KR20130078482A - Bearingless main rotor hub system - Google Patents

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KR20130078482A
KR20130078482A KR1020110147447A KR20110147447A KR20130078482A KR 20130078482 A KR20130078482 A KR 20130078482A KR 1020110147447 A KR1020110147447 A KR 1020110147447A KR 20110147447 A KR20110147447 A KR 20110147447A KR 20130078482 A KR20130078482 A KR 20130078482A
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김덕관
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한국항공우주연구원
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Abstract

본 발명은 중소형 유무인 헬리콥터에서 적용되는 무 베어링 로터 허브 시스템 에 관한 것으로서, 로터 블레이드가 결합되고 상기 로터 블레이드의 플랩, 리드-래그 및 페더링 방향에 대하여 힌지 역할을 하는 유연보, 상기 유연보를 감싸고 상기 로터 블레이드의 피치각을 조절하는 토크 튜브, 상기 토크 튜브 및 상기 유연보에 관통되도록 결합되어 상기 로터 블레이드의 회전 시 발생되는 지상 및 비행공진을 예방하는 리드-래그 댐퍼, 그리고 상기 유연보를 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전되는 로터 마스트에 고정시켜주는 허브 플레이트를 포함한다. 본 발명에 의하면, 베어링을 제거하고, 플랩 및 리드-래그 힌지, 그리고 피치 베어링 기능을 수행하는 복합재료로 형성된 유연보(flexbeam)를 구비함으로써, 구조를 단순화하여 중량을 줄일 수 있고 이를 통해 운용유지비의 감소뿐만 아니라 허브 항력을 줄임으로써 헬리콥터의 전체 성능을 향상시킬 수 있다. The present invention relates to a bearingless hub hub system applied to a small and medium-sized helicopter, wherein the rotor blades are coupled to each other, and the flexible beams, which serve as hinges with respect to the flap, lead-lag and feathering directions of the rotor blades, surround the flexible beams. Torque tube for adjusting the pitch angle of the rotor blades, coupled to the torque tube and the flexible beam penetrated through the lead-lag damper to prevent ground and flight resonance generated when the rotor blade rotates, and the flexible beam from the engine It includes a hub plate that is secured to the rotor mast is rotated by receiving power. According to the present invention, by removing the bearing, having a flap and lead-lag hinge, and a flexbeam formed of a composite material that performs a pitch bearing function, the structure can be simplified to reduce weight and thereby maintain operating costs. By reducing the hub drag as well as reducing the overall power of the helicopter can be improved.

Description

무 베어링 로터 허브 시스템{Bearingless main rotor hub system} Bearingless main rotor hub system

본 발명은 중소형 유무인 헬리콥터에 적용되는 무 베어링 로터 허브 시스템 에 관한 것이다. The present invention relates to a bearingless hub hub system applied to small to medium sized helicopters.

헬리콥터 로터 시스템은 헬리콥터에 양력, 추력 및 기동력을 발생시키는 로터 블레이드(rotor blade), 로터 블레이드에서 발생된 추력(thrust) 및 모멘트(moment)를 감당하고, 비행에 필요한 힘을 동체에 전달하는 로터 허브 시스템(rotor hub system) 및 헬리콥터의 추력 및 조종력을 제어하는 로터 조종 시스템 (rotor control system)으로 구성 된다. Helicopter rotor system handles rotor blades that generate lift, thrust and maneuverability for the helicopter, thrust and moment generated from the rotor blades, and a rotor hub that transmits the force required for flight to the fuselage It consists of a rotor hub system and a rotor control system that controls the thrust and maneuverability of the helicopter.

여기서, 헬리콥터 로터 허브 시스템은 로터 블레이드의 여러 가지 운동을 가능 하게하고 이러한 운동으로부터 생기는 변형 및 하중 등을 감당하게 된다. 여기서 말하는 로터 블레이드가 회전하면서 공기력에 의해 생기는 대표적인 운동은 회전면 상하로 운동하는 플랩 운동(flapping motion), 회전면 전후로 운동하는 리드- 래그 운동(lead-lag motion), 블레이드 피치각 방향으로 운동하는 피칭 운동(pitching motion) 또는 페더링 운동(feathering motion) 이다 Here, the helicopter rotor hub system enables various movements of the rotor blades and handles deformations and loads resulting from such movements. Representative motions generated by the aerodynamic force as the rotor blades rotate here include flapping motions moving up and down the rotating plane, lead-lag motions moving forward and backward, and pitching motions moving in the blade pitch angle direction. (pitching motion or feathering motion)

