KR102310184B1 - 헬리콥터 안티-토크 로터 - Google Patents

Abstract

헬리콥터의 안티-토크 로터로서, 다음을 구비한다: 지지 몸체; 제 1 축을 중심으로 지지 몸체에 대하여 회전하는 구동 샤프트; 구동 샤프트에 작동 가능하게 연결되고 제 1 축에 대해 각도가 고정된 허브; 허브에 작동 가능하게 연결되고, 제 1 축에 대해 각도가 고정되며, 및 블레이드의 피치 각을 조정할 수 있도록 제 2 축에 대해 각도적으로 움직일 수 있는 적어도 하나의 블레이드; 블레이드의 피치 각을 조정하기 위해 제 2 축에 대하여 블레이드를 회전시키도록 작동할 수 있는 액추에이터; 액추에이터는 제 1 축을 따라 토크를 발생시킬 수 있는 전기 모터를 구비하며; 또한 기계적 스테이지는 전기 모터와 블레이드 사이에 위치하고, 토크를 블레이드의 각각의 제 2 축에 대한 회전으로 변환하도록 설계되며; 전기 모터는 지지 몸체에 고정된다.

Description

헬리콥터 안티-토크 로터{HELICOPTER ANTI-TORQUE ROTOR}

본 발명은 헬리콥터 안티-토크 로터에 관한 것이다.

헬리콥터는 동체(fuselage); 동체의 상부 중앙에 장착된 메인 로터; 메인 로터로부터 동체를 향해 전달되는 토크를 상쇄시키기 위한 안티-토크 꼬리 로터(anti-torque tail rotor)를 포함하는 것으로 알려져 있다.

안티-토크 꼬리 로터는 실질적으로 다음을 포함한다:

- 제 1 축을 중심으로 회전하는 구동 샤프트(drive shaft);

- 제 1 축을 중심으로 구동 샤프트와 함께 회전이 가능하도록 구동 샤프트에 작동 가능하게 연결되는 허브(hub); 및

- 제 1 축을 중심으로 허브와 일체로써 회전이 가능하고, 허브로부터 돌출되고, 제 1 축에 대해 교차하는 각각의 제 2 축을 따라 연장되는 다수의 블레이드.

따라서 블레이드는 구동 샤프트 및 허브와 일체로써 제 1 축을 중심으로 하여 회전한다.

또한, 블레이드는 각각 제 2 축을 중심으로 회전하여 공기의 흐름에 대한 블레이드의 피치 각을 조정할 수 있도록 허브에 장착되고, 그리하여 블레이드에 의해 발생된 양력을 조정하고 이를 통해 안티-토크 로터에 의해 발생된 추력을 조정한다.

한 가지 알려진 해결책에서, 헬리콥터는 다음을 포함한다:

- 헬리콥터의 동체에 의해 규정된 조종실(cockpit) 내부에 있는 조종사가 작동하는 페달;

- 제 1 축을 따라 이동 가능하고 각각의 제 2 축을 중심으로 같은 각도로 블레이드를 회전시킬 수 있도록 블레이드에 작동 가능하게 연결되어 안티-토크 로터에 의해 발생된 양력을 조정하는 로드; 및

- 페달을 블레이드 대향부의 로드 단부에 작동 가능하게 연결하고, 조종사에 의한 페달의 충동적 조작에 의해 발생한 기계적 펄스에 의해 횡단되는 메커니즘.

또한 헬리콥터는, 메커니즘을 통해 기계적 펄스에 의해 제어되며 강제로 증폭된 기계적인 펄스를 로드 단부에 공급하도록 설계된 유압 액추에이터를 포함한다.

유압 액추에이터는 다음을 포함한다:

- 기계적 펄스에 의해 제어되며 가압된 오일로 채워진 챔버를 규정하는 실린더, 및 제 1 축에 교차하는 제 3 축을 따라 슬라이딩하는 피스톤을 포함하는 유압 서보-액추에이터;

- 제 3 축에 따라 일어나는 피스톤의 병진 운동을 제 1 축에 따른 로드의 병진 운동으로 변환시키는 제 1 링키지; 및

- 제 1 축에 따른 로드의 병진 운동을 각각 제 2 축을 중심으로 하는 블레이드의 회전 운동으로 변환시키는 제 2 링키지.

보다 구체적으로, 유압 서보-액추에이터는 로터에 작동 가능하게 연결된 트랜스미션 그룹에 고정되고, 제 1 및 제 2 링키지는 부분적으로 동체 내부 및 부분적으로 안티-토크 로터 내부에 수용된다.

블레이드의 피치 각의 정확한 조정에 관해서는 만족스럽지만, 전술한 해결책은 여전히 개선의 여지를 남긴다.

특히, 공지된 유압 액추에이터는 많은 구성 부품을 포함하고, 따라서 생산, 조립 및 유지 보수가 복잡하다.

이것은 실질적으로 메커니즘이 부분적으로 동체 내부에 수용되고 부분적으로 헬리콥터의 안티-토크 로터 내부에 수용되기 때문이다.

따라서 생산, 조립 및 유지 보수가 용이한 액추에이터를 포함하는 헬리콥터 안티-토크 로터에 대한 필요성이 업계 내에서 느껴졌다.

