KR102580326B1 - 블레이드의 공기역학적 프로파일의 리딩 에지를 변환하여 호버링 비행 중 회전익기 블레이드의 공기역학적 거동을 개선하는 방법 - Google Patents

블레이드의 공기역학적 프로파일의 리딩 에지를 변환하여 호버링 비행 중 회전익기 블레이드의 공기역학적 거동을 개선하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상기 블레이드를 따라 스팬 방향으로 상기 블레이드의 단부 구역에서 블레이드를 개선하기 위한 방법, 및 이러한 개선된 블레이드 및 상기 개선된 블레이드를 포함하는 로터에 관한 것이다. 상기 단부 구역에 위치된 상기 공기역학적 프로파일(10)의 상기 리딩 에지(5)는 상기 상부 표면 절반 프로파일(11)로부터 상기 하부 표면 절반 프로파일(21)을 향해 변환되고, 이어서 상기 2 절반 프로파일(11,21)의 상기 리딩 에지 섹션(12,22)는 상기 리딩 에지(5)를 상기 2개의 절반 프로파일(11,21)의 상기 중간 섹션(13,23)에 연결하기 위해 수정된다. 그 다음, 상기 블레이드는 상기 수정된 공기역학적 프로파일(10)에 따라 제조된다. 결과적으로, 상기 블레이드의 상기 공기역학적 프로파일(10)의 네거티브 캠버가 증가되어, 호버링 비행 동안 상기 블레이드의 공기역학적 성능을 향상시키는 것을 돕는다.

Description

블레이드의 공기역학적 프로파일의 리딩 에지를 변환하여 호버링 비행 중 회전익기 블레이드의 공기역학적 거동을 개선하는 방법{METHOD FOR IMPROVING THE AERODYNAMIC BEHAVIOR OF ROTORCRAFT BLADES DURING HOVERING FLIGHT BY MOVING THE LEADING EDGE OF THE AERODYNAMIC PROFILES OF THESE BLADES}
관련 출원에 대한 상호 참고문헌
[0001] 본 출원은 2020년 10월 13일 출원된 FR 20 10434의 우선권을 주장하며, 그 기술 내용 전체가 본 명세서에 참고로 포함된다.
[0002] 본 발명은 블레이드의 공기역학적 프로파일 분야에 관한 것으로, 특히 회전익기의 리프트 로터용 블레이드에 관한 것이다.
[0003] 본 발명은 호버링(hovering) 비행 중 블레이드의 공기역학적 성능을 향상시키는 데 도움이 되는 블레이드 개선 방법 및 이러한 개선된 블레이드에 관한 것이다. 이 개선된 블레이드는 항공기의 로터, 특히 회전익기의 리프트 로터를 장착하기 위한 것이다.
[0004] "회전익 항공기"라고도 지칭될 수 있는 회전익기는 통상적으로 동체 및 동력 장치에 의해 회전되고 회전익기에 대해 적어도 부분적인 양력 및/또는 추진력을 제공하는 적어도 하나의 리프트 로터를 포함한다. 회전익기는 또한 이 회전익기의 동체에 리프트 로터에 의해 가해지는 요(yaw) 토크에 대항하고 또한 이 회전익기의 요 운동을 제어하는 것을 돕는 토크 방지 장치를 포함할 수 있다.
[0005] 통상적으로, 블레이드는 제1 단부로부터 제2 단부를 향하여 길이 방향에서 스팬방향으로 연장된다. "길이 방향"이라는 용어는 블레이드의 날개 길이 방향을 나타내는 것으로 이해되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 블레이드는 또한 블레이드의 코드(chord)를 따라 리딩 에지(leading edge)로부터 트레일링 에지(trailing edge)를 향해 횡방향으로 연장된다.
[0006] 블레이드는, 특히 상부 표면에 제1 스킨, 하부 표면에 제2 스킨뿐만 아니라 연속적인 횡단면(transverse section)이 제공되는 외부 코팅을 포함한다. 각 횡단면은 2개의 절반 프로파일, 즉 하부 표면 절반 프로파일 및 상부 표면 절반 프로파일을 포함하는 공기역학적 프로파일에 의해 규정된다.
[0007] 항공기 로터 블레이드에 자주 사용되는 기존의 공기역학적 프로파일은, 예를 들어 NACA 제품군(families) 또는 실제로 OA 제품군에 따라 규정되며, OA 제품군은 예를 들어 특허문헌 FR 2 626 841 및 FR 2 765 187에 설명되어 있다.
[0008] 블레이드는 제1 단부에서 회전하는 로터 허브에 고정되도록 되어 있으며, 제2 단부는 자유 단부로 지칭된다. 이 회전하는 로터 허브는 각 블레이드를 회전시킨다. 로터의 회전 축에 대해, 블레이드는 제1 단부로부터 제2 단부를 향해 방사상으로 연장된다는 것을 이해해야 한다.
