KR101077928B1 - 제어식 필터장치를 구비하는 터보 엔진의 흡기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터빈 엔진의 흡기구(2), 및 상기 흡기구(2)에 의해 수행되는 방법에 관한 것으로, 상기 흡기구(2)의 입구부분(3)에는 절첩식 필터수단(11)을 포함하는 필터장치(10)가 배치된다. 또, 이 필터장치(10)는 필터장치(10)의 여과능력을 조절하기 위해 상기 절첩식 필터수단(11)의 자유단부(11') 상에 제1 방향(Y)을 따라 힘을 가하는 제어수단(11), 및 상기 제어수단(13)에 의해 유발된 상기 자유단부(11')의 운동을 안내하는 역할을 하는 필터장치(10)의 안내수단(12)을 포함한다.

Description

제어식 필터장치를 구비하는 터보 엔진의 흡기구{A turboengine air intake provided with a controlled filter system}

본 발명은 제어식 필터장치를 구비하는 항공기 터보 엔진 흡기구에 관한 것이다. 따라서, 본 발명의 기술 분야는 터빈 엔진 흡기구의 기술 분야에 관한 것이다.

회전익 항공기는 다양한 환경 및 극한의 조건 하에서 작동해야 하므로, 회전익 항공기의 터빈 엔진은 이들 조건을 견뎌낼 수 있도록 보호되어야 한다.

첫째, 회전익 항공기의 이륙 중에 리프트 로터(lift rotor)로부터 발생한 돌풍은 지면으로부터 먼지나 심지어는 모래를 날아오르게 하므로 이들 먼지나 모래가 회전익 항공기의 터빈 엔진의 흡기부에 유입되지 않도록 보호해 주어야 한다. 또, 특히 회전익 항공기를 공기 중에 모래 입자가 포함되어 있는 모래가 많은 지역에서 운용하는 경우, 회전익 항공기의 터빈에 의해 흡수되는 공기 중의 부유 입자를 제거해 주어야 한다.

둘째, 회전익 항공기는 소위 "착빙(icing)" 조건 하에서 비행해야 하는 경우도 있을 수 있다. 이러한 조건 하에서 비행할 때, 얼음이 회전익 항공기의 터빈 엔진의 흡기를 부분적으로 또는 심지어 완전히 막을 수 있고, 이로 인해 엔진에 의해 발생되는 동력이 상당량 또는 완전히 강하할 수 있다. 또, 얼음이 엔진에 의해 흡인될 수 있고, 흡입된 얼음은 엔진의 동작을 심하게 방해하거나 엔진을 손상시킬 우려가 있다.

따라서, 예를 들면 입자 또는 얼음이 포함된 대기와 같은 특수 조건 하에서 비행할 수 있도록 하기 위해서는 회전익 항공기의 엔진의 양호한 성능을 보장하기 위해 엔진, 특히 엔진의 흡기구를 보호해 주는 것이 타당하다.

또, 엔진이 새를 흡인하면 터빈 콤프레서의 블레이드가 파손되는 등 극히 파괴적이므로 새가 엔진에 흡입되는 것을 막아주어야 한다.

그러므로, 항공기 제조사들은 엔진이 입자를 흡입하는 것을 방지하기 위해 터빈 엔진의 흡기구를 보호하기 위한 장치를 설계하였다. 상기 "입자"라는 용어는 편의상 새를 포함하는 용어로서 사용된다. 즉, "입자"라 함은 공기 중에 존재하는 그리고 엔진을 손상시킬 우려가 있는 모든 요소를 표시하는 것으로 이해할 수 있다.

특허문헌 WO 2007/090011은 두 개의 측면을 가지는 프레임 내에 배치된 가요성 필터수단을 구비하는 제1 필터장치를 개시하고 있다.

상기 필터장치의 프레임의 측면과 필터수단은 가요성이 있으므로 변형에 의해 항공기에 삽입될 수 있다.

그러나, 제1 필터장치는 필터수단이 사용 중에 폐색되는 것에 의한 자연적인 열화는 무시하더라도, 필터장치의 여과능력을 일정하기 유지하도록 조절하는 것이 불가능하다. 그러나 예를 들면, 필터수단이 폐색되는 경우 여과능력을 최소상태까지 감소시키기 위해 여과능력을 제어할 수 있는 것이 유리하다.

필터수단이 폐색되면, 엔진에 더 이상 공기가 공급되지 못하고, 그 결과 엔진이 정지되어 대형 참사로 이어질 가능성이 있다.

또, 특허문헌 US 5 674 303은 제어가 불가능한 제2 필터장치를 개시하고 있다.

이 제2 필터장치는 케이스를 구비하고, 이 케이스의 내면은 필터수단이 내재되는 통로를 형성한다.

또, 케이스의 내면과 필터수단의 사이에는 가요성 시일이 설치되어 있다. 이 가요성 시일에 의해 필터수단은 진동이 발생한 경우 그 진동의 영향을 받아 통로를 따라 유체의 유동방향으로 이동하는 것이 가능하다.

따라서, 이러한 제2 필터장치는 파괴의 가능성이 있는 진동에 대처하도록 양호하게 적합되어 있으나, 그 여과능력을 조절할 수 있는 수단은 포함하고 있지 않다.

특허문헌 GB 853 646에는 터빈 엔진의 흡기구의 공기통로 내에 배치되는 제3 필터장치가 개시되어 있다.