그러나 종래의 헬리콥터 로터 허브 시스템은 블레이드의 운동, 하중 및 변형 등을 강제 허브 구조물이 직접 담당하여 과도한 하중으로 인해 헬리콥터의 전진 수평비행이 어려워지는 문제점이 발생하였다. However, the conventional helicopter rotor hub system has a problem that it is difficult to advance the horizontal flight of the helicopter due to the excessive load because the forced hub structure directly responsible for the movement, load and deformation of the blade.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 도입된 개념이 힌지(hinge)가 적용된 허브 시스템이다. The concept introduced to solve this problem is a hub system to which a hinge is applied.

초창기 힌지의 개념이 적용된 허브 시스템은 플랩, 리드-래그 및 페더링 운동에 대한 3개의 힌지를 모두 구비한 관절형 허브 시스템이다. 그러나 이는 구조가 복잡하고, 부품수도 많으며, 무거운 중량으로 운용유지비용이 많이 소모되어 비행안전성 및 성능이 저하되고, 과다한 중량으로 인한 유상하중의 감소 등과 같은 문제점이 발생하였다. 이러한 문제점을 개선하기 위하여 힌지들을 구조적인 탄성재료로 교체한 무힌지 허브 시스템이 개발되었다. 무힌지 허브 시스템은 플랩 및 리드-래그 운동을 위한 2개의 힌지를 블레이드 구조적 유연체(flexure)로 대체하여 오직 1개의 페더링(피치) 힌지를 가진다. 이에 따라, 비교적 단순한 구조로 형성되어 중량이 적고, 운용유지비용이 적게 소모된다. The hub system, with the concept of the original hinge, is an articulated hub system with all three hinges for flap, lead-lag and feathering motion. However, this is a complicated structure, a large number of parts, a heavy weight consumes a lot of operating maintenance costs, the flight safety and performance is deteriorated, and the problems such as reduction of payload due to excessive weight. To solve this problem, a hingeless hub system has been developed in which the hinges are replaced with structural elastic materials. The hingeless hub system replaces two hinges for flap and lead-lag movement with blade structural flexure and has only one feathering (pitch) hinge. Accordingly, it is formed in a relatively simple structure, the weight is low, and the operation maintenance cost is consumed less.

그러나 현재 운용되는 모든 헬리콥터에는 블레이드의 운동을 구현하기 위해 기계적 베어링 또는 탄성체 베어링이 사용되고 있다. 이러한 베어링은 헬리콥터의 무게를 증가시키고, 정기적인 윤활을 위한 정비 및 부품 교체 등의 많은 운용유지비용을 발생시킨다. However, all helicopters currently in use use mechanical or elastomer bearings to implement blade movement. These bearings increase the weight of the helicopter and incur large operating costs such as maintenance and parts replacement for regular lubrication.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 베어링을 제거하여 로터 시스템의 무게를 감소시킬 수 있고 구조를 단순화하여 운용유지비의 절감 및 허브 항력을 줄일 수 있는 무 베어링 로터 허브 시스템을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems as described above, the problem to be solved by the present invention is to remove the bearing to reduce the weight of the rotor system and simplify the structure to reduce the operating cost and reduce the hub drag It is to provide a bearingless rotor hub system.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템은 로터 블레이드가 결합되고 상기 로터 블레이드의 플랩, 리드-래그 및 페더링 방향에 대하여 힌지 역할을 하는 유연보, 상기 유연보를 감싸고 상기 로터 블레이드의 피치각을 조절하는 토크 튜브, 상기 토크 튜브 및 상기 유연보에 관통되도록 결합되어 상기 로터 블레이드의 회전 시 발생되는 지상 및 비행공진을 예방하는 리드-래그 댐퍼, 그리고 상기 유연보를 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전되는 로터 마스트에 고정시켜주는 허브 플레이트를 포함한다. Bearingless rotor hub system according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a flexible beam, the rotor blade is coupled and acts as a hinge to the flap, lead-lag and feathering direction of the rotor blade, the flexible Torque tube that surrounds the beam and adjusts the pitch angle of the rotor blade, coupled to penetrate through the torque tube and the flexible beam lead-lag damper to prevent ground and flight resonance generated when the rotor blade rotates, and the flexible beam It includes a hub plate that receives power from the engine and is fixed to the rotating rotor mast.

