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KR-20260061653-A - TEST APPARATUS FOR PROPELLER UNIT OF FLIGHT VEHICLE

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Abstract

본 발명은 비행체용 프로펠러 시험 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 의한 비행체용 프로펠러 시험 장치의 일 양태는, 프로펠러의 시험이 내부에서 이루어지는 시험 챔버; 상기 시험 챔버의 내부에 배치되고, 상기 프로펠러가 거치되는 지그 유닛; 상기 시험 챔버의 내부로 공급되는 공기의 유동을 위한 급기 유로가 내부에 정의되고, 상기 시험 챔버의 외부로부터 상기 급기 유로의 내부로의 공기의 흡입을 위한 급기용 흡입구 및 상기 급기 유로를 유동한 공기의 상기 시험 챔버의 내부로의 배출을 위한 급기용 배출구가 그 양단에 형성되는 급기 덕트; 및 상기 시험 챔버의 외부로 배출되는 공기의 유동을 위한 배기 유로가 내부에 정의되고, 상기 시험 챔버의 내부로부터 상기 배기 유로의 내부로의 공기의 흡입을 위한 배기용 흡입구 및 상기 배기 유로를 유동한 공기의 상기 시험 챔버의 외부로의 배출을 위한 배기용 배출구가 그 양단에 형성되는 배기 덕트; 를 포함하고, 적어도 상기 배기용 흡입구는, 상기 급기용 배출구 초과의 면적으로 형성된다.

Inventors

  • 김호

Assignees

  • 재단법인 인천테크노파크

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (5)

  1. 프로펠러(P)의 시험이 내부에서 이루어지는 시험 챔버(100); 상기 시험 챔버(100)의 내부에 배치되고, 상기 프로펠러(P)가 거치되는 지그 유닛(200); 상기 시험 챔버(100)의 내부로 공급되는 공기의 유동을 위한 급기 유로(300P)가 내부에 정의되고, 상기 시험 챔버(100)의 외부로부터 상기 급기 유로(300P)의 내부로의 공기의 흡입을 위한 급기용 흡입구(310) 및 상기 급기 유로(300P)를 유동한 공기의 상기 시험 챔버(100)의 내부로의 배출을 위한 급기용 배출구(320)가 그 양단에 형성되는 급기 덕트(300); 및 상기 시험 챔버(100)의 외부로 배출되는 공기의 유동을 위한 배기 유로(400P)가 내부에 정의되고, 상기 시험 챔버(100)의 내부로부터 상기 배기 유로(400P)의 내부로의 공기의 흡입을 위한 배기용 흡입구(410) 및 상기 배기 유로(400P)를 유동한 공기의 상기 시험 챔버(100)의 외부로의 배출을 위한 배기용 배출구(420)가 그 양단에 형성되는 배기 덕트(400); 를 포함하고, 적어도 상기 배기용 흡입구(410)는, 상기 급기용 배출구(320) 초과의 면적으로 형성되는, 비행체용 프로펠러 시험 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 급기용 배출구(320) 및 배기용 흡입구(410)는, 그 중심이 상기 프로펠러(P)의 회전 중심과 동축 상에 위치되는, 비행체용 프로펠러 시험 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 급기용 배출구(320)를 포함하는 상기 급기 덕트(300)의 일부는 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장되고, 상기 배기용 흡입구(410)를 포함하는 상기 배기 덕트(400)의 일부는, 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장되는 상기 급기용 배출구(320)를 포함하는 상기 급기 덕트(300)의 일부에 비하여 더 길게 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장되는, 비행체용 프로펠러 시험 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장된 상기 급기 덕트(300)의 일부에 정의되는 상기 급기 유로(300P)는 상기 급기용 배출구(320)를 향하여 그 유동 단면적이 점차적으로 증가되고, 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장된 상기 배기 덕트(400)의 일부에 정의되는 상기 배기 유로(400P)는 상기 배기용 흡입구(410)를 향하여 그 유동 단면적이 점차적으로 증가되는, 비행체용 프로펠러 시험 장치,
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로펠러(P)의 회전에 의하여 블레이드의 팁이 형성하는 가상의 원의 상기 프로펠러(P)의 회전축 방향으로의 사영(射影, projection)은, 상기 배기용 흡입구(410)의 내부에 위치되는, 비행체용 프로펠러 시험 장치.

