KR101274677B1 - 제어관을 갖는 로터 블레이드 - Google Patents

Abstract

특히 테일 로터와 같은 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기용 로터 블레이드(1) 설비 시스템으로서, 상기 로터 블레이드는 블레이드 부분(5)과 상기 로터 블레이드(1)를 구동 기구의 허브에 부착하는 체결 부분(9)을 포함하고, 상기 시스템은 분리형 슬리브 형태의 제어관(40)를 포함하며, 상기 제어관은 본질적으로 중공의 원통형인 샤프트(41)와 상기 제어관을 상기 체결 부분(9) 위로 슬라이드 이동시키는 것에 의해 상기 제어관(1)를 상기 로터 블레이드(1)에 결합시키는 본질적으로 관형의 결합 부분(56)을 포함하고, 상기 로터 블레이드(1)의 상기 체결 부분(9)과 상기 제어관(40)의 상기 결합 부분(56)은 상기 로터 블레이드(1)와 상기 제어관(40)의 견고한 상호 체결 연결을 위한 단면 형상을 가진다.

Description

제어관을 갖는 로터 블레이드{Rotor blade with control tube}

본 발명은 섬유 강화 복합체 구성의 로터 블레이드와 특히 회전익 항공기 또는 헬리콥터의 테일 로터에 사용되는 분리형의 슬리브형 제어관을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 로터 블레이드는 블레이드 부분과 체결 부분을 포함한다. 작동 중 체결 부분은 구동 기구와 마주한다. 상기 체결 부분에 의해 로터 블레이드는 구동 기구의 허브에 적어도 간접적으로 인장-토크-전달 요소에 의해 부착될 수 있다. 제어관 또는 제어 슬리브는 인장-토크-전달 요소를 수용하기 위한 기본적으로 중공의 원통형 샤프트와 제어관을 체결 부분에 부착하는 것에 의해 제어관을 로터 블레이드에 결합시키는 역시 중공의 결합 부분을 포함한다.

일반적으로 말하면, 로터 블레이드는 인장-토크-전달 요소 또는 토크-전달 요소에 의해 구동 기구의 허브에 연결된다. 인장-토크 전달 요소는 로터 블레이드와 일체형 또는 분리형으로 구성되어, 로터 블레이드의 체결 부분의 영역에 부착될 수 있다. 인장-토크 전달 요소는 비틀림 변형 가능하고, 작동 중 로터 블레이드가 허브에 가하는 원심력 부하에 기인하여 장력을 전달하게 된다. 일반적으로, 인장-토크-전달 튜브는 슬리브형 제어관에 의해 둘러싸인다. 제어관의 기능은 로터 블레이드의 부분(angle of incidence)의 변경을 위해 로터 블레이드에 제어력을 전달하고 원심력 방향을 제외한 전 방향으로 로터 블레이드를 구동 기구 상에서 베어링 배열로 유지시키는 것이다. 페네스트론 포트(Fenestron pot)에서의 베어링 배열의 경우, 상기 로터 블레이드는 소직경의 구동측 베어링 배열부와 대구경의 블레이드 측 베어링 배열부를 외주에 포함한다.

이러한 회전익은 독일 특허 문헌 DE 693 03 152 T2에 공지되어 있다. 해당 회전익은 회전익의 전장에 따라 길이 방향으로 연장되는 공기역학적 형태의 경질의 복합체 쉘과, 해당 경질의 쉘을 허브에 연결되는 로터 블레이드 측으로 확장시키는 관형의 블레이드 베이스를 포함한다. 블레이드 베이스는 함께 경질의 복합체 쉘을 형성하는 2층 자켓 중 하나의 연장부에 의해 형성되는 2개의 상보적 쉘 절반부를 포함한다. 쉘 절반부는 경질의 쉘과 분리되도록, 즉 별도로 구성될 수도 있고 블레이드 상의 원형 단면의 작은 원추부(cone) 상에 밀착될 수 있다. 로터 블레이드를 2개의 쉘 절반부에 대해 회전시키는 것에 의해 부분을 무한으로 변경될 수 있는 방식으로 예비 설정할 수 있다. 그러나, 이러한 로터 블레이드의 생산은 고비용이 되는 것으로 확인되었고, 그 경제적 사용 수명이 불충분한 것으로 나타났다.

영국 특허 공개 문헌 GB-A-2 036 677과 유럽 특허 공개 문헌 EP 0 296 014 A1은 각각 블레이드 부분과 로터 블레이드를 구동 기구의 허브에 부착시키기 위한 체결 부분을 갖는 섬유 강화 복합체 구성의 로터 블레이드를 개시한다.

유럽 특허 공개 문헌 EP 1070662 A1은 충격, 접음 동작 및 비틀림을 위한 일체형의 연질 영역을 갖는 굴곡 빔(flexing beam)을 포함하는 로터 블레이드를 개시하고 있다. 굴곡 빔의 연질의 접힘 영역과 전이 영역의 단부 사이에 완충 요소가 형성된다. 이들 완충 요소는 굴곡 빔의 측면측으로 블레이드의 접힘면에 놓여 있다.