블레이드의 피치 각이 조정됨에 있어 정밀도 및 반복성을 가능한 한 최대로 하여, 안티-토크 로터 및 헬리콥터의 기동성에 대한 제어를 전체적으로 향상시킬 필요성 또한 업계 내에서 느껴졌다.

전술한 액추에이터는 주로 유압 모터 오일 공급 및 오일의 압력 유지를 위해 필연적으로 안티-토크 로터 내부에 오염을 발생시킨다. 이 가압된 오일의 관리는 빈번한 유지 보수 및 오일 폐기를 필요로 한다.

따라서 액추에이터에 의한 오염(fouling)을 최소화하면서, 동시에 안티-토크 로터의 블레이드의 피치 각을 조정할 필요성이 업계 내에서 느껴졌다.

미국 특허 제 2,387,617 호 및 미국 특허출원 제 2010/012309 호는 피치 각이 고정된 블레이드를 구비하고 전기 모터에 의해 회전하는 안티-토크 로터를 구비한 헬리콥터를 개시한다.

미국 특허 제 8,464,980 호는 안티-토크 로터 구동 샤프트를 회전시키기 위한 전기 모터의 사용을 개시한다.

미국 특허출원 제 2009/0140095 호는 헬리콥터 안티-토크 로터를 회전시키기 위한 전기 모터의 사용을 개시한다.

미국 특허출원 제 2013/0264412 호는 구동 샤프트를 회전시키기 위한 전기 모터의 사용; 및 전기 모터와 안티-토크 로터 사이에 기능적으로 위치하고, 로터 블레이드의 피치 각을 조정하도록 설계된 조정 수단을 개시한다. 조정 수단은 메모리 유니트 및 컴퓨팅 유니트를 포함한다.

미국 특허 제 4,555,219 호는 4개의 블레이드가 있는 단 하나의 로터를 가지는 엑스윙(X-wing) 항공기를 개시한다.

영국 특허출원 제 2149372 호는 어떠한 안티-토크 꼬리 로터도 없이 동축으로 장착된 제 1 및 제 2 로터를 포함하는 헬리콥터를 개시한다. 제 1 로터는 한 개의 제 1 메인 샤프트 및 제 1 메인 샤프트에 의해 회전 구동하는 두 개의 제 1 블레이드를 포함한다. 제 2 로터는 제 1 메인 샤프트 및 이와 동축으로 장착된 제 2 메인 샤프트 및 제 2 축에 의해 회전 구동하는 두 개의 제 2 블레이드를 포함한다.

더욱이 헬리콥터는, 각각의 제 1 및 제 2 로터에 대해, 다음을 포함한다:

- 한 개의 전기 모터;

- 전기 모터의 작동에 따라 축 방향으로 이동 가능하고, 각도가 고정되어 제 1 링키지에 의해 제 1 블레이드의 단부에 연결되는 제 1 추가 샤프트; 및

- 전기 모터의 작동에 따라 축 방향으로 이동 가능하고, 각도가 고정되어 제 2 링키지에 의해 제 2 블레이드의 단부에 연결되는 제 2 추가 샤프트.

제 1 추가 샤프트, 제 2 추가 샤프트 및 관련된 메인 샤프트는 동축으로 장착된다.

미국 특허 제 2,699,833 호는 메인 로터 및 상대적으로 가변적인 피치 각을 갖는 블레이드를 구비한 안티-토크 꼬리 로터를 구비한 헬리콥터를 개시한다. 헬리콥터는 메인 로터를 제어하기 위한 메인 모터 및, 메인 로터에 반응하여 또는 페달을 통해 작동되고 안티-토크 꼬리 로터의 블레이드의 피치 각을 조정하는 보조 모터를 더 포함한다.

보조 모터는 안티-토크 꼬리 로터의 외부에 배치된다.

본 발명의 목적은 상기한 요구 중 적어도 하나를 저렴하고 용이하게 충족시키도록 설계된 헬리콥터를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 청구항 제 1 항에 따른 헬리콥터가 제공된다.

본 발명의 두 개의 바람직한 실시 형태는 첨부 도면을 참조하여 이하 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 헬리콥터 및 안티-토크 로터의 평면도를 도시한다;
도 2는 도 1의 헬리콥터의 안티-토크 로터의 제 1 실시 형태를 도시하는 부분 단면 확대-사시도로서, 설명을 위해 부품이 제거되어 있다;
도 3은 도 2의 안티-토크 로터의 제 1 작동 위치를 도시하는 정면도로서, 설명을 위해 부품이 제거되어 있다;
도 4는 도 2의 안티-토크 로터의 제 2 작동 위치를 도시하는 정면도로서, 설명을 위해 부품이 제거되어 있다;
도 5는 도 2 내지 4의 안티-토크 로터를 도시하는 확대-단면도이다;
도 6은 본 발명에 따른 안티-토크 로터의 제 2 실시 형태를 도시하는 확대-단면도이다; 및
도 7은 도 1의 헬리콥터의 다른 구성 요소를 도시하는 측면도이다.

