KR102274446B1

KR102274446B1 - 호버링 가능한 항공기

Info

Publication number: KR102274446B1
Application number: KR1020197020236A
Authority: KR
Inventors: 루이지 보타쏘; 안토니오 조치; 마시모 브루네티; 루카 메디치; 제임스 왕; 조르지오 루치
Original assignee: 레오나르도 에스.피.에이.
Priority date: 2016-12-30
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2021-07-08
Also published as: CN110446657A; EP3342707B1; US11111011B2; KR20190105005A; RU2733299C1; EP3342707A1; US20200122825A1; WO2018122373A1; CN110446657B

Abstract

호버링 가능한 항공기용 로터가 개시되며, 상기 로터는 고정식 지지 구조체; 고정식 지지 구조체에 대해 축을 중심으로 회전 가능한 회전 부재; 회전 부재와 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 블레이드; 고정식이거나 또는 제 1 회전 속도로 회전 구동되는 자기장의 소스; 및 회전 부재에 작동 가능하게 연결되고, 제 1 회전 속도와 다른 제 2 회전 속도로 회전 구동될 수 있는 도전 부재를 포함하고; 도전 부재는 소스와 전자기적으로 결합되어, 도전 부재 자체에서 기전력이 자기적으로 유도되고, 2개의 링이 로터 허브의 관형 본체로부터 방사상 내측으로 연장되고; 제 1 링은 로터의 축 방향 단부에서 흐름 디플렉터의 복수의 열 전도 링에 연결되고, 제 2 링은 도전 부재를 지지한다.

Description

호버링 가능한 항공기

우선권 주장

본 출원은 2016년 12월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 제16207524.6호의 우선권을 주장하며, 그 개시 내용은 본원에 참고로 포함된다.

기술 분야

본 발명은 호버링 가능한 항공기, 특히 헬리콥터 또는 전환식 비행기(convertiplane)에 관한 것이다.

알려진 헬리콥터들은 동체, 동체로부터 상향으로 돌출된 메인 로터, 및 동체의 꼬리 부분에 배치된 테일 로터를 포함한다. 또한, 알려진 헬리콥터들은 터빈, 터빈으로부터 메인 로터로 모션을 전달하는 주 변속기 그룹, 및 주 변속기 그룹으로부터 테일 로터로 모션을 전달하는 추가 변속기 그룹을 포함한다. 메인 로터 및 테일 로터는 각각:

- 고정식 케이스;

- 주 또는 추가 변속기 그룹에 의해 자체 축을 중심으로 회전 구동되는 마스트;

- 마스트에 의해 회전 구동되는 허브; 및

- 허브에 대해 연결되는(articulated) 복수의 블레이드를 포함한다.

당업계에서는 메인 및 테일 로터의 회전 구성 요소, 즉 마스트, 허브 및 블레이드에 전력을 공급할 필요성을 느낀다. 예를 들어, 전력은 블레이드들에 임베딩된 복수의 도전체에 의해 형성되고 줄 효과(Joule effect)에 의해 상대 블레이드들을 가열하도록 구성된 제빙(de-icing) 또는 방빙(anti-icing) 시스템의 활성화를 위해 또는 블레이드들의 일부 가동 표면들을 활성화시키기 위해 사용될 수 있다. 메인 로터의 회전 구성 요소에 필요한 전력을 제공하기 위해, 알려진 헬리콥터들은 보통 주 변속기 그룹 및 슬립-링에 연결된 샤프트에 의해 작동되는 발전기를 포함한다. 슬립-링은 발전기에 전기적으로 연결된 고정식 도체들로부터 메인 또는 테일 로터의 회전 도체들로 마찰 접촉을 발생시켜 전력을 전달한다. 전술한 솔루션은 잘 수행되더라도 개선의 여지가 있다. 사실, 슬립-링은 제조 및 유지 보수가 복잡하며 마모 영향을 받기 쉽다. 이러한 결점은 특히 메인 로터보다 빠른 속도로 회전하는 반-토크 테일 로터들(anti-torque tail rotors)에서 악화된다. 또한 낙뢰의 경우, 메인 및 테일 로터의 고정식 도체와 회전식 도체 사이에 필요한 전도성 경로의 존재는 고정식 도체에서 회전식 도체로 또는 그 반대로 위험한 전류 피크를 전파할 수 있다.

따라서, 업계에서는 메인 로터 또는 테일 로터의 회전 부분에 전력을 전달하면서, 전술한 단점을 직접적이고 저비용으로 제거할 필요성을 느낀다. 또한, 효율적인 열 방산(heat dissipation)을 허용하기 위해 및/또는 기존의 메인 또는 테일 로터에 쉽게 재-장착될 수 있는, 제한된 크기의 로터 헤드 내부에 일체화된 솔루션으로 전력을 전달할 필요성을 느낀다.

참고문헌[EP-A-2629407]은 제 1 항의 전제부에 따른 항공기를 개시한다.

본 발명의 목적은 상기 요건들 중 적어도 하나를 충족시키는, 호버링 가능한 항공기용 로터를 제공하는 것이다.

전술한 목적은 제 1 항에 청구된 호버링 가능한 항공기에 관한 본 발명에 의해 달성된다.

이하, 본 발명을 더욱 잘 이해할 수 있도록 하기 위해 비-제한적인 실시예에 의해 첨부 도면을 참조하여 4개의 바람직한 실시 형태가 개시된다:
도 1은 본 발명에 따른 메인 및 테일 로터를 포함하는 헬리콥터의 개략도이다.
도 2는 도 1의 메인 로터의 제 1 실시 형태의 횡단면도이다.
도 3은 도 1의 메인 로터의 제 2 실시 형태의 횡단면도이다.
도 4는 도 1의 메인 로터의 제 3 실시 형태의 횡단면도이다.
도 5는 도 1의 메인 로터의 제 4 실시 형태의 횡단면도이다.
도 6은 도 1의 테일 로터의 일 실시 형태의 횡단면도이며, 예시를 목적으로만 도시된다.

