KR101501137B1

KR101501137B1 - 헬리콥터 로터의 3d 모델 구현장치 및 그 처리방법

Info

Publication number: KR101501137B1
Application number: KR1020130091449A
Authority: KR
Inventors: 백승철
Original assignee: 한국항공우주산업 주식회사
Priority date: 2013-08-01
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2015-03-11
Also published as: KR20150015724A

Abstract

본 발명은 블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 Kinematics Model을 구축하는 모델구축모듈부와; 상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 전달과정모델링모듈과: 상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 운동구현모듈과; 상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 조인트표시모듈을 포함하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법을 제공한다.
상기와 같은 본 발명은 블레이드의 3축(Pitch, Flap, Lag) 힌지를 가지며 스와시플래이트(Swashplate) 형상을 가지는 일반적인 로터 구조물의 기구 분석을 이용하여 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 3D형태로 표시하므로써, 3축 블레이드 운동과 작동기 입력에서 블레이드 출력까지의 복잡한 3D 형태의 Kinematics Model의 구현을 용이하게 실행하므로 그에 따라 설계편의성을 극대화시키는 효과가 있다.

Description

헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법 {3D Model Materialization Device of the Helicopter Roter and Handling Method for the Same}

본 발명은 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법에 관한 것으로, 특히 블레이드의 3축(Pitch, Flap, Lag) 힌지를 가지며 스와시플래이트(Swashplate) 형상을 가지는 일반적인 로터 구조물의 기구 분석을 이용하여 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 3D형태로 표시하므로써, 설계편의성을 극대화시키는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법에 관한 것이다.

일반적으로 헬리콥터는 양력을 발생시키는 로터 블레이드(rotor blade)라고 불리는 회전 날개를 기관으로 돌려서 생기는 양력과 추진력으로 나는 항공기이며, 수직이착륙과 공중 정지가 가능하고, 회전 날개가 각도를 조정하여 전진, 후진, 횡진을 할 수 있다. 그리고 상기와 같은 헬리콥터에 구비되는 로터 블레이드의 설계는 비행성능, 공력하중 및 소음과 같은 공기역학적인 특성뿐만 아니라 진동, 동력학적 안정성 및 비행특성(handling qualities) 등 블레이드가 직접적인 영향을 미치는 다양한 설계분야에 대한 종합적인 검토를 필요로 한다. 여기서, 상기 로터는 블레이드의 피치(Pitch)를 변화시킴으로서 양력 및 추력의 방향 및 크기를 조절하게 되며, 블레이드 피치(Pitch) 변화 및 공력적인 영향으로 블레이드의 상/하 운동(플래핑, Flapping) 및 전/후 운동(리드-래그, Lead-lag)이 나타나게 된다. 특히 상기와 같은 헬리콥터는 헬리콥터 개발 시에 로터와 기체를 포함한 헬리콥터 시스템에 대한 동역학적인 거동을 분석하여 기체진동이 최소화되는 구조설계가 이루어진다.

그러면, 상기와 같은 종래 헬리콥터의 로터 설계방법을 도 1을 참고로 살펴보면, 회전익 항공기인 헬리콥터의 모델사양을 선택하고 해당 모델에 따른 로터를 2D 혹은 간단한 3D 형태의 기구 모델(Kinematics Model) 로 설정하는 모델사양설정과정(S100)과;

상기 모델사양설정과정(S100)후에 설정된 로터 Kinematics Model을 통해 로터 운동에 따른 부품간의 충돌(Crash) 및 적절한 간격(Clearance), 조인트(Joint) 부위의 운동각, 직선운동 부품의 스트로크(Stroke)등의 정보를 얻어내는 정보추출과정(S200)과;

상기 정보추출과정(S200)후에 로터 Kinematics Model을 통해 얻은 정보를 이용하여 로터 구성품간의 상호관계를 분석한후 로터 구성품의 설계에 반영하는 설계반영과정(S300)을 포함하여 구성된다.

