (411a) and linear Y switch (441b), the igniter 240 is respectively controlled forward or backward by a constant displacement value. The droplet sprayer 220 is rotated by a constant radius value through the Rotated X switch 412a and the Rotated Y switch 412b to allow fine adjustment, so that an error value according to its own weight or an external force can be adjusted. It has the advantage of being able to correct it. At this time, the switch unit 400 may further include a selection switch 413 provided to select control of the rotary motor 230 and the linear motor 250, and the selection switch 413 is a single linear motor. (250, A in FIG. 3) and a pair of one rotary motor 230 (A in FIG. 3) or another linear motor 250 (B in FIG. 3) and a pair of another rotary motor (230, B in FIG. 3) is operated to control separately.

또한 상기 스위치부(400)는 연료펌프(223)의 제어를 위한 펌프초기화스위치(421, pump init), 설정된 제어값을 초기화시키기 위한 리셋스위치(440, reset), 모터의 제어를 위한 기준점을 설정하는 영점스위치(450, zero), 비상상황 시에 모든 제어를 정지시켜 안전사고를 예방하도록 작동되는 긴급스위치(460) 및 상기 스위치부(400)의 수동/자동 모드의 전환을 수행하는 모드전환스위치(470, mode chg), 상기 파이버교환기(260)의 모터를 초기위치로 회전시키는 파이버교환기 회수스위치(280a, FM0) 및 상기 파이버교환기(260)의 모터를 일정각도 회전시켜 액적공급이 가능한 부분에 위치시키도록 작동하는 파이버교환기 교환스위치(280b, FM90)를 더 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the switch unit 400 sets a pump initialization switch 421 (pump init) for controlling the fuel pump 223, a reset switch 440 (reset) for initializing a set control value, and a reference point for controlling the motor. Zero switch (450, zero), an emergency switch 460 that is operated to prevent safety accidents by stopping all controls in an emergency situation, and a mode switching switch that performs manual/automatic mode switching of the switch unit 400 (470, mode chg), the fiber exchanger recovery switch (280a, FM0) that rotates the motor of the fiber exchanger 260 to the initial position and the motor of the fiber exchanger 260 is rotated at a certain angle to the part where droplets can be supplied. It may be configured to further include a fiber exchange switch (280b, FM90) operative to position.

이때, 하기의 표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무중력비행기에서의 액적연료실험을 수행할 시의 액적연료실험시스템(1000)의 작동순서를 무중력비행기에 작용하는 중력값(G State) 및 제어시간값(Time Required)에 따라 도시한 것으로써, 하기의 표 1 및 도 1을 참조하면, 상기 무중력비행기(10)에 의해 모사되는 무중력구간은 제한된 시간(b)동안 조성되어 있으므로, 제한된 무중력시간(b)동안 목표로 하는 액적연소실험을 수행하여야 한다. 따라서 상기 무중력비행기(10)가 이륙하여 무중력 구간에 진입하기 이전(C구간 이전)에 상기 챔버(100) 내부의 실험환경을 조성하고, 상기 액적연소모듈(200)의 액적분사기(220) 및 점화기(240)를 파이버(210)에 근접하는 위치로 이동시키도록 회전모터(230) 및 선형모터(250)를 제어하여 연료를 분사하기 이전까지 미리 준비하여야 하며, 이후 무중력비행기(10)가 무중력구간에 진입하기 소정시간(a) 이전에 상기 액적분사기(220)를 작동시켜 상기 소정시간(a)동안 목표로 하는 단일입자 상태의 액적연료를 형성하여야 하는 본 발명의 기술적 사상이 야기 된다. At this time, Table 1 below shows the order of operation of the droplet fuel experiment system 1000 when performing the droplet fuel experiment in a zero gravity airplane according to an embodiment of the present invention, and a gravity value (G State) acting on the zero gravity airplane and As shown according to the control time value (Time Required), referring to Table 1 and FIG. 1 below, the zero-gravity section simulated by the zero-gravity plane 10 is formed for a limited time (b). During time (b), the target droplet combustion experiment should be performed. Therefore, before the zero-gravity plane 10 takes off and enters the zero-gravity section (before section C), an experimental environment inside the chamber 100 is created, and the droplet sprayer 220 and the droplet injector 220 of the droplet combustion module 200 By controlling the rotary motor 230 and the linear motor 250 to move the igniter 240 to a position close to the fiber 210, it must be prepared in advance before injecting fuel, and then the zero-gravity plane 10 The technical idea of the present invention is that the droplet injector 220 must be operated before the predetermined time (a) before entering the section to form the target single-particle state droplet fuel for the predetermined time (a).

