KR102242041B1 - 추력편향 제어 장치 및 이를 포함하는 비행체 - Google Patents

Abstract

추력편향 제어 장치가 개시되며, 상기 추력편향 제어 장치는, 제트를 후방으로 토출하는 내부노즐; 상기 내부노즐의 상측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 상부 플랩; 및 상기 내부노즐의 하측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 하부 플랩을 포함하되, 상기 상부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 하면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비되고, 상기 하부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 상면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비된다.

Description

추력편향 제어 장치 및 이를 포함하는 비행체{THRUST-VECTOR CONTROL APPARATUS AND FLIGHT VEHICLE INCLUDING THE SAME}

본원은 추력편향 제어 장치 및 이를 포함하는 비행체에 관한 것이다.

고속 비행체의 추력편향 제어기술은 최신예 전투기나 무인기 등의 초고기동성 비행과 단거리 이착륙(STOL)을 가능하게 하는 항공우주 산업분야의 핵심적 기술 중의 하나이다. 과거 해당 분야에서 운용되었던 기계적 추력편향 제어방식은 엔진 후방의 노즐부 방향을 직접 바꾸거나, 또는 도 1a를 참조하면, 노즐 출구에 장착된 여러 개의 탭이나 베인 등의 움직임을 통하여 제트의 추력편향을 제어하였다.

그런데, 도 1a를 참조하면, 노즐 출구에 장착된 여러 개의 탭이나 베인 등의 움직임을 통하여 제트의 추력편향을 제어하는 기술은 복잡한 시스템 구조로 인한 엔진 총중량의 증가와 높은 추력손실(도 1b 참조), 그리고 제트가 베인 등의 구조물에 직접 층돌하면서 나타나는 구조물의 삭마/파손 피해와 소모성 부품의 과다한 유지보수 비용 등 큰 단점이 있었다. 이에 반하여, 최근 개발된 2차제트(부유동)가 노즐 내부 주유동에 분사될 때 발생되는 충격파 구조를 이용하는 유체역학적 추력편향 제어방식은 그 간단한 구조 등의 장점이 있으나, 도 1c를 참조하면, 얻어지는 추력 편향각이 크지 않고 충격파에 의한 큰 추력손실과 2차제트 분출을 위한 추가 보조동력의 필요성 등 단점 또한 적지 않았다.

이에 따라, 기존의 기계적 추력편향 제어기술의 단점을 보완하는 유체역학적 추력편향 제어기술이 최근 당해 기관에 의해 등록특허공보 제10-1784349호(On/Off 밸브를 이용한 추력편향 제어장치)에 제안된 바 있다. 도 2a를 참조하면, 해당 기술은 노즐부 상하에 위치한 이차유로와 연결된 간단한 개폐밸브의 작동을 이용하여 초음속 제트의 추력편향각을 최대 70도 가까이 구현할 수 있는 장점이 있었다. 즉, 2차유로 전방에 열려 있던 밸브가 닫혀 대기(atmosphere)와 차단되면 해당 2차유로 내부에 낮은 저압부가 형성된다. 그 결과 노즐출구 하단의 후향계단 효과(backstep effect)와 코안다 효과가 동시에 발생하면서, 제트는 코안다 플랩 쪽으로 붙어 제트의 추력편향이 나타나게 된다. 앞서 닫혔던 밸브가 다시 열려 2차유로 전방이 대기에 노출되면 2차유로 내부의 낮은 압력상태가 해제되면서, 발생되었던 추력편향 효과는 즉각 사라지게 된다. 따라서 도 2b를 참조하면, 해당 기술은 2차유로 전방에 설치된 간단한 개폐밸브(솔레노이드 밸브)의 제어를 통하여 노즐에서 나오는 고속 제트의 추력편향을 간단하게 제어할 수 있다.

그런데, 이때 제트는 밸브개폐에 따라 코안다 플랩 표면 위에 부착되거나 완전 탈착되는 두 가지 유동 조건만을 갖게 된다. 다시 말해, 도 2b를 참조하면, 제트 추력편향각이 0와 상하 70도 두 가지로만 구현되는 단점이 있다. 이 기술을 실제 비행체에 응용할 때는 특정 시간동안 빠르고 반복적인 밸브개폐를 통하여 0와 70도 사이의 비행체가 원하는 임의 추력방향을 구현할 수는 있으나, 이 경우 충격파를 동반하는 고속제트가 플랩 표면에서 반복적으로 탈부착 되어 유동의 강한 요동(fluctuation)과 진동이 비행체 제어에 악영향을 미칠 수 있다. 아울러 도 2c를 참조하면, 밸브개폐 제어에 따른 제트유동의 강한 이력현상(hysteresis)이 나타나는 단점이 관찰된 바 있다.

본원은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 노즐의 면적비 조정이 가능하고, 불안정한 제트 유동구조를 피해 이력현상 없이 연속적인 추력편향 제어가 가능하며, 제어변수에 따른 추력편향각의 선형성이 강화되고, 종래대비 구동 동력을 줄일 수 있고, 추력 손실과 구동부 삭마를 줄일 수 있는 추력편향 제어 장치 및 이를 포함하는 비행체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

다만, 본원의 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들도 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 일 측면에 따른 추력편향 제어 장치는, 제트를 후방으로 토출하는 내부노즐; 상기 내부노즐의 상측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 상부 플랩; 및 상기 내부노즐의 하측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 하부 플랩을 포함하되, 상기 상부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 하면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비되고, 상기 하부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 상면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비될 수 있다.

본원의 일 측면에 따른 비행체는 본원의 일측면에 따른 추력편향 제어 장치를 포함할 수 있다.

상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본원을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.