도 1을 참조하면, 도면 부호(1)는 호버링 가능한 항공기, 특히 헬리콥터를 나타낸다. 헬리콥터(1)는 노즈(5)를 갖는 동체(2); 동체(2)의 상단에 끼워져서 축(A)을 중심으로 회전 가능한 메인 로터(3); 및 노즈(5)의 대향 단부에서 동체(2)로부터 돌출한 핀(fin)에 끼워지는 반-토크 테일 로터(4)를 필수적으로 포함한다(도 1). 더욱 상세하게는, 메인 로터(3)는 헬리콥터(1)에 이를 들어올리기 위한 양력(lift) 및 그것을 앞으로 움직이게 하는 추력(thrust)을 제공하고, 로터(4)는 핀에 힘을 가하여 동체(2) 상에 직선 토크를 발생시킨다. 직선 토크는 메인 로터(3)에 의해 동체(2)에 가해진 토크와 균형을 이루고, 그렇지 않으면 동체(2)를 축(A)을 중심으로 회전시킨다. 헬리콥터(1)는 또한:

- 한 쌍의 터빈(6)(하나만 도시됨);

- 터빈(6)으로부터의 모션을 전달하는 주 변속기 그룹(7); 및

- 주 변속기 그룹(7)에서 테일 로터(4)로 모션을 전달하는 추가 변속기 그룹(8)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 로터(3)는 실질적으로:

- 동체(2)에 고정된 지지 부재(10);

- 지지 부재(10)에 대해 축(A)을 중심으로 회전 가능한 마스트(11);

- 마스트(11)에 대해 회전식으로 일체형인 허브(12); 및

- 허브(12)에 연결된 복수의 블레이드(13)(도 2에는 2개만 도시됨)를 포함한다.

도시된 실시 형태에서, 지지 부재(10)는 축(A)에 대해 고정식이다. 또한, 지지 부재(10), 마스트(11) 및 허브(12)는 중공이다.

또한, 로터(3)는 주 변속기 그룹(7)의 단부 샤프트(도시되지 않음)로부터 마스트(11) 및 허브(12)로 모션을 전달하는 에피사이클릭 기어열(17; epicyclic gear train)을 포함한다.

상세하게, 에피사이클릭 기어열(17)은 축(A)과 동축이고:

- 축(A)을 중심으로 회전 구동되고 방사상의 외측 톱니부를 포함하는 태양 기어(20);

- 태양 기어(20)와 맞물리는 방사상 내측 톱니와 지지 부재(10)에 의해 규정된 방사상 내측 톱니부와 맞물리는 방사상 외측 톱니부를 각각 포함하는 복수의 유성 기어(21)(도 2에는 2개만 도시됨); 및

- 유성 기어(21) 및 마스트(11)에 회전식으로 일체형이고 이들에 연결되는 캐리어(22)를 포함한다.

특히, 지지 부재(10)는 에피사이클릭 기어열(17)의 고정식 크라운(23)으로서 작용한다. 유성 기어(21)는 축(A)에 평행한 상대 축들(E)을 중심으로 회전하고 축(A)을 중심으로 돌아간다(revolve).

유리하게, 로터(3)는:

- 축(A)을 중심으로 제 1 회전 속도(ω1)로 회전 구동되는 자기장의 소스(30); 및

- 마스트(11)에 작동 가능하게 연결되고, 제 1 회전 속도(ω1)와 다른 제 2 회전 속도(ω2)로 회전 구동되는 도전 부재(32)를 포함하고,

도전 부재(32)는 상기 소스(30)와 전자기적으로 결합되어, 사용시 도전 부재(32) 자체에서 기전력이 자기적으로 유도되도록 한다.

이러한 방식으로, 소스(30) 및 도전 부재(32)는 발전기를 형성하고, 차동 회전 속도(ω2-ω1)로 인해, 마스트(11)에서, 및 따라서 허브(12) 및 블레이드(13)에서 기전력을 유도한다. 도시된 실시 형태에서, 발전기는 축 방향 자속 기계이고, 소스(30)에 의해 발생된 자기장은 주로 축(A)과 평행하게 배향된다. 도시된 실시 형태에서, 소스(30)는 복수의 영구 자석(81)을 포함하며, 도전 부재(32)는 권선이다.

로터(3)는:

- 축(A)에 평행하게 신장되고 지지 구조체(10)에 고정되는 샤프트(35); 및

- 소스(30)를 지지하고 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω1)로 회전 가능한 지지 부재(36); 및

- 에피사이클릭 기어열(37)을 더 포함한다.

지지 부재(36)는:

- 축(A)을 중심으로 신장된 샤프트(38);

- 축(A)에 직각으로 샤프트(38)로부터 돌출하는 한 쌍의 디스크(39)를 포함한다.

디스크(39)는 축(A)을 따라 서로 대면하고 영구 자석들(81)이 끼워지는 각각의 면들(40)을 포함한다.

