KR102103794B1 - 멀티엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기의 자연환기구조에 관한 것으로 더욱 자세하게는, 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기에 있어서, 엔진의 작동 시에 인접하여 배치된 노즐의 사이에서 발생되는 저압영역에 위치하는 엔진베이의 후단에 환기구를 형성하여, 엔진베이 내부로 유입되는 공기를 배출시키는 자연환기구조를 갖음으로써, 기존의 엔진에 부가되는 이젝터시스템을 포함하는 강제환기장치를 대체하여, 항공기에 구비되는 시스템을 더욱 단순화 시키며, 강제환기장치에 설치에 필요한 비용을 저감하고, 항공기 자체의 중량을 감소시켜 엔진의 효율을 증대시킬 수 있는 항공기의 자연환기구조에 관한 것이다.

Description

멀티엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조{Natural ventilation structure for aircraft having multi-engines}

본 발명은, 적어도 두 개 이상의 멀티 엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 인접하여 배치되는 엔진의 노즐 사이에 형성되는 저압을 이용하여 기존의 항공기의 강제환기장치를 대체할 수 있는 자연환기구조에 관한 것이다.

일반적으로 압축기, 연소실 및 노즐을 포함하는 가스터빈 제트엔진을 갖는 항공기는 엔진 내부로 유입된 공기가 압축기를 통하여 고압으로 압축되고 압축된 공기가 연소실에서 연소되어 노즐을 통해 배출됨으로써 항공기의 추력을 발생한다. 이때, 연소실에서 연소되는 고온의 가스와 노즐에서 분출되는 배기 플룸(Exhaust Plume)에 의해 엔진은 매우 높은 온도를 형성하고, 이를 냉각하기 위해 기존에는 엔진과 엔진을 감싸는 엔진베이(Engine-bay) 사이에 강제환기장치를 구비하여 상기 엔진베이 내부의 공기를 배출하여 엔진을 냉각 하였다.

상기 강제환기장치는 상기 엔진베이 내부의 공기를 강제로 유동시켜 후방의 노즐방향으로 배출시킴으로써, 엔진외부를 유동하는 공기를 환기시켜 엔진을 냉각시키기 위한 장치로써, 더욱 자세하게는 도 1 및 2에서 도시된 바와 같이, 엔진의 후방에서 엔진베이 내부에 구비된 이젝터(13)에서 후방으로 고속의 유체를 분출하여, 분출되는 유체의 진행방향으로의 상기 이젝터(13)의 후방에 상대적으로 저압이 형성되고, 이때 엔진베이(200)의 전방과 후방에서 형성되는 압력차에 의한 환기 유량을 이용하여 엔진(100)과 엔진베이(200) 사이의 공기를 배출하는 이젝터시스템이 항공기에서 전반적으로 사용되고 있다.

이때, 미국공개특허공보 제4711084호(Ejector assisted compressor bleed, 1987.12.08.)에서는 가스 터빈 기관에서의 압축기에서 압축된 고압의 공기를 이용하기 위한 블리드에어 시스템(10, bleed air system)을 개시하고 있으며, 일반적으로 상기 이젝터(13)에서 분출되는 고속의 유체를 만들기 위한 추가적인 구성요소를 줄이고자 상기 블리드에어 시스템에서와 같이 압축기에서 압출된 고압의 유체를 상기 이젝터(13)에서 분출되는 고속의 유체로 사용한다. 이때, 상기 블리드에서 시스템 및 이젝터시스템을 포함하는 강제환기장치는 제어밸브(11), 블리드에어튜브(12), 이젝터(13) 및 이젝터출구(14)를 포함하는 블리드에어시스템 및 이젝터시스템이 항공기의 엔진 및 엔진베이에 구비되어, 엔진베이 내부의 공기를 환기시켜 엔진을 냉각시켜왔다.

그러나, 상기한 강제환기장치는 항공기가 이륙하기 전에만 활용됨에 따라, 시스템을 구비할 때 발생되는 중량의 증가 및 비용에 문제가 제기되어 왔으나, 항공기의 정지시 원활한 환기 유량의 유입이 어려운 한계로 강제환기장치가 필수적으로 구비되어야 한다는 문제점이 발생되어 왔다.

