KR101329205B1 - 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법 - Google Patents

항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 항공기 시동 초기에 발생하는 유압시스템 내부의 압력 변동(fluctuation) 현상에 의한 동력 패키지 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하고 설계 변수를 추출하여 최적화하는 방법에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 일 형태로서 본 발명은, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법으로서, (a) 고압의 작동유를 상기 항공기 유압시스템 내로 토출하는 유압 펌프부와, 상기 항공기 유압시스템 내의 유압을 제어하고 상기 시스템 선택밸브를 구성요소로서 포함하는 동력 패키지부와, 비상 작동유를 압축하여 저장하는 비상 축압기부와, 상기 항공기 유압시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 각각 모델링한 항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 단계; (b) 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 상기 항공기 유압시스템 해석 모델에 적용함으로써, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 분석 결과, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는, 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 추출하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 추출된 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 조합하여, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 최상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정하는 단계를 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법을 제공한다.

Description

항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법{METHOD FOR OPTIMIZING DYNAMIC CHARACTERISTICS OF SYSTEM SELECTOR VALVE IN AIRCRAFT HYDRAULIC SYSTEM}
본 발명은 항공기 유압시스템의 시동 초기 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 항공기 시동 초기에 발생하는 유압시스템 내부의 압력 변동(fluctuation) 현상에 의한 동력 패키지 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하고 설계 변수를 추출하여 최적화하는 방법에 관한 것이다.
항공기 유압 펌프는 일반적으로 피스톤 타입의 유압 펌프를 사용하며, 피스톤 회전에 따른 유량의 맥동 현상에 관한 연구 및 개선 활동이 이루어져 왔다.
그러나, 유압시스템의 각종 작동기와 선택 밸브의 작동에 의한 시스템 내부의 압력 변동(fluctuation) 현상에 대한 연구는 많이 이루어지지 않았다.
유압 펌프의 맥동과 시스템 작동에 따른 압력 강하(pressure drop)에 의한 압력 변동 현상이 누적되면 유압시스템의 진동과 소음을 동반할 수 있으며, 장기적으로는 기체 구조물 및 관련 유압 구성품 등에 악영향을 끼칠 수 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 항공기 시동 초기에 발생하는 유압시스템 내부의 압력 변동(fluctuation) 현상에 의한 동력 패키지 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하고 설계 변수를 추출하여 최적화하는 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 형태는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법으로서, (a) 고압의 작동유를 상기 항공기 유압시스템 내로 토출하는 유압 펌프부와, 상기 항공기 유압시스템 내의 유압을 제어하고 상기 시스템 선택밸브를 구성요소로서 포함하는 동력 패키지부와, 비상 작동유를 압축하여 저장하는 비상 축압기부와, 상기 항공기 유압시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 각각 모델링한 항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 단계; (b) 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 상기 항공기 유압시스템 해석 모델에 적용함으로써, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하는 단계; (c) 상기 (b) 단계의 분석 결과, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는, 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 추출하는 단계; 및 (d) 상기 (c) 단계에서 추출된 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 조합하여, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 최상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정하는 단계를 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 유압 펌프부는, 펌프 입력 신호(pump input signal) 값과, 상기 작동유의 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값을 상기 유압 펌프부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 동력 패키지부는, 체크 밸브(Check Valve)의 설계 변수값과, 고압 여과기(High Pressure Filter)의 설계 변수값과, 압력 센서(Pressure Sensor)의 설계 변수값과, 상기 시스템 선택밸브의 설계 변수값과, 릴리프 밸브(Relief Valve)의 설계 변수값과, 저장용기(reservoir)의 설계 변수값을 상기 동력 패키지부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 비상 축압기부는, 유량 센서(Flow Sensor)의 설계 변수값과, 챔버(Chamber)의 설계 변수값과, 체크 밸브의 설계 변수값과, 릴리프 밸브의 설계 변수값과, 비상 축압기의 설계 변수값을 상기 비상 축압기부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 챔버(Chamber)의 설계 변수값은 상기 챔버의 배관 체적값을 포함하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 제어부는, 압력스위치 입력(Pressure Switch Input) 값과, 시스템 압력 감지 값과, 솔레노이드 밸브 입력 신호(Solenoid Valve Input Signal) 값과, 상기 작동유의 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값을 상기 제어부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는 것일 수 있다.
