KR102389208B1 - 항공기용 mr 하이브리드 제동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제동토크를 항공기 규모에 맞게 극대화할 수 있는 항공기용 MR 하이브리드 제동장치로서, 항공기용 MR 하이브리드 제동장치는 착륙장치 하단부에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 중앙을 통과하는 휠 축과, 상기 휠 축에 커플링되어 휠과 함께 회전하는 디스크 로터, 상기 스테이터와 상기 디스크 로터 사이에 형성되는 공극, 상기 공극에 충진되는 MR유체, 및 상기 MR유체에 자기장을 인가하기 위해 상기 공극 부근의 스테이터 내부에 배치되는 솔레노이드 코일을 포함하고, 또한 상기 MR유체의 압력을 높여 항공기의 제동토크를 증폭시키기 위해 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용할 수 있도록 상기 스테이터의 적어도 일측에 상기 올레오 완충장치와 연결되는 압력공급포트를 구비한다.

Description

항공기용 MR 하이브리드 제동장치{MR hybrid brake system for aircraft}

본 발명은 MR유체를 이용한 항공기용 제동장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 항공기용 MR 하이브리드 제동장치에 관한 것이다.

일반적으로 항공기에 탑재된 제동장치의 주 기능은 항공기의 안전한 착륙을 위하여 속도를 감속하여 착륙거리를 단축하는 것이다. 대표적인 종래의 항공기용 제동장치의 형태로는 도 1에 도시한 바와 같이 유압 회로를 이용한 멀티 디스크 타입의 브레이크가 있다. 멀티 디스크 타입 브레이크는 피스톤의 움직임에 의해 회전 디스크와 고정 디스크가 서로 압착하게 되고, 이로 인해 디스크 사이의 표면마찰이 발생하여 항공기를 제동하게 된다. 그러나, 이러한 형태의 제동장치는 표면마찰로 인하여 디스크에 마모가 발생될 수 있고, 그로 인해 빈번하고 지속적인 검사와 정비를 요구된다는 번거로움이 있다.

한편, 종래의 제동장치는 파일럿이 직접 방향타 페달을 밟거나 오토 브레이크 제어시스템을 통해서도 작동될 수 있는데, 예를 들면 항공기의 주행속도를 감속시키는 작용과 함께 파일럿이 한쪽 방향타 페달만 밟아서 항공기의 주행 방향을 바꾸거나 바퀴가 과한 제동력으로 인하여 회전을 멈추고 미끄럼이 시작될 때 자동으로 제동력을 조절하여 미끄럼을 방지하게 된다.

그러나, 이러한 기능들을 구현하기 위해 제동장치는 적어도 브레이크 미터링 밸브, 셔틀 밸브, 노말 안티 스키드 밸브, 어큐뮬리에터, 및 이들 각 구성요소들을 개별적으로 연결하기 위한 유압 배선이 필요하다(도 2 참조). 이 모든 요소들을 포함하는 유압 회로는 매우 복잡하고, 따라서 유지보수와 정비효율성이 떨어지는 문제점을 야기하게 되어 주로 대형 항공기에만 탑재할 수 있다. 이 때문에 소형 경항공기의 경우, 간소화된 유압회로를 사용하여 파일럿이 직접 방향타 페달을 밟는 방법 외에는 다른 제동방법이 없다는 문제가 있다.

따라서, 내부 디스크의 마모가 없고 간단한 유압회로만으로 파일럿이 직접 구동할 수 있을 뿐 아니라, 오토 브레이크 제어 기능 또한 가능한 제동장치의 개발이 요구되는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 자기장 인가시 항복응력이 변하는 MR유체를 이용하여 제동력을 발생시키고, 부가적인 장치 없이 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용하여 제동토크를 항공기 규모에 맞게 극대화한 제동장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 착륙장치 하단부에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 중앙을 통과하는 휠 축과, 상기 휠 축에 커플링되어 휠과 함께 회전하는 디스크 로터, 상기 스테이터와 상기 디스크 로터 사이에 형성되는 공극, 상기 공극에 충진되는 MR유체, 및 상기 MR유체에 자기장을 인가하기 위해 상기 공극 부근의 스테이터 내부에 배치되는 솔레노이드 코일을 포함하고, 또한 상기 MR유체의 압력을 높여 항공기의 제동토크를 증폭시키기 위해 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용할 수 있도록 상기 스테이터의 적어도 일측에 상기 올레오 완충장치와 연결되는 압력공급포트가 형성된 항공기용 MR 하이브리드 제동장치가 제안된다.

