KR20220071490A - Shock wave test apparatus and method for stress wave force balance - Google Patents

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Abstract

A force balancer according to one embodiment may include: a support part; a protrusion part protruding along a horizontal axis from the support part; a model for testing aerodynamic characteristics installed at the end of the protrusion part; a strain gauge installed on the protrusion part; and an accelerometer installed on the support part.

Description

응력파 힘 평형기를 위한 충격파 시험 장치 및 방법{SHOCK WAVE TEST APPARATUS AND METHOD FOR STRESS WAVE FORCE BALANCE}SHOCK WAVE TEST APPARATUS AND METHOD FOR STRESS WAVE FORCE BALANCE

이하의 설명은 응력파 힘 평형기를 위한 충격파 시험 장치 및 방법에 관한 것이다.The following description relates to a shock wave testing apparatus and method for a stress wave force balancer.

극초음속 비행체 개발에 있어 극초고속 유동장에서의 열/공력 실험 측정을 통한 데이터 베이스 확보는 필수적이다. 하지만 실제 극초음속 비행체를 이용한 비행 시험의 경우, 막대한 예산과 높은 수준의 기술을 요구한다. 이에 따라 지상 시험 장비와 축소형 시험물을 이용한 극초고속 유동장에서의 열/공력 연구가 전 세계적으로 활발히 수행되어 오고 있다.In the development of hypersonic vehicles, it is essential to secure a database through thermal/aerodynamic test measurements in the hypersonic flow field. However, in the case of a flight test using an actual hypersonic vehicle, a huge budget and high level of technology are required. Accordingly, thermal/aerodynamic research in ultra-high-speed flow fields using ground test equipment and miniature specimens has been actively conducted worldwide.

극초음속 지상 시험 장비 중 충격파 시험 장비는 구축이 간단하고, 타 시험 장비에 비해 훨씬 적은 비용으로 고엔탈피 및 고마하수 유동을 모사할 수 있으며, 압력비 조절을 통하여 폭넓은 고공 비행 환경 모사가 가능하다. 하지만 정상유동유지시간 즉 시험 시간이 수 미리초(ms) 수준으로 매우 짧다는 단점을 가진다. 한편 충격파 시험 장비 내에 장착된 시험물 및 지지대에 순간적인 공력이 가해질 경우 시스템 내부에서 응력파가 발생 및 전파되어 강한 진동을 유발하며, 수 미리초 수준의 시험시간이 종료하기 전까지도 진동이 안정화되지 않는다.Among the hypersonic ground test equipment, the shock wave test equipment is simple to build, and it can simulate high enthalpy and high Mach number flow at a much lower cost than other test equipment, and it is possible to simulate a wide range of high-altitude flight environments by adjusting the pressure ratio. However, it has the disadvantage that the steady flow maintenance time, that is, the test time, is very short at the level of several milliseconds (ms). On the other hand, if instantaneous aerodynamic force is applied to the test object and support mounted in the shock wave test equipment, a stress wave is generated and propagated inside the system to induce strong vibration, and the vibration does not stabilize until the test time of several milliseconds is over. does not

따라서 충격파 시험 장비를 이용하여 공력을 측정 시스템은 시험시간동안 시험물 및 지지데에 발생하는 강한 진동을 보정 또는 제거할 수 있는 동시에 수 마이크로초(μs) 단위의 아주 빠른 반응 속도를 가지고 있어야 한다. 이를 위하여 전세계적으로 다양한 방식의 공력 측정 시스템이 개발되고 있는 실정이다.Therefore, the system for measuring aerodynamics using the shock wave test equipment should be able to correct or remove strong vibrations that occur on the test object and support during the test period, and at the same time have a very fast response rate of several microseconds (μs). To this end, various types of aerodynamic measurement systems are being developed around the world.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.The above-mentioned background art is possessed or acquired by the inventor in the process of derivation of the present invention, and cannot necessarily be said to be a known art disclosed to the general public prior to the filing of the present invention.

일 실시 예의 목적은 응력파 힘 평형기를 위한 충격파 시험 장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of one embodiment to provide a shock wave testing apparatus and method for a stress wave force balancer.

일 실시 예에 따른 힘 평형기는, 지지부; 상기 지지부로부터 수평 축을 따라서 돌출형성되는 돌출부; 상기 돌출부의 단부에 설치되는 공력 특성을 시험하기 위한 모델; 상기 돌출부에 설치되는 스트레인 게이지; 및 상기 지지부에 설치되는 가속도계를 포함할 수 있다.A force balancer according to an embodiment, the support; a protrusion formed to protrude from the support part along a horizontal axis; a model for testing the aerodynamic properties installed at the end of the protrusion; a strain gauge installed on the protrusion; and an accelerometer installed on the support.

상기 가속도계는, 상기 지지부의 부분 중, 상기 지지부로부터 돌출부가 돌출되는 방향의 반대측 부분에 설치될 수 있다.The accelerometer may be installed in a portion opposite to a direction in which the protrusion protrudes from the support part among the parts of the support part.

일 실시 예에 따른 힘 평형기는, 상기 스트레인 게이지를 통해 계측되는 변형 정보에 기초하여 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 환산 가능하고, 상기 가속도계를 통해 계측되는 관성 정보에 기초하여 환산된 상기 외력을 관성의 영향으로부터 보정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The force balancer according to an embodiment may convert an external force applied to the force balancer based on deformation information measured through the strain gauge, and convert the external force converted based on inertia information measured through the accelerometer into inertia It may further include a control unit for correcting from the influence of.