미국 특허 문헌 US 4975021 A는 로터 허브에 대한 로터 블레이드의 피치 각도가 블레이드 루트(root)와 블레이드 윙 사이에 배치된 비틀림 가요성(flexibility)의 블레이드 네크(neck) 또는 비틀림 가요성의 로터 허브 아암 상의 블레이드 연결부에 의해 조절되는 특히 헬리콥터용의 로터를 개시하고 있다. 블레이드에 대한 피치 각도의 제어는 블레이드 네크 또는 로터 허브 아암을 따라 접촉없이 블레이드 윙까지 또는 블레이드 루트로 동축으로 연장되는 비틀림에 강한 블레이드 제어 케이싱에 결합된 조향 로드(rod)에 의해 제공된다. 제어 케이싱은 블레이드의 종방향으로 T-형상을 갖는 적어도 하나의 브래이스에 의해 블레이드 루트 또는 로터 허브 상에 지지된다. 상기 T-형상의 수직 부분은 블레이드 제어 케이싱에 결합되고 T-베이스는 비틀림 가요성을 가지고 블레이드 루트 또는 로터 허브 아암에 결합됨으로써 베이스로의 연결은 베이스의 양단으로 제한된다. 따라서, 브래이스는 블레이드 제어 케이싱을 위한 지지 기능을 제공함은 물론, 블레이드 제어 케이싱의 회전 이동과 그에 따른 블레이드 피치 각도의 변경을 가능케 하는 비틀림 베어링으로서 작용한다.

본 발명의 목적은 로터 블레이드와 제어관을 포함하고 긴 사용 수명의 요건을 만족시키면서 적은 유지 보수를 요하고 생산에 경제적인 시스템을 제공하는 것이다.

로터 블레이드와 제어관을 포함하는 서두에 언급된 시스템에서 상기 목적은 다음의 구성에 의해 만족된다. 로터 블레이드의 체결 부분과 제어관의 결합 부분은 로터 블레이드가 제어관에 견고한 체결로 상호 결합되도록 서로 매칭되는 단면 형상을 가진다. 따라서, 본 발명은 분리형 로터 블레이드와 결합 제어관의 접촉 위치에서 원형 단면 형상과는 다른 형상을 가진다. 그대신, 본 발명은 로터 블레이드와 제어관 간의 견고한 체결 결합에 의해 로터 블레이드를 위한 제어력의 힘 전달을 가능케 하는 원리를 추구한다. 다시 말해, 힘 전달 과정 중 상호 작용하는 로터 블레이드의 체결 부분과 제어관의 결합 부분의 단면 형상은 이들 2개 부분 사이의 로터 블레이드의 종방향 축 상에서 상당한 비틀림 모멘텀을 전달할 수 있도록 구성된다. 따라서, 상호 작용하는 부분의 단면 형상은 본질적으로 대응할 수 있거나 적절한 수의 베어링 포인트에서 서로 협력하여 견고한 결합을 이룰 수 있다. 따라서, 예를 들면, 로터 블레이드의 체결 부분은 정사각 단면을 가질 수 있고, 이 정사각 단면의 4개 코너는 정사각 단면의 중심에 모멘트를 전달하도록 4-빔 단면 형상 또는 별형 단면 형상의 체결 부분에 의해 결합될 수 있다. 즉, 견고한 체결력의 전달은 체결 부분 내에서 제어관의 완전한 접촉 또는 선형 접촉을 필요로 하지 않으며; 점-접촉이면 충분할 수 있다.

견고한 결합 방식의 연결은 필요하다면 예컨대 볼트 연결과 같은 추가의 다른 연결을 줄일 수 있다. 이러한 견고한 결합 방식의 연결은 체결 부분과 결합 부분 간의 유일한 연결일 수 있다. 이러한 연결은 충분히 가능하므로 이러한 연결은 소정의 다른 연결을 과잉으로 만들 수 있다. 이러한 연결은 중량과 설치 노력을 줄일 수 있고, 이는 시스템의 비용을 감소시킨다. 로터 블레이드를 제어관으로부터 물리적으로 분리시킨 결과, 양측 성분은 보다 단순하고 경제적이고 오류의 여지가 적게 제조될 수 있고, 이는 양측 성분의 사용 수명의 측면에서도 유리하다.

분리형 성분으로서 로터 블레이드와 제어관은 보다 큰 설계 자유도를 제공한다. 특히, 로터 블레이드는 향상된 안정성을 제공하고 제조가 간단해질 수 있는데, 이는 섬유 강화 복합체 구성으로 제조시 블레이드의 모든 섬유는 선택적으로는 편평하게 그리고 어떤 큰 편향도 없이 로터 블레이드의 체결 부분 내로 연장될 수 있기 때문이다. 편향없는 연장의 결과, 일체형 제어 슬리브의 형성을 위해 섬유층을 부채꼴로 펼쳐 개방하거나 분할 개방하는 것에 의해 섬유층에서의 횡방향 인장 변형이 배제될 수 있다. 상기 변형은 박리를 가져올 수 있어서 로터 블레이드의 안정성과 사용 수명에 불리한 영향을 미칠 수 있다. 또한, 로터 블레이드의 제조 공정이 단순화되어 제조 에러의 발생 위험을 줄이고 제조 공정의 재현성을 향상시킨다. 이러한 이유로, 어떤 경우든 로터 블레이드는 섬유 강화 복합체 구성의 연속 제조시에도 고품질로 제조될 수 있다.

일측의 체결 부분의 단면 형상과 타측의 결합 부분의 단면 형상은 견고한 체결력의 전달을 가능케 하도록 서로 매칭된다. 본 발명의 유리한 실시예에 따르면, 해당 2개 부분의 단면 형상은 기본적으로 대응하므로, 하나가 다른 하나에 견고한 체결 방식으로 삽입될 수 있다. 결국, 해당 2개 부분은 전체 외주를 따라 서로 접촉된다. 이것은 힘의 도입을 가져오는데, 이러한 힘의 도입은 양측 부분의 전체 외주에 걸쳐 분배되고 해당 2개 부분 사이에서 단지 소수의 개별 분리 접촉점에서의 텐션 피크의 예방에 도움이 된다. 예를 들면, 양측 부분은 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이 형상의 제공은 해당 형상이 로터 블레이드로의 전이부에서 블레이드 전이 영역의 형태에 가장 가깝게 대응하고 블레이드가 제어관의 구멍 안으로 쉽게 끼워질 수 있게 하기 때문이다. 또한, 상기 직사각형 형상에 의해 인장-토크-전달 요소의 포크형 수용 기구가 유리하게 제조될 수 있다.

