KR100197319B1 - 가스터빈 엔진용 적외선 발생 억제 장치 - Google Patents

가스터빈 엔진용 적외선 발생 억제 장치 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치에 관한 것이다. 본원 발명의 적외선 발생 억제 장치는 테이퍼형 배기 매니폴드(3)를 사용하여 리본 형태의 배기 가스 구름을 생성하며, 그 배기 매니폴드는 이것과 종방향으로 정렬된 복수 개의 개별 배기 노즐(6)을 구비한다. 선택적으로는, 노즐(6)은 혼합 덕트(15)내부에서 일정 거리를 두고 배치된 상태로 연장하며, 상기 혼합 덕트(15)의 양 단부는 대기로 개방되어 있고, 배기 가스 구름을 주변 공기와 혼합한다.

Description

가스 터빈 엔진용 적외선 발생 억제 장치
제1도는 본 발명의 적외선 발생 억제 장치의 부분 절결 분해 사시도이다.
제1a도는 본 발명을 구체화한 가스 터빈 엔진을 구비하는 헬리콥터의 사시도이다.
제2도는 제1도의 적외선 발생 억제 장치의 측면도이다.
제3도는 제1도의 적외선 발생 억제 장치의 선 3-3을 따라 절취한 단면도이다.
제4도는 본 발명에 따른 다른 적외선 발생 억제 장치의 부분 절결 사시도이다.
제5도는 제4도의 적외선 발생 억제 장치의 측면도이다.
제6도는 제5도의 적외선 발생 억제 장치의 선 6-6을 따라 취한 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 매니폴드 4 : 유입구
6 : 노즐 7 : 페쇄 단부
9 : 개구 15 : 혼합 덕트
18 : 오리피스 24 : 측벽
본 발명은 가스 터빈 엔진용 적외선 발생 억제 장치(suppressor system)에 관한 것이다.
적외선 유도 무기의 출현으로 비행기, 미사일 및 헬리콥터와 같은 항공기가 공대공 또는 지대공 미사일 공격에 대하여 더욱더 취약하게 되었다.
이러한 항공기는 적외선 신호가 강한 고온의 엔진 배기 가스를 배출한다. 게다가, 항공기용 추진 수단은 강한 적외선 신호를 방사하는 고온 금속제 부품들을 구비한다. 통상적으로, 고온 금속제 부품들은 가스 터빈 또는 제트 엔진의 배기 장치와 연결되어 있다. 이러한 항공기의 취약성을 감소시키기 위하여, 이러한 적외선 신호를 감소 또는 억제시키는 것이 필요하다. 통상, 적외선 신호를 감소키는 방법으로서 두 가지가 있다. 한 방법으로는, 차가운 공기와 엔진의 배기 가스를 혼합하여 배기 가스의 온도를 낮추어 적외선 신호를 감소시키는 것이다. 다른 방법으로는, 엔진 중심부로의 시준선(line of sight)을 차단하는 것이다. 상기 방법에 있어서 상당한 발전이 있었으나, 만족스러운 적외선 발생 억제 효과를 얻기 위해서는 부가적인 노력이 여전히 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 종래 적외선 발생 억제 장치보다 소량의 적외선 신호를 발생시키는 가스 터빈 엔진용 적외선 발생 억제 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치로서, 상기 적외선 발생 억제 장치는 길이 방향 축선을 갖는 긴 테이퍼형 배기 매니폴드와, 배기 가스를 받아들이기 위한 유입구와, 길이 방향 측벽과 단부, 매니폴드와 유체 연통 관계에 있는 배기 가스를 분산시키기 위한 노즐 수단을 구비하고, 상기 노즐은 대기로의 방해받지 않는 배기로를 갖는, 적외선 발생 억제 장치에 있어서, 상기 노즐 수단은 매니폴드의 길이 방향 측벽에 형성되며 그리고 매니폴드의 종축 방향으로 신장되며, 상기 배기 매니폴드의 단면적은 매니폴드의 하류측 단부를 향하여 수렴하는 형태로 테이퍼져 있는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치가 제공된다.
