KR20140087523A - 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단을 구비하여 비상착륙과 같은 상황에서 동체 내부의 객실에 전달되는 충돌에너지를 최소화 하고 몸체부와 층분리부의 결합부로 형성되는 층분리부결합부재를 금속재로 형성하여 견고하게 고정할 수 있는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조이다.

Description

충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조{Impact energy reducing structure for aircraft}

본 발명은 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합재가 적용된 항공기의 부족한 충돌에너지 흡수특성을 보강하는 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단을 구비하여 비상착륙과 같은 상황에서 승객을 보호할 수 있도록 한 항공기 구조 이다.

현대의 항공기 기술의 주요 개발방향은 항공기의 효율성에 중심이 맞춰져 있었다. 항공기의 효율성을 높이기 위한 방법은 크게 2가지로 나누어졌다. 먼저 항공기의 엔진의 효율성을 향상하는 방법으로서, 연료 소비량에 대한 출력을 향상시키는 방법으로 공기 및 연료의 혼합비 변화 및 기관의 개량과 같은 방법을 이용하였다. 다음으로 항공기의 동체를 개량하는 방법이 있었다. 항공기의 동체를 개량하는 방법은 동체의 재질을 개선하는 것과 디자인을 개선하는 두 가지의 방법이 있었다. 이때 동체의 재질을 개선하는 방법에서 선택된 방법이 복합재를 사용하는 방법이었다. 이러한 연구를 통해 항공기의 동체를 기존의 알류미늄재에서 가벼운 탄소섬유재로 구성할 수 있었다. 이와 같이 복합재 항공기가 한국등록실용신안 제20-0165295호(1999.10.15)로 개시된 바 있다.

이와 같은 종래 기술의 복합재를 사용한 항공기는 동체의 무게를 줄일 수 있어 연료효율을 높일 수 있으며, 기존의 항공기와 비교하여 기내 압력 및 습도와 같은 기내 환경이 월등히 좋다는 장점을 가지고 있었다.

그러나 비상착륙 등의 충돌/충격 시에 탑승자의 생존성을 향상시키고, 상해를 최소화 하도록 하기 위해 충분한 충돌에너지 흡수성능을 갖고 있어야 하며 동시에 충돌 이후 탑승객의 탑승공간을 유지하여 사고 후 탑승자의 안전한 탈출이 가능해야 하는 항공기 동체에 있어서, 종래의 복합재를 사용한 항공기 동체는 소성특성이 거의 없는 탄성재료로서 충돌 시 충돌에너지 흡수특성이 기존 알루미늄 합금 소재에 비해 매우 낮아, 충돌 시 탑승자에 전달되는 충돌에너지의 크기가 매우 클 뿐만 아니라, 몸체부와 층분리부 사이의 연결부 파손 등에 의해 탑승자의 생존공간의 확보에 어려움이 많았다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복합재의 사용이 최소화 되어 사실상 알류미늄재로 구성된 동체와의 무게 차이가 없어지게 되고 가격이 다소 비싸지만 무게에서 알류미늄재에 비해 가벼운 특성을 가지는 장점이 없어졌으며 유지보수비용이 증가하게 되어 경제성에서도 장점이 없어지게 되었다. 따라서 복합재의 부족한 충돌에너지 흡수를 위한 구조를 갖는 동체가 요구되고 있다.

한국등록실용신안 제20-0165295호(1999.10.15)

따라서 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단을 구비하여 비상착륙과 같은 상황에서 동체 내부의 객실에 전달되는 충돌에너지를 최소화하고 몸체부와 층분리부의 결합부로 형성되는 층분리부결합부재를 금속재로 형성하여 견고하게 고정할 수 있는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조는,

내부에 공간이 형성되는 몸체부(110), 상기 몸체부(110) 내부의 양측단부에 결합하도록 형성되어 상기 몸체부(110) 내부를 상하로 구분하는 층분리부(120), 상기 층분리부(120) 하단과 상기 몸체부(110) 사이에 구비되어 상기 층분리부(120)를 지지하며 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단(130), 상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)의 결합부로 형성되는 지지수단 연결부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 몸체부(110)는 항공기의 동체를 지칭한다.

이때, 상기 층지지수단(130)은 일정량 이상의 충돌에너지가 공급되었을 때 파열되며 충돌에너지를 발산시키는 충돌에너지 흡수소재로 형성될 수 있으며, 이때 에너지 흡수소재는 크러시 튜브(Crush tube)소재로 형성될 수 있다.

