KR20180017483A - In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof - Google Patents

In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof Download PDF

Info

Publication number
KR20180017483A
KR20180017483A KR1020160101344A KR20160101344A KR20180017483A KR 20180017483 A KR20180017483 A KR 20180017483A KR 1020160101344 A KR1020160101344 A KR 1020160101344A KR 20160101344 A KR20160101344 A KR 20160101344A KR 20180017483 A KR20180017483 A KR 20180017483A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
film cooling
cooling gas
infrared
infrared window
window
Prior art date
Application number
KR1020160101344A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101833632B1 (en
Inventor
김만식
이동훈
이동민
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020160101344A priority Critical patent/KR101833632B1/en
Publication of KR20180017483A publication Critical patent/KR20180017483A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101833632B1 publication Critical patent/KR101833632B1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G7/00—Direction control systems for self-propelled missiles
    • F41G7/20—Direction control systems for self-propelled missiles based on continuous observation of target position
    • F41G7/22—Homing guidance systems
    • F41G7/2253—Passive homing systems, i.e. comprising a receiver and do not requiring an active illumination of the target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/20—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity
    • G01N25/48—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating the development of heat, i.e. calorimetry, e.g. by measuring specific heat, by measuring thermal conductivity on solution, sorption, or a chemical reaction not involving combustion or catalytic oxidation
    • G01N25/4806—Details not adapted to a particular type of sample
    • G01N25/4826—Details not adapted to a particular type of sample concerning the heating or cooling arrangements

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

The present invention relates to an apparatus capable of testing a film cooling quality of an infrared window of a guided missile detector in a supersonic environment, wherein a film cooling quality measuring portion comprises: a film cooling nozzle for injecting film cooling gas supplied from a film cooling gas supply apparatus; and an infrared window simulating structure measuring the temperature while the film cooling gas is injected by the film cooling nozzle. The film cooling nozzle is formed to enable the injected film cooling gas and a main flow to be parallel to each other.

Description

초음속 환경에서의 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치 및 방법{IN SUPERSONIC ENVIRONMENT, APPARATUS FOR TESTING FILM COOLING QUALITY OF INFRARED WINDOW OF GUIDED MISSILE DETECTOR AND METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an apparatus and a method for testing infrared window film cooling characteristics of a guide gun in a supersonic environment,

본 발명은 초음속 환경에서의 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치 및 방법에 대한 것으로써, 초음속 주유동과 막냉각 유체의 유량비와 막냉각 유체 분사용 노즐 형상을 다양하게 변경하면서 적외선 열상법을 적용함으로써 탐색기 적외선 창의 막냉각 특성을 2차원으로 파악할 수 있는 특징을 갖는다.The present invention relates to an apparatus and a method for testing the infrared window film cooling characteristics of a guide gun searcher in a supersonic environment, and is characterized in that the infrared thermal method is applied while varying the flow rate of supersonic main flow and film cooling fluid, This makes it possible to grasp the film cooling characteristics of the infrared ray window of the navigator in two dimensions.

적외선 영상 탐색기를 사용하여 표적을 포착해서 타격하는 유도탄은 일반적으로 초음속으로 비행하며, 고속 비행에 따른 공력가열 현상으로 인해 유도탄의 온도가 상승하게 된다. 적외선 영상 탐색기가 표적의 적외선 영상을 포착할 수 있도록 유도탄에는 적외선 창이 장착되는데, 적외선 창 역시 공력가열 현상으로 인해 온도가 상승한다. 적외선 창의 온도가 상승하면 표적 포착 성능이 떨어지는 것으로 알려져 있으며 이에 따라 국외에서는 적외선 창을 냉각하는 장치가 포함된 유도탄이 개발되었거나 적외선 창을 냉각하는 기술을 개발하기 위한 다수의 개발 프로그램들이 수행된 사례가 있다. The missile is usually supersonic and the temperature of the missile is increased due to the aerodynamic heating due to the high speed flight. An infrared ray window is attached to the missile so that the infrared ray image detector can capture the infrared image of the target. The temperature of the infrared ray window also increases due to the aerodynamic heating phenomenon. It is known that when the temperature of an infrared window rises, the target acquisition performance is deteriorated. Therefore, there have been cases where a development project has been carried out to develop a technology for cooling infrared windows or a missile having an infrared window cooling device developed abroad have.