전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 상부 플랩의 전후방 이동을 통해 상부 플랩의 코안다 면의 면적을 증가시키거나 감소시킬 수 있고, 이를 통해, 상부 플랩의 코안다 면을 증가시키는 것으로 제트를 상측으로 편향시킬 수 있으며, 하부 플랩의 전후방 이동을 통해 하부 플랩의 코안다 면의 면적을 증가시키거나 감소시킬 수 있고, 이를 통해, 하부 플랩의 코안다 면을 증가시키는 것으로 제트를 하측으로 편향시킬 수 있다. 이에 따라, 이력현상(hysteresis) 문제없이 연속적인 추력편향 제어가 가능하며, 제어변수(플랩 회전각)에 따른 추력편향각의 선형성이 더욱 강화되는 장점을 가질 수 있다.

또한, 전술한 본원의 과제 해결 수단에 의하면, 플랩이 노즐 출구 바로 후단에 설치하는 기존 기술과 달리, 상부 플랩 및 하부 플랩의 후단이 내부노즐로부터 연장되는 내부노즐의 후단을 이루게 할 수 있고, 이는 추력편향 조건이 없는 경우에서도 상부 및 하부 플랩의 대칭적 전후방향 이동(시계 방향 회전 및 반시계 방향 회전)을 통하여, 상부 플랩과 하부 플랩 사이에 형성되는 내부노즐의 출구로부터 연장되는 노즐연장출구의 단면적을 증가시키거나 감소시킬 수 있으며, 이에 따라, 초음속 노즐의 면적비 조정이 가능하고, 상부 플랩 및 하부 플랩이 내부노즐의 확대부를 구성하게 할 수 있다.

도 1a 내지 도 2c는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 종래 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 개략적인 입체도이다.
도 4a는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 개략적인 측면도이다.
도 4b는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 제트의 편향되지 않는 상태를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 5는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 제트가 상측으로 편향되는 상태를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 6은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 제트가 하측으로 편향되는 상태를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 7a는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 노즐연장출구의 단면적이 증가되는 상태를 설명하기 위한 개략적인 측면도이다.
도 7b는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 플랩 구동의 메커니즘을 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 8은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치에 좌측 측판 및 우측 측판이 추가적으로 도시된 개략적인 입체도이다.
도 9는 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 상측 플랩의 좌측면에서 실링부재가 제거된 상태가 도시된 개략적인 입체도이다.
도 10은 도 4a의 A-A의 개략적인 단면도이다.
도 11은 도 10의 A의 확대도이다.
도 12는 일반적인 수축노즐에서의 노즐압력시 상승에 따른 노즐출구의 마하수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 제트유동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 도 12와 다른 조건에서의 일반적인 수축노즐에서의 노즐압력시 상승에 따른 노즐출구의 마하수를 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 도 13과 다른 조건에서의 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 제트유동 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 플랩 회전에 따른 추력편향제트의 슐리렌 유동가시화(Schlieren Fow Visualization)의 결과를 나타낸 도면이다.
도 17은 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 플랩의 두 가지 서로 반대방향의 회전 (CW, CCW)에 대하여 이력현상 없이 연속적으로 추력편향각이 최대 70도가 넘는 범위에 운용이 가능함을 보여주는 도면이다.
도 18은 아음속에서 초음속에 이르는 마하수 조건에서 본원의 일 실시예에 추력편향 제어 장치의 50°의 플랩의 회전 작동에서의 유동가시화 결과가 제시되어 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되거나 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에", "상부에", "상단에", "하에", "하부에", "하단에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 도 4를 참조하면, 내부노즐(1)로부터 미편향제트가 토출되는 3시 방향을 후방, 이와 반대되는 9시 방향을 전방이라 할 수 있다. 또한, 도 4 기준 12시 방향을 상측 방향, 6시 방향을 하측 방향이라 할 수 있다. 또한, 도 8을 참조하면, 좌측 측판(7a)이 구비되는 쪽이 좌측, 우측 측판(7b)이 구비되는 쪽이 우측이라 할 수 있다. 다만, 이러한 전후 방향, 상하 방향, 좌우 방향 등은 상대적인 개념으로서, 본 추력편향 제어 장치의 배치 위치 및 방향에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 추력편향 제어 장치는 후방이 아래쪽을 향하게 배치될 수도 있다.

본원은 추력편향 제어 장치 및 이를 포함하는 비행체에 관한 것이다.

먼저, 본원의 일 실시예에 따른 추력편향 제어 장치(이하 '본 추력편향 제어 장치'라 함)에 대해 설명한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 제트를 후방으로 토출하는 내부노즐(1)을 포함한다. 도 1을 참조하면, 내부노즐(1)에 의해 형성되어 제트가 토출되는 출구(11)는 가로 길이(좌우 방향 길이)가 세로 길이(상하 방향 길이)보다 긴 사각 형상일 수 있다. 이러한 내부노즐(1)은 엔진노즐과 대응하는 구성일 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 내부노즐(1)의 상측에 배치되되, 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 상부 플랩(2)을 포함한다. 참고로, 여기서 상부 플랩(2)의 전후 방향 이동은 정확히 전후 방향(9시-3시)으로 선행 이동하는 것만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상부 플랩(2)의 전후 방향 이동은 전후 방향으로 형성되는 곡선 경로를 따라 이동되는 것일 수 있고, 이러한 경우, 상부 플랩(2)의 전후 방향 이동은 상부 플랩(2)의 회전을 의미하는 것일 수 있다(전방 이동은 상부 플랩(2)의 시계 방향으로의 회전을 의미할 수 있고, 후방 이동은 상부 플랩(2)의 반시계 방향으로의 회전을 의미할 수 있음). 즉, 후술하는 액츄에이터(41)의 전후 방향 이동(3시-9시 방향 이동일 수 있음)과 상부 플랩(2)(또는 하부 플랩(3))의 전후 방향 이동은 서로 다른 의미를 가질 수 있다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상부 플랩(2)은 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 하면이 내부노즐(1)로부터 토출되는 제트의 코안다 면(2a)을 형성하도록 구비된다. 상부 플랩(2)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분은 후술하는 하부 플랩(3)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출되는 부분과 함께 내부노즐(1)로부터 연장되는 노즐 끝단을 구성할 수 있고, 상부 플랩(2)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 하면인 코안다 면(2a)은 제트의 편향을 유도하는 작용면 역할을 할 수 있다.

