KR20170068031A - 내부 경사면을 구비한 피토튜브 - Google Patents

내부 경사면을 구비한 피토튜브 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 경사면을 구비한 피토튜브는 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 전면에 배치되어 유체가 투입되는 개구, 상기 개구와 연결되는 제1 유로, 상기 하우징의 측면에 배치되어 유체가 유입되는 슬릿, 상기 슬릿과 연결되는 제2 유로, 및 상기 개구 및 슬릿으로 유입된 유체를 가열하여 액화시키는 히터를 포함할 수 있고, 상기 제1 유로는 상기 개구의 중심보다 상부에 위치되는 될 수 있다. 또한, 상기 제1 유로와 개구 사이에는 경사면이 구비될 수 있고, 상기 경사면을 통해 액화된 유체가 상기 개구로 배출될 수 있다.

Description

내부 경사면을 구비한 피토튜브{PITOT TUBE WITH INNER SLOPE}
내부 경사면을 구비하는 피토튜브가 개시된다. 보다 상세하게는, 압력을 측정하고 속도를 계산하기 위한 피토튜브에 있어서, 저속으로 운행하는 항공기에 작용하는 압력을 지속적으로 측정하기 위하여, 결빙을 방지하도록 내부 경사면의 후방에 히터를 구비하고, 히터로 인하여 액화된 유체가 중력에 의해 경사면을 따라 배출되는 피토튜브가 개시된다.
피토튜브(Pitot tube)는 유체의 흐름 속도를 측정하는 계측 센서로 발명자인　Henri Pitot를 기념하여 명명되었다. 이러한 피토튜브의 개념은 한국특허 공개공보 제2006-16557호의 "피토관과 그 것을 이용한 유속 측정 방법"에 개시되어 있다.
일반적으로 항공기가 운항하기 위해서는, 다양한 정보가 필요하다. 특히 이러한 정보들 중 정압과 전체압력의 측정정보는 운항속도 및 고도를 계산하는 것에 중요한 요소이다. 항공기에서 피토튜브를 이용하는 방법은 항공기의 정압 및 전체압력을　측정하는 방법 중 가장 간편하게 쓰이는 방법이다. 항공기에서 이용되는 피토튜브는 전체압력 및 정압의 차이압력을 변환하여 속도를 계산한다. 이때, 정확한 측정을 위하여 항공기에서 이용되는 피토튜브는 항공기 경계층의 외측 중 흐름의 산란이 적은 곳에 설치된다.
일 실시예에 따른 목적은 비행기의 비행도중 지속적으로 이용 가능한 피토튜브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 에너지 소모량을 줄인 효율적인 피토튜브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 대용량 히터를 장착하기 어려운 전기 비행기, 소형 항공기 등의 동체 경량화에 유리한 피토튜브를 제공하는 것이다. 따라서, 피토튜브의 경량화를 목표로 한다.
일 실시예에 따른 목적은 피토튜브의 전방에서 액화된 유체를 배출시켜 피토뷰브의 하우징에 상기 액화된 유체가 배출되는 별도의 드레인 홀을 구비하지 않음으로써 정확한 압력 검출이 가능하며 단순화된 구조의 피토튜브를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 피토튜브의 제작비용을 줄여 경제성을 향상시키는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예에 따른 피토튜브는, 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 전면에 배치되어 유체가 투입되는 개구, 상기 개구와 연결되는 제1 유로, 상기 하우징의 측면에 배치되어 유체가 유입되는 슬릿, 상기 슬릿과 연결되는 제2 유로, 및 상기 개구 및 슬릿으로 유입된 유체를 가열하여 액화시키는 히터를 포함하도록 구성될 수 있고, 상기 제1 유로는 상기 개구의 중심보다 상부에 위치될 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브의 상기 제1 유로와 개구 사이에는 경사면이 구비되고, 상기 히터는 경사면의 후방에 배치되어 개구를 통해 경사면으로 유입되는 유체는 액화될 수 있다. 상기 경사면을 통해 액화된 유체는 경사면을 따라서 상기 개구로 배출될 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브의 상기 제1 유로에는 동적 압력 및 정적 압력이 합쳐진 전체 압력이 측정되는 압력 측정부가 구비될 수 있고, 상기 제2 유로에는 정적 압력이 측정되는 압력 측정부가 구비될 수 있다. 이때, 선택적으로 압력 측정부는 항공기의 동체에 존재할 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브의 상기 슬릿은 상기 하우징의 측면에서 방사형으로 복수 개가 배치될 수 있다.
