KR20170137003A - 공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기 - Google Patents

공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기 Download PDF

Info

Publication number
KR20170137003A
KR20170137003A KR1020170069138A KR20170069138A KR20170137003A KR 20170137003 A KR20170137003 A KR 20170137003A KR 1020170069138 A KR1020170069138 A KR 1020170069138A KR 20170069138 A KR20170069138 A KR 20170069138A KR 20170137003 A KR20170137003 A KR 20170137003A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
actuator
resonator
carrier structure
processor unit
vibrating mass
Prior art date
Application number
KR1020170069138A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101989941B1 (ko
Inventor
기욤 인퀴트
파울 크랜가
사이먼 세스네
Original Assignee
에어버스 헬리콥터스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 에어버스 헬리콥터스 filed Critical 에어버스 헬리콥터스
Publication of KR20170137003A publication Critical patent/KR20170137003A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101989941B1 publication Critical patent/KR101989941B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1005—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
    • F16F7/1011—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass by electromagnetic means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/001—Vibration damping devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/002—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion characterised by the control method or circuitry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/03—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using magnetic or electromagnetic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1005—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/003—Details of instruments used for damping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/001—Vibration damping devices
    • B64C2027/004—Vibration damping devices using actuators, e.g. active systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/001—Vibration damping devices
    • B64C2027/005—Vibration damping devices using suspended masses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 지지체(15)와 진동성 매스(20)를 가지는 공진기(10)에 관한 것이다. 움직임 수단(30)은 전력이 공급되지 않는 제1 전기 코일(36)을 포함하는 제1 전자기 어셈블리(35)를 포함한다. 프로세서 유닛(50)에 액추에이터(40)가 연결되고, 상기 프로세서 유닛(50)은 조정 가능한 전력으로 상기 액추에이터(40)에 전력을 공급한다. 상기 진동성 매스(20)와 상기 지지체(15) 사이에 탄력성 부재(70)가 끼워져 있다.

Description

공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기{A RESONATOR, AND AN AIRCRAFT FITTED WITH THE RESONATOR}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 전문이 참조로서 통합되고, 2016년 6월 2일에 출원된 FR 16 00893의 이익을 주장한다.
본 발명은 공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기에 관한 것이다.
본 발명은 진동 레벨을 감소시키려고 하는 메커니즘에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 항공기의 캐리어(carrier) 구조물의 진동 모드들과 항공기의 로터의 진동 모드들 사이의 결합으로부터 생기는 공기역학적 불안정에 의해 유도된 진동을 감소시키려고 하는 메커니즘들에 관한 것이다. 그러한 메커니즘은 가능하게는 헬리콥터 테일 붐의 여기(excitation)들을 다루기 위해 사용될 수 있고, 특히 "테일 쉐이크(tail shake)"라고 알려진 현상을 다루기 위해 사용될 수 있다. 본 발명은 그러한 메커니즘을 제공하고, 그러한 메커니즘이 제공된 항공기를 제공한다.
항공기 중에서, 회전익기에는 기체(airframe)와 연결된 적어도 하나의 메인 로터(rotor)가 제공된다. 메인 로터는 항공기에 양력과 가능하게는 또한 추진력을 제공하는데 적어도 부분적으로 기여한다.
또한, 메인 로터의 회전 구동에 적합한 엔진들이 기체에 배치된다. 그러한 상황에서, 기체는 기체에 메인 로터가 고정되게 할 수 있는 로터용 장착 구조물(mounting structure)을 포함한다.
그러한 장착 구조물은 보통 메인 파워 트랜스미션 기어박스(MGB: main power transmission gearbox)를 포함한다. 메인 기어박스는 항공기의 엔진들에 의해 구동된다. 또한, 메인 기어박스에는 메인 로터를 회전 구동하기 위한 로터 마스트(mast)가 제공된다.
게다가, 장착 구조물은 메인 기어박스를 에어프레임의 플랫폼에 고정하기 위한 파스너(fastener) 소자들을 포함한다. 예를 들면, 당업자가 "파일런(pylon)"이라고 부르는 회전익기의 장착 구조물은 메인 기어박스와 서스펜션 바(suspension bar) 모두를 포함한다.
기체와 메인 로터는 각각 항공기의 전진 속도에 고유한 강제된 여진(forced excitation)을 받는다. 예를 들면, 헬리콥터 기체의 테일 붐(tail boom)은 메인 로터로부터 나오는 난기류에 의해 직접 여진이 일어날 수 있다.
강제된 여진들 외에, 또 다른 진동 현상이 항공기의 진동 문제들을 생기게 할 수 있다.
그러한 문제점은 항공기가 비행시 겪게 되는 공력탄성학적 불안정성에 의해 유도된 진동 현상의 감쇠에 있다. 예를 들면, 그러한 공력탄성학적 불안정성은 상기 캐리어 구조물과, 특히 고정 날개 또는 회전 날개 타입의 구조물 주위에서 움직이는 공기의 흐름으로 인한 공기역학 효과에 의해 야기되는 캐리어 구조물의 진동 모드들 사이의 결합으로부터 생길 수 있다. 그러한 불안정성은 특히 "플러터(flutter)"라고 알려진 일반적인 용어로 당업자에게 알려져 있다.
다른 공력탄성학적 불안정성은, 예를 들면 기류에 놓인 회전하는 시스템에 관해 나타나는 불안정성을 가리키는 "훨 플러터(whirl flutter)"로 알려진 불안정성에 대응한다. 예를 들면, 그러한 불안정성은 블레이드가 있는(bladed) 로터의 진동 모드와 로터를 지지하는 캐리어 구조물의 진동 모드 사이의 결합으로부터 생길 수 있다.
"플러터"와 "훨 플러터"라고 하는 이들 현상은 기계 부품들이나 구조적 소자들이 부서지게 할 수 있는 갈라지는(diverging) 진동이나 한계(limit) 사이클 진동을 그 특징으로 한다.
