KR20110076267A - 표면변형부를 구비하는 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기 - Google Patents

표면변형부를 구비하는 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 고정익 형태의 항공기 날개에 있어서, 상기 항공기 날개의 상부스킨에 구비되되, 항공기가 순항 중에는 평편한 상태를 유지하여 상기 항공기 날개에 작용하는 항력을 감소시키며, 항공기가 이착륙하는 경우에는 내측으로 흡입되어 와류를 발생시키는 복수 개의 표면변형부를 포함하는 항공기 날개를 제공한다.
항공기, 날개, 와류

Description

표면변형부를 구비하는 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기{Airplane wing having means for transforming wing skin and airplane including the same}
본 발명은 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 날개 상부면에 표면변형부를 구비하여 항공기가 순항 중에는 날개에 작용하는 항력을 감소시키고, 항공기가 이착륙하는 경우에는 양력을 증가시키는 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기에 관한 것이다.
항공기의 운행 중에는 날개 표면을 따라 공기가 흐른다. 이때 날개 아래쪽에서 속도가 빨라지면서 압력이 낮아지므로 날개 상하면의 압력차이에 의해 양력을 얻는다. 양력은 속도가 빠르면 빠를수록 커지므로 날개 표면의 저항을 작게 해서 되도록 공기의 흐름을 빠르게 해야한다. 그런데 날개표면에 공기가 흐를 때 , 속도가 크지 않은 동안은 표면을 따라 흐르지만 속도가 커지면 유체는 표면에서 이탈해 간다. 이것을 박리(separation)이라 한다.
한편, 날개 표면에서 발생하는 공기의 유동 박리점(flow separation point)을 날개의 뒷부분까지 지연시킴으로써 항공기의 이착륙시 양력 증가 효과를 가져올 수 있다. 일반적으로, 상기와 같은 양력 증가 효과를 발생시키기 위해 항공기의 날 개에 와류 발생장치(vortex generator)를 장착한다.
종래의 와류 발생장치는 날개 상면에 지느러미처럼 생긴 돌기로 형성되었다. 이러한 종래 와류 발생장치는 항공기의 이착륙시에는 양력을 증가시키는 효과가 있었으나, 순항 시에는 항공기 날개의 항력을 증가시켰다. 즉, 종래의 와류 발생장치는 항공기가 순항할 경우에는 양력을 증가시켜 항공기 운항 효율을 감소시키는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 항공기가 순항 시에는 원래 날개의 표면과 동일한 형상을 유지함으로써 항력을 감소시키고, 항공기가 이착륙할 시에는 내부로 흡입되어 와류를 발생시켜 양력을 증가시키는 표면변형부를 구비한 항공기 날개 및 이를 포함하는 항공기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 고정익 형태의 항공기 날개에 있어서, 상기 항공기 날개의 상부스킨에 구비되되, 항공기가 순항 중에는 평편한 상태를 유지하여 상기 항공기 날개에 작용하는 항력을 감소시키며, 항공기가 이착륙하는 경우에는 내측으로 흡입되어 와류를 발생시키는 복수 개의 표면변형부를 포함하는 항공기 날개를 제공한다.
상기 복수 개의 표면변형부는 상기 항공기 날개의 전방부에 형성될 수 있다.
상기 복수 개의 표면변형부는 일정한 간격으로 배치될 수 있다.
상기 복수 개의 표면변형부의 하부에 구비되는 챔버를 더 포함할 수 있다.
상기 챔버 내부에 설치되어 상기 챔버 내부의 압력을 측정하는 챔버압력 측정센서, 상기 표면변형부 외부의 대기압을 측정하는 대기압 측정센서를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 항공기 날개를 포함하며, 상기 챔버 내부의 압력을 변 화시켜 상기 표면변형부를 변형시키는 펌프를 더 포함하는 항공기를 제공한다.