에피사이클릭 기어열(37)은 실질적으로:

- 지지 구조체(10)의 동일한 축 방향 측면 상에 배치된 샤프트(38)의 축 방향 단부 기어(45)에 의해 규정된 방사상 외측 톱니부;

- 축(A)과 평행하고 이로부터 엇갈리는 각각의 축들(F)을 중심으로 연장되고 단부 기어(45)의 방사상 외측 톱니부와 맞물리는 상대 축들(F)에 대해 방사상 외측 톱니부를 각각 갖는 복수의 유성 기어(46);

- 하나의 축 방향 측면의 유성 기어(46)에 회전식으로 일체형이고 이에 연결되고 다른 축 방향 측면의 샤프트(35)에 연결되는 캐리어(47); 및

- 허브(12)에 연결되고 이와 회전식으로 일체형이고 유성 기어(46)의 방사상 외측 톱니부와 맞물리는 축(A)에 대해 방사상 내측 톱니부를 포함하는 환형 링(48)을 포함한다.

유성 기어(46)는 축(A)을 중심으로 돌아가는, 즉 공전하는(revoulte) 각각의 축들(F)을 중심으로 회전한다. 허브(12)는 링(48) 외에도, 본체(51)로부터 축(A)을 향해 그리고 축(A)에 직교하여 연장되는 주 관형 본체(51) 및 한 쌍의 링(52, 53)을 포함한다. 링(52)은 샤프트(35)의 대향 축 방향 측면에 허브(12)를 한정한다. 링(53)은 링들(52, 48) 사이에 축 방향으로 개재된다. 또한 링(48)은 본체(51)로부터 축(A)을 향하여 그리고 축(A)에 직교하여 연장된다. 도전 부재(32)는 링(52)에 끼워진다. 링(52)은 지지 부재(26)의 디스크들(39) 사이에 축 방향으로 개재된다. 이러한 방식으로, 도전 부재(32)는 영구 자석들(81)과 대면한다. 따라서, 영구 자석들(81)은 패러데이의 법칙에 의해, 도전 부재(32)에 기전력을 유도한다. 링(52, 53)은 샤프트(38) 및 샤프트(35)를 방사형 갭을 개재하여 각각 둘러싼다.

따라서 축(A)을 중심으로 상대 회전 속도를 갖는 로터(3) 내부의 3개의 조립체:

- 축(A)을 중심으로 고정되는 지지 구조체(10) 및 샤프트(35);

- 축(A)을 중심으로 제 1 방향으로 회전 속도(ω1)로 회전하는 지지 부재(36) 및 소스(30); 및

- 축(A)을 중심으로 제 1 방향과 반대인 제 2 방향으로 회전 속도(ω2)로 회전하는 마스트(11), 허브(12)와 도전 부재(32)를 식별하는 것이 가능하다.

로터(3)는 또한 허브(12)의 축 방향 단부에 연결되고 허브(12)와 회전식으로 일체형인 중공 흐름 디플렉터(85)를 포함한다. 흐름 디플렉터(85)는 지지 구조체(10)에 대해 대향 축 방향 측면 상에 로터(3)를 한정한다. 흐름 디플렉터(85)는 하나의 디스크(39), 샤프트(46)에 대향하는 샤프트(38)의 상단 축 방향 단부, 및 링(52)을 수용한다. 또한, 흐름 디플렉터(85)는 영구 자석들(81) 및 도전 부재(32)를 제어하기 위한 전자 제어 유닛(86)뿐만 아니라 예를 들어 AC/DC 변환기들과 같은 다른 시스템들을 수용한다. 일 실시 형태에서, 흐름 디플렉터(85)에는 도전 부재(32) 내부에 흐르는 전류에 의해 충전되는 전력 저장 장치(89)가 제공된다. 흐름 디플렉터(85)는 금속으로 제조되며, 도시된 실시 형태에서 링(52)에 연결된 복수의 열 전도 링(90)을 포함한다. 도전 부재(32)는 전기 배선들(87)에 의해 블레이드들(13)에 전기적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 전류는 블레이드들(13)에 이용 가능하다. 일 실시 형태에서, 블레이드들(13)은 내부 블레이드들(13) 자체에 임베딩되어 전류가 공급되는 전기 회로를 포함한다. 이 전기 회로는 방빙 시스템으로서 작동한다. 다른 실시 형태에서, 블레이드들(13)은 전류가 공급되는 액추에이터들을 포함한다.

로터(3)는 축(A)에 대하여:

- 축(A)에 대해 샤프트(38)와 허브(12) 사이에 방사상으로 개재된 베어링(100); 및

- 축(A)에 대해 샤프트(35)와 마스트(11)와 허브(12) 사이에 방사상으로 개재된 한 쌍의 축 방향으로 이격된 베어링(101)을 더 포함한다.

사용시, 주 변속기 그룹(7)의 단부 샤프트는 축(A)을 중심으로 에피사이클릭 기어열(17)의 태양 기어(20)를 회전 구동시킨다. 따라서, 유성 기어(21) 및 캐리어(22)도 축(A)을 중심으로 회전시키고, 따라서 마스트(11), 허브(12) 및 블레이드들(13)도 동일한 축(A)을 중심으로 회전 구동시킨다. 블레이드들(13)은 축(A)을 중심으로 허브(12)에 의해 회전 구동되고 알려진 방식으로 허브(12)에 대해 이동할 수 있다. 허브(12), 링(48) 및 이에 따른 도전 부재(32)는 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 회전한다.