이러한 제3 필터장치는 유선형 덮개(fairing) 내에 배치된 필터수단을 포함한다. 작동시에, 유선형 덮개는 병진운동하여 필터수단이 전개될 수 있도록 한다.

이러한 제3 필터수단은 비록 효과적이기는 하지만 공기 통로의 많은 부분을 폐색함으로써 엔진에 공급되는 공기량을 제한하는 결점을 나타낸다.

또, 필터수단의 전개를 조절할 없으므로, 필터장치의 여과능력은 제로 또는 최대 중 어느 한 쪽이 될 수 밖에 없다.

마지막으로, 특허문헌 DE 2 213 352는 터빈 엔진에 새(birds)가 흡입되는 것을 방지하기 위한 제4 필터장치를 제안하고 있다.

필터수단, 특히 격자로 구성된 폭넓은 엔드리스 링크(endless link)는 구동 수단에 의해 구동되는 각각의 회전축을 중심으로 회전하는 롤러에 의해 구동된다.

또, 그 필터수단의 일부분은 터빈 엔진의 상류측에 배치된다.

필터수단의 격자는 두 개의 오리피스를 가지며, 두 개의 오리피스가 상호 정합되면 유입 공기는 필터수단의 오리피스를 통해 터빈 엔진에 도달한다. 그러므로 이 유입 공기는 여과되지 않는다.

반면에, 롤러를 사용하여 오리피스를 서로 어긋나게 할 수 있다. 이 경우 유입 공기는 필터수단의 격자를 통해 엔진에 도달한다.

그러나, 제4 시스템은 부피가 매우 큰 것으로 알려져 있다. 또, 롤러와 필터수단 사이의 마찰이 크므로 부품이 손상되고, 이것에 의해 부품의 수명이 상당히 제한된다.

또, 제4 필터장치는 비교적 큰 치수의 요소(즉, 새)가 흡인되는 것을 방지하도록 설계되어 있고, 필터수단은 조절이 불가능하므로 필터장치의 여과능력은 제로이거나 최대 중 어느 하나가 된다.

따라서, 본 발명의 목적은 견고한 제어식 필터장치를 제공함으로써 전술한 한계를 극복할 수 있는 항공기(예, 헬리콥터)용 흡기구를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 흡기구는 유입 공기를 항공기의 터보 기계로 안내하기 위한 공기 통로를 구비하며, 이 흡기구는 또 공기를 상기 공기 통로 내에 유입시키는 그리고 필터장치를 구비하는 입구부분을 구비한다.

본 발명은 필터장치가 통로의 입구부분에 배치되는 절첩식 필터수단을 구비하는 것에 특징이 있고, 제로 여과능력과 최대 여과능력의 사이의 임의의 여과능력에 도달할 수 있도록 상기 필터 수단은 필터장치의 여과능력을 조절하기 위기 절첩식 필터수단의 자유단부 상의 제1 방향을 따라 힘을 가하는 제어수단을 구비한다. 또, 상기 필터장치는 제어수단에 의해 유도되는 필터수단의 자유단부의 이동을 안내하는 작용을 하는 안내수단을 구비한다.

공지된 종래 기술과 달리, 본 필터장치에는 상기 통로를 통한 공기의 유동이 지나치게 제한되는 것을 방지하기 위해 흡기구의 통로의 입구부분에 배치된 필터수단이 구비된다. 따라서, 이 효과를 최대화하기 위해 제어수단을 통로의 외측에 배치하는 것이 바람직하다.

더욱, 제어수단은 하나 또는 2개의 여과 능력 만을 제공하지 않고, 소정의 범위에 걸친 임의의 수준의 여과능력을 달성하기 위해 그 필터수단에 작용하는 것에 의해 필터장치의 여과능력을 극히 정밀하게 조절하는데 적합하다.

후술되는 바와 같이, 복수의 감시 및 조절변수에 따라 이 여과능력을 조절하는 것이 가능해 진다.

필터수단이 가요성이므로 안내수단은 중요하다. 안내수단은 필터수단이 제어수단의 구동 하에서 원하지 않는 방향으로 이동하는 것을 방지하는 역할을 한다. 필터수단의 불규칙한 이동이 방지되므로 필터장치의 여과능력을 조절하는 것이 더 용이해진다.

제어수단이 필터수단의 자유단부 상에 힘을 가하는 방향 및 이 힘에 의해 상기 자유단부가 이동하는 방향인 제1 방향은 공기가 상기 입구부분을 통과하는 방향인 제2 방향에 대해 75도 내지 125도 범위의 각도를 가지는 것이 바람직하다.

이것에 의해 필터장치의 어떤 요소도 흡기구의 통로 내에 위치하지 않게 된다.

더욱, 절첩식 필터수단은 섬유(예를 들면, 면 섬유 또는 합성 섬유)를 가지는 평면필터를 포함하며, 이 평면필터는 절첩식 필터수단의 치수가 제1 방향으로 변화될 수 있도록 절첩된다.

이 절첩식 필터수단은 수축되거나 신장됨으로써 그 여과능력을 변화시킬 수 있다.

"절첩식(concertina folded)"이란 표현은 필터의 기술분야에서 숙련된 자들에게 공지된 것이므로 이 용어는 본 문맥에서 명확한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 복수의 평평한 세그먼트를 포함하고, 하나의 세그먼트는 제1 및 제2 종단부를 통해 인접하는 2개의 세그먼트에 힌지결합되어 있다. 상기 힌지에 의해, 상기 종방향에 대해 횡방향을 따라 필터수단을 수축 또는 신장시키는 것에 의해 종방향에 대해 횡방향으로 연장하는 방향으로 필터의 치수를 신장시키거나 수축시킬 수 있게 된다.

