KR102260147B1 - 소음 및 진동을 댐핑하는 트랜스미션 마운팅을 갖는 헬리콥터 - Google Patents

Abstract

헬리콥터가 개시되며, 상기 헬리콥터는, 로터, 동체, 상기 로터에 작동 가능하게 연결된 구동 트랜스미션 장치, 상기 트랜스미션 장치를 지지하는 지지체, 및 상기 지지체와 상기 동체 사이에 삽입된 속박 수단을 포함한다. 상기 속박 수단은 상기 지지체에 대하여 고정 방식으로 연결되고 제1 펼쳐진 면을 가지는 횡단 부재를 차례로 포함하고, 상기 횡단 부재는 부분적으로는 금속 물질로, 또한 부분적으로는 점탄성 물질로 형성된다.

Description

소음 및 진동을 댐핑하는 트랜스미션 마운팅을 갖는 헬리콥터{HELICOPTER WITH NOISE AND VIBRATION DAMPING TRANSMISSION MOUNTING}

본 발명은 헬리콥터에 관한 것이다.

전면에 승무원을 위한 캐빈(선실)을 형성하는 동체(fuselage), 그 동체의 중앙 상부에 장착되어 헬리콥터의 상승과 방향 비행을 위해 각각 필요한 상승력과 추진력을 발생할 수 있는 메인 로터(main rotor), 및 헬리콥터의 꼬리 날개(tail fin)로부터 측면으로 돌출하는 앤티-토크(anti-torque: 토크 상쇄) 로터를 기본적으로 포함하는 헬리콥터가 공지되어있다.

더 상세하게는, 메인 로터는 구동 샤프트(drive shaft)와, 허브(hub)를 개재하여 상기 구동 샤프트에 연결되어 있는 다수의 블레이드들을 포함한다.

헬리콥터는 또한 1 이상의 엔진, 엔진과 구동 샤프트 사이에 삽입된 트랜스미션 장치, 및 동체를 트랜스미션 장치와 구동 샤프트의 지지체에 고정하는 속박장치(constraint unit)를 포함한다. 실제로는, 동체는 속박장치에 의하여 상기한 지지체에 "매달려(suspended)" 있는 것으로 보인다.

헬리콥터의 정상 동작 중, 엔진은 트랜스미션 장치에 대해 구동 토크(drive torque)를 인가한다. 작용-반작용의 법칙에 따라서, 반작용 토크가 지지체에 대해 방출되고, 그리고 그것은 지지체로부터 속박장치를 통해 동체에 대해 방출된다. 이러한 반작용 토크는 동체 상에 테일 로터(tail rotor)에 의해 인가되는 카운터-토크에 의해 상쇄된다.

속박장치는 불가피하게 진동과 소음을 동체로 전달하며, 이것은 캐빈까지 도달하여 승무원의 안락감을 손상시킨다.

상기 속박장치는,

- 트랜스미션 장치의 케이싱에 볼트로 고정되어 하나의 개구를 정의하는 플랜지(flange); 및

- 상기 플랜지의 서로 반대편의 각각의 단부로부터 옆으로 돌출하고 동체에 연결되는 한 쌍의 부속물(appendage)들을,

포함하는 횡단 부재(crosspiece)에 의해 공지의 방식으로 형성된다.

캐빈에 대한 전술한 진동과 소음의 전달을 경감하기 위하여, 본 출원인의 명의로 출원된 유럽특허출원 공개번호 EP-A-2179922호는,

- 한 쌍의 각각의 속박 요소(constraining element)들에 의해 동체에 각각의 부속물을 속박하고; 그리고

- 각각의 속박 요소와 각각의 부속물 사이에 댐퍼 조립체(damper assembly)를 삽입하는 것을 개시하고 있다.

더 상세하게는, 각각의 댐퍼 조립체는 탄성 중합체(elastomeric) 물질로 이루어진 층들과 금속 물질로 이루어진 층들이 번갈아 형성된 다수의 층들을 포함하며, 반면에 플랜지는 금속 물질로 이루어진다.

상기한 유럽특허출원 공개번호 EP-A-2179922호에 기술된 해결책은, 동체에 대한 소음과 진동의 전달을 억제하기는 하지만, 다소의 향상의 여지를 가진다.

특히, 댐퍼 조립체들에서의 탄성 중합체 물질의 층들은, 트랜스미션 장치의 지지체로부터 동체와 캐빈으로 전달되는 반작용 토크에 의해 구성되는 정적 부하를 지지할 수 있을 정도로 충분히 강성이 있어야만 한다.

