KR20160030375A - 비행기의 공기 발생 유닛 - Google Patents

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에어버스 디펜스 앤드 스페이스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 비행기(100)의 공기 발생 유닛(1), 공기 발생 장치(10), 비행기(100) 및 비행기(100)에서 공기 발생 유닛(1)을 작동하는 방법에 관한 것이다. 비행기(100)의 공기 발생 유닛(1)은 공기 공급 수단(2) 및 제어 유닛(3)을 포함한다. 공기 공급 수단(2)은 공기를 비행기 객실의 공기 조화 시스템(4)으로 공급하도록 구성된다. 공기 공급 수단(2)은 비행기(100)의 유동 제어 시스템(5)으로 공기를 공급하도록 더 구성되거나 또는 대안으로서 구성된다. 제어 유닛(3)은 비행기(100)의 순항 상태 동안 유동 제어 시스템(5)보다 공기 조화 시스템(4)으로 더 많은 양의 공기를 제공하도록 구성된다. 제어 유닛(3)은 비행기(100)의 이륙 및/착륙 상태 동안, 공기 조화 시스템(4)보다 유동 제어 시스템(5)으로 더 많은 양의 공기를 제공하도록 더 구성된다.

Description

비행기의 공기 발생 유닛{Air generator for an aircraft}
본 출원은 2014 년 9 월 4 일자 유럽 특허 출원 EP 14 184 043.6 의 우선권을 주장하며, 상기 문헌의 개시 내용은 본원에 참고로서 포함된다.
본 발명은 비행기의 공기 발생 유닛, 공기 발생 장치, 비행기 및, 비행기의 공기 발생 유닛 작동 방법에 관한 것이다.
미국 특허 출원 US 2009/014593 A1 은 비행기에 탑재된 냉각 시스템을 개시하며, 이것은 흡입 경계층(suction boundary layer)을 제거하기 위한 장치 및, 열교환기를 포함하며, 흡입에 의해 제거되었던 경계층 공기가 상기 열 교환기를 통해 유동한다.
미국 특허 출원 US 2003/150962 A1 은 흡입 절정(suction peak)의 영역을 역의 압력 그래디언트(adverse pressure gradient)와 결합시킴으로써 유체 흐름내의 고체 동체로부터의 유동 분리를 지연시키는 방법을 개시한다.
비행기의 여러가지 장치들, 예를 들어 공기 조화 시스템 또는 유동 제어 시스템은 어떤 종류의 공기 소스(air source)에 의해 제공되어야 하는 가압된 공기를 필요로 한다. 통상적으로, 가압된 공기는 콤프레서 유닛에 의해 공급되거나 또는 터보팬 엔진으로부터의 블리드 에어(bleed-air)로 추출된다. 예를 들어, 콤프레서 유닛은 비행기 중량에 현저한 의미를 가지는 반면에, 터보팬 엔진에 대한 결합은 성능의 관점에서 바람직스럽지 않다.
따라서 비행기의 중량을 감소시킬 수 있는, 비행기용의 향상된 공기 발생 유닛을 제공할 필요성이 있다.
본 발명의 과제는 독립 청구항의 주제들에 의해 해결되며, 다른 실시예들은 종속항에 포함되어 있다. 다음에 설명된 본 발명의 양상들은 비행기를 위한 공기 발생 유닛, 공기 발생 장치, 비행기 및, 비행기의 공기 발생 유닛을 작동시키기 위한 방법에 적용된다는 점이 주목되어야 한다.
본 발명에 따르면, 비행기의 공기 발생 유닛이 제시된다. 비행기의 공기 발생 유닛은 공기 공급 수단 및 제어 유닛을 포함한다. 공기 공급 수단은 비행기 객실의 공기 조화 시스템에 공기를 공급하도록 구성된다. 공기 공급 수단은 비행기의 유동 제어 시스템으로 공기를 공급하도록 더 구성되거나 또는 대안으로서 구성된다. 제어 유닛은 비행기의 순항 상태 동안에, 유동 제어 시스템보다 공기 조화 시스템으로 더 많은 양의 공기를 제공하도록 구성된다. 제어 유닛은 비행기의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에, 공기 조화 시스템보다 유동 제어 시스템으로 공기의 더 많은 양을 제공하도록 더 구성된다.
그에 의하여, 본 발명은 객실 공기 조화/가압 및 유동 제어 공기 공급을 위한 일체화된 유닛을 제공한다. 즉, 공기 발생 유닛은 객실의 가압 및 공기 조화를 위하여 사용되고, 또한 유동 제어 공기 공급을 위해 사용된다. 이러한 기초 구조의 2 중적인 사용은 비행기의 중량 측면의 장점을 제공한다. 더욱이, 콤프레서 유닛 및 터보팬 엔진으로부터의 결합 해제가 가능하다.