[0009] 로터의 회전에 의해 발생된 기류의 영향 하에, 로터의 각 블레이드는 일반적으로 추진력이라고 하는 공기역학적 힘을 제공한다. 이 공기역학적 힘은, 특히 블레이드의 공기역학적 입사각(angle of incidence), 즉 이 공기역학적 프로파일의 코드에 대응하는 이 공기역학적 프로파일의 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 공기 흐름과 직선 사이의 각도에 따라 변한다. 로터의 경우, 이 입사각은 일반적으로 블레이드의 피치 변경 축을 중심으로 블레이드를 회전시킴으로써 변경된다. 이 피치 변경 축은 블레이드를 따라 실질적으로 길이 방향에서 스팬 방향으로 연장된다. 이하, '입사각'이라는 용어는 블레이드의 공기역학적 입사각을 보다 간단하게 지칭하기 위해 사용된다.
[0010] 따라서, 리프트 로터의 각 블레이드는 포지티브(positive) 입사각에서 작동하는 각 블레이드와 함께 최적의 공기역학적 힘을 제공하도록 규정된다.
[0011] 더욱이, 공기역학적 프로파일의 캠버(camber)는 공기역학적 프로파일의 코드와 이 공기역학적 프로파일의 절반 두께 선 또는 "중앙선", 즉 중앙선에 대한 각각의 법선에 대해 하부 표면 절반 프로파일 및 상부 표면 절반 프로파일로부터 등거리에 있는 선 사이의 거리와 동일한 특성이다. 코드와 중앙선 사이의 거리는 코드에 수직으로 취해지며, 따라서 캠버의 포지티브 증가는 상기 거리의 포지티브 증가에 해당한다. 특히, 공기역학적 프로파일이 대칭인 경우 캠버는 제로(0)이다. 반대로, 캠버가 제로가 아닌 공기역학적 프로파일은 비대칭 공기역학적 프로파일이다.
[0012] 리딩 에지에 가까운 블레이드의 공기역학적 프로파일 캠버의 포지트브 증가는 이 블레이드의 포지티브 실속(stall) 발생률을 증가시키는 효과를 갖는다. 따라서, 블레이드가 회전하는 동안, 블레이드의 포지티브 입사각이 증가할 수 있으며, 결과적으로 블레이드에 의해 생성되는 공기역학적 힘과 공기역학적 성능이 증가한다.
[0013] 더욱이, 회전익기는 순항 비행 중 높은 전진 속도로 및 매우 낮은 전진 속도로 모두 이동할 수 있고, 호버링 비행을 수행할 수 있다. 그러나 호버링 비행 중에 공기 유속이 가장 빠른 경우, 블레이드의 자유 단부에서 큰 공기역학적 항력(drag)이 발생할 수 있다. 이 공기역학적 항력은 또한, 블레이드의 자유 단부 근처에서, 공기의 압축성과 관련된 특정 현상과 공기역학적 프로파일의 리딩 에지 가까이에서 충격파의 발생으로 인해 블레이드의 입사각 증가와 함께 빠르게 증가할 수 있다. 이러한 충격파는 프로파일의 상부 표면에 형성되어 경계 층의 분리를 유발한다. 이로 인해 공기 역학적 실속이 발생할 수 있다.
[0014] 5 내지 7도(5 내지 7°) 정도의 높은 블레이드 입사각 및 블레이드의 자유 단부에서 0.6 마하 이상의 공기 유속에서, 이러한 블레이드의 자유 단부에 가까운 공기역학적 항력은 크게 증가하고, 예를 들어 10배로 된다.
[0015] 마하 넘버(Mach number)는 그 환경에서 물체의 속도를 이 환경에서 음속으로 나눈 무차원 수이다. 기체에서 음속은 그 성질과 온도에 따라 달라지므로, 특히 마하 넘버는 국지적 온도와 대기압 조건에 따라 달라진다.
[0016] 이러한 현상을 제한하기 위해, 1973년 발행된 P.G. Wilby, N. Gregory 및 V.G. Quincey, Aerodynamics Division, NPL에 의한 "Aerodynamic Characteristics of NPL 9626 and NPL 9627, Further Aerofoils Designed for Helicopter Rotor Use"에서는, 그의 리딩 에지에서 수정된 공기역학적 프로파일을 포함하는 회전익기 리프트 로터용 블레이드에 대해 설명한다.
[0017] 더욱이, UH 60A 헬리콥터는 각 블레이드의 자유 단부에서 큰 트위스트를 갖는 블레이드가 제공된 리프트 로터를 포함한다.
[0018] 특허문헌 EP 3 527 487, US 1 623 420, US 5 879 131 및 US 4 248 572는 본 발명의 기술적 배경의 일부를 형성한다.
[0019] 이러한 상황에서, 본 발명은 상기와 같은 한계를 극복하고 기존 블레이드의 공기역학적 프로파일을 수정하여 호버링 비행 중에 기존 블레이드의 공기역학적 성능보다 우수한 공기역학적 성능을 얻을 수 있도록 블레이드를 개선하는 방법을 제안한다.
[0020] 블레이드는 길이 방향에서 제1 단부로부터 제2 단부까지 스팬 방향으로 그리고 리딩 에지로부터 트레일링 에지까지 횡방향으로 연장된다. 블레이드는 연속적인 횡단면을 포함하며, 각 횡단면은 공기역학적 프로파일에 의해 규정되고, 각 공기역학적 프로파일은 특히 상부 표면 절반 프로파일 및 하부 표면 절반 프로파일을 포함하는 2개의 절반 프로파일에 의해 규정되며, 2개의 절반 프로파일은 각각 리딩 에지 섹션, 중간 섹션 및 트레일링 에지 섹션을 포함한다. 각 프로파일에서, 리딩 에지 섹션은 리딩 에지에서 시작하고, 트레일링 에지 섹션은 트레일링 에지에서 끝나고, 중간 섹션은 각각 리딩 에지 섹션과 트레일링 에지 섹션 사이에 위치한다.
