KR101632057B1 - 모듈형 동력 장치 및 리프트 로터를 구비한 항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메인 기어박스(20), 터빈 엔진(40) 및 열교환기(60)를 포함하는 동력 장치(10)에 관한 것이다. 메인 기어박스(20)는 실질적으로 수직인 로터 마스트(21)를 포함한다. 메인 기어박스(20)는 평면 케이싱(22) 내에 배열되는 적어도 하나의 회전 속도 감속 스테이지와 파일론(23)을 포함한다. 터빈 엔진(40)은 엔진 케이싱(42)을 포함하고, 엔진 케이싱(42)으로부터 출력 샤프트가 돌출되어 평면 케이싱(22) 내로 관통되고, 출력 샤프트(41)는 로터 마스트(21)에 실질적으로 평행하고, 엔진 케이싱(42)은 파일론(23)에 대해 종방향으로 오프셋되되 상기 파일론(23)과 접촉하지 않는다. 열교환기(60)는 종방향으로 상기 터빈 엔진(40) 너머로 연장되고, 로터 마스트(21)는 반대로 종방향으로 터빈 엔진(40)의 전방에 위치된다.

Description

모듈형 동력 장치 및 리프트 로터를 구비한 항공기{A MODULAR POWER PLANT AND AN AIRCRAFT PROVIDED WITH A LIFT ROTOR}

관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 7월 16일자 출원된 FR 13 01681의 이익을 주장하지 않는다.
본 발명은 모듈형 동력 장치 및 해당 동력 장치에 의해 회전 구동되는 리프트 로터를 구비한 항공기에 관한 것이다.
이러한 항공기의 동력 장치는 통상 메인 기어 박스를 구동시키는 터빈 엔진을 포함한다.
터빈 엔진은 통상 동작 터빈을 회전 구동시키는 가스 발생기를 갖는 가스 터빈을 포함한다. 동작 터빈은 가스 발생기와 독립적인 소위 "자유" 터빈일 수 있다. 가스 발생기는 통상 연소실에 압축 공기를 공급하는 적어도 하나의 압축 스테이지를 가진다.
메인 기어 박스는 리프트 로터를 회전 구동시키기 위한 로터 마스트를 포함한다. 또한, 메인 기어 박스는 예컨대 항공기의 요잉(yawing) 동작을 제어하는 로터의 구동을 위한 유출구를 포함할 수 있다.
동작 터빈과 메인 기어 박스 사이에는 연결 수단 및 각도 구동 도약 수단이 배치될 수 있다. 예를 들면, 이러한 연결 수단은 2개의 회전 샤프트 간의 각도 오정렬을 수용하는 부재를 포함한다.
터빈 엔진은 통상 지지 플랫폼상에 수평으로 배열된다. 다시 말해, 터빈 엔진으로부터의 출력 샤프트는 수평 위치에 있다. 반대로, 지지 플랫폼은 거의 수직인 위치에 있는 메인 기어 박스를 보유하며, 메인 기어 박스에 의해 회전되는 로터 마스트는 거의 수직이다.
이전 세대의 터빈 엔진은 통상 설치를 곤란케 할 수 있는 상당한 중량과 크기를 가진다. 보다 구체적으로, 이러한 이전 세대의 터빈 엔진은 비교적 높은 연료 소비를 나타낼 수 있다.
그럼에도 불구하고, 소정의 현대의 터빈 엔진은 비교적 소형이다. 터빈 엔진은 단일 압축 스테이지와 "인버트형(inverted)"으로 지칭되고 터빈 엔진의 전체 크기를 크게 감소시키도록 할 수 있는 연소실을 포함하는 것으로 알려져 있다. 편의를 위해 그리고 용이한 식별을 위해, 이러한 터빈 엔진을 "콤팩트 터빈 엔진"으로 지칭한다.
콤팩트 터빈 엔진의 성능과 특히 그 연료 소비를 개선하기 위해, 동력 장치는 열교환기를 포함할 수 있다. 터빈 엔진은 사실 콤팩트하지만, 열교환기는 반대로 크기가 큰 것으로 확인된다. 예로써 열교환기는 터빈 엔진의 유출구로부터 취한 고온 가스를 사용하는 것에 의해 터빈 엔진의 압축 스테이지로부터의 유출구와 터빈 엔진의 연소실 사이의 공기를 예열하는 기능을 가진다.
이후 열교환기는 연소실로 들어가기 전에 가스 발생기에 의해 압축된 신선한 공기를 가열하기 위해 터빈 엔진에 체결된다.
따라서, 신선한 공기는 터빈 엔진 내로 흡입된 후 각각의 압축 스테이지에 의해 압축된다. 압축된 신선한 공기는 연소실에 도달하기 전에 가열되도록 열교환기 내로 유도된다. 이러한 상황에서, 압축된 공기는 연료와 함께 연소되어 적어도 하나의 터빈을 통해 팽창되는 고온 가스를 발생시킨다. 따라서, 터빈 엔진은 압축기 스테이지와 자유 동작 터빈에 연결된 터빈을 포함하며, 이때 해당 터빈들은 고온 가스에 의해 회전된다. 이후, 고온 가스는 대기 중으로 방출하기 전에 열교환기에 의해 수집되어 상기 터빈 엔진에 의해 흡입된 신선한 공기를 가열한다.