구체적으로, 상부 플랩(2)의 하면의 적어도 일부는, 상부 플랩(2)의 코안다 면의 면적이 증가할수록 내부노즐(1)로부터 토출되는 제트가 상측으로 편향되도록, 하측으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부 플랩(2)은 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 내부노즐(1)로부터 상측으로 멀어지도록 구비될 수 있다.

이에 따라, 상부 플랩(2)이 후방으로 전개(회전, 이동)되면, 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)의 면적은 증가하고, 코안다 효과는 증가될 수 있다. 이 때, 제트는 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)을 따라 계속 부착된 상태로 흐르는 연속적인 제트의 추력 편향 매커니즘이 구현될 수 있다. 아울러, 상부 플랩(2)의 시계 방향 회전 또는 반시계 방향 회전 작동 조건에도 고마하수 제트는 플랩 표면에 부착된 상태로 유지되기 때문에 제어 방향에 따른 이력 현상이 거의 나타나지 않을 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 내부노즐(1)의 하측에 배치되되, 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 하부 플랩(3)을 포함한다. 참고로, 여기서 하부 플랩(3)의 전후 방향 이동은 정확히 전후 방향(9시-3시)으로 선행 이동하는 것만으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 하부 플랩(3)의 전후 방향 이동은 전후 방향으로 형성되는 곡선 경로를 따라 이동되는 것일 수 있고, 이러한 경우, 하부 플랩(3)의 전후 방향 이동은 하부 플랩(3)의 회전을 의미하는 것일 수 있다(전방 이동은 하부 플랩(3)의 반시계 방향으로의 회전을 의미할 수 있고, 후방 이동은 하부 플랩(3)의 시계 방향으로의 회전을 의미할 수 있음).

도 4 및 도 6을 참조하면, 하부 플랩(3)은 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 상면이 내부노즐(1)로부터 토출되는 제트의 코안다면(3a)을 형성하도록 구비된다. 전술한 바와 같이, 하부 플랩(3)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분은 상부 플랩(2)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출되는 부분과 함께 내부노즐(1)로부터 연장되는 노즐 끝단을 구성할 수 있고, 하부 플랩(3)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출된 부분의 하면인 코안다 면(3a)은 제트의 편향을 유도하는 작용면 역할을 할 수 있다.

구체적으로, 하부 플랩(3)의 상면의 적어도 일부는, 하부 플랩(3)의 코안다 면의 면적이 증가할수록 내부노즐로부터 토출되는 제트를 하측으로 편향되도록, 상측으로 볼록한 곡면을 가질 수 있다. 예를 들어, 하부 플랩(3)은 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 내부노즐(1)로부터 하측으로 멀어지도록 구비될 수 있다.

이에 따라, 하부 플랩(3)이 후방으로 전개(회전, 이동)되면, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)의 면적은 증가하고, 코안다 효과는 증가될 수 있다. 이 때, 제트는 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)을 따라 계속 부착된 상태로 흐르는 연속적인 제트의 추력 편향 매커니즘이 구현될 수 있다. 아울러, 하부 플랩(3)의 시계 방향 회전 또는 반시계 방향 회전 작동 조건에도 고마하수 제트는 플랩 표면에 부착된 상태로 유지되기 때문에 제어 방향에 따른 이력 현상이 거의 나타나지 않을 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 상부 플랩(2)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출되는 부분과 하부 플랩(3)의 내부노즐(1)보다 후방으로 돌출되는 부분 사이에는 내부노즐(1)로부터 연장되는 노즐연장출구(12)가 형성될 수 있다. 다시 말해, 노즐연장출구(12)는 내부노즐(1)의 출구(11)로부터 연장될 수 있다. 이에 따라, 본 추력편향 제어 장치의 노즐의 후단은 상부 플랩(2)의 후단과 하부 플랩(3)의 후단이 형성할 수 있다.

또한, 도 4a 및 도 7a를 함께 참조하면, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)이 내부노즐(1)에 대하여 상대적으로 후방 이동될수록 노즐연장출구(12)의 단면적은 증가될 수 있다. 전술한 바와 같이, 상부 플랩(2)은 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 내부노즐(1)로부터 상측으로 멀어지도록 구비되고, 하부 플랩(3)은 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 내부노즐(1)로부터 하측으로 멀어지도록 구비되는바, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)이 내부노즐(1)에 대하여 상대적으로 후방 이동될수록 노즐연장출구(12)의 상하 방향 간격이 증가(이를 테면, 도 4a의 노즐연장출구(12)의 상하 방향 간격(t1)과 도 7a의 노즐연장출구(12)의 상하 방향 간격(t2) 비교)되어, 노즐연장출구(12)의 단면적은 증가될 수 있다. 예를 들어, 본 추력편향 제어 장치는 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)을 대칭적으로 회전시킴으로써, 노즐연장출구(12)의 단면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 노즐연장출구(12)의 면적비 조정이 가능하다.