[0021] 이 블레이드는 블레이드 섕크(shank)에 의해 블레이드의 제1 단부에서 회전하는 로터 허브에 연결되도록 의도되고, 제2 단부는 자유롭게 되도록 의도된다.
[0022] 본 발명에 따른 블레이드의 개선 방법은 다음 단계를 포함한다:
- 공기역학적 프로파일의 리딩 에지와 트레일링 에지를 연결하는 직선 세그먼트를 규정하는 단계;
- 제2 단부를 포함하는 블레이드의 스팬방향 단부 구역에 위치한 공기역학적 프로파일의 리딩 에지를 변환하는 단계로서, 변환 단계가 직선 세그먼트에 수직인 제1 거리(d1)에 걸쳐 상부 표면 절반 프로파일로부터 하부 표면 절반 프로파일을 향해 수행되는 리딩 에지 변환 단계;
- 단부 구역에서 리딩 에지를 2개의 절반 프로파일의 중간 섹션에 연결하는 2개 절반 프로파일의 리딩 에지 섹션을 수정하는 단계; 및
- 수정된 공기역학적 프로파일에 따라 블레이드를 제조하는 단계.
[0023] 직선 세그먼트는 공기역학적 프로파일의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이에 규정된다. 이 직선 세그먼트의 길이는 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 길이와 동일하다. 다시 말해서, 공기역학적 프로파일의 코드(c)는 이 공기역학적 프로파일의 리딩 에지와 트레일링 에지 사이의 거리와 동일하다.
[0024] 그 다음, 블레이드의 스팬 방향 단부 구역에 위치된 공기역학적 프로파일의 리딩 에지가 변환되어, 리딩 에지 구역의 상부 표면 절반 프로파일로부터 하부 표면 절반 프로파일을 향해 이러한 공기역학적 프로파일의 중간선을 수정한다. 단부 구역에서 각 공기역학적 프로파일의 리딩 에지의 이러한 변환은 이들 공기역학적 프로파일의 캠버를 증가시킨다. 단부 구역에서 수정된 블레이드의 공기역학적 프로파일의 리딩 에지 위치의 수정 그리고 결과적으로 중간선의 수정은 블레이드의 스팬 방향 단부 구역에서 수정된 블레이드의 2개 절반 프로파일에 대한 공기 흐름을 수정하는 데 도움이 되며, 특히 상부 표면 절반 프로파일에 대한 공기 흐름의 보다 점진적인 가속을 유발한다. 따라서 수정된 블레이드의 실속 발생률은 블레이드의 이 스팬 방향 단부 구역에서 증가하여, 충격파의 시작을 지연시키는데 도움이 되고, 결과적으로 특히 호버링 비행 또는 느린 전진 속도로 비행하는 동안 블레이드의 이 스팬 방향 단부 구역에서 공기 역학적 항력을 크게 줄인다.
[0025] 그 결과, 이 변형된 블레이드의 공기역학적 성능은 호버링 비행 또는 낮은 전진 속도로 비행하는 동안 개선된다.
[0026] 제1 거리(d1)는, 예를 들어 호버링 비행 단계 이외의 비행 단계에서 수정된 블레이드의 공기역학적 거동, 특히 포지티브 입사각에서 공기 역학적 성능을 크게 수정하지 않기 위해 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 2% 내지 8%이다. 제1 거리(d1)은 아마도 코드(c) 길이의 2.5% 내지 5%로 될 수 있다.
[0027] 단부 구역에 위치한 공기역학적 프로파일의 리딩 에지의 이러한 변환에 이어, 상부 표면 절반 프로파일의 리딩 에지 섹션 및 하부 표면 절반 프로파일의 리딩 에지 섹션은 변환된 리딩 에지를 상부 표면 절반 프로파일의 중간 섹션 및 하부 표면 절반 프로파일의 중간 섹션과 각각 연결하기 위해 수정된다.
[0028] 단부 구역의 각 리딩 에지 섹션은, 접선이 연속적인 방식으로 변하고, 바람직하게는 변곡점이 없도록 수정된다. 각각의 수정된 리딩 에지 섹션은 리딩 에지에서 시작하고, 이 중간 섹션에 접하도록 중간 섹션에서 각각 끝난다.
[0029] 상기 단부 구역에서 공기역학적 프로파일의 리딩 에지 섹션을 수정하는 단계 동안, 2개의 상부 표면 절반 프로파일 및 하부 표면 절반 프로파일의 초기 리딩 에지 섹션을 규정하는 지점은, 2개의 상부 표면 절반 프로파일 및 하부 표면 절반 프로파일의 수정된 리딩 에지 섹션을 형성하기 위해서, 포물선 법칙, 즉 차수 2의 다항식에 따라 변환될 수 있다.