이와 같은 필터수단은 매우 견고하고, 특히 섬유 시트를 절첩함으로써 용이하게 제조할 수 있다는 것이 밝혀졌다.

필터수단의 적어도 자유단부의 이동을 제어하기 위해, 필터장치에는 필요에 따라 적어도 하나의 그리드(grid)를 포함하는 안내수단이 제공되며, 외측 그리드는 필터장치를 통한 공기의 유동방향에서 필터수단의 상류측에 배치되어 있다.

바람직하게는, 필터장치에는 지지 시트를 구성하도록 필터수단을 샌드위치하는 두 개의 그리드, 즉 필터장치의 공기 유동방향에서 필터수단의 상류측의 외측 그리드 및 하류측의 내측 그리드가 설치된다.

또, 상기 필터장치에는 상기 적어도 하나의 그리드를 가열하기 위한 히터수단이 제공될 수 있다. 예로서, 히터수단에는 각각의 그리드에 통전을 유발하는데 적합한 전원이 설치될 수 있다.

전류는 특히 그리드의 격자에 얼음이 퇴적되는 것을 방지하기 위해 각 그리드를 가열시킨다.

제1 실시예에서, 제어수단은 필요에 따라 상기 제1 방향을 따라 필터수단의 치수를 변화시키기 위해 필터수단을 수축 또는 신장시킨다.

필터수단의 자유단부로부터 이격된 말단부는 흡기구의 유선형 덮개에 고정되어 있고, 제어수단은 필터수단을 수축 또는 신장시킴으로써 필터수단의 여과능력을 변화시키기 위해 필터수단의 자유단부에 힘을 가할 수 있다.

예를 들면, 제어수단은 제1 방향을 따라 자유단부를 밀어냄으로써 상기 제1 방향에서의 필터의 치수를 축소시키는 한편, 상기 자유단부를 끌어당김으로써 상기 제1 방향에서의 필터의 치수를 확대시킨다.

제1 실시예에 대해 개선된 구조를 가지는 제2 실시예에서, 필터수단은 제1 치수가 최대인 경우 입구부분으로부터 돌출한다.

제3 실시예에서, 제어수단은 필터수단을 제1 방향을 따라 이동시키지만, 그 형상은 변화시키지 않는다.

제어수단은 필터수단을 수축시키거나 신장시기지 않고 필터수단의 전체를 이동시킨다.

따라서, 필터수단은 그 최대 여과 위치에서 통로의 입구부분의 전체를 폐쇄시킨다. 유입 공기는 필터수단을 통과한 후에만 터빈 엔진에 도달할 수 있다.

이에 비해, 제어수단이 필터수단을 이동시킨 경우, 필터수단은 입구부분의 일부만을 폐쇄한다. 따라서, 필터장치의 여과능력은 비여과 공기가 엔진에 도달할 수 있는 만큼 감소된다.

필터수단 전체를 이동시킴으로써, 흡기구를 통해 엔진에 공급되는 유입 공기가 전혀 여과되지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예의 제1 변형예에서, 필터수단은 평면에 배치된다.

따라서, 제어수단은 제1 방향을 따라 필터수단 상에 외력을 가하기 위해 상기 평면에 배치되는 적어도 하나의 액츄에이터를 포함한다.

흡기구의 실시예의 제2 변형예에서, 필터수단은 원호(circular arc)를 점유하는 적어도 하나의 필터부분을 포함하며, 경우에 따라 각각 90도 각도의 원호를 점유하는 4개의 필터부분을 포함할 수 있다. 이 제2 변형예는 특히 공기가 방사상으로 공급되는 터빈 엔진에 특히 적합하다.

예를 들면, 제어수단은 필터수단의 각 필터부분의 자유단부에 고정된 후프(hoop)와 함께 액츄에이터를 구비하며, 이 액츄에이터는 후프를 그 회전중심을 통해 회전운동시키기 위해 적합하다.

제어수단은 후프를 회전시킬 수 있고, 이것에 의해 후프는 필터수단의 각 필터부분의 각 자유단부 상에 힘을 가한다.

본 발명은 또 그의 기술 혁신으로부터 최대의 장점을 취하기 위해 전술한 흡기구를 작동시키는 방법을 제공한다.

따라서, 본 발명에 따르면 필터수단, 안내수단 및 제어수단을 구비하는 필터장치가 설치된 공기 필터를 이용하여 항공기 터빈 엔진에 유입되는 공기를 여과하는 방법은 조절단계 중에 상기 흡기구를 감시하기 위한 감시수단이 적어도 하나의 감시변수(monitoring parameter)에 대한 적어도 하나의 센서에 의해 공급된 정보에 기초하여 공기 내의 바람직하지 않은 입자의 존재를 검출한 경우, 감시수단이 적어도 하나의 조절변수(adjustment parameter)에 따라 필터수단의 여과능력을 증가 또는 감소시키는 것이 특징이다.

따라서 공기는 감시변수 및 조절변수에 따라 필터수단에 의해 정밀하게 여과된다.

더 구체적으로 설명하면, 상기 적어도 하나의 감시변수는 하기를 포함하는 제1 리스트로부터 선택된다:

ㆍ필터수단의 상류의 공기 내에 함유된 입자의 치수;

ㆍ필터수단의 상류의 공기 내에 함유된 입자의 수;

ㆍ필터수단의 하류의 공기 내에 함유된 입자의 치수;

ㆍ필터수단의 하류의 공기 내에 함유된 입자의 수; 및

ㆍ필터수단에 의해 발생된 수두손실(head loss).

