KR102563410B1 - 액체 연료 탱크 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비행체에 적용되는 액체 연료 탱크에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액체 연료 탱크는 액체 연료 탱크 내부에서 길이방향으로 중심부에 중공이 형성된 튜브로 이루어져 기체는 차단하고 액체 연료는 포집하는 다공성 스크린, 및 상기 액체 연료 탱크 내부에서 액체 연료를 출구로 안내하는 베인을 포함함으로써, 중력에 영향을 받지 않고 연료의 단절이 없이 기체를 차단하여 액체 연료 이송이 가능하다.
Description
본 발명은 추진제 시스템에 적용되는 액체 연료 탱크에 관한 것이다.
우주발사체, 유도무기, 인공위성, 항공기 등 각종 비행체들은 다양한 형태의 목적과 비행조건으로 운용되며, 이를 위한 액체 추진제(연료 및 산화제) 탱크는 다양한 크기 및 방향을 지닌 가속도 환경에 노출된다. 구체적으로 추진제 탱크는 미소 중력(Micro g), 무중력 또는 역가속도(-g) 조건 등에 노출되어 있고, 특히 액체 추진제의 경우 탱크 여상 및 추진제의 분포에 따라 액체 추진제가 다양한 가속도 환경에 놓이게 되고, 추진제 이송 및 공급장치의 구성품에 액체가 접하지 않을 경우 가압 가체 또는 내부 기체와 함께 액체 추진제가 엔진으로 공급될 수 있다.
이러한 기체가 엔진으로 공급되는 현상이 발생할 경우 엔진, 연소기의 성능은 저하되고, 심각한 경우 치명적인 엔진 손상이나 추력 손실을 초래하여 안정적인 발사체 운용에 큰 장애를 발생시키게 되며, 이는 곧 발사체의 추락을 초래한다.
따라서 추진제 공급 장치는 주어진 환경의 어떠한 비행조건에서도 추진제를 엔진 또는 연소기에 안정적으로 공급하는 것을 요구하고 있다.
현재 운용중인 항공기는 연료펌프의 공동현상(Cavitation) 방지, 비상 시 연료의 투하(Jettisoning) 단순화 등의 이유로 연료 탱크를 가압하고 이 가압 공기를 이용하여 연료를 이송하는 가압식 연료 이송 시스템을 적용하였다. 그러나 가압식 연료 이송 시스템은, 급격한 비행 기동 시에 발생하는 연료 슬로싱(Sloshing)이나, 특정 비행 기동조건에서 발생하는 역 중력 상태에서는 연료의 위치가 연료흡입 장치나 이송장치로부터 이탈하여 연료의 단절이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 기술로 현재 상업용 항공기에서도 많이 사용하는 분할 탱크인 Collector Cell을 적용하는 방식이다. 분할 탱크는 여러 개의 구획으로 구분된 연료탱크 중 가장 마지막에 사용되는 탱크를 가장 작게 만들어 연료가 항상 가득 차있는 상태로 유지하도록 하는 방법이다. 하지만 마지막 연료탱크 사용 시에 역 가속도가 인가되면 연료이송이 단절되는 단점과 여러 개의 연료통을 연결해야하는 단점이 있다.
기존 연료 이송 시스템에서의 역가속도 또는 미세중력 상황에서 발생하는 연료 이송이 단절되는 문제점과, 여러 개의 분할탱크를 연결하여 사용할 때 발생할 수 있는 공간적 제약의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 탱크 내부에 다공성 스크린 및 베인을 포함하여 구성함으로써, 단일 탱크에서도 중력의 영향을 받지 않고 연료의 단절 없이 기체를 차단하고, 연료 이송이 가능한 액체 연료 탱크를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 액체 연료 탱크에 있어서, 상기 액체 연료 탱크 내부에서 길이방향으로 중심부에 중공이 형성된 튜브로 이루어지고, 일측 끝단이 액체 연료가 방출되는 탱크 출구가 연결되어 기체는 차단하고 액체 연료는 포집하는 다공성 스크린, 및 상기 액체 연료 탱크 내부에서 액체 연료의 슬로싱(sloshing) 하중을 감쇠시키고 액체 연료를 출구로 안내하는 베인(vane)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 액체 연료 탱크에서 상기 다공성 스크린은 평직(plain weave), 능직(twilled weave), 평첩직(plian dutch weave), 및 능첩직(twilled dutch weave) 중에서 선택된 어느 하나로 직조한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 액체 연료 탱크에서 상기 베인은 상기 다공성 스크린의 중심과 만나는 동일 중심선 상에 형성되는 제1 회전축을 따라 일정 거리 이격되게 다수개가 연속적으로 설치되고, 상기 제1 회전축에 지지되어 회전할 수 있다.
