KR102069783B1

KR102069783B1 - 트레일링 에지 플랩을 갖는 헬리콥터 에어로포일

Info

Publication number: KR102069783B1
Application number: KR1020177001390A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 케이브; 시몬 스테이시
Original assignee: 어구스타웨스틀랜드 리미티드
Priority date: 2015-04-21
Filing date: 2016-04-21
Publication date: 2020-01-23
Also published as: CN106794898B; EP3286081B1; WO2016170341A1; CN106794898A; GB2537630B; CA2952165A1; US20170129596A1; GB2537630A; EP3286081A1; US10507909B2; KR20170141182A; EP4324737A2; RU2673930C1; CA2952165C; GB201506739D0

Abstract

에어로포일은 에어로포일 단면의 주요부와 작동 장치에 의해 주요부에 대해 이동 가능한 트레일링 에지부를 가지며, 트레일링 에지부는 굴곡 지점/영역(A)에서 또는 그 주위에서 이동가능하고, 굴곡 지점/영역(A)은 에어로포일의 압력 또는 흡입 표면에 또는 그에 인접 위치되고, 트레일링 에지부는 제1 및 제2 연결 부재들에 의해 주요부에 연결되고, 제1 연결 부재는 굴곡 지점/영역(A)으로부터 안쪽으로 연장되고 주요부에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되는 단부를 가지며 제1 및 제2 연결 부재는 가요성을 갖는다.

Description

트레일링 에지 플랩을 갖는 헬리콥터 에어로포일{Helicopter aerofoil with trailing edge flap}

본 발명은 에어로 포일에 관한 것으로, 다 상세하게는 회전식 에어로포일 또는 로터 블레이드에 관한 것이지만 이에 국한되지는 않는다.

본 발명은 헬리콥터의 회전식 에어로포일, 즉 항공기의 메인 서스펜션 로터 시스템의 로터 블레이드, 또는 테일 로터, 또는 안티-토크 로터(anti-torque rotor)의 로터 블레이드 용으로 특별히 개발되었지만, 본 발명은 다른 에어로포일들, 예를 들어 풍력 터빈 블레이드들에도 적용될 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명은 헬리콥터를 제어하기 위해, 에어로포일의 주요부에 대해 이동 가능한 트레일링부를 갖는 회전 에어로포일에 관한 것이다.

이러한 이동 가능한 트레일링부들은 로터 블레이드의 에어로포일 특성들을 변경시키는데 이용될 수 있으며, 이는 항공 기술에서 잘 알려져 있다.

트레일링부들은 진동 및/또는 소음 감소뿐만 아니라 넓은 범위의 회전 속도에 대해 블레이드의 성능을 최적화하도록 에어로포일 본체의 나머지에 대해 상향 또는 하향으로 기울어질 수 있다.

US 2008/0145220은 블레이드 본체 및 블레이드 본체에 고정된 제어 플랩을 갖는 헬리콥터 로터 블레이드를 개시한다. 제어 플랩은 일정 범위의 운동을 통해 블레이드 본체에 대해 이동 가능하다. 제어 플랩의 회전축은, 블레이드가 단면에서 보여질 때, 에어로포일의 중심선을 따라 위치된다는 것을 이해해야 한다(예를 들어, US 2008/0145220의 도 2 참조). 이것은 다양한 문제들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 이 개념을 실현하기 위해 시도할 때 블레이드 바디 내의 내부 공간 제약들은 심각한 문제들을 야기한다.

FR2821397은 연결 부재들(11)에 의해 탄성 스트립 힌지(7A)에 대하여 이동될 수 있는 에어로포일 부분(2) 및 플랩(3)을 갖는 날개를 개시한다. 플랩(3)의 회전축은 에어로포일 부분(2)의 중심선을 따라 위치되고, 따라서 이 날개는 위에서 확인한 것과 같은 문제를 겪는다. 더욱이, FR2821397에 개시된 배치는 탄성 스트립 힌지(7A)가 사용 시에 플랩(3)에 의해 경험되는 극단적인 수직 전단력들(vertical sheer forces) 하에서 비틀어질(buckle) 수 있다는 점에서 문제가 될 수 있다.

따라서, 그러한 극단적인 수직 전단력들을 견디기 위해 에어로포일에 강도를 제공 할 수 있는 힌지를 갖는 에어로포일을 제공할 필요가 있다.

본 발명의 실시예들은 개선된 에어로포일을 제공하고자 한다. 일부 실시예들에서, 본 발명은 이동 가능한 트레일링 에지부를 갖는 에어로포일을 제공하고자 하며, 트레일링 에지부는 최소의 에너지를 사용하여 제어 가능하고 및/또는 정확하게 제어 가능하다. 본 발명의 실시예들은 또한 개념 착상에서 실제 구현까지 확장 가능한 에어로포일을 제공하는 동시에, 트레일링 에지부에 가해지는 힘들로부터 유도 된 에너지를 효율적으로 흡수하도록 구성된다. 본 발명의 실시예들은 에어로포일에 강도를 제공할 수 있는(특히, 주요부와 트레일링 에지부 사이에 강도를 제공하는) 힌지를 갖는 에어로포일을 제공하여 사용 시 수직 전단력을 견디도록 한다.