콤팩트 터빈 엔진과 열교환기를 포함하는 조립체는 통상의 엔진에 비해 부피가 큰 것으로 확인되지만, 통상의 엔진에 비해 제한된 연료 소비를 나타낼 수 있다.
그럼에도, 이러한 조립체의 배열은 결코 확실한 것은 아니다.
열교환기를 적소에 배치하는 것은 항공기의 커버의 폭 및/또는 높이 및/또는 길이의 증가를 가져올 수 있다. 그러면 항공기의 총 표면적 및 특히 전방 표면적이 통상의 설비에 비해 증가된다. 이것은 항공기의 공기 저항을 증가시킬 수 있다.
열교환기와 결합된 콤팩트 터빈 엔진의 배열은 항공기의 무게중심의 위치를 크게 변화시킬 수 있고, 이는 예컨대 항공기의 핀(fin)에 악영향을 미칠 수 있다. 특히, 항공기의 정적 안정성을 보장하기 위해 수직 및 수평 안정판(stabilizer)을 대응적으로 규격화하는 것이 필요할 수 있다.

EP 1 216 190 문헌은 통합 엔진 및 메인 기어 박스를 기술하고 있다.
터빈 엔진은 하우징 내에 장착되고, 메인 기어 박스는 하우징 내에 합체되어 터빈에 연결된다. 메인 기어 박스는 케이싱 내에 설치되고, 케이싱과 하우징은 서로 합체되어 단일 유닛을 구성한다.
터빈 엔진은 메인 기어 박스를 구동시키기 위한 수평 출력 샤프트를 가진다.
FR 2 956 700 문헌은 정상 사용 조건 하에서 거의 수직으로 연장되는 출력 샤프트를 갖는 터빈 엔진을 기술하는데, 여기서 샤프트는 단일 베이링에 의해 유지된다.
US 5 226 350 문헌은 2개의 반전 회전 로터를 둘러싸는 링을 갖는 항공기를 기술한다. 반전 회전 로터를 보유하는 허브의 회전을 구동시키기 위해 링 내에 엔진에 배열된다. 엔진은 허브와 엔진 간의 축방향, 경사 및/또는 평행 관련 오정렬의 공차를 용인하는 롱 샤프트(long shaft)에 의해 허브에 연결된다.
US 5 108 043 문헌은 쌍발 엔진을 갖는 헬리콥터 동력 장치를 기술한다. 각 엔진은 일단부에 세로홈이 형성되고 타단부에 기어 휠을 보유하는 변속 샤프트를 통해 메인 기어박스를 구동시킨다.
EP 0 760 777 문헌은 유성 기어 트레인을 갖는 메인 기어박스를 기술한다. 엔진도 역시 베벨(bevel) 수단을 통해 메인 기어박스에 연결될 수 있다.
DE 200 06 526 문헌은 벨트를 이용하여 로터를 구동시키는 샤프트에 대해 기술한다.
따라서 이상의 문헌들은 열교환기와 협력하여 콤팩트 터빈 엔진에 의해 회전 구동되는 메인 기어박스를 포함하는 동력 장치를 배열하는 것과 관련된 사항을 제공하지는 않는다.
다음의 문헌도 역시 공지되어 있다: US 2005/115770 A1, US 5 823 470 A, US 5 054 716 A, GB 940 024 A, US 2011/121127 A1, FR 2 905 983 A1.
US 2005/115770 A1 문헌은 경사 기어박스를 갖는 설비를 제안한다.
US 5 823 470 A는 2개의 경사 로터를 갖는 항공기를 기술한다.
US 5 054 716 A는 마스트를 갖는 메인 기어박스와 맞물리는 터빈 엔진을 포함하는 컨버터블 항공기를 기술한다.

본 발명의 목적은 이러한 동력 장치를 제안하는 것이다.

본 발명에 따르면, 메인 기어박스와 터빈 엔진을 가지는 동력 장치를 포함하며, 메인 기어박스는 로터의 허브를 회전시키는데 적합한 실질적으로 수직인 로터 마스트를 포함하며, 터빈 엔진은 메인 기어박스를 구동시키기 위한 출력 샤프트를 포함하며, 동력 장치는 터빈 엔진에 체결된 열교환기를 포함한다.
상기 동력 장치는 특히 다음의 측면이 두드러진다:
메인 기어박스는 평면 케이싱 내에 배열되는 적어도 하나의 회전 속도 감속 스테이지와, 평면 케이싱의 상부면에 기립되고 로터 마스트가 내부를 관통하고 있는 파일론(pylon)을 포함하며;
터빈 엔진은 엔진 케이싱을 포함하고, 출력 샤프트는 엔진 케이싱으로부터 돌출되고, 출력 샤프트는 엔진 케이싱이 평면 케이싱의 상부면에 배열시 평면 케이싱 내로 관통되고, 출력 샤프트는 로터 마스트에 실질적으로 평행하고, 엔진 케이싱은 파일론에 대해 종방향으로 오프셋되되 파일론과 접촉하지 않으며;
열교환기는 종방향으로 터빈 엔진 너머로 연장되고, 로터 마스트는 반대로 종방향으로 터빈 엔진의 전방에 위치된다.
동력 장치는 경사형의 설비가 아니다. 파일론은 평면 케이싱에 대해 고정적으로 유지되므로, 터빈 엔진은 평면 케이싱에 대해 이동되는 것이 방지되고 동력 장치는 지지 플랫폼에 대해 고정적이다.
