KR100946639B1 - A flap/lag angle measurement system and measurement method for helicopter rotor blade - Google Patents

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김도형
김승호
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한국항공우주연구원
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Abstract

PURPOSE: A flap-lag angle measuring system and method for a helicopter rotor blade are provided to measure accurate rotation angle of a helicopter rotor blade by preventing influence by pitch angle of the blade on measurement. CONSTITUTION: A flap-lag angle measuring system for a helicopter rotor blade comprises a hub, four blades extended from the hub in the radial direction, an elastic bearing(102) mutually connecting the hub and the blade, a linear displacement sensor for length measurement which measures displacement of the elastic bearing according to changes in flap, lag, and pitch of each blade, and a rotation angle calculation module which calculates the rotation angle from a measurement signal of the linear displacement sensor.

Description

헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각 측정 장치 및 측정방법{A flap/lag angle measurement system and measurement method for helicopter rotor blade}A flap / lag angle measurement system and measurement method for helicopter rotor blade}

본 발명은 기계적 힌지를 가지는 관절형 헬리콥터 로터시스템과 같이 회전각도 측정이 가능한 회전축을 가지지 않는 탄성체 베어링을 가지는 헬리콥터 로터시스템의 블레이드 회전각을 측정하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus and method for measuring the blade rotation angle of a helicopter rotor system having an elastic bearing that does not have a rotation axis capable of measuring the rotation angle, such as an articulated helicopter rotor system having a mechanical hinge.

본 발명은 탄성체 베어링의 회전을 통해 블레이드의 플랩, 래그, 피치 회전각이 구현되는 헬리콥터 로터시스템의 플랩, 래그 각도를 측정하는 방법에 관한 것이다. 헬리콥터 블레이드의 회전각 측정은 공기역학적 특성 파악 및 로터 블레이드에 작용하는 하중 계산 등 설계/해석 결과의 검증을 위해 필수적인 측정항목 중 하나이다.The present invention relates to a method for measuring the flap and the lag angle of the helicopter rotor system that implements the flap, lag, pitch rotation angle of the blade through the rotation of the elastomer bearing. The rotation angle measurement of the helicopter blade is one of the essential items for verifying the design / analysis results, such as understanding the aerodynamic characteristics and calculating the load on the rotor blades.

헬리콥터 블레이드의 회전각은 도 1과 같이 플랩, 래그, 피치 세 가지로 구분되며 각각의 힌지를 중심으로 회전 운동이 발생한다. 각각의 힌지는 서로 다른 위치에 있거나 동일한 위치에 있을 수 있다. 종래의 기계적 힌지를 가지는 헬리콥터 로터시스템의 경우 기계적 축을 중심으로 회전하는 각도의 측정에 의해 플랩, 래그, 피치 각도를 계측할 수 있다. 이와 같이 기계적 축을 중심으로 회전하는 각도의 측정을 하는 경우 플랩, 래그, 피치각을 각각의 회전축에서 독립적으로 측정이 가능하지만, 탄성체 베어링을 통해 연결된 경우에는 플랩, 래그, 피치 변형이 복합적으로 발생하므로 측정이 용이하지 않고 실시간으로 측정하기에 어려움이 많게 된다. The rotation angle of the helicopter blade is divided into three types, such as flap, lag, and pitch, as shown in FIG. 1, and rotational motion occurs around each hinge. Each hinge may be in a different position or in the same position. In a conventional helicopter rotor system having a mechanical hinge, flaps, lags, and pitch angles can be measured by measuring an angle of rotation about a mechanical axis. When measuring the angle of rotation about the mechanical axis as described above, the flap, lag, and pitch angle can be measured independently on each axis of rotation.However, when connected through an elastomer bearing, flap, lag, and pitch deformation occur in combination. Measurement is not easy and it is difficult to measure in real time.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 겉으로 드러난 회전축을 가지지 않는 탄성체 베어링을 가지는 로터 시스템의 블레이드 회전각을 측정하기 위한 것으로, 네 개의 선형 길이 측정을 통해 플랩, 래그 회전각도를 측정할 수 있는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to measure a blade rotation angle of a rotor system having an elastomer bearing having no visible rotational axis, and flap and lag through four linear length measurements. The present invention provides a helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring apparatus and method capable of measuring rotation angle.