본 발명의 다른 유리한 실시예에 따르면, 로터 블레이드의 체결 부분과 제어관의 결합 부분의 단면 형상은 타원형이다. 코너를 갖는 형상에 비해, 타원형은 보다 균일하게 힘이 분배될 수 있도록 함으로써 직사각형 형상의 코너, 특히 제어관의 삽입 구멍에서 노치 스트레스를 방지할 수 있다. 이런 방식으로 특히 제어관의 설계 수명은 유리한 영향을 받을 수 있다. 또한, 타원형은 블레이드 부분으로부터 원추부로까지 섬유 기술의 관점에서 바람직한 유연한 전이(soft transition)를 달성할 수 있도록 한다. 타원형은 비교적 적은 노력으로 특히 체결 부분에 구성될 수 있으며, 아무런 문제없이 인장-토크-전달 요소를 위한 포크형 수용 기구를 구성할 수 있다.

일측으로 체결 부분과 타측으로 결합 부분의 대응하는 단면 형상은 해당 2개 부분 사이의 준-선형(quasi-linear) 접촉을 가져올 수 있다. 따라서, 단면 형상은 회전익의 종방향으로 거의 연장되지 않고 기본적으로 원주 방향으로 연장된다. 단면 형상은 매우 짧고 공간 절약형의 구성을 나타낼 수 있다. 그러나, 단면 형상은 작은 면적의 힘전달 영역만을 가지고 있어서 접촉 영역에 매우 큰 힘 집중이 생길 수 있다. 그러므로, 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 로터 블레이드의 체결 부분과 제어관의 결합 부분은 원주 상에서 해당 2개 부분 사이에 선형 접촉은 물론 국부적(area-shaped)이고 자켓형의 접촉이 이루어지도록 구성된다. 2개 부분 사이에 베어링 면 또는 접촉면을 제공하는 것은 힘전달 중 하중 분배를 유도하고, 이것은 다시 베어링 면에 작용하는 면 하중의 감소를 가져온다. 이 방식으로 손상성 텐션 피크를 예방할 수 있으며, 특히 제어관은 보다 작게 만들어질 수 있다. 이것은 원료 절약, 생산비의 감소, 제어관의 사용 수명 연장을 가져온다.

본 발명의 추가의 실시예에 따르면, 로터 블레이드와 제어관은 체결 부분과 결합 부분 사이의 베어링 면 상에서 함께 결합된다. 특히, 베어링 면을 형성한 결과로 생기는 낮은 표면 하중은 이러한 간단한 부착 방법을 가능케 하며, 이러한 방법은 양측 부분의 연결에 있어 설치 비용을 감소시키고, 그에 따라 특히 보다 고가의 볼트 연결이 필요 없다면 생산비를 줄일 수 있다.

로터 블레이드의 체결 부분을 형성하는 직선형의 원형 실린더의 생성 표면 형상의 베어링 면이 알려져 있다. 본 발명의 추가의 바람직한 실시예에 따르면, 로터 블레이드의 종방향과 그에 따라 원심력 방향으로 볼 때 체결 부분과 결합 부분은 로터 블레이드 측으로 크기가 원추형으로 증가하도록 구성된다. 따라서, 로터 블레이드의 체결 부분은 내부 원추부가 제어관의 결합 부분에서 활주하거나 배치되는 외부 원추부의 형상을 취한다. 볼트 연결 또는 결합된 연결인지 여부에 무관하게 로터 블레이드의 체결 부분과 제어관의 결합 부분 사이의 연결이 실패하면, 제어관은 원심력의 효과의 결과로서 로터 블레이드 위로 푸싱될 것이다. 따라서, 연결부는 예컨대 결합제의 연결이 실패하는 경우에도 여전히 기능적 상태를 유지하기 때문에, 과잉 부품을 갖도록 구성된다.

2개의 원추부의 배열의 결과로서, 로터 블레이드와 제어관 간의 베어링 면을 나타내는 해당 원추부의 원추 영역은 원심력 방향으로는 더 이상 연장되지 않고, 대신 원심력에 대해 소정 각도로 연장된다. 결국, 로터 블레이드 상의 외부 원추부와 제어관의 내부 원추부 사이의 연결 조인트에서 원심력의 결과로써 작용하는 전단력은 감소된다. 예컨대 접착제와 같은 연결 수단을 제거할 수 있고, 그 사용 수명은 연장된다. 대신, 베어링 면에 수직인 방향의 압축력이 활성화된다. 체결 부분과 결합 부분 양자의 원추형 구성은 베어링 면 상에 작용하는 압박력을 증가시키고, 그 결과 연결부, 특히 접착제가 제거되고 그 사용 수명은 연장된다.