상기 챔버압력 측정센서와 대기압 측정센서로부터 측정값을 수신하여 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 항공기가 순항 시에는 원래 날개의 표면과 동일한 형상을 유지함으로써 항력을 감소시키고, 항공기가 이착륙할 시에는 내부로 흡입되어 와류를 발생시켜 양력을 증가시키는 표면변형부를 구비하여 항공기의 운행 효율을 증가시키는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 날개를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 구성을 나타낸 개략도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기는 항공기 날개(10), 펌프(20), 제어부(30)를 포함하여 구성된다.
항공기 날개(10)는 상부스킨(11)에 구비되는 표면변형부(12), 챔버(13), 챔버압력 측정센서(14), 대기압 측정센서(15)를 포함하여 구성된다.
표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10)의 상부스킨(11)에 구비된다. 상기 표면변형부(12)는 상기 상부스킨(11)의 전방에 형성되는 것이 바람직하다. 상기 표면변형부(12)는 원형 또는 타원형으로서, 신축성을 가진 소재로 구성된다. 상기 표면변형부(12)는 상기 챔버(13) 내의 압력에 따라 상기 상부스킨(11)과 동일한 높이로 평편한 상태를 유지하거나, 내부로 흡입되어 오목한 형상을 유지한다.
챔버(13)는 내부에 소정의 공간을 형성하고 있으며 상기 표면변형부(12)의 하부에 구비된다. 상기 챔버(13)는 외부와 차단된 밀폐된 공간이다.
챔버압력 측정센서(14)는 상기 챔버(13) 내부의 압력을 측정하며, 측정된 챔버압력 측정값을 상기 제어부(30)로 송신한다. 상기 챔버압력 측정센서(14)는 상기 챔버(13) 내부에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 대기압 측정센서(15)는 상기 표면변형부(12)의 외부, 즉 상기 항공기 날개(10) 외부의 대기압을 측정하여 상기 제어부(30)로 송신한다. 상기 대기압 측 정센서(15)는 상기 상부스킨(11)에 설치되는 것이 바람직하다.
펌프(20)는 상기 제어부(30)로부터 작동명령을 수신하여, 상기 챔버(13) 내부의 압력을 변화시킨다. 상기 펌프(20)는 상기 챔버(13) 내부의 공기를 흡입함으로써, 상기 챔버(13) 내부의 압력을 상기 표면변형부(12) 외부의 대기압 보다 낮게 유지시킨다. 또는, 상기 챔버(13)로 공기를 공급함으로써 상기 챔버(13) 내부 압력과 상기 표면변형부(12) 외부의 대기압을 동일하게 유지시킨다. 상기 펌프(20)가 상기 챔버(13)의 공기를 흡입하는 경우에는, 상기 표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10)의 내부로 흡입되어 오목한 형상이 된다. 더불어, 상기 펌프(20)가 상기 챔버(13)로 공기를 공급하여 상기 챔버(13) 내의 압력과 상기 항공기 날개(10) 외부의 대기압을 동일하게 유지시키는 경우에는, 상기 표면변형부(12)는 상기 상부스킨(11)과 동일한 높이로 평편한 상태를 유지한다.
제어부(30)는 상기 챔버압력 측정센서(14)와 상기 대기압 측정센서(15)로부터 챔버압력 측정값과 대기압 측정값을 수신하여 상기 펌프(20)의 작동을 제어한다. 항공기가 이착륙할 경우에는, 상기 제어부(30)는 상기 펌프(20)가 상기 챔버(13) 내의 공기를 흡입하도록 작동시킨다. 더불어, 상기 제어부(30)는 상기 챔버압력 측정값과 상기 대기압 측정값의 차이가 설정 차압에 이를 경우 상기 펌프(20)의 작동을 정지시킨다. 따라서, 상기 챔버(13) 내의 압력이 과도하게 낮아져 상기 표면변형부(12)가 파손되는 것을 방지한다.
항공기가 순항할 경우에는, 상기 제어부(30)는 상기 펌프(20)가 상기 챔버(13)로 공기를 공급하도록 작동시킨다. 더불어, 상기 제어부(30)는 상기 챔버압력 측정값과 상기 대기압 측정값이 같아지면 상기 펌프(20)의 작동을 정지시켜, 상기 표면변형부(12)가 상기 상부스킨(11)과 동일한 높이를 유지하도록 한다.
도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 날개 및 항공기의 작동원리에 대해 설명한다.
도 3은 도 2의 A를 확대한 도면으로서 표면변형부의 작동상태를 나타낸 도면이다. 도 3을 참조하면 상기 항공기 날개의 표면변형부는 항공기의 주행 상황에 따라 달리 작동한다.