또한, 본 발명의 다른 목적은 블레이드의 피치각도가 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각을 측정하는 데 영향을 주지 않도록 하여 측정이 가능한 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring apparatus and method which can be measured so that the pitch angle of the blade does not affect the measurement of the helicopter rotor blade flap-lag rotation angle.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치는, 회전되도록 장착되는 허브(100)와, 상기 허브(100)로부터 반경방향으로 연장되는 네 개의 블레이드(106)와, 상기 허브(100)와 블레이드(106)를 연결하며 상기 블레이드(106)가 플랩(flap), 래그(lag), 피치(pitch) 변화 운동되도록 연결하는 탄성체 베어링(102)으로 이루어지는 헬리콥터 로터 블레이드의 플랩-래그 회전각도를 측정하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치에 있어서, 상기 허브(100)와 각각의 상기 블레이드(106)가 연결되는 허브 벽(105)과 상기 허브(100)와 연결되는 방향에 위치한 상기 탄성체 베어링(102) 끝단을 연 결하여 각각의 상기 블레이드(106)의 플랩, 래그, 피치 변화에 따른 상기 탄성체 베어링(102)의 변위를 측정하며, 중심이 상기 탄성체 베어링(102)의 회전중심(103)과 각각의 상기 블레이드(106)의 피치 회전 중심축과 일직선이 이루며 상기 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루도록 설치되는 각각의 길이측정 선형 변위센서와, 상기 길이측정 선형 변위센서의 측정신호로부터 회전각을 계산하는 회전각 계산 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring device of the present invention for achieving the above object, the hub 100 is mounted to rotate, four blades 106 extending radially from the hub 100 and And a rotor rotor blade configured to connect the hub 100 and the blade 106 and the elastic bearing 102 to connect the blade 106 to flap, lag, and pitch change movement. In the helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring device for measuring the flap-lag rotational angle, the hub wall 105 and each of the blades 106 is connected to the hub 100 and connected to the hub 100 Connect the ends of the elastomer bearing 102 located in the direction to measure the displacement of the elastomer bearing 102 according to the flap, lag and pitch of each blade 106, the center of the Each length measurement linear displacement sensor is installed in a line with the center of rotation 103 of the elastomer bearing 102 and the central axis of pitch rotation of each of the blades 106 and the straight line is perpendicular to the hub section and the elastomer bearing section. And a rotation angle calculation module for calculating a rotation angle from the measurement signal of the length measurement linear displacement sensor.

또한, 상기 길이측정 선형 변위센서는 십자형상으로 설치되며 양단부가 허브 벽 중심(105)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있고, 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면과 수직을 이루는 수직축과 평행하고, 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면의 세로축과 평행함을 특징으로 한다. In addition, the length measuring linear displacement sensor is installed in a cross shape and both ends are separated by the same distance from the hub wall center 105, the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction is perpendicular to the horizontal plane of the elastic bearing The length measuring linear displacement sensor parallel to the vertical axis and installed in the horizontal direction is characterized by being parallel to the longitudinal axis of the horizontal plane of the elastic bearing.

또, 상기 회전각 계산 모듈은 하기 식에 의해 플랩 회전각도가 계산되는 것을 특징으로 한다. In addition, the rotation angle calculation module is characterized in that the flap rotation angle is calculated by the following equation.

β = sin-1((PPA2 - PPC2)/(4×l×t))β = sin -1 ((PPA 2 -PPC 2 ) / (4 × l × t))

(β: 블레이드의 플랩 회전각도,(β: flap rotation angle of the blade,

PPA2 - PPC2: 블레이드 플랩 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPA 2 -PPC 2 : Distance squared difference between the end of the elastomer bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction during blade flap rotation

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리)t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor)

아울러, 상기 회전각 계산 모듈은 하기 식에 의해 래그 회전각도가 계산되는 것을 특징으로 한다. In addition, the rotation angle calculation module is characterized in that the lag rotation angle is calculated by the following equation.

ζ = sin-1((PPB2 - PPD2)/(-4×l×t×cosβ))ζ = sin -1 ((PPB 2 -PPD 2 ) / (-4 × l × t × cosβ))

(ζ: 블레이드의 래그 회전각도,(ζ: lag rotation angle of the blade,

PPB2 - PPD2: 블레이드 래그 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPB 2 -PPD 2 : Distance squared difference between the end of the elastic bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the horizontal direction when the blade lag rotates

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor

β: 블레이드의 플랩 회전각도)β: angle of rotation of the flap of the blade)

본 발명의 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법은, 회전되도록 장착되는 허브(100)와, 상기 허브(100)로부터 반경방향으로 연장되는 네 개의 블레이드(106)와, 상기 허브(100)와 블레이드(106)를 연결하며 상기 블레이드(106)가 플랩(flap), 래그(lag), 피치(pitch) 변화 운동되도록 연결하는 탄성체 베어링(102)으로 이루어지는 헬리콥터 로터 블레이드의 플랩-래그 회전각도를 측정하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법에 있어서, a) 상기 허브(100)와 각각의 상기 블레이드(106)가 연결되는 허브 벽(105)과 상기 허브(100)와 연결되는 방향에 위치한 상기 탄성체 베어링(102) 끝단을 연결하여 각각의 상기 블레이드(106)의 플랩, 래그, 피치 변화에 따른 상기 탄성체 베어링(102)의 변위를 측정하며, 중심이 상기 탄성체 베어링(102)의 회전중심(103)과 각각의 상기 블레이 드(106)의 피치 회전 중심축과 일직선이 이루며 상기 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루도록 설치되는 각각의 길이측정 선형 변위센서에 의해 네 개의 직선거리 측정 단계; b) 측정된 직선거리 변화를 이용한 플랩 회전각도 계산 단계; c) 측정된 직선거리 변화와 플랩 회전각도를 이용한 래그 회전각도 계산 단계; d) 상기 계산된 플랩-래그 회전각도 출력 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. Helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measurement method of the present invention, the hub 100 is mounted to be rotated, four blades 106 extending radially from the hub 100, and the hub 100 and Measuring the flap-lag rotational angle of the helicopter rotor blades comprising an elastomer bearing 102 that connects the blades 106 and connects the blades 106 to flap, lag, and pitch varying motions. In the helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring method, a) the hub 100 and each of the blade 106 is connected to the hub wall 105 and the direction in which the hub 100 is connected The end of the elastomer bearing 102 is connected to measure the displacement of the elastomer bearing 102 according to the flap, lag, and pitch change of each blade 106, and the center of the elastomer bearing 102 is being rotated. Four linear distances are measured by respective length measuring linear displacement sensors which are in line with the central axis of pitch rotation of 103 and each of the blades 106 and the straight line is perpendicular to the hub cross section and the elastic bearing cross section. step; b) calculating the flap rotation angle using the measured linear distance change; c) lag rotation angle calculation step using the measured linear distance change and the flap rotation angle; d) outputting the calculated flap-lag rotational angle; Characterized in that it comprises a.

