KR20090017524A - 아암의 루트부에 노치가 형성된 요크 - Google Patents

Abstract

회전익 항공기 로터 시스템을 위한 요크는 복수 개의 아암을 구비하며, 각각의 아암은 루트부를 갖는다. 각각의 루트부는 블레이드 피치 제어 시스템의 일부가 노치 형성부를 지나갈 수 있도록 구성된 노치 형성부를 구비한다.

Description

아암의 루트부에 노치가 형성된 요크{YOKE WITH NOTCHED ARM ROOTS}

본 발명의 기술 분야는 회전익 항공기를 위한 로터 요크이다.

헬리콥터 및 틸트로터 항공기를 비롯한 회전익 항공기는 오랫동안 다방면에서 존재해 왔으며, 다양한 구성의 회전익 항공기용 로터 허브가 존재하고 있다. 더 빠르고 보다 강력한 틸트로터 항공기에 대한 고객의 요구가 증가함에 따라, 틸트로터 항공기의 전반적인 성능 개선을 목표로 하는 시각으로 기존의 허브 구성을 재평가하게 되었다. 통상적인 틸트로터 항공기는 2개의 로터 시스템을 포함하며, 각각의 로터 시스템은 중앙 요크에 연결된 3개의 로터 블레이드를 구비한다. 불행하게도, 로터 시스템 당 3개의 블레이드를 사용하면 고객의 요구에 따른 더 빠르고 보다 강력한 대형 틸트로터 항공기에 부합하기에 충분한 추력을 제공할 수 없다.

보다 강력하고 더 빠른 틸트로터 항공기를 구현하는 한 가지 방법은 로터 블레이드의 개수를 증가시키는 것이며, 로터 블레이드의 개수를 로터 시스템 당 4개 이상으로 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 그러나, 로터 시스템 당 4개 이상의 블레이드를 갖는 로터 시스템을 구성함에 있어서 상당한 난제가 존재한다. 이러한 난제 중 하나는 로터 시스템에 원하는 값의 델타-0(피치-콘 커플링) 및 델타-3(피치-플랩 커플링) 조건을 제공하는 피치 호른 및 피치 링크를 로터 시스템 요크에 대해 배치하는 것과 관련된다. 이러한 패키지/구성요소 위치 문제는, 틸트로터 항공기용으로서 블레이드가 4개인 로터 시스템을 구성하는 데 있어서 널리 알려진 문제이다.

도 1 및 도 2는 로터 시스템을 위한 종래 기술의 요크를 나타낸 도면이다. 요크(101)는 회전축(105)으로부터 대체로 반경방향으로 연장되는 4개의 아암(103)을 포함한다. 각각의 아암(103)은 회전축(105) 부근에 루트부(107)가 위치하며, 이 루트부(107)는 일반적으로 위에서 볼 때 대체로 아암(103) 중 가장 폭이 넓은 부분이다. 각각의 아암(103)은 리딩 에지(109) 및 트레일링 에지(111)를 포함하며, 각각의 아암(103)은 관련 피치축(113)을 갖는다. 요크(101)는 또한 상측부(117) 및 하측부(119)를 포함한다.

요크(101)는 통상적인 구조 테넌트(design tenants)를 따르지만, 요크(101)는 구성요소의 패키징 요구조건에 있어서 알맞지 않다. 구체적으로, 루트부(107)의 일부는, 아암(103)들 사이에서 피치 링크 및 피치 호른(도시 생략)을 원하는대로 배치하는 것을 방해하며, 이에 따라 로터 블레이드(도시 생략)의 피치 변경을 위한 새로운 방법 및 구성요소를 필요로 한다.

도 1은 아암이 4개인 통상적인 요크의 평면도이다.

도 2는 도 1의 요크의 사시도이다.

도 3은 예시적인 실시예에 따른 요크를 구비하는 틸트로터 항공기의 정면도이다.

도 4는 예시적인 실시예에 따른 요크의 평면도이다.

도 5는 도 4의 요크의 사시도이다.

도 6은 도 4의 요크의 일부를 확대한 평면도이다.

회전익 항공기를 위한 로터 요크는, 비행 제어 시스템의 구성요소를 원하는대로 배치하기 위한 여유 공간을 제공하며 노치가 형성된 아암 루트부를 구비한다. 예를 들면, 아암에서의 노치는 요크에 부착된 블레이드의 피치 각도의 변화를 유발하기 위해 사용되는 피치 링크를 원하는대로 배치하도록 할 수 있다. 피치 링크의 배치 및 배향은 로터 시스템에 대한 델타-0(피치-콘 커플링) 및 델타-3(피치-플랩 커플링) 조건을 결정한다.