도 3의 (a)는 항공기가 이착륙할 경우의 표면변형부(12)의 상태도로서 이를 참조하면, 항공기가 이착륙할 경우에는 상기 표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10)의 내측으로 흡입된 상태를 유지한다. 즉, 상기 표면변형부(12)는 오목한 형상을 유지한다.
항공기가 이착륙할 경우에, 상기 펌프(20)는 상기 제어부(30)의 작동신호에 따라 상기 챔버(13) 내의 공기를 흡입하고, 상기 챔버(13) 내의 압력을 상기 표면변형부(12) 외부의 대기압 보다 낮게 유지시킨다. 따라서, 상기 표면변형부(12)는 챔버압력과 대기압의 차압으로 인해 상기 항공기 날개(10) 내부로 압력을 받으며, 상기 표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10) 내부로 흡입되어 오목하게 변형된다. 상기 표면변형부(12)가 오목하게 변형됨으로써 상기 상부스킨(11)의 전방부를 지나가는 공기에 난류가 발생한다. 상기 난류로 인하여 상기 항공기 날개(10)의 상부스킨(11)에서 발생하는 공기의 유동 박리점이 상기 항공기 날개(10)의 뒷 부분으로 후퇴하고 이는 항공기 날개(10)의 양력을 증가시킨다.
도 3의 (b)는 항공기가 순항할 경우의 표면변형부(12)의 상태도로서 이를 참조하면, 항공기가 순항할 경우에는 상기 표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10)의 상부스킨(11)과 동일한 형상을 유지한다. 즉, 상기 표면변형부(12)는 상기 항공기 날개(10)의 상부스킨(11)과 평편한 상태를 유지한다.
항공기가 순항할 경우에, 상기 펌프(20)는 상기 제어부(30)의 작동신호에 따라 상기 챔버(13) 내부로 공기를 유입시켜 상기 챔버(13) 내의 압력과 상기 표면변형부(12) 외부의 대기압을 동일하게 유지시킨다. 따라서, 상기 상부스킨(11)의 전방부에서 난류가 발생하지 않으므로, 상기 상부스킨(11)의 전방부에 난류가 발생하는 경우에 비해 항공기 날개(10)에 작용하는 항력이 감소한다. 더불어, 감소된 항력의 영향으로 항공기의 운항 효율이 증가하고 소비되는 연료가 감소한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기 날개를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 항공기의 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 도 2의 A를 확대한 도면으로서 표면변형부의 작동상태를 나타낸 도면이다.
< 도면의 주요부호에 대한 간단한 설명 >
10 항공기 날개 11 상부스킨
12 표면변형부 13 챔버
14 챔버압력 측정센서 15 대기압 측정센서
20 펌프 30 제어부

Claims (7)

  1. 여객 또는 화물을 수송하는 고정익 항공기 날개에 있어서,
    상기 항공기 날개의 상부스킨에 구비되되,
    상기 항공기가 순항 중에는 평편한 상태를 유지하여 상기 항공기 날개에 작용하는 항력을 감소시키며, 상기 항공기가 이착륙하는 경우에는 내측으로 흡입되어 와류를 발생시키는 복수 개의 표면변형부를 구비한 항공기 날개.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 표면변형부는 상기 상부스킨의 전방부에 구비되는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수 개의 표면변형부는 일정한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수 개의 표면변형부의 하부에 구비되는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 챔버 내부에 설치되어 상기 챔버 내부의 압력을 측정하는 챔버압력 측정센서;
    상기 표면변형부 외부의 대기압을 측정하는 대기압 측정센서;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  6. 제5항에 따른 항공기 날개를 포함하며,
    상기 챔버 내부의 압력을 변화시켜 상기 표면변형부를 변형시키는 펌프를 더 포함하는 항공기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 챔버압력 측정센서와 대기압 측정센서로부터 측정값을 수신하여 상기 펌프의 작동을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
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