또한, 상기 길이측정 선형 변위센서는 십자형상으로 설치되며 양단부가 허브 벽 중심(105)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있고, 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면과 수직을 이루는 수직축과 평행하고, 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면의 세로축과 평행함을 특징으로 한다. In addition, the length measuring linear displacement sensor is installed in a cross shape and both ends are separated by the same distance from the hub wall center 105, the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction is perpendicular to the horizontal plane of the elastic bearing The length measuring linear displacement sensor parallel to the vertical axis and installed in the horizontal direction is characterized by being parallel to the longitudinal axis of the horizontal plane of the elastic bearing.

또, 상기 b) 단계의 플랩 회전각도는 하기 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다. In addition, the flap rotation angle of step b) is characterized by the following formula.

β = sin-1((PPA2 - PPC2)/(4×l×t))β = sin -1 ((PPA 2 -PPC 2 ) / (4 × l × t))

(β: 블레이드의 플랩 회전각도,(β: flap rotation angle of the blade,

PPA2 - PPC2: 블레이드 플랩 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPA 2 -PPC 2 : Distance squared difference between the end of the elastomer bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction during blade flap rotation

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리)t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor)

아울러, 상기 c) 단계의 래그 회전각도는 하기 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 한다. In addition, the lag rotation angle of step c) is characterized in that calculated by the following equation.

ζ = sin-1((PPB2 - PPD2)/(-4×l×t×cosβ))ζ = sin -1 ((PPB 2 -PPD 2 ) / (-4 × l × t × cosβ))

(ζ: 블레이드의 래그 회전각도,(ζ: lag rotation angle of the blade,

PPB2 - PPD2: 블레이드 래그 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPB 2 -PPD 2 : Distance squared difference between the end of the elastic bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the horizontal direction when the blade lag rotates

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor

β: 블레이드의 플랩 회전각도)β: angle of rotation of the flap of the blade)

본 발명은 허브의 고정면에 위치한 네 개의 지점과 회전하는 탄성체 베어링 끝 단의 한 개의 지점간의 네 개의 길이 변화를 측정함으로써 블레이드의 회전변위에 의한 탄성체 베어링의 플랩/래그 회전 각도를 측정할 수 있다.The present invention can measure the flap / lag rotational angle of the elastomer bearing by the rotational displacement of the blade by measuring four length changes between four points located on the stationary surface of the hub and one point of the rotating elastomer bearing end. .

본 발명은 회전운동이 발생하는 기계적인 회전축이 존재하지 않는 상태에서 회전 중심으로부터 일정한 거리에 있는 평면의 회전 운동에 의해 고정면과 이루는 각을 측정하는 방법으로 측정하는 면과 피치 회전축이 수직을 이루게 되어 피치각 변화는 측정에 영향을 주지 않아 신속하고 정확하게 블레이드의 회전각도를 측정할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, a plane and a pitch axis of rotation are perpendicular to each other by a method of measuring an angle formed with a fixed surface by a rotation of a plane at a predetermined distance from the center of rotation in a state where there is no mechanical axis of rotation in which a rotational motion occurs. As a result, the pitch angle change does not affect the measurement, and thus the blade rotation angle can be measured quickly and accurately.

본 발명은 탄성체 댐퍼를 사용하는 헬리콥터 로터시스템에서 탄성체 베어링을 중심으로 회전하는 로터 블레이드의 회전각을 측정하기 위한 것으로 구체적으로는 기계적 힌지를 가지는 관절형 헬리콥터 로터시스템과 같이 회전각도 측정이 가능한 회전축을 가지지 않는 탄성체 베어링이 구비된 헬리콥터 로터시스템의 블레이드 회전각을 측정하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. The present invention is to measure the rotation angle of the rotor blade that rotates around the elastomer bearing in a helicopter rotor system using an elastic damper, specifically a rotating shaft capable of measuring the rotation angle, such as an articulated helicopter rotor system having a mechanical hinge A method and apparatus for measuring the blade rotation angle of a helicopter rotor system with an elastomer bearing having no bearing.