한편, 상기와 같은 종래 헬리콥터의 로터 설계방법의 동작은, 먼저 회전익 항공기인 헬리콥터의 모델사양을 선택하고 해당 모델에 따른 로터를 2D 혹은 간단한 3D 형태의 Kinematics Model로 설정한다. 그리고 상기와 같은 모델사양설정 후에 설정된 로터 Kinematics Model을 통해 로터 운동에 따른 부품간의 충돌(Crash) 및 적절한 간격(Clearance), 조인트(Joint) 부위의 운동각, 직선운동 부품의 스트로크(Stroke)등의 정보를 얻어낸다. 또한 상기와 같은 정보추출과정후에 로터 Kinematics Model을 통해 얻어진 정보를 이용하여 운동범위가 적절한지, 부품간의 충돌(Crash) 및 간격(Clearance)이 적절한지 등을 검토분석하고, 그 분석된 결과에 따라 로터 구성품의 배치, 형상설계, 운동 제한 등 전체적인 로터 설계에 적용한다.

그러나, 상기와 같은 종래 헬리콥터의 로터 설계방법은 종래에도 2D 혹은 간단한 3D 형태의 Kinematics Model을 쉽게 구축하여 활용할 수는 있었으나, 3축 블레이드 운동과 작동기 입력에서 블레이드 출력까지의 복잡한 3D 형태의 Kinematics Model의 구현에 대해서는 매우 어려워 그에 따라 설계의 편의성을 상당히 저하시켰으며, 또한, 2D 혹은 간단한 3D 형태의 Kinematics Model을 로터 기구에 필요한 여러 개의 모델로 구축하여 서로 연결할 수는 있었으나, 설계에 필요한 정보를 전체적으로 그리고 상세하게 얻을 수는 없었으며, 여러 Kinematics Model의 연결에 실수가 빈번하게 발생된다는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기위해 발명된 것으로, 3축 블레이드 운동과 작동기 입력에서 블레이드 출력까지의 복잡한 3D 형태의 Kinematics Model의 구현을 용이하게 실행할 수 있는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 3D 형태의 로터 Kinematics Model을 구축하여 한국형 헬기인 수리온에 적용된 최신관절형 로터(Advanced articulated rotor)의 기구를 이해하고 배치 및 부품 설계에 적용할 수 있으므로 그에 따라 설계효용성도 상당히 향상시키는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치 및 그 처리방법을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은 블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 Kinematics Model을 구축하는 모델구축모듈부와;

상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 전달과정모델링모듈과:

상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 운동구현모듈과;

상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 조인트표시모듈을 포함하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치를 제공한다.

본 발명의 또 다른 특징은 모델구축모듈부가 블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 Kinematics Model을 구축하는 제1 과정과;

상기 제1 과정후에 전달과정모델링모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 제2 과정과;

상기 제2 과정후에 운동구현모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 제3 과정과;

상기 제3 과정후에 조인트표시모듈이 주로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 제4 과정과;

상기 제4 과정후에 3D생성모듈이 조인트표시모듈의 Joint를 적용하여 로터의 배치로부터 와이어 요소(Wire segment) 로 이루어진 간략 기구 모델(Simple Kinematics Model) 을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 완성 기구 모델(Complete Kinematics Model) 을 완성하는 제5 과정을 포함하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법을 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 블레이드의 3축( 피치- Pitch, 플랩-Flap , 래그-Lag ) 힌지를 가지며 스와시플래이트(Swashplate) 형상을 가지는 일반적인 로터 구조물의 기구 분석을 이용하여 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 3D형태로 표시하므로써, 3축 블레이드 운동과 작동기 입력에서 블레이드 출력까지의 복잡한 3D 형태의 Kinematics Model의 구현을 용이하게 실행하므로 그에 따라 설계편의성을 극대화시키는 효과가 있다.

