KR20090020685A - 방향성 노즐을 갖는 엔진 배기 시스템 - Google Patents

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찰스 홀리몬
존 바버
존 셰러
로버트 라라미
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벨 헬리콥터 텍스트론 인크.
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Abstract

항공기용 배기 시스템은 엔진 배기가스 출구로부터 배기가스를 연통하고 엔진과 함께 이동하도록 구성된 제1 배기가스 도관을 구비한다. 제2 배기가스 도관은 제1 배기가스 도관과 유체 연통하고 에어프레임에 이동 가능하게 장착된다. 제2 배기가스 도관은 배기가스 벡터를 지시하기 위해 제2 배기가스 도관의 잔여부에 대해 선택적으로 회전 가능한 부분을 구비한다. 본 시스템은 제1 도관과 제2 도관 사이의 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단을 구비한다.

Description

방향성 노즐을 갖는 엔진 배기 시스템{ENGINE EXHAUST SYSTEM WITH DIRECTIONAL NOZZLE}
본 발명의 기술 분야는 항공기용 엔진 배기 시스템이다.
종래의 항공기 배기 시스템에서, 배기가스 배출기는 엔진으로부터의 배기가스가 유입되어 통과하도록 엔진 플랜지에 부착된 제1 배기가스 도관을 구비한다. 또한, 종래의 배기가스 배출기는 에어프레임에 부착되고 제1 배기가스 도관과 최초에 동심을 이루는 제2 엔진 배기가스 도관을 구비한다. 그러나, 에어프레임에 대한 엔진의 이동, 진동, 또는 다른 상대운동은 종종 제2 배기가스 도관과 제1 배기가스 도관이 동심을 이루지 않게 한다.
예컨대, 도 1은 제1 배기가스 도관(13) 및 제2 배기가스 도관(15)을 포함하는 종래의 배기가스 시스템을 도시한다. 제1 배기가스 도관(13)은 엔진(17)에 직접 부착되어 엔진(17)과 함께 이동하는데 반하여, 제2 배기가스 도관(15)은 에어프레임(19)에 부착되고 에어프레임(19)에 대해 대체로 고정된 위치에 남아있다. 엔진(17)이 에어프레임(19)에 대해 이동할 때, 제1 도관(13) 및 제2 도관(15)은 동축 및 동심을 이루지 않게 된다. 도 1은 그러한 것을 도시한 것으로서 제1 도관(13)의 축선(21)이 제2 도관(15)의 축선(23)과 동축을 이루지 않고 있다.
제1 도관(13)이 제2 도관(15)과 동심을 이루지 않는 경우, 제2 도관(15) 내의 배기 가스 흐름은 편향될 수 있어, 배출기 성능을 불량하게 한다. 그러한 오정렬은 제2 도관(15) 내의 난류의 배기가스 흐름 및/또는 제2 도관(15)의 내부 표면(27)에 고온 배기가스 흐름(25) 일부의 직접적인 충돌을 포함하여 여러 바람직하지 않은 상태를 야기할 수 있다. 이러한 상태 모두는 제2 도관(15)의 일부가 과열되게 할 수 있다. 더하여, 최적으로 배기가스를 배출하지 못하면, 더 높은 엔진 컴파트먼트 온도, 더 높은 배기가스 온도를 초래할 수 있고, 이들은 항공기의 다른 구성요소에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
항공기 배기가스 도관이 엔진과 항공기의 에어프레임 간의 상대 운동 때문에 바람직하지 않게 동축으로 되지 않게 되는 문제점 및 고온의 항공기 배기가스 흐름이 항공기 구성요소와 심하게 충돌하는 문제점을 해결하기 위해서, 배기가스 시스템은 (1) 에어프레임에 대하여 엔진이 이동하는 경우에도 두 개의 도관이 동심으로 남아있도록 두 개의 도관을 함께 연결하는 수단, 및 (2) 최적의 방향으로 배기가스 흐름을 향하게 하기 위해 배기가스 도관/노즐을 회전시키는 수단을 제공한다. 따라서, 에어프레임에 장착된 제2 도관은 어떤 이유로 엔진의 이동이 발생하더라도 배출기 성능을 최대로 유지하도록 제1 도관과의 일관된 정렬 상태로 밀거나 당겨지는 동시에, 배기가스 벡터의 선택적인 제어를 제공할 수 있다.