적외선 창을 냉각하거나 공력가열 환경으로 인해 창의 온도가 상승하지 않도록 보호하는 방법 중 하나로 막냉각 기술을 이용할 수 있다. 막냉각은 고온의 주유동과 적외선 창 사이에 저온의 막냉각 유체를 분사시켜 일종의 단열막(에어 커튼과 유사)을 형성함으로써 적외선 창의 온도 상승을 억제하는 기술을 총칭하며 가스 터빈의 블레이드 냉각 등에도 널리 적용되고 있다. 유도탄의 경우에는 내부 공간이 충분하지 않으므로 막냉각 유체를 보관하는 용기의 체적에 제한이 있으며 이에 따라 최적의 막냉각 분사 전략을 선정해 막냉각 유체 용기의 체적을 최소화할 필요가 있다. 이러한 점에서 유도탄이 운용되는 초음속 환경에서 막냉각 특성을 파악하는 것은 매우 중요하며 지상에서 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 평가 방법을 고안하는 것이 필수적이다. Membrane cooling technology can be used as a way to cool the infrared window or to protect the window temperature from rising due to an aerodynamic heating environment. Membrane cooling is a technique for suppressing the temperature rise of an infrared ray window by forming a kind of heat insulating film (similar to an air curtain) by injecting a low temperature film cooling fluid between a high temperature main stream and an infrared ray window. It is widely applied. In the case of missile, there is not enough internal space, so there is a limitation on the volume of the container for storing the membrane cooling fluid, and accordingly, it is necessary to minimize the volume of the membrane cooling fluid container by selecting an optimum membrane cooling injection strategy. In this regard, it is very important to understand the film cooling characteristics in the supersonic environment where the missile is operated, and it is essential to devise a test method for evaluating the characteristics of the IR window film cooling characteristics of the guidance gun explorer on the ground.

지상에서 유도탄의 비행 환경을 모사하여 막냉각 장치가 포함된 적외선 창의 냉각 또는 보호 특성을 파악하려면 방대한 시험 설비를 필요로 하며 막대한 시험 비용이 수반된다. 본 발명은 초음속 환경에서 막냉각 유체 분사 시 유도탄 탐색기 적외선 창의 냉각 또는 보호 특성을 파악할 수 있도록 고안된 장치에 대한 것으로 기존의 시험 방법에 비해 비교적 간단하고 저렴하면서도 막냉각 특성 평가에 유용한 자료를 제공하는 특징을 갖는다. To simulate the flight environment of a missile on the ground and to understand the cooling or protection characteristics of an infrared window containing a membrane cooling system requires extensive testing facilities and a significant test cost. The present invention relates to a device designed to detect cooling or protection characteristics of an infrared ray window of a guided-gas explorer in a supersonic environment, which is relatively simple and inexpensive as compared with the conventional test method, Respectively.

상술한 문제점을 해결하고자, 최적의 막냉각 분사 전략을 선정해 막냉각 유체 용기의 체적을 최소화하고, 유도탄이 운용되는 초음속 환경에서의 막냉각 특성을 파악할 수 있도록, 지상에서 가능한 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In order to solve the above-mentioned problem, the optimum film cooling injection strategy is selected to minimize the volume of the film cooling fluid container and to understand the film cooling characteristics in the supersonic environment in which the guided carbon is operated. And an object of the present invention is to provide an apparatus and method for testing cooling characteristics.

본 발명은 초음속 환경에서의 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성을 시험할 수 있는 장치에 있어서, 막냉각 특성 측정부는 막냉각 기체 공급장치로부터 공급된 막냉각 기체를 분사하는 막냉각 노즐, 상기 막냉각 노즐에 의해 상기 막냉각 기체가 분사되면 온도를 계측하는 적외선 창 모사 구조물을 포함하며, 상기 막냉각 노즐은 상기 분사되는 막냉각 기체와 주유동이 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치이다. The present invention relates to an apparatus for testing infrared guiding film cooling characteristics of a guide gun searcher in a supersonic environment, the film cooling characteristic measuring unit comprising a film cooling nozzle for jetting a film cooling gas supplied from a film cooling gas supplying device, Wherein the film cooling nozzle is formed so as to be parallel to the main flow with the film cooling gas to be injected, characterized in that an infrared window casting structure for measuring the temperature when the film cooling gas is injected by the film cooling gas Device.

본 발명을 통해 비교적 저렴하고 간편하게 막냉각 특성을 파악할 수 있는 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치를 획득할 수 있으며, 적외선 창 냉각장치의 설계를 위한 유용한 기초 자료를 제공할 수 있는 점에서 본 발명에서 구현한 시험 장치의 필요성은 향후 크게 높아질 것으로 예상된다.It is possible to obtain an infrared infrared window film cooling characteristic test apparatus which can relatively easily and inexpensively grasp film cooling characteristics through the present invention and can provide useful basic data for designing an infrared window cooling apparatus, The need for implemented test equipment is expected to increase significantly in the future.

본 발명은 방산 분야에 있어서는 적외선 창이 적용된 유도탄의 설계에도 적용될 수 있을 뿐만 아니라, 막냉각 방식이나 전략에 따라 막냉각 노즐을 변경하면 막냉각이 적용되는 다양한 민수 분야에도 광범위하게 사용될 수 있는 특징이 있다.The present invention can be applied not only to the design of a missile with an infrared window in the field of defense, but also to a variety of civilian fields to which film cooling is applied by changing the film cooling nozzle according to the film cooling system or strategy .