상기 제어부는, 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수 영역에 대한 대역폭 억제 필터를 적용할 수 있다.The control unit may apply a bandwidth suppression filter to the stress wave behavior frequency domain in order to suppress disturbance of the acceleration signal measured due to the influence of the stress wave formed through the external force applied to the force balancer.

일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치는, 내부 공간을 갖는 시험부; 상기 시험부에 수평 축을 따라서 초고속 유동을 방출하는 초음속 노즐; 상기 시험부에 설치되고 상기 초음속 노즐이 대향하는 반대측으로부터 서로 마주보는 방향으로 돌출 형성되고, 돌출된 단부에 설치되는 모델을 구비하는 힘 평형기; 및 힘 평형기의 동적 특성을 분석하여 상기 힘 평형기에 인가되는 공력을 측정하는 제어부를 포함할 수 있다.A shock wave testing apparatus according to an embodiment includes: a test unit having an internal space; a supersonic nozzle for emitting an ultrafast flow along a horizontal axis to the test section; a force balancer installed in the test unit and protruding from the opposite side to which the supersonic nozzles are opposed to each other in a direction facing each other, and having a model installed at the protruding end; And by analyzing the dynamic characteristics of the force balancer may include a control unit for measuring the aerodynamic force applied to the force balancer.

상기 힘 평형기는, 지지부; 상기 지지부로부터 수평 축을 따라서 돌출 형성되고, 상기 모델이 설치되는 돌출부; 상기 돌출부에 설치되는 스트레인 게이지; 및 상기 지지부에 설치되는 가속도계를 포함할 수 있다.The force balancer, the support; a protrusion formed to protrude from the support part along a horizontal axis, and a protrusion on which the model is installed; a strain gauge installed on the protrusion; and an accelerometer installed on the support.

상기 가속도계는, 상기 지지부의 부분 중, 상기 지지부로부터 돌출부가 돌출되는 방향의 반대측 부분에 설치될 수 있다.The accelerometer may be installed in a portion opposite to a direction in which the protrusion protrudes from the support part among the parts of the support part.

상기 제어부는, (i)상기 초음속 노즐을 구동하여 힘 평형기에 초고속 유동을 형성하고, (ii)상기 스트레인 게이지를 통해 계측되는 변형 정보에 기초하여 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 환산 가능하고, (iii)상기 가속도계를 통해 계측되는 관성 정보에 기초하여 환산된 상기 외력을 관성의 영향으로부터 보정할 수 있다.The control unit, (i) driving the supersonic nozzle to form a high-speed flow in the force balancer, (ii) it is possible to convert the external force applied to the force balancer based on the deformation information measured through the strain gauge, ( iii) The external force converted based on inertia information measured through the accelerometer may be corrected from the influence of inertia.

상기 제어부는, 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수 영역에 대한 대역폭 억제 필터를 적용할 수 있다.The control unit may apply a bandwidth suppression filter to the stress wave behavior frequency domain in order to suppress disturbance of the acceleration signal measured due to the influence of the stress wave formed through the external force applied to the force balancer.

일 실시 예에 따른 충격파 시험 방법은, 스트레인 게이지 및 가속도계가 설치된 힘 평형기를 통한 충격파 시험 방법에 있어서, 상기 힘 평형기의 동적 반응 특성을 획득하는 단계; 상기 힘 평형기의 동적 거동 특성을 획득하는 단계; 상기 힘 평형기에 초고속 유동을 형성하는 단계; 상기 힘 평형기에 발생되는 변형을 계측하여 상기 힘 평형기에 인가되는 공력을 환산하는 단계; 및 상기 힘 평형기에 인가되는 관성력을 계측하여 환산된 공력을 보정하는 단계를 포함할 수 있다.A shock wave test method according to an embodiment comprises the steps of: acquiring a dynamic response characteristic of the force balancer; obtaining a dynamic behavior characteristic of the force balancer; forming an ultrafast flow in the force balancer; converting the aerodynamic force applied to the force balancer by measuring the deformation generated in the force balancer; and measuring the inertial force applied to the force balancer and correcting the converted aerodynamic force.

상기 동적 반응 특성을 획득하는 단계는, 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기에 인가하고, 상기 외력 및 상기 스트레인 게이지를 통해 시간에 따라 측정되는 변형을 역합성곱하여 상기 힘 평형기의 동적 반응 특성을 획득할 수 있다.The step of acquiring the dynamic response characteristic includes applying an external force having a preset magnitude and direction to the force balancer, and deconvolution of the external force and the deformation measured over time through the strain gauge to determine the dynamics of the force balancer. Reaction characteristics can be obtained.

상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계는, 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기에 인가하고, 상기 외력을 상기 가속도계를 통해 시간에 따라 측정되는 가속도 신호의 제곱평균제곱근으로 나누어 상기 힘 평형기의 유효 진동 질량을 획득할 수 있다.The acquiring of the dynamic behavior characteristic includes applying an external force having a preset magnitude and direction to a force balancer, and dividing the external force by the root mean square of an acceleration signal measured over time through the accelerometer, the force balancer We can obtain an effective oscillating mass of .

상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계는, 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.The acquiring of the dynamic behavior characteristic may include filtering the stress wave behavior frequency in order to suppress disturbance of the measured acceleration signal due to the influence of a stress wave formed through an external force applied to the force balancer. have.

