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항공기에 작용하는 응력의 종류와 특징

항공기 기체에 작용하는 응력의 종류와 특징힘과 응력힘은 물체에 운동과 변형을 일으키는 요인이다. 특히 항공기 구조를 해석하는 데는 힘에 의해 기체에 발생하는 변현을 예측하는 것이 더욱 중요하다. 같은 힘이라도 넓은 면에 작용할 때 와 작은 면적에 집중될 때 발생하는 변현의 크기가 전혀 다르므로 단순히 힘의 크기만 가지고는 구조에 미치는 영향을 결정할 수 없다.항공기에 작용하는 외력에 의해서 구조물 내부에 하중을 전달하기 위한 내력이 발생한다. 외력에 따라 내력의 크기와 형태도 변하므로 이러한 하중의 변화에 대해 안전하게 견딜 수있도록 구조물을 설계해야 한다.일반적으로 구조물 각 부재에 작용하는 내력의 형태는 크게 나우어 다음 다섯 가지로 구분하며 항공기 구조 해석에서도 마찬가지로 적용된다.1.압축(compression)2.인장(tension)3.비틀림(torsion)4.휨(bending)5.전단(shear)1.압축력(compression)파괴와 압력으로 가해지는 응력으로 항공기의 장착창치는 항공기가 지상에 계류시 압축력을 받으면 착륙시 강착장치부에 많은 압축응력을 받게 된다. 인장력과 마찬가지로 축방향 압축력은 그 방향이 반대인 경우이므로 수직압축응력의 부호는 음이다. 비행 중인 항공기에서 추력은 뒤에서 앞으로 밀고공기저항은 뒤쪽으로 저지하기 때문에 동체각부에 압축력이 작용한다.2.인장력(tension)그림과 같이 보(beam)를 길이 방향으로 잡아당길 때 보가 받는 내력으로, 실제 항공기에서의 예를 보면 프로펠러 추력에 의하여 항공기가 전진할 때 동체 각부에 공기저항이 뒤쪽으로 작용하므로 동체는 인장력을 받게된다. 이와 같이 축방향 인장력을 그것이 작용하는 단면적으로 나누어 수직인장응력(normal tension stress)이라고 한다.힘을 가하여 부재를 잡아당길 때 부재내에 걸리는 응력으로 2개의 부품을 고정하기 위하여 볼트의 인장력을 l용하여 고정을 한다. 예를 들면 케이블을 이용하여 항공기나 엔진을 들어 올리는데 사용하면 케이블에는 인장력을 받는다.3.전단력(shear force)인접한 단면을 옆으로 평행하게 서로 반대쪽으로 미는 힘이다. 양력이 작용하는 날개와 중력이 작용하는 동체 사이 단면에 전단력이 작용한다. 보통 전단응력(shearing stress) 대신에 전단흐름(shear flow)을 많이 사용하는데 전단응력에 부재의 두께를 곱한 것이다. 항공기 구조에서 전단력은 웨브가 주로 받고 굽힘 모멘트나 인장력, 압축력 등을 플랜지가 받는다.금속판을 자를 경우 판과 판 사이에 걸리는 응력으로 예를 들면 2개의 판을 리벳이나 볼트로 체결하였을 때 인장력은 판의 각부에 반대 방향으로 걸리며 서로 당기고 리벳이나 볼트에는 전단응력이 발생된다.4.굽힘 모멘트(bending moment)실질적으로 압축 및 인장의 조합으로 환봉이 부하로 인하여 휘어졌을 때 인장력은 판의 각부에 반대 방향으로 걸리며 서로 당기고 리벳이나 볼트에는 전단응력이 발생된다. 그림과 같이 보의 양끝에서 축을 굽히는 모멘트다. 양력으로 인해 날개가 휘는 경우를 들수있다. 굽힘 모멘트가 작용하는 경우 중립축을 중심으로 상하 양쪽으로 같은 거리만큼 떨어진 지점에서 응력의 크기가 같고 부호는 반대이다. 즉, 비행 중인 경우, 중립축 위쪽 부분에는 음의 부호인 수직압축응력이 아래 부분에는 야의 부호인 수직인장응력이 발생한다.

공학/기술| 2014.05.06| 5페이지| 2,000원| 조회(1,219)