바람직한 실시예에 따라, 상기 (b) 단계에서의 상기 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건은, 상기 비상 축압기가 덤프(dump)된 상태에서 상기 항공기가 엔진 시동을 건 경우의 항공기 유압시스템 환경 조건을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법은, 다양한 환경 조건에 따른 항공기 성능 해석과 고장 탐구에 있어서 유용하게 활용할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법을 항공기 개발 단계에서 적용할 경우에는, 유압 맥동과 시스템 압력 강하에 따른 동특성 예측이 가능하므로 항공기 개발 기간 단축 및 최적화된 항공기 설계에 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법을 설명하기 위한 순서도.
도 2는 실제 항공기의 유압시스템의 동력패키지 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 시스템 선택밸브의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 시스템 선택밸브의 동적 특성 검토를 위한 항공기 유압시스템 해석 모델의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 비상 축압기를 충전 상태로 설정한 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프.
도 6은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 40%로 설정한 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프.
도 7은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 20%로 설정한 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프.
도 8은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 시스템 선택밸브와 비상 축압기 사이의 유압 배관 체적을 약 0.5 배(Ch=3.0 in3) 감소시킨 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소 들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법은, 고압의 작동유를 항공기 유압시스템 내로 토출하는 유압 펌프부와, 항공기 유압시스템 내의 유압을 제어하고 상기 시스템 선택밸브를 구성요소로서 포함하는 동력 패키지부와, 비상 작동유를 압축하여 저장하는 비상 축압기부와, 항공기 유압시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 각각 모델링한 항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 제 1 단계(S101); 항공기의 시동 초기에 발생할 수 있는, 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 상기 항공기 유압시스템 해석 모델에 적용함으로써, 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하는 제 2 단계(S102); 상기 제 2 단계의 분석 결과, 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 하나 이상의 설계 변수들을 추출하는 제 3 단계(S103); 및 상기 제 3 단계에서 추출된 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 하나 이상의 설계 변수들을 조합하여, 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 최상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정하는 제 4 단계(S104)를 포함하는 것으로 구성할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법의 각 세부 단계 내용을 살펴보면 다음과 같다.
[항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 제 1 단계( S101 )]
본 발명자들은 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법의 제 1 단계로서, 항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 과정을 수행하였다.
바람직한 실시예에 따라, 항공기 유압시스템 해석 모델은 상용 소프트웨어인 AMESim 을 이용하여 실제의 항공기 유압시스템의 각 구성부들을 수학적으로 모델링하는 것을 통해 구성할 수 있다.
◎ 실제 항공기의 동력패키지 구성과 기능
도 2는 실제 항공기의 유압시스템의 동력패키지 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 실제 항공기의 유압시스템의 동력패키지(1)는 모듈 방식의 구조(Modular Construction)로서, 부트스트랩 방식의 저장용기 조립체(Boot-Strap Type Integral Reservoir)(10)와, 압력 및 귀환 라인 여과기들(20a, 20b)과, 릴리프 밸브들(30a, 30b)과, 시스템 선택밸브(40)와 그 시스템 선택밸브(40)를 구동하기 위한 압력스위치(50)와, 체크밸브(60)와, 시간지연장치(Time Delay Unit)(70)를 포함하고 있다.
예를 들어, 항공기의 엔진이 시동되면 보기기어박스에 연결된 유압 펌프(2)가 동시에 구동되며, 유압 펌프(2)로부터 토출되는 고압의 작동유는, 동력패키지(1)를 구성하는 체크 밸브(60)와 고압 여과기(20a)를 통하여 시스템 선택밸브(40)로 전달된다.
