KR20120070844A - 초음속 유동각 측정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음속 유동각 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍량계의 원리를 초음속에 적용을 함으로써, 좁은 공간에서 손쉽게 측정이 가능하고, 사전 데이터 확보가 필요하지 않는 초음속 유동각 측정 장치에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정 장치는, 초음속 유동장에서 유동 방향을 추종하는 날개와 상기 날개의 일단을 축으로 고정하여 움직임을 전달하는 전달부 및 상기 날개의 움직임을 각도로 변환하여 측정하는 유동각측정부를 포함한다.
이에 따라, 사전 데이터 획득이 필요없이 유동각 측정이 가능하다.

Description

초음속 유동각 측정 장치{Device for measuring angle in supersonic flow}

본 발명은 초음속 유동각 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍량계의 원리를 초음속에 적용을 함으로써, 좁은 공간에서 손쉽게 측정이 가능하고, 사전 데이터 확보가 필요하지 않는 초음속 유동각 측정 장치에 관한 것이다.

회전 기기의 설계 및 실험에 있어서 유동장의 각도를 파악하는 것이 압력, 온도 데이터만큼이나 중요한 변수가 된다. 압력, 온도는 쉽게 센서를 이용하여 측정이 가능하지만, 일반적으로 유동각을 측정하기 위해서는 3축(x,y,z) 또는 5축의 피토관을 이용하여 각 축의 피토관에서 측정된 압력값을 통해 유동각을 측정한다. 그러나 피토관을 이용해서 측정하기 위해서는 압력변화와 미리 설정한 유동각 변화를 주어서 각 축의 피토관에서의 압력데이터를 축적하고, 실제 위치에 장착하여 각 피토관에서 압력 값을 측정하여 미리 축적한 데이터를 통해 유동각을 예측할 수 있다. 즉, 사전에 압력 및 유동각을 변화시킨 각 피토관에서의 압력 값에 대한 데이터를 확보해야 측정 압력 값을 이용하여 주어진 압력에서 유동각으로 변환시킬 수 있다.

그러나, 많은 시간과 노력이 들어가기 때문에 피토관 설치 및 사전 데이터 획득의 어려움이 있었고, 그에 따라 실험보다는 가정하는 것이 일반적이어서 정확한 회전기기 작동 메커니즘을 파악하기 어렵다는 문제가 있다.

또한, 3축, 5축 피토관은 공간적 제약이 심한 좁은 영역에서는 사용하기가 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 풍량계의 원리를 초음속에 적용을 함으로써, 좁은 공간에서 손쉽게 측정이 가능하며 사전 데이터 확보가 필요없는 초음속 유동각 측정 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정 장치는, 초음속 유동장에서 유동 방향을 추종하는 날개와 상기 날개의 일단을 축으로 고정하여 움직임을 전달하는 전달부 및 상기 날개의 움직임을 각도로 변환하여 측정하는 유동각측정부를 포함한다.

또한, 상기 날개는 상기 축에 고정되어 회전 운동하며, 축을 기준으로 유동이 나가는 방향에 대해서 상기 날개의 단면적이 더 크게 장착되며, 상기 날개의 단면 형상이 삼각형 또는 머리가 둥근 막대형 형상일 수 있다.

또한, 상기 전달부는 상기 날개의 일단을 고정하는 축과 상기 축의 흔들림을 방지하고, 상기 축의 회전이 가능하게 하는 복수 개의 베어링과 상기 베어링을 상기 축에 고정하는 고정너트 및 상기 축과 상기 유동각측정부를 연결하고, 미세 어긋남을 보정하는 커플링을 포함할 수 있다.

또한, 상기 전달부는 상기 축을 이용하여 상기 날개가 회전할 수 있는 공간을 내부에 포함하는 하우징을 더 포함할 수 있으며, 상기 하우징은 상기 유동각측정부를 지지할 수 있다.