상기 공력을 보정하는 단계는, 상기 초고속 유동에 따른 공력에 의해 발생하는 가속도 신호를 상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계에서 획득한 상기 유효 진동 질량에 곱하여 상기 힘 평형기에 가해지는 관성력을 계산하고, 상기 관성력을 통해 상기 공력을 환산하는 단계에서 환산된 공력을 보정할 수 있다.In the step of correcting the aerodynamics, the inertia force applied to the force balancer is calculated by multiplying the acceleration signal generated by the aerodynamics according to the ultra-high speed flow by the effective vibrational mass obtained in the step of acquiring the dynamic behavior characteristics, and the It is possible to correct the converted aerodynamics in the step of converting the aerodynamics through the inertial force.

일 실시 예의 충격파 시험 장치 및 방법에 의하면, 극초음속 지상 시험 장비 환경에서 높은 수준의 반응성을 가지면서 향상된 정확성을 갖는 측정이 가능하다.According to the shock wave test apparatus and method of an embodiment, it is possible to measure with improved accuracy while having a high level of reactivity in a hypersonic ground test equipment environment.

일 실시 예의 충격파 시험 장치 및 방법에 의하면, 종래의 충격파 시험 장치에 설계를 수정하지 않고 적용될 수 있다.According to the shock wave test apparatus and method of an embodiment, it can be applied to a conventional shock wave test apparatus without modifying the design.

일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치 및 방법에 의하면, 힘 평형기의 디자인 제한을 완화하고 정확도를 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.According to the shock wave testing apparatus and method according to an embodiment, the effect of alleviating the design limitation of the force balancer and improving the accuracy can be expected.

일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치 및 방법에 의하면, 소형 충격파 터널에서의 공력 측정을 원활히 수행하는 한편, 대형 충격파 터널에서 발생하는 불필요한 진동을 보정 및 제거하여 폭 넓은 공력 측정을 도모할 수 있다.According to the shock wave test apparatus and method according to an embodiment, it is possible to smoothly measure aerodynamics in a small shock wave tunnel, and to measure a wide range of aerodynamics by correcting and removing unnecessary vibrations occurring in a large shock wave tunnel.

도 1은 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치의 단면도이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 힘 평형기의 단면도이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치의 단면도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 힘 평형기를 통해 관성 보정된 공력을 측정하는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치를 이용하여 공력을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이다.1 is a cross-sectional view of a shock wave testing apparatus according to an embodiment.
2 is a cross-sectional view of a force balancer according to an embodiment.
3 is a cross-sectional view of a shock wave testing apparatus according to an embodiment.
4 is a flowchart illustrating a process of measuring inertia-corrected aerodynamics through a force balancer according to an embodiment.
5 is a flowchart illustrating a method of measuring aerodynamics using a shock wave testing apparatus according to an embodiment.

이하, 실시 예들을 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, 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in the description of the embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function interferes with the understanding of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예의 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.In addition, in describing the components of the embodiment, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, but another component is between each component. It will be understood that may also be "connected", "coupled" or "connected".

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.Components included in one embodiment and components having a common function will be described using the same names in other embodiments. Unless otherwise stated, descriptions described in one embodiment may be applied to other embodiments as well, and detailed descriptions within the overlapping range will be omitted.

도 1은 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치의 단면도이고, 도 2는 일 실시 예에 따른 힘 평형기의 단면도이고, 도 3은 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a shock wave testing apparatus according to an embodiment, FIG. 2 is a cross-sectional view of a force balancer according to an embodiment, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a shock wave testing apparatus according to an embodiment.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치(1)는 고속 및 고압의 가스의 유동을 형성하여 실험할 실험 모델(M)에 초고속 유동 조건을 조성할 수 있는 충격파 터널(shock tunnel)일 수 있다.1 to 3, the shock wave test apparatus 1 according to an embodiment forms a high-speed and high-pressure gas flow to create a shock wave tunnel ( shock tunnel).

일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치(1)는 시험유동이 통과하는 시험부(11)와, 시험부(11)에 수직한 방향(지면에 수평한 방향)으로 초고속 유동을 방출하는 초음속 노즐(12)과, 시험부(11)에 설치되고 초음속 노즐(12)로부터 방출되는 초고속 유동에 노출되도록 설치되며 단부에 모델(M)이 설치되는 힘 평형기(13)와, 힘 평형기(13)의 동적 특성을 분석하여 모델(M)에 작용한 공력을 측정하는 제어부(14)를 포함할 수 있다.The shock wave test apparatus 1 according to an embodiment includes a test part 11 through which the test flow passes, and a supersonic nozzle 12 that emits an ultra-high speed flow in a direction perpendicular to the test part 11 (horizontal to the ground). ) and the force balancer 13 installed in the test unit 11 and installed to be exposed to the ultra-high speed flow emitted from the supersonic nozzle 12 and the model M is installed at the end of the force balancer 13 It may include a control unit 14 for measuring aerodynamic forces acting on the model (M) by analyzing the dynamic characteristics.

시험부(11)는, 힘 평형기(13)에 고정되어 있는 모델(M)을 수용하는 내부 공간을 가지며, 내부 공간은 충격파 발생 노즐(12)에 연결되어 초고속 유동장이 생성될 수 있다.The test unit 11 has an inner space accommodating the model M fixed to the force balancer 13 , and the inner space is connected to the shock wave generating nozzle 12 so that an ultra-fast flow field can be generated.

