KR20080092276A

KR20080092276A - 회전익 항공기용 로터 브레이크

Info

Publication number: KR20080092276A
Application number: KR1020080032730A
Authority: KR
Inventors: 안드리아스 돌레첼; 피터 콘스탄쩨르
Original assignee: 유로캅터 도이칠란트 게엠베하
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-04-08
Publication date: 2008-10-15
Also published as: US8151946B2; DE102007017107A1; DE102007017107B4; US20080277213A1; CN101348171A; KR101395349B1; CN101348171B

Abstract

본 발명은 로터 샤프트(1)에 연결된 제동력 픽업 소자(2)를 포함하는, 회전익 항공기용 로터 브레이크에 관한 것이다. 상기 제동력 픽업 소자(2)는 제동력 액츄에이터(15)에 작동가능하게 연결된다. 상기 제동력 액츄에이터(15)는 유압식으로 작동될 수 있도록 형성된다. 본 발명에 따라서, 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)는 유압 라인(32)에 의해 제동력 액츄에이터(15)에 연결되어 제공된다. 상기 제동력 액츄에이터(15)는 상기 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)에 의해 전기유압식으로 작동될 수 있도록 형성된다.

로터 브레이크, 제동력 액츄에이터, 피스톤 컨트롤 소자, 제동력 픽업 소자

Description

회전익 항공기용 로터 브레이크{ROTOR BRAKE FOR A ROTARY-WING AIRCRAFT}

본 발명은 청구항 제 1 항에 따른 유형의 회전익 항공기용 로터 브레이크에 관한 것이다.

독일 특허 출원 DE 698 10 025 T2호는 착륙 후 로터가 빠르게 정지될 수 있도록 하는 헬리콥터용 로터 브레이크를 개시한다. 이는 예를 들어 브레이크 캘리퍼(brake caliper)를 사용하여 기계적으로 수행된다.

독일 특허 출원 DE 692 08 207 T2호는 회전익 항공기에 사용되기 위한 브레이크 유닛을 개시한다. 상기 유닛은 항공기가 지면에 닿자마자 로터를 정지시키도록 설계된다. 여기서, 로터가 감속되는 것으로부터 정지하기까지 가능한 최소의 단계(phase)가 되어야 한다. 이는 로터가 완전히 정지되기 전에, 로터 디스크가 기울어져서 이에 따라 승객들이 항공기로부터 벗어날 때 로터가 승객들을 타격할 수 있는 돌풍바람(blast of wind)의 위험성을 감소시키기 위함이다. 제안된 브레이크 장치는 제동력 증폭기를 가진 유압식 컨트롤 모터를 포함한다. 상기 유압식 컨트롤 모터는 기계적인 트랜스미션 수단에 직접 연결된 모터 피스톤, 마찰 라이닝(friction lining)과 작동하며 상기 모터 피스톤보다 상대적으로 큰 횡단면을 가진 자유 피스톤(free piston) 및 상기 모터 피스톤과 자유 피스톤 사이에서 서포트 부재(support member) 내에 형성된 컨트롤 챔버를 포함한다.

독일 특허 출원 DE 103 43 055 A1호는 로터 샤프트에 비-회전식으로 결합된 브레이크 디스크, 제동 효과를 구현하기 위해 상기 브레이크 디스크에 기능적으로 결합될 수 있도록 브레이크 디스크를 작동시키기 위한 고정식 브레이크 액츄에이터 및 원심력에 의해 작동되며 로터 속도에 의해 제어되는 하나 이상의 로터-브레이크 작동해제 장치(deactivation device)를 포함하는 로터 브레이크를 개시한다. 상기 브레이크 액츄에이터는 압력을 공급하는 유압 라인에 연결된다. 압전 액츄에이터는 브레이크 액츄에이터 대신 사용될 수 있다.

