KR20150144289A - 횡류 돌풍 시험장치 및 시험방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 횡류 돌풍 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.
이 중에서 횡류 돌풍 시험장치는, 본체와, 본체 내로 유입되는 바람의 풍량을 조절하기 위해, 본체의 입구에 마련되는 인렛 댐퍼와, 본체 내에 다수개로 제공되는 송풍기와, 배출되는 바람의 풍향이 각도 조절을 통해 조정되도록 본체의 출구에 마련되는 아웃렛 베인을 포함할 수 있다.

Description

횡류 돌풍 시험장치 및 시험방법{TEST APPATAUTS OF CROSS-WIND GUST AND TEST METHOD THEREOF}

본 발명은 횡류 돌풍 시험장치 및 시험방법에 관한 것이다.

일반적으로 차량 횡풍은 공력학적으로 주행 차량에 측면힘(Side Force)과 비틀림 모멘트 (YawMoment)를 작용한다.

측면힘은 바람을 맞는 면과 바람 후면 사이의 압력차에 의해 발생하며, 이러한 바람 맞는 면과 후면에서의 압력 불균형은 차량 비틀림 회전력의 주요 원인이 된다. 또한, 차량 비틀림 회전력은 승용차 승객 안전을 위협하는 회전 불안정성뿐만 아니라 전복 혹은 옆 미끌어짐(Sideslip)을 일으킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 일반적인 풍동의 횡류시험에서는, 바람의 예상 분포와 실제 주행시 횡류의 실제 분포가 비교되어 있다. 이러한 풍동의 횡류시험의 경우 지면으로부터 지상으로 올라가면서의 비틀림각(Yaw Angle)의 변화를 풍동에서 재현하기는 매우 어려우므로, 반드시 실환경 시험이 필요하다.

특히, 실제 주행시에는 정상 상태의 횡류가 부는 경우는 많지 않고, 주로 돌풍 형태의 횡류가 부는 경우가 많으므로, 차량의 회전불안정성 시험을 효과적으로 실시할 수 있는 횡류 돌풍 시험장치가 요구되고 있다.

한국 공개특허 2003-0079008호 (2003.10.10. 공개)

본 발명의 실시예는 자연바람풍속 이상의 환경 측정 제한과 횡류돌풍기 송풍기 불균일도를 극복할 수 있는 횡류 돌풍 시험장치 및 시험방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 횡류 돌풍 시험장치는, 본체; 상기 본체 내로 유입되는 바람의 풍량을 조절하기 위해, 상기 본체의 입구에 마련되는 인렛 댐퍼; 상기 본체 내에 다수개로 제공되는 송풍기; 및 배출되는 상기 바람의 풍향이 각도 조절을 통해 조정되도록 상기 본체의 출구에 마련되는 아웃렛 베인을 포함할 수 있다.

이때, 상기 송풍기를 통과한 상기 바람을 균일하게 분산시키기 위해, 상기 송풍기의 후류에 설치되는 스크린을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 송풍기에는 열을 이루는 다수개의 송풍 블레이드가 마련될 수 있다.

또한, 상기 송풍기는 상기 바람의 이동방향에 대해서, 상기 본체 내에서 매트릭스 형태로 배치되는 다수개로 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 횡류 돌풍 시험방법은, 송풍기를 작동하는 단계; 바람의 풍량을 조절하기 위해, 횡류 돌풍 시험장치 내로 유입되는 입구를 인렛 댐퍼로 조절하는 단계; 바람의 풍향이 조절되도록 바람이 배출되는 출구에서 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계; 및 출구에서 배출되는 바람을 이용하여 차량에 횡류를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

이때, 상기 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계 이후, 출구에서 배출되는 바람의 풍속을 측정하는 단계; 및 측정된 풍속을 통해 바람의 속도분포를 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 바람의 속도분포를 판단하는 단계에서, 판단된 속도분포가 기 설정된 속도분포를 벗어나면, 상기 개구를 인렛 댐퍼로 조절하는 단계로 피드백하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 횡류의 풍량 및 방향을 조절할 수 있는 아웃렛 댐퍼 및 인렛 댐퍼의 제어를 통해, 자연바람풍속 이상의 환경 측정 제한과 횡류돌풍기 송풍기 불균일도를 극복할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 인렛 댐퍼의 제어를 통해 연속적 송풍기의 풍속제어가 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험장치를 도시한 종단면도이다.
도 3은 도 2의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험방법을 도시한 블록도이다.
도 5는 풍동 횡류시험시 바람의 분포와 실제 주행시 횡류의 바람 분포를 비교하여 도시한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에 따른 횡류 돌풍 시험장치는, 아웃렛 베인 및 인렛 댐퍼의 제어 방식을 통해 자연바람풍속 이상의 환경 측정 제한과 횡류돌풍기 송풍기 불균일도를 극복할 수 있다.