초음속 노즐(12)은, 시험부(11)의 일측으로부터 연결되어 내부 공간으로 초음속의 유동을 방출할 수 있고, 이를 통해 시험부(11)에 위치한 모델(M) 및 힘 평형기(13)에 충격파를 형성할 수 있다.The supersonic nozzle 12 is connected from one side of the test unit 11 to discharge a supersonic flow into the inner space, and through this, the model M located in the test unit 11 and the force balancer 13 It can form shock waves.

힘 평형기(13)는, 실험할 모델(M)이 초음속 노즐(12)에 발생되는 초고속 유동의 중심부에 위치한 상태로 지지되도록 돌출 형성될 수 있다. 예를 들어, 힘 평형기(13)는 초음속 노즐(12)에 대하여, 지면과 수평한 방향을 따라서 서로 마주보며 대향하도록 정렬된 위치 관계를 가질 수 있다.The force balancer 13 may be formed to protrude so that the model M to be tested is supported in a state located in the center of the supersonic flow generated in the supersonic nozzle 12 . For example, with respect to the supersonic nozzle 12 , the force balancer 13 may have a positional relationship arranged to face each other along a direction horizontal to the ground and to face each other.

예를 들어, 힘 평형기(13)는 시험부(11)의 부분 중 초음속 노즐(12)에 대향하는 반대측으로부터 마주보는 방향으로 돌출 형성된 부재로 형성될 수 있고, 돌출된 단부에 모델(M)이 설치될 수 있다.For example, the force balancer 13 may be formed of a member protruding in the opposite direction from the opposite side to the supersonic nozzle 12 among the parts of the test unit 11, and the protruding end of the model (M) This can be installed.

예를 들어, 힘 평형기(13)는 시험부(11)에 고정된 상태로 지지되는 지지부(131)와, 지지부(131)로부터 시험부(11)의 내부로 돌출되는 돌출부(132)와, 돌출부(132)의 단부에 설치되는 모델(M)과, 돌출부(132)에 설치되는 스트레인 게이지(134)와, 지지부(131)에 설치되는 가속도계(135)를 포함할 수 있다.For example, the force balancer 13 includes a support part 131 supported in a fixed state to the test part 11, and a protrusion 132 protruding from the support part 131 to the inside of the test part 11, It may include a model M installed on the end of the protrusion 132 , a strain gauge 134 installed on the protrusion 132 , and an accelerometer 135 installed on the support 131 .

지지부(131)는 초음속 노즐(12)이 연결되는 시험부(11)의 대향 측에서 돌출부(132)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 지지부(131)는 초음속 노즐(12)로부터 발생되는 초고속 유동 방향, 다시 말하면 돌출부(132)의 돌출 방향에 따른 수평 축을 중심으로 돌출부(132)를 시험부(11)의 내벽으로부터 지지하는 부재일 수 있다.The support part 131 may support the protrusion 132 on the opposite side of the test part 11 to which the supersonic nozzle 12 is connected. For example, the support part 131 supports the protrusion 132 from the inner wall of the test part 11 about the horizontal axis along the high-speed flow direction generated from the supersonic nozzle 12 , that is, the protrusion direction of the protrusion 132 . may be absent.

돌출부(132)는 지지부(131)로부터 수평 축 방향을 따라서 시험부(11)의 내부를 향해 외팔보 형태로 돌출 형성될 수 있고, 돌출된 단부는 시험부(11)의 중앙에 위치할 수 있다. 돌출부(132)의 돌출된 단부에는 시험을 하기 위한 모델(M)이 설치되어 초음속 노즐(12)로부터 방출되는 초고속 유동에 노출될 수 있다.The protrusion 132 may protrude from the support 131 in a cantilever shape toward the inside of the test part 11 along the horizontal axis direction, and the protruding end may be located in the center of the test part 11 . A model M for testing may be installed at the protruding end of the protrusion 132 to be exposed to the ultra-high speed flow emitted from the supersonic nozzle 12 .

스트레인 게이지(134)는, 돌출부(132)를 따라서 설치되어 충격파 유동이 힘 평형기(13)에 인가됨에 따라 발생하는 변형을 계측할 수 있다.The strain gauge 134 may be installed along the protrusion 132 to measure the strain generated as the shock wave flow is applied to the force balancer 13 .

예를 들어, 스트레인 게이지(134)는, 크기가 매우 작고, 공력에 대해 저항이 민감하게 변하는 단결정 실리콘(Monocrystalline)을 포함하는 반도체 스트레인 게이지일 수 있다. 다만, 이와 다른 종류의 스트레인 게이지가 사용될 수도 있다는 점을 밝혀둔다.For example, the strain gauge 134 may be a semiconductor strain gauge including monocrystalline silicon, which is very small in size and has a sensitive resistance to aerodynamic changes. It should be noted, however, that other types of strain gages may be used.

가속도계(135)를 이용하면, 지지부(131)에 설치되어 초음파 유동이 힘 평형기(13)에 인가됨에 따라 발생하는 동적 거동을 계측할 수 있다.When the accelerometer 135 is used, it is installed on the support part 131 to measure a dynamic behavior that occurs as an ultrasonic flow is applied to the force balancer 13 .

예를 들어, 가속도계(135)는 지지부(131)로부터 돌출부(132)가 돌출되는 방향의 반대측 부분에 설치되어 초음파 유동에 직접적으로 노출되지 않을 수 있다.For example, the accelerometer 135 may not be directly exposed to the ultrasonic flow by being installed at a portion opposite to the direction in which the protrusion 132 protrudes from the support 131 .