상기와 같은 본 발명은 3D 형태의 로터 Kinematics Model을 구축하여 한국형 헬기인 수리온에 적용된 최신관절형 로터(Advanced articulated rotor)의 기구를 이해하고 배치 및 부품 설계에 적용할 수 있기 때문에 3D 형태의 Kinematics Model을 설계에 필요한 정보를 전체적으로 그리고 상세하게 얻을 수 있어 여러 Kinematics Model의 연결을 용이하게 시현할 수가 있으므로 그에 따라 설계효용성도 상당히 향상시키는 효과도 있다.

도 1은 종래 헬리콥터의 로터 설계방법을 설명하는 설명도.
도 2는 본 발명에 따른 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 일례를 설명하는 설명도.
도 3은 본 발명장치에서 조인트가 표시된 주로터(Main Rotor)를 표시하는 도식도.
도 4은 본 발명에 따른 주로터(Main Rotor)의 구성을 설명하는 도식도.
도 5는 본 발명에 따른 꼬리로터의 구성을 설명하는 도식도.
도 6은 본 발명에 따른 3축 회전운동을 제어하는 Joint 구현을 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명에 따른 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 베어링(Bearing) 으로 이루어진 링키지(Linkage)의 Joint 구현을 설명하는 설명도.
도 8은 본 발명에 따른 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현을 설명하는 설명도.
도 9는 본 발명에 따른 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현을 설명하는 설명도.
도 10은 본 발명의 플로우차트.
도 11은 본 발명의 방법이 적용되는 로터 Kinematics 구현과정을 설명하는 설명도.

이하, 본 발명에 따른 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

그러나 본 발명은 여기서 설명되어지는 본 발명에 따른 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)." 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

실시예

도 2는 본 발명에 따른 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 일실시예를 개략적으로 설명하는 설명도이고, 도 3은 본 발명장치에서 조인트가 표시된 주로터(Main Rotor)를 표시하는 도식도이며, 도 4은 본 발명에 따른 주로터(Main Rotor)의 구성을 설명하는 도식도이고, 도 5는 본 발명에 따른 꼬리로터의 구성을 설명하는 도식도이며, 도 6은 본 발명에 따른 3축 회전운동을 제어하는 Joint 구현을 설명하는 설명도이고, 도 7은 본 발명에 따른 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 Bearing으로 이루어진 링키지(Linkage)의 Joint 구현을 설명하는 설명도이며, 도 8은 본 발명에 따른 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현을 설명하는 설명도이고, 도 9는 본 발명에 따른 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현을 설명하는 설명도이며, 도 10은 본 발명의 플로우차트이고, 도 11은 본 발명의 방법이 적용되는 로터 Kinematics 구현과정을 설명하는 설명도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치는,

블레이드의 3축 회전 운동을 이용하여 즉, (1) 피치(Pitch) 혹은 페더링(Feathering) (2) 플래핑 (Flapping) (3) 리드-래그 (Lead-lag) 움직임을 구현하여 로터의 Kinematics Model(1)을 구축하는 모델구축모듈부(2)와;

상기 로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 전달과정모델링모듈(3)과:

상기 로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 운동구현모듈(4)과;

상기 로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 조인트표시모듈(5)을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전달과정모델링모듈(3)은 스와시플래이트 (Swashplate)의 상/하 및 경사운동을 구현한다.

또한, 상기 조인트표시모듈(5)의 Joint를 적용하여 로터 Kinematics의 구현에 따른 문제점을 해결하고 로터의 배치로부터 와이어 요소(Wire segment) 로 이루어진 Simple Kinematics Model을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 완성 기구 모델(Complete Kinematics Model) 을 완성하는 3D생성모듈(6)을 더 포함한다.

여기서 상기 도 3은 주로터(Main Rotor)의 도식도(Schematic)를 나타낸 것으로 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하였고, 꼬리로터(Tail Rotor)의 경우 주로터의 도식도에 비해 간단한 형태이며, 주로터 도식도가 꼬리로터 도식도를 포함하므로 나타내지 않았다. 또한 도 4과 도 5는 주로터(Main Rotor) 및 꼬리로터(Tail Rotor)의 구성도를 나태난 것으로 로터의 형상을 나타내는 설명도이다.

