KR100504950B1 - 헬리콥터 테일팬 성능시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬리콥터의 꼬리로터 시스템인 반토크(테일팬) 시스템에 대한 성능 및 기능성을 시험하기 위한 헬리콥터 테일팬 성능시험 장치에 관한 것이다. 특히, 테일팬 시스템의 성능 변수인 추력 및 토크 특성, 팬 깃의 응력특성, 꼬리 기어박스(90도 감속기어박스)의 기능성 등을 시험하기 위한 헬리콥터 테일팬 성능시험장치에 관한 것이다.

본 발명은 유압모터(6)에 연결된 증속기어박스(5)에서 토크계(3)를 통과하며 테일펜 시스템(1)이 수평형태의 주 구동축(2)에 연결하여 실제 헬리콥터의 꼬리부에 직접 연결할 수 있도록 하는 주구동부(100)와,

상기 주 구동부(100)의 하측에서 경사힌지(7)와 전자식 서보 유압작동기(8)로 지지하며 고정밸런스(10)로 밸런스가 유지되는 지지부(200)와,

상기 지지부(200)의 하측에서 회전반 결합체(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 비행방향을 전환할 수 있도록 하는 회전부(300)로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

Description

헬리콥터 테일팬 성능시험장치{Helicopter tail-fan performance test bench}

본 발명은 헬리콥터 주 회전익의 토크를 상쇄하기 위한 테일팬 시스템에 대한 성능(추력, 토크 등)을 실제 헬리콥터의 꼬리 붐에 연결된 상태와 실제 비행 환경조건을 구현하여 보다 정밀한 시험이 가능하도록 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치에 관한 것이다.

헬리콥터 주 회전익이 회전함에 따라 헬리콥터 동체는 주 회전익 시스템의 회전 반대방향으로 회전하려는 특성을 갖는다.

이러한 특성을 토크 현상 이라하며, 이러한 토크를 헬리콥터의 꼬리 회전익 부분인 테일팬 시스템으로 상쇄시켜 주어 헬리콥터의 진행 방향을 유지하거나 테일팬 시스템의 성능효율을 증가 또는 감소시킴으로써 원하는 진행방향으로 방향전환이 가능하다.

헬리콥터 테일팬 시스템의 개발과 양산에 있어 성능 및 기능성 시험은 필수적인 인증시험 항목이다. 국내에는 아직까지 헬리콥터 테일팬 시스템을 개발한 경험을 보유하고 있지 않아 이러한 시험장치 또한 개발되지 않은 상황이다.

그러나 해외의 유수한 헬리콥터 제작업체나 개발기관에서는 필수적으로 보유하고 있어 완제기에 장착하기 전에 성능 및 기능시험을 수행하고 있다.

기존의 해외에서 보유하고 운용중인 대부분의 헬리콥터 꼬리로터 시험장치는 도 5 와 같은 형태로 덕트 팬 형태의 꼬리로터 하부에 구동모터를 위치시키고, 수직으로 연결된 구동축을 통해 구동력을 전달하는 형상을 갖고 있다.

이러한 기존의 헬리콥터 테일팬 시스템 시험장치들은 몇 가지 문제점들을 갖고 있다.

첫째, 실제 헬리콥터가 제자리 비행을 한다든가 전진비행을 할 경우 테일팬 시스템은 도 1과 같은 형상으로 장착된 상태에서 비행을 한다.

도 5와 같은 시험 장치를 이용하여 성능을 시험하는 것은 외부영향 즉, 바람의 방향이나 헬리콥터 꼬리부에 장착되는 위치에 따라 테일팬 시스템의 성능을 결정하는 주요한 요소인 추력 및 회전 모멘트(토크)를 정확히 시험하기 어렵다.

이는 테일팬 시스템의 장착 위치가 실제 헬리콥터의 꼬리부와 달라 실제 비행운용 조건을 정밀하게 구현해 줄 수 없기 때문이다.

다시 말하면, 시험 대상물인 테일팬 시스템에 적용되는 바람의 영향이나 헬리콥터 꼬리 붐(후미동체) 연결에 대한 영향을 충분히 고려할 수 없어 비행운용 조건에 따라 실제 헬리콥터의 비행조건을 보다 정확히 구현하지 못하는 단점을 갖고 있다.