[0030] 2개의 상부 표면 절반 프로파일 및 하부 표면 절반 프로파일의 수정된 리딩 에지 섹션은 또한 차수가 3인 다항식에 의해 규정될 수 있고, 변곡점을 갖지 않는다.
[0031] 공기역학적 프로파일의 리딩 에지 섹션은 이 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 5% 내지 50%의 리딩 에지로부터 직선 세그먼트에 평행한 제2 거리(d2)를 커버할 수 있다.
[0032] 더욱이, 이 단부 구역에서 블레이드의 공기역학적 거동을 개선하고 블레이드의 다른 구역에서 블레이드의 공기역학적 거동을 수정하지 않기 위해, 블레이드의 스팬 방향 단부 구역에 위치한 공기역학적 프로파일만 수정된다. 블레이드의 스팬방향 단부 구역은, 예를 들어 블레이드 반경의 10% 내지 25%의 제3 스팬방향 거리(d3)를 커버한다. 이 블레이드 반경은 블레이드의 회전 중심, 즉 블레이드가 장착된 로터 허브의 회전축과 제2 단부 사이의 거리와 동일하다. 제3 거리(d3)는 블레이드 반경의 12% 내지 18%일 수 있다.
[0033] 마지막으로, 본 발명에 따른 블레이드 개선 방법은 전술한 바와 같이 수정된 공기역학적 프로파일에 의해 규정된 블레이드를 제조하기 위해 블레이드를 제조하는 단계를 포함한다.
[0034] 본 발명에 따른 블레이드 개선 방법은 또한 제조 단계 전에 수행되는 다음 단계를 포함할 수 있다:
- 블레이드의 스팬 방향 단부 구역에서 공기역학적 프로파일의 트레일링 에지를 변환하는 단계로서, 변환이 직선 세그먼트에 수직인 제4 거리(d4)에 걸쳐 하부 표면 절반 프로파일로부터 상부 표면 절반 프로파일을 향하여 수행되는 변환 단계; 및
- 2개 절반 프로파일의 중간 섹션을 단부 구역의 트레일링 에지에 연결하는 2개 절반 프로파일의 트레일링 에지 섹션을 수정하는 단계.
[0035] 단부 구역에서 공기역학적 프로파일의 트레일링 에지의 이러한 변환은 트레일링 에지에 가까운 공기역학적 프로파일에서 약간의 상향 편향을 발생시키는 것을 돕는다. 이러한 약간의 편향은 리딩 에지의 변환에 의해 발생될 수 있는 기수 하강 모멘트를 상쇄하는 데 유리하게 도움이 된다. 제4 거리(d4)는, 예를 들어 각 공기역학적 프로파일에 대해 이 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 1% 내지 2%이다.
[0036] 단부 구역에 위치한 공기역학적 프로파일의 트레일링 에지의 이러한 변환에 이어, 상부 표면 절반 프로파일의 트레일링 에지 섹션과 하부 표면 절반 프로파일의 트레일링 섹션은 변환된 트레일링 에지를 상부 표면 절반 프로파일의 중간 섹션 및 하부 표면 절반 프로파일의 중간 섹션과 각각 연결하기 위해 수정된다.
[0037] 각각의 트레일링 에지 섹션은 접선이 연속적인 방식으로 변하고 바람직하게는 변곡점이 없도록 단부 구역에서 수정된다. 수정된 각 트레일링 에지 섹션은 중간 섹션에서 각각 시작하여 이 중간 섹션에 접하고 트레일링 에지에서 끝난다.
[0038] 상기 단부 구역에서 공기역학적 프로파일의 트레일링 에지 섹션을 수정하는 단계 동안, 2개의 상부 표면 절판 프로파일 및 하부 표면 절반 프로파일의 초기 트레일링 에지 섹션을 규정하는 지점은, 2개의 상부 표면 및 하부 표면 절반 프로파일의 수정된 트레일링 에지 섹션을 형성하기 위해, 매끄럽고 연속적인 곡선에 따라, 예를 들어 포물선 법칙, 즉 차수 2의 다항식에 따라 변환될 수 있다.
[0039] 2개의 상부 표면 및 하부 표면 절반 프로파일의 수정된 트레일링 에지 섹션은 또한 차수 3의 다항식에 의해 규정될 수 있고, 변곡점이 없거나 임의의 기타 매끄럽고 연속적인 곡선 형상일 수 있다.
[0040] 공기역학적 프로파일의 트레일링 에지 섹션은 이 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 5% 내지 20%의 리딩 에지로부터 직선 세그먼트에 평행한 제5 거리(d5)를 커버할 수 있다. 제5 거리(d5)는 블레이드 반경의 8% 내지 15%일 수 있다.
[0041] 트레일링 에지의 변환 및 트레일링 에지 섹션의 수정은 단부 구역에서, 블레이드의 트레일링 에지에서 10°정도의 상향 편향을 생성한다.
[0042] 본 발명의 대상은 또한 블레이드를 개선하기 위한 방법의 이전에 설명된 단계에 의해 수정된 공기역학적 프로파일에 의해 규정된, 본 명세서에서 "개선된 블레이드"라고도 지칭하는 수정된 블레이드이다. 이 블레이드는 블레이드의 스팬 방향 단부 영역에서 이러한 수정된 공기 역학적 프로파일을 사용하여 생산된다.