응력, 힘, 항공기에 작용하는 응력

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항공기의 유압계통

유압계통일반적으로 유압계통(Hydraulic System)이란 항공기의 기관(Engine) 또는 그 밖의 동력에서 얻어지는 기계적인 힘을 압력에너지(Energy)로 바꾸어 가압시켜 유압 작동기(Hydraulic Actuator)를 작동시키는 것을 말한다.유압계통의 원리는 프랑스의 수학자 파스칼의 법칙을 사용한다. 파스칼은 제한된 용기 안에 있는 액체의 압력이 증가하면 용기 안에 힘이 골고루 전달되며 용기벽에 90DEG 의 각도로 힘이 작동한다는 사실을 발견하였다. 즉 "용기 안에 액체를 가득 채우고 압력을 올리기 위하여 용기에 연결된 피스톤에 힘을 가하면 용기 내에 어느 곳이나 같은 압력을 갖게 된다."파스칼의 법칙을 사용하여 항공기 기관의 동력을 직접 이용하기가 곤란하거나 불가능한 작동 부분들, 즉 착륙장치를 올리고 내리는 동작, 활주 중에 있는 항공기의 브레이크를 작동시키는 힘, 조종계통을 작동시키는 동작 그리고 활주 중에 앞바퀴(Nose Wheel)를 좌우로 움직이게 하는 앞 착륙 장치 스티어링(steering)의 작동과 여러 가지 도어를 열고 닫는 동작 등에 주로 유압을 이용한다.항공기에 사용되는 유압계통유압계통은 복잡한 기계적 링크 기구를 필요로 하지 않고 많은 일을 할 수 있는 것이 특징이며 다음과 같은 장점이 있다.① 유압 계통의 중양에 비해서 큰 힘과 동력이 얻어지고 조절하기 쉽다.② 작동 또는 조작시, 운동방향의 조절이 용이하고 반응 속도도 빠르다.③ 운동속도의 조절범위가 크고 무단 변속을 할 수 있다.④ 원격조정(Remote control)이 용이하다.⑤ 과부하에 대해서도 안전성이 높다.⑥ 회로 구성이 간단하다.한편, 이 장치에는 다음과 같은 단점이 있다.① 작동유가 누출되면 기능이 저하될 수 있다.② 기계적 가동부가 마모하여 성능을 저하시키고 작동유를 오염시킨다.③ 작동유의 온도 상승에 따른 점성의 변화, 구조 부분의 변형 등에 의해서 조절 정밀도가 감소되기 쉽다.④ 파이프 등의 접속부분에서 작동유가 누출되기 쉽고 작동유가 연소되는 위험이 있으며, 정비시 시간이 많이 소모된다.유압동력계통은 작동유에 압력을 가하여 기계적인 에너지를 압력에너지로 변환 시키는 계통이다. 이 계통은 작동유를 저장하는 레저버, 압력을 가하는 펌프, 계통내의 압력을 안정시키거나 비상시의 동력 공급을 위한 축압기, 작동유의 청결정도를 위한 여과기 등으로 구성되어있다.1. 레저버(Reservoir)레저버 내부 항공기에 장착된 레버저레저버는 작동유를 펌프에 공급하고, 계통으로부터 귀환하는 작동유를 저장하는 동시에, 공기및 각종 불순물을 제거하는 장소의 역할을 한다.레저버는 계통 내에서 열팽창에 의한 작동유의 증가량을 축적시키는 역할도 하며, 착륙장치, 플랩 및 그 밖의 모든 유압 작동장치를 작동시키는 구성 부품에서부터 유압 계통으로 되돌아오는 모든 작동유를 저장할 수 있는 충분한 용량이어야 한다.용량은 작동유의 온도가 38[CENTIGRADE ](100[FAHRENHEIT ])에서 작동유 용량의 150%이상이거나, 축압기를 포함한 모든 계통이 필요로 하는 용량의 120% 이상이여야 한다.레저버 위쪽에 있는 여압구는 고공에서 생기는 거품의 발생을 방지하고, 작동유가 펌프까지 확실하게 공급되도록 레저버 안을 여압 시키는 압축공기의 연결구이다.주입구에는 작동유를 보급할 때 불순물을 거르는 여과기(Filter)가 마련되어 있다. 그리고 레저버 안의 작동유의 양을 알 수 있도록 사이트게이지(Site Gage)가 설치되어 있다.귀화관(Return line) 연결구는 레저버 안의 정상유면보다 아래쪽에 있고, 작동유의 귀환은 레저버 안에서 작동유의 거품을 방지하여 공기가 유입되는 것을 방지한다.배플(Baffle)과 핀(Fin)은 레저버 내에 있는 작동유가 심하게 흔들리거나, 귀환되는 작동유에 의하여 소용돌이 치는 불규칙한 동요로 작동유에 거품이 발생하거나 펌프 안에 공기가 유입되는것을 방지한다.정상유압 계통은 펌프 연결구에 연결되어 스탠드 파이프의 위쪽 부분에 있는 작동유를 공급 받는다. 정상유압계통이 파손되어 작동유가 누출 되더라도 비상 유압 계통을 작동시킬수 있는 양은 스탠드 파이프 높이만큼의 작동유로 비상펌프 연결구를 통해 공급받게 한다.2. 유압 펌프(Hydraulic pump)유압펌프는 기계적 에너지를 유압 에너지로 바꾸어 주는 것으로서, 유체에 압력을 가하는 장치이다. 펌프에는 동력 펌프와 수동 펌프가 있는데, 동력 펌프는 기관, 공기터빈, 전동기 및 유압 모터에 의하여 구동된다.