둘째, "지상 - 공중 - 지상"의 비행 주기를 제공하는 것이 불가능하다. 왜냐하면, 성능시험장치가 실제 헬리콥터에 장착되는 테일팬 시스템과 같이 동일한 형상으로 구성되어 있지 않기 때문에 지상에서 이륙하는 과정, 전진 비행 또는 선회 비행하는 과정, 지상으로 착륙하는 과정 등 연속적인 비행 형태에 따라 테일팬 시스템이 갖는 성능에 대한 시험이 불가능하다.

셋째, 도 5와 같은 시험장치는 실제 헬리콥터의 테일팬 시스템과 동일한 팬 깃의 피치 각 제어를 통해 추력 성능효율을 변화시킬 때 발생하는 헬리콥터의 꼬리부에서부터 테일팬 시스템까지의 힘과 모멘트 변화를 측정할 수 없다.

테일팬 시스템만이 갖는 피치 각 변화에 따른 추력 및 토크를 측정할 수 있어 다양한 환경에서의 성능시험이 불가능하다.

또한, 팬 깃에 작용하는 응력 분포도 실제 비행운용 조건에서 형성되는 응력 분포를 정밀하게 구현하기 어렵다.

본 발명은 헬리콥터가 제자리 비행을 하거나 전진 비행을 수행하는 동안 주 회전익의 토크를 상쇄시키는 테일팬 시스템의 주요 성능변수인 추력, 토크, 팬 깃의 응력특성, 테일팬 또는 꼬리로터 기어박스의 기능성 등을 시험하여 측정하기 위한 것이다.

본 발명은 헬리콥터의 꼬리부와 테일팬 시스템에 대해 실제 비행운용 조건을 정밀하게 모사하여 바람의 방향이나 테일팬 시스템의 장착위치 즉, 구동축의 경사 각도에 따라 다양한 형태로 개발되는 테일팬 시스템에 대한 성능 및 기능 시험을 수행할 수 있도록 시험결과의 정확성을 높여주는 것이다.

본 발명의 기술적 목표를 달성하기 위해 실물크기의 테일팬 시스템에 대한 형상 및 기술적인 데이터를 사용하고, 기존 운용중인 실제 헬리콥터의 꼬리 붐(꼬리부)에 테일팬 시스템을 장착할 수 있도록 실제 헬리콥터의 꼬리 붐 데이터를 적용하여야 하며, 헬리콥터의 전진 방향 및 풍속 등 비행환경조건 등 기술적인 데이터를 사용함으로써 달성할 수 있다.

본 발명은 크게 세부분으로 나눌 수 있으며, 첫 번째는 주구동부(100)로서 회전력을 생성하고, 전달하는 역할을 하며, 두 번째는 지지부(200)로서 테일팬 시스템(1) 및 주구동부(100)를 지지하여 주고, 테일팬 시스템(1)이 장착된 꼬리부의 기울임을 조절하여 준다.

세 번째는 주구동부(10)와 지지부(200)를 모두 지지하면서 전체 시험장치의 회전을 가능하게 하는 회전부(300)로 나눌 수 있다.

본 발명은 유압모터(6)에 연결된 증속기어박스(5)에서 토크계(3)를 통과하며 테일펜 시스템(1)이 수평형태의 주 구동축(2)에 연결하여 실제 헬리콥터의 꼬리부에 직접 연결할 수 있도록 하는 주구동부(100)와,

상기 주 구동부(100)의 하측에서 경사힌지(7)와 전자식 서보 유압작동기(8)로 지지하며 고정밸런스(10)로 밸런스가 유지되는 지지부(200)와,

상기 지지부(200)의 하측에서 회전반 결합체(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 비행방향을 전환할 수 있도록 하는 회전부(300)로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.

상기 주구동부(100)는 유량 및 유압을 제어시스템을 통해 조절하여 공급하는 유압 공급 장치, 오일을 냉각시키는 냉각장치 등으로 구성된 유압시스템(20)을 통해 유압모터(6)는 주 구동축(2)의 회전에 필요한 동력으로 유량 및 유압을 공급받아 회전속도 및 토크를 생성하고, 유압모터(6)는 디스크 커플링(4)을 통해 증속기어박스(5)에 회전력을 전달한다.

증속기어박스(5)는 회전속도를 증속시켜 디스크 커플링(4)을 통해 토크계(3)에 전달하고, 토크계(3)는 전달된 회전속도와 토크를 측정하여 유압시스템(20)에 괘환(피드백, feedback)하여 준다.