도 1의 도면 부호 1번은 노즈(5)를 갖는 동체(2)를 실질적으로 포함하고; 동체(2) 상부에 장착되고 축(A)을 중심으로 회전 가능한 메인 로터(3); 노즈(5)의 대향 단부에서 동체(2)로부터 돌출하는 핀에 장착되는 안티-토크 꼬리 로터(4)를 포함하는 헬리콥터를 지칭한다.

보다 구체적으로, 메인 로터(3)는 헬리콥터(1)를 상승시키기 위한 양력을 헬리콥터(1)에 제공하고, 로터(4)가 핀에 힘을 가하여 동체(2)에 직선화된 토크를 발생시킴으로써 전방으로 움직이기 위한 추력을 제공한다. 직선화된 토크는 메인 로터(3)에 의해 동체(2)에 가해지는 토크의 균형을 이루며, 그렇지 않으면 동체(2)를 축(A)을 중심으로 회전시킬 것이다.

로터(4)는 실질적으로 다음을 포함한다(도 2 내지 5):

- 메인 로터(3)의 회전축(A)에 대해 교차하는 축(B)을 중심으로 회전하는 구동 샤프트(10);

- 축(B)을 중심으로 샤프트(10)에 대해 각도가 고정된 허브(11); 및

- 축(B)의 대향 측면 상에 허브(11)로부터 돌출되어, 축(B)을 중심으로 허브(11)에 대해 각도가 고정되고, 허브(11)에 장착되어 각각의 축(D)을 중심으로 회전하여, 외부의 공기 흐름에 따른 피치 각을 조정하기 위한 두 개의 블레이드(12).

보다 구체적으로, 블레이드(12)는 도시된 실시예에서, 축(B)에 교차하는 직선을 따라 놓이는 각각의 축(D)을 따라 길이 방향으로 연장된다.

도시된 실시예에서, 로터(4)는 소위 "티터링 로터(teetering rotor)", 즉 허브(11)가 샤프트(10)에 대해 축(B, D)에 대해 수직인 축을 중심으로 진동할 수 있어서 블레이드(12)가 플랩(flap)할 수 있게 해 준다.

도시된 실시예에서, 샤프트(10)는 내부가 비어 있다.

또한 각 블레이드(12)는 다음을 포함한다(도 2 내지 5):

- 축(B)의 방사상으로 근접하고 허브(11)에 연결된 루트(13a); 및

- 축(D)에 대하여 평행하게 연장되고 허브(11) 및 축(B)에 대한 루트(13a)의 대향 측면 상에 위치하는 긴 몸체(13b).

또한 로터(4)는 다음을 포함한다:

- 도시되지 않은 방식으로, 동체(2)와 연결되고 축(B)에 대하여 고정된 지지 몸체(14);

- 구동 토크를 엔진(도시되지 않음)으로부터 샤프트(10)에 전달하여, 허브(11) 및 블레이드(12)를 축(B)을 중심으로 회전시키는 구동부(15)(도 3 및 4); 및

- 각각의 축(D)에 대하여 블레이드(12)를 회전시켜 블레이드(12)의 피치 각의 조정을 위해 작동하는 액추에이터(16).

도 2 및 3을 참고하면, 지지 몸체(14)는 다음을 포함한다:

- 축(B, D)에 교차하는 축(C)을 주로 따라 연장되는 몸체(17);

- 몸체(17)에 연결되고 몸체(17)의 블레이드(12)에 대향하는 측면에 위치하는 몸체(18)(도 3); 및

- 몸체(17)와 연결되고 몸체(17)에서 블레이드(12)와 동일한 측면 상에 위치하는 몸체(19).

보다 구체적으로, 구동부(15)는 다음을 차례로 포함한다(도 3 및 4):

- 축(C)을 중심으로 회전하도록 몸체(17)에 의해 지지되고, 작동 가능하도록 엔진에 연결된 구동 샤프트(20);

- 축(B)에 대해 평행하게 연장되고, 샤프트(10)에 부분적으로 수용되며, 스플라인 커플링(22)에 의해 샤프트(10)와 일체로써 회전하는 샤프트(21); 및

- 샤프트(20)와 샤프트(21) 사이에 위치하며, 샤프트(20) 상의 치 형부(23) 및 샤프트(21) 상의 치형부(24)로 규정되고 치형부(23)와 맞물린 베벨 기어.

액추에이터(16)는 유리하게 다음을 포함한다:

- 축(B)을 따라 토크를 생성하기 위한 전기 모터(25)(도 2 및 3에 개략적으로만 도시됨); 및

- 전기 모터(25)와 블레이드(12) 사이에 위치하며 전기 모터(25)에 의해 생성된 토크를 축(D)을 중심으로 하는 블레이드(12)의 회전으로 변환시키는 기계적 스테이지(30); 그리고 전기 모터(25)는 지지 몸체(14) 내부에 위치한다.

따라서 전기 모터(25)는 안티-토크 로터(4)에 일체화된다.

본 명세서의 '기계적 스테이지'라는 용어는 전기 모터(25)와 블레이드(12)가 기계 부품에 의해서만 서로 연결되어 상호 접촉으로 어느 하나로부터 다른 것으로 움직임을 전달하는 것을 의미한다. 달리 말하면, 어떠한 전기, 공압 또는 유압 부품도 전기 모터(25)와 블레이드(12) 사이에 위치하지 않는다.

