KR20080042267A - 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무인항공기(UAV)나 R/C 모형 항공기 등의 엔진이 항공기 동체에 구비될 시, 엔진의 냉각을 위해 항공기 동체에 공기 흡입구와 공기 배출구를 구비하며, 상기 공기 흡입구와 공기 배출구 간의 공기 통로에 엔진을 장착하고, 상기 공기 통로의 후방측으로 일정 길이를 갖는 배기구를 구비함으로써, 배기구를 통해 배출되는 연소가스와 함께 공기가 공기 배출구로 배출되고, 이로 인해 공기 흡입구 측으로 공기가 빠르게 흡입되어 엔진을 냉각시키는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치에 관한 것으로, 항공기 동체의 일측에 구비되는 전방향 공기 흡입구와, 상기 공기 흡입구와 일측 단이 연통하며, 상기 항공기 동체를 따라 후방향 일정 길이를 갖는 공기 통로와, 상기 공기 통로의 타측 단과 연통하며, 상기 항공기 동체의 후방측 외벽을 관통하여 형성되는 일정 크기의 공기 배출구와, 상기 공기 통로 간에 구비되는 일정 크기의 엔진 및 상기 엔진에 구비되며, 상기 공기 통로를 따라 후방 일정 길이를 갖게 형성되는 배기관으로 구성된 것을 특징으로 한다.

R/C 모형 항공기, 무인항공기(UAV), 틸트 로터, 엔진, 냉각장치, 피스톤, 배기관

Description

엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치{An engine cooling system which utilize engine exhaust gas for cooling air flow}

도 1a는 종래의 무인항공기용 엔진 냉각 장치의 일 예를 보인 구성도,

도 1b는 종래의 무인항공기용 엔진 냉각 장치의 다른 실시 예를 보인 구성도,

도 2는 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치의 일 예를 보인 부분단면도,

도 3은 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치의 사용 예를 보인 사용상태도이다.

[도면의 주요부위에 대한 부호의 설명]

10: 공기 흡입구 11: 흡입 덕트

12: 개구부 20: 공기 통로

30: 공기 배출구 40: 엔진

50: 배기관

본 발명은 무인항공기 및 R/C 모형 항공기의 엔진 냉각장치에 관한 것으로, 좀더 상세히 설명하면, 무인항공기 및 R/C 모형 항공기의 엔진이 동체에 구비될 시, 엔진의 냉각을 위해 항공기 동체에 공기 흡입구와 공기 배출구를 구비하며, 상기 공기 흡입구와 공기 배출구 간의 공기 통로에 엔진을 장착하고, 상기 공기 통로의 후방측으로 일정 길이를 갖는 배기구를 구비함으로써, 배기구를 통해 배출되는 연소가스와 함께 공기가 공기 배출구로 배출 되고, 이로 인해 공기 흡입구 측으로 공기가 빠르게 흡입되어 엔진을 냉각시키는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치에 관한 것이다.

무인항공기(Unmanned Aerial Vehicle, UAV)는 적외선 감지기 또는 비디오 카메라 및 기상 레이더 등을 갖추고 적진 및 사람이 직접 비행하여 임무수행이 어려운 지역 등을 원격으로 조정하여 임무수행을 하는 첨단 장비이다.

상기 무인항공기는 특히 적진을 정찰하고 미사일을 장착한 무인공격이 가능하여, 유사시 유인 전투기를 통한 고급인력의 희생을 줄일 수 있는 장점이 있으며, 값비싼 전투기의 손실을 최소화할 수 있다.

따라서, 미국에서는 공군과 중앙정보국(CIA) 공동의 프레데터와 글로벌 호크 및 육군의 섀도우 등의 무인전투기를 보유하고 있으며, 이를 이용하여 실제 아프간전 때부터 전장에 실전배치되어 목표지역 실시간 정보제공 및 탐색 등의 임무수행을하고 있다.

이와 같이 고도의 첨단 기술을 이용한 무인항공기는 그 비행 형태에 따라 수직 이착륙이 가능한 헬리콥터형과, 일반 항공기와 같은 고속 비행이 가능한 고정익 형 및 두 가지 형태의 장점을 겸비한 틸트 로터(Tilt-rotor)형이 있다.

고속 비행 및 장시간 비행을 하는 무인항공기에 있어서, 엔진의 과열로 인한 기능 상실과 비행중 운행정지 등과 같은 각종 사고를 발생시키는 주요인으로 작용하고 있으며, 이를 해소하기 위해 다양한 형태의 엔진 냉각장치를 구비하게 된다.