[0043] 본 발명의 대상은 또한 항공기용 로터이며, 이 로터는 전술한 바와 같이 적어도 2개의 개선된 블레이드를 포함하고, 이러한 개선된 블레이드는 블레이드를 개선하기 위한 방법의 단계에 의해 수정된 공기역학적 프로파일에 의해 규정된다. 이 로터는 예를 들어 회전익기용 리프트 로터이다.
[0044] 본 발명의 대상은 또한 동체 및 적어도 하나의 리프트 로터를 포함하는 회전익기이다. 회전익기의 상기 적어도 하나의 리프트 로터는 이전에 설명된 바와 같은 리프트 로터이고, 그 자체로 이전에 설명된 블레이드 개선 방법에 의해 수정된 공기역학적 프로파일에 의해 규정된 적어도 2개의 개선된 블레이드를 포함한다.
[0045] 본 발명 및 그 이점은, 이하 첨부 도면을 참고로 하여 예시로서 제공된 실시형태의 설명에서 더욱 상세하게 나타나 있다.
도 1은 블레이드가 제공된 회전익기를 도시한다.
도 2는 블레이드를 나타낸다.
도 3은 블레이드를 개선하기 위한 방법의 개요도이다.
도 4는 블레이드의 공기역학적 프로파일의 리딩 에지 섹션의 수정을 나타내는 도면이다.
도 5는 블레이드의 4가지 수정된 공기역학적 프로파일을 나타낸다.
[0046] 하나 이상의 도면에 존재하는 요소는 각각의 도면에서 동일한 참조 부호로 제공된다.
[0047] 도 1에 도시된 회전익기(50)는 동체(51) 및 리프트 로터(52)를 포함한다. 회전익기(50)는, 예를 들어 테일 붐(54)에 배치된 보조 토크 방지 로터(53)를 더 포함할 수 있다. 리프트 로터(52)는 적어도 2개의 블레이드(1)를 포함한다. 각각의 블레이드(1)는 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지 스팬 방향으로 그리고 리딩 에지(5)로부터 트레일링 에지(6)를 향해 횡방향으로 연장된다. 제1 단부(3)는, 예를 들어 리프트 로터(52)의 허브(56)에 연결되는 반면, 제2 단부(4)는 자유롭다.
[0048] 블레이드(1)는 도 2에 도시되어 있다. 기준 프레임(X,Y,Z)은 도 3에 도시되어 있다. 이 기준 프레임은 길이 방향(X), 횡방향(Y) 및 수직 방향(Z)을 포함하며, 이 세 방향은 서로 수직이다. 길이 방향(X)은 블레이드(1)의 피치 변화 축에 실질적으로 평행하거나 심지어 일치한다.
[0049] 블레이드(1)는 길이 방향(X)으로 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지 스팬 방향으로, 그리고 리딩 에지(5)로부터 트레일링 에지(6)를 향해 횡방향(Y)으로 연장된다. 블레이드(1)는 횡방향(Y) 및 수직 방향(Z)에 평행한 횡방향 평면에서 연속적인 횡단면을 포함하며, 각 횡단면은 특히 2개의 절반 프로파일(11,21), 즉 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)을 포함하는 공기역학적 프로파일(10)에 의해 규정된다. 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)은 각각 리딩 에지(5)에서 시작하는 리딩 에지 섹션(12,22), 트레일링 에지(6)에서 끝나는 트레일링 에지 섹션(14,24) 및 리딩 에지 섹션(12,22)과 트레일링 에지 섹션(14,24) 사이에 위치하는 중간 섹션(13,23)을 포함한다.
[0050] 이러한 횡단면의 공기역학적 프로파일(10)은 일반적으로 블레이드(1)를 따라 스팬 방향으로 위치에 따라 변하고, 따라서 특히 블레이드(1)의 회전 중에 각 각 횡단면에 의해 수용되는 공기 흐름에 적응하기 위해 상이할 수 있다.
[0051] 도 2는 또한 공기역학적 프로파일(10)의 절반 두께 선 또는 "중간선"(17)을 도시한다. 이 중간선(17)은 중간선(17)에 수직인 하부 표면 절반 프로파일(21) 및 상부 표면 절반 프로파일(11)로부터 등거리에 있다. 블레이드(1)의 공기역학적 프로파일(10)은 비대칭이고 캠버를 포함하며, 이 중간선(17)은 만곡되어 있음을 알 수 있다. 리딩 에지(5)와 트레일링 에지(6)를 연결하는 직선 세그먼트(16)도 여러 공기 역학적 프로파일(10)에 대해 도 2에 도시되어 있다. 이 직선 세그먼트(16)는 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)와 동일한 길이를 갖는다.
[0052] 도 2는 또한 단부 구역(40)을 도시한다. 이 단부 구역(40)은 블레이드(1)의 제2 자유 단부(4)에 근접하여 블레이드(1)를 따라 스팬 방향으로 연장되고 이 제2 단부(4)를 포함한다. 이 단부 구역(40)은 리딩 에지(5)로부터 트레일링 에지(6)까지 횡방향으로 블레이드(1)의 전체를 커버한다.