동작 중에 로터 블레이드는 원심력에 기인한 하중은 물론 블레이드 부분의 플랩핑(flapping)에 기인한 상당한 굽힘 모멘트를 받게 된다. 섬유 강화 복합체 구성에서 로터 블레이드는 블레이드 선단으로부터 블레이드 부분을 통해 바로 체결 부분 안으로 연속으로 연장되는 익형의(spar-like) 단방향 섬유층을 유익하게 포함할 수 있다. 거의 편향이 없는 섬유층의 흐름은 굽힘 모멘트를 블레이드로부터 제어관을 통해 베어링 영역 내로 전달하는데 필요한 굽힘 저항 및 장력 저항 구조를 만들어 낼 수 있다. 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 경질이고 바람직하게는 단방향의 섬유층이 로터 블레이드의 체결 부분 내에 스카프-조인트(scarf-joint)될 수 있다. 이것은 체결 부분에서의 굽힘 저항과 장력 저항을 증가시키고 연결을 해제하여 그 사용 수명에 유리한 영향을 미친다. 섬유층의 추가의 스카프-조인트에 의해 굽힘 저항을 추가로 크게 향상시킬 수 있다. 섬유층의 배향은 로터 블레이드의 종축에 대해 약 +/-45°에서 +/-90°까지 틸팅될 수 있는 것이 바람직하다. 섬유층은 다축(multiaxial)이 되도록 구성될 수도 있다.

로터 블레이드 내로 제어력을 도입하도록 설계된 것 이외에, 제어관은 로터 블레이드를 페네스트론 포트(fenestron pot) 내에 유지하고 블레이드 부분으로부터 페네스트론 포트로 굽힘 모멘트를 전달하도록 설계되어 있기도 하다. 이런 이유로 제어력은 로터 블레이드로부터 제어관으로 전달되어야 한다. 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 제어관의 결합 부분은 블레이드 측에 전이 부분을 포함하며, 해당 전이 부분은 제어관의 강성을 계속적으로 향상시키도록 구성된다. 상기 전이 부분은 로터 블레이드를 제어관 내로 관통 또는 삽입시키기 위한 구멍 위에 배열되어 블레이드와 제어관 간의 굽힘 모멘트가 갑자기 증가되어 삽입 구멍에서의 버클링(좌굴)을 방지한다. 상기 전이 영역은 굽힘 모멘트의 계속적인 도입을 야기함으로써 블레이드에 대한 손상을 방지한다.

본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 로터 블레이드와 해당 로터 블레이드와 구동 기구의 허브 사이에 배열되는 인장-토크-전달 요소는 일체로 구성된다. 이러한 구성은 블레이드 부분을 형성하는 섬유층이 어떤 중단이나 맞댐 이음 조인트(butt joint) 없이 인장-토크-전달 요소로 연속적으로 천이될 수 있으므로 원료의 활용도가 특히 양호해진다. 오류가 생기지 않는 간단하고 경제적인 제조 방법을 제공하는 것 이외에, 이 구성은 회전익의 중량과 크기의 감소를 가져온다. 로터 블레이드와 인장-토크-전달 요소 사이에 연결을 제공할 필요가 없기 때문에, 회전익의 설치 또한 쉬워진다. 또한, 제어관의 분리형 구성은 로터 블레이드와 인장-토크-전달 요소 사이의 전이를 조사하기 위한 단순화된 옵션을 가져온다.

로터 블레이드의 프로파일 영역의 실제적인 형상에 따라 회전익은 해당 회전익이 작동시 회전하는 회전면에 대한 소위 부분이 주어진다. 부분은 공기역학적 이유로 미리 정해지며 20°까지일 수 있다. 이에 비해, 일반적으로, 인장-토크-전달 요소는 회전면에서 연장된다. 해당 요소가 분리형으로 구성되면, 해당 요소는 통상 로터 블레이드 상의 포크형 부착 기구에 연결된다. 해당 부착 기구는 인장-토크-전달 요소의 연장면에 수직한 구멍을 구비하여 볼트 연결을 형성한다. 따라서, 블레이드 선단에서 볼 때, 인장-토크-전달 요소 중 적어도 부착 영역에서 로터 블레이드에 대해 각도 보상이 이루어져야 한다. 이러한 이유로 기본적으로 볼트 연결을 위한 구멍과 함께 포크는 섬유층이 이 방식으로 틸팅되지 않도록 로터 블레이드에 대해 부분 만큼 틸팅되도록 연장될 수 있다. 이것은 포크 영역 내에 사각(oblique angle)으로 절단된 섬유가 제공되도록 한다. 대안으로서, 토크-전달 부분을 블레이드 부분과 포크 사이에 배열할 수 있으며, 이 토크-전달 부분 내에는 블레이드 부분으로부터의 섬유층이 부분 만큼 트위스트되고 체결 부분의 영역에 있는 포크형 부착부 내로 유도된다. 본 발명의 추가의 유리한 실시예에 따르면, 토크-전달 부분은 로터 블레이드의 체결 부분에 배열된다. 체결 부분에서 비틀림 운동의 통합을 통해 로터 블레이드는 더 짧게 구성될 수 있고, 이는 비용과 중량의 감소를 가져온다. 체결 부분에서의 위치로써 그에 따라 제어관 내에서, 토크-전달 부분은 기류를 받는 로터 블레이드의 영역으로부터 기류를 받지 않아서 공기역학적으로 비효과적인 영역으로 더욱 이동된다. 이것은 토크-전달 부분이 로터 블레이드의 연장부의 주요 방향을 가로지른 큰 단면을 가지기 때문에 유리하며, 해당 큰 단면은 공기역학적 저항을 형성하게 된다. 따라서 토크-전달 부분은 제거 가능하다. 체결 부분에서의 로터 블레이드와 결합 부분에서의 제어관이 베어링 면을 형성하면, 결합 부분도 역시 트위스트되어야 한다. 그러나, 토크-전달 부분을 체결 부분에 통합하는 것은 제어관의 대응하는 매칭과 관련하여 제조 기술의 관점에서 어떤 어려움도 없다.

하기에는 도면을 참조로 본 발명의 원리를 예시적인 방법으로 상세히 설명한다.