이들 불안정성은 일반적으로 로터 및/또는 캐리어 구조물에 관한 모드 특징들을 알맞게 선택함으로써 회피된다. 그러므로 기존의 항공기에서 나타나는 불안정성은 로터 및/또는 캐리어 구조물에 대한 구조적 수정을 요구하고, 이러한 수정은 적지 않을 수 있다.
회전익기는 일상적인 조건에서 그러한 진동의 결과를 완화시키게 구성된다.
구체적으로 말하면, 로터 또는 기체는 때때로 진동의 레벨을 최소화하는 역할을 하는 "공진기"라고 부르는 방진(antivibration) 시스템을 구비할 수 있다.
공진기의 기능은 캐리어 구조물의 원하지 않는 진동을 상쇄시키는 효과들을 만들기 위해 국부적으로 진동을 발생시키는 것이다.
그러므로 공진기는 일반적으로 움직임 수단을 거쳐 지지체에 연결된 "진동성 매스(seismic mass)" 또는 "움직이는 매스(moving mass)"라고 부르는 부재를 포함한다. 움직임 수단은 진동성 매스에 움직임 자유도를 제공한다. 진동성 매스의 움직임은 캐리어 구조물에 발휘된 여진을 상쇄하기 위해 캐리어 구조물의 움직임에 결합된다.
특히, 진동성 매스의 움직임과 캐리어 구조물의 움직임 사이의 결합은, 우세한 강성(stiffness)이 있는 수동 공진기(passive resonator)를 사용함으로써 달성될 수 있다. 그러한 공진기의 움직임 수단은 다른 특징들에 대해 우세한 강성을 나타내고, 특히 움직임 수단에 의해 발생된 댐핑(damping)에 대해 우세한 강성을 나타낸다. 댐핑은 뛰어난 강성을 갖는 수동 공진기의 상황에서는 무시할 수 있는 것으로 간주된다.
우세한 강성을 갖는 알려진 수동 공진기에는 블레이드 타입의 신축성 있는(flexible) 연결을 거쳐 캐리어 구조물에 연결된 진동성 매스가 포함된다.
캐리어 구조물이 블레이드에 실질적으로 직교하는 방향에서 여진될 때에는, 진동성 매스가 흔들림 움직임을 수행한다.
우세한 강성을 지닌 수동 공진기의 효과는 주어진 반공진 주파수 설정(setting)에서 반공진을 생성함으로써, 캐리어 구조물의 움직임을 일으키는 진동을 "억제하는(smother)" 것이다. 그에 반해, 우세한 강성을 지닌 수동 공진기는 반공진 주파수의 어느 한쪽에 위치하는 2개의 각각의 공진 주파수를 가지는 진동의 2가지 새로운 모드를 발생시킨다. 이들 2가지 진동 모드 사이에서 연장하는 주파수 범위는 비교적 좁게 남는다.
일정한 상황에서, 공진기에 의해 생성된 2가지 진동 모드는 생성되는 2개의 공진 주파수가 주어진 다루어질 반공진 주파수와 다른 한, 다루기 힘들지 않다.
특허 문서 FR 2961570은 공진기가 다양한 다른 주파수에서 일어나는 진동 현상을 공진기가 다루는 것을 가능하게 하기 위해, 블레이드에 대해 수동으로 진동성 매스가 움직이는 것을 가능하게 하는 반능동(semi-active) 공진기를 제안한다.
또 다른 알려진 공진기는 감쇠된(damped) 공진기이다. 그러한 감쇠된 공진기의 움직임 수단은 움직임 수단에 의해 발생된 감쇠에 대해 우세하지 않는 강성을 나타낸다.
따라서, 움직임 수단은 모두 무시할 수 없는 강성과 감쇠 계수를 나타낸다. 예를 들면, 움직임 수단은 무시할 수 없는 강성을 나타내는 제1 부재와 무시할 수 없는 감쇠 계수를 나타내는 제2 부재를 포함한다. 예를 들면, 제1 부재는 변형 가능한 부재의 형태를 가질 수 있다. 제2 부재는 전기 코일과 영구자석을 가지는 전자기 수단으로부터 얻어질 수 있다.
캐리어 구조물이 진동할 때, 감쇠된 공진기는 처리를 위해 캐리어 구조물에 대한 직교 위상(phase quadrature)에서 진동하고, 따라서 캐리어 구조물의 움직임에 맞선다.
본질적으로 진동성 매스의 매스(mass)는 캐리어 구조물의 매스와 제공될 감쇠의 함수로서 선택된다.
움직임 수단은 특히 주파수 대역에 걸쳐 캐리어 구조물의 응답을 최소화하는 것을 가능하게 하는 최적의 감쇠를 제공하도록 조정될 수 있다.
제공된 감쇠가 작다면, 감쇠된 공진기는 처리된 반공진 주파수의 어느 한쪽에서 2개의 공진 피크(peak)가 나타나게 함으로써, 우세한 강성을 갖는 공진기처럼 행동한다. 반대로, 제공된 감쇠가 크다면, 감쇠된 공진기는 구조물의 응답에 거의 영향을 미치지 않는다. 반대로, 움직임 수단의 감쇠 계수가 알맞게 선택되면, 공진기의 주파수 설정에서 처리된 진동의 진폭은 감소되지만, 그것 없이 2개의 공진 피크를 생성한다. 그러므로 감쇠된 공진기의 조정은 특별한 주파수에서의 처리를 위한 진동의 바라는 감쇠와, 그러한 특별한 주파수의 어느 한쪽에서 만들어진 2개의 공진 피크의 잠재적인(potential) 존재 사이의 절충점을 달성하려고 시도한다.
감쇠 공진기의 성능은 진동성 매스의 질량에 비례한다. 그렇지만, 항공기의 캐리어 구조물에 대한 수정의 경우, 감쇠된 공진기를 개조하는 것이 어려울 수 있다.
게다가, 그러한 감쇠된 공진기는 하나의 주어진 주파수에서 실질적으로 일어나는 진동을 여과하기 위해 사용된다.