도 1은 본 발명에 따른 초음속 환경에서의 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치의 전체 구성 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 막냉각 특성 측정부의 구성 개념도이다.
도 3은 본 발명에서 따른 막냉각 특성 측정부의 적외선 영상 예시이다.
도 4는 본 발명에 따른 막냉각 노즐 및 적외선 창 모사 구조물의 개념도이다.FIG. 1 is an overall schematic view of an apparatus for testing infrared window film cooling characteristics in a supersonic environment according to the present invention.
2 is a configuration diagram of a film cooling characteristic measuring unit according to the present invention.
3 is an infrared ray image of a film cooling characteristic measuring unit according to the present invention.
4 is a conceptual diagram of a film cooling nozzle and an infrared window simulation structure according to the present invention.

본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.For a better understanding of the present invention, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention can be modified in various forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described in detail below. The present embodiments are provided to enable those skilled in the art to more fully understand the present invention. Therefore, the shapes and the like of the elements in the drawings can be exaggeratedly expressed to emphasize a clearer description. It should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals in the drawings. Detailed descriptions of well-known functions and constructions which may be unnecessarily obscured by the gist of the present invention are omitted.

본 발명은 초음속 환경에서 막냉각 유체 분사 시 유도탄 탐색기 적외선 창의 냉각 또는 보호 특성을 파악할 수 있도록 고안된 장치 및 방법에 대한 것이다. 도 1은 본 발명에 따른 초음속 환경에서의 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치의 전체 구성 개념도이다.The present invention relates to an apparatus and a method designed to grasp the cooling or protection characteristics of a guided-gas exploration infrared window during a film cooling fluid injection in a supersonic environment. FIG. 1 is an overall schematic view of an apparatus for testing infrared window film cooling characteristics in a supersonic environment according to the present invention.

본 발명에 따른 초음속 환경에서의 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 시험장치는 크게 막냉각 기체 공급장치(100)와 막냉각 특성 측정부(200)로 나뉜다.The apparatus for testing infrared window film cooling characteristics in a supersonic environment according to the present invention can be roughly divided into a film cooling gas supplying apparatus 100 and a film cooling characteristic measuring unit 200.

먼저 상기 막냉각 기체 공급장치(100)는 고압으로 충진된 막냉각 기체 용기(1), 레귤레이터(2), 유량 조절기(3), 전기 히터 및 전력 제어 장치(4), 막냉각 기체 정체실(5), 제어용 컴퓨터(6), 온도 센서(7, 8) 및 압력 센서(9, 10)로 구성되어 적외선 창 막냉각 특성 시험에 필요한 막냉각 기체를 사용자가 원하는 유량, 온도, 압력 특성을 갖는 기체로 설정하여 막냉각 노즐로 공급한다. 특히 본 발명의 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치는 주유동과 막냉각 유동의 정체 온도에 차이가 발생하게 설정하여 공급함으로써 상기 주유동과 상기 막냉각 유동의 혼합 특성을 적외선 카메라로 계측해 막냉각 특성을 산출하는 특징을 가지므로, 상기 막냉각 기체 공급장치(100)에는 공급되는 막냉각 기체를 가열하는 상기 전기 히터(4)가 포함되어 있으며, 상기 전기 히터는 다른 방식의 전력 제어 장치로도 적용 가능하다.First, the membrane-cooling gas supply device 100 includes a membrane-cooling gas container 1 filled with a high pressure, a regulator 2, a flow rate regulator 3, an electric heater and a power control device 4, 5, the control computer 6, the temperature sensors 7 and 8, and the pressure sensors 9 and 10 to control the film cooling gas necessary for the infrared window film cooling characteristics test to have a desired flow rate, Set it as the gas and feed it to the film cooling nozzle. Particularly, the infrared window film cooling characteristics test apparatus of the present invention is designed to provide a difference in stagnation temperature between the main flow and the film cooling flow so that the mixing characteristics of the main flow and the film cooling flow are measured by an infrared camera, The film cooling device 100 is provided with the electric heater 4 for heating the film cooling gas supplied thereto and the electric heater can be applied to other types of electric power control devices It is possible.

도 2는 본 발명에 따른 막냉각 특성 측정부(200)의 구성 개념도이다.2 is a configuration diagram of the film cooling characteristic measuring unit 200 according to the present invention.

