KR20120065750A - 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브 - Google Patents

아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브에 관한 것으로, 본 발명의 목적은 충격파가 생기지 않는 아음속 범위에서 운항하는 항공기에서, 받음각, 정압, 동압을 측정하는 프로브의 형상을 개선함으로써 간단한 개선만으로도 매우 효과적으로 통합적인 대기 자료의 수집이 가능하고 또한 자료 정확성을 크게 향상시킬 수 있는, 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브를 제공함에 있다.
본 발명의 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브는, 항공기(200) 표면에 부착되어 대기 상태의 자료를 측정하는 측정 프로브(100)에 있어서, 공기가 불어들어오는 방향을 전향, 공기가 불어나가는 방향을 후향, 상기 항공기(200) 표면을 향하는 방향을 하측, 상기 항공기(200) 표면으로부터 멀어지는 방향을 상측이라고 하며, 하기 본체(110)에서 대기의 흐름 방향과 나란한 방향의 면을 평행면(S0)이라고 할 때, 평면 형태로 형성되며, 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 배치되는 본체(110); 봉 형태로 형성되어 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 돌출 연장되게 배치되며, 대기의 흐름 방향에 따라 상기 본체(110)이 대기 흐름 방향에 나란한 방향으로 배치되게 회전 가능하도록 상기 본체(110)의 전향측 끝단에 삽입 구비되는 회전축(120); 상기 본체(110)의 평행면(S0) 상에서 전향면(S1)측 상측에 배치 형성되어 대기의 정압을 측정하는 정압 측정부(130); 상기 본체(110)의 전향면(S1)의 상측에 형성되어 대기의 동압을 측정하는 동압 측정부(140); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브 {Integrated Air-Data Probe for Subsonic Aircraft}
본 발명은 항공기 운항 안정성을 향상시킬 수 있는 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브에 관한 것이다.
항공기의 운항에 있어서 대기의 상태를 파악하는 것은 가장 기본적인 중요한 사항이다. 즉 대기의 풍속, 압력, 습도 등과 같은 상태 자료를 정확하게 수집하고, 이를 이용하여 항공기의 작동을 제어함으로써 항공기의 운항을 보다 안정적으로 수행할 수 있는 것이다. 이를 위하여 일반적으로 항공기에는 운항 중에 대기 상태를 측정하기 위한 다양한 측정 장비들이 구비되어 있다. 그 중 프로브는 항공기 운항 중의 받음각과 정압 및 동압을 측정하기 위한 장비이다. 일반적으로 항공기는 충격파가 발생하지 않는 범위의 속도인 아음속으로 운행하며, 따라서 이러한 프로브 역시 이러한 환경 조건에 따라 설계되게 된다.
한국등록특허 제0588045호("일체로 된 공기 온도 센서를 가지는 항공기 프로브", 이하 선행기술 1)에는, 공기 온도 센서가 프로브에 일체화되도록 하되 프로브와 온도 센서가 열적으로 차단되도록 하여, 온도와 압력을 포함하는 항공기 운항 중의 대기 상태를 보다 정확하게 측정할 수 있도록 하는 기술이 개시되어 있다. 보다 상세히는, 선행기술 1에서는, 항공기 센서 프로브 조립체에 있어서, 비행 기류 안으로 돌출 축선을 따라 항공기로부터 외방으로 돌출하며, 상기 돌출 축선을 중심으로 회전 운동하도록 장착된 가늘고 긴 프로브 요소; 상기 프로브 요소에 형성되고, 한 개 이상의 압력 포트로부터 유체 격리되며, 기류의 일부가 유입 및 유출하는 것을 각각 허용하는 유입 및 유출 포트를 가지는 온도 감지 챔버; 및 상기 온도 감지 챔버로 유입하는 상기 기류의 온도를 감지하도록 상기 온도 감지 챔버에 배치된 온도 센서를 포함하며, 상기 기류 유입포트는 상기 프로브 요소의 회전이 상기 기류 유입포트를 접근 기류의 정체선에 일치하도록 상기 돌출 축선에 대하여 길이방향으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 항공기 센서 프로브 조립체가 개시되어 있다.