독일 특허 출원 DE 101 27 444 A1호는 다수의 압전 스테핑-드라이브 소자(piezoelectric stepping-drive element)를 가지며 제동력을 발생시키기 위한 압전 메커니즘을 개시한다. 상기 메커니즘은 브레이크 드라이브 또는 서보 드라이브로서 사용하기에 최적화된 실제 구조물을 형성하기 위하여 압전 드라이브의 원리를 개선(refine)하도록 제안된다. 여기서 스테핑-드라이브 소자는 나사산 가공된 스핀들로서 형성된 피동 부분(driven part)의 외측 원주 상에서 작동된다.

회전익 항공기 특히 헬리콥터에서, 지면에 착류한 뒤, 회전익 소위 로터는 제동되어야 한다. 항공기가 착륙했을 때 예를 들어 바람이 부는 상황에서도 회전될 수 없도록 회전익은 제동되어야 한다. 로터 브레이크는 상기 비-회전 상태(non-rotating state)를 구현하기 위하여 요구된다.

본 발명은 로터 브레이크를 제어하기에 용이하고 소형으로 유지될 수 있도록 청구항 제 1 항에 따른 유형의 회전익 항공기용 로터 브레이크를 개선하기 위한 목적에 기초한다.

상기 목적은, 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자가 유압 라인에 의해 제동력 액츄에이터에 연결되어 제공되며 이에 따라 상기 제동력 액츄에이터가 상기 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자에 의해 전기유압식으로 작동될 수 있도록 형성됨으로써 구현된다.

본 발명에 따른 전기 작동식 시스템으로 인하여 기계적 및 유압 컨트롤 및 공급 라인에 대한 필요성이 제거된다. 본 발명은 로컬 유압 유닛(local hydraulic unit)의 유지보수가 매우 낮은(very low-maintenance) 폐시스템(closed system)을 제공한다. 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자를 포함한 해결사항은 현저하게 낮은 사용전압(power requirement)을 가진다. 이는, 실제 사용에서, 일반적으로 항공기 엔진의 전압공급이 이미 중단되어(switched off) 이에 따라 오직 온-보드 배터리(on-board battery)로부터의 전압만이 사용가능하기 때문이다.

또한 본 발명에 따른 구조물로 인해 로터 브레이크는 매우 소형 구조를 가질 수 있다. 이는 실질적으로 기계 및 유압 컨트롤과 공급 라인의 제거를 통해 및 이들에 연결된 추가적인 무게(weight)의 제거를 통해 구현된다.

본 발명의 실시예에 따라서, 전기 기계적 피스톤-컨트롤 소자는 피스톤을 이동시키기 위한 압전 소자를 포함한다.

압전 소자의 사용을 통해, 선호적으로 피에조세라믹(piezoceramic)으로 제조된 압전 소자가 매우 정확하게 작동될 수 있기 때문에 제동력은 매우 우수하게 분배될(dosed) 수 있다. 또한 제동력이 매우 우수하게 분배될 수 있는 사실은 제동력이 로터 브레이크의 기계적 하중 한계점(mechanical load limit) 내에 유지될 수 있으며 이에 따라 상기 로터 브레이크가 파손되는 것이 방지됨을 의미한다.

특히, 압전 소자는 압전 증폭기와 함께 작동하며 상기 압전 증폭기에 의해 제어될 수 있도록 형성된다.

피스톤 컨트롤 소자가 펌프 피스톤과 펌프 하우징을 가진 펌프 구동부로서 형성되는 것은 바람직하다. 이러한 형상은, 다수의 펌프 사이클이 운동을 실시하도록 수행될 수 있기 때문에 피스톤이 오직 10분의 수 밀리미터에서 수 밀리미터 사이의 범위 내에서 이동되어야 함을 의미한다. 축적된 펌프 사이클(accumulated pump cycle) 결과로서, 제동력은 매우 정확하게 분배될 수 있다. 브레이크 피스톤의 운동 속도가 상대적으로 낮기 때문에, 펌프는 오직 작은 체적 유동(volume flow)을 이송시켜야 하고 그 결과 소형이며 경량의 디자인을 가질 수 있다.

