KR102547447B1 - 비행체 흡입구의 배압 조정 장치 및 그것을 구비한 비행체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 램프(ramp), 격벽(sidewall), 카울(cowl), 격리부를 포함하는 비행체의 흡입구의 출구 측 배압(back pressure)을 조정하기 위한 장치로서, 상기 격리부 후단 또는 상기 격리부로부터 연장 형성된 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 결합되는 간접 가변 노즐을 포함하고, 상기 간접 가변 노즐은 상기 격리부 후단 또는 상기 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 힌지에 의해 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 흡입구의 출구 면적을 조정 가능한 것을 특징으로 하는 비행체 흡입구의 배압 조정 장치로서, 본 발명에 의하면, 배압 조정 장치의 구동부를 고온 환경에 노출되지 않도록 보호 가능하며, 흡입구의 시동 한계를 즉각적으로 파악 가능하게 한다.

Description

비행체 흡입구의 배압 조정 장치 및 그것을 구비한 비행체{BACK PRESSURE CONTROL APPARATUS FOR AIR VEHICLE INTAKE AND AIR VEHICLE HAVING THE SAME}

본 발명은 비행체, 특히 초고속 비행체 흡입구의 시험을 위한 배압 조정 장치에 관한 것이다.

스크램제트 엔진과 같은 고 마하수, 고고도 영역에서 운용되는 공기 흡입식 초고속 비행체를 제작하기 위해서는 주요 구성품인 극초음속 흡입구와 초음속 연소기를 단독으로 시험하고 구성품의 성능 한계를 파악하는 것이 필수적이다.

극초음속 흡입구의 성능 한계를 파악하기 위해서는 연소기의 압력 상승으로 인하여 흡입구가 불 시동에 이르는 과정을 확인해야 하는데 이를 위해서는 극초음속 흡입구 후방에 초음속 연소기의 압력 상승을 모사할 수 있는 배압 조정 장치가 필요하다.

일반적으로 사용되어 온 극초음속 흡입구의 배압 조정 장치는 도 1의 High-speed plug, low-speed plug와 같이 플러그의 형태를 취하며 플러그 후방에 유압조정장치를 장착하고 흡입구 유동 진행의 반대 방향으로 전진 이동하여 배압 상승을 모사한다. 또는 스텝 모터, LM 가이드 와 볼 스크류로 플러그를 전진 이동하기도 한다.

이러한 방식을 사용할 경우 두 가지 단점이 있다. 첫 번째는 극초음속 흡입구가 시험되는 유동 조건은 마하 5 이상인데 이 경우 전온도가 1000 ℃이상의 고온 조건이므로 속도가 아음속으로 감속되는 배압 조정장치의 구동부는 1000 ℃ 이상의 고온에 그대로 노출되어 파손이 빈번하다.

두 번째는 흡입구의 시동 한계를 즉각적으로 파악하지 못한다. 극초음속 흡입구의 시동 한계는 극초음속 흡입구의 격리부(isolator)의 높이 대비 배압 조정 장치의 플러그로 유출되는 높이와 연계하여 시동 한계를 파악하고 있다. 플러그 형태의 경우 도 2와 같은 구조적인 특성상 이 플러그가 막은 면적이 배압 조정 장치의 직선 이동 거리로 산출되기 어려워 쉽게 파악할 수 없다.

또한 기존의 플러그 타입 배압 조정장치는 극초음속 흡입구의 후방부에 직선상으로 위치하게 되어 세장비가 긴 형태를 취한다. 따라서 점성 저항이 증가하여 흡입구 시험설비의 운용에 항력 증가 요인이 된다.

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 제3074983호

본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 배압 조정 장치의 구동부를 고온 환경에 노출되지 않도록 보호 가능하며, 흡입구의 시동 한계를 즉각적으로 파악 가능하게 하는 비행체 흡입구의 배압 조정 장치 및 그것을 구비한 비행체을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 관점에 의한 비행체 흡입구의 배압 조정 장치는, 램프(ramp), 격벽(sidewall), 카울(cowl), 격리부를 포함하는 비행체의 흡입구의 출구 측 배압(back pressure)을 조정하기 위한 장치로서, 상기 격리부 후단 또는 상기 격리부로부터 연장 형성된 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 결합되는 간접 가변 노즐을 포함하고, 상기 간접 가변 노즐은 상기 격리부 후단 또는 상기 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 힌지에 의해 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 흡입구의 출구 면적을 조정 가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 간접 가변 노즐은 상기 격벽으로부터 후방으로 노출된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 간접 가변 노즐이 상기 힌지를 축으로 회전 동작되도록, 상기 간접 가변 노즐의 일 면을 가압하는 구동 로드를 더 포함한다.

특히, 상기 흡입구의 출구 단면은 사각 형상인 것을 특징으로 한다.

나아가, 상기 구동 로드의 상기 간접 가변 노즐 측으로의 직선 운동을 가이드하고, 상기 구동 로드 및 상기 구동 로드를 동작시키는 구동부를 보호하기 위해 상기 구동 로드를 둘러싸는 형태로 구비되는 구동로드 및 구동부 보호 블록을 더 포함한다.