도 1은 회전익의 상면도.
도 2는 회전익의 측면도.
도 3은 회전익과 제어관(설치 안됨)의 사시도.
도 4는 제어관의 사시도.
도 5 및 도 6은 제어관의 축방향으로 본 도면.
도 7은 제1 측면도.
도 8은 도 7에 따른 단면도.
도 9는 제2 측면도.
도 10은 도 9에 따른 단면도.
도 11은 제어관이 설치된 회전익의 상면도.
도 12는 도 11에 따른 단면도.
도 13은 도 12에 따른 상세 단면도.
도 14는 설치 중인 회전익과 제어관의 사시도.
도 15는 분리형 인장-토크-전달 요소를 갖는 다른 실시예의 회전익과 제어관의 도면.
도 16은 다른 실시예의 회전익의 단면도.

회전익(도 1에는 부분 도시됨)은 기본적으로 로터 블레이드(1)와 인장-토크-전달 요소(3)를 포함한다. 인장-토크-전달 요소(3)는 로터 블레이드(1)를 구동 기구(도시 생략)의 허브에 연결시킨다. 로터 블레이드(1)와 인장-토크-전달 요소(3)는 일체로 구성되며, 로터 블레이드(1)의 블레이드 부분(5)으로부터 허브 측으로는 블레이드 전이 부분(7)이 이어지고, 이는 다시 원추형 체결 부분에 인접된다. 로터 블레이드는 인장-토크-전달 요소가 블레이드 측 연결부(11)와 함께 연장되는 토크-전달 부분(9)을 포함하며, 블레이드 측 연결부는 특히 상면도로 볼 때 매우 슬림한 직사각형의 토크-전달 요소(13)로 크게 원추형으로 전이된다. 토크-전달 요소는 확장되어 허브측에 클럽형 연결부(15)를 형성하고, 이 클럽형 연결부(15)는 해당 연결부(15)를 통해 수직으로 연장되는 원형 연결 아이(eye)(17)를 수용한다.

도 2의 측면도에 도시된 바와 같이, 토크-전달 요소(13)는 서로 평행하게 연장되어 적층되는 4개의 개별적인 테이프형 라멜라(21)를 포함한다. 상기 라멜라는 동일한 특징의 슬롯(23)을 둘러싸고 있다. 거의 동일한 설계 높이에서 토크-전달 요소(13)가 허브 측의 연결부(15)로 전이된다. 이에 비해, 블레이드 측에 배열된 마주하는 연결부(11) 상에서 상기 토크-전달 요소(13)는 블레이드 측의 연결부(11)가 측면에서 볼 때 역시 확실한 원추형 형상을 가지도록 확장된다.

블레이드 부분(5)은 공기역학적으로 효과적인 단면 프로파일을 가진다. 상기 블레이드 부분(5)은 기본적으로 편평하며 전방 단부(25)와 후방 단부(27) 사이로 연장된다. 연결 블레이드 전이 부분(7)(역시 도 3 비교)은 블레이드 부분(5)의 긴 프로파일과 연결을 위한 타원형의 토크-전달 부분(9)의 콤팩트한 단면 사이에 전이부를 형성하도록 한다. 토크-전달 부분(9)은 훨씬 더 콤팩트한 크기를 가지므로 블레이드 전이 부분(7)에서 확실한 단면 변화가 일어난다.

회전익은 인장-토크-전달 요소(3)가 연장되는 회전면에 대해 약 16°인 블레이드 부분(5)의 각도, 소위 부분을 가진다. 상기 부분은 도 3 및 도 14에도 도시되어 있다. 토크-전달 부분(9)은 일측으로 블레이드 부분(5)과 타측으로 인장-토크-전달 요소(3)의 다른 연장면을 매칭시키도록 기능한다. 또한, 토크-전달 부분은 이후 상술되는 제어관(40)(도 3-16 비교)을 위한 접촉면으로서도 사용된다.

토크-전달 부분(9)보다 보다 확실한 원추형 구성인 연결을 위한 블레이드측 부분(11)에서, 타원형의 토크-전달 부분(9)과 거의 직사각형의 인장-토크-전달 요소(3) 간의 단면 적합화가 일어난다. 상기 부분(11)은 토크-전달 요소(13)를 형성하고 기본적으로 직사각형의 단면과 긴 테이프형 형상으로 허브측 연결부(15)로 이어지는 라멜라(21)로의 전이부를 형성한다.

본 발명에 따른 회전익은 섬유 강화 복합체 구성으로 제조되며, 이러한 구성을 부분적으로 이루는 개별 섬유층은 허브 측 연결부(15)로부터 인장-토크-전달 요소(3)를 통해 토크-전달 부분(9), 블레이드 전이 부분(7)을 경유하여 블레이드 부분(5)을 통해 블레이드 선단(도시 생략)까지 연장된다. 특히 블레이드 부분(5)과 허브측 연결부(15) 간의 단면 형상이 크게 다른데 기인하여, 섬유층 모두가 전체 회전익을 통해 완전하게 연장되는 것은 아니다. 그러나, 라멜라(21)를 형성하는 섬유층은 허브측 연결부(15)로부터 전체 회전익을 통해 상기 회전익의 블레이드 부분(5)과 블레이드 선단까지 연장된다. 이들은 회전익의 주요 구조를 거의 형성한다.

