KR20040051729A - Helicopter tail-fan performance test bench - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 헬리콥터 주 회전익의 토크를 상쇄하기 위한 테일팬 시스템에 대한 성능(추력, 토크 등)을 실제 헬리콥터의 꼬리 붐에 연결된 상태와 실제 비행 환경조건을 구현하여 보다 정밀한 시험이 가능하도록 하는 헬리콥터 테일팬 성능시험장치에 관한 것이다.According to the present invention, the performance of the tail fan system for offsetting the torque of the helicopter main rotor blade (thrust, torque, etc.) is connected to the tail boom of the actual helicopter and the helicopter tail which enables more precise testing by implementing actual flight environmental conditions. It relates to a fan performance tester.
헬리콥터 주 회전익이 회전함에 따라 헬리콥터 동체는 주 회전익 시스템의 회전 반대방향으로 회전하려는 특성을 갖는다.As the helicopter main rotor blades rotate, the helicopter fuselage has the characteristic of rotating in the opposite direction of rotation of the main rotor blade system.
이러한 특성을 토크 현상 이라하며, 이러한 토크를 헬리콥터의 꼬리 회전익 부분인 테일팬 시스템으로 상쇄시켜 주어 헬리콥터의 진행 방향을 유지하거나 테일팬 시스템의 성능효율을 증가 또는 감소시킴으로써 원하는 진행방향으로 방향전환이 가능하다.This characteristic is called a torque phenomenon, and this torque is offset by the tail fan system, which is the tail rotor blade part of the helicopter, to maintain the helicopter's direction of travel or increase or decrease the performance efficiency of the tail fan system so that the direction can be changed to the desired direction. Do.
헬리콥터 테일팬 시스템의 개발과 양산에 있어 성능 및 기능성 시험은 필수적인 인증시험 항목이다. 국내에는 아직까지 헬리콥터 테일팬 시스템을 개발한 경험을 보유하고 있지 않아 이러한 시험장치 또한 개발되지 않은 상황이다.In the development and production of helicopter tail fan systems, performance and functional testing are essential certification tests. The test equipment has not been developed in Korea as it does not have the experience of developing a helicopter tail fan system yet.
그러나 해외의 유수한 헬리콥터 제작업체나 개발기관에서는 필수적으로 보유하고 있어 완제기에 장착하기 전에 성능 및 기능시험을 수행하고 있다.However, many of the world's leading helicopter manufacturers and development institutes are indispensable and perform performance and functional tests before they are installed on the finished machine.
기존의 해외에서 보유하고 운용중인 대부분의 헬리콥터 꼬리로터 시험장치는 도 5 와 같은 형태로 덕트 팬 형태의 꼬리로터 하부에 구동모터를 위치시키고, 수직으로 연결된 구동축을 통해 구동력을 전달하는 형상을 갖고 있다.Most helicopter tail rotor test apparatuses possessed and operated overseas are located in the lower part of the tail rotor in the form of a duct fan, as shown in FIG. 5, and have a shape of transmitting a driving force through a vertically connected drive shaft. .
이러한 기존의 헬리콥터 테일팬 시스템 시험장치들은 몇 가지 문제점들을 갖고 있다.These existing helicopter tailfan system testers have some problems.
첫째, 실제 헬리콥터가 제자리 비행을 한다든가 전진비행을 할 경우 테일팬 시스템은 도 1과 같은 형상으로 장착된 상태에서 비행을 한다.First, when a real helicopter flies in place or moves forward, the tail fan system flies in a state equipped with a shape as shown in FIG. 1.