US 4711084 A (Ejector assisted compressor bleed, 1987.12.08.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기에서, 엔진의 작동 시에 인접하여 배치된 노즐의 사이에서 발생되는 저압을 이용하여, 강제환기장치를 대체할 수 있는 멀티엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조를 제공하고자 한다.

상기한 과제를 해결하기 위한, 본 발명은 항공기의 자연환기구조에 관한 것으로, 더욱 자세하게는, 전방에서 후방으로 배치되는 압축기, 연소실 및 노즐을 포함하는 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조에 있어서, 내부에 상기 엔진을 수용하며, 전방에 구비되는 유입구로부터 유입되는 공기가 상기 엔진의 외측면을 따라 후방으로 유동되는 공기유동공간이 형성된 엔진베이 및 상기 엔진베이의 후방에서 인접하여 배치된 적어도 두 개 이상의 상기 엔진의 노즐 사이에 형성되는 저압영역과 상기 엔진베이의 공기유동공간이 연통되도록, 상기 복수의 엔진노즐 사이에 상기 엔진베이의 후단의 적어도 일부가 개방되도록 형성되어 상기 공기유동공간을 유동하는 공기를 배출하는 환기구를 포함하며, 상기 엔진베이의 유입구와 적어도 두 개 이상의 엔진의 노즐 사이에 형성되는 저압영역에서의 압력차에 의해, 상기 공기유동공간의 내부를 유동하는 공기가 상기 적어도 두 개 이상의 엔진에 외측으로부터 각기 인접하는 엔진의 노즐사이의 내측으로 유동함으로써, 상기 환기구를 통해 자연 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진베이는 후단이 상기 엔진의 노즐 후단으로부터 전방으로 소정거리 이격되도록 형성되며, 상기 환기구는 상기 엔진베이의 후단에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진베이는 상기 환기구를 제외한 후단이 밀폐되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 엔진베이는 내부에 제1엔진을 구비하도록 형성된 제1엔진베이 및 내부에 제2엔진을 구비하도록 형성된 제2엔진베이를 포함하여 이루어지며, 상기 환기구는 상기 제1엔진베이 및 제2엔진베이의 후단에 각각 형성될 수 있다.

이때, 상기 유입구는 상기 엔진베이의 전방의 외측에서 내측으로 공기가 유입 가능하도록 관통되어 형성될 수 있다.

상기한 구성에 따른 본 발명의 자연환기구조는, 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기에 형성되어 이젝터시스템을 포함하는 강제환기장치를 대체함으로써, 항공기에 구비되는 시스템을 더욱 단순화 시킬 수 있으며, 강제환기장치에 설치에 필요한 비용을 저감하며, 항공기 자체의 중량을 감소시켜 엔진의 가동효율을 증대시키는 효과가 있다.

도 1은 종래의 강제환기장치를 갖는 엔진을 도시한 사시도.
도 2는 종래의 이젝터 시스템을 도시한 개략도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 노즐에서 형성되는 저압을 도시한 예시도.
도 4는 본 발명의 일실시에에 따른 자연환기구조를 도시한 개략도.
도 5는 도 4에 따른 자연환기구조의 환기구를 도시한 개략도.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 환기구의 변형예를 도시한 예시도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조에 관한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 인접하여 배치되는 엔진의 노즐 사이에서 배출되는 배기 플룸에 의해 저압이 형성되고, 이때 발생되는 저압영역에 환기구를 형성하여 엔진베이 내부의 공기를 자연배기 시키는 것을 가장 큰 특징으로 하며, 이때 도 3에서는 두 개의 엔진을 갖는 쌍발엔진 항공기의 후방 측을 도시하고 있으나 본 발명의 자연환기구조는 두 개 이상의 엔진의 가동 시, 인접하여 배치된 노즐 사이에서 발생되는 저압을 이용하는 것으로 엔진의 개수는 본 발명의 일실시예에 따라 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형실시가 가능할 것이며, 하기에서는 두 개의 엔진을 갖는 쌍발엔진 항공기를 일예로 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 도 3의 AA'단면에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 항공기의 자연환기구조를 도시한 개략도로서, 도 4를 참조하면, 본 발명의 자연환기구조(1000)는 엔진(100), 엔진베이(200), 환기구(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 엔진(100)은 전방에서 후방으로 배치되는 압축기(110), 연소실(120) 및 노즐(130)을 포함하여 구성되며 흡기-압축-연소-배기의 단계를 거쳐 항공기의 추력을 발생시키기 위한 구성으로, 상기 엔진(100)은 전방에서 유입되는 공기를 압축하여 연료(항공유)를 연소시켜 연소된 고온 고압의 연소가스를 배출하여 추력을 얻는 제트엔진으로 이루어지는 것이 바람직하며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 형상 및 구조를 갖는 항공기의 엔진으로 이루어질 수 있다.