이와 더불어, 상기 층분리부(120)는 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)를 결합하는 층분리부결합부재(121)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 층분리부결합부재(121)는 금속소재로 형성될 수 있으며, 상기 지지수단 연결부(140)도 금속소재로 형성될 수 있다.

본 발명의 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조는, 복합재로 형성되는 항공기의 부족한 충돌에너지 흡수특성을 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단을 통하여 보충함으로써 객실의 바닥을 형성하는 층분리부에 전달되는 충돌에너지를 감소시킬 수 있다. 따라서 객실 내부의 승객들에게 전달되는 충돌에너지를 최소화할 수 있게 되어 비상착륙과 같은 상황에서의 승객 생존율을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 층분리부와 몸체부의 연결부로 형성되는 층분리부결합부재가 금속재로 층분리부와 몸체부를 결합, 고정하게 된다. 이를 통하여 몸체부 하부에 충돌에 의하여 층분리부와 몸체부의 결합이 분리되어 객실이 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서 비상착륙 시에도 객실 공간은 유지될 수 있어 객실이 파손됨으로 발생되는 승객들의 생존 위협을 최소화할 수 있다. 이러한 단순한 구성을 통하여 항공기 무게에 주는 영향은 최소화할 수 있으며, 객실로 전달되는 충돌에너지를 효과적으로 발산시켜 비상착륙과 같은 비상상황에서 승객의 생존율을 향상시킬 수 있는 항공기 동체 구조를 제공할 수 있게 되는 장점을 갖는다.

도 1은 종래의 항공기 동체 충돌실험 결과
도 2는 본 발명의 항공기 동체 단면 구조도
도 3은 본 발명의 층지지수단 실시예
도 4는 상기 층지지수단이 적용된 본 발명의 항공기 구조 실시예

이하, 상술한 바와 같은 본 발명의 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 아래 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 종래의 항공기 동체 충돌실험 결과이며, 도 2는 본 발명의 항공기 동체의 단면 구조도이고, 도 3은 본 발명의 층지지수단 실시예, 그리고 도 4는 상기 층지지수단이 적용된 본 발명의 항공기 구조 실시예이다.

종래의 항공기는 알류미늄재로 형성되는 몸체부를 갖는다. 알류미늄재는 기계적 특성이 우수하고 소성변형을 통한 에너지 흡수능력이 우수하기 때문에 항공기의 몸체부를 이루는데 적합하였다. 그러나 금속재로서 무게에 단점을 가지고 있었고 현대의 항공기가 요구받고 있는 높은 효율성을 달성하기 위해서는 좀 더 가벼운 몸체부가 요구되었다. 이러한 요구를 만족시키기 위해 새로이 제작되는 항공기의 몸체부는 복합재를 사용하기 시작했다. 복합재로 제작된 몸체부는 무게가 금속재 몸체부보다 가볍다는 장점 이외에도 내압 조절에 유리했으며, 습도유지에도 장점을 가져 기존 객실환경에 비해 향상된 객실환경을 제공할 수 있다. 그러나 소성특성이 거의 없어 도 1에 도시된 바와 같이 항공기의 비상착륙과 같은 비상상황에서 몸체부에 가해지는 충격으로 인해 승객이 탑승하는 객실이 파손되는 상황이 발생되었다.

이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 항공기 동체 구조는 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 내부에 공간이 형성되는 몸체부(110), 상기 몸체부(110) 내부의 양측단부에 결합하도록 형성되어 상기 몸체부(110) 내부를 상하로 구분하는 층분리부(120), 상기 층분리부(120) 하단과 상기 몸체부(110) 사이에 구비되어 상기 층분리부(120)를 지지하며 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단(130), 상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)의 결합부로 형성되는 지지수단 연결부(140)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서 상기 몸체부(110)는 항공기의 동체를 지칭한다. 이때 상기 층분리부(120)는 상기 몸체부(110) 내부를 상하로 구분하여 객실과 주로 화물적재구역으로 사용되는 객실 하부를 구분하며, 객실의 바닥 역할을 한다.

이러한 상기 층분리부(120)를 지지하는 역할을 상기 층지지수단(130)이 담당한다. 따라서 상기 몸체부(110)의 하단부와 결합하는 상기 층지지수단(130)은 항공기의 배면으로 착륙하게 되는 비상착륙과 같은 상황에서 상기 층분리부(120)로 많은 양의 충격 에너지를 전달하게 된다. 본 발명의 층지지수단(130)은 일정량 이상의 충격 에너지가 공급되었을 때 파열되며 이와 같은 원리를 이용하여 충격 에너지를 발산시키는 충돌에너지 흡수소재로 형성될 수 있다. 이를 통하여 비상착륙과 같은 상황에서 발생되는 충돌에너지를 상기 층분리부(120)로 직접 전달하지 않고 일정량 이상의 충돌에너지가 전달될 때 상기 층지지수단(130)이 파열되며 전달된 에너지를 발산하여 상기 층분리부(120)로 전달되는 충돌에너지를 최소화할 수 있다. 따라서 상기 층분리부(120)는 충돌에너지로부터 안전하게 보호받을 수 있게 되며, 승객에게 전달되는 충돌에너지 또한 최소화할 수 있어 승객의 생존율을 향상시킬 수 있다.