불행하게도, 특정 항공기는 비행하는 동안 변할 수 있는 속도 설정치로 회전하는 메인 로터를 가질 수 있다. 이러한 상황은 그로 인해 생기는 공기역학적 불안정성을 보상하기 위한 수단을 더 복잡하게 하는데, 이는 그러한 항공기에 관해서는 메인 로터의 회전에 의해 발생된 "광대역" 진동을 감쇠시키는 것이 필수적이기 때문이다. 그러므로 보통의 감쇠된 공진기는 이러한 상황에서 덜 효과적일 수 있다.
또 다른 타입의 시스템은 액추에이터를 가지는 능동 공진기를 포함한다. 그러한 시스템은 진동성 매스의 위치의 함수로서 액추에이터에 의해 진동성 매스의 움직임을 제어하는 것으로 이루어져 있다.
예를 들면, 그러한 공진기는 특허 문서 FR2784350에 의해 예시되어 있다.
그러한 공진기는 유리하다. 그렇지만, 제공된 감쇠는 그것의 고유한 불안정성 때문에 제한된다. 공진기는 보통 그러한 공진기가 특정 레벨의 여진까지 안정되어 있는 한 "조건부 안정한(conditionally stable)"이라고 얘기된다. 만약 공진기가 액추에이터를 사용함으로써 구조물에 가해지는 진동을 상쇄하기 위해 조정되고, 힘을 발생시키기 위한 진동성 매스의 동적인 확대(amplification)가 크다면 공진기의 동작은 불안정하고 제어 가능하지 않게 될 수 있다. 그러한 상황에서, 액추에이터에 의해 가해진 힘은 공진기의 안정성 범위 내에서 남아 있게 하기 위해 제한된다.
또 다른 능동 공진기는 그러한 공진기를 구비한 캐리어 구조물의 진동을 측정하는 센서를 포함한다. 그러한 액추에이터는 측정된 진동의 함수로서 제어된다.
특허 문서 US5620068, FR2770825, 및 US5853144 또한 알려져 있다.
특허 문서 US5620068은 질량-스크린(mass-spring) 시스템을 여기하기 위해 사용된 액추에이터를 설명한다.
특허 문서 FR2770825는 공진기, 객실에 존재하는 진동을 나타내는 파라미터를 측정하는 적어도 하나의 센서, 및 공진기와 센서에 연결된 제어 유닛을 가지는 시스템을 설명한다.
특허 문서 US5853144는 여기 주파수에 대응하는 주파수로 제어 장치들이 진동하게 하기 위한 수단을 가지는 헬리콥터를 설명한다.
특허 문서 EP2845799 또한 알려져 있다.
특허 문서 US2009/020381 및 EP2039957은 본 발명의 분야와는 관계가 적다.
그러므로 본 발명의 목적은 혁신적인 공진기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 캐리어 구조물의 진동을 상쇄시키기 위한 공진기에는 캐리어 구조물에 고정하기 위한 지지체와 진동성 매스가 제공되고, 상기 공진기는 상기 진동성 매스가 상기 지지체에 대한 진동 움직임을 수행하는 것을 허용하면서, 상기 진동성 매스를 상기 지지체에 연결하는 움직임 수단을 포함한다.
게다가, 이러한 움직임 수단은 제1 전자기 어셈블리, 상기 지지체에 대한 상기 진동성 매스의 움직임에 작용하기 위한 전기 액추에이터, 및 상기 진동성 매스와 상기 지지체 사이에 끼워진 탄력성 부재를 포함하고,
상기 제1 전자기 어셈블리는 상기 진동성 매스에 고정된 하나의 소자와 상기 지지체에 고정된 또 다른 소자를 포함하고, 상기 소자들 중 하나는 제1 전기 코일을 포함하고, 다른 소자는 제1 영구자석을 포함하며, 상기 제1 전기 코일에는 전력이 공급되지 않고,
상기 액추에이터는 프로세서 유닛에 연결되며, 상기 프로세서 유닛은 첫 번째로는 상기 캐리어 구조물과 상기 진동성 매스 사이의 상대적 움직임과 두 번째로는 상기 캐리어 구조물의 개별적 움직임의 함수로서 가변적인 방식으로 결정되게 상기 액추에이터에 전력을 공급하도록 구성된다.
"진동하는 움직임"이라는 용어는, 예컨대 병진 운동 또는 회전 운동에 의해 2개의 말단 위치 사이에서 진동성 매스가 움직이는 것을 의미한다.
"전력이 공급되지 않는 제1 전기 코일"이라는 용어는, 제1 코일 이외의 어떠한 에너지 소스도 제1 전기 코일에 연결된 전기 회로 내로 전력을 제공하지 않는다는 것을 의미한다.
"가변적 방식으로 액추에이터에 전력을 공급하도록 구성되는 프로세서 유닛"이라는 용어는 프로세서 유닛이 액추에이터에 공급될 전류 및/또는 전압을 자동으로 결정한다는 것을 의미하고, 이러한 전류 및/또는 전압은 시간이 지남에 따라 변할 수 있다. 또한, 프로세서 유닛은 진동성 매스가 움직이게 하기 위해, 이러한 전력을 액추에이터에 전달한다.
반대로, 제1 전기 코일은 전력이 공급되지 않는다.
"개별적 움직임"이라는 용어는 진동의 영향하에서 캐리어 구조물과 지지체에 의해 이동된 거리를 가리킨다. "상대적 움직임"이란 진동의 영향하에서 캐리어 구조물과 지지체에 대해 진동성 매스에 의해 이동된 거리를 가리킨다.
따라서, 진동성 매스가 제1 전기 코일을 운반하고, 지지체가 제1 자석을 운반하거나, 진동성 매스가 제1 자석을 운반하고, 지지체가 제1 전기 코일을 운반한다.
공진기는 적어도 하나의 전기 코일을 가지는 능동의 감쇠된 공진기이다.
구체적으로 말하면, 탄력성 부재가 무시할 수 없는 강성 계수를 나타낸다. 게다가, 제1 전기 코일은 진동성 매스의 움직임을 감쇠시키는 역할을 한다. 마지막으로, 액추에이터는 진동성 매스에 동적인 힘을 가하는 역할을 한다.