공지된 유형의 속박장치들의 댐퍼 조립체들은, 기본적으로는, 각각의 댐퍼 조립체가 관련된 부속물의 측면과 동체 사이에 삽입된다는 사실 때문에, 소량의 탄성 중합체 물질을 함유할 수도 있다.

전술한 설계상의 제약으로 인하여, 캐빈에 대한 소음 및/또는 진동의 전달을 제한하기 위한 최적의 방식으로 탄성 중합체 물질로 제조된 층들의 크기를 형성하는 것은 불가능하다는 결과가 나오고 있다.

더욱 상세하게는, 본 출원인은 전술한 설계상의 제약들로 인하여, 유럽특허출원 공개번호 EP-A-2179922호에 기술된 속박장치는 진동 및/또는 소음의 전달이 효과적으로 억제되는 주파수 대역폭에 관하여 다소 향상의 여지를 갖는다는 것을 관찰하였다.

특히, 유럽특허출원 공개번호 EP-A-2179922호에 기술된 속박장치의 효율성은 캐빈의 탑승자들에게는 특히 곤혹스러운 소음의 전달에 해당하는 1000Hz 차원의 주파수들에 대한 성능 향상에 특히 민감하다.

따라서, 반작용 토크에 의해 야기되는 정적 부하를 지탱할 수 있고, 소음 및/또는 진동의 캐빈과 동체로의 전달을 제한하기 위해 최적인 크기를 갖는 속박장치들을 개발할 필요성이 당해 업계 내에서 인식되고 있다.

더욱이, 전술한 댐퍼 조립체들에서 탄성 중합체 물질의 층들의 상당한 표면적은 외부 환경에 노출되므로, 심각한 노화(aging)와 외부 작용물에 의한 공격에 영향을 받는다.

게다가, 탄성 중합체 물질의 층들은 반작용 토크에 의해 생성되는 정적 부하를 받게 되며, 이것은 따라서 현저한 피로 현상을 발생한다.

따라서, 탄성중합체 물질의 플레이트들을 정기적으로 검사하거나 그것들을 보호 물질로써 보호하는 것이 필요하다는 결론에 이르른다.

따라서, 탄성 중합체 물질의 층들을 정기적으로 검사 및/또는 보호하기 위한 요건을 제한할 필요성이 당해 업계 내에서 인식되고 있다.

미국특허 3,920,202호는 금속 물질의 층들과 탄성 중합체 물질의 층들이 교호적으로 이루어진 다수의 층들에 의해 형성된 블록들을 통해 동체에 연결되는 대체로 원형의 플랜지를 포함하는 속박장치를 개시한다.

미국특허 4,111,386호는 금속 물질의 층들과 탄성 중합체 물질의 층들이 교호적으로 이루어진 다수의 층들을 각각 포함하는 다수의 지지 요소들을 포함하는 로터에 의해 동체로 전달되는 진동을 차단하는 방진 시스템을 기술한다.

미국특허 4,014,484호는 기어박스의 샤프트에 장착된 중앙 암과 동체의 각각의 암들에 장착된 한 쌍의 부속물들을 포함하는 가로대(crossbar)를 개시한다.

유럽특허 EP-1918198호는, 주로 마운팅 블록에 대해 샤프트의 용이한 정렬을 달성하는 목적을 갖는, 그 마운팅 블록에 장착되고 샤프트에 의해 맞물리는 개구를 형성하는 평평한 댐퍼 요소를 포함하는 베어링 행거 조립체(bearing hanger assembly)를 개시한다.

더욱 상세하게는, 상기한 평평한 댐퍼 요소는 비교적 적은 백분율의 흑연으로 충진 된 PTFE로 제조된다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 필요들 중 1 이상을 단순하고 저렴한 방식으로 만족시키는 헬리콥터를 제공하는 것이다.

상기한 목적은, 청구범위 제1항에 따른 헬리콥터에 관한 한, 본 발명에 의해 달성된다.