상기 유연보는 플랩 힌지 기능을 수행하는 플랩 방향 운동 구간, 리드-래그 힌지 기능을 수행하는 리드-래그 방향 운동 구간, 그리고 피치 베어링 기능을 수행하는 토션 방향 운동 구간을 포함할 수 있다. The flexible beam may include a flap direction motion section performing a flap hinge function, a lead-lag direction motion section performing a lead-lag hinge function, and a torsion direction motion section performing a pitch bearing function.

상기 토션 방향 운동 구간의 단면의 형상은 이중 H 형상일 수 있다. The shape of the cross section of the torsion direction movement section may be a double H shape.

상기 유연보는 유리섬유 및 탄소섬유로 형성될 수 있다. The flexible beam may be formed of glass fiber and carbon fiber.

상기 유연보는 복수 개일 수 있다. There may be a plurality of flexible beams.

상기 토크 튜브는 공기역학적 항력이 최소화되어 비행능력이 향상되도록 타원형 구조로 형성될 수 있다. The torque tube may be formed in an elliptical structure to minimize aerodynamic drag and improve flight capability.

상기 토크 튜브는 탄소섬유로 형성될 수 있다. The torque tube may be formed of carbon fiber.

상기 토크 튜브는 복수 개일 수 있다. The torque tube may be a plurality.

상기 이중 H 형상은 2개의 H 형상의 중심부에 서로를 연결해 주는 연결부가 구비되어 2개의 H 형상이 나란히 형성되는 형상이다.The double H-shape is a shape in which two H-shape are formed side by side with a connecting portion connecting each other at the center of the two H-shape.

본 발명에 의하면, 베어링을 제거하고, 플랩 및 리드-래그 힌지, 그리고 피치 베어링 기능을 수행하는 복합재료로 형성된 유연보를 구비함으로써, 구조를 단순화하여 중량을 줄일 수 있고 이를 통해 운용유지비의 감소뿐만 아니라 허브 항력을 줄임으로써 헬리콥터의 전체 성능을 향상시킬 수 있다. According to the present invention, by removing the bearing, and having a flexible beam formed of a composite material that performs a flap and lead-lag hinge, and a pitch bearing function, it is possible to simplify the structure to reduce the weight, thereby reducing the operating cost By reducing the hub drag, the overall performance of the helicopter can be improved.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템이 헬리콥터에 적용된 사시도이다.
도 2는 도 1의 "A"부분을 확대한 부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템을 개략적으로 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 유연보의 사시도이다.
도 5는 도 4의 V-V선을 따라 절개한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 토크 튜브의 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 절개한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 토크 튜브 및 유연보를 개략적으로 나타낸 개략도이다.
1 is a perspective view in which a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention is applied to a helicopter.
FIG. 2 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 1 enlarged.
Figure 3 is an exploded perspective view schematically showing a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a flexible beam of a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG. 4.
6 is a perspective view of a torque tube of a bearingless hub hub system according to one embodiment of the invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 6.
8 is a schematic view showing a torque tube and a flexible beam of a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템이 헬리콥터에 적용된 사시도이고, 도 2는 도 1의 "A"부분을 확대한 부분 확대도이다. 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템을 개략적으로 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 유연보의 사시도이다. 도 5는 도 4의 V-V선을 따라 절개한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 토크 튜브의 사시도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII선을 따라 절개한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템의 토크 튜브 및 유연보를 개략적으로 나타낸 개략도이다. 1 is a perspective view in which a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention is applied to a helicopter, and FIG. 2 is an enlarged view of an enlarged portion "A" of FIG. 1. Figure 3 is an exploded perspective view schematically showing a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a perspective view of a flexible beam of the bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line V-V of FIG. 4, and FIG. 6 is a perspective view of a torque tube of a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention. FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII of FIG. 6, and FIG. 8 is a schematic view showing a torque tube and a flexible beam of a bearingless hub hub system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 한 실시예에 따른 무 베어링 로터 허브 시스템(1)(이하 ‘본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)’이라 함)은 중소형 유무인 헬리콥터(20)에서 적용되는 무 베어링 로터 허브 시스템(1) 에 관한 것이다. 이하에서는 본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)과 관련하여 구성을 살핀다. Bearingless hub hub system 1 according to an embodiment of the present invention (hereinafter referred to as the 'boneless bearing hub hub system 1') is a bearingless hub hub system 1 applied to a helicopter 20 having a small and medium-sized presence. ) The configuration will now be described in relation to the present bearingless hub hub system 1.