한편, 에피사이클릭 기어열(37)은 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 회전하는 링(48)으로부터의 모션을 수신하고, 지지 부재(36) 및 그에 따른 소스(30) 및 영구 자석들(81)을 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω1)로 회전 구동시킨다. 특히, 허브(12)와 일체형인 링(48)은 축(A)을 중심으로 고정된 유성 기어들(46)과 맞물리고, 유성 기어들(46)은 지지 부재(36) 및 소스(30)와 회전식으로 일체형인 기어(45)와 맞물린다. 결과적으로 소스(30)는 회전 속도(ω1)로 회전하고, 도전 부재(32)는 회전 속도(ω1)와 다른 회전 속도(ω2)로 회전하고, 영구 자석들(81) 및 도전 부재(32)는 축(A)을 따라 서로 대면한다. 따라서, 기전력은 허브(12)와 일체형으로 회전하는 도전 부재(32)에서 패러데이의 법칙에 의해 자기적으로 유도된다. 전기 배선(87)은 허브(12) 상의 도전 부재(32)로부터 블레이드들(13)로 기전력을 전달한다. 이 기전력은 몇 가지 목적으로 사용된다. 예를 들어, 이것은 블레이드들(13) 내부에 전기 회로들을 공급하고 제빙 또는 방빙 기능을 제공하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 기전력은 예를 들어 능동적인 공기역학적 제어를 위해 블레이드들(13)에 끼워진 액추에이터들을 작동시키는데 사용될 수 있다. 소스(30) 및 도전 부재(32)의 작동에 의해 발생된 열은, 흐름 디플렉터(85) 내부에 계속 흐르는 공기 덕분에 대류에 의해, 그리고 흐름 디플렉터(85)가 금속으로 만들어지고 열 방산을 위한 링들(90)을 포함한다는 사실 덕분에 전도에 의해, 방산된다.

터빈(6)이 고장인 경우, 흐름 디플렉터(85)에 수용된 전력 저장 장치(89)에 저장된 전력은 예를 들어 자동 회전 조종을 안전하게 완료하는데 필요한 제한된 시간량 동안 허브(12)의 자동 회전을 유지하는데 사용될 수 있다.

도 3을 참조하면, 3'은 전체로서 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 메인 로터를 나타낸다.

로터(3')는 로터(3)와 유사하며, 이하에서는 그것과 다른 점만 기술될 것이다; 로터(3, 3')의 대응하는 또는 등가인 부분은 가능한 한 동일한 참조 번호로 표시될 것이다. 특히, 로터(3')는 허브(12')가 링(52, 53) 및 링(48) 대신에:

- 흐름 디플렉터(85)의 측면 상에 배치된 본체(51)의 축 방향 단부로부터 축(A)을 향해 돌출하고 축(A)에 직교하는 평면 상에 놓이는 환형 디스크(52');

- 디스크(52')의 방사상 내측 단부로부터 지지 구조체(10)를 향해 돌출하고, 축(A)과 동축이며, 본체(51)보다 작은 축 방향 길이를 가진 원통형 벽(53'); 및

- 디스크(52')에 대향하는 벽(53')의 축 방향 단부로부터 돌출하고 축(A)에 직교하는 평면 상에 놓이는 링(48')을 포함한다는 점에서 로터(3)와 다르다.

특히, 링(48')은 축(A)에 대해:

- 축(A)의 대향 측면의 벽(53')의 방사상 외측 측면에서 연장되는 방사상 외측 부분(49'); 및

- 벽(53')의 방사상 내측 측면에서 축(A)을 향해 연장되는 방사상 내측 부분(50')을 포함한다.

지지 부재(36')는:

- 축(A)을 중심으로 연장되고, 흐름 디플렉터(85)의 측면 상에 배치된 샤프트(35)의 축 방향 단부를 둘러싸고, 고정식 샤프트(35)에 대해 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω1)로 회전 가능한 관형 본체(105');

- 축(A)에 직교하는 평면 상에 놓이고 지지 구조체(10)의 측면 상에 배치된 본체(105')의 축 방향 단부로부터 방사상으로 돌출하는 디스크(106');

- 축(A)을 중심으로 연장되고, 본체(105')에 방사상으로 대향하고, 디스크(106')의 방사상 외측 단부로부터 축 방향으로 돌출하고, 허브(12')의 본체(51)로부터 방사상 갭에 의해 분리되는 관형 벽(107'); 및

- 디스크(106')에 대향하는 벽(107')의 축 방향 단부로부터 축(A)을 향해 방사상으로 돌출하는 디스크(108')를 포함한다는 점에서 지지 부재(36)와 다르다.

디스크(108')는 디스크(52')로부터 축 방향 갭에 의해서 및 벽(107')으로부터의 방사상 갭에 의해 분리된다. 영구 자석들(81)은 디스크(108')와 디스크(106')에 끼워지고 서로 축 방향으로 대면한다. 링(48')의 부분(49')은 디스크들(106', 108') 사이에 축 방향으로 개재되고 영구 자석들(81) 사이의 축 방향으로 개재된 위치에서 도전 부재(32)를 지지한다. 지지 부재(36')는:

- 샤프트(35)의 축 방향 단부로부터 축 방향으로 돌출하고 축(A)에 직교하는 평면 상에 놓이는 캐리어(110'); 및

- 캐리어(110')에 끼워지고 링(48')의 부분(50')의 방사상 내측 톱니부 및 본체(105')의 방사상 외측 톱니부와 각각 맞물리는 복수의 유성 기어(111')를 포함한다는 점에서 지지 부재(36)와 다르다.

이러한 방식으로, 에피사이클릭 기어열(37')은 고정식 유성 기어들(111'), 영구 자석들(81)과 함께 회전 속도(ω1)로 회전하는 본체(105'), 및 허브(12)와 회전 속도(ω2)로 회전하는 링(48')에 의해 형성된다. 로터(3')는 축(A)에 대해:

- 샤프트(35)와 본체(105') 사이에 방사상으로 개재된 한 쌍의 축 방향으로 이격된 베어링(115');

- 벽(53')과 디스크(106') 사이에 축 방향으로 개재된 베어링(116'); 및

- 벽(53')과 캐리어(110') 사이에 방사상으로 개재된 베어링(117')을 더 포함한다.