상술한 엔진 냉각장치는, 도 1a 도시와 같이 프로펠러(100)의 후류를 이용하여 엔진(110)을 냉각시키거나, 도 1b 도시와 같이 프로펠러의 후류가 없는 헬리콥터형과 같은 경우 별도의 공기흡입장치(200)를 장착하여 엔진(210)을 냉각시키는 방법 중 무인항공기의 형태에 따라 택일하여 사용하고 있다.

그 이유는 헬리콥터형과 고정익형을 겸비하는 틸트 로터식의 경우 프로펠러와 엔진의 거리가 멀어 프로펠러의 후류를 이용한 엔진냉각이 불가능하고, 별도의 공기흡입장치를 구비하는 헬리콥터형으로 엔진을 냉각시킬 시, 엔진의 출력의 증감에 따른 냉각 공기의 흐름이 발생하여 엔진냉각이 원활하지 않고, 또한 냉각을 위해 엔진 출력을 소모한다는 문제가 있기 때문이다.

즉, 종래의 무인항공기용 엔진 냉각장치는 그 형태가 프로펠러형의 후류를 이용할 시 무인항공기의 출력에 의해 냉각률이 증감되므로 저속비행시 저속의 후류로 인해 엔진 냉각율이 낮아 과열되던 문제가 있었으며, 헬리콥터형의 경우 별도의 공기 흡입장치를 장착하여 엔진의 구동을 통해 작동되므로 무인항공기의 출력이 저하되는 문제가 있었다.

따라서, 엔진 냉각을 위한 별도의 복잡한 기계장치를 장착하지 않으며, 냉각 장치가 엔진의 출력을 저하하지 않는 엔진 냉각장치를 개발하기에 이르렀다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 무인항공기 및 R/C 모형 항공기의 엔진 냉각장치에 있어서, 별도의 엔진출력을 요하는 복잡한 기계장치 없이 엔진 냉각을 원활하게 할 수 있는 엔진 냉각장치를 제공하는데 제 1 목적이 있다.

또한, 프로펠러의 후류를 이용한 냉각이 불가능하거나, 저속의 이착륙 또는 수직 이착륙과 같이 고속으로 흐르는 공기가 없어도 엔진의 냉각을 원활하게 할 수 있는 엔진 냉각장치를 제공하는데 제 2 목적이 있다.

이상과 같은 본 발명의 목적은, 무인항공기(UAV) 및 R/C 모형 항공기에 구비되는 엔진 냉각장치에 있어서, 항공기 동체의 일측에 구비되는 전방향 공기 흡입구와;

상기 공기 흡입구와 일측 단이 연통하며, 상기 항공기 동체를 따라 후방향 일정 길이를 갖는 공기 통로와;

상기 공기 통로의 타측 단과 연통하며, 상기 항공기 동체의 후방측 외벽을 관통하여 형성되는 일정 크기의 공기 배출구와;

상기 공기 통로 간에 구비되는 일정 크기의 엔진 및;

상기 엔진에 구비되며, 상기 공기 통로를 따라 후방 일정 길이를 갖게 형성되는 배기관으로 구성된 것에 의해 달성된다.

한편, 본 발명에 있어서 상기 공기 흡입구는, 상기 항공기 동체의 저면에 형성되며, 일정 폭으로 돌출 형성되는 흡입 덕트와, 상기 흡입 덕트에 전방향에 형성 되어 일정 크기를 갖는 개구부로 구성될 수 있으며, 상기 흡입 덕트는, 상기 개구부 전방에 필터를 장착한 것으로 구비될 수 있다.

또한, 상기 공기 통로는, 상기 배기관을 따라 전방에서 후방으로 좁아지게 형성된 것으로, 상기 배기관 후방측 끝단과 일정 간격으로 밀착형성시킨 것으로 구비될 수 있다.

상기 목적과 본 발명의 다른 목적 및 이점과 특징들은 양호한 실시 예를 도시한 첨부도면과 관련한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 명확해 질 것이다.

이하에서 본 발명의 바른 실시 예를 도시한 첨부도면을 통해 좀더 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 첨부 도시된 도면에 있어서, 도 2는 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치의 일 예를 보인 것으로, 틸트 로터식 무인항공기 중 항공기 동체(1)를 부분 단면도시하여 내측 엔진(40)과 엔진(40)을 냉각시키는 냉각장치의 일 예를 보인 부분 단면도이며, 도 3은 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치의 사용 예를 보인 것으로, 공기 흡입구(10)를 통해 유입되는 공기가 공기 배출구(30)로 배출되는 예를 도시한 사용상태도 이다.