특히, 피스톤 컨트롤 소자의 펌프 하우징은 제 1 및 제 2 유압 라인에 연결 된다. 여기서, 상기 제 1 유압 라인은 유입 밸브와 끼워맞춤되고 제 2 유압 라인은 배출 밸브와 끼워맞춤된다. 양 유압 라인은 제동력 액츄에이터의 유압 라인에 계속 연결된다. 상기와 같은 펌프-밸브 솔루션(pump-valve solution)으로 인해, 예를 들어 항공기가 착륙할 때 전력의 소비 없이 충분한 제동력이 구현될 수 있다. 상기 제동 효과는 실질적으로 전기 에너지 없이 구현된다.

또 다른 실시예에 따라서, 제동력 액츄에이터를 구속해제하는 밸브는 피스톤 컨트롤 소자의 제 1 및 제 2 유압 라인 사이에서 상기 제동력 액츄에이터에 안내되는 유압 라인의 세그먼트(segment) 내에 제공된다.

바람직하게, 상기 밸브는 중계기에 의해 작동될 수 있으며 이에 따라 상기 밸브는 개방되고 로터 브레이크는 전압 강하의 경우에 구속해제된다.

제동력 액츄에이터에 안내되는 유압 라인은 브레이크액 리저버에 연결된다.

바람직하게 제동력 액츄에이터는 브레이크 피스톤이 이동가능하게 장착된 브레이크-실린더 하우징을 포함한다. 제동력 픽업 소자를 향하는 측면 상에서, 상기 브레이크 피스톤은 제동력 픽업 소자용 브레이크 패드가 제공된다.

특히, 브레이크 피스톤과 브레이크-실린더 하우징 사이에서 작동하는 회복 스프링은 브레이크 피스톤과 결합한다.

또한 제동력 픽업 소자가 브레이크 디스크로서 형성됨으로써 단순한 구조가 보장된다.

여기서 사용된 로터 브레이크는 예를 들어 헬리콥터와 같은 회전익 항공기에 사용된다.

회전익 항공기용 로터 브레이크의 추가적인 이점, 특징 및 적용 가능성은 도면에 도시된 실시예와 관련하여 하기 설명으로부터 이해될 수 있다.

본 발명에 따른 전기 작동식 시스템으로 인하여 기계적 및 유압 컨트롤 및 공급 라인에 대한 필요성이 제거된다. 본 발명은 로컬 유압 유닛의 유지보수가 매우 낮은 폐시스템(closed system)을 제공한다. 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자를 포함한 해결사항은 현저하게 낮은 사용전압을 가진다. 이는, 실제 사용에서, 일반적으로 항공기 엔진의 전압공급이 이미 중단되어 이에 따라 오직 온-보드 배터리로부터의 전압만이 사용가능하기 때문이다.

또한 본 발명에 따른 구조물로 인해 로터 브레이크는 매우 소형 구조를 가질 수 있다. 이는 실질적으로 기계 및 유압 컨트롤과 공급 라인의 제거를 통해 및 이들에 연결된 추가적인 무게의 제거를 통해 구현된다.

압전 소자의 사용을 통해, 선호적으로 피에조세라믹으로 제조된 압전 소자가 매우 정확하게 작동될 수 있기 때문에 제동력은 매우 우수하게 분배될 수 있다. 또한 제동력이 매우 우수하게 분배될 수 있는 사실은 제동력이 로터 브레이크의 기계적 하중 한계점 내에 유지될 수 있으며 이에 따라 상기 로터 브레이크가 파손되는 것이 방지됨을 의미한다.

펌프 사이클이 축적되는 결과로서, 제동력은 매우 정확하게 분배될 수 있다. 브레이크 피스톤의 운동 속도가 상대적으로 낮기 때문에, 펌프는 오직 작은 체적 유동을 이송하여야 하고 그 결과 소형이며 경량의 디자인을 가질 수 있다.

펌프-밸브 솔루션으로 인해, 예를 들어 항공기가 착륙할 때 전력의 소비 없이 충분한 제동력이 구현될 수 있다. 상기 제동 효과는 실질적으로 전기 에너지 없이 구현된다.