가스 벡터의 회전은, 항공기가 지상에서 거의 공회전 상태 중의 복합재 부품(로터 블레이드) 또는 다른 열에 민감한 구성요소에 충돌하지 않도록 고온 배기가스의 방향을 돌리게 한다. 더하여, 배기가스 벡터는, 미사일과 같은 열추적장치를 피하기 위해 항공기의 적외선(열)신호를 변경하도록 항공기가 지상에 있거나 비행 상태에 있는 동안 방향 변경될 수 있다.
도 1은 종래의 엔진 배기 시스템의 측 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엔진 배기 시스템의 바람직한 실시예의 부분 횡단측면도이다.
도 3은 도 2의 엔진 배기 시스템의 (도 2의 절단면 A-A에서 취한) 단면도이다.
도 4는 도 2의 엔진 배기 시스템의 회전가능한 노즐을 제1 위치로 도시하고 제2 위치의 경우에는 파선으로 나타내고 있는 개략적 단부도이다.
도 5는 도 2의 엔진 배기 시스템의 조인트의 개략적인 상세도이다.
도 6은 도 2의 엔진 배기 시스템의 액추에이터 조립체의 개략적 단부도이다.
도 7은 도 2의 엔진 배기 시스템의 리미트 스위치 시스템의 개략적 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 엔진 배기 시스템(101)의 실시예가 도시되어 있다. 배기 시스템(101)은 제1 관형 배기가스 도관(103), 제2 관형 배기가스 도관(105), 및 도관(103, 105) 사이의 상대적 축방향 이동을 허용하기 위한 슬립 조인트(107)를 포함한다. 또한, 제1 배기가스 도관(103)과 제2 배기가스 도관(105)은 드래그링크(109: drag link)에 의해 정렬 상태로 유지된다. 제2 배기가스 도관(105)은 에어프레임(111)에 연결되고 수직 스트러트(113) 및 측면 스트러트(115)에 의해 지지되며, 바람직하게는 스트러트들은 각 단부에서 유니볼 커넥터(uni-ball connector)로 연결된다. 수직 스트러트(113)는 수직 부하를 지탱하고, 측면 스트러트(115)는 측면 부하를 지탱한다. 바람직하게는, 스트러트 부착점은 바람직하지 않은 모멘트를 피하기 위해서 무게중심에 또는 무게중심의 매우 가까이에 위치한다.
제1 배기가스 도관(103)은, 배기 가스가 엔진(117)에서부터 제1 배기가스 도관(103)을 통해 제2 도관(105) 안으로 흐를 수 있도록 엔진(117)에 직접 부착된다. 제2 배기가스 도관(105)의 전단부는 엔진 플렌지(119) 내로 동심으로 살짝 끼워지고 슬립 조인트(107) 내의 오링 시일(121)을 이용함으로써 엔진 플렌지(119)에 밀봉되게 결합되는데, 오링 시일(121)의 이용은 도관(103, 105)의 열팽창을 허용한다. 바람직하게는, 오링 시일(107)은 고온 오링형 시일이다. 또한, 슬립 조인트(107)는 수직 방향 및 수평 방향 모두에서 도관(105)을 지지하지만, 축방향에서는 지지하지 않는다. 도관(105)의 축방향 제어는, 플랜지(119)를 제2 도관(105)에 연결하는 드래그링크(109)를 이용하여 달성된다. 바람직하게는, 드래그링크(109)의 장착부는 유니볼 커넥터이고, 이러한 구성은 엔진(117)과 제2 도관(105) 사이의 축방향 상대이동을 허용하지만, 수직방향 또는 측방향 이동을 허용하지 않는다. 드래그링크(109)와 관련된 단일 자유도로 인해, 엔진의 이동은 제2 배기 도관(105)을 제1 배기 도관(103)과 일관되게 밀거나 당길 수 있어, 시스템을 원하는 정렬 상태 로 유지한다.