한편, 압력스위치(50)는 유압시스템의 압력이 요구 압력에 도달되면 전기 신호를 시스템 선택밸브(40)의 솔레노이드 밸브부(401; 도 3 참조)로 전달하여 선택 밸브부(402; 도 3 참조)를 작동시킨다.
이때, 시간지연장치(70)는 유압시스템의 압력 변동(fluctuation)에 따른 솔레노이드 밸브부(401)의 간헐적인 작동을 방지하는 역할을 한다.
도 3은 시스템 선택밸브(40)의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 시스템 선택밸브(40)는 솔레노이드 밸브부(401)와 선택 밸브부(402)로 구성되며, 압력스위치(50)로부터 전기 신호를 받아 솔레노이드 밸브부(401)를 자화시키고 이에 따라 선택 밸브부(402)를 작동시키는 방식으로 동작한다.
◎ 시스템 선택밸브(40)의 동적 특성
항공기의 엔진 시동 초기에 있어서, 유압 펌프(2)의 토출 압력과 유량은 엔진 회전수(rpm)에 따라 서서히 증가한다.
이 때, 유압 펌프(2)의 맥동과 시스템 선택밸브(40)의 각종 작동시에 압력 강하(pressure drop)로 인한 압력 변동(fluctuation)이 발생한다.
유압시스템의 압력값(예를 들어, 2150psi 이상)에 의해 작동되는 시스템 선택밸브(40)는 이러한 압력 변동에 따라 영향을 받게 되고, 이에 따라 시스템 선택밸브(40)에서는 비행 도중 불필요한 작동이 유발된다.
일반적으로는, 이런 현상을 제거하기 위해 시간지연장치(Time Delay Unit)(70)를 압력스위치(50)의 하단에 설치함으로써 시스템 선택밸브(40)의 불필요한 작동을 방지한다.
그러나, 일반적인 항공기 유압시스템에 있어서는, 시간지연장치(70)의 설정값이 유압시스템의 정상적인 작동 조건 하에서 설정되기 때문에, 엔진 시동 초기 및 지상 정비시 발생하는 다양한 조건에 대해서는 고려되지 않고 있다.
◎ 시스템 선택밸브(40)의 동적 특성을 검토하기 위한 항공기 유압시스템의 해석 모델 제공
본 발명자들은 시스템 선택밸브(40)의 동적 특성을 검토하기 위하여, 항공기 유압시스템의 해석 모델을 개발하였다. 여기서, 항공기 유압시스템의 해석 모델이란 항공기 유압시스템을 구성하는 각종 작동기의 입력과 출력의 관계를 수학적 관계식으로 표현한 것을 지칭한다.
도 4는 시스템 선택밸브(40)의 동적 특성 검토를 위한 항공기 유압시스템 해석 모델의 일 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 시스템 선택밸브(40)의 동적 특성을 검토함에 있어서의 해석 범위는, 항공기 엔진을 시동하여 유압 펌프(2)로부터 공급되는 압력이 동력패키지(1)를 지나고, 그 후 비상 축압기를 시스템 압력(예를 들어, 3000psi)까지 가압하는 과정을 시뮬레이션하는 것이다.
따라서, 도 4의 항공기 유압시스템 해석 모델에 있어서는, 본 발명의 해석 범위에 해당되지 않는 각종 작동기와 귀환 라인을 모델링에서 제외하였다. 바람직한 실시예에 따라, 이러한 항공기 유압시스템을 모델링함에 있어서는 상용 소프트웨어인 AMESim(Ver9.1.0) 을 이용하여 수행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 항공기 유압시스템 해석 모델(3)은 고압의 작동유를 항공기 유압시스템 내로 토출하는 유압 펌프부(310)와, 항공기 유압시스템 내의 유압을 제어하는 시스템 선택밸브(324)를 구성요소로서 포함하는 동력 패키지부(320)와, 비상 작동유를 압축하여 저장하는 비상 축압기부(330)와, 항공기 유압시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부(340)를 각각 모델링하는 것을 통해 구성할 수 있다.
항공기 유압시스템 해석 모델(3)을 구성하는 각 구성부들에 관한 변수(parameter) 값은 다음과 같다.
