KR102130467B1 - 버팀식 윙 항공기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동체(6)와 고정된 윙 장치(1a)를 구비한 버팀식 윙 항공기(1)에 관한 것으로서, 상기 고정된 윙 장치(1a)는 상기 동체(6) 상에서 측면방향으로 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 적어도 2개의 버팀식 윙(2a, 2b)을 포함하고, 적어도 2개의 버팀식 윙(2a, 2b) 각각은 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)과 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)을 포함하며, 상기 상부 윙(3a, 3b)과 상기 하부 윙(4a, 4b)은 미리 정해진 전이 구역(9)에서 엇갈리게 배치되고 서로 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)은 연관된 상부 윙 루트(10)에서 상기 동체(6)에 연결되어 있으며, 상기 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)은 연관된 하부 윙 루트(11)에서 상기 동체(6)에 연결되어 있다.

Description

버팀식 윙 항공기{BRACED WING AIRCRAFT}

본 발명은 동체가 있는 버팀식 윙 항공기와, 그러한 동체에서 측면방향으로 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 적어도 2개의 버팀식 윙들을 포함하는 고정익 장치(arrangement)에 관한 것이다.

버팀식 윙들이 있는 항공기들, 특히 소위 박스-윙(box-wing) 또는 조인드-윙(joined-wing) 구성들을 갖는 항공기들이 긴 시간 동안 잘 알려져 왔다. 일반적으로, 그러한 박스-윙 또는 조인드-윙 구성들은 스킨(skin)들, 리브(rib)들, 및 스파(spar)들과 같은 주부하(main load) 지지 부재들의 비교적 복잡한 장치들에 기초하고, 이러한 지지 부재들은 충분히 효율적인 방식으로 각각의 상부 윙과 하부 윙을 함께 연결하기 위해 요구된다.

하지만, 종래의 윙 구조들, 그리고 더 구체적으로는 종래의 엇갈림(staggered) 버팀식 윙 구조에 기초하여 형성되는 상부 윙과 하부 윙을 사용할 때에는, 보통 적어도 각각의 윙 끝(tip)들의 영역에서 그와 연관된 윙 스파들에 복수의 킹크(kink)들이 형성된다. 이는 적어도 각각의 윙 끝들에서 추진 유닛들이 장착되는 프로펠러들 또는 엔진들을 각각 갖는 구성들에서 구성상 복잡도의 증가를 초래한다.

더 일반적으로, 그러한 구성들의 목표(challenge)는 각각의 윙 상호연결 구역에서 양 윙들, 즉 상부 윙과 하부 윙의 연관된 주부하 지지 부재들의 부하 연속성의 관점에서 효율적인 구조를 제공하는 것이다. 또, 각각의 상호연결 구역 내로 각각 추진 유닛이 있는 프로펠러 또는 엔진의 비교적 간단한 통합과 그로 인해 생기는 전반적인 윙 조립체의 비교적 간단한 통합이 요구된다. 특히, 전체 버팀식 윙 구조의 최대 강성(stiffness)을 가지고, 각각의 윙 상호작용 구역에서의 상부 윙과 하부 윙 사이의 안전하고 효율적인 윙 상호작용이 가능해야 한다.

하지만, 경량의 설계들에서는 모든 킹크가 주어진 부하 경로에서의 벗어남(deviation)을 초래할 수 있고, 이는 보통 요구된 강성과 강도를 보장하기 위해 추가적인 리브들에 의해 지지될 필요가 있다. 그렇지만, 이들 추가적인 리브들은 추가적인 무게, 추가적인 비용, 추가적인 피로 감도, 연관된 패스너(fastener)들의 요구 조건을 생기게 하고, 따라서 이미 복잡한 윙 구성의 복잡성을 증가시킨다.

또, 각각 추진 유닛을 각각의 윙 상호연결 구역 내로 설치하는 프로펠러 또는 엔진의 경우에는, 즉 각각의 윙 끝들의 영역에서는 상부 윙과 하부 윙의 스파들이 각각 추진 유닛이 있는 프로펠러 또는 엔진을 위한 지지를 제공해야 할 필요가 있다. 실제로, 그것의 지지는 일반적으로 기초가 되는 윙 강성에 의해 구동된다. 그렇지만, 각각의 윙 상호연결 구역에서의 연관된 인터페이스(interface) 영역들과, 주부하 지지 부재들의 컷(cut)으로 인해, 주부하 통로(path)는 비교적 비효율적이다.

전술한 중요한(critical) 설계 문제들의 한 가지 중대한 점은, 비록 박스-윙 또는 조인드-윙 구성이 잘 알려져있다 하더라도, 그것들의 실제 적용은 매우 한정되고, 따라서 개선된 윙 구성들을 갖는 항공기들에 대해 이용 가능한 예들을 제한될 뿐이라는 점이다. 이는 각각의 윙 끝들의 부근에, 즉 각각의 윙 상호연결 구역들에서 각각 추진 유닛들을 갖는 프로펠러들 또는 엔진들을 가지는 박스-윙 또는 조인드-윈 구성을 구비한 항공기들에 대해서 훨씬 더 확실하다.

전형적인 버팀식 윙 항공기는, 예컨대 특허 문서 US5,046,684A에서 설명된다. 더 구체적으로, 이러한 US5,046,684A호는 동체가 있는 틸트로터(tiltrotor) 항공기와 고정익 장치를 설명한다. 동체의 각각의 사이드 상에는 제1 윙과 제2 윙이 배치된다. 제1 윙은 실질적으로 동체의 바닥에 고정되고, 제2 윙은 실질적으로 동체의 상부에 고정되거나, 동체 위에서 연장하는 구조물에 고정된다. 윙들이 그것들의 끝에서 연결되거나 거의 연결되게 모아지도록 제1 윙과 제2 윙 중 적어도 하나는 2개의 평면을 가진다. 또, 매우 효율적인 호버링(hovering) 비행을 위해 충분한 공기역학적 양력을 발생시키고, 전진 순항(forward cruise) 비행시 거의 400노트에 접근하는 속도로 틸트로터 항공기를 추진하기 위해 언덕티드(unducted) 로터 수단이 제공된다. 언덕티드 로터 수단은 제1 윙과 제2 윙의 끝에서 또는 끝 근처에서 제1 윙과 제2 윙에서 지지된다. 그것들은 각각 호버링과 순방향 비행시 상이한 배향(orientation)에서의 작동을 위해 피봇(pivot)될 수 있다.

다시 말해, 특허 문서 US5046684A호에 따르면, 틸트로터 항공기는 고정된 윙 장치를 그 특징으로 하고, 이 경우 하부, 즉 제1 윙은 일직선으로 되어 있고 양의 방향으로 휙 지나가며, 상부, 즉 제2 윙은 곧게 되어 있고, 매우 현저한 음의 방향 일소(sweep)를 나타낸다. 상부 윙은 상반각(anhedral)을 이루고 있고, 고정된 윙 장치의 하부 윙의 끝을 틸트로터 항공기의 핀(fin)의 끝에 연결한다.

특허 문서 EP2690011A1호는 조인드-윙 구성의 형태를 갖는 고정된 윙 장치를 구비한 복합형 헬리콥터의 형태를 갖는 버팀식 윙 항공기를 설명하고, 이 경우 하부 윙과 상부 윙이 복합형 헬리콥터의 각각의 사이드(side) 상에 제공된다. 양 윙들은 본질적으로 일직선 형태를 가지고 윙 상호연결 구역에서 서로 상호 연결되며, 양 윙들의 연관된 트레일링 에지(trailing edge)들 위의 상호 연결 구역에는 푸시(push) 프로펠러가 설치된다.

