KR19990011474A - 항공기용 보조익 조정 장치 - Google Patents

Abstract

항공기용 보조익 조정 장치를 개시한다. 본 발명에 따르면, 익형 부재, 상기 익형 부재의 시위선을 따라 이동하도록 상기 익형 부재내에 설치된 최소한 하나의 이동 랙 기어 부재, 상기 랙 기어 부재에 대응하여 설치된 최소한 하나의 고정 랙 기어 부재, 상기 이동 랙 기어 부재를 직선 왕복 운동시키는 왕복 액튜에이터, 상기 이동 랙 기어 부재 및 상기 고정 랙 기어 부재에 맞물리는 기어부를 가지는 회전축 부재 및, 상기 회전축 부재를 회전 구동하는 회전 액튜에이터를 구비한 항공기용보조익 조정 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 보조익 조정 장치는 아음속 및 초음속 영역에서 비행하는 항공기의 비행 조건에 따라 보조익의 익형에 작용하는 모멘트가 등가인 지점에 임의로 회전축을 설정할 수 있으므로 보조익의 회전 조정을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다는 장점을 가진다.

Description

항공기용 보조익 조정 장치

본 발명은 항공기용 보조익 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 회전축과 익형의 상대적인 위치가 운항 조건에 따라 변경될 수 있는 항공기용 보조익 장치에 관한 것이다.

일반적으로 고정익 항공기는 주익(wing)과 보조익(horizontal tail)을 구비한다. 주익은 항공기를 공중에 부양시키는 힘인 양력을 제공할 목적으로 구비되는 반면에, 보조익은 주로 항공기의 비행 자세 유지 및 안정성을 제공할 목적으로 구비된다. 대부분의 항공기에서 보조익은 항공기의 동체에 대하여 고정된 상태로 유지된다. 그러나, 특수 목적을 위하여 제작된 항공기가 특정의 비행 조건에서 운항할 경우에 최적의 비행 자세 유지 및 안정성을 제공하기 위하여 보조익이 항공기의 동체에 대한 각도를 변화시킬 수 있도록 가변적으로 설치될 수 있다.

가변형 보조익을 적용한 경우는 민수용 항공기보다는 전투용 항공기에서 찾아볼 수 있다. 전투용 항공기에서 가변형 보조익을 적용한 가장 큰 이유는 전투기가 주어진 임무를 수행하는데 있어서 다양하고 급격한 자세 변화를 요구하기 때문이다. 즉, 공중전을 수행하거나 지상전 지원 임무를 수행하는데 필요한 자세는 매우 다양할뿐만 아니라 짧은 시간내에 급격하게 변화하므로, 항공기 동체에 대한 보조익의 위치를 주어진 조건에 따라 변화시킴으로써 최적의 비행 조건을 충족시키기 위한 것이다.

가변형 보조익은 통상적인 전투기와, 주익의 전방에 보조익을 설치한 캐나드(canard)형 항공기에 적용된다. 가변형 보조익은 보조익 익형(airfoil)을 회전축을 통해 동체에 설치함으로써, 회전축의 회전에 따라 동체에 대한 익형의 각도가 변화하도록 하는 것이다. 동체 내부에는 회전축을 회전시키기 위한 액튜에이터 및 기타 구조가 내장된다.

전투기의 비행 속도는 아음속 영역과 초음속 영역으로 구분될 수 있다. 전투기가 순항중이거나 통상적인 초계 임무를 수행할 경우에 전투기는 아음속 영역에서 비행하는 반면에, 공중전과 같은 전투 임무에서는 초음속 영역에서 비행한다. 실제에 있어서 전투기는 초음속으로 비행하는 시간보다는 아음속으로 비행하는 시간이 더욱 길다. 그러나 전투기의 핵심적인 요소인 전투 임무를 수행하는 상황에서는 초음속 영역에서 비행하게 되므로, 항공기의 공기 역학적 설계 목표는 초음속 영역에서의 비행 조건에 초점을 두고 있는 것이 현실이다. 따라서 가변형 보조익에 대해서도 초음속 영역에서의 비행을 감안하여 설계가 이루어진다.