Description

비행체용 프로펠러 시험 장치{TEST APPARATUS FOR PROPELLER UNIT OF FLIGHT VEHICLE} 본 발명은 비행체 시험 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 비행체의 비행을 위한 양력 및 추력을 제공하는 비행체용 프로펠러 시험 장치에 관한 것이다. 최근에는, 비행기나 헬리콥터와 같은 전통적인 항공기 이외에 드론이나 도심 항공 모빌리티(UAM; Urban Air Mobility), 개인용 항공기(PAV; Personal Air Vehicle)과 같은 비행체에 대한 관심이 증가되고 있다. 그리고 비행체는, 비행을 위한 양력 및 추력을 제공하는 추진 유닛이 구비되는데, 드론 등과 같은 비행체의 경우에는, 추진 유닛이 모터나 엔진에 의하여 회전하는 프로펠러로 구성된다. 그런데, 프로펠러는, 비행체의 주요 구성이므로, 추력, 토크, 회전수, 효율, 소음, 진동 및 공력 특성과 같이 다양한 요소에 대한 시험이 이루어진다. 이때, 프로펠러의 동작에 의한 시험 챔버의 내부에서의 공기의 유동을 해석하여 프로펠러의 공력 특성을 확인할 수 있는데, 이를 위해서는, 프로펠러가 회전하면, 시험 챔버의 내부를 유동하는 공기에 의하여 의도하지 않은 난류의 발생이나 압력의 변화가 이루어지지 않아야 한다. 특히, 프로펠러의 출력 대비 시험 챔버의 체적이 상대적으로 작은 경우에는, 프로펠러가 회전하는 동안 시험 챔버의 내부로의 공기의 유입과 시험 챔버의 외부로의 공기의 배출이 이루어져야 하는데, 시험 과정에서 시험 챔버의 내부에서의 난류의 발생이나 압력의 변화를 방지할 수 있는 기술이 제안되지 못하는 실정이다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 비행체용 프로펠러 시험 장치를 보인 사시도. 도 2는 본 발명의 제1실시예를 보인 단면도. 도 3은 본 발명의 제1실시예에서 프로펠러의 시험 과정에서의 시험 챔버의 내부의 공기 유동을 보인 시뮬레이션도. 도 4는 본 발명의 제2실시예에서 비행체용 프로펠러 시험 장치를 보인 단면도. 도 5는 본 발명의 제3실시예에서 비행체용 프로펠러 시험 장치를 보인 단면도. 이하에서는 본 발명의 제1실시예에 의한 비행체용 프로펠러 시험 장치를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 비행체용 프로펠러 시험 장치를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예를 보인 단면도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에서 프로펠러의 시험 과정에서의 시험 챔버의 내부의 공기 유동을 보인 시뮬레이션도이다. 먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 비행체용 프로펠러 시험 장치(1)(이하, '시험 장치'라 칭함)는, 드론, 도심 항공 모빌리티나 개인용 항공기와 같은, 상대적으로 소형 비행체에 사용되는 프로펠러의 시험을 위한 것으로, 특히, 프로펠러의 동작 과정에서의 추력, 토크, 회전수, 효율, 소음, 진동 및 공력 특성과 같이 다양한 요소에 대한 시험이 가능하다. 이와 같은 상기 시험 장치(1)는, 시험 챔버(100), 지그 유닛(200), 급기 덕트(300) 및 배기 덕트(400)를 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 시험 챔버(100)는, 그 내부에서 프로펠러(P)의 시험이 내부에서 이루어지는 곳이다. 