특허 문서 EP3141478A1호는 동체와, 작동시 양력을 발생시키기 위해 적어도 적응되는 적어도 하나의 메인 로터가 있는 복합형 헬리콥터의 형태를 갖는 또 다른 버팀식 윙 항공기를 설명한다. 이러한 동체는 하부측과, 그러한 하부측 반대쪽의 상부측을 포함한다. 적어도 하나의 메인 로터가 상부측에 배치된다. 작동시 순방향 추력을 발생시키기 위해 적어도 적응되는 적어도 하나의 프로펠러가 제공되고, 이 경우 그러한 적어도 하나의 프로펠러는 동체에 측면방향으로 부착되는 고정된 윙 장치에 장착된다. 이러한 고정된 윙 장치는 동체의 상부측에 제공된 상부 윙 루트 조인트(root joint) 영역에 배치되는 적어도 하나의 상부 윙과, 동체의 하부측에 제공된 하부 윙 루트 조인트 영역에 배치되는 적어도 하나의 하부 윙을 포함한다. 상부 윙과 하부 윙은 연관된 상호연결 구역에서 적어도 상호 연결된다. 하부 윙은 제1의 1/4 코드 라인(chord line)과 제1 무게중심(centroidal) 축을 한정하는 인보드 섹션(inboard section)을 포함하고, 제2의 1/4 코드 라인과 제2 무게중심 축을 한정하는 아웃보드(outboard) 섹션을 포함한다. 제2 무게중심 축은 제1 좌표 평면에서 정의되는 상대적 상반각만큼 제1 무게중심 축에 대해 경사져 있다. 제2의 1/4 코드 라인은 제2 좌표 평면에서 정의되는 상대적 스윕각(sweep angle)만큼 제1의 1/4 코드 라인에 대해 경사져 있다. 인보드 섹션은 하부 윙 루트 조인트(root joint) 영역에서 동체에 연결되고 상호연결 구역의 섹션들에서 아웃보드 섹션에 연결된다. 아웃보드 섹션은 상호연결 구역의 섹션들에서 인보드 섹션에 연결되고, 연관된 상호연결 구역에서 상부 윙에 연결된다. 더 구체적으로, 아웃보드 섹션은 윙 스파(wing spar)들을 포함하고, 동체에는 윙 부착 프레임(frame)들이 제공된다. 힌지된(hinged) 조인트 또는 클램프된(clamped) 조인트가 윙 스파들을 윙 부착 프레임들에 연결한다.

전술한 특허 문서들은 오로지 예로서 설명되고, 각각 박스-윙 또는 조인드-윙 구성들을 갖는 버팀식 윙 항공기들의 주제에 관련되는 매우 다양한 특허 문서들이 존재하지만, 그것들은 주로 기초가 되는 공기역학적 구성, 상부 윙과 하부 윙의 주어진 배치, 및/또는 그러한 윙 구성들의 순수한 설계 아키텍처를 다루고 있다는 점이 주목되어야 한다. 전형적인 특허 문서들은 특허 문서인 US5503352A호와 US4365773A호이다.

하지만, 이들 공지된 버팀식 윙 항공기들 모두에서, 구조적 항목(item)들과 부재들의 각각의 배치는 정해지지 않거나 명확하지 않다. 실제로, 예컨대 미국 특허 5046684A호 및/또는 미국 특허 5503352A호에서처럼 정보가 이용 가능하다면, 스파들의 기초가 되는 내부 구조의 각각의 배치와, 제공된 부하 지지 또는 힘 흐름 각각에 대한 개선점의 구체적인 설명이 존재하지 않는다. 그렇지 않으면, 박스-윙 구성에서 주어진 윙 표면들에서의 발생하는 들어올리는 힘들이 수직이라는 사실로 인해, 예컨대 특허 문서 US4365773A호에서 설명된 것과 같은 각각의 설계들은 여전히 스파들의 기존 배향 그 자체만을 나타내는데, 즉 수직이고 각각의 윙 상호연결 구역들에서 각각의 상부 윙과 하부 윙의 기초가 되는 상호 연결을 설명하지 않고, 전체로서 그것들의 구조적인 각각의 기계적 배치를 설명하지 않는다. 더 구체적으로, 모든 전술한 종래 기술의 특허 문서들은 각각의 버팀식 윙들, 특히 박스-윙 또는 조인드-윙 구성들에서의 내부 구성을 설명하지 않거나, 그것들은 예컨대 단지 스파들을 보여주지만, 윙 상호연결 구역들과 주어진 동체로의 버팀식 윙들의 부착 영역들과 연관되거나, 연관된 윙 상호연결 구역들에 장착되는 추진 유닛들을 각각 구비한 프로펠러들과 엔진들에 대한 구조-기계적(structure-mechanic) 이슈들이 존재한다는 점을 드러내지 않는다.

예로서, 특허 문서 EP2789534A1호와 EP2772427A1호는 항공기 윙들에서의 스파들의 내부 배치를 설명하고, 이는 "멀티-박스-윙(multi-box-wing)" 설계들이라고 불린다는 점이 주목되어야 한다. 하지만, 설명된 "멀티-박스-윙" 설계들에는 버팀식 윙 항공기들에서의 박스-윙 또는 조인드-윙 구성들을 구현하기 위해 요구되는 임의의 윙 상호 연결 구역들이 제공되지 않도록, 이들 "멀티-박스-윙" 설계들은 단지 단일(singular) 윙들을 가지는 항공기들에 대해서 설명된다.

특허 문서들인 US4090681, US2017197709, US2014061367, 및 EP2886449 또한 고려되었다.

그러므로 본 발명의 목적은 적어도 2개의 엇갈리게 배치되고 그리고 상호연결된 의존적인(dependent) 단일 윙들을 각각 포함하고, 개선된 구조-기계적 거동을 나타내는 버팀식 윙들이 있는 새로운 버팀식 윙 항공기를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 동체와 고정된 윙 배치를 갖는 버팀식 윙 항공기에 의해 해결되고, 이러한 고정된 윙 배치는 동체에서 측면방향으로 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 적어도 2개의 버팀식 윙들을 포함하며, 그러한 버팀식 윙 항공기는 청구항 1의 특징들을 포함한다.

더 구체적으로, 본 발명에 따르면 동체와 고정된 윙 배치를 갖는 버팀식 윙 항공기가 제공된다. 이러한 고정된 윙 배치는 동체에서 측면방향으로 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 적어도 2개의 버팀식(braced) 윙들을 포함한다. 적어도 2개의 버팀식 윙들 각각은 적어도 하나의 상부(upper) 윙과 적어도 하나의 하부(lower) 윙을 포함하고, 이러한 윙들은 미리 정해진(predetermined) 전이(transition) 구역에서 엇갈리게 배치되며 서로 연결된다. 이러한 적어도 하나의 상부 윙은 연관된 상부 윙 루트에서 동체에 연결되고, 적어도 하나의 하부 윙은 연관된 하부 윙 루트에서 동체에 연결된다. 적어도 하나의 상부 윙은, 연관된 상부 윙 루트로부터 미리 정해진 전이 구역까지 연장하는 적어도 하나의 상부 윙 스파를 포함한다. 적어도 하나의 하부 윙은 미리 정해진 전이 구역으로부터 연관된 하부 윙 루트까지 연장하는 적어도 하나의 하부 윙 스파를 포함한다. 적어도 하나의 전이 스파는 미리 정해진 전이 구역에서 제공된다. 적어도 하나의 전이 스파는 적어도 하나의 상부 윙 스파를 적어도 하나의 하부 윙 스파에 연결한다. 적어도 하나의 상부 윙 스파, 적어도 하나의 하부 윙 스파, 및 적어도 하나의 전이 스파가 수직 항공기 축에 대하여 경사지는 하나의 가상으로 걸쳐 있는(virtually spanned) 스파들 평면에 배치된다.

