[논문]공기흡입식 추진기관용 연료조절밸브시스템 개발에 관한 연구

이도윤; 최현영; 박종승; 구자용

공기흡입식 추진기관용 연료조절밸브시스템 개발에 관한 연구
A Study on the Development of Fuel Metering Unit for Air Breathing Engine 원문보기

In this paper, we have proposed a fuel metering unit of ai breathing engine. The proposed valve system consists of a constant pressure drop valve and a metering valve, which are controlled by servovalve. We carried out nonlinear and linear analysis, computer simulation and experimentation to find effects of some factors on system performance. Analysis and experimental results show a good agreement. It is also shown that the system stability is affected by pressure drop of metering valve and inlet pressure of injectors.

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문제 정의

본 논문은 공기 흡입식 추진기관용 연료공급시스템에 적용할 수 있는 연료조절 밸브 시스템을 제안하고시험 제작을 통해 유량조절 성능을 확인하였으며, 시스템 설계 개념, 수학적 모델과 해석, 전산모사 및 실험결과 등을 기술하였다.

제안 방법

전자제어기는 시험용 아날로그 제어기를 제작하여 사용하였다. 가변 오리피스를 이용하여 분사기 노즐을 모사하였고, 유압동력원을 사용하여 10.3MPa(l, 500psi)의일정한 압력을 유량 조절부에 공급하였다.
공기 흡입식 추진기관용 연료조절 밸브 시스템을 소개하고 설계 개념을 제시하였다. 차압유지밸브와 미터링 밸브로 구성된 유량 조절부를 두개의 서보밸브를사용하여 구동하였으며 이론해석 및 실험결과를 통해 성능을 확인하였다.
구동하였다. 또한 차압센서를 사용하여 미터링 밸브 오리피스 양단의 차압을 피이드백한 후 차압유지밸브를 제어하였고, 미터링 오리피스 면적을 제어하기 위한 밸브스풀의 위치 피이드백 센서로는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 사용하였다.
본 논문에서 제시하는 연료조절 밸브 시스템은 그림 2와 같으며 연료 전환 밸브, 유량 조절부, 연료분배밸브및 제어기로 나눌 수 있다.
본 논문에서 제시하는 차압 유지 밸브 및 미터링 밸브는 각각 소유량의 서보밸브를 사용하여 구동하였다. 또한 차압센서를 사용하여 미터링 밸브 오리피스 양단의 차압을 피이드백한 후 차압유지밸브를 제어하였고, 미터링 오리피스 면적을 제어하기 위한 밸브스풀의 위치 피이드백 센서로는 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)를 사용하였다.
시스템의 안정성 해석을 위하여 미터링밸브를 고정된 오리피스로 단순화하고 차압유지 밸브를 중심으로 하는 선형모델을 구하였다. 그림 4는 선형화된 차압 유지 밸브의 블럭선도이다.
연료조절 밸브 시스템의 핵심부인 유량조절부의 비선형 수학적 모델을 구하였다. 그림 3은 유량조절부를 간략화한 개략도이다.
설계 개념을 제시하였다. 차압유지밸브와 미터링 밸브로 구성된 유량 조절부를 두개의 서보밸브를사용하여 구동하였으며 이론해석 및 실험결과를 통해 성능을 확인하였다. 또한 유량조절 부의 모델링과 비선형해석 및 선형해석을 통하여 분사기 전단압력 Pi 및 차압 유지량 4P가 시스템 안정성에 영향을 미침을 예측하였고 실험 결과와 비교했을 때 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

대상 데이터

전자제어기는 시험용 아날로그 제어기를 제작하여 사용하였다. 가변 오리피스를 이용하여 분사기 노즐을 모사하였고, 유압동력원을 사용하여 10.

이론/모형

5GPM)의 계단입력 시 전산모사 및 실험 결과를 나타낸 것이다. 비선형 전산모사는 Matlab/Simulink 를 사용하였다.

성능/효과

차압유지밸브와 미터링 밸브로 구성된 유량 조절부를 두개의 서보밸브를사용하여 구동하였으며 이론해석 및 실험결과를 통해 성능을 확인하였다. 또한 유량조절 부의 모델링과 비선형해석 및 선형해석을 통하여 분사기 전단압력 Pi 및 차압 유지량 4P가 시스템 안정성에 영향을 미침을 예측하였고 실험 결과와 비교했을 때 비교적 잘 일치함을 알 수 있었다.

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