유압펌프는 크게 강제식 펌프와 비강제식 펌프로 나눈다. 강제식 펌프는 동작이 1주기가 되면 일정한 양의 유체가 유압장치로 밀려들어가게 하는 것이고, 비강제식 펌프는 원심식 펌프와 같이 회전하면서 일정한 유량을 일정한 압력 사이에서 흐르게 한다.유압장치에는 높은 압력이 요구되기 때문에 강제식 펌프가 주로 사용되며, 강제식 펌프를 체적형 펌프라고도 한다. 체적형 펌프에는 고정형(정용량형)과 가변형(가변용량형)의 두가지가 있다.고정형은 펌프가 1주기 작동시 배출되는 유량이 일정하며, 유량을 변화시키려면 펌프의 회전속도를 바꾸어야 한다. 이에 대하여 가변형은 작동중에 속도를 바꾸지 않더라도 행정을 조절하여 유량을 바꿀수 있다.펌프의 종류에는 기어형, 제로터형, 베인형, 피스톤형 등이 있다. 105[kg/cm{} ^{2}](1500psi)이내의 압력에서는 기어형이 이용되고, 210[kg/cm{} ^{2}](3000psi)이내의 고압이 필요한 유압계통에서는 피스톤형 펌프가 이용된다.-기어형 펌프(Gear type pump)기어형 펌프는 2개의 기어가 맞물려 회전하는 것으로, 1개의 기어는 기관의 구동부에 연결되어 회전하고, 다른 1개는 구동기어와 맞물려 회전한다.기어가 회전하면 흡입구 쪽에는 체적이 증가되어 압력이 낮아지므로 작동유가 빨려 들어오고, 반대쪽 배출구에서는 체적이 감소되므로 작동유가 밀려 나가게 된다. External gear pump-제로터형 펌프(Gerotor type pump)제로터형 펌프는 편심된 고정 라이너와 안쪽의 라이너, 밀착된 5개의 넓은 이를 가진 안쪽 구동기어 및 출구와 입구에 연결된 반달 모양의 통로가 있는 커버로 구성되어 있다. 구동축에 의하여 안쪽 구동기어가 시계방향으로 회전하면 바깥쪽 기어가 따라서 돌게 된다. 이와같이 2개의 기어가 회전하면 흡입구 쪽에서는 기어의 이 사이가 넓어지므로 작동유를 흡입 하게 되고, 출구 에서는 기어의 이 사이가 좁아지므로 작동유가 압축되어 배출된다.Gerotor Pump Overview-베인형 펌프(Vane type pump)베인형 펌프는 원통형 케이싱 안에 편심된 로터가 들어 있으며 로터에는 홈이 있고, 홈속에는 판 모양의 베인이 삽입되어 자유로이 출입하게 되어있다.작동원리는 로터의 회전에 의한 원심작용으로 베인은 케이싱의 안벽과 밀착된 상태가 되므로 기밀이 유지된다. 반지름 방향의 홈이 있는 로터가 캠 링 내에서 회전하게 되면 홈 내의 베인이 캠 링에 접촉하여 회전하게 된다. Vane type pump처음 반회전 하는 동안에는 로터와 캠 링 사이의 체적이 증가하므로 압력이 낮아져서 작동유가 흡입되고, 나머지 반회전 하는 동안은 캠 링의 표면이 베인(vane)을 슬롯(slot) 안으로 들어가게 하여 체적이 감소되므로 작동유가 밀려 나가게 된다.-피스톤형 펌프(Piston type pump)피스톤형 펌프는 피스톤이 실린더 내에서 왕복 운동을 하여 펌프 작용을 하며 고속, 고압 유압 장치에 적합하다. 그러나 다른 펌프에 비해 복잡하고 값이 비싸다. 피스톤 펌프는 고정 체적형과 가변 체적형이 있고, 축방향 피스톤 펌프와 반지름 방향 피스톤 펌프가 있다.축 방향 피스톤 펌프는 피스톤이 펌프 축에 평행하게 설치되어 있고, 반지름 방향 피스톤 펌프는 피스톤이 펌프 축에 Piston type pump직각으로, 즉 반지름 방향으로 배열되어 있다.3. 축압기(Accumulator)축압기는 가압된 작동유를 저장하는 저장통 으로서, 여러개의 유압기기가 동시에 사용될 때 동력 펌프를 돕고, 동력 펌프가 고장 났을때 에는 저장되었던 작동유를 유압 기기에 공급한다. 또, 유압계통의 서지(surge)현상을 방지하고, 유압계통의 충격적인 압력을 흡수하면 압력조정기의 개폐 빈도를 줄여 펌프나 압력 조정기의 마멸을 적게 한다.펌프에서 작동부분까지의 거리가 멀 경우에는 작동부분에 가깝게 축압기를 설치하면 일시적으로 나타날 수 있는 국부적인 압력감소를 막고, 동작을 원활하게 할 수 있다. 축압기의 한쪽에는 압축성인 공기가 작용하고, 다른 한쪽에는 비압축성인 작동유가 작용한다.축압기의 종류에는 구조에 따라 다이어프램형 축압기, 블래더형 축압기, 피스톤형 축압기 등이 있다.-다이어프램형 축압기2개의 오목한 금속 반구를 합성고무로 된 다이어프램 사이에 넣고 조립하여 작동유실과 공기실을 형성한다. 펌프로부터 작동유의 공급이 없거나 작동유의 압력이 부족할 때 공기의 압력으로 다이어프램이 밑으로 밀려 내려오므로 공기가 압축되고 작동유가 충전되며, 계통 압력과 공기 압력이 같아져서 평형이 된다.