또한, 도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각을 내부노즐(1)에 대해 상대적으로 전후 방향 이동시키는 한 쌍의 플랩 이동 구조체(4)를 포함할 수 있다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 한 쌍의 플랩 이동 구조체(4) 각각은, 일단이 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각과 힌지 연결되는 링크 부재(42) 및 링크 부재(42)의 타단과 힌지 연결되어 링크 부재(42)의 타단을 전후 방향을 따라 선형 이동시키는 액츄에이터(41)를 포함할 수 있다. 액츄에이터(41)는 원통형 유압액츄에이터일 수 있다. 먼저, 도 4 및 도 5를 참조하여, 상부 플랩(2)에 대해 설명하면, 액츄에이터(41)가 링크 부재(42)의 타단을 후방으로 이동시키면, 상부 플랩(2)은 후방으로 이동(반 시계 방향 회전)될 수 있고, 이에 따라 제트유동은 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)을 따라 상측으로 편향될 수 있다. 또한, 액츄에이터(41)가 링크 부재(42)의 타단을 전방으로 이동시키면, 상부 플랩(2)은 전방으로 이동(시계 방향 회전)될 수 있다. 또한, 도 4 및 도 6을 참조하여 하부 플랩(3)에 대해 설명하면, 액츄에이터(41)가 링크 부재(42)의 타단을 후방으로 이동시키면, 하부 플랩(3)은 후방으로 이동(시계 방향 회전)될 수 있고, 이에 따라, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)을 따라 제트유동은 하측으로 편향될 수 있다. 또한, 액츄에이터(41)가 링크 부재(42)의 타단을 전방으로 이동시키면, 하부 플랩(3)은 전방으로 이동(반 시계 방향 회전)될 수 있다.

이와 같이, 본 추력편향 제어 장치는, 액츄에이터(41)와 링크 부재(42)의 타단을 힌지 조인트로 결합하고, 링크 부재(42)의 일단과 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3))을 힌지 조인트로 결합하며, 플랩과 후술하는 플랩 가이드 유닛(상부 플랩 가이드 유닛(5) 또는 하부 플랩 가이드 유닛(6))은 곡면 접촉시켜 액츄에이터(41)의 직선 운동과 링크 부재(41)과 플랩 간의 힌지 작용으로 플랩이 플랩 가이드 유닛(5, 6)을 따라 슬라이드 운동하게 할 수 있다. 이러한 운동 매커니즘은 슬라이더 크랭크와 유사할 수 있다. 이에 따라, 플랩 이동 구조체(4)는 슬라이더라고도 할 수 있을 것이다.

참고로, 도 7b를 참조하면, 플랩(2, 3)의 회전 운동이 이루어지도록, 플랩 구동의 메커니즘은 다음의 [식]과 같이 수식화될 수 있다.

[식]

여기서, O는 원점(플랩(2, 3)의 원호의 중심)이고, R은 플랩(2, 3)의 곡률반경이고, Y는 액츄에이터(41)와 원점(O)의 수직거리이고, X_o는 액츄에이터(41)와 원점(O)의 수평거리이고, X_s는 액츄에이터(41) 이동거리이고, θ는 플랩(2, 3)의 전개 각도이다.

또한, 참고로, 본 추력편향 제어 장치는 플랩 이동 구조체(4)를 구동시키는 동력을 제공하는 모터 및 모터 드라이버를 포함할 수 있다. 본 추력 편향 제어 장치는 모터, 모터 드라이버, 슬라이더(플랩 이동 구조체(4))를 포함하고, 이를 이용해 플랩의 간명하고 간단한 회전 구동을 구현하여 고속 제트의 연속적인 추력 편향 제어를 구현할 수 있다.

또한, 도 3, 도 4a 및 도 5를 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 상부 플랩(2)의 전후 방향 이동을 가이드하도록, 내부노즐(1)로부터 상측으로 간격을 두고 배치되어 내부노즐(1)과의 사이에 상부 플랩(2)이 슬라이드 이동 가능하게 개재되는 상부 플랩 가이드 유닛(5)을 포함할 수 있다. 상부 플랩 가이드 유닛(5)의 하면과 내부노즐(1)의 상면은, 그 사이에 개재되는 상부 플랩(2)의 이동 경로를 가이드하는 형상으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 상부 플랩(2)은 상부 플랩 가이드 유닛(5)과 내부노즐(1)의 상면 사이에서 이동될 수 있다.

또한, 도 3, 도 4a 및 도 6을 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 하부 플랩(3)의 전후 방향 이동을 가이드하도록, 내부노즐(1)로부터 하측으로 간격을 두고 배치되어 내부노즐(1)과의 사이에 하부 플랩(3)이 슬라이드 이동 가능하게 개재되는 하부 플랩 가이드 유닛(6)을 포함할 수 있다. 하부 플랩 가이드 유닛(6)의 상면과 내부노즐(1)의 하면은, 그 사이에 개재되는 하부 플랩(3)의 이동 경로를 가이드하는 형상으로 구비될 수 있다. 이에 따라, 상부 플랩(2)은 상부 플랩 가이드 유닛(5)과 내부노즐(1)의 상면 사이에서 이동될 수 있다.

또한, 내부노즐(1)과 상부 플랩(2) 사이에는 매우 작은 이격(간격, 틈새)이 존재할 수 있어, 미소한 양의 외부 대기의 유입이 있을 수 있으나, 상기 이격은 본 추력편향 제어 장치의 추력 편향 제어 효과에 소정 이상의 영향(큰 영향)을 주지 않도록 설정될 수 있다. 다만, 바람직하게는 상기 이격이 존재하지 않을 수 있다.