State of AircraftState of Aircraft G StateG State Work ItemWork Item Time RequiredTime Required LoadingLoading 1G1G 시스템 설정(Stop → Reset → Initial → Zero → Pump initial)
연소실험장비 내에 연료배관을 미리 가득 채움
고도가 상승하는 동안 연료공급라인의 연료량 변화 체크
System setting (Stop → Reset → Initial → Zero → Pump initial)
Filling the fuel pipe in the combustion test equipment in advance
Checking the change in fuel quantity in the fuel supply line during altitude rise
ContinuesContinues
"2 minutes before starting 1st PF"
"2 minutes before starting 1st PF"
1G1G 챔버압력설정(xbar),
시스템 영점설정 및 실험 1단계 위치설정
(Initial → Zero → 1st)

이 때, 각종모터들에 미세조정가능 (Linear X, Linear Y, Rotated X, Rotated Y, 선택스위치 이용)
Chamber pressure setting (xbar),
System zero point setting and experiment stage 1 position setting
(Initial → Zero → 1st)

At this time, fine adjustment is possible for various motors (Linear X, Linear Y, Rotated X, Rotated Y, using selection switch)
1 minutes1 minute
"1 minute"
"1 minute"
0.5 ~ 1.2G0.5~1.2G 연료공급(직경2.5mm)후 실험대기(Pump X)Wait for experiment (Pump X) after supplying fuel (diameter 2.5mm) 1 minutes1 minute
"30 seconds"
"30 seconds"
2G2G 실험 대기중Waiting for experiment 30 seconds30 seconds
"NOW""NOW" micro-Gmicro-G 액적연료 점화(Igniter) 후
실험데이터 자동녹화
After drop fuel ignition (Igniter)
Automatic recording of experimental data
6 seconds6 seconds
End of 0G
Normal flight
End of 0G
Normal flight
1.5G1.5G 실험결과(점화여부/액적연료낙하여부 등) 점검Checking the test results (whether ignition/dropped fuel, etc.) 20 seconds20 seconds
The following experiment preparation ↓(Returns to "2 minutes before 2nd PF" call. And repeat PF till predefined times.)
The following experiment preparation ↓(Returns to "2 minutes before 2nd PF" call. And repeat PF till predefined times.)
1G1G 챔버 open 후, 광학창 청소
챔버압력설정(xbar),
시스템 영점설정 및 실험 1단계 위치설정
(Initial → Zero → 1st)
After opening the chamber, clean the optical window
Chamber pressure setting (xbar),
System zero point setting and experiment stage 1 position setting
(Initial → Zero → 1st)
Fill in reauied time to prepare experiment for nest PF
3 minutes
Fill in reauied time to prepare experiment for nest PF
3 minutes
"2 minutes bbefore starting 2nd ~ the final PF"
"2 minutes bbefore starting 2nd ~ the final PF"
1G1G 실험 대기중Waiting for experiment 1 minute1 minute
"1 minute"
"1 minute"
0.5 ~ 1.2G0.5~1.2G 연료공급(직경2.5mm)후 실험대기 (Pump X)Wait for experiment after supplying fuel (diameter 2.5mm) (Pump X) 1 minutes1 minute
"30 seconds"
"30 seconds"
2G2G 실험 대기중Waiting for experiment 30 seconds30 seconds
"NOW""NOW" micro-Gmicro-G 액적연료 점화(Igniter)후
실험데이터 자동녹화
After drop fuel ignition (Igniter)
Automatic recording of experimental data
6~8 seconds6~8 seconds
end of 0G
Normal flight
end of 0G
Normal flight
1.5G1.5G 실험결과(점화여부/액적연료낙하여부 등) 점검Checking the test results (whether ignition/dropped fuel, etc.) 20 seconds20 seconds
nth repeat
n th repeat
( ~ )G(~) G 실험 반복Repeat experiment
Departure from experiment airspace
Landing
Departure from experiment airspace
Landing
1G1G 데이터 저장 및 확인
실험 종료
Data storage and verification
End of experiment
20 minutes20 minutes