로터(3')의 작동은 로터(4)의 작동과 유사하므로 상세히 기술되지 않는다.

도 4를 참조하면, 3"은 전체로서 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 로터를 나타낸다.

로터(3")는 로터(3)와 유사하며, 이하에서는 그것과 다른 점만 기술될 것이다; 로터(3, 3")의 대응하는 또는 등가인 부분은 가능한 한 동일한 참조 번호로 표시될 것이다.

특히, 로터(3")는 샤프트(35)가 태양 기어(20)와 회전식으로 일체형이고 이에 연결되고, 지지 부재(36")가 샤프트(35)와 회전식으로 일체형이고 이에 연결되고, 또한 에피사이클릭 기어열(30)을 포함하지 않는다는 점에서 로터(3)와 다르다. 이러한 방식으로 소스(30) 및 영구 자석들(81)은 태양 기어(20)에 의해 축(A)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 회전 구동된다.

로터(3")의 작동은 로터(3)와 유사하며, 로터(3)의 작동과 상이한 점만 기술될 것이다. 특히, 태양 기어(20)는 샤프트 (35), 지지 부재 (36"), 소스(30) 및 영구 자석들(81)에 의해 형성된 전체 조립체를 회전 속도(ω1)로 회전 구동시킨다.

도 5를 참조하면, 로터(3"')는 로터(3)와 유사하며, 이하에서는 그것과 다른 점만 기술될 것이다; 로터(3, 3"')의 대응하는 또는 등가인 부분은 가능한 한 동일한 참조 번호로 표시될 것이다. 특히, 로터(3"')는 샤프트(35)가 태양 기어(20)와 회전식으로 일체형이고 이에 연결되고 회전 속도(ω0)로 회전 구동된다는 점에서 로터(3)와 다르다.

또한 로터(3"')는 에피사이클릭 기어열(37"')이 회전 속도(ω0)로 회전하는 샤프트(35)로부터 모션을 수신하여 지지 부재(36"'), 소스(30) 및 영구 자석들(81)을 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω1)로 회전 구동시킨다는 점에서 로터(3)와 다르다.

로터(3"')의 회전 속도(ω1)는 로터(3)의 회전 속도(ω1)보다 높음을 유념해야 한다. 따라서, 기전력을 발생시키는 차동 회전(ω2-ω1)은 로터(3)에서보다 로터(3"')에서 더 높다. 회전 속도(ω0, ω1, ω2)는 동일한 방향으로 배향한다.

따라서 축(A)을 중심으로 상대 회전 속도를 갖는 로터(3"') 내부의 3개의 조립체:

- 축(A)을 중심으로 제 1 방향으로 회전 속도(ω0)로 회전하는 샤프트(35);

- 축(A)을 중심으로 제 1 방향으로 회전 속도(ω1)로 회전하는 지지 부재(36"') 및 소스(30); 및

- 축(A)을 중심으로 제 1 방향과 반대 방향인 제 1 방향으로 회전 속도(ω2)로 회전하는 마스트(11), 허브(12)와 도전 부재(32)를 식별하는 것이 가능하다.

로터(3"')의 작동은 로터(3)와 유사하며, 로터(3)의 작동과 다른 점만 기술된다. 특히, 태양 기어(20)는 샤프트(35) 및 에피사이클릭 기어열(37"')의 유성 기어들(46)을 회전 속도(ω0)로 회전 구동시킨다. 후자는 지지 부재(36"'), 소스(30) 및 영구 자석들(81)을 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω1)로 회전 구동시킨다.

도 6을 참조하면, 반-토크 로터(4)는 실질적으로:

- 동체(2)에 끼워지는 중공 하우징(150);

- 축(A)을 횡단하는 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 회전 가능하고 마스트(151)의 축 방향 단부에 배치된 베벨 기어(152)에 의해 추가 변속기 그룹(8)의 단부 샤프트(157)에 연결된 중공의 마스트(151);

- 마스트(151)와 회전식으로 일체형이고 이에 연결되는 허브(153); 및

- 허브(153)에 연결되고 각각의 종축들(D)을 따라 연장되는 복수의 블레이드들(154)(도 6에는 그 중 2개만 도시됨)를 포함한다.

베벨 기어(152) 및 마스트(151)는 하우징(150) 내에 포함된다. 허브(153) 및 블레이드들(154)은 하우징(150) 외부로 연장된다.

로터(4)는 또한, 축(B)을 따라 연장되고 마스트(151)에 대하여 축(B)을 따라 슬라이딩 가능한 제어봉(155)을 포함한다. 제어봉(155)은 레버(156)에 고정된 기어(152)의 대향 측면 상의 축 방향 단부를 포함한다. 레버(156)는 축(B)에 횡 방향으로 연장되고, 상대 축들(D)에 대해 편심된 블레이드들(154)에 연결된다. 이러한 방식으로, 축(B)을 따른 제어봉(155)의 이동은 상대적 축들(D)을 따른 블레이드들(154)의 회전 및 상대 피치 각의 조정을 야기한다.

더욱 상세하게는, 하우징(150)은:

- 축(B)을 따라 신장된 본체(160); 및

- 축(B)의 대향 측면 상에 본체(160)로부터 방사상으로 돌출하고 축(B)에 직교하는 상대 평면 상에 놓이는 한 쌍의 환형 디스크(161)를 포함한다. 디스크들(161)은, 서로 축 방향으로 대면하고 자기장의 각각의 소스(163), 특히 영구 자석들(164)이 끼워지는 상대 표면(162)을 포함한다.