예를 들면, 상기 시험 챔버(100)는, 내부에 상기 프로펠러(P)의 시험을 위한 소정의 공간이 정의되는 중공의 육면체 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 시험 챔버(100)에는, 그 내외부로의 상기 프로펠러(P)의 출납을 위한 개구부(미도시) 및 상기 개구부를 개폐하는 도어(미도시)와, 그 내부에서의 상기 프로펠러(P)의 시험 과정을 확인할 수 있는 투시창(미도시)가 형성 또는 구비될 수 있다. 다음으로, 상기 지그 유닛(200)은, 상기 프로펠러(P), 실질적으로, 모터(미도시) 또는 엔진(미도시)에 결합된 상태로 상기 프로펠러(P)가 거치되는 곳으로, 상기 시험 챔버(100)의 내부에 배치된다. 보다 바람직하게는, 상기 지그 유닛(200)은, 후술할 급기용 배출구(320)에 비하여 배기용 흡입부(410)에 인접하게 배치된다. 또한, 상기 지그 유닛(200)은, 상기 프로펠러(P)의 회전 중심의 상하 위치 조절을 위하여 높이 조절이 가능하도록 구성된다. 그리고 상기 급기 덕트(300)는, 상기 시험 챔버(100)의 내부로 공기를 공급하기 위한 것으로, 그 내부에 상기 시험 챔버(100)의 내부로 공급되는 공기의 유동을 위한 급기 유로(300P)가 정의된다. 또한, 상기 급기 덕트(300)의 양단에는, 급기용 흡입구(310) 및 급기용 배출구(320)가 형성된다. 상기 급기용 흡입구(310)는, 상기 시험 챔버(100)의 외부로부터 상기 급기 유로(300P)의 내부로의 공기의 흡입을 위한 것이고, 상기 급기용 배출구(320)는, 상기 급기 유로(300P)를 유동한 공기의 상기 시험 챔버(100)의 내부로의 배출을 위한 것이다. 즉, 상기 지그 유닛(200)에 안착된 상기 프로펠러(P)가 회전하면, 상기 급기용 흡입구(310)를 통하여 상기 시험 챔버(100)의 외부에서 상기 급기 유로(300P)의 내부로 공기가 흡입되어 상기 급기 유로(300P)를 유동한 후 상기 급기용 배출구(320)를 통하여 상기 시험 챔버(100)의 내부로 배출된다. 또한, 상기 배기 덕트(400)는, 상기 시험 챔버(100)의 외부로 공기를 배출하기 위한 것이다. 상기 배기 덕트(400)의 내부에는, 배기 유로(400P)가 정의되고, 상기 배기 덕트(400)의 양단에는, 배기용 흡입구(410) 및 배기용 배출구(420)가 형성된다. 상기 배기 유로(400P)는, 상기 시험 챔버(100)의 외부로 배출되는 공기의 유동을 위한 것이고, 상기 배기용 흡입구(410) 및 배기용 배출구(420)는, 상기 시험 챔버(100)의 내부로부터 상기 배기 유로(400P)의 내부로의 공기의 흡입 또는 상기 배기 유로(400P)를 유동한 공기의 상기 시험 챔버(100)의 외부로의 배출을 위한 것이다. 따라서, 상기 지그 유닛(200)에 안착된 상기 프로펠러(P)가 회전하면, 상기 배기용 흡입구(410)를 통하여 상기 시험 챔버(100)의 내부에서 상기 배기 유로(400P)의 내부로 공기가 흡입되어 상기 배기 유로(400P)를 유동한 후 상기 배기용 배출구(420)를 통하여 상기 시험 챔버(100)의 외부로 배출된다. 본 실시예에서는, 적어도 상기 배기용 흡입구(410)는, 상기 급기용 배출구(320) 초과의 면적으로 형성된다. 이는, 한정된 면적인 상기 급기용 배출구(320) 및 배기용 흡입구(410)를 통하여 공기가 상기 시험 챔버(100)의 내외부로 입출되는 과정에서의 불필요한 배압의 증가를 방지하기 위함이다. 