이러한 유형의 적외선 발생 억제 장치는 리본 형태의 배기 가스 구름(ribbon exhaust plume)을 발생시키는바, 이러한 배기 가스 구름은 주변 공기중으로 용이하게 소산되며 적외선 검출기에 의한 식별 가능성이 감소한다.
한 실시예에 있어서, 배기 매니폴드는 배기 매니폴드와 종방향으로 정렬된 복수 개의 개별 배기 노즐을 구비한다. 선택적으로는, 노즐은 혼합 덕트 내부에서 떨어진 상태로 연장하며, 상기 혼합 덕트의 양 단부는 대기로 개방되어 있고, 배기 가스 구름을 주변 공기와 혼합한다.
적외선 발생 억제 장치의 또 다른 실시예에 있어서, 복수 개의 개별 배기 노즐은 단일 노즐(매니폴드와 길이 방향으로 정렬됨)로 대체된다. 상기 실시예에 있어서, 노즐은 혼합 덕트 내부에서 이것과 떨어진 상태로 연장하며, 노즐에 대한 시준선을 차단하기에 충분한 만곡부를 갖는다.
적외선 발생 억제 장치가 헬리콥터에 적용되는 경우에는, 헬리콥터의 날개가 배기 가스의 열로부터의 보호를 위하여 회전하지 않을 때, 배기 가스가 날개와 거의 평행하게 배향될 수 있도록 매니폴드를 길이 방향 축선을 중심으로 회전시키는 작동기가 제공된다.
상기 및 기타 목적 및 장점은 본 발명의 일 실시예를 예시하는 도면과 상세한 설명으로부터 명백하게 될 것이다.
제1도에 있어서, 배기 매니폴드(exhaust manifold; 3)는 엔진으로부터 배출되는 배기 가스를 받아들이는 유입구(4)를 가지며, 유입구(4)(상류측)로부터 매니폴드의 폐쇄 단부(7)(하류측)까지 단면적이 점진적으로 감소하게 테이퍼져 있다. 배기 매니폴드(3)의 단면 형상은 원형, 타원형, 정방형 등과 같이 여러 가지 유형이 가능하다. 배기 매니폴드(3)는 매니폴드로부터 연장하며 그 길이를 따라 배치된 복수 개의 노즐(6)을 구비한다. 이 노즐(6)은 배기 매니폴드(3) 내부에 일체로 형성되거나, 파스너와 같은 종래 수단에 의해 고정될 수 있다.
노즐 개구(9)와 배기 매니폴드(3)는 길이 방향으로 배열된다. 노즐(6)이 배기 매니폴드(3)로부터 거의 법선 방향으로 연장하기 때문에, 노즐(6)은 회전 날개와 같은 작용을 하지 않는다(예를 들면, 노즐(6)은 역압을 증가시킨다). 따라서, 노즐(6) 각각은 대기를 향하여 폐색되지 않은 배기 가스 유동로를 갖는다. 노즐 개구(9)의 길이 대 폭 비율이 약 6 대 1 이상이기 때문에, 가스 리본을 닮은 길이 얇은 깃털 모양의 구름(plume)을 형성한다. 리본의 단면이 얇기 때문에, 적외선 탐지기로는 잘 식별되지 않는다. 또한, 리본 형태의 배기 가스는 주변 대기중으로 보다 용이하게 소산됨으로써, 적외선 신호가 더욱 감소된다.
배기 매니폴드(3)에 있어서 그 길이를 따라 미리 선택된 어떤 지점에서의 단면적은 미리 선택된 그 지점의 하류측에서의 노즐(6)의 전체 면적과 거의 동일한 총 면적을 갖는다. 매니폴드의 유입구 면적과 노즐 면적이 동일한 것과 관련하여, 배기 매니폴드(3)의 길이를 따라 배기 속도와 압력이 거의 일정하도록, 배기 매니폴드(3)가 테이퍼진다. 이에 의하면, 역압을 증가시켜 금속제 부품을 가열시키는 회전 날개를 사용하지 않고 노즐(6)을 통해 배기 매니폴드(3)의 길이를 따라 배기 가스 회전각이 거의 일정하게 된다. 특정 회전각은 특정 배기 속도에 의존하며, 이것에 따라 변화된다. 헬리콥터에 적용되는 대표적인 구성에 의하면 회전강이 약 45°로 일정하게 된다.