한편 상기 조인트표시모듈(5)의 조인트는 다양한 형태로 구현되는데, 먼저, 3축 회전운동을 제어하는 Joint의 구현의 경우 도 6에 도시된 바와같이 그 적용부위는 마스트(Mast)와 블레이드(Blade)간은 "마스트(Mast) -> 구형 스러스트 베어링(Spherical Thrust Bearing) -> 슬리브(Sleeve) -> 블레이드 (Blade)"로 연결되어 있으며, 구형 스러스트 베어링에서 블레이드의 3축 운동(Pitch, Flap, Lead-lag)을 담당한다.

이때, 상기 3축 회전운동을 제어하는 Joint의 구현에서의 Joint 고려사항은 마스트와 블레이드 사이를 3축운동을 위한 구형 조인트(Spherical Joint) 로 모델링 하면 자유도(DOF(Degree Of Freedom)) 제어가 불가능하며, 마스트의 구형 스러스트 베어링 위치에 Pitch, Flap, Lag를 형성하는 회전축을 모델링하고 인위적으로 추가 회전축을 만들기 위해 회전축 A 부품(Part A) , 회전축 B 부품 (Part B)를 생성함. Part A는 Pitch-Flap 축을, Part B는 Flap-Lag 축에 해당한다.

그리고 상기 3축 회전운동을 제어하는 Joint의 적용방안은 피치 축(Pitch Axis) 과 Part A 사이에 회전 조인트(Revolute Joint) 를 생성하고 피치 입력 명령(Pitch Command) 로 활용, Part A와 Part B 사이에 Revolute Joint를 생성하고 플랩 입력 명령(Flap Command) 로 활용, Part B와 래그 축(Lag Axis) 사이에 Revolute Joint를 생성하고 래그 입력 명령(Lag Command) 으로 활용하면된다.

한편, 상기 조인트표시모듈(5)에 의한 조인트중 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 Bearing으로 이루어진 링키지(Linkage)의 Joint 구현의 경우 도 7에 도시된 바와같이 그 적용부위는 피치로드(Pitch Rod), 리드-래그 댐퍼(Lead-lag Damper), 작동기(Actuator) 등에 적용할 수 있다. 또한 상기 링키지(Linkage) Joint의 고려사항으로는 링키지의 양끝단의 Joint를 Spherical Joint로 모델링 할 경우 한 방향의 회전을 제어 할 수 없다는 점을 인지해야 한다. 그리고 상기 링키지(Linkage) Joint의 적용방안으로는 링키지의 한쪽 끝단은 Spherical Joint로 모델링하고 반대쪽 끝단은 유니버셜 조인트(Universal Joint) 로 모델링해야 한다.

더 나아가, 상기 조인트표시모듈(5)에 의한 조인트중 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현의 경우 도 8에 도시된 바와같이 그 적용부위는 스와시 플래이트(Swashplate)는 마스트(Mast)를 축으로 상/하 직선운동을 하게 하고, 스와시 플래이트 자체의 회전/비회전 부분의 상대 회전이 실행되도록 하며, 스와시 플래이트 중앙부 구형 짐벌(Gimbal)을 중심으로 3축 회전이 가능하게 설정한다. 이때 상기 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현중 Joint 고려사항은 한 지점에서 일어나는 여러 운동을 하나의 부품을 통해 제어하는 것이 불가능하다는 점을 인지해야 한다. 또한, 상기 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현의 Joint 적용방안은 스와시 플래이트 내부의 짐벌 부품을 중간 매개체로 활용하여 회전운동과 직선운동을 분리하여 선형 조인트(Prismatic Joint) , Revolute Joint, Spherical Joint를 모델링한다.