상기 엔진베이(200)는 상기 엔진을 감싸도록 형성되어, 항공기 동체에 구비되는 구성으로써, 항공기의 운용에 있어 상기 엔진베이(200) 내부의 온도는 매우 중요한 요소로, 안전한 엔진의 운용을 위해서 엔진베이 내부의 최대 허용 온도를 제한하도록 하고 있으며, 이때 엔진베이 내부 허용 온도 조건을 만족하기 위하여 엔진베이 내부에 다양한 냉각 및 환기 장치가 사용되고 있다. 이때 본 발명은 상기한 엔진베이(200)의 내부에 구비되는 엔진(100)의 외측면을 따라 유동하는 공기유동공간의 환기를 위하여 상기 엔진베이(200)의 후방에서 인접하여 배치된 적어도 두 개 이상의 상기 엔진(100)의 노즐(130) 사이에 환기구(300)를 형성하여, 상기 엔진(100)의 작동 시에, 인접하여 배치된 적어도 두 개 이상의 상기 노즐 사이에 형성되는 저압을 이용하여 상기 공기유동공간(220)으로 유입되는 공기를 배출시켜, 엔진의 냉각과 연료/산화제 혼합기의 가연비율을 조성하기 위한 공기의 유입 및 상기 엔진베이(200) 내부의 인화성 물질을 외부로 배출시켜 화재를 방지하는 장점이 있다.

상기 노즐(130)은 연료를 연소시키는 연소실(120) 뒤에 배치되어 배출되는 고온 고압의 배기가스의 배출을 유도하여 더욱 높은 출력을 얻을 수 있도록 형성되는 에프터버너(Afterburner)를 이루는 구성으로, 터빈의 후방에 배치되어 연소실에서 발생되는 고온의 배기가스(Plum)의 배출을 유도하기 때문에 내열성의 소재로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 노즐(130)에서 배출되는 배기가스로부터 얻어지는 추력의 편향(Thrust VectrRing)을 위한 TVC(Thrust VectrRing Control)노즐 등의 다양한 추력편향장치들을 더 구비하여 이루어질 수 있으며, 이때 상기 노즐(130)은 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 항공기의 설계에 따라, 다양한 구성 및 구조로써 이루어질 수 있다.

또한, 상기 엔진베이(200)는 전방에 구비되어 내부로 공기가 유입되는 유입구(210)가 형성되는 것이 바람직하며, 이때 상기 유입구(210)는 상기 엔진베이(200)가 항공기의 외부에 구비되어 전방의 일면 개방된 드럼형으로 형성될 경우, 상기 엔진베이(200)의 내부로 공기가 유입되는 전방의 일면에 개방된 형상으로 형성 될 수 있으며, 상기 엔진베이(200)가 항공기와 일체로 형성되어 상기 엔진베이(200)의 전방이 밀폐되도록 형성되는 항공기 또는 전투기의 경우, 상기 엔진베이(200)의 전방의 외측에서 내측으로 공기가 유입 가능하도록 관통되어 형성될 수 있으며, 이때 상기 유입구(210)는 그 형상 및 기능에 따라 나카입구(NACA Inlet), 화재접근창(Fire Access Door) 및 하부환기출구(Bottom Flush Exit) 등의 다양한 구성으로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 엔진베이(200)의 전방은 상기 엔진(100)의 연소실(120)의 이전, 즉 연소가 발생되어 열이 발생되는 구간의 전방을 뜻하며, 상기 유입구(210)는 상기 엔진베이(200)의 외측에서 내측으로 공기가 유입가능하도록 관통되어 형성될 수 있으며, 이때 상기 엔진베이(200) 내부의 공기유동공간(220)에서의 공기의 흐름은 상기 엔진(100)의 외측면의 형상에 의해 난류를 형성하게 되고, 상기 유입구(210)는 상기 엔진베이(200) 내부의 공기가 정체됨이 없이 배출 가능하도록 전방에 최대한 근접하여 배치되는 것이 바람직하며, 본 발명의 유입구(210)는 상기 엔진베이(200)의 전방에 구비되어, 상기 엔진베이(200) 내부의 공기유동공간(220)으로 공기를 유입시키기 위한 다양?? 형상 및 구조로 변형 실시 될 수 있다.