상기 막냉각 특성 측정부는 상기 막냉각 기체 공급장치(100)로부터 공급된 막냉각 기체가 분사되는 막냉각 노즐(11), 적외선 창 모사 구조물(21), 적외선 투과창(31), 적외선 카메라(32), 계측용 컴퓨터(33) 및 초음속 주유동 노즐 구조물(34) 등으로 구성되며 특히 상기 막냉각 노즐(11)과 상기 적외선 창 모사 구조물(21)은 상기 막냉각 특성 측정부(200)에 분해/조립이 가능한 구조를 갖도록 설계된다. 또한 상기 초음속 주유동 노즐 구조물(34)도 상기 막냉각 특성 측정부(200)에 분해/조립이 가능한 구조를 갖도록 설계되며 상기 초음속 주유동 노즐 구조물(34)의 형상을 변경하면 다양한 주유동 조건에서의 적외선 창 막냉각 특성 측정 시험을 수행할 수 있다. 또한 상기 막냉각 노즐(11)의 두께를 조정함으로써 상기 적외선 창 모사 구조물(21)에 분사되는 상기 막냉각 기체의 두께를 설정할 수 있다.The film cooling characteristic measuring unit includes a film cooling nozzle 11, an infrared window simulation structure 21, an infrared ray transmission window 31, an infrared camera 32 The film cooling nozzle 11 and the infrared window simulation structure 21 are separated from each other by the film cooling characteristic measurement unit 200 / Is designed to have a structure that can be assembled. Also, the supersonic main flow nozzle structure 34 is designed to have a structure capable of being disassembled / assembled into the film cooling characteristic measurement unit 200. When the shape of the supersonic main flow nozzle structure 34 is changed, The infrared window film cooling characteristic measurement test can be performed. Further, the thickness of the film cooling gas jetted to the infrared window simulation structure 21 can be set by adjusting the thickness of the film cooling nozzle 11.

상기 막냉각 특성 측정부(200)는 초음속 풍동에 연결되어 초음속 유동의 흐름이 내부에 발생하게 된다.The film cooling characteristic measuring unit 200 is connected to a supersonic wind tunnel to generate a supersonic flow flow therein.

도 4는 본 발명에 따른 막냉각 노즐(11) 및 적외선 창 모사 구조물(21)의 개념도이다.4 is a conceptual diagram of the film cooling nozzle 11 and the infrared window simulation structure 21 according to the present invention.

상기 막냉각 노즐(11)은 상기 막냉각 기체 공급장치(100)로부터 공급된 막냉각 기체를 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 상부 표면에 아음속 또는 초음속으로 분사하는 기능을 가지며 상기 막냉각 특성 측정부(200)와 조립/분해가 가능하도록 설계된다. 본 발명에서는 막냉각 효율이 가장 좋도록 주유동과 평행하게 막냉각 기체가 분사되는 형태로 상기 막냉각 노즐(11)이 설계되어 있다. 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 측정 시험 시 주유동의 조건을 변경하고자 할 경우에는 상기 초음속 주유동 노즐 구조물(34)을 다른 형상으로 설계하여 적용할 수 있으며, 막냉각 유동의 조건을 변경하고자 할 경우에는 상기 막냉각 노즐(11)을 다른 형상으로 설계하여 적용할 수 있다.The film cooling nozzle 11 has a function of spraying the film cooling gas supplied from the film cooling gas supplying device 100 to the upper surface of the infrared window simulating structure 21 at a subsonic or supersonic speed, And is assembled / disassembled with the unit 200. In the present invention, the film cooling nozzle 11 is designed in such a manner that the film cooling gas is injected in parallel with the main flow so that the film cooling efficiency is maximized. In order to change the condition of the main flow of the infrared screen window cooling property measurement test, the supersonic main flow nozzle structure 34 may be designed to have a different shape, and when it is desired to change the condition of the film cooling flow, The film cooling nozzles 11 can be designed and applied in different shapes.

상기 적외선 창 모사 구조물(21)은 적외선 창 막냉각 특성을 파악하기 용이하도록 방사율이 높고 전도열전도계수가 낮은 특징을 갖는 PEEK(Poly-ether-ether-ketone)이 사용되며 상기 막냉각 특성 측정부(200)와 조립/분해가 가능하도록 설계된다. 본 발명의 적외선 창 막냉각 특성 시험장치는 적외선 카메라를 이용해 적외선 창 모사 구조물의 벽면 온도를 계측하므로 적외선 방사율이 높고 전도열전도계수가 낮은 소재를 사용해야 한다.The infrared window simulation structure 21 is made of PEEK (Polyether-ether-ether-ketone) having a high emissivity and a low conduction coefficient of heat so as to facilitate the understanding of infrared window film cooling characteristics, 200) and assembled / disassembled. The infrared window film cooling characteristic testing apparatus of the present invention measures the wall surface temperature of an infrared ray window structure using an infrared camera so that a material having a high infrared ray emissivity and a low conduction coefficient of thermal conductivity should be used.