본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)은 유연보(flexbeam)(30)를 포함한다. The bearingless hub hub system 1 includes a flexbeam 30.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 유연보(30)는 복수 개고, 로터 블레이드(rotor blade)(10)가 결합되고 로터 블레이드(10)의 플랩, 리드-래그 및 페더링 방향에 대하여 힌지 역할을 한다. 1 to 3, there are a plurality of flexible beams 30, the rotor blades 10 are coupled to each other, and the hinge blades serve as hinges with respect to the flap, lead-lag, and feathering directions of the rotor blades 10. do.

여기서, 플랩, 리드-래그 및 페더링 방향이란 로터 블레이드(10)가 회전하면서 공기력에 의해 생기는 대표적인 운동방향을 이야기한다. Here, the flap, the lead-lag and the feathering direction refer to a representative direction of movement caused by the air force while the rotor blade 10 rotates.

예시적으로, 플랩 운동 방향은 로터 블레이드(10)가 회전하면서 새가 날개 짓(Flapping)을 하듯이 위, 아래로 움직이는 운동 방향을 이야기 한다. 다음으로 리드-래그 운동 방향은 로터 블레이드(10)가 회전하면서 회전면 내에서(in-plane) 회전방향 앞뒤로 움직이는 운동 방향을 이야기 한다. 마지막으로 페더링 운동 방향(또는 피치 운동 방향)은 로터 블레이드(10)가 회전하면서 추력을 증가시키거나 방향을 바꿀 때 로터 블레이드(10) 피치각을 변경시킴으로써 생기는 운동 방향을 이야기 한다. For example, the flap direction of movement refers to the direction of movement that moves up and down as the bird flaps while the rotor blades 10 rotate. Next, the lead-lag movement direction refers to a movement direction in which the rotor blade 10 rotates back and forth in the rotational direction as the rotor blade 10 rotates. Finally, the feathering direction (or pitch direction) refers to the direction of motion generated by changing the rotor blade 10 pitch angle as the rotor blade 10 rotates to increase thrust or change direction.

도 4를 참조하면, 유연보(30)는 플랩 힌지 기능을 수행하는 플랩 방향 운동 구간(31), 리드-래그 힌지 기능을 수행하는 리드-래그 방향 운동 구간(33), 그리고 피치 베어링 기능을 수행하는 토션 방향 운동 구간(35)을 포함할 수 있다. 이는, 유연보(30)에 플랩 운동(flapping motion), 리드-래그 운동(lead-lag motion) 및 페더링 운동(feathering motion)이 구현되는 구간을 이야기한다. Referring to FIG. 4, the flexible beam 30 performs a flap direction movement section 31 which performs a flap hinge function, a lead-lag direction movement section 33 which performs a lead-lag hinge function, and a pitch bearing function. It may include a torsion direction movement section 35 to. This is a section in which flapping motion, lead-lag motion, and feathering motion are implemented in the flexible beam 30.

예시적으로, 플랩 방향 운동 구간(31)은 허브 중심에서 약 3% 반경 위치에 존재하게 되며, 이 구간에서 가장 플랩 방향의 변형이 크게 일어난다. 이러한 변형이 생기는 구간은 기존 관절형 허브시스템의 플랩 힌지 역할을 대신 수행하게 된다. 다음으로, 리드-래그 방향 운동 구간(33)은 중앙부로서 허브 중심에서 약 11%~12% 반경 위치에 존재하게 된다. 이 구간에서 래그 방향의 변형이 가장 크게 발생하며 기존 관절형 허브 시스템의 래그 힌지 역할을 하게 된다. 마지막으로, 토션 방향 운동 구간(35)은 유연보(30)의 단면형상을 갖는 전체 길이 구간에서 발생한다.By way of example, the flap direction of motion 31 is present at about 3% radial position from the hub center, where deformation in the flap direction is most significant. The section in which this deformation occurs serves as a flap hinge instead of the existing articulated hub system. Next, the lead-lag direction movement section 33 is located at a radial position of about 11% to 12% from the hub center as the center portion. In this section, the deformation of the lag direction occurs the most and serves as a lag hinge of the existing articulated hub system. Finally, the torsion direction movement section 35 occurs in the entire length section having a cross-sectional shape of the flexible beam 30.