이륙 및 착륙 동안에, 가압 및 공기 조화는 순항하는 동안 보다 훨씬 적은 범위로 필요하고, 때때로 가동을 중지하며, 따라서 공기 발생 유닛은 가압된 공기를 유동 제어에 공급하도록 이용될 수 있다. 그러나, 순항하는 동안, 유동 제어는 이륙 및 착륙하는 동안 보다 훨씬 적은 범위로 필요하고, 때때로 작동하지 않으며, 따라서 공기 발생 유닛은 가압 공기를 공기 조화 시스템으로 공급하도록 이용될 수 있다. 결과적으로, 공기 발생 유닛은 순항 요건에 따라서 한정될 수 있다.
유동 제어 시스템은 예를 들어 유동이 에어포일 부분이나 또는 다른 유동 동체로부터 분리되거나 탈착되는 것을 방지하도록, 또는 에어포일 부분이나 또는 다른 유동 동체로부터 이미 분리되거나 탈착되었던 유동을 재부착시키도록, 이용될 수 있다. 유동 제어 시스템은 경계층 흡입을 제공하여 탈착되거나 또는 탈착되고 있는 경계층을 흡입하거거나 또는 순항중에 더 낳은 드래그(drag)를 위하여 층류 와류 천이(laminar turbulent transition)를 방지하도록 구성될 수도 있다. 그에 의하여, 받음각(angle of attack)을 일정하게 유지하면서, 유동 제어는 분리를 제거함으로써 양력 증가에 이를 수 있거나, 또는 특정 표면의 실속(stall)을 더 높은 정도의 유동 영각(flow incidence)으로 지연시킴으로써, 결과적으로 양력도 증가시킨다.
에어포일은 플랩, 날개, 작은 날개, 수직 또는 수평의 꼬리 날개(tail plane), 슬랫(slat), 탭(tap), 제어 표면, 장착 표면, 랜딩 기어 및/또는 기체 부분(fuselage portion)일 수 있다. 즉, 에어 포일 부분의 유동 제어 시스템은 공기 유동의 분리가 발생되거나 또는 층류 와류 천이를 억제하여 마찰 드래그를 감소시키는 것이 소망되는 그 어떤 부분일 수 있다.
일 예에서, 제어 유닛은 순항 상태 동안 80 내지 100 % 사이, 바람직스럽게는 90 내지 100 % 사이 및 보다 바람직스럽게는 95 내지 100 % 사이의 공기를 공기 조화 시스템으로 제공하도록 구성된다. 즉, 공기 발생 유닛은 공기 조화 시스템의 순항 요건들을 위하여 한정될 수 있다.
일 예에서, 제어 유닛은 순항 상태 동안에 0 내지 20 % 사이, 바람직스럽게는 0 내지 10 % 사이, 보다 바람직스럽게는 0 내지 5 % 사이의 공기를 유동 제어 시스템으로 제공하도록 구성된다.
일 예에서, 제어 유닛은 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에 50 내지 100 % 사이, 바람직스럽게는 60 내지 80 % 사이, 보다 바람직스럽게는 65 내지 75 % 사이의 공기를 유동 제어 시스템으로 제공하도록 구성된다.
일 예에서, 제어 유닛은 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에 0 내지 50 % 사이, 바람직스럽게는 20 내지 40 % 사이, 보다 바람직스럽게는 25 내지 35 % 사이의 공기를 공기 조화 시스템으로 제공하도록 구성된다.
일 예에서, 공기 공급 수단에는 에어포일에서 공기 흡입부에 의해 공기가 제공된다. 즉, 공기 흡입부는 흡입 장치로서 사용되어 객실의 가압 및 순치(acclimatization)를 위하여 사용된 공기의 적어도 일부를 흡입한다.
일 예에서, 공기 조화 시스템 및/또는 유동 제어 시스템으로 공급된 공기는 가압된 공기이다. 가압된 공기는 0 내지 5 바아(bar) 사이의 범위, 바람직스럽게는 0 내지 4 바아 사이의 범위로 가압될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비행기의 공기 발생 장치가 제시된다. 비행기용 공기 발생 장치는 위에서 설명된 공기 발생 유닛 및 비행기의 유동 제어 시스템을 포함한다.