또는, 일 실시예에 따른 경사면을 구비한 피토튜브는 외관을 형성하는 하우징, 상기 하우징의 전면에 배치되어 유체가 유입되는 개구, 상기 개구와 단차를 두고 연결되는 유로, 및 상기 유로의 후방에 배치되어 상기 유로로부터 유입되는 유체에 의한 압력을 측정할 수 있는 압력 측정부를 포함하도록 구성될 수 있고, 상기 피토튜브는 유체의 압력을 측정하고 개구 측에서 액화된 유체를 개구 밖으로 배출할 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브의 상기 제1 유로 및 개구 사이에는 경사면이 구비될 수 있고, 상기 경사면을 통하여 액화된 유체는 상기 개구를 통해 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브는 상기 하우징의 측면에 배치되어 공기가 유입되는 슬릿, 및 상기 슬릿과 연결되며 압력을 측정하는 압력 측정부가 구비된 또 다른 유로를 포함할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브의 상기 단차의 길이는 상기 개구 길이의 절반보다 클 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브는 유입된 유체를 가열하여 액화시킬 수 있는 히터를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브는 히터를 이용하여 빙결을 방지함으로써, 비행시 지속적으로 이용할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브는 드레인 홀을 구비하지 않고, 경사면과 중력을 이용하며 액화된 유체를 방출한다. 이에 따라, 일 실시예에 따른 피토튜브는 유체를 내부의 유로로 통과시키지 않고, 흐름이 발생하지 않아서, 작은 용량의 히터로 유체를 액화시킬 수 있고, 따라서 피토튜브는 에너지 소모량을 줄일 수 있어, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브는 작은 용량의 히터를 사용함으로써, 적은 무게를 이용하는 히터를 사용하여 경량화를 할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브는 내부의 압력변화요인(드레인 홀)이 제거되어, 추가적인 보정 없이 신뢰성 있는 압력 측정정보를 수집할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 피토튜브는 작은 용량의 히터를 사용함으로써, 제작비용을 줄일 수 있다.
도1은 일 실시예에 따른 피토튜브의 개략적인 사시도이다.
도2는 일 실시예에 따른 피토튜브의 개략적인 단면도이다.
도3은 일 실시예에 따른 피토튜브에서 액화된 유체가 배출되는 과정을 도시한 것으로, 도3(a)에서는 피토튜브의 개구 및 슬롯에 유체가 유입되고, 도3(b)에서는 히터가 열을 방출하며, 도3(c)에서는 개구로 유입된 유체가 액화되고, 도3(d)에서는 액화된 유체가 배출되는 과정을 도시한다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도1은 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 사시도이고, 도2는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 단면도이다. 도1 또는 도2를 참조하여, 일 실시예에 따른 피토튜브(100)는 하우징(110), 개구(120), 슬릿(130), 히터 케이블(141), 경사면(122), 히터(140), 제1 유로(150) 및 제2 유로(151)을 포함 할 수 있다.
상기 하우징(110)은 상기 개구(120) 및 슬릿(141)을 구비하며 상기 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 외관을 형성할 수 있다.
상기 하우징은 본 실시예 및 도면에서 원통형으로 설명되고 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 타원형, 날개형 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 또한 예를 들어, 도면에 도시된 돌출된 상기 제1 유로(150), 제2 유로(151) 및 히터 케이블(141)은 상기 하우징(110) 내측에 존재할 수 있다.
