KR102459628B1 - 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법 - Google Patents

비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102459628B1
KR102459628B1 KR1020220047054A KR20220047054A KR102459628B1 KR 102459628 B1 KR102459628 B1 KR 102459628B1 KR 1020220047054 A KR1020220047054 A KR 1020220047054A KR 20220047054 A KR20220047054 A KR 20220047054A KR 102459628 B1 KR102459628 B1 KR 102459628B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
boundary layer
aircraft
intake port
discharge
inlet
Prior art date
Application number
KR1020220047054A
Other languages
English (en)
Inventor
민안기
이양지
Original Assignee
국방과학연구소
한국항공우주연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소, 한국항공우주연구원 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020220047054A priority Critical patent/KR102459628B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102459628B1 publication Critical patent/KR102459628B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/02—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/02—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes
    • B64D2033/0253—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes specially adapted for particular type of aircraft
    • B64D2033/026—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of combustion air intakes specially adapted for particular type of aircraft for supersonic or hypersonic aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

본 발명은 비행체의 흡입구 내의 격리부(isolator)에 장착되어, 상기 흡입구 내벽면에 형성된 경계층의 공기를 배출하는 경계층 배출챔버(boundary layer bleed chamber) 및 상기 경계층 배출 챔버를 통한 상기 경계층의 공기의 배출을 제어하는 제어부를 포함하는 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치로서, 본 발명에 의하면, 흡입구 불시동을 효율적으로 방지할 수 있다.