예를 들어, 가속도계(135)는, 압전 소자를 포함하는 압전 가속도계(piezo-electric accelerometer)일 수 있다. 다만, 이와 다른 종류의 가속도계(135)가 사용될 수도 있다는 점을 밝혀둔다.For example, the accelerometer 135 may be a piezo-electric accelerometer including a piezoelectric element. However, it should be noted that other types of accelerometers 135 may be used.

제어부(14)는 초음속 노즐(12)의 구동을 통해 시험부(11) 내부에 초고속 유동을 방출할 수 있고, 초고속 유동에 따라 힘 평형기(13)에 인가되는 공력에 의해 힘 평형기(13)의 센서(134, 135)로부터 계측되는 정보에 기초하여 힘 평형기(13)의 시스템에 인가되는 공력을 환산할 수 있다.The control unit 14 can discharge the ultra-high speed flow inside the test unit 11 through the driving of the supersonic nozzle 12, and the force balancer 13 by the aerodynamic force applied to the force balancer 13 according to the ultra-high speed flow. ), it is possible to convert the aerodynamic force applied to the system of the force balancer 13 based on the information measured from the sensors 134 and 135 .

제어부(14)는 스트레인 게이지(134)를 통해 초고속 유동이 인가됨에 따라서 발생하는 돌출부(132)의 변형을 측정할 수 있다.The controller 14 may measure the deformation of the protrusion 132 that occurs as the ultra-high-speed flow is applied through the strain gauge 134 .

제어부(14)는 초고속 유동에 따라 발생하는 돌출부(132)의 변형 정보에 기초하여, 힘 평형기(13)의 동적 반응 특성을 계산할 수 있다.The control unit 14 may calculate the dynamic response characteristics of the force balancer 13 based on the deformation information of the protrusion 132 generated according to the ultra-high speed flow.

제어부(14)는 가속도계(135)를 통해 초고속 유동이 인가됨에 따라서 발생하는 힘 평형기(13)의 관성을 측정할 수 있다.The control unit 14 may measure the inertia of the force balancer 13 that is generated as a high-speed flow is applied through the accelerometer 135 .

제어부(14)는 초고속 유동에 따라 발생하는 돌출부(132)의 관성 정보에 기초하여, 동적 거동 특성을 계산할 수 있고, 이를 통해 관성의 영향이 배제되도록 기환산된 공력을 보정할 수 있다.The control unit 14 may calculate a dynamic behavior characteristic based on the inertia information of the protrusion 132 generated according to the high-speed flow, and through this, may correct the aerodynamics converted so that the influence of inertia is excluded.

구체적인 힘 평형기에 인가되는 공력을 측정하고, 관성에 따른 보정을 수행하는 과정은 이하의 도 4 및 도 5를 통해 후술된다.A process of measuring aerodynamic force applied to a specific force balancer and performing correction according to inertia will be described below with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4는 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치를 이용하여 공력을 측정하는 방법을 나타내는 순서도이고, 도 5는 일 실시 예에 따른 힘 평형기를 통해 관성 보정된 공력을 측정하는 과정을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a method of measuring aerodynamics using a shock wave testing apparatus according to an embodiment, and FIG. 5 is a flowchart schematically illustrating a process of measuring inertia-corrected aerodynamics through a force balancer according to an embodiment .

도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 충격파 시험 장치를 이용하여 공력을 측정하는 방법은, 힘 평형기(13)의 동적 반응 특성을 획득하는 단계(21)와, 힘 평형기(13)의 동적 거동 특성을 획득하는 단계(22)와, 힘 평형기(13)에 초고속 유동을 형성하는 단계(23)와, 힘 평형기(13)에 발생되는 변형을 계측하여 힘 평형기(13)에 인가되는 공력을 환산하는 단계(24), 힘 평형기(13)에 인가되는 관성력을 계측하여 환산된 공력을 보정하는 단계(25)를 포함할 수 있다.4 and 5, the method for measuring aerodynamics using a shock wave test apparatus according to an embodiment includes the step 21 of acquiring the dynamic response characteristics of the force balancer 13, the force balancer ( 13) acquiring the dynamic behavior characteristics of 22, forming a super-fast flow in the force balancer 13 (23), measuring the deformation generated in the force balancer 13, and measuring the force balancer ( 13) may include a step 24 of converting the aerodynamic force applied, and a step 25 of measuring the inertial force applied to the force balancer 13 and correcting the converted aerodynamic force (25).

동적 반응 특성을 획득하는 단계(21)는, 힘 평형기(13)에 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 인가함에 따라 발생하는 변형을 계측함으로써, 힘 평형기(13)에 인가되는 외력 및 변형 사이에서 선형 관계를 이루는 동적 반응 특성을 획득하는 과정일 수 있다.In the step 21 of acquiring the dynamic response characteristics, the external force applied to the force balancer 13 and It may be a process of acquiring dynamic response characteristics that form a linear relationship between deformations.

예를 들어, 제어부(14)는 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기(13)에 인가하고, 시간에 따른 힘 평형기(13)의 변형을 스트레인 게이지(134)를 통해 측정할 수 있고, 사전에 설정된 외력과 그에 따른 변형량 정보를 역합성곱하여 힘 평형기(13)의 시스템의 동적 반응 특성을 획득할 수 있다.For example, the control unit 14 applies an external force having a preset magnitude and direction to the force balancer 13, and measures the deformation of the force balancer 13 with time through the strain gauge 134. Also, the dynamic response characteristics of the system of the force balancer 13 may be obtained by deconvolution of the previously set external force and the corresponding deformation amount information.