액추에이터는, 예를 들면 지지체에 의해 떠받쳐 있고/있거나 진동성 매스에 의해 떠받쳐 있고/있거나 탄력성 부재에 의해 떠받쳐 있을 수 있다.
가변적 방식으로 전력이 공급되는 액추에이터를 도입하는 것은 감쇠된 공진기의 성능이 향상되는 것을 가능하게 한다. 액추에이터를 제어하는 것은 실시간으로 공진기가 구조물이 겪는 진동에 적응하게 하는 것을 가능하게 한다.
이러한 향상은 액추에이터에 전력을 공급하는 데 있어서 비교적 적은 파워를 요구한다. 게다가, 공진기의 반응시간은 최소화될 수 있고, 따라서 공진기가 불안정한 현상을 상대로 견딜 수 있게 한다.
게다가, 공진기는 진동을 겪는 캐리어 구조물에 감쇠를 제공할 수 있고, 이러한 감쇠는 2개의 측정된 파라미터의 함수로서 제어된 액추에이터를 가지지 않는 감쇠기와 비교해서 최적화된다.
구체적으로 말하면, 프로세서 유닛이 2개의 파라미터의 함수로서 액추에이터에 보내진 전류 및/또는 전압을 제어한다. 이러한 제어를 제공하기 위해, 프로세서 유닛은 특히 진동성 매스와 캐리어 구조물 사이의 상대적 움직임에 제1 전달 함수를 통해 적용된 제1 이득(gain)과 캐리어 구조물의 개별적 움직임에 제2 전달 함수를 통해 적용된 제2 이득을 사용할 수 있다. 이러한 해결책은 예를 들면 캐리어 구조물에 대해 이루어진 진동 측정만을 사용하는 기술들에 반하는 것이다.
제1 이득은 만들어질 반공진이 일어나는 주파수에 대한 공진기의 진동 모드를 옮기는 것을 가능하게 한다. 이러한 옮김은 공진기의 안정성 범위를 증가시키는 경향이 있다. 제2 이득은 제공되는 감쇠를 최적화하기 위해, 최대화될 수 있다.
공진기는 또한 다음 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
그러므로 액추에이터는 압전 부재를 포함할 수 있다.
예를 들면, 프로세서 유닛은 가변 전압으로 압전 타입의 액추에이터에 전력을 공급한다.
대안적으로, 또는 추가로 액추에이터는 진동성 매스에 고정된 하나의 부재와 지지체에 고정된 또 다른 부재를 포함하는 제2 전자기 어셈블리를 포함할 수 있고, 이들 부재 중 하나는 제2 전기 코일을 포함하고, 다른 부재는 제2 영구자석을 포함하며, 제2 전기 코일은 프로세서 유닛에 연결되고, 프로세서 유닛은 제2 전기 코일에 전력을 공급한다.
공진기는 2개의 전기 코일이 있는 능동 감쇠된 공진기이다.
예를 들면, 프로세서 유닛은 가변 전류로 전자기 타입의 액추에이터에 전력을 공급한다.
게다가, 진동성 매스가 제2 전기 코일을 운반하고, 지지체가 제2 자석을 운반하거나, 진동성 코일이 제2 자석을 운반하고, 지지체가 제2 전기 코일을 운반한다.
또 다른 양태에서는, 공진기가 프로세서 유닛에 연결되고, 캐리어 구조물의 개별적 움직임에 대한 정보를 측정하도록 구성되는 측정 수단을 포함할 수 있다.
각 계산 순간에서, 프로세서 유닛은 특히 개별 움직임의 값의 함수로서 전기 액추에이터에 전력을 공급하는 전류 및/또는 전압을 제어할 수 있다.
측정 수단은 캐리어 구조물의 가속도를 측정하도록 구성되는 가속도계를 포함할 수 있고, 프로세서 유닛은 "개별적 움직임"이라고 부르고, 개별 움직임에 관한 값을 얻기 위해 상기 가속도를 2회 적분하도록 구성된 적분기(integrator)를 포함한다.
구체적으로 말하면, 측정된 가속도의 2중적분은 개별적 움직임을 만든다.
또 다른 양태에서는, 공진기가 프로세서 유닛에 연결되고, 캐리어 구조물과 진동성 매스 사이의 상대적 움직임에 대한 정보를 측정하도록 구성되는 측정 시스템을 포함할 수 있다.
계산 순간 각각에서, 프로세서 유닛은 특히 상대적 움직임의 값의 함수로서, 전기 액추에이터에 전달될 전류 및/또는 전압을 결정할 수 있다.
예를 들면, 측정 시스템은 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서를 포함할 수 있다.
전압 센서는 적절하게, 제1 전기 코일의 2개의 단자 또는 제2 전기 코일의 2개의 단자에 걸리는 이러한 측정된 전압을 측정할 수 있다.
그러한 전압 센서는 프로세서 유닛에 의해 측정된 측정된 전압을 대표하는 신호를 송신하는 전압일 수 있다.
그러한 상황에서, 프로세서 유닛은 미리 결정된 상수에 의해 나누어진 측정된 전압의 값의 몫들을 적분하기 위해 "상대적 움직임" 적분기라고 부르는 적분기를 포함할 수 있다.
이러한 상수는 측정을 위해 사용된 전기 코일의 전자기 상수를 나타내고, N/A(newtons per amp)로 표현된다.
구체적으로 말하면, 상대적 움직임(δ)은 다음 관계식, 즉 V/T = δ에 의해 제1 전기 코일 또는 제2 전기 코일의 단자들에 걸린 전압과 연관되고,
여기서 "V"는 측정된 전압을 나타내며, "T"는 상기 상수를 나타내고, "δ"는 상대적 움직임의 시간 미분 계수이며, "/"는 나누기 기호를 나타내고, "="는 등호를 나타낸다.