이에 더하여 상기 조인트표시모듈(5)에 의한 조인트중 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현의 경우 도 9에 도시된 바와같이 그 적용부위는 회전형 시저(Rotating Scissors) 부위에 적용한다. 이때, 상기 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현의 Joint 고려사항은 1축 회전 Joint를 갖는 여러 링키지를 연속적으로 연결할 때, 다른 부분의 Joint와 연관하여 제어 불능 상태가 되는 경우가 있음을 인지해야 한다. 또한, 상기 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현의 Joint 적용방안은 DOF(Degree Of Freedom)을 확인하여 Revolute Joint를 실린더 조인트(Cylindrical Joint) 로 변경하여 모델링 해야한다.

다음에는 상기와 같은 구성으로 된 본 발명 장치의 제어방법을 설명한다.

본 발명의 방법은 도 10에 도시된 바와같이 초기상태(S1)에서 모델구축모듈부가 블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 Kinematics Model을 구축하는 제1 과정(S2)과;

상기 제1 과정(S2)후에 전달과정모델링모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 제2 과정(S3)과;

상기 제2 과정(S3)후에 운동구현모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 제3 과정(S4)과;

상기 제3 과정(S5)후에 조인트표시모듈이 주로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 제4 과정(S5)과;

상기 제4 과정(S5)후에 3D생성모듈이 조인트표시모듈의 Joint를 적용하여 로터 Kinematics의 구현에 따른 문제점을 해결하고 로터의 배치로부터 Wire segment로 이루어진 간략 기구 모델(Simple Kinematics Model) 을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 Complete Kinematics Model을 완성하는 제5 과정(S6)을 포함하여 구성된다.

그리고 상기 제4 과정(S5)은 3축 회전운동을 제어하는 Joint의 구현인 경우 마스트의 구형 스러스트 베어링 위치에 Pitch, Flap, Lag를 형성하는 회전축을 모델링하고 인위적으로 추가 회전축을 만들기 위해 Part A, Part B를 생성하는 회전운동 조인트단계를 더 포함한다.

또한 상기 제4 과정(S5)은 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 Bearing으로 이루어진 링키지(Linkage)의 Joint구현인 경우 링키지의 한쪽 끝단을 Spherical Joint로 모델링하고 반대쪽 끝단을 Universal Joint로 모델링하는 링키지 조인트단계를 더 포함한다.

더 나아가, 상기 제4 과정(S5)은 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 Joint 구현인 경우 스와시 플래이트 내부의 짐벌 부품을 중간 매개체로 활용하여 회전운동과 직선운동을 분리하여 Prismatic Joint, Revolute Joint, Spherical Joint를 모델링하는 한지점동시 조인트단계를 더 포함한다.

이에 더하여 상기 제4 과정(S5)은 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 Joint 구현인 경우 DOF(Degree Of Freedom)을 확인하여 Revolute Joint를 Cylindrical Joint로 변경하여 모델링하는 다수링키지 조인트단계를 더 포함한다.

환언하면, 본 발명에 따른 로터 3D모델구현장치(7)는 도 10 또는 도 11에 도시된 바와같이 모델구축모듈부(2)가 블레이드의 3축 회전 운동을 이용하여 즉, (1) 피치 (Pitch) 혹은 페더링(Feathering) (2) 플래핑 (Flapping) (3) 리드-래그 (Lead-lag) 움직임을 구현하여 로터의 Kinematics Model(1)을 구축한다. 그리고 상기 구축과정후에 전달과정모델링모듈(3)은 로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링한다. 또한, 상기 모델링과정중에 운동구현모듈(4)은 로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현한다. 이에 더하여, 상기 주로터의 Kinematics Model(1)을 이용하여 조인트표시모듈(5)은 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시한다.

한편, 상기와 같은 과정을 거쳐 도 11에 도시된 바와같이 단순하게 주로터의 Kinematics Model(1)을 설정한 후에 3D생성모듈(6)은 조인트표시모듈(5)의 Joint를 적용하여 로터 Kinematics의 구현에 따른 문제점을 해결하고 로터의 배치로부터 Wire segment로 이루어진 Simple Kinematics Model을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 Complete Kinematics Model을 완성한다.

