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문제 정의
- 본 연구에서 얻은 측정불확도 결과를 이용하여 기존의 측정불확도 개선방안들을 점검하고 향후 불확도 개선방향을 설정할 것이다. 또한 향후 계속적으로 수행될 AETF 신뢰도 향상과 시험기술 개발 연구에서 표준엔진으로 사용할 예정인 터보제트엔진의 성능특성을 파악하기 위한 목적으로 본 연구가 수행되었다.
- 엔진에 공급되는 공기의 유량과 온도, 엔진회전수, 엔진추력의 중요한 인자인 시험부 압력 (Ps, 9o) 그리고 정상상태를 유지할 수 있는 설비컨트롤 혹은 설비의 안정성 등이 실제 목적한 시험조건을 만족시킬 수 없는 요소들이다. 목적한 시험조건과 차이가 나는 시험환경에서 시험한 결과를 DECK과 직접 비교하는 것이 어렵기 때문에 입구온도와 압력에 대해 보정하는 것이다.
제안 방법
- AETF의 측정정확도, 신뢰도 향상과 시험기술개발을 위한 초기단계로 수행된 표준엔진 정상 상태 성능시험 결과를 분석하였다. 엔진 성능시험 조건은 지상, Mn=0.
- 7에서 모든 PCN에 대한 측정불확도를 분석하였다. PCN에 따른 결과분석을 통하여 엔진 부분부하에 대한 측정불확도를 분석할 수 있었다.
- 시험의 성격을 갖는다. Single spool 터보제트 엔진을 표준엔진으로 선정하여 해면고도(sea level:SL)에서 여러 마하수에 대해 정상상태 성능시험을 수행하였고 엔진의 주요 성능변수인 공기 유량, 추력, 비연료소모율에 대하여 측정 불확도를 분석하였다. 본 연구에서 얻은 측정불확도 결과를 이용하여 기존의 측정불확도 개선방안들을 점검하고 향후 불확도 개선방향을 설정할 것이다.
- 5%이었으며 이때의 공기유량, 총추력, 순추력, SFC 등의 변화를 분석하였다. 또한 Mn= 0.7에서 모든 PCN에 대한 측정불확도를 분석하였다. PCN에 따른 결과분석을 통하여 엔진 부분부하에 대한 측정불확도를 분석할 수 있었다.
- 본 논문에서는 측정불확도를 측정값에 대한 비로 나타내었으며 측정값은 엔진 설계 점에 대한 비로 무차원화하여 나타내었다.
- 셋째는 DECK에 사용된 입력데이터(노즐 면적 등)가 실제 엔진과 차이가 나는 경우로 본 연구에 사용된 DECK의 입력 데이터를 검증하고 있다.
- 성능시험 결과를 분석하였다. 엔진 성능시험 조건은 지상, Mn=0.3, 0.5, 0.7, 0.9에 대해 PCN= 71.1, 77.2, 83.3, 89.4, 95.5, 101.5%이었으며 이때의 공기유량, 총추력, 순추력, SFC 등의 변화를 분석하였다. 또한 Mn= 0.
- 획득하였다. 엔진 시험시 측정변수의 의미에 대한 일관성을 유지하기 위하여 측정부위에 측정 단면(section) 번호를 부여하였다. 특히 엔진성능의 기초가 되는 흡입 공기 유량을 정확히 측정하기 위해서는 흡입관(intake duct)의 측정단면을 정의하는 것이 중요하다.
- 이러한 일련의 시험과정을 거치면서 시험오차는 데이터 처리 과정뿐 아니라 시험조건 설정 등에서도 발생하게 된다. 이렇게 발생한 오차를 모두 고려하여 뒤에서 측정불확도를 산정하였다.
- 측정불확도 분석은 본 연구에서 수행된 4가지 마하 조건중 Mn=0.7에서의 공기유량(WQ, 총추력 (Fg), 순추력 (Fn), SFC에 대해 상술할 것이다.
대상 데이터
- 설비의 불확도를 낮추기 위해 성능데이터를 저장할 때는 AETF 측정불확도 개선에 관한 연구 결과에따라 시험부의 압력(PS, 9O)이 설비 자동컨트롤로직에 따라 흔들리는 것을 방지하기 위하여 설비제어를 수동모드로 전환한 후 데이터를 획득하였다. 엔진 시험시 측정변수의 의미에 대한 일관성을 유지하기 위하여 측정부위에 측정 단면(section) 번호를 부여하였다.
이론/모형
- 본 연구에서는 측정불확도를 기술하는데 ASME PTC 19.1-1998#과 AIAA Standard161 방법이 사용되었다.
성능/효과
- 12는 일정한 PCN에 대한 공기유량을 시험 결과와 DECK 결과를 비교한 것이다. PCN에 대해 Mn이 증가함에 따라, 또한 하나의 Mn에 대해 PCN이 증가함에 따라 공기유량이 증가하는 것을 볼 수 있다. 선으로 연결된 것은 DECK으로 계산된 값이며 점은 시험결과이다.