도 3은 도 1 및 도 2에 따른 본 발명의 회전익과 설치될 제어관(40)를 사시도로 나타낸다. 제어관(40)는 도 4에서 반대측에서 본 구성을 확대되고 분리된 형태로 도시되어 있다. 제어관은 기본적으로 관형이고 로터 블레이드 측에 대구경의 디스크형 베어링 배열부(42)를 구비하고 허브측으로는 유사하지만 소구경의 디스크형 베어링 배열부(44)를 구비하는 베이스 본체(41)를 포함한다. 그 사이에는 제어 레버(46)가 베이스 본체(41)로부터 반경 방향으로 멀리 연장된다. 제어 레버는 베이스 본체(41)에 접촉 배치되는 베이스(47)와 베이스 본체(41)로부터 접선 방향으로 연장되어 라운드 형상의 투공된 헤드부(49)에서 만나는 엣지(48)를 갖는 삼각형 디스크를 포함한다. 제어관(40)는 블레이드 측으로 기본적으로 중공의 원통형인 결합 부분(56)의 타원형 관통 구멍(50)을 포함하며, 이 관통 구멍 내로는 회전익(1)이 인장-토크-전달 요소(3)를 최전방으로 하여 대응하는 토크-전달 부분(9)(도 14 비교)에 의해 밀어 넣어지거나 삽입된다. 관통 구멍(50)은 블레이드 측의 베어링 배열부(42)의 측면(43)으로부터 유사-분화구형 방식으로 이격되어 있다. 상기 관통 구멍(50)은 축방향을 따라 로터 블레이드(1) 측으로 감소하는 타원형 단면을 갖는 라운드형 전이 부분(54)의 블레이드측 단부를 형성한다. 베이스 본체(41) 내의 관통 구멍(50)의 위치에서 내부 원추부(56)가 결합 부분으로서 시작된다(도 8 및 도 10 비교).

관통 구멍(50) 반대쪽에는 작동 상태에서 인장-토크-전달 요소(3)가 적어도 부분적으로 돌출되는 시발부인 원형 구멍(52)이 존재한다(도 11 비교).

도 5는 허브측에서 본 제어관(40)의 축방향 도면이다. 제어관(40)의 허브측 베어링 배열부(44)는 블레이드측 베어링 배열부(42)에 비해 작은 직경을 가지므로, 허브측 베어링 배열부는 블레이드 측 베어링 배열부에 의해 은폐되지 않으며 블레이드 측 베어링 배열부(42)가 돌출되는 것보다 반경 방향으로 더 외측으로 돌출되지도 않는다. 원형 구멍(52)은 내부 원추부(56)의 타원형 원추형 단부(51)를 노출시킨다.

도 6은 도 5에 나타낸 방향과 반대 방향, 즉 로터 블레이드(1)의 삽입 방향으로 본 제어관(40)의 축방향 도면이다. 블레이드 측 베어링 배열부(42)는 그 큰 직경에 기인하여 허브 측 베어링 배열부(44)를 덮을 뿐 아니라, 뒤에 위치된 베이스 본체(41)를 덮는다. 더 뒤에 있는 제어 레버(46)만이 반경 방향으로 블레이드 측 베어링 배열부(42) 너머로 돌출된다. 관찰자와 마주하는 베어링 배열부(44)의 측면(43) 상에서, 수평 돌출된 형태의 타원형인 전이 부분(54)이 관찰자 측으로 돌출되며, 해당 전이 부분(54)은 관통 구멍(50) 내로 연장된다. 상기 관통 구멍(50)은 내부 원추부(56)와 해당 관통 구멍(50)에 대해 축방향으로 회전되는 타원형 원추형 단부(51)를 노출시킨다.

도 8 및 도 10의 단면도에 도시된 바와 같이, 삽입 구멍(50)은 축방향으로 테이퍼진 타원면 내측 원추부(56)의 시작이고, 원추부 단부(51)에서 삽입 구멍(50)의 타원보다 작은 타원에서 종결된다. 삽입 구멍에는 원추형 단부(51)에서 삽입 구멍(50)으로 베이스 본체(41)를 관통하는 일정한 내부 실린더(58)가 인접한다. 내부 실린더(58)의 블레이드측 단부에서 그 벽에는 반경 방향으로 연장되는 2개의 대향하는 배출구(60)가 배치된다. 한편, 배출구는 작동 중에 삽입 구멍(52)을 통해 제어관로 도입되는 소정의 습기가 배출구(60)를 통해 배출될 수 있도록 위치 결정된다. 습기는 원추형 단부(51)를 통해 내측 실린더(58)에서 배출될 수 없는데, 이는 그 지점에서 제어관(40)를 갖춘 로터 블레이드(1)가 삽입되어 밀봉부를 제공하도록 접합되기 때문이다. 다른 한편으로, 배출구(60)는 블레이드측에서 토크-전달 요소(13) 또는 연결 부분(11)의 검사에서 검사 목적을 위한 역할을 할 수 있도록 충분히 크게 구성된다.

도 6과 함께 도 8 및 도 10에 도시된 바와 같이, 내측 원추부(56)는 테이퍼를 갖는 원추면 형상을 포함할 뿐만 아니라 약간 비틀려 있다. 도 6은 본 명세서에 설명된 원추면 삽입 구멍(50)과 원추형 단부(51)를 도시하고 있는데, 삽입 구멍은 제어관(40)의 축선에서 16°회전되어 있고 또한 결합 부분(56)의 원추면이다. 16° 만큼의 비틀림은 인장-토크-전달 요소(3)에 대한 로터 블레이드(1)의 부분에 대응한다. 축방향으로 본 도 6의 도면에 도시된 바와 같이, 원추부 단부(51)는 삽입 구멍(50)의 타원 내에 완전히 내접된다. 제조와 관련된 이유로, 원추면 삽입 개구(50) 및 원추형 단부(51)의 장축 및 단축은 제어관(40)에서 언더컷이 생기지 않도록 선택된다. 이러한 치수 결정의 결과로서, 제어관(40)는 언더컷 없이 유지되고 원 패스로, 예컨대 밀링에 의해 제조될 수 있다.