실례로, 한국형 헬리콥터인 수리온 주로터의 경우 Joint 63개와 Joint를 제어하는 Command 12개로 이루어져 있고, 입력 Command는 상황에 따라 적절히 조절할 수 있으며, 일반적으로 Pitch, Flap, Lag 각도로 구현할 시에는 Pitch 각도입력 3개, Flap 각도입력 4개, Lag 각도입력 4개, 로터 방위각(Azimuth) 입력 1개로 총 12개로 이루어진다. 이때 상기 Lag 부분의 입력을 리드-래그 댐퍼(Lead-lag Damper)의 스트로크(Stroke)로 변경하여 적용가능하다. 또한 상기 과정중 작동기 스트로크(Actuator Stroke)가 주요 입력 Command일경우에는 작동기 스트로크 입력 3개, Flap 각도입력 3개, Lag 각도입력 4개, 로터 방위각 입력 1개로 총 12개로 이루어져 있고, 이때 Lag 부분의 입력을 리드-래그 댐퍼(Lead-lag Damper)의 스트로크 (Stroke)로 변경하여 적용가능하다. 더 나아가, 상기 수리온 로터의 경우 4개 블레이드 형태이나, Pitch 입력의 경우 3개만 입력하며 나머지 1개의 Pitch값은 종속적이다.

1 : 로터 Kinematics Model 2 : 모델구축모듈부
3 : 전달과정모델링모듈 4 : 운동구현모듈
5 : 조인트표시모듈 6 : 3D생성모듈
7 : 3D모델구현장치