또한 한국등록특허 제0566349호("대기의 기상 상태 탐지 방법", 이하 선행기술 2)에는, 항공기가 비행함에 있어서 위험한 대기 상태를 탐지하여 조종사 또는 지상 요원에게 조기 경고를 제공하기 위한 장치와 그 방법을 개시하고 있다. 보다 상세히는, 선행기술 2에서는, 운항 중인 항공기에 위험을 주고, 대기 중에 자연적인 음파를 생성하는 대기의 악천후 상태를 탐지하는 방법에 있어서, 광 빔을 생성하는 레이저 장치를 제공하는 단계와, 상기 악천후 상태로부터 떨어진 위치에서 상기 광 빔을, 상기 자연적인 음파에 응답하여 운동하는 광 반사 물질을 포함하고 있는 프로브 볼륨 내로 지향(direct)시키는 단계와, 상기 물질로부터 반사된 광을 집광하는 단계와, 상기 집광된 광으로부터 상기 자연적인 음파 및 상기 악천후 상태를 나타내는 출력 정보를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 프로브 볼륨은 가상 마이크로서 작용하는 것을 특징으로 하는 악천후 상태 탐지 방법이 개시되어 있다.
선행기술 1에서는 프로브에 온도 센서가 구비되도록 함으로써 통합적인 대기 자료를 수집하도록 하고 있으며, 선행기술 2에서는 음파를 이용하여 대기 자료를 수집하도록 하고 있다. 이와 같이, 종래에도 대기 자료를 보다 정확하면서도 효율적으로 수집할 수 있게 하기 위한 다양한 기술들이 연구 및 개시되어 왔다.
그러나 선행기술 1, 2와 같은 종래기술들의 경우 통합적으로 대기 자료를 수집하기 위한 장비가 상당히 복잡하게 설계되고 있으며, 이에 따라 장비의 제작, 설치, 유지 관리 등이 난해해지고 또한 이러한 작업에 드는 시간, 인력, 비용이 상승하는 등의 문제가 있다. 또한, 특히 기존의 프로브가 측정하였던 받음각, 정압, 동압 등의 대기 자료를 측정함에 있어서, 선행기술 1, 2와 같은 종래기술들은 필요한 데이터 이외에 수집하게 되는 데이터가 많아서, 결국은 프로브의 개선이 아니라 전체적인 시스템의 개선이 되는 셈이 되어, 이러한 종래기술을 기존의 항공기에 적용하려면 많은 변화가 이루어져야 하는 문제가 있다.
따라서 보다 단순하여 기존의 항공기에 적용이 용이하면서도, 종래보다 정확성이 개선되어 효과적으로 통합적인 대기 자료를 수집할 수 있는 장비에 대한 요구가 꾸준히 있어 왔다.
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 충격파가 생기지 않는 아음속 범위에서 운항하는 항공기에서, 받음각, 정압, 동압을 측정하는 프로브의 형상을 개선함으로써 간단한 개선만으로도 매우 효과적으로 통합적인 대기 자료의 수집이 가능하고 또한 자료 정확성을 크게 향상시킬 수 있는, 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브를 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브는, 항공기(200) 표면에 부착되어 대기 상태의 자료를 측정하는 측정 프로브(100)에 있어서, 공기가 불어들어오는 방향을 전향, 공기가 불어나가는 방향을 후향, 상기 항공기(200) 표면을 향하는 방향을 하측, 상기 항공기(200) 표면으로부터 멀어지는 방향을 상측이라고 하며, 하기 본체(110)에서 대기의 흐름 방향과 나란한 방향의 면을 평행면(S0)이라고 할 때, 평면 형태로 형성되며, 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 배치되는 본체(110); 봉 형태로 형성되어 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 돌출 연장되게 배치되며, 대기의 흐름 방향에 따라 상기 본체(110)이 대기 흐름 방향에 나란한 방향으로 배치되게 회전 가능하도록 상기 본체(110)의 전향측 끝단에 삽입 구비되는 회전축(120); 상기 본체(110)의 평행면(S0) 상에서 전향면(S1)측 상측에 배치 형성되어 대기의 정압을 측정하는 정압 측정부(130); 상기 본체(110)의 전향면(S1)의 상측에 형성되어 대기의 동압을 측정하는 동압 측정부(140); 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 측정 프로브(100)는 상기 정압 측정부(130)가 상기 동압 측정부(140)보다 하측에 배치되는 것을 특징으로 한다.