이는 고정면과 회전면 사이를 연결하는 네 개의 길이변화 측정 장치를 통해 구현되며, 길이 변화를 이용하여 회전각을 계산하여 플랩 회전각 및 래그 회전각을 계측한다.This is realized through four length change measuring devices connecting the fixed surface and the rotating surface. The rotation angle is calculated using the length change to measure the flap rotation angle and the lag rotation angle.

이를 위하여 본 발명에 따른 회전각 측정 장치는, 허브와 베어링을 연결하는 네 개의 길이측정 선형 변위센서와 측정 신호로부터 회전각을 계산하는 모듈로 구성하되, 길이측정 선형 변위센서의 허브 연결부 네 개 지점은 십자 형태가 되고, 길이측정 선형 변위센서의 중심과 탄성체 베어링 연결부 한 개 지점(104)과 탄성체 베어링 회전 중심(103)은 블레이드 피치축과 일직선 상에 위치하며, 그 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루는 것을 특징으로 한다. 측정 신호는 회전각을 계산 모듈로 전달되어 회전각으로 실시간 변환하여 각도 값으로 출력하거나 신호 자체를 제공하여 후처리로 각도를 추출할 수도 있다.To this end, the rotation angle measuring device according to the present invention comprises a four length measuring linear displacement sensor connecting the hub and the bearing and a module for calculating the rotation angle from the measurement signal, four points of the hub connection portion of the length measuring linear displacement sensor Becomes cross-shaped, the center of the longitudinal linear displacement sensor and one point of elastic bearing connection 104 and the center of rotation of the elastomer bearing 103 are located in line with the blade pitch axis, the straight line of the hub cross section and the elastomer bearing It is characterized in that it is perpendicular to the cross section. The measurement signal may be transmitted to the calculation module to convert the rotation angle into a rotation angle in real time and output as an angle value, or the signal may be provided to extract the angle by post-processing.

이러한 방법은 두 개의 마주보는 면과 면 사이의 각도를 측정하는데 활용할 수 있다.This method can be used to measure the angle between two opposite faces.

이하에서는 본 발명에 따른 회전각 측정 방법에 대하여 도면을 참조하여 설 명하기로 한다.Hereinafter, a rotation angle measuring method according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 2와 같이 회전되도록 장착되는 허브(100)와, 상기 허브(100)로부터 반경방향으로 연장되는 네 개의 블레이드(106)와, 상기 허브(100)와 블레이드(106)를 연결하며 상기 블레이드(106)가 플랩(flap), 래그(lag), 피치(pitch) 변화 운동되도록 연결하는 탄성체 베어링(102)으로 이루어지는 헬리콥터 로터시스템은 로터회전중심(101)을 기준으로 회전하며 양력과 추력을 발생시킨다. 이때 작용하는 공기력과 관성력 등으로 블레이드는 탄성체 베어링 회전중심(103)을 기준으로 회전운동이 발생하며, 각 방향별 회전축, 즉, 플랩, 래그, 피치 회전축은 동일한 곳(103)에 위치한다. 이러한 회전 운동은 허브 벽(105)과 탄성체 베어링 끝단(104)간의 상대적인 각도 변화를 유발하며 허브 벽(105)에 위치한 네 개의 점과 탄성체 베어링 끝단(104)을 연결하는 직선의 길이 변화를 통해 회전각을 측정한다. The hub 100 mounted to rotate as shown in FIG. 2, four blades 106 extending radially from the hub 100, the hub 100 and the blades 106 are connected to the blades 106. Helicopter rotor system consisting of an elastomer bearing 102 connecting the flap, the lag, and the pitch change movement is rotated about the rotor rotation center 101 and generates lift and thrust. At this time, due to the aerodynamic force and inertial force acting on the blade, the rotational motion occurs based on the elastic bearing rotation center 103, and the rotational axis in each direction, that is, the flap, the lag, and the rotational axis of rotation are located at the same place 103. This rotational movement causes a change in the relative angle between the hub wall 105 and the elastomer bearing end 104 and rotates through a change in the length of the straight line connecting the four points located at the hub wall 105 and the elastomer bearing end 104. Measure the angle.

이때, 길이측정 선형 변위센서는 상기 허브(100)와 각각의 상기 블레이드(106)가 연결되는 허브 벽(105)과 상기 허브(100)와 연결되는 방향에 위치한 상기 탄성체 베어링(102) 끝단을 연결하여 각각의 상기 블레이드(106)의 플랩, 래그, 피치 변화에 따른 상기 탄성체 베어링(102)의 변위를 측정하며, 중심이 상기 탄성체 베어링(102)의 회전중심(103)과 각각의 상기 블레이드(106)의 피치 회전 중심축과 일직선이 이루며 상기 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루도록 설치된다. In this case, the length measurement linear displacement sensor connects the hub wall 105 to which the hub 100 and each of the blades 106 are connected, and the end of the elastomer bearing 102 located in a direction to be connected to the hub 100. To measure the displacement of the elastomer bearing 102 according to the flap, lag and pitch of each of the blades 106, the center being the center of rotation 103 of the elastomer bearing 102 and each of the blades 106 The straight line is installed to be perpendicular to the hub cross section and the elastic bearing cross section.