제동력 픽업 소자가 브레이크 디스크로서 형성됨으로써 단순한 구조가 보장된다.

도 1은 본 발명에 따른 로터 브레이크(rotor brake)의 선호적인 실시예를 도시한다. 바람직하게, 이는 회전익 항공기(rotary-wing aircraft)용 특히 헬리콥터용으로 형성된다. 상기 로터 브레이크는 특히 브레이크 디스크(brake disk, 2)로서 형성된 제동력 픽업 소자(braking-force pick-up element, 2)를 포함한다. 제동력 액츄에이터(braking-force actuator, 15)는 로터 샤프트(1)에 연결된 브레이크 디스크(2)에 작동가능하게 연결된다.

제동력 액츄에이터(15)는 브레이크 패드(3), 상기 브레이크 패드(3)를 지지하는 브레이크 피스톤(4) 및 상기 브레이크 피스톤(4)이 구동되는(run) 브레이크 실린더 또는 브레이크-실린더 하우징(6)이 제공된다. 브레이크 피스톤(4) 및 브레이크-실린더 하우징(6) 사이에 예를 들어 상기 하우징(6)의 홈(groove, 31) 내에 위치된 밀봉 소자(sealing element, 30)가 제공된다.

브레이크 피스톤(4)은 브레이크-실린더 하우징(6) 내측에 이동가능하게 장착 된다. 브레이크-실린더 하우징(6)은 유압 라인(hydraulic line, 32)에 연결된다. 상기 브레이크-실린더 하우징(6) 내의 압력은 상기 유압 라인(32)에 의해 증가될 수 있어서 이에 따라 브레이크 피스톤(4)은 브레이크 패드(3)를 따라 브레이크 디스크(2)의 제동 표면(braking surface, 22) 방향으로 이동된다. 브레이크-실린더 하우징(6) 내의 압력이 강하되면, 회복 스프링(recovery spring, 5)으로 인하여 브레이크 피스톤(4)은 브레이크 패드(3)를 따라 후방으로 이동되어 제동 효과가 중지되고(suspended) 로터 브레이크는 구속해제된다(released).

제동력 액츄에이터(15)를 유압식으로 작동시키는 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(electromechanical piston control element, 33)는 브레이크-실린더 하우징(6) 내의 압력을 상승시킨다. 따라서 상기 제동력 액츄에이터(15)는 유압 라인(32)에 의해 제동력 액츄에이터(15)에 연결된다.

도면에 도시된 선호적인 실시예에서, 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)는 압전 컨트롤 소자(piezoelectric control element)로서 형성된다. 상기 소자는 아전 액츄에이터로서 피스톤을 이동시키는 압전 소자(13)를 포함한다.

여기서, 피스톤 컨트롤 소자(33)는 펌프 하우징(11) 및 상기 펌프 하우징(11) 내측에 이동가능하게 장착된 펌프 피스톤(12)을 가진다. 펌프 하우징(11)의 홈(37) 내에 위치된 추가 밀봉 소자(sealing element, 36)는 상기 펌프 하우징(11)을 마주보는(vis-a-vis) 펌프 피스톤(12)을 밀봉시키기 위하여 제공된다.

피스톤 컨트롤 소자(33)는 펌프 구동부(pump drive)로서 형성된다. 이를 위하여 2개의 유압 라인(38, 39)이 펌프 하우징(11)에 연결된다.