또한, 프로세서 유닛은 전류 및/또는 전압으로 제어된 전력 증폭기에 전력을 공급하는 전원에 연결된 컴퓨터를 포함할 수 있고, 이러한 전력 증폭기는 액추에이터에 연결되어 있으며, 컴퓨터는 상대적 움직임과 개별 움직임의 함수로서 입력 전압을 결정하고, 상기 입력 전압을 나타내는 전력을 증폭기에 전송할 것을 전원에 지시한다.
예를 들면, 그러한 증폭기는 전류 증폭기일 수 있다.
전원은 저장 배터리 또는 전력을 전달하는 전기 회로를 포함할 수 있다. 또한, 전원은 가변 저항을 가지는 부재와 같이, 증폭기에 인가된 입력 전압을 조정하기에 적합한 전자 시스템을 포함할 수 있다.
컴퓨터 또는 상대적 움직임 적분기와 개별적 움직임 적분기는 프로세서 유닛과 다른 전기 회로를 나타낼 수 있거나, 메모리에 저장되고 프로세서에 의해 실행되는 알고리즘의 부분들을 나타낼 수 있다.
구체적으로 말하면, 액추에이터는 다음 관계식, 즉
fCA = H1(s)*δ+H2(s)*X1
에 따라 가능하게는 전자기적일 수 있는 가변적 힘을 전달하도록 구성되고,
여기서 "fCA"는 가변적 힘을 나타내며, "H1(s)"는 상수의 형태로 "제1 이득"이라고 부르는 계수를 갖는 2차(second order)의 제1 전달 함수를 나타내고, "H2(s)"는 상수의 형태로 "제2 이득"이라고 부르는 계수를 갖는 2차의 제2 전달 함수를 나타내며, "δ"는 상대적 움직임을 나타내고, "X1"은 개별적 움직임을 나타내며, "="는 등호를 나타내고, "*"는 곱셈 기호를 나타내며, "+"는 덧셈 기호를 나타낸다.
제1 이득과 제2 이득은 바라는 적용예(application)의 함수로서 조정된다.
측정시의 개별적 움직임과 상대적 움직임의 함수로서, 액추에이터가 요구된 가변적 힘(fCA)을 발생시키기에 알맞은 전류 및/또는 전압에 의해 전력을 공급받도록, 계산기는 증폭기에 인가될 입력 전압에 관련되는 파라미터를 결정한다.
이러한 목적을 위해, 개별적 움직임과 상대적 움직임의 함수로서 입력 전압에 관한 파라미터의 값을 제공하는 2개의 전달 함수가 시험(testing) 또는 시뮬레이션에 의해 결정될 수 있고, 컴퓨터에 저장될 수 있다. 컴퓨터는 증폭기에 적절한 전력을 송신하라고 전원에 주어지는 지시를 발생시키기 위해, 계산 단계 각각에서 이들 2개의 전달 함수를 적용한다. 예를 들면, 컴퓨터는 증폭기에 인가된 입력 전압을 조정하도록 이러한 전기 회로의 저항을 설정하기 위해, 전원의 전기 회로에 신호를 송신한다.
또한, 진동성 매스는 웨이트(weight)를 운반하는 샤프트(shaft)를 포함할 수 있고, 이러한 웨이트는 샤프트로부터 돌출하여 있다.
"샤프트로부터 돌출하는 웨이트"라는 용어는 웨이트가 적어도 하나의 방향에서 샤프트로부터 연장한다는 것을 의미한다. 웨이트는 동일한 평면에서의 샤프트의 두께보다 큰 평면에서의 두께를 나타낼 수 있다.
예를 들면, 웨이트는 샤프트의 질량보다 큰 질량을 나타낼 수 있다.
샤프트는 웨이트의 어느 한쪽에서 세로로 연장하고, 제1 전자기 어셈블리와 액추에이터는 샤프트와 협력할 수 있으며, 웨이트의 각각의 사이드(side)에 세로로 위치할 수 있다.
"샤프트와 협력하는"이라는 용어는 전자기 어셈블리의 하나의 영구자석이나 전기 코일이 샤프트에 고정되거나 압전 부재가 샤프트에 연결된다는 것을 의미한다.
대안적으로, 샤프트는 웨이트의 적어도 하나의 사이드로부터 세로로 선택적으로 돌출하여 있고, 제1 전자기 어셈블리와 액추에이터는 샤프트와 협력할 수 있으며, 둘 다 웨이트의 동일한 사이드 상에 세로로 위치한다.
또한, 적어도 제1 전자기 어셈블리 또는 액추에이터는 웨이트와 협력할 수 있다.
또한, 상기 탄력성 부재는 적어도 하나의 스프링을 포함할 수 있다.
대안적으로, 또는 추가로 상기 탄력성 부재는 적어도 하나의 휘어질 수 있는 블레이드를 포함할 수 있다.
공진기 외에, 본 발명은 진동을 겪는 캐리어 구조물을 가지는 항공기를 제공한다.
이러한 항공기는 본 발명의 공진기를 포함하고, 그러한 공진기의 지지체는 캐리어 구조물에 고정되어 있다.
본 발명은 또한 전술한 타입의 공진기로 캐리어 구조물의 진동을 상쇄하는 방법을 제공하고, 이러한 방법은 첫 번째로는 캐리어 구조물과 진동성 매스 사이의 상대적 움직임과 두 번째로는 캐리어 구조물의 개별적 움직임이 함수로서 결정된 가변적 전력을 상기 액추에이터에 공급하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 상기 액추에이터는 진동성 매스에 고정된 하나의 부재와 지지체에 고정된 또 다른 부재를 포함하는 제2 전자기 조립체를 포함하고, 상기 부재들 중 하나는 제2 전기 코일을 포함하고, 다른 부재는 제2 영구자석을 포함하며, 제2 전기 코일은 상기 프로세서 유닛에 연결되어 있고, 상기 방법은 제2 전기 코일에 전력을 공급하는 프로세서 유닛의 단계를 포함한다.
일 양태에서, 상기 개별적 움직임을 측정하기 위해, 본 방법은 상기 캐리어 구조물의 가속도를 측정하는 단계와, 상기 개별적 움직임에 관한 값을 얻기 위해 상기 가속도가 2회 적분되는 적분 단계를 포함한다.