그 후, 입자가 센서에 의해 공기 중에서 검출되면, 감시수단은 제어수단으로 하여금 필터수단에 제1 방향을 따라 힘을 가하도록 한다.

특별한 상황에서 달성되어야 할 여과능력을 정밀하기 결정하기 위해, 감시수단은 하기를 포함하는 제2 리스트로부터 선택된 적어도 하나의 조절변수에 관한 정보를 수신한다:

ㆍ터빈 엔진에 의해 허용될 수 있는 입자의 치수;

ㆍ외부의 공기압력, 외부의 공기온도, 및 항공기의 고도와 같은 항공기의 외부의 대기의 상태; 및

ㆍ터빈 엔진의 예상 잔존 수명과 같은 터빈 엔진의 건전성.

더욱, 쌍발 엔진의 항공기에서 조절단계 이전의 예비 단계 중에 엔진들 중 하나의 엔진만 작동하는 경우, 감시수단은 제어수단을 작동하여 필터수단의 여과능력을 최소화시킨다. 이 여과능력은 제로가 될 수 있고, 필터수단은 엔진의 흡기구의 통로에 유입되는 공기를 더 이상 여과하지 않는다.

또, 임의의 단계 중에 상기 흡기구의 감시수단이 얼음의 존재를 검출한 경우, 상기 감시수단은 히터수단을 작동시켜 필터수단을 안내하기 위한 안내수단의 그리드를 가열시킨다.

마지막으로, 감시 단계 중애 상기 흡기구의 감시수단이 필터수단의 적어도 부분적인 폐색을 검출한 경우, 감시수단은 필터장치의 제어수단을 작동시켜 필터수단으로부터 장애물을 제거한다.

예를 들면, 감시수단은 제어수단으로 하여금 필터수단을 돌발적으로 이동시키고, 이것에 의해 필터수단의 폐색을 해소하는데 적합한 충격력을 발생시킨다.

소망의 결과가 얻어지지 않는 경우, 감시수단은 제어수단으로 하여금 통로의 입구부분 내에 유입되는 공기가 더 이상 여과되지 않도록 필터수단을 작동시킨다.

본 발명과 그의 잇점은 첨부 도면을 참조하여 예시로서 설명된 실시예로부터 더욱 명확하게 이해될 수 있다.

하나 이상의 도면에 도시된 동일한 구성요소들은 각 도면에서 동일한 참조부호로 표시되었다.

도면에는 상호 직교하는 세 개의 방향 X, Y, 및 Z가 표시되어 있는 것을 볼 수 있다.

X 방향은 터빈 엔진의 "종방향"을 말하고, Y 방향은 "횡방향"을 말한다.

횡방향 Y 는 필터장치와 관련된 좌표계에서 "제1 방향"이라 하고, 종방향 X 는 "제2 방향"이라 한다.

마지막으로, Z 방향은 "고도(elevation)"라 하는 것으로서, 전술한 구조의 높이이다.

도 1은 항공기 터빈 엔진(1)의 흡기구(2)의 개략 단면도이다.

흡기구(2)는 그 입구부분(3)을 통해 공기를 흡입하고, 공기 유동통로(4)를 통해 터빈 엔진(1)을 향해 안내한다.

터빈 엔진에 입자(예를 들면, 모래)를 포함하는 오염된 공기가 공급되는 것을 방지하기 위해, 흡기구(2)에는 필터수단(11)이 입구부분(3)에 배치된 필터장치(10)이 설치된다. 필터수단을 통과하는 공기는 유해한 입자가 터빈 엔진(1)으로 이송되는 것을 방지하기 위해 여과된다.

따라서, 필터수단(11)은 섬유의 시트(예를 들면, 면 섬유 또는 합성 섬유)로 구성되고, 이 시트는 도 1에 도시된 바와 같이 절첩식으로 접혀져 있다.

이 절첩식 구조로 인해, 필터수단(11)은 특히 수축 또는 신장에 의해 변형시켜 제1 방향(Y)을 따라 치수를 변화시킬 수 있다.

또, 필터장치(10)는 그 공기 여과능력을 제어하기 위해 필터수단의 자유단부(11')에 제1 방향(Y)으로 힘을 가하는 제어수단(13)이 제공되어 있다.

필터수단(11) 상에 힘을 가하는 방향인 제1 방향(Y)은 입구부분(3)의 화살표(F0)로 표시된 공기 유입방향인 제2 방향(X)에 대해 수직한 것에 주목해야 한다.

또, 제어수단(13)에 의해 공급된 힘에 의해 필터수단(11)의 이동이 발생될 때 그 이동을 제어하는 것이 적절하다. 따라서, 필터장치(10)는 안내수단(12)을 구비한다. 일례로서, 안내수단(12)은 필터수단(11)의 상류측 및 하류측에 각각 배치된 외측 그리드(12') 및 내측 그리드(12")를 가지며, "상류측" 및 "하류측"이라는 용어는 필터장치(10)을 통한 유동방향(F0)에 대해 정의된 것이다.

필터수단을 외측 그리드 및 내측 그리드(12', 12") 사이에 개재시킴으로써, 필터수단의 자유단부(11')의 이동이 양호하게 안내된다.