[0053] 도 3은 개선될 기존 블레이드로부터 "개선된 블레이드"로 지칭되는 수정된 블레이드를 제조하기 위해 초기 블레이드를 개선하는 방법의 개요도를 도시하며, 이 방법은 여러 단계를 포함한다. 이 방법은, 예를 들어 리프트 로터를 장착하도록 의도된 블레이드에 적용하기 위한 것이며, 그 연속적인 횡단면은 예를 들어 NACA 제품군(families) 또는 실제로 OA 제품군에 따른 것이 아니라 기존의 공기역학적 프로파일에 의해 형성된다.
[0054] 직선 세그먼트(16)를 규정하는 단계(110)가 먼저 수행되고, 리딩 에지(5)를 단부 구역(40)에 위치한 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)에 연결하는 직선 세그먼트(16)가 규정된다.
[0055] 그 다음, 리딩 에지(5)를 변환하는 단계(120)가 수행되고, 단부 구역(40)에 위치한 블레이드(1)의 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지(5)는 직선 세그먼트(16)에 수직인 제1 거리(d1)에 걸쳐 상부 표면 절반 프로파일(11)로부터 하부 표면 절반 프로파일(21)을 향해 변환된다.
[0056] 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지(5)의 이러한 변환은 도 4에 도시되어 있다. 이 도 3에서 사용 및 수정된 공기역학적 프로파일(10)은 OA309 공기역학적 프로파일이다.
[0057] 제1 거리(d1)는, 예를 들어 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)의 2% 내지 8%일 수 있다.
[0058] 리딩 에지(5)의 이러한 변환에 이어, 2개 절반 프로파일(11 21)의 리딩 에지 섹션(12,22)을 수정하는 단계(130)가 수행된다. 이 단계(130) 중에, 개선될 블레이드(1)의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)은 리딩 에지(5)를 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 2 중간 섹션(13,23)에 각각 연결하기 위해 수정된다.
[0059] 도 4에 도시된 바와 같이, 상부 표면 절반 프로파일(11)의 리딩 에지 섹션(12) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 리딩 에지 섹션(22)만이 이 수정 단계(130) 동안 수정된다. 2개 절반 프로파일(11,21)의 이러한 수정된 리딩 에지 섹션(32,42)은 변환된 리딩 에지(35)를 2 절반 프로파일(11,21)의 중간 섹션(13,23)에 연결한다. 2 절반 프로파일(11,21)의 중간 섹션(13,23)은 변경되지 않으며, 트레일링 에지 섹션(14,24)도 마찬가지이다.
[0060] 이러한 수정된 리딩 에지 섹션(32,42)은 접선 방식으로 변환된 선단 에지(35)를 중간 섹션(13,23)에 각각 연결한다. 수정된 리딩 에지 섹션(32,42)은 어떠한 변곡점도 갖지 않으며, 연속적인 방식으로 변화하는 접선을 갖는다.
[0061] 결과적으로, 단부 구역(40)에서 블레이드(1)의 절반 프로파일(11, 21)에 걸쳐 공기 흐름이 수정되고, 이 단부 구역(40)에서 블레이드(1)의 실속 발생률이 증가한다. 따라서, 수정된 블레이드(1)의 공기역학적 성능은 이 단부 구역(40)에서 공기역학적 항력을 감소시킴으로써 적어도 호버링 비행 동안 초기 블레이드와 비교하여 개선된다.
[0062] 이 수정 단계(130) 중에, 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 초기 리딩 에지 섹션(12,22)을 규정하는 지점은, 예를 들어 수정된 리딩 에지 섹션(32,42)을 형성하기 위해 포물선 법칙에 따라 직선 세그먼트(16)에 수직으로 변환된다.
[0063] 공기역학적 프로파일(10)의 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 리딩 에지 섹션(12,22)은, 예를 들어 이 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)의 5% 내지 50%의 리딩 에지(5)로부터 직선 세그먼트(16)에 평행한 제2 거리(d2)를 커버할 수 있다.
[0064] 또한, 단부 구역(40)은, 예를 들어 블레이드 반경의 10% 내지 25%의 제3 스팬방향 거리(d3)를 커버한다.
[0065] 도 5는 동일한 공기역학적 프로파일로부터 본 발명에 따른 방법에 의해 수정된 공기역학적 프로파일(10)의 4가지 예를 도시한다. 이러한 4개의 공기역학적 프로파일(10)은 OA309 공기역학적 프로파일을 기반으로 구성되고, 예를 들어 제1 거리(d1)에 상이한 값을 부여하고, 제2 거리(d2)에 동일한 값을 코드(c)의 30%와 동일하게 하도록 수정된다.
[0066] 본 발명에 따른 블레이드(1)의 개선 방법은 마지막으로 이전 단계 중에 수정된 공기역학적 프로파일(10)에 의해 규정된 블레이드(1)를 제조하기 위해 블레이드(1)를 제조하는 단계(200)를 포함한다.
[0067] 본 발명에 따른 블레이드(1)를 개선하기 위한 방법은 또한 제조 단계(200) 전에 수행되는 2개의 추가 단계를 포함할 수 있다.