동적 거동 특성을 획득하는 단계(22)는, 힘 평형기(13)에 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 인가함에 따라 형성되는 관성을 측정하고, 힘 평형기(13)에 인가되는 외력 및 관성 사이의 관계식을 통해 힘 평형기(13)의 동적 거동 특성을 획득하는 과정일 수 있다.In the step 22 of acquiring the dynamic behavior characteristics, the inertia formed by applying an external force having a preset magnitude and direction to the force balancer 13 is measured, and the external force applied to the force balancer 13 and It may be a process of acquiring the dynamic behavior characteristics of the force balancer 13 through the relational expression between inertia.

예를 들어, 제어부(14)는 사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기(13)에 인가하고, 힘 평형기(13)에 시간에 따라 가해지는 관성을 가속도계(135)를 통해 측정할 수 있고, 힘 평형기(13)에 가해진 외력의 크기를, 가속도계(135)를 통해 계측된 가속도 신호의 제곱평균제곱근(root mean square)로 나눔으로써, 결과적으로 힘 평형기(13)의 시스템의 유효 진동 질량(effective vibration mass)을 획득할 수 있다.For example, the control unit 14 applies an external force having a preset magnitude and direction to the force balancer 13 , and measures the inertia applied to the force balancer 13 over time through the accelerometer 135 . By dividing the magnitude of the external force applied to the force balancer 13 by the root mean square of the acceleration signal measured through the accelerometer 135, as a result, the system of the force balancer 13 It is possible to obtain an effective vibration mass of .

예를 들어, 동적 거동 특성을 획득하는 단계(22)는, 힘 평형기(13)에 발생하는 응력파의 영향으로 인한 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the step 22 of obtaining the dynamic behavior characteristic includes filtering the stress wave behavior frequency in order to suppress disturbance of the acceleration signal due to the influence of the stress wave generated in the force balancer 13 . can do.

응력파 거동 주파수를 필터링하는 단계에서, 제어부(14)는 가속도계(135)를 통해 가속도 신호를 계측하는 과정에서, 응력파 거동 주파수 영역에 대한 대역폭 억제 필터를 가속도계(135)에 적용함으로써 응력파 거동에 의한 외란이 배제된 가속도 신호를 측정할 수 있다.In the step of filtering the stress wave behavior frequency, the control unit 14 applies a bandwidth suppression filter for the stress wave behavior frequency domain to the accelerometer 135 in the process of measuring the acceleration signal through the accelerometer 135 . It is possible to measure the acceleration signal excluding disturbance caused by .

초고속 유동을 형성하는 단계(23)는, 동적 반응 특성 및 동적 거동 특성을 알고 있는 힘 평형기(13)를 충격파 시험 장치(1)에 설치하고, 초음속 노즐(12)을 통해 힘 평형기(13)에 초고속 유동을 인가하는 과정일 수 있다.In the step 23 of forming the ultra-high speed flow, a force balancer 13 having known dynamic reaction characteristics and dynamic behavior characteristics is installed in the shock wave testing apparatus 1, and the force balancer 13 is passed through the supersonic nozzle 12 ) can be a process of applying ultra-high-speed flow.

초고속 유동을 형성하는 단계(23)에서, 제어부(14)는 초음속 노즐(12)을 구동함으로써, 시험부(11) 내부에 설치된 힘 평형기(13)가 초고속 유동장에 노출되도록 할 수 있다.In the step 23 of forming the ultra-high speed flow, the control unit 14 drives the supersonic nozzle 12 so that the force balancer 13 installed inside the test unit 11 is exposed to the ultra-high speed flow field.

공력을 환산하는 단계(24)는, 초고속 유동이 인가됨에 따라서 돌출부(132)에 발생하는 시간에 따른 변형을 측정하고, 이를 사전에 획득한 동적 반응 특성과의 연산을 통해 힘 평형기(13)에 인가된 공력을 역환산하는 과정일 수 있다.In the step of converting the aerodynamic force (24), as the ultra-high speed flow is applied, the deformation with time generated in the protrusion 132 is measured, and the force balancer 13 is calculated through the calculation with the dynamic response characteristics obtained in advance. It may be a process of inversely converting the aerodynamic force applied to the

예를 들어, 공력을 환산하는 단계(24)에서, 제어부(14)는 스트레인 게이지(134)를 통해 초고속 유동에 따른 공력에 의해 발생하는 시간에 따른 변형을 측정할 수 있고, 이를 사전에 획득한 동적 반응 특성과의 역합성곱을 수행함으로써, 힘 평형기(13)에 인가되는 공력을 역환산할 수 있다.For example, in the step 24 of converting the aerodynamic force, the control unit 14 can measure the strain over time caused by the aerodynamic force according to the ultra-high speed flow through the strain gauge 134, and it is obtained in advance. By performing inverse convolution with the dynamic reaction characteristic, the aerodynamic force applied to the force balancer 13 can be inversely converted.