허브(153)는:

- 마스트(151)에 연결되고, 베벨 기어(152)에 대해 축 방향 대향 측면 상의 하우징(150)의 축 방향 단부의 전방에 배치되는 본체(165); 및

- 본체(165)에 연결되고 베벨 기어(152)에 대향하는 하우징(150)의 개방된 축 방향 단부를 둘러싸는 본체(166)를 포함한다. 더욱 상세하게는, 블레이드들(154)은 본체(165)에 연결된다. 본체(166)는 본체(165)로부터 축(B)을 따라 베벨 기어(152)를 향해 진행하여: 본체(165)에 연결된 환형 링(167); 도전 부재(169)가 고정되는 환형 링(168); 및 도전 부재(169)를 제어하는 전자 제어 유닛(171)이 끼워지는 환형 링(170)을 포함한다. 링(168)은 디스크들(161) 사이에 축 방향으로 개재된다. 도전 부재(169)는 영구 자석들(164) 사이에 축 방향으로 개재된다. 이러한 방식으로, 회전 속도(ω2)에서 회전하는 도전 부재(169)는 회전 속도(ω1 = 0)로 회전하는 자기장의 소스(163)와 자기적으로 결합된다. 따라서, 소스(163) 및 도전 부재(169)는 발전기를 형성하고, 이는 차동 회전 속도(ω2 - ω1 = ω2)로 인해, 패러데이의 법칙에 의해 마스트(151) 및, 따라서 허브(152) 및 블레이드들(154)에서 기전력을 유도한다. 도시된 실시 형태에서, 발전기는 축 방향 자속 기계이며, 소스(163)에 의해 발생된 자기장은 주로 축(B)에 평행하게 배향된다. 도전 부재(169)는 전선들(172)에 의해 블레이드들(154)에 전기적으로 연결된다. 이러한 방식으로 블레이드들(133)에 전류가 이용 가능하다. 일 실시 형태에서, 블레이드들(154)은, 블레이드들(154) 자체 내부에 임베딩되고 전류가 공급되는 전기 회로를 포함한다. 이 전기 회로는 방빙 시스템 또는 제빙 시스템으로서 작동한다. 다른 실시 형태에서, 블레이드들(154)은 전류로 작동되는 액추에이터들, 조명들 또는 다른 시스템들을 포함한다. 마지막으로, 로터(4)는 축(B)에 대하여: 제어봉(155)과 마스트(152) 사이에 방사상으로 개재되는 복수의 베어링(180); 마스트(152)와 하우징(150)의 방사상 내측 표면 사이에 방사상으로 개재되는 베어링들(181); 및 하우징(150)의 방사상 외측 표면과 상대 디스크들(167, 170) 사이에 방사상으로 개재되는 베어링들(183)을 포함한다.

사용시, 추가 변속기 그룹(8)의 단부 샤프트(157)는 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 베벨 기어(152)를 회전 구동시킨다. 따라서, 허브(152)와 블레이드들(154) 및 도전 부재(169)도 또한 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω2)로 회전 구동된다. 블레이드들(154)은 축(B)을 중심으로 허브(152)에 의해 회전 구동되고 알려진 방식으로 허브(152)에 대해 이동할 수 있다. 또한, 블레이드들(154)의 상대 축들(D)에 대한 피치 각들은 축(B)을 따라 제어봉(155)의 슬라이딩 운동에 의해 조정될 수 있다. 소스(163) 및 영구 자석들(164)은 하우징(150)에 끼워지고, 축(B)을 중심으로 고정식이며 즉, 소스(163) 및 영구 자석들은 축(B)을 중심으로 회전 속도(ω1 = 0)로 회전하는 것으로 보여질 수 있다. 도전 부재(169)와 소스(163) 사이의 상이한 회전 속도 덕분에, 허브(152)와 일체형으로 회전하는 도전 부재(169)에서 패러데이의 법칙에 의해 기전력이 자기적으로 유도된다. 전기 배선들(170)은 허브(152) 상의 도전 부재(169)로부터 블레이드들(154)에 기전력을 전달한다. 이 기전력은 여러 목적으로 사용된다. 예를 들어, 블레이드들(154) 내부에 전기 회로를 공급하고 제빙 또는 방빙 기능을 제공하는데 사용될 수 있다. 대안적으로 또는 조합하여, 기전력은 블레이드들(154)에 끼워진 액추에이터들을 작동시키는데 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 로터(3, 3', 3", 3"') 및 방법의 장점들은 전술한 설명으로부터 명백해질 것이다.