본 발명에 따르면, 압력공급포트는 일측이 스테이터 내부의 공극과 연결되고 타측이 올레오 완충장치와 연결되며, 압력공급포트와 올레오 완충장치는 T밸브에 의해 연결된다. T밸브는 상부가 올레오 완충장치의 하부와 연결되고 하부가 양 방향으로 MR 하이브리드 제동장치의 압력공급포트와 연결되며, 중앙의 세퍼레이터를 기준으로 상기 T밸브의 상부는 올레오 완충장치로부터 공급된 유압유로 채워지고, 상기 T밸브의 하부는 MR 하이브리드 제동장치의 내부 공극으로부터 공급된 MR유체로 채워진다.

상술된 특징들로부터 본 발명은 MR유체를 이용하여 제동력을 발생시킴과 더불어, 부가적인 장치없이 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용하여 제동토크를 항공기 규모에 맞게 극대화할 수 있다.

도 1은 종래의 멀티 디스크 타입의 브레이크를 도시한 도면,
도 2는 종래의 항공기 제동장치의 유압 회로도,
도 3은 MR유체의 작용 원리를 나타낸 도면,
도 4는 MR유체에 부여된 자기장 및 압력 세기에 따른 제동토크의 변화를 나타낸 선도,
도 5는 본 발명에 따른 항공기용 MR 하이브리드 제동장치의 구성을 나타낸 도면,
도 6은 MR유체의 압력을 높여 항공기의 제동토크를 증폭시키기 위한 항공기 랜딩기어 내부의 올레오 완충장치와 본 발명에 따른 항공기용 MR 하이브리드 제동장치의 연결을 예시적으로 나타낸 도면,
도 7은 도 6의 일부로서 항공기용 MR 하이브리드 제동장치와 올레오 완충장치를 연결하는 T밸브의 구조를 예시적으로 나타낸 도면,
도 8은 도 6의 연결구조에서 항공기 착륙 전과 착륙 후의 올레오 완충장치 내부압력 변화와 그로부터 MR유체의 압력 증가로 인한 항공기의 제동토크 증폭을 설명하기 위한 도면.

본 발명의 추가의 세부 사항 및 이점은 첨부된 도면에 도시된 본 발명의 실시예를 사용하여 설명된다. 아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.

본 발명은 자기장 인가시 항복응력이 변화하는 MR유체를 이용하여 제동력을 발생시킴과 더불어 부가적인 장치없이 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용하여 제동토크를 항공기 규모에 맞게 극대화할 수 있는 항공기용 MR 하이브리드 제동장치를 제공한다.

일반적으로, MR유체는 투자율이 낮은 유체에 미세 상자성 입자를 혼합한 것으로, 도 3a에 도시한 바와 같이 MR유체는 통상적으로 투자율이 높은 두 구조물 사이에 충진된다. 이 상태에서 MR유체에 자기장이 인가되면, MR유체는 미세 상자성 입자가 자기장 방향으로 사슬을 형성하여 두 구조물 사이를 잇게(도 3b) 되는 반면, 두 구조물이 서로 상대운동을 할 경우 MR유체는 미세 상자성 입자의 사슬이 끊어지게 되고 운동 방향에 저항하는 방향으로 제동토크를 발생시키게 된다(도 3c).

이 제동토크는 자기장의 세기와 MR효과 영역의 크기에 비례하는데, 이때 MR유체에 압력을 가해주면 발생되는 제동토크를 더욱 증폭시킬 수 있다. 도 4의 선도를 참조하면, MR유체는 동일한 자기장 세기에서 압력이 커질수록 제동토크가 더 크게 발생하는 것을 볼 수 있다.