또 다른 예로 상기 베인은 상기 다공성 스크린에서 상기 탱크 출구의 반대측 단부에 위치하며, 상기 액체 연료 탱크의 길이 방향을 따라 일정 거리 이격되어 다수개가 설치될 수 있다.
상기 베인이 상기 탱크 출구의 반대측 단부에 위치할 경우, 상기 베인은 상기 액체 연료 탱크의 내부에서 상기 다공성 스크린의 중심과 만나는 동일 중심선 상에 설치되는 제1 회전축에 지지되어 회전 구동할 수 있다.
본 발명의 액체 연료 탱크는 단일 탱크로 구성하여 공간의 제약을 해소할 수 있다.
또한 본 발명의 액체 연료 탱크는 내부에 구성된 다공성 스크린 및 베인을 통해 중력의 영향을 받지 않고 연료를 단절 없이 기체를 차단하여 연료 이송이 원활하게 가능한 효과로 연료이송 탱크 및 연료 공급 시스템에 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 액체 연료 탱크에 적용되는 다공성 스크린의 직조 형태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
이하 본 발명의 액체 연료 탱크에 대해 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명은 우주발사체, 유도무기, 인공위성, 항공기 등 비행체의 엔진에 공급하는 액체 추진제로 액체 연료가 저장되어 있는 액체 연료 탱크에 관한 것으로, 모세관력(capillary forces)과 표면장력(surface tension)에 의해 가압 기체, 액상 연료와 혼합된 연료 탱크 내부에 기체는 차단하고 액체 연료는 포집하는 다공성 스크린, 및 액체 연료의 슬로싱(sloshing) 하중을 감쇠시키고, 회전 구동하는 과정에서 액체 연료 탱크 내부의 액체 연료를 출구로 안내하는 베인(vane)을 포함한다.
본 발명의 액체 연료 탱크에서 상기 다공성 스크린은 중공이 형성된 튜브로 이루어진다. 이때 튜브의 구조는 원통형 튜브인 것이 바람직하며, 이에 반드시 한정되지 않고, 타원 기둥 및 또는 단면이 다각형인 기둥 형상을 가질 수도 있다.
상기 다공성 스크린은 여러 가지 재질이나 조직 방법을 사용할 수 있다. 구체적으로 다공성 스크린은 도 1에 나타낸 바와 같이 평직(plain weave), 능직(twilled weave), 평첩직(plian dutch weave), 및 능첩직(twilled dutch weave) 중에서 선택된 어느 하나로 직조한 것을 사용할 수 있다.
또한 다공성 스크린의 재질은 스테인리스 스틸, 니켈, 인코넬, 티타늄, 알루미늄, 철 등의 금속 재질 또는 Si, Ge, P, B 등의 원소 등으로 이루어진 비금속 재질을 사용할 수 있으며, 바람직하게 금속 소재로 스테인리스 스틸(stainless steel)을 사용할 수 있다.
상기 다공성 스크린은 길이(L)는 액체 연료 탱크의 길이에 맞춰 변경될 수 있으며, 바람직하게 다공성 스크린의 길이(L)는 150mm 이상으로 이루어진다.
만약 다공성 스크린의 길이(L)가 150mm 미만이면 길이가 너무 짧아 연료 탱크 내부에 기체는 차단하고 액체 연료는 포집하는 효과가 없으므로 액체 연료 탱크 네에서 형성되는 다공성 스크린의 길이는 150mm 이상인 것이 바람직하다.
상기 다공성 스크린은 200 내지 500 메쉬(mesh/inch) 정도 크기인 것이 바람직하다. 여기서 메쉬는 망의 망눈을 표시하는 1인치(24.5mm) 사이에 있는 망눈의 수를 의미한다.
상기 다공성 스크린의 메쉬 크기가 제시된 범위를 벗어나게 되면, 액체 연료에서 기포 차단과 액체 연료의 배출이 원활하지 않게 되어서 액체 연료를 엔진 또는 연소기 등으로 공급하는 것이 원활하지 않게 될 수 있다.
본 발명의 액체 연료 탱크에는 상기 다공성 스크린을 지지하도록 상기 다공성 스크린이 다수의 관통홀이 형성된 원통형의 프레임(미도시)이 추가 형성될 수 있다. 프레임의 외면을 다공성 스크린이 감싸며 고정될 수 있다.
본 발명의 액체 연료 탱크에서 상기 베인은 액체 연료 탱크 내에 구비된 회전축을 기준으로 회전하며 탱크 벽면과의 간극을 통해 개방형 유로를 형성하며, 개방형 유로의 모세관 현상을 통해 액체 연료를 탱크 출구 방향으로 유동한다.
상기 회전축은 베인이 회전 구동할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로 상기 다공성 스크린의 역할을 방향하지 않도록 액체 연료 탱크 내에 고정된다.