또한 상기 하우징은 상기 축이 통과하는 부분에 상기 축의 단면 크기와 동일한 홀을 가지는 고무 씰과 상기 고무씰을 고정하는 고정장치를 포함하는 누수방지부를 포함할 수 있다.

이때, 상기 고무씰은 상기 복수 개의 베어링 중에서 맨 밑의 베어링 하부에 장착될 수 있다.

또한, 상기 유동각측정부는 각변위센서를 포함하고, 상기 각변위센서는 상기 날개의 회전운동의 회전각을 측정할 수 있다.

본 발명에 따른 초음속 유동각 측정 장치에 의하면,

첫째, 사전 데이터 획득이 필요없이 유동각 측정이 가능하다.

둘째, 좁은 영역에서도 손쉽게 유동각 측정이 가능하다.

셋째, 초음속 유동각 측정 장치를 이용하여 회전 기기 설계에서 정확한 데이터를 측정할 수 있다.

넷째, 유속이 빠른 초음속 영역에서 빠른 유동 추종이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 측면도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 날개의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 누수방지부의 상세도이다.

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.

본 발명은 풍량계의 원리를 초음속에 적용을 함으로써, 좁은 공간에서 손쉽게 측정이 가능하고, 사전 데이터 확보가 필요하지 않는 초음속 유동각 측정 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 측면도로, 도 1을 참조하여 초음속 유동각 측정장치를 설명한다.

본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치는 초음속 유동장에서 유동 방향을 추종하는 날개(100), 상기 날개(100)의 일단을 축(210)으로 고정하여 움직임을 전달하는 전달부(100) 및 상기 날개(100)의 움직임을 각도로 변환하여 측정하는 유동각측정부(300)를 포함한다. 상기 날개(100)는 상기 축(210)에 고정되어 회전 운동한다.

본 발명은, 풍량계의 원리를 초음속에 적용함으로써 손쉽게 유동각을 측정하고자 한 것이다. 즉, 초음속 유동장에서 풍량계처럼 날개(100)의 양면의 압력차가 같아지는 방향 즉, 유동 방향으로 날개(100)를 향하게 하여, 상기 날개(100)의 움직임에 따라 상기 축(210)의 회전이 생기게 되어 이 각도를 상기 유동각측정부(300)에서 측정한다. 이때, 상기 유동각측정부(300)는 각변위센서를 포함하고, 상기 각변위센서를 통해 상기 날개(100)의 회전운동의 회전각을 측정할 수 있다.

유동각은 날개(100)의 형상에 따라 그 민감도가 달라진다. 날개(100)는 한 개의 축(210)으로 고정되어 자유롭게 회전을 하며, 이때 날개(100)는 상기 축(210)을 기준으로 축(210) 뒷부분 즉, 유동이 나가는 방향에 대해서 날개(100)의 단면적이 더 크게 장착되어야 한다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 날개의 단면도로, 도 2b 내지 도 2c와 같이 상기 날개(100)의 단면 형상이 삼각형 또는 머리가 둥근 막대형 형상일 때에 유동을 잘 추종할 수 있다.

도 2a와 같이 다이아몬드형의 단면을 가진 날개(100)는 유동이 들어오는 전익 부분뿐만 아니라 측면에서도 모서리가 생기게 되며, 측면의 모서리가 오히려 전익 부분이 되어 유동의 정확한 추종이 힘들게 된다. 하지만, 도 2b 내지 도 2c처럼 삼각형 또는 머리가 둥근 막대형 형상의 단면을 가지면, 전익을 제외한 측면에는 어떠한 모서리도 생기지 않아서 전익이 유동 방향을 정하게 된다.

또한, 도 2b와 도 2c에 도시된 바와 같이 날개(100)는 전익과 축(210)의 부분이 최대한 짧아야 하며, 축(210)을 지난 날개(100)의 나머지 부분이 충분히 길어야 한다.