일 예에서, 유동 제어 시스템은 능동 유동 제어 시스템(active flow control system)이고 에어포일의 표면에 대하여 정상 상태(steady) 또는 비정상 상태(unsteady) 공기 유동을 제공하도록 구성된 유체 액튜에이터를 포함한다. 에어포일 부분의 표면에 대한 공기 유동은 표면을 따라서, 직각으로, 접선으로 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 공기 유동은 에어포일의 표면에서 분리되고 있거나 분리된 경계층에 에너지를 가하여 에어 포일의 공기 순환을 개선함으로써 예를 들어 제어 모멘트를 도입하거나 또는 부페팅(buffeting)을 감소시킬 수 있다.
적어도 하나의 유체 액튜에이터는 에어포일에 있는 개구로부터 펄스화된 배출(pulsed ejection)을 제공하도록 구현될 수 있다. 유체 액튜에이터는 펄스화된 유동의 제공을 위하여 밸브들 또는 다른 능동 유동 영향 수단을 이용할 수 있다. 공기 배출은 선회 구조(vortical structure)를 도입함으로써 분리를 더 높은 유동 영각(flow incidence)으로 지연시킬 수 있으며, 이는 에어포일의 하류측으로 대류됨으로써 분리된 유동 영역에 에너지를 가한다.
요약하면, 능동 유동 제어 시스템은 몇개의 개구들 및, 공기 소스에 연결 가능한 유입부를 가진 적어도 하나의 유체 액튜에이터를 포함할 수 있다. 개구들은 나란한 관계로 예를 들어 선단 가장자리를 따라서 또는 그에 평행하게 분포될 수 있다. 유체 액튜에이터는 유입부로부터의 공기가 개구들에 연결되는 유출부로 유동하도록 설계될 수 있다.
본 발명에 따르면, 비행기가 제시된다. 비행기는 공기 조화 시스템을 가진 객실, 유동 제어 시스템을 가진 에어포일 및, 위에서 설명된 제어 유닛 및 공기 공급 수단을 가진 공기 발생 유닛을 포함한다. 공기 공급 수단은 공기를 공기 조화 시스템 및 유동 제어 시스템으로 공급하도록 구성된다. 제어 유닛은 비행기의 순항 상태 동안 유동 제어 시스템보다 공기 조화 시스템으로 더 많은 양의 공기를 제공하고, 비행기의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안, 공기 조화 시스템보다 유동 제어 시스템으로 더 많은 양의 공기를 제공하도록 구성된다.
일 예에서, 유동 제어 시스템의 적어도 부분들은 에어포일에 배치된다. 에어포일은 플랩, 인보드 플랩(inboard flap), 날개, 작은 날개(winglet), 수직 또는 수평 꼬리 평면(tail plane), 슬랫(slat), 탭(tap), 제어 표면, 장착 표면 및/또는 기체 부분(fuselage portion)일 수 있다.
일 예에서, 공기 발생 유닛은 적어도 부분적으로 유동 제어 시스템에 인접하게 배치된다. 공기 발생 유닛은 적어도 부분적으로 에어포일 다음의 기체 영역 및/또는 에어포일에 배치된다.
일 예에서, 공기 공급 수단에는 에어포일에 있는 공기 흡입부에 의해 공기가 제공된다. 즉, 공기 흡입부가 흡입 장치로서 사용되어 객실 가압 및 순화를 위해 사용되는 공기의 적어도 일부를 흡입한다.
본 발명에 따르면, 비행기에서 공기 발생 유닛을 작동시키는 방법도 제시된다. 이것은 비행기의 순항 상태 동안 비행기의 유동 제어 시스템 보다 비행기의 공기 조화 시스템으로 더 많은 양의 공기를 제공하고, 비행기의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안, 공기 조화 시스템보다 유동 제어 시스템으로 더 많은 공기를 제공하도록 공기 공급부를 제어하는 단계를 포함한다.
독립 청구항에 따른 비행기의 공기 발생 유닛, 공기 발생 장치, 비행기 및, 비행기의 공기 발생 유닛의 작동 방법은 특히 종속 청구항에 기재된 바와 같은 유사하고 그리고/또는 동일한 바람직한 실시예들을 가진다는 점이 이해되어야 한다. 본 발명의 바람직한 실시예는 개별적인 독립 청구항과 종속 청구항들의 그 어떤 조합일 수도 있다는 점이 이해되어야 한다.
본 발명의 상기 양상 및 다른 양상들은 이후에 설명된 실시예들을 참조하여 명백해질 것이다.