이하, 본 발명의 더 양호한 이해를 위하여, 첨부한 도면들을 참조하여, 또한 비-한정적인 예를 드는 방식으로, 바람직한 실시예가 기술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 설계된 헬리콥터의 측면도이다;
도 2는 도 1의 헬리콥터의 속박장치 조립체(constraint assembly)의 확대된 부분 전개 투시도를 도시한다;
도 3은 도 1의 헬리콥터의 속박장치 조립체 및 부가적 요소들의 투시도를 도시한다;
도 4는 도 2 및 3의 속박장치의 평면도이다;
도 5는 도 2 내지 4의 속박장치의 측면도이다;
도 6은 도 4에서 절개선 VI-VI을 따라 취해진 단면도이다;
도 7은 도 4에서 절개선 VII-VII을 따라 취해진 단면도이다;
도 8은 도 4에서 절개선 VIII-VIII을 따라 취해진 단면도이다;
도 9는 도 4에서 절개선 IX-IX을 따라 취해진 단면도이다;
도 10은 동작 진동 주파수가 변화함에 따라, 도 2 내지 8에서의 속박장치 및 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 속박장치의 3개의 실시예들에 대하여 댐핑 계수의 실험에 의한 추세적 변화를 도시하는 그래프이다; 그리고
도 11은 동작 진동 주파수가 변화함에 따라, 도 2 내지 8에서의 속박장치의 2개의 실시예 및 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 속박장치에 대하여 파워 스펙트럼 밀도(power spectral density)의 실험에 의한 추세적 변화를 도시하는 그래프이다.

도 1을 참조하면, 참조번호 1은 노즈 부분(nose)(5)을 갖춘 동체(2), 1 이상의 엔진(6)(도 1에서는 단지 개략적으로 도시됨), 및 헬리콥터(1)의 상승 및 방향 비행에 각각 필요한 상승력과 추진력을 발생하도록 동체(2)의 상부에 장착된 메인 로터(3)를 기본적으로 포함하는 헬리콥터를 나타내고 있다.

상기 메인 로터(3)는 구동 샤프트(10), 구동 샤프트(10)에 고정되는 허브(11), 및 허브(11)에 고정되어 샤프트(10)의 축 A에 대해 각각 횡 방향으로 연장되는 다수의 블레이드들(12)을 필수적으로 포함한다.

상기 동체(2)는, 그 동체(2)의 벽(15)에 의하여 메인 로터(3) 측면에 윗부분에서 경계가 이루어지고(도 3 참조), 통상적으로 승무원이 탑승하는 캐빈(8)의 경계를 형성한다.

헬리콥터(1)는 또한 엔진(6)의 출력 부재(13)를 샤프트(10)에 동작 가능하게 연결하는 트랜스미션 장치(7)(도 1 내지 3에서는 단지 개략적으로 도시됨)와, 출력 부재(13), 트랜스미션 장치(7) 및 회전형의 샤프트(10)를 지지하는 고정자 몸체(stator body)를 포함한다.

상기 고정자 몸체는 반대편 측면 상의 벽(15)으로부터 캐빈(8) 쪽으로 돌출하고 축 A를 중심으로 회전형 샤프트(10)와 트랜스미션 장치(7)의 최종 단계를 지지하도록 구성되는 케이싱(14)으로서 단지 도시되어 있다.

헬리콥터(1)는 또한 노즈 부분(5)과는 반대쪽 단부에 배치된 동체(2)의 꼬리날개(tail fin)로부터 옆으로 돌출하는 앤티-토크(anti-torque) 테일 로터(4)와, 케이싱(14)을 동체(2)의 벽(15)에 고정하는 속박 수단(16)을 더 포함한다.

상기 속박 수단(16)은:

- 상기 케이싱(14)의 측면과 상기 벽(15) 상의 각각의 고정점들과의 사이에서, 상기 벽(15)과 축 A에 대해 경사지게, 각각의 축들을 따라서 연장되는 다수의 로드들(17)(도시된 경우에는 4개)과; 그리고

- 상기 케이싱(14)의 바닥 모서리와 상기 벽(15)에 연결되어 반작용 토크(reaction torque)를 동체(2)에 전달할 수 있도록 구성된 속박장치(constraint device)를 기본적으로 포함한다.

더 상세하게는, 이러한 반작용 토크는, 작용-반작용 법칙에 따라서, 트랜스미션 장치(7)를 통해 샤프트(10)에 엔진(6)에 의해 전달되는 구동 토크와 동일하고 반대 방향이다. 이 반작용 토크는 고정자 몸체에 대해, 따라서 케이싱(14)에 대해 방출되고, 또한 테일 로터(4)에 의해 발생하는 카운터 토크에 의해 상쇄된다.

상기 속박장치는 필수적으로 횡단 부재(crosspiece)(21)를 포함한다(도 2 내지 9 참조).

상기 횡단 부재(21)는 펼쳐진 면(lying plane)(P)을 가지며, 다수의 측면들(39)에 의해 경계가 이루어진다(도 4).

상기 횡단 부재(21)는 또한 동체(2)의 종 방향에 평행인 축 E에 직각인 축 F를 따라 연장된다.