● 항공기 유압시스템 해석 모델(3)을 구성하는 유압 펌프부(310)는, 펌프 입력 신호(pump input signal) 값(311)(예컨대, 작동시간: 0 ~ 30 sec, 작동압력: 0 ~ 3500 psi)과, 단위 환산값(312)(예컨대, bar=>psi)과, 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값(313)을 상기 유압 펌프부(310)의 모델링을 위한 변수값으로서 포함한다.
● 항공기 유압시스템 해석 모델(3)을 구성하는 동력 패키지부(320)는, 체크 밸브(Check Valve)의 설계 변수값(321)과, 고압 여과기(High Pressure Filter)의 설계 변수값(322)과, 압력 센서(Pressure Sensor)의 설계 변수값(323)(예컨대, 2150psi 이상)과, 시스템 선택밸브의 설계 변수값(324)과, 릴리프 밸브(Relief Valve)의 설계 변수값(325)(예컨대, 3550psi 이상)과, 저장용기(reservoir)의 설계 변수값(326)(예컨대, 50psi 이상)을 상기 동력 패키지부(320)의 모델링을 위한 변수값으로서 포함한다.
● 항공기 유압시스템 해석 모델(3)을 구성하는 비상 축압기부(330)는, 유량 센서(Flow Sensor)의 설계 변수값(331)과, 챔버(Chamber)의 설계 변수값(332)(예컨대, 배관 체적: 5.8in3)과, 체크 밸브의 설계 변수값(333)과, 릴리프 밸브의 설계 변수값(334)과, 비상 축압기의 설계 변수값(335)(예컨대, 체적: 220in3, 질소 가스(N2): 2000 psi)을 상기 비상 축압기부(330)의 모델링을 위한 변수값으로서 포함한다.
● 항공기 유압시스템 해석 모델(3)을 구성하는 제어부(340)는, 압력스위치 입력(Pressure Switch Input) 값(341)(예컨대, 2150 psi)과, 시스템 압력 감지 값(342)(예컨대, x>Y(Y=2150):출력 신호=>1)과, 솔레노이드 밸브 입력 신호(Solenoid Valve Input Signal) 값(343)(예컨대, f(x)=40*x(초기 x=0))과, 단위 환산값(344)(예컨대, LPM=>GPM)과, 작동유의 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값(345)(예컨대, △P=GPM*40)을 상기 제어부(340)의 모델링을 위한 변수값으로서 포함한다.
[항공기의 시동 초기에 발생할 수 있는, 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 항공기 유압시스템 해석 모델(3)에 적용함으로써, 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하는 제 2 단계( S102 )]
본 발명자들은 본 발명에 따른 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법의 제 2 단계로서, 항공기의 시동 초기에 발생할 수 있는, 하나 이상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 항공기 유압시스템 해석 모델(3)에 적용하는 과정을 수행하였으며, 이에 따른 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하였다.
예를 들어, 지금까지 항공기 운영 중 시스템 선택밸브의 간헐적인 작동을 유발하는 경우로서는 1) 비상 축압기가 덤프(Dump)된 상태(질소 가스만 충전)에서 항공기 엔진의 시동을 거는 경우와 2) 항공기 엔진 정지 후 비상 축압기의 유압 작동유를 저장조로 덤프시키는 경우가 알려져 있으나, 상기 2)의 조건은 정비시 나타나는 현상으로서 정상적인 항공기 운영 조건이 아니므로, 본 발명에서는 상기 1)의 조건에 한하여 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석한 것이다.
도 5는 비상 축압기가 3000 psi 로 충전된 상태에서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프이다.
도 5를 통해 알 수 있는 바와 같이, 비상 축압기가 3000 psi 로 충전된 상태에서는, 엔진 시동 초기 시스템 선택밸브의 오픈(open)(＞2150 psi)에 의한 시스템 내부 압력변동이 거의 발생하지 않았다.