배기 가스의 적외선 신호의 세기를 저하시키기 위해 배기 매니폴드(3)를 따라 배기 가스와 냉각 공기를 혼합하기 위한 복수 개의 덕트(15)가 배치된다. 혼합 덕트(15)는 상류측 오리피스(18), 하류측 오리피스(21) 및 측벽(24)을 구비한다. 혼합 덕트는 배기 매니폴드(3)와 거의 법선 방향으로 연장한다. 따라서, 노즐(6)은 혼합 덕트(15) 내부에서 연장하도록 배열된다. 이러한 혼합 덕트는 브래킷(25)과 같은 통상의 수단에 의해 배기 매니폴드에 직접 부착되거나 적절한 항공기 부착부에 의해 매니폴드 위에 배치될 수 있다.
제3도에서 도시된 바와 같이, 혼합 덕트(15)는 배기 매니폴드(3)로부터 일정 간격 떨어져 있다. 이에 의하면, 노즐(6)과 혼합 덕트(15) 사이에 유입 공간이 제공된다. 또한, 혼합 덕트(15)는 배기 노즐(6)로의 시준선을 차단함으로써, 혼합 덕트 측벽(24)의 깊이 및 공간은 고온 배기 노즐로의 시준선이 예정 각도에서 벗어나는 것을 방지하도록 선택된다. 따라서, 배기 노즐은 혼합 덕트 측벽(24)과 거의 직각인 각도처럼 제한된 시준 각도에서 식별되지 않게 된다.
배기 가스가 혼합 덕트(15)를 통해 노즐(6)로부터 배출될 때, 노즐(6) 주변 유입 공간을 통해 혼합 덕트(15)의 상류측 오리피스(18)로 주변 공기가 대기압 상태에서 유입되면서 벤츄리 효과가 발생된다. 이 공기는 혼합 덕트(15)에서 배기 가스와 혼합되어 혼합 덕트(15)의 하류측 오리피스(21)로부터 저온 상태로 방출됨으로써, 적외선 신호의 세기가 저하된다. 게다가, 측벽과 고온 배기 가스 사이에 저온 공기가 차폐막 형태로 존재하기 때문에, 저온 공기는 혼합 덕트의 측벽(24)온도를 하강시킨다. 따라서, 고온 금속부의 적외선 신호도 감소된다.
제4도에서 길이 방향으로 배열된 복수 개의 불연속 노즐은 단일의 연속 노즐로 대체되었다. 복수 개의 직선형 혼합 덕트는 단일의 만곡형 혼합 덕트로 대체되었다. 배기 매니폴드(3)는 엔진에서 발생된 배기 가스를 수용하기 위한 유입구(54)를 구비한다. 제4도 및 제5도에 도시된 바와 같이, 배기 매니폴드(53)는 그 단면적이 유입구(54)(상류측)로부터 매니폴드의 폐쇄 단부(57)(하류측)까지 점진적으로 감소하도록 페이퍼진다. 배기 매니폴드(3)는 매니폴드로부터 연장하고 또 그 대부분의 길이를 따라 배치된 노즐(56)을 구비한다. 노즐 개구(59)와 배기 매니폴드(53)는 길이 방향으로 배열된다. 전술한 형상과 마찬가지로, 노즐(56)은 대기를 향하여 거의 방해받지 않는 배기로를 갖는다. 노즐(56)의 폭과 길이의 비는 가스성 리본과 유사한 길고 얇은 구름이 제공되도록 최대 약 1 대 60 이상이 바람직하다.