- 8은 설계점에 대해 무차원화된 총추력과순추력 및 각각의 측정불확도이다. PCN이 증가함에 따라 총추력과 순추력이 증가하고 측정불확도는 PCN=89.4%부터 갑자기 증가한 것을 볼 수 있다. 이것은 각 추력의 Pi가 Fig.
- 계통불확도는 센서, 주위 환경, 데이터 획득시스템 (data acquisition system)의 오차를 포함하고 있으며 우연불확도는 10Hz로 10초동안 측정한 100개의 데이터를 95% 신뢰도로 계산하였다.
- 5%사이에서 Wf 는 측정불확도와 UPC 모두가 증가하고 있지만 SFC 측정불확도는 Fn 측정불확도를 따라 감소하고 있다. 따라서 5FC 측정불확도를 개선하기 위해서는 UPC가 큰 Wf 측정불확도를 개선하는 것보다 Fn 측정불확도를 개선하는 것이 더 효과적이라는 것을 알 수 있다.
- 16에서 볼 수 있다. 시험결과나 DECK의 결과 모두 Mn 이 증가할수록 같은 연료유량에 대해 조금씩 순추력이 감소하고 있다.
- 엔진의 정상상태 성능은 시험결과와 DECK의 결과 사이에 차이가 있는데, 공기유량은 약 1.54% 크게, 추력은 10.23% 작게, SFC는 6% 크게 나타나고 있다. 이러한 차이는 다음과 같이 풀이 될 수 있다.
- 348%가 산정되었다. 이 수치는 기존에 발표된 AETF 측정불확도 분석에 관한 연구 결과 지비와 비교하여 공기유량은 약간 증가하였으나 순추력과 비연료소모율은 개선되었다. 공기유량의 측정불확도가 증가한 것은 우연 불확도의 증가에 의한 것이며 순추력과 비연료 소모율의 측정불확도가 개선된 것은 기존의 AETF 측정불확도 개선에 관한 연구후 설비 개선에 의한 결과이다.
- 측정불확도 분석에 의해 공기유량은 0.791 ~ 0.914%의 불확도를 나타냈으며 그 중 계통불확도가 큰 부분을 차지하고 있음을 확인하였다. 총추력은 1.
후속연구
- 본 시험은 선행 연구에서 제시된 측정 불확도 향상 방법 중 일부를 적용한 뒤 수행되었으며 향후 AETF 측정불확도 개선과 시험기술 개발의 기준 시험의 성격을 갖는다. Single spool 터보제트 엔진을 표준엔진으로 선정하여 해면고도(sea level:SL)에서 여러 마하수에 대해 정상상태 성능시험을 수행하였고 엔진의 주요 성능변수인 공기 유량, 추력, 비연료소모율에 대하여 측정 불확도를 분석하였다.
- Single spool 터보제트 엔진을 표준엔진으로 선정하여 해면고도(sea level:SL)에서 여러 마하수에 대해 정상상태 성능시험을 수행하였고 엔진의 주요 성능변수인 공기 유량, 추력, 비연료소모율에 대하여 측정 불확도를 분석하였다. 본 연구에서 얻은 측정불확도 결과를 이용하여 기존의 측정불확도 개선방안들을 점검하고 향후 불확도 개선방향을 설정할 것이다. 또한 향후 계속적으로 수행될 AETF 신뢰도 향상과 시험기술 개발 연구에서 표준엔진으로 사용할 예정인 터보제트엔진의 성능특성을 파악하기 위한 목적으로 본 연구가 수행되었다.
- 이밖에도 본 연구를 통해 확인된 공기유량 측정 불확도 개선방안인 세 가지 인자의 측정 불확도 감소나 추력 측정불확도 개선방안인 Ps, %의 측정 불확도 감소 등을 향후 AETF 설비개선에 반영할 것이다.
- 이상의 원인들로 인한 DECK과 시험치 사이의 차이를 지속적으로 연구하여 AETF 시험기법 개발 및 측정불확도 개선연구에 반영할 것이며 향후 외국시험 등을 통하여 표준엔진시험을 검증할 것이다.
- 044% FS로 터빈 유량계보다 정확도가 높은 Coriolis 유량계만 사용하고 있다. 향후 두 유량계를 상호 보완하는 차원에서 동시에 사용할 예정이다.
- 12PR이며 값이 큰 원인은 시험 중 CDP 측정을 위해 장착된 kulite 센서의 full scale이 너무 컸기 때문이다. 향후 시험에는 좀 더 측정치에 가까운 센서를 사용하여 CDP의 측정불확도를 줄일 것이다.
- 시험결과는 입구 전 온도와 전압력으로 보정된 것이고 시험중 시험부의 압력 변화(PS, 9O)등은 보정하지 않았다. 향후 정상 상태에서의 Ps, 90 보정항이 미치는 영향을 연구할 것이다
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