Description

비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법{APPARATUS FOR PREVENTING UNSTART OF INTAKE PORT OF AIRCRAFT AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 비행체, 특히 초고속 비행체 흡입구의 불시동을 방지하기 위한 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
마하급 속도로 비행하는 초고속 비행체는 비행체의 측면에 장착되는 흡입구를 통해 유입된 공기를 압축시켜 연소시키게 된다.
초고속 비행체는 넓은 비행 속도 영역 및 고도 영역에서 비행 가능하여야 하며, 이를 위해서는 비행체의 흡입구가 넓은 비행 영역에서 시동 가능하여야 한다.
초고속 비행체가 작동하는 환경은 유동 전압력과 전온도가 과대하여 흡입구 외형(길이, 압축 각도)을 물리적으로 가변하는 것이 어렵다.
따라서 비행체의 흡입구 설계 마하수에서 벗어나거나 받음각이 변경될 경우 흡입구 불시동(intake unstart)이 발생하여 추진기관 추력의 급격한 저하 및 작동 불능을 유발하기 쉽다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
일본등록특허공보 제3109782호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 흡입구 불시동을 효율적으로 방지할 수 있는 장치, 그것을 구비한 비행체 및 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치는, 비행체의 흡입구 압축 램프(ramp)와 연소기 사이의 공간에 일정 공간(구획되지 않은 일정 공간으로 엔진 설계에 따라 일정 면적 또는 확장 면적을 취할 수 있음)을 두어 연소기에서의 압력 상승이 흡입구 압축 램프로 즉각적으로 전달되는 것을 방지하는 격리부(isolator)에 장착되어, 상기 흡입구 내벽면에 형성된 경계층의 공기를 배출하는 경계층 배출 챔버(boundary layer bleed chamber) 및 상기 경계층 배출 챔버를 통한 상기 경계층의 공기의 배출을 제어하는 제어부를 포함한다.
그리고, 상기 경계층 배출 챔버는 상기 격리부의 배출부 측으로 삽입된 형태를 가지며, 내부 공간이 형성된 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 경계층 배출 챔버의 상기 격리부 측의 일 면에는 복수 개의 타공 홀이 형성되어 격리부에서 발생한 경계층을 흡입하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 경계층 배출 챔버의 타공홀 형성 부의 반대 측(즉 배출구)에는 상기 경계층 배출챔버로 유입된 경계층을 배출시키기 위한 배출 밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.
나아가, 상기 경계층 배출 챔버의 상기 흡입부 측의 일 면은 상기 격리부와 평행한 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제어부는 상기 배출 밸브의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 흡입부의 압력을 측정하기 위한 정압력 계측 센서를 더 포함할 수 있다.
그래서, 상기 제어부는 상기 정압력 계측 센서에 의한 계측값에 따라 상기 배출 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치가 구비된 비행체를 포함한다.
다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법은, 상기의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 상기 정압력 계측 센서의 계측값으로부터 상기 흡입구의 압력 상승 여부를 판단하는 단계 및 상기 흡입구의 압력이 기준값 이상으로 상승하는 것으로 판단되면, 상기 배출 밸브를 ON 으로 제어하여 상기 배출 밸브를 통해 상기 내부 공간의 공기를 배출시키는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 내부 공간의 공기를 배출시키는 단계 후 상기 정압력 계측 센서의 계측값으로부터 상기 흡입구의 압력이 정상 범위인지 여부를 판단하는 단계 및 상기 흡입구의 압력이 정상 범위로 판단되면, 상기 배출 밸브를 OFF 로 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법에 의하면, 경계층 흡입 On/Off와 같은 단순한 제어 로직 및 제어 장치를 사용하여 즉각적인 제어 효과를 얻을 수 있어 초고속 비행체와 같이 빠른 응답 성능이 요구되는 추진기관에 효율적이다.
또한 단순한 제어 시스템을 적용하여 제어시스템 하중 과대 방지 및 프로세스 처리 시간 단축을 꾀하여 비행에 적합한 형태를 취한다.
그리고, 경계층 제어 기술을 적용할 경우 비행체 흡입구의 공기 포집률(Air Capture Ratio) 및 전압력 회복률(Total Pressure Recovery)을 높일 수 있으며, 비행체의 비추력(specific thrust)을 증가시킬 수 있다.
따라서, 비행체의 비행 영역에서의 가속 성능 향상 등 전체 운용 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 비행체 흡입구 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법을 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치를 도시한 것이고, 도 2는 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 측단면 형상을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치 및 그것을 구비한 비행체를 설명하기로 한다.
본 발명은 초고속 비행체의 흡입구가 불시동에 이르는 것을 방지하기 위한 장치로서, 초고속 비행체의 일 측면에 형성되고, 쌍을 이루어 형성될 수 있다.
흡입구는 카울(cowl, 13)과 기체(vehicle body) 간에 흡입부가 형성되고, 기체는 입구 측에 압축 램프(ramp, 11)가 형성되며, 연소기(combustor)와 사이의 공간에 일정 공간의 격리부(isolator, 12)를 두어 연소기에서의 압력 상승이 흡입구 압축 램프로 즉각적으로 전달되는 것을 방지한다. 격리부(isolator, 12)는 대부분 직사각 단면의 직관 형태를 취하며, 이로 인해 경계층이 매우 발달하기 쉬운 구조를 가진다.
초고속 비행체의 흡입구가 불시동에 이르는 과정은 다음과 같다.
먼저, 초고속 비행체에서 연소로 인한 과도한 압력 상승이 발생하고, 경계층을 거쳐 압력 상승이 전방으로 이동하게 된다.
흡입구(10) 격리부(12)에서 유동은 점차적으로 oblique shock train, normal shock train을 거쳐 최종적으로 흡입구 불시동이 발생하게 된다.
이러한 과정에서 흡입구(10) 벽면 경계층의 두께는 점차적으로 두꺼워지는데, 본 발명은 두꺼워지는 경계층을 배출하여 흡입구의 작동 영역을 확장하여 불시동을 방지할 수 있도록 하는 장치이다.
도시와 같이, 공기는 흡입구(10)의 내벽면과 카울(13, cowl) 간에 형성되는 흡입부(21)를 통해 흡입되게 되고, 내벽면에 형성되는 경계층을 배출하기 위해 격리부(12)에 타공홀(111)이 장착된다.
경계층 배출 챔버(boundary layer bleed chamber, 110)는 내부 공간(30)이 형성된 바디로 구성되고, 흡입부(111) 측 상면은 카울(11)과 평행하며, 배출부(22) 측으로 삽입된 형태로 내부 공간(30)이 형성된다.
격리부(12)의 상면에는 복수의 타공 홀(111)이 형성되고, 하면에는 배출 밸브(112)가 형성된다.
따라서, 경계층의 공기는 격리부(12)의 타공 홀(111)을 통해 경계층 배출 챔버(110)의 내부 공간(30)에 채워지고, 불시동 방지를 위해 경계층의 해소가 필요하다고 판단되는 상황에서 배출 밸브(112)를 개방하여 경계층의 공기를 배출부(22)와 시험체 외부로 배출시키도록 구현된다.
이러한 제어를 위해 정압력 계측 센서(120)가 구비되며, 정압력 계측 센서(120)로부터 정보를 수신하고, 배출 밸브(112)를 제어하기 위한 제어부(130)가 별도 구비된다.
경계층 흡입용 타공 홀(111)의 직경과 개수는 흡입구(10) 유입 유량 대비 `% 내지 3%, 바람직하게는 약 2%를 배출할 수 있도록 선정하되 경계층이 고르게 배출될 수 있도록 적소에 배치한다.
정압력 계측 센서(120)는 흡입구(10)의 카울(13) 전단(Lip)부근(도시상 좌측), 그리고 격리부(12) 출구(도시상 우측)에 직결 방식으로 장착한다. 그리고, 정압력 계측 센서(120)의 장착을 위한 정압력 측정 홀이 형성될 수 있다.
제어부(130)의 구동력은 비행체 시스템의 구성에 따라 유압 혹은 전기로 구동된다.
도 3은 본 발명의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법을 도시한 것이다.
이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법을 설명하기로 한다.
제어부(130)의 구동 로직은 정압력 계측 센서(120)를 통해 흡입구(10) 벽면 정압력과 연계하여 불시동 방지 장치가 작동/정지를 하는 방식으로 구동 로직을 정리하면 다음과 같다.
1) 비행체 벽면 정압력 측정 홀에서 과도한 압력 상승 등 불 시동 및 불 시동에 가까운 흡입구 작동 정지 상태의 계측
2) 제어부를 작동, 경계층을 흡입 및 배출
3) 벽면 정압력으로 시제의 압력 측정치가 정상임을 확인
4) 제어부를 정지
도 3을 참조하여 순차적으로 살펴보면, 먼저 제어부(130)가 정압력 계측 센서(120)의 계측 정보로부터 흡입구의 압력 상승을 감지한다(S11).
미리 설정된 기준값 이상의 압력 상승이 감지되면, 제어부(130)에 의해 배출 밸브(112)를 ON으로 작동 제어한다(S12).
그에 따라, 흡입구의 경계층이 흡입(S13)된 후, 정압력 계측 센서(120)의 계측 정보로부터 흡입구 압력의 정상 범위인지 여부를 감지한다(S14).
경계층 흡입 후 흡입구 압력이 정상으로 감지되면, 제어부(130)에 의해 배출 밸브(112)를 OFF로 작동 제어한다(S15)
본 발명은 이상과 같은 장치 및 제어에 의해서 초고속 비행체의 흡입구의 경계층으로 인한 불시동을 사전에 방지하여 비행체의 비행 영역에서의 가속 성능 향상 등 전체 운용 성능을 향상시킬 수가 있다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
10 : 흡입구
11 : 램프
12 : 격리부
13 : 카울
21 : 흡입부 22 : 배출부
110 ： 경계층 배출 챔버
111 : 타공 홀
112 : 배출 밸브
120 : 정압력 계측 센서
130 : 제어부