본 발명의 무중력비행기용 액적연소실험시스템(1000)은 상기 표 1에 기재된 바와 같이, 무중력비행기에 작용하는 중력(G State)에 따라 상기 스위치부(400)의 작동에 따른 신호를 인가받아 상술한 일련의 과정을 수행하며, 이때, 본 발명의 액적연소실험시스템(1000)은 무중력비행기(10)의 운전에 따른 중력변화에 따라 상기 스위치부(400)의 작동을 제어하는 스위치제어부(500)를 더 포함하여, 상기 스위치부(400)를 일련의 실험과정에 따라 자동으로 작동되도록 할 수 있다.As described in Table 1, the droplet combustion test system 1000 for a zero-gravity plane of the present invention receives a signal according to the operation of the switch unit 400 according to the gravitational force (G State) acting on the zero-gravity plane, as described above. A series of processes are performed, and at this time, the droplet combustion experiment system 1000 of the present invention includes a switch control unit 500 that controls the operation of the switch unit 400 according to the change in gravity according to the operation of the zero gravity aircraft 10. Including further, the switch unit 400 may be automatically operated according to a series of experimental processes.

이때, 상기 스위치제어부(500)는 상기 무중력비행기(10)의 비행에 따른 중력을 측정하는 중력감지센서(520) 상기 스위치제어부는 상기 무중력비행기의 비행에 따른 중력을 감지하는 중력감지센서(520)를 더 포함하여, 상기 중력감지센서(520)에서 측정된 상기 무중력비행기(10)에 작용하는 중력(G State)에 따라 상기 스위치부(400)의 작동을 자동으로 제어할 수 있다.At this time, the switch control unit 500 is a gravity detection sensor 520 that measures the gravity according to the flight of the zero-gravity airplane 10, the switch control unit gravity detection sensor 520 that senses the gravity according to the flight of the zero-gravity airplane Including, it is possible to automatically control the operation of the switch unit 400 according to the gravity (G State) acting on the zero gravity aircraft 10 measured by the gravity sensing sensor 520.

이를 표 1을 참조하여 더욱 자세하게 설명하면, 상기 제1스위치(410)는 상기 무중력비행기(10)에 작용하는 중력이 1G일 시에 작동하며, 상기 제2스위치(420)는 상기 무중력비행기(10)에 작용하는 중력이 0.5G ~ 1.2G일 시에 작동하고, 상기 제3스위치(430)는 상기 무중력비행기(10)에 작용하는 중력이 micro-G일 시에 작동할 수 있으며, 이때 상기 중력감지센서(520)는 무중력비행기(10)의 가속도를 검출하여 무중력비행기에 작용하는 중력을 산출하는 자이로센서 등의 중력가속도센서 또는 인가되는 하중을 감지하여, 인가되는 하중에 따른 인덕턴스, 용량, 저항 등의 변화값을 변환하여 무중력비행기(10)에 작용하는 중력을 감지하는 로드셀(load cell)등으로 구성될 수 있으며, 상기 중력감지센서(520)는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 무중력비행기(10)의 운행에 따른 중력을 검출하기 위한 다양한 수단으로 변형실시 가능할 것이다.When this is described in more detail with reference to Table 1, the first switch 410 operates when the gravity acting on the zero-gravity plane 10 is 1G, and the second switch 420 is the zero-gravity plane 10 ) Is operated when the gravity acting on is 0.5G ~ 1.2G, and the third switch 430 can operate when the gravity acting on the zero-gravity airplane 10 is micro-G, and at this time, the gravity The detection sensor 520 detects a gravity acceleration sensor such as a gyro sensor or an applied load that detects the acceleration of the zero-gravity plane 10 and calculates gravity acting on the zero-gravity plane, and detects the applied load, and the inductance, capacity, and resistance according to the applied load It may be composed of a load cell (load cell) that detects the gravity acting on the zero-gravity airplane 10 by converting the change value such as, the gravity sensing sensor 520 without departing from the gist of the present invention. 10) It will be possible to implement the transformation by various means for detecting the gravity according to the operation.