도 5와 같은 시험 장치를 이용하여 성능을 시험하는 것은 외부영향 즉, 바람의 방향이나 헬리콥터 꼬리부에 장착되는 위치에 따라 테일팬 시스템의 성능을 결정하는 주요한 요소인 추력 및 회전 모멘트(토크)를 정확히 시험하기 어렵다.Testing the performance using the test apparatus as shown in Figure 5 is the main factor that determines the performance of the tail fan system according to the external influence, that is, the direction of the wind or the position of the helicopter tail, the thrust and rotational moment (torque) Difficult to test correctly
이는 테일팬 시스템의 장착 위치가 실제 헬리콥터의 꼬리부와 달라 실제 비행운용 조건을 정밀하게 구현해 줄 수 없기 때문이다.This is because the tail fan system's mounting position is different from that of the actual helicopter, so the actual flight operation conditions cannot be precisely realized.
다시 말하면, 시험 대상물인 테일팬 시스템에 적용되는 바람의 영향이나 헬리콥터 꼬리 붐(후미동체) 연결에 대한 영향을 충분히 고려할 수 없어 비행운용 조건에 따라 실제 헬리콥터의 비행조건을 보다 정확히 구현하지 못하는 단점을 갖고 있다.In other words, the effect of wind on the tail fan system under test or the effect of the helicopter tail boom connection cannot be fully taken into account, which makes it difficult to implement the actual helicopter flight conditions more accurately depending on flight operation conditions. Have
둘째, "지상 - 공중 - 지상"의 비행 주기를 제공하는 것이 불가능하다. 왜냐하면, 성능시험장치가 실제 헬리콥터에 장착되는 테일팬 시스템과 같이 동일한 형상으로 구성되어 있지 않기 때문에 지상에서 이륙하는 과정, 전진 비행 또는 선회 비행하는 과정, 지상으로 착륙하는 과정 등 연속적인 비행 형태에 따라 테일팬 시스템이 갖는 성능에 대한 시험이 불가능하다.Secondly, it is impossible to provide a "ground-air-ground" flight cycle. Because the performance tester is not configured in the same shape as the tail fan system mounted on the actual helicopter, it is determined by the continuous flight type such as taking off from the ground, moving forward or turning, and landing on the ground. It is not possible to test the performance of the tail fan system.
셋째, 도 5와 같은 시험장치는 실제 헬리콥터의 테일팬 시스템과 동일한 팬 깃의 피치 각 제어를 통해 추력 성능효율을 변화시킬 때 발생하는 헬리콥터의 꼬리부에서부터 테일팬 시스템까지의 힘과 모멘트 변화를 측정할 수 없다.Third, the test apparatus as shown in FIG. 5 measures the change in force and moment from the tail of the helicopter to the tail fan system when the thrust performance efficiency is changed through the pitch angle control of the same fan blade as the actual helicopter tail fan system. Can not.
테일팬 시스템만이 갖는 피치 각 변화에 따른 추력 및 토크를 측정할 수 있어 다양한 환경에서의 성능시험이 불가능하다.Thrust and torque can be measured according to the pitch angle change that only the tail fan system has, so performance test in various environments is impossible.
또한, 팬 깃에 작용하는 응력 분포도 실제 비행운용 조건에서 형성되는 응력 분포를 정밀하게 구현하기 어렵다.In addition, the stress distribution acting on the fan blade is also difficult to accurately implement the stress distribution formed under the actual flight operation conditions.
본 발명은 헬리콥터가 제자리 비행을 하거나 전진 비행을 수행하는 동안 주 회전익의 토크를 상쇄시키는 테일팬 시스템의 주요 성능변수인 추력, 토크, 팬 깃의 응력특성, 테일팬 또는 꼬리로터 기어박스의 기능성 등을 시험하여 측정하기 위한 것이다.The present invention is the main performance parameters of the tail fan system that cancels the torque of the main rotor blades during the helicopter flight or forward flight, thrust, torque, stress characteristics of the fan blade, the functionality of the tail fan or tail rotor gearbox, etc. Is to test and measure.
본 발명은 헬리콥터의 꼬리부와 테일팬 시스템에 대해 실제 비행운용 조건을 정밀하게 모사하여 바람의 방향이나 테일팬 시스템의 장착위치 즉, 구동축의 경사 각도에 따라 다양한 형태로 개발되는 테일팬 시스템에 대한 성능 및 기능 시험을 수행할 수 있도록 시험결과의 정확성을 높여주는 것이다.The present invention precisely simulates the actual flight operation conditions for the tail and tail fan system of the helicopter for a tail fan system developed in various forms according to the direction of the wind or the mounting position of the tail fan system, that is, the inclination angle of the drive shaft It is to increase the accuracy of the test results so that performance and functional tests can be performed.
본 발명의 기술적 목표를 달성하기 위해 실물크기의 테일팬 시스템에 대한형상 및 기술적인 데이터를 사용하고, 기존 운용중인 실제 헬리콥터의 꼬리 붐(꼬리부)에 테일팬 시스템을 장착할 수 있도록 실제 헬리콥터의 꼬리 붐 데이터를 적용하여야 하며, 헬리콥터의 전진 방향 및 풍속 등 비행환경조건 등 기술적인 데이터를 사용함으로써 달성할 수 있다.In order to achieve the technical objective of the present invention, the shape and technical data of the full-scale tail fan system are used, and the actual helicopter can be mounted on the tail boom (tail) of the actual helicopter in operation. Tail boom data should be applied and can be achieved by using technical data such as the helicopter's forward direction and wind environment.
도 1 은 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 정면도1 is a front view of the tail fan performance test apparatus of the present invention
도 2 는 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 작동상태도Figure 2 is an operating state diagram for the tail fan performance test apparatus of the present invention
도 3 은 본 발명의 테일팬 성능시험장치에 대한 평면도Figure 3 is a plan view of the tail fan performance test apparatus of the present invention
도 4 는 본 발명의 회전부에 대한 확대도4 is an enlarged view of a rotating part of the present invention;
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 대한 정면도5 is a front view of another embodiment of the present invention.
도 6 은 기존의 꼬리로터 시험장치에 대한 정면도6 is a front view of a conventional tail rotor testing apparatus
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명][Description of Symbols for Main Parts of Drawing]
1 : 테일팬 시스템2 : 주구동축1: tail fan system 2: main drive shaft
3 : 토크계 4 : 디스크 커플링3: torque meter 4: disc coupling
5 : 증속기어박스 6 : 유압모터5: Gearbox 6: Hydraulic Motor
7 : 경사 힌지 8, 13 : 전자식 서보 유압작동기7: Slope hinge 8, 13: Electronic servo hydraulic actuator
9 : 고정 막대10 : 고정밸런스9: fixed rod 10: fixed balance
11 : 고정지지대12 : 회전반 결합체11: fixed support 12: rotating plate assembly
14 : 기어 및 베어링 연결부15 : 박형 유압작동기14 gear and bearing connection 15 thin hydraulic actuator
16：슬립링(Slip ring) 17 : 회전밸런스16: Slip ring 17: Rotation balance
18 : 팬 깃 19 : 꼬리 기어박스18: pan feather 19: tail gearbox
20 : 유압시스템 21 : 피치제어시스템20: hydraulic system 21: pitch control system
100 : 주구동부200 : 지지부100: main drive part 200: support part
300 : 회전부300: rotating part
본 발명은 크게 세부분으로 나눌 수 있으며, 첫 번째는 주구동부(100)로서 회전력을 생성하고, 전달하는 역할을 하며, 두 번째는 지지부(200)로서 테일팬 시스템(1) 및 주구동부(100)를 지지하여 주고, 테일팬 시스템(1)이 장착된 꼬리부의 기울임을 조절하여 준다.The present invention can be broadly divided into subdivisions, the first of which serves to generate and transmit the rotational force as the main driving unit 100, the second is the tail fan system 1 and the main driving unit 100 as the support 200 ), And adjusts the tilt of the tail portion that the tail fan system (1) is mounted.