특히, 자기장의 소스(30)는 고정식이거나 또는 도전 부재(32)가 동일한 축(A)을 중심으로 회전 구동되는 회전 속도(ω2)보다 작은 회전 속도(ω1)로 회전 구동된다. 소스(30) 및 도전 부재(32)가 전자기적으로 결합된다는 사실로 인해, 패러데이의 법칙에 의해, 도전 부재(32) 상에, 즉 회전 허브(12) 상에 기전력이 유도된다. 따라서, 기전력을 발생시키고, 따라서 지지 부재(36, 36', 36")와 어떠한 물리적 접촉도 없이, 로터(3, 3', 3", 3"')의 회전 부분, 즉 허브(12), 및 블레이드들(13) 상에 전류를 발생시키는 것이 가능하다. 이 전류는 예를 들어, 블레이드들(13) 내부에 임베딩된 전기 회로들을 공급하고, 제빙 또는 방빙 시스템을 형성하고, 및/또는 블레이드들(13) 상에 제공된 액추에이터를 구동하기 위한 상이한 목적들로 사용될 수 있다. 상기-구성으로 인해, 지지 구조체(10)와 허브(12) 사이에 어떠한 슬립-링도 없이 허브(12) 및/또는 블레이드들(13)에 기전력이 발생될 수 있다. 이러한 방식으로, 전형적으로 슬립-링에 영향을 미치는 마모 효과 및 주기적이고 시간-소모적인 슬립-링의 유지 보수에 대한 필요성이 전적으로 회피된다. 또한, 고정식 컨덕터와 회전식 컨덕터 사이에 필요한 도전 경로가 없으면 도전 부재들(32)을 손상시킬 위험이 크게 감소된다. 또한, 소스(30) 및 도전 부재(32)에 의해 형성된 발전기는 포함된 축 방향 크기를 가지므로, 어떠한 재설계도 필요로 하지 않고, 로터(3, 3', 3", 3"')의 통상적인 크기로 쉽게 일체화될 수 있다. 동일한 이유로, 소스(30) 및 도전 부재(32)에 의해 형성된 발전기는 이미 존재하는 로터(3, 3', 3", 3"') 내부에 쉽게 새로 장착될 수 있다. 에피사이클릭 기어열(37, 37')은 로터(3, 3', 3"')를 기준으로, 축 방향 크기를 감소시켜, 도전 부재(32)와 자기장의 소스(30) 사이의 차동 회전 속도(ω2 - ω1)를 증가시킬 수 있다. 따라서, 차동 회전 속도(ω2 - ω1)가 높을수록 도전 부재(32)에 유도된 주어진 전력 값에 요구되는 토크가 낮기 때문에, 지지 부재(32) 및 허브(12)는 더 작고 더 중량 효율적이 될 수 있다. 토크가 낮을수록 직경이 작아지고 따라서 지지 부재(32)와 허브(12)의 중량이 탑재량(payload)에 대해 명백한 이점이 있다. 이는 허브(12)의 회전 속도(ω2)가 메인 로터(3, 3', 3"')에서와 같이 느린 것이 필요할 때 특히 유리하다. 또한, 전력은, 예를 들어 흐름 디플렉터(85)에 수용될 수 있는 전력 저장 에너지 장치(89)에 저장될 수 있다. 이 전력 에너지 장치(89)는 터빈(6)의 고장시 허브(12)를 회전 구동시켜서 헬리콥터(1)의 자동 회전을 유지하는데 이용될 수 있다. 마지막으로, 소스(30) 및 도전 부재(32)는 흐름 디플렉터(85) 내부에 적어도 부분적으로 수용된다. 이러한 방식으로, 대류 열 방산은 흐름 디플렉터(85) 내부에서 자연적으로 흐르는 공기에 의해 완화되고, 흐름 디플렉터(85)가 금속 재료로 제조되고 열 방산 링들(90)이 제공된다는 사실에 의해 도전 열 방산이 완화된다. 흐름 디플렉터(85)는 또한 쉽게 제거될 수 있으며, 따라서 소스(30) 및 영구 자석들(81)의 검사 및 유지 보수를 용이하게 할 수 있다.

명백하게, 첨부된 청구 범위에서 규정된 범위를 벗어나지 않고, 본 발명에 따른 로터(3, 3', 3", 3"') 및 방법을 변경할 수 있다. 특히, 소스(30) 및 도전 부재(32)에 의해 형성된 발전기는 방사상 자속 기계일 수 있으며, 여기서 소스(30)에 의해 발생된 자기장은 주로 축(A)에 대해 방사상으로 배향된다. 또한, 로터(3, 3', 3", 3"')는 기계적 주 및 추가 변속기 그룹(7) 대신에, 로터(3, 3', 3", 3"')를 구동하는 전기 모터를 포함할 수 있다. 이 경우, 로터(3, 3', 3", 3"')는 소스(30)가 끼워지는 고정자 및 전기 회로(32)가 끼워지는 로터를 포함할 것이다. 항공기(1)는 헬리콥터가 아닌 전환식 비행기가 될 수 있다.