또한, 상기 스위치제어부(500)는 상기 무중력비행기(10)의 비행시간을 측정하는 타이머(510)를 더 포함하여, 상기 무중력비행기(10)의 비행스케줄에 따른 시간 경과에 따라 상기 스위치부(400)의 작동을 자동으로 제어할 수 있다. 상기 타이머(510)는 상기 스위치(510, 520, 530)들 각각의 작동시점을 판단하기 위한 구성으로 무중력비행기(10)의 계획된 비행에 따른 중력의 변화를 감지하여 비행하는 무중력비행기(10)가 진입하고 있는 구간을 판단할 수 있다. 이때 상기 제1스위치(410)는 상기 무중력비행기가 무중력 구간에 진입하기 이전에 작동하고, 상기 제2스위치(420)는 상기 무중력비행기가 무중력 구간에 진입하기 소정시간(a) 이전에 작동하며, 상기 제3스위치(430)는 상기 무중력비행기가 무중력 구간에 진입한 직후에 작동하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 소정시간(a)는 상기 무중력비행기(10)의 운전 패턴에 따른 중력의 변화에 따라 산출되며, 이때 무중력비행기(10)가 이륙 시부터 착륙 시 까지 정해진 패턴의 운전을 수행할 시에, 소정시간(a)은 무중력비행기(10)의 운전 패턴에 맞추어 미리 산정될 수 있으며, 상기 무중력비행기(10)의 이륙 시부터 측정되어 착륙 시까지 카운터 되는 시간 중, 정해진 무중력구간에 진입하는 시간(T)을 기준으로 무중력 구간에 진입하기 직전까지의 소정시간(a)는 상기 액적연소모듈(200)에서 연료의 분사가 시작된 시점으로부터 상기 무중력 구간에 진입하기 직전까지의 시간일 수 있다. 이때 상기 소정시간(a)동안 형성되는 단일입자 상태의 액적연료는 상기 액적분사기(220)에서 분사되는 소정유속과 공급량에 따라 결정되며, 상기 중력감지센서(520)로부터 측정된 중력상태값(G state) 및 시간 값(Time Required)은 본 발명의 일실시예에 따른 값으로 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 본 발명의 액적연소실험시스템(1000)이 탑재되는 무중력비행기(10)의 운전상태 및 비행스케줄에 따라, 실험을 수행하는 작업자에 의해 적절한 임계값을 갖도록 설정되는 것이 바람직하다.In addition, the switch control unit 500 further includes a timer 510 for measuring the flight time of the zero-gravity airplane 10, the switch unit 400 according to the passage of time according to the flight schedule of the zero-gravity airplane 10. ) Operation can be controlled automatically. The timer 510 is a configuration for determining the operation point of each of the switches 510, 520, 530, and the zero gravity plane 10 flying by detecting the change in gravity according to the planned flight of the zero gravity plane 10 You can determine the section you are entering. At this time, the first switch 410 is operated before the zero-gravity plane enters the zero-gravity section, and the second switch 420 is operated before a predetermined time (a) for the zero-gravity plane to enter the zero-gravity section, The third switch 430 is preferably operated immediately after the zero-gravity plane enters the zero-gravity section, and at this time, the predetermined time (a) is according to the change of gravity according to the driving pattern of the zero-gravity plane 10 At this time, when the zero-gravity plane 10 performs the operation of a predetermined pattern from take-off to landing, a predetermined time (a) may be calculated in advance according to the driving pattern of the zero-gravity plane 10, and the zero gravity Among the times measured from the take-off of the airplane 10 to the time of landing, the predetermined time (a) until immediately before entering the zero-gravity section based on the time (T) to enter the specified zero-gravity section is the droplet combustion module ( In 200), it may be a time from the start of fuel injection to just before entering the zero gravity section. At this time, the droplet fuel in the single particle state formed during the predetermined time (a) is determined according to the predetermined flow velocity and supply amount injected from the droplet injector 220, and the gravity state value measured by the gravity sensing sensor 520 ( G state) and time value (Time Required) are values according to an embodiment of the present invention, without departing from the gist of the present invention, the operating state of the zero gravity aircraft 10 in which the droplet combustion test system 1000 of the present invention is mounted And according to the flight schedule, it is preferable to be set to have an appropriate threshold by the operator performing the experiment.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments, and of course, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims.