도 11은 제어관(40)가 설치된 회전익의 도면을 도시하고, 도 12는 설치 상태의 단면도를 도시하고 있다. 이에 따라, 제어관(40)는 블레이드측에서 토크-전달 부분(9)과 연결 부분(11)을 모두 완전히 덮고, 토크 전달 요소(13)의 대략 절반을 덮는다. 회전익에 설치될 때에 제어관(40)를 정확하게 센터링하기 위하여, 접합 공정 중에 삽입 구멍(50)의 반대측에 있는 원형 구멍(52) 내로 장착 쐐기부(62)가 삽입되는데, 장착 쐐기부는 인장-토크-전달 요소(3)에 의해 지지된다.

도 13은 회전익과 제어관(40) 사이의 체결 부분을 상세히 도시하고 있다. 이 체결 부분은 토크-전달 부분(9)과 일치한다. 베어링 배열부(42)의 영역에서, 내측 원추부(56)는 삽입 구멍(50)과 원추형 단부(51) 사이에서 연장된다. 로터 블레이드(1)를 제어관(40) 내로 관통 또는 삽입한 후에, 생성된 원추형 토크 전달 부분(9)의 표면은 제어관(40)의 내측 원추부(56)에서의 전체 영역과 접촉한다. 이 접촉 표면에서, 2개의 부품들이 함께 접합된다. 이 지점에서, 작동 중에 로터 블레이드(1)에 작용하는 힘 중 대부분이 제어관(40)를 통해 페네스트론 포트로 전달된다.

도 13의 상세도는 블레이드 부분(5)을 도시하는 대신에 그 블레이드 부분에 작용하는 하중을 도시하고 있다. 블레이드 부분(5)의 고유 중량으로 인해, 회전 중에 허브로부터 멀어지는 방향을 향하는 원심력(F)이 작용한다. 연장 평면에 대해 수직으로 블레이드 부분(5)의 플랩핑으로 인해 굽힘 모멘트(B)가 발생한다. 굽힘 모멘트는 인장-토크-전달 요소(3)에 의해 주로 전달되는 원심력(F)이 아니라, 로터 블레이드(1)와 제어관(40) 사이에서 접촉 영역에 작용하는 특히 굽힘 모멘트(B)이다. 굽힘 모멘트는 실제적으로 제어관(40)에 의해 페네스트론 포트를 향해 전방으로 전달된다.

플랩핑의 방향에 따라, 베어링 배열부(42)의 접촉 표면에는 압력 또는 인장력이 발생한다. 특히, 인장력은 접착제의 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 하중을 제공한다. 그러나, 내측 원추부(56)는 원심력 방향으로 증가하기 때문에, 로터 블레이드(1)에 작용하는 원심력은 인장-토크-전달 요소(3)에 의해 주로 흡수되고, 원심력(F)은 외측을 향한 작용 방향으로 제어관(40)를 압박한다. 따라서, 압력은 그 연결 부분(9)에서 로터 블레이드(1)의 접촉 표면에 가해진다. 이에 따라, 제어관(40)에 대한 원심력(F)의 작용은 접촉 표면에서 접착제에 작용하는 인장력을 중화시키는 접촉력을 추가적으로 유발한다는 점에서 접착제를 줄일 수 있다. 동시에, 접촉력은 연결 부분(9)에서 제어관(40)와 로터 블레이드(1) 사이의 신뢰성 있는 견고한 체결 연결이 유지되는 것을 보장한다.

따라서, 쌍으로 로터 블레이트(1)에 작용하는 굽힘 모멘트는 블레이드측에서 베어링 배열부(42)에 의해 그리고 허브측에서 베어링 배열부(44; 도 7 내지 도 10)에 의해 페네스트론 포트로 전달되는 인장력과 압력을 유발한다. 따라서, 인장-토크-전달 요소(3)는 적어도 굽힘으로부터 생기는 횡방향 힘이 경감되어, 실질적으로 로터 블레이드(1)의 원심력(F)과 제어관(40)에 작용하는 제어력으로부터 비틀림 모멘트를 견디도록 구성되어야 하는데, 이들 힘과 모멘트는 작동 중에 예상된다.

도 14는 특히 로터 블레이드(1) 상의 연결 부분(9)과 제어관(40)의 상호 작용을 도시하고 있다. 도 14는 또한 원추면 삽입 구멍(50)의 주축에 의해 간접적으로 인장-토크-전달 요소(3)에 대한 로터 블레이드(1)의 부분을 도시하고 있는데, 주축은 토크 전달 요소(13)의 연장 평면에 대해 틸팅되어 있다.