공력을 보정하는 단계(25)는, 초고속 유동이 인가됨에 따라서 돌출부(132)에 시간에 따라 측정되는 가속도 신호 및 사전에 획득한 동적 거동 특성과의 연산을 통해 힘 평형기(13)의 시스템의 관성력을 획득하여, 이를 공력을 환산하는 단계(24)에서 환산된 공력을 보정하는 과정일 수 있다.In the step 25 of correcting the aerodynamics, the system of the force balancer 13 is calculated through the calculation of the acceleration signal measured over time to the protrusion 132 and the dynamic behavior characteristics obtained in advance as the ultra-high-speed flow is applied. Obtaining the inertia force, it may be a process of correcting the converted aerodynamics in the step 24 of converting the aerodynamics.

예를 들어, 제어부(14)는 가속도계(135)를 통해 초고속 유동에 따른 공력에 의해 유도되는 가속도 신호를 사전에 획득한 유효 진동 질량에 곱하여 힘 평형기(13)의 시스템에 가해지는 관성력을 계산할 수 있고, 획득한 관성력을 통해 환산된 공력을 보정함으로써, 결과적으로 불필요한 동적 거동 특성이 배제된 공력을 획득할 수 있다.For example, the control unit 14 multiplies the acceleration signal induced by aerodynamic forces according to the ultra-high speed flow through the accelerometer 135 by the previously acquired effective vibration mass to calculate the inertial force applied to the system of the force balancer 13. And by correcting the converted aerodynamics through the acquired inertial force, as a result, it is possible to obtain aerodynamics from which unnecessary dynamic behavior characteristics are excluded.

예를 들어, 공력을 보정하는 단계(25)는, 힘 평형기(13)에 발생하는 응력파의 영향으로 인한 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수를 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.For example, the step of correcting the aerodynamic force (25) may include filtering the stress wave behavior frequency to suppress disturbance of the acceleration signal due to the influence of the stress wave generated on the force balancer (13). have.

이상과 같이 비록 한정된 도면에 의해 실시 예들이 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구조, 장치 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although embodiments have been described with reference to the limited drawings, various modifications and variations are possible from the above description by those of ordinary skill in the art. For example, the described techniques are performed in an order different from the described method, and/or the described components of structures, devices, etc. are combined or combined in a different form than the described method, or other components or equivalents are used. Appropriate results can be achieved even if substituted or substituted by

Claims (14)