제2 배기가스 도관(105)은 배기가스 흐름 방향을 도관(105)의 고정부(125)의 중심 축선(124)에 따른 본래의 흐름 경로로부터 고정부(125)의 중심 축선을 벗어난 방향으로 변경하기 위한 만곡부(123)를 구비한다. 공칭 배향에서, 만곡부는 고정부(125)에 대해 도시된 방향으로 흐름을 향하게 한다. 그러나, 일반적으로 만곡부(123)는 약 90°의 운동 범위를 통해 양측까지(또는 특정 용례에서 이용할 수 있는 운동 범위 한도까지) 축선(124)에 대해 회전할 수 있다. 도 4는 만곡부(123)가 공칭 위치(실선)에 있는 경우 일측으로 회전된 위치(파선)에 있는 경우를 나타내는 제2 도관(105)의 단면도를 도시한다. 도관(103, 105)을 동심으로 유지하기 위한 수단의 기능을 유지하면서 회전할 수 있도록, 베어링 밴드(127)가 만곡부(123)와 스트러트(113, 115) 사이에 배치된다.
도 5에 도시된 조인트(129)는 만곡부(123)와 고정부(125)를 함께 결합시킨다. 결합부(129)는, 리테이너(131)에 의해 축방향으로 만곡부(123)를 유지하는 동시에 만곡부(123)가 중심축선(124)을 따라 고정부(125)에 대해 회전할 수 있도록 구성된다. 또한, 자기 윤활 베어링 코팅(133), 바람직하게는 Rexlon이 만곡부(123)와 고정부(125)의 경계면에 배치된다.
도 6은 와이어 로프(139)와 체인(141)를 이용함으로써 만곡부(123)에 연결된 전기모터형 액추에이터(137)를 포함하는 액추에이터 시스템(135)의 단면도이다. 액추에이터(137)는 만곡부(123)를 최적의 배기가스 흐름 방향을 야기하는 위치로 회전시키도록 선택적으로 제어되어, 항공기 구성요소의 과열을 제어하거나 제거하고 또는 항공기의 적외선 신호를 변경한다. 액추에이터(137)는 수동으로 제어될 수 있지만, 바람직하게는 마이크로프로세서에 기초한 비행제어 컴퓨터를 이용하여 제어된다.
도 7은 리미트 스위치 시스템(145)과 상호작용하도록 와이어 로프/케이블(139) 및/또는 체인(141)에 작동적으로 연결된 조정 가능한 정지부(143)를 도시한다. 물론, 만곡부의 회전을 제한하거나, 제어하거나, 야기하는 임의의 다른 수단이 본 발명의 대안적인 실시예에 이용될 수 있다.
본 발명의 배기 시스템은, (1) 소망의 배향으로 제1 배기가스 도관 및 제2 배기가스 도관을 유지하는 능력; (2) 배기가스의 벡터를 선택적으로 제어; (3) 저중량; (4) 신뢰성 및 내구성의 증진; 및 (5) 용이한 설치를 포함하여 여러 이점을 제공한다.
이러한 설명은, 예시적인 실시예의 참조를 포함하지만, 한정적인 의미로 해석되는 것을 의도하지 않는다. 예시적인 실시예의 다양한 변경 및 조합뿐만 아니라 다른 실시예도 설명에 대한 참조로 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (25)

  1. 배기가스 출구를 갖는 엔진 및 에어프레임을 구비한 항공기용 배기 시스템으로서,
    엔진 배기가스 출구로부터 배기가스를 받아들이도록 되어 있고 엔진과 함께 이동하도록 구성된 제1 배기가스 도관;
    상기 제1 배기가스 도관과 유체 연통하고 상기 에어프레임에 이동 가능하게 장착되는 제2 배기가스 도관으로서, 제2 배기가스 도관의 잔여부에 대해 선택적으로 회전 가능한 부분을 구비하는 제2 배기가스 도관; 및
    상기 제1 배기가스 도관과 제2 배기가스 도관 사이의 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단
    을 포함하는 것인 항공기용 배기 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상대 정렬은 대체로 동축 정렬인 것인 항공기용 배기 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은, 제2 도관의 단부를 배기가스 출구에 연결하는 드래그링크를 포함하는 것인 항공기용 배기 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은, 상기 제2 도관의 단부를 상기 배기가스 출구에 연결하는 드래그링크; 및 상기 제2 도관을 에어프레임에 연결하는 적어도 하나의 스트러트를 포함하는 것인 항공기용 배기 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분은 만곡되어 있는 것인 항공기용 배기 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하는 것인 항공기용 배기 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관 근처의 구성요소가 과열되는 것을 막도록 작동되는 것인 항공기용 배기 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관의 적외전 신호를 줄이도록 작동되는 것인 항공기용 배기 시스템.