본 발명의 예시적인 실시예들은 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 유동 제어 시스템 및 공기 발생 유닛을 포함하는 공기 발생 장치를 가진 비행기를 개략적이고 예시적으로 도시한다.
도 1 은 본 발명에 따른 공기 발생 장치(10)를 가진 개략적이고 예시적인 비행기(100)를 도시한다. 공기 발생 장치(10)는 공기 발생 유닛(1) 및 유동 제어 시스템(5)을 포함한다.
공기 발생 유닛(1)은 공기 공급 수단(2) 및 비행기 날개 다음의 기체 영역(fuselage area)에 배치된 제어 유닛(30)을 포함한다. 공기 공급 수단(2)은 공기를 비행기 객실의 공기 조화 시스템(4) 및 비행기의 유동 제어 시스템(5)으로 공급한다. 제어 유닛(3)은 비행기(100)의 순항 상태 동안에 다량의 공기를 유동 제어 시스템(5) 보다 공기 조화 시스템(4)으로 더 많이 제공한다. 제어 유닛(3)은 비행기(100)의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에 공기 조화 시스템(4) 보다 유동 제어 시스템(5)으로 더 많은 양의 공기를 더 제공한다.
이러한 실시예에서, 제어 유닛(3)은 순항 상태 동안에 80 내지 100 % 의 공기를 공기 조화 시스템(4)으로 제공하고 0 내지 20 % 의 공기를 유동 제어 시스템(5)으로 제공한다. 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에, 제어 유닛(3)은 50 내지 100 % 의 공기를 유동 제어 시스템(5)으로 제공하고 0 내지 50 % 의 공기를 공기 조화 시스템(4)으로 제공한다.
유동 제어 시스템(5)은 여기에서 공기 발생 유닛(1)을 폐쇄하도록 구성된 능동 유동 제어 시스템(active flow control system)이다. 유동 제어 시스템(5)은 에어포일(6)의 표면을 따라서 공기 유동을 제공하도록 비행기 에어포일(6)에 배치된 유체 액튜에이터(51)를 포함한다. 에어포일(6)은 여기에서 플랩(flap)이다. 공기 유동은 에어포일(6)의 표면에서 분리되고 있거나 또는 분리되었던 경계층에 에너지를 가할 수 있어서 에어포일(6)의 공기 순환을 변경시키며, 예를 들어 제어 모멘트(control moment)를 도입하거나 또는 부페팅(buffeting)을 감소시킨다. 개구들은 플랩의 선단 가장자리(leading edge)를 따라서 나란한 관계로 분포된다. 예를 들어 A320 유형의 비행기에 대하여, 인보드 플랩(inboard flap)에서 2 kg/s 의 공기 유동 및 0.5 bar 의 게이지 압력이 이용될 수 있다.
공기 공급 수단(2)에는 예를 들어 비행기 날개의 외측 부분에 배치된 공기 흡입부(7)에 의하여 공기가 제공된다. 즉, 공기 흡입부(7)는 객실 가압 및 순치(acclimatization)를 위하여 사용되는 공기의 적어도 일부를 흡입하는 흡입 장치로서 사용된다. 공기 조화 시스템(4) 및 유동 제어 시스템(5)으로 공급되는 공기는 가압된 공기로서, 여기에서 0 내지 5 bar 의 범위로 가압된다.
본 발명은 도면 및 상기 설명으로 상세하게 도시되고 설명되었지만, 그러한 도시 및 설명은 예시적인 것으로 간주되어야 하며 제한적인 것으로 간주되어서는 아니된다. 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다. 개시된 실시예들에 대한 다른 변형은 청구된 발명을 실시하는데 있어서 도면, 설명 및 첨부된 청구 범위로부터 당업자에게 이해되고 구현될 수 있다.