배기 매니폴드(53)의 외측에 혼합 덕트(65)가 배치된다. 혼합 덕트(65)는 배기 가스의 적외선 신호를 감소시키기 위해 저온 가스와 배기 가스를 혼합시킨다. 제4도에서, 혼합 덕트(65)는 배기 매니폴드(53)를 따라 배치된다. 이 혼합 덕트(65)는 배기 매니폴드(53)에 거의 직각으로 연장하고, 배기 매니폴드에 대하여 횡방향으로 만곡되어 있다. 혼합 덕트(65)는 상류측 오리피스(68), 하류측 오리피스(71) 및 측벽(74)을 구비한다. 혼합 덕트의 상류측 오리피스(68)는 노즐 개구(59)와 유체 연통 관계에 있다. 노즐(56)은 혼합 덕트(65) 내에서 이것과 정렬 관계로 연장한다. 또한, 이 혼합 덕트(65)는 배기 매니폴드(53)로부터 이격되어 있기 때문에, 노즐(56)과 혼합 덕트(65)사이에 유입 공간이 제공된다.
전술한 구성에 의하면, 이러한 적외선 발생 억제 장치는 배기 가스를 주변 공기와 혼합하여 최종 혼합물을 혼합 덕트를 통해 배출시킴으로써 적외선 이미지를 축소시킨다. 게다가, 혼합 덕트(65)의 내부 표면을 주변 공기가 차폐함으로써 상당한 온도 상승을 방지하여 적외선 신호를 감소시킨다. 따라서, 배기 가스와 고온 금속부의 적외선 신호가 감소된다. 최종적으로, 혼합 덕트(65)가 배기 매니폴드(53)에 대하여 횡방향으로 만곡되어 있기 때문에, 제6도에 도시된 바와 같이 배기 노즐을 향하는 시준선이 차단된다.
이러한 적외선 발생 억제 장치는 배기 가스 구름의 방향을 변화시키기 위하여 종래 장치와 반대로 회전할 수 있다. 제3도 및 제6도는 제1도 및 제3도에 도시된 두 개의 적외선 발생 억제 장치에 대한 특징을 도시한다. 제2도에 도시된 바와 같이, 작동기(2)와 같은 억제 장치를 회전시키는 회전 수단이 사용된다. 제1a도와 유사한 방식의 헬리콥터(1) 적용에 있어서, 배기 가스 구름의 방향이 헬리콥터 날개를 향하면, 배기 가스를 헬리콥터 하방의 와쉬(wash)와 혼합시킴으로써 적외선 발생 억제 효과가 증가된다. 또한, 이것은 시준선의 각도에 기초하여 그라운드와 대부분의 공기를 제거한다. 헬리콥터가 지상에 있고 날개가 회전하지 않을 때, 날개와 거의 평행한(제3도 및 제4도에서 가상선으로 도시) 배기 가스 구름의 방향은 날개 및 어떤 표면 가연성 물질을 보호한다.
본 발명은 로우터와 기류의 상호 작용 이외에 배기 가스와 대기 중의 공기를 혼합시켜 배기 가스의 적외선 신호를 감소시키는 적외선 발생 억제 장치를 제공한다. 게다가, 적외선 발생 억제 장치는 고온 배기 부품의 적외선 신호를 감소시키고 또 상당한 역압을 발생시키지 않고 배기 노즐에 대한 시준선을 제거한다. 마지막으로 배기 매니폴드의 급송 작용을 증가시킨다. 이러한 적외선 발생 억제 장치는 중량이 작은 구성을 사용하여 상기 결과를 얻는다. 따라서, 본 발명은 효과적인 방법으로 전체 적외선 신호를 충분히 감소시키는 적외선 발생 억제 장치를 제공함으로써 적외선 발생 억제 분야에 중요한 기여를 한다.