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 비행체의 흡입구와 초음속 연소기 사이에 위치하여 상기 초음속 연소기의 비정상 연소시 발생하는 압력 상승이 상기 흡입구로 전파되는 것을 방지하기 위한 격리부(isolator)에 장착되어, 상기 흡입구와 상기 격리부의 내벽면에 상기 초음속 연소기의 압력 상승으로 인해 형성되는 경계층 공기를 배출하는 경계층 배출 챔버(boundary layer bleed chamber); 및
    상기 격리부를 통한 상기 경계층의 공기의 배출을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 경계층 배출 챔버는 상기 격리부에 의해 구획되는 흡입부 측으로부터 상기 격리부에 의해 구획되는 배출부 측으로 삽입된 형태를 가지며, 내부 공간이 형성된 것을 특징으로 하며,
    상기 경계층 배출 챔버의 상기 흡입부 측의 일 면에는 복수 개의 타공 홀이 형성된 것을 특징으로 하고,
    상기 경계층 배출 챔버의 상기 배출부 측의 일 면에는 상기 내부 공간의 공기를 배출시키기 위한 배출 밸브가 형성된 것을 특징으로 하며,
    상기 흡입부의 압력을 측정하기 위한 정압력 계측 센서를 더 포함하여, 상기 제어부는 상기 정압력 계측 센서에 의한 계측값에 따라 상기 배출 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는,
    비행체 흡입구의 불시동 방지 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 경계층 배출 챔버의 상기 흡입부 측의 일 면은 상기 격리부와 평행한 것을 특징으로 하는,
    비행체 흡입구의 불시동 방지 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 4 또는 청구항 5의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치가 구비된 비행체.
  10. 청구항 4의 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 상기 정압력 계측 센서의 계측값으로부터 상기 흡입구의 압력 상승 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 흡입구의 압력이 기준값 이상으로 상승하는 것으로 판단되면, 상기 배출 밸브를 ON 으로 제어하여 상기 배출 밸브를 통해 상기 내부 공간의 공기를 배출시키는 단계를 포함하는,
    비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 내부 공간의 공기를 배출시키는 단계 후 상기 정압력 계측 센서의 계측값으로부터 상기 흡입구의 압력이 정상 범위인지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 흡입구의 압력이 정상 범위로 판단되면, 상기 배출 밸브를 OFF 로 제어하는 단계를 더 포함하는,
    비행체 흡입구의 불시동 방지 장치의 제어 방법.
KR1020220047054A 2022-04-15 2022-04-15 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법 KR102459628B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220047054A KR102459628B1 (ko) 2022-04-15 2022-04-15 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220047054A KR102459628B1 (ko) 2022-04-15 2022-04-15 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102459628B1 true KR102459628B1 (ko) 2022-10-28