더 상세하게는, 상기 횡단 부재(21)는:

- 상기 케이싱(14)의 바닥 모서리에 볼트로 고정되고, 축 B를 갖는 원형의 개구(30)를 형성하며, 또한 축 A가 그것을 통과하는 플랜지(22)와, 그리고

- 상기 축 B에 대해 서로 반대편의 각 측면들로 수렴하며, 또한 축 B에 대해 반대편 측면들에 위치한 플랜지(22)의 각각의 부분들로부터 옆으로 돌출하는 한 쌍의 부속물들(appendages)(23, 24)을 차례로 포함한다.

더 상세하게는, 상기 플랜지(22)는 축 B에 대해 균등하게 이격되어 있고 또한 상기 케이싱(14)의 바닥 모서리에 고정되는 각각의 연결 요소들(34, 37 및 38)(도 6 내지 8)을 그것을 통해 통과시키는 다수의 구멍들(36)을 포함한다.

상기 부속물들(23, 24)은 축 F에 대해 서로 반대쪽에 있다.

특히, 축 B는 축 A에 대해 기울어져 있다.

상기 횡단 부재(21)의 펼쳐진 면(P)은 축 B에 대해 직각이며, 축 E 및 F에는 평행이다.

각각의 부속물(23, 24)은 이등변 사다리꼴(isosceles trapezium)과 같은 형상이다.

특히, 각각의 부속물(23, 24)은 또한,

- 서로 반대쪽이며 플랜지(22)와 연속적인 한 쌍의 모서리들(25, 26)과,

- 상기 모서리들(25, 26) 사이에 개재되는 모서리(27)에 의해 그 경계가 이루어진다.

도시된 경우에서, 상기 모서리들(27)은 축 E에 평행하고, 모서리들(25, 26)은 축 B로부터 각각의 모서리들(27)을 향해 연장되어 축 F로 수렴한다.

축 E는 동체(2)가 연장되는 종 방향과 본질적으로 일치하며, 도 3, 4, 6, 7 및 8에 나타나 있는 축 F에 대해 직각이다.

각각의 부속물(23, 24)은 각각의 축들(G)을 가지는 한 쌍의 볼트들(19)에 의해 동체의 벽(15)에 고정되는데, 이 축들은 축 B에 평행하고 또한 축 E에 평행하게 서로 정렬되어 있다(도 4 및 9).

바람직하게는, 상기 횡단 부재(21)는 부분적으로는 금속 물질로, 또한 부분적으로는 점탄성(visco-elastic) 물질로 제조된다.

특히, 상기 금속 물질은 알루미늄이다.

상기한 점탄성 물질은, 특히, 탄성 중합체(elastomeric) 물질인데, 바람직하게는, 부타디엔(butadiene)과 스티렌(styrene)으로 형성되거나, 또는 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 형성되는 고무이다.

더 상세하게는, 전체적인 횡단 부재(21)는,

- 금속 물질의 다수의 층들(28)과,

- 점탄성 물질의 다수의 층들(29)로 형성되는(도 5 내지 9 참조), 다층(multi-layer)의 물질이다.

상기 층들(28, 29)은 서로 번갈아 형성되고, 축 B에 평행하게 서로에 대해 겹쳐진다.

상기 층들(28, 29)은 평면 P에 평행하고 축 B에 직각으로, 서로 평행한 각각의 평면들(Q) 상에 위치한다.

바람직하게는, 상기 플랜지(22)와 부속물들은 상기 층들(28, 29)에 의해 형성되는 다층 물질로 제조되며, 그 층들(28, 29)은 상기 평면 P에 평행한 평면상에서 횡단 부재(21)의 전체 폭 위에서 연장되며, 이로써 측면들(39)을 형성하고 또한 횡단 부재(21) 외부의 환경에 노출되도록 한다.

상기 층(28)의 축 B에 평행하게 측정되는 두께는 그 축 B에 평행하게 또한 측정되는 상기 층(29)의 두께보다 바람직하게는 더 크다.

각각의 층(28)의 두께는 1mm 내지 10mm 사이이다.

각각의 층(29)의 두께는 0.1mm 내지 1mm 사이이다.

바람직한 일 실시예에서, 층(28)의 두께는 층(29)의 두께보다 적어도 10배 이상이다.

더욱 바람직한 일 실시예에서, 상기 층(29)의 수는 2 내지 4 사이이고, 바람직하게는 3이다.

