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제안 방법
- 이러한 항공기 적외선 신호에 대한 특성을 이해하고 적외선 신호의 크기를 줄이기 위한 연구를 수행하기 위해서는 실물 추진기관을 이용하여 실험을 수행하는 것이 가장 이상적인 방법이나, 실물엔진을 이용한 연구는 현실적으로 매우 어려운 상황이다. 따라서 실물엔진과 유사한 연료를 사용하면서, 배기가스의 온도와 속도를 일부분 모사할 수 있는 마이크로 터보제트 엔진을 이용한 적외선 측정연구를 수행하였다. 추력 50 lbf 이하의 마이크로 터보제트엔진의 경우 실험실 수준에서 운용이 가능하며, 아음속 비행에 따른 다양한 운용조건에 대한 모사가 가능하다.
- 마이크로 터보제트 엔진 배기노즐 형상변화에 대한 특성을 조사하기 위하여 터빈출구 위치에서 배기노즐을 원형으로 잘라내고 그 위치에 플랜지를 설치하여 여러 가지 형상의 배기노즐을 교체해가며 실험할 수 있도록 고안 하였다. 배기노즐의 형상은 축소형 콘 형상의 노즐을 포함한 서로 다른 가로세로비를 가지는 5개의 사각형노즐을 고안하였으며, 개념도가 Fig.
- 마이크로 터보제트 엔진을 이용한 배기노즐형상 변화에 따른 엔진성능특성 및 적외선 신호 측정을 수행하였다. 연구결과 배기노즐 형상에 따라 엔진의 추력 및 연료소모율은 큰 변화가 없음을 확인하였다.
- 배기노즐 표면온도 측정은 노즐출구로부터 10 mm, 75 mm, 140 mm 위치에 열전대 용접기(Thermocouple Attachment Unit, STORK사)를 이용하여 부착하여 측정하였으며, Fig. 5에 배치도를 나타내었다.
- 엔진을 포함한 계측장치는 엔진 시험실(Engine Test Cell) 에 위치되고 모든 장치는 제어실(Control Room) 의 컴퓨터와 연결되어 조작하였다. 실험 방법은 배기노즐 형상에 따라 각 케이스별로 161초 동안 진행되며, 점화 후 아이들 단계를 거쳐 스로틀 100%에서 20초 동안 작동하고, 10% 단위로 스로틀을 감소하며 각 스로틀에서 10초 동안 작동한다. 실험시작 전 대기조건상태의 온도, 기압, 습도를 입력하고 코딩된 프로그램에 따라 실험을 진행하며 Table 2에 작동순서에 따른 Throttle과 작동시간이 표시되어 있다.
- 연료유량은 소형 터빈유량계(OC X00-10-X, Orbit Control사)를 이용하였으며, 측정오차는 1% 로서 최대 10 bar 범위 내에서 측정이 가능하다. 엔진 회전수는 임펠러 블레이드에 위치한 RPM 센서로 측정하며, 배기가스 온도는 터빈 후방에 위치한 열전대로 측정하였다. 엔진 스로틀 조정은 수동 또는 컴퓨터에 의한 원격 제어가 가능하며 엔진 작동상태는 엔진 데이터 터미널(EDT)과 컴퓨터로 동시에 전송된다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 마이크로 터보제트 엔진은 네덜란드 AMT사의 Olympus HP Engine을 사용하였으며, Fig. 1에 사진이 제시되어 있다. 사용된 마이크로 터보제트 엔진의 최대추력은 230N, 압축비는 3.
- 사용된 마이크로 터보제트 엔진의 최대추력은 230N, 압축비는 3.8, 최대 회전수는 108,500 rpm, 최대 EGT는 750°C 이다.
- 엔진 배기노즐의 표면온도는 열전대(K type)를 사용하여 측정하였으며 데이터 처리장치(CRIO-9075, National Instruments사)를 사용하여 기록하였다.
- 엔진의 시동은 엔진 입구부에 설치된 전기모터를 이용하며, 시동 후 일정 회전수에 도달하면 엔진 축과 분리된다. 엔진 시동 시 사용한 점화장치는 글로우 플러그이다. 연료공급은 초기 점화 시 작동되는 점화용 연료펌프와 점화 후 작동되는 주 연료펌프에 의해서 수행되며, 엔진의 연료량 제어는 ECU에 의해 조정된다.
- 4에 표시되어 있다. 엔진추력은 로드셀(MLP-200, Transducer Techniques사)을 이용하였으며, 최대 200 lbf 추력 측정이 가능하며, 측정오차는 전체 측정범위의 0.06% 이다. 연료유량은 소형 터빈유량계(OC X00-10-X, Orbit Control사)를 이용하였으며, 측정오차는 1% 로서 최대 10 bar 범위 내에서 측정이 가능하다.
- 8, 최대 회전수는 108,500 rpm, 최대 EGT는 750°C 이다. 연료는 윤활유(Aeroshell 500)를 4.5% 혼합한 케로신을 이용하였다. 엔진의 시동은 엔진 입구부에 설치된 전기모터를 이용하며, 시동 후 일정 회전수에 도달하면 엔진 축과 분리된다.
이론/모형
- 대기온도 및 대기압력에 대한 실험결과를 표준대기 조건으로 보정하기 위하여 다음과 같은 보정식(Walsh et. al. [8])을 이용하였다. 온도비(θ)와 압력비(δ)는 Eq.
- 엔진에서 방사되는 적외선 신호는 적외선 열화상 카메라(Variocam hr head, JENOPTIK사)를 사용하여 측정하였다. 이 장치의 온도범위는 -40~1200°C 이고 측정 파장범위는 7.
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