이때 상기 층지지수단(130)은 크러시 튜브(Crush tube)소재로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 층지지수단(130)이 파열될 때 생기는 파편으로 인한 승객 또는 상기 몸체부(110)의 2차 피해를 최소화하기 위한 것이다. 즉, 일정량 이상의 충돌에너지가 전달되어 상기 층지지수단(130)이 파열될 때 크러시 튜브소재와 같이 섬유가 분쇄되는 형태로 파손됨으로써 파편을 형성하지 않도록 하여 2차 피해를 방지할 수 있다.

이와 더불어 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)을 연결하는 상기 지지수단 연결부(140)는 금속재로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)이 보다 견고하게 연결되게 위한 구성으로서, 복합재로 형성될 경우 충격에 의해 상기 지지수단 연결부(140)가 파열되어 연결이 해체될 수 있어 이러한 문제를 해결하기 위한 것이다.

또한, 도 3에서 도시한 바와 같이, 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)를 결합하는 층분리부결합부재(121)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이는 충격에너지가 상기 몸체부(110)에 전달되어 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120) 결합이 해체되어 객실이 파손되는 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)의 결합을 견고하게 하는 상기 층분리부결합부재(121)를 통하여 충격에너지가 상기 몸체부(110)에 전달되어 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)의 결합이 해체되는 것을 방지하여 비상착륙과 같은 상황에도 객실을 유지하여 승객의 생존율을 향상시키기 위한 것이다. 이때 상기 층분리부결합부재(121)는 금속재로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 몸체부(110)와 상기 층지지수단(130)이 보다 견고하게 연결되게 위한 구성으로서, 복합재로 형성될 경우 충격에 의해 상기 층분리부결합부재(121)가 파열되어 연결이 해체될 수 있어 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 이를 통하여 상기 층분리부결합부재(121)의 내충격성을 향상시킬 수 있다는 장점을 갖는다.

아래에서 본 발명의 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조 실시예를 통하여 비상착륙과 같은 사고 발생 시의 본 발명의 효과를 보다 자세히 설명하였다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 층지지수단(130)이 적용된 본 발명의 항공기 구조 실시예는, 항공기의 배면과 지상이 충돌하여 상기 몸체부(110)에 충돌에너지가 전달될 경우, 상기 층지지수단(130)은 파열하여 상기 층분리부(120)로 전달되는 에너지를 최소화 하게 된다. 이때 상기 지지수단 연결부(140)는 상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)을 견고하게 결합하여 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단(130)에서 충돌에너지를 충분히 발산할 수 있도록 한다. 또한, 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)를 결합하는 상기 층분리부결합부재(121)를 통하여 상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)의 결합을 보조하여 객실의 형태를 유지하여 승객의 생존율을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

110: 몸체부
120: 층분리부
121: 층분리부결합부재
130: 층지지수단
140: 지지수단 연결부

Claims (6)

1. 내부에 공간이 형성되는 몸체부(110);
   상기 몸체부(110) 내부의 양측단부에 결합하되도록 형성되어 상기 몸체부(110)내부를 상하로 구분하는 층분리부(120);
   상기 층분리부(120) 일측하단과 상기 몸체부(110) 사이에 구비되어 상기 층분리부(120)를 지지하며 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 층지지수단(130); 및
   상기 층분리부(120)와 상기 층지지수단(130)의 결합부로 형성되는 지지수단 연결부(140);
   를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 층지지수단(130)은
   일정량 이상의 충돌에너지가 공급되었을 때 파열되며 충돌에너지를 발산 시키는 충돌에너지 흡수소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 층지지수단(130)은
   크러시 튜브(Crush tube)소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 층분리부(120)는
   상기 몸체부(110)와 상기 층분리부(120)를 결합하는 층분리부결합부재(121)를 더 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.
   
5. 제 4항에 있어서, 상기 층분리부결합부재(121)는
   금속소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.
   
6. 제 1항에 있어서, 상기 지지수단 연결부(140)는
   금속소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 충돌에너지 흡수구조를 갖는 항공기 구조.

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