다시 말해, 터빈 엔진은 동력 장치 및/또는 동력 장치를 갖는 기체의 전방으로부터 후방의 방향의 종방향에 대해 로터 마스트와 열교환기 사이에 배열된다. 횡방향 측에서 바라보는 관찰자는 이러한 특징을 관찰할 수 있다.
열교환기는 동력 장치 및 기체의 대칭의 전후 평면에 배열되는 것에 의해 정확하게 종방향의 위치에 위치될 수 있다.
변형례로서, 열교환기는 상기 전후 평면에 대해 소정의 각도로 높이차를 가지고 종방향으로 연장되는 경사 평면에 배치되는 것에 의해 경사지게 배열될 수 있다. 이러한 각도는 높이 방향을 따라 동력 장치를 바라보는 관찰자에 의해 볼 수 있다.
평면 케이싱은 높이 치수가 종방향 및 횡방향의 치수에 비해 매우 작은 한 "편평한" 것으로 지칭된다.
예를 들면, 높이 치수가 약 150 mm인 한편, 횡방향 치수가 500 mm 정도일 수 있어서 내부로 대형 휠이 삽입될 수 있게 되며, 종방향 치수는 1 m 정도 일 수 있어서 기어 트레인이 삽입될 수 있게 된다. 파일론은 약 400 mm의 높이 치수와 약 300 mm의 직경을 나타낼 수 있다. 이들 수치 값은 특히 평면 케이싱의 편평한 특성을 예시하기 위해 예로써 주어진 것이다.
이러한 동력 장치는 함께 체결되기 전에는 독립적인 소위 메인 기어박스와 터빈 엔진인 2개의 모듈을 갖는 구성을 제안하는데, 여기서 터빈 엔진은 콤팩트 터빈 엔진과 같은 엔진인 것이 유리하다. 따라서 2개의 모듈은 개별적인 것으로 2개의 별개 케이싱을 나타낸다.
따라서 터빈 엔진과 메인 기어박스 모두는 독립적이고 자체 수납된다. 예를 들면, 터빈 엔진과 메인 기어박스는 주관하는 권한에 의해 서로 독립적으로 인증될 수 있다.
수직 출력 샤프트를 사용한 기계적 연결은 이들 2개의 모듈이 기계적으로 함께 연결되도록 할 수 있다.
따라서, 터빈 엔진은 메인 기어박스에 그리고 그 반대로 충격을 주지 않고 기체로부터 분리될 수 있다. 오퍼레이터는 결함있는 터빈 엔진을 어려움 없이 다른 터빈 엔진으로 교체할 수 있다.
터빈 엔진은 엔진 케이싱으로부터 수직으로 돌출되는 출력 샤프트에 의해 메인 기어박스에 기계적으로 연결된다. 이러한 특징은 사용시 출력 샤프트에 적응성(flexibility)을 제공함으로써 터빈 엔진과 메인 기어박스 간의 소정의 오정렬을 수용할 수 있다.
또한, 이러한 동력 장치는 터빈 엔진의 출력 샤프트가 메인 기어박스 내에 직접 삽입되므로 터빈 엔진과 메인 기어박스 간에 설치되는 연결 수단 또는 각도 구동 도약 수단을 필요로 하지 않는다.
이러한 동력 장치는 항공기의 공기역학적 성능의 과도한 저하를 방지할 수 있게 한다.
열교환기와 함께 터빈 엔진을 설치하는 것은 항공기의 전방 표면적에 영향을 미칠 수 있음을 상기하여야 한다.
그러나, 본 발명의 동력 장치는 종래의 구성과 달리 터빈 엔진을 실질적으로 수직인 위치에 배열하는 것을 제안한다.
이러한 상황에서, 열교환기는 터빈 엔진과 나란히 실질적으로 수평인 위치로 그리고 종래의 커버의 치수 이내로 종방향으로 연장될 수 있어서, 동력 장치에 의해 정상적으로 점유되는 공간을 점유할 수 있다.
동력 장치가 항공기에 배열될 때, 열교환기는 터빈 엔진과 직렬로 배열되므로 항공기의 전방 표면적에 미치는 영향이 적다.
또한, 터빈 엔진은 열교환기와 결합되므로, 터빈 엔진은 콤팩트한 터빈 엔진일 수 있고 그에 따라 크기가 작을 수 있다. 결국, 터빈 엔진은 합당하게 유지되는 높이 위로 수직으로 연장된다. 추가로, 메인 기어박스는 출력 샤프트가 메인 기어박스 내에 직접 결합되므로 평탄한 케이싱을 포함할 수 있다. 이것은 동력 장치의 높이를 최적화할 수 있다.
추가로, 터빈 엔진은 종방향으로 매우 짧은 거리 너머로 연장되므로, 열교환기가 항공기의 균형에 대해 미치는 영향을 최소화한다. 터빈 엔진과 메인 기어박스를 포함하는 조립체는 수직 배열되는 터빈에 의해 최소화되는 거리 너머로 종방향으로 연장된다. 따라서 이러한 배열은 항공기의 수직 및 수평 안정판에 영향을 미치는 해법과 달리 항공기의 무게중심의 위치에 긍정적인 영향을 미친다. 터빈 엔진과 열교환기를 포함하는 조립체의 레버 아암은 로터 마스트에 비해 작은 경향이 있어서 항공기의 무게중심을 로터의 회전축에 가깝게 이동시킬 수 있다.
결국, 이러한 동력 장치의 이들 부재의 시너지 효과에 의해 다수의 예상치 못한 장점을 나타낼 수 있는 동력 장치를 얻는 것이 가능해진다.
동력 장치는 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
동력 장치는 엔진 케이싱과 상기 파일론 사이에 배열되는 격벽을 포함할 수 있다. 엔진 케이싱과 파일론은 서로 이격되어 있어서 그 사이에 격벽이 설치될 수 있다.
격벽은 메인 기어박스와 터빈 엔진 사이에 보다 일반적인 방식으로 삽입되는 복수의 패널을 포함할 수 있다. 이러한 상황에서, 격벽은 예컨대 터빈 엔진과 메인 기어박스의 파일론 사이에 수직 패널과, 특히 터빈 엔진과 평면 케이싱 사이에 배치되는 수평 패널을 구비할 수 있다.
또한, 평면 케이싱은 파일론을 보유하는 전방 세그먼트로부터 종방향으로 터빈 엔진을 보유하는 후방 세그먼트까지 선택적으로 연장된다. 이러한 특징은 특히 엔진 케이싱이 파일론으로부터 잘 분리될 수 있게 한다.
또한, 이에 따라 평면 케이싱은 대형 휠을 갖는 동력 감소 스테이지를 수용할 수 있다. 이러한 대형 휠은 견고하고 예컨대 유성 기어 트레인보다 저가인 장점을 제공한다.
따라서, 출력 샤프트는 대형 휠과 직접 또는 예컨대 오버러닝(overrunning) 클러치 또는 "프리휠(freewheel)"을 통해 간접적으로 결합될 수 있다. 이러한 프리휠은 터빈 엔진이 돌발적으로 장애를 받는 경우 리프트 로터가 자동 회전되도록 하는 장점을 제공한다.
동력 장치는 출력 샤프트와 메인 기어박스 사이에 배열되는 세로홈이 형성된 연결부를 포함할 수 있다.
이러한 세로홈 형성 연결부는 예컨대 출력 샤프트에 고정되는 세로홈-형성된 단부편을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 세로홈-형성 단부편은 대형 휠과 맞물리는데, 이는 "대형 기어(toothed) 휠과의 기어 연결"로 불리우기도 한다. 대형휠은 원형 기어 휠이어서 큰 감속비를 나타낸다.
이에 대해, 다른 실시예에서, 세로홈-형성 단부편은 메인 기어박스의 프리휠과 맞물리는데, 프리휠은 회전 속도 감속 스테이지와 맞물린다. 따라서 프리휠은 예컨대 대형 휠과 맞물릴 수 있다.
또한, 터빈 엔진은 가스 발생기와 동작 샤프트에 고정된 동작 터빈을 갖는 가스 터빈을 포함할 수 있다.
동작 샤프트와 출력 샤프트는 일치되어 단일 샤프트를 형성할 수 있다.
그럼에도, 동작 샤프트와 출력 샤프트는 별개일 수 있다. 이러한 상황에서 동작 샤프트는 유리하게는 로터 마스트와 그에 따라 출력 샤프트에 거의 평행하다.
서로 평행한 로터 마스트, 출력 샤프트 및 동작 샤프트에 의해, 동력 장치는 이들을 쌍으로 함께 연결하기 위한 각도 구동 도약 수단을 필요로 하지 않는다.
결국, 터빈 엔진은 선택적으로, 엔진 케이싱 내에서 동작 샤프트와 출력 샤프트 사이에 배치되는 감속 기어를 포함한다. 따라서 엔진 케이싱은 가스 터빈을 둘러싸는 소위 "터빈 케이싱"과 감속기를 둘러싸는 소위 "감속기 케이싱"을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 터빈 케이싱과 감속기 케이싱은 서로 고정된다. 따라서 터빈 엔진은 모듈형이고, "가스 터빈" 모듈과 "감속기" 모듈을 포함한다.
이러한 상황에서, 동작 샤프트의 회전 속도는 10,000~50,000 rpm의 범위에 있을 수 있는 한편, 출력 샤프트의 회전 속도는 예컨대 6,000~9,000 rpm의 범위로 감소된다. 메인 기어박스의 기어 연결은 이 회전 속도를 감속시켜 예컨대 로터 마스트에서 약 400 rpm의 회전 속도에 도달할 수 있다.
또한, 동력 장치는 엔진 케이싱을 평면 케이싱에 체결하기 위한 연결 수단을 포함할 수 있는데, 해당 연결 수단은 다수의 센터링 펙(centering peg)과 볼트를 갖는 링을 포함한다. 연결 수단은 터빈 엔진이 가이드 펙의 도움으로 적절한 위치로 안내되도록 할 수 있고, 터빈 엔진이 볼트의 링의 도움으로 메인 기어박스에 체결될 수 있게 한다.
터빈 엔진과 메인 기어박스 사이의 계면에 격벽이 배열될 수 있다.
추가로, 출력 샤프트는 엔진 케이싱으로부터 10 cm보다 큰 높이 너머로 돌출될 수 있다.
따라서 출력 샤프트는 유연할 정도로 충분히 길다. 따라서 이러한 출력 샤프트는 터빈이 메인 기어박스에 설치되는 동안 각도 변형의 존재를 수용할 수 있다.
메인 기어박스에 대한 터빈 엔진의 위치 설정은 오작동의 유발을 피하기 위해 비교적 정확할 필요가 있다. 과도한 오정렬은 메인 기어박스의 부재 상에 큰 하중을 야기하여 조기 마모를 유발할 가능성을 가져올 수 있다.
"긴" 출력 샤프트의 존재는 오퍼레이터에 소정량의 조정의 자유를 제공하는 작용을 한다. 또한, 가이드 펙의 존재는 터빈 엔진의 정확한 위치 설정을 용이하게 한다.
또한, 동력 장치는 메인 기어박스의 윤활을 위한 제1 윤활 시스템과 터빈 엔진의 윤활을 위한 제2 윤활 시스템을 포함할 수 있다.
동력 장치의 모듈형 구조는 개별화된 윤활 시스템을 자리잡을 수 있게 할 수 있다.
따라서, 제1 윤활 시스템은 선택적으로, 체결 압력에 대해 양호한 저항을 나타내는 미네랄 오일을 포함하며, 터빈 엔진의 제2 윤활 시스템은 고온에 견딜 수 있는 능력과 낮은 점성을 나타내는 합성 오일을 포함할 수 있다.
터빈 엔진은 터빈 외부의 매체로부터 터빈 엔진 내부 공간을 단절시키기 위해 출력 샤프트가 통과되는 동적 밀봉부를 포함할 수 있다. 따라서, 동적 밀봉부는 예컨대 윤활액의 누출을 회피하는 것을 추구한다.
추가로, 파일론은 선택적으로, 메인 기어박스를 지지 플랫폼에 현수하기 위한 서스펜션 수단을 포함한다. 이러한 서스펜션 수단은 파일론으로부터 플랫폼으로 현수된 경사 서스펜션 바를 포함할 수 있다.
평면 케이싱도 역시 해당 케이싱이 플랫폼에 대해 현수될 수 있게 하는 서스펜션 수단을 포함할 수 있다.
본 발명은 허브와 복수의 블래이드를 갖는 리프트 로터를 구비한 항공기를 제공한다. 항공기는 전술한 종류의 동력 장치를 포함한다.
이러한 상황에서, 상기 항공기는 상기 동력 장치를 보유한 지지 플랫폼을 포함할 수 있으며, 상기 동력 장치는 상기 지지 플랫폼에 대해 고정적이다.
따라서, 동력 장치는 예컨대 US 2005/115770 A1, US 5 823 470 A, 또는 US 5 054 716 A 문헌의 의미에서 틸팅되는 조립체가 아니다.

본 발명과 그 장점들은 첨부 도면을 참조로 예로써 주어진 다음의 실시예의 설명의 문맥으로부터 보다 상세히 드러날 것이다.
도 1은 본 발명의 항공기의 다이어그램이고;
도 2는 본 발명의 메인 기어박스의 도면이고;
도 3 및 도 4는 열교환기에 결합된 터빈 엔진의 도면이고;
도 5는 동력 장치의 도면이고;
도 6은 메인 기어박스와 맞물리는 출력 샤프트를 보여주는 단면도이다.

2개 이상의 도면에 제시된 실시예들은 각 도면에서 동일한 참조로 주어진다.
3개의 상호 직교하는 방향 X, Y, Z가 일부 도면에 예시된다.
제1 방향 X는 "종방향"으로 지칭된다.
제2 방향 Y는 "횡방향"으로 지칭된다.
마지막으로, 제3 방향 Z는 "높이 방향"으로 지칭된다. "높이 방향"의 용어는 제3 방향 Z에 평행한 임의의 방향에 관한 것이다.
도 1은 로터(2)를 구동시키는 동력 장치를 갖는 항공기(1)를 나타낸다. 항공기의 이외의 부재들은 도 1의 과다한 작도를 피하기 위해 도시 생략된다.
로터(2)는 복수의 블래이드(4)를 갖는 허브(3)를 포함한다. 추가로, 로터(2)는 예컨대 블래이드(4)의 피치를 주기적 및/또는 총괄적으로 제어하기 위한 제어판(5) 세트를 포함한다.
로터(2)를 회전시키기 위해, 항공기는 지지 플랫폼(6)에 의해 보유된 동력 장치(10)를 포함한다.
동력 장치(10)는 열교환기에 결합된 터빈 엔진(40)을 포함한다. 열교환기는 연소실 내로 들어가지 전에 터빈 엔진의 가스 발생기에 의해 압축된 공기를 가열하도록 작용한다.
이후 터빈 엔진은 허브(3)를 보유한 로터 마스트(21)를 갖는 메인 기어박스(20)를 회전 구동시킨다.
이를 위해, 메인 기어박스(20)는 로터 마스트(21)를 약 400 rpm의 속도로 구동시키기 위해 적어도 하나의 회전 속도 감속 스테이지(25)를 포함한다. 각각의 회전 속도 감속 스테이지(25)는 평면 케이싱(22) 내에 배열된 기어를 포함한다.
도 2를 참조하면, 평면 케이싱은 바닥면(24")으로부터 상부면(24')으로 높이 방향으로 그리고 전방 세그먼트(22')로부터 후방 세그먼트(22")으로 종방향으로 연장된다. 평면 케이싱의 높이 방향 치수는 평면 케이싱의 종방향 및 횡방향의 치수보다 작다. 이것이 상기 케이싱이 "평면" 케이싱으로 불리는 이유다.
로터 마스트(21)은 평면 케이싱(22)의 상부면(24')에 체결된 파일론(23)을 관통한다. 이후 로터 마스트(21)는 항공기가 지상에 있을 때 실질적으로 중력 방향을 향하는 높이 방향으로 연장된다.
도 1을 참조하면, 터빈 엔진(40)은 엔진 케이싱(42) 내에 배열된 가스 터빈(50)을 포함한다.
또한 터빈 엔진(40)은 가스 터빈(50)에 의해 회전 구동되는 출력 샤프트(41)를 포함한다. 상기 출력 샤프트는 바람직하게는 10 cm를 넘는 높이(H) 이상으로 엔진 케이싱(42)으로부터 돌출된다.
이후 출력 샤프트(41)는 평면 케이싱 내로 삽입된다. 이후 엔진 케이싱은 평면 케이싱의 상부면(24')에 체결된다. 예를 들면, 동력 장치는 특히 도 5에서 볼 수 있는 볼트를 갖는 링(90)과 복수의 센터링 펙(peg)(91)을 갖는 체결 수단을 포함한다.
센터링 펙은 엔진 케이싱을 평면 케이싱에 대해 정확하게 위치 정렬시키는 역할을 한다.
도 1을 참조하면, 출력 샤프트(41)는 로터 마스트(21)에 평행하다. 그럼에도, 출력 샤프트(41)는 로터 마스트(21)에 대해 특히 종방향으로 오프셋되어 있다. 파일론(23)은 평면 케이싱의 전방 세그먼트(22')에 체결되며, 한편으로 터빈 엔진(40)은 평면 케이싱(22)의 후방 세그먼트(22")에 체결된다.
결국, 엔진 케이싱(42)은 파일론(23)에 대해 종방향으로 오프셋되지만 파일론(23)과 접촉되지 않는다.
이러한 배열은 특히 엔진 케이싱(42)과 파일론(23) 사이에 격벽(80)을 배치하는 것을 가능케 한다.
보다 개괄적으로, 격벽은 "고온" 영역으로 지칭되는 영역을 형성하는 격실 내에서 터빈 엔진을 격리시키기 위해 터빈 엔진(40)을 메인 기어박스(20)로부터 분리시킬 수 있다.
예를 들면, 격벽은 엔진 케이싱(42)과 파일론(23) 사이의 수직 패널(81), 평면 케이싱의 상부면(24')과 터빈 엔진 사이의 수평 패널(82) 및 엔진 케이싱(42)과 평면 케이싱(22)의 측면(22"') 사이의 다른 수직 패널(83) 등의 복수의 패널(81, 82, 83)을 포함한다.
또한, 이러한 배열은 대형 휠(26)로 지칭될 수 있는 대구경의 기어(toothed) 휠을 포함하는 적어도 하나의 회전 속도 감속 스테이지(25)를 설치하는 것을 가능케 한다.
터빈 엔진(40)의 출력 샤프트(41)는 대형휠(26)과 직접적으로 또는 간접적으로 맞물릴 수 있다.
결국, 동력 장치는 출력 샤프트(41)와 메인 기어박스(20) 사이에 세로홈-형성 연결부(95)를 포함한다.
도 6에 도시된 세로홈-형성 연결부는 출력 샤프트(41)에 고정된 세로홈-형성 단부편(95)을 포함한다. 이러한 세로홈-형성 단부편(95)은 출력 샤프트(41)의 일부일 수 있다.
또한, 세로홈-형성 연결부는 프리휠(freewheel)(30)도 포함할 수 있다. 프리휠(30)은 롤러 또는 휠(31)을 통해 피동부(33)와 협력하는 구동부(32)를 포함한다. 프리휠(30)은 구동부(32)와 피동부(33) 사이에 배치된 베어링 수단(34)을 더 포함할 수 있다. 베어링 수단(34)은 피동부(33)의 회전을 가이드할 수도 있다.
출력 샤프트(41)의 세로홈-형성 단부편(95)은 메인 기어박스의 프리휠(30)의 피동부(32)와 맞물린다. 그러면 프리휠(30)의 피동부는 기어휠(26)과 맞물린다.
터빈 엔진(40)은 터빈 엔진(40)의 외부에 위치된 매체(EXT)로부터 터빈 엔진(40)의 내부(INT)를 밀봉하기 위한 동적 밀봉부(85)를 더 포함할 수 있다. 이러한 동적 밀봉부(85)는 이를 관통하는 출력 샤프트(41)를 포함한다.
도 1을 참조하면, 프리휠(30)의 피동부는 기어와 맞물려 보조 샤프트(36)를 회전시킬 수도 있다. 이러한 보조 샤프트는 예컨대 항공기(1)의 요잉 동작(yawing movement)을 제어하기 위해 로터를 회전시키는 역할을 한다.
이러한 구성은 주어 기어박스의 평면 케이싱으로부터 높이 방향으로 연장되는 콤팩트한 터빈 엔진을 갖는 동력 장치를 획득하는 것을 가능케 한다.
또한, 이러한 구성은 열교환기(60)를 터빈 엔진에 설치하는 충격을 최소화하는 역할을 한다. 열교환기(60)는 터빈 엔진(40)과 로터 마스트(21)와 나란히 터빈 엔진(40)으로부터 종방향으로 연장된다.
결국, 로터 마스트(21)는 종방향으로 터빈 엔진(40)의 전방에 존재하는 반면, 열교환기(60)는 종방향으로 터빈 엔진(40)의 뒤에 존재한다.
따라서 본 발명은 열교환기와 협력하는 콤팩트한 터빈 엔진을 제공할 수 있다.
터빈 엔진(40)은 출력 샤프트를 구동시키기 위해 엔진 케이싱 내에 배열된 가스 발생기를 포함할 수 있다.
가스 터빈(50)은 적어도 하나의 터빈 이전에 가스 발생기를 포함한다. 가스 발생기는 적어도 하나의 터빈(53, 54)을 회전시키는 고온 가스를 발생시키기 위해 터빈 엔진 외부의 매체(EXT)로부터 신선한 공기를 흡입한다. 따라서 가스 발생기는 적어도 하나의 압축 스테이지를 갖는 콤프레서(51)와 연소실(52)을 포함한다.
터빈 엔진은 콤프레서에 연결된 구동 터빈(53)과 동작 샤프트(55)에 연결된 동작 터빈(54)을 더 포함할 수 있다.
가스 터빈은 높이 방향으로 연장된다. 예로써, 연소실은 콤프레서 위로 위치되고, 동작 터빈은 연소실 위로 위치된다. 동작 샤프트는 연소실과 콤프레서를 통과하여 로터 마스트(21)에 평행하게 연장된다.
동작 샤프트(55)는 출력 샤프트(41)와 일치할 수 있다.
그럼에도, 엔진 케이싱(42) 내부의 동작 샤프트(55)와 출력 샤프트(41) 사이에 감속기 기어(45)가 선택적으로 배치된다. 감속기(45)는 동작 샤프트로부터의 구동하에 출력 샤프트(41)를 구동시키기 위한 기어(46)를 포함할 수 있다.
유사하게, 터빈 엔진은 가스 발생기의 중간 샤프트(55')와 맞물리고 부속부(48)에 기계적으로 연결되는 기어(47)를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 엔진 케이싱(42)은 가스 터빈을 둘러싸는 터빈 케이싱(43)과 감속기(45)를 둘러싸는 감속기 케이싱(44)으로 분할될 수 있다. 기어(47)는 감속기의 케이싱 내에 배열될 수 있다. 터빈 케이싱은 가스 터빈을 둘러싸는 상부 케이싱을 가지며, 감속기 케이싱은 감속기(45)와 부속부에 연결된 기어를 둘러싸는 하부 케이싱을 구성한다.
도 1을 참조하면, 열교환기는 연소실로 투입되기 전에 가스 터빈의 콤프레서에 의해 압축되는 신선한 공기를 가열하는 역할을 할 수 있다.
이러한 상황에서, 열교환기(60)는 제1 유입관(61)을 통해 콤프레서(51)로부터 제공되는 신선한 공기가 공급되는 열교환기 블록(64)을 포함한다. 열교환기 블록(64)은 제1 유출관(62)을 통해 연소실(52)에 고온 가스를 공급한다.
신선한 공기를 가열하기 위해, 열교환기 블록(64)은 제2 유입관(63)을 통해 가스 터빈으로부터 제공되는 고온 가스를 공급받는다. 열교환기 블록(64)은 고온 가스를 제2 유출관(65)을 통해 대기 중으로 방출시킨다.
이러한 열교환기의 설명을 얻기 위해 전술한 문헌을 참조할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 동력 장치(10)는 메인 기어박스(20)를 윤활시키는 제1 윤활 시스템(110)을 포함한다. 제1 윤활 시스템(110)은 예컨대 감속기 스테이지(25)의 기어를 윤활시키기 위해 평면 케이싱(22) 내로 미네랄 오일을 주입하는 역할을 한다.
유사하게, 동력 장치는 터빈 엔진(40)을 윤활시키는 제2 윤활 시스템(120)을 포함한다. 제2 윤활 시스템(120)은 예컨대 엔진 케이싱 내로 합성 오일을 주입하는 역할을 한다.
또한, 동력 장치는 서스펜션 수단(30)에 의해 항공기의 플랫폼(6)에 체결될 수 있다. 예로써, 서스펜션 수단(130)은 파일론(23)으로부터 지지 플랫폼(6) 측으로 경사지게 연장되는 서스펜션 바(131)를 포함한다. 서스펜션 수단은 진동 방지 부재를 포함할 수 있다.
또한, 서스펜션 수단(140)은 선택적으로 평면 케이싱(22)과 지지 플랫폼(6) 사이에, 예컨대 바닥면(24")과 지지 플랫폼(6) 사이에 배치될 수 있다.
동력 장치는 현수된 상태이지만, 동력 장치가 로터를 예컨대 리프트-제공 위치로부터 트랙션(traction)-제공 위치로 이동시키기 위해 요동되는 임의의 부재를 갖고 있지 않다는 점에서 지지 플랫폼에 대해 고정적으로 유지된다.
따라서, 파일론과 터빈 엔진은 평면 케이싱에 대해 고정적이어서 틸팅되지 않는다.
당연히, 본 발명은 실시와 관련하여 다양하게 변형될 수 있다. 여러 실시예를 설명하고 있지만, 전적으로 모든 가능한 실시예를 확인한 것으로 생각할 수 없음을 쉽게 알 것이다. 물론, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 설명된 수단 중 임의의 수단을 등가의 수단으로 대체하는 것을 생각해 볼 수 있다.

Claims (17)

1. 메인 기어박스(20)와 터빈 엔진(40)을 가지는 동력 장치(10)로서, 상기 메인 기어박스(20)는 로터(2)의 허브(3)를 회전시키기 위한 수직인 로터 마스트(21)를 포함하며, 상기 터빈 엔진(40)은 상기 메인 기어박스(20)를 구동시키기 위한 출력 샤프트(41)를 포함하며, 상기 동력 장치(10)는 상기 터빈 엔진(40)에 체결된 열교환기(60)를 포함하며,
   상기 메인 기어박스(20)는 평면 케이싱(22) 내에 배열되는 적어도 하나의 회전 속도 감속 스테이지(25)와, 상기 평면 케이싱(22)의 상부면(24')에 기립되고 상기 로터 마스트(21)가 내부를 관통하고 있는 파일론(23)을 포함하며;
   상기 터빈 엔진(40)은 엔진 케이싱(42)을 포함하고, 상기 출력 샤프트(41)는 상기 엔진 케이싱(42)으로부터 돌출되고, 상기 출력 샤프트(41)는 상기 엔진 케이싱(42)이 상기 상부면(24') 상에 배열시 상기 평면 케이싱(22) 내로 관통되고, 상기 출력 샤프트(41)는 상기 로터 마스트(21)에 평행하고, 상기 엔진 케이싱(42)은 상기 파일론(23)에 대해 종방향으로 오프셋되되 상기 파일론(23)과 접촉하지 않으며;
   상기 열교환기(60)는 종방향으로 상기 터빈 엔진(40) 너머로 연장되고, 상기 로터 마스트(21)는 반대로 종방향으로 상기 터빈 엔진(40)의 전방에 위치된 것을 특징으로 하는 동력 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 동력 장치(10)는 상기 엔진 케이싱(42)과 상기 파일론(23) 사이에 배열된 격벽(80)을 포함하는 동력 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 평면 케이싱(22)은 상기 파일론(23)을 보유하는 전방 세그먼트(22')로부터 상기 터빈 엔진(40)을 보유하는 후방 세그먼트(22")로 종방향으로 연장되는 동력 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 터빈 엔진(40)은 가스 발생기(51, 52)와 동작 샤프트(55)에 고정된 동작 터빈(54)을 갖는 가스 터빈(50)을 포함하며, 상기 동작 샤프트(55)는 상기 로터 마스트(21)에 실질적으로 평행한 동력 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 터빈 엔진(40)은 가스 발생기(51, 52)와 동작 샤프트(55)에 고정된 동작 터빈(54)을 갖는 가스 터빈(50)을 포함하며,
   상기 터빈 엔진(40)은 상기 엔진 케이싱(42) 내에서 상기 동작 샤프트(55)와 상기 출력 샤프트(41) 사이에 배치된 감속기 기어(45)를 포함하는 동력 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 터빈 엔진(40)은 상기 터빈 엔진(40)의 외부의 매체로부터 상기 터빈 엔진 내부의 공간을 단절하기 위해 상기 출력 샤프트(41)가 관통되는 동적 밀봉부(85)를 포함하는 동력 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 동력 장치(10)는 상기 엔진 케이싱(42)을 상기 평면 케이싱(22)에 체결하기 위한 연결 수단을 포함하고, 상기 연결 수단은 볼트를 갖는 링(90)과 복수의 센터링 펙(91)을 포함하는 동력 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 동력 장치(10)는 상기 출력 샤프트(41)와 상기 메인 기어박스(20) 사이에 세로홈-형성 연결부를 포함하는 동력 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 세로홈-형성 연결부는 상기 출력 샤프트(41)에 고정된 세로홈-형성 단부편(95)을 포함하고, 상기 세로홈-형성 단부편(95)은 상기 메인 기어박스(20)의 프리휠(30)과 맞물리며, 상기 프리휠(30)은 회전 속도 감속 스테이지(25)와 맞물리는 동력 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 프리휠(30)은 대형휠(26)과 맞물리는 동력 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 출력 샤프트(41)는 상기 엔진 케이싱(42)으로부터 10 cm보다 큰 높이(H) 너머로 돌출되는 동력 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 동력 장치(10)는 상기 메인 기어박스(20)를 윤활하기 위한 제1 윤활 시스템(110)과 상기 터빈 엔진(40)을 윤활하기 위한 제2 윤활 시스템(120)을 포함하는 동력 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 윤활 시스템(110)은 미네랄 오일을 포함하고, 상기 터빈 엔진을 윤활하기 위한 상기 제2 윤활 시스템(120)은 합성 오일을 포함하는 동력 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 파일론(23)은 상기 메인 기어박스(20)를 지지 플랫폼(6)에 매달기 위한 서스펜션 수단(130)을 포함하는 동력 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 파일론과 상기 터빈 엔진은 상기 평면 케이싱에 대해 고정적인 동력 장치.
16. 허브(3)와 복수의 블래이드(4)를 갖는 리프트 로터(2)를 포함하는 항공기(1)로서, 상기 항공기(1)는 제1항에 따른 동력 장치(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
17. 제16항에 있어서,
    상기 항공기는 상기 동력 장치(10)를 보유하는 지지 플랫폼을 포함하고, 상기 동력 장치는 상기 지지 플랫폼에 대해 고정적인 항공기.

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