도 1에는 익형(airfoil)의 단면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 익형(10)의 시위선(chord line,14)은 선단(11)으로부터 후단(15)까지 연장되는 것으로 정의될 수 있으며, 상기 시위선(14)을 따르는 전체 길이는 L 로 표시되어 있다. 항공기가 비행하는 중에 익형(10)의 상부 표면과 하부 표면에 작용하는 공기압의 분포는 비행 속도에 따라 변화하며, 따라서 공기압에 의해 익형(10)에 가해지는 모멘트도 변화한다. 예를 들면, 항공기가 아음속 영역에서 비행할 경우에 익형(10)에 가해지는 모멘트가 평형을 이루는 위치는 대체로 익형(10)의 선단(11)으로부터 시위선을 따르는 전체 길이의 약 1/4 지점에 위치하며, 이것은 도 1에서 도면 번호 12 로 지시되어 있다. 한편, 항공기가 초음속 영역에서 비행할 경우에 익형(10)에 가해지는 모멘트가 평형을 이루는 위치는 대체로 익형(10)의 선단(11)으루부터 시위선을 따르는 전체 길이의 약 1/2 지점에 위치하며, 이것은 도 1에서 도면 번호 13 으로 지시되어 있다.

도 2는 종래 기술에 따른 항공기용 보조익의 가변 장치를 개략적으로 도시한 것이다.

도면을 참조하면, 익형(21)에는 회전축(22)이 일체로 형성되며, 회전축(22)은 액튜에이터(23)에 의해 회전 가능하게 설치된다. 액튜에이터(23)는 항공기 동체(미도시)의 내부에 설치된다. 회전축(22)의 위치는 익형(21)의 선단으로부터 시위선을 따라 1/2 지점에 설정된다. 비행중에는, 액튜에이터(23)가 회전축(22)을 회전 구동함으로써 동체에 대한 익형(21)의 각도를 변화시키게 된다. 즉, 보조익 익형(21)의 회전축(22)은 초음속 비행중에 모멘트가 평형을 이루는 지점인 선단으로부터 1/2 L 지점에 설치되어 있다. 이처럼 초음속 비행중에 모멘트가 평형을 이루는 지점에 회전축(22)을 설치함으로써, 익형(21)의 각도를 변화시킬 때 필요한 구동력을 최소화할 수 있다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같은 회전축(22)의 위치는 비행기가 아음속 영역을 비행중일때는 모멘트가 등가인 위치가 아니며 상당한 모멘트가 작용하는 위치이므로, 익형(21)을 회전 구동하는데 필요한 구동력은 익형(21)에 작용하는 모멘트를 극복하여야 하고, 따라서 상대적으로 많은 회전 구동력이 소요된다.

위에서 설명한 바와 같이, 전투기가 초음속 영역에서 비행하는 시간이 아음속 영역에서 비행하는 시간보다 짧은 기간에 이루어짐에도 불구하고, 보조익 익형(21)의 회전축(22)을 초음속 비행 조건에 초점을 두어 설치하는 것은 전투기의 핵심적인 임무가 초음속 영역에서 수행되어야 하기 때문이다. 즉, 초음속 비행의 자세 유지와 안정성을 보장하기 위해서, 아음속 비행의 조건을 무시하거나 또는 희생하는 것이다.

위와 같은 설계상의 선택은 다음과 같은 문제점을 초래한다. 우선, 아음속 영역의 비행중에 보조익을 조정하기가 곤란해진다. 즉, 익형의 선단으로부터 시위선을 따라 1/2 L 지점에 회전축을 설치할 경우, 아음속 비행중에 익형(21)에는 모멘트가 가해지며, 따라서 보조익의 각도를 변경하려면 이러한 모멘트를 극복하여 조정이 이루어져하므로 조정 속도가 늦어지고, 조정 자체가 곤란해지는 것이다. 다음에, 보조익을 회전 구동하는 액튜에이터의 구동력이 강해져야 하며, 그에 따라 액튜에이터의 소요 동력이 커지고 중량이 무거워지게 된다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 비행 속도에 따라서 보조익의 조정이 최적의 상태로 이루어질 수 있는 항공기용 보조익 조정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 소요 동력과 중량이 최소화될 수 있는 항공기용 보조익 조정 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 비행 속도에 따라서 보조익의 회전축이 시위선을 따라 변경될 수 있는 항공기용 보조익 조정 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 항공기용 보조익에 대한 개략적인 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 항공기용 보조익 조정 장치에 대한 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 항공기용 보조익 조정 장치에 대한 개략적인 구성도.