미국 기상청에 의하면 돌풍을 피크 풍속이 최소한 30kph에 달하며 풍속의 변화값이 약17kph 정도에 달하는 갑작스런 풍속 증가를 동반하는 바람으로 정의한다.

아래의 표 1에는 여러가지 지상 운송기관에 대한 돌풍의 주유선방향의 길이 크기가 비교되어 있다.

표 1에서 보듯이, 횡류돌풍의 길이는 승용차의 경우 차량 길이의 약 5배 이상이 된다. 이를 위해서는 그 이상 길이의 시험부를 가져야 한다.

아래의 표 2에는 IDIADA 사와 TRC가관에서 제공하는 차량 횡류시험 시설의 제원이 비교되어 있다.

비틀림각의 횡류를 생산하기 위해, 가장 중요한 장치는 송풍기이며, 하기의 수학식 1과 같이비틀림각도 (Yaw Angle) θ는 차량주행속도와 평균 횡풍속도의 비로 나타난다.

여기서, Vc는 평균 횡풍속도이고, Vx는 차량주행속도이다.

두 기관 모두 Vc의 변화를 위해 고정 피치각을 갖는 송풍기의 블레이드 회전수를 변화시키는 방법을 사용하고 있고, IDIADA는 전기모터를 통한 인버터 제어하는 방법을 사용하고, TRC는 내연기관의 Throttle Valve를 되먹임 (Feedback)제어하여 원하는 홴 회전수를 제어하는 방법을 사용한다.

홴 회전수 대비 횡풍의 속도를 사전에 정의해 놓고 시험하는 방법으로 자연바람풍속이 2.2m/s 이상인 조건에서는 시험할 수 없는 어려움이 존재한다. 또한, IDIADA 및 TRC 기관 모두 홴 출구로부터의 거리에 따라 풍속이 줄어든다. 그리고 홴 날개 끝부분에서 속도가 가장 빠르고, 홴 허브 부근에서는 30% 가량 저감되는 특성을 갖는 펄스 (Pulse) 형태의 시험 장치임을 알 수가 있다.

따라서, 상기 설명의 두가지 단점 즉, 자연바람풍속 2.2m/s 이상의 환경 측정 제한 그리고 횡류돌풍 불균일도 + 15%의 극복을 위해서는, 토출부 평균풍속 기준의 제어 펄스 (Pulse)방식이 아닌 정체실 챔버 방식의 아웃렛 베인 및 인렛 댐퍼 제어 방식의 채용이 필요하다.

아래의 표 3에는 본 발명에 따른 횡류 시험 장치의 사양과, 종래 기술에 따른 횡류 시험 장치의 사양이 비교되어 있다.

표 3에서 보듯이, 종래 기술의 사양에서는 5~10 m/s 단계별 풍속제어와는 달리, 본 발명에서는 각각의 인렛 댐퍼제어를 통한 연속적 풍속제어 (연속적 Yaw각 제어)가 가능하다. 본 발명은 자연바람풍속 2.2m/s 이상의 환경에서는 시험이 제한되는 방식과는 달리 횡류풍속분포 실시간 측정을 통한 베인 및 댐퍼제어를 이용한 자연환경 Adaptive한 제어방식이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험장치를 도시한 종단면도이며, 도 3은 도 2의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 횡류 돌풍 시험장치는, 본체(100), 인렛 댐퍼(200), 송풍기(300), 스크린(500) 및 아웃렛 베인(400)을 포함할 수 있다.

구체적으로, 본체(100)는 차량의 횡류돌풍 시험을 위해, 횡류돌풍에 적합한 바람을 차량으로 유도할 수 있다.

이를 위해, 본체(100)의 내부에는 바람이 유동 가능한 챔버가 마련되고, 본체(100)의 일측부에는 바람이 유입되는 입구(101)가 형성되고, 본체(100)의 타측부에는 횡류돌풍 형태의 바람이 배출되는 출구(102)가 형성될 수 있다. 여기서, 본체(100)의 출구(102)는 입구(101)보다 작은 크기를 가지며, 본체(100)의 입구(101)와 출구(102)에는 인렛 댐퍼(200) 및 아웃렛 베인(400)이 각각 설치될 수 있다.