도 6은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 40%로 설정한 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 6의 조건은 시동 초기 엔진의 회전수가 적고 유압 펌프의 토출 유량이 적은 경우에 해당한다.
도 6을 통해 알 수 있는 바와 같이, 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 40%로 설정한 경우에 있어서는, 엔진 시동 초기 시스템 선택밸브가 오픈되는 경우 시스템 내부의 압력 변동이 크게 발생되며, 선택 밸브의 온/오프 신호가 반복적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 40%로 설정한 경우에 있어서는, 약 3 초간의 압력 변동이 발생하였고, 3 번의 온/오프 신호가 이루어졌다.
도 7은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 20%로 설정한 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 7의 조건은 도 6의 조건에 비해 유압 펌프의 토출 유량을 증가시킨 경우에 해당한다.
도 7을 통해 알 수 있는 바와 같이, 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 유압 펌프의 압력 강하율(△P)을 20%로 설정한 경우에 있어서는, 도 6의 조건에 비해 유압시스템 공급 압력의 불안정성이 상당히 개선되고, 이에 따라 시스템 선택밸브의 압력 강하 발생시 빠르게 회복된다는 것을 확인할 수 있었다.
도 8은 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 시스템 선택밸브와 비상 축압기 사이의 유압 배관 체적을 약 0.5 배(Ch=3.0 in3) 감소시킨 경우에 있어서의 항공기 유압시스템의 압력 변동을 나타낸 그래프이다. 즉, 도 8의 조건은 도 6의 조건에 비해 시스템 선택밸브와 비상 축압기 사이의 유압 배관 체적을 감소시킨 경우에 해당한다.
도 8을 통해 알 수 있는 바와 같이, 비상 축압기를 미충전 상태로 설정하고, 시스템 선택밸브와 비상 축압기 사이의 유압 배관 체적을 약 0.5 배(Ch=3.0 in3) 감소시킨 경우에 있어서는, 도 6의 조건에 비해 시스템 선택밸브의 동적 특성에 미치는 영향이 크지 않다는 것을 확인할 수 있었다.
[시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 하나 이상의 설계 변수들을 추출하는 제 3 단계( S103 ) 및 그 하나 이상의 설계 변수들을 이용하여 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 최상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정하는 제 4 단계( S104 )]
본 발명자들은 상술한 제 1 단계 및 제 2 단계의 과정을 수행한 후에, 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는 하나 이상의 설계 변수들을 추출할 수 있었으며(제 3 단계), 이를 통하여 최종적으로 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 최상의 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정할 수 있었다(제 4 단계).
예를 들어, 상술한 제 1 단계 및 제 2 단계의 과정을 통하여, 본 발명자들은 엔진 시동 초기 시스템 내부 압력 변동에 영향을 주는 설계 변수는 ⅰ)비상 축압기의 충전 여부, ⅱ) 유압 펌프의 토출 유량, ⅲ) 시스템 내부의 체적이라는 것을 확인할 수 있었으며, 이에 따라 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위해서는 다음과 같이 항공기 유압시스템 환경 조건을 설정해야 한다는 결론을 내릴 수 있었다.
① 시간지연장치 시간 조정
압력스위치의 전달 신호를 일정 시간 지연시켜주는 것으로서, 시스템 선택밸브가 오픈된 경우에 있어서 압력 강하가 설정값 이하로 발생시 전달 신호를 지연시키는 작용을 하게 되므로, 의도치 않은 시스템 선택밸브의 온/오프를 방지할 수 있다.
② 유압 펌프 용량 개선
상술한 제 1 단계 및 제 2 단계의 과정을 통해서, 본 발명자들은 유압 펌프의 토출 유량을 크게 할수록 압력 변동을 감소시킬 수 있고, 또한 회복 속도도 빠르다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위해서는 시동 초기 엔진의 저 RPM 에서도 큰 유량을 공급할 수 있는 유압 펌프 개선을 고려해 볼 수 있겠으나, 유압 펌프의 용량을 증가시키는 것은 상당한 비용 및 리스크를 동반하게 되므로, 초기 설계 단계에서 고려하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.