유리하게, "똑바르게 된(straightened)" 내부 아키텍처를 가지는 버팀식 윙들을 갖는 버팀식 윙 항공기는 임의의 구조적 킹크들과 그것들의 연관된 로드 부하 편향들이 완전히 회피될 수 있는 방식으로 제공될 수 있다. 이는 버팀식 윙들의 윙 루트(root)들을 각각 갖는 버팀식 윙들의 각각의 부착 포인트들과, 미리 정해진 전이 구역에서의 각각의 윙 스파들의 연관된 상호연결 포인트들에 의해 정의되는 알맞은 작용 평면들을 포함하는 독특한 구조상 윙 배치를 형성함으로써 달성된다. 이들 작용 평면들은 구조적-기계적 관점으로부터 매우 경직되는 최소 킹크 설계를 유리하게 정의하고, 따라서 미리 정해진 전이 구역에 장착된 추진 디바이스를 위한 개선된 지지(support)를 제공한다.

일 양태에 따르면, 본 발명의 버팀식 윙 항공기의 버팀식 윙들에는 특히 조인드-윙 구성을 구비한 박스-윙이 제공되고, 이 경우 주된 기계적 시스템은 동체로의 연관된 상부 윙 및 하부 윙의 각각의 부착 포인트들에 의해 정의된다. 상부 윙과 하부 윙에서 대응하는 앞 스파와 뒤 스파에 대한 이들 부착 포인트들에 의해 정의된 밑에 있는 축은 윙 부착을 위한 베이스(base)로서 역할을 한다. 상부 윙과 하부 윙의 부착 포인트들에는 각각 연관된 상부 윙 루트와 하부 윙 루트에서 제공된다.

바람직하게, 각각의 앞 스파 배치의 기본 설계에서는, 각각의 상부 윙 앞 스파의 주어진 웹(web)이, 상부 윙과 하부 윙의 윙 길이 방향으로 연장하는 이들 웹에 의해 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면이 확립될 수 있는 방식으로 하부 윙 앞 스파와 마찬가지로 이러한 축에 기울어진다. 우선적으로, 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면이 상호 연결된 뒤 스파들을 위해 형성될 수 있도록, 적어도 비슷한 뒤 스파 장치가 상부 윙 뒤 스파와 하부 윙 뒤 스파를 위해 제공된다. 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면과 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면은, 상부 윙과 하부 윙의 기초가 되는 스윕(sweep) 각들에 따라서 유리하게 정의될 수 있고, 주어진 버팀식 윙에 최대 가능한 강성을 제공하기 위해, 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면과 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면 사이의 주어진 거리가 최대가 되도록 바람직하게 배치된다.

가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면과 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면은 반드시 평행하게 배치되어야 하는 것은 아니라는 점이 주목되어야 한다. 사실, 그것들의 배향과 서로에 대한 배치는 마음대로 선택될 수 있고, 상부 윙 및 하부 윙의 요구된 공기역학적 구성의 각각의 개별 필요성에 따라 선택될 수 있다. 하지만, 주된 특징은 상부 윙 및 하부 윙의 앞 스파 및 뒤 스파는 버팀식 윙을 통과하여 잘라진 단면(plane sectional)을 정의한다는 점이다.

더 구체적으로는, 일 양태에 따라 상부 윙과 하부 윙의 앞 스파들과, 상부 윙과 하부 윙의 앞 스파들 사이의 연관된 앞 전이 스파가 하나의 그리고 동일한 달일 평면, 즉 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면에서 연장한다. 따라서, 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면에는 어떠한 킹크도 존재하지 않고, 그에 따라서 정의된 전체 앞 스파 및 앞 전이 스파 유닛은 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면 내에서 기계적 유닛으로서 작동한다. 개별 스파들, 즉 상부 윙과 하부 윙의 앞 스파들과 연관된 앞 전이 스파는 하나의 피스(piece)로 된 일체형 구성요소로서 구현될 수 있거나, 힌지(hinge)들과 같은 연속적 및/또는 단일 접합(join)들에 의해 서로에 기계적으로 붙들어 매지는 개별 구성요소들로서 구현될 수 있다.

마찬가지로, 일 양태에 따라 상부 윙과 하부 윙의 뒤 스파들과, 상부 윙과 하부 윙의 뒤 스파들 사이의 연관된 뒤 전이 스파가 또한 하나의 그리고 동일한 단일 평면, 즉 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면에서 연장한다. 따라서, 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면과 그에 따라 정의된 전체 뒤 스파에는 어떠한 킹크도 존재하지 않고, 뒤 전이 스파 유닛은 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면 내에 기계적 유닛으로서 작동한다. 개별 스파들, 즉 상부 윙과 하부 윙에서의 뒤 스파들과 연관된 뒤 전이 스파는 하나의 피스로 된 일체형 구성요소로서 구현되거나 힌지들과 같은 연속적 및/또는 단일 접합들에 의해 서로에 기계적으로 붙들어 매지는 개별 구성요소로서 구현될 수 있다.

더 진보된 구성들에서는, 대응하게 제공된 앞 및/또는 뒤 스파 배치들의 기초가 되는 개수가 요구되는 바대로 적응될 수 있다. 다시 말해, 바람직하게는 전술한 바와 같이 적어도 하나의 그러한 앞 및/또는 뒤 스파 배치가 존재하지만, 2개 이상의 앞 및/또는 뒤 스파 배치가 마찬가지로 사용될 수 있다. 심지어 추가적인 제2의(secondary) 스파들이 각각의 앞 및/또는 뒤 스파 배치 내로 통합될 수 있고, 바람직하게는 가상으로 걸쳐 있는 앞 및/또는 뒤 스파 평면들에 배치될 수 있다. 하지만, 그러한 추가적인 제2의 스파들은 반드시 상부 윙 또는 하부 윙 중 하나의 전체 길이에 걸쳐 반드시 걸쳐 있어야 하는 것은 아니다.

유리하게, 앞 및/또는 뒤 스파 배치들은 상부 윙과 하부 윙 중 각각의 주어진 코드 라인에 대하여 연관된 스파들의 경사진 위치를 위해 제공된다. 다시 말해, 종래의 윙 배치들과는 대조적으로 스파들은 그러한 코드 라인에 수직이게 배향되지 않는다.

더 구체적으로, 연관된 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파 평면과 뒤 스파 평면에서의 연관된 앞/뒤 전이 스파들이 있는 앞 스파들 및/또는 뒤 스파들의 배치로 인해, 그와 같은 전체적인 기초가 되는 윙 구조물이 비교적 딱딱하도록 임의의 킹크들의 생략이 이루어질 수 있다. 실제로는 킹크들을 회피함으로써 증가된 강성이 얻어질 수 있도록, 각각의 킹크가 위의 기초가 되는 강성을 감소시킨다.

증가된 강성은 공력 탄성으로 인해 윙 아키텍처에서 보통 원해진다는 점이 주목되어야 한다. 그러므로 임의의 킹크가 경량 구조물의 강성에 있어서의 손실 또는 추가적인 무게를 초래하기 때문에, 만약 강성의 손실이 추가적인 구조적 항목(item)들에 의해 상쇄되어야 한다면, 가상으로 걸쳐 있는 앞 및 뒤 스파들 평면들에서의 본 발명의 장치는 강성을 증가시키기 위한 매우 효과적인 수단을 제공한다. 실제로, 윙들의 구조물의 강성은 대부분은 설계 드라이버(design driver)와 매스 컨슈머(mass consumer)라는 점이 주목되어야 한다. 특히, 만약 추진 디바이스들이 각각의 윙 끝에서, 즉 미리 정해진 전이 구역들, 하지만 더 일반적으로는 주어진 버팀식 윙의 임의의 위치에서 설치되어야 한다면, 강성에 대한 필요성은 훨씬 더 중요하고, 따라서 본 발명의 버팀식 윙 아키텍처를 가지고 강성을 증가시킴으로써, 더 유리하게 된다.

또, 만약 각각 기초가 되는 스파 설계에서의 윙 아키텍처에 어떠한 킹크도 존재하지 않는다면, 그것들이 킹크들의 지지를 위해 종래의 박스-윙 또는 조인드-윙 아키텍처에서 요구되기 때문에 추가적인 리브(rib)들에 대한 필요성이 존재하지 않는다. 그러한 추가적인 리브들을 회피함으로써, 구성요소들의 각각의 개수가 감소될 수 있고, 따라서 비용과 무게를 감소시킨다. 동시에, 전체 윙 조립체의 단순화가 이루어질 수 있다.