이러한 더욱 바람직한 실시예에서, 상기 층(28)의 수는 3 내지 5 사이이고, 바람직하게는 4이다.

상기 층들(28, 29)은 가황처리(vulcanized) 된다.

특히, 서로 인접하게 겹쳐져 있는 상기 층들(28, 29)은,

- 아직 가황처리 되지 않은 점탄성 물질의 각 층(29)을 그에 인접한 층들(28)에 접착하는 과정; 그리고

- 상기 층들(28, 29)의 결과적인 점착과 가황(vulcanization)을 달성하도록, 예컨대, 오븐에서, 서로 접착된 층들(28, 29)의 고온중합(hot polymerization) 과정에 의해, 연결된다.

도 10을 참조하면, 횡단 부재(21)의 무차원 댐핑 계수(dimensionless damping coefficient)(Csi)의 추세가 상기 횡단 부재(21)의 진동 주파수에 대하여 도시된다.

더 상세하게는, 도 10에서:

- 선 49는 폴리클로로프렌의 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)에 대하여 댐핑 계수(Csi)의 보간된(interpolated) 추세를 나타낸다;

- 선 50은 스티렌-부타디엔의 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)에 대하여 댐핑 계수(Csi)의 보간된 추세를 나타낸다;

- 선 51은 16개의 층들(28)과 15개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)에 대하여 댐핑 계수(Csi)의 보간된 추세를 나타낸다; 그리고

- 값들 52는 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 횡단 부재(21)에 대하여 댐핑 계수(Csi)의 값들을 나타낸다.

도 10에서 알 수 있는 바와 같이, 트랜스미션 장치(7)의 모든 진동 동작 주파수들에 대해, 폴리클로로프렌의 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)는 스티렌-부타디엔의 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)보다 크다.

스티렌-부타디엔의 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)는, 트랜스미션 장치(7)의 모든 진동 동작 주파수들에 대하여, 16개의 층들(28)과 15개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)보다 크다.

16개의 층들(28)과 15개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)는, 트랜스미션 장치(7)의 모든 진동 동작 주파수들에 대해, 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 횡단 부재(21)의 댐핑 계수(Csi)보다 더 크다.

더욱이, 상기 횡단 부재(21)는 캐빈(8)의 승무원들에게 특히 곤혹스러운 소음에 해당하는 1000Hz를 초과하는 동작 주파수에서 캐빈(8)으로 진동의 전달을 억제함에 있어 효과적이다.

도 11을 참조하면, 동작 주파수가 변화함에 따라서,

참조번호 60은 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도(power spectrum density)를 나타내고;

참조번호 61은 2개의 층들(28)과 하나의 층(29)을 포함하는 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도를 나타내고; 그리고

참조번호 62는 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도를 나타낸다.

특히, 상기 파워 스펙트럼 밀도(60, 61, 62)는 횡단 부재(21)가 외적 여기를 통해 진동에 종속될 때 그 횡단 부재(21)의 소음 방출을 측정하는 것을 통해 획득된다.

도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 트랜스미션 장치(7)의 동작에 특유한 다양한 진동 주파수 값들에서와 평균값 양자에 대해, 완전히 알루미늄으로 이루어진 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도(62)가 2개의 층들(28)과 하나의 층(29)을 가지는 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도보다 더 크다.

마찬가지로, 2개의 층들(28)과 하나의 층(29)을 갖는 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도(61)는, 트랜스미션 장치(7)의 동작에 특유한 다양한 진동 주파수 값들과 평균값에 대해서, 4개의 층들(28)과 3개의 층들(29)을 갖는 횡단 부재(21)의 파워 스펙트럼 밀도(60)보다 더 크다.

상기한 스펙트럼 밀도(60, 61 및 62)는 다양한 주파수들에서 전송되는 에너지와 연관되기 때문에, 상기 횡단 부재(21)는 완전히 알루미늄 7075 T6로 이루어진 횡단 부재보다 더 효과적인 방식으로 동체(2)에 대한 진동 및/또는 소음의 전달을 경감시킨다는 결과가 된다.

상기 횡단 부재(21)들이 캐빈(8)의 승무원들에 대해 특히 곤혹스러운 소음에 해당하는 1000Hz를 초과하는 주파수에서 진동과 연관되는 에너지를 감소시키는 데에 효과적이라는 것을 강조하는 것은 중요하다.

사용 시, 엔진(6)은 트랜스미션 장치(7)를 통해 회전형 로터(3)의 샤프트(10)를 구동한다.