Claims

호버링 가능한 항공기(1)로서,
- 동체(2);
- 주 변속기 그룹(7); 및
- 상기 주 변속기 그룹(6)에 연결되어 상기 항공기(1)를 들어올리도록 상기 항공기(1)에 양력(lift)을 제공하도록 구성된 메인 로터(3, 3', 3", 3"')를 포함하고;
상기 메인 로터(3, 3', 3", 3"')는, 차례로,
- 상기 동체(2)에 고정된 고정식 지지 구조체(10);
- 상기 고정식 지지 구조체(10)에 대해 제 1 축(A)을 중심으로 회전 가능한 회전 부재(11);
- 상기 회전 부재(11)와 작동 가능하게 연결된 적어도 하나의 블레이드(13);
- 고정식이거나, 또는 사용시 제 1 회전 속도(ω1)로 회전 구동되는 자기장(magnetic field)의 소스(30); 및
- 상기 회전 부재(11)에 작동 가능하게 연결되고, 사용시 상기 제 1 회전 속도(ω1)와 다른 제 2 회전 속도(ω2)로 회전 구동될 수 있는 도전 부재(32)를 포함하고;
상기 도전 부재(32)는 상기 소스(30)와 전자기적으로 결합되어, 사용시 상기 도전 부재(32) 자체에서 기전력이 자기적으로(magnetically) 유도되고,
상기 로터(3, 3', 3", 3"')는:
- 상기 회전 부재(11)에 작동 가능하게 연결되어, 상기 제 1 축(A)을 중심으로 상기 제 2 회전 속도(ω2)로 회전 가능하고 상기 블레이드(13)가 연결되는(articulated) 허브(12); 및
- 상기 소스(30)가 고정되어, 고정식이거나 또는 상기 제 1 축(A)을 중심으로 상기 제 1 회전 속도(ω1)로 회전 가능한 지지 부재(36, 36', 36")를 더 포함하고;
상기 도전 부재(32)는 상기 허브(12)에 고정되는, 상기 호버링 가능한 항공기(1)에 있어서,
상기 로터(3, 3', 3", 3"')는, 상기 로터(3, 3', 3", 3"')의 축 방향 단부에 배치되고, 상기 허브(12)와 일체식으로 상기 제 1 축(A)을 중심으로 회전 가능하고, 적어도 부분적으로 상기 지지 부재(36, 36')를 수용하는 격벽부를 규정하는 흐름 디플렉터(flow deflector)(85)를 포함하고,
상기 허브(12)는:
- 관형 본체(51)와, 상기 본체(51)로부터 상기 제 1 축(A)을 향해 그리고 상기 제 1 축(A)에 직교하여 연장되는 제 1 및 제 2 링(52, 53)을 포함하고;
상기 도전 부재(32)는 상기 제 2 링(53)에 끼워지고;
상기 흐름 디플렉터(85)는 금속으로 제조되고 상기 제 1 링(52, 52')에 연결된 복수의 열 전도 링(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 1 항에 있어서,
제 1 에피사이클릭 기어열(17; first epicyclic gear train)을 포함하고;
상기 제 1 에피사이클릭 기어열(17)은, 차례로:
- 상기 항공기(1)의 상기 주 변속기 그룹(7)의 출력 샤프트에 연결 가능한 태양 기어(20);
- 지지 구조체(10)에 의해 규정되는 크라운 기어(23);
- 상기 태양 기어(20) 및 크라운 기어(23)와 동시에 맞물리는 복수의 유성 기어(21); 및
- 상기 유성 기어(21) 및 상기 회전 부재(11, 151)에 연결된 제 1 캐리어(22)를 포함하고;
상기 유성 기어(21)는 상기 제 1 축(A)과 평행하고 이와 별개인 각각의 제 2 축들(E)을 중심으로 회전 가능하며 상기 제 1 축(A)을 중심으로 돌아가도록(revolute) 장착되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 2 항에 있어서,
- 상기 지지 구조체(10)에 연결되고 상기 제 1 축(A)을 중심으로 고정되는 연결 부재(35); 및
- 상기 연결 부재(35)와 상기 지지 부재(36, 36') 사이에 기능적으로 개재된 제 2 에피사이클릭 기어열(37, 37')을 포함하는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 에피사이클릭 기어열(37, 37')은:
- 상기 지지 부재(36, 36')에 의해 규정되고 상기 제 1 축(A)을 중심으로 회전 가능한 제 1 기어(45);
- 상기 허브(12)와 회전식으로 일체형이고 사용시, 상기 허브(12)에 의해 상기 제 1 축(A)을 중심으로 회전 구동되는 제 2 기어(48);
- 적어도 한 쌍의 제 3 유성 기어(46); 및
- 상기 제 3 유성 기어(46)에 연결된 제 2 캐리어(47)를 포함하고;
상기 제 3 유성 기어(46)는 상기 제 1 기어(45) 및 상기 제 2 기어(48)와 동시에 맞물리고, 상기 제 1 축(A)과 평행하고 이와 별개인 각각의 제 3 축들(F)을 중심으로 회전 가능하며, 상기 제 1 축(A)을 중심으로 돌아가도록 장착되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 4 항에 있어서,
상기 제 2 캐리어(47)는 상기 지지 구조체(10)에 연결되고 상기 제 1 축(A)을 중심으로 고정되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 3 항에 있어서,
상기 제 2 에피사이클릭 기어열(37') 및 상기 지지 부재(36')는 상기 허브(12)의 축방향 크기 내에 축 방향으로 포함되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 캐리어(47)는 상기 제 1 에피사이클릭 기어(17)의 상기 태양 기어(20)에 연결되고 상기 제 1 축(A)을 중심으로 상기 제 1 및 제 2 회전 속도(ω1, ω2)와 다른 제 3 회전 속도(ω0)로 회전 가능한 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 1 항에 있어서,
상기 흐름 디플렉터(85)는 상기 도전 부재(32)에 전기적으로 연결된 전력 저장 수단(89) 및/또는 사용시 상기 소스(30) 및 상기 도전 부재(32)에 의해 발생된 열을 방산시키는 열 방산 수단(90; heat dissipating means)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 1 항에 있어서,
상기 지지 부재(36, 36', 36")는 상기 제 1 축(A)을 따라 서로 축 방향으로 대면하는 위치에서 각각의 소스들(30)을 지지하는 한 쌍의 제 3 링(39, 40)을 포함하고;
상기 제 2 링(53)은 상기 제 1 축(A)을 따라 상기 제 3 링들(39, 40) 사이에 축 방향으로 개재되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 1 항에 있어서,
상기 도전 부재(32, 169)와 상기 블레이드(13, 154) 사이에 개재된 전기 연결 수단(87)을 포함하고;
상기 전기 연결 수단(87)은 상기 블레이드(13) 내부에 임베딩된 방빙(anti-icing) 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.
제 4 항에 있어서,
상기 허브(12)는, 상기 관형 본체(51)로부터 상기 제 1 축(A)을 향해 그리고 상기 제 1 축(A)에 직교하여 연장되는 제 4 링(48)을 더 포함하고;
상기 제 4 링(48)은 상기 제 2 및 제 3 링(53 , 52 , 52') 사이에 축 방향으로 개재되며;
상기 링(48)은 상기 제 3 유성 기어(46)의 방사상 외측 톱니부와 맞물리는 상기 제 1 축(A)에 대해 방사상 내측 톱니부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 호버링 가능한 항공기.