초음속 환경에서의 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 측정 시험 순서를 간단히 설명하면 다음과 같다. 상기 막냉각 기체 공급장치(100)에서 막냉각 기체의 정체 온도를 상기 전기 히터(4)를 제어함으로써 초음속 주유동의 정체 온도보다 높게 설정하여 막냉각 기체를 공급하고 상기 주유동 입구(35)에서 주유동을 함께 공급한다. 이 때 상기 적외선 카메라(32)를 동작시켜 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 온도를 상기 계측용 컴퓨터(33)로 계측함으로써 주유동과 막냉각 유동의 혼합에 따른 막냉각 특성을 계측한다. 한편 막냉각 특성을 대표하는 막냉각 효율은 다음의 식과 같이 산출할 수 있다. The following is a brief description of the test procedure for the infrared window film cooling characteristics of a navigator in a supersonic environment. The stagnation temperature of the membrane cooling apparatus is set to be higher than the stagnation temperature of the supersonic flow system by controlling the electric heater 4 so as to supply the membrane cooling gas, The flow is fed together. At this time, the infrared camera (32) is operated to measure the temperature of the infrared window simulation structure (21) by the measuring computer (33), thereby measuring the film cooling characteristic according to the mixing of the main flow and the film cooling flow. On the other hand, the film cooling efficiency representative of the film cooling characteristics can be calculated by the following equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

위의 식에서

Figure pat00002
/
Figure pat00003
/
Figure pat00004
은 각각 상기 막냉각 기체 공급장치(100)에서 공급하는 막냉각 기체의 정체 온도, 초음속 주유동의 정체 온도, 상기 적외선 창 모사 구조물(21) 벽면의 온도를 나타낸다. 막냉각 효율이 1.0이라 함은 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 벽면 온도(
Figure pat00005
)가 상기 막냉각 기체 공급장치(100)에서 공급하는 막냉각 기체의 정체 온도(
Figure pat00006
)와 동일하므로 막냉각 기체가 주유동으로부터 상기 적외선 창 모사 구조물(21)을 완전히 보호하고 있음을 의미한다. 막냉각 효율이 0.0이라 함은 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 벽면 온도(
Figure pat00007
)가 주유동의 정체 온도(
Figure pat00008
)와 동일하므로 막냉각 기체가 주유동과 완전히 병합되어 상기 적외선 창 모사 구조물(21)을 전혀 보호하지 못하고 있음을 의미한다. In the above equation
Figure pat00002
/
Figure pat00003
/
Figure pat00004
Respectively denote the stagnation temperature of the film cooling gas supplied from the film cooling gas supply device 100, the stagnation temperature of the supersonic flow-casting sphere, and the temperature of the wall surface of the infrared window simulation structure 21. The film cooling efficiency of 1.0 means that the wall surface temperature of the infrared window simulation structure 21
Figure pat00005
) Of the film cooling gas supplied from the film cooling gas supplying device 100
Figure pat00006
), Which means that the film cooling gas completely protects the infrared window simulating structure 21 from the main flow. The film cooling efficiency of 0.0 means that the wall surface temperature of the infrared window simulation structure 21
Figure pat00007
) Is the stagnation temperature
Figure pat00008
, It means that the film cooling gas is completely merged with the main flow and thus the infrared window simulation structure 21 is not protected at all.

도 3은 본 발명에서 따른 막냉각 특성 측정부(200)의 적외선 영상 예시이다.3 is an infrared ray image of the film cooling characteristic measuring unit 200 according to the present invention.

도 3에서 흰색으로 표시된 영역은 상기 막냉각 기체 공급장치(100)에서 공급되는 기체의 정체 온도와 가깝게 유지되는 것을 의미하며 검정색은 막냉각 기체와 주유동과의 혼합에 의해 저온의 정체 온도를 갖는 주유동의 온도에 가깝게 유지되는 것을 의미한다. 도 3에서 [A] 영역은 상기 막냉각 노즐(11)에서 분사되는 막냉각 기체가 주유동으로부터 상기 적외선 창 모사 구조물(21)이 영향을 받는 것을 억제하고 있음을 나타낸다. 도 3에서 [B] 영역은 막냉각 기체가 분사되지 않고 주유동에 의해서만 상기 적외선 창 모사 구조물(21)이 영향을 받고 있음을 나타낸다. 도 3에서 [C] 영역은 주유동과 막냉각 유동이 전진하면서 서로 혼합됨에 따라 막냉각 기체가 주유동으로부터 상기 적외선 창 모사 구조물(21)을 완전히 보호하지 못하고 주유동의 영향이 점차 더 커지고 있음을 나타낸다. 본 발명은 도 3과 같은 자료를 획득함으로써 주유동, 막냉각 유동 특성 및 막냉각 노즐의 특성에 따른 탐색기 적외선 창 막냉각 특성을 파악할 수 있고 적외선 창 막냉각 장치를 설계하기 위한 중요한 자료를 제공할 수 있다. The area indicated in white in FIG. 3 means that the temperature is kept close to the stagnation temperature of the gas supplied from the film cooling gas supply device 100, and the black color indicates the stagnation temperature due to the mixing of the film cooling gas and the main flow Which means that it is kept close to the temperature of the main flow. In FIG. 3, the area [A] indicates that the film cooling gas ejected from the film cooling nozzle 11 suppresses the influence of the infrared window simulation structure 21 from the main flow. In FIG. 3, the region [B] indicates that the infrared window simulation structure 21 is affected only by the main flow without the film cooling gas being injected. In FIG. 3, the region [C] shows that the film cooling gas does not completely protect the infrared window simulating structure 21 from the main flow as the main flow and the film cooling flow are mixed with each other, . By obtaining the data as shown in FIG. 3, the present invention can acquire the infrared ray window film cooling characteristics according to the characteristics of the main flow, the film cooling flow characteristics and the film cooling nozzle, and provide important data for designing the infrared window film cooling apparatus .