10 : 무중력비행기
1000 : 액적연소실험 시스템
100 : 챔버 110 : 산소센서
120 : 압력센서 130 : 광원
140 : 광학창 150 : 거치대
160 : 연료탱크
200 : 액적연소모듈
210 : 파이버 220 : 액적분사기
221 : 미세튜브 222 : 수송관
223 : 연료펌프
230 : 회전모터 240 : 점화기
241 : 점화회로 242 : 선형레일
250 : 선형모터
300 : 광학장비 310 : 복사계
320 : 파동카메라 330 : CCD카메라
400 : 스위치부 410 : 제1스위치
420 : 제2스위치 430 : 제3스위치
440 : LED램프
500 : 스위치제어부 510 : 타이머
520 : 중력감지센서
600 : 저장부
10: zero gravity plane
1000: droplet combustion test system
100: chamber 110: oxygen sensor
120: pressure sensor 130: light source
140: optical window 150: cradle
160: fuel tank
200: droplet combustion module
210: fiber 220: droplet sprayer
221: microtube 222: transport pipe
223: fuel pump
230: rotary motor 240: igniter
241: ignition circuit 242: linear rail
250: linear motor
300: optical equipment 310: radiometer
320: wave camera 330: CCD camera
400: switch unit 410: first switch
420: second switch 430: third switch
440: LED lamp
500: switch control unit 510: timer
520: Gravity sensor
600: storage

Claims (9)