더하여, 상기 노즐(130)의 후방에서 발생되는 저압의 세기는 엔진의 출력에 비례하며, 엔진의 출력이 강해질수록 상기 노즐(130) 사이에서 형성되는 압력 또한 감소함으로써 상기 엔진베이(200) 내부의 환기유량이 증가되고, 엔진의 고출력 시 증가하는 엔진의 온도에 따른 엔진의 냉각성능을 자연적으로 조절할 수 있는 장점이 있다. 이때 종래의 강제환기장치는 엔진의 냉각성능을 조절하기 위하여 엔진의 압축기로부터 압축되는 공기의 압력에 따른 압축기의 압력 구간을 나누어 인젝터로 흐르는 공기의 압력을 조절함에 따라 엔진 내부의 복잡한 배관 시스템을 구비한다는 단점이 있었으며, 본 발명은 상기 자동환기구조(1000)에 의해 상기한 배관 시스템을 구비하지 않고 자동으로 엔진의 냉각성능을 조절할 수 있다는 장점이 있다.

도 5는 도 4에 따른 본 발명의 자연환기구조의 환기구를 도시한 예시도로서, 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 자연환기구조(1000)를 더욱 상세히 설명하면, 본 발명의 자연환기구조(1000)는 상기 엔진베이(200)의 후단(230)이 상기 엔진(100)의 노즐(130) 후단으로부터 전방으로 소정거리 이격되도록 형성되며, 상기 환기구(300)는 상기 엔진베이(200)의 후단에 형성될 수 있으며, 이때 상기 환기구(300)는 인접하여 배치된 상기 노즐(130)의 사이의 저압영역에 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 엔진베이(200)는 상기 환기구(300)를 제외한 후단(230)이 밀폐되도록 형성되어, 상기 환기구(300)를 통하여만 상기 엔진배이(200) 내부의 공기가 배출되도록 하는 것이 바람직하며, 이때, 상기 엔진베이(200)는 적어도 두 개 이상의 상기 엔진(100)의 후방에 구비되는 상기 노즐(130)의 외면을 밀봉하도록 형성되어, 상기 엔진베이(200)의 후방에서 상기 환기구(300)이외의 구간으로의 압력이 방출되는 것을 방지하며 상기 환기구(300)로만 상기 엔진베이(200) 내부의 공기가 배출되도록 상기 엔진베이(200)의 후방은 상기 노즐(130)의 외면을 감싸도록 밀봉하여 형성되는 것이 바람직하며, 상기 노즐(130)과 엔진베이(200)의 접합부에 별도의 실링장치를 구비하여, 상기 노즐(130)과 엔진베이(200)의 접합면에서의 공기의 노출을 방지하도록 형성될 수 있다.