액체 연료 탱크 내부에 저장되어 있는 액체 연료는 하이드라진 계열 연료, 사산화질소 등 저장성 추진제, 액체 수소, 액체 산소 등이 있으며, 사용되는 액체 연료의 종류는 특별히 한정되지 않는다.
상기 베인의 재질은 니켈, 인코넬, 티타늄, 알루미늄, 철 등과 같은 금속 재질, 또는 Si, Ge, P, B 등의 원소 등으로 이루어진 비금속 재질을 사용할 수 있다.
상기 베인의 블레이드는 회전축을 기준으로 일정 반경을 형성하며 방사 대칭형으로 배치되는게 바람직하나, 상기 베인의 블레이드 형상 및 배치 등은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 적절하게 변경 가능하다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 액체 연료 탱크에 대해 실시예 1 및 실시예 2로 나타내었다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 실시예 1의 액체 연료 탱크(100)는 내부에서 연료탱크의 길이방향으로 중심부에 중공이 형성된 튜브로 이루어진 다공성 스크린(20)이 형성되고, 상기 다공성 스크린(20)의 일측 끝단이 액체 연료가 방출되는 탱크 출구(10)가 연결되어 있다. 상기 다공성 스크린(20)에서 상기 탱크 출구(10)의 반대측 단부에 베인(30)이 위치한다.
여기서, 액체 연료 탱크의 길이 방향이란 도 2에 나타낸 바와 같이 탱크 출구(10)에서 액체 연료가 배출되는 방향 또는 그 반대 방향을 의미한다.
상기 다공성 스크린(20)은 상기 액체 연료 탱크(100)의 내부에 중심부를 가로 질러 형성된다.
액체 연료 탱크(100) 내 액체 연료가 탱크 출구(10)를 통해 배출되기 전에 다공성 스크린(20)을 반드시 거치게 되며, 액체 연료를 접한 다공성 스크린(20)의 미세 유로 형상 및 액체 표면장력에 의해 가압 기체, 액체 연료와 혼합된 기포의 유입을 차단한다.
베인(30)이 위치하는 다공성 스크린(20)의 단부측에는 막혀있지 않고, 다공성 스크린(20)을 통해 액체 연료에서의 기포 등의 유입을 차단되며 액체 연료가 다공성 스크린(20) 내부로 유입되도록 한다.
실시예 1에서 베인(30)은 상기 액체 연료 탱크(100)의 내부에서 상기 다공성 스크린(20)의 중심과 만나는 동일 중심선(C) 상에 설치되는 제1 회전축(41)에 지지되어 회전 구동한다.
실시예 1에서 베인(30)은 상기 액체 연료 탱크(100)의 길이 방향을 따라 일정 거리 이격되게 하나 이상 다수개가 배치될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 베인(30)은 다공성 스크린(20)의 후단에 제1 회전축(41)을 기준으로 두 개의 제1 베인(31a, 31b)이 형성된다.
만약 도 2에 도시된 액체 연료 탱크의 단면도를 기준으로 액체 연료 탱크(100) 내에 액체 연료가 상하 방향 또는 좌우 방향으로 유동되는 슬로싱 형상이 발생되면, 실시예 1의 베인은 액체 연료의 상하 방향 또는 좌우 방향으로 움직임 차단하여 액체 연료의 슬로싱 하중을 감쇠시키고 액체 연료를 출구로 안내한다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 액체 연료 탱크의 단면도를 나타낸 것이다.
실시예 2에 따른 액체 연료 탱크(100)는 베인(30)이 다공성 스크린(20)의 중심과 만나는 동일 중심선(C) 상에 형성되는 제1 회전축(41)을 따라 일정 거리 이격되게 다수개가 연속적으로 설치되고, 상기 제1 회전축(41)에 지지되어 회전되도록 구성한다.
실시예 2에서도 가압 기체, 액체 연료와 혼합된 기포의 유입을 차단을 위해 액체 연료 탱크(100) 내 액체 연료가 탱크 출구(10)를 통해 배출되기 전에 다공성 스크린(20)을 반드시 거치게 구성한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2에서 다공성 스크린(20)이 액체 연료 탱크의 길이에 맞춰 길이가 길게 형성하고, 이렇게 형성된 다공성 스크린(20) 상에 제1 회전축(41)을 기준으로 세 개의 제1 베인(31a, 31b, 31c)을 형성하되, 탱크 출구(10) 쪽에 베인이 설치되지 않은 다공성 스크린(20)을 형성한다.
도 3에서는 제1 베인(31a, 31b, 31c)이 설치된 부분에 다공성 스크린(30)과 서로 겹치게 도시되었으나, 실제적으로는 서로 겹치는 것이 아닌 다공성 스크린(30)과 별도로 다수개의 제1 베인(31a, 31b, 31c)을 구성하며, 상기 제1 베인(31a, 31b, 31c)의 회전에 있어서는 중심선(C)과 일치하는 제1 회전축(41)의 중심을 기준으로 회전구동 한다.