본 발명의 항공기용 MR 하이브리드 제동장치는 자기장 인가시 항복응력이 변화하는 MR유체를 이용하여 제동력을 발생시키도록 구성된 것으로, 도 5를 참조하면 MR 하이브리드 제동장치(1)는 착륙장치 하단부에 고정되는 스테이터(10)와, 스테이터의 중앙을 통과하는 휠 축(20)과, 휠 축에 커플링되어 휠(wheel)과 함께 회전하는 디스크 로터(30), 휠 축과 스테이터 사이의 수직력과 마찰을 최소화하는 베어링(40), 스테이터와 디스크 로터 사이에 형성된 공극(50), 이 공극에 충진되는 MR유체(60), 및 MR유체에 자기장을 인가하기 위해 공극(50) 부근의 스테이터(10) 내부에 배치되는 솔레노이드 코일(70)을 포함하여 이루어진다.

이와 같은 구성으로부터 항공기용 MR 하이브리드 제동장치(1)는 전원 공급으로 솔레노이드 코일(70)에 의해 자기장이 인가되면 MR유체(60)가 디스크 로터(30)의 회전 방향에 저항하는 방향으로 제동토크를 발생시키게 된다. 이때, 전류 조정을 통해 자기장 세기를 높일수록 제동토크를 더 크게 발생시킬 수 있다.

또한, 도 4에서 설명한 바와 같이 MR유체(60)의 압력이 높아질수록 MR유체에 의해 가해지는 제동토크를 더욱 증폭시킬 수 있는데, 이를 위해 항공기용 MR 하이브리드 제동장치(1)는 랜딩기어 내부 올레오 완충장치(2)의 압력을 이용하도록 연결할 수 있다(도 6).

구체적으로, 본 발명의 MR 하이브리드 제동장치(1)는 올레오 완충장치(2)와 연결하기 위해 스테이터(10)의 적어도 일측에 압력공급포트(80)가 추가로 형성될 수 있으며, 이러한 압력공급포트(80)는 일측이 스테이터(10) 내부의 공극(50)과 연결되고 타측이 올레오 완충장치(2)와 연결된다. 올레오 완충장치(2)는 실린더(21)와 피스톤(22)으로 이루어져 있고, 실린더(21)와 피스톤(22)의 내부는 유압유가 채워져 있고 실린더의 내측 상부는 공기 챔버(23)로 이루어져 있다.

본 발명의 MR 하이브리드 제동장치(1)와 올레오 완충장치(2)의 연결은 T밸브(90)에 의해 연결될 수 있다. 도 7은 T밸브의 구성을 나타낸 것으로서, T밸브(90)는 상부가 올레오 완충장치(2)의 하부와 연결되고 하부가 MR 하이브리드 제동장치(1)의 압력공급포트(80)와 각각 연결된다. 따라서, 중앙의 세퍼레이터(94)를 기준으로 T밸브(90)의 상부에는 올레오 완충장치(2)로부터 공급된 유압유가 채워져 있고, 하부에는 MR 하이브리드 제동장치(1)의 내부 공극(50)으로부터 공급된 MR유체가 채워져 있다.

도 8은 도 7에 따른 MR 하이브리드 제동장치와 올레오 완충장치의 연결구조에서의 항공기 착륙 전,후의 올레오 완충장치 내부압력 변화와 그로부터 MR유체의 압력 증가로 인한 항공기의 제동토크 증폭을 설명하기 위한 것으로서, 도 8a은 항공기 착륙 전 상태를 나타내며 이때 올레오 완충장치는 인장 상태를 유지한다. 도 8b는 항공기 착륙 후 상태로서, 이때 올레오 완충장치는 압축 상태(P_s)를 유지한다.

항공기는 착륙 과정에서 수직방향 에너지와 수평방향 에너지를 모두 받게 된다. 수직방향 에너지는 항공기를 상하로 진동하게 하게 되는데, 이 경우 랜딩기어 내부의 올레오 완충장치가 인장과 압축을 반복하며 진동을 흡수하여 짧은 시간 내에 안정 상태에 도달하도록 만든다. 이때, 올레오 완충장치는 초기 상태보다 압축되어 올레오 완충장치의 내부 전체 압력 P_s는 Mg/A_eff로 대기압보다 월등히 높아지게 된다(여기서, M은 항공기 질량, g는 중력가속도, A_eff는 유효 면적).