  9. 항공기 엔진 시스템으로서,
    배기가스 출구를 구비한 엔진;
    상기 배기가스 출구와 유체 연통하고 상기 엔진과 함께 이동하도록 구성된 제1 배기가스 도관;
    상기 제1 배기가스 도관과 유체 연통하고 상기 에어프레임에 이동 가능하게 장착되는 제2 배기가스 도관으로서, 제2 배기가스 도관의 잔여부에 대해 선택적으로 회전 가능한 부분을 구비하는 제2 배기가스 도관; 및
    상기 제1 배기가스 도관과 제2 배기가스 도관 사이의 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단
    을 포함하는 것인 항공기 엔진 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 상대 정렬은 대체로 동축 정렬인 것인 항공기 엔진 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은 상기 제2 도관을 상기 배기가스 출구에 연결하는 드래그링크를 포함하는 것인 항공기 엔진 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은, 상기 제2 도관을 상기 엔진 배기가스 출구에 연결하는 드래그링크; 및 상기 제2 도관을 에어프레임에 연결하는 적어도 하나의 스트러트를 포함하는 것인 항공기 엔진 시스 템.
  13. 제9항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분은 만곡되어 있는 것인 항공기 엔진 시스템.
  14. 제9항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하는 것인 항공기 엔진 시스템.
  15. 제9항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관 근처의 구성요소가 과열되는 것을 막도록 작동되는 항공기 엔진 시스템.
  16. 제9항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관의 적외전 신호를 줄이도록 작동되는 것인 항공기 엔진 시스템.
  17. 항공기로서,
    에어프레임;
    배기가스 출구를 구비한 엔진;
    상기 배기가스 출구와 유체 연통하고 상기 엔진과 함께 이동하도록 구성된 제1 배기가스 도관;
    상기 제1 배기가스 도관과 유체 연통하고 상기 에어프레임에 이동 가능하게 장착되는 제2 배기가스 도관으로서, 제2 배기가스 도관의 잔여부에 대해 선택적으로 회전 가능한 부분을 구비하는 제2 배기가스 도관; 및
    상기 제1 배기가스 도관과 제2 배기가스 도관 사이의 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단
    을 포함하는 것인 항공기.
  18. 제17항에 있어서, 상기 상대 정렬은 대체로 동축 정렬인 것인 항공기.
  19. 제17항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은 상기 제2 도관을 상기 배기가스 출구에 연결하는 링크를 포함하는 것인 항공기.
  20. 제17항에 있어서, 상기 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하는 수단은, 상기 제2 도관을 상기 엔진 배기가스 출구에 연결하는 링크; 및 상기 제2 도관을 에어프레임에 연결하는 적어도 하나의 스트러트를 포함하는 것인 항공기.
  21. 제17항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분은 만곡되어 있는 것인 항공기.
  22. 제17항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하는 것인 항공기.
  23. 제17항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관 근처의 구성요소가 과열되는 것을 막도록 작동되는 것인 항공기.
  24. 제17항에 있어서, 상기 제2 도관의 회전 가능한 부분을 회전시키도록 선택적으로 작동할 수 있는 액추에이터를 더 포함하고, 이 액추에이터는 상기 제2 도관의 적외전 신호를 줄이도록 작동되는 것인 항공기.
  25. 항공기로서,
    에어프레임;
    배기가스 출구를 구비한 엔진;
    상기 배기가스 출구와 유체 연통하고 상기 엔진과 함께 이동하도록 구성된 제1 배기가스 도관;
    상기 제1 배기가스 도관과 유체 연통하고 상기 에어프레임에 이동 가능하게 장착되는 제2 배기가스 도관으로서, 제2 배기가스 도관의 잔여부에 대해 선택적으로 회전 가능한 부분을 구비하는 제2 배기가스 도관;
    상기 제2 배기가스 도관을 상기 엔진 배기가스 출구에 연결하는 링크; 및
    상기 제2 배기가스 도관을 상기 에어프레임에 연결하는 적어도 하나의 스트러트
    를 포함하고, 상기 링크와 적어도 하나의 스트러트는 상기 1차 도관과 상기 2차 도관 사이의 대체로 일관된 상대 정렬을 유지하기 위해 협력하는 것인 항공기.
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