본 발명은 항공기 동체(1)의 일측에 구비되는 전방향 공기 흡입구(10)를 구비한 것으로, 상기 공기 흡입구(10)를 좀더 상세히 설명하면, 상기 항공기 동체(1)의 저면에 형성되며, 일정 폭으로 돌출 형성되는 흡입 덕트(11)와, 상기 흡입 덕트(11)에 전방향에 형성되어 일정 크기를 갖는 개구부(12)로 구비되며, 상기 흡입 덕트(11)에 있어서, 상기 개구부(12) 전방에 필터(미도시)를 장착하여 구비될 수 있다.

한편, 상기 공기 흡입구(10)와 일측 단이 연통하며, 상기 항공기 동체(1)를 따라 후방향 일정 길이를 갖는 공기 통로(20)를 구비하며, 상기 공기 통로(20)의 타측 단과 연통하며, 상기 항공기 동체(1)의 후방측 외벽을 관통하여 형성되는 일정 크기의 공기 배출구(30)로 구비된다.

또한, 상기 공기 통로(20) 간에 일정 크기의 엔진(40)을 구비하고, 상기 엔진(40)에 구비되어 상기 공기 통로(20)를 따라 후방 일정 길이를 갖게 형성되는 배기관(50)으로 구비된다.

한편, 상기 공기 통로(20)는, 상기 배기관(50)을 따라 전방에서 후방으로 좁아지게 형성된 것으로 구성되는 것으로 공기통로의 단면적은 배기관의 단면적에 비례하여 일정한 효율적인 비가 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치는, 전방 프로펠러형 및 헬리콥터형과, 엔진(40)이 항공기 동체(1) 내측에 위치됨과 동시에 전방 프로펠러의 후류를 이용하기 힘든 무인항공기 및 헬리콥터와 회전익을 통해 수직 이착륙 및 고속비행과 천이 비행 가능한 틸트 로터(Tilt rotor)식 무인항공기 등의 엔진을 냉각시키기 위한 것으로, 항공기 동체(1) 측에 상기 엔진(40)이 구비된 무인항공기에 적용실시된다.

이하에서는 설계적으로 항공기 동체(1) 내측에 엔진(40)이 구비될 수밖에 없는 틸트 로터식 무인항공기 적용된 실시 예를 통해 더욱 상세하게 설명하기로 한 다.

도 2 도시와 같이 엔진(40)이 항공기 동체(1) 내측에 구비되는 틸트 로터식 무인항공기는 양측 날개 끝단에 프로펠러가 구비되어 기울기가 조절되며, 이를 통해 수직 이착륙과 고속비행 및 천이 비행이 할 수 있는 무인항공기의 한 종류로서, 항공기 동체(1) 내측 엔진(40)을 냉각시킬 수 있도록 상기 항공기 동체(1) 하측에 구비되는 공기 흡입구(10)를 통해 외부 공기가 내측으로 유입된다.

한편, 상기 공기 흡입구(10)를 통해 유입된 공기는 내측에 형성되는 일정 크기의 공기 통로(20)를 따라 항공기 동체(1) 후방측으로 흐르고, 상기 공기 통로(20)의 후방측 단에 형성된 공기 배출구(30)를 통해 항공기 동체(1) 내측으로 유입된 공기가 배출된다.

상기와 같이 항공기 동체(1)의 상기 공기 흡입구(10)를 통해 유입되는 공기가 상기 공기 배출구(30)를 통해 배출되는 과정에 있어서, 상기 공기 통로(20) 간에 엔진(40)을 장착함으로써, 엔진(40)의 외주면을 따라 빠르게 흐르는 공기가 엔진열을 빼앗아 외부로 배출된다.

이때 상기 공기 통로(20) 간의 공기가 빠르게 배출될 수 있도록 엔진 연소 후 배출되는 배기가스의 배출압력을 이용한 것으로, 상기 공기 통로(20)가 도 3 도시에서 보는 바와 같이 배기관(50)을 따라 후방측으로 점차 내경이 작아지는 형태를 띠고 있어, 마치 전방에서 후방으로 작아지는 원뿔형태를 갖추고 있다.

따라서, 상기 배기관(50)을 따라 연소된 배기가스가 고속의 높은 압력으로 배출되면 상대적으로 낮은 압력을 갖는 상기 공기 통로(20) 간에 공기를 끌어당겨 배기가스와 공기가 상기 공기 배출구(30)를 통해 함께 배출된다.

이로 인해 상기 공기 통로(20) 간의 공기가 부족하게 되어 자연스럽게 상기 공기 흡입구(10)고 일정량의 공기가 흡입되게 되는데, 상기 배기관(50)을 통해 빠져나가는 공기의 속도가 빠르기 때문에 상기 공기 흡입구(10)를 통해 흡입되는 공기 역시 빠르게 흡입된다.