상기 개구(120)는 하우징(110)의 전방에, 항공기의 동체(fuselage)의 진행방향 쪽에 형성될 수 있다. 하우징(110)의 전방에서, 상기 개구(120)를 통해 항공기의 동체의 진행에 의해 발생되는 유체(Fa)의 유동은 상기 피토튜브(100) 내부로 유입될 수 있다. 이 때, 상기 항공기의 동체의 진행에 유입되는 유체의 유동은 항공기의 동체의 운동으로 인해 발생되는 동압(dynamic　pressure) 및 항공기의 동체 주위의 압력인 정압(static　pressure)으로 구성될 수 있다. 상기 유체(Fa)는 상기 개구(120) 및 상기 경사면(122)을 통하여 상기 제1 유로(150)로 유입될 수 있다.
상기 제1 유로(150)에는 압력 측정부가 구비될 수 있다. 여기서 압력 측정부는 압력을 직접적으로 측정하는 센서일 수 있고, 압력 또는 압력신호를 항공기의 동체 내로 전달하여 측정하는 관일 수 있다. 또한, 상기 제1 유로(150)는 단부가 폐쇄되어 유체(Fa)를 잔류시킬 수 있다.
또한, 상기 피토튜브(100)의 길이방향 중심축 및 제1 유로의 길이방향(150) 중심축의 높이차이인 단차(D)는 상기 개구(120) 길이의 절반보다 크게 형성될 수 있다. 구체적으로 예를 들어, 상기 피토튜브(100)를 정면에서 바라볼 때, 단차(D)로 인하여 상기 제1 유로(150)는 상기 경사면(122)에 가려지거나, 2차원 평면에서 상기 개구(120)와 상기 제1유로(150)의 공간을 형성하는 원주는 외접하거나 이격 될 수 있다.
도면에서 피토튜브(100)의 제1 유로(150)는 피토튜브(100)의 중심축과 평행하고 직선형으로 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 제1 유로(150)는 곡선형, 격자형 등일 수 있다.
상기 슬릿(130)은 하우징(110)의 측면에 형성될 수 있다. 하우징(110)의 측면에서, 상기 슬릿(130)을 통해 항공기의 동체 주위의 압력인 정압(static　pressure)으로 유체(fa)는 유입(또는 유출)될 수 있다. 상기 유체(fa)는 상기 슬릿(130)을 통하여 상기 제2 유로(151)로 유입될 수 있다. 상기 슬릿(130)은 하우징(110)의 측면에서 방사형으로, 복수 개로 형성될 수 있다.
상기 제2 유로(151)에는 상기 제1 유로와 마찬가지로 압력 측정부가 구비될 수 있다. 여기서 압력 측정부는 압력을 직접적으로 측정하는 센서일 수 있고, 압력 또는 압력신호를 항공기의 동체 내로 전달하여 측정하는 관일 수 있다. 또한, 상기 제2 유로(151)는 단부가 폐쇄되어 유체(fa)를 잔류시킬 수 있다.
상기 피토튜브(100)에는 상기 개구(120) 및 슬릿(130)으로 유입된 유체(Fa, fa)를 가열하여 액화시키는 히터(140)가 배치될 수 있다. 상기 히터(140)는 구름 등의 수분을 다량 포함하고 있는 저온의 유체(Fa, fa)가 상기 피토튜브(100)와 접촉될 때, 피토튜브(100)의 개구(120) 및 슬롯(130)이 빙결로 인하여 폐쇄될 수 있고, 저온으로 인한 피토튜브(100)의 기능상 문제를 초래할 수 있기 때문에, 유입되는 유체를 가열하여 액화시킬 수 있다.
특히, 상기 히터(140)는 열효율을 위하여, 본 실시예에 따른 피토튜브(100)에서 경사면(122)의 후방에 배치될 수 있다. 구체적으로, 본 실시예에 따른 피토튜브(100)는 전방에서 유체를 액화시키기 때문에, 액화시키기 위한 열을 필요로 한다. 이때, 상기 히터(140)가 전방에서 멀어질수록 효율이 떨어지기 때문에, 상기 히터(140)의 효율을 높이기 위하여 최대한 경사면(122)에 밀착하여 배치될 수 있다.
상기 경사면(122)은 후방에 상기 히터(140)를 구비하여 전방에서 유입되는 유체(Fa)를 액화시킬 수 있다. 구체적으로, 상기 유체(Fa, fa)는 일반적으로 저압의 공기로써 수분을 포함할 수 있어, 열을 공급받으면 압력이 상승하여 수분이 압축, 액화될 수 있다. 이렇게 액화된 유체(Ff)의 수분은 상기 경사면(122)을 따라 외부로 배출될 수 있다.
본 실시예에 따른 피토튜브(100)는 상기 경사면(122)을 따라 상기 유체(Ff)를 배출하는 것으로 설명되고 도시되지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 액화된 유체(Ff)를 안내 하는 추가적인 유로가 형성될 수 있다.
구체적으로, 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 내부는 2중 유로로 구성될 수 있으며, 내측 유로(제1 유로, 150)는 전방에 부분에 개구(120)가, 외측유로(제2 유로, 151)는 측면에 슬릿(130)이 설치될 수 있다. 제1 유로(150) 및 제2 유로(151)의 내부에는 압력센서를 두어서, 제1 유로 및 제2 유로에 작용하는 압력의 차이를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 제2 유로(151)의 슬릿(130)은 측면에 생성될 수 있고, 이에 따라 슬릿(130)은 흐름에 영향을 받지 않게 될 수 있으며, 항공기의 동체 주위의 정압(static pressure)이 수용될 수 있다. 또한, 제1 유로(150)의 개구(120)는 항공기의 동체의 진행방향에 맞추어 전방에 생성될 수 있다. 전방에 생성된 개구(120)를 통해, 항공기의 동체 주위의 정압과 항공기의 동체의 운동으로 인해 발생하는 동압(dynamic pressure)을 합친 전체 압력(total pressure)이 수용될 수 있다. 수용된 두 압력의 차이는 동압이고, 계산된 동압은 항공기의 동체의 속도를 계측하는데 이용될 수 있다.
또는, 피토튜브(100)에는 정압 측정용 슬릿(130)이 생략될 수 있다. 이때, 정압은 비행기의 또 다른 구성요소들(예를 들어, 정압관)에서 측정될 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)를 이용하는 방법에 대해 도3(a) 내지 도3(d)를 참조하여 상세히 설명한다.
도3(a)는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)에 작용하는 유동을 도시한다. 도3(a)을 참조하여 구체적으로, 유체(Fa)는 상기 피토튜브(100)의 상기 하우징(110) 전방에 구비된 상기 개구(120)를 통하여 상기 피토튜브(100)의 내부 상기 제1 유로(150)로 유입될 수 있다. 이때, 상기 유체(Fa)는 상기 경사면(122)에서 충돌한 후 상기 제1 유로(150)로 유입될 수 있다. 또한, 또 다른 유체(fa)는 상기 피토튜브(100)의 측면에 배치된 상기 슬릿(130)을 통해 상기 피토튜브(100)의 내부 상기 제2 유로(151)로 유입될 수 있다.
예를 들어, 상기 경사면(122)으로 연결되는 개구(120)를 통해 제1 유로(150)에는 비행기의 비행으로 발생하는 공기의 유동(Fa)으로 인한 압력 및 대기압이 제공되고, 상기 슬릿(130)을 통하여 연결되는 제2 유로의 내부는 비행기가 비행하는 고도에 작용하는 대기압과 같은 압력으로 조정된다.
도3(b)는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 경사면(122)에서 방출되는 열(H)을 도시한다. 도3(b)를 참조하여 구체적으로, 상기 경사면(122)은 상기 히터 케이블(141)을 통하여 에너지를 공급받은 상기 히터(140)를 통해 열(H)을 공급받을 수 있다. 상기 열(H)은 경사면을 통해 방출되어 상기 유체(Fa)를 가열시킬 수 있다.
예를 들어, 항공기 동체의 진행 중, 고도에 따른 저온 저압의 공기가 상기 피토튜브(100)에 유입될 때, 상기 히터(140)는 상기 경사면(122)에 있는 공기에 열을 가한다.