청구 범위에서, "포함하는"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않으며, 한정적인 관사는 복수를 배제하지 않는다. 단일의 프로세서 또는 다른 유닛이 청구항에 기재된 몇가지 품목들의 기능을 수행할 수 있다. 특정의 조치들이 서로 다른 종속 청구항에 기재된 사실만으로 그러한 조치들의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내지 않는다. 청구항에 기재된 참조 부호는 청구 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
1. 공기 발생 유닛 100. 비행기
10. 공기 발생 장치 2. 공기 공급 수단
3. 제어 유닛 5. 유동 제어 수단

Claims (15)

  1. 공기 공급 수단(2); 및,
    제어 유닛(control unit, 3);을 포함하는 비행기(100)의 공기 발생 유닛(1)으로서,
    공기 공급 수단(2)은 비행기의 객실의 공기 조화 시스템(4) 및 비행기(100)의 유동 제어 시스템(5)으로 공기를 공급하도록 구성되고,
    제어 유닛(3)은, 비행기(100)의 순항 상태 동안에 공기 공급 수단(2)에 의하여 공급된 공기의 양을 유동 제어 시스템(5)보다 더 많이 공기 조화 시스템(4)으로 제공하고,
    비행기(100)의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에, 공기 공급 수단(2)에 의하여 공급된 공기의 양을 공기 조화 시스템(4) 보다 더 많이 유동 제어 시스템(5)으로 제공하도록 구성되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제어 유닛(3)은 순항 상태 동안에 공기의 80 내지 100 %, 바람직스럽게는 90 내지 100 %, 보다 바람직스럽게는 95 내지 100 % 를 공기 조화 시스템(4)으로 제공하도록 구성되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제어 유닛(3)은 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에 공기의 50 내지 100 %, 바람직스럽게는 60 내지 80 %, 보다 바람직스럽게는 65 내지 75 % 를 유동 제어 시스템(5)으로 제공하도록 구성되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  4. 전기한 항들중 하나의 항에 있어서,
    제어 유닛(3)은 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에 공기의 0 내지 50 %, 바람직스럽게는 20 내지 40 %, 보다 바람직스럽게는 25 내지 35 % 를 공기 조화 시스템(4)으로 제공하도록 구성되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  5. 전기한 항들중 하나의 항에 있어서,
    공기 조화 시스템(4) 및/또는 유동 제어 시스템(5)으로 공급된 공기는 가압 공기(pressurized air)인, 비행기의 공기 발생 유닛.
  6. 전기한 항에 있어서,
    공기 조화 시스템(4)에 공급된 가압 공기는 0 내지 5 바아(bar) 사이의 범위, 바람직스럽게는 0 내지 4 바아 사이의 범위로 가압되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  7. 전기한 항에 있어서,
    유동 제어 시스템(5)에 공급된 가압 공기는 0 내지 5 바아 사이의 범위, 바람직스럽게는 0 내지 4 바아 사이의 범위로 가압되는, 비행기의 공기 발생 유닛.
  8. 전기한 항들중 어느 한 항에 따른 공기 발생 유닛(1) 및 비행기(100)의 유동 제어 시스템(5)을 포함하는, 비행기(100)의 공기 발생 장치(10).
  9. 전기한 항에 있어서,
    유동 제어 시스템(5)은 에어포일(6)의 표면에 대하여 공기 유동을 제공하도록 구성된 유체 액튜에이터를 포함하는, 비행기(100)의 공기 발생 장치(10).
  10. 공기 조화 시스템(4)을 가진 객실;
    유동 제어 시스템(5)을 가진 에어포일(6); 및,
    제 1 항 내지 제 7 항의 어느 한 항에 따른 공기 발생 유닛(1);을 포함하는, 비행기(100).
  11. 전기한 항에 있어서,
    에어포일(6)은 플랩(flap), 날개(wing), 작은 날개(winglet), 수직 또는 수평 꼬리 날개(tail plane), 슬랫(slat), 탭(tap), 제어 표면, 장착 표면, 랜딩 기어(landing gear) 및/또는 기체 부분(fuselage portion)인, 비행기(100).
  12. 전기한 항들중 한 항에 있어서,
    적어도 유동 제어 시스템(5)의 부분들은 에어포일(6)에 배치된, 비행기(100).
  13. 전기한 항들중 한 항에 있어서,
    공기 발생 유닛(1)은 적어도 부분적으로 유동 제어 시스템(5)에 인접하여 배치되고, 바람직스럽게는 에어포일(5) 다음의 기체 영역(fuselage area) 및/또는 에어포일(6)에 배치되는, 비행기(100).
  14. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    공기 공급 수단(2)에는 에어포일(6)에 있는 공기 흡입부(7)에 의하여 공기가 제공되는, 비행기.
  15. 비행기(100)의 공기 발생 유닛(1)을 작동시키는 방법으로서,
    비행기(100)의 순항 상태 동안에, 비행기(100)의 유동 제어 시스템(5) 보다 비행기(100)의 공기 조화 시스템(4)으로 공급 공기의 더 많은 양을 제공하고,
    비행기(100)의 이륙 및/또는 착륙 상태 동안에, 공기 조화 시스템(4) 보다 유동 제어 시스템(5)으로 공급 공기의 더 많은 양을 제공하도록 공기를 공급 및 제어하는 단계를 포함하는, 비행기의 공기 발생 유닛 작동 방법.
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