아울러, 본 발명의 자연환기구조(1000)는 상기 엔진베이(200)가 적어도 두 개 이상의 엔진(100)을 각기 감싸도록 형성되며, 이때 상기 엔진베이(200)는 내부에 제1엔진(100a)을 구비하도록 형성된 제1엔진베이(200a) 및 내부에 제2엔진(100b)을 구비하도록 형성된 제2엔진베이(200b)를 포함하여 이루어지며, 이때 상기 환기구(300)는 상기 제1엔진베이(200a) 및 제2엔진베이(200b)의 후단에 각각 형성될 수 있으며, 상기 환기구(300)는 인접하여 배치된 적어도 두 개 이상의 노즐(130a, 130b) 사이에서 상기 노즐(130a, 130b)의 사이에서 형성되는 저압영역 내에 형성되고, 이때의 상기 환기구(300a, 300b)의 형상은 배출되는 공기가 상기 노즐(130)에서 배출되는 배기가스의 진행방향에 영향을 미치지 않도록 다양한 크기 및 형상으로 형성될 수 있을 것이다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 환기구의 변형예를 도시한 예시도로서, 도 6의 (a)는 3개의 엔진을 갖는 항공기에서의 자연환기구조를 도시한 예시도이며, (b)는 4개의 엔진을 갖는 항공기에서의 자연환기구조를 도시한 예시도로서, 도 6을 참조하면, 상기 자연환기구조(1000)의 환기구(300)는 항공기에 구비되는 엔진(100)의 개수에 따라 다양한 개수 및 형상으로 형성될 수 있으며, 이때 상기 환기구(300)는 인접하여 배치된 노즐(130)의 사이에 각기 구비될 수 있으나, 상기 노즐(130)이 배치되는 구조에 따라 인접하여 배치된 노즐(130)간에 형성되는 저압영역이 영향을 받게 되고, 상기 환기구(300)는 형성되는 저압영역의 형상에 따라 상기 복수의 노즐(130) 사이의 중앙에 위치하여 하나의 환기구(300)로 형성될 수 있으며, 이때 상기 환기구(300)의 형상은 필요에 따라 다양한 형상으로 변형실시 가능할 것이다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

1000 : 자연환기구조
100 : 엔진 110 : 압축기
120 : 연소실 130 : 노즐
200 : 엔진베이 210 : 유입구
220 : 공기유동공간 230 : 후단
300 : 환기구

Claims (5)

1. 전방에서 후방으로 배치되는 압축기, 연소실 및 노즐을 포함하는 적어도 두 개 이상의 엔진을 갖는 항공기의 자연환기구조에 있어서,
   내부에 상기 엔진을 수용하며, 전방에 구비되는 유입구로부터 유입되는 공기가 상기 엔진의 외측면을 따라 후방으로 유동되는 공기유동공간이 형성된 엔진베이; 및
   상기 엔진베이의 후방에서 인접하여 배치된 적어도 두 개 이상의 상기 엔진의 노즐 사이에 형성되는 저압영역과 상기 엔진베이의 공기유동공간이 연통되도록, 복수의 상기 엔진의 노즐 사이에 상기 엔진베이의 후단의 적어도 일부가 개방되도록 형성되어 상기 공기유동공간을 유동하는 공기를 배출하는 환기구;
   를 포함하며,
   상기 엔진베이의 유입구와 적어도 두 개 이상의 엔진의 노즐 사이에 형성되는 저압영역에서의 압력차에 의해, 상기 공기유동공간의 내부를 유동하는 공기가 상기 적어도 두 개 이상의 엔진에 외측으로부터 각기 인접하는 엔진의 노즐사이의 내측으로 유동함으로써, 상기 환기구를 통해 자연 배출되는 것을 특징으로 하는 자연환기구조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 엔진베이는 후단이 상기 엔진의 노즐 후단으로부터 전방으로 소정거리 이격되도록 형성되며,
   상기 환기구는 상기 엔진베이의 후단에 형성되는 것을 특징으로 하는 자연환기구조.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 엔진베이는 상기 환기구를 제외한 후단이 밀폐되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 자연환기구조.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 엔진베이는 내부에 제1엔진을 구비하도록 형성된 제1엔진베이 및 내부에 제2엔진을 구비하도록 형성된 제2엔진베이를 포함하여 이루어지며,
   상기 환기구는 상기 제1엔진베이 및 제2엔진베이의 후단에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 자연환기구조.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 유입구는 상기 엔진베이의 전방의 외측에서 내측으로 공기가 유입 가능하도록 관통되어 형성되는 것을 특징으로 하는 자연환기구조.

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