도3(c)는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 상기 경사면(122)에, 상기 유체(Fa)의 수분이 액화된 상태를 도시한다. 도3(c)를 참조하여 구체적으로, 상기 유체(Fa)는 경사면(122)의 열을 통해 가열되어서, 상기 유체(Fa)의 수분은 액화될 수 있다. 또한 상기 액화된 유체(Ff)는 상기 경사면(122)에서 응집될 수 있다.
예를 들어, 상기 도3(b)에 도시된 바와 같은 열이 가해진 공기(예를 들어, 구름 또는 수분을 포함하는 공기 등)는 온도가 상승하여 상기 경사면(122)의 표면에서 액화되고, 액화된 수분은 응집된다.
도3(d)는 일 실시예에 따른 피토튜브(100)의 상기 경사면(122)에 응집된 상기 유체(Ff)가 방출되는 상태를 도시한다. 도3(d)를 참조하여 구체적으로, 상기 액화되어 응집된 유체(Ff)는 상기 경사면(122)을 따라 중력을 영향을 받아 외부로 방출될 수 있다.
예를 들어, 상기 경사면(122) 표면에서 액화된 공기의 수분은 중력으로 인해 피토튜브의 외부로 방출된다.
이에 의해, 일 실시예에 따른 피토튜브(100)는 작은 용량의 히터(140)로 유체를 액화시킬 수 있고, 따라서 경량화 및 에너지 효율성을 높일 수 있으며, 추가적인 보정 없이 압력 측정정보를 수집 및 이용할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 피토튜브
110 : 하우징
120 : 개구
122 : 경사면
130 : 슬릿
140 : 히터
141 : 히터 케이블
150 : 제1 유로
151 : 제2 유로
Fa : (개구에 유입되는)유체
fa : (슬릿에 유입되는)유체
Ff : 액화된 유체
D : 단차
H : 열

Claims (10)

  1. 외관을 형성하는 하우징;
    상기 하우징의 전면에 배치되어 유체가 유입되는 개구;
    상기 개구와 연결되는 제1 유로;
    상기 하우징의 측면에 배치되어 유체가 유입되는 슬릿;
    상기 슬릿과 연결되는 제2 유로; 및
    상기 개구 및 슬릿으로 유입된 유체를 가열하여 액화시키는 히터;
    를 포함하고,
    상기 제1 유로는 상기 개구의 중심보다 상부에 위치되는, 피토튜브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로와 개구 사이에는 경사면이 구비되고, 상기 경사면을 통해 액화된 유체가 상기 개구로 배출될 수 있는, 피토튜브.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 히터는 경사면 후방에 배치되어 경사면으로 유입되는 유체를 가열하여 액화시켜서, 액화된 유체가 경사면을 따라 배출되는, 피토튜브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 유로 또는 제2 유로에는 압력 측정부가 구비되고, 제1 유로의 압력 측정부에는 동적 압력 및 정적 압력이 합쳐진 전체 압력이 측정되며, 제2 유로의 압력 측정부에는 정적 압력이 측정되는, 피토튜브.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 슬릿은 상기 하우징의 측면에서 방사형으로 복수 개가 배치되는, 피토튜브.
  6. 외관을 형성하는 하우징;
    상기 하우징의 전면에 배치되어 유체가 유입되는 개구;
    상기 개구와 단차를 두고 연결되는 유로; 및
    상기 유로의 후방에 배치되어 상기 유로로부터 유입되는 유체에 의한 압력을 측정할 수 있는 압력 측정부;
    를 포함하고,
    유체의 압력을 측정하고 개구 측에서 액화된 유체를 배출하는, 피토튜브.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 유로와 개구 사이에는 경사면이 구비되고, 상기 경사면을 통해 액화된 유체가 상기 개구로 배출될 수 있는 피토튜브.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 하우징의 측면에 배치되어 공기가 유입되는 슬릿, 및 상기 슬릿과 연결되며 압력을 측정하는 압력 측정부가 구비된 또 다른 유로를 더 포함하는, 피토튜브.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 단차의 길이는 상기 개구 길이의 절반보다 큰, 피토튜브.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 피토튜브로 유입된 유체를 가열하여 액화시키는 히터를 더 포함하는, 피토튜브.
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