＊ 도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명

10. 익형 11. 선단

21. 익형 22. 회전축

23. 액튜에이터 31. 익형

32. 회전축 33. 회전 액튜에이터

34. 36. 이동 랙 기어 35.37. 고정 랙 기어

38.39. 가이드 40. 왕복 액튜에이터

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 익형 부재, 상기 익형 부재의 시위선을 따라 이동하도록 상기 익형 부재내에 설치된 최소한 하나의 이동 랙 기어 부재, 상기 랙 기어 부재에 대응하여 설치된 최소한 하나의 고정 랙 기어 부재, 상기 이동 랙 기어 부재를 직선 왕복 운동시키는 왕복 액튜에이터, 상기 이동 랙 기어 부재 및 상기 고정 랙 기어 부재에 맞물리는 기어부를 가지는 회전축 부재 및, 상기 회전축 부재를 회전 구동하는 회전 액튜에이터를 구비한 항공기용보조익 조정 장치가 제공된다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 상기 이동 랙 기어 부재는, 상기 익형 부재의 시위선을 따라서 상기 보조익의 선단과 상기 회전축 부재 사이의 거리가 상기 익형 부재의 시위선을 따르는 전체 길이의 1/4 내지 1/2 사이의 범위에 있도록 운동한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 이동 랙 기어 부재를 안내하는 가이드 부재를 더 구비한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 왕복 액튜에이터에 의해 상기 이동 랙 기어 부재가 운동하는 동안에는 상기 회전축 부재가 상기 회전 액튜에이터에 대하여 회전 가능하게 유지된다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 상기 회전축 부재의 기어부는 상기 한쌍의 이동 랙 기어 부재 및 고정 랙 기어 부재에 의해 두 지점에서 맞물린다.

이하 본 발명을 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 3에는 본 발명에 따른 항공기용 보조익 조정 장치의 개략적인 분해 사시도가 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 익형(31)의 내부에는 이동 랙 기어(34,36)와 고정 랙 기어(35,37)가 설치되며, 상기 이동 랙 기어(34,36)들중 최소한 하나를 제어 가능하게 이동시킬 수 있는 왕복 액튜에이터(40)가 설치되어 있다. 회전축(32)의 일 단부에는 기어부(41)가 형성되어 있으며, 기어부(41)가 형성된 회전축(32)의 단부는 익형(31)의 내부에 형성된 이동 랙 기어(34,36)와 고정 랙 기어(35,37) 사이를 통해 삽입되어 기어들에 맞물린다. 회전축(32)의 다른 단부는 항공기의 동체(미도시)내에 설치된 회전 액튜에이터(33)에 의해 제어 가능하게 회전되도록 설치된다.

도면에는 회전축(32)을 축 방향의 2 지점에서 지지할 수 있도록 상호 대응하는 한쌍의 이동 기어 및 고정 기어를 사용하고 있으나 기어쌍의 수는 임의로 선택할 수 있다. 즉, 이동 기어 및 고정 기어를 각각 하나만 사용하여도 회전축(32)에 대한 익형(31)의 상대 위치는 변경될 수 있다.

이동 랙 기어(34,36)는 가이드(38,39)를 따라 왕복 운동한다. 이동 랙 기어들중 최소한 하나(34)에 연결된 왕복 액튜에이터(40)는 이동 랙 기어(34)가 이동하는 구동력을 제공할 수 있다. 왕복 액튜에이터(40)는 예를 들면 공압 피스톤이거나 또는 리니어 모터일 수 있으며, 이동 랙 기어(34)를 제어 가능하게 이동시킬수 있다. 도면에서는 단지 하나의 이동 랙 기어(34)에 대해서만 연결되어 있으나, 다른 예에서는 각각의 이동 랙 기어(34)에 별도의 왕복 액튜에이터가 연결되거나, 또는 하나의 액튜에이터로써 2 개의 랙 기어(34)를 이동시키는 것도 가능할 것이다. 고정 랙 기어(34,36)는 익형(31)에 내장된 상태로 고정되어 있다. 따라서 이동 랙 기어(34,36)가 직선 운동하면, 그 사이에 맞물린 회전축(32)에 대하여 익형(31)은 전방향 또는 후방향으로 이동할 수 있다. 이동 랙 기어(34,36)는 각각 익형(31)의 내부에 고정된 가이드(38,39)를 따라서 직선 왕복 운동한다.

직선 이동 액튜에이터(40)에 의한 이동 랙 기어(34)의 직선 운동 범위는 회전축(32)에 대한 익형(31)의 위치와 연관된다. 즉, 이동 랙 기어(34)가 운동함으로써 야기되는 익형(31)의 운동은, 익형(31)의 선단(41)과 회전축(32) 사이의 거리가익형(31)의 선단(41)으로부터 보았을 때 익형(31)의 시위선을 따르는 전체 길이의 1/4 인 지점으로부터 1/2 인 지점까지 이루어지는 것이 바람직스럽다. 이것은 물론 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 아음속 비행 또는 초음속 비행에서 익형(31)에 작용하는 모멘트의 등가 지점이 상이하기 때문이며, 해당 비행 조건에서 최적의 위치에 회전축(32)이 배치되도록 한다.

아음속 비행일 경우, 익형(31)에 작용하는 모멘트의 등가 지점은 선단(41)으로부터 시위선을 따르는 전체 길이의 1/4 에 위치하며, 따라서 회전축(32)이 해당 지점에 위치하도록 왕복 액튜에이터(40)가 작동되어야 한다. 반면에 초음속 비행일 경우, 익형(31)에 작용하는 모멘트의 등가 지점은 선단(41)으로부터 시위선을 따르는 전체 길이의 1/2 지점에 위치하며, 따라서 회전축(32)이 해당 지점에 위치하도록 왕복 액튜에이터(40)가 작동되어야 한다.

위에서 설명한 바와 같이, 회전축(32)은 회전 액튜에이터(33)에 의해 회전할 수 있다. 회전 액튜에이터(32)는 항공기의 동체(미도시)내에 설치되어 있다. 액튜에이터(33)의 작용에 따라 회전축(32)이 회전하면 익형(31)은 항공기 동체(미도시)에 대하여 각도를 변경시킬 수 있다. 즉, 항공기의 비행 자세를 교정하거나 안정성을 도모할 수 있는 각도로 익형(31)을 회전시킬 수 있다. 액튜에이터(33)에 의한 회전축(32)의 회전 구동은 선택적이다. 즉, 왕복 액튜에이터(40)의 작용에 의해 이동 랙 기어(34,36)가 가이드(38,39)를 따라 이동하고 있을 동안에는, 회전축(32)이액튜에이터(33)에 대하여 자유롭게 회전될 수 있어야 한다. 이러한 것은 당해 기술 분야의 공지 기술로부터 자명한 것으로서, 회전축(32)과 회전 액튜에이터(33) 사이에 클러치를 설치하거나, 또는 회전 액튜에이터(32)의 가동부를 무부하 회전 상태에 설정함으로써 가능할 것이다.

위에서 일부 언급된 바이기는 하지만, 이하 본 발명에 따른 보조익 조정 장치의 작동을 정리하여 설명하면 다음과 같다.

액튜에이터(40)의 구동은 이동 랙 기어(34)를 익형(31)의 시위선을 따르는 방향으로 직선 왕복 운동시킬 수 있다. 이동 랙 기어(34)가 구동됨으로써, 이동 랙 기어(34)와 고정 랙 기어(35) 사이, 그리고 다른 이동 랙 기어(36)와 고정 랙 기어(37) 사이에 맞물린 회전축(32)은 각각의 고정 랙 기어(35,37)에 대한 상대 위치가 변경되며, 그에 따라, 회전축(32)에 대한 익형(31)의 상대 위치가 변경된다. 이러한 익형(31)의 직선 방향 이동중에는 회전축(32)이 회전 액튜에이터(33)에 대하여 자유로운 회전 상태를 유지하여야 한다.

비행 속도가 아음속 영역내에 있을 경우에, 시위선을 따라서 익형(31)의 선단으로부터 회전축(32)까지의 거리는 시위선을 따르는 전체 길이의 약 1/4 인 것이 가장 적절하며, 따라서 액튜에이터(40)는 이동 랙(34)을 익형(31)의 전방으로 이동시켜 해당 지점에 회전축(32)이 위치되도록 한다. 초음속 비행의 경우에, 시위선을 따라서 익형(31)의 선단으로부터 회전축(32)까지의 거리는 시위선을 따르는 전체 길이의 약 1/2 인 것이 가장 적절하며, 따라서 액튜에이터(40)는 이동 랙(34)을 익형(31)의 후방으로 이동시켜 해당 지점에 회전축(32)이 위치되도록 한다. 또한 비행 속도에 따라서 상기 범위내의 임의 지점에 회전축(32)이 위치될 수 있을 것이다.

비행 속도에 따라서 동체(미도시)에 대한 보조익의 위치가 설정되면 왕복 액튜에이터(40)는 더 이상 작동하지 않으며, 따라서 랙 기어(34,35,36,37)들 사이에 맞물린 회전축(32)은 시위선을 따르는 직선 방향으로는 더 이상 운동할 수 없다. 이때 회전 액튜에이터(33)를 작동시켜 회전축(32)을 회전 구동하면 익형(31)은 동체(미도시)에 대하여 회전할 수 있다.

본 발명에 따른 보조익 조정 장치는 아음속 및 초음속 영역에서 비행하는 항공기의 비행 조건에 따라 보조익의 익형에 작용하는 모멘트가 등가인 지점에 임의로 회전축을 설정할 수 있으므로 보조익의 회전 조정을 신속하고 용이하게 수행할 수 있다는 장점을 가진다. 또한 보조익을 회전 구동하는 액튜에이터의 구동 용량을 감소시킬 수 있으며, 부수적으로 액튜에이터의 중량을 감소시키는 효과를 가져온다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것으로서 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

1. 익형 부재,

   상기 익형 부재의 시위선을 따라 이동하도록 상기 익형 부재내에 설치된 최소한 하나의 이동 랙 기어 부재,

   상기 랙 기어 부재에 대응하여 설치된 최소한 하나의 고정 랙 기어 부재,

   상기 이동 랙 기어 부재를 직선 왕복 운동시키는 왕복 액튜에이터,

   상기 이동 랙 기어 부재 및 상기 고정 랙 기어 부재에 맞물리는 기어부를 가지는 회전축 부재 및,

   상기 회전축 부재를 회전 구동하는 회전 액튜에이터를 구비한 항공기용보조익 조정 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 랙 기어 부재는, 상기 익형 부재의 시위선을 따라서 상기 보조익의 선단과 상기 회전축 부재 사이의 거리가 상기 익형 부재의 시위선을 따르는 전체 길이의 1/4 내지 1/2 사이의 범위에 있도록 운동하는 것을 특징으로 하는 항공기용 보조익 조정 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이동 랙 기어 부재를 안내하는 가이드 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 항공기용 보조익 조정 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 왕복 액튜에이터에 의해 상기 이동 랙 기어 부재가 운동하는 동안에는 상기 회전축 부재가 상기 회전 액튜에이터에 대하여 회전 가능하게 유지되는 것을 특징으로 하는 항공기용 보조익 조정 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 회전축 부재의 기어부는 상기 한쌍의 이동 랙 기어 부재 및 고정 랙 기어 부재에 의해 두 지점에서 맞물리는 것을 특징으로 하는 항공기용 보조익 조정 장치.