일 양태에서, 상기 상대적 움직임을 측정하기 위해, 본 방법은 액추에이터의 제1 전기 코일의 2개의 단자 또는 제2 전기 코일의 2개의 단자에 걸리는, 편의상 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 본 방법은 미리 결정된 상수에 의해 나누어진 상기 측정된 전압의 값의 몫을 적분하는 단계를 포함한다.
일 양태에서, 전원은 제어된 전력 증폭기에 전력을 공급하고, 상기 증폭기는 상기 액추에이터에 연결되어 있으며, 상기 방법은 상기 상대적 움직임과 상기 개별적 움직임의 함수로서 입력 전압을 결정하는 단계와, 상기 입력 전압을 나타내는 신호를 증폭기에 송신할 것을 상기 전원에 지시하는 지시를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명과 그것의 장점은 첨부 도면을 참조하고 예시를 통해 주어진 예들의 이어지는 설명의 상황에서 더 상세히 드러난다.
도 1은 본 발명의 항공기를 보여주는 그림.
도 2 내지 5는 스프링 탄력성 부재를 포함하는 공진기를 보여주는 그림들
도 6은 블레이드 탄력성 부재를 포함하는 공진기를 보여주는 그림.
도 7은 공진기의 성능을 보여주는 그림.
도면들 중 하나 이상에 존재하는 요소들은 그것들 각각에서 동일한 참조 번호가 주어진다.
도 1은 본 발명의 항공기(1)를 보여준다. 이러한 항공기에는 "캐리어" 구조물(2)로 불리는 구조물이 제공된다. 캐리어 구조물(2)은 방향(X0)을 따라 캐리어 구조물을 이동시키는 경향이 있는 진동을 겪는다.
그러한 상황에서, 항공기(1)는 이러한 진동을 적어도 특정 주파수들에서 최소화하기 위한 본 발명의 공진기(10)를 가진다.
공진기(10)는 도시되지 않은 일반적인 수단에 의해 캐리어 구조물(2)에 고정된 지지체(15)를 포함한다. 예를 들면, 지지체(15)는 캐리어 구조물에 나사로 고정되고, 접착제로 결합되어 있고, 용접되어 있거나, 리벳(rivet)으로 고정될 수 있다.
지지체(15)는 공진기(10)의 속이 빈 안쪽 공간을 형성하는 케이싱(casing)을 나타낼 수 있다. 그러한 상황에서, 지지체는 단일 기계적 부품(16) 또는 서로 고정되는 복수의 부품(16)을 포함할 수 있다.
또한, 공진기(10)에는 진동성 매스(10)가 제공된다. "진동성 매스"라는 용어는 지지체(15)에 대한 진동하는 동작을 수행하는 기계 유닛을 의미하기 위해 사용된다. 진동성 매스(20)는 질량(m)을 제공한다.
또한, 공진기(10)는 진동성 매스(20)를 지지체(15)에 연결하는 움직임 수단(30)을 포함한다. 적절하게 진동성 매스는 지지체(15)에 의해 형성된 공간 안쪽에 배치된다.
움직임 수단(30)은 진동성 매스(20)가 지지체(15)에 대해 진동 움직임을 수행하는 것을 허용한다.
그러한 상황에서, 움직임 수단(30)은 무시할 수 없는 강성(k)을 제공하는 탄력성 부재(70)를 포함한다. 탄력성 부재(70)는 진동성 매스(20)와 지지체(15) 사이에 끼워져 있다.
또한, 움직임 수단(30)은 진동성 매스(20)와 지지체(15) 사이에 끼워진 제1 전자기 어셈블리(35)를 포함한다. 제1 전자기 어셈블리(35)는 제1 전자기 힘(fa)을 발생시키고, 무시할 수 없는 댐핑을 제공한다.
이러한 목적을 위해, 제1 전자기 어셈블리는 진동성 매스(20)에 고정되는 하나의 요소와 지지체(15)에 고정되는 또 다른 요소를 포함한다. 특히, 이들 2개의 요소 중 하나는 제1 전기 코일(36)을 포함하고, 이들 2개의 요소 중 나머지 요소는 제1 영구 자석(37)을 포함한다.
게다가, 제1 전기 코일(36)은 전력이 공급되지 않는다. 제1 전기 코일(36)의 단자(870, 880)는 한 예를 들면 전원을 가지지 않는 도 2에 도시된 제1 전기 회로에 연결된다. 이러한 제1 전기 회로는 전위차계(38)를 사용함으로써 비행 전에 조작자에 의해 수동으로 조정 가능한 전기 저항을 제공할 수 있다. 비행 전에, 조작자는 제1 전기 코일에 의해 유도된 감쇠 계수를 수동으로 조정하는 효과를 가지도록, 전위차계(38)에 의해 발생된 저항의 옴으로 표시되는 값을 조정할 수 있다.
그러한 상황에서, 그리고 도 1을 참조하면, 제1 전자기 힘(fa)은 공진기가 작동중일 때 자동으로 조정될 수 없지만, 캐리어 구조물(2)에 공진기를 설치할 때 조작자에 의해 조정될 수 있다. 이러한 전자기 힘(fa)은, 제1 영구자석(37)이 제1 전기 코일(36)을 통해 정현파적으로(sinusoidally) 움직인다면 정현파적이다.
움직임 수단(30)은 또한 진동성 매스(20)와 지지체(15) 사이에 끼워진 전기 액추에이터(40)를 포함한다. 이러한 액추에이터(40)는 무시할 수 없는 댐핑을 제공할 수 있다. 액추에이터(40)는 2개의 파라미터의 값의 함수로서 자동으로 그리고 동적으로 변할 수 있는 제2 힘(fca)을 발생시킨다.