[0068] 단부 구역(40)에서 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)를 변환하는 단계(140) 중에, 이러한 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)의 변환은 직선 세그먼트(16)에 수직인 제4 거리(d4)에 걸쳐 하부 표면 절반 프로파일(21)로부터 상부 표면 절반 프로파일(11)을 향해 수행된다. 트레일링 에지(6)의 이러한 변환은 도 5에 도시된 마지막 2 공기역학적 프로파일(10)에서 볼 수 있다.
[0069] 이러한 방식으로 단부 구역(40)에서 트레일링 에지(6)를 변환한 후, 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 2개의 중간 섹션(13,23)을 변환된 트레일링 에지(36)에 연결하기 위해, 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 트레일링 에지 섹션(14,24)을 수정하는 단계(150)가 수행된다.
[0070] 수정된 리딩 에지 섹션(32,42)과 마찬가지로, 수정된 트레일링 섹션(34,44)은 변곡점이 없이 연속 방식으로 변하는 접선과 접선 방식으로 변환된 트레일링 에지(36)를 중간 섹션(13,23)에 각각 연결한다.
[0071] 이 수정 단계(150) 중에, 2개의 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)의 초기 트레일링 에지 섹션(14,24)을 규정하는 지점은, 예를 들어 수정된 트레일링 에지 섹션(34,44)을 형성하기 위해, 포물선 법칙에 따라 직선 세그먼트(16)에 수직으로 변환된다.
[0072] 그 결과, 단부 구역(40)에서 블레이드(1)의 절반 프로파일(11,21)에 걸친 공기 흐름이 수정되어, 이 단부 구역(40)에서 블레이드(1)의 실속 발생률의 증가를 생성하고, 따라서 적어도 호버링 비행 중에, 초기 블레이드와 비교하여 수정된 블레이드(1)의 공기역학적 성능을 개선한다.
[0073] 제4 거리(d4)는 예를 들어, 각 공기역학적 프로파일(10)에 대해, 이 공기역학적 프로파일의 코드(c)의 1% 내지 2%이다. 각 트레일링 에지 섹션(14,24)은, 예를 들어 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)의 5% 내지 20% 사이의 직선 세그먼트(16)에 평행한 제5 거리(d5)를 커버한다.
[0074] 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)의 이러한 변환은, 트레일링 에지(6)에 가까운 단부 구역(40)의 블레이드(1)에 약간의 상향 편향을 발생시키는 것을 돕는다. 예를 들어, 10°정도의 이러한 약간의 편향은 리딩 에지(5)의 변환에 의해 생성될 수 있는 기수 하강 모멘트를 상쇄하는 데 유리하게 도움이 된다.
[0075] 당연히, 본 발명은 그 구현과 관련하여 다양한 변형이 가능하다. 여러 실시형태가 위에서 설명되었지만, 가능한 모든 실시형태를 철저하게 식별하는 것은 생각할 수 없음을 쉽게 이해해야 한다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 임의의 수단을 동등한 수단으로 대체하는 것이 당연히 가능하다.
1: 블레이드 3: 제1 단부
4: 제2 단부 5: 리딩 에지
6: 트레일링 에지 10: 공기역학적 프로파일
11: 상부 표면 절반 프로파일 12,22: 리딩 에지 섹션
13,23: 중간 섹션 14,24: 트레일링 에지 섹션
16: 직선 세그먼트 17: 중간선
21: 하부 표면 절반 프로파일 32,42: 수정된 리딩 에지 섹션
34,44: 수정된 트레일링 섹션 35: 변환된 리딩 에지
36: 변환된 트레일링 에지 40: 스팬 방향 단부 구역
50: 회전익기 51: 동체
52: 로터 53: 보조 토크 방지 로터
54: 테일 붐 56: 허브
110: 직선 세그먼트 규정 단계 120: 변환 단계
130: 리딩 에지 섹션 수정 단계 140: 트레일링 에지 변환 단계
150: 트레일링 에지 섹션 수정 단계 200: 블레이드 제조 단계
X: 길이 방향 Y: 횡방향
Z: 수직 방향

Claims (12)

  1. 블레이드(1)는 길이 방향(X)으로 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지 스팬 방향으로 그리고 리딩 에지(5)로부터 트레일링 에지(6)를 향해 횡방향(Y)으로 연장되고, 블레이드(1)는 공기역학적 프로파일(10)에 의해 규정되는 각각의 연속적인 횡단면을 포함하고, 각 공기역학적 프로파일(10)은 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)을 포함하는 2개의 절반 프로파일(11,21)에 의해 규정되며, 2개의 절반 프로파일(11,21)은 각각 리딩 에지 섹션(12,22), 중간 섹션(13,23) 및 트레일링 에지 섹션(14,24)을 포함하고, 제1 단부(3)는 로터(52)의 허브(56)에 연결되도록 의도되고, 제2 단부(4)는 자유롭게 의도되는 블레이드(1)를 개선하기 위한 방법으로서,
    상기 방법은,
    - 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지(5)와 트레일링 에지(6)를 연결하는 직선 세그먼트(16)를 규정하는 단계(110);
    - 제2 단부(4)를 포함하는 블레이드(1)의 스팬방향 단부 구역(40)에 위치한 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지(5)를 변환하는 단계(120)로서, 변환 단계(120)가 직선 세그먼트(16)에 수직인 제1 거리(d1)에 걸쳐 하부 표면 절반 프로파일(21)을 향한 상부 표면 절반 프로파일(11)로부터 수행되는 리딩 에지 변환 단계(120);