Family

ID=83835538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220047054A KR102459628B1 (ko) 2022-04-15 2022-04-15 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102459628B1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09203348A (ja) * 1996-01-29 1997-08-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 超音速航空エンジンのインテーク制御方法
JP2000192823A (ja) * 1998-12-25 2000-07-11 Kawasaki Heavy Ind Ltd 超音速インテ―ク及びその始動方法
JP3109782B2 (ja) 1993-06-30 2000-11-20 防衛庁技術研究本部長 超音速空気取入装置
KR20140049966A (ko) * 2011-02-14 2014-04-28 알레니아 아르마치 에스.피.에이. 개선된 공기역학적 성능을 가진 항공기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3109782B2 (ja) 1993-06-30 2000-11-20 防衛庁技術研究本部長 超音速空気取入装置
JPH09203348A (ja) * 1996-01-29 1997-08-05 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 超音速航空エンジンのインテーク制御方法
JP2000192823A (ja) * 1998-12-25 2000-07-11 Kawasaki Heavy Ind Ltd 超音速インテ―ク及びその始動方法
KR20140049966A (ko) * 2011-02-14 2014-04-28 알레니아 아르마치 에스.피.에이. 개선된 공기역학적 성능을 가진 항공기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8235647B2 (en) Bearing-chamber pressure system
US4932609A (en) Fuel transfer system for aircraft
US8192147B2 (en) Nacelle assembly having inlet bleed
US8282037B2 (en) Nacelle flow assembly
US7530260B2 (en) Surge detection in a gas turbine engine
RU2666719C1 (ru) Устройство слива текучих сред для авиационного двигателя
JP2001520149A (ja) 空気噴射により抵抗を低減するエンジン空気取り入れ口
US8887482B1 (en) Active flow control with pulse detonation actuators
US20190032602A1 (en) Jet engine, flying object, and operation method of jet engine
KR102459628B1 (ko) 비행체 흡입구의 불시동 방지 장치, 그것을 구비한 비행체 및 그것의 제어 방법
JP3439823B2 (ja) ガスタービンエンジン作動方法
JPH05187269A (ja) 圧縮機失速回復方法および装置
JP5014071B2 (ja) パルスデトネーションエンジン
CN108995832A (zh) 一种气动增压式级间分离机构
EP3683154B1 (en) Aircraft maintenance systems and methods
US3058305A (en) Control device for aircraft deicing apparatus
WO2015146356A1 (ja) 燃焼器、ジェットエンジン、飛しょう体及びジェットエンジンの動作方法
RU2679337C1 (ru) Способ повышения тягово-экономических характеристик сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя (варианты)
CN109339977B (zh) 超燃冲压发动机及其爆震稳定自持的主动控制方法
CN104443403B (zh) 一种超音速进气道防喘结构
KR102573343B1 (ko) 공기 흡입구 개폐 장치
US2822732A (en) Aircraft with jet propulstion engine and gun firing means
CN107643021A (zh) 一种起竖油箱
JPH062616A (ja) スクラムジェットエンジン
JP3163333B2 (ja) ラムジェット

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant