KR20210086234A - Exhaust duct assembly and aircraft using the exhaust duct assembly - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예들은 배기 덕트 어셈블리 및 이를 이용하는 비행체에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to an exhaust duct assembly and an aircraft using the same.
배기 덕트는 터보프롭(turbo-prop) 엔진, 터보팬(turbo-fan) 엔진, 터보샤프트(turbo-shaft) 엔진 등에 포함되어, 구동부를 통과한 연소 가스를 외부로 배기시킨다. 배기 덕트는 연소 가스의 이동 방향을 기준으로 저압 터빈(동력 터빈)의 후방에 배치된다. 저압 터빈을 거친 연소 가스는 배기 덕트를 통과하면서 외부로 배기된다.The exhaust duct is included in a turbo-prop engine, a turbo-fan engine, a turbo-shaft engine, and the like, and exhausts the combustion gas passing through the driving unit to the outside. The exhaust duct is arranged at the rear of the low pressure turbine (power turbine) with respect to the direction of movement of the combustion gases. The combustion gas passing through the low pressure turbine is exhausted to the outside while passing through an exhaust duct.
배기 덕트는 고온 및 고압의 연소 가스가 직접 통과함에 따라, 기계하중과 열하중을 복합적으로 받게 된다. 따라서 배기 덕트는 일정한 기준의 구조적 안정성을 만족해야 하며, 특히 고온 및 고압 조건에서의 응력 조건을 만족할 필요가 있다.The exhaust duct receives a combination of mechanical and thermal loads as the high-temperature and high-pressure combustion gases pass directly through it. Therefore, the exhaust duct needs to satisfy a certain standard of structural stability, and in particular, it needs to satisfy the stress conditions under high temperature and high pressure conditions.
일반적으로 배기 덕트는 연소 가스가 통과하는 유로와, 유로를 커버하는 케이스와, 배기 덕트를 다른 구조물에 결합하는 플랜지를 포함한다. 종래의 배기 덕트는 유로와, 케이스와, 플랜지가 용접 또는 볼트를 이용해 서로 고정된다. 따라서, 고온의 배기 가스에 의해 유로가 가열되는 경우, 케이스 및/또는 플랜지에 의해 유로의 팽창이 억제되고, 배기 덕트에 열응력이 축적된다. 이에 따라, 배기 덕트의 구조적 안전성이 나빠지고, 요구되는 시동 횟수 및 운전 시간을 만족할 수 없게 되며, 경우에 따라서는 배기 덕트에 파손이 발생할 수 있다.In general, an exhaust duct includes a flow path through which combustion gas passes, a case covering the flow path, and a flange for coupling the exhaust duct to another structure. In a conventional exhaust duct, a flow path, a case, and a flange are fixed to each other using welding or bolts. Accordingly, when the flow passage is heated by the high-temperature exhaust gas, the expansion of the flow passage is suppressed by the case and/or the flange, and thermal stress is accumulated in the exhaust duct. Accordingly, the structural safety of the exhaust duct is deteriorated, the required number of starts and operating time cannot be satisfied, and in some cases, damage to the exhaust duct may occur.
전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지 기술이라 할 수는 없다.The above-mentioned background art is technical information that the inventor possessed for the purpose of derivation of the present invention or acquired during the derivation of the present invention, and cannot necessarily be said to be a known technique disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.
본 발명의 실시예들은 응력 특성과 수명 특성이 개선된 배기 덕트 어셈블리 및 이를 이용하는 비행체를 제공하는 것을 목적으로 한다. 다만, 이는 일 예로서, 본 발명의 목적은 이에 한정되지 않는다.SUMMARY Embodiments of the present invention provide an exhaust duct assembly having improved stress characteristics and lifespan characteristics, and an aircraft using the same. However, this is an example, and the object of the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리는, 연소 가스가 유입되는 유입부와, 상기 연소 가스가 배기되는 배기부를 구비하는 덕트, 내부에 상기 덕트가 배치되며, 상기 배기부가 삽입되는 장착구를 구비하는 하우징 및 일측이 상기 하우징에 장착되며, 타측이 상기 배기부의 단부가 이동 가능하도록 상기 배기부의 단부를 지지하는 보강 유닛을 포함한다.The exhaust duct assembly according to an embodiment of the present invention includes a duct having an inlet through which combustion gas is introduced and an exhaust through which the combustion gas is exhausted, the duct is disposed therein, and a mounting hole into which the exhaust is inserted. and a reinforcing unit for supporting the end of the exhaust unit so that the housing and one side are mounted to the housing, and the other side is movable at the end of the exhaust unit.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리에 있어서, 상기 배기부는, 상기 연소 가스에서 전달되는 열에 의해서 상기 덕트가 팽창함에 따라, 상기 보강 유닛에 접촉된 상태에서 상기 보강 유닛을 따라 이동할 수 있다.In the exhaust duct assembly according to an embodiment of the present invention, the exhaust unit may move along the reinforcement unit while in contact with the reinforcement unit as the duct expands by heat transferred from the combustion gas.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리에 있어서, 상기 보강 유닛은, 상기 배기부의 외주면을 감싸도록 연장되는 커버단, 일측이 상기 커버단의 내주면에 배치되고, 상기 배기부가 삽입되는 내부 공간을 형성하도록 타측이 상기 커버단으로부터 이격되는 가이드 서포터 및 상기 커버단에서 연장되되, 상기 장착구를 커버하도록 상기 하우징에 연결되는 스티프너를 포함할 수 있다.In the exhaust duct assembly according to an embodiment of the present invention, the reinforcing unit includes a cover end extending to surround the outer circumferential surface of the exhaust unit, one side of which is disposed on the inner circumferential surface of the cover end, and an inner space into which the exhaust unit is inserted. The other side may include a guide supporter spaced apart from the cover end to form a stiffener extending from the cover end, and connected to the housing to cover the mounting hole.
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리에 있어서, 상기 가이드 서포터는, 상기 커버단의 내주면에 고정되는 제1 단, 상기 제1 단에서 연장되되, 상기 커버단의 내주면에서 이격되는 연결단 및 상기 연결단에서 반경 방향의 내측으로 경사지게 연장되는 제2 단을 구비할 수 있다.In the exhaust duct assembly according to an embodiment of the present invention, the guide supporter includes a first end fixed to the inner circumferential surface of the cover end, a connecting end extending from the first end, and spaced apart from the inner circumferential surface of the cover end; A second end extending obliquely inward in a radial direction from the connecting end may be provided.
본 발명의 다른 실시예에 따른 비행체는, 선단에 배치되는 프로펠러, 구동축을 통해 상기 프로펠러와 연결되는 구동부 및 상기 구동부로부터 토출되는 연소 가스를 외부로 배출하는 배기 덕트 어셈블리를 포함하는 비행체로서, 상기 배기 덕트 어셈블리는, 연소 가스가 유입되는 유입부와, 상기 연소 가스가 배기되는 배기부를 구비하는 덕트, 내부에 상기 덕트가 배치되며, 상기 배기부가 삽입되는 장착구를 구비하는 하우징 및 일측이 상기 하우징에 장착되며, 타측이 상기 배기부의 단부가 이동 가능하도록 상기 배기부의 단부를 지지하는 보강 유닛을 포함할 수 있다.An aircraft according to another embodiment of the present invention includes a propeller disposed at the front end, a drive unit connected to the propeller through a drive shaft, and an exhaust duct assembly for discharging combustion gas discharged from the drive unit to the outside, the exhaust The duct assembly includes a duct having an inlet through which combustion gas is introduced, and an exhaust through which the combustion gas is exhausted, a housing having a mounting hole in which the duct is disposed, and a mounting hole into which the exhaust is inserted, and one side of the housing is attached to the housing. The other side may include a reinforcing unit supporting the end of the exhaust unit so that the end of the exhaust unit is movable.
본 발명의 다른 실시예에 따른 비행체에 있어서, 상기 배기부는, 상기 연소 가스에서 전달되는 열에 의해서 상기 덕트가 팽창함에 따라, 상기 보강 유닛에 접촉된 상태에서 상기 보강 유닛을 따라 이동할 수 있다.In the aircraft according to another embodiment of the present invention, the exhaust unit may move along the reinforcement unit while in contact with the reinforcement unit as the duct expands by heat transferred from the combustion gas.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features and advantages other than those described above will become apparent from the following detailed description, claims and drawings for carrying out the invention.
본 발명의 실시예들에 따른 배기 덕트 어셈블리 및 이를 이용하는 비행체는, 하우징과, 덕트와, 보강 부재 사이의 자유도를 확보하여, 엔진 가동 중 배기 덕트에 발생하는 열응력을 최소화하는 배기 덕트 어셈블리 및 이를 이용하는 비행체를 제공할 수 있다.The exhaust duct assembly and the aircraft using the same according to embodiments of the present invention secure the degree of freedom between the housing, the duct, and the reinforcing member to minimize thermal stress generated in the exhaust duct during engine operation, and the same You can provide a vehicle to use.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리가 적용되는 엔진의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 배기 덕트 어셈블리를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 하우징을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 2의 배기 덕트를 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6은 도 2의 V-V를 따른 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트의 응력 분포를 나타내는 도면이다.1 is a view showing an example of an engine to which an exhaust duct assembly according to an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a view showing the exhaust duct assembly of FIG. 1 ;
FIG. 3 is a view showing the housing of FIG. 2 .
Fig. 4 is a view showing the exhaust duct of Fig. 2;
5 and 6 are cross-sectional views taken along VV of FIG. 2 .
7a and 7b are views showing the stress distribution of the duct according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 발명의 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시예로 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 다른 실시예에 도시되어 있다 하더라도, 동일한 구성요소에 대하여서는 동일한 식별부호를 사용한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the description of the invention. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the description of the present invention, even though illustrated in other embodiments, the same identification numbers are used for the same components.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. In the present application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments related to the present invention shown in the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)가 적용되는 엔진(1)의 일 예를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing an example of an
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 비행체의 엔진(1)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 엔진(1)은 터보프롭(turbo-prop) 엔진일 수 있다. 엔진(1)은 배기 덕트 어셈블리(10)와, 저압 터빈(동력 터빈; 20)과, 고압 터빈(30)과, 연소기(40)와, 압축기(50)와, 흡기 덕트(60)와, 나셀(nacelle; 70)과, 프로펠러(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the
먼저, 흡기 덕트(60)를 통해 나셀(70)의 내부로 유입된 외부 공기는 압축기(50)와 연소기(40)를 거쳐, 고온 및 고압의 상태가 된다. 다음, 외부 공기는 고압 터빈(30)을 거쳐 팽창하여, 저압 터빈(20)으로 공급된다. 공급된 외부 공기에 의해 저압 터빈(20)이 구동되고, 저압 터빈(20)과 구동축을 통해 연결된 프로펠러(80)가 회전하게 된다. 그리고 저압 터빈(20)을 빠져나간 외부 공기는 배기 덕트 어셈블리(10)를 통해 외부로 배기된다.First, the external air introduced into the interior of the
배기 덕트 어셈블리(10)는 나셀(70)의 내부에 배치되어, 저압 터빈(20)을 통과한 외부 공기를 외부로 배기하는 역할을 한다. 또한, 배기 덕트 어셈블리(10)의 내부에는 구동축 및/또는 저압 터빈(20)의 일부가 배치될 수 있다.The
도 2는 도 1의 배기 덕트 어셈블리(10)를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2의 하우징(100)을 나타내는 도면으로, 보다 구체적으로 하우징(100)의 평면도이다.FIG. 2 is a view showing the
도 2 및 도 3을 참조하면, 배기 덕트 어셈블리(10)는 하우징(100)과, 덕트(200)와, 보강 유닛(300)을 포함할 수 있다.2 and 3 , the
하우징(100)은 배기 덕트 어셈블리(10)를 나셀(70)의 일측에 고정하고, 다른 부재와의 간섭 또는 충돌 등을 방지할 수 있다. 하우징(100)은 바디(110)와, 플랜지(120)와, 장착구(130)를 포함할 수 있다.The
바디(110)는 원통 형상을 가지며, 내부에 덕트(200)가 배치되는 내부 공간을 구비한다. 바디(110)는 길이 방향, 예를 들어, 도 3의 X축 방향으로 중심축 AX1을 갖는다. 바디(110)는 일체로 형성되거나, 복수개의 세그먼트(segment)가 결합되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 바디(110)는 원주 방향을 따라 소정의 개수로 분할된 파트들이 결합되어 형성될 수 있다. 다만, 이하에서는 설명의 편의를 위해서 일체로 형성된 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.The
플랜지(120)는 바디(110)의 양단에 각각 형성되며, 일면에 복수개의 관통공이 형성된다. 상기 관통공을 통해 플랜지(120)는 다른 부재와 볼트 체결되거나 용접 결합되어 나셀(70)에 고정될 수 있다.The
장착구(130)는 바디(110)의 일측에 형성된다. 장착구(130)는 덕트(200)의 배기부가 삽입될 수 있도록 절개(cut out)되어 형성될 수 있다. 장착구(130)의 형상 또는 개수는 특별히 한정하지 않으며, 삽입되는 배기부의 형상과 개수에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 나타낸 바와 같이, 하우징(100)의 중심축 AX1을 기준으로 대칭되도록 2개의 장착구(130)가 형성될 수 있다. 또한, 평면에서 보았을 때, 장착구(130)는 바디(110)의 외주면으로부터 중심축 AX1을 향해 함몰되는 형상을 가질 수 있다.The
장착구(130)의 최대 외경은 배기부의 최대 외경보다 클 수 있다. 이에 따라, 배기부가 장착구(130)에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 연소 가스에 의해 배기부가 팽창되는 것을 허용하여, 덕트(200)에 과도한 열 응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The maximum outer diameter of the mounting
도 4는 도 2의 덕트(200)를 나타내는 도면으로, 보다 구체적으로 덕트(200)의 평면도이다.4 is a view showing the
도 4를 참조하면, 덕트(200)는 하우징(100)의 내부에 배치되며, 저압 터빈(20)을 통과한 연소 가스가 외부로 배기되는 유로를 구비한다. 저압 터빈(20)을 통과한 연소 가스는 덕트(200)로 유입되어 외부로 배기된다. 덕트(200)는 중심축 AX1를 중심으로 대칭인 형상을 가질 수 있다. Referring to FIG. 4 , the
덕트(200)는 유입부(210)와, 제1 배기부(220)와, 제1 유로(230)와, 제2 배기부(240)와, 제2 유로(250)와, 함몰부(260)를 포함할 수 있다.The
유입부(210)는 저압 터빈(20)을 통과한 연소 가스가 유입되는 내부 공간을 구비한다. 유입부(210)는 환형의 유입구(211)를 가진다. 유입부(210)로 유입된 연소 가스는 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)로 유동한다.The
제1 배기부(220)는 유입부(210)로부터 일측으로 연장 형성된다. 제1 배기부(220)는 원통형의 제1 배기구(221)를 가진다. 일 실시예로, 제1 배기구(221)의 직경은 유입구(211)의 직경보다 작을 수 있다. 제1 배기부(220)는 중심축 AX2를 가질 수 있다. 제1 배기부(220)는 유입부(210)와 연통(communicated)되어, 제1 유로(230)를 형성한다.The
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 배기부(220)는 하우징(100)의 장착구(130)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제1 배기부(220)는 일측에 형성된 장착구(130)에 삽입될 수 있다. 일 실시예로, 제1 배기부(220)의 최대 외경은 장착구(130)의 최대 외경보다 작을 수 있다. 즉, 제1 배기부(220)의 외주면과 장착구(130)의 내주면 사이에는 유격이 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 고온의 연소 가스에 의해 덕트(200)가 팽창되는 것을 허용하여, 덕트(200)에 과도한 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.2 , 3 and 4 , the
제1 유로(230)는 유입부(210)와 제1 배기부(220)에 의해 구획되는 영역으로, 연소 가스가 유동하는 내부 공간이다. 예를 들어 도 4의 화살표로 나타낸 바와 같이 연소 가스는 유입부(210)로 유입된 다음, 제1 유로(230)를 통과하여 제1 배기부(220)를 통해 외부로 배기될 수 있다.The
제2 배기부(240)는 유입부(210)로부터 타측으로 연장 형성된다. 즉, 제2 배기부(240)는 제1 배기부(220)와 다른 방향으로 분기될 수 있다. 제2 배기부(240)는 환형의 제2 배기구(241)를 가진다. 일 실시예로, 제2 배기구(241)의 직경은 유입구(211)의 직경보다 작을 수 있다. 제2 배기부(240)는 중심축 AX3를 가질 수 있다. 제2 배기부(240)는 중심축 AX1를 중심으로 제1 배기부(220)와 대칭되도록 배치될 수 있다. 제2 배기부(240)는 유입부(210)와 연통되어 제2 유로(250)를 형성한다.The
도 2, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 배기부(240)는 하우징(100)의 장착구(130)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 제2 배기부(240)는 타측에 형성된 장착구(130)에 삽입될 수 있다. 일 실시예로, 제2 배기부(240)의 최대 외경은 장착구(130)의 최대 외경보다 작을 수 있다. 즉, 제2 배기부(240)의 외주면과 장착구(130)의 내주면 사이에는 유격이 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 고온의 연소 가스에 의해 덕트(200)가 팽창되는 것을 허용하여, 덕트(200)에 과도한 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 제2 배기부(240)는 제1 배기부(220)와 함께 배기 덕트 어셈블리(10)의 배기부를 구성한다. 이하, 특별한 언급이 없는 한, 배기부는 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)를 포함하는 의미일 수 있다.2, 3 and 4 , the
제2 유로(250)는 유입부(210)와 제2 배기부(240)에 의해 구획되는 영역으로, 연소 가스가 유동하는 내부 공간이다. 예를 들어, 도 4의 화살표로 나타낸 바와 같이, 연소 가스는 유입부(210)로 유입된 다음, 제2 유로(250)를 통과하여 제2 배기부(240)를 통해 외부로 배기될 수 있다.The
함몰부(260)는 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 사이에 형성될 수 있다. 함몰부(260)는 연소 가스의 유입 방향을 향해 함몰되어 형성된다. 함몰부(260)는 연소 가스의 유입 방향을 향해 최선단에 형성되는 스플리터(도면 부호 미도시)를 포함한다. 상기 스플리터에 의해 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)가 구획된다. 그리고 저압 터빈(20)을 통과한 연소 가스는 유입부(210)로 유입된 다음, 바로 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)로 유동하거나, 상기 스플리터와 충돌한 다음 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)로 갈라져 유동할 수 있다.The recessed
도 2를 참조하면, 덕트(200)는 중심축 AX1와 동축(coaxial)으로 형성되는 보어(미도시)를 구비할 수 있다. 상기 보어는 유입부(210)와 함몰부(260)의 사이에 형성되는 내부 공간으로 정의될 수 있다. 상기 보어의 입구는 유입부(210)의 내부에 위치할 수 있다. 즉, 상기 보어의 입구는 일 방향, 예를 들어, 도 4의 X축 방향으로 유입구(211)보다 내측에 위치할 수 있다. 도 1을 참조하면, 상기 보어의 내부에는 저압 터빈(20) 및/또는 저압 터빈(20)과 프로펠러(80)를 연결하는 구동축이 배치될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the
덕트(200)의 외주면은 하우징(100)의 내주면과 적어도 일부 영역에서 유격을 형성할 수 있다. 예를 들어, 덕트(200)의 유입부(210)의 외주면은 하우징(100)의 내주면과 접촉하되, 도 2에 나타낸 바와 같이, 덕트(200)의 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 외주면은 하우징(100)의 내주면과 이격될 수 있다. 이에 따라, 덕트(200)의 열팽창이 하우징(100)에 의해 구속되어, 덕트(200)에 과도한 열응력이 발생하는 것을 방지할 수 있다.The outer circumferential surface of the
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 보강 유닛(300)을 포함할 수 있다. 보강 유닛(300)은 하우징(100)과, 덕트(200)의 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)에 배치되어, 덕트(200)의 기밀을 유지하고, 배기 덕트 어셈블리(10)를 다른 부재에 결합하는데 이용될 수 있다.The
보강 유닛(300)은 커버단(310)과, 가이드 서포터(guide supporter; 320)와, 스티프너(stiffener; 330)를 포함할 수 있다.The
도 5 및 도 6은 도 2의 V-V를 따른 단면도로서, 보다 구체적으로, 도 5는 덕트(200)가 팽창하기 전의 상태이고, 도 6은 덕트(200)가 팽창한 상태를 나타낸다.5 and 6 are cross-sectional views taken along V-V of FIG. 2 , and more specifically, FIG. 5 is a state before the
도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 커버단(310)은 덕트(200)의 외주면에 배치될 수 있다. 예를 들어, 커버단(310)은 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 원주 방향을 따라, 외주면에 연속적으로 배치되도록 고리 형상을 가질 수 있다. 또한, 커버단(310)의 일단은 덕트(200)의 외주면에 배치되고, 타단은 반경 방향 외측으로 굴곡된 형상을 가질 수 있다. 굴곡된 부분은 다른 부재와 결합될 수 있다. 2, 5 and 6 , the
가이드 서포터(320)는 덕트(200)의 움직임, 특히 길이 방향으로의 움직임을 가이드한다. 가이드 서포터(320)는 커버단(310)의 내측에 결합된다. The
예를 들어, 가이드 서포터(320)의 일단은 커버단(310)의 내주면에 결합되고, 타단은 소정의 각도로 굴곡될 수 있다. 가이드 서포터(320)는 커버단(310)의 내주면과 제1 거리 d1만큼 이격되어, 커버단(310)과의 사이에 내부 공간을 형성한다. 그리고 덕트(200)의 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)는 커버단(310)과 가이드 서포터(320)의 사이에 형성된 내부 공간에 삽입될 수 있다. 여기서, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 두께(d2)는 제1 거리(d1)보다 작을 수 있다.For example, one end of the
가이드 서포터(320)는 제1 단(321)과, 연결단(322)과, 제2 단(323)을 포함할 수 있다.The
제1 단(321)은 커버단(310)의 내주면과 결합되는 부분으로, 커버단(310)과 가이드 서포터(320)를 연결한다. The
연결단(322)은 제1 단(321)으로부터 일측으로 연장 형성된다. 예를 들어, 연결단(322)은 제1 단(321)으로부터 소정의 각도로 기울여져 연장되고, 각 배기부(220, 240)의 중심축 AX2, AX3를 따라, 아래를 향해 연장되는 형상을 가질 수 있다. 연결단(322)은 커버단(310)의 내주면과 제1 거리(d1)만큼 이격될 수 있다. 이에 따라, 커버단(310)과 가이드 서포터(320) 사이에는 제1 거리(d1)만큼의 두께를 갖는 환형의 내부 공간이 형성된다. 그리고 커버단(310)과 가이드 서포터(320) 사이에는 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)가 삽입될 수 있다.The connecting
일 실시예로, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 두께(d2)는 제1 거리(d1)보다 작을 수 있다. 따라서, 보강 유닛(300)이 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)에 용이하게 삽입될 수 있다. 또한, 연소 가스가 덕트(200)로 유입되어, 덕트(200)의 온도가 상승함에 따라 덕트(200)가 팽창하더라도, 덕트(200)와 보강 유닛(300) 사이에 여유가 존재한다.In an embodiment, the thickness d2 of the
예를 들어, 도 5를 참조하면, 연소 가스가 덕트(200)로 유입되기 전, 덕트(200)의 두께, 즉, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 두께는 d2이다. 또한, 보강 유닛(300)은 소정의 깊이만큼 덕트(200)의 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 단부에 삽입될 수 있다. 이 상태에서, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)는 보강 유닛(300)의 일면, 예를 들어, 커버단(310)의 내주면과 접촉 상태일 수 있다.For example, referring to FIG. 5 , before the combustion gas flows into the
다음, 연소 가스가 덕트(200)로 유입됨에 따라 덕트(200)의 온도가 상승하면, 덕트(200)가 팽창하게 된다. 예를 들어, 도 6에 나타낸 바와 같이, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 단부가 길이 방향으로 팽창하게 된다. 이때, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)의 두께(d2)는 커버단(310)과 가이드 서포터(320)의 사이에 형성된 내부 공간의 간격인 제1 거리(d1)보다 작다. 따라서, 덕트(200)가 팽창하더라도, 제1 배기부(220)와 제2 배기부(240)는 상기 내부 공간에서 용이하게 슬라이딩할 수 있다.Next, when the temperature of the
다른 실시예로, 제1 거리(d1)는 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 두께(d2)보다 작을 수 있다. 또한, 가이드 서포터(320)는 탄성이 있는 금속 플레이트일 수 있다. 이에 따라, 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)에 가이드 서포터(320)가 삽입되는 과정에서, 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 단부가 가이드 서포터(320)의 제2 단(323)과 접촉됨에 따라, 가이드 서포터(320)가 일측으로 벌어진다. 즉, 제1 단(321)이 커버단(310)의 내주면에 결합된 상태에서, 연결단(322)이 반경 방향 내측으로 벌어진다. 이에 따라, 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 단부는 커버단(310)과 가이드 서포터(320)의 사이에 보다 확실하게 삽입될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 덕트(200)의 열팽창에 따라 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 단부가 길이 방향으로 팽창하는 것을 허용하면서, 반경 방향으로 이탈되는 것을 보다 확실하게 방지할 수 있다.In another embodiment, the first distance d1 may be smaller than the thickness d2 of the
제2 단(323)은 연결단(322)으로부터 반경 방향 내측을 향해 굴곡되어 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제2 단(323)은 소정의 각도 θ만큼 경사지도록 연결단(322)으로부터 연장 형성될 수 있다. θ의 범위는 특별히 한정하지 않으나, 15° 이상 60° 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, θ의 범위는 30° 이상 45° 이하일 수 있다. 이에 따라, 보강 유닛(300)이 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 단부에 삽입될 때, 보다 용이하게 삽입될 수 있다.The
다른 실시예로, 복수개의 가이드 서포터(320)가 배기부의 외주면을 따라 불연속적으로 배치될 수 있다. 즉, 전술한 실시예처럼 가이드 서포터(320)가 배기부의 외주면을 따라 원환상으로 연속적으로 배치되는 것이 아니라, 세그먼트화된 가이드 서포터(320)가 소정의 각도로 이격되어 복수개 배치될 수 있다. 이에 따라, 각각의 가이드 서포터(320) 사이에 배치된 덕트(200)의 자유도를 한층 더 확보하여, 덕트(200)의 열응력을 보다 감소시킬 수 있다.In another embodiment, the plurality of
스티프너(330)는 하우징(100)의 외주면과, 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 외주면에 배치된다. 예를 들어, 도 2, 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 스티프너(330)의 일측은 장착구(130)와 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 결합 부분에 배치되고, 타측은 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 원주 방향을 따라 그의 외주면에 배치된다. 이에 따라, 스티프너(330)는 하우징(100)과 덕트(200) 사이의 기밀을 유지할 수 있다.The
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 스티프너(330)는 덕트(200)의 상대 이동을 허용하도록 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)의 외주면에 배치될 수 있다. 또한, 스티프너(330)의 일측은 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)와 접촉되고, 타측은 제1 배기부(220) 및 제2 배기부(240)로부터 이격될 수 있다. 이에 따라, 덕트(200)의 온도가 상승하여 팽창하더라도, 보강 유닛(300)에 대한 덕트(200)의 상대 이동을 보다 확실하게 보장할 수 있다.5 and 6 , the
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 하우징(100)과 덕트(200)가 서로 밀착되는 것이 아니라, 소정의 간격으로 이격된 상태로 결합될 수 있다. 또한, 덕트(200)와 보강 유닛(300)을 용접 결합 또는 볼트 체결하는 것이 아니라, 덕트(200)가 보강 유닛(300)에 대해 상대 이동하도록 구성된다. 이와 같은 구성을 통해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 구성요소 간의 자유도를 높일 수 있다. 따라서, 덕트(200)가 가열되어 팽창되는 것이 하우징(100) 또는 보강 유닛(300)에 의해 억제되지 않아, 덕트(200)에 과도한 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.As such, in the
도 5 및 도 6에는 덕트(200)가 길이 방향으로 팽창하는 경우만을 나타냈으나, 온도의 상승에 따라 덕트(200)가 전 방향으로 팽창할 수 있다. 이러한 경우에도, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 하우징(100)과, 덕트(200)와, 보강 유닛(300) 간의 충분한 유격을 확보하면서, 동시에 덕트(200)가 보강 유닛(300)에 대해 상대 이동(슬라이딩)할 수 있도록 구성되어 있어, 덕트(200)의 충분한 자유도를 확보할 수 있다. 이에 따라, 덕트(200)에 과도한 열응력이 집중되는 것을 방지하여, 배기 덕트 어셈블리(10)의 구조적 안정성을 확보할 수 있다.5 and 6 illustrate only the case where the
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트(200)의 응력 분포를 나타내는 도면이다.7a and 7b is a view showing the stress distribution of the
도 7a는 덕트와 보강 부재가 용접 결합된 종래의 덕트를 나타내고, 도 7b는 우측 도면은 덕트(200)가 보강 유닛(300)에 대해 슬라이딩할 수 있도록 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트(200)를 나타낸다.7A shows a conventional duct in which a duct and a reinforcing member are welded together, and FIG. 7B is a right view of a
도 7a에 나타낸 Point A는 유입되는 연소 가스와 충돌하여, 연소 가스 각각의 배기부로 분리되는 영역인 스플리터이고, Point B는 연소 가스와 배기부의 충돌이 가장 잦은 영역이다. 즉, Point A와 Point B는 고온 및 고압의 연소 가스가 덕트와 직접 충돌하는 영역으로서, 덕트에 있어서 가장 큰 열응력이 발생하는 영역이다. Point A shown in FIG. 7A is a splitter that collides with the incoming combustion gas and is separated into each exhaust part of the combustion gas, and Point B is an area where the combustion gas and the exhaust part collide most frequently. That is, Point A and Point B are regions where high-temperature and high-pressure combustion gases directly collide with the duct, and are regions where the greatest thermal stress occurs in the duct.
고온 및 고압의 연소 가스가 덕트와 충돌함에 따라, 덕트의 온도가 상승하여, 덕트가 팽창하게 된다. 그런데 종래의 덕트의 경우, 하우징과 밀착되어 결합되며, 보강 유닛과 용접 결합되기 때문에, 덕트의 팽창이 구속된다. 이에 따라, 도 7a에 나타낸 바와 같이, 종래의 덕트의 경우, Point A와 Point B에서 높은 열응력이 나타나는 것을 알 수 있다.As the high temperature and high pressure combustion gases collide with the duct, the temperature of the duct rises, causing the duct to expand. However, in the case of the conventional duct, since it is closely coupled to the housing and welded to the reinforcement unit, the expansion of the duct is restricted. Accordingly, as shown in Figure 7a, in the case of the conventional duct, it can be seen that the high thermal stress appears at Point A and Point B.
반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 덕트(200)는, Point A와 Point B에서도 낮은 열응력을 나타내는 것을 알 수 있다. 이는, 전술한 바와 같이, 덕트(200)의 외주면은 하우징(100)의 내주면과 적어도 어느 한 영역에 있어서 유격을 갖기 때문에, 덕트(200)의 열팽창이 구속되는 것을 줄일 수 있기 때문이다. 또한, 보강 유닛(300)은 덕트(200)에 용접 결합되는 것이 아니라, 덕트(200)의 상대 이동을 허용하도록 단부에 배치되므로, 덕트(200)가 자유롭게 열팽창하게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10)는 덕트(200)에 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다.On the other hand, it can be seen that the
본 발명의 다른 실시예에 따른 비행체는 배기 덕트 어셈블리(10)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2를 참조하면, 비행체는 선단에 배치되는 프로펠러(80)와, 구동축(도면 부호 미도시)을 통해 프로펠러(80)와 연결되는 구동부(도면 부호 미도시)와, 상기 구동부로부터 토출되는 연소 가스를 외부로 배출하는 배기 덕트 어셈블리(10)를 포함할 수 있다. 여기서 상기 구동부는 비행체의 구동에 필요한 부재로서, 예를 들어, 도 1의 저압 터빈(20)과, 고압 터빈(30)과, 연소기(40)와, 압축기(50)와, 나셀(70)을 포함할 수 있다. 그 외에도, 비행체는 주 날개와, 보조 날개 등과 같이 구동에 필요한 구성을 포함할 수 있다.An aircraft according to another embodiment of the present invention may include an
본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10) 및 이를 이용하는 비행체는, 하우징(100)과 덕트(200)의 사이에 유격이 형성되고, 보강 유닛(300)이 덕트(200)의 상대 이동을 허용하도록 덕트(200)에 배치되는 구성을 포함한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 덕트 어셈블리(10) 및 이를 이용하는 비행체는, 용접 또는 볼트 체결이 아닌, 하우징(100) 또는 보강 유닛(300)에 대해 덕트(200)가 상대 이동 가능하도록 구성 조건을 설정한다. 이에 따라, 운전 중 연소 가스에 의해 덕트(200)의 온도가 상승하여 열팽창하더라도, 덕트(200)의 충분한 자유도를 확보할 수 있다. 그리고 덕트(200)의 열팽창에 따라 열응력이 집중되는 것을 방지할 수 있어, 배기 덕트 어셈블리(10)의 구조적 안정성과 수명을 개선할 수 있다.In the
본 명세서에서는 본 발명을 한정된 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능하다. 또한 설명되지는 않았으나, 균등한 수단도 또한 본 발명에 그대로 결합되는 것이라 할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.In the present specification, the present invention has been described with reference to limited embodiments, but various embodiments are possible within the scope of the present invention. In addition, although not described, it will be said that equivalent means are also combined with the present invention as it is. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be defined by the following claims.