여기서 도 5를 참조하면, 유연보(30)의 토션 방향 운동 구간(35)의 단면 형상은 이중 H형상일 수 있다. 여기서 이중 H형상이란, 단면을 바라보았을 때 나란히 놓인 2개의 H 형상의 중심부에 서로를 연결해 주는 연결부가 구비되어 2개의 H 형상이 나란히 일체로 형성되는 형상일 수 있다. 이와 같은 이중 H형상은 토션 방향(X축 방향의 회전운동)으로 변형이 잘 일어나도록 구현해주는 형상이면서 래그 방향의 강성도 낮추어 주기 때문에 래그 방향의 변형(Z축 방향의 회전운동)도 잘 일어나게 된다.Referring to FIG. 5, the cross-sectional shape of the torsion direction movement section 35 of the flexible beam 30 may be a double H shape. Here, the double H shape may be a shape in which two H shapes are integrally formed side by side with a connecting part connecting each other at a central portion of two H shapes arranged side by side when looking at a cross section. Such a double H shape is a shape that allows deformation to occur in the torsion direction (rotational movement in the X-axis direction) and lowers the stiffness in the lag direction.

이러한 단면형상은 기존 로터 허브 시스템의 피치 베어링 역할을 감당하게 된다. 이로서 유연보(30) 구조에서 플랩 방향의 운동, 래그 방향의 운동 및 피치 운동에 따른 토션 방향의 운동이 생기게 된다. This cross-sectional shape serves as the pitch bearing of the existing rotor hub system. As a result, in the flexible beam 30 structure, the motion in the flap direction, the motion in the lag direction, and the motion in the torsion direction according to the pitch motion are generated.

또한, 유연보(30)는 유리섬유 및 탄소섬유로 형성될 수 있다. In addition, the flexible beam 30 may be formed of glass fibers and carbon fibers.

예시적으로, 유연보(30)는 플랩 및 래그 강성 확보, 높은 피로수명을 얻기 위해 일 방향 유리섬유를 대부분 적용하고 있고 부분적인 최적화 소재로 일 방향 탄소섬유를 일부 사용하고 있다. 여기서, 강성 특성의 차이는 단면 형상에 따라 최적화 되어 일 방향 유리섬유를 0도로 적층할 경우 비틀림 강성이 낮아지고, ± 45도로 적층할 경우 비틀림 강성이 높아질 수 있다. For example, the flexible beam 30 mostly uses unidirectional glass fibers to secure flap and lag stiffness and high fatigue life, and partially uses unidirectional carbon fibers as a partial optimization material. Here, the difference in the stiffness characteristics is optimized according to the cross-sectional shape, the torsional stiffness is lowered when the unidirectional glass fibers are laminated at 0 degrees, and the torsional rigidity may be increased when laminated to ± 45 degrees.

또한, 본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)은 토크 튜브(40)를 포함한다. The bearingless rotor hub system 1 also includes a torque tube 40.

도 6 및 도 7을 참조하면, 토크 튜브(40)는 복수 개며, 유연보(30)를 감싸고 로터 블레이드(10)의 피치각을 조절한다. 더 자세하게는, 굽힘 하중에 유연하고 내부에 유연보(30)틀 포함한 토크 튜브(40)는 피치 랭크와 연곁되어 로터 블레이드(10)의 피치각을 조절한다. 6 and 7, the torque tube 40 is a plurality, wrap the flexible beam 30 and adjusts the pitch angle of the rotor blade (10). More specifically, the torque tube 40, which is flexible to bending loads and includes a flexible beam 30, is connected to the pitch rank to adjust the pitch angle of the rotor blade 10.

이때, 토크 튜브(40)는 비틀림 방향으로는 강성이 커지고, 굽힘 방향으로는 상대적으로 유연해지도록 탄소섬유로 형성될 수 있다. In this case, the torque tube 40 may be formed of carbon fibers so as to increase rigidity in the torsion direction and to be relatively flexible in the bending direction.

예시적으로, 탄소섬유는 ± 45도 방향으로 적층하여 구성함으로써 토션 방향의 강성을 극대화할 수 있다. 또한, 래그 방향의 강성을 강화함으로써 래그 방향의 변형이 유연보(30)에서 발생하도록 하는데, 이를 위해 토크 튜브(40)의 앞전(leading edge)과 뒷전(trailing edge)에는 0도로 적층되는 탄소섬유를 보강함으로써 래그 강성을 강화시킬 수 있다. For example, the carbon fibers may be stacked in a direction of ± 45 degrees to maximize rigidity in the torsion direction. In addition, by strengthening the stiffness in the lag direction so that the deformation in the lag direction occurs in the flexible beam 30, for this purpose, carbon fibers stacked on the leading edge and trailing edge of the torque tube 40 to 0 degrees By strengthening the lag stiffness can be enhanced.