샤프트(10)는 허브(11)를 통해 회전하는 블레이드들(12)을 구동하며, 이로써 헬리콥터(1)의 상승과 방향 비행에 각각 필요한 상승력과 추진력을 발생하게 된다.

상기한 추진력과 상승력은 주로 로드들(17)을 통해서, 케이싱(14)에, 또한 케이싱으로부터 캐빈(8)으로 전달된다.

작용-반작용의 법칙에 따르면, 샤프트(10)에 의해 전달되는 토크는 그 샤프트(10)에 작용하는 토크와 동일하지만 반대 방향인 계수(modulus)를 갖는 케이싱(14)에 대한 반작용 토크를 발생시킨다.

이러한 반작용 토크는 횡단 부재(21)를 통과하고, 그 횡단 부재(21)에 비틀림 토크(torsional torque)를 발생시키면서, 또한 캐빈(8)에 전달된다.

더 상세하게는, 상기한 반작용 토크는 케이싱(14)으로부터 플랜지(22)로, 또한 부속물들(23, 24)로, 그리고 상기 부속물들(23, 24)로부터 동체(2)의 캐빈(8)으로 전달된다.

로터(3)의 동작은 케이싱(14)에 진동을 유발한다.

이러한 진동들은, 연관된 소음과 함께, 케이싱(14)으로부터 플랜지(22)로, 또한 플랜지(22)의 부속물들(23, 24)로 전달된다.

특히, 횡단 부재(21)의 각각의 진동 주파수에 대해,

- 횡단 부재(21)의 진동, 즉, 평면 P에 직각인 평면에서의 진동의 벤딩 모드(bending mode); 및

- 횡단 부재(21)의 진동, 즉, 평면 P에서의 진동의 멤브레인 모드(membrane mode)를 정의하는 것이 가능하다.

벤딩 모드는 상기 층들(29)에 층간 전단(interlaminar shear) 메커니즘의 활성화를 가능하게 하는데, 여기서 상기 층들(29)의 표면들은 평행하게 유지되면서 다른 것의 상부에 하나의 면을 슬라이딩과 같이 집어넣기가 쉬우며, 이러한 메커니즘은 점탄성(visco-elastic) 물질의 히스테리시스(hysteresis)를 통한 에너지 댐핑에 특히 효과적이다.

횡단 부재(21)의 벤딩 모드들이 활성화될 때, 상기 층들(29)은 동체(2)로 전달되는 소음과 진동의 진폭을 줄이는 데에 특히 효과적인 결과가 된다.

그렇지 않으면, 멤브레인 모드가 활성화될 때, 케이싱(14)으로부터 전달되는 진동은 평면 P에서 층들(28)의 신장과 수축을 야기한다.

상기 층들(29)은 그것들에 인접한 층들(28)에 연결되어 있다는 사실로 인하여, 그것들은 또한 평면 P에서 신장과 수축을 겪는다. 상기 층들(29)의 신장과 수축은 그 층들(29)이 층들(28)에 연결되어 있다는 사실에 의존하기 때문에, 에너지 소비는 멤브레인 모드 활성화의 경우에서 덜 효과적이다.

이러한 방식으로, 도 10 및 11에서 알 수 있는 바와 같이, 횡단 부재(21)는 광범위한 주파수들, 특히 1000Hz를 초과하는 주파수들에 대해, 효과적인 방식으로 캐빈(8)과 동체(2)로의 진동 및/소음의 전달을 억제하여 준다.

본 발명에 따른 헬리콥터(1)의 특성 시험에 의하여, 그것이 제공할 수 있는 장점들은 명백하다.

특히, 전체적인 횡단 부재(21)(플랜지 22 및 부속물들 23, 24)는 부분적으로는 점탄성 물질의 층들(29)로 형성되며, 또한 부분적으로는 금속 물질의 층들(28)로 형성된다.

이로 인하여, 금속 물질의 층들(28) 및 볼트들(19)은 케이싱(14)에서 동체(2)로 반작용 토크를 전달함에 있어 효과적이며, 반면에 상기 층들(29)은 대체로 무시할만한 정적 부하에 놓이게 되어 케이싱(14)에 전달되는 진동 및/소음의 에너지와 진폭을 댐핑함에 있어 효과적이다.

상기 층들(29)은, 유럽특허출원 EP-A-2179922호에 기술된 해결책에서의 댐퍼 조립체들에 대한 경우에서처럼, 정적 부하 지지 능력을 보장하는 목적을 위하여 설계상의 제약에 종속되지 않는다는 결과에 이르른다.