보다 구체적으로, 전기 모터(25)는 다음을 포함한다(도 2 및 5):

- 축(B)에 대해 환형인 고정자(26);

- 고정자(26)에 전기적으로 연결되고 고정자(26)에 의해 생성된 전기적인 토크에 의해 축(B)을 중심으로 회전할 수 있는 로터(27); 및

- 지지 몸체(14)에 고정되고 고정자(26)와 로터(27)를 수용할 수 있는 하우징(28).

도시된 실시예에서, 로터(27)는 축(B)을 기준으로 고정자(26)의 방사상 내측에 위치한다.

도시된 실시예에서, 전기 모터(25)는 영구 자석 형이다.

보다 구체적으로, 영구 자석은 로터(27) 상에 위치하며, 고정자(26)는 직류-권선을 포함한다.

본 발명의 도면 1 내지 5의 실시 형태에서, 하우징(28)은 몸체(19)에 고정되고, 몸체(18)에 대해 대향되며, 몸체(19)로부터 블레이드(12)를 향해 돌출된다.

유리하도록, 기계적 스테이지(30)는 다음을 포함한다:

- 축(B)을 중심으로 회전하며 전기 모터(25)의 로터(27)에 작동 가능하게 연결된 샤프트(31); 및

- 축(B)에 대해 환형이고, 축(B)과 평행하게 슬라이딩하고, 샤프트(31) 및 블레이드(12)에 작동 가능하게 연결된 슬라이드(32).

샤프트(31)는 축(B)을 따라 연장되며 다음을 차례로 포함한다:

- 로터(27)와 연결되며 축(B)에 대해 각도 고정된 부분(35); 및

- 축(B)에 방사상으로 대향하는 측면 상에 나사식 단부면(37)을 규정하는 부분(36).

보다 구체적으로, 부분(35)은 블레이드(12)의 대향 단부에 축 방향으로 위치하며, 부분(36)은 블레이드(12)를 마주보는 단부에서 축 방향으로 위치한다.

슬라이드(32)는 축(B)을 따라 연장되며 다음을 차례로 포함한다(도 5):

- 축(B)을 따라 연장된 환형인 메인 몸체(38); 및

- 축(B)에 대향하는 측면에서 메인 몸체(38)로부터 방사상으로 돌출하고, 블레이드(12)의 대향 단부에서 슬라이드(32)의 축 방향 측면을 규정하는 플랜지(41).

보다 구체적으로, 플랜지(41)는 또한 축(B)에 대하여 환형이며, 축(B)의 일측에서만 방사상으로 돌출하는 부분(42)을 포함한다.

달리 말하면, 플랜지(41)는 축(B)에 대해 비대칭이다.

메인 몸체(38)는 부분(36)의 표면(37)과 맞물리는 나사면(39)에 의해 축(B)에 대해 방사상 내측으로 구속된다.

달리 말하면, 샤프트(31)의 표면(37)은 축(B)을 중심으로 회전하는 나사를 규정하고, 슬라이드(32)의 표면(39)은 상기 나사와 나사 결합하고 축(B)을 따라 움직일 수 있는 너트 나사를 규정한다.

보다 구체적으로, 슬라이드(32)는 축(B)에 대하여 샤프트(31)의 방사상 외측에 위치한다.

샤프트(31)는 축(B)에 대하여 샤프트(10)의 방사상 외측에 위치한다.

또한, 로터(4)는 샤프트(31)의 대향면(37)인 표면(40)과 샤프트(10) 사이에 방사상으로 위치하며, 축(B)을 중심으로 하는 두 개의 환형 베어링(33)을 포함한다.

보다 구체적으로, 표면(40)은 축(B)을 중심으로 방사상 내측에 샤프트(31)를 규정한다.

따라서 베어링(33)은 샤프트(31 및 10)가 축(B)을 중심으로 상이한 각속도로 회전할 수 있도록 허용한다.

또한, 액추에이터(16)는 축(B)을 따라 일어나는 슬라이드(32)의 병진 운동을 각각의 축(D)을 중심으로 동일한 각도만큼 블레이드(12)의 회전으로 변환시키기 위해 슬라이드(32)와 블레이드(12) 사이에 위치한 링키지(45)를 포함한다.

보다 구체적으로, 링키지(45)는 다음을 포함한다:

- 슬라이드(32)에 장착되고, 축(B)을 중심으로 슬라이드(32)에 대해 회전하는 몸체(46); 및

- 각각의 축(E)을 중심으로 몸체(46)와 힌지 연결되고, 각각의 축(F)을 중심으로 각각의 블레이드(12)의 루트(13a)와 힌지 연결되는 두 개의 레버(47).

보다 구체적으로, 몸체(46)는 슬라이드(32)와 일체로써 축(B)과 평행한 방향으로 움직일 수 있다.

몸체(46)는 축(B)에 대하여 슬라이드(32)의 방사상 외측에 위치한다.

또한 로터(4)는 몸체(46)와 슬라이드(32)가 서로에 대하여 축(B)을 중심으로 회전하는 것을 허용하기 위해 몸체(46)와 슬라이드(32) 사이에 방사상으로 위치하는 두 개의 베어링(48)(도 5)을 포함한다.

도시된 실시예에서, 베어링(48)은 축(B)과 동축인 환형의 구름 베어링이다.