공학/기술| 2014.05.06| 6페이지| 2,000원| 조회(1,223)

항공기 유압계통, 항공기 유압, 항공기의 유압계통

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항공기 연료계통의 구성과 고장탐구

1. 연료 계통의 중요성-항공기는 운항 중인 모든 상태에서 계속적으로 깨끗한 연료를 공급할 수 있어야만 안전 게 비행할 수 있다.-항공기 사고 가운데 연료 계통 취급 불량으로 인한 것이 가장 많고 다음이 기관 고장, 연 고갈 순으로 이어지며, 연료 계통에 공기가 흡수되어 기관을 정지시키는 것도 의외로 많 다.Fuel system (285F)2. 연료 공급 계통(1) 중력식 연료 공급 계통소형기에 사용하며 연료 탱크를 기관의 위치보다 높은 장소에 설치하고 그 압력차에 따라 연료를 공급하는 방식이다. 연료는 탱크에서 기화기(carburetor) 또는 연료 분사 펌프로 공급되기 때문에 연료 압력을 이들 위치로 결정된다. 39 inch (99 cm)의 위치 차이로 1 psi ( 0.07 kg/cm{} ^{2} )의 압력을 얻을 수 있다.-구성품과 흐름순서 중력식 연료공급계통: 연료 탱크 → 선택 밸브 (selector valve) → 여과기(strainer) → 기화기(2) 동력식 연료 공급 계통중, 대형기에 사용하며 기관에 의해 직접 구동되는 주 연료 펌프(main fuel pump)에 의해 연료 탱크로부터 연료를 빨아들여 공급하는 방식이다. 흡인 공급(suction feed) 또는 펌프식 연료 계통이 있다.-구성품과 흐름순서: 연료 탱크 → 부스터 펌프(booster pump) → 선택 밸브 →여과기 → 연료 펌프 - 기화기 또는 연료 분사 장치 동력식 연료공급계통3. 연료 계통에 부수하는 계통(1) 탱크 벤트 계통(tank vent system)연료 탱크의 상부 공간 부분을 외기로 벤트 시켜 탱크 내외부의 압력차가 생기지 않도록 하는 것이 주된 목적이다. 소형기의 경우 탱크의 연료 보급 구멍의 캡(cap)에 작은 구멍을 만들어 벤트의 기능을 가지게 한다. 대형기는 연료 탱크의 가장 높은 위치에 서지 탱크(surge tank)를 설치하여 이것을 각 탱크의 상부와 벤트 라인(vent line)으로 연결한다. Surge 탱크는 외부로 벤트되어 있고 이 탱크에 들어간 압력차를 없애 탱크의 팽창이나 찌그러짐을 막음과 동시에 구조 부분 에 불필요한 응력 발생을 막는다.② 탱크로부터 연료 공급 및 탱크로의 연료 유입을 용이하게 해 연료펌프의 기능을 확보 하고 연료의 공급, 방출을 확실하게 한다.③ 복수의 연료 탱크를 갖고 이들의 연료 공급 파이프가 서로 연결되어있는 경우, 이들 탱크의 연료 레벨(액면의 높낮이)을 동일하게 유지한다.2) 가스 및 잉여 연료 리턴 라인(return line)기관이 필요로 하는 최대 유량보다도 더 많은 연료를 보내도록 설계되어 있다. 정용량형 펌프로 잉여 연료를 펌프 내로 순환시키든지 또는 연료 탱크로 되돌아오게 해야 한다.*베어퍼 락크(vapor lock)연료 계통에 가스가 모여져 연료 압력을 변동시켜 연료의 흐름을 방해하는 현상.베이퍼 락크를 방지하기 위하여 연료 펌프에서 탱크로 가스와 잉여 연료의 리턴 라인을 설치하거나 (vapor vent port= booster pump, vapor inlet port=엔진구동연료펌프) 부스터 펌프를 장착하여 연료압력을 증가시킨다.3) 프라이머(primer)기온이 낮을 때 시동을 쉽게 하기 위하여 실린더에 직접 연료를 분사하여 혼합비를 약간 농후하게 해 주는 장치이다.4) 연료 공급 계통(fuel feed system)압력을 가해 연료를 공급하는 가압 연료 공급 방식(pressure refueling system)을 이용탱크 내에는 2 % 이상의 공간을 남겨야 하고 연료가 일정한 수준에 달하면 연료 셧 오프 밸브(fuel shutoff valve)가 작동되어 연료 공급이 중단된다.가압 방식에서 연료 공급 압력은 50 psi(3.5 kg/cm{} ^{2} )를 이용하고 있다.5) 연료 방출 계통(fuel dump system)긴급 시에 기체의 중량을 줄이기 위해 탑재하고 있는 연료를 방출하는 장치이다. 방출이 가능한 연료에는 제한이 있고 방출할 수 없는 잔존 연료 유량(undumpable fuel)이 정해져 있다.*잔존 연료 유량① 왕복 기관 항공기 = 연속 항공기 = 해면에서 3,000m(10,000 ft)까지 상승해 최대 항속 거리를 얻을 수 있는 속도로 45분간 비행할 수 있는 양6) 크로스 피드(cross feed)다발 항공기의 경우는 각각의 기관에 해당하는 연료 탱크가 배치되고 각각의 탱크에는 용적의 차이가 있고 연료 소모 순서가 정해져 있다. 크로스 피드시스템은 어떤 탱크에서도 어떤 기관으로도 연료를 공급할 수 있고 엔진고장 시 좌우 날개의 연료불균형(fuel imbalance)해소할 수 있다.7) 연료 가열기(fuel heater)연료의 온도 저하에 의해 연료에 포함되어 있는 수분이 얼음을 형성하여 여과기가 막히는 것을 방지 해 준다. 가열기의 열원은 터빈기관의 압축기의 고온 공기 또는 오일 계통의 고온의 오일을 이용한다.4. 