본 발명의 일 측면에서, 에어로포일 단면의 주요부 및 작동 장치에 의해 상기 주요부에 대해 이동 가능한 트레일링 에지부를 갖는 에어로포일(예를 들어 헬리콥터 회전 블레이드)을 제공하고, 상기 트레일링 에지부는 굴곡 지점/영역(A)에서 또는 그 주변에서 이동가능하고, 굴곡 지점/영역(A)은 에어로포일의 압력 또는 흡입 표면에서 또는 그 주변에 위치되며, 상기 트레일링 에지부는 제1 및 제2 연결 부재들에 의해 주요부에 연결되고, 상기 제1 연결 부재는 굴곡 지점/영역(A)으로부터 멀어지게끔 안쪽으로 연장되고 주요부에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 단부를 가지며, 상기 제1 및 제2 연결 부재들은 구부러질 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은, 상기 트레일링 에지부가 상기 주요부에 대하여 상향 이동하도록 상기 작동 장치가 동작하는 경우, 위로 구부러지도록 구성될 수 있고, 그에 따라 굴곡 지점/영역(A)이 상향 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은, 상기 트레일링 에지부가 상기 주요부에 대하여 하향 이동하도록 상기 작동 장치가 동작하는 경우, 아래로 구부러지도록 구성될 수 있고, 그에 따라 굴곡 지점/영역(A)이 하향 배치될 수 있다.

상기 주요부는 상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 하나 또는 모두가 연결되는 프레임워크를 포함할 수 있고, 상기 프레임워크는 상기 제1 및 제2 연결 부재들의 지지를 제공하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 프레임워크는 상기 트레일링 에지부에 가해지는 힘으로부터 유도된 에너지를 흡수하도록 작용할 수도 있다.

상기 프레임워크는 적어도 하나의 지지 요소를 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 적어도 하나의 지지 요소는, 상기 에어로포일이 단면으로 보여질 때 다각형(polygon)의 형태일 수 있다. 상기 프레임워크는 동일한 또는 다른 구성을 갖는 추가적인 지지 요소들을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은 약 5° 내지 약 50°의 범위 또는 5° 내지 50°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은 약 10° 내지 약 45°의 범위 또는 10° 내지 45°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은, 약 20° 내지 약 30°의 범위 또는 20° 내지 30°와 같은, 약 20° 내지 약 35°의 범위 또는 20° 내지 35°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치될 수 있다.

일부 실시예들에서, 발명자는 상기 제1 및 제2 연결 부재들이 굴곡 지점/영역(A)에 대한 국부 피로를 가장 효율적으로 완화시키는 경우가, 상기 제1 및 제2 연결 부재들이 약 20° 내지 약 22°의 범위 또는 20° 내지 22°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치되는 경우임을 발견하였다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들은 상기 에어로포일이 단면으로 보여질 때 캐비티(cavity)를 적어도 부분적으로 한정할 수 있다.

상기 캐비티는 상기 주요부의 프레임워크의 일부에 의해 더욱 한정될 수 있다.

상기 캐비티에는 관성 댐퍼(inertia damper)가 제공될 수 있다.

상기 관성 댐퍼는 탄성 재료를 포함할 수 있다.

상기 관성 댐퍼는, 사용 시, 상기 트레일링 에지부에 가해진 힘으로부터 유도된 에너지가 가해지면 변형되도록 구성될 수 있다.

상기 관성 댐퍼는 상기 트레일링 에지부에 힘이 가해지지 않을 때 그것의 원래의 형상 또는 그것의 원래의 형상에 근접한 형상으로 복귀하도록 더욱 구성될 수 있다.

상기 제2 연결 부재는 상기 에어로포일의 외부 표면의 일부를 형성할 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 에어로포일은 외피를 포함할 수 있고, 상기 외피 내에 상기 주요부 및 상기 트레일링 에지부가 한정되며, 상기 제2 연결 부재는 상기 외피의 표면 아래에 제공된다.

굴곡 지점/영역(A)은 에어로포일의 외부 표면에 또는 그 부근에 위치되고 그에 따라 주요부와 트레일링 에지부 사이의 피봇 지점은 에어로포일의 외부 표면 또는 그 근처에도 위치된다는 것이 이해되어야 한다.

굴곡 지점/영역(A)은 상기 에어로포일의 압력 및 흡입 표면들 모두에 제공될 수 있다. 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 압력 표면 및 흡입 표면이라는 용어는 에어로포일을 측면에서 볼 때 대응하는 하부 표면 및 상부 표면과 관련된다는 것을 이해한다.