도 3은 탄성체 베어링(102)의 회전이 없을 때 회전중심(103)으로부터 베어링 끝단(104)과 허브 벽(105)까지의 기하학적 위치를 나타낸다. 도시된 바와 같이 상 기 길이측정 선형 변위센서는 십자형상으로 설치되며 양단부가 허브 벽 중심(105)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있고, 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면과 수직을 이루는 수직축과 평행하고, 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면의 세로축과 평행하게 설치된다. 3 shows the geometric position from the center of rotation 103 to the bearing end 104 and the hub wall 105 in the absence of rotation of the elastomer bearing 102. As shown in the figure, the linear linear displacement sensor is installed in a cross shape and both ends thereof are separated by the same distance from the center of the hub wall 105, and the longitudinal linear displacement sensor is installed in the longitudinal direction with the horizontal plane of the elastic bearing. The length measuring linear displacement sensor, which is parallel to the vertical axis which is vertical and is installed in the horizontal direction, is installed to be parallel to the longitudinal axis of the horizontal plane of the elastic bearing.

탄성체 베어링 회전중심(103)은 "O"로, 베어링 끝단(104)은 "P", 허브 벽의 중심(105)을 "Q"로 표시하고, "Q"를 중심으로 y-축, z-축과 평행하게 "B", "D", "A", "C"를 정한다. 여기서 BD와 AC는 서로 수직이며 네 점은 "Q"로부터 동일한 거리에 위치하여 동일한 길이를 가진다. 즉, QA=QB=QC=QD 이며, PA=PB=PC=PD 이다.Elastomeric bearing center of rotation 103 is "O", bearing end 104 is "P", center 105 of hub wall is marked "Q", y-axis, z- Set "B", "D", "A" and "C" parallel to the axis. Here BD and AC are perpendicular to each other and four points are located at the same distance from "Q" and have the same length. That is, QA = QB = QC = QD and PA = PB = PC = PD.

도 4는 도 3으로부터 플랩, 래그, 피치 회전이 발생할 경우를 나타내며 이때 "P"는 "PP"로 위치를 이동하게 되어 "A", "B", "C", "D" 로부터의 거리에 변화가 발생한다. 이 거리 변화로부터 플랩 및 래그 회전각을 추출한다. 여기서, "P"는 블레이드와 연결된 축 상에 있게 되므로 피치 회전각은 계측에 영향을 미치지 않는다. 이와 같이 본 발명은 피치 회전각이 플랩 회전각 및 래그 회전각을 계측에 영향을 주지 않게 되므로 측정이 간단하고 신속하고 정확하게 측정이 가능하게 된다. 이때, 피치각은 본 장치로 측정이 불가하지만 조종 입력 값으로 추정이 가능하다.4 shows a case in which flaps, lags, and pitch rotations occur from FIG. 3, where "P" is moved to "PP" to the distance from "A", "B", "C", and "D". Change occurs. The flap and lag rotation angles are extracted from this change in distance. Here, "P" is on the axis connected with the blade, so the pitch rotation angle does not affect the measurement. In this way, the pitch rotation angle does not affect the measurement of the flap rotation angle and the lag rotation angle, so that the measurement is simple, quick and accurate. At this time, the pitch angle can not be measured by the device, but can be estimated by the steering input value.

도 4의 변형 형상을 기준으로 회전각을 추출하는 방법은 다음과 같다. 우선, "P"는 회전 중심 "O"로부터 거리 "l"만큼(l>0) 떨어져 있고, "Q" 는 "P"로부터 "h"만큼(h>0) 떨어져 있다고 하면, P = (-l, 0, 0), Q = (-l-h, 0, 0)의 위치에 있다. "B", "D", "A", "C"가 "Q"로부터 떨어진 거리는 "t"라고(t>0) 하면 A = (-l-h, 0, t), B = (-l-h, -t, 0), C = (-l-h, 0, -t), D = (-l-h, t, 0)이다. 플랩, 래그, 피치 회전에 따른 "PP"의 변화된 위치는 다음과 같다.The method of extracting the rotation angle based on the deformed shape of FIG. 4 is as follows. First, if "P" is a distance "l" (l> 0) away from the rotation center "O" and "Q" is a "h" from "P" (h> 0), then P = (- l, 0, 0), Q = (-lh, 0, 0) If "B", "D", "A", and "C" the distance from "Q" is "t" (t> 0), then A = (-lh, 0, t), B = (-lh,- t, 0), C = (-lh, 0, -t), and D = (-lh, t, 0). The changed position of "PP" according to the flap, lag, and pitch rotation is as follows.

PP = (-l×cosβ× cosζ, -l× cosβ× sinζ, -PO× sinβ) (식 1)PP = (-l × cosβ × cosζ, -l × cosβ × sinζ, -PO × sinβ) (Equation 1)

"PP"로부터 "A", "B", "C", "D"간의 거리의 제곱은 다음과 같다.The square of the distance from "PP" to "A", "B", "C", and "D" is as follows.