대안으로서, 외측 그리드만 사용하는 것이 가능하고, 이 필터수단은 예를 들면 필터수단을 통과하는 상기 외측 그리드의 금속 트랙에 의해 안내된다. 비유적으로 말하면, 트랙과 필터수단을 포함하는 조립체는 커튼 로드(curtain rod) 및 커튼을 포함하는 조립체와 같이 작동한다.

필터장치가 착빙 조건에서 사용되는 경우에 그 효율을 증대시키기 위해 필터장치를 가열하기 위한 수단을 설치할 수 있다. 이 히터수단(도시생략)은 전류를 적어도 외측 그리드(12')에 통전시켜 가열함으로써 착빙을 방지한다.

마지막으로, 제어수단(13)은 공기 유동통로(4) 내의 공기의 유속이 과도하게 제한되지 않도록 흡기구의 공기 유동통로(4) 내에 배치되지 않고 그 외측에 배치된다.

도 2a, 2b, 3a, 및 3b를 참조하면, 제어수단은 제1 실시예에서 필터장치의 여과능력을 변경시킬 필요성에 따라 제1 방향을 따라 필터수단의 치수를 변화시키기 위해 그 필터수단을 수축 또는 신장시킨다.

더 구체적으로, 도 2a 및 2b는 제1 실시예의 제1 변형예에 관한 것이다. 이 필터수단은 제1 방향(Y)과 고도 방향(Z)에 의해 형성된 평면(P) 내에 배치된다.

외측 및 내측 그리드(12', 12")는 평면(P)에 대해 평행하고, 제어수단(13)의 액츄에이터(13')도 평면(P) 내에 배치된다.

필요에 따라, 액츄에이터(13')는 안내수단(12)의 외측 및 내측 그리드(12', 12") 사이에서의 이동을 보다 용이하게 하기 위한 두 개의 휠(13")을 구비한다. 안내수단은 필터수단(11) 뿐 아니라, 제어수단(13), 또는 적어도 안내수단의 액츄에이터(13')도 안내한다.

필터수단(11)은 도 2a에 도시된 제1 여과 위치에서 흡기구의 입구부분(3)의 전체를 커버한다. 그러므로, 터빈 엔진에 도달하는 공기는 반드시 여과된다.

반면에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 터빈 엔진에 공급되는 공기의 유량을 증대시키기 위해 또는 공기가 오염물을 거의 포함하지 않기 때문에 필터장치의 여과능력을 감소시킬 필요가 있는 경우, 제어수단은 필터수단(11)의 자유단부(11')에 직선적인 제1 방향(Y)으로 힘을 가한다.

필터수단(11)의 말단부(11")는 흡기구의 유선형 덮개(2')에 고정되어 있으므로 자유단부(11')는 화살표 F2"를 따라 이동한다. 이때 필터수단은 수축되어 제1 방향(Y)으로의 치수가 감소된다.

그 결과, 입구부분(3)의 제1 부분(S1)은 필터수단에 의해 커버되고, 상기 필터수단은 수축에 의해 국부적으로 이전보다 더 강한 여과능력을 발생시킨다.

그러나, 입구부분(3)의 제2 부분(S2)은 필터수단에 의해 더 이상 커버되지 않는다. 따라서, 화살표(F2')를 따라 입구부분(3)의 제2 부분(S2)을 통과하는 공기는 여과되지 않는 한편, 화살표(F2)를 따라 입구부분(3)의 제1 부분(S1)을 통과하는 공기는 여과된다.

이 현상은 가역적이므로, 제어수단은 필터수단을 신장시킴으로써 도 2a에 도시된 위치로 복귀시킬 수 있다는 것을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

필터수단을 완전히 수축시킴으로써 입구부분(3)이 필터수단에 의해 전혀 커버되지 않도록 하는 것이 가능하다는 것에 주목해야 한다.

요약하면, 필터수단의 제1 방향을 따른 치수는 0의 치수로부터 입구부분(3)의 제1 방향(Y)의 치수 사이에서 임의의 치수로 설정할 수 있다. 그러므로, 필터장치(10)의 여과능력을 극히 정밀하게 조절하는 것이 가능하다.

도 3a 및 3b는 제1 실시예의 제2 변형예를 도시한다. 여기서 필터수단은 원호(circular arc) 형상의 적어도 하나의 여과부분(21, 22, 23, 24)을 포함하고, 더욱 구체적으로 도 3a 및 3b에는 4개의 여과부분이 존재한다.

제어수단에는 후프(hoop; 25)가 설치되어 있고, 이 후프에는 필터수단의 각 자유단부가 고정수단(26)에 의해 고정된다.

또, 제어수단은 도 3a 및 3b의 평면에 수직한 회전축(AX)을 중심으로 후프(25)에 회전운동을 부여할 수 있는 액츄에이터(도시생략)를 구비한다.

필터수단(11)의 여과부분(21, 22, 23, 24)은 도 3a에 도시된 제1 여과 위치에서 흡기구의 입구부분(3)의 전체를 커버한다. 그러므로, 터빈 엔진에 도달하는 공기는 반드시 여과된다.

이에 비해, 도 3b에 도시된 바와 같이, 필터장치의 여과능력을 감소시킬 필요가 있는 경우(예를 들면, 필터수단이 부분적으로 폐색되어 터빈 엔진에 공급되는 공기량을 증대시킬 필요가 있는 경우)가 있다.