또한, 도 8을 참조하면, 토크 튜브(40)는 공기역학적 항력이 최소화되어 비행능력이 향상되도록 타원형 구조로 형성될 수 있다. 즉, 공기가 타원형 구조의 토크 튜브(40)의 외면을 따라 곡면을 타고 부드럽게 유동되어 항력을 최소화 할 수 있다. 여기서, 공기역학적 항력이 최소화된다는 것은 공기가 타원형 구조의 토크 튜브의 외면을 따라 곡면을 타고 부드럽게 유동되어 항력의 발생이 줄어드는 것을 이야기 할 수 있다. 또한, 이러한 타원형 구조로 할 경우 토크를 전달하는 힘과 전단응력 측면에서 유리하다.In addition, referring to Figure 8, the torque tube 40 may be formed in an elliptical structure to minimize the aerodynamic drag to improve the flight capability. That is, the air flows smoothly along the outer surface of the torque tube 40 of the elliptical structure to minimize drag. Here, minimizing aerodynamic drag may refer to the fact that the air flows smoothly along the outer surface of the torque tube of the elliptical structure to reduce the occurrence of drag. In addition, such an elliptical structure is advantageous in terms of the force and the shear stress to transfer torque.

또한, 토크 튜브(40)는 유연보(30)와 간섭이 발생하지 않는 크기로 형성될 수 있다. 더 자세하게는, 토크 튜브(40)는 가로세로비가 2:1이상이 되도록 형성될 수 있다. 예시적으로 단면방향에서 바라보았을 때, 피치각이 최대 25도가 되었을 때에도 유연보(30)와 토크 튜브(40)가 접촉하지 않는 크기일 수 있다. In addition, the torque tube 40 may be formed in a size that does not cause interference with the flexible beam (30). More specifically, the torque tube 40 may be formed so that the aspect ratio is 2: 1 or more. For example, when viewed from the cross-sectional direction, the flexible beam 30 and the torque tube 40 may not be in contact with each other even when the pitch angle reaches a maximum of 25 degrees.

또한, 본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)은 리드-래그 댐퍼(50)를 포함한다. The bearingless rotor hub system 1 also includes a lead-lag damper 50.

도2 및 도3을 참조하면, 리드-래그 댐퍼(50)는 토크 튜브(40) 및 유연보(30)에 관통되도록 결합되어 로터 블레이드(10)의 회전 시 발생되는 지상 및 비행공진을 예방한다. 2 and 3, the lead-lag damper 50 is coupled to penetrate the torque tube 40 and the flexible beam 30 to prevent ground and flight resonances generated when the rotor blade 10 rotates. .

예시적으로, 공진 현상은 헬리콥터(20)의 로터의 플랩, 래그 모드와 동체의 롤, 피치 모드가 연계하여 발생하는 공력기계학적 불안정성 현상으로, 무 힌지 로터나 무 베어링 로터에서 주로 발생하게 된다. 공진 현상이 발생하게 되면, 비행 시에 동체가 진자 운동을 하게 되고, 이와 같은 주기적인 진동에 의해 헬리콥터(20)는 기울게 된다. For example, the resonance phenomenon is an aerodynamic instability phenomenon in which the flap of the rotor of the helicopter 20, the lag mode and the roll of the fuselage, and the pitch mode are linked to each other, and are mainly generated in the non-hinge rotor or the bearingless rotor. When the resonance occurs, the body is pendulum movement during flight, the helicopter 20 is inclined by such a periodic vibration.

또한, 본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)은 허브 플레이트(hub plate)(80)를 포함한다. The present bearingless rotor hub system 1 also includes a hub plate 80.

도2 및 도3을 참조하면, 허브 플레이트(80)는 유연보(30)를 엔진으로부터 동력을 전달받아 회전되는 로터 마스트(rotor mast)(70)에 고정시켜준다. 2 and 3, the hub plate 80 fixes the flexible beam 30 to a rotor mast 70 that is rotated by receiving power from the engine.

예시적으로, 허브 플레이트(80)는 유연보(30)를 8개의 허브 연결핀(81)으로 로터 마스트(70)에 고정시킬 수 있다. For example, the hub plate 80 may fix the flexible beam 30 to the rotor mast 70 with eight hub connecting pins 81.