도 4는 본 발명에 따른 막냉각 노즐(11)과 적외선 창 모사 구조물(21)의 상세 형상을 나타낸다. 도 4의 막냉각 노즐의 경우는 사각 단면의 초음속 수축-확대 노즐을 2 개 병렬로 연결한 형태를 적용한 것이며 사용자가 설계한 어떠한 형태의 막냉각 노즐도 사용이 가능하다.4 shows the detailed shapes of the film cooling nozzle 11 and the infrared window simulation structure 21 according to the present invention. In the case of the film cooling nozzle of FIG. 4, two types of supersonic shrink-enlargement nozzles of a rectangular cross section are connected in parallel, and any type of film cooling nozzle designed by the user can be used.

다음은 초음속 환경에서의 탐색기 적외선 창 막냉각 특성 측정 시험 순서이다. 사용자가 상기 제어용 컴퓨터(6)에 설치된 프로그램을 이용해 막냉각 기체의 공급 압력과 온도를 설정하는 단계, 상기 막냉각 기체 정체실(5)에서의 압력과 온도를 상기 온도 센서(8)와 상기 압력 센서(10)로 측정해 사용자가 설정한 값이 되도록 상기 레귤레이터(2), 상기 유량 조절기(3), 상기 전기 히터 및 전력 제어 장치(4)가 동작하여 제어된 상기 막냉각 기체가 각 구성품 간 연결된 배관을 통해 상기 막냉각 기체 정체실(5)로 공급되는 단계, 상기 막냉각 기체 정체실(5)과 배관으로 연결된 상기 막냉각 특성 측정부(200)의 상기 막냉각 노즐(11)을 통해 가열된 상기 막냉각 기체가 상기 적외선 창 모사 구조물(21) 표면으로 분사되는 단계, 상기 막냉각 특성 측정부(200)에 조립된 상기 적외선 투과창(31)을 통해 상기 적외선 카메라(32)로 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 온도를 계측용 컴퓨터(33)를 이용해 계측하는 단계로 진행되며, 상기 막냉각 기체에 의해 상기 적외선 창 모사 구조물(21)이 가열되는 현상만이 계측된다. 여기서 상기 적외선 카메라(32)는 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 상측에 마주보도록 위치하며, 상기 적외선 카메라와 상기 적외선 창 모사 구조물 사이에 상기 적외선 투과창(31)이 위치한다.The following is the test procedure for the infrared window film cooling characteristics of the explorer in a supersonic environment. A step of setting a supply pressure and a temperature of a film cooling gas by a user using a program installed in the control computer (6), a step of setting a pressure and a temperature in the film cooling chamber stagnation chamber (5) The regulator 2, the flow rate regulator 3, the electric heater, and the electric power control device 4 are operated so that the value measured by the sensor 10 is the value set by the user, Cooling water is supplied to the film-cooling gas stagnation chamber 5 through the connected piping through the film cooling nozzle 11 of the film cooling characteristic measurement unit 200 connected to the film-cooling gas stagnation chamber 5 by piping The heated film cooling gas is injected onto the surface of the infrared window simulation structure 21 and the infrared camera 32 is controlled by the infrared camera 32 through the infrared ray transmission window 31 assembled in the film cooling characteristic measurement unit 200, Infrared window simulator Proceed with the temperature of the water 21 to a step of measurement using the computer 33 for measurement and, only developing the film by the cooling gas to heat said infrared window simulation structure 21 is measured. The infrared camera 32 is located on the upper side of the infrared window simulation structure 21 and the infrared ray transmission window 31 is positioned between the infrared camera and the infrared window simulation structure.

상기 막냉각 기체가 분사되는 단계에서 상기 막냉각 특성 측정부(200)의 상기 주유동 입구(35)에서 주유동을 공급하면 상기 적외선 창 모사 구조물(21)의 적외선 영상은 초음속 주유동과 막냉각 기체가 혼합되는 특성을 계측하게 된다. When the main flow is supplied from the main flow inlet 35 of the film cooling characteristic measurement unit 200 in the step of spraying the film cooling gas, the infrared image of the infrared window simulation structure 21 passes through the supersonic main flow and the film cooling The characteristics of mixing the gas are measured.

상기 계측용 컴퓨터(33)로 계측하는 단계에서 상기 계측의 기준은 막냉각 효율이며 상기 막냉각 효율은 상기 막냉각 기체와 상기 주유동의 혼합 정도로 산출된다.In the step of measuring with the measuring computer 33, the measurement standard is the film cooling efficiency, and the film cooling efficiency is calculated as the mixing degree of the film cooling gas and the main flow.