따라서, 제어수단은 필터수단(11)의 자유단부(11')에 제1 방향(Y')에서 힘을 가한다. 제1 변형예와 달리, 이러한 제1 방향(Y')는 직선이 아니고, 필터수단의 각 부분의 자유단부가 필터수단의 각 부분에 의해 형성되는 원호를 따라 이동하도록 만곡되어 있다.

필터수단(11)의 각 부분(21, 22, 23, 24)의 말단부(11")는 흡기구의 유선형 덮개(2')에 고정되어 있으므로 각 자유단부(11')는 화살표(F4)를 따라 이동한다. 그 결과 필터수단의 각 부분은 수축되고, 그 제1 방향(Y')으로의 치수가 감소된다.

따라서, 입구부분(3)의 제1 부분(S1)은 필터수단에 의해 커버되고, 필터수단은 수축에 의해 이전에 비해 더 큰 여과능력을 국부적으로 발생한다.

그러나, 입구부분(3)의 제2 부분(S2)은 필터수단에 의해 커버되어 있지 않다. 그러므로, 화살표(F3')를 따라 입구부분(3)의 제2 부분(S2)을 통과하는 공기는 여과되지 않는 반면, 화살표 (F3)을 따라 입구부분(3)의 제1 부분(S1)을 통과하는 공기는 여과된다.

도 4a, 4b, 4c, 및 5는 제2 실시예를 도시한다. 제1 실시예에서와 같이, 제어수단은 필터장치의 여과능력을 변경시키도록 필요에 따라 제1 방향을 따라 필터수단의 치수를 변화시키기 위해 필터수단을 수축시키거나 신장시킨다.

이에 비해, 제2 실시예에서, 필터수단의 제1 방향에서의 치수가 최대인 경우, 필터수단은 입구부분을 초과하여 연장한다. 따라서, 필터수단은 입구부분의 면적보다 더 큰 면적을 커버한다. 따라서, 필터수단은 입구부분을 폐쇄할 뿐 아니라, 그 입구부분으로부터의 돌출부도 형성한다.

도 4a는 이 제2 실시예의 제1 변형예의 개략적 단면도이다.

필터수단은 필터장치의 여과능력이 중 정도인 중간 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 필터수단의 제1 방향의 치수(L3)는 그 방향의 입구부분의 길이(L4)보다 길다.

더 일반적으로 설명하면, 필터수단의 상부 표면(11"')에 의해 커버된 면적은 입구부분의 입구 면적(2')보다 넓다.

이때 필터수단은 입구부분의 전체를 폐쇄한다. 그러나, 필터수단이 수축되어 있지 않으므로 필터수단의 여과능력, 및 따라서 필터장치의 여과능력은 중간 정도에 유지된다.

여과능력을 증대시킬 필요가 있는 경우, 도 4b에 도시된 바와 같이 제어수단(13)은 필터수단을 수축시키기 위해 필터수단의 자유단부에 힘을 가한다. 그 결과, 필터수단은 입구부분의 전체를 계속 커버하고 있지만, 입구부분을 초과하여 연장하지는 않는다. 제1 방향에서의 필터수단의 치수(L5)는 입구부분의 길이(L4)와 같다.

따라서, 필터수단이 수축되므로, 필터장치의 여과능력은 증대된다.

마지막으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 필요한 경우 입구부분의 일부 또는 전부를 개방하기 위해 필터수단의 치수(L6)를 감소시킬 수 있다.

도 5는 제2 실시예의 제2 변형예이다.

도 3a 및 3b에 도시된 제1 실시예와 달리, 구조부재(100)가 입구부분(30)을 부분적으로 차단한다.

따라서, 중간 위치에서, 만곡된 제1 방향(Y')을 따르는 필터수단의 각 부분의 치수(L2)는 필터수단의 각 부분과 정합되어 있는 입구부분(30)의 길이 (L1) 보다 더 큰 것을 볼 수 있다.

도 6은 제3 실시예의 개략도이다.

이 실시예에서, 제어수단(13)에 의해 필터수단은 그 형상을 변경함이 없이 제1 방향(Y)을 따라 이동된다. 필터수단은 수축이나 신장되지 않는다.

필터수단의 말단부는 유선형 덮개에 고정되어 있지 않다. 따라서, 제어수단(13)에 의해 가해진 힘은 전체 필터수단에 제어된 이동을 유발한다.

이와 관련하여, 도 6은 필터수단을 도시한 것으로서, 이 필터수단은 입구부분의 일부를 폐쇄하지 않는 위치에 있다.

본 발명의 제2 변형예가 이 제3 실시예에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 수 있다.

도 7은 필요에 따라 감시수단(도시생략)에 의해 필터장치의 여과능력을 제어하기 위해 수행된 방법의 각 단계를 설명하는 다이어그램이다.

임의의 예비 단계(PRE)인 단계 a1) 중, 감시수단은 항공기의 엔진 설비가 "하나의 엔진 비작동(one engine inoperate; OEI)" 모드에 있는지의 여부를 결정한다.

쌍발 엔진 헬리콥터에서, 2개의 터빈 엔진 중 하나가 고장인 경우, 나머지 엔진이 다른 엔진의 동력손실을 보상하기 위해 충분한 동력을 공급하도록 OEI 모드를 작동시킬 수 있다.

따라서, OEI 모드가 작동되면, 단계 a1') 중에 감시수단은 제어수단으로 하여금 필터장치의 여과능력을 최소화시키도록 한다. 제어수단은 필터수단이 흡기구의 입구부분을 전혀 폐쇄하지 않도록 필터수단을 제어함으로써 터빈 엔진에 공급되는 공기의 유량을 최대화시킨다.