무중력비행기를 이용하여 모사되는 마이크로중력 환경에서의 무중력 비행기용 액적연소실험시스템에 있어서,
무중력비행기에 탑재되는 챔버;
상기 챔버 내부에 구비되며, 단일입자상태의 액적연료를 분사 및 점화시키는 액적연소모듈;
상기 액적연소모듈에 의해 형성된 단일입자 상태의 액적연료의 연소를 관측하는 광학장비;
상기 무중력비행기의 이륙 이후, 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입하기 소정 시간(a) 이전, 상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입한 직후를 포함하는 상기 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화에 따라 상기 챔버, 액적연소모듈 및 광학장비 중 적어도 하나 이상의 동작을 제어하는 스위치부; 및
상기 무중력비행기의 비행에 따른 중력을 감지하는 중력감지센서를 포함하여 구성되어, 상기 무중력비행기의 운전에 따른 중력변화 따라 상기 스위치부의 작동을 자동제어 하는 스위치제어부;
를 포함하고,
상기 액적연소모듈은,
상기 챔버 내부의 일평면 상에 배치되는 적어도 하나 이상의 파이버,
상기 파이버와 동일 평면상에 배치되며, 연료펌프로부터 소정유속을 갖는 연료를 공급받아 상기 파이버에 연료를 분사하는 한 쌍의 액적분사기,
상기 파이버 및 액적분사기로부터 소정 높이 이격되는 평면상에 배치되어, 상기 파이버에 맺히는 단일입자 상태의 액적연료를 점화시키는 한 쌍의 점화기,
상기 액적분사기를 회전운동 시키는 회전모터, 및
상기 점화기를 직선운동 시키는 선형모터,
를 포함하는 것을 특징으로 하는 무중력비행기용 액적연소실험시스템.
In the droplet combustion experiment system for a zero gravity airplane in a microgravity environment simulated using a zero gravity airplane,
A chamber mounted on a zero gravity plane;
A droplet combustion module provided inside the chamber and injecting and igniting droplet fuel in a single particle state;
Optical equipment for observing the combustion of the droplet fuel in a single particle state formed by the droplet combustion module;
According to the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane, including after take-off of the zero-gravity plane, before a predetermined time (a) before the zero-gravity plane enters the micro-gravity section, and immediately after the zero-gravity plane enters the micro-gravity section. A switch unit for controlling an operation of at least one of a chamber, a droplet combustion module, and an optical device; And
A switch control unit configured to include a gravity sensor for sensing gravity according to the flight of the zero-gravity plane, and automatically control the operation of the switch part according to the change in gravity according to the operation of the zero-gravity plane;
Including,
The droplet combustion module,
At least one fiber disposed on a plane inside the chamber,
A pair of droplet injectors disposed on the same plane as the fibers and receiving fuel having a predetermined flow rate from a fuel pump and injecting fuel into the fibers,
A pair of igniters disposed on a plane spaced apart from the fiber and the droplet injector at a predetermined height to ignite droplet fuel in a single particle state formed on the fiber,
A rotary motor for rotating the droplet injector, and
A linear motor for linearly moving the igniter,
Droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that it comprises a.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스위치부는
상기 무중력비행기의 이륙 이후에, 상기 액적분사기 및 점화기를 각기 작동되는 지점에 진입시키도록 상기 회전모터 및 선형모터를 동작시키는 제1스위치,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무중력 비행기용 액적연소실험시스템.
The method of claim 1,
The switch unit
After the take-off of the zero gravity aircraft, a first switch for operating the rotary motor and the linear motor to enter the droplet injector and the igniter respectively operating points,
Droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that it further comprises.
제3항에 있어서,
상기 스위치부는
상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입하기 소정 시간(a) 이전에, 소정 유속으로 연료가 분사되도록 상기 액적분사기를 동작시키는 제2스위치,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무중력 비행기용 액적연소실험시스템.
The method of claim 3,
The switch unit
A second switch for operating the droplet ejector so that fuel is injected at a predetermined flow rate before a predetermined time (a) before the zero gravity airplane enters the microgravity section,
Droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that it further comprises.
제4항에 있어서,
상기 스위치부는
상기 무중력비행기가 마이크로중력 구간에 진입한 직후에, 상기 파이버에 맺힌 단일입자 상태의 액적연료를 점화시키도록 상기 점화기를 동작시키는 제3스위치,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무중력 비행기용 액적연소실험시스템.
The method of claim 4,
The switch unit
A third switch for operating the igniter to ignite droplet fuel in a single particle state formed on the fiber immediately after the zero gravity plane enters the microgravity section,
Droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that it further comprises.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 스위치제어부는 상기 무중력비행기의 비행시간을 측정하는 타이머,
를 포함하여,
상기 무중력비행기의 비행스케줄에 따른 시간 경과에 따라 상기 스위치부의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 무중력 비행기용 액적연소실험시스템.
The method of claim 1,
The switch control unit timer for measuring the flight time of the zero gravity aircraft,
Including,
A droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that for controlling the operation of the switch unit according to the passage of time according to the flight schedule of the zero gravity airplane.
제1항에 있어서,
상기 액적연소모듈은 연료의 점화에 의해 상기 파이버가 파단될 시에, 상기 파단된 파이버를 교체하기 위한 파이버교환기,
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무중력 비행기용 액적연소실험시스템.
The method of claim 1,
The droplet combustion module is a fiber exchanger for replacing the broken fiber when the fiber is broken by ignition of fuel,
Droplet combustion test system for a zero gravity airplane, characterized in that it further comprises.
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