만약 도 3에 도시된 액체 연료 탱크의 단면도를 기준으로 액체 연료 탱크(100) 내에 액체 연료가 상하 방향 또는 좌우 방향으로 유동되는 슬로싱 형상이 발생되면, 실시예 2의 베인은 액체 연료 탱크(100)의 전반에 걸쳐 액체 연료의 상하 방향 또는 좌우 방향으로 움직임 차단하여 액체 연료의 슬로싱 하중을 감쇠시키고 액체 연료를 출구로 안내한다.
실시예 2에서 다공성 스크린(20)은 액체 연료 탱크의 길이에 맞춰 길이가 길게 형성하므로, 다수개의 제1 베인(31a, 31b, 31c)에 부분에 위치하는 다공성 스크린에서는 제1 베인의 회전에 의해 발생되는 미세한 기포 등을 효과적으로 차단하여 액체 연료가 원활이 탱크 출구(10)를 통해 배출되도록 한다.
앞서 살펴본 바와 같이 본 발명의 액체 연료 탱크는 단일 탱크 내에 설치되어 중력의 급격한 변화에도 연료의 이송이 가능하도록 다공성 스크린과 베인의 연료와의 유체역학적 특성을 이용한 추진제의 액체 연료 탱크 시스템이다. 본 발명의 액체 연료 탱크의 특성을 활용하면, 미세중력 또는 -g 가속도 등의 조건에서 액체 연료의 슬로싱을 방지하고, 유체역학적 수두를 견디며 기체와 단절된 액체 연료를 원활하게 공급할 수 있다.
10 : 탱크 출구
20 : 다공성 스크린
30 : 베인
31a, 31b, 31c : 제1 베인
41 : 제1 회전축
100 : 액체 연료 탱크
C : 중심선
20 : 다공성 스크린
30 : 베인
31a, 31b, 31c : 제1 베인
41 : 제1 회전축
100 : 액체 연료 탱크
C : 중심선
Claims (6)
- 액체 연료 탱크에 있어서,
상기 액체 연료 탱크 내부에서 길이방향으로 중심부에 중공이 형성된 튜브로 이루어지고, 일측 끝단이 액체 연료가 방출되는 탱크 출구가 연결되어 기체는 차단하고 액체 연료는 포집하는 다공성 스크린; 및
상기 액체 연료 탱크 내부에서 액체 연료의 슬로싱 하중을 감쇠시키고 액체 연료를 출구로 안내하는 베인;을 포함하되,
상기 다공성 스크린이 상기 액체 연료 탱크의 길이와 같거나 더 짧게 형성하고,
상기 베인은 상기 액체 연료 탱크의 내부에서 상기 다공성 스크린의 중심과 만나는 동일한 중심선 상에 형성되어 상기 다공성 스크린을 따라 상기 탱크 출구의 반대측에 일정 거리 이격되게 다수개가 형성하거나, 상기 다공성 스크린에서 상기 탱크 출구의 반대측 단부에 상기 액체 연료 탱크의 길이 방향을 따라 일정 거리 이격되어 다수개를 형성하는 것을 특징으로 하는 액체 연료 탱크. - 제1항에 있어서,
상기 다공성 스크린은 평직(plain weave), 능직(twilled weave), 평첩직(plian dutch weave), 및 능첩직(twilled dutch weave) 중에서 선택된 어느 하나로 직조한 것을 특징으로 하는 액체 연료 탱크. - 제1항에 있어서,
상기 베인은 상기 다공성 스크린의 중심과 만나는 동일 중심선 상에 형성되는 제1 회전축에 지지되어 회전하는 것을 특징으로 하는 액체 연료 탱크. - 삭제
- 삭제
- 삭제
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| KR102563410B1 true KR102563410B1 (ko) | 2023-08-04 |
Family
ID=87568440
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020230027686A KR102563410B1 (ko) | 2023-03-02 | 2023-03-02 | 액체 연료 탱크 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102563410B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056097A (ja) * | 1983-09-06 | 1985-04-01 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 密着性に優れた表面処理鋼板 |
| JPH05238479A (ja) | 1992-02-25 | 1993-09-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 水上船艇の水中航走体防御装置 |
| US5901557A (en) * | 1996-10-04 | 1999-05-11 | Mcdonnell Douglas Corporation | Passive low gravity cryogenic storage vessel |
| KR20010072910A (ko) * | 1998-09-01 | 2001-07-31 | 캐롤린 에이. 베이츠 | 중공형 구체를 제어가능하게 파괴하는 장치 |
-
2023
- 2023-03-02 KR KR1020230027686A patent/KR102563410B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056097A (ja) * | 1983-09-06 | 1985-04-01 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | 密着性に優れた表面処理鋼板 |
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