세 번째는 주구동부(10)와 지지부(200)를 모두 지지하면서 전체 시험장치의 회전을 가능하게 하는 회전부(300)로 나눌 수 있다.The third may be divided into a rotating part 300 supporting both the main driving part 10 and the supporting part 200 to enable the rotation of the entire test apparatus.
본 발명은 유압모터(6)에 연결된 증속기어박스(5)에서 토크계(3)를 통과하며 테일펜 시스템(1)이 수평형태의 주 구동축(2)에 연결하여 실제 헬리콥터의 꼬리부에 직접 연결할 수 있도록 하는 주구동부(100)와,The present invention passes through the torque meter (3) in the gearbox (5) connected to the hydraulic motor (6) and the tail pen system (1) is connected to the main drive shaft (2) of the horizontal type directly to the tail of the actual helicopter Main drive unit 100 and the connection to allow,
상기 주 구동부(100)의 하측에서 경사힌지(7)와 전자식 서보 유압작동기(8)로 지지하며 고정밸런스(10)로 밸런스가 유지되는 지지부(200)와,A support part 200 supported by the inclined hinge 7 and the electronic servohydraulic actuator 8 at the lower side of the main drive part 100 and maintained in balance by the fixed balance 10;
상기 지지부(200)의 하측에서 회전반 결합체(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 비행방향을 전환할 수 있도록 하는 회전부(300)로 이루어짐을 특징으로 하는 것이다.It characterized in that it consists of a rotating part 300 to be able to switch the flight direction through the electronic servo-hydraulic actuator 13 installed on the rotating plate assembly 12 in the lower side of the support portion 200.
상기 주구동부(100)는 유량 및 유압을 제어시스템을 통해 조절하여 공급하는유압 공급 장치, 오일을 냉각시키는 냉각장치 등으로 구성된 유압시스템(20)을 통해 유압모터(6)는 주 구동축(2)의 회전에 필요한 동력으로 유량 및 유압을 공급받아 회전속도 및 토크를 생성하고, 유압모터(6)는 디스크 커플링(4)을 통해 증속기어박스(5)에 회전력을 전달한다.The main drive unit 100 is a hydraulic motor (6) through the hydraulic system 20 consisting of a hydraulic pressure supply device for adjusting the flow rate and hydraulic pressure through a control system, a cooling device for cooling the oil, etc., the main drive shaft (2) Receives a flow rate and hydraulic pressure to the power required for the rotation of the rotational speed and torque is generated, the hydraulic motor 6 transfers the rotational force to the speed increase gear box (5) through the disk coupling (4).
증속기어박스(5)는 회전속도를 증속시켜 디스크 커플링(4)을 통해 토크계(3)에 전달하고, 토크계(3)는 전달된 회전속도와 토크를 측정하여 유압시스템(20)에 괘환(피드백, feedback)하여 준다.The speed increase gearbox 5 increases the speed of rotation and transmits it to the torque meter 3 through the disc coupling 4, and the torque meter 3 measures the transmitted speed and torque to the hydraulic system 20. Give feedback (feedback, feedback).
이때 유압시스템 내부의 제어시스템은 일정한 회전력을 유지하는 역할을 한다.At this time, the control system inside the hydraulic system serves to maintain a constant rotational force.
회전력은 다시 디스크 커플링(4)을 통해 테일팬 시스템(1) 내부에 장착되어 팬 깃(18)에 최종적으로 전달되는 회전속도를 감속시키고, 회전력 전달 방향을 90도로 전환시켜 주는 꼬리 기어박스(19)를 통해 팬 깃(18)을 회전시킨다.Torque force is again mounted inside the tail fan system 1 through the disc coupling 4 to reduce the speed of rotation finally transmitted to the fan blades 18, and to turn the direction of rotational force transmission by 90 degrees. Rotate pan blade 18 through 19).
상기 테일팬 시스템(1)의 추력과 토크는 회전밸런스(17)를 통해 측정할 수 있다.Thrust and torque of the tail fan system 1 can be measured through the rotation balance (17).
또한, 측정되는 추력 및 토크 신호를 비롯하여 팬 깃(18) 및 꼬리 기어박스(19)에 부착된 각종 센서들로부터 측정되는 스트레인 신호 및 온도 등의 신호는 슬립링(16)을 통해 별도의 데이터 획득 장치에 전달되어 성능 시험을 통해 얻어야 하는 성능변수들의 값들을 획득할 수 있다.In addition, signals such as strain signals and temperature measured from various sensors attached to the fan collar 18 and the tail gearbox 19 as well as the measured thrust and torque signals are acquired through the slip ring 16. Values of the performance variables that should be passed to the device and obtained through the performance test can be obtained.
두 번째, 지지부(200)는 상기한 주구동부(100)를 지지하여 주며, 테일팬 시스템(1)을 포함한 헬리콥터의 꼬리부의 기울임을 주는 경사힌지(7)는 주 구동축(2)과 수직으로 교차하여 증속기어박스(5)의 아랫부분에 연결되어 있으며, 테일팬 시스템(1)이 기존 또는 개발되는 헬리콥터의 꼬리부에 장착될 경우 갖게 되는 경사 각도를 조절하여 시험할 수 있도록 전자식 서보 유압작동기(8)를 장착하였으며, 경사 각도가 고정될 경우 고정막대(9)를 연결하여 경사각도의 고정을 보조할 수 있도록 하였다.Second, the support part 200 supports the main drive part 100, and the inclined hinge 7 which tilts the tail of the helicopter including the tail fan system 1 crosses the main drive shaft 2 vertically. Is connected to the lower part of the gearbox 5, and the electronic servo-hydraulic actuator so that the tail fan system 1 can be tested by adjusting the inclination angle that is provided when the tail fan system 1 is mounted on the tail of the existing or developed helicopter ( 8), and when the inclination angle is fixed, the fixing bar (9) was connected to assist in fixing the inclination angle.
만약, 전진비행 시험을 수행하면서, 꼬리부의 움직임이 필요할 경우 고정 막대(9)를 제거한 후 두 개의 전자식 서보 유압작동기(8, 8')를 고정 막대(9) 대신 추가 장착하여 연동시킴으로써 헬리콥터 테일팬 시스템(1)을 포함한 꼬리부의 움직임을 구현할 수 있다.If the tail movement is necessary while performing the forward flight test, the helicopter tail fan is removed by interlocking two electronic servohydraulic actuators 8 and 8 'by attaching them instead of the fixed rod 9 when the tail rod is removed. It is possible to implement the movement of the tail, including the system 1.
테일팬 시스템(1)이 구동되는 상황에서 피치제어시스템(21)을 이용해 팬 깃(18)의 피치를 조절하면서 추력 및 토크 성능 변화를 측정할 때 꼬리부에 미치는 힘과 모멘트에 대한 측정은 경사힌지(7) 아래에 장착된 고정밸런스(10)를 통해 이루어진다.When the tail fan system 1 is driven and the pitch control system 21 is used to adjust the pitch of the fan collar 18 while measuring the change in thrust and torque performance, the measurement of the force and moment on the tail is inclined. It is made through a fixed balance (10) mounted below the hinge (7).
고정밸런스(10) 하부는 고정지지대(11)와 연결되어 있으며, 테일팬 시스템(1) 및 주구동부(100)의 자중을 충분히 견딜 수 있도록 견고하게 지지하도록 구성하였다.Fixed balance 10, the lower portion is connected to the fixed support 11, it was configured to firmly support the weight of the tail fan system (1) and the main drive unit 100 sufficiently.