레버(47)는 관련된 축(D)에 대하여 편심되어 루트(13a)에 힌지 연결된다.

달리 말하면, 축(F)은 관련된 축(D)에 대하여 편심되어 있다.

따라서 축(B)을 따라 이루어지는 슬라이드(32)의 (도 3, 도 4 및 도 5의 오른쪽 또는 왼쪽으로의) 병진 운동은 축(D)을 중심으로 블레이드(12)를 회전시킨다.

축(E)은 축(B) 및 축(C)과 수직이다.

축(F)은 축(E)과 평행하고 축(B) 및 축(C)과 수직이다.

또한 로터(4)는 슬라이드(32)가 축(B)을 중심으로 샤프트(31)와 일체로써 회전하는 것을 방지하기 위한 회전 방지 장치(49)를 포함한다.

회전 방지 장치(49)는 지지 몸체(14)와 슬라이드(32) 사이에 위치한 링키지(50)를 포함한다.

보다 구체적으로, 링키지(50)는 지지 몸체(14)의 몸체(19) 및 슬라이드(32)의 부분(42) 사이에 위치한다.

보다 구체적으로, 링키지(50)는 다음을 포함한다:

- 축(E)과 평행한 축(G)을 중심으로 지지 몸체(14)의 몸체(19)와 힌지 연결된 레버(51); 및

- 축(G 및 E)과 평행한 축(H)을 중심으로 플랜지(41)와 힌지 연결되고, 축(G, E 및 H)과 평행한 축(I)을 중심으로 레버(51)와 힌지 연결된 레버(52).

축(G, H 및 I)은 축(E 및 F)과 평행하고, 축(B 및 C)과 수직이다.

헬리콥터(1)는 다음을 더 포함한다(도 7):

- 동체(2)에 배치되고 조종사에 의해 작동될 수 있는 복수의 페달(110);

- 축(B)을 따른 슬라이드(32)의 위치 및 이에 따른 블레이드(2)의 피치 각과 관련된 신호를 생성하도록 구성된 센서(111); 및

- 페달(110)에 기능적으로 연결되어, 센서(111)로부터 신호를 받고 전기 모터(25)에 대한 컨트롤 신호를 생성할 수 있는 컨트롤 유니트(112).

센서(111)는, 예를 들어, 리솔버(resolver) 또는 LVDT 센서일 수 있다.

도시된 실시 형태에서, 전기 모터(25)는 헬리콥터(1)의 메인 터빈에 의해 구동된다.

대안적으로, 전기 모터(25)는 로터(4, 4')의 내부 또는 외측에 수용된 배터리 그룹으로부터 전기 에너지를 공급받을 수 있다.

실제 사용에서, 구동부(15)는 축(B)을 중심으로 샤프트(10)를 회전시킨다.

허브(11)과 블레이드(12)는 축(B)을 중심으로 샤프트(10)와 일체로써 회전한다.

샤프트(10)는 축(B)을 중심으로 회전하고, 축(B)을 중심으로 허브(11)와 블레이드(12)를 차례로 일체로써 회전시킨다.

로터(4)가 작동할 때, 액추에이터(16)는 공기 흐름에 대한 블레이드(12)의 피치 각을 조정하고 이에 따라 로터(4)에 의해 생성된 추력을 조정하도록 작동될 수 있다.

보다 구체적으로, 전기 모터(25)는 축(B)을 중심으로 샤프트(31)를 회전시키는 토크를 생성한다.

슬라이드(32)의 나사면(39)과 맞물리는 샤프트(31)의 나사면(37)의 덕분에, 샤프트(31)의 회전은 슬라이드(32)가 축(B)과 평행하게 병진 운동하게 한다.

축(B)과 평행한 슬라이드(32)의 병진 운동은 링키지(45)의 몸체(46)의 유사한 병진 운동을 생성한다(도 3 및 4).

도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 축(B)과 평행한 몸체(46)의 병진 운동은 축(E 및 F)에 대해 레버(47)를 회전시키고, 축(B)에 대한 레버(47)의 기울기를 조정한다.

이러한 기울기 조정은 두 레버(47) 모두에 대해 동일하며, 축(F)이 축(D)에 대하여 편심되어 있기 때문에 축(D)에 대하여 동일한 각도로 블레이드(12)를 회전시킨다.

따라서 공기 흐름에 대한 블레이드(12)의 피치 각이 조정된다.

슬라이드(32)가 축(B)에 대해 평행하게 이동함에 따라, 링키지(50)는 슬라이드(32)가 축(B)을 중심으로 회전하는 것을 방지한다.

도 6의 도면부호 4'는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 헬리콥터용 안티-토크 로터를 전체로서 나타낸다. 로터(4')는 로터(4)와 유사하며, 이들의 차이점에 대해서만 아래에서 설명한다; 로터(4, 4')의 상응하거나 동일한 부분은 가능한 한 동일한 도면 부호를 사용하여 지칭한다.

특히, 로터(4')는 지지 몸체(14') 내부에 수용된 전기 모터(25')로 인해 로터(4)와 상이하다.