또한, 도 8을 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는, 상부 플랩(2)이 코안다 면(2a) 또는 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)을 따라 흐르는 제트의 외부 기류에 의한 측방향 간섭이 줄어들도록, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 폭 방향 양 외측에 구비되는 한 쌍의 측판(7)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 측판(7)은 내부 노즐(1)의 좌측에 구비되는 좌측 측판(7a) 및 내부 노즐(1)의 우측에 구비되는 우측 측판(7b)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 좌측 측판(7a)은 내부노즐(1)의 출구(11)에서 상부 플랩(2)의 후단과 하부 플랩(3)의 후단에 대응하는 부분까지 내부노즐(1)의 출구(11)의 후방 공간의 좌측을 폐쇄할 수 있다. 또한, 우측 측판(7b)은 내부노즐(1)의 출구(11)에서 상부 플랩(2)의 후단과 하부 플랩(3)의 후단에 대응하는 부분까지 내부노즐(1)의 출구(11)의 후방 공간의 우측을 폐쇄할 수 있다. 이를 테면, 좌측 측판(7a) 및 우측 측판(7b)은 내부노즐(1)의 양측에서 상호 대향하게 설치되어, 각각은 상부 플랩(2)의 후단 및 하부 플랩(3)의 후단까지 연장되게 구비될 수 있고, 이때, 좌측 측판(7a)은 내부노즐(1)의 좌측 및 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3) 사이의 공간(내부노즐(1)의 출구(11)의 후방 공간)의 좌측을 폐쇄할 수 있고, 우측 측판(7b)은 내부노즐(1)의 우측 및 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3) 사이의 공간(내부노즐(1)의 출구(11)의 후방 공간)의 우측을 폐쇄할 수 있다.

이에 따라, 내부노즐(한 쌍의 측판(7)은 상부 플랩(2)의 하면(코안다 면(2a)) 또는 하부 플랩(3)의 상면 코안다 면(3a) 상에서 흐르는 제트 유동의 측 방향 간섭효과를 줄이고 최종 추력편향의 효과를 증가되도록 설계될 수 있다.

또한, 한 쌍의 측판(7)은 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a) 및 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a) 각각의 전체 면적값에 대한 측방향 간섭이 줄어들도록 구비될 수 있다.

상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각의 코안다면(2a, 3a)은, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각의 전후 방향 이동에 따라, 면적 값이 달라질 수 있는데, 한 쌍의 측판(7)은 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)이 가질 수 있는 면적 값의 전체 범위에 대해 상부 플랩(2)의 코안다면(2a)을 따라 흐르는 제트에 측방향 간섭이 줄어들도록 구비될 수 있고, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)이 가질 수 있는 면적 값의 전체 범위에 대해 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)을 따라 흐르는 제트에 측방향 간섭이 줄어들도록 구비될 수 있다. 이를 테면, 좌측 측판(7a) 및 우측 측판(7b) 각각은 내부노즐(1)의 좌측 및 우측 각각에서 상호 대향하게 설치되어 후방으로 연장되되, 후방으로 최대한 이동된 상태일 때의 상부 플랩(2)과 후방으로 최대한 이동된 상태일 때의 하부 플랩(3) 사이의 공간(내부노즐(1)의 출구(11)의 후방 공간)의 좌측 및 우측이 폐쇄되도록 후방으로 연장 형성될 수 있다.

한쌍의 측판(7)에 의하면, 노즐출구(1)를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3) 사이를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)에 의해 편향된 제트, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)에 의해 편향된 제트 중 하나 이상이 좌우 방향으로 유동되는 간섭이 방지되도록 구비될 수 있다. 보다 구체적으로, 좌측 측판(7a)은 노즐출구(1)를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3) 사이를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)에 의해 편향된 제트, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)에 의해 편향된 제트 중 하나 이상에 대한 좌측 방향으로의 간섭 효과를 줄이고, 우측 측판(7b)은 노즐출구(1)를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3) 사이를 통해 후방 토출되는 제트, 상부 플랩(2)의 코안다 면(2a)에 의해 편향된 제트, 하부 플랩(3)의 코안다 면(3a)에 의해 편향된 제트 중 하나 이상에 대한 우측 방향으로의 간섭 효과를 줄일 수 있다. 이에 따라, 최종 추력편향의 효과가 증대될 수 있다.

이와 같이, 본 추력편향 제어 장치는, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 양 쪽 측면에 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 전단부터 후단까지 이르는 측판(7)을 설치하여 상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3) 각각의 코안다 면(2a, 3a)을 흐르는 제트유동의 측방향 간섭을 줄이고 최종 추력편향의 효과를 증가할 수 있다.

또한, 도 9 내지 도 11을 참조하면, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 폭방향으로의 양 면 각각의 적어도 일부와 한 쌍의 측판(7) 사이에는, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각과 한 쌍의 측판(7) 사이의 마찰력이 저감되도록, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 보다 한 쌍의 측판(7)에 대한 작은 마찰 계수를 갖는 재질의 실링부재(8)가 구비될 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 실링부재(8)는 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3))과 측판(7) 사이의 마찰력을 최소화하는 동시에 플랩과 측판(7) 사이의 틈새에서 나타나는 외부 대기 유입을 줄이는 효과를 발휘할 수 있다. 실링부재(8)는 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각의 양측면 각각에 구비되어 측판(7)에 밀착될 수 있다. 예시적으로, 실링부재(8)는 태프론 재질을 가질 수 있다.

또한, 도 9 및 도 11을 참조하면, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 양 측면 각각에는 폭 방향 내측으로 함몰되어, 실링부재(8)의 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3) 각각을 향하는 부분이 수용되는 함몰부(13)가 형성될 수 있다. 이때, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 좌측면에 구비되는 실링부재(8)의 두께(좌우 방향 두께)는 실링부재(8)가 측판(7)에 밀착될 수 있도록, 측판(7)과 함몰부(13)의 우측 내면(우측 방향을 향하는 내면) 사이의 거리 이상으로 설정될 수 있고(보다 바람직하게는 더 큰 값을 갖도록 설정 될 수 있음), 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 우측면에 구비되는 실링부재(8)의 두께(좌우 방향 두께)는 실링부재(8)가 측판(7)에 밀착될 수 있도록, 측판(7)과 함몰부(13)의 좌측 내면(좌측 방향을 향하는 내면) 사이의 거리 이상으로 설정될 수 있다(보다 바람직하게는 더 큰 값을 갖도록 설정 될 수 있음).