또한, 상기 램프 및 상기 격리부의 하부에는 상기 흡입구의 성능 인자를 측정하기 위한 센서를 배치하기 위한 라우팅 공간이 형성되고, 상기 격리부로부터 상기 라우팅 공간 측으로 형성되어 상기 라우팅 공간으로 고온 기류가 유입되는 것을 막기 위한 라우팅 공간 보호용 터미널 블록을 더 포함한다.

다음으로, 본 발명의 일 관점에 의한 비행체 흡입구의 배압 조정 장치는, 램프(ramp), 격벽(sidewall), 카울(cowl), 격리부를 포함하는 비행체의 흡입구의 출구 측 배압(back pressure)을 조정하기 위한 장치로서, 상기 격리부 후단 또는 상기 격리부로부터 연장 형성된 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 힌지에 의해 회전 가능하게 결합되는 간접 가변 노즐 및 상기 간접 가변 노즐이 상기 힌지를 축으로 회전 동작되도록, 상기 간접 가변 노즐의 일 면을 가압하는 구동 로드를 포함한다.

특히, 상기 흡입구의 출구 단면은 사각 형상인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 구동 로드의 상기 간접 가변 노즐 측으로의 직선 운동을 가이드하고, 상기 구동 로드 및 상기 구동 로드를 동작시키는 구동부를 보호하기 위해 상기 구동 로드를 둘러싸는 형태로 구비되는 구동로드 및 구동부 보호 블록을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 램프 및 상기 격리부의 하부에는 상기 흡입구의 성능 인자를 측정하기 위한 센서를 배치하기 위한 라우팅 공간이 형성되고, 상기 격리부로부터 상기 라우팅 공간 측으로 형성되어 상기 라우팅 공간으로 고온 기류가 유입되는 것을 막기 위한 라우팅 공간 보호용 터미널 블록을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 비행체 흡입구의 배압 조정 장치에 의하면, 극초음속 영역의 모사가 가능하게 함으로써, 흡입구의 성능 측정을 보다 근사하게 할 수 있게 한다.

그럼에도 불고하고, 배압 조정 장치의 구동부를 고온 환경에 노출되지 않도록하여 보호 가능하다.

그리고, 흡입구의 시동 한계를 즉각적으로 파악 가능하며, 면적 변화를 용이하게 파악 가능하다.

도 1은 종래 엔진 흡입구 성능 시험 장치를 도시한 것이다.
도 2는 종래 엔진 흡입구 배압 조정 장치를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 배압 조정 장치를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 배압 조정 장치의 동작 상태를 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 3은 본 발명의 배압 조정 장치를 도시한 것이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 배압 조정 장치의 동작 상태를 도시한 것이다.

이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 비행체 흡입구의 배압 조정 장치 및 그것을 구비한 비행체을 설명하기로 한다.

본 발명은 흡입구의 성능 시험을 위한 것으로서, 본 발명의 흡입구는 외부 압축 램프(11, ramp), 격벽(12, sidewall), 카울(13,cowl), 내부 압축이 수행되는 격리부(14)로 구성된다. 흡입구의 성능 인자는 벽면 정압력, 흡입구 출구 피토 압력 분포 등이 될 수 있다. 따라서 램프(11)와 격리부(14) 하단에는 이를 측정하기 위한 센서, 신호선, 공압선을 배치하는 라우팅 공간(15)이 존재한다. 일반적인 극초음속 공기 흡입식 엔진은 가변의 용이성 및 제작의 편의성을 위하여 내부 단면적이 직사각 형태를 취하며 이에 착안하여 흡입구의 배압 조정 장치를 다음과 같이 고안하였다.

본 발명의 배압 조정 장치는 간접 가변 노즐(22), 간접 가변 노즐 구동 로드(24), 구동로드 및 구동부 보호 블록(25)을 포함하고, 구동 로드를 구동시키는 구동부(미도시)를 포함한다.

간접 가변 노즐(22)은 격리부(14) 후단 또는 격리부(14)로부터 연장 형성된 피토 압력 측정 레이크 부(16)의 끝단에 힌지(21)에 의해 회전 가능하게 결합된다.

도시와 같이, 간접 가변 노즐(22)은 흡입구 격벽(12)로부터 후방으로 노출되어 시험체 측면에서 위치를 육안으로 판별할 수 있도록 한다.

간접 가변 노즐(22)을 회전 동작시키기 위해 간접 가변 노즐 구동 로드(24)가 구비된다.

즉, 구동 로드(24)는 간접 가변 노즐(22)의 일 면을 가압함으로서 간접 가변 노즐(22)이 힌지(21)를 축으로 회전 동작되게 한다.

이와 같이, 간접 가변 노즐(22)이 회전하면, 이 회전 이동으로 시험체의 출구 직사각 단면의 면적이 줄어드는 것에 의해서 극초음속 엔진의 연소기 압력이 상승하는 것을 모사하는 것이다.