상기 작동 장치는 액추에이터 유닛 및 적어도 하나의 액추에이터 로드를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터 로드 또는 각각의 액추에이터 로드는 상기 트레일링 에지부에 직접적으로 또는 간접적으로 체결된다.

상기 작동 장치는 상기 액추에이팅 로드 또는 각각의 액추에이팅 로드에 푸쉬/풀 힘(push/pull force)을 전달하도록 구성될 수 있고, 그에 따라 상기 액추에이팅 로드 또는 각각의 액추에이팅 로드는 상기 주요부에 대한 상기 트레일링 에지부의 이동을 제어한다. 상기 트레일링 에지부는 상기 굴곡 지점/영역(A)에서 주요부를 중심으로 피봇하는 것이 바람직하다.

상기 액추에이팅 유닛은 압전 소자들을 포함할 수 있다.

실시예들에서, 상기 액추에이팅 유닛은, 전자/기계 액추에이터와 같은, 유압식 및/또는 기계적 구동 메커니즘을 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 (섬유 강화 열경화성 중합체와 같은) 열경화성 중합체 또는 (열가소성 복합 중합체와 같은) 열가소성 중합체로 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는, 그것을 따라 실질적으로 일정한 두께를 갖는 단일 구성요소로 형성될 수 있다.

일부 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 2개 이상의 층으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 기초 층의 외부 표면 상에 제공된 적어도 하나의 추가 층을 포함할 수 있다.

상기 추가 층 또는 각각의 추가 층은 상기 기초 층의 재료와 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다.

상기 추가 층 또는 각각의 추가 층은 상기 기초 층의 외부 표면을 적어도 부분적으로 덮을 수 있다. 예를 들어, 상기 추가 층 또는 각각의 추가 층은 상기 기초 층의 중심점에 또는 그 주변에 위치되고 상기 기초 층의 적어도 하나의 단부에 또는 그 주변에 위치되지 않을 수 있다.

일부 실시예들에서, 본 발명은 선행 실시예들 중 어느 하나에 따른 적어도 하나의 회전식 에어로 포일을 포함하는 헬리콥터에 관한 것이다.

본 발명의 추가적인 특징들이 여기에 첨부된 종속항들에 기재되어 있다.

이제 본 발명의 다양한 측면들의 실시예들이 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에어로포일의 중립 구성에서의 단면도를 나타내는 도면이다.
도 2는 트레일링 에지부가 에어로포일의 나머지에 대해 상향 이동되는 구조의 도 1의 에어로포일을 도시한다.
도 3은 도 1의 에어로 포일을 도시하고, 트레일링 에지부가 에어로포일의 나머지에 대해 하향 이동되는 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 에어로포일의 중립 구성에서의 단면도를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연결 부재의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연결 부재의 개략도이다.

도 1 내지 도 3은 주요부(10) 및 작동 장치(14)에 의해 주요부(10)에 대해 이동 가능한 트레일링 에지부(12)을 포함하는 에어로포일의 일부를 도시한다. 에어로포일(1)은 단면으로 도시된다. 에어로포일(1)의 리딩 에지는 도면을 단순화하기 위해 생략되었다. 주요부(10)는 주요부 프레임워크(100)를 포함할 수 있고, 트레일링 에지부(12)는 트레일링 에지부 프레임워크(120)를 포함할 수 있다. 에어로포일(1)은 전형적으로 외피(outer skin, 16)를 포함하고, 주요부 프레임워크(100) 및 트레일링 에지부 프레임워크(120)는 상기 외피 내에서 구속(confined)된다. 트레일링 에지부(12)가 주요부(10)에 대해 이동(예를 들어, 피벗)함에 따라, 외피(16)의 기하구조가 변화하고, 이는 에어로포일(1)의 공기 역학적 특성의 변화를 일으킨다.

실시예들에서, 작동 장치(14)는 액추에이터 유닛(140) 및 액추에이터 로드(actuator rod, 142)를 포함할 수 있다. 액추에이터 로드(142)는 트레일링 에지부(12)에 직접적으로 또는 간접적으로 체결될 수 있다. 도시된 실시예에서, 액추에이터 로드(142)는 커넥터(144)에 의해 트레일링 에지부(12)에 체결되고, 액추에이터 로드(142)는 커넥터(144)에 대해 피봇할 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 액츄에이터 로드(142)가 트레일링 에지부(12)에 체결되는 메커니즘에 대한 변형예들이 예상된다. 예를 들어, 액추에이터 로드(142)는 FR2821397에 설명된 연결 부재들과 같은 힘 전달 부재로 대체될 수 있다.