보다 구체적으로, 지지 몸체(14')는 몸체(19' 및 18')가 축(B)과 동축인 각각 종의 형태이고, 몸체(17')로부터 블레이드(12) 쪽으로, 그리고 몸체(17')로부터 블레이드(12)로부터 멀어지는 방향으로 축(B)을 향하여 각각 테이퍼링된다는 점에서 지지 몸체(14)와 상이하다.

또한, 지지 몸체(14')는 몸체(17') 및 몸체(18') 사이에 위치하고 축(B)에 대하여 환형인 플랜지(68')를 포함한다는 점에서 지지 몸체(14)와 상이하다.

또한, 로터(4')는 전기 모터(25')가 몸체(18') 내부에 수용된다는 점에서 로터(4)와 상이하다.

액추에이터(16')는 몸체(18')에 고정되고 고정자(26)가 고정되는 하우징(28')을 포함한다는 점에서 액추에이터(16)와 상이하다.

기계적 스테이지(30')는 다음을 포함하는 샤프트(10')에 의해 기계적 스테이지(30)와 상이하다:

- 허브(11)에 고정된 축 방향 단부(76');

- 단부(76')와 대향하고 몸체(18') 내부에 수용되는 축 방향 단부(77'); 및

- 몸체(17') 내부에 부분적으로 수용되고, 몸체(19') 내부에 부분적으로 수용되는 메인 부분(75').

또한, 로터(4')는 다음을 포함한다:

- 축(B)에 대해 환형이고 몸체(19') 및 샤프트(10')의 부분(75') 사이에 방사상으로 위치하는 밀봉부(78');

- 축(B)에 대해 환형이고 샤프트(10')의 부분(75')과 몸체(17') 사이에 방사상으로 위치하는 구름 베어링(79'); 및

- 축(B)에 대해 환형이고 플랜지(68')와 샤프트(10') 사이에 방사상으로 위치하는 구름 베어링(80').

기계적 스테이지(30')는 축(B)에 대하여 방사상 내측으로 축(31')을 규정하는 나사면(37') 및 축(B)에 대하여 방사상 외측으로 슬라이드(32')를 규정하는 나사면(39')에 의해 기계적 스테이지(30)와 상이하다.

달리 말하면, 샤프트(31')는 너트 나사를 규정하고, 슬라이드(32')는 나사를 규정한다.

샤프트(31')는 몸체(18') 내부에 수용된다는 점에서 샤프트(31)와 상이하다.

또한, 기계적 스테이지(30')는 샤프트(31')가 동축으로 슬라이드(32')를 둘러싸고 있다는 점에서 기계적 스테이지(30)과 상이하다.

또한, 기계적 스테이지(30')는 축(B)에 대해 환형이고 방사상 외측으로 하우징(28')과 샤프트(31')의 표면(39') 사이에 위치하는 축(B) 및 방사상 대향면(37')에 대해 방사상으로 두 개의 구름 베어링(84')을 포함한다.

슬라이드(32')는 다음을 포함한다는 점에서 슬라이드(32)와 상이하다;

- 몸체(18')의 내부에 수용되고 샤프트(31')의 나사면(37')에 나사 결합된 나사면(39')을 규정하는 튜브(85'); 및

- 축(B)을 따르는 로드(86')의 병진 운동을 각각의 축(D)에 대한 블레이드(12)의 회전으로 변환하기 위해, 튜브(85')의 대향 단부에 블레이드(12)에 작동 가능하도록 연결된 로드(86').

보다 구체적으로, 로드(86')와 튜브(85')는 서로 일체형이다.

도시된 실시예에서, 로드(86')는 튜브(85')보다 큰 직경을 가진다.

튜브(85 ')는 맞물린 나사면(37' 및 39 ')이 축(B)을 중심으로 회전하는 슬라이드(32')로부터 이탈하는 것을 방지하기 위해 회전 방지 장치(49 ')에 의해 결합된 프리즘 형의 안착부(87')를 규정한다.

회전 방지 장치(49')는 축(B)을 따라 연장되며 몸체(18')에 고정되어 연장된 프리즘 형의 핀(88')을 포함한다.

또한, 튜브(85')는 로드(86')와 마주하는 튜브(85')의 축 방향 단부에 위치하여 축(B)을 중심으로 각도상 공간을 형성한 다수의 방사상 구멍(89')을 포함하여 샤프트(31')로부터 공기가 빠져 나가도록 설계된다.

로드(86')는 다음을 차례로 포함한다:

- 링키지(45')에 의해 블레이드(12)를 작동 가능하게 연결된 축 방향 단부(90'):

- 축 방향 단부(90')에 대향하고 몸체(18')에서 로드(86')를 규정하는 축 방향 단부(91'); 및

- 축 방향 단부(90' 및 91') 사이에 축 방향으로 위치하고 구동 샤프트(10') 및 허브(11)의 내부에서 느슨하게 연장된 메인 부분(92').

링키지(45')는 다음을 포함한다는 점에서 링키지(45)와 상이하다:

로드(86')에 장착되고, 축(B)을 따라 축 방향으로 일체형이며 로드(86')에 대해 축(B)을 중심으로 각도를 이루어 움직일 수 있는, 몸체(46'); 및

- 각각의 축(E')을 중심으로 몸체(46')와 힌지 연결되고, 각각의 축(F')을 중심으로 각각의 블레이드(12)의 루트(13a)와 힌지 연결된 두 개의 레버(47').