③ 배관 사이즈 및 체적의 감소
유압시스템의 배관 및 비상 축압기의 체적을 감소시키는 설계 최적화로 압력 강하를 낮출 수는 있지만, 상술한 제 1 단계 및 제 2 단계의 과정을 통해 검토해 본 바에 따르면 그 개선의 효과가 그리 크지는 않을 것으로 판단된다.
④ 비상 축압기 운영 모드 개선
항공기 운영 절차에 있어서 비행 후 비상 축압기 회로 상의 유압유에 대한 덤프(Dump) 또는 충전(Charging)에 대한 제한 사항은 없다. 그러나, 잦은 정비활동에 따른 불필요한 정비 M/H 를 절감하고 시동 초기 시스템 선택밸브의 불안정성을 해소하기 위해서는 비상 축압기 유압유를 충전 상태로 유지하는 운영 방안을 고려할 수 있을 것으로 판단된다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제 1 단계 내지 제 4 단계에 따른 방법에 의할 경우, 유압 맥동과 시스템 압력 강하에 따른 동특성 예측이 가능하므로 항공기 개발 기간 단축 및 최적화된 항공기 설계에 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법으로서,
    (a) 고압의 작동유를 상기 항공기 유압시스템 내로 토출하는 유압 펌프부와, 상기 항공기 유압시스템 내의 유압을 제어하고 상기 시스템 선택밸브를 구성요소로서 포함하는 동력 패키지부와, 비상 작동유를 압축하여 저장하는 비상 축압기부와, 상기 항공기 유압시스템의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 각각 모델링한 항공기 유압시스템 해석 모델을 제공하는 단계;
    (b) 하나 이상의 항공기 유압시스템 초기 환경 조건을 상기 항공기 유압시스템 해석 모델에 적용함으로써, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성을 분석하는 단계;
    (c) 상기 (b) 단계의 분석 결과, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성에 영향을 미치는, 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 추출하는 단계; 및
    (d) 상기 (c) 단계에서 추출된 상기 항공기 유압시스템에 관한 하나 이상의 설계 변수들을 조합하여, 상기 시스템 선택밸브의 동적 특성 최적화를 위한 항공기 유압시스템의 설계에 이용되는 최종적인 항공기 유압시스템 환경 조건을 결정하는 단계를 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 유압 펌프부는, 펌프 입력 신호(pump input signal) 값과, 상기 작동유의 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값을 상기 유압 펌프부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 동력 패키지부는, 체크 밸브(Check Valve)의 설계 변수값과, 고압 여과기(High Pressure Filter)의 설계 변수값과, 압력 센서(Pressure Sensor)의 설계 변수값과, 상기 시스템 선택밸브의 설계 변수값과, 릴리프 밸브(Relief Valve)의 설계 변수값과, 저장용기(reservoir)의 설계 변수값을 상기 동력 패키지부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 비상 축압기부는, 유량 센서(Flow Sensor)의 설계 변수값과, 챔버(Chamber)의 설계 변수값과, 체크 밸브의 설계 변수값과, 릴리프 밸브의 설계 변수값과, 비상 축압기의 설계 변수값을 상기 비상 축압기부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 챔버(Chamber)의 설계 변수값은 상기 챔버의 배관 체적값을 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 항공기 유압시스템 해석 모델을 구성하는 상기 제어부는, 압력스위치 입력(Pressure Switch Input) 값과, 시스템 압력 감지 값과, 솔레노이드 밸브 입력 신호(Solenoid Valve Input Signal) 값과, 상기 작동유의 유량에 따른 압력 감소율(△P) 값을 상기 제어부의 모델링을 위한 변수값으로서 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서의 상기 하나 이상의 항공기 유압시스템 초기 환경 조건은,
    상기 비상 축압기가 덤프(dump)된 상태에서 상기 항공기가 엔진 시동을 건 경우의 항공기 유압시스템 환경 조건을 포함하는, 항공기 유압시스템 내의 시스템 선택밸브의 동적 특성을 최적화하는 방법.
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