액추에이터 유닛(140)은 압전 소자들, 예를 들어 압전 세라믹 재료를 포함 할 수 있고, 그에 따라 전류가 압전 재료에 인가될 때 재료의 형상이 변화하여 액츄에이터 로드(142)에 힘이 전달될 수 있다. 작동 장치(14)는 그에 의해 액추에이터 로드(142)에 푸쉬/풀 힘(push/pull force)을 전달하도록 구성되고, 그에 따라 액츄에이터 로드(142)가 주요부(10)에 대한 트레일링 에지부(12)의 이동을 제어한다.

다른 실시예들에서, 작동 장치(14)는 트레일링 에지부(12)의 이동을 제어하기 위한 유압 또는 기계적 구동 메커니즘(미도시)을 포함할 수 있다.

일부 실시예들에서, 작동 장치(14)는 액추에이터 로드(142)를 포함하지 않을 수 있다. 대신에, 트레일링 에지부(12)는 당업자에게 공지된 다른 메커니즘들에 의해 이동 가능할 수 있다.

에어로포일(1)은 제1 및 제2 연결 부재들(18, 20)을 포함한다. 연결 부재들(18, 20)은 트레일링 에지부(12)를 주요부(10)에 연결한다.

일부 실시예들에서, 연결 부재들(18, 20) 중 하나 또는 모두는 섬유 강화 열경화성 중합체 또는 열가소성 복합 중합체로 형성될 수 있다.

실시예들에서, 연결 부재들(18, 20) 중 하나 또는 모두는 그것을 따라 실질적으로 일정한 두께를 가질 수 있다. 도 5는 그러한 실시 예의 예를 도시한다.

일부 실시예들에서, 연결 부재들(18, 20) 중 하나 또는 모두는 추가 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 다중 층을 포함하는 대안적인 실시예의 연결 부재(18')를 도시한다. 상기 연결 부재(18')는 기초 층(180')과 상기 기초 층(180')의 외부 표면에 구비된 추가 층(181', 182')을 포함한다. 상기 또는 각각의 추가 층(181', 182')은 기초 층(180')의 재료와 동일하거나 상이한 재료로 형성될 수 있다. (도 6에 도시된 실시예와 같은) 실시예들에서, 상기 또는 각각의 추가 층(181', 182')은 기초 층 (180')의 외부 표면의 일부분만을 덮을 수 있다. 예를 들어, 추가 층들(181', 182')은 연결 부재(18')의 중심점에 대한 부가적인 강도를 제공하기 위해 기초 층(180')의 중간 지점 또는 그 부근에 위치 될 수 있어, 이 영역의 피로가 완화된다. 일부 실시예들에서, 물론, 상기 또는 각각의 추가 층(181', 182')은 상기 중심점에 이르는 상기 기초 층(180')의 외부 표면의 상이한 부분을 가로질러 위치될 수 있고, 상기 상이한 부분에 강도가 제공된다. 일부 실시예들에서, 상기 또는 각각의 추가 층(181', 182')은 기초 층(180')의 실질적으로 전체 외부 표면(예를 들어, 전체 외부 표면)을 가로질러 위치될 수 있다.

실시예들에서, 주요부 프레임워크(100)는 단일 요소로 형성될 수 있다.

대안적으로, 주요부 프레임워크(100)는 복수개의 지지 요소들, 예를 들어 2 개 내지 5개의 지지 요소들과 같은 2개 이상의 지지 요소들을 포함할 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 주요부 프레임워크(100)는 제1, 제2, 및 제3 지지 요소들(220, 222, 224)을 포함할 수 있다.

도 1은 중립 구성(neutral configuration)의 에어로포일(1)을 도시하며, 이에 의해 에어로 포일(1)은 이동 가능한 트레일링 에지부(12) 없이 에어로포일에 의해 채용되는 것과 동일한 형상을 가짐을 의미한다.

제1 및 제2 연결 부재들(18, 20)은 구부러지도록(즉 가요성을 갖도록) 구성된다.

작동 장치(14)의 작동 시, 액츄에이터 로드(142)는 트레일링 에지부(12)를 향하여 후방 이동하고, 그에 의해 트레일링 에지부(12)가 굴곡 지점/영역(A)에서 주요부(10)에 대하여 상향 이동한다. 그 결과 굴곡 지점/영역(A)은 중립 구성으로부터 위쪽으로 배치된다. 이 구성은 도 2에 의해 도시된다.

이해될 바와 같이, 굴곡 지점/영역(A)은 에어로 포일(1)의 외부 표면에 또는 그 주위에 위치된다. 이 위치에서 굴곡 지점/영역(A)(즉, 회전축)을 갖는 것은 굴곡 지점/영역(A)과 커넥터(144) 사이의 거리를 최소화할 수 있고, 이는 다수의 이점들을 가져온다. 굴곡 지점/영역(A)과 커넥터(144) 사이의 거리는 모멘트 암 길이(moment arm length)로 알려져 있다. 긴 모멘트 암을 갖는 것은, 모멘트 암이 더 짧을 때 요구되는 것보다, 굴곡 지점/영역(A)에 대해 트레일링 에지부(12)를 회전시키기 위해 액츄에이터 로드(142)에 인가될 필요가 있는 힘이 적다는 것을 의미한다. 또한, 긴 모멘트 암은 주요부(10)에 대한 트레일링 에지부(12)의 회전 정도가 매우 정확하게 제어될 수 있음을 의미한다. 즉, 액추에이터 로드(142)의 상대적으로 큰 변위는 트레일링 에지부(12)의 각도 변위(angular displacement)의 작은 변화를 초래할 수 있다. (US 2008/0145220에 기재된 바와 같은) 짧은 모멘트 암을 갖는 것은, 주요부에 대한 트레일링 에지부의 각도 변위를 정확하게 변화시키는 것이 어려움을 의미할 수 있다.

작동 장치(14)의 작동 시 에어로포일(1)의 리딩 에지(미도시)를 향하여 전방 방향으로 액츄에이터 로드(142)를 이동시켜 트레일링 에지부(12)가 굴곡 지점/영역(A)에서 주요부(10)에 대하여 하향 이동하게 할 수도 있고, 그에 따라 굴곡 지점/영역(A)은 중립 배치로부터 아래쪽으로 배치된다. 이 구성은 도 3에 도시된다.

이러한 방식의 트레일링 에지부(12)의 상향 및 하향 이동은 소음 및 항공기 진동에 기여하는 바람직하지 않은 공기역학적 힘들을 억제한다. 트레일링 에지부(12)의 그러한 이동은 또한 병진 비행(translational flight) 동안 후퇴하는(retreating) 에어로포일(1)의 리프트 손실(loss of lift)을 보상한다. 그러므로, 트레일링 에지부(12)는 사용 시에 거대한 힘들, 특히 에어로포일 코드 라인(aerofoil chord line)에 수직한 방향으로 인가되는 하중으로부터 유도된 힘들을 받게 된다는 것을 이해해야한다(당업자에게 이해되는 바와 같이, 에어로포일 코드 라인은 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 직선이다). 이러한 힘들은 수직 전단력들로 알려져 있다.

제1 연결 부재(18)는 에어로포일의 내부 공동 내로 그리고 굴곡 지점/영역(A)으로부터 멀어지게끔 연장되도록 구성된다. 제1 연결 부재(18)는 주요부(10)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 단부(180)를 갖는다.

바람직하게는, 이 구성은, (예를 들어, 트레일링 에지부(12)가 주요부(10)에 대해 하향 이동될 때) 트레일링 에지부(12)에 가해진 수직 전단력들이 제1 연결 부재(18)에 의해 흡수될 수 있다는 것을 의미한다. 따라서, 제1 연결 부재(18)는 응력 하에서 제2 연결 부재(20)가 비틀리는 것(buckling)을 방지한다. 따라서, 제1 연결 부재(18)의 목적은 에어로포일(1)에 강도를 제공하여 제2 연결 부재(20)가 그것의 가요성으로 인해 힌지로서 기능하는 것을 허용하는 것이다. 제1 연결 부재(18)를 제거하는 것은 (수직 전단력에 대처하기 위해) 제2 연결 부재(20)가 더 강하게 될 필요가 있음을 의미하며, 이는 제2 연결 부재(20)가 더 이상 힌지(hinge)로서 기능 할 수 없다는 것을 의미하고, 이는 바람직하지 못하다. 따라서, 제1 및 제2 연결 부재(18, 20)는 함께 삼각형 힌지를 형성하고, 상기 삼각형 힌지는 주요부(10)와 트레일링 에지부(12) 사이에서 에어로포일(1)에 강도를 제공하여 사용 시에 경험되는 극단적 수직 전단력을 견디도록 한다. 출원인은 이러한 삼각 힌지가 FR2821397의 스트립 힌지와 같은 다른 힌지 구성들보다 수직 전단력들을 견디는데 더욱 효과적이라고 판단하였다.

실시예들에서, 제2 연결 부재(20)는 에어로포일(1)의 외피(16)의 일부를 형성할 수 있다. 대안적으로, 제2 연결 부재(20)는 외피(16)의 표면 아래에 제공될 수 있고, 그에 따라 제2 연결 부재(20)가 변형될 때 외피(16)는 제2 연결 부재(20)의와 동일한 프로파일 또는 형상을 채용한다.

제2 연결 부재(20)는 주요부(10)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 연결 부재(20)의 단부(200)는 주요부(10)에 직접적으로 또는 간접적으로 연결될 수 있다.

바람직하게는, 이러한 구성은 (예를 들어, 트레일링 에지부(12)가 주요부(10)에 대해 상향 이동될 때) 트레일링 에지부(12)에 가해진 수직 전단력들이 제1 연결 부재(18)에 대하여 설명된 것과 동일한 방식으로 제2 연결 부재(18)에 의해 흡수될 수 있다는 것을 의미한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 실시 예에서, 제1 및 제2 연결 부재들(18,20)의 각각의 단부들(180, 200)은 제1 지지 요소(220)에 연결된다. 제1 지지 요소(220)는 제2 지지 요소(222) 및 제3 지지 요소(224)에 연결된다(그리고 그에 따라 제2 지지 요소(222) 및 제3 지지 요소(224)에 의해 지지된다).

바람직하게는, 지지 요소들(220, 222, 224)은 트레일링 에지부(12)에 대한 추가적인 지지부를 제공하여 전술한 방식으로 그것이 피봇하는 것을 허용한다.

실시예들에서, 에어로포일(1)이 단면으로 보여질 때, 제1 지지 요소(220)는 다각형, 예를 들어 4면, 5면 또는 6면 다각형의 형태일 수 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 실시예에서, 제1 지지 요소(220)는 단면으로 볼 때 평행사변형(parallelogram)의 형태이다. 본 발명의 일부 실시예들의 제1 지지 요소(220)는 5각형 또는 6각형의 형태를 취할 수 있다.

실시예들에서, 제2 지지 요소(222)는 제3 지지 요소(224)에 연결될 수 있다. 제2 지지 요소(222)는 제3 지지 요소(224)에 연결된 제1 부분(2220) 및 제1 부분(2220)으로부터 연장되는 제2 부분(2222)을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제1 지지 요소(220)의 전방 대향 표면(2200)은 제2 지지 요소(222)의 제2 부분(2222)과 직접적으로 또는 간접적으로 접촉한다.

실시예들에서, 제1 및 제2 연결 부재(18, 20)는 약 10° 내지 약 50°의 범위 또는 10° 내지 50°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치된다. 도시된 실시예들에서, 제1 및 제2 연결 부재들(18, 20)은 약 20° 내지 약 22°의 각도로 서로에 대해 배치되는데, 트레일링 에지부가 예를 들어 수직 전단력과 같은 힘을 받을 때 이 범위의 각이 제1 및 제2 연결 부재(18, 20)에서의 국부 피로(local strain)를 완화시키는데 가장 효과적이었음을 발견하였다.

이해되는 바와 같이, 캐비티(30)는 제1 및 제2 연결 부재들(18,20)에 의해 적어도 부분적으로 한정된다. 제1 지지 부재(220)의 후방 대향 표면(2202)은 선택적으로 캐비티(30)를 추가로 한정한다.

트레일링 에지부(12)의 각운동 제어의 개선은 캐비티(30)에 관성 댐퍼(40)를 제공함으로써 실현되었다. 특히, 트레일링 에지부(12)가 캐비티(30)에 관성 댐퍼(40)가 제공되지 않은 에어로포일들보다 주요부(10)에 대해 피봇할 때 트레일링 에지부(12)가 안정성을 개선시킨다는 것이 밝혀졌다. 관성 댐퍼(40)는 트레일링 에지부(12)가 주요부(10)에 대해 이동할 때 변형되도록 구성될 수 있다. 그러한 관성 댐퍼(40)의 존재가 트레일링 에지부(12)로부터 주요부(10)로의 에너지 전달을 원활하게 한다는 것이 밝혀졌다.

실시예들에서, 관성 댐퍼(40)는 폴리우레탄과 같은 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 고무, 실리콘(silicone) 또는 라텍스와 같은 재료들이 사용될 수 있다.

바람직하게는, 관성 댐퍼(40)는 트레일링 에지부(12)에 힘이 가해지지 않을 때 그것의 원래의 형상으로 복귀하도록 더욱 구성될 수 있다. 다시 말해, 관성 댐퍼(40)는 형상-기억 재료로 형성될 수 있다. 형상-기억 재료들는 당해 기술분야에 공지되어 있으므로 더 자세하게 설명될 필요는 없다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에어로포일을 도시하며, 일반적으로 참조번호 1'로 표시된다. 에어로포일(1)의 구성요소들과 유사한 에어로포일(1')의 구성요소들에는 동일한 번호가 지정되지만 분(') 표시가 되어 있다.

에어로포일(1)과 에어로포일(1') 사이의 주목할만한 차이는 단지 에어로포일(1')의 주요부 프레임워크(100')는 제1 및 제2 지지 요소들(220', 224')을 포함하는 반면에, 에어로포일(1)의 주요부 프레임워크(100)는 3개의 지지 요소들(220, 222, 224)을 포함한다는 것이다.

에어로포일(1')은 에어로포일(1)에 대해 전술한 것과 동일한 방식으로 매우 유사게 동작한다.

도시된 실시예들에서, 굴곡 지점/영역(A, A')은 도면들에 도시된 바와 같이 에어로포일(1, 1')의 상부 표면에 제공된다. 본 발명은 굴곡 지점/영역(A, A')이 에어로포일(1, 1')의 하부 표면에 제공되는 실시예들에 동일하게 적용된다는 것을 이해되어야 한다. 추가적으로, 본 출원은 하나 이상의 굴곡 지점/영역(A, A')이 있는 실시예들(예를 들어, 에어로포일(1, 1')의 상부 및 하부 표면 모두에 제공됨)을 포함하는 것을 의도한 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예들은 개선된 에어로포일을 제공한다. 특히, 에어로포일(1, 1')의 외부 표면에서 또는 그 둘레에 회전축(즉, 굴곡 지점/영역(A, A'))을 제공하는 것은, 트레일링 에지부(12, 12')가 최소의 에너지를 사용하여 제어될 수 있고 긴 모멘트 암을 갖는 에어로포일(1, 1')로 인해보다 정확하게 될 수 있음을 의미한다. 제1 연결 부재(18, 18')의 존재는 에어로포일의 외부 표면에서 또는 그 주위에 굴곡 지점/영역(A, A')을 위치시키는 것이 가능하다는 것을 의미한다; 이는 제1 연결 부재(18, 18')가, 제2 연결 부재(20, 20')가 힌지로서 적절히 기능할 수 있도록, 구조적인 지지를 제공하기 때문이다.

요약하면, 에어로포일의 흡입 또는 압력 표면에 또는 그 주위에 위치된 삼각 힌지를 중심으로 움직일 수 있는 트레일링 에지부를 갖는 에어로포일을 제공하고 그에 따라 회전축이 흡입 또는 압력 표면에서 또는 그 주변에 위치되는 것은, 트레일링 에지부의 정밀한 제어의 측면에서 그리고 트레일링 에지부와 그것이 연결되는 주요부 사이의 접합부 주위의 강도의 측면에서 개선된 에어로포일을 달성한다.

또한, 에어로포일(1, 1')에 연결 부재들(18, 18', 20, 20')을 지지하는 복수의 지지 요소들을 제공함으로써 추가적인 구조적 개선들이 실현되었다.

제1 및 제2 연결 부재들(18, 18'; 20, 20')에 의해 한정된 캐비티 내에 제공된 관성 댐퍼(40, 40')를 제공하는 것, 그리고, 선택적으로, 지지 요소의 일부는 주요부(10, 10')에 대한 트레일링 에지부(12, 12')의 각운동 제어를 개선시키는 것으로 밝혀졌다. 특히, 트레일링 에지부(12, 12')는 이동 중에 개선된 안정성을 경험하는 것으로 밝혀졌다.

도면들은 본 발명에 따른 실시예들을 도시하기 위한 것이다. "실제의" 에어로포일은 시각적인 외관이 다를 수 있음을 이해하여야 한다. 트레일링 에지부(12, 12')가 이동할 수 있는 반경의 범위는 순전히 예시적인 것임이 또한 이해되어야 한다 - "실제의" 에어로포일들에서 트레일링 에지부의 운동 반경의 범위는 도면에 도시된 것보다 크거나/작을 수 있다.

명세서 및 청구범위에서 상향, 하향, 후향, 전향 등의 용어는 단지 설명의 목적으로 사용된다. 본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예들은 도시된 것 이외의 다른 방향으로 동작할 수 있으며, 그렇게 사용되는 용어들은 단지 상대적인 위치들을 설명하기 위한 것이며 적절한 상황들 하에서 상호교환 내지 대체될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

본 명세서 및 청구의 범위에서 사용되는, "포함하고" 및 "포함하는" 이라는 용어 및 이들의 변형들은 명시된 특징들, 단계들 또는 개수들이 포함됨을 의미한다. 이 용어들은 다른 특징들, 단계들, 또는 구성요소들의 존재를 배제하는 것으로 해석되지 않아야 한다.

특정 형태로 또는 개시된 기능을 수행하기 위한 수단으로 또는 개시된 결과를 달성하기 위한 방법 또는 프로세스로 표현된 전술한 설명 또는 이하의 청구범위, 또는 첨부 도면에 개시된 특징들은, 적절하게, 개별적으로, 또는 그러한 특징들의 임의의 조합으로, 본 발명을 다양한 형태로 실현하기 위해 이용될 수 있다.

Claims

에어로포일(aerofoil)로서,
에어로포일 단면의 주요부 및 작동 장치에 의해 주요부에 대해 이동가능한 트레일링 에지부를 갖고,
상기 트레일링 에지부는 굴곡 지점/영역(A)에서 또는 그 주변에서 이동가능하고,
굴곡 지점/영역(A)은 에어로포일의 압력 또는 흡입 표면에 또는 그 주변에 위치되며,
상기 트레일링 에지부는 제1 및 제2 연결 부재들에 의해 주요부에 연결되고,
상기 제1 연결 부재는 굴곡 지점/영역(A)으로부터 멀어지게끔 안쪽으로 연장되고 주요부에 직접적으로 또는 간접적으로 연결된 단부를 가지며,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 구부러질 수 있고,
상기 제1 연결 부재는 상기 트레일링 에지부가 수직 전단력에 노출될 때 응력 하에서 상기 제2 연결 부재가 비틀리는 것(buckling)을 방지하도록 구성되는, 에어로포일.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은, 상기 작동 장치가 상기 트레일링 에지부를 상기 주요부에 대하여 상향 이동하도록 동작하는 경우, 위로 구부러지도록 구성되고, 그에 따라 굴곡 지점/영역(A)이 상향 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은, 상기 작동 장치가 상기 트레일링 에지부를 상기 주요부에 대하여 하향 이동하도록 동작하는 경우, 아래로 구부러지도록 구성되고, 그에 따라 굴곡 지점/영역(A)이 하향 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 주요부는 상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나가 연결되는 프레임워크를 포함하고,
상기 프레임워크는, 사용 시에, 상기 트레일링 에지부에 가해지는 힘으로부터 유도된 에너지를 흡수하도록 구성되는, 에어로포일.
청구항 4에 있어서,
상기 프레임워크는 적어도 하나의 지지 요소를 포함하는, 에어로포일.
청구항 5에 있어서,
상기 적어도 하나의 지지 요소는, 상기 에어로포일이 단면으로 보여질 때 다각형(polygon)의 형태인, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 5° 내지 50°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 10° 내지 45°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 20° 내지 35°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 20° 내지 22°의 범위의 각도로 서로에 대해 배치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들은 상기 에어로포일이 단면으로 보여질 때 캐비티(cavity)를 적어도 부분적으로 한정하는, 에어로포일.
청구항 11에 있어서,
상기 캐비티는 상기 주요부의 프레임워크에 의해 더욱 한정되는, 에어로포일.
청구항 11에 있어서,
상기 캐비티에는 관성 댐퍼(inertia damper)가 제공되는, 에어로포일.
청구항 13에 있어서,
상기 관성 댐퍼는 탄성 재료를 포함하는, 에어로포일.
청구항 13에 있어서,
상기 관성 댐퍼는 사용 시 상기 트레일링 에지부에 가해진 힘으로부터 유도된 에너지가 가해지면 변형되도록 구성된, 에어로포일.
청구항 13에 있어서,
상기 관성 댐퍼는 상기 트레일링 에지부에 힘이 가해지지 않을 때 그것의 원래의 형상으로 복귀하도록 더욱 구성되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제2 연결 부재는 상기 에어로포일의 외부 표면의 일부를 형성하는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 에어로포일은 외피를 포함하고, 상기 외피 내에 상기 주요부 및 상기 트레일링 에지부가 한정되며,
상기 제2 연결 부재는 상기 외피의 표면 아래에 제공되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
굴곡 지점/영역(A)은 상기 에어로포일의 압력 및 흡입 표면들 모두에 또는 그 주변에 위치되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 작동 장치는 액추에이터 유닛 및 적어도 하나의 액추에이터 로드를 포함하고, 액추에이터 로드는 상기 트레일링 에지부에 직접적으로 또는 간접적으로 체결되는, 에어로포일.
청구항 20에 있어서,
상기 작동 장치는 액추에이터 로드에 푸쉬/풀 힘(push/pull force)을 전달하도록 구성되고, 그에 따라 액츄에이터 로드는 상기 주요부에 대한 상기 트레일링 에지부의 이동을 제어하는, 에어로포일.
청구항 20에 있어서,
상기 액추에이터 유닛은 압전 소자들을 포함하는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 열경화성 중합체 또는 열가소성 중합체로 형성되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는, 그것을 따라 실질적으로 일정한 두께를 갖는 단일 구성요소로 형성되는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 복수의 층으로 구성된, 에어로포일.
청구항 25에 있어서,
상기 제1 및 제2 연결 부재들 중 적어도 하나는 기초 층의 외부 표면 상에 제공된 적어도 하나의 추가 층을 포함하는, 에어로포일.
청구항 26에 있어서,
상기 추가 층은 상기 기초 층의 재료와 동일하거나 상이한 재료로 형성되는, 에어로포일.
청구항 26에 있어서,
상기 추가 층은 상기 기초 층의 외부 표면을 적어도 부분적으로 덮는, 에어로포일.
청구항 28에 있어서,
상기 추가 층은 상기 기초 층의 중심점에 또는 그 주변에 위치되고 상기 기초 층의 적어도 하나의 단부에 또는 그 주변에 위치되지 않는, 에어로포일.
청구항 1 또는 청구항 2에 따른 회전 에어로포일을 적어도 하나 포함하는 헬리콥터.
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