이하에서는 이상에서 살핀 각 구성을 도 1 내지 도 3을 참조하여 예시적으로 간략히 설명한다. Hereinafter, each configuration of salping will be briefly described with reference to FIGS. 1 to 3.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 무 베어링 로터 허브 시스템(1)은 로터 블레이드(10)의 플랩, 리드-래그 운동 및 페더링 운동을 가능하게 하는 복합재료로 형성된 유연보(30), 로터 블레이드(10)의 피치각을 변경시켜 주고, 공기력에 의해 피칭 모멘트 힘을 지지하고 유지해주는 복합재료로 형성되는 토크 튜브(40), 로터 블레이드(10)의 회전에 따른 항력에 의해 로터 회전면의 앞뒤 방향의 운동이 커지는 것을 방지해주는 리드-래그 댐퍼(50), 리드-래그 댐퍼(50)가 토크 튜브(40)와 유연보(30) 사이의 상대적 운동이 가능하도록 지지해주는 셰어 리테이너(shear restrainer)(51), 토크 튜브(40)에 장착되어 로터 조종 시스템의 피치 링크(100)와 연결되어 로터 블레이드(10) 피치각이 변경될 수 있도록 해주는 피치 혼(pitch horn)(60), 유연보(30)를 서로 십자 교차시킴으로써 로터 마스트(70)에 허브 연결핀(81)으로 고정시켜주는 허브 플레이트(80), 유연보(30)와 토크 튜브(40) 및 로터 블레이드(10)를 연결시켜주는 블레이드 연결핀(11), 로터 허브 시스템의 피치각을 회전하면서 구현해주는 스와시 플레이트(swash plate)(90)로 구성될 수 있다. 1 to 3, the bearingless hub hub system 1 is a flexible beam 30 formed of a composite material that enables flap, lead-lag movement, and feathering movement of the rotor blades 10 and the rotor. Torque tube 40 formed of a composite material that changes the pitch angle of the blade 10 and supports and maintains the pitching moment force by air force, and the front and rear of the rotor rotating surface by drag force caused by the rotation of the rotor blade 10. Shear restrainer that supports relative movement between the torque tube 40 and the flexible beam 30 by the lead-lag damper 50 and the lead-lag damper 50 to prevent the movement of the direction from increasing. (51), a pitch horn (60), which is connected to the pitch link 100 of the rotor control system to allow the rotor blade (10) pitch angle to be changed, the flexible beam ( 30) Do not cross the rotor cross Hub plate 80 for fastening to hub 70 with hub connecting pin 81, blade connecting pin 11 for connecting flexible beam 30 and torque tube 40 and rotor blade 10, rotor It may be composed of a swash plate (90) that implements while rotating the pitch angle of the hub system.

이때, 유연보(30)는 토크 튜브(40)와 블레이드 연결핀(11)에 의에 로터 블레이드(10)와 연결되고, 로터 마스트(70)는 허브 연결핀(81)에 의해 허브 플레이트(80)와 유연보(30)와 함께 십자 교차로 체결된다. 리드-래그 댐퍼(50)는 셰어 리테이너(51)에 의해 토크 튜브(40)에 연결된다. At this time, the flexible beam 30 is connected to the rotor blade 10 by the torque tube 40 and the blade connecting pin 11, the rotor mast 70 is the hub plate 80 by the hub connecting pin 81. ) And the flexible beam 30 is crosswise fastened together. The lead-lag damper 50 is connected to the torque tube 40 by share retainer 51.

또한, 로터 블레이드(10) 피치각이 변동되기 위해서는 스와시 플레이트(90)가 상하 또는 좌우 기울어지는 운동을 통해 피치 혼(60)에 연결된 토크 튜브(40)에 의해 회전하면서 유연보(30)의 상태적인 토션 운동에 의해 로터 블레이드(10) 피치각이 변하게 된다. In addition, in order for the pitch angle of the rotor blade 10 to be varied, the swash plate 90 rotates by the torque tube 40 connected to the pitch horn 60 through a vertically or horizontally tilted movement of the flexible beam 30. The pitch angle of the rotor blades 10 is changed by the state of the torsional motion.

이와 같이, 베어링을 제거하고, 플랩 및 리드-래그 힌지, 그리고 피치 베어링 기능을 수행하는 복합재료로 형성된 유연보(30)를 구비함으로써, 시스템구조를 단순화하여 중량을 줄일 수 있고 이를 통해 운용유지비의 감소뿐만 아니라 허브 항력을 줄임으로써 헬리콥터(20)의 전체 성능을 향상시킬 수 있다. In this way, by removing the bearing, and having a flexible beam 30 formed of a composite material that performs a flap and lead-lag hinge, and a pitch bearing function, the system structure can be simplified to reduce the weight and thereby maintain operating costs. By reducing hub drag as well as reducing, the overall performance of the helicopter 20 can be improved.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, And all changes and modifications to the scope of the invention.