이러한 목적을 위해, 액추에이터(40)는 제2 전자기 어셈블리를 가질 수 있다. 제2 전자기 어셈블리는 진동성 매스(20)에 고정된 하나의 부재와 지지체(15)에 고정된 또 다른 부재를 포함한다. 이들 2개의 부재 중 하나는 제2 전기 코일(41)을 포함하고, 이들 2개의 부재 중 나머지 것은 제2 영구자석(42)을 포함한다. 제2 전기 코일(41)은 프로세서 유닛(50)에 연결된다.
도 2의 변형예에서는, 액추에이터가 지지체에 고정된 압전 부재(60)를 포함할 수 있다. 게다가, 이러한 압전 부재(60)는 진동성 매스에 직접적으로 또는 탄력성 부재(70)를 통해 간접적으로 이루어지는 것처럼 간접적으로 기계적으로 연결된다. 압전 부재(60)는 또한 프로세서 유닛(50)에 전기적으로 연결된다.
도 1을 참조하고, 액추에이터의 성질에 관계없이, 프로세서 유닛(50)은 액추에이터에 전기를 공급하는데, 즉 제2 전기 코일(41) 또는 압전 부재에 조정 가능한 전류 및/또는 전압을 제공하는 전기를 공급한다. 전류 및 전압은 캐리어 구조물의 개별적 움직임의 함수와 캐리어 구조물과 진동성 매스의 상대적 움직임(즉, 서로에 대한 그것들의 움직임)의 함수로서 프로세서 유닛에 의해 자동적으로 조정 가능하다. 그러한 상황에서, 제2 힘(fca)은 공진기가 작동 중인 동안 사람의 중재 없이 자동으로 조정 가능하다.
예를 들면, 프로세서 유닛(50)은 프로세서, 집적 회로, 프로그래밍 가능한 시스템, 논리 회로를 포함할 수 있고, 이들 예는 "프로세서 유닛"이라고 하는 용어에 주어질 범위를 제한하지 않는다. 프로세서 유닛은 지지체와 제1 전자기 어셈블리(35), 및 액추에이터(40)를 포함하는 장비로부터 떨어져 있을 수 있다. 프로세서 유닛은 그러한 장비에 연결되어 있다.
프로세서 유닛(50)은 특히 컴퓨터(51) 및/또는 개별적 움직임을 적분하기 위한 적분기(53) 및/또는 상대적 움직임을 적분하기 위한 적분기(52)를 포함할 수 있다. 이들 다양한 서브어셈블리(subassembly)는 예를 들면 서로 연결된 다양한 전자회로들 또는 메모리에서의 알고리즘의 코드 세그먼트(code segment)들을 의미할 수 있다.
제2 힘(fca)을 조정하기 위해서는, 공진기(10)가 측정 수단(80)을 포함할 수 있다. 이러한 측정 수단은 유선 또는 무선 연결을 거쳐 프로세서 유닛(50)에 연결된다.
그러한 상황에서, 장비 수단(80)은 방향(X0)에서 캐리어 구조물(2)의 개별적 움직임에 대한 정보를 측정하도록 구성된다. 측정 수단(80)은 지지체와 제1 전자기 어셈블리(35), 및 액추에이터(40)를 포함하는 장비로부터 떨어져 있을 수 있다.
측정 수단(80)은 캐리어 구조물(2)의 가속도를 측정하도록 구성된 가속도계(81)를 포함할 수 있다. 프로세서 유닛(50)은 가속도계(81)와 컴퓨터(51)에 연결되는 "개별적 움직임" 적분기(53)라고 부르는 적분기(53)를 포함한다. 가속도계(81)는 개별적 움직임 적분기(53)에 측정된 가속도를 나타내는 신호를 전달한다. 개별적 움직임 적분기(53)는 캐리어 구조물의 개별적 움직임에 관한 값을 얻기 위해, 시간 기간(time interval)에 걸쳐 측정된 가속도를 2회 적분한다. 개별적 움직임의 값은 컴퓨터(51)에 전송된다.
공진기(10)는 또한 프로세서 유닛(50)에 연결된 측정 시스템(85)을 포함할 수 있다. 이러한 측정 시스템(85)은 캐리어 구조물(2)과 진동성 매스(20) 사이의 상대적 움직임에 대한 정보를 측정한다.
측정 시스템(85)은 지지체와 제1 전자기 어셈블리(35), 및 액추에이터(40)를 포함하는 장비로부터 떨어져 있을 수 있다.
그러한 상황에서, 측정 시스템(85)은 도 3에서 볼 수 있는 것처럼 제2 전기 코일(41)의 2개의 단자(87, 88) 또는 적절하게는 도 2에서 볼 수 있는 것처럼 제1 전기 코일(36)의 단자(870, 880)에 걸치는 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하는 전압 센서(86)를 포함할 수 있다.
따라서, 그리고 도 1을 참조하면, 프로세서 유닛(50)은 "상대적 움직임" 적분기(52)라고 부르는 적분기를 포함할 수 있다.
이러한 상대적 움직임 적분기(52)는 상수 T로 나눈 측정된 전압(V)의 몫을 적분한다. 그러므로 이러한 상대적 움직임은 이러한 적분의 결과와 같다.
예를 들면, 전술한 적분기들 각각은 일반적인 전기 회로의 형태를 가지고 있거나, 실제로는 프로세서 유닛의 메모리에 저장되고 프로세서 또는 프로세서 유닛에 상당하는 것에 의해 실행된 수학적 함수의 형태를 가질 수 있다.
또한, 프로세서 유닛(50)은 상대적 움직임과 개별적 움직임의 함수로서 액추에이터에 공급될 전력의 조정 가능한 전류 및/또는 전압에 관한 값을 결정하도록 구성된 컴퓨터(51)를 포함한다.
컴퓨터는 프로세서 또는 프로세서에 상당하는 것, 메모리, 측정 수단과 역시 측정 시스템 및 프로세서에 연결된 입력 카드, 및 프로세서와 전원에 연결된 출력 카드를 포함할 수 있다.
얻어질 요구된 전류 및/또는 전압을 제공하는 전력을 만들기 위해, 프로세서 유닛은 제2 전기 회로(55)를 제어한다. 특히, 프로세서 유닛은 증폭기(57)에 의해 인가되는 입력 전압을 제공하는 전기 신호를 만들기 위해, 전원(56)을 제어한다.