인렛 댐퍼(200)는 본체(100)의 입구(101)를 선택적으로 개폐함으로써, 본체(100) 내로 유입되는 바람의 풍량을 조절할 수 있다. 예를 들어, 인렛 댐퍼(200)는 회전 도어 또는 슬라이딩 도어 형태로 본체(100)의 입구(101)에 설치될 수 있다.

인렛 댐퍼(200)는 본체(100)의 입구(101) 크기를 조절할 수 있으므로, 송풍 블레이드(310)가 일정 속도로 회전할 때, 본체(101)로 유입되는 바람(공기)의 풍량을 조절할 수 있다. 이와 같이, 바람의 풍속이 인렛 댐퍼(200)를 통해 조절되므로, 송풍 블레이드(310)의 회전수를 제어하기 위한 별도의 인버터가 불필요해진다.

송풍기(300)는 차량의 엔진으로부터 구동력을 전달받기 위한 구동벨트(610)와, 열을 이루는 다수개의 송풍 블레이드(310)를 포함할 수 있다. 이 송풍기(300)는 구동벨트(610)를 통해 엔진의 구동력을 전달받아 송풍 블레이드(310)를 회전시킴으로써, 본체(100)의 입구(101)를 통해 유입된 바람을 출구(102)로 배출시킬 수 있다.

송풍기(300)는 바람의 이동방향에 대해서, 본체(100) 내에서 매트릭스 형태로 다수개 배치될 수 있다. 본 실시예에서 송풍기(300)는 본체(100) 내에서 상하 2단으로 열을 이루는 다수개로 제공되지만, 이 배열 형태에 한정되지는 아니하며, 본체(100) 내 설치 가능한 챔버의 형태를 고려하여, 본체(100) 내에서 집약적으로 설치 가능한 형태로 배치될 수 있다.

스크린(500)은 송풍기(300)의 후류, 보다 자세하게는 송풍기(300)와 출구(102) 사이에 설치될 수 있다. 이 스크린(500)은 송풍기(300)를 통과한 바람을 균일하게 분산시킬 수 있는 와이어 스크린으로 구성될 수 있다.

아웃렛 베인(400)은 각도 조절을 통해 출구(102)에서 배출되는 바람의 풍향이 조정되도록 본체(100)의 출구(102)에 마련될 수 있다. 아웃렛 베인(400)은 출구(102)를 선택적으로 개폐하도록 출구(102)에 회전 가능하게 설치된 다수개의 베인으로 구성될 수 있다.

이러한 아웃렛 베인(400)은 본체(100)의 출구(102)에서 회전 각도가 조절됨으로써, 출구(102)에서 배출되는 바람의 풍향을 결정할 수 있다.

예를 들어, 아웃렛 베인(400)이 출구(102)에서 일측방향으로 회전되면, 출구(102)에서 배출되는 바람은 아웃렛 베인(400)에 의해 출구(102)의 일측방향으로 배출될 수 있고, 아웃렛 베인(400)이 출구(102)에서 상방향으로 회전되면, 출구(102)에서 배출되는 바람은 아웃렛 베인(400)에 의해 출구(102)의 상방향으로 배출될 수 있다. 즉, 아웃렛 베인(400)의 회전각도를 조절함으로써, 차량에 횡류돌풍과 유사한 바람을 유도할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 횡류 돌풍 시험방법을 도시한 블록도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 횡류 돌풍 시험방법은, 송풍기를 작동하는 단계와, 인렛 댐퍼로 조절하는 단계와, 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계와, 바람의 풍속을 측정하는 단계; 바람의 속도분포를 판단하는 단계와, 피드백하는 단계와, 차량에 횡류를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 송풍기를 작동하는 단계는, 사용자에 의해 횡풍속도가 입력되고, 엔진 또는 정격모터가 운전되면, 송풍기는 구동벨트를 통해 구동력을 전달받아 송풍 블레이드를 회전시킬 수 있다. 송풍기의 작동에 의해 송풍 블레이드가 회전되면, 외부의 공기는 입구를 통해 본체의 챔버로 유입될 수 있다.