지지부;
상기 지지부로부터 수평 축을 따라서 돌출형성되는 돌출부;
상기 돌출부의 단부에 설치되는 공력 특성을 시험하기 위한 모델;
상기 돌출부에 설치되는 스트레인 게이지; 및
상기 지지부에 설치되는 가속도계를 포함하는 힘 평형기.
support;
a protrusion formed to protrude from the support part along a horizontal axis;
a model for testing the aerodynamic properties installed at the end of the protrusion;
a strain gauge installed on the protrusion; and
A force balancer comprising an accelerometer installed on the support.
 제 1 항에 있어서,
상기 가속도계는,
상기 지지부의 부분 중, 상기 지지부로부터 돌출부가 돌출되는 방향의 반대측 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 힘 평형기.
The method of claim 1,
The accelerometer is
A force balancer, characterized in that it is installed in the portion opposite to the direction in which the protrusion protrudes from the support portion among the portions of the support portion.
 제 2 항에 있어서,
상기 스트레인 게이지를 통해 계측되는 변형 정보에 기초하여 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 환산 가능하고, 상기 가속도계를 통해 계측되는 관성 정보에 기초하여 환산된 상기 외력을 관성의 영향으로부터 보정하는 제어부를 더 포함하는 힘 평형기.
3. The method of claim 2,
A control unit capable of converting the external force applied to the force balancer based on the deformation information measured through the strain gauge and correcting the external force converted based on the inertia information measured through the accelerometer from the influence of inertia. power balancer.
 제 3 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수 영역에 대한 대역폭 억제 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 힘 평형기.
4. The method of claim 3,
The control unit is
In order to suppress disturbance of the acceleration signal measured due to the influence of a stress wave formed through an external force applied to the force balancer, a bandwidth suppression filter for the stress wave behavior frequency domain is applied.
 내부 공간을 갖는 시험부;
상기 시험부에 수평 축을 따라서 초고속 유동을 방출하는 초음속 노즐;
상기 시험부에 설치되고 상기 초음속 노즐이 대향하는 반대측으로부터 서로 마주보는 방향으로 돌출 형성되고, 돌출된 단부에 설치되는 모델을 구비하는 힘 평형기; 및
힘 평형기의 동적 특성을 분석하여 상기 힘 평형기에 인가되는 공력을 측정하는 제어부를 포함하는 충격파 시험 장치.
a test section having an interior space;
a supersonic nozzle for emitting an ultrafast flow along a horizontal axis to the test section;
a force balancer installed in the test unit and protruding from the opposite side to which the supersonic nozzle is opposed to each other in a direction facing each other, and having a model installed at the protruding end; and
Shock wave testing apparatus comprising a control unit for measuring the aerodynamic force applied to the force balancer by analyzing the dynamic characteristics of the force balancer.
 제 5 항에 있어서,
상기 힘 평형기는,
지지부;
상기 지지부로부터 수평 축을 따라서 돌출 형성되고, 상기 모델이 설치되는 돌출부;
상기 돌출부에 설치되는 스트레인 게이지; 및
상기 지지부에 설치되는 가속도계를 포함하는 충격파 시험 장치.
6. The method of claim 5,
The force balancer,
support;
a protrusion formed to protrude from the support part along a horizontal axis, the protrusion part on which the model is installed;
a strain gauge installed on the protrusion; and
Shock wave testing apparatus including an accelerometer installed on the support.
 제 6 항에 있어서,
상기 가속도계는,
상기 지지부의 부분 중, 상기 지지부로부터 돌출부가 돌출되는 방향의 반대측 부분에 설치되는 것을 특징으로 하는 충격파 시험 장치.
7. The method of claim 6,
The accelerometer is
Shock wave testing apparatus, characterized in that it is installed in the portion opposite to the direction in which the protrusion protrudes from the support part among the parts of the support part.
 제 7 항에 있어서,
상기 제어부는,
(i)상기 초음속 노즐을 구동하여 힘 평형기에 초고속 유동을 형성하고, (ii)상기 스트레인 게이지를 통해 계측되는 변형 정보에 기초하여 상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 환산 가능하고, (iii)상기 가속도계를 통해 계측되는 관성 정보에 기초하여 환산된 상기 외력을 관성의 영향으로부터 보정하는 것을 특징으로 하는 충격파 시험 장치.
8. The method of claim 7,
The control unit is
(i) driving the supersonic nozzle to form a high-speed flow in the force balancer, (ii) converting the external force applied to the force balancer based on the deformation information measured through the strain gauge, (iii) the accelerometer Shock wave testing apparatus, characterized in that the external force converted based on the inertia information measured through the correction from the influence of the inertia.
 제 8 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수 영역에 대한 대역폭 억제 필터를 적용하는 것을 특징으로 하는 충격파 시험 장치.
9. The method of claim 8,
The control unit is
Shock wave test apparatus, characterized in that by applying a bandwidth suppression filter for the stress wave behavior frequency region in order to suppress the disturbance of the acceleration signal measured due to the influence of the stress wave formed through the external force applied to the force balancer.
 스트레인 게이지 및 가속도계가 설치된 힘 평형기를 통한 충격파 시험 방법에 있어서,
상기 힘 평형기의 동적 반응 특성을 획득하는 단계;
상기 힘 평형기의 동적 거동 특성을 획득하는 단계;
상기 힘 평형기에 초고속 유동을 형성하는 단계;
상기 힘 평형기에 발생되는 변형을 계측하여 상기 힘 평형기에 인가되는 공력을 환산하는 단계; 및
상기 힘 평형기에 인가되는 관성력을 계측하여 환산된 공력을 보정하는 단계를 포함하는 충격파 시험 방법.
In the shock wave test method through a force balancer installed with a strain gauge and an accelerometer,
obtaining a dynamic response characteristic of the force balancer;
obtaining a dynamic behavior characteristic of the force balancer;
forming an ultrafast flow in the force balancer;
converting the aerodynamic force applied to the force balancer by measuring the deformation generated in the force balancer; and
A shock wave test method comprising the step of measuring the inertial force applied to the force balancer and correcting the converted aerodynamic force.
 제 10 항에 있어서,
상기 동적 반응 특성을 획득하는 단계는,
사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기에 인가하고, 상기 외력 및 상기 스트레인 게이지를 통해 시간에 따라 측정되는 변형을 역합성곱하여 상기 힘 평형기의 동적 반응 특성을 획득하는 충격파 시험 방법.
11. The method of claim 10,
The step of obtaining the dynamic response characteristic is,
A shock wave test method for obtaining dynamic response characteristics of the force balancer by applying an external force having a preset magnitude and direction to a force balancer, and deconvolution of the external force and a strain measured over time through the strain gauge.
 제 10 항에 있어서,
상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계는,
사전에 설정된 크기 및 방향을 갖는 외력을 힘 평형기에 인가하고, 상기 외력을 상기 가속도계를 통해 시간에 따라 측정되는 가속도 신호의 제곱평균제곱근으로 나누어 상기 힘 평형기의 유효 진동 질량을 획득하는 충격파 시험 방법.
11. The method of claim 10,
The step of obtaining the dynamic behavior characteristic is,
A shock wave test method in which an external force having a preset magnitude and direction is applied to a force balancer, and the external force is divided by the root mean square of an acceleration signal measured over time through the accelerometer to obtain an effective oscillating mass of the force balancer .
 제 12 항에 있어서,
상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계는,
상기 힘 평형기에 인가되는 외력을 통해 형성되는 응력파의 영향으로 인해 계측되는 가속도 신호의 외란을 억제하기 위해, 응력파 거동 주파수를 필터링하는 단계를 포함하는 충격파 시험 방법.
13. The method of claim 12,
The step of obtaining the dynamic behavior characteristic is,
and filtering the stress wave behavior frequency to suppress disturbance of the measured acceleration signal due to the influence of the stress wave formed through the external force applied to the force balancer.
 제 12 항에 있어서,
상기 공력을 보정하는 단계는,
상기 초고속 유동에 따른 공력에 의해 발생하는 가속도 신호를 상기 동적 거동 특성을 획득하는 단계에서 획득한 상기 유효 진동 질량에 곱하여 상기 힘 평형기에 가해지는 관성력을 계산하고, 상기 관성력을 통해 상기 공력을 환산하는 단계에서 환산된 공력을 보정하는 것을 특징으로 하는 충격파 시험 방법.
13. The method of claim 12,
The step of correcting the aerodynamic force,
Calculate the inertia force applied to the force balancer by multiplying the acceleration signal generated by the aerodynamic force according to the high-speed flow by the effective vibration mass obtained in the step of acquiring the dynamic behavior characteristics, and convert the aerodynamic force through the inertial force Shock wave test method, characterized in that correcting the aerodynamics converted in the step.
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