PPA2 = -2×l×h×cosβ×cosζ - 2×l×l×cosβ×cosζ + h×h + 2×h×l + 2×l×l + 2×l×t×sinβ + t×tPPA 2 = -2 × l × h × cosβ × cosζ-2 × l × l × cosβ × cosζ + h × h + 2 × h × l + 2 × l × l + 2 × l × t × sinβ + t × t

PPB2 = -2×l×h×cosβ×cosζ - 2×l×l×cosβ×cosζ + h×h + 2×h×l + 2×l×l - 2×l×t×cosβ×sinζ + t×tPPB 2 = -2 × l × h × cosβ × cosζ-2 × l × l × cosβ × cosζ + h × h + 2 × h × l + 2 × l × l-2 × l × t × cosβ × sinζ + t × t

PPC2 = -2×l×h×cosβ×cosζ - 2×l×l×cosβ×cosζ + h×h + 2×h×l + 2×l×l - 2×l×t×sinβ + t×tPPC 2 = -2 × l × h × cosβ × cosζ-2 × l × l × cosβ × cosζ + h × h + 2 × h × l + 2 × l × l-2 × l × t × sinβ + t × t

PPD2 = -2×l×h×cosβ×cosζ - 2×l×l×cosβ×cosζ + h×h + 2×h×l + 2×l×l + 2×l×t×cosβ×sinζ + t×t (식 2)PPD 2 = -2 × l × h × cosβ × cosζ-2 × l × l × cosβ × cosζ + h × h + 2 × h × l + 2 × l × l + 2 × l × t × cosβ × sinζ + t × t (Equation 2)

(식 2)로부터 다음의 관계식을 찾을 수 있다.From Equation 2, the following relational expression can be found.

PPA2 - PPC2 = 4×l×t×sinβ (식 3)PPA 2 -PPC 2 = 4 × l × t × sinβ (Equation 3)

PPB2 - PPD2 = -4×l×t×cosβ×sinζ (식 4)PPB 2 -PPD 2 = -4 × l × t × cosβ × sinζ (Equation 4)

(식 3)으로부터 플랩 회전각은 다음과 같이 구할 수 있다.From (Equation 3), the flap rotation angle can be obtained as follows.

β = sin-1((PPA2 - PPC2)/(4×l×t)) (식 5)β = sin -1 ((PPA 2 -PPC 2 ) / (4 × l × t)) (Equation 5)

(β: 블레이드의 플랩 회전각도,(β: flap rotation angle of the blade,

PPA2 - PPC2: 블레이드 플랩 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPA 2 -PPC 2 : Distance squared difference between the end of the elastomer bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction during blade flap rotation

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리)t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor)

(식 4)와 (식 5)를 이용하여 래그 회전각은 다음과 같이 계산된다.Using (Equation 4) and (Equation 5), the lag rotation angle is calculated as follows.

ζ = sin-1((PPB2 - PPD2)/(-4×l×t×cosβ)) (식 6)ζ = sin -1 ((PPB 2 -PPD 2 ) / (-4 × l × t × cosβ)) (Equation 6)

(ζ: 블레이드의 래그 회전각도,(ζ: lag rotation angle of the blade,

PPB2 - PPD2: 블레이드 래그 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPB 2 -PPD 2 : Distance squared difference between the end of the elastic bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the horizontal direction when the blade lag rotates

l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing

t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor

β: 블레이드의 플랩 회전각도)β: angle of rotation of the flap of the blade)

도 5는 상기와 같이 도 4의 변형된 길이 측정을 통해 (식 5), (식 6)의 플랩, 래그 회전각을 계측하는 방법을 나타낸 플로우챠트이다. 측정된 길이변화를 이용하여 각도를 계산하는 과정은 내장된 DSP(digital signal processor)를 이용하거나, 외부의 PC(personal computer)를 이용할 수도 있다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of measuring flaps and lag rotation angles of Equations 5 and 6 by measuring the modified length of FIG. 4 as described above. The process of calculating the angle using the measured length change may use a built-in digital signal processor (DSP) or an external personal computer (PC).

도 1은 헬리콥터 로터 블레이드 회전각의 정의를 나타낸 도면.1 shows the definition of a helicopter rotor blade rotation angle.

도 2는 탄성체 베어링으로 구현되는 힌지를 가지는 로터 허브의 평면도.2 is a plan view of a rotor hub having a hinge embodied as an elastomer bearing;

도 3은 탄성체 베어링의 회전이 없을 때 허브와의 상대적인 위치를 나타낸 도면.3 shows a relative position with the hub when there is no rotation of the elastomer bearing.

도 4는 탄성체 베어링의 회전으로 변화된 허브와의 상대적인 위치를 나타낸 도면.4 is a view showing a relative position with the hub changed by the rotation of the elastomer bearing.