또는, 단계 a2) 중에, 감시수단은 필터장치가 수동모드에 있는지의 여부를 결정한다.

단계 a2') 중에, 수동모드는 (예를 들면, 전위차계를 사용하는 것에 의해) 필터수단의 위치를 시험적으로 조절함으로써 필터장치의 여과능력을 조절한다.

수동모드가 아닌 경우, 감시수단은 임의단계(OPT)를 수행한다.

이 임의단계(OPT)인 단계 b1) 중에, 감시수단은 착빙센서로부터 발생되는 착빙신호를 수신한다. 이 신호가 감시수단에 항공기가 착빙상태 하에서 비행한다는 것을 알려주면, 감시수단은 단계 b2) 중에 안내수단의 그리드를 가열시키기 위한 가열수단을 작동시킨다.

이 임의단계의 후에, 감시수단은 임의의 검사단계(CONT)를 개시할 수 있다. 이 검사단계(CONT)는 폐색된 필터수단이 사용되지 않도록 해준다.

단계 C1) 중에, 감시수단은 폐색센서(clogging sensor)가 발신하는 폐색신호를 수신한다.

폐색센서는 착빙센서와 마찬가지로 필터수단에 의해 유발되는 수두손실을 측정하는 작용을 하는 장치로 구성할 수 있다는 것에 주목해야 한다. 수두손실로부터 감시수단은 필터수단의 위치를 알면 필터수단이 폐색되었는지를 추정할 수 있다.

단계 C2) 중에, 감시수단은 제어수단으로 하여금 필터수단의 자유단부를 제1 방향을 따라 왕복운동시키도록 한다.

이 왕복운동(go-and-return movement)에 의해 발생된 충격력에 의해 필터수단의 폐색이 해소될 수 있다.

그러나, 필터수단이 소정 횟수의 왕복운동(예를 들면, 5회의 왕복운동) 후에도 여전히 폐색되어 있는 경우, 감시수단은 단계 C3)을 수행하여 제어수단으로 하여금 필터장치의 입구부분을 완전 개방시키는 것에 의해 필터장치의 여과능력을 최소화시키도록 한다.

마지막으로, 감시수단은 상기 방법의 필수단계, 즉 필터장치의 여과능력을 조절하는 조절단계(REG)를 수행한다.

단계 D1) 중, 감시수단은 적어도 하나의 센서가 발신하는 적어도 하나의 감시변수에 관한 정보를 이용하여 공기 중의 입자의 존재를 판단한다.

각 감시변수는 하기를 포함하는 제1 리스트로부터 선택된다:

ㆍ필터수단의 상류의 공기에 포함된 입자의 치수;

ㆍ필터수단의 상류의 공기에 포함된 입자의 수;

ㆍ필터수단의 하류의 공기에 포함된 입자의 치수;

ㆍ필터수단의 하류의 공기에 포함된 입자의 수;

ㆍ필터수단에 의해 발생된 수두손실.

수신정보(예, 필터수단의 상류의 공기에 포함된 입자의 수가 소정의 수보다 더 크다는 정보)에 의존하여, 감시수단은 적어도 하나의 조절변수에 따라 필터수단의 여과능력의 증감을 지령할 수 있다.

따라서, 특히 어떤 특수 상황에서 달성되어야 할 여과능력을 결정하기 위해, 감시수단은 단계 D2)중에 하기를 포함하는 리스트로부터 선택된 적어도 하나의 조절변수에 관한 정보를 수신한다:

ㆍ터빈 엔진이 허용할 수 있는 입자의 치수;

ㆍ외부 공기압력, 외부 공기온도, 및 항공기의 고도와 같은 항공기의 외부의 대기상태; 및

ㆍ엔진의 예상 잔존 수명과 같은 터빈 엔진의 건전성.

예를 들면, 필터수단의 상류의 공기에 포함된 입자의 수가 소정의 수보다 더 크지만, 터빈 엔진에 의해 허용될 수 있는 입자의 치수가 공기 중에 포함된 입자의 치수보다 더 큰 경우, 감시수단은 제어수단으로 하여금 필터장치의 여과능력을 최소화시키도록 한다.

당연히 본 발명은 다양한 변형예를 구성할 수 있다. 이상에서 다수의 실시예를 기술하였으나, 이것이 모든 가능한 실시예를 포함할 수는 없다는 것은 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 당연히 전술한 모든 수단들은 본 발명의 범주 내에서 등가수단을 이용하여 대체될 수 있다.

도 1은 본 발명의 흡기구의 개략단면도이다;

도 2a 및 도 2b는 각각 다른 위치에 위치하는 제1 실시예의 제1 변형예의 흡기구의 단면도이다;

도 3a 및 도 3b는 각각 다른 위치에 위치하는 제1 실시예의 제2 변형예의 흡기구의 단면도이다;

도 4a 내지 도 4b는 각각 다른 위치에 위치하는 제2 실시예의 제1 변형예의 흡기구의 단면도이다;

도 5는 제2 실시예의 제2 변형예의 흡기구의 단면도이다;

도 6은 제3 실시예의 흡기구의 단면도이다;

도 7은 본 발명의 방법을 설명하는 다이어그램이다.