또항, 상기 정압 측정부(130)는 상기 평행면(S0) 상에 적어도 하나 이상의 통공이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 본체(110)는 전향면(S1)보다 후향면(S2)이 긴 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 받음각에 따라 회전하는 프로브에 정압을 측정하는 정압 포트 및 동압을 측정하는 동압 포트가 일체로 구비되어 있음으로써, 일반적인 항공기는 받음각 센서와 피토/정압(pitot/static) 센서가 별도의 부품으로 분리되어 있는데 비하여, 본 발명의 통합형 프로브는 일체형으로 모든 기능을 포함하고 있으므로 설치, 운용 및 정비가 용이하고 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.
특히 본 발명에 의하면, 받음각 변화에 따라 프로브가 유동 방향에 정렬되는 반응시간을 단축하기 위하여 프로브의 뒷부분과 바깥부분에 면적이 보강되어 동적 특성이 우수한 형상을 가지고 있다.
즉 본 발명에 의하면 간단한 장치로도 받음각, 정압 및 동압을 동시에 측정할 수 있으며, 동적 특성이 우수하여 급격한 기동 시에도 순간적인 받음각을 정확히 측정할 수 있어, 제작, 설치, 운용에 드는 비용을 최소화하면서도 정확하고 통합적인 대기 자료를 용이하게 수집할 수 있는 큰 장점이 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 측정 프로브.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 통합형 대기 자료 측정 프로브를 도시한 것이다. 도시되어 있는 바와 같이, 본 발명의 통합형 대기 자료 측정 프로브(100)는 항공기(200) 표면에 부착되어 대기 상태의 자료를 측정하는 측정 프로브(100)로서, 본체(110), 회전축(120), 정압 측정부(130) 및 동압 측정부(140)를 포함하여 이루어진다. 여기에서, 공기가 불어들어오는 방향을 전향, 공기가 불어나가는 방향을 후향, 상기 항공기(200) 표면을 향하는 방향을 하측, 상기 항공기(200) 표면으로부터 멀어지는 방향을 상측이라고 하며, 또한 상기 본체(110)에서 대기의 흐름 방향과 나란한 방향의 면을 평행면(S0)이라고 한다. 이하에서 각부에 대하여 보다 상세히 설명한다.
상기 본체(110)는 도시된 바와 같이 평면 형태로 형성되며, 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 배치된다. 도시되어 있는 바와 같이 상기 본체(110)는 평면 형태로 형성되되, 공기 흐름 방향에 대해 수직한 방향으로 배치되는 한 쌍의 좁은 면들 중, 전향 쪽 즉 불어들어오는 공기를 맞는 쪽 면을 전향면(S1), 그리고 후향 쪽 즉 공기가 불어나가는 쪽 면을 후향면(S2)이라고 칭한다.
상기 회전축(120)은 봉 형태로 형성되어 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 돌출 연장되게 배치되며, 상기 본체(110)의 전향측 끝단에 삽입 구비된다. 즉 상기 본체(110)가 상기 회전축(120)(이 삽입 구비된 전향측 끝단)을 중심으로 회전 가능하게 됨으로써, 대기의 흐름 방향에 따라 상기 본체(110)이 대기 흐름 방향에 나란한 방향으로 회전하여 배치될 수 있게 된다. (이와 같은 동작 조건을 고려하였을 때, 바람이 부는 방향에 따라 상기 본체(110)가 상기 회전축(120)을 중심으로 회전하게 되어 결과적으로 상기 본체(110)의 넓은 면은 항상 대기의 흐름 방향과 나란하게 배치되게 되므로, 상기 본체(110)의 넓은 면을 평행면(S0)이라고 칭하는 것에 무리가 없다.)
이 때, 본 발명에서 상기 본체(110)에는 상기 정압 측정부(130)와 상기 동압 측정부(140)가 모두 구비되어 있게 된다. 보다 상세히는, 상기 정압 측정부(130)는 대기의 정압을 측정하도록 상기 본체(110)의 평행면(S0) 상에서 전향면(S1)측 상측에 배치 형성되며, 상기 동압 측정부(140)는 대기의 동압을 측정하도록 상기 본체(110)의 전향면(S1)의 상측에 형성된다. 상기 정압 측정부(130) 및 상기 동압 측정부(140)는 도면에서는 단지 상기 본체(110)의 각 면 상에 형성된 통공 형태로만 도시되었으나, 물론 상기 정압 측정부(130) 및 상기 동압 측정부(140)는 각각이 압력을 측정하는 일반적인 장치인 피토(pito)관 형태 등으로 이루어질 수 있다. 또는 상기 정압 측정부(130) 및 상기 동압 측정부(140)는 반드시 피토관 형태가 아니더라도 유동하는 대기의 압력을 측정할 수 있다면 어떠한 형태로 형성되어도 무방하다. 유동하는 대기의 압력을 측정할 수 있는 장치 자체에 대해서는 다양한 기술이 공지되어 있으므로, 상기 정압 측정부(130) 및 상기 동압 측정부(140)의 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다.