세 번째, 회전부(300)의 경우 전진 비행 방향의 전환 등이 필요할 경우 회전반(12)에 설치된 전자식 서보 유압작동기(13)를 통해 테일팬 시스템(1) 및 지지부(200) 전체를 회전시켜 전진 비행 방향을 전환시킬 수 있도록 구성되어 있다.Third, in the case of the rotation unit 300, if the forward flight direction, etc. need to be changed, the tail fan system 1 and the entire support unit 200 are rotated through the electronic servo-hydraulic actuator 13 installed in the turntable 12 to move forward. It is configured to change the direction of flight.
또한, 고정 지지대(11)가 회전반 내부의 베어링(14)과 연결되어 지지부(200)의 하중을 견디면서 비행 방향에 따라 회전반 결합체(12)의 회전이 가능하도록 구성되어 있으며, 전진 비행 방향의 고정이 필요할 경우 박형 유압작동기(15) 또는 15도 간격으로 360도 회전 평판에 볼트로 체결될 수 있도록 하여 회전반 결합체(12)를 고정할 수 있도록 구성하였다.In addition, the fixed support 11 is connected to the bearing 14 inside the turntable to withstand the load of the support portion 200 while being configured to enable the rotation of the turntable assembly 12 in accordance with the flight direction, forward flight direction If the fixing of the thin hydraulic actuator 15 or 15 degrees intervals were configured to be fixed to the rotating plate assembly 12 by being bolted to the 360-degree rotating plate.
각종 유압작동기에 필요한 유압공급은 유압시스템(20)을 통해 이루어진다.Hydraulic pressure required for various hydraulic actuators is made through the hydraulic system 20.
본 발명은 헬리콥터의 핵심 구성요소인 반 토크(테일팬) 시스템의 성능 및 기능 시험을 위한 것으로 실제 개발되어지는 테일팬 시스템의 기술적 데이터를 이용하여 기존의 해외에서 운용중인 시험장치의 단점을 보완하였고, 실제 헬리콥터의 꼬리부 형상을 이용하여 테일팬 시스템의 장착위치를 변경시킬 수 있도록 지지부에 경사조절장치인 경사 힌지를 이용하는 것이다.The present invention is to test the performance and function of the semi-torque (tail fan) system, which is a core component of the helicopter, and to compensate for the disadvantages of the existing overseas test apparatus by using technical data of the tail fan system that is actually developed. In order to change the mounting position of the tail fan system by using the shape of the tail of the actual helicopter, the tilt hinge, which is a tilt control device, is used.
본 발명은 헬리콥터 꼬리부 형상을 구현하여 주 구동축을 수평형태로 연결하였고, 단지, 테일팬 형식의 꼬리 로터 시스템에 대한 성능시험 뿐만 아니라, 전형적인 꼬리 로터 시스템에도 적용할 수 있는 것이다.The present invention implements a helicopter tail shape to connect the main drive shaft in a horizontal form, and can be applied to a typical tail rotor system as well as a performance test for a tail fan type tail rotor system.
본 발명은 지상에서 이루어지는 필수적인 시험으로 지상 및 전진비행 성능시험을 모두 수행할 수 있도록 하는 것이다.The present invention is to be able to perform both the ground and the forward flight performance test as an essential test made on the ground.
본 발명은 헬리콥터가 전진 비행할 경우에 대한 시험은 풍동(wind-tunnel) 내부에 본 시험 장치를 설치하고, 헬리콥터의 전진비행 방향에 따라 회전반의 각도를 조절하고, 전진 비행 시 기수의 숙임 및 들림(피칭 운동)에 따라 경사조절장치를 이용하여 테일팬 시스템이 연결된 헬리콥터 꼬리부의 기수 숙임 및 들림 운동을 구현하여 전진 비행 조건에서의 성능시험을 수행할 수 있는 것이다.The present invention is to test the helicopter forward flight, install the test device in the wind-tunnel (wind-tunnel), adjust the angle of the turntable according to the forward flight direction of the helicopter, the rider bowing and forward flight According to the lifting (pitching movement), by using the tilt control device to implement the nose lean and lifting movement of the tail of the helicopter connected to the tail fan system can perform the performance test under the forward flight conditions.
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