몸체(46')는 다음을 차례로 포함한다:

- 로드(86')에 장착되고 로드(86')의 축 방향 단부(90')를 둘러싸는 관 모양의 부재(51'); 및

- 부재(51')로부터 축(B)에 대해 각각 반경 및 직경 방향의 반대 방향으로 돌출된 두 개의 암(52').

레버(47')는 각각의 축(E')을 중심으로 몸체(46')의 각각의 암(52')에 힌지 연결되며, 각각의 축(F')을 중심으로 각각의 블레이드(12)의 루트(13a)에 힌지 연결된다.

또한, 기계적 스테이지(30')는 다음을 포함한다:

- 축(B)에 대하여 환형이며 로드(86')의 축 방향 단부(88') 및 부재(51') 사이에 축(B)에 대하여 방사상으로 위치하는 두 개의 구름 베어링(94');

- 축(B)에 대하여 환형이며 로드(86')의 메인 부분(90') 및 허브(11') 사이에 방사상으로 위치하는 밀봉부(95'); 및

- 로드(86')의 메인 부분(90') 및 구동 샤프트(10') 사이에 방사상으로 위치하는 부싱(96'); 및

- 축(B)에 대하여 환형이며 베어링(80')에 인접하고, 몸체(17') 및 몸체(19')로부터 몸체(18')를 유체 밀봉하기 위한 밀봉부(100').

로터(4')의 작동은 로터(4)의 작동과 유사하며, 이들의 차이점에 대해서만 아래에서 설명한다;

보다 구체적으로, 전기 모터(25')는 축(B)을 중심으로 샤프트(31')를 회전시킨다.

튜브(85')의 나사면(39')과 맞물리는 샤프트(31')의 나사면(37') 덕분에, 샤프트(31')의 회전은 튜브(85') 및 로드(86')가 전체로서 축(B)과 평행하게 병진 운동하게 한다.

핀(88')은 튜브(85') 및 로드(86')가 축(B)을 중심으로 회전하는 것을 방지한다.

축(B)을 따른 로드(86')의 병진 운동은 축(B)과 평행한 몸체(46')의 유사한 병진 운동을 발생시키고, 레버(47')를 각각 힌지 축(E' 및 F')를 중심으로 회전시킨다.

각각의 축(F')에 대한 레버(47')의 회전은 블레이드(12)를 각각의 축(D')을 중심으로 동일한 각도만큼 회전시킨다.

따라서, 블레이드(12)의 피치 각 및 이에 따른 로터(4')에 의해 가해지는 추력이 조절된다.

베어링(94')은 몸체(46')가 로드(86')에 대하여 축(B)을 중심으로 회전하도록 허용한다.

본 발명에 따른 헬리콥터(1)의 장점은 상기한 설명으로부터 명백해질 것이다.

보다 구체적으로, 전기 모터(25, 25')는 로터(4, 4')의 지지 몸체(14, 14')에 고정되고, 기계적 스테이지(30, 30')에 의해 블레이드(12)에 연결된다.

이와 같이, 액추에이터(16, 16')는 로터(4, 4')에 완전히 일체화되며 전기 모터(25, 25')로부터 블레이드(12)로 운동을 전달하는 '접촉되는' 기계 부품만을 사용한다.

따라서, 액추에이터(16, 16')는 동체(2) 내부에 수용된 부품을 갖지 않는다.

따라서, 로터(4, 4')는 생산, 조립 및 유지 보수가 훨씬 쉬워진다.

전기 모터(25, 25')가 기계적 스테이지(30, 30')에 의해 블레이드(12)에 연결된 덕분에, 로터(4, 4')는 고도로 정밀하고, 반복 가능한 블레이드(12)의 피치 각 조정을 제공한다.

실제로, 슬라이드(32, 32')의 속도와 가속도는 오로지 샤프트(31, 31')와의 연결에 의해서만 결정되며, 제어 불가능한 외측의 파라미터에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는다.

나아가, 전기 모터(25, 25')와 기계적 스테이지(30, 30')는 가압된 오일 또는 기타 가압된 유체를 필요로 하지 않고, 따라서 공지된 안티-토크 로터와 비교했을 때 로터(4, 4')의 작동 수명을 연장시킨다.

액추에이터(16, 16')는 각각 서로 맞물리는 나사면(37, 37')과 나사면(39, 39')을 갖는 샤프트(31, 31')와 슬라이드(32, 32')를 포함한다.

이와 같이, 축(B)을 따르는 슬라이드(32, 32')의 이동 및 이에 따른 블레이드(12)의 피치 각의 조정은 매우 정확하다.

회전 방지 장치(49, 49')는 슬라이드(32, 32')가 축(B)을 따라 병진 운동을 하되, 축(B)을 중심으로 회전하지는 못하게 한다.

로터(4')는 전기 모터(25') 및 나사면(37', 39')이 지지 몸체(14')의 내부에 수납됨으로써 특히 유리하다.

이는 먼지와 같은 오물이 표면의 나사산(37', 39')을 손상시켜 이에 따라 블레이드(12) 피치 각의 조정을 손상시키는 것을 방지한다.