항공기의 연료 공급 계통(1) 단발기의 연료 공급 계통1) 중력식(gravity feed fuel system)-고정익 항공기에 사용-선택 밸브에 의해 양쪽 탱크에서 동시에 연료를 기관으로 공급할 수 있다.2) 펌프식-기관으로 구동되는 주 연료 펌프로 연료를 탱크에서 기화기로 공급한다.-연료 공급 계통에서는 2개의 탱크에서 동시에 연료를 사용하는 것은 금지.-선택 밸브에 both 위치가 없다.3) 연료 분사 장치-단발기의 고성능 항공기에 적용-증기 폐색(vapor lock)를 방지하기 위해 리저버 탱크에 연료를 모으고 가스를 분리 해 이것을 탱크로 되돌아오게 한다.(2) 쌍발기 항공기의 연료 공급 계통-대형 항공기로 다량의 연료 조절을 필요로 하는 경우에는 부스터 펌프를 연료탱크에 장 치하여 연료를 압송하여 공급하는 방법이 이용.-크로스 피드 매니폴드(cross feed manifold)를 이용하여 밸브의 개폐와 부스터펌프의 작동에 의해 크로스 피드의 기능을 수행한다.(3) 4발 상업용 항공기의 연료 공급 계통1) 특징① 연료 공급은 각 탱크로부터 행해진다.② 각 탱크에 부스터 펌프가 있고 압송 공급 방식이다.③ 크로스 피드 매니폴드에 의해 크로스 피드를 행하고 동시에, 이 매크 간의 연료 이송(fuel transfer)이 중력식으로 가능하다.⑤ 연료의 양을 줄이고 싶은 탱크로부터 연료를 소비할 수 있다.(4) 기관 연료 계통(가스터빈 항공기)1) 구성① 기체 연료 계통-연료 탱크 → 부스터 펌프 → 각종 밸브 → 호스와 튜브 → 기관 연료 계통② 기관 연료 계통-기관 1단 연료 펌프 → 연료 히터 → 여과기 → 2단 연료 펌프→ 연료 조절 장치(FCU) → 오일-연료 냉각기(열교환기) → 연료 노즐③ 2단 연료 펌프-1단은 계통내의 압력 강하를 보충하고 필요에 따라 연료의 흡인을 행한다.-2단은 연료를 연소실 내에 분사하는데 충분한 압력으로 가압한다.④ 연료 압력은 공급되는 연료의 압력과 펌프에서 가압된 압력의 합이 된다.⑤ 연료 온도는 히터의 출구 온도/ 여과기 입구 온도이고 여과기 상태와 히터의 작동 상태를 판다하는 기준이 된다.5. 연료 계통의 구성 부품(1) 연료 탱크(가) 연료 탱크의 종류1) 블래더 탱크(Bladder Tank)-합성 고무로 만들어진 탱크로 주로 군용기에 사용한다. 기체에 장착하는 수단으로 스내퍼(snapper)나 끈이 사용된다.2) 셀 탱크(cell tank)-기체 구조의 공간 부분에 맞는 모양으로 만들어진 탱크이다.3) 인테그럴 탱크(integral tank)-날개의 구조 부분을 그대로 이용하고 있는 탱크이다.블래더형 탱크 셀형 탱크 인테그럴 탱크(나) 사용1) 공급 부근에는 “연료”의 문자, 연료의 최저 등급(피스톤 기관 항공기)또는 허용되는 연료의 규격(터빈 기관 항공기)을 표시하도록 의무화 하고 있다.2) 연료 탱크는 연료 보급 후에도 전체 탱크 용적의 2 % 이상의 공간을 확보해야 한 다.(2) 연료 펌프1) 구동 방식① 수동 : 연료탱크와 연료탱크 사이의 연료 이송에 사용.② 전동③ 기관 구동(engine driven pump : EDP)2) 부스트 펌프(boost pump)-연료 탱크에 장착되어 연료를 방출하고 공급하는 펌프.① 종류㉮ 서브 머지드 형(submerged type)-탱크의 연프 부분이 탱크 내부에 있고, 구동 모터가 탱크 외부에 있는 형식.㉰ 인라인형(inline type)-배관 도중에 들어있는 펌프.㉱ 기관 마운트형(engine mount type)-기관에 장치되어 있는 펌프.3) 펌프의 형식① 펄세이팅형(pulsating type)-왕복 운동에 의한 방법으로 플런저(plunger)에 의한 전동 펄세이팅 펌프와다이아프램(diaphragm)이 사용되고 있는 기관 구동 다이아프램 펌프가 있다.② 베인형-구조는 로터(rotor)에 방사형으로 베인이 있고, 케이스 중심보다 편심된 회전축을 갖는 베인은 슬라이드(slide)되고 항상 케이스에 전해 회전하며 연료를 흡인, 방출한 다. 방출 압력은 2,500 psi이고 1회전시의 연료 방출량은 일정하다.(정용량형)③ 기어형(gear type)-2개의 기어가 서로 역회전하는 펌프이며 정용량 펌프이다. 방출 압력은 3,000 psi 이고 릴리프 밸브(relief valve)에 의해 조절된다.④ 지로터 펌프(gerotor pump)-정용량형 펌프이고 구동 원리는 외주와 내주의 기어가 동일한 방향으로 연료를 방 출한다. 방출 압력은 릴리프 밸브(relief valve)에 의해 조절된다.⑤ 원심형 펌프(centrifugal type)-임펠러(impeller)를 고속 회전시켜 발생하는 윈심력에 의해 연료를 외부로 밀어내서 내보내는 방식이고 주로 부스트 펌프에 전동식으로 사용된다. 또한 원심형 펌프는 강제 방출 방식이 아니므로 릴리프 밸브가 필요하지 않으며 작동되지 않을 때에도 연료가 임펠러 사이를 자유로이 통과할 수 있다.⑥ 스크류형(screw type): 임펠러 대신 스크류를 사용되고 있고 그 외에는 원심형과 같다.(3) 연료 여과기(fuel strainer or filter)-연료 탱크의 출구나 공급구(filler port)에는 눈이 비교적 굵은 스트레이너를 설치해 큰 이물질이 연료 계통으로 들어가는 것을 막는다.-기화기 입구 및 연료 매니폴드 내에는 눈이 미세한 스트레이너가 장착된다.-메인 스트레