그리고, 구동 로드(24)의 위치 가이드 및 보호를 위해 구동로드 및 구동부 보호 블록(25)이 구동 로드(24)를 둘러싸 형성된다. 따라서, 구동 로드(24)의 직선 운동을 가이드하며, 고온 기류 침투 방지 등 구동부를 보호하고, 간접 가변 노즐 구동 로드(24) 후방에 위치한 배압 조정 장치 제어 구동부(유압 장치, 스텝 모터 등 전자 장비)가 직접적으로 노출되지 않도록 보호한다. 따라서, 고온(1000 ℃ 이상) 환경에 직접적으로 노출되어 파손의 위험이 높고 빈번한 문제를 해결할 수 있다.

직선 이동하는 간접 가변 노즐 구동 로드(24)는 전진, 후진, 정지를 할 수 있도록 제작하여 극초음속 흡입구의 시동/불시동 과정을 보다 면밀히 관측할 수 있게 한다.

도 4와 같이 간접 가변 노즐(22)이 전개(full-open) 상태, 도 5와 같이 격리부(13) 높이와 동일한 위치까지 이동한 상태, 도 6과 같이 완전 폐쇄(full-close) 상태일 수 있으며, 이와 같이 높이를 즉각적으로 알 수 있으며, 그에 따라 배압 조정 장치가 막은 면적의 변화 및 배압의 조정을 원활하게 할 수 있다.

한편, 라우팅 공간 보호용 터미널 블록(23)은 간접 가변 노즐 구동 로드(24) 이동시 로드의 직선이동으로 인해 라우팅 공간(15)으로 고온 기류가 유입되는 것을 막기 위한 공간으로 극초음속 흡입구의 성능 측정을 위하여 측정되는 각종 센서와 공압, 신호 측정 선이 취약 환경에 노출되는 것을 막는 역할을 수행하며, 그 위치는 힌지(21)의 위치보다 전방이어야 한다.

일반적인 플러그를 이용한 배압 조정장치는 극초음속 흡입구 후방에 위치하게 되어 세장비가 긴 형태를 취한다. 따라서 점성 저항이 증가하여 흡입구 시험설비의 운용에 항력원으로 작용하여 시험설비에 부담이 된다. 그러나 본 발명에서 제시한 간접 가변 노즐 방식의 배압 조정장치를 이용할 경우 시험체의 직선 방향 길이를 줄일 수 있어 흡입구 시험설비의 항력원을 줄일 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 배압 조정 장치의 구동부를 고온 환경에 노출되지 않도록 보호 가능하며, 흡입구의 시동 한계를 즉각적으로 파악 가능하게 한다.

이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

11 : 램프
12 : 격벽
13 : 카울
14 : 격리부
15 : 라우팅 공간
16 : 레이크 부
21 : 힌지
22 : 간접 가변 노즐
23 : 터미널 블록
24 : 간접 가변 노즐 구동 로드
25 : 구동로드 및 구동부 보호 블록

Claims (11)

1. 삭제
2. 램프(ramp), 격벽(sidewall), 카울(cowl), 격리부를 포함하는 비행체의 흡입구의 출구 측 배압(back pressure)을 조정하기 위한 장치로서,
   상기 격리부 후단 또는 상기 격리부로부터 연장 형성된 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 결합되는 간접 가변 노즐을 포함하고,
   상기 간접 가변 노즐은 상기 격리부 후단 또는 상기 피토 압력 측정 레이크 부의 끝단에 힌지에 의해 회전 가능하게 결합됨으로써, 상기 흡입구의 출구 면적을 조정 가능한 것을 특징으로 하고,
   상기 간접 가변 노즐은 상기 흡입구의 출구면보다 후방으로 노출된 것을 특징으로 하는,
   비행체 흡입구의 배압 조정 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 간접 가변 노즐이 상기 힌지를 축으로 회전 동작되도록, 상기 간접 가변 노즐의 일 면을 가압하는 구동 로드를 더 포함하는,
   비행체 흡입구의 배압 조정 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 흡입구의 출구 단면은 사각 형상인 것을 특징으로 하는,
   비행체 흡입구의 배압 조정 장치.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 구동 로드의 상기 간접 가변 노즐 측으로의 직선 운동을 가이드하고, 상기 구동 로드 및 상기 구동 로드를 동작시키는 구동부를 보호하기 위해 상기 구동 로드를 둘러싸는 형태로 구비되는 구동로드 및 구동부 보호 블록을 더 포함하는,
   비행체 흡입구의 배압 조정 장치.
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 램프 및 상기 격리부의 하부에는 상기 흡입구의 성능 인자를 측정하기 위한 센서를 배치하기 위한 라우팅 공간이 형성되고,
   상기 격리부로부터 상기 라우팅 공간 측으로 형성되어 상기 라우팅 공간으로 고온 기류가 유입되는 것을 막기 위한 라우팅 공간 보호용 터미널 블록을 더 포함하는,
   비행체 흡입구의 배압 조정 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 비행체 흡입구의 배압 조정 장치가 구비된 비행체.

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