이에 관련하여, 본 출원인은, 부분적으로 점탄성 물질로 이루어진 횡단 부재(21)로 인하여, 상기 횡단 부재(21) 그 자체의 댐핑은 그 횡단 부재(21)의 광범위한 진동 주파수들에 대해 상기 유럽특허출원 EP-A-2179922호에 기술된 해결책에서보다 훨씬 더 크다는 것을 실험적으로 관찰하였다(도 10 참조).

본 출원인은 또한, 트랜스미션 장치(7)에 의해 발생하여 횡단 부재(21)로부터 동체(2)로 전달되는 진동과 관련된 에너지는 횡단 부재(21)의 광범위한 진동 주파수들에 대해 완전히 알루미늄으로 이루어진 횡단 부재로부터 전달되는 에너지보다 훨씬 작다는 것을 인식하였다(도 10 참조).

더 상세하게는, 상기 횡단 부재(21)는 완전히 알루미늄으로 이루어진 횡단 부재의 소산(dissipation) 효율이 매우 제한되는 음향 도메인에서도(주파수들이 1,000 hertz의 차원인) 동체(2)에 전달되는 진동들을 효과적으로 댐핑하는 것을 가능하게 한다.

게다가, 본 출원인은, 상기 횡단 부재(21)가 상기 층들(29)의 접선 탄성 모듈(tangential elastic module)을 이용하며, 따라서 상기 유럽특허출원 EP-A-2179922호에 도시된 횡단 부재보다 더 효율적인 댐핑 메커니즘을 달성하며, 또한 상기 층들(29)만의 종 방향의 탄성 모듈, 즉, 평면 P에 직각으로 층들(29)의 압축에 대해 주로 의존하게 된다는 것을 알게 되었다.

사실상, 횡단 부재(21)가 로터(3)에 의해 인가되는 토크로 인하여 높은 부하를 받게 될 때, 상기 층들(28)은 실질적으로 전체적인 높은 부하를 받게 되는 반면에 상기 층들(29)은 단지 분산된 댐핑을 제공하며 매우 작은 부하를 받게 된다. 결과적으로, 상기 층들(29)의 수명이 매우 증가한다. 반대로, 유럽특허출원 EP-A-2179922호에 도시된 횡단 부재에서는, 부속물들의 모든 고무 층들은 전체적인 토크를 받게 되므로, 감소된 수명을 갖게 된다.

더욱이, 상기 층들(29)은 매우 작은 정적 부하에 의해 스트레스가 주어지지 않으므로, 이들은 매우 제한된 마모와 시간에 대한 열화를 겪게 된다.

게다가, 본 발명에 따른 횡단 부재(21)는 사용 가능한 점탄성 물질의 양에 대해 어떠한 제한도 두지 않으며, 따라서 횡단 부재(21)에 의해 소비되는 에너지의 양이 본 명세서의 도입부에서 예시된 기지의 해결책들에 대비하여 상승하는 것을 가능하게 한다.

횡단 부재(21)는 평면 P에 평행하고 비틀림 토크의 축 B에 직각인 층들(28, 29)에 의해 형성되는 다층 물질이므로, 동체(2)에 대한 진동과 소음의 전달을 효과적으로 감소시키기 위해 횡단 부재(21)의 진동의 벤딩 모드의 활성화를 활용하는 것이 가능하다.

사실, 횡단 부재(21)의 진동의 벤딩 모드가 활성화될 때, 점탄성 물질의 층들(29)은 그에 인접한 각각의 층들(28) 사이의 부하를 "전단(sheer)"으로 전달하고 그 진동의 진폭과 에너지를 소비한다.

상기 층들(29)의 두께가 상기 층들(28)의 두께보다 작다는 사실 때문에, 횡단 부재(21)의 외부에 면하는 층들(29)의 표면들, 즉, 측면들(39)을 형성하는 층들(29)의 표면들과, 상기 층들(29)의 전체 체적 사이의 비는 본 명세서의 도입부에 예시된 공지의 해법에 대비해 더 낮다.

결과적으로, 상기 층들(29)은 무시할 수 없는 외부 작용물에 의한 공격과 노화(aging)를 겪게 되지만, 유럽특허출원 EP-A-2179922호에 기술된 댐퍼 조립체들의 탄성중합체 플레이트(elastomeric plates)들에 대비하여 훨씬 덜 겪게 된다.

횡단 부재(21)는 보호 물질을 갖는 측면들(39)에 대해 적은 횟수의 주기적 검사나 정기적인 보호 처리가 필요하다는 결과에 이르른다.