로터 블레이드(1)와 제어관(40)를 포함하는 본 발명에 따른 시스템은 인장-토크-전달 요소(3)가 통합되거나 인장-토크-전달 요소(3)가 단일 부재로 형성된 회전익으로 제한되지 않는다. 도 15 및 도 16은 블레이드 부분(5'), 블레이드 전이 부분(7'), 토크 전달 부분(9') 및 별개의 인장-토크 전달 요소(3')가 부착된 연결 부분(11')을 포함하는 로터 블레이드(1')의 예를 도시하고 있다. 이를 위해, 연결 부분(11')은 포크형 수용 포켓(68)을 형성하고, 이 포크형 수용 포켓 내에는 별개의 인장-토크-전달 요소(3)가 삽입될 수 있다. 인장-토크 전달 요소(13')는 유사 골격 형태의 구성을 갖는 대칭형이며, 토크 전달 요소(13')와, 연결 아이(17')를 각각 갖는 2개의 연결 부분(15')을 포함한다. 사실상, 인장-토크 전달 요소(3')는 자체적으로 종래의 요소인 개별적인 금속 박판을 포함하거나, 이미 전술한 인장-토크 전달 요소(3)와 유사하게 섬유 강화 복합체 구성으로도 구성될 수 있다. 인장-토크 전달 요소(3')는 볼트(70)와 카운터 너트(72)에 의해 로터 블레이드(1')에 나사 결합된다. 이를 위해, 그 연결 부분(11')은 연결구(78)를 포함하는데, 이 연결구 내에는 일측면이 평탄하게 된 플랜지(76)를 갖는 부시(74)가 삽입된다. 플랜지(76)의 편평부(80)는 로터 블레이드(1')에 대한 제어관(40')의 설치 시에 회전 방지 장치로서 사용된다. 각 부시(74)는 샤프트(82)를 포함하고, 샤프트(82)의 길이는 서로 일치되므로 부시(74)는 그들 사이에서 인장-토크 전달 요소(3')를 중심에 정확하게 클램핑한다. 따라서, 인장-토크 전달 요소(3')는 회전익의 종축에 정확하게 위치 결정되고, 그 종축에는 회전익의 무게 중심이 또한 위치한다. 이 방식으로 센터링된 인장-토크 전달 요소(3')는 로터 블레이드(1)로부터 작동 중에 발생하는 원심력의 작용 라인에 정확하게 배치되고, 그 센터링된 위치에서는 편심으로부터 생기는 어떠한 모멘트도 받지 않는다.

상세하게 전술한 회전익은 단지 모범적인 실시예이기 때문에, 이 모범적인 실시예는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 통상의 방식으로 당업자에 의해 큰 범위로 변경될 수 있다. 구체적으로, 섬유층의 특정한 절단 및 그 배열 순서는 또한 본 명세서에 설명한 것과 상이한 형태로 일어날 수 있다. 마찬가지로, 결합 부분 또는 제어관의 기계적 결합은 공간 이유 또는 설계 이유로 필요하다면 약간의 다른 형태로 구성될 수 있다. 더욱이, 단수 형태는 복수로 제공되는 각각의 특징의 가능성을 제외하지 않는다.

1: 로터 블레이드 3: 인장-토크-전달 요소
5: 블레이드 부분 7: 블레이드 전이 부분
9: 토크-전달 부분 11: 블레이드 측 연결부
13: 토크-전달 요소 15: 허브 측 연결부
17: 연결 아이 21: 라멜라
23: 슬롯 25: 전방 단부
27: 후방 단부 40: 제어관
41: 베이스 본체 42: 블레이드 측 베어링 배열부
43: 측면 44: 허브 측 베어링 배열부
46: 제어 레버 47: 베이스
48: 엣지 49: 헤드부
50: 관통 구멍 51: 원추형 단부
52: 구멍 54: 전이 부분
56: 내부 원추부를 갖는 결합 부분 58: 내부 실린더
60: 배출구 62: 장착 쐐기부
68: 수용 포켓 70: 볼트
72: 카운터 너트 74: 부시
76: 플랜지 78: 연결구
80: 편평부 82: 샤프트

Claims (11)

1. 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템으로서,
   상기 로터 블레이드(1)는,
   - 블레이드 부분(5)과;
   - 상기 로터 블레이드(1)를 구동 기구의 허브에 부착하는 체결 부분(9)을 포함하고,
   상기 시스템은 분리형 슬리브 형태의 제어관(40)을 더 포함하며,
   상기 분리형 슬리브 형태의 제어관은,
   - 중공의 원통형인 샤프트(41)와;
   - 상기 제어관을 상기 체결 부분(9) 위로 슬라이드 이동시키는 것에 의해 상기 제어관(40)을 상기 로터 블레이드(1)에 결합시키는 관형의 결합 부분(56)을 포함하고,
   상기 로터 블레이드(1)의 체결 부분(9)과 상기 제어관(40)의 결합 부분(56)은 상기 로터 블레이드(1)와 상기 제어관(40)의 상호 체결을 위한 단면 형상을 가지고, 외주 전체를 따라 체결 부분(9)과 결합 부분(56)이 서로 접촉하고,
   상기 로터 블레이드(1)의 상기 체결 부분(9)과 상기 제어관(40)의 상기 결합 부분(56)은 상기 로터 블레이드(1)을 향하여 종방향으로 원추형으로 치수가 증가하는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   일측으로 상기 로터 블레이드(1)의 상기 체결 부분(9)과 타측으로 상기 제어관(40)의 상기 결합 부분(56)은 대응하는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 단면 형상은 타원형인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 로터 블레이드(1)의 상기 체결 부분(9)과 상기 제어관(40)의 상기 결합 부분(56) 사이의 외주에는 자켓형 접촉면이 형성된 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터 블레이드(1)와 상기 제어관(40)은 상기 체결 부분(9) 또는 상기 결합 부분(56) 상에서 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
6. 삭제
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로터 블레이드(1)는 섬유 강화 복합체 구조이고, 상기 로터 블레이드(1)의 블레이드 부분(5)으로부터 나온 섬유층이 상기 체결 부분(9)에 통합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 체결 부분(9)에는 단방향의 섬유층이 스카프-조인트되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 결합 부분(56)의 블레이드 측에는 상기 제어관(40)의 강성을 증가시키도록 된 전이 부분(54)이 제공되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(1)의 부분을 형성하는 상기 로터 블레이드(1)의 체결 부분(9)은 상기 로터 블레이드(1)의 체결 부분에 배열되는 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.
    
11. 제1항 내지 제4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(1)와 인장-토크-전달 요소(3)는 일체형인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합체 구성의 회전익 항공기의 테일 로터의 로터 블레이드(1)를 포함하는 시스템.

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