보다 상세하게는, 상기 배기용 흡입구(410)의 절대적인 크기의 증가가 가능하다면, 상기 프로펠러(P)의 회전에 의하여 상기 배기용 흡입구(410)를 통한 공기의 배출이 원활하게 이루어지므로, 배압이 증가되지 않게 된다. 그런데, 상기 배기용 흡입구(410)가 증가되면, 이와 동시에 상기 배기 유로(400P)의 유동 단면적도 증가되므로, 실질적으로, 상기 배기 덕트(400)의 제작 비용이 증가하게 될 것이다. 물론, 상기 배기용 흡입구(410)의 면적만 증가시키고, 상기 배기 유로(400P)의 유동 단면적을 감소시키면, 이와 같은 단점은 해소되지만, 상기 배기 유로(400P)의 유동 단면적의 감소에 따른 소음의 증가라는 단점이 발생한다. 따라서, 본 실시예에서는, 이와 같은 문제점을 보완하기 위하여, 상기 배기용 흡입구(410)의 면적이 상기 급기용 배출구(320)의 면적을 초과하도록 형성되는 것이다. 또한, 본 실시예에서는, 상기 급기용 배출구(320) 및 배기용 흡입구(410)의 중심이 상기 프로펠러(P)의 회전 중심과 동축 상에 위치된다. 이는, 상기 급기용 배출구(320) 및 배기용 흡입구(410)의 중심과 상기 프로펠러(P)의 회전 중심이 불일치함으로써, 야기될 수 있는 상기 시험 챔버(100)의 내부에서의 공기의 불균일한 유동에 따른 시험 정확도의 저하나 진동 및 소음의 증가와 같은 문제점을 방지하기 위함이다. 특히, 상기 프로펠러(P)의 회전에 의하여 블레이드의 팁이 형성하는 가상의 원의 상기 프로펠러(P)의 회전축 방향으로의 사영(射影, projection)은, 상기 배기용 흡입구(410)의 내부에 위치된다. 예를 들면, 상기 배기용 흡입구(410)가 상기 프로펠러(P)의 직경 초과의 직경인 원형 또는 그 단변의 길이가 상기 프로펠러(P)의 직경 초과의 장방형이나 정방형으로 형성될 수 있다. 나아가, 본 실시예에서는, 상기 급기용 배출구(320)를 포함하는 상기 급기 덕트(300)의 일부가 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장된다. 이는, 상기 급기 유로(300P)를 유동하여 상기 급기용 배출구(320)를 통하여 상기 시험 챔버(100)의 내부로 공급되는 공기가 상기 프로펠러(P)를 향하는 방향성을 갖음으로써, 상기 급기용 배출구(320)로부터 상대적으로 이격되는 상기 시험 챔버(100)의 상부에서 난류가 발생하는 현상이 방지하기 위함이다. 또한, 본 실시예에서는, 이에 대응하여, 상기 배기용 흡입구(410)를 포함하는 상기 배기 덕트(400)의 일부가, 상기 시험 챔버(100)의 내부로 연장된다. 이 역시, 상기 프로펠러(P)의 후류에 해당하는 공기의 대부분이 상기 배기용 흡입구(410)를 향함으로써, 상기 배기용 흡입구(410)로부터 상대적으로 이격되는 상기 시험 챔버(100)의 상부에서 난류가 발생하지 않도록 하기 위함이다. 다만, 본 실시예에서는, 상기 배기용 흡입구(410)를 포함하는 상기 배기 덕트(400)의 일부가 상기 급기용 배출구(320)를 포함하는 상기 급기 덕트(300)의 일부에 비하여 상기 시험 챔버(100)의 내부로 더 길게 연장된다. 이는, 보다 적극적으로 상기 프로펠러(P)의 후류에 해당하는 공기가 상기 배기용 배출구(420)를 통하여 신속하게 배출됨으로써, 상기 배기용 배출구(420)를 향하는 공기가 상기 시험 챔버(100)의 내부로 재유입되는 현상을 방지하기 위함이다. 한편, 상기 급기 덕트(300) 및 배기 덕트(400)의 내부, 실질적으로, 상