도 3은 블레이드가 4개인 로터를 구비하는 틸트로터 항공기를 도시하고 있으며, 각각의 로터는 후술하는 바와 같이 아암에 노치가 형성된 요크를 이용한다. 도 3은 비행 조작의 에어플레인 모드(airplane mode)에서의 틸트로터 항공기(201)를 도시하며, 이러한 항공기는 전방으로의 비행에 있어서 날개(203)를 사용하여 항공기 동체(205)를 상승시킨다. 항공기(201)에는 2개의 로터 시스템(207, 209)이 마련되며, 각각의 로터 시스템(207, 209)은 4개의 블레이드(211)를 구비하고 나셀(nacelle; 213, 215) 내부에 실려있는 엔진(도시 생략)에 의해 회전식으로 구동된다. 회전식 커버(216)는 각각의 로터 시스템(207, 209)의 전방부에 장착되며 각각의 커버(216)는 아암이 4개인 요크(217)를 실질적으로 둘러싸서, 도 3에서는 아암이 4개인 요크(217)가 보이지 않도록 가리고 있다. 블레이드(211)는, 각각의 블레이드가 관련 피치축을 중심으로 회전 가능하게 해주는 방식으로 각각의 로터 시스템(207, 209)의 요크(217)에 부착된다. 도면부호 219로 나타낸 화살표는, 로터 시스템(207)이 화살표(219) 방향으로 회전함을 나타낸다. 유사하게, 도면부호 221로 나타낸 화살표는, 로터 시스템(209)이 화살표(221)의 방향으로 로터 블레이드(211)를 회전시킴을 표시한다.

도 4 내지 도 6은 아암에 노치가 형성된 요크의 예시적인 실시예를 도시하고 있다. 요크(301)는 회전축(305)으로부터 대체로 반경방향으로 연장되는 4개의 아암(303)을 포함한다. 아암(303)은 각각 회전축(305) 근처에 루트부(307)가 위치하며, 루트부(307)는 위에서 볼 때 일반적으로 아암(303) 중 회전축(305)에 가장 근접하게 위치하는 부분이다. 각각의 아암(303)은 리딩 에지(309) 및 트레일링 에지(311)를 포함하며 관련 피치축(313)을 갖는다. 요크(301)는 또한 상측부(317) 및 하측부(319)를 포함한다.

각각의 루트부(307)는, 비행 제어 시스템의 구성요소가 노치(321) 내부로 또는 노치를 통해 지나갈 수 있도록 해주는 노치(321)를 포함한다. 예를 들면, 피치 링크(323)와 같은 블레이드 피치 제어 시스템의 구성요소가 노치(321) 안쪽에 위치할 수 있다. 대안으로, 로터 블레이드의 피치를 변경하는 데 있어서 유용한 다른 장치 또는 피치 호른이 노치(321) 안쪽에 위치할 수 있다. 피치 링크(323)와 같은 장치가 지나갈 수 있도록 함으로써, 원하는 델타-0 각도 및 델타-3 각도를 얻을 수 있다. 각각의 노치(321)는 대응하는 피치 링크(323)가 이웃한 아암(303)을 지날 수 있도록 해주며, 이로써 틸트로터 항공기에서 4개의 블레이드의 허브에 대해 로터 허브 구성요소 패키징과 관련된 어려움을 세련된 방식으로 해결한다. 요크(301)는 도면부호 325로 나타낸 화살표 방향으로 주로 회전하도록 되어 있으나, 요크는 요크(301)와 실질적으로 유사하면서도 상기 방향(325)과 반대로 회전하기 위해 요크(301)에 대해 일반적으로 거울상(mirror image)으로서 형성될 수 있다.

도 6은 요크(301)의 하나의 아암(303)을 확대한 평면도이다. 가상 표면(327)은 요크(301)의 중앙부를 향하는 리딩 에지(309) 표면의 가상 연장부이며, 노치 벽(329) 및 가상 표면(327)에 의해 형성되는 체적은 노치 엔벨로프(331)이다. 도면에 도시된 바와 같이, 피치 링크(323)는 대체로 회전축(305)에 평행하며, 평면도에서 노치 엔벨로프(331) 내부에 완전히 수용되는 것으로 나타나 있다. 이러한 구성에 있어서, 피치 링크(323)는 가상 표면(327)과 교차하지 않으면서 노치 엔벨로프(331) 내에서 연장된다. 그러나, 다른 실시예에 있어서, 피치 링크(323)는 다른 각도로 배향될 수 있으며, 노치 엔벨로프(331) 내부에 또는 노치 엔벨로프를 통하여 연장될 때 가상 표면(327)과 교차할 수 있다. 도면에 도시된 실시예에 있어서, 각각의 피치 링크(323)는, 회전 방향으로 옆에 이웃하는 아암(303)에 부착된 블레이드의 피치를 제어하기 위해 사용되는 피치 호른에 부착되도록 배치된다는 점에 주의해야 한다. 다시 말하면, 주어진 블레이드에 대한 피치 링크(323)는 이웃한 트레일링 아암(303)의 리딩 에지의 노치(321) 내에 위치하게 된다.