이때 유압시스템 내부의 제어시스템은 일정한 회전력을 유지하는 역할을 한다.

회전력은 다시 디스크 커플링(4)을 통해 테일팬 시스템(1) 내부에 장착되어 팬 깃(18)에 최종적으로 전달되는 회전속도를 감속시키고, 회전력 전달 방향을 90도로 전환시켜 주는 꼬리 기어박스(19)를 통해 팬 깃(18)을 회전시킨다.

상기 테일팬 시스템(1)의 추력과 토크는 회전밸런스(17)를 통해 측정할 수 있다.

또한, 측정되는 추력 및 토크 신호를 비롯하여 팬 깃(18) 및 꼬리 기어박스(19)에 부착된 각종 센서들로부터 측정되는 스트레인 신호 및 온도 등의 신호는 슬립링(16)을 통해 별도의 데이터 획득 장치에 전달되어 성능 시험을 통해 얻어야 하는 성능변수들의 값들을 획득할 수 있다.

두 번째, 지지부(200)는 상기한 주구동부(100)를 지지하여 주며, 테일팬 시스템(1)을 포함한 헬리콥터의 꼬리부의 기울임을 주는 경사힌지(7)는 주 구동축(2)과 수직으로 교차하여 증속기어박스(5)의 아랫부분에 연결되어 있으며, 테일팬 시스템(1)이 기존 또는 개발되는 헬리콥터의 꼬리부에 장착될 경우 갖게 되는 경사 각도를 조절하여 시험할 수 있도록 전자식 서보 유압작동기(8)를 장착하였으며, 경사 각도가 고정될 경우 고정막대(9)를 연결하여 경사각도의 고정을 보조할 수 있도록 하였다.

만약, 전진비행 시험을 수행하면서, 꼬리부의 움직임이 필요할 경우 고정 막대(9)를 제거한 후 두 개의 전자식 서보 유압작동기(8, 8')를 고정 막대(9) 대신 추가 장착하여 연동시킴으로써 헬리콥터 테일팬 시스템(1)을 포함한 꼬리부의 움직임을 구현할 수 있다.

테일팬 시스템(1)이 구동되는 상황에서 피치제어시스템(21)을 이용해 팬 깃(18)의 피치를 조절하면서 추력 및 토크 성능 변화를 측정할 때 꼬리부에 미치는 힘과 모멘트에 대한 측정은 경사힌지(7) 아래에 장착된 고정밸런스(10)를 통해 이루어진다.

고정밸런스(10) 하부는 고정지지대(11)와 연결되어 있으며, 테일팬 시스템(1) 및 주구동부(100)의 자중을 충분히 견딜 수 있도록 견고하게 지지하도록 구성하였다.

세 번째, 회전부(300)의 경우 전진 비행 방향의 전환 등이 필요할 경우 회전반(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 테일팬 시스템(1) 및 지지부(200) 전체를 회전시켜 전진 비행 방향을 전환시킬 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 고정 지지대(11)가 회전반 내부의 베어링(14)과 연결되어 지지부(200)의 하중을 견디면서 비행 방향에 따라 회전반 결합체(12)의 회전이 가능하도록 구성되어 있으며, 전진 비행 방향의 고정이 필요할 경우 박형 유압작동기(15) 또는 15도 간격으로 360도 회전 평판에 볼트로 체결될 수 있도록 하여 회전반 결합체(12)를 고정할 수 있도록 구성하였다.

각종 유압작동기에 필요한 유압공급은 유압시스템(20)을 통해 이루어진다.

본 발명은 헬리콥터의 핵심 구성요소인 반 토크(테일팬) 시스템의 성능 및 기능 시험을 위한 것으로 실제 개발되어지는 테일팬 시스템의 기술적 데이터를 이용하여 기존의 해외에서 운용중인 시험장치의 단점을 보완하였고, 실제 헬리콥터의 꼬리부 형상을 이용하여 테일팬 시스템의 장착위치를 변경시킬 수 있도록 지지부에 경사조절장치인 경사 힌지를 이용하는 것이다.

본 발명은 헬리콥터 꼬리부 형상을 구현하여 주 구동축을 수평형태로 연결하였고, 단지, 테일팬 형식의 꼬리 로터 시스템에 대한 성능시험 뿐만 아니라, 전형적인 꼬리 로터 시스템에도 적용할 수 있는 것이다.