결과적으로, 상기 공기 흡입구(10)를 통해 흡입되는 공기는, 상기 공기 통로(20) 간에 장착된 엔진(40)의 외주면을 따라 흐르기 때문에 엔진(40)의 열을 자연스럽게 빼앗아 배출하게 되고, 이로 인해 엔진(40) 냉각이 이루어진다.

또한, 상기 공기 흡입구(10)를 통해 공기의 흡입이 용이하도록 일정 폭을 갖는 흡입 덕트(11)를 구비한 것으로, 상기 흡입 덕트(11)는 전방향으로 형성된 개구부(12)를 통해 무인항공기의 고속 비행시에는 더 많은 양의 공기 흡입이 가능하여 냉각이 용이하게 된다.

한편, 상기 개구부(12)는 별도의 공기 여과장치 없이 실시되는 것이나, 당업자가 용이하게 실시하기 위해, 상기 개구부(12) 측에 필터(미도시) 또는 그릴(미도시) 등을 장착하여 흡입되는 공기 중에 먼지나 이물질의 유입으로 인해 발생할 수 있는 엔진 고장을 방지하도록 변형 실시될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예로서 틸트 로터식 무인항공기에 적용실시된 것으로 명시되고 도시되었으나, 무인항공기의 엔진 냉각을 위한 다양한 형태의 무인항공기에 적용실시될 수 있으며, 첨부 도시된 상기 흡입 덕트(11)와 엔진(40) 및 공기 통로(20)의 형상 및 위치는 당업자가 용이하게 실시하기 위해 변형실시되어도 무관하 다.

따라서, 본 발명은 엔진(40)의 배기관(40)을 통해 배출되는 배기가스가 갖는 고속의 높은 압력을 이용해 상대적으로 낮은 압력의 주위 공기를 끌어당겨 빠르게 배출시키고, 이로 인해 엔진(40)의 표면을 따라 빠르게 흐르는 공기로 인해 엔진(40)의 열을 냉각시킬 수 있으며, 결과적으로 무인항공기가 고속이 아닌 수직 이착륙시에도 빠른 공기 흡입과 배출이 가능하여 엔진(40)의 온도를 일정 수준으로 유지할 수 있는 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치인 것에 그 기술적 특징이 있다.

이상과 같이 구성되고 작용하는 본 발명의 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치의 사용으로, 무인항공기의 엔진 냉각장치에 있어서, 별도의 엔진출력을 요하는 복잡한 기계장치 없이 엔진 냉각을 원할하게 할 수 있으며, 프로펠러의 후류를 이용한 냉각이 불가능하거나, 저속의 이착륙 또는 수직 이착륙과 같이 고속으로 흐르는 공기가 없어도 엔진의 냉각을 원활하게 할 수 있는 효과가 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구범위에 속함은 자명하다.

Claims (4)

1. 무인항공기(UAV) 및 R/C 모형 항공기에 구비되는 엔진 냉각장치에 있어서, 항공기 동체(1)의 일측에 구비되는 전방향 공기 흡입구(10)와;

   상기 공기 흡입구(10)와 일측 단이 연통하며, 상기 항공기 동체(1)를 따라 후방향 일정 길이를 갖는 공기 통로(20)와;

   상기 공기 통로(20)의 타측 단과 연통하며, 상기 항공기 동체(1)의 후방측 외벽을 관통하여 형성되는 일정 크기의 공기 배출구(30)와;

   상기 공기 통로(20) 간에 구비되는 일정 크기의 엔진(40) 및;

   상기 엔진(40)에 구비되며, 상기 공기 통로(20)를 따라 후방 일정 길이를 갖게 형성되는 배기관(50)으로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 공기 흡입구(10)는, 상기 항공기 동체(1)의 저면에 형성되며, 일정 폭으로 돌출 형성되는 흡입 덕트(11)와, 상기 흡입 덕트(11)에 전방향에 형성되어 일정 크기를 갖는 개구부(12)로 구성된 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 흡입 덕트(11)는, 상기 개구부(12) 전방에 필터를 장착하여 엔진 냉각을 위해 흡입되는 공기의 이물질을 제거토록 한 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 공기 통로(20)는, 상기 배기관(50)을 따라 전방에서 후방으로 좁아지게 형성된 것으로, 상기 배기관(50) 후방측 끝단과 일정 간격으로 밀착형성시킨 것을 특징으로 하는 엔진 배기가스를 이용한 엔진 냉각장치.

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