유입 밸브(inlet valve, 10)는 유압 라인(38) 내에 설치되어 이에 따라 펌프 피스톤(12)이 후진 운동(backward motion)을 수행할 때 브레이크액 리저버(brake fluid reservoir, 8)로부터 나온 브레이크액(brake fluid)이 픽-업(picked up)될 수 있다. 펌프 피스톤(12)이 전진 운동(forward motion)을 수행할 때는 상기 유입 밸브(10)가 자동적으로 밀폐된다(closed). 이 과정에서, 제 2 유압 라인(39) 내에 설치된 배출 밸브(outlet valve, 9)는 개방된다. 그 뒤, 펌프 피스톤(12)은 상기 펌프 하우징(11)으로부터 브레이크액을 브레이크-실린더 하우징(6) 내로 펌핑한다(pump). 그 결과, 상기 브레이크-실린더 하우징(6) 내의 압력 상승으로 인하여 브레이크 피스톤(4)은 브레이크 패드(3)를 따라 브레이크 디스크(2)의 제동 표면(22)을 향해 이동한다. 이렇게 하기 위하여, 회복 스프링(5)의 힘(force)은 극복된다(overcome).

도 2 및 도 3은 상이한 상태에 제공된 피스톤 컨트롤 소자(33)를 도시한다. 이는 상기 피스톤 컨트롤 소자(33)의 펌프 사이클(pump cycle) 및 이에 따라 펌프 하우징(11) 내의 펌프 피스톤(12)에 의해 수행된 운동을 예시하기 위함이다. 명확히 하기 위하여 각각의 경우에서 오직 활성 유압 라인(active hydraulic line, 38 또는 39)만 도시된다.

도 2는 펌프 피스톤(12)이 유압 라인(39) 방향으로 이동되는 방식 및 이에 따라 상기 유압 라인(39)에 의해 유압 라인(32)의 방향으로 브레이크액을 펌핑(pumping)하는 방식을 도시한다. 유압 라인(39)은 활성화된다(active). 도 3은 펌프 피스톤(12)이 후방으로 이동될 때의 상태를 도시한다. 그러면 라인(38)이 활 성화된다. 그러한 몇몇의 펌프 사이클에 의해, 브레이크-실린더 하우징(6) 내의 압력은 연속하여(successively) 상승될 수 있으며 이에 따라 브레이크 피스톤(4)의 운동은 매우 정확하게 분배될 수 있다(dosed). 그 결과, 제동력은 매우 정확하게 조절될 수 있다(adjusted). 펌프 피스톤(12)의 구동부용 액츄에이터로서 압전 소자(13)는 높은 인장력(high tension)을 제공하고 이에 따라 압전 소자(13) 내에서 상대적으로 큰 행정(large stroke)을 제공할 수 있는 압전 증폭기(piezoelectric amplifier, 14)에 연결된다.

제동 효과를 구속해제하기 위하여, 밸브(7)는 유압 라인(32) 내에 설치되는 것이 유리하다. 상기 밸브는 중계기(relay, 40)와 상호작동된다(interact). 상기 밸브(7)는 상기 중계기(40)에 의해 제어된다. 밸브(7)가 개방될 때 브레이크액은 브레이크액 리저버(8) 내로 재차 유입된다. 따라서 로터 브레이크는 구속해제된다.

압전 증폭기(14)는 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, 오직 전기식 컨트롤 라인(electric control line)만이 로터 브레이크를 작동시키기에 필요하다. 유압식 컨트롤 라인은 이에 따라 필요 없어도 된다.

압전 소자(13)는 회복 스프링이 제공될 수 있거나 또는 그 외의 경우 음의(-) 및 양의(+) 전압에 의해 제어될 수 있으며 이에 따라 전진 운동 및 후진 운동이 가능하다.

또한 압전 소자(13)는 사각파 신호, 정현파 신호 또는 그 외의 다른 신호에 의해 제어될 수 있다.

압전 증폭기(14)는 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 그 결과, 오직 전기식 컨트롤 라인만이 로터 브레이크를 작동시키기에 필요하다. 유압식 컨트롤 라인은 이에 따라 필요 없어도 된다.

본 발명은 도면에서 도시된 실시예를 참조하여 하기에서 매우 상세하게 기술될 것이다. 하기에서 도면부호의 리스트에 따른 용어 및 관련 도면부호들은 본 발명의 설명, 특허 청구항, 요약 및 도면에서 제공된다.