공학/기술| 2014.05.06| 8페이지| 2,000원| 조회(1,489)

항공기, 연료계통, 연료공급

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항공기의 안정과 조종

비행기는 성능이 좋아야 할 뿐만 아니라, 적당한 안정성과 조종성을 가지고 있어야 한다. 여객기나 수송기들은 적절한 안정성을 가져야 한다. 비행기가 좋은 안정성을 가지고 있다는 것은 일정한 비행 상태를 계속 유지할 수 있으며. 돌풍과 같은 외부 영향에 의해 영향을 받아도 빠르게 원래의 비행 상태로 회복될 수 있다는 것이다.이에 비해 조종성은 전투기들에 적용되며, 조종사의 조종에 따라 비행기가 즉시 반응하여 원하는 비행 상태를 만들어 줄 경우, 좋은 조종성을 가진다고 한다.1. 정적안정 동적안정1) 정적 안정물체에 작용하는 모든 힘의 합과 모멘트의 합이 무게중심에서 각각 0인 경우를 평형 상태 (equilibrium condition)라 한다. 비행기가 평형상태에 있다는 것은 속도의 변화가 거의 없고, 비행기를 회전시키려는 모멘트의 성분들도 없는 정상 비행 상태(steady flight condition)라는 것을 말한다. 만일, 평형상태인 비행기가 돌풍이나 조종계통의 움직임에 의해 교란을 받으면, 힘과 모멘트에 불평형이 생겨 속도와 더불어 힘과 모멘트가 변하게 된다.정적 안정(static stability)이란, 평형 상태로부터 벗어난 뒤에 어떠한 형태로든 움직여서 원래의 평형 상태로 되돌아가려는 비행기의 초기 경향을 말한다.어떤 물체가 평형 상태에서 벗어난 뒤에 다시 평형상태로 되돌아가려는 경향을 나타낼 때 이것을 양(+)의 정적안정(positive static stability), 또는 정적 안정이라 한다. 그러나 평형상태에서 벗어난 물체가 처음 평형상태로부터 더 벗어나려는 경향이 있다면 음(-)의 정적안정(negative static stability) 또는 정적 불안정이라 한다.그리고 평형상태에서 벗어난 물체가 교란된 위치에서 그대로 그 상태를 유지한다면, 다시 말해서 평형상태에서 벗어난 물체가 원래의 평형상태로 되돌아 오지고 않고 평형 상태에서 벗어난 방향으로도 이동하지 않는 경우, 이를 정적 중립(neutral stability)이라 한다.2) 동적안다고는 할 수 없지만, 동적 안정이 있는 경우에는 정적 안정이 있다고 할 수 있다.3) 평형과 조종비행기에 작용하는 모든 힘의 합이 0이며, 키놀이, 옆놀이 및 빗놀이 모멘트의 합이 0인 경우를 평형이 되었다고 한다. 여러 가지 비행 조건에서의 평형은 조종과 밀접한 관계가 있으며, 이것은 조종면(control surface)이나 트림 탭(trim tab)의 사용에 의해서 이루어진다.조종이란 조종사가 조종 스틱으로 조종면을 움직여서 비행기를 원하는 방향으로 운동시키는 것으로, 적절한 조종에 의해 이륙과 착륙 그리고 여러 가지 비행동작이 이루어진다. 그러나 안정과 조종은 서로 상반되는 성질을 나타내기 때문에, 조종성과 안정성을 동시에 만족시킬 수는 없다. 실제로 비행기를 안정성에 중점을 두고 설계하면 비행기의 조종성은 나빠진다.4) 비행기 기준축비행기에서 안정과 조종, 그리고 운동에 나타나는 힘과 모멘트의 작용을 가시화 하기위해서 무게중심을 원점에 둔 좌표축을 사용하는 데, 동체 축(body axis)과 바람 축(wind axis)로 구분하며, 이때 바람 축은 비행기에 상대바람이 불어 들어오는 방향을 기준으로 한다.동체 축은 안정성을 다루는 데 편리하며 세로축, 가로축, 수직축으로 나누어지는데, 각 축에 관해 회전하는 경향인 모멘트가 존재한다.세로축은 비행기의 전후 축을 말하며, x축이라고도 하는데, 이 축에 관한 모멘트를 옆놀이 모멘트(rolling moment), L' 이라 한다. 가로축은 비행기의 좌우 축을 가리키며, y축이라고도 하는데, 이축에 관한 모멘트를 키놀이 모멘트(pitching moment), M 이라 한다. 수직축은 비행기의 상하 축을 말하며, z축이라고도 하는데, 이축에 관한 모멘트를 빗놀이 모멘트(yawing moment), N 이라 정의한다. 그리고 직선 축에 대한 각각의 모든 양(+)의 모멘트는 오른손 법칙을 따른다.비행기는 동체 축에 대하여 회전운동을 하는데, 각 축에 대한 회전 각 운동, 모멘트 등 동체 축에 관한 정의는 다음의 표와속 키놀이를 하게 된다.만일, 비행기가 정적 중립(static)인 상태라면 변화된 받음각 상태에 머무르게 된다. 정적 세로중립은 안정과 불안정 사이의 경계이므로 정적 중립인 비행기는 조종에 대해 과도하게 민감하며, 교란을 받게 되면 평형상태로 되돌아오지 않는다.정적 세로 불안정인 비행기는 모든 평형 상태로부터 항상 발산하게 된다. 불안정한 비행기는 조종을 해도 균형을 이루기가 어려울 뿐만 아니라, 비행기의 자세와 속도를 변화시켜 평형을 유지한다 하더라도 불합리한 조종력과 조종면의 변위가 요구된다.정적 세로 안정은 비행기의 받음각과 키놀이 모멘트의 관계에 의존하므로, 비행기를 구성하는 요소들의 키놀이 모멘트를 검토해야 한다.2) 동적 세로안정정적 세로안정이 돌풍 등 외부의 영향을 받아 키놀이 모멘트가 변화된 경우 비행기가 평형 상태로 되돌아가려는 초기 경향에 관한 것이라면, 동적 세로 안정(dynamic longitudinal stability)은 외부의 영향을 받아 키놀이 모멘트가 변화된 경우 비행기에 나타나는 시간에 따른 진폭변위에 관한 것이다.