1: 엔진
10: 배기 덕트 어셈블리
100: 하우징
200: 덕트
300: 보강 유닛1: engine
10: exhaust duct assembly
100: housing
200: duct
300: reinforcement unit
Claims (6)
내부에 상기 덕트가 배치되며, 상기 배기부가 삽입되는 장착구를 구비하는 하우징; 및
일측이 상기 하우징에 장착되며, 타측이 상기 배기부의 단부가 이동 가능하도록 상기 배기부의 단부를 지지하는 보강 유닛;을 포함하는, 배기 덕트 어셈블리.a duct having an inlet through which combustion gas is introduced and an exhaust through which the combustion gas is exhausted;
a housing having the duct disposed therein and a mounting hole into which the exhaust unit is inserted; and
A reinforcing unit having one side mounted on the housing and the other side supporting the end of the exhaust unit so that the end of the exhaust unit is movable.
상기 배기부는,
상기 연소 가스에서 전달되는 열에 의해서 상기 덕트가 팽창함에 따라, 상기 보강 유닛에 접촉된 상태에서 상기 보강 유닛을 따라 이동하는, 배기 덕트 어셈블리.According to claim 1,
The exhaust unit,
As the duct expands by heat transferred from the combustion gas, the exhaust duct assembly moves along the reinforcing unit while in contact with the reinforcing unit.
상기 보강 유닛은,
상기 배기부의 외주면을 감싸도록 연장되는 커버단;
일측이 상기 커버단의 내주면에 배치되고, 상기 배기부가 삽입되는 내부 공간을 형성하도록 타측이 상기 커버단으로부터 이격되는 가이드 서포터; 및
상기 커버단에서 연장되되, 상기 장착구를 커버하도록 상기 하우징에 연결되는 스티프너;를 포함하는, 배기 덕트 어셈블리. According to claim 1,
The reinforcement unit is
a cover end extending to surround the outer circumferential surface of the exhaust unit;
a guide supporter having one side disposed on the inner circumferential surface of the cover end and the other side being spaced apart from the cover end to form an inner space into which the exhaust unit is inserted; and
and a stiffener extending from the cover end and connected to the housing so as to cover the mounting hole.
상기 가이드 서포터는,
상기 커버단의 내주면에 고정되는 제1 단;
상기 제1 단에서 연장되되, 상기 커버단의 내주면에서 이격되는 연결단; 및
상기 연결단에서 반경 방향의 내측으로 경사지게 연장되는 제2 단;을 구비하는, 배기 덕트 어셈블리.4. The method of claim 3,
The guide supporter,
a first end fixed to the inner circumferential surface of the cover end;
a connecting end extending from the first end and spaced apart from the inner circumferential surface of the cover end; and
An exhaust duct assembly comprising a; a second end extending obliquely inwardly in the radial direction from the connecting end.
구동축을 통해 상기 프로펠러와 연결되는 구동부; 및
상기 구동부로부터 토출되는 연소 가스를 외부로 배출하는 배기 덕트 어셈블리;를 포함하는 비행체로서,
상기 배기 덕트 어셈블리는,
연소 가스가 유입되는 유입부와, 상기 연소 가스가 배기되는 배기부를 구비하는 덕트;
내부에 상기 덕트가 배치되며, 상기 배기부가 삽입되는 장착구를 구비하는 하우징; 및
일측이 상기 하우징에 장착되며, 타측이 상기 배기부의 단부가 이동 가능하도록 상기 배기부의 단부를 지지하는 보강 유닛;을 포함하는, 비행체.a propeller disposed at the tip;
a driving unit connected to the propeller through a driving shaft; and
As an aircraft including; an exhaust duct assembly for discharging the combustion gas discharged from the driving unit to the outside,
The exhaust duct assembly,
a duct having an inlet through which combustion gas is introduced and an exhaust through which the combustion gas is exhausted;
a housing having the duct disposed therein and a mounting hole into which the exhaust unit is inserted; and
A reinforcing unit having one side mounted on the housing and the other side supporting the end of the exhaust unit so that the end of the exhaust unit is movable.
상기 배기부는,
상기 연소 가스에서 전달되는 열에 의해서 상기 덕트가 팽창함에 따라, 상기 보강 유닛에 접촉된 상태에서 상기 보강 유닛을 따라 이동하는, 비행체.6. The method of claim 5,
The exhaust unit,
As the duct expands by the heat transferred from the combustion gas, the vehicle moves along the reinforcement unit while in contact with the reinforcement unit.
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2019
- 2019-12-31 KR KR1020190180036A patent/KR20210086234A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
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