상기 주유동이 공급되는 단계에서 상기 막냉각 기체는 상기 적외선 창 모사 구조물(21) 표면에서 주유동 방향과 동일한 방향으로 분사된다.In the step of supplying the main flow, the film cooling gas is injected in the same direction as the main flow direction on the surface of the infrared window simulation structure (21).

이상에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and equivalent arrangements may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, it is to be understood that the present invention is not limited to the above-described embodiments. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims. It is also to be understood that the invention includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 막냉각 기체 공급장치
200 : 막냉각 특성 측정부
1 : 고압으로 충진된 막냉각 기체 용기
2 : 레귤레이터
3 : 유량 조절기
4 : 전기 히터 및 전력 제어 장치
5 : 막냉각 기체 정체실
6 : 제어용 컴퓨터
7, 8 : 온도 센서
9, 10 : 압력 센서
11 : 막냉각 노즐
12 : 막냉각 노즐 덮개
21 : 적외선 창 모사 구조물
31 : 적외선 투과창
32 : 적외선 카메라
33 : 계측용 컴퓨터
34 : 초음속 주유동 노즐 구조물
35 : 주유동 입구
36 : 주유동 출구100: Film cooling gas supply device
200: Film cooling characteristic measuring unit
1: High-pressure filled membrane cooling vessel
2: Regulator
3: Flow regulator
4: Electric heater and power control device
5: Film cooling chamber
6: Control computer
7, 8: Temperature sensor
9, 10: Pressure sensor
11: Film cooling nozzle
12: Film cooling nozzle cover
21: Infrared window mirror structure
31: Infrared ray transmission window
32: Infrared camera
33: Computer for measurement
34: Supersonic main flow nozzle structure
35: main flow inlet
36: main flow outlet

Claims (9)

초음속 환경에서의 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성을 시험할 수 있는 장치에 있어서,
막냉각 특성 측정부는
막냉각 기체 공급장치로부터 공급된 막냉각 기체를 분사하는 막냉각 노즐;
상기 막냉각 노즐에 의해 상기 막냉각 기체가 분사되면 온도를 계측하는 적외선 창 모사 구조물; 을 포함하며,
상기 막냉각 노즐은 상기 분사되는 막냉각 기체와 주유동이 평행하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치. An apparatus capable of testing the infrared window film cooling characteristics of a guide gun searcher in a supersonic environment,
The film cooling characteristic measuring unit
A film cooling nozzle for jetting the film cooling gas supplied from the film cooling gas supply device;
An infrared ray window simulating structure for measuring a temperature when the film cooling gas is injected by the film cooling nozzle; / RTI >
Wherein the film cooling nozzles are formed such that the film cooling gas to be injected and the main flow are parallel to each other. 제1항에 있어서,
적외선 카메라는 상기 적외선 창 모사 구조물의 상측에 마주보도록 위치하며 상기 적외선 카메라와 상기 적외선 창 모사 구조물 사이에 적외선 투과창이 위치하는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치. The method according to claim 1,
Wherein the infrared camera is positioned to face the upper side of the infrared window simulation structure and an infrared ray transmission window is positioned between the infrared ray camera and the infrared window mirror structure. 제1항에 있어서,
상기 적외선 창 모사 구조물에 분사되는 막냉각 기체의 두께는 상기 막냉각 노즐의 두께로 설정하는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the film cooling gas injected into the infrared window simulation structure is set to the thickness of the film cooling nozzle. 제1항에 있어서,
상기 막냉각 노즐은
상기 막냉각 기체 공급장치로부터 공급된 막냉각 기체를 아음속 또는 초음속으로 분사하는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치.The method according to claim 1,
The film cooling nozzles
And the film cooling gas supplied from the film cooling gas supplying device is injected at a subsonic or supersonic speed. 제1항에 있어서,
상기 막냉각 기체 공급장치는
상기 주유동과 상기 막냉각 기체 유동의 정체 온도를 상이하게 설정하는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치.The method according to claim 1,
The film cooling gas supply device
Wherein the stagnation temperature of the main flow and the stagnation temperature of the film cooling gas flow are set differently. 제1항에 있어서,
상기 막냉각 특성 측정부는 초음속 풍동에 연결되어 초음속 유동이 내부에 발생되는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치.The method according to claim 1,
Wherein the film cooling characteristic measuring unit is connected to a supersonic wind tunnel to generate a supersonic flow in the infrared window film. 초음속 환경에서의 유도탄 탐색기 적외선 창 막냉각 특성을 시험할 수 있는 장치에 있어서,
막냉각 기체의 정체온도를 제어하는 단계;
상기 막냉각 기체가 적외선 창 모사 구조물에 분사를 시작하면 주유동이 분사되는 단계;
상기 적외선 창 모사 구조물의 온도를 계측하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치의 방법.An apparatus capable of testing the infrared window film cooling characteristics of a guide gun searcher in a supersonic environment,
Controlling the stagnation temperature of the film cooling gas;
Injecting a main flow when the film cooling gas starts to inject into the infrared window simulation structure;
Measuring the temperature of the infrared window simulation structure; The method comprising the steps of: 제7항에 있어서,
상기 온도를 계측하는 단계에서
상기 계측의 기준은 막냉각 효율이며
상기 막냉각 효율은 상기 막냉각 기체와 상기 주유동의 혼합 정도로 산출되는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치의 방법.8. The method of claim 7,
In the step of measuring the temperature
The criteria for the measurement are membrane cooling efficiency
Wherein the film cooling efficiency is calculated as a degree of mixing of the film cooling gas and the main flow of copper. 제7항에 있어서,
상기 막냉각 기체와 주유동이 분사되는 단계에 있어서
상기 막냉각 기체는 상기 적외선 창 모사 구조물 표면에서 상기 주유동 방향과 동일한 방향으로 분사되는 것을 특징으로 하는 적외선 창 막냉각 특성 시험 장치 의 방법.8. The method of claim 7,
In the step of spraying the main flow with the film cooling gas
Wherein the film cooling gas is injected from the surface of the infrared window simulation structure in the same direction as the main flow direction.
KR1020160101344A 2016-08-09 2016-08-09 In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof KR101833632B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160101344A KR101833632B1 (en) 2016-08-09 2016-08-09 In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160101344A KR101833632B1 (en) 2016-08-09 2016-08-09 In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180017483A true KR20180017483A (en) 2018-02-21
KR101833632B1 KR101833632B1 (en) 2018-03-02