Claims

블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 기구 모델(Kinematics Model) 을 구축하는 모델구축모듈부와;
상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 전달과정모델링모듈과:
상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 운동구현모듈과;
상기 로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint) 를 표시하는 조인트표시모듈을 포함하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 모델구축모듈부의 3축 회전운동은 로터의 (1) 피치 (Pitch) 혹은 페더링(Feathering) (2) 플래핑 (Flapping) (3) 리드-래그 (Lead-lag)의 움직임으로 구현되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 전달과정모델링모듈은 스와시플래이트 (Swashplate)의 상/하 및 경사운동을 구현하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 조인트표시모듈의 조인트(Joint) 를 적용하여 로터의 배치로부터 와이어 요소(Wire segment) 로 이루어진 간략 기구 모델(Simple Kinematics Model) 을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 완성 기구 모델(Complete Kinematics Model) 을 완성하는 3D생성모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 조인트표시모듈은 3축 회전운동을 제어하는 조인트(Joint) 구현의 경우 적용부위를 마스트(Mast)와 블레이드(Blade)간은 "마스트(Mast) -> 구형 스러스트 베어링(Spherical Thrust Bearing) -> 슬리브(Sleeve) -> 블레이드 (Blade)"로 연결시키고, 구형 스러스트 베어링에서 블레이드의 3축 운동( 피치-Pitch , 플랩-Flap , 리드-래그-Lead-lag )을 담당하도록 설정하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제5항에 있어서,
상기 3축 회전운동을 제어하는 Joint의 적용방안은 피치 축(Pitch Axis) 와 회전축 A 부품(Part A) 사이에 회전 조인트(Revolute Joint) 를 생성하고 피치 입력 명령(Pitch Command) 로 활용, Part A와 회전축 B 부품( Part B)사이에 Revolute Joint를 생성하고 플랩 입력 명령(Flap Command) 으로 활용, Part B와 래그 축(Lag Axis) 사이에 Revolute Joint를 생성하고 래그 입력 명령(Lag Command) 으로 활용하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 조인트표시모듈은 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 베어링(Bearing) 으로 이루어진 링키지(Linkage)의 조인트(Joint) 구현의 경우 그 적용부위를 피치로드(Pitch Rod), 리드-래그 댐퍼(Lead-lag Damper), 작동기(Actuator)에 적용하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 조인트표시모듈은 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 조인트(Joint) 구현의 경우 그 적용부위를 스와시 플래이트(Swashplate)는 마스트(Mast)를 축으로 상/하 직선운동을 하게하고, 스와시 플래이트 자체의 회전/비회전 부분의 상대 회전을 하게 하며, 스와시 플래이트 중앙부 구형 짐벌(Gimbal)을 중심으로 3축 회전이 가능하게 설정하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
제1항에 있어서,
상기 조인트표시모듈은 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 조인트(Joint) 구현의 경우 그 적용부위를 회전형 시저(Rotating Scissors) 부위로 하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치.
모델구축모듈부가 블레이드의 3축 회전 운동을 구현하여 로터의 기구 모델(Kinematics Model) 을 구축하는 제1 과정과;
상기 제1 과정후에 전달과정모델링모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 작동기(Actuator)로부터 스와시플래이트 (Swashplate)를 통해 블레이드로 전달되는 피치 운동 전달과정을 모델링하여 표시하는 제2 과정과;
상기 제2 과정후에 운동구현모듈이 로터의 Kinematics Model을 이용하여 링키지 양끝단의 3축 회전운동을 만들고, 리드래그 댐퍼(Lead-lag Damper) 및 작동기(Actuator)의 직선운동을 구현하여 표시하는 제3 과정과;
상기 제3 과정후에 조인트표시모듈이 주로터의 Kinematics Model을 이용하여 주로터의 움직임이 발생하는 주요 부품과 모델링 해야 하는 조인트(Joint)를 표시하는 제4 과정과;
상기 제4 과정후에 3D생성모듈이 조인트표시모듈의 조인트(Joint) 를 적용하여 로터의 배치로부터 와이어 요소(Wire segment) 로 이루어진 간략 기구 모델(Simple Kinematics Model) 을 생성한후 그 생성된 모델에 3D 형상을 입혀 최종 완성 기구 모델(Complete Kinematics Model) 을 완성하는 제5 과정을 포함하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법.
제10항에 있어서,
상기 제4 과정은 3축 회전운동을 제어하는 조인트(Joint) 의 구현인 경우 마스트의 구형 스러스트 베어링 위치에 피치-Pitch , 플랩-Flap , 래그(Lag) 를 형성하는 회전축을 모델링하고 인위적으로 추가 회전축을 만들기 위해 회전축 A 부품(Part A) , 회전축 B 부품(Part B) 를 생성하는 회전운동 조인트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법.
제10항에 있어서,
상기 제4 과정은 양끝단이 3축 회전운동이 가능한 베어링(Bearing) 으로 이루어진 링키지(Linkage)의 조인트(Joint) 구현인 경우 링키지의 한쪽 끝단을 구형 조인트(Spherical Joint) 로 모델링하고 반대쪽 끝단을 유니버셜 조인트(Universal Joint) 로 모델링하는 링키지 조인트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법.
제10항에 있어서,
상기 제4 과정은 회전과 직선운동이 한 지점에서 동시에 일어나는 조인트(Joint) 구현인 경우 스와시 플래이트 내부의 짐벌 부품을 중간 매개체로 활용하여 회전운동과 직선운동을 분리하여 선형 조인트(Prismatic Joint) , 회전 조인트(Revolute Joint) , 구형 조인트(Spherical Joint) 를 모델링하는 한지점동시 조인트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법.
제10항에 있어서,
상기 제4 과정은 여러 개의 링키지(Linkage)가 1 축 회전 조인트(Joint)로 연결된 조인트(Joint) 구현인 경우 자유도(DOF(Degree Of Freedom)) 을 확인하여 회전 조인트(Revolute Joint) 를 실린더 조인트(Cylindrical Joint) 로 변경하여 모델링하는 다수링키지 조인트단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터 로터의 3D 모델 구현장치의 처리방법.