또, 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파 평면과 뒤 스파 평면 각각에 대해 스파 웹(spar web)들을 경사지게 함으로써, 그것의 가장 약한 관성의 주요 축에 있어서의 전체 윙 조립체의 관성 모멘트의 증가가 이루어질 수 있다. 이는 박스 윙 또는 조인드 윙 구성들을 위한 것이다.

또, 예컨대 새가 충돌하는 사건과 관련된 기초가 되는 개념에 따라서는 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파 평면과 뒤 스파 평면의 경사짐은 새가 충돌하는 상황에서의 저항을 유리하게 향상시키는데, 이는 그러한 경우들에서 새들이 유리하게 오로지 각각의 리딩 에지들을 국부적으로 관통하기 때문이다. 그러므로 예컨대 대신 그것의 경사각에 따라서만 새를 빗나가게 하는 앞 스파에 의해 완전히 정지되어야 하는 것은 아니다. 따라서, 새 충돌로부터 발산하는 적은 양의 에너지는 스파 웹에 의해 방산되어야 하고, 게다가 새 충돌 동안의 피크 힘(peak force)의 크기는 더 낮다.

일 양태에 따르면, 상부 윙과 하부 윙의 앞 스파와 뒤 스파의 스파 웹들은 비스듬하게 배향되는데, 즉 본질적으로 버팀식 윙들의 기계적 시스템의 주요 주요 축에 평행하게 배향되고, 따라서 최대 강성을 제공하는데, 이는 전체 웹과 앞 스파 및 뒤 스파 각각의 캡(cap)들이 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축에 대하여 거의 동일한 최대 거리에 있기 때문이고, 그로 인해 모든 앞 및 뒤 스파 웹들과 캡들의 구조적 질량으로부터 최대 이득을 취한다. 이는 각각의 종래의 박스-윙 구성들의 가장 바깥쪽 모서리들에서의 국부적인 보강을 회피하는 것을 허용하고, 이는 기초가 되는 윙 프로필 코드 라인에 대해 수직이 되게 배향되는 스파들을 갖는 박스-윙 구성들에서 각각의 버팀식 윙들의 강성을 최대화하기 위해 편리하게 적용될 수 있지만, 또한 제작이 복잡해지고 비용이 많이 든다. 그러므로 본 발명의 버팀식 윙들을 이용함으로써, 제작 시간과 비용이 상당히 감소될 수 있다.

요약하면, 본 발명의 버팀식 윙 항공기는 그것이 강성, 아키텍처 복잡도, 및 버팀식 윙들의 구현을 위해 요구된 구조적 지지 구성 요소들의 개수에 대한 이슈(issue)들을 해결하기에 알맞다는 점에서 유리하다. 더 구체적으로, 이러한 버팀식 윙들에는 강성 증가, 단순화된 아키텍처, 및 추가적인 리브들과 같은 구조적 지지 요소들의 개수 감소가 제공될 수 있다. 그러므로 더 경량인 버팀식 윙이 설계될 수 있고, 이는 또한 비용과 각각의 제작 시간을 절약하게 한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 상부 윙 스파, 적어도 하나의 하부 윙 스파, 및 적어도 하나의 전이 스파가 하나의 단일 피스(piece)로 된 구성요소로 통합된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 전이 스파가 적어도 하나의 상부 윙 스파와 적어도 하나의 하부 윙 스파 중 하나에만 통합되어, 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 상부 윙 스파와 적어도 하나의 하부 윙 스파가 적어도 하나의 전이 스파에 단단히 기계적으로 부착된다. 이러한 단단한 부착은 바람직하게는 힌지된 조인트(hinged joint)이고, 이 경우 힌지 축은 우선적으로는 대응하는 가상의 스파 평면, 또는 완전히 클램프된(clamped) 조인트에 대해 수직이 되게 배향된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 상부 윙과 적어도 하나의 하부 윙이 각각 코드 라인(chord line)을 포함하고, 이 경우 하나의 가상으로 걸쳐 있는 스파들 평면(a single virtually spanned spars plane)이 코드 라인에 대해 경사져 있다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 하나의 상부 윙은 상부 윙 뒤 스파와 상부 윙 앞 스파를 포함한다. 적어도 하나의 하부 윙은 하부 윙 뒤 스파와 하부 윙 앞 스파를 포함한다. 적어도 하나의 전이 스파는 뒤 전이 스파와 앞 전이 스파를 포함한다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상부 윙 뒤 스파, 하부 윙 뒤 스파, 및 뒤 전이 스파는, 수직 항공기 축에 대하여 경사져 있는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면에서 배치된다. 상부 윙 앞 스파, 하부 윙 앞 스파, 및 앞 전이 스파는 수직 항공기 축에 대하여 경사져 있는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면에서 배치된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면은 서로 평행하게 배치된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면은 서로에 대하여 경사져 있다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 윙 뒤 스파, 하부 윙 뒤 스파, 뒤 전이 스파, 상부 윙 앞 스파, 하부 윙 앞 스파, 및 앞 전이 스파는, 적어도 2개의 버팀식 윙들 중 연관된 것의 주부하 지지 센터박스의 경계를 정한다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 적어도 2개의 버팀식 윙들 중 연관된 것은, 리딩(leading) 부분과 트레일링(trailing) 부분을 더 포함하고, 상기 리딩 부분과 상기 트레일링 부분은 모두 주부하 지지 센터박스에 단단히 부착된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상부 윙 뒤 스파, 하부 윙 뒤 스파, 뒤 전이 스파, 상부 윙 앞 스파, 하부 윙 앞 스파, 및 앞 전이 스파는, 닫힌 웹(closed web)들을 구비한 편평한 빔(flat beam)들이다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 앞 전이 스파와 뒤 전이 스파는 완전히 또는 부분적으로 고리 모양을 가진다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 추진 디바이스가 미리 정해진 전이 구역에서 배치된다.

또 다른 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 버팀식 윙 항공기는 적어도 하나의 메인 로터를 구비한 회전익기로서 구현된다.

본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 후속하는 설명에서 예를 통해 개설된다. 이들 첨부된 도면에서, 동일하거나 동일하게 기능을 하는 구성요소들과 요소들은 동일한 참조 번호와 문자들로 표시가 되고, 따라서 후속하는 설명부에서 한번만 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 버팀식 윙들을 구비한 버팀식 윙 항공기의 평면도.
도 2는 일 양태에 따른 전이 구역이 있는 도 1의 버팀식 윙들 중 하나의 부분적으로 투명한 사시도.
도 3은 도 2의 버팀식 윙의 부분적으로 투명한 분해 사시도.
도 4는 전이 구역으로부터 본, 도 2의 버팀식 윙의 부분적으로 투명한 측면도.
도 5는 각각의 윙 루트(root)들의 공통인 가로지르는 위치가 있는 도 1의 버팀식 윙들 중 하나의 부분적으로 투명한 평면도.
도 6은 도 4의 버팀식 윙의 부분적으로 투명한 측 단면도(sidecut view).

도 1은 고정된 윙 장치(1a)와 동체(6)가 있는 버팀식 윙 항공기(1)를 보여준다. 고정된 윙 장치(1a)는 상부 윙(3)들과 하부 윙(4)들이 각각 제공되는 2개 이상의 버팀식 윙(2)들을 바람직하게 포함한다. 예시적으로, 고정된 윙 장치(1a)는 동체(6)에서 측면방향으로 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 제1 버팀식 윙(2a)과 제2 버팀식 윙(2b)을 포함한다. 제1 버팀식 윙(2a)은 전형적으로는 버팀식 윙 항공기(1)의 오른쪽에 장착되고, 제2 버팀식 윙(2b)은 전형적으로는 버팀식 윙 항공기(1)의 보드 측(board side)에 장착된다.

일 양태에 따르면, 버팀식 윙 항공기(1)에는 알맞은 추진 디바이스(5)들과 미익(empennage)(7)이 제공된다. 예시적으로, 이러한 추진 디바이스(5)들은 풀러 프로펠러(puller propeller)들로서 구현되지만, 그것들은 마찬가지로 푸셔(pusher) 프로펠러들로서 구현될 수 있다. 마찬가지로, 추진 디바이스(5)들은 고정되게 장착되거나 기울여진 로터 조립체들로서 대안적으로 구현될 수 있다. 바람직하게, 추진 디바이스(5)들은 버팀식 윙들(2a, 2b)의 각각의 전이 구역(9)들에서 단단히 장착된다.

일 양태에 따르면, 버팀식 윙들(2a, 2b) 각각은 상부 윙(3)들 중 적어도 하나와 하부 윙(4)들 중 적어도 하나를 포함하고, 이들은 전이 구역(9)들 중 연관된 것에서 엇갈리게 배치되고 상호 연결된다. 더 구체적으로, 버팀식 윙(2a)은 예시적으로는 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)을 예시적으로 표함하고, 이러한 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)은 버팀식 윙(2a)과 연관되는 제1의 미리 정해진 전이 구역(9)에서 엇갈리게 배치되고 상호 연결된다. 버팀식 윙(2b)은 상부 윙(3b)과 하부 윙(4b)을 포함하고, 이러한 상부 윙(3b)과 하부 윙(4b)은 버팀식 윙(2b)과 연관되는 제2의 미리 정해진 전이 구역(9)에서 엇갈리게 배치되고 상호 연결된다.

바람직하게, 상부 윙(3a, 3b) 각각은 연관된 상부 윙 루트(10)에서 동체(6)에 연결되고, 하부 윙(4a, 4b) 각각은 연관된 하부 윙 루트(11)에서 동체(6)에 연결된다. 상부 윙 루트(10)들 각각은 예시적으로는 버팀식 윙 항공기(1)의 세로축(8)에 대해 상부 윙 루트(10)의 가로지르는 위치(37a)를 예시적으로 정의한다. 상부 윙 루트(10)들의 가로지르는 위치(37a)와 하부 윙 루트(11)들의 가로지르는 위치(37b)는 각각 버팀식 윙 항공기(1)의 세로 방향, 즉 세로축(8)의 방향에서 이격되어 서로로부터 떨어져 있다. 각각 가로지르는 위치(37a, 37b)의 이격된 이러한 거리는 윙 루트(10, 11)에서 상부 윙(3)과 하부 윙(4)의 각각의 스태거(stagger)를 정의하여, 상부 윙들(3a, 3b)과 하부 윙들(4a, 4b)이 스태거(stagger)되어 있다고 얘기된다.

예를 들면, 버팀식 윙 항공기(1)는 비행기로서 구현된다. 하지만, 버팀식 윙 항공기(1)는 마찬가지로 동체(6)의 상부에서 적어도 하나의 메인 로터를 갖는 소위 전환식 비행기(convertiplane) 또는 회전익기로서 구현될 수 있다.

도 2는 전형적인 내부 구성상 배치를 더 예시하기 위해 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙(2)들의 버팀식 윙(2a)을 보여준다. 더 구체적으로, 버팀식 윙(2a)의 각각의 미리 정해진 전이 구역(9)과 함께 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)의 내부 배치와 구성이 이후 더 상세히 설명된다. 하지만, 버팀식 윙(2a)은 오로지 도 2를 참조하여 예시되고 설명되며, 마찬가지로 도 3 내지 도 6을 참조하여 예를 통해, 그리고 도 1의 버팀식 윙들(2a, 2b)의 각각의 것을 나타내거나 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙들(2) 중 임의의 다른 것을 나타낸다.

일 양태에 따르면, 상부 윙(3a)은 상부 윙 루트(10)로부터 미리 정해진 전이 구역(9)까지 연장하는 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15)를 포함한다. 비슷하게, 적어도 하나의 하부 윙(4a)은 미리 정해진 전이 구역(9)으로부터 연관된 하부 윙 루트(11)까지 연장하는 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13)를 바람직하게 포함한다. 또, 미리 정해진 전이 구역(9)에서는 적어도 하나의 전이 스파(29, 28)가 바람직하게 제공된다. 적어도 하나의 전이 스파(29, 28)는 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15)를 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13)에 우선적으로 연결한다. 일 양태에 따르면, 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15), 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13), 및 적어도 하나의 전이 스파(29, 28)가 수직 항공기 축(도 4에서의 32)에 대해 경사져 있는 가상으로 걸쳐 있는 스파들 평면(16a, 17a)에서 배치된다.

더 구체적으로, 일 양태에 따르면, 상부 윙(3a)은 상부 윙 뒤 스파(14)와 상부 윙 앞 스파(15)를 포함한다. 하부 윙(4a)은 하부 윙 뒤 스파(12)와 하부 윙 앞 스파(13)를 예시적으로 포함한다. 바람직하게, 전이 구역(9)에는 앞 전이 스파(28)와 뒤 전이 스파(29)가 제공된다. 앞 전이 스파(28)는 상부 윙 앞 스파(15)를 하부 윙 앞 스파(13)에 바람직하게 연결하고, 뒤 전이 스파(29)는 전이 구역(9)에서 상부 윙 뒤 스파(14)를 하부 윙 뒤 스파(12)에 바람직하게 연결한다.

일 양태에 따르면, 상부 윙 뒤 스파(14)와 상부 윙 앞 스파(15) 중 적어도 하나, 하부 윙 뒤 스파(12)와 하부 윙 앞 스파(13) 중 연관된 것, 및 뒤 전이 스파(29)와 앞 전이 스파(28) 중 연관된 것이 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합된다. 예시적으로, 상부 윙 뒤 스파(14), 뒤 전이 스파(29), 및 하부 윙 뒤 스파(12)가 제1의 하나의 단일 피스로 된 구성요소, 즉 일체형 구성요소로 통합되고, 상부 윙 앞 스파(15), 앞 전이 스파(28), 및 하부 윙 앞 스파(13)가 마찬가지로 제2의 하나의 단일 피스로 된 구성요소, 즉 일체형 구성요소로 통합된다.

하지만, 상부 윙 뒤 스파(14)와 상부 윙 앞 스파(15), 하부 윙 뒤 스파(12)와 하부 윙 앞 스파(13), 및 뒤 전이 스파(29)와 앞 전이 스파(28)의 전형적인 하나의 피스로 되는 통합은 단지 예를 통해 설명되는 것이고 그것에 본 발명을 국한하는 것이 아니라는 점이 주목되어야 한다. 대신에, 뒤 전이 스파(29)와 앞 전이 스파(28) 중 적어도 하나는 각각의 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15) 또는 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13) 중 하나에만 통합되어 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합될 수 있고, 오로지 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13) 또는 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15) 중 나머지 하나에는 단단히 기계적으로 부착될 수 있다. 예를 들면, 뒤 전이 스파(29)는 하부 윙 뒤 스파(12)를 가지고 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합될 수 있고, 오로지 상부 윙 뒤 스파(14)에 단단히 기계적으로 부착된다. 대안적으로, 뒤 전이 스파(29)는 상부 윙 뒤 스파(14)를 가지고 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합될 수 있고, 오로지 하부 윙 뒤 스파(12)에 단단히 기계적으로 부착될 수 있는 식으로 행해진다. 단일 요소들 사이의 기계적 부착들은 간단한 힌지된 조인트일 수 있고, 이 경우 그 힌지 축은 대응하는 가상의 스파 평면에 대해 수직이 되게 바람직하게 배향되거나 완전히 클램프(clamp)된 조인트일 수 있다.

하지만, 마찬가지로 각각의 앞 및/또는 뒤 전이 스파들(28, 29) 중 적어도 하나는 오로지 연관된 상부 윙 앞 또는 뒤 스파(15, 14)와 연관된 하부 윙 앞 또는 뒤 스파(13, 12)에, 스파들 중 하나를 가지고 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합되지 않으면서, 단단히 기계적으로 부착될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 다시 말해, 예컨대 뒤 전이 스파(29)는 오로지 상부 윙 뒤 스파(14)와 하부 윙 뒤 스파(12)에 단단히 기계적으로 부착될 수 있다.

게다가, 상부 윙 앞 및 뒤 스파(15, 14), 각각의 앞 및 뒤 전이 스파들(28, 29), 및 하부 윙 앞 및 뒤 스파들(13, 12) 사이의 가능한 상호 연결들은 단지 하부 윙 뒤 스파(12), 상부 윙 뒤 스파(14), 및 뒤 전이 스파(29)에 대해 예로서 설명된 것이라는 점이 주목되어야 한다. 하지만, 설명된 구성들은 상부 윙 앞 스파(15), 연관된 앞 전이 스파(28), 및 하부 윙 앞 스파(13)에 마찬가지로 적용될 수 있다.

일 양태에 따르면, 하부 윙 뒤 스파(12), 상부 윙 뒤 스파(14), 및 뒤 전이 스파(29)는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)에서 배치된다. 이러한 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)은, 하부 윙 뒤 스파(12)의 각각의 뒤 스파 루트들(10, 11)과 상부 윙 뒤 스파(14) 사이, 즉 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11) 사이, 하부 윙 뒤 스파(12)의 하부 윙 뒤 스파 무게중심 축(18)과 상부 윙 뒤 스파(14)의 상부 윙 뒤 스파 무게중심 축(20) 사이의 가상의 연결 라인(16)에 의해 예시적으로 정의된다.

마찬가지로, 하부 윙 앞 스파(13), 상부 윙 앞 스파(15), 및 앞 전이 스파(28)는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)에서 배치된다. 하나의 가상으로 걸여 있는 앞 스파들 평면(17a)은 하부 윙 앞 스파(13)의 각각의 앞 스파 루트들(10, 11)과 상부 윙 앞 스파(15) 사이, 즉 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11) 사이, 하부 윙 앞 스파(13)에 의해 정의되는 하부 윙 앞 스파 무게중심 축(19)과 상부 윙 앞 스파(15)에 의해 정의되는 상부 윙 앞 스파 무게중심 축(21) 사이의 가상의 연결 라인(17)에 의해 바람직하게 정의된다.

바람직하게, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)은 수직 항공기 축(도 4에서의 32)에 대해 경사져 있다. 마찬가지로, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a) 또한 수직 항공기 축(도 4에서의 32)에 대해 경사져 있다. 이는 그것들 각각의 윙 루트들(10, 11)에서 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)이 엇갈리게 배치된 결과이다.

일 양태에 따르면, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은, 서로에 대해 평행하게 배치된다. 하지만, 그러한 평행한 배치는 강제적인 것이 아니고, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은 대안적으로 서로에 대해 경사져 있을 수 있다.

또, 일 양태에 따르면 앞 전이 스파(28)와 뒤 전이 스파(29)는, 상부 윙 앞 및 위 스파들(15, 14)의 연관된 하부 윙 앞 및 뒤 스파들(13, 12)로의 구조적 연속성 제공을 허용한다. 또, 상부 윙 앞 스파(15)와 상부 윙 뒤 스파(14)와, 연관된 하부 윙 앞 스파(13) 및 하부 윙 뒤 스파(12)를 배치하고, 연관된 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 및 뒤 스파들 평면들(17a, 16a)에서 앞 전이 스파(29)와 뒤 전이 스파(28)를 각각 구조적으로 서로 연결함으로써, 임의의 킹크들이 생략될 수 있고, 따라서 그러한 장치의 증가된 강성의 제공을 가능하게 한다.

도 3은 상부 윙(3a), 하부 윙(4a), 및 전이 구역(9)이 있는 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙들(2)의 도 2의 버팀식 윙(2a)을 보여준다. 일 양태에 따르면, 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15), 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13), 및 버팀식 윙(2a)의 연관된 뒤 및 앞 전이 스파들(29, 28)이 버팀식 윙(2a)의 주부하 지지 센터박스(23)의 경계를 정한다. 이러한 주부하 지지 센터박스(23)는 버팀식 윙(2a)의 리딩 부분(23)과 버팀식 윙(2a)의 트레일링 부분(24)에 장착된다.

더 구체적으로, 주부하 지지 센터박스(23)는 상부 윙 센터박스(25)와 하부 윙 센터박스(26), 및 전이 박스(27)를 바람직하게 포함한다. 우선적으로, 상부 윙 센터박스(25), 하부 윙 센터박스(26), 및 상부 윙 센터박스(25)와 하부 윙 센터박스(26)를 서로 연결하는 전이 박스(27)가 버팀식 윙(2a)의 내부 부피를 정의한다.

일 양태에 따르면, 하부 윙 뒤 스파(12), 뒤 전이 스파(29), 및 상부 윙 뒤 스파(14)가 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 도 1의 세로 축(8)을 따라서 세로 방향으로 주부하 지지 센터박스(23)의 뒤 벽을 정의한다. 마찬가지로, 하부 윙 앞 스파(13), 앞 전이 스파(28), 및 상부 윙 앞 스파(15)가 주부하 지지 센터박스(23)의 앞 벽을 형성한다. 이러한 주부하 지지 센터박스(23)는 버팀식 윙(2a)의 리딩 부분(22)과 트레일링 부분(24)에 바람직하게 단단히 부착된다.

도 3은 도 2의 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)에서의 하부 윙 뒤 스파(12), 뒤 전이 스파(29), 및 상부 윙 뒤 스파(14)의 배치를 더 예시한다. 예시적으로, 하부 윙 뒤 스파(12), 뒤 전이 스파(29), 및 상부 윙 뒤 스파(14)는 전형적으로는 어떠한 킹크도 없이 약간 V자 모양을 갖는, 통합된 하나의 단일 피스로 된 구성요소로서 구현된다.

이는 고리 모양의 형태로 뒤 전이 스파(29)를 구현함으로써 전형적으로 달성되는데, 반드시 그래야 하는 것은 아니다. 열린(opened) C자 모양(즉, 고리 세그먼트) 또한 알맞다. 또, 하부 윙 뒤 스파(12), 상부 윙 뒤 스파(14), 및 뒤 전이 스파(29)가 편평하고 곧은 세로 빔(beam)들로서 바람직하게 구현된다.

하지만, 위 설명들은 하부 윙 뒤 스파(12), 상부 윙 뒤 스파(14), 및 뒤 전이 스파(29)에 관한 것으로, 이들은 도 3에서 단지 예로서 그리고 모든 각각의 스파들을 나타내는 것으로 예시적으로 강조된다는 점이 주목되어야 한다. 다시 말해, 위 설명은 마찬가지로 하부 윙 앞 스파(13), 앞 전이 스파(28), 및 상부 윙 앞 스파(15)에 바람직하게 적용된다.

도 4는 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙(2)들의 도 2와 도 3의 버팀식 윙(2a)을 보여준다. 도 4에서, 도 1의 동체(6)의 방향, 즉 버팀식 윙(2a)의 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11)의 방향에서의 각각의 전이 구역(9)이 있는 버팀식 윙(2a)이 그것의 가장 바깥쪽 끝으로부터 보여지는 것이다. 다시 말해, 버팀식 윙(2a)은 측면도로 보여지는데, 이는 도 1의 세로 축(8)과 수직 항공기 축(32)에 의해 정의되는 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 대칭 평면의 방향에서 보여지는 것을 의미한다.

도 4는 하부 윙 뒤 스파(12), 뒤 전이 스파(29), 및 상부 윙 뒤 스파(14)를 더 예시하고, 이들은 도 2의 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)에서 배치되어 있으며, 하부 윙 앞 스파(13), 상부 윙 앞 스파(15), 및 앞 전이 스파(28)를 도 4가 또한 예시하고 있으며, 이들은 도 2의 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)에 배치되어 있다. 도 2를 참조하여 위에서 설명된 것처럼, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은 수직 항공기 축(32)에 대해 경사져 있다.

도 2를 참조하여 위에서 설명된 것처럼, 가상의 연결 라인(16), 하부 윙 뒤 스파 무게중심 축(18), 및 상부 윙 뒤 스파 무게중심 축(20)에 의해 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)이 정의된다. 마찬가지로, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은 가상의 연결 라인(17), 하부 윙 앞 스파 무게중심 축(19), 및 상부 윙 앞 스파 무게중심 축(21)에 의해 정의된다.

일 양태에 따르면, 가상의 연결 라인(16)은 각각의 상부 윙과 하부 윙 뒤 스파 루트들 사이, 즉 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11) 사이에서 연장한다. 더 구체적으로, 가상의 연결 라인(16)과 가상의 연결 라인(17)은 각각의 상부 스파들 루트 기준 포인트(30)들과 각각의 하부 스파들 루트 기준 포인트(31)들 사이에서 바람직하게 연장한다. 상부 스파들 루트 기준 포인트(30)들은 상부 윙 루트(10)에서 바람직하게 위치하고, 하부 스파들 루트 기준 포인트(31)들은 하부 윙 루트(11)에서 바람직하게 위치한다. 더 구체적으로, 상부 스파들 루트 기준 포인트(30)들은 상부 윙 루트(10)에서 대응하는 상부 윙 뒤 및 앞 스파들 무게중심 축들(20, 21)의 각각의 교차점(intersection)들에 의해 정의된다. 비슷하게, 하부 스파들 루트 기준 포인트(31)들은 하부 윙 루트(11)에서 대응하는 하부 윙 뒤 및 앞 스파 무게중심 축들(18, 19)의 각각의 교차점들에 의해 정의된다.

일 양태에 따르면, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)의 기울기(inclination)에 가장 관련된 영향을 미치는 파라미터는 버팀식 윙(2a)의 연관된 엇갈림(staggering) 각도(33)이다. 버팀식 윙(2a)의 엇갈림 각도(33)는, 가상의 연결 라인들(16, 17)과 수직의 항공기 축(32) 사이에서 정의되는 각도이다.

도 5는 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11)와 함께, 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙(2)들의 도 2 내지 도 4의 버팀식 윙(2a)을 보여준다. 도 1을 참조하여 위에서 설명한 바와 같이, 상부 윙 루트(10)는 가로(transverse) 위치(37a)에 위치하고, 하부 윙 루트(11)는 가로 위치(37b)에 위치한다. 하지만, 도 1과는 대조적으로, 가로 위치들(37a, 37b)은 이제 일 양태에 따라 공통(common) 가로 위치(37)로서 정의되는데, 즉 그것들은 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 세로 축(8)을 따라서 세로 방향으로 전형적으로 정렬된다.

하지만, 공통 가로 위치(37) 상에서의 상부 윙 루트(10)와 하부 윙 루트(11)의 배치는 단지 예로서 설명되는 것이고 그것에 본 발명에 국한되지 않는다는 점이 주목되어야 한다. 대신, 도 1에 도시된 것처럼, 가로 위치들(37a, 37b)을 다르게 하는 것이 마찬가지로 생각된다.

도 6은 상부 윙 루트(10) 및 하부 윙 루트(11)와 함께, 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)이 있는 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙(2)들의 도 4의 버팀식 윙(2a)을 보여준다. 도 4에 따르면, 상부 윙(3a)에는 상부 윙 뒤 스파(14)와 상부 윙 앞 스파(15)가 제공되고, 하부 윙(4a)에는 하부 위 뒤 스파(12)와 하부 윙 앞 스파(13)가 제공된다. 하지만, 도 4와는 대조적으로, 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)은 단면도로 보여지는데, 즉 도 4의 전이 구역(9)은 평행한 평면에 의해 도 6의 표현시 잘라 내어지고(cut off), 항공기의 대칭 평면으로부터 떼어 놓여져(offset) 있다. 그러므로 상부 윙(3a)에서의 상부 윙 센터박스(25)와 하부 윙(4a)에서의 하부 윙 센터박스(26)의 전형적인 구현은 더 상세히 예시될 수 있다.

예시적으로, 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)은 각각 코드 라인(35)을 포함한다. 바람직하게, 도 4의 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)과 뒤 스파들 평면(16a)은 코드 라인(35)에 대하여 경사져 있다.

일 양태에 따르면, 상부 윙(3a)과 하부 윙(4a)은 기계적 유닛으로서 함께 작용하도록 구성되어 이러한 기계적 유닛의 결과로서 생기는 주요 축들은 경사져 있다. 따라서, 참조 기호(34)는 가장 큰 관성 모멘트를 갖는 주요 축을 표시하는 것이고, 참조 기호(36)는 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축을 표시하며, 이러한 주요 축은 가장 큰 관성 모멘트를 갖는 주요 축(34)에 대해 수직을 이루고 있다.

도 6으로부터 도출될 수 있는 것처럼, 2가지 주요한 관성 모멘트들 사이에는 비교적 큰 차이가 존재하고, 이 경우 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축(36)이 보통 각각의 비교적 작은 윙 코드들의 결과로서 버팀식 윙(2a)의 전반적인 윙 아키텍처의 약한 포인트를 나타낸다. 그러므로 가능한 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축(36)으로부터 멀어지게 가능한 많은 재료를 배치하는 것이 절대 필요하다. 가상의 뒤 스파들 평면(16a)과 가상의 앞 스파들 평면(17a)의 기울어짐으로 인해, 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15)과 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13)의 전체 웹들은 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축(36)에 거의 평행하게 배치되고, 따라서 관성 모멘트에 대한 그것들의 기여를 최대로 하는 측면에서 최적으로 놓인다. 도 6으로부터 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13)과 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15)은 코드 라인(35)에 대해 경사져 있음이 명확하게 보여질 수 있고, 이는 주로 윙 엇갈림(staggering), 즉 도 4의 엇감림 각도(33)의 결과이다.

위 설명은 주로 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 버팀식 윙(2)들의 버팀식 윙(2a)을 가리킨다는 점이 다시 주목되어야 한다. 또, 본질적으로 버팀식 윙(2a)에서의 뒤 스파들 및/또는 앞 스파들의 각각의 배치만이 더 상세히 설명된다. 하지만, 이는 단지 본 발명에 따른 모든 버팀식 윙들과 모든 스파 장치들에 대해 나타낸 것이다. 다시 말해, 버팀식 윙(2a)에 관련된 모든 가르침들은 버팀식 윙(2b)에 비슷하게 적용될 수 있고, 뒤 스파들 배치 또는 앞 스파들 배치에 대해 단지 설명되는 모든 가르침들은 마찬가지로 앞 스파들 배치 또는 뒤 스파들 배치에 적용될 수 있으며, 그 역도 성립한다.

마지막으로, 추가 수정예들 또한 당업자의 상식 내에 있고, 따라서 본 발명의 부분인 것으로 간주된다는 점이 주목되어야 한다.

예를 들면, 비록 하부 윙 뒤 및 앞 스파들(12, 13)과 상부 윙 뒤 및 앞 스파들(14, 15), 및 뒤 및 앞 전이 스파들(29, 28)이 편평한 빔들, 즉 편평한 웹 빔들인 것으로서 도 2 내지 도 6을 참조하여 설명되었지만, 그것들은 완전히 편평하고 닫힌 웹들을 갖는 빔 요소들로서 반드시 설계되야 하는 것은 아니다. 대신, 그것들은 프레임워크, 트러스(truss) 구성, 구슬이 달려 있는(beaded) 웹들, 딱딱하게 된 웹들, 가볍게 하는(lightening) 구멍들이 있는 웹들, 또는 하지만 각각의 가상의 평면 내의 큰 평면내(in-plane) 굽힘 강성과 부하 용량(load capability)이 바람직하게 제공되는 임의의 종류의 구조적 요소로서 제공될 수 있다. 또, 고리 모양인 것으로 예시적으로 설명되었고, 도 1의 버팀식 윙 항공기(1)의 전이 구역(9)의 전체 파라미터를 둘러싸는 뒤 및 앞 전이 스파들(29, 28)은 반드시 고리 모양을 가질 필요는 없다. 대신, 그것들은 각각 오로지 전이 구역(9)의 일 부분(portion)을, 즉 고리 세그먼트로서 덮을 수 있다. 윙 스파들에 따라서, 전이 구역들은 각각의 가상의 평면 내에서 큰 평면내 굽힘 강성과 부하 용량을 제공하는 임의의 종류의 구조적 설계를 또한 사용할 수 있다. 또, 그것들은 연속적인 부착 또는 단독 부착에 의해 상부 윙 스파와 하부 윙 스파에 임의의 알맞은 수단에 의해 부착될 수 있다.

1: 버팀식 윙 항공기 1a: 고정된 윙 장치
2: 버팀식 윙들 2a, 2b: 버팀식 윙
3: 상부 윙들 3a, 3b: 상부 윙
4: 하부 윙들 4a, 4b: 하부 윙
5: 추진 디바이스 6: 동체
7: 미익 8: 항공기 세로축
9: 전이 구역 10: 상부 윙 루트
11: 하부 윙 루트 12: 하부 윙 뒤 스파
13: 하부 윙 앞 스파 14: 상부 윙 뒤 스파
15: 상부 윙 앞 스파 16: 가상의 뒤 스파 루트들 연결 라인
16a: 가상의 뒤 스파들 평면 17: 가상의 앞 스파 루트들 연결 라인
17a: 가상의 앞 스파들 평면 18: 하부 윙 뒤 스파 무게중심 축
19: 하부 윙 앞 스파 무게중심 축
20: 상부 윙 뒤 스파 무게중심 축
21: 상부 윙 앞 스파 무게중심 축
22: 버팀식 윙 리딩 부분 23: 주부하 지지 버팀식 윙 센터박스
24: 버팀식 윙 트레일링 부분 25: 상부 윙 센터박스
26: 하부 윙 센터박스 27: 버팀식 윙 전이 박스
28: 앞 전이 스파 29: 뒤 전이 스파
30: 상부 스파들 루트 기준 포인트들
31: 하부 스파들 루트 기준 포인트들
32: 항공기 수직 축 33: 버팀식 윙 엇갈림 각도
34: 가장 큰 관성 모멘트를 갖는 주요 축
35: 코드 라인 36: 가장 낮은 관성 모멘트를 갖는 주요 축
37: 윙 루트들의 공통 가로 위치
37a: 상부 윙 루트의 가로 위치
37b: 하부 윙 루트의 가로 위치

Claims (15)

1. 동체(6)와 고정된 윙 장치(wing arrangement)(1a)를 구비한 버팀식 윙(braced wing) 항공기로서,
   상기 고정된 윙 장치(1a)는 상기 동체(6) 상에서 측면방향으로(laterally) 또한 상호간에 반대쪽으로 배치되는 적어도 2개의 버팀식 윙(2a, 2b)을 포함하고, 적어도 2개의 버팀식 윙(2a, 2b)의 각각은 적어도 하나의 상부(upper) 윙(3a, 3b) 및 적어도 하나의 하부(lower) 윙(4a, 4b)을 포함하며, 상기 상부 윙(3a, 3b)과 상기 하부 윙(4a, 4b)은 미리 정해진(predetermined) 전이(transition) 구역(9)에서 엇갈리게 배치되고 또한 상호 연결되며, 상기 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)은 그와 연관된(associated) 상부 윙 루트(root)(10)에서 상기 동체(6)에 연결되고, 상기 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)은 그와 연관된 하부 윙 루트(11)에서 상기 동체(6)에 연결되며, 상기 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)은 그와 연관된 상부 윙 루트(10)로부터 미리 정해진 전이 구역(9)까지 연장되는 적어도 하나의 상부 윙 스파(spar)(14, 15)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)은 상기 미리 정해진 전이 구역(9)으로부터 그와 연관된 하부 윙 루트(11)까지 연장되는 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13)를 포함하며,
   적어도 하나의 전이 스파(28, 29)가 상기 미리 정해진 전이 구역(9)에 마련되고, 상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)는 상기 적어도 하나의 상부 윙 스파(14,15)를 상기 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13)에 연결하며, 상기 적어도 하나의 상부 윙 스파(14,15), 상기 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13), 및 상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)는, 수직 항공기 축(32)에 대하여 경사져 있는 하나의 가상으로 걸쳐진 스파들의 평면(a single virtually spanned spars plane)(16a, 17a) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15), 상기 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13), 및 상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)는 하나의 단일 피스(piece)로 된 구성요소로 통합되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)는 상기 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15)와 상기 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13) 중 하나에만 통합되어, 하나의 단일 피스로 된 구성요소로 통합되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 윙 스파(14, 15)와 상기 적어도 하나의 하부 윙 스파(12, 13)는, 상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)에 단단히 기계적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
5. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)와 상기 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)은 각각 코드 라인(chord line)(35)을 포함하고, 하나의 가상으로 걸쳐 있는 스파들 평면(16a, 17a)은 상기 코드 라인(35)에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 상부 윙(3a, 3b)은 상부 윙 뒤(rear) 스파(14)와 상부 윙 앞(front) 스파(15)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 하부 윙(4a, 4b)은 하부 윙 뒤 스파(12)와 하부 윙 앞 스파(13)를 포함하며, 상기 적어도 하나의 전이 스파(28, 29)는 뒤 전이 스파(29)와 앞 전이 스파(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 상부 윙 뒤 스파(14), 상기 하부 윙 뒤 스파(12), 및 상기 뒤 전이 스파(29)는, 상기 수직 항공기 축(32)에 대하여 경사져 있는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)에서 배치되고, 상기 상부 윙 앞 스파(15), 상기 하부 윙 앞 스파(13), 및 상기 앞 전이 스파(28)는 상기 수직 항공기 축(32)에 대하여 경사져 있는 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)에서 배치되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 상기 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은, 서로 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
9. 제7 항에 있어서,
   상기 하나의 가상으로 걸쳐 있는 뒤 스파들 평면(16a)과 상기 하나의 가상으로 걸쳐 있는 앞 스파들 평면(17a)은, 서로에 대하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
10. 제6 항에 있어서,
    상기 상부 윙 뒤 스파(14), 상기 하부 윙 뒤 스파(12), 상기 뒤 전이 스파(29), 상기 상부 윙 앞 스파(15), 상기 하부 윙 앞 스파(13), 및 상기 앞 전이 파(28)는, 적어도 2개의 버팀식 윙들(2a, 2b)중의 그와 연관된 어느 하나의 주부하(main load) 지지 센터박스(23)의 범위를 정하는 것(delimit)을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 버팀식 윙들(2a, 2b) 중 연관된 하나는, 리딩(leading) 부분(22)과 트레일링(trailing) 부분(24)을 더 포함하고, 상기 리딩 부분(22)과 상기 트레일링 부분(24)은 모두 상기 주부하 지지 센터박스(23)에 단단히 부착되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
12. 제10 항에 있어서,
    상기 상부 윙 뒤 스파(14), 상기 하부 윙 뒤 스파(12), 상기 뒤 전이 스파(29), 상기 상부 윙 앞 스파(15), 상기 하부 윙 앞 스파(13), 및 상기 앞 전이 스파(28)는, 닫힌 웹(closed web)들을 구비한 편평한 빔(flat beam)들인 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 앞 전이 스파(28)와 상기 뒤 전이 스파(29)는 완전히 또는 부분적으로 고리 모양을 가지는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
14. 제1 항에 있어서,
    추진 디바이스(5)가 상기 미리 정해진 전이 구역(9)에서 배치되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.
15. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 메인 로터를 구비한 회전익기로서 구현되는 것을 특징으로 하는 버팀식 윙 항공기.

Images