또한, 도 10 및 도 11을 참조하면, 실링부재(8)에 탄성회복력이 작용되도록, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 폭 방향으로의 양 면 각각의 적어도 일부와 실링부재(8) 사이에는 탄성압축된 탄성부재(9)가 구비될 수 있다. 탄성부재(8)의 탄성력에 의해 실링부재(8)는 측판(7)에 압착되며 밀착될 수 있다. 이에 따라, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 회전에도 밀폐조건이 유지될 수 있다.

또한, 도 9 및 도 11을 참조하면, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 양 측면 각각의 함몰부(13)에는 함몰부(13)로부터 폭 방향 내측으로 함몰되는 보조 함몰부(14) 복수 개가 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 전후 방향(길이 방향)을 따라 간격을 두고 형성될 수 있다. 또한, 보조 함몰부(14)에는 탄성부재(9)가 실링부재(8)에 탄성 복원력을 작용하도록 압축된 상태로 배치될 수 있다.

전술한 바에 따르면, 본 추력편향 제어 장치는, 노즐 출구부(내부노즐(1)의 출구(11))에 설치된 상부 플랩(2)과 하부 플랩(3)의 단순 회전구동으로 아음속에서 초음속에 이르는 고마하수 제트의 추력편향을 제어하는 장치라 할 수 있다.

이하에서는, 본 추력편향 제어 장치에 따른 효과를 설명한다.

먼저, 노즐의 면적비 조정에 대해 설명한다. 플랩이 노즐 출구 바로 후단에 설치하는 기존 기술과 달리, 전술한 바에 따르면, 본 추력편향 제어 장치는 플랩의 회전 중심을 내부노즐(1) 내부에 위치시켜 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 후단이 본 추력편향 제어 장치의 노즐 후단을 이루게 할 수 있다. 이는 추력편향 조건이 없는 경우에서도 상부 및 하부 플랩(2, 3)의 대칭적 회전을 통하여 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)(상부 플랩(2)의 하면 및 하부 플랩(3)의 상면)이 내부노즐(1)의 확대부를 구성하게 할 수 있고, 이에 따라 초음속 노즐의 면적비 조정이 가능하다. 구체적으로, 전술한 바에 따르면, 본 추력편향 제어 장치는, 상부 플랩(2) 및 하부 플랩(3)의 내부노즐(1)에 대한 상대적 후방 이동을 통해, 본 추력편향 제어 장치의 노즐 출구(내부노즐(1)의 출구(11)로부터 연장되는 노즐연장출구(12))의 단면적을 조절할 수 있다.

이에 따라, 음속제트를 노즐 후방에서 과소팽창(under expansion) 시킬 때 나타나는 비효율적 제트유동 구조의 개선이 가능하고, 완전팽창(perfect expansion) 조건에 가까운 초음속 제트 출구 마하수의 정밀 조정이 가능하다. 구체적으로, 도 12를 참조하면, 일반적인 수축노즐에서는 노즐압력비를 2.8로 올려도 노즐출구에서는 마하수(M)가 1.0으로 유지되고 후방에서 팽창구조를 갖게 되나, 도 13(노즐압력비=2.8 (노즐출구 마하수 = 1.3))을 참조하면, 본 추력편향 제어 장치는 플랩 회전을 통하여 노즐출구 후방에서 강한 충격파나 팽창파 구조를 갖지 않는 “완전팽창에 가까운” 제트유동 구조 (마하수(M) = 1.3)를 나타날 수 있다. 도 14 및 도 15는 마하수 1.5 경우에서의 조건을 서로 비교한 것이다. 참고로, 도 15에서 노즐압력비=3.7 (노즐출구 마하수 = 1.5)일 수 있다.

또한, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 내부노즐 내부 안쪽으로 위치한 플랩(2, 3)의 회전으로, 플랩(2, 3)이 노즐 출구 바로 후단에 설치되었던 기존 기술에서 발생했던 충격파 발생 및 외부 대기 유입(leaking)에 대한 불안정한 제트 유동구조를 피할 수 있다. 이를 통하여 추력편향 제어에서 나타날 수 있는 이력현상(hysteresis) 문제없이 연속적인 추력편향 제어가 가능하며, 제어변수(플랩 회전각)에 따른 추력편향각의 선형성이 더욱 강화되는 장점을 가질 수 있다.

또한, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 플랩 회전을 위한 구동 모터 동력은, 직접적으로 제트가 정면충돌하는 탭이나 베인을 이용하는 과거 기계적인 시스템의 구동 동력보다 훨씬 적을 수 있고, 본 제어시스템에서는 플랩에 정면 충돌하는 제트구조를 배제하므로, 추력손실과 구동부 삭마 등의 피해가 과거의 노즐 출구에 장착된 여러 개의 탭이나 베인 등의 움직임을 통하여 제트의 추력편향을 제어하는 기술 대비 줄어들 수 있다.

도 16은 플랩 회전에 따른 추력편향제트의 슐리렌 유동가시화(Schlieren Fow Visualization)의 결과를 나타내고 있다. 참고로, 도 16에서 코안다 플랩이라 함은 본 추력편향 제어 장치의 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3)을 의미할 수 있다. 제트유동의 조건은 제트출구 마하수는 약 1.0, 제트압력 190kPa, 코안다 플랩 곡률반경 50mm로 설정되었다. 본 추력편향 제어 장치와 유사한 코안다 효과를 이용하는 과거 추력편향 제어기술은 제어과정에서 강한 이력 (hysteresis)현상이 관찰되었으나, 본 추력편향 제어 장치는 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3))의 전개회전(시계방향 회전, CW) 및 회수회전(반시계 방향회전, CCW)작동에 따른 이력현상이 발생하지 않았다. 이 결과는 도 17에서 확인이 가능한데, 도 17을 참조하면, 제트의 추력편향각(deflection angle)은 플랩의 두 가지 서로 반대방향의 회전 (CW, CCW)에 대하여 이력현상 없이 연속적으로 추력편향각이 최대 70도가 넘는 범위에 운용이 가능함을 알 수 있다.

도 18은 아음속에서 초음속에 이르는 마하수 조건에서 50°의 플랩의 회전 작동에서의 유동가시화 결과가 제시되어 있다. 220kPa의 노즐압력비(노즐출구 마하수 = 1.1) 조건까지는 편향제트가 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3))의 후단까지 부착되어 흐르는 것이 관찰된 반면에, 보다 높은 노즐입력비(노즐출구 마하수 = 1.3)인 280kPa의 조건에서는 플랩 표면에 충격파를 동반한 유동박리가 발생하면서 편향효과가 일부 감소하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 적정수준의 초음속 제트 조건까지 플랩회전을 통한 높은 추력편향각 구현이 가능함을 확인할 수 있다.

전술한 바에 따르면, 본 추력편향 제어 장치는 비행체 엔진의 노즐출구에 위치한 코안다 플랩을 이용한 고속 비행체의 추력편향 제어 장치에 관한 것일 수 있다. 노즐 출구 후방에 설치된 플랩과 제트유동 사이에서 발생하는 코안다 효과(Coanda Effect)를 고속제트의 추력편향 제어에 이용할 수 있다. 본 추력편향 제어 장치는, 노즐에서 유출되는 고속/고온의 제트가 추력편향 제어용 탭이나 베인과 직접 충돌하는 기존 기계적 방식이 아니어서 제어시스템(장치) 구성품의 손상이 매우 작을 수 있다. 본원은 고 기동성을 요하는 최신예 군용 초음속 비행체에서부터 소형 전략 무인기까지 이르는 크고 작은 고속 비행체에 적용이 가능하여, 항공우주산업 전반에 미치는 영향과 효과가 매우 크고 광범위할 수 있다.

또한, 본원은 고속 제트엔진의 노즐출구에 위치한 코안다 플랩의 회전을 이용하는 비행체의 추력편향 제어기술에 관한 것이라고 할 수 있다. 노즐 후방에 설치된 탭이나 베인의 조정을 이용하는 기존의 추력편향제어 기술이 갖는 단점을 보완한 기술로, 플랩(상부 플랩(2) 또는 하부 플랩(3))의 단순 회전을 이용하여 아음속에서 초음속에 이르는 고속 (고마하수) 제트의 추력편향각을 최대 70도 이상으로 이력현상 없이 연속적으로 제어할 수 있다.

구체적으로, 일반적으로 고속 제트의 추력편향제어는 저속 제트의 경우보다 훨씬 더 어렵고 복잡하다. 본 추력편향 제어 장치는, 비행체 노즐에서 나오는 고속 제트의 보다 효율적인 추력편향제어 특성을 가지며, 따라서 기존의 기계적/유체역학적 추력편향 제어기술이 갖는 단점을 보완할 수 있는 제어 기법이라 할 수 있다. 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 실험관찰 결과 아음속과 초음속 영역에 이르는 고마하수 제트의 추력편향각을 최대 70도 이상 이력현상 없이 연속적으로 제어할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 추력편향 제어 장치는, 노즐에서 유출되는 고속/고온의 제트가 노즐 출구 베인이나 플랩에 직접적으로 충돌하는 기존 기계적 방식이 아니며, 이에 따라 제어시스템 구조물(본 추력편향 제어 장치의 구성들)의 손상이 적어 유지비용의 절감을 기대할 수 있으며, 또한 제어에 필요한 모터회전 소요동력이 작아 제어에 필요한 추가동력이 크게 필요하지 않는 것을 장점으로 가질 수 있다.

본 추력편향 제어 장치는 아음속에서 초음속 영역에 이르는 고마하수 제트의 추력편향제어에 적용이 가능하다. 또한 이차유동 분출이나 여러 개의 탭이나 베인의 구동에 필요한 복잡한 기구 설계를 배제함으로서 큰 부피와 중량을 갖는 시스템을 요구하지 않을 수 있다. 또한 본 추력편향 제어 장치에서 고속/고온 제트와 직접 맞닿는 구성품의 삭마 등 손상효과가 매우 적어 장시간 부속품 교환 없이 사용이 가능하다. 따라서 본 추력편향 제어 장치는 고기동성을 요하는 최신예 군용 초음속 비행체에서부터 소형 전략 무인기까지 이르는 크고 작은 고속 비행체에 적용이 가능하여, 항공우주산업 전반에 미치는 영향과 효과가 매우 크고 광범위할 수 있다.

즉, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 간단한 플랩의 회전을 통해 고속 제트의 높은 추력편향 효과를 발생시킬 수 있고, 플랩 회전에 필요한 보조동력은 기존 대비 상대적으로 적을 수 있다. 또한, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 종래의 베인 방식과는 달리, 제트의 직접적인 충돌을 만들지 않기 때문에 적은 추력손실과 높은 추력편향각을 기대할 수 있고, 또한 편향제어를 위해 설치된 구조물의 삭마효과 또한 적어 장시간 사용이 가능하다. 또한, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 종래 대비 제어되는 추력편향각이 상대적으로 크다(70˚가 넘는 높은 추력편향각을 얻을 수 있음). 또한, 본 추력편향 제어 장치에 의하면, 노즐이 사각노즐 형태인바, 2차유동이 발생되지 않고, 추력편향 제어가 용이하다.

참고로, 본 추력편향 제어 장치는 플랩 회전을 통한 고마하수 제트의 추력편향 제어 장치(시스템)이라고도 할 수 있다.

또한, 본원은 전술한 본원의 일 실시예에 따른 추력편향 제어 장치를 포함하는 비행체를 제공한다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 내부노즐
11: 출구
12: 노즐연장출구
13: 함몰부
14: 보조 함몰부
2: 상부 플랩
3: 하부 플랩
4: 플랩 이동 구조체
41: 액츄에이터
42: 링크 부재
5: 상부 플랩 가이드 유닛
6: 하부 플랩 가이드 유닛
7: 측판
7a: 좌측 측판
7b: 우측 측판
8: 실링부재
9: 탄성부재

Claims (10)

1. 제트의 추력편향을 제어하는 장치에 있어서,
   제트를 후방으로 토출하는 내부노즐;
   상기 내부노즐의 상측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 상부 플랩; 및
   상기 내부노즐의 하측에 배치되되, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 돌출 길이를 조절할 수 있도록 전후 방향 이동 가능하게 구비되는 하부 플랩을 포함하되,
   상기 상부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 하면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비되고,
   상기 하부 플랩은, 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출된 부분의 상면이 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트의 코안다 면을 형성하도록 구비되며,
   상기 상부 플랩의 하면의 적어도 일부는, 상기 상부 플랩의 코안다 면의 면적이 증가할수록 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트가 상측으로 편향되도록, 하측으로 볼록한 곡면을 가지고,
   상기 하부 플랩의 상면의 적어도 일부는, 상기 하부 플랩의 코안다 면의 면적이 증가할수록 상기 내부노즐로부터 토출되는 제트가 하측으로 편향되도록, 상측으로 볼록한 곡면을 가지며,
   상기 상부 플랩은, 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 상기 내부노즐로부터 상측으로 멀어지도록 구비되고,
   상기 하부 플랩은, 후방으로 이동될수록 볼록한 곡면의 후단이 상기 내부노즐로부터 하측으로 멀어지도록 구비되는 것인, 추력편향 제어 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 상부 플랩의 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출되는 부분과 상기 하부 플랩의 상기 내부노즐보다 후방으로 돌출되는 부분 사이에는 상기 내부노즐로부터 연장되는 노즐연장출구가 형성되고,
   상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩이 상기 내부노즐에 대하여 상대적으로후방 이동될수록, 상기 노즐연장출구의 단면적은 증가되는 것인, 추력편향 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩 각각을 상기 내부노즐에 대해 상대적으로 전후 방향 이동시키는 한 쌍의 플랩 이동 구조체를 더 포함하되,
   상기 한 쌍의 플랩 이동 구조체 각각은,
   일단이 상기 상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩 각각과 힌지 연결되는 링크 부재; 및
   상기 링크 부재의 타단과 힌지 연결되어 상기 링크 부재의 타단을 전후 방향을 따라 선형 이동시키는 액츄에이터를 포함하는 것인, 추력편향 제어 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 상부 플랩의 전후 방향 이동을 가이드하도록, 상기 내부노즐로부터 상측으로 간격을 두고 배치되어 상기 내부노즐과의 사이에 상기 상부 플랩이 슬라이드 이동 가능하게 개재되는 상부 플랩 가이드 유닛; 및
   상기 하부 플랩의 전후 방향 이동을 가이드하도록, 상기 내부 노즐로부터 하측으로 간격을 두고 배치되어 상기 내부노즐과의 사이에 상기 하부 플랩이 슬라이드 이동 가능하게 개재되는 하부 플랩 가이드 유닛을 더 포함하되,
   상기 상부 플랩 가이드 유닛의 하면과 상기 내부노즐의 상면은, 그 사이에 개재되는 상기 상부 플랩의 이동 경로를 가이드하는 형상으로 구비되고,
   상기 하부 플랩 가이드 유닛의 상면과 상기 내부노즐의 하면은, 그 사이에 개재되는 상기 하부 플랩의 이동 경로를 가이드하는 형상으로 구비되는 것인, 추력편향 제어 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 상부 플랩의 코안다 면 또는 상기 하부 플랩의 코안다 면을 따라 흐르는 제트의 외부 기류에 의한 측방향 간섭이 줄어들도록, 상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩의 폭방향 양 외측에 구비되는 한 쌍의 측판을 더 포함하되,
   상기 한 쌍의 측판은, 상기 상부 플랩의 코안다 면 및 상기 하부 플랩의 코안다 면 각각의 전체 면적값에 대한 상기 측방향 간섭이 줄어들도록 구비되는 것인, 추력편향 제어 장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩의 상기 폭방향으로의 양 면 각각의 적어도 일부와 상기 한 쌍의 측판 사이에는, 상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩 각각과 상기 한 쌍의 측판 사이의 마찰력이 저감되도록, 상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩 보다 상기 한 쌍의 측판에 대한 작은 마찰 계수를 갖는 재질의 실링부재가 구비되는 것인, 추력편향 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 실링부재에 탄성회복력이 작용되도록, 상기 상부 플랩 및 상기 하부 플랩의 상기 폭방향으로의 양 면 각각의 적어도 일부와 상기 실링부재와 사이에는 탄성압축된 탄성부재가 구비되는 것인, 추력편향 제어 장치.
10. 제1항에 따른 추력편향 제어 장치를 포함하는 비행체.
    

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