도 5는 플랩-래그 회전각 계측방법을 나타낸 플로우챠트.5 is a flowchart showing a flap-lag rotation angle measuring method.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]

100: 허브 101: 로터 회전중심100: hub 101: rotor rotation center

102: 탄성체 베어링 103: 탄성체 베어링 회전중심102: elastomer bearing 103: elastomer bearing rotation center

104: 탄성체 베어링 끝단 105: 허브 벽104: elastomer bearing end 105: hub wall

106: 블레이드106: blade

Claims (8)

회전되도록 장착되는 허브(100)와, 상기 허브(100)로부터 반경방향으로 연장되는 네 개의 블레이드(106)와, 상기 허브(100)와 블레이드(106)를 연결하며 상기 블레이드(106)가 플랩(flap), 래그(lag), 피치(pitch) 변화 운동되도록 연결하는 탄성체 베어링(102)으로 이루어지는 헬리콥터 로터 블레이드의 플랩-래그 회전각도를 측정하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치에 있어서, A hub 100 mounted to rotate, four blades 106 extending radially from the hub 100, connecting the hub 100 and the blades 106, and the blades 106 with flaps ( In a helicopter rotor blade flap-lag rotational angle measuring device for measuring the flap-lag rotational angle of a helicopter rotor blade consisting of an elastomer bearing 102 that is connected to flap, lag, pitch change movement, 상기 허브(100)와 각각의 상기 블레이드(106)가 연결되는 허브 벽(105)과 상기 허브(100)와 연결되는 방향에 위치한 상기 탄성체 베어링(102) 끝단을 연결하여 각각의 상기 블레이드(106)의 플랩, 래그, 피치 변화에 따른 상기 탄성체 베어링(102)의 변위를 측정하며, 중심이 상기 탄성체 베어링(102)의 회전중심(103)과 각각의 상기 블레이드(106)의 피치 회전 중심축과 일직선이 이루며 상기 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루도록 설치되는 각각의 길이측정 선형 변위센서와, Each of the blades 106 is connected to the hub wall 105 to which the hub 100 and each of the blades 106 are connected, and the ends of the elastomer bearing 102 located in the direction of the connection to the hub 100. The displacement of the elastomer bearing 102 according to the flap, lag, and pitch change of the center, the center of which is in line with the center of rotation 103 of the elastomer bearing 102 and the center of rotation of the pitch of each blade 106 And the straight line has a length measuring linear displacement sensor which is installed to be perpendicular to the hub section and the bearing section of the elastic body, 상기 길이측정 선형 변위센서의 측정신호로부터 회전각을 계산하는 회전각 계산 모듈을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치.Helicopter rotor blades flap-lag rotation angle measuring device comprising a rotation angle calculation module for calculating the rotation angle from the measurement signal of the linear measuring linear displacement sensor. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 길이측정 선형 변위센서는 십자형상으로 설치되며 양단부가 허브 벽 중 심(105)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있고, 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면과 수직을 이루는 수직축과 평행하고, 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면의 세로축과 평행함을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치.The length measuring linear displacement sensor is installed in a cross shape and both ends are separated by the same distance from the hub wall center 105, and the length measuring linear displacement sensor installed vertically is perpendicular to the horizontal plane of the elastic bearing. And a longitudinal displacement linear displacement sensor installed in a horizontal direction and parallel to a longitudinal axis of a horizontal plane of the elastic bearing. 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 회전각 계산 모듈은 하기 식에 의해 플랩 회전각도가 계산되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치.The rotation angle calculation module is a helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring device, characterized in that the flap rotation angle is calculated by the following equation. β = sin-1((PPA2 - PPC2)/(4×l×t))β = sin -1 ((PPA 2 -PPC 2 ) / (4 × l × t)) (β: 블레이드의 플랩 회전각도,(β: flap rotation angle of the blade, PPA2 - PPC2: 블레이드 플랩 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPA 2 -PPC 2 : Distance squared difference between the end of the elastomer bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction during blade flap rotation l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리)t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor) 제 3 항에 있어서, The method of claim 3, wherein 상기 회전각 계산 모듈은 하기 식에 의해 래그 회전각도가 계산되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정장치.The rotation angle calculation module is a helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measuring device, characterized in that the lag rotation angle is calculated by the following equation. ζ = sin-1((PPB2 - PPD2)/(-4×l×t×cosβ))ζ = sin -1 ((PPB 2 -PPD 2 ) / (-4 × l × t × cosβ)) (ζ: 블레이드의 래그 회전각도,(ζ: lag rotation angle of the blade, PPB2 - PPD2: 블레이드 래그 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPB 2 -PPD 2 : Distance squared difference between the end of the elastic bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the horizontal direction when the blade lag rotates l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor β: 블레이드의 플랩 회전각도)β: angle of rotation of the flap of the blade) 회전되도록 장착되는 허브(100)와, 상기 허브(100)로부터 반경방향으로 연장되는 네 개의 블레이드(106)와, 상기 허브(100)와 블레이드(106)를 연결하며 상기 블레이드(106)가 플랩(flap), 