상기 인렛 댐퍼로 조절하는 단계는, 횡류 돌풍 시험장치의 본체 내로 유입되는 입구를 인렛 댐퍼로 조절함으로써, 바람의 풍량을 조절할 수 있다. 예컨대, 송풍 블레이드가 일정 속도로 회전할 때, 인렛 댐퍼의 조절로 개구를 좁게 하면, 입구를 통해 적은 량의 바람이 본체 내로 유입될 수 있고, 인렛 댐퍼의 조절로 개구를 넓게 하면, 입구를 통해 많은 량의 바람이 본체 내로 유입될 수 있으므로, 본체로 유입되는 공기의 풍량이 인렛 댐퍼에 의해 조절될 수 있다.

상기 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계는, 바람이 배출되는 출구에서 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하여 바람의 풍향을 조절할 수 있다. 예를 들어, 아웃렛 베인이 출구에서 일측방향으로 회전되면, 출구에서 배출되는 바람은 아웃렛 베인에 의해 일측방향으로 배출될 수 있다.

상기 바람의 풍속을 측정하는 단계는, 출구에서 배출되는 바람의 풍속을 측정할 수 있다. 출구에서 배출되는 바람의 풍속을 측정하면, 출구에서 배출되는 바람의 속도분포가 판단될 수 있다.

상기 바람의 속도분포를 판단하는 단계는, 바람의 속도분포가 기 설정된 속도분포를 벗어나는지를 판단할 수 있다. 바람의 속도분포가 기 설정된 속도분포 범위 내이면, 상기 차량에 횡류를 제공하는 단계로 이행될 수 있다.

상기 피드백하는 단계는, 상기 바람의 속도분포를 판단하는 단계에서, 판단된 속도분포가 기 설정된 속도분포를 벗어나면, 상기 인렛 댐퍼로 조절하는 단계로 피드백할 수 있다.

상기 차량에 횡류를 제공하는 단계는, 바람의 속도분포가 기 설정된 속도분포 범위 내이면, 출구에서 배출되는 바람을 이용하여 차량에 횡류를 제공할 수 있다. 이때, 차량에 대한 차량 주행시험이 실시될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 횡류의 풍량 및 방향을 조절할 수 있는 아웃렛 댐퍼 및 인렛 댐퍼의 제어를 통해, 자연바람풍속 이상의 환경 측정 제한과 횡류돌풍기 송풍기 불균일도를 극복할 수 있고, 인렛 댐퍼의 제어를 통해 연속적 송풍기의 풍속제어가 가능하다는 이점이 있다. 등의 우수한 장점을 갖는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100: 본체 101: 입구
102: 출구 200 :인렛 댐퍼
300: 송풍기 310: 송풍 블레이드
400: 아웃렛 베인 500: 스크린

Claims (7)

1. 본체;
   상기 본체 내로 유입되는 바람의 풍량을 조절하기 위해, 상기 본체의 입구에 마련되는 인렛 댐퍼;
   상기 본체 내에 다수개로 제공되는 송풍기; 및
   배출되는 상기 바람의 풍향이 각도 조절을 통해 조정되도록 상기 본체의 출구에 마련되는 아웃렛 베인을 포함하는 횡류 돌풍 시험장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 송풍기를 통과한 상기 바람을 균일하게 분산시키기 위해, 상기 송풍기의 후류에 설치되는 스크린을 더 포함하는 횡류 돌풍 시험장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 송풍기에는 열을 이루는 다수개의 송풍 블레이드가 마련되는 횡류 돌풍 시험장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 송풍기는 상기 바람의 이동방향에 대해서, 상기 본체 내에서 매트릭스 형태로 배치되는 다수개로 제공되는 횡류 돌풍 시험장치.
5. 송풍기를 작동하는 단계;
   바람의 풍량을 조절하기 위해, 횡류 돌풍 시험장치 내로 유입되는 입구를 인렛 댐퍼로 조절하는 단계;
   바람의 풍향이 조절되도록 바람이 배출되는 출구에서 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계; 및
   출구에서 배출되는 바람을 이용하여 차량에 횡류를 제공하는 단계를 포함하는 횡류 돌풍 시험방법.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 아웃렛 베인의 회전 각도를 조절하는 단계 이후, 출구에서 배출되는 바람의 풍속을 측정하는 단계; 및
   측정된 풍속을 통해 바람의 속도분포를 판단하는 단계를 더 포함하는 횡류 돌풍 시험방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 바람의 속도분포를 판단하는 단계에서, 판단된 속도분포가 기 설정된 속도분포를 벗어나면, 상기 개구를 인렛 댐퍼로 조절하는 단계로 피드백하는 단계를 더 포함하는 횡류 돌풍 시험방법.

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