일반적으로, 수평방향 에너지는 항공기를 전진시키는데, 제동 장치에 의해 감속되어 항공기가 정지하게 된다. 전진 시 타이어가 회전하면서 휠 축을 회전시키고 그에 연결되어 있는 디스크 로터도 함께 회전하게 된다. 이때, 솔레노이드 코일에 전류가 인가되면 자기장이 형성되며 MR효과 영역에 제동토크가 발생하게 된다. 또한, 인가하는 전류를 제어하므로써 제동 토크를 제어할 수 있는데, 전류 제어는 전기 회로로 구현되므로 유압회로와 비교하여 더욱 간단하고 쉽게 구현할 수 있다.

전기회로 상에서 전류제어를 노브 또는 브레이크 패드 형태로 할 수 있게 함으로써 파일럿이 직접 제동 토크를 제어할 수도 있고, 휠의 속도를 피드백 받아 오토 브레이크 시스템이 전류를 제어하는 형태도 구현이 가능하다.

도 7에서 본 바와 같이 T밸브(90) 내에는 올레오 완충장치로부터의 유압유와 MR 하이브리드 제동장치로부터의 MR유체가 동시에 존재하게 되는데, T밸브(90) 내부의 세퍼레이터(94)는 두 유체가 혼합되지 않게 하면서 유체 압력 전달 원리에 의하여 착륙 후의 유압유의 압력(P_s)과 MR유체의 압력(P_MR)이 평형을 이루게 한다. 그 결과, 스테이터(10)와 디스크 로터(30) 사이에서의 MR유체(60)의 압력(P_MR)이 유압유의 압력(P_s)과 같아지면서 결과적으로 높아지게 된다.

이 경우, MR유체의 압력은 항공기 질량에 비례하므로 항공기 규모가 커질수록 큰 제동토크를 낼 수 있어 적용에 유리하다. 또한, MR효과 영역은 디스크 로터의 개수에 비례하므로 항공기 규모에 따라 이를 변경하여 적용할 수 있다.

이상 설명한 구성으로부터 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

먼저, 별도의 장치없이 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용하여 MR유체의 압력을 높임으로써 종래의 MR 제동장치와 비교하여 제동토크를 크게 증폭시킬 수 있으며, 제동토크를 항공기 규모에 맞게 극대화할 수 있다.

또한, 표면마찰이 발생하지 않기 때문에 제동장치의 디스크 로터의 점검·교체 주기를 크게 연장시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 단순한 유압 회로와 전기 회로로 구성되어 있어 대형 항공기뿐 아니라 소형 경항공기에 대해서도 수동 및 오토 브레이크 제어가 가능하므로 항공기를 더욱 안전하게 착륙시킬 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (3)

1. 항공기용 MR 하이브리드 제동장치로서, 착륙장치 하단부에 고정되는 스테이터와, 상기 스테이터의 중앙을 통과하는 휠 축과, 상기 휠 축에 커플링되어 휠과 함께 회전하는 디스크 로터, 상기 스테이터와 상기 디스크 로터 사이에 형성되는 공극, 상기 공극에 충진되는 MR유체, 및 상기 MR유체에 자기장을 인가하기 위해 상기 공극 부근의 스테이터 내부에 배치되는 솔레노이드 코일을 포함하고, 상기 MR유체의 압력을 높여 항공기의 제동토크를 증폭시키기 위해 랜딩기어 내부 올레오 완충장치의 압력을 이용할 수 있도록 상기 스테이터의 적어도 일측에 상기 올레오 완충장치와 연결되는 압력공급포트를 구비하며, 상기 압력공급포트는 일측이 스테이터 내부의 공극과 연결되고 타측이 올레오 완충장치와 연결되며, 압력공급포트와 올레오 완충장치는 T밸브에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 항공기용 MR 하이브리드 제동장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 T밸브는 상부가 올레오 완충장치의 하부와 연결되고 하부가 양 방향으로 MR 하이브리드 제동장치의 압력공급포트와 연결되며, 중앙의 세퍼레이터를 기준으로 상기 T밸브의 상부는 올레오 완충장치로부터 공급된 유압유로 채워지고, 상기 T밸브의 하부는 MR 하이브리드 제동장치의 내부 공극으로부터 공급된 MR유체로 채워지는 것을 특징으로 하는 항공기용 MR 하이브리드 제동장치.
3. 삭제

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