도 1은 피에조하이드롤릭 로터 브레이크(piezohydraulic rotor brake)의 선호적인 실시예를 도식적으로 도시한 도면.

도 2는 도 1에 따른 압전 펌프를 전진 운동에서 도식적으로 도시한 도면.

도 3은 압전 펌프를 후진 운동에서 도식적으로 도시한 도면.

*도면부호*

1 : 로터 브레이크

2 : 제동력 픽업 소자, 브레이크 디스크

3 : 브레이크 패드 4 : 브레이크 피스톤

5 : 회복 스프링 6 : 브레이크-실린더 하우징

7 : 밸브 8 : 브레이크액 리저버

9 : 배출 밸브 10: 유입 밸브

11: 펌프 하우징 12: 펌프 피스톤

13: 압전 소자 14: 압전 증폭기

15: 제동력 액츄에이터

22: 제동력 픽업 소자 상에서 브레이크 패드의 활성 표면, 제동 표면

30: 밀봉 소자 31: 홈

32: 유압 라인 33: 피스톤 컨트롤 소자

36: 추가 밀봉 소자 37: 홈

38: 제 1 유압 라인 39: 제 2 유압 라인

40: 중계기

Claims

로터 샤프트(1)에 연결되고 제동력 액츄에이터(15)에 작동가능하게 연결되며, 상기 제동력 액츄에이터(15)는 유압식으로 작동될 수 있도록 형성된, 회전익 항공기용 로터 브레이크에 있어서,

전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)는 유압 라인(32)에 의해 상기 제동력 액츄에이터(15)에 연결되어 제공되며, 이에 따라 제동력 액츄에이터(15)는 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)에 의해 전기유압식으로 작동될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 1 항에 있어서, 전기 기계적 피스톤 컨트롤 소자(33)는 피스톤을 이동시키기 위한 압전 소자(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 2 항에 있어서, 압전 소자(13)는 압전 증폭기(14)와 협력하며(cooperate) 상기 압전 증폭기(14)에 의해 제어될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 피스톤 컨트롤 소자(33)는 펌프 피스톤(12)과 펌프 하우징(11)을 가진 펌프 구동부(pump drive)로서 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 4 항에 있어서, 피스톤 컨트롤 소자(33)의 펌프 하우징(11)은 제 1 및 제 2 유압 라인(38, 39)에 연결되며, 상기 제 1 유압 라인(38)은 유입 밸브(10)와 끼워맞춤되고(fitted) 제 2 유압 라인(39)은 배출 밸브(9)와 끼워맞춤되며, 양 유압 라인(38, 39)은 제동력 액츄에이터(15)의 유압 라인(32)에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 5 항에 있어서, 제동력 액츄에이터(15)를 구속해제하는 밸브(7)는 피스톤 컨트롤 소자(33)의 제 1 및 제 2 유압 라인(38, 39) 사이에서 상기 제동력 액츄에이터(15)에 안내되는 유압 라인(32)의 세그먼트(segment) 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 6 항에 있어서, 밸브(7)는 중계기(40)에 의해 작동될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제동력 액츄에이터(15)에 안내되는 유압 라인(32)은 브레이크액 리저버(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제동력 액츄에이터(15)는 브레이크 피스톤(4)이 이동가능하게 장착된 브레이크-실린더 하우징(6)을 포함하며, 상기 브레이 크 피스톤(4)은 제동력 픽업 소자(2)를 향하는 측면 상에서 제동력 픽업 소자(2)용 브레이크 패드(3)가 제공되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
제 9 항에 있어서, 브레이크 피스톤(4)과 브레이크-실린더 하우징(6) 사이에서 작동하는 회복 스프링(5)은 브레이크 피스톤(4)과 결합(engage)되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
전 항들 중 어느 한 항에 있어서, 제동력 픽업 소자(2)는 브레이크 디스크로서 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 브레이크.
회전익 항공기에서 전 항들 중 어느 한 항에 따른 로터 브레이크의 용도(use).
헬리콥터에서 제 12 항에 따른 로터 브레이크의 용도.