KR101809700B1 - 열가소성 수지가 뿌려진 탄소 섬유로부터 얻은 복합 재료로 만들어진 허브를 포함하는 회전익기 로터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열가소성 수지가 뿌려지고 고열에서 압착된 탄소 섬유 직물의 연속 층을 쌓음으로써 얻어진 복합 재료의 모놀리식 몸체(14)로 구성된 허브(2)를 포함하는 회전익기 로터를 제공한다. 허브(2)에는 각각 대응하는 브랜치(9)를 방사상으로 지탱하는 강도 부재(12)를 포함하고, 힌지 시스템을 통해 각각의 블레이드가 장착되는 브랜치(9)가 제공된다. 강도 부재(12)는 로터가 소정의 동작 속도로 회전하도록 설정될 때, 강도 부재(12)로 하여금 브랜치(9)를 지탱할 수 있게 하기 위한 방사상 스러스트 시트(16)가 원통형 베어링 표면을 제공하도록 제작시 정의된 소켓(13)에 개별적으로 수용되고, 상기 방사상 스러스트 시트는 대응하는 강도 부재(12)의 원통형 베어링 표면에 상보적인 모양을 가진다.

Description

열가소성 수지가 뿌려진 탄소 섬유로부터 얻은 복합 재료로 만들어진 허브를 포함하는 회전익기 로터{A ROTORCRAFT ROTOR COMPRISING A HUB MADE OF COMPOSITE MATERIALS OBTAINED FROM CARBON FIBER FABRIC DUSTED IN A THERMOPLASTIC RESIN}

본원은 이 명세서에 그 전체로서 참고로 포함되는. 2015년 1월 8일자의 프랑스 특허출원 FR 15 00021에 대해 우선권(benefit)을 주장한다.

본 발명은 회전익기 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 복합 재료로 만들어진 허브(hub)를 포함하는 회전익기 로터에 관한 것이고, 이 경우 상기 로터의 회전 날개의 블레이드(blade)는 상기 허브 상에 장착된다.

더 구체적으로, 본 발명은 상기 로터의 회전 날개의 블레이드가 허브 상에 장착되고, 복합 재료로 만들어진 허브를 포함하는 회전익기 로터를 제공한다.

회전익기는 회전익기에 적어도 양력을 제공하는 실질적으로 수직인 축을 가진 적어도 하나의 메인 로터(main rotor)를 포함하는, 적어도 하나의 로터를 가지는 회전익 항공기이다.

헬리콥터라고 하는 특정 상황에서, 상기 적어도 하나의 메인 로터는 회전익기에 양력뿐만 아니라, 임의의 전진 방향으로 추진력을 제공한다. 헬리콥터의 비행 자세는 메인 로터의 회전 날개를 구성하는 블레이드의 피치가 주기적으로 및/또는 집합적으로 변하게 하는 회전익기의 조종사에 의해 수정될 수 있다.

회전익기는 또한 특히 실질적으로 수평인 축을 가지는 적어도 하나의 보조 로터와 같이, 회전익기에서 한쪽으로 흔들릴 때(in yaw) 가이던스(guidance)를 제공하는 안티-토크 장치를 구비한다. 예컨대, 그러한 보조 로터는 높은 전진 속도를 가지는 헬리콥터의 상황에서, 테일 로터(tail rotor)이거나 추진 프로펠러에 의해 형성될 수 있다.

회전익기 로터의 블레이드는 일반적으로 회전시 그러한 블레이드를 구동하기 위해 허브 상에 장착된다. 허브는 메인 로터에 관한 마스트(mast)와 같은 회전 샤프트(shaft) 상에 장착되고, 그러한 샤프트는 회전익기의 동작에 필요한 기계적인 파워(power)를 공급하는 파워 플랜트(power plant)에 의해 회전 구동된다.

게다가, 그러한 블레이드는 적어도 피치 변동 축 주위에서 움직일 수 있도록, 그리고 회전익기의 비행 자세를 수정하기 위해 회전익기의 조종사가 적어도 집합적으로, 가능하게는 또한 주기적으로 그것들의 피치를 변화시킬 수 있도록, 허브 상에 개별적으로 장착된다.

더 구체적으로 메인 로터를 참조하면, 블레이드는 그것들의 피치 변동 축 주위에서 피봇할 수 있도록 장착되는 것뿐만 아니라, 또한 흔히 리드/리그(lead/lag) 운동 및 플랩핑(flapping) 운동으로 움직여질 수 있게 장착된다.

그러한 상황에서, 더 구체적으로 블레이드는 그것들의 피치 변동 축뿐만 아니라 해당 블레이드의 일반 평면에 평행하게, 즉 대개 허브의 회전 평면의 배향에 수직으로 배향된 각각의 플랩핑 축, 및 해당 블레이드의 일반 평면에 수직으로, 즉 대개 허브의 회전축의 배향에 평행하게 배향된 각각의 리드/래그 축을 중심으로 허브에 대해 이동 가능하도록 장착된다.

플랩핑 축과 리드/래그 축의 배향에 관해서는, 허브의 회전축의 배향에 대해 명시된 주된 배향(main orientation)은 보통 허브에 대한 블레이드의 다양한 이동축을 중심으로 블레이드 자체의 일반 평면에서 움직이는 블레이드의 능력에 대해 평가되어야 한다.

이러한 상황에서, 회전익기 로터의 허브의 기계적 강도는 작동 중에 견딜 필요가 있는 힘을 견디도록 자연스럽게 선택된다. 그러한 힘은 특히 로터를 회전 구동함으로써 생기는 원심력뿐만 아니라, 적어도 블레이드의 피치 변동 축을 중심으로, 그리고 가능하게 주 로터에 관해서는, 블레이드의 플랩핑 축과 블레이드의 리드/래그 축을 중심으로 블레이드가 허브에 대해 움직이는 자유의 결과이다.

일반적으로, 회전익기 로터의 허브는 금속 조각으로 만들어진다.

그렇지만, 허브에 관한 그러한 금속 구조는 그러한 허브에 상당한 무게(weight)를 주고, 항공기 분야에서는 무게를 감소시키는 것이 적절하다. 또한, 금속 허브는 그러한 허브와 회전 샤프트 사이의 연결과, 역시 블레이드와 허브 사이의 이동 가능한 연결을 제공하는 다양한 부재(member)를 적절히 받아들이기 위해서 기계 가공될 필요가 있다.

그러므로 비록 그러한 금속 허브가 그것의 기능과 특히 그것의 강도에 관해 만족스럽게 비교되더라도, 주어진 부피에 비해 무겁고 얻는데 비용이 많이 든다는 결점을 나타낸다는 점을 알 수 있다.

이러한 결점은 블레이드가 허브에 대해 이동 가능하도록 그러한 블레이드가 장착되는 유연한 브랜치(branch)를 가지는 허브의 특정 상황에서는 제한될 수 있다. 이러한 상황에서는, 열경화성 수지로 채워진 광물 섬유 직물(mineral fiber fabric)의 층들이 적층된 것으로 만들어지는 복합 재료로 회전익기 로터 허브를 제조하는 것이 알려져 있다.

따라서, 특허 문헌 US2011/116936의 대응하는 특허 문헌 EP2234880과 특허 문헌 US8147198은 회전익기 로터의 허브를 형성하는 복합 재료 요크(yoke)와 그것의 제작 방법을 개시한다. 이러한 요크는 열경화성 수지로 채워진 유리 섬유 직물의 층들로 만들어지고 각각의 블레이드-캐리어(carrier) 브랜치를 포함한다.

요크를 이루는 복합 재료는 블레이드에 플랩핑 운동시 자유를 제공하는 이익을 가져오기 위해 사용된다. 즉, 요크의 브랜치의 국부적인 약화는 플랩핑시 브랜치에 유연성을 부여한다.

블레이드를 허브에 연결하기 위한 유연한 브랜치가 복합 재료로 만들어지는, 내부에 매립된 보강 플레이트를 가지는 수지로 만들어지는 회전익기 로터 허브를 제공하는 제안이 또한 특허문헌 EP0221678, 및 대응 특허문헌인 US4714409에서 이루어진다. 유연한 브랜치, 또는 실제로 전체 허브를 형성하기 위해 사용된 복합 재료는, 더 구체적으로는 열경화성 수지로 채워진 탄소 섬유 직물의 층으로부터 형성된다.

본 발명의 분야에서, 또한 다음 특허 문헌에 대한 참고가 이루어졌다.

특허 문헌인 US4568244에 대응하는 특허 문헌 EP0120803은 보강 섬유와 에폭시의 복합 매트릭스를 가지는 헬리콥터에 관한 메인 로터 허브를 설명한다. 복합 재료로 만들어진 그러한 허브에는 소켓(socket)이 제공되고, 이러한 소켓 각각은 각각의 블레이드를 지지하기 위한 편평한(flat) 베어링 표면이 있는 방사상 스러스트 시트(radial thrust seat)를 가진다.

특허 문헌인 US4915858에 대응하는 특허 문헌 EP0340095는, 로터 허브의 외부 방사상 강도 부재(strength member)와 허브의 가장자리(margin) 사이의 연결을 구체적으로 설명하지 않고, 실질적으로 십자 형상인(cross-shaped) 복합 재료로 만들어지는 로터 허브를 설명한다.

특허 문헌인 US5141398에 대응하는 특허 문헌 FR2653405는 회전익기 로터 블레이드에 관한 리드/래그 댐퍼(damper)와 탄력성이 있는 리턴(return) 장치를 설명한다. 로터의 각각의 블레이드는 루트(root)를 가지고, 이러한 루트를 통해 로터의 축을 중심으로 회전 구동되는 허브에 블레이드가 결합된다. 점성과 탄성을 함께 지닌 재료로 된 얇은 고리(ring)가 내부 강도 부재와 외부 강도 부재에 각각 접착되는 내부 벽과 외부 벽을 가지고 있다. 외부 강도 부재는 블레이드의 루트를 가지고 로드가 움직이는 것을 제한하기 위한 볼 조인트(ball joint)를 가지는 단단한 로드에 볼 조인트를 통해 힌지된 레버를 제공한다. 외부 강도 부재는 허브에 의해 구동되는 지지체에 고착된다.

특허 문헌인 US4425082에 대응하는 특허 문헌 GB2092541은, 헬리콥터 로터에 관한 복합 허브를 설명한다. 이러한 허브는 평면 플레이트로 구성되고, 이러한 평면 플레이트는 그것의 주위에 고르게 분포되는 일련의 개구를 가진다. 개구 각각은 연관된 블레이드와의 연결을 제공하는 유연한 결합(coupling)을 수용하기에 적합하다. 이러한 플레이트는 중간층에 힘 분배기(distributor) 요소를 포함하는 적층된(laminated) 구조를 제공한다. 방사상 리프 요소(leaf element)가 분배기 요소의 어느 한쪽에 배치되고, 회전축에 수직인 평면에서 연장한다. 각각의 고리 모양 리프 요소는 분배기 요소의 어느 한쪽에 배치되고, 연관된 일련의 방사상 요소의 자유 단부(free end)와 접촉한다.

특허 문헌 US4818179는 주 보유 플레이트(main retention plate)를 가지는 헬리콥터 로터에 관한 허브를 설명한다. 복합 재료의 주변 고리는 플레이트의 평면에 있고 보유 플레이트에 수직으로 배향되는 보강 섬유를 제공한다. 다른 섬유 보강 고리는 허브의 중앙 축에 수직이 되게 이격되어 있다. 이들 고리는 주변 고리를 둘러싸는 편평한 관 모양 원주 구조를 형성한다. 고리 모양 프레임은 본질적으로 소정의 각도로 기울어져 있는 섬유와 상호 링크된(interlinked) 원주 섬유를 포함한다.

특허 문헌 US5478204는 피치 베어링을 지지하기 위한 고리를 가지는 회전익 항공기 로터를 설명한다. 이러한 고리는 상부 캡(cap)과 하부 캡을 포함한다. 예컨대, 수지, 에폭시, 또는 보강된 열가소성 수지와 같은 다양한 재료가 로터용으로 제안된다.

그렇지만, 블레이드가 허브에 대해 이동할 수 있게 하는데 기여하는 유연한 브랜치를 가지는 회전익기 로터의 허브를 만들기 위해 그러한 복합 재료가 사용되는 상황은 특히 가벼운 카테고리의 항공기에 제한된다. 큰 것으로 간주되는 힘들을 로터가 지원하는 더 무거운 카테고리의 회전익기의 경우, 블레이드가 그러한 블레이드에 허브 상에서 다수의 방향으로 이동할 자유를 제공하는 볼 조인트 힌지(hinge)와 같은 힌지 시스템에 의해 튼튼하고 단단한 허브 상에 바람직하게 장착된다.

예를 들면, 그러한 볼 조인트 힌지는 흔히 "구 모양(spherical) 추력 베어링"이라고 불리는 금속 적층체를 통합하는 적층된 탄성 중합체 몸체를 사용함으로써 제공된다. 그러한 탄성 중합체/금속 적층된 몸체는 조립체 강도 부재와 통합되고, 고려중인 블레이드의 블레이드 루트와 허브 사이에 위치하여, 변형하는 적층된 몸체로 인해 허브에 대해 블레이드가 이동할 자유를 허용하기 위해, 허브를 지탱하도록 놓인다.

힌지 시스템에 의한 허브 상에서의 장착 블레이드의 그러한 상황에서는 허브를 구성하는 재료가 일반적으로 금속이 되도록 선택된다는 점이 이해될 수 있다.

그러한 허브를 형성하기 위해 복합 재료를 사용하는 것은, 일반적으로 동작 조건 하에서의 고유 변형에 맞서 허브를 보강할 필요성을 수반한다.

그러한 허브의 보강은 일반적으로 허브의 주위에 금속 벨트를 놓음으로써 수행되고, 이는 허브의 무게를 증가시키는 것과 제작을 더 복잡하게 한다는 주요 결점을 제공한다.

또한, 허브의 부피는 상기 힌지 시스템에 의해 허브에 대해 이동할 자유를 블레이드의 바라는(looked-for) 튼튼한 장착을 제공하기 위해 증가될 필요가 있다.

그러한 부피 증가는 허브의 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 두께가 고려되는 허브 두께의 연장뿐만 아니라, 허브에 튼튼함을 부여하기 위해 직경 연장을 필요하게 함으로써, 동작시 받게 되고 첫 번째로는 회전 샤프트에 그리고 두 번째로는 블레이드에 연결되는 방식에 관계되는 힘을 견딜 수 있게 한다.

이러한 상황에서, 본 발명의 목적은 힌지 시스템에 의해 허브에 대해 이동할 자유를 지닌 블레이드를 장착하도록 개조되는 장치에서 복합 재료로 만들어진 허브를 가지는 회전익기 로터를 제공하는 것이다.

더 구체적으로는 감소된 비용으로 그러한 복합 재료 허브를 얻는 것이 바람직하고, 이 경우 그러한 허브는 축 방향으로 그리고 정 반대로 가능한 적게 연장하고, 동작시 그것 자체 변형에 맞서, 특히 벨트에 의해 허브를 보강할 임의의 필요성을 회피하고, 허브가 몰딩(molding)에 의해 제작된 후 수행될 필요가 있는 임의의 기계 가공 동작을 가능한 많이 제한한다.

허브를 구성하는 복합 재료는 그러한 복합 재료를 제작하기 위한 기술에 의해 얻어질 수 있는 장점 때문만이 아니라, 감소된 비용으로 허브가 구성되는 것을 가능하게 하는 그러한 복합 재료를 사용하는 방식을 구하도록 선택될 필요가 있다.

또한, 그러한 허브를 위해 요망되는 구조는 위에서 명시된 제약을, 특히 무겁게 만드는 것을 회피함으로써 따라야 한다.

이러한 상황에서, 본 발명은 첫 번째로는 탄소 섬유가 되도록 선택되는 섬유로 만들어진 직물의 층으로부터 얻고, 두 번째로는 열가소성 수지로부터 선택되는 중합체를 이용하는 복합 재료로부터 허브를 형성하기 시작한다. 그러한 복합 재료를 선택하는 것은 허브가 수행할 것이 요구되는 기능을 확실하게 수행하는 것과, 위에서 식별되고 시작되는 제약의 전체 상황 내에서 해결책을 제공하는 그것의 구조에 구체적인 적절한 장치를 제공하는 것을 가능하게 한다.

이러한 상황에서, 본 발명의 회전익기 로터는 주로 수지로 채워진 광물 섬유의 연속 층이 쌓인 것으로서 얻은 복합 재료로 만들어진 허브를 포함하는 회전익기 로터에 관한 것이다.

이러한 허브는 그러한 허브를 회전 구동하기 위해 회전 샤프트 주위에서 축이 같게 장착되고, 이 경우 상기 회전 샤프트는 그러한 허브에서 구멍(bore)을 통해 연장한다. 허브는 또한 그러한 구멍으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 브랜치를 가지고, 이러한 브랜치는 그 위에 개별적으로 장착된 각각의 블레이드를 가진다. 상기 블레이드는 적어도 블레이드 피치(pitch)를 변화시키기 위해, 또한 가능하게는 특히 로터가 회전익기의 메인 로터라면 플랩핑 및/또는 리드/래그 움직임을 수행하기 위해 개별적으로 이동 가능하도록 허브 상에 장착된다.

본 발명에 따르면, 그러한 허브는 알려진 상황의 범위 내에 있음으로써, 블레이드가 각각의 힌지 시스템에 의해 허브에 대해 이동 가능하게 개별적으로 장착된다. 각각의 그러한 힌지 시스템은 허브의 브랜치 각각에 그러한 힌지 시스템을 장착시키기 위한 장착 강도 부재를 포함한다.

상기 강도 부재는 모놀리식 몸체(monolithic body)에서 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 연장하는 각각의 소켓에서 적어도 부분적으로 개별적으로 수용되는 상기 브랜치를 방사상으로 지탱된다.

본 발명의 허브가 속하는 상황에서는, 본질적으로 열가소성 수지가 뿌려진 탄소 섬유 직물의 연속 층을 쌓음으로써 얻어진 복합 재료의 모놀리식 몸체로부터 형성하도록 선택되어, 고압 하에서 그리고 프레스에서 고열로 상기 층을 압착하는 기술을 유리하게 이용한다.

그러한 복합 재료는 직물 층에 통합된 탄소 섬유에 폴리에테르에테르케톤(PEEK: polyetheretherketone)과 같은 상기 열가소성 수지가 뿌려지는 제작 방법을 사용하는 모놀리식 몸체를 형성하는 것을 가능하게 하여, 직물 층을 다룸으로써 모놀리식 몸체를 제작하는 것을 쉽게 하고, 달라붙지 않는 것으로 고려된다. 이러한 다루기 쉬움은 특히 상기 모놀리식 몸체를 얻는 것이 200 내지 400의 범위에 있는 숫자를 표시함으로써 상당한 개수의 층이 쌓이는 것을 요구하는 한, 특히 유용하다.

또한, 선택되는 복합 재료는 약 60바(bar)의 압력에서 그리고 약 400℃의 온도에서 상기 직물의 층을 압착함으로써 상기 모놀리식 몸체를 얻는 것을 가능하게 한다.

그 결과로 생긴 모놀리식 몸체는, 동작시 허브가 받게 되는 힘들을 견디도록 충분히 튼튼하다. 또한, 선택된 복합 재료는 허브에 맞추어진 독립적인 각각의 힌지 시스템에 의해 허브 상에 블레이드를 장착할 때, 서브에서 복합 재료를 사용하는 결과로서 생기는 문제를 감소된 비용으로 해결하는 것을 가능하게 한다.

또한, 본 발명에 따라 선택된 복합 재료는 몰딩에 의해, 상기 힌지 시스템의 각각의 강도 부재를 수용하기 위해 상기 모놀리식 몸체에 상기 소켓을 형성하는 것을 가능하게 한다는 점이 발견된다. 그러한 소켓은 허브에 맞서는 블레이드에 관한 적절한 지탱 표면을 형성하기 위해, 비용이 많이 드는 후속 기계 가공 동작에 관한 어떠한 필요성 없이, 몰딩에 의해 직접 제공될 수 있다는 점이 발견된다.

또한, 허브가 만들어지는 복합 재료를 형성하는 직물을 채우기 위해 본 발명에 따라 선택되는 열가소성 수지, 특히 PEEK가 복합 재료 허브를 형성하기 위해 일반적으로 사용된 것과 같이, 열경화성 수지, 특히 에폭시 수지보다 더 나은 기계적 강도 특징을 나타낸다는 점을 알아야 한다.

또한, 그러한 열가소성 수지는 어떠한 용매(solvent)도 포함하지 않음으로써, 재생 이용이 가능하고 자연 환경을 보존하는데 있어서 더 낫다는 장점을 가진다.

그렇지만, 모놀리식 몸체를 구성하는 복합 재료는 복합 재료로부터 회전익기 로터 허브를 형성하는 것에 특정된 문제점, 즉 허브가 로터를 구동함으로써 생성되는 원심력을 받아 허브를 변형시키는 경향이 있다는 문제를 감안하도록 선택될 필요가 있다.

회전하는 로터의 영향을 받는 소켓의 변형을 감안하는 상황에서, 소켓은 규정된 동작 속도로 회전하도록 설정되는 로터의 영향을 받는, 원통형 베어링 표면을 거쳐 브랜치를 강도 부재가 지탱하는 것을 가능하게 하기 위한 방사상 스러스트 시트를 형성하게 제작되도록 모양이 만들어진다.

상기 원통형 베어링 표면은, 특히 강도 부재가 브랜치를 지탱하는 방사상 방향에 직교하도록 배향되고, 일반적으로 아치 모양을 하고 있는데, 예컨대 아마도 동등하게 원의 호 또는 타원의 호일 수 있는 모양을 가지는 베이스에 의해 정의된다.

원통형 베어링 표면이 있는 상기 방사상 스러스트 시트는, 특히 허브의 축 방향으로 연장하는 방향으로 배향되고, 강도 부재의 주어진 원통형 베어링 표면에 상보적인 모양을 하고 있는 모선(line)을 따라 연장한다.

물론, "제작된 것처럼(as fabricated)"의 개념은 제작되는 모놀리식 몸체의 상태를 고려하는 것을 수반하는데, 즉 회전익기 탑재 상태에서 동작중에 적용되는 결과로서, 그리고 특히 로터가 회전하게 되고/되거나 블레이드가 허브에 대해 움직이도록 제어되는 결과로서 생성되는 응력(stress)을 무시하는 것을 수반한다.

그 결과, 동작시 허브에 인가되는 원심력의 영향으로 상기 소켓이 변형되는 것을 회피하기 위해, 소켓이 제작되는 모양은 흔히 원통형 베어링 표면을 가지는 소켓 옆에 상기 스러스트 시트를 제공하도록 소켓의 그러한 변형을 유리하게 고려한다.

상기 스러스트 시트용의 원통형 베어링 표면은 로터가 동작 중일 때 소켓에 대해 강도 부재를 위한 튼튼한 방사상 지탱을 제공한다.

이러한 준비를 통해, 브랜치의 방사상 범위는 블레이드가 자유롭게 움직일 수 있으면서 튼튼히 보유되는 방식에 영향을 미치지 않고, 예를 들면 허브가 동작시 변형되는 것을 방지하도록 허브 둘레에 금속 벨트를 설치하는 공지된 기술을 사용하는 것과 같이 그것의 모양을 보유하는 허브의 능력을 보강할 임의의 필요성 없이 유리하게 감소될 수 있지만, 무겁다고 하는 결점을 나타낸다.

또한, 허브의 주변 쪽으로 가는 회전 샤프트에 연결되는 허브의 축 방향 구역으로부터, 허브에 대해 이동할 자유를 가지고 블레이드의 튼튼한 보유를 유지하면서 허브의 무게와 전체적인 크기를 더 잘 감소시키도록, 허브의 두께를 점진적으로 감소시키도록 선택하는 것이 가능하다.

특히 강도 부재가 지탱하게 되는 허브의 단면의 경사도를 보상하기 위해 쐐기(wedge)를 맞추는 것이 용이하다. 몰딩에 의해, 그리고 특히 오버몰딩에 의해 모놀리식 몸체에 그러한 쐐기를 통합하기 위해, 열가소성 수지의 중합의 가역적 성질이라는 장점을 유리하게 취할 수 있다.

로터가 동작하면서 소켓의 모양으로 변하는 소켓의 제작된 모양을 향상시키는 일 실시예에서는, 허브의 지름면(diametral plane)에서의 소켓의 프로필이 일반적으로 직사각형인 모양을 하고 있고 이 경우, 그러한 직사각형 모양의 작은 치수는 특히 모놀리식 몸체의 방사상으로 연장하는 방향으로 연장한다.

소켓의 프로필에 관한 일반적으로 직사각형인 모양은, 특히 복수의 연속적인 서로 접하는 원호, 특히 적어도 4개의 그러한 호에 의해 정의되는 모양을 가지는 허브의 지름면에서의 그것들의 프로필에 의해 소켓에 부여되고, 이 경우 2개의 연속적인 원호는 상이한 곡률반경을 나타낸다.

소켓에 관한 이러한 프로필은 허브의 지름면에서 원호를 정의하고, 이러한 호는 상기 스러스트 시트를 형성하여 브랜치를 지탱하게 하기 위한 소켓의 표면 부분을 제공한다. 제작에 의해 정의된 상기 원호의 제1 반경은, 상기 소정의 동작 속도로 회전하는 로터의 영향하에서 상기 원호에 부여되는 제2 반경보다 크고, 로터가 작동 중인 상황에서의 상기 제2 반경은 원통형 베어링 표면을 지닌 상기 방사상 스러스트 시트를 정의함으로써 강도 부재가 브랜치를 지탱한다.

표시를 통해, 제작시 정의된 것과 같은 상기 원호의 제1 반경을 정의하기 위해, 특히 로터가 동작중일 때 모놀리식 몸체와 강도 부재 사이에서 발휘된 압력이, 예컨대 시험 조각(test piece)에 시험을 행함으로써 정의된 것과 같이 받아들일 수 있는 압력보다 확실히 작게 한다. 상기 방사상 스러스트 시트의 원통형 베어링 표면이 유리하게 최적의 방식으로 상기 압력이 분포될 수 있게 한다는 점이 발견되었다.

로터가 회전하지 않을 때에는, 브랜치를 방사상으로 지탱하는 강도 부재 부분의 반경이 대응하는 브랜치를 지탱하기 위해 제작시 강도 부재에 관한 원통형 베어링 표면을 지닌 상기 방사상 베어링 시트를 정의하는 소켓의 원호의 반경보다 작다. 로터가 회전하도록 설정함으로써 만들어진 원심력의 결과로서, 허브가 변형되고, 소켓의 원호의 반경은 소켓이 대응하는 브랜치를 지탱함으로써 구하는 압력 분포를 얻는 강도 부재의 원통형 베어링 표면의 반경과 매칭될 때까지 감소한다.

원통형 베어링 표면의 축 방향 한계를 향상시켜 그로 인해 강도 부재가 브랜치를 방사상으로 지탱하게 하기 위해, 브랜치를 강도 부재에 관한 방사상 스러스트 시트를 형성하는 소켓의 표면 부분을 따라 변형시키는(unmolding) 테이퍼(taper)를 모놀리식 몸체가 가지는 것을 회피하는 것이 또한 제안된다.

모놀리식 몸체를 변형하기 위해 필요한 테이퍼는, 브랜치를 지탱하는 강도 부재에 관한 상기 방사상 스러스트 시트를 형성하는 소켓의 표면 부분에 상보적인 소켓의 표면 부분에 배치된다.

본 발명의 모놀리식 몸체는 허브에 대해 여러 방향으로 움직이는 자유를 블레이드에 제공하는 탄성중합체/금속 적층된 몸체를 상기 강도 부재 각각이 포함하는 알려진 상황에서 사용되기에 적합하다. 그러한 강도 부재는 보통 각각의 브랜치를 방사상으로 밀도록 배치된다.

그러한 상황에서는, 허브의 축 방향으로 연장하는 방향으로 배향된 모선에 의해 정의되는, 원통형 베어링 표면과 같이 색다른 방식으로 브랜치와 강도 부재 사이에 있도록 베어링 표면의 모양을 만드는 것이 제안된다.

바람직한 상황에서는, 상기 모놀리식 몸체의 축 방향 단면 중 적어도 하나가 허브의 회전 평면에 대해 적어도 부분적으로 경사져 있고, 이 경우 모놀리식 몸체에는 전술한 종류의 쐐기가 유리하게 제공된다. 그러한 쐐기는 경사져 있는 모놀리식 몸체의 상기 적어도 하나의 축 방향 단면으로부터 생기는 경사도를 보장하기 위한 쐐기로서, 상기 쐐기는 강도 부재가 브랜치를 지탱할 수 있게 하기 위해 허브에 축 방향 스러스트 시트를 제공한다.

전술한 바와 같이, 몰딩에 의해 모놀리식 몸체에 상기 쐐기를 통합하기 위해 열가소성 수지의 장점이 취해짐으로써, 예를 들면 모놀리식 몸체의 축 방향 단면에 주어진 경사도를 보상하기 위해, 모놀리식 몸체에 쐐기를 장착할 목적으로, 나사와 같은 죔쇠 부재를 사용하여 모놀리식 몸체에 손상을 입힐 어떠한 필요성도 회피하게 된다.

즉, 그러한 쐐기는 오버몰딩에 의해 모놀리식 몸체에 유리하게 통합되고, 그러한 쐐기는 예를 들면 열가소성 수지에 끼워넣은 탄소 섬유 및/또는 유리와 같은 광물 섬유를 통합하는 복합 재료로부터 유리하게 얻어진다.

변형예에서는, 쐐기가 복합 재료를 사용하여 만들어질 수 있다. 그러한 복합 재료는 열가소성 수지에 끼워 넣어지는 광물 섬유 직물의 층을 쌓음으로써 형성될 수 있거나, 실제로는 열가소성 수지에 끼워넣은 광물 섬유의 집합체(agglomeration)를 사용하여 형성될 수 있다.

특히, 메인 로터의 경우, 블레이드는 또한 각각의 리드/래그 축을 중심으로 리드/래그 움직임을 수행하는 자유를 가지고 허브에 장착될 수 있다. 그러한 상황에서, 브랜치의 각각의 주변 단면에는 바람직하게 보호기 부재가 제공되고, 이러한 보호기 부재는 각각의 블레이드의 리드/래그 스트로크(stroke)를 제한하기 위해 마모(wear) 부분 또는 실제로는 접합 부재에 의해 형성될 수 있다.

그러한 보호기 부재의 조립을 튼튼하게 하기 위해, 보호기 부재 각각에는 모놀리식 몸체의 축 방향 단면을 각각 지탱하는 죔쇠 탭이 바람직하게 달려있다.

예컨대, 모놀리식 몸체의 축 방향 단면 모두를 지탱하는 요크(yoke)로서 각각 배치된 그러한 죔쇠 탭은, 예를 들면 그것의 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 모놀리식 몸체에 형성된 각각의 제1 통로를 통해 부재가 연장하는, 나사 또는 볼트와 같은 제1 죔쇠 부재에 의해 대응하는 브랜치의 주변 단부에 고정될 수 있다.

허브를 형성하기 위해 선택된 복합 재료가 단독으로 또는 조합으로 고려된 다음 규정(provisions)을 따라 모놀리식 몸체의 모양이 유리하게 만들어질 수 있게 한다는 사실이 고려되어야 한다:

·상기 모놀리식 몸체는 적어도 상기 구멍이 제공되는 축 방향 중심 구역으로부터 브랜치를 통합하는 모놀리식 몸체의 주변 구역의 외부 가장자리 쪽으로 점진적으로 감소하는 두께를 가진다. 이러한 식으로 허브의 모양을 만드는 것은 블레이드와 허브 사이의 상대적 움직임에 관한 자유와의 관계를 약화시키지 않고 적절한 튼튼함을 부여한다.

·상기 모놀리식 몸체는 축 방향 미드플레인(midplane)인 지름면의 어느 일측에서 대칭적이고, 따라서 동작시 허브의 모양에 불규칙적인 일그러짐을 회피하는 것을 가능하게 한다.

·브랜치는 모놀리식 몸체의 주변 쪽으로 돌출하고, 이 경우 브랜치의 돌출하는 부분은 유리하게 작은 방사상으로 연장하는 치수를 나타내며, 이러한 치수는 모놀리식 몸체의 외측 직경의 0.2배 내지 0.3배의 범위에 있는 것으로 표시된다.

이러한 상황에서, 그리고 하나의 주어진 브랜치를 고려하면, 그러한 브랜치의 주변 끝과 그러한 브랜치를 지탱하기 위한 그것의 강도 부재에 관한 방사상 스러스트 시트 사이의 거리는, 모놀리식 몸체의 외측 직경의 대략 0.1배 내지 0.15배 사이의 범위에 있는 것으로 표시되듯이, 작다.

브랜치의 돌출 부분에 관한 작은 방사상 범위에 관한 그러한 규정은 브랜치가 허브의 무게와 외측 직경을 제한하면서 변형에 맞서 보강될 수 있게 한다. 브랜치의 방사상 범위를 제한하는 것은 또한 허브에 대해서 방사상인 방향으로, 허브의 브랜치에 블레이드를 장착하는 역할을 하는 블레이드 루트의 범위를 감소시킬 수 있게 함으로써, 블레이드가 허브에 장착되는 튼튼함을 향상시킨다는 장점을 가진다.

모놀리식 몸체 브랜치의 방사상 범위를 제한함으로써 얻어지는 모놀리식 몸체의 소형화(compactness)는 특히 전술한 바와 같이 허브가 회전하게 될 때 소켓이 변형하는 방식을 고려하는 것에 의해 가능해진다는 점을 알아야 한다.

즉, 허브의 특정 실시예에서는, 상기 모놀리식 몸체가 다음과 같은 것을 포함한다:

·내부에 허브의 축 방향으로 연장하는 방향으로 배향되고, 구멍 둘레의 가장자리에서 분포되는 제2 통로와 적어도 구멍을 형성한, 일정한 두께를 가지는 상기 축 방향 중심 구역. 상기 제2 통로는 예를 들면 허브의 축 방향 단면 중 어느 하나를 향하게 놓이는 회전 샤프트의 적어도 하나의 플레이트에 허브를 고정시키기 위한, 나사 또는 볼트와 같은 제2 죔쇠 부재를 수용한다.

·상기 축 방향 중심 구역의 두께로부터 그것의 주변 쪽으로 갈수록 두께가 점진적으로 감소하면서 방사상으로 상기 중심 구역을 연장하는 상기 주변 구역.

상기 주변 구역은 각각의 강도 부재를 수용하기 위한 상기 소켓 각각의 적어도 한 부분을 포함하고, 또한 허브의 축 방향으로 연장하는 방향으로 배향된 제3 통로를 포함한다. 제3 통로는, 예를 들면 허브에 강도 부재를 고정하기 위한, 나사 또는 볼트와 같은 제3 죔쇠 부재를 수용한다. 그러한 제3 통로는, 특히 만약 있다면 강도 부재가 축 방향으로 맞서 지탱하는 상기 쐐기를 통과하기 위해 제공된다.

더 구체적으로, 소켓은 상기 축 방향 중심 구역에 제1 부분이, 그리고 모놀리식 몸체의 상기 주변 구역에 제2 부분이 바람직하게 제공된다.

이러한 상황에서, 상기 제2 부분은 브랜치에 대해 강도 부재에 관한 상기 방사상 스러스트 시트를 형성하는 소켓의 표면 부분을 포함하고, 만약 필요하다면 대응하는 브랜치에 맞서는 강도 부재의 방사상 추력이 허브의 주변 쪽으로 향하는 것이 명시된다.

모놀리식 몸체를 형성하기 위해 선택되는 복합 재료, 그리고 또한 모놀리식 몸체를 제작하는 바람직한 방식이, 전술한 것처럼

·모놀리식 몸체의 주변부에서의 두께가 그것의 축 방향 중심 구역에서의 모놀리식 몸체의 두께의 대략 30% 내지 40%의 범위 내에 있고;

·모놀리식 몸체의 외측 직경이 상기 축 방향 중심 구역에서의 모놀리식 몸체 두께의 대략 6배 내지 10배의 범위에 있도록, 허브를 배치하는 것을 가능하게 한다.

선택된 복합 재료로부터 그리고 단독으로 또는 결합하여 고려되는 본 발명에 의해 제안된 2차적인 준비의 결과로서 모놀리식 몸체가 주조되는 상태의 결과로서, 주조된 후 모놀리식 몸체에 행해지는 기계 가공 동작은 현저하게 제한될 수 있다는 점을 알아야 한다.

이러한 기계 가공 동작은 모놀리식 몸체의 두께를 넘어 연장하기 위해 몰딩에 의해 이루어지는 기계 가공 보이드(void)에 한정될 수 있고, 그러한 보이드는 상기 제1 통로, 상기 제2 통로, 및/또는 상기 제3 통로를 형성한다. 기계 가공이 이루어진 후, 상기 보이드에는 특히 밀봉(sealing)에 의해, 모놀리식 몸체에 맞추어지고 통합되는 보강 링이 유리하게 제공될 수 있다.

일 변형예에서는, 상기 기계 가공 동작이 상기 보이드 안쪽에 이전에 설치된 그러한 보강 링의 내측 오목부를 기계 가공하는 것이 한정될 수 있다. 그러한 상황에서는, 보강 링이 오버몰딩에 의해 모놀리식 몸체에 유리하게 통합될 수 있어, 열가소성 수지 중합의 가역적 성질을 이용한다.

그러한 보이드는 특히 소켓을 선택적으로 형성하는 것과 함께 제공되는데, 특히 모놀리식 몸체를 통해 상기 보이드 및/또는 소켓을 각각 제공하는 코어(core)에 열가소성 수지가 뿌려진 탄소 섬유 직물의 층을 쌓는 기술을 이용하여 이루어진다.

따라서, 상기 제1 통로 및/또는 상기 제2 통로 및/또는 상기 제3 통로에서 상기 보강 링을 균일하게 제공하기 위해, 열가소성 수지의 중합의 가역적 성질을 이용하는 것이 가능하고, 상기 보강 링은 오버몰딩에 의해 모놀리식 몸체에 유리하게 통합된다.

더 나아가, 상기 제2 통로는 특히 허브의 축 방향 단면 모두에 열려 있고, 이 경우 제2 죔쇠 부재가 바람직하게는 허브를 통해 연장하고, 허브와 회전 샤프트 사이의 접합의 튼튼함을 증가시키기 위해, 잠재적으로는 허브의 축 방향 단면 각각을 향하게 각각 위치하는 회전 샤프트의 한 쌍의 플레이트와 협력한다.

첨부 시트의 도면을 참조하여 본 발명의 실시예가 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전익기 로터의 사시도.
도 2는 본질적으로, 도 1에 도시된 로터의 허브를 형성하는 모놀리식 몸체의 일 실시예의 사시도.
도 3은 본질적으로, 도 1에 도시된 로터의 허브를 형성하는 모놀리식 몸체의 일 실시예의 축 방향 단면도.
도 4a는 도 2에 도시된 모놀리식 몸체의 단편을 그것의 일반적인 평면에서 보여주는 도면.
도 4b는 도 3에 도시된 모놀리식 몸체의 단편을 그것의 일반적인 평면에서 보여주는 도면.

도 1에, 회전익기(G)가 도식적으로 표현되어 있다. 회전익기(G)는 로터를 가진다. 이 회전익기 로터는 허브(2) 상에 장착되는 블레이드(1)(하나의 블레이드만이 부분적으로 도시되어 있음)를 가진다. 회전 구동되도록 하기 위해, 허브(2)는 허브의 구멍(4)을 통해 축 방향으로 연장하는 회전 샤프트(3) 상에 장착된다. 그러한 회전 샤프트(3)는 특히 도시된 것처럼 회전익기의 메인 로터에 관한 마스트(mast)에 의해 구성된다.

회전 샤프트(3)의 적어도 하나의 플레이트(7)에 허브(2)를 고정시키기 위해 나사나 볼트와 같은 제2 죔쇠 부재(6)를 수용하기 위해, 허브(2)는 구멍(4) 근처의 가장자리에 배치된 제2 통로(5)를 가진다.

블레이드(1)는 이동 가능하도록, 적어도 피치가 변하도록, 그리고 가능하게는 또한, 도시된 실시예에서처럼 리드/래그 및 플랩핑시 변하도록 허브(2) 상에 장착된다. 이를 위해, 각각의 블레이드(1)에는 허브(2)의 각 브랜치(9)로의 조립을 위한 블레이드 루트(root)(8)가 일반적으로 제공된다. 일반적인 일 실시예에서, 블레이드(1)는 주어진 블레이드 루트(8)와 허브(2) 사이에 개재된 힌지 시스템(10)에 의해 허브(2)에 대해 이동 가능하게 되어 있다.

도 1 및 도 4에 도시된 예에서, 그러한 힌지 시스템(10)은 금속 적층체(lamination)와 탄성중합체의 층을 포함하는 적층된 탄성중합체/금속 몸체(11)를 이용하고, 흔히 "구 모양 추력 베어링"이라고 불리는 타입의 것이다. 적층된 탄성중합체/금속 몸체(11)는 강도 부재(12)에 통합됨으로써, 주어진 블레이드 루트(8)와 허브(2) 사이에 힌지 시스템(10)이 장착된다.

허브(2)는 강도 부재(12)를 각각 수용하는 소켓(13)을 가진다. 주어진 강도 부재(12)는 허브(2)의 축 방향 단면(end face)을 축 방향으로 지탱하면서 허브(2)에 블레이드 루트(8)를 연결하기 위해 볼트를 사용한다.

도 4에 도시된 것처럼, 강도 부재(12)는 예를 들면 2개의 강도 부재 요소(12', 12") 사이에 개재된 적어도 하나의 상기 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)를 포함하는 타입의 것일 수 있다. 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)는 강도 부재 요소(12', 12") 사이에서 압착되고, 이 경우 "외부(outer") 강도 요소 부재(12")는 대응하는 브랜치(9)를 방사상으로 지탱한다. 그 결과로서, 그것의 외부 강도 부재 요소(12")를 통해 허브(2)를 방사상으로 지탱함으로써, 블레이드 루트(8)가 허브(2)에 대해 이동하는 것을 허용하도록 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)가 변형된다.

이러한 점에서 "축 방향(axial)"이라는 개념과, 그로 인한 "직경의(diametral)" 및/또는 "방사상(radial)"이라는 개념은 허브(2)의 회전축(A)에 대해 고려되는 것이라는 점을 알아야 한다. 이러한 상황에서, 허브(2)의 두께는 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 고려되는 것이라는 점을 이해해야 한다.

허브(2)는 본질적으로 열가소성 수지가 뿌려진 탄소 섬유 직물의 층들이 쌓인 것을 몰딩함으로써 만들어진 모놀리식 몸체(14)에 의해 구성되고, 상기 직물 층은 주형의 안쪽에 쌓인 다음, 고열에서 고압인 상태에서 압착된다.

도 1, 도 2, 및 도 3에서, 모놀리식 몸체(14)는 구멍(4)과 상기 제2 통로(5)를 포함하는 축 방향 중심 구역(central zone)(15)을 가진다. 상기 축 방향 중심 구역(15)은 적어도 부분적으로 브랜치(9)를 포함하는 주변 구역에 의해 정반대로 연장된다.

도 3에서 더 구체적으로 볼 수 있는 것처럼, 모놀리식 몸체(14)는 축 방향 미드플레인을 구성하는 직경 지름면(P)을 중심으로 대칭적이다. 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 중심 구역(15)은 일정한 두께(E1)를 가짐으로써, 회전 샤프트의 플레이트(들)에 맞서는 허브의 스러스트 연동 상태(thrust engagement)를 강화시킨다.

모놀리식 몸체의 주변 구역은 E2인 두께를 가지고, 이러한 두께는 축 방향 중심 구역(15)으로부터 그것의 주변 쪽으로 가면서 점진적으로 감소한다. 모놀리식 몸체(14)가 그것의 주변에서 고려될 때의 두께(E2)는, 그것의 축 방향 중심 구역(15)에서 고려될 때의 두께인 E1의 약 30% 내지 40%이다. 도 3에서 더 구체적으로 볼 수 있는 것처럼, 모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D2)은 축 방향 중심 구역(15)에서 고려될 때의 두께인 E1의 약 8배이다.

또한, 도 1 내지 도 4에서 소켓(13)은 특히 그것들이 맞추어지는 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)를 통해 브랜치(9)를 지탱하도록 강도 부재(12)용 원통형 베어링 표면을 방사상 스러스트 시트(16)에 제공한다.

도 1에 도시된 것처럼, 모놀리식 몸체(14)의 주변 쪽으로의 브랜치(9)의 돌출 부분(26)의 방사상으로 연장하는 치수(d1)는 모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D)의 약 0.2배 내지 0.3배의 범위에 있고, 이 경우 브랜치(9)의 주변 단부(end)와 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱하는 방사상 스러스트 시트(16) 사이의 분리 거리(d2)는 임의의 주어진 브랜치(9)에 관해, 모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D)의 약 0.1배 내지 0.15배의 범위에 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 소켓(13)은 일반적으로 그 모양이 직사각형이고, 소켓(13) 각각은 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱하는 상기 방사상 스러스트 시트(16)를 형성하는 소켓(13)의 표면 부분을 제공하는 각각의 원호(circular arc)(AC)를 정의한다.

그렇지만, 도 4에 도시된 것처럼, 소켓(13)은 로터가 회전 상태로 들어가면 원심력의 영향으로 변형되는 경향이 있다. 더 구체적으로, 그림 (a)에서는 허브가 정지된 상태에 있을 때의 모놀리식 몸체(14)가 도시되어 있고, 그림 (b)에서는 허브가 회전하고 있는 상황에서의 모놀리식 몸체(14)가 도시되어 있다. 소켓(13) 변형의 결과로서, 그림 (a)에 도시된 것과 같은 상기 원호에 관한 제작시 정의된 초기 반경은, 그림 (b)에서 볼 수 있는 것처럼 브랜치(9)를 방사상으로 지탱하는 강도 부재(12)의 표면의 반경과 매칭되도록 더 작아지는 경향이 있다.

이러한 상황에서, 상기 원호(AC)의 제1 반경(R1)은 그것의 명목상의 동작 속도로 회전하는 로터의 상태에서 확인된 것처럼 상기 원호(AC)의 제2 반경(R2)보다 크도록 제작시 정의된다. 원호(AC)에 관한 상기 제1 반경(R1)은, 특히 변형에 의해 소켓(13)이 강도 부재(12)를 통해 브랜치(9)를 지탱하는 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)의 원통형 표면의 반경과 적어도 실질적으로 같은 제2 반경(R2)을 상기 원호(AC)에 주도록, 시험(testing)에 의해 확인된다.

또한, 그리고 더 구체적으로는 도 1과 도 2에서 볼 수 있듯이, 추력 표면을 최적화하여 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 방사상으로 및 축 방향으로 지탱하도록 하기 위해, 소켓(13)의 표면의 부분이 상기 각각의 방사상 스러스트 시트(16)를 확실히 정의함으로써 브랜치(9)를 지탱하는 강도 부재(12)가 임의의 테이퍼(taper)가 없도록 하는 것이 제안된다.

도 3에서 더 구체적으로 볼 수 있는 것처럼, 모놀리식 몸체(14)의 단면은 전술한 바와 같이, 허브의 주변에서 브랜치(9)의 두께를 감소시키도록 바람직하게 기울어져 있다.

이러한 상황에서, 그리고 도 1 내지 도 4에 도시된 것처럼, 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 단면에는 축 방향 시트를 강화함으로써 각각의 강도 부재(12)가 허브(2)를 지탱하도록 하기 위해, 그것들의 경사도를 보상하기 위한 쐐기(17)가 제공된다. 그러한 쐐기(17)는 그것이, 특히 오버몰딩(overmolding) 동작 중에 모놀리식 몸체(14)에 통합될 수 있게 하는 열가소성 수지를 통합하는 복합 재료로부터 얻어진다.

도 1 내지 도 3에서, 모놀리식 몸체(14)는 모놀리식 몸체(14)를 통해 축 방향으로 배치되고, 쐐기(17)를 통과하는 제3 통로(18)를 포함한다. 볼트(bolt)와 같은 제3 죔쇠 부재(19)는 블레이드 루트(8)를 허브(2)에 연결하는 상기 외부 강도 부재 요소(12")를 통해, 모놀리식 몸체(14)에 강도 부재(12)를 고정시키기 위해, 제3 통로를 통해 연장한다.

블레이드는 또한 허브에 대해 리드/래그 움직임이 이루어질 수 있도록 장착된다.

이러한 상황에서, 브랜치(9)의 주변 단면은 보호기(protector) 부재(20)를 가지고, 이러한 보호기 부재(20)는 각각의 블레이드의 리드/래그 스트로크를 제한하기 위해 마모 부분 및/또는 접합 부재로 구성될 수 있다.

예를 들면, 그러한 보호기 부재(20)는 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 단면을 각각 지탱하는 죔쇠 탭(fastener tab)(21)을 포함할 수 있다.

보호기 부재(20)는 허브의 방사상으로 연장하는 방향에서 그것들의 주위의 가장자리에서 브랜치(9)를 통해 형성된 제1 통로(23)를 통해 연장하는, 볼트와 같은 제1 죔쇠 부재(22)에 의해 모놀리식 몸체(14)에 고정된다.

보조 쐐기(24)는 어쩌면, 브랜치(9)의 축 방향 단면의 경사도를 보상하기 위해, 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 단면과 죔쇠 탭(21) 사이에 개재될 수 있다.

그러한 보조 쐐기(24)는 어쩌면, 강도 부재(12)가 모놀리식 몸체(14)를 축 방향으로 지탱하는 쐐기(17)에 관한 것과 동일한 방식으로 열가소성 수지를 통합함으로써, 몰딩 동안 그리고 특히 오버몰딩 동안 모놀리식 몸체(14)에 통합된다.

또한, 예컨대 보조 쐐기(24)는 보호기 부재(20)를 브랜치(9)에 설치할 때, 제1 죔쇠 부재(22)에 의해 많든 작든 간에 압착되는, 예컨대 탄성중합체로 만들어진 유연한 덩어리(mass)로 각각 만들어질 수 있다. 이러한 유연한 덩어리는 가능하게는 모놀리식 몸체(14) 및/또는 보호기 부재(20)에 통합될 수 있다.

주조되는 동안 모놀리식 몸체(14)에 보이드를 남기고, 제3 통로(18) 안쪽에 수용되는 도 4의 그림 (a) 및 그림 (b)에서 볼 수 있는 보강 링(reinforcing ring)과 유사한 보강 링과 같은 보강 링을 상기 보이드 안쪽에 수용함으로써 다양한 통로(5, 18, 23)가 형성된다. 모놀리식 몸체(14)의 기계 가공 동작은 어쩌면, 밀봉에 의해 보이드 안쪽에 27과 같은 보강 링을 설치하기 전에, 상기 보이드를 기계 가공하는 것에 제한될 수 있다.

유리한 일 변형예에서는, 27과 같은 보강 링이 오버몰딩에 의해 허브에 통합될 수 있고, 모놀리식 몸체(14)의 기계 가공 동작은 아마도 27과 같은 상기 보강 링의 안쪽 오목부(recess)를 기계 가공하는 것에 제한될 수 있다.

도 2에서는, 조작자가 회전 샤프트(3)의 죔쇠 플레이트(들)(7)를 향하는 그것의 축 방향 단면에 관한 소정의 배향으로 로터에 허브(2)를 설치하는 것을 가능하게 하는 키잉(keying) 부재를 또한 볼 수 있다.

Claims (18)

1. 수지로 채워진 광물 섬유 직물의 연속 층을 쌓음으로써 얻은 복합 재료로 만들어진 허브(2)를 가지는 회전익기 로터로서,
   상기 허브(2)는 상기 허브(2)에서 구멍(4)을 통해 연장하는 회전 샤프트(3) 둘레에서 상기 회전 샤프트(3)와 축이 같게 장착되고, 또한 상기 구멍(4)으로부터 방사상으로 연장하는 복수의 브랜치(9)를 포함하며,
   상기 브랜치(9)는 각각 개별 블레이드(1)를 장착하고 있고, 상기 블레이드(1)는 적어도 피치를 변화시키기 위해 허브에 대해 움직일 수 있도록 개별적으로 장착되며,
   ·상기 허브(2)는 모놀리식 몸체(14)를 포함하고,
   ·상기 블레이드(1)는 각각의 힌지 시스템(10)에 의해 상기 허브(2)에 대해 움직일 수 있도록 개별적으로 장착되며, 각각의 힌지 시스템(10)은 각각의 브랜치(9)에 조립하기 위해 각각의 조립체 강도 부재(12)를 가지고, 상기 강도 부재(12)는 축 방향으로 연장하는 방향으로 연장하는 모놀리식 몸체(14)의 각각의 소켓(13)에서 적어도 부분적으로 개별적으로 수용되면서, 상기 브랜치(9)를 방사상으로 지탱하며,
   ·상기 허브(2)의 상기 모놀리식 몸체(14)는 열가소성 수지가 뿌려지고 고열에서 압착되는 탄소 섬유 직물의 연속 층을 쌓음으로써 얻은 복합 재료로 형성되고,
   ·상기 소켓(13)은 회전하도록 설정되는 로터의 영향으로 변형 가능하고,
   ·상기 소켓(13)의 모양은 소정의 동작 속도로 회전하도록 설정되는 로터의 영향으로 원통형이 되는 각각의 베어링 표면을 통해, 상기 브랜치(9)를 강도 부재(12)가 지탱할 수 있게 하는 방사상 스러스트(thrust) 시트(16)를 형성하고,
   ·상기 방사상 스러스트 시트(16)는 상기 허브(2)의 축 방향으로 연장하는 방향으로 배향된 모선(generator line)을 따라 연장하는 원통형 베어링 표면을 가지고, 상기 강도 부재(12)의 주어진 원통형 베어링 표면에 상보적인 모양을 하고 있는, 회전익기 로터.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 허브(2)의 지름면에서의 각 소켓(13)의 프로필은, 상기 방사상 스러스트 시트(16)를 형성하는 소켓(13)의 표면 부분을 제공하는 각각의 원호(AC)를 형성하여, 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱하는 직사각형의 모양이고,
   상기 원호(AC)의 제1 반경(R1)은, 소정의 동작 속도로 회전하도록 설정되는 로터의 영향으로 상기 원호(AC)에 부여되는 제2 반경(R2)보다 크며, 로터가 동작중인 상황에서의 제2 반경(R2)은 원통형 베어링 표면으로 방사상 스러스트 시트(16)를 형성하여 상기 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱하는, 회전익기 로터.
3. 제1 항에 있어서,
   강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱할 수 있게 하기 위한 방사상 스러스트 시트(16)를 형성하는 소켓(13)의 표면 부분은, 모놀리식 몸체(14)를 변형시키기 위한 어떠한 테이퍼(taper)도 가지지 않는, 회전익기 로터.
4. 제1 항에 있어서,
   각각의 강도 부재(12)는 허브(2)에서 블레이드(1)에 관한 여러 방향으로의 자유로운 움직임을 제공하는 탄성중합체/금속 적층된 몸체(11)를 가지고,
   강도 부재(12)는 허브(2)의 축 방향으로 연장하는 방향으로 연장하는 모선에 의해 형성된 각각의 원통형 베어링 표면을 통해 브랜치(9)를 방사상으로 지탱하도록 각각 놓이는, 회전익기 로터.
5. 제1 항에 있어서,
   모놀리식 몸체(14)의 축 방향 단면 중 적어도 하나는, 허브(2)의 회전 평면에 대해 적어도 부분적으로 경사져 있고, 상기 모놀리식 몸체(14)에는 상기 모놀리식 몸체(14)의 적어도 하나의 축 방향 단면의 기울어짐으로 인해 생기는 경사도를 보상하기 위한 쐐기(17)가 제공되며, 상기 쐐기(17)는 상기 강도 부재(12)가 브랜치(9)를 지탱할 수 있게 하기 위해, 허브(2)에 축 방향 스러스트 시트를 제공하는, 회전익기 로터.
6. 제5 항에 있어서,
   상기 쐐기(17)는 몰딩에 의해 모놀리식 몸체(14)에 통합되는, 회전익기 로터.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 쐐기(17)는 오버몰딩에 의해 모놀리식 몸체(14)에 형성되고,
   상기 쐐기(17)는 열가소성 수지로 채워진 광물 섬유를 포함하는 복합 재료로부터 얻어지는, 회전익기 로터.
8. 제1 항에 있어서,
   상기 블레이드(1)는 또한 허브(2)에 대한 리드/래그 움직임으로 이동 가능하도록 장착되고, 브랜치(9) 각각의 주변 단면에는 각각의 보호기 부재(20)가 제공되는, 회전익기 로터.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 보호기 부재(20)는 블레이드(1)의 개별 리드/래그 스트로크(stroke)를 제한하는 접합 부재 또는 마모(wear) 부분 중 적어도 하나에 의해 균일하게 형성될 수 있는, 회전익기 로터.
10. 제8 항에 있어서,
    보호기 부재(20) 각각에는 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 단면을 각각 지탱하고 축 방향으로 연장하는 방향으로 모놀리식 몸체(14)에 제공된 각각의 제1 통로(23)를 통해 연장하는 제1 죔쇠 부재에 의해 대응하는 브랜치(9)의 주변 단부에 고정되는 죔쇠 탭(21)이 달려 있는, 회전익기 로터.
11. 제1 항에 있어서,
    모놀리식 몸체(14)는, 적어도 구멍(4)이 제공되는 축 방향 중심 구역(15)으로부터 브랜치(9)를 통합하는 모놀리식 몸체(14)의 주변 구역의 외부 가장자리 쪽으로 점진적으로 감소하는 두께를 가지는, 회전익기 로터.
12. 제1 항에 있어서,
    모놀리식 몸체(14)는 축 방향 미드플레인(midplane)인 지름면(P)의 어느 한쪽에서 대칭적인, 회전익기 로터.
13. 제1 항에 있어서,
    상기 브랜치(9)는 모놀리식 몸체(14)의 주변 쪽으로 돌출하고, 상기 브랜치(9)의 돌출 부분(26)은 모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D)의 0.2배와 0.3배 사이의 범위에 있는 방사상으로 연장하는 치수(d1)를 나타내며,
    상기 브랜치(9)에 관련하여, 강도 부재(12)가 상기 브랜치(9)를 지탱하는 방사상 스러스트 시트(16)와 브랜치(9)의 주변 단부 사이의 거리(d2)는 모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D)의 0.1배와 0.15배 사이의 범위에 있는, 회전익기 로터.
14. 제11 항에 있어서,
    상기 모놀리식 몸체(14)는,
    ·적어도 허브(2)의 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 연장되고 구멍(4) 둘레의 가장자리에 분포되는 제2 통로(5)와 구멍(4)을 포함하고, 상기 제2 통로(5)는 허브(2)의 축 방향 단면 중 어느 하나를 향하게 놓인 회전 샤프트(3)의 적어도 하나의 플레이트(7)에 허브(2)를 고정시키기 위해 제2 죔쇠 부재(6)를 수용하는, 일정한 두께를 가진 축 방향 중심 구역(15); 및
    ·상기 축 방향 중심 구역(15)의 두께(E1)로부터 그것의 주변 쪽으로 두께(E2)가 점진적으로 감소하면서 상기 축 방향 중심 구역(15)을 방사상으로 연장하는 주변 구역을 포함하고,
    상기 주변 구역은 각각의 강도 부재(12)를 수용하기 위한 소켓(13) 각각의 적어도 일부와 상기 허브(2)의 축 방향으로 연장하는 방향을 따라 배향된 제3 통로(18)를 포함하며,
    상기 제3 통로(18)는 강도 부재(12)를 허브(2)에 고정시키는 제3 죔쇠 부재(24)를 수용하는, 회전익기 로터.
15. 제12 항에 있어서,
    ·모놀리식 몸체(14)의 주변부에서의 두께(E2)는 모놀리식 몸체(14)의 축 방향 중심 구역(15)에서 모놀리식 몸체(14)의 두께(E1)의 30%와 40% 사이의 범위에 있고,
    ·모놀리식 몸체(14)의 외측 직경(D2)은 축 방향 중심 구역(15)에서 모놀리식 몸체(14)의 두께(E1)의 6배와 10배 사이의 범위에 있는, 회전익기 로터.
16. 제10 항에 있어서,
    제1 통로(23) 및/또는 제2 통로(5) 및/또는 제3 통로(18) 각각에는 각각의 보강 링(27)이 균일하게 제공될 수 있는, 회전익기 로터.
17. 제16 항에 있어서,
    상기 보강 링(27)은 밀봉에 의해 모놀리식 몸체(14)에 통합되는, 회전익기 로터.
18. 제16 항에 있어서,
    상기 보강 링(27)은 오버몰딩(overmolding)에 의해 모놀리식 몸체(14)에 통합되는, 회전익기 로터.

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