Family

ID=61524560

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160101344A KR101833632B1 (en) 2016-08-09 2016-08-09 In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101833632B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112283996A (en) * 2020-09-07 2021-01-29 西北工业大学 Cooling method and cooling device for infrared glass window in high-temperature environment
CN113218513A (en) * 2021-04-30 2021-08-06 西北工业大学 Cooling device for infrared temperature measurement glass for high-temperature experiment

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3828766C2 (en) 1988-08-25 1997-04-10 Daimler Benz Aerospace Ag Electro-optical system for the detection of missiles

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112283996A (en) * 2020-09-07 2021-01-29 西北工业大学 Cooling method and cooling device for infrared glass window in high-temperature environment
CN113218513A (en) * 2021-04-30 2021-08-06 西北工业大学 Cooling device for infrared temperature measurement glass for high-temperature experiment

Also Published As

Publication number Publication date
KR101833632B1 (en) 2018-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Caciolli et al. Comparison between PSP and TLC steady state techniques for adiabatic effectiveness measurement on a multiperforated plate
KR101833632B1 (en) In supersonic environment, apparatus for testing film cooling quality of infrared window of guided missile detector and method thereof
EP3654023B1 (en) Systems for testing ignition properties of particles
US20150033836A1 (en) Methods and apparatus for inspecting cooling holes
Abdeh et al. Development of PSP technique for vane film cooling investigations
Gray et al. Boundary-layer transition measurements in the boeing/afosr mach-6 quiet tunnel
Fuleki et al. Ice crystal icing test design and execution for the alf502 vane segment in the nrc ratfac cascade rig
Cabell et al. The enhanced injection and mixing project at NASA Langley
CN108811528B (en) A kind of Infrared Imaging Seeker hot-fluid imaging test device
Carcasci et al. Experimental Investigation of a Leading Edge Cooling System With Optimized Inclined Racetrack Holes
Andreini et al. Experimental evaluation of the density ratio effects on the cooling performance of a combined slot/effusion combustor cooling system
Cocchi et al. Effect of holes arrangement on heat transfer in impingement/effusion cooling double wall schemes
Dufrene et al. Space Launch System Base Heating Test: Experimental Operations and Results
Ramesh et al. Heat transfer measurements in an expansion tube using infrared thermography
Fischer Investigation of the isolator flow of scramjet engines
Babinsky A study of roughness in turbulent hypersonic boundary-layers
Chen et al. Determination of Transient Heat Transfer Rates for a Film Cooled Metal Plate in a Blowdown Facility Using Infrared Thermography
Cocchi et al. Experimental investigation on impingement array cooling systems through IR thermography
Helmer et al. Steady IR Methodology for Leading Edge Impingement Measurements
Sauerwein et al. ISL shock tunnel operation with contoured Mach-4.5-6-8-10-nozzles for hypersonic test applications
CN103884718B (en) A kind of experimental rig for being used to detect optics gas imaging equipment
Skora et al. Experimental investigation of transition on a 7-degree cone at Mach 5
HEDLUND Endoatmospheric Interceptor test capabilities in the NSWC Hypervelocity Tunnel 9
Dudley et al. Flow Characteristics of the University of Florida REEF Supersonic Wind Tunnel
Ligrani et al. Effects of Coolant Supply Arrangement on Hot-Side Effusion Performance and Cold-Side Nusselt Numbers at Different Initial Blowing Ratios

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant