KR20170031703A - 터빈 엔진을 신속하게 재활성화하기 위한 공압 장치, 이러한 장치가 제공된 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템을 위한 구조, 및 대응하는 헬리콥터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 헬리콥터 터빈 엔진(6)의 신속한 재활성화를 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는: 터빈 엔진을 회전시키고 그 재활성화를 보장할 수 있도록 상기 터빈 엔진(6)에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈(7); 가압된 가스를 상기 공압 터빈(7)에 공급하기 위하여 공압 회로(10)를 이용하여 상기 공압 터빈(7)에 연결되어 있는 공압 저장소(9); 상기 저장소(9)와 상기 공압 터빈(7) 사이에서 공압 회로(10) 상에 배열되어 있고, 적어도 요청이 있을 때 가스가 상기 공압 터빈(7)에 공급될 수 있는 개방된 포지션 또는 상기 공압 터빈(7)에 가압된 가스가 더 이상 공급되지 않는 폐쇄된 포지션으로 설정되기에 적합한 제어식 쾌속 개방 공압 밸브(11);를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

터빈 엔진을 신속하게 재활성화하기 위한 공압 장치, 이러한 장치가 제공된 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템을 위한 구조, 및 대응하는 헬리콥터{PNEUMATIC DEVICE FOR RAPIDLY REACTIVATING A TURBINE ENGINE, ARCHITECTURE FOR A PROPULSION SYSTEM OF A MULTI-ENGINE HELICOPTER PROVIDED WITH SUCH A DEVICE, AND CORRESPONDING HELICOPTER}

본 발명은 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 내장형 공압 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 적어도 하나의 이러한 신속한 재활성화 장치가 설비되어 있는 다발 엔진, 특히 쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 구조를 가지는 추진 시스템을 구비한 헬리콥터에 관한 것이다.

쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 헬리콥터는 알려진 바와 같이 2개 또는 3개의 터빈 엔진을 구비하는 추진 시스템을 가지고, 각각의 터빈 엔진은 가스 발생기, 및 가스 발생기에 의해 회전되고 출력 샤프트에 고정되는 자유 터빈을 구비한다. 각각의 자유 터빈의 출력 샤프트는 가변 피치 날개가 설비되어 있는 헬리콥터의 로터를 그 자체로 구동시키는 동력 전달 장치를 움직이게 세팅하기에 적합하다.

헬리콥터 터빈 엔진이 헬리콥터의 비행 조건에 좌우되는 속도에서 기능한다는 것은 알려져 있다. 다음의 명세서 전체어 걸쳐, 헬리콥터는 순간적인 이륙, 상승, 착륙 또는 정지 비행 단계를 제외한 모든 단계의 비행 동안 정상적인 조건 하에서 움직이는 항속 비행 상태에 있는 것으로 한다. 다음의 명세서 전체에 걸쳐, 헬리콥터는 이용가능한 총 설계 한계 동력(total installed power)을 발휘할 필요가 있는 경우, 즉 순간적인 이륙, 상승 및 착륙 단계, 및 터빈 엔진들 중 하나가 약어 OEI(one engine inoperative; 한쪽 엔진 오작동)로 지칭되는 결함상태에 있는 경우, 위험한 비행 상태에 있는 것으로 한다.

헬리콥터가 항속 비행 상태에 있는 경우에 터빈 엔진이 그 최대 연속 동력 이하의 낮은 동력 수준에서 기능한다는 것은 알려져 있다. 이러한 낮은 동력 수준은 터빈 엔진의 연소실에 의한 시간당 연료의 소비량과 이 터빈 엔진에 의해 공급되는 기계적 동력 사이의 비율로 정의되는 소비율(specific consumption; 이하에서는 'Cs'라 함)을 초래하고, 최대 이륙 동력의 대략 30%의 Cs 보다 크면 그 결과 항속 비행 중 연료의 과다소비가 된다.

나아가, 헬리콥터의 터빈 엔진은 엔진들 중 하나가 고장나는 경우 헬리콥터를 비행 중인 상태로 유지시킬 수 있도록 대형으로 설계되어 있다. 이 비행 상태는 상술된 OEI 상황에 대응한다. 이 비행 상태는 다음에 오는 엔진의 손실을 일으키고, 헬리콥터가 위험한 상태를 대처하고 나서 그 비행을 계속할 수 있도록 작동 중인 각각의 엔진이 그 명목상 동력을 많이 초과하는 동력을 공급한다는 사실을 초래한다.

게다가, 터빈 엔진은 또한 항공기 제조사에 의해 특정된 비행 범위에 걸친 비행, 특히 높은 고도와 고온의 날씨에서의 비행을 보장할 수 있도록 대형이다. 매우 필요로 하는 이들 비행 포인트는, 특히 헬리콥터가 그 최대 이륙 중량에 가까운 중량을 가지는 경우 특정 사용 환경에서만 조우하게 된다.

이들 대형 터빈 엔진은 중량과 연료 소비 측면에서 불리하다. 항속 비행 중 연료 소비를 줄이기 위하여, 비행 중 터빈 엔진들 중 하나를 대기상태에 있게 하는 것을 생각해볼 수 있다. 활성화 엔진 또는 엔진들은 이때 필요한 모든 동력을 결과적으로는 더욱 바람직한 Cs 수준으로 제공하기 위하여 높은 동력 수준에서 기능한다.

FR 1151717과 FR 1359766 출원에서 출원인은, 적어도 하나의 터빈 엔진을 소위 연속적인 안정화 동력 상황으로 설정하는 가능성 및 적어도 하나의 터빈 엔진을 요건에 따라 정상적인 방식으로 또는 긴급하게 탈출할 수 있는 특정 대기 상황으로 설정하는 가능성을 통해 헬리콥터의 터빈 엔진의 소비율을 최적화하기 위한 방법을 제안했다. 대기 상황으로부터의 탈출은 비행 상태 중의 변화가 대기 중인 터빈 엔진의 활성화를 부과하는 경우, 예컨대 헬리콥터가 순항 비행 상태에서 착륙 상태로 옮겨가는 경우 정상인 것으로 알려져 있다. 대기상태로부터의 이러한 정상적인 탈출은 10초 내지 1분에 걸쳐서 발생한다. 대기 상황으로부터의 탈출은 활성 엔진의 동력 부족이나 고장이 일어나는 경우 또는 비행 조건이 갑자기 나빠지는 경우 신속한 것으로 알려져 있다. 대기상태로부터의 이러한 신속한 탈출은 10초 미만의 기간에 걸쳐 발생한다.

대기 상황으로부터의 터빈 엔진의 탈출은, 예컨대 재활성화되고 명목상 작동 속도에 신속하게 도달하는데 필요한 에너지를 터빈 엔진에 공급하는 것을 가능하게 하는 리튬 이온 배터리 타입의 전기화학 저장소 또는 수퍼커패시터 타입의 정전기 저장소와 같은 에너지 저장 장치와 결합되어 있는 터빈 엔진 재시동용 팩을 이용하여 획득된다.

대기상태에 있는 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 이러한 팩은 터빈 엔진의 총 중량이 실질적으로 증가하는 단점을 가진다. 따라서, 터빈 엔진을 대기상태에 있게 함으로써 획득되는 연료 소비량의 달성은, 특히 각각의 엔진이 이러한 비상 재활성화 장치가 설비되어 있는 경우 재활성화 장치 및 결합된 에너지 저장 장치에 의해 유발된 초과 중량에 의해 부분적으로 손실된다.

나아가, 이들 전자기술적 구성요소들은 이러한 구성요소들이 장착되는 헬리콥터의 전기 구조에 좌우될 수 있다.

따라서, 본 발명은 헬리콥터를 경제적인 비행 단계로 설정할 가능성, 환언하자면 전체 추진 시스템의 과도하게 큰 초과 중량을 발생시키지 않는 상태에서 적어도 하나의 터빈 엔진을 대기상태에 있게 하면서 대기 상황으로부터 신속한 탈출을 허용하는 가능성에 의해 야기되는 연역적으로 양립불가능한 문제점을 해결하고자 한다.

환언하면, 본 발명자들은 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 새로운 장치, 및 쌍발 엔진 또는 삼발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템에 관한 새로운 구조를 제안하고자 한다.

본 발명은 종래의 해결책의 단점을 극복하는 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 장치를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 새로운 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 터빈 엔진이 대기상태에 있다가 신속하게 재활성화되는 것을 가능하게 하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 헬리콥터에 설치될 수 있는 것이 금지되지 않은 중량과 부피를 가지는 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 본 발명의 적어도 하나의 실시예에서 동일한 성능을 위하여 종래 기술의 구조보다도 비용이 적게 드는 구조를 제공하는 것을 목표로 한다.

본 발명은 또한 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.

이를 행하기 위하여, 본 발명은 헬리콥터 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 장치에 관한 것으로서, 상기 장치는:

- 터빈 엔진을 회전시키고 그 재활성화를 보장할 수 있도록 상기 터빈 엔진에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈;

- 가압된 가스를 상기 공압 터빈에 공급하기 위하여 공압 회로를 이용하여 상기 공압 터빈에 연결되어 있는 공압 저장소;

- 저장소와 상기 공압 터빈 사이에서 공압 회로 상에 배열되어 있고, 적어도 요청이 있을 때 가스가 상기 공압 터빈에 공급될 수 있어서 상기 터빈 엔진의 재활성화를 허용하는 개방된 포지션 또는 상기 공압 터빈에 가압된 가스가 더 이상 공급되지 않는 폐쇄된 포지션으로 설정되기에 적합한 제어식 쾌속 개방 공압 밸브;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따라 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치는, 터빈 엔진의 재활성화를 제공하기 위하여 이러한 터빈 엔진이 그 위에 설치되도록 의도되어 있는 헬리콥터의 전기 시스템과 완전히 독립적인 것이 바람직한 공압 장치를 제공한다.

터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 장치는 주로, 터빈 엔진이 기계적 동력을 다시 한번 공급하기 위하여 설정되어 있었던 대기 상황을 빨리 벗어나 올 수 있도록 대기상태에 있는 터빈 엔진을 신속하게 재활성화하는 것을 목표로 한다. 다른 적용처에 따르면, 신속한 재활성화 장치는 또한 터빈 엔진을 시동시키기 위한 장치, 즉 터빈 엔진을 미리 대기상태에 있게 하지 않으면서 활성화하기 위한 장치로서 이용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 다음에 오는 명세서 전체에 걸쳐서, 본 발명에 따르는 장치의 사용은 기본적으로 대기상태에 있는 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치로서 설명되어 있다.

터빈 엔진은 알려진 방식으로 가스 발생기, 및 가스 발생기에 의해 공급되고 동력 전달 장치에 연결되어 있는 자유 터빈을 구비한다. 바람직하게도, 본 발명에 따르는 재활성화 장치는 가스 발생기를 구동시키기 위하여 터빈에 공급되는 가압된 가스의 공압 동력을 기계적 동력으로 변환하기에 적합한 공압 터빈에 의해 회전될 수 있는 터빈 엔진의 가스 발생기를 제공한다.

공압 터빈으로의 가스의 공급은 공압 저장소와 제어식 쾌속 개방 밸브의 상호작동에 의하여 달성된다.

따라서, 이러한 재활성화 장치는 헬리콥터의 전기 시스템과 독립적이고, 대용량의 축전지를 필요로 하지 않는다. 따라서, 제안된 해결책은 크기, 질량 및 비용에 관한 문제를 일으키지 않으면서도 터빈 엔진, 특히 대기 상황에 놓여 있는 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 보장한다.

추가적으로, 본 발명에 따르는 장치는 사용하기에 간단하고, 헬리콥터에 통합되기 전에 시험대에서 테스트 받을 수 있다.

유리하게도, 본 발명에 따르는 장치는, 공압 밸브와 공압 터빈 사이에서 공압 회로 상에 배열되어 있고 공압 터빈에 공급되는 가스의 압력을 조절하도록 구성되어 있는 감압 밸브를 더 구비한다.

따라서, 감압 밸브는 공압 터빈에 공급되는 가스의 압력을 사용되는 공압 터빈의 타입과 사용되는 공압 저장소의 타입에 적용시키는 것을 가능하게 한다. 변형예에 따르면, 공압 저장소는, 예컨대 200 바 내지 400 바의 고압 가스를 구비하고, 공압 터빈은 5 바 내지 50 바의 압력을 가지는 가스에 의해 감압 밸브를 이용하여 공급된다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 공압 터빈은 적어도 하나의 프리 휠을 이용하여 터빈 엔진에 기계적으로 연결된다.

프리 휠의 존재는 가스 발생기가 기계적 동력을 공급하는 경우 가스 발생기에 의한 공압 터빈의 자발적인 구동을 피하는 것을 가능하게 한다. 유리하게도, 프리 휠은 터빈 엔진의 액세서리 박스 상에 장착된다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 공압 저장소는 중량으로 적어도 50%의 중성 가스와 소화제(fire-extinguishing agent)를 구비하는 가스의 혼합물을 포함하고 있다.

이러한 가스 혼합물은 터빈 엔진의 재활성화를 보장하기 위하여 공압 터빈에 가스를 공급하는 것뿐만 아니라, 예컨대 이 터빈 엔진에서의 어떠한 화재도 진압하기 위하여 터빈 엔진의 근처에 배열되어 있는 소화 시스템을 공급하는 것을 가능하게 한다. 중성 가스는 질소, 헬륨 또는 아르곤과 같이 어떠한 타입일 수 있다. 소화제는, 예컨대 할론이다.

따라서, 소화 시스템과 결합되어 있는 이 변형예에 따르는 장치는 전용 소화 실린더를 헬리콥터에 설비하는 것을 필요없게 한다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 터빈은 공압 터빈과 프리 휠에 의해 형성된 운동학적 사슬(kinematic chain)에 관한 완전성 시험(integrity test)을 실행할 수 있도록 구성되어 있는 저압 공급 소켓을 구비한다.

이러한 공급 소켓은 공압 터빈과 프리 터빈에 의해 형성된 운동학적 사슬을 테스트하는 것을 가능하게 하고, 그 결과 터빈 엔진이 비상시의 경우 실제로 빨리 재활성화될 수 있을 것을 보증하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 이는 제어 및 안전 조치를 수립하기 위한 수단이다. 예를 들어, 이러한 테스트는 풀 유닛 타입(pool unit type)의 공기 압축기의 사용에 의해 지면 상에서 실행될 것이다. 이 테스트는 또한 터빈 엔진들 중 한쪽이나 다른 쪽에 있는 압축기로부터 방출되는 공기를 취하여 비행 중에 실행될 수 있다.

유리하게도 본 발명에 따르면, 공압 밸브는 위치결정을 위하여 전자 장비로 제어되고, 개방을 위하여 불꽃 장비로 제어된다.

불꽃 장비는 공압 밸브의 신속한 개방을 허용하고, 그 결과 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 허용한다.

본 발명은 또한 동력 전달 장치에 연결되어 있는 터빈 엔진들을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 것으로서, 상기 구조는:

- 상기 터빈 엔진들 중에서 하이브리드 터빈 엔진으로 지칭되는 적어도 하나의 터빈 엔진으로서, 헬리콥터의 안정화된 비행 동안 적어도 하나는 대기 상황에서 기능할 수 있고 나머지 터빈 엔진들은 이 안정화된 비행 동안 단독으로 기능하는, 적어도 하나의 터빈 엔진;

- 본 발명에 따르는 하이브리드 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 적어도 하나의 장치로서, 이 하이브리드 터빈 엔진을 상기 대기 상황으로부터 벗어나게 해서 기계적 동력을 상기 동력 전달 장치에 공급하는 소위 명목상 상황에 도달할 수 있기에 적합한 적어도 하나의 장치;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르는 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치는 대기상태로 있을 수 있는 적어도 하나의 터빈 엔진을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조로 통합되도록 특히 의도되어 있다. 공압 재활성화 장치는 요구되는 경우라면 대기상태에 있는 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 보장하는 것을 가능하게 한다.

유리하게도, 본 발명에 따르는 구조는, 터빈 엔진의 근처에 배열되어 있고 소위 화재 도관을 이용하여 비상 시동 장치의 상기 공압 밸브에 연결되어 있는 적어도 하나의 소화 장치를 구비해서, 이 재활성화 장치의 상기 공압 저장소 안의 상기 가스는 명령에 따라 상기 밸브로부터 상기 소화 장치 쪽으로 안내될 수 있다.

이 변형예에 따르는 구조는 신속한 재활성화 장치의 공압 회로를 사용하여 터빈 엔진에서의 화재를 진압할 수 있도록 터빈 엔진의 근처에 배열되어 있는 적어도 하나의 소화 장치를 구비한다. 이를 행하기 위하여, 수공압 저장소(hydropneumatic storage)는 유리하게도 질량으로 적어도 50%의 중성 가스와 소화제를 구비하고 있는 가스 혼합물을 구비한다.

유리하게도, 본 발명에 따르는 구조는 본 발명에 따르는 2개의 하이브리드 터빈 엔진과 2개의 비상 시동 장치를 구비하고, 각각의 하이브리드 터빈 엔진은 전용 재활성화 장치와 결합되어 있다.

이 변형예에 따르면, 구조는 각각의 하이브리드 터빈 엔진을 시동시키기 위하여 각각의 공압 터빈을 위한 별개의 공압 공급수단을 가진다.

유리하게도, 본 발명에 따르는 구조는 2개의 하이브리드 터빈 엔진, 및 각각의 하이브리드 터빈 엔진에 각각 연결되어 있는 2개의 공압 터빈을 구비하는 본 발명에 따르는 단일의 재활성화 장치를 구비하고, 상기 공압 밸브는 가스를 재활성화될 하이브리드 터빈 엔진의 상기 공압 터빈 쪽으로 배향하도록 제어되는 삼방향 밸브이다.

이 변형예에 따르면, 밸브는 가스를 공압 회로로부터 재활성화될 하이브리드 터빈 엔진 쪽으로 배향하도록 제어된다.

본 발명은 또한 상기 추진 시스템이 본 발명에 따르는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 추진 시스템을 구비한 헬리콥터에 관한 것이다.

본 발명은 또한 헬리콥터의 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:

- 상기 터빈 엔진에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈과 공압 저장소 사이에서 공압 회로 상에 배열되어 있는 공압 밸브의 개방을 제어하는 단계;

- 빠져나간 가스를 상기 공압 터빈 쪽으로 운반하는 단계;

- 터빈 엔진을 재활성화하기 위하여 상기 가압된 가스의 공압 동력을 기계적 동력으로 변환하는 단계;

를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치, 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조, 이러한 구조를 가지는 추진 시스템이 설비되어 있는 헬리콥터, 및 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 방법에 관한 것으로서, 위에서나 아래에서 언급되는 특징들 중 일부나 전부에 의한 조합을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 목표, 특징 및 이점은 첨부의 도면을 참조하여 오로지 비제한적으로 주어진 다음에 오는 발명의 상세한 설명을 읽으면 자명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 헬리콥터의 추진 시스템의 구조에 관한 개략적인 도면이다.
도 6은 본 발명에 따르는 구조를 가지는 추진 시스템을 구비하는 헬리콥터에 관한 개략적인 도면이다.

도면에서의 축적과 비율은 명확하게 도시하기 위하여 일치하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치에 관한 개략적인 도면이다.

이러한 장치는 프리 휠(8)을 이용하여 터빈 엔진(6)에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈(7)을 구비한다. 이 공압 터빈(7)은 하나 이상의 저장소가 있는 반경방향 또는 축방향 터빈일 수 있다. 그 기능은 터빈 엔진(6)을 재활성화하기 위하여 공압 터빈이 받아들이는 공압 동력을 기계적 동력으로 변환하는 것이다.

이 공압 터빈(7)은 도 1에 나타나 있지 않은 액세서리 박스를 이용하여 터빈 엔진(6) 상에 장착되는 것이 바람직하다.

장치는 가압된 가스를 공압 터빈(7)에 공급하도록 공압 회로(10)를 이용하여 공압 터빈(7)에 연결되는 공압 저장소(9)를 더 구비한다.

공압 터빈(7)으로의 공급은 저장소(9)와 공압 터빈(7) 사이에서 공압 회로(10) 상에 배열되어 있는 제어식 쾌속 개방 공압 밸브(11)에 따라 좌우된다.

도 1의 실시예에 있는 이 공압 밸브(11)는, 바람직하게는 터빈 엔진(6)을 제어하는 컴퓨터일 뿐만 아니라 터빈 엔진의 작동 상황을 정의하는 것을 가능하게 하는 제어 장치(12)에 의해 제어되는 양방향 밸브이다.

밸브(11)가 개방을 위하여 제어되는 경우, 저장소(9) 안의 가스는 공압 터빈(7)을 향하여 토출되어서, 수용되는 가스의 공압 동력을 출력되는 기계적 동력으로 변환할 수 있다.

공압 회로(10)는 공압 터빈(7)에 공급되는 가스의 압력을 조절하기 위해서 저장소(9)와 공압 터빈(7) 사이에 배열되어 있는 감압 장치(14)를 더 구비한다.

공압 저장소(9)는 압력 센서(40)와 안전 밸브(41)를 더 구비한다. 공압 저장소(9)는, 예컨대 250 바 질소 용적을 가진다.

도 1의 재활성화 장치는 유리하게도 도 2에 나타나 있는 바와 같이 쌍발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조가 설비되어 있다.

도 2의 실시예에 따르면, 추진 시스템은 헬리콥터의 로터를 스스로 구동시키는 동력 전달 박스(22)에 연결되어 있는(도면에는 미도시) 2개의 터빈 엔진(6, 16)을 구비한다. 각각의 터빈 엔진은 본 발명에 따르는 재활성화 장치를 이용하여 빨리 탈출할 수 있는 헬리콥터의 안정화된 비행 동안 적어도 하나의 대기 상황에 있게 될 수 있는 하이브리드 터빈 엔진이다. 터빈 엔진은 알려진 유형의 가스 발생기, 연소실 및 자유 터빈을 구비한다.

대기 상황은, 예컨대 다음에 오는 작동 상황들 중 하나이다.

- 연소실이 점화되고 가스 발생기의 샤프트가 명목상 속도의 60% 내지 80%의 속도로 회전하되 정상 공회전(normal tickover)으로 지칭되는 대기 상황;

- 연소실이 점화되고 가스 발생기의 샤프트가 명목상 속도의 20% 내지 60%의 속도로 회전하되 정상 수퍼 공회전(normal super-tickover)으로 지칭되는 대기 상황;

- 연소실이 점화되고 가스 발생기의 샤프트가 기계적으로 보조되어 명목상 속도의 20% 내지 60%의 속도로 회전하되 보조형 수퍼 공회전(assisted super-tickover)으로 지칭되는 대기 상황;

- 연소실이 진화되고 가스 발생기의 샤프트가 기계적으로 보조되어 명목상 속도의 5% 내지 20%의 속도로 회전하되 회전 모드(turnover mode)로 지칭되는 대기 상황;

- 연소실이 진화되고 가스 발생기의 샤프트가 완전히 휴식상태에 있되 정지상태(stoppage)로 지칭되는 대기 상황;

재활성화 장치는 도 1과 관련하여 기술된 요소들에 추가하여 프리 휠(18)을 이용하여 터빈 엔진(16)에 연결되어 있는 공압 터빈(17)을 구비한다. 나아가, 공압 회로(10)는 공압 저장소(9)로부터 공압 터빈(17)과 공압 터빈(7)까지 뻗어있다.

이 실시예에 따르는 제어식 밸브(11)는 명령에 따라 터빈 엔진(16)에 연결되어 있는 공압 터빈(17)에 대한 공급이나 터빈 엔진(6)의 공압 터빈(7)에 대한 공급을 허용하기에 적합한 삼방향 밸브이다. 제어는 비상시 그 대기 상황으로부터 탈출할 수 있는 대기상태에 있는 터빈 엔진의 기능이다.

이 구조의 재활성화 장치의 작동 원리는 각각의 터빈 엔진(6, 16)에 있어서 도 1과 관련하여 기술된 것과 동일하다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따르는 구조이다. 이 실시예에 따르면, 별개의 재활성화 장치는 각각의 터빈 엔진을 위하여 제공되어 있다. 환언하면, 공압 저장소(29, 39)는 각각의 공압 터빈(7, 17)과 결합되어 있고, 양방향 밸브(11, 21)는 대응하는 터빈 엔진의 재시동과 터빈에 대한 공급을 제공하기 위하여 각각의 저장소(29, 30)와 결합되어 있다. 밸브(11, 21)는 컴퓨터들(12, 13), 즉 장치당 하나의 컴퓨터로 각각 제어된다. 변형예에서, 단일의 컴퓨터는 2개의 밸브를 제어할 수 있다. 나아가, 각각의 터빈은 대응하는 터빈에 공급되는 가스의 압력을 조절하도록 의도되어 있는 전용 감압 장치(14, 24)와 결합되어 있다.

도 4의 구조는 도 3의 구조에 기초하고 있고, 도 3과 관련하여 기술된 요소에 추가하여 소화 시스템을 구비한다. 이 소화 시스템은 터빈 엔진 당 하나의 소화 장치를 구비한다. 따라서, 도 4의 구조는 2개의 소화 장치를 구비한다. 각각의 장치는 화재 발생시 터빈 엔진을 향하여 가스를 분사할 수 있도록 대응하는 밸브들(21, 31) 사이에 배열되어 있는 화재 도관(25, 35), 및 대응하는 터빈 엔진들(6, 16)의 방향으로 그 근처에 배열되어 있는 화재 노즐(26, 36)을 구비한다. 이 실시예에 따르면, 밸브(11, 21)는 삼방향 밸브이다. 화재 센서에 의해 터빈 엔진, 예컨대 터빈 엔진(6)의 근처에서 화재가 탐지되는 경우, 장치(12)는 터빈 엔진(6)에 대응하는 밸브(11)의 개방을 명령해서, 저장소(29)에 저장되는 가스(할론 타입의 소화제와 중성 가스의 혼합물에 의해 형성됨)는 터빈 엔진(6)에서의 화재를 진압하기 위하여 화재 노즐(26)을 향하여 추진된다.

도 5의 구조는 도 4의 구조의 변형예이고, 여기서 각각의 화재 노즐(26, 36)은 사방향 밸브인 밸브(11, 21)로부터 요청이 있을 때 각각의 공압 저장소(29, 39)에 의해 공급될 수 있다. 이를 행하기 위하여, 각각의 화재 노즐은 2개의 별개의 화재 도관에 의해 공급된다. 이러한 구조는 터빈 엔진들 중 하나 또는 나머지에서의 화재에 대처하기 위하여 각각의 재활성화 장치의 가스를 사용하는 것을 가능하게 한다.

도 6은 본 발명에 따르는 구조를 가지는 추진 시스템을 구비하는 쌍발 엔진 헬리콥터의 개략적인 도면이다. 추진 시스템은 특히 동력 전달 장치(22)를 이용하여 로터를 회전시키기에 적합한 2개의 터빈 엔진(6, 16)을 구비한다. 이 도면에서, 재활성화 장치는 명확성을 이유로 나타나 있지 않다. 터빈 엔진(6, 16)만이 나타나 있고, 각각의 터빈 엔진에 본 발명에 따르는 재활성화 장치가 설비되어 있다는 것은 알 수 있다.

도 2에 나타나 있는 바와 같이 쌍발 엔진 구조에서 터빈 엔진을 재활성화하기 위한 장치의 사용 원리는 다음과 같다.

- 비행 조건이 양호한 경우, 연료를 절약하기 위하여 터빈 엔진을 대기상태에 있게 하도록 명령이 내려짐(상술된 대기 상황으로부터 선택된 대기 상황)

- 터빈 엔진의 컴퓨터는 이후 어느 터빈 엔진이 대기상태에 있을 수 있는지 그리고 그 대기상태에 있도록 요청할 수 있는지를 결정함(이하에는 터빈 엔진(6)이 대기상태에 있다는 것 및 터빈 엔진(16)만이 동력 전달 장치(22)에 동력을 공급한다는 것이 고려되어 있음)

- 터빈 엔진(6)은 대기 상황에 있음(이 대기 상황은, 연소실이 점화되거나 진화되어 있고 기계적으로 보조되어 있거나 그렇지 않은 상태로 전술된 대기 상황들 중 하나일 수 있음)

- 비행 동안, 터빈 엔진(16)이 갑자기 고장남 또는 조종사가 특정 비상 기동을 위하여 터빈 엔진(6)을 빨리 재활성화하도록 결정함

- 터빈 엔진(6)의 연소실은 이후 빨리 점화됨(연소실이 진화된 상태로 대기 상황의 경우)

- 예정된 기간 후, 제어 장치(12)는 밸브(11)의 개방을 터빈 엔진(6)에 요청함

- 공압 터빈(7)은 이후, 프리 휠(8)을 이용하여 터빈 엔진(6)의 가스 발생기를 구동시키는 것을 가능하게 하도록 공압 동력을 기계적 동력으로 변환함으로써 처음에는 대기상태에 있는 가스 발생기를 0 rpm(rev/min)으로부터 커플링 속도(coupling speed)로 (1초 미만의 기간 안에)빨리 옮겨감

- 공압 터빈(7)은 짧은 기간, 예컨대 3초 미만 동안 터빈 엔진의 구동을 계속하고, 이 기간 동안 터빈 엔진은 그 비상 상황에 도달해 있음

- 터빈 엔진(6)의 신속한 재활성화는 그 결과 획득됨

커플링 속도는, 공압 시동장치가 그 위에 장착되는 터빈 엔진의 액세서리 박스의 입력값과 가스 발생기의 샤프트 사이의 감속 비율로 나눈 가스 발생기의 대기 속도에 대응한다.

따라서, 본 발명에 따르는 장치는, 사용과 설치가 간단하고 시험대에서 테스트 받을 수 있는 저렴한 구성요소들만 사용하여 대기상태에 있는 터빈 엔진을 빨리 재활성화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명은 기술된 실시예만으로 제한되지 않는다. 특히, 구조는 삼발 엔진 헬리콥터를 설비하기 위한 3개의 터빈 엔진을 구비할 수 있고, 당해 기술분야에서의 통상의 기술자라면 본 명세서의 교시사항에 기초하여 기술된 실시예를 다발 엔진 추진 시스템, 특히 삼발 엔진 시스템에 어떻게 적용시키는지를 용이하게 결정할 수 있을 것이다.

신속한 재활성화 단계에 전용되어 있지만, 본 발명은 지면에서의 신속한 시동 동안 또는 비행 중 신속한 재시동 동안 사용될 수 있다.

Claims (12)

1. 헬리콥터 터빈 엔진(6)의 신속한 재활성화를 위한 장치로서,
   - 터빈 엔진을 회전시키고 그 재활성화를 보장할 수 있도록 상기 터빈 엔진(6)에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈(7);
   - 가압된 가스를 상기 공압 터빈(7)에 공급하기 위하여 공압 회로(10)를 이용하여 상기 공압 터빈(7)에 연결되어 있는 공압 저장소(9);
   - 상기 저장소(9)와 상기 공압 터빈(7) 사이에서 공압 회로(10) 상에 배열되어 있고, 적어도 요청이 있을 때 가스가 상기 공압 터빈(7)에 공급될 수 있어서 상기 터빈 엔진(6)의 재활성화를 허용하는 개방된 포지션 또는 상기 공압 터빈(7)에 가압된 가스가 더 이상 공급되지 않는 폐쇄된 포지션으로 설정되기에 적합한 제어식 쾌속 개방 공압 밸브(11);
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 공압 밸브(11)와 상기 공압 터빈(7) 사이에서 상기 공압 회로(10) 상에 배열되어 있고 상기 공압 터빈(7)에 공급되는 상기 가스의 압력을 조절하도록 구성되어 있는 감압 장치(14)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 공압 터빈(7)은 적어도 하나의 프리 휠(8)을 이용하여 상기 터빈 엔진(6)에 기계적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공압 저장소(9)는 중량으로 적어도 50%의 중성 가스와 소화제를 구비하는 가스의 혼합물을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공압 터빈(7)은 공압 터빈(7)과 프리 휠(8)에 의해 형성된 운동학적 사슬에 관한 완전성 시험을 실행할 수 있도록 구성되어 있는 저압 공급 소켓을 구비하는 것을 특징으로 하는 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 공압 밸브(11)는 위치결정을 위하여 전자 장비로 제어되고, 개방을 위하여 불꽃 장비로 제어되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 동력 전달 장치(22)에 연결되어 있는 터빈 엔진들(6, 16)을 구비하는 다발 엔진 헬리콥터의 추진 시스템의 구조로서,
   - 상기 터빈 엔진들 중에서 하이브리드 터빈 엔진으로 지칭되는 적어도 하나의 터빈 엔진(6, 16)으로서, 헬리콥터의 안정화된 비행 동안 적어도 하나는 대기 상황에서 기능할 수 있고 나머지 터빈 엔진들은 이 안정화된 비행 동안 단독으로 기능하는, 적어도 하나의 터빈 엔진;
   - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 하이브리드 터빈 엔진의 신속한 재활성화를 위한 적어도 하나의 장치로서, 이 하이브리드 터빈 엔진을 상기 대기 상황으로부터 벗어나게 해서 기계적 동력을 상기 동력 전달 장치에 공급하는 소위 명목상 상황에 도달할 수 있기에 적합한 적어도 하나의 장치;
   를 구비하는 것을 특징으로 하는 구조.
8. 제 7 항에 있어서,
   터빈 엔진(6, 16)의 근처에 배열되어 있고 소위 화재 도관(25, 35)을 이용하여 신속 재활성화 장치의 상기 공압 밸브(11, 21)에 연결되어 있는 적어도 하나의 소화 장치(26, 36)를 구비해서, 이 시동 장치의 상기 공압 저장소(29, 39) 안의 상기 가스는 명령에 따라 상기 밸브(11, 12)로부터 상기 소화 장치 쪽으로 안내될 수 있는 것을 특징으로 하는 구조.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 2개의 하이브리드 터빈 엔진(6, 16)과 2개의 신속 재활성화 장치를 구비하고, 각각의 하이브리드 터빈 엔진은 전용 재활성화 장치와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 구조.
10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    2개의 하이브리드 터빈 엔진(6, 16), 및 각각의 하이브리드 터빈 엔진(6, 16)에 각각 연결되어 있는 2개의 공압 터빈(7, 17)을 구비하는 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 따르는 단일의 재활성화 장치를 구비하고, 상기 공압 밸브(11)는 가스를 재활성화될 하이브리드 터빈 엔진의 상기 공압 터빈 쪽으로 배향하도록 제어되는 삼방향 밸브인 것을 특징으로 하는 구조.
11. 제 7 항 내지 제 10 중 어느 한 항에 따르는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 추진 시스템을 구비하는 헬리콥터.
12. 헬리콥터의 터빈 엔진(6)의 반응형 재활성화를 위한 방법으로서,
    - 상기 터빈 엔진(6)에 기계적으로 연결되어 있는 공압 터빈(7)과 공압 저장소(9) 사이에서 공압 회로(10) 상에 배열되어 있는 공압 밸브(11)의 개방을 제어하는 단계;
    - 빠져나간 가스를 상기 공압 터빈(7) 쪽으로 운반하는 단계;
    - 터빈 엔진(6)을 재활성화하기 위하여 상기 공압 터빈(7)으로 상기 가압된 가스의 공압 동력을 기계적 동력으로 변환하는 단계;
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 방법.

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