래그(lag), 피치(pitch) 변화 운동되도록 연결하는 탄성체 베어링(102)으로 이루어지는 헬리콥터 로터 블레이드의 플랩-래그 회전각도를 측정하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법에 있어서, A hub 100 mounted to rotate, four blades 106 extending radially from the hub 100, connecting the hub 100 and the blades 106, and the blades 106 with flaps ( In a helicopter rotor blade flap-lag rotational angle measuring method for measuring a flap-lag rotational angle of a helicopter rotor blade composed of an elastomer bearing 102 connected to move in a flap, lag, and pitch change motion, a) 상기 허브(100)와 각각의 상기 블레이드(106)가 연결되는 허브 벽(105)과 상기 허브(100)와 연결되는 방향에 위치한 상기 탄성체 베어링(102) 끝단을 연결하여 각각의 상기 블레이드(106)의 플랩, 래그, 피치 변화에 따른 상기 탄성체 베어링(102)의 변위를 측정하며, 중심이 상기 탄성체 베어링(102)의 회전중심(103)과 각각의 상기 블레이드(106)의 피치 회전 중심축과 일직선이 이루며 상기 직선은 허브 단면 및 탄성체 베어링 단면과 수직을 이루도록 설치되는 각각의 길이측정 선형 변위센서에 의해 네 개의 직선거리 측정 단계;a) the hub wall 105 to which the hub 100 and each of the blades 106 are connected, and an end of the elastomer bearing 102 located in the direction to which the hub 100 is connected to each of the blades Measures the displacement of the elastomer bearing 102 according to the flap, lag, and pitch change of 106, the center of which is the center of rotation 103 of the elastomer bearing 102 and the pitch axis of rotation of each of the blades 106 Four linear distance measuring steps by respective length measuring linear displacement sensors installed in a straight line and perpendicular to the hub section and the bearing section of the elastic body; b) 측정된 직선거리 변화를 이용한 플랩 회전각도 계산 단계;b) calculating the flap rotation angle using the measured linear distance change; c) 측정된 직선거리 변화와 플랩 회전각도를 이용한 래그 회전각도 계산 단계;c) lag rotation angle calculation step using the measured linear distance change and the flap rotation angle; d) 상기 계산된 플랩-래그 회전각도 출력 단계;d) outputting the calculated flap-lag rotational angle; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법.Helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measurement method comprising a. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, wherein 상기 길이측정 선형 변위센서는 십자형상으로 설치되며 양단부가 허브 벽 중심(105)으로부터 같은 거리만큼 떨어져 있고, 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면과 수직을 이루는 수직축과 평행하고, 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서는 상기 탄성체 베어링의 수평면의 세로축과 평행함을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법.The length measuring linear displacement sensor is installed in a cross shape and both ends are separated by the same distance from the hub wall center 105, the length measuring linear displacement sensor is installed in the vertical direction and the vertical axis perpendicular to the horizontal plane of the elastic bearing And a lengthwise linear displacement sensor installed parallel to and transversely parallel to the longitudinal axis of the horizontal plane of the elastomer bearing. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 b) 단계의 플랩 회전각도는 하기 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법.Helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measurement method, characterized in that the flap rotation angle of step b) is calculated by the following equation. β = sin-1((PPA2 - PPC2)/(4× l× t))β = sin -1 ((PPA 2 -PPC 2 ) / (4 × l × t)) (β: 블레이드의 플랩 회전각도,(β: flap rotation angle of the blade, PPA2 - PPC2: 블레이드 플랩 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 세로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPA 2 -PPC 2 : Distance squared difference between the end of the elastomer bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the longitudinal direction during blade flap rotation l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리)t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor) 제 7 항에 있어서, The method of claim 7, wherein 상기 c) 단계의 래그 회전각도는 하기 식에 의해 계산되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터 블레이드 플랩-래그 회전각도 측정방법.Helicopter rotor blade flap-lag rotation angle measurement method, characterized in that the lag rotation angle of step c) is calculated by the following equation. ζ = sin-1((PPB2 - PPD2)/(-4×l×t×cosβ))ζ = sin -1 ((PPB 2 -PPD 2 ) / (-4 × l × t × cosβ)) (ζ: 블레이드의 래그 회전각도,(ζ: lag rotation angle of the blade, PPB2 - PPD2: 블레이드 래그 회전시 상기 탄성체 베어링의 끝단과 가로방향으로 설치되는 상기 길이측정 선형 변위센서의 양단과의 거리 제곱차PPB 2 -PPD 2 : Distance squared difference between the end of the elastic bearing and both ends of the length measuring linear displacement sensor installed in the horizontal direction when the blade lag rotates l: 탄성체 베어링의 회전중심으로부터 상기 탄성체 베어링의 끝단과의 거리l: distance from the center of rotation of the elastomer bearing to the end of the elastomer bearing t: 상기 길이측정 선형 변위센서의 중심으로부터 단부와의 거리t: distance from the center to the end of the length measuring linear displacement sensor β: 블레이드의 플랩 회전각도)β: angle of rotation of the flap of the blade)
KR1020080089812A 2008-09-11 2008-09-11 A flap/lag angle measurement system and measurement method for helicopter rotor blade KR100946639B1 (en)

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