(1)장주기 운동장주기 운동은 휴고이드 진동(phugoid oscillation)이라고도 하며 동적 세로안정 가운데 주기가 매우 긴 진동(20초-100초)으로 나타난다. 그리고 초기 경향의 효과는 천천히 이루어진다. 장주기 운동에서는 키놀이 자세, 비행속도 그리고 비행고도에 상당한 변화가 있지만 받음각은 거의 일정하다. 이러한 진동 운동은 평형된 비행속도와 고도에 대하여 운동에너지와 위치에너지가 천천히 교대로 교환되는 것으로 생각할 수 있다.키놀이 운동의 변화는 매우 작기 때문에 받음각의 변화를 무시할 수 있으므로, 장주기 운동의 감쇠는 약하거나 경우에 따라서는 운동의 진폭이 발산하는 동적 불안정을 나타내기도 한다. 감쇠가 약하거나 또는 발산을 하더라도 진동의 주기가 대단히 길기 때문에 아주 작은 조종면 변위에 의해서도 비행기의 진동경향을 쉽게 없앨 수 있으므로 비행기에 큰 문제를 초래하지 않는다.(2)단주기 운동단주중을 유발할 수도 있다.그러므로 단주기 운동이 발생될 때 가장 좋은 방법은 인위적인 조종이 아닌 조종스틱을 자유로 하여 필요한 감쇠를 하도록 하는 것이다.3. 방향 및 가로안정1)정적 방향 안정비행기의 방향안정은 수직축에 관한 빗놀이 모멘트와 빗놀이 각 및 옆미끄럼각 과의 관계를 포함한다. 정적 방향 안정을 가지는 비행기는 평형 상태로부터 외부의 영향을 받아 빗놀이 모멘트가 변화된 경우, 처음의 평형상태로 되돌아오려는 성질을 가진다. 즉, 정적 방향 안정은 비행기를 평형 상태로 되돌리는 경향을 가지는 빗놀이 모멘트를 발생시킨다.비행기의 정적 방향안정은 비행기의 여러 가지 구성 요소들의 영향에 의해 결정된다.(1)수직꼬리날개 효과수직꼬리날개는 비행기의 방향안정에 일차적으로 영향을 준다. 비행기가 옆미끄럼 상태에 들어가면 수직꼬리날개의 받음각이 변화된다. 따라서 수직꼬리날개의 양력, 즉 측분력이 수직꼬리날개에 발생되어 무게중심에 관한 빗놀이 모멘트가 발생되고, 상대바람의 방향으로 기수를 이동시킨다.정적 방향 안정에 대한 수직꼬리날개의 영향의 크기는 수직꼬리날개 양력의 변화와 수직꼬리날개 모멘트 암에 의존하므로, 수직꼬리날개의 위치가 가장 중요한 요소가 된다. 수직꼬리날개의 위치가 정해지게 되면 옆 미끄럼의 변화에 따른 측분력을 발생시키는 능력에 따라서 방향안정을 가져올 수 있다. 필요한 방향안정은 꼬리날개 면적만을 증가시켜서 수할 수 있으나, 면적의 증가는 항력의 증가를 가져온다는 점을 반드시 고려해야 한다.(2)동체 효과동체는 방향안정에 있어 불안정한 영향을 끼지는 가장 큰 요소들이다. 아음속에서의 동체의 풍압중심은 동체길이의 1/4이나 그 앞에 위치하고, 비행기의 무게중심은 대개 풍압중심보다 상당히 후방에 위치하므로 동체는 불안정한 영향을 끼친다. 그러나 큰 옆 미끄럼 각에서는 동체의 불안정한 영향이 감소되므로, 큰 범위에 대한 방향 안정성을 유지하는 데에는 도움이 된다.(3)주 날개 후퇴각 효과날개의 후퇴각 효과도 정적 방향안정에 큰 기여를 한다. 옆 미끄럼력은 옆 미끄럼을 유발하고, 이 옆 미끄럼은 비행기를 수평 비행 상태로 복귀시키는 옆놀이 모멘트를 발생시킨다. 이와 같은 작용에 의해 정적 가로안정이 얻어진다.(1)상반각 효과상반각 효과는 비행기의 가로안정에서 가장 중요한 요소이다. 특히, 기하학적으로 날개의 상반각 효과는 가로안정에 있어 가장 중요한 요소이다. 비행기가 오른쪽으로 옆 미끄럼을 하게되면 상대바람이 오른쪽에서 왼쪽으로 불어오는 것처럼 되어 상대바람족의 날개는 받음각이 증가하여 양력이 증가되며, 반대쪽의 날개는 받음각이 감소하여 양력이 감소된다. 이러한 양력의 변화는 상대 바람 쪽의 날개를 위로 올리는 옆놀이 모멘트를 발생시킨다. 따라서 상반각은 옆 미끄럼에 의한 옆놀이 운동에 대해 가로 정적안정성을 주게 되어 가로안정에 가장 유리한 요소이다.3)동적 방향 및 가로안정비행기의 방향안정과 가로안정을 분리해서 생각하는 것이 편하나 비행기가 자유비행상태에 놓이게 되면 옆 미끄럼에 의해 옆놀이 모멘트와 빗놀이 모멘트가 동시에 발생된다. 비행기의 동적 방향 및 가로안정의 특성을 결정하는 여러 가지 요소들의 복잡한 상호작용은 다음과 같은 3가지의 비행기 운동을 발생시킨다.(1)나선 불안정정적 방향안정성과 정적 가로 안정성이 좋지 못할 때 발생하는 비행 불안정 상태이다. 비행기가 수평 비행의 평형상태로부터 외부의 영향을 받으면 느린 나선형 운동이 시작되어 점차적으로 나선강하가 이루어진다.대개의 경우, 나선운동에서의 발산률은 아주 작기 때문에 조종사가 어려움 없이 조종할 수 있다.(2)방향 불안정옆 미끄럼각에 대한 빗놀이 모멘트의 불안정으로 인해 생긴다. 비행기가 교란된 후 옆 미끄럼이 생기고 초기의 작은 옆 미끄럼에 대한 반응이 옆 미끄럼을 증가시키는 경향을 가진다. 이때 비행기의 위치가 상대바람 방향으로 돌아가기 전까지 빗놀이 운동은 계속된다.이러한 상태는 빠른 수정이 필요하며 동적 안정에서 가장 주의해야 할 요소이다. 물론, 정적 방향 안정성을 증가시키면 방향 불안정이 감소된다.(3)가로, 방향 진동가로,