분명히, 첨부된 청구 범위에서 규정된 보호 범위를 벗어나지만, 여기에 기술되지 않고 설명되지 않은 방식으로 헬리콥터(1)이 변경될 수 있을 것이다.

보다 구체적으로, 동체(2)의 꼬리 빔에 통합된 로터(4, 4')는 강체 또는 관절형 안티-토크 로터일 수 있거나, 소위 '펜스 트론(fenestron)' 로터일 수 있다.

Claims (13)

1. 헬리콥터(1)로서:
   - 노즈(nose)(5)를 가지는 동체(fuselage)(2);
   - 상기 동체(2)의 상부에 장착된 메인 로터(3); 및
   - 상기 노즈(5)의 대향 측의 상기 동체(2)에 장착되는 안티-토크 로터(anti-torque rotor)(4); 를 포함하고,
   상기 안티-토크 로터(4)는:
   - 지지 몸체(14);
   - 상기 지지 몸체(14)에 대하여 제 1 축(B)을 중심으로 회전하는 구동 샤프트(10);
   - 상기 구동 샤프트(10)에 작동 가능하게 연결되고 상기 구동 샤프트(10)와 함께 상기 제 1 축(B)을 중심으로 각도적으로 회전 가능한 허브(11);
   - 적어도 한 쌍의 블레이드(12)로서, 상기 허브(11)에 작동 가능하게 연결되고, 상기 허브(11)와 함께 상기 제 1 축(B)을 중심으로 각도적으로 회전 가능하고, 상기 블레이드(12)의 피치 각을 조정하기 위해 상기 허브(11)에 대해서 그리고 제 2 축(D)을 중심으로 각도적으로 회전 가능한, 적어도 한 쌍의 블레이드(12); 및
   - 상기 블레이드(12)의 피치 각을 조정하기 위해, 상기 블레이드(12)를 상기 제 2 축(D)을 중심으로 회전시키도록 작동될 수 있는 액추에이터(16); 를 포함하며,
   상기 액추에이터(16)는:
   - 상기 제 1 축(B)을 따라 토크를 생성시키는 전기 모터(25); 및
   - 상기 토크를 각각의 제 2 축(D)을 중심으로 하는 상기 블레이드(12)의 회전으로 변환하도록 설계된 기계적 스테이지(30); 를 차례로 포함하며,
   단일의 상기 기계적 스테이지는 상기 전기 모터(25)와 적어도 두 개의 블레이드(12) 사이에 위치하며;
   상기 단일의 기계적 스테이지(30)는:
   - 상기 제 1 축(B)을 중심으로 회전하고, 상기 전기 모터(25)에 의해 상기 제 1 축(B)을 중심으로 회전되는 회전 부재(31); 및
   - 슬라이딩 부재(32)로서, 상기 제 1 축(B)을 따라 병진 운동하고, 상기 회전 부재(31)에 장착되며, 상기 적어도 두 개의 블레이드(12)가 상기 슬라이딩 부재(32) 및 관련된 상기 블레이드(12) 사이에 위치한 적어도 한 개의 링키지(45)에 의해 힌지 결합되는, 슬라이딩 부재(32);를 포함하며,
   상기 전기 모터(25)는 상기 지지 몸체(14)에 고정되고;
   상기 전기 모터(25)는:
   - 상기 제 1 축(B)에 대하여 환형인 고정자(26);
   - 상기 고정자(26)에 전기적으로 연결되고, 고정자(26)에 의해 생성된 전기 토크에 의해 상기 제 1 축(B)을 중심으로 회전할 수 있는 로터(27); 및
   - 상기 지지 몸체(14)에 고정되고 이로부터 돌출되며, 상기 고정자(26) 및 로터(27)를 수용하는 하우징(28); 을 포함하며,
   상기 전기 모터(25)는 상기 동체(2)의 외부 및 상기 구동 샤프트(10), 상기 블레이드(12) 및 상기 허브(11)에 대하여 외측에 배치되며;
   상기 회전 부재(31)는 제 1 나사면(37)을 규정하고, 상기 슬라이딩 부재(32)는 상기 제 1 나사면(37)과 맞물리는 제 2 나사면(39)을 규정하는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터(1).
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 링키지(45)는 상기 블레이드(12)에 힌지 연결되어 각각의 상기 제 2 축(D)에 대하여 편심되고, 상기 슬라이딩 부재(32)에 힌지 연결되는, 적어도 한 개의 제 1 레버(47)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지 몸체(14)에 장착되고, 상기 슬라이딩 부재(32)와 작동 가능하도록 연결되며, 상기 회전 부재(31)가 회전함에 따라 상기 슬라이딩 부재(32)가 회전하는 것을 방지하도록 설계된 회전-방지 장치(49)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 회전 방지 장치(49)는:
   - 상기 슬라이딩 부재(32)와 힌지 연결된 제 2 레버(51); 및
   - 상기 제 2 레버(51) 및 상기 지지 몸체(14)와 힌지 연결된 제 3 레버(52)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터.
   
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 회전 방지 장치(49)는 상기 제 1 축(B)의 일측에 위치하는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 구동 샤프트(10)의 적어도 일부는 상기 회전 부재(31)의 적어도 일부의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는,
   헬리콥터.
   
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