이와 같이 본 발명의 측정 프로브(100)는, 바람의 방향에 따라 회전함으로서 받음각을 측정할 수 있는 본체(110) 및 회전축(120)과, 상기 본체(110) 상에 형성되어 각각 대기의 동압 및 정압을 측정하는 정압 측정부(130) 및 동압 측정부(140)가 구비되어 있어, 하나의 장치로 받음각, 정압, 동압을 모두 측정할 수 있게 된다. 이에 따라 종래에 각각의 데이터를 측정하기 위한 장치들이 서로 별도의 장치들로 이루어지게 되어 장비의 설치, 제작, 운용 등이 복잡해지는 문제가 일시에 해소될 수 있게 된다.
상기 측정 프로브(100)에서, 상기 동압 측정부(140)는 도시된 바와 같이 상기 본체(110)의 전향면(S1) 상측에 편향되어 위치된다. 이 때 보다 안정적인 정압의 측정이 이루어질 수 있도록, 도시된 바와 같이 상기 정압 측정부(130)는 상기 동압 측정부(140)보다 하측에 배치되도록 한다. 더불어, 상기 정압 측정부(130)는 상기 평행면(S0) 상에 적어도 하나 이상의 통공이 형성되어 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 본체(110)는 전향면(S1)보다 후향면(S2)이 긴 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉 상기 본체(110)의 평행면(S0) 쪽에서 보았을 때, 상기 본체(110)는 전향면(S1)이 짧고 후향면(S2)이 긴 사다리꼴 형태로 이루어지게 되는 것이다.
상기 본체(110)가 이와 같이 형성됨으로써 상기 측정 프로브(100)는 받음각의 변화가 급격히 이루어지는 경우에도 상기 측정 프로브(100)가 대기의 흐름 방향에 나란하게 정렬되는 데 걸리는 시간이 훨씬 단축된다. 이에 따라 본 발명의 측정 프로브(100)는 급격한 기동 중에도 받음각을 정확하게 측정할 수 있게 된다.
또한, 상기 측정 프로브(100)가 이와 같이 급격한 기동 시에도 정확한 받음각을 가지도록 신속히 정렬되는 우수한 동적 특성을 가짐으로써, 상기 정압 측정부(130) 및 상기 동압 측정부(140)에서 측정되는 정압 및 동압 자료의 정확성 및 신뢰성 또한 높아지게 된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: (본 발명의) 측정 프로브
110: 본체 120: 회전축
130: 정압 측정부 140: 동압 측정부
200: 항공기

Claims (4)

  1. 항공기(200) 표면에 부착되어 대기 상태의 자료를 측정하는 측정 프로브(100)에 있어서,
    공기가 불어들어오는 방향을 전향, 공기가 불어나가는 방향을 후향, 상기 항공기(200) 표면을 향하는 방향을 하측, 상기 항공기(200) 표면으로부터 멀어지는 방향을 상측이라고 하며, 하기 본체(110)에서 대기의 흐름 방향과 나란한 방향의 면을 평행면(S0)이라고 할 때,
    평면 형태로 형성되며, 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 배치되는 본체(110);
    봉 형태로 형성되어 상기 항공기(200) 표면에 대하여 수직으로 돌출 연장되게 배치되며, 대기의 흐름 방향에 따라 상기 본체(110)이 대기 흐름 방향에 나란한 방향으로 배치되게 회전 가능하도록 상기 본체(110)의 전향측 끝단에 삽입 구비되는 회전축(120);
    상기 본체(110)의 평행면(S0) 상에서 전향면(S1)측 상측에 배치 형성되어 대기의 정압을 측정하는 정압 측정부(130);
    상기 본체(110)의 전향면(S1)의 상측에 형성되어 대기의 동압을 측정하는 동압 측정부(140);
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 측정 프로브(100)는
    상기 정압 측정부(130)가 상기 동압 측정부(140)보다 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 정압 측정부(130)는
    상기 평행면(S0) 상에 적어도 하나 이상의 통공이 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 본체(110)는
    전향면(S1)보다 후향면(S2)이 긴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 아음속 항공기용 통합형 대기 자료 측정 프로브.
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