공학/기술| 2014.05.06| 8페이지| 2,000원| 조회(2,108)

항공기 안정 조종, 정적안정 동적안정, 세로안정

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항공기 압축기 실속 평가A+최고예요

압축기 실속이란흡입구 공기 속도와 압축기 회전속도의 두 요소가 벡터를 형성해서 동익에 부딪히는 공기흐름의 각도(받음각)을 이룬다. 이 받음각이 커지면 공기흐름과 압축비는 높아진다. 그러나 받음각이 너무 크면 블레이드 위 표면을 지나는 공기흐름은 난류로 되고 압축과 공기흐름을 정체, 역류시킨다. 이러한 현상을 실속 이라한다.실속현상은 받음각 변화 뿐 아니라 공기흐름 상태의 영향을 받으며, 압축기를 지나는 공기 속도를 늦추어 정체, 역류현상을 일으킨다.더욱이 실속현상이 전체 단으로 확산되면 서어지 현상(surge)이 발생되는데, 서어지 현상은 심한 소음과 함께 회전속도가 동요하게 되며, 운전 중에는 배기온도 상승으로 나타낸다. 또한 압축기 서어지는 날개와 케이싱 내면을 열화 시키고, 심하면 압축기 케이싱을 파손 시킬 수 있다.GE사의 LM2500 Base Aeroderivative Gas Turbines-16단계의 압축기stages로 구성1.압축기 실속 원인실속을 일으키는 원인은 여러 가지가 있지만 대표적인 이유를 설명하면 다음과 같다.1) 엔진 흡입구로 들어오는 난기류나 난잡한 흐름을 이유로 볼 수 있는데 난잡한 흐름이라 함은 항공기의 급격한 방향 조종으로 인해 생기는 실속이다. 예를 들면, 동체 뒷부분에 2개의 엔진이 장착된 사업용 제트기에서 항공기가 급격히 우회하면 좌측 엔진의 공기흐름은 동체에 의해 순간적으로 단절된다. 이 옆미끄러짐(side slip)은 결과적으로 낮은 입구속도의 원인이 되고 순간적으로 압축기 실속이 일어나는데 충분한 높은 받음각을 제공하여 실속을 유발한다.2) 수직 이착륙 항공기의 엔진에서 뜨거운 공기가 유입될 때에도(C.I.T가 높을때) 역시 압축기 하중을 증가시켜 실속을 일으킬 수 있기 때문에 엔진 설계 단계에서 뜨거운 공기가 공기흡입구로 유입되지 않도록 해야 한다. 흔치 않지만 앞서 이륙하는 항공기의 배기가스를 뒤에 오던 항공기가 재 흡입해 압축기 실속을 일으키는 경우도 있다.3) 갑작스런 엔진 가속에 의해 원인이 되는 과다한 연료흐름으로 인해 압축기 출구 압력이 높아져(C.D.P 가 높을때)흡입 공기 속도가 감소하여 실속이 발생한다. 또한 갑작스런 감속에 의해 희박한 연료혼합(연소기의 역압력 감소로 속도벡터를 증가)도 실속의 원인이다.4) 지상 작동시 엔진 회전속도가 설계회전속도보다 낮아지면 압력비가 작아져 압축기 뒤쪽 공기가 충분히 압축되지 못하여 비체적이 증가하기 때문에 공기가 압축기 뒤쪽의 좁은 단면을 통하여 미쳐 빠져나가지 못하므로 공기의 누적(choking)현상이 발생하고 결과적으로 공기 흡입 속도가 감소하여 실속이 발생한다.5) 손상된 깃 부분에 의한(F.O.D로 인한) 압축기 일의 감소와 낮은 압축 때문이다. 압축기 성능에 영향을 줄 수 있는 가장 빈번한 원인 중 하나가 새 충돌이다. 항공기가 이륙과 착륙 기동 중에는 는 필연적으로 지면 근처 혹은 저고도를 통과해야 하기 때문에 활주로 주변에 서식하는 텃새라든지 혹은 철새들이 엔진 공기흡입구로 빨려 들어올 수 있다. 이 같은 상황에서 공기흐름이 흩어질 수 도 있으며 심한 경우 압축기 구성품의 파손시킬 수 있다. 이외에도 활주로에 남아 있는 금속조각과 같은 이물질이 공기흡입구에 흡입되었을 때도 동일한 현상이 발생할 수 있다.활주로 주변에서 서식하는 새들을 쫓아내기 위한 여러 가지 장치들뿐만 아니라 새 퇴치팀을 운용하는 이유이다. 가장 최근의 새 충돌로 인한 항공기 사고가 2009.1.15일 에어버스 320 항공기가 공항을 이륙한 지 15분 만에 허드슨 강에 비상착수 하였다. 사고원인은 이륙 직후 엔진에 새들이 흡입되어 두 엔진 모두 실속이 발생한 전형적인 사례이다.항공기 사고사례를 분석했을 때 활주로 방향을 유지하기 위한 사이드슬립 기동 중 어느 한 쪽 엔진에 유입되는 공기흐름이 심하게 불규칙해 지면서 실속이 발생한 사례, 극심한 폭우 속을 통과 중에 한꺼번에 많은 빗물이 엔진에 유입되면서 실속이 발생한 사례들도 있다.FOD로 인한 팬 부분 손상 허드슨 강에 비상착륙한 A-3202. 압축기 실속 증상실속상태는 공기가 진동하는 것 또는 부드럽게 떠는 것으로부터 크게 진동하는 것 또는 심하게 역류하거나 폭발하는 것으로써 귀로 들을수가 있다.대부분 조종석 계기판에는 부드러운 실속상태(mild stall condition)가 나타나지 않는데, 이것을 일시적인 실속(transient stall)이라 한다.이러한 실속은 보통 엔진에 해를 끼치지 않고 대부분 그 스스로 한 두 번의 진동(pulsation) 후에 바로 잡힌다. 헝 실속(hung stall)이라 부르는 심한 실속은 엔진 성능을 심하게 떨어뜨리고 출력손실의 원인이 되며 조종사는 소음이나 진동 혹은 배기가스 온도(EGT)의 증가나 압력비(CPR)의 급격한 감소, RPM의 감소 등의 조합 등으로 압축기 실속을 알 수 있을 것이다. 그리고 출력을 감소시켜 입구공기속도와 rpm을 적절한 관계가 되도록 하여야 한다.연료계통의 공장이나 외부물질의 흡입, 역류등에 의한 심한 압축기 실속이나 서어지(surge)의 경우 공기의 역류가 일어나는데 뒤쪽 압축기 블레이드에 굽힘력(bending stress)이 생겨 스테이터 베인에 접촉하게 된다. 이때 연속적인 재질의 파괴로 로터와 전체 엔진의 파열을 일으킨다.3. 압축기 실속 방지책1) 가변 정익 사용 [V.S.V] - Variable Stator VaneVariable guide vanes on compressor case가변 베인 작통계통은 많은 가스터빈 엔진에서 사용되는데, 특히높은 압축비를 갖는 엔진이나, 저속 또는 중간속도에서 감속이나 가속을 하는 동안 압축기 실속이 문제가 되는 엔진에서 많이 사용된다.가변 베인 계통은 압축기 가스통로의 기하학적 형상(면적과 모양)을 자동적으로 변화 시켜서 불필요한 공기를 배출시키고 압축기 속도와 전방 압축기 단에서의 공기 흐름 사이에 적절한 관계를 유지시켜준다. 압축기 속도가 낮은 경우에는 가변 스테이터 베인이 부분적으로 닫힌다.압축기 로터 속도가 증가함에 따라 베인은 압축기를 통해 더 많은 공기를 흐르게 하기 위해 열리게 된다. 사실, 베인 각도를 바꾸어서 로터 블레이드에 접근하는 공기흐름각과 로터 블레이드 앞전 사이의 받음각을 정확하게 해준다. 정확한 받음각은 완만하고 빠른 엔진가속을 가능하게 해준다.베인 각도를 바꿈으로서 생기는 공기흐름의 굴절은, 공기흐름이 로터 블레이드에 도달하기 전에 흐름의 축방향 속도를 감소시킨다. 이와같이 로터 블레이드의 낮은 rpm과 공기 흐름의 낮은 축방향 속도는 조화(match)된다.이 계통은 FCU 방출압력을 매개힘 으로 이용해서 압축기 케이스에 위치한 유압작동기를 작동시킨다. 작동기들은 빔배열에 의해 베인을 열도록 움직인다.파워레버가 앞으로 움직임에 따라, 연료압력은 증가하여 작동기는 베인을 열리게 한다. FCU에 작용하는 역학적인 피드백 케이블 신호가 연료 압력을 차단하고 정확한 각도에서 베인 위치가 안정되도록 한다.2) 가변 입구 안내 베인 사용 [V.I.G.V] - Variable Inlet Guide Vane많은 소형 가스터빈 엔진의 실속방지 계통의 전형적인 형태이며, 여기서 IGV만이 가변 능력을 가지고 있다. 압축기 스테이터 베인은 모두 고정각 형태이다.이 계통은 파워레버(PLA)의 명령에 의한 연료압력으로 작동된다. 이것은 각종 스케줄을 FCU로부터 받아 제어한다. idle 속도로부터 엔진속도가 증가함에 따라 IGV는 큰각에서 작은각으로 이동한다. 이러한 작동은 흡입구 공기흐름과 압축기 속도사이에 정확한 받음각 관계를 유지시켜준다.3) Bleed valve 사용

공학/기술| 2014.05.06| 5페이지| 2,000원| 조회(3,302)

압축기, 난류, 실속

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