본 발명은 지상에서 이루어지는 필수적인 시험으로 지상 및 전진비행 성능시험을 모두 수행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 헬리콥터가 전진 비행할 경우에 대한 시험은 풍동(wind-tunnel) 내부에 본 시험 장치를 설치하고, 헬리콥터의 전진비행 방향에 따라 회전반의 각도를 조절하고, 전진 비행 시 기수의 숙임 및 들림(피칭 운동)에 따라 경사조절장치를 이용하여 테일팬 시스템이 연결된 헬리콥터 꼬리부의 기수 숙임 및 들림 운동을 구현하여 전진 비행 조건에서의 성능시험을 수행할 수 있는 것이다.

도 1 은 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 정면도

도 2 는 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 작동상태도

도 3 은 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 평면도

도 4 는 본 발명의 회전부에 대한 확대도

도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 대한 정면도

도 6 은 기존의 꼬리로터 시험장치에 대한 정면도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 테일팬 시스템 2 : 주구동축

3 : 토크계 4 : 디스크 커플링

5 : 증속기어박스 6 : 유압모터

7 : 경사 힌지 8, 13 : 전자식 서보 유압작동기

9 : 고정 막대 10 : 고정밸런스

11 : 고정지지대 12 : 회전반 결합체

14 : 기어 및 베어링 연결부 15 : 박형 유압작동기

16：슬립링(Slip ring) 17 : 회전밸런스

18 : 팬 깃 19 : 꼬리 기어박스

20 : 유압시스템 21 : 피치제어시스템

100 : 주구동부 200 : 지지부

300 : 회전부

Claims (7)

1. 헬리콥터의 꼬리 로터 시험장치에 있어서,

   유압모터(6)에 연결된 증속기어박스(5)에서 토크계(3)를 통과하며 테일펜 시스템(1)이 수평형태의 주 구동축(2)에 연결하여 실제 헬리콥터의 꼬리부에 직접 연결할 수 있도록 하는 주구동부(100)와,

   상기 주 구동부(100)의 하측에서 경사힌지(7)와 전자식 서보 유압작동기(8)로 지지하며 고정밸런스(10)로 밸런스가 유지되는 지지부(200)와,

   상기 지지부(200)의 하측에서 회전반 결합체(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 비행방향을 전환할 수 있도록 하는 회전부(300)로 이루어짐을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
2. 제1항에 있어서, 주 구동축(2)은 실제 운용중인 기존 헬리콥터의 꼬리부에 경사각을 가지면서 장착 가능하도록 고정 밸런스(10)와 경사힌지(7)로 연결되도록 함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
3. 제1항에 있어서, 주 구동축(2)은 유압시스템(20)을 이용하여 회전력을 공급하기 위해 유압모터(6)를 사용하였으며, 경사 각도조절 및 전진 비행 방향 전환을 위한 전자식 서보 유압작동기(8)를 사용함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
4. 제1항에 있어서, 테일펜 시스템(1)은 회전 밸런스(17)로 이루어지며 핸 깃(18)과 꼬리 기어박스(19)에 부착된 각종 센서들로부터 측정되는 신호 및 온도가 슬립링(16)을 통해 별도의 데이터 획득 장치에 전달되어 성능시험을 할 수 있도록 함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
5. 제1항에 있어서, 지지부(200)는 전자식 서보 유압작동기(8)의 작동으로 형성되는 경사각도의 고정을 보조하는 고정막대(9)를 더 포함하여, 지상 성능시험 뿐만 아니라, 전진비행 성능시험을 풍동을 이용하여 수행할 수 있으며, 전진비행 성능시험의 경우 헬리콥터의 기수 숙임 및 들림에 따른 피칭 운동을 제어할 수 있도록 함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
6. 제1항에 있어서, 회전부(300)는 헬리콥터의 기수 방향 전환을 정밀하게 구현하기 위해 회전반 결합체(12)의 하측으로 전자식 서보 유압작동기(13)를 설치함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.
7. 제1항에 있어서, 지지부(200)는 전자식 서보 유압작동기(8)와, 경사힌지(7)를 기준으로 이와 연동하는 다른 전자식 서보 유압작동기(8')를 사용하여, 지상 성능시험 뿐만 아니라, 전진비행 성능시험을 풍동을 이용하여 수행할 수 있으며, 전진비행 성능시험의 경우 헬리콥터의 기수 숙임 및 들림에 따른 피칭 운동을 제어할 수 있도록 함을 특징으로 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치.