상기 층들(29)의 두께는 0.1mm 내지 1mm 사이이기 때문에, 그 층들(29)의 높은 변형을 제한할 필요성(즉, 가능한 한 작은 두께를 요하는 것)과, 그 층들(29)의 "전단" 변형을 통해 진동을 댐핑할 필요성(즉, 그 층들(29)에 대해 상당한 두께를 요하는 것)과의 사이에 절충을 구하는 것이 가능하다.

상기한 층들(29)의 수는 2 내지 4 사이이고, 바람직하게는, 3이기 때문에, 한편으로는, 그 횡단 부재(21)를 너무 복잡하고 무겁게 만들거나 횡단 부재(21)에서 탄성 불안정성의 위험을 초래하지 않음과 동시에, 소음 및/또는 진동의 전달의 효과적인 억제를 달성하기 위하여 충분한 수의 층들(29)을 갖는 것이 가능하다.

특히, 본 출원인은, 특히 많은 수의 층들(29)을 덜 편리한 것으로 만들도록, 횡단 부재(21)의 중간부가 동체(2)로의 소음 및/진동의 전달을 가장 효과적으로 감소시키는 부분이라는 것을 관찰하였다.

마지막으로, 후술하는 특허청구범위에 정의된 보호범위로부터 벗어남이 없이 다양한 변경과 변형들이 여기서 기술되고 예시한 헬리콥터(1)에 대해 이루어질 수 있다는 것은 명백하다.

특히, 상기 층들(28 및 29)은 가황처리(vulcanization)가 아닌 다른 방식으로 연결될 수도 있다.

Claims (10)

1. - 로터(3);
   - 동체(2)
   - 상기 로터(3)에 작동 가능하게 연결된 구동 트랜스미션 장치(7);
   - 상기 트랜스미션 장치(7)를 지지하는 지지체(14); 및
   - 상기 지지체(14)와 상기 동체(2) 사이에 삽입된 속박 수단(constraining means)(21)을 포함하되;
   상기 속박 수단(21)은 상기 지지체(14)에 대하여 고정된 방식으로 연결되고 그리고 제1 펼쳐진 면(P)을 가지는 횡단 부재(crosspiece)(21)를 차례로 포함하고;
   상기 횡단 부재(21)는 부분적으로는 금속 물질로, 그리고 부분적으로는 점탄성(visco-elastic) 물질로 형성되며;
   상기 횡단 부재(21)는:
   - 상기 동체(2)에 연결되고, 상기 제1 펼쳐진 면(P)에 직각인 축(B)을 갖는 개구(30)를 갖는 플랜지(22); 및
   - 상기 축(B)의 서로 각각의 반대편 측면에 배열되며, 또한 상기 동체(2)에 고정식으로 견고한 방식으로 연결되며, 상기 축(B)에 대해 반대편 측면들에 위치한 상기 플랜지(22)의 각각의 부분들로부터 옆으로 돌출하는 한 쌍의 부속물들(23, 24)을 포함하는 헬리콥터(1)에 있어서,
   상기 플랜지(22)와 부속물들(23, 24)은 1 이상의 금속 물질의 제1층(28)과 1 이상의 점탄성 물질의 제2층(29)을 포함하는 다층의 물질로 제조되며;
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 서로 겹치게 형성되고;
   상기 횡단 부재(21)는 상기 제1 펼쳐진 면(P)에 대해 횡으로 연장되는 측면들(39)에 의해 경계가 형성되고;
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 상기 측면들(39)을 부분적으로 형성하도록 상기 제1 펼쳐진 면(P)에 평행인 평면에서 상기 횡단 부재(21)의 전체 폭 위에서 연장되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다층 물질은 상기 제1층들(28)과 상기 제2층들(29)이 번갈아 적층된 다수의 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1층(28)의 두께는 상기 제2층(29)의 두께보다 10배 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 다층 물질은 상기 제2층(29)의 수가 2 내지 4 사이인 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제2층(29)의 점탄성 물질은 부타디엔(butadiene)과 스티렌(styrene)으로 형성되거나, 또는 폴리클로로프렌(polychloroprene)으로 형성되는 고무를 포함하는 탄성 중합체(elastomeric) 물질인 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 함께 가황처리(vulcanized) 되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 고온 중합(hot polymerization) 처리가 이루어지는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1층(28) 및 제2층(29)은 상기 제1 펼쳐진 면(P)에 평행하고 서로 평행한 각각의 제2 평면들(Q) 상에서 연장되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 부속물들(23 및 24)은 상기 동체(2)에 고정되는 것을 특징으로 하는 헬리콥터.

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