Claims (7)

  1. 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치로서, 상기 적외선 발생 억제 장치는 긴 테이퍼형 배기 매니폴드를 구비하며, 상기 매니폴드는 배기 가스를 받아들이기 위한 유입구와, 매니폴드와 유체 연통 관계에 있는 복수 개의 떨어진 매니폴드 노즐을 구비하며, 상기 노즐은 배기 가스를 분산시키기 위하여 상기 매니폴드를 따라 정렬된, 적외선 발생 억제 장치에 있어서, 측벽, 상류측 오리피스 및 하류측 오리피스 각각 갖는 복수 개의 혼합 덕트를 포함하며, 상기 상류측 오리피스 및 하류측 오리피스는 대기로 개방되어 있으며, 상기 노즐은 이 노즐과 길이 방향으로 정렬된 개구와, 대기를 향하는 비차단 배기 가스 유동로를 각각 가지며, 상기 매니폴드 노즐은 혼합 덕트 내부에서 이것과 떨어진 상태로 연장하는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
  2. 제1항에 있어서, 혼합 덕트는 혼합 덕트의 측벽과 직각에서 각각의 노즐에 대한 시준선(line of sight)을 차단하는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가스 터빈 엔진은 헬리콥터 날개에 동력을 전달하며 또 적외선 발생 억제 장치를 회전시키는 회전 수단을 구비하며, 상기 배기로는 헬리콥터 날개와 평행하게 배향되는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 매니폴드는 감소하는 단면적을 가지며, 상기 매니폴드의 단면적은 소정 지점에서 노즐 하류측의 전체 단면적과 동일한 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
  5. 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치로서, 상기 적외선 발생 억제 장치는 긴 테이퍼형 배기 매니폴드를 구비하며, 상기 매니폴드는 배기 가스를 받아들이기 위한 유입구와, 매니폴드와 유체 연통 관계에 있는 배기 가스를 분산시키기 위한 노즐을 구비하는, 적외선 발생 억제 장치에 있어서, 대기로 개방된 상류측 오리피스 및 하류측 오리피스 갖는 혼합 덕트를 포함하며, 상기 노즐은 매니폴드를 따라 선형으로 배치되고 또 개구를 구비하며, 상기 개구와 매니폴드를 길이 방향으로 정렬되며, 상기 노즐은 대기를 향하는 비차단 배기 가스 유동로를 가지며, 상기 노즐은 혼합 덕트 내부에서 이것과 떨어진 상태로 연장하며, 상기 혼합 덕트는 노즐에 대한 시준선을 차단하지 않기에 충분한 만곡부를 갖는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
  6. 헬리콥터 날개에 동력을 제공하는 가스 터빈 엔진과, 상기 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치를 포함하며, 상기 적외선 발생 억제 장치는 긴 테이퍼형 배기 매니폴드를 구비하며, 상기 매니폴드는 배기 가스를 받아들이기 위한 유입구와, 매니폴드와 유체 연통 관계에 있는 배기 가스를 분산시키기 위한 노즐을 구비하는, 헬리콥터에 있어서, 상기 노즐은 대기를 향하는 비차단 배기 가스 유동로를 가지며, 상기 적외선 발생 억제 장치는 대기로 개방된 상류측 오리피스 및 하류측 오리피스 갖는 혼합 덕트와, 배기 가스 유동로가 헬리콥터 날개와 평행하게 배향되도록 적외선 발생 억제 장치를 회전시키는 회전 수단을 구비하며, 상기 상류측 오리피스 및 하류측 오리피스는 대기로 개방되며, 상기 노즐은 혼합 덕트 내부에서 이것과 떨어진 상태로 연장하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
  7. 가스 터빈 엔진의 배기 가스로 인하여 적외선이 발생되는 것을 억제하는 장치로서, 상기 적외선 발생 억제 장치는 긴 테이퍼형 배기 매니폴드를 구비하며, 상기 매니폴드는 배기 가스를 받아들이기 위한 유입구와, 매니폴드와 유체 연통 관계에 있는 복수 개의 떨어진 매니폴드 노즐을 구비하고, 상기 노즐은 배기 가스를 분산시키기 위하여 매니폴드를 따라 정렬되어 있는, 적외선 발생 억제 장치에 있어서, 상기 노즐 각각은 개구를 구비하며, 각각의 개구와 매니폴드는 길이 방향으로 정렬되고, 각각의 노즐은 대기를 향하는 비차단 배기 가스 유동로를 가지는 것을 특징으로 하는 적외선 발생 억제 장치.
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