상기 전달부(200)는 상기 날개(100)의 일단을 고정하는 축(210), 상기 축(210)의 흔들림을 방지하고, 상기 축(210)의 회전이 가능하게 하는 복수 개의 베어링(230), 상기 베어링(230)을 상기 축(210)에 고정하는 고정너트(250) 및 상기 축(210)과 상기 유동각측정부(300)를 연결하고, 미세 어긋남을 보정하는 커플링(270)을 포함한다.

이때, 상기 축(210)은 복수 개로 구성되어 이어질 수 있으며, 상기 날개(100)의 회전을 전달하는 최대한 직경이 작은 축, 상기 작은 축과 연결되면서 유동각측정부와 연결하고 초음속 유동각 측정장치를 고정하는 나머지 축으로 구성될 수도 있다.

또한, 상기 전달부(200)는 상기 축(210)을 이용하여 상기 날개(100)가 회전할 수 있는 공간을 내부에 포함하는 하우징(290)을 더 포함할 수 있고, 상기 하우징(290)은 상기 유동각측정부(300)를 지지한다.

다만, 이때 상기 하우징(290) 중에서 축(210)이 통과하는 지점은 축(210)의 회전을 위해 항상 공간이 생기기 때문에 이 부분을 통해 기밀이 유지될 수가 없다. 따라서 기밀을 유지하기 위해 별도의 누수방지부(295)를 포함할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 초음속 유동각 측정장치의 누수방지부의 상세도로, 도시된 바와 같이 상기 누수방지부(295)는 상기 축(210)이 통과하는 부분에 상기 축(210)의 단면 크기와 동일한 홀을 가지는 고무씰(291)과 상기 고무씰(291)을 고정하는 고정장치(293)를 포함한다.

이때, 상기 고무씰(291)은 상기 복수 개의 베어링(230) 중에서 맨 밑의 베어링 하부에 장착된다. 상기 고무씰(291)과 고정장치(293)를 통해 일종의 접촉 씰링 장치 효과를 내어 누수를 막을 수 있다. 또한, 누수방지부(295)를 통화한 소량의 누수 유동은 베어링(230)을 통과해야 하는데, 상기 베어링(230)이 차폐 역할도 수행하게 되어 보조적인 누수방지부 역할을 하게 된다.

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 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 날개
200 전달부 210 축
230 베어링 250 고정너트
270 커플링 290 하우징
291 고무씰 293 고정장치
295 누수방지부
300 유동각측정부

Claims (10)

1. 초음속 유동장에서 유동 방향을 추종하는 날개;
   상기 날개의 일단을 축으로 고정하여 움직임을 전달하는 전달부; 및
   상기 날개의 움직임을 각도로 변환하여 측정하는 유동각측정부;를 포함하는 초음속 유동각 측정 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 날개는,
   상기 축에 고정되어 회전 운동하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 날개는,
   축을 기준으로 유동이 나가는 방향에 대해서 상기 날개의 단면적이 더 크게 장착된 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 날개는,
   날개의 단면 형상이 삼각형 또는 머리가 둥근 막대형 형상인 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전달부는,
   상기 날개의 일단을 고정하는 축;
   상기 축의 흔들림을 방지하고, 상기 축의 회전이 가능하게 하는 복수 개의 베어링;
   상기 베어링을 상기 축에 고정하는 고정너트; 및
   상기 축과 상기 유동각측정부를 연결하고, 미세 어긋남을 보정하는 커플링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 전달부는,
   상기 축을 이용하여 상기 날개가 회전할 수 있는 공간을 내부에 포함하는 하우징;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 유동각측정부를 지지하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 축이 통과하는 부분에 상기 축의 단면 크기와 동일한 홀을 가지는 고무 씰과 상기 고무씰을 고정하는 고정장치를 포함하는 누수방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 고무씰은 상기 복수 개의 베어링 중에서 맨 밑의 베어링 하부에 장착되는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동각측정부는,
    각변위센서를 포함하고,
    상기 각변위센서는 상기 날개의 회전운동의 회전각을 측정하는 것을 특징으로 하는 초음속 유동각 측정장치.
    

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