Claims (18)

1. 항공기 터빈 엔진(1)에 유입 공기를 안내하기 위한 통로(4)를 구비하는 흡기구(2)로서, 상기 흡기구(2)에는 상기 통로(4) 내에 공기를 진입시키는 입구부분(3) 및 필터장치가 설치되어 있고, 상기 필터장치(10)에는 통로의 입구부분(3)에 배치된 절첩식 필터수단(11)이 설치되어 있고, 상기 필터장치(10)는 이 필터장치(10)의 여과능력을 조절하기 위해 상기 절첩식 필터수단(11)의 자유단부(11')에 제1 방향(Y, Y')의 힘을 가하는 제어수단(13) 및 상기 제어수단(13)에 의해 유발되는 자유단부(11')의 이동을 안내하는 작용을 하는 필터장치(10)의 안내수단(12)을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
2. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(13)은 상기 통로(4)의 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 흡기구.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 방향(Y, Y')은 상기 입구부분(3)을 통과하는 공기의 유동방향인 제2 방향(X)에 대해 75도 내지 125도 범위의 각도를 구비하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
4. 제1항에 있어서, 상기 절첩식 필터수단(11)은 섬유를 구비하는 평면필터를 포함하고, 상기 평면필터는 절첩식 필터수단(11)의 상기 제1 방향(Y, Y')의 치수가 변화될 수 있도록 절첩되는 것을 특징으로 하는 흡기구.
5. 제1항에 있어서, 상기 안내수단(12)은 필터장치(10)을 통과하는 공기의 유동방향에서 필터수단(11)의 상류에 배치된 적어도 하나의 그리드(12')를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
6. 제5항에 있어서, 상기 필터장치(10)에는 상기 그리드(12', 12")를 가열시키기 위한 가열수단이 제공되는 것을 특징으로 하는 흡기구.
7. 제1항에 있어서, 상기 제어수단(13)은 필요에 따라 상기 필터수단(11)의 치수(L3)를 변화시키기 위해 상기 필터수단(11)을 상기 제1 방향(Y, Y')을 따라 수축 또는 신장시키는 것을 특징으로 하는 흡기구.
8. 제7항에 있어서, 상기 필터수단(11)은 상기 치수(L3)가 최대인 경우 입구부분(3)을 초과하여 연장하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
9. 제1항에 있어서, 상기 필터수단(12)은 평면 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 흡기구.
10. 제9항에 있어서, 상기 제어수단(13)은 필터수단(11)에 상기 제1 방향(Y)을 따라 힘을 가하기 위해 상기 평면에 배치된 적어도 하나의 액츄에이터(13')를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
11. 제1항에 있어서, 상기 필터수단(11)은 원호를 형성하는 적어도 하나의 필터부분(21, 22, 23, 24)을 포함하는 것을 특징으로 하는 흡기구.
12. 제11항에 있어서, 상기 제어수단(13)은 액츄에이터 및 필터수단(11)의 각 필터부분(21, 22, 23, 24)의 자유단부(11')에 고정된 후프(25)를 포함하고, 상기 액츄에이터는 상기 후프(25)에 그 회전중심을 중심으로 회전운동을 부여하기에 적합한 것을 특징으로 하는 흡기구.
13. 필터수단(11), 안내수단(12), 및 제어수단(13)을 포함하는 필터장치(10)가 설치된 제1항에 따른 흡기구(2)를 이용하여 항공기 터빈 엔진(1)에 유입되는 공기를 여과하는 방법으로서, 조절단계(REG) 중에 상기 흡기구(2)의 감시수단이 적어도 하나의 센서가 발신하는 적어도 하나의 감시변수에 관한 정보에 기초하여 공기 중의 원하지 않는 입자의 존재를 검출한 경우, 상기 감시수단은 적어도 하나의 조절변수에 따라 필터수단(11)의 여과능력을 증대 또는 감소시키는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 감시변수는 하기를 포함하는 제1 리스트로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법:

    ㆍ필터수단(11)의 상류의 공기에 포함된 입자의 치수;

    ㆍ필터수단(11)의 상류의 공기에 포함된 입자의 수;

    ㆍ필터수단(11)의 하류의 공기에 포함된 입자의 치수;

    ㆍ필터수단(11)의 하류의 공기에 포함된 입자의 수; 및

    ㆍ필터수단(11)에 의해 발생된 수두손실.
15. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 조절변수는 하기를 포함하는 제2 리스트로부터 선택되는 것을 특징으로 방법:

    ㆍ터빈 엔진(1)에 의해 허용될 수 있는 입자의 치수;

    ㆍ외부 공기압력, 외부 공기온도, 및 항공기의 고도와 같은 항공기의 외부의 대기상태; 및

    ㆍ터빈 엔진(1)의 예상 잔존 수명과 같은 터빈 엔진(1)의 건전성.
16. 제13항에 있어서, 예비 단계(PRE) 중, 항공기가 쌍발 엔진 항공기이고, 하나의 터빈 엔진만 작동중인 경우, 상기 감시수단은 필터수단(11)의 여과능력을 최소화하기 위해 제어수단을 기동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
17. 제13항에 있어서, 임의의 단계(OPT) 중, 상기 흡기구의 감시수단이 착빙의 존재를 검출한 경우, 감시수단은 필터수단의 안내수단인 그리드(12', 12")를 가열하기 위해 가열수단을 기동시키는 것을 특징으로 하는 방법.
18. 제13항에 있어서, 감시 단계(CONT) 중, 상기 흡기구의 감시수단이 필터수단(11)의 적어도 부분적인 폐색을 검출한 경우, 상기 감시수단은 상기 필터수단(11)의 폐색을 해소하기 위해 필터장치의 제어수단(13)을 기동시키는 것을 특징으로 하는 방법.

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