    - 단부 구역(4)에서 리딩 에지(5)를 2개의 절반 프로파일(11,21)의 중간 섹션에 연결하는 2개 절반 프로파일(11,21)의 리딩 에지 섹션(12,22)을 수정하는 단계(130); 및
    - 수정된 공기역학적 프로파일(10)에 따라 블레이드(1)를 제조하는 단계(200)를 포함하는 블레이드(1) 개선 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)는 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지(5)와 트레일링 에지(6) 사이의 거리와 동일하고, 거리(d1)은 단부 구역(40)의 각 공기역학적 프로파일(10)에 대해, 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)의 2% 내지 8%이고, 그리고 리딩 에지 섹션(12,22)은 코드(c)의 5% 내지 50%의 리딩 에지로부터 직선 세그먼트(16)에 평행한 제2 거리(d2)를 커버하는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    블레이드(1)의 스팬방향 단부 구역(40)은 블레이드(1) 반경의 10% 내지 25%의 제3 스팬방향 거리(d3)를 커버하고, 반경은 블레이드(1)의 회전 중심과 제2 단부(4) 사이의 거리와 동일한 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    2개의 절반 프로파일(11,21)의 리딩 에지 섹션(12,22)을 수정하는 단계(130) 중에, 수정된 리딩 에지 섹션(12,22)은 차수 3의 다항식에 의해 규정되고 변곡점이 없는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    단부 구역(40)에서 공기역학적 프로파일(10)의 리딩 에지 섹션(12,22)을 수정하는 단계(130) 중에, 2개의 절반 프로파일(11,21)의 리딩 에지 섹션(12,22)을 규정하는 지점은 포물선 법칙에 따라 변환되는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 방법은, 제조 단계(200) 전에 수행되는 것으로,
    - 블레이드(1)의 스팬 방향 단부 구역(40)에서 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)를 변환하는 단계(140)로서, 단부 구역(40)에서 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지(6)를 변환하는 단계(140)가 직선 세그먼트(16)에 수직인 제4 거리(d4)에 걸쳐 하부 표면 절반 프로파일(21)로부터 상부 표면 절반 프로파일(11)을 향하여 수행되는 변환 단계(140); 및
    - 2개의 절반 프로파일(11,21)의 중간 섹션(13,23)을 단부 구역(4)의 트레일링 에지에 연결하는 2개의 절반 프로파일(11,21)의 트레일링 에지 섹션(14,24)을 수정하는 단계(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    제4 거리(d4)는, 단부 구역(40)의 각 공기역학적 프로파일(10)에 대해, 공기역학적 프로파일(10)의 코드(c)의 1% 내지 2% 이고, 그리고 트레일링 에지 섹션(14,24)은 코드(c)의 5% 내지 20%의 트레일링 에지(6)로부터 직선 세그먼트(16)에 평행한 제5 거리(d5)를 커버하는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    2개의 절반 프로파일(11,21)의 트레일링 에지 섹션(14,24)을 수정하는 단계(150) 중에, 수정된 트레일링 에지 섹션(14,24)은 차수 3의 다항식에 의해 규정되고 변곡점이 없는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    단부 구역(40)에서 공기역학적 프로파일(10)의 트레일링 에지 섹션(14,24)을 수정하는 단계(150) 중에, 2개 절반 프로파일(11,21)의 트레일링 에지 섹션(14,24)은 규정하는 지점은 포물선 법칙에 따라 변환되는 것을 특징으로 하는 블레이드(1) 개선 방법.
  10. 길이 방향(X)으로 제1 단부(3)로부터 제2 단부(4)까지 스팬 방향으로 그리고 리딩 에지(5)로부터 트레일링 에지(6)를 향해 횡방향(Y)으로 연장되는 블레이드(1)로서, 블레이드(1)는 공기역학적 프로파일(10)에 의해 규정되는 각각의 연속적인 횡단면을 포함하고, 각 공기역학적 프로파일(10)은 상부 표면 절반 프로파일(11) 및 하부 표면 절반 프로파일(21)을 포함하는 2개의 절반 프로파일(11,21)에 의해 규정되며, 2개의 절반 프로파일(11,21)은 각각 리딩 에지 섹션(12,22), 중간 섹션(13,23) 및 트레일링 에지 섹션(14,24)을 포함하고, 제1 단부(3)는 로터(53)의 허브(56)에 연결되도록 의도되고, 제2 단부(4)는 자유롭게 의도되고, 블레이드(1)는 제 1 항에 따른 방법에 의해 수정된 공기역학적 프로파일(10)을 사용하여 제조되는 블레이드(1).
  11. 제 10 항에 따른 적어도 2개의 블레이드(1)를 포함하는, 항공기(50)용 로터(52).
  12. 동체(51) 및 적어도 하나의 리프트 로터(52)를 포함하는 회전익기(50)로서, 리프트 로터(52)가 제 10 항에 따른 적어도 2개의 블레이드(1)를 포함하는 회전익기.

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