1. 무 베어링 로터 허브 시스템
10. 로터 블레이드(rotor blade) 11. 블레이드 연결핀
20. 헬리콥터 30. 유연보(flexbeam)
31. 플랩 방향 운동 구간 33. 리드-래그 방향 운동 구간
35. 토션 방향 운동 구간 40. 토크 튜브
50. 리드-래그 댐퍼 51. 셰어 리테이너(shear restrainer)
60. 피치 혼(pitch horn) 70. 로터 마스트(rotor mast)
80. 허브 플레이트(hub plate) 81. 허브 연결핀
90. 스와시 플레이트(swash plate) 100. 피치 링크
1. Bearingless rotor hub system
10. Rotor blade 11. Blade connecting pin
20. Helicopter 30. Flexbeam
31.Flap motion section 33. Lead-lag direction motion section
35. Torsion direction movement section 40. Torque tube
50. Lead-lag dampers 51. Shear restrainers
60. Pitch horn 70. Rotor mast
80. Hub plate 81. Hub connecting pin
90. Swash plate 100. Pitch link

Claims (9)

로터 블레이드가 결합되고 상기 로터 블레이드의 플랩, 리드-래그 및 페더링 방향에 대하여 힌지 역할을 하는 유연보,
상기 유연보를 감싸고 상기 로터 블레이드의 피치각을 조절하는 토크 튜브,
상기 토크 튜브 및 상기 유연보에 관통되도록 결합되어 상기 로터 블레이드의 회전 시 발생되는 지상 및 비행공진을 예방하는 리드-래그 댐퍼, 그리고
엔진으로부터 동력을 전달받아 회전되는 로터 마스트에 상기 유연보를 고정시켜주는 허브 플레이트를 포함하는 무 베어링 로터 허브 시스템.
Flexible beams coupled to the rotor blades and hinged with respect to the flap, lead-lag and feathering direction of the rotor blades,
Torque tube surrounding the flexible beam and adjusting the pitch angle of the rotor blade,
A lead-lag damper coupled to penetrate the torque tube and the flexible beam to prevent ground and flight resonance generated when the rotor blade is rotated, and
Bearing-free rotor hub system including a hub plate for fixing the flexible beam to the rotor mast is rotated by receiving power from the engine.
제1항에서,
상기 유연보는 플랩 힌지 기능을 수행하는 플랩 방향 운동 구간,
리드-래그 힌지 기능을 수행하는 리드-래그 방향 운동 구간, 그리고
피치 베어링 기능을 수행하는 토션 방향 운동 구간을 포함하는 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
The flexible beam flap direction movement section performing a flap hinge function,
A lead-lag direction movement section performing a lead-lag hinge function, and
Bearingless rotor hub system with torsional directional motion zones that perform pitch bearing functions.
제2항에서,
상기 토션 방향 운동 구간의 단면의 형상은 이중 H 형상인 무 베어링 로터 허브 시스템.
3. The method of claim 2,
The shape of the cross section of the torsional direction of motion is a double bearing H-shaped bearing hub system.
제1항에서,
상기 유연보는 유리섬유 및 탄소섬유로 형성되는 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
The flexible beam bearingless hub hub system is formed of glass fiber and carbon fiber.
제1항에서,
상기 유연보는 복수 개인 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
The flexible beam has a plurality of bearingless hub hub system.
제1항에서,
상기 토크 튜브는 공기역학적 항력이 최소화되어 비행능력이 향상되도록 타원형 구조로 형성되는 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
The torque tube is a bearingless hub hub system is formed in an elliptical structure to minimize the aerodynamic drag to improve the flight capacity.
제1항에서,
상기 토크 튜브는 탄소섬유로 형성되는 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
And said torque tube is formed of carbon fiber.
제1항에서,
상기 토크 튜브는 복수 개인 무 베어링 로터 허브 시스템.
In claim 1,
And said torque tube has a plurality of bearingless hub hub systems.
제3항에서,
상기 이중 H 형상은 2개의 H 형상의 중심부에 서로를 연결해 주는 연결부가 구비되어 2개의 H 형상이 나란히 형성되는 형상인 무 베어링 로터 허브 시스템.
4. The method of claim 3,
The dual H-shape is a bearing-free hub hub system having a connection portion for connecting each other at the center of the two H-shape is a shape in which two H-shape formed side by side.
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