노치(321)는, 원심방향 부하 및 다른 힘이 아암(303)과 요크(301)의 나머지 부분 사이에서 아암 루트부(307)를 통과할 수 있도록 구성된다. 노치(321)에서 응력 집중이 발생하지 않도록 노치(321)의 형상이 결정된다. 요크(301)는 유리섬유 보강 재료 또는 탄소 섬유 보강 재료와 같은 섬유 보강 복합 재료로 형성되는 것이 바람직하며, 각각의 노치(321) 주위에서 매트릭스 내의 섬유의 배향은 노치(321)에 사용되는 형상에 기초하여 최적화될 수 있다. 대안으로, 요크는 금속과 같은 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 또한, 요크(301)의 변형례는 상측부(317)로부터 하측부(319)까지 치수상 더 두꺼운 아암 루트부(307)를 구비할 수 있거나, 또는 더 큰 부하 지탱능력을 제공하기 위해 추가적인 재료로 트레일링 에지(311)를 형성할 수 있다. 노치(321)는 도면에 도시된 형상과 상이한 형상을 갖도록 형상이 결정될 수 있음에 주의해야 한다. 또 다른 변형례는, 노치가 형성된 아암을 2개, 3개 또는 5개 이상 구비하는 요크를 포함할 수 있다.

아암에 노치가 형성된 요크의 실시예는 (1) 델타-0 커플링 조건 및 델타-3 커플링 조건의 개선, (2) 피치 각도 제어 시스템 구성요소에 대한 엔벨로프 요구조건의 완화, 및 (3) 로터 시스템에서의 질량과 관성 모멘트의 감소를 비롯한 여러 가지 장점을 제공한다.

이상의 설명은 도시된 실시예를 참고하고 있으나, 한정하려는 의도로 구성된 것은 아니다. 도시된 실시예의 다양한 변형 및 조합뿐만 아니라 다른 실시예도 이상의 설명을 참고하면 당업자에게 명확할 것이다.

Claims (12)

1. 회전익 항공기용 요크로서,

   각각 루트부를 구비하며 중앙부로부터 연장되는 복수 개의 아암 및

   각각의 루트부의 리딩 에지 또는 트레일링 에지에 형성되는 노치로서, 각각의 내부에 블레이드 피치 제어 시스템의 일부를 배치할 수 있도록 해주는 것인 노치

   를 포함하는 것인 요크.
2. 제1항에 있어서, 복합 재료로 형성되는 것인 요크.
3. 제1항에 있어서, 각각의 노치는 중앙부를 향한 대응하는 에지의 가상 연장부에 의해 형성되는 노치 엔벨로프를 포함하는 것인 요크.
4. 제1항에 있어서, 4개의 아암을 구비하는 것인 요크.
5. 회전익 항공기를 위한 로터 시스템으로서,

   중앙부로부터 연장되며 각각 루트부를 구비하는 복수 개의 아암을 갖춘 요크,

   블레이드 피치 제어 시스템, 및

   각각의 루트부의 리딩 에지 또는 트레일링 에지에 형성되는 노치로서, 각각의 내부에 블레이드 피치 제어 시스템의 일부를 배치할 수 있도록 구성되는 것인 노치

   를 포함하는 것인 로터 시스템.
6. 제5항에 있어서, 상기 요크는 복합 재료로 형성되는 것인 로터 시스템.
7. 제5항에 있어서, 각각의 노치는 중앙부를 향한 대응하는 에지의 가상 연장부에 의해 형성되는 노치 엔벨로프를 포함하는 것인 로터 시스템.
8. 제5항에 있어서, 상기 요크는 4개의 아암을 구비하는 것인 로터 시스템.
9. 중앙부로부터 연장되며 아암 루트부에 각각 노치가 형성된 아암을 구비하는 요크, 및 각각의 블레이드의 피치를 조절할 수 있도록 아암에 회전 가능하게 부착된 블레이드를 구비하는 적어도 하나의 로터 시스템 및

   블레이드 피치 제어 시스템을 포함하며,

   상기 블레이드 피치 제어 시스템의 일부는 각각의 노치 내부에 배치되는 것인 회전익 항공기.
10. 제9항에 있어서, 상기 요크는 복합 재료로 형성되는 것인 회전익 항공기.
11. 제9항에 있어서, 각각의 노치는 중앙부를 향한 대응하는 에지의 가상 연장부에 의해 형성되는 노치 엔벨로프를 포함하는 것인 회전익 항공기.
12. 제9항에 있어서, 상기 요크는 4개의 아암을 구비하는 것인 회전익 항공기.