예를 들면, 계산 단계 각각에서 컴퓨터는 이러한 계산 단계에서 상대적 움직임의 값과 개별적 움직임의 값의 함수로서 입력 전압을 나타내는 파라미터를 결정하기 위해, 시험 또는 시뮬레이션에 의해 결정된 것과 같은 수학적 모델을 적용한다. 요구된 전기 신호가 증폭기(57)에 전달되도록 전원(56)에 신호가 인가된다. 증폭기(57)는 액추에이터에 전송하는 요구된 가변적 전력을 만든다.
따라서, 항공기가 비행하는 동안에, 프로세서 유닛은 캐리어 구조물(2)의 개별적 움직임의 함수로서, 그리고 진동성 매스(20)에 대한 캐리어 구조물(2)의 움직임의 함수로서 액추에이터에 인가된 전류 및/또는 전압을 계속해서 적합하게 만든다.
또한, 도 3 내지 5에 도시된 실시예에서는 탄력성 부재(70)가 적어도 하나의 스프링(71)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 2개의 스프링이 진동성 매스(20)와 지지체(15) 사이에 끼워져 있다. 특히, 2개의 스프링은 진동성 매스의 움직임 방향에서 진동성 매스의 섹션의 각 사이드에 위치할 수 있다.
도 6 및 도 2의 실시예에서, 탄력성 부재(70)는 적어도 하나의 스프링 블레이드(72)를 포함할 수 있다. 스프링 블레이드(72)는 지지체(15)에 고정되어 있는 제1 단부(end)로부터 진동성 매스(20)를 운반하는 제2 단부까지 연장한다.
또한, 그리고 도 3을 참조하면, 진동성 매스(20)는 웨이트(21)를 운반하는 샤프트(22)를 포함할 수 있다. 웨이트(21)는 샤프트(22)에 대해서 돌출하여 있다.
샤프트(22)는 진동성 매스(20)의 움직임을 안내하는 역할을 할 수 있다.
그렇지만, 그리고 또 다른 변형예에서는 탄력성 부재들이 하나의 방향만을 따라서 매스가 움직이는 것을 보장하기 위해 필요로 하는 강성을 제공한다면 그러한 샤프트가 선택적일 수 있는데, 즉 안내(guidance)는 진동성 매스(20)와 지지체(15) 사이에서 직접 제공될 수 있다. 예를 들면, 탄력성 부재들은 하나의 방향만을 따라서 변형 가능한 플레이트(plate)들을 포함할 수 있다.
샤프트를 가지는 일 변형예에서, 샤프트(22)는 또한 제1 전자기 어셈블리의 요소를 운반하고/하거나 제2 전자기 어셈블리의 부재를 운반하는 역할을 할 수 있고, 만약 있다면 압전 부재에 고정될 수 있다.
그러므로 샤프트(22)는 2개의 단부 존(end zone)(25) 사이에서 세로로 연장할 수 있다. 적어도 하나의 단부 존(25)이 진동성 매스가 지지체에 대해 자유롭게 움직일 수 있게 하는 베어링(26)을 통해 지지체(15)에 의해 운반될 수 있다.
특히, 샤프트(22)는 웨이트를 통과할 수 있다. 하나의 단부 존이 도 3에서 좌측 사이드(left side)(G)라고 부르는 웨이트(21)의 사이드에 위치하고, 나머지 단부 존은 우측 사이드(D)라고 부르는 웨이트(2)의 사이드 옆에 위치한다. 샤프트(22)의 단부 존(25) 각각은 도 3에 도시된 것처럼 지지체에 의해 운반될 수 있다.
또한, 그리고 도 3의 변형예에서는, 제1 전자기 어셈블리(35)와 액추에이터(40)가 진동성 매스(20)의 샤프트(22)와 협력한다. 제1 전자기 어셈블리(35)와 액추에이터(40)의 제2 전자기 어셈블리는 도 3에서는 웨이트(21)의 각각의 반대측 사이드에서 세로로 위치한다.
예를 들면, 제1 자석(37)은 웨이트의 우측 사이드에 위치한 샤프트의 단부 존에 의해 운반되고, 제2 자석(42)은 웨이트의 좌측 사이드에 위치한 샤프트의 단부 존에 의해 운반된다. 제1 전기 코일(36)과 제2 전기 코일(41)은 지지체에 의해 운반된다.
대안적으로, 적어도 하나의 전기 코일이 샤프트(22)에 의해 운반된다.
도 4의 변형예에서, 제1 전자기 어셈블리(35)와 액추에이터(40)는 모두 웨이트(21)의 동일한 사이드(D), 즉 이 예에서는 우측 사이드에서 세로로 위치한다.
도 5의 변형예에서는, 적어도 제1 전자기 어셈블리(35) 또는 액추에이터(50)가 웨이트(21)와 협력한다.
예를 들면, 제1 자석(37)과 제2 자석(42)이 웨이트에 의해 운반된다. 제1 전기 코일(36)과 제2 전기 코일(41)은 지지체(15)에 의해 운반된다.
대안적으로, 적어도 하나의 전기 코일은 샤프트(22)에 의해 운반된다.
도 7은 본 발명의 공진기의 성능을 보여준다. 도 7은 가로축을 따라서는 캐리어 구조물의 진동 주파수들을 나타내고, 세로축을 따라서는 예컨대 데시벨(dB)로 표현되는 진동의 진폭을 나타내는 그래프이다.
제1 곡선(C1)은 공진기가 없는 진동을 보여준다.
제2 곡선(C2)은 종래의 감쇠된 공진기를 적용할 때의 진동을 보여준다.
마지막으로, 제3 곡선(C3)은 본 발명의 공진기를 적용할 때 발생하는 진동을 보여준다.
제1 곡선(C1)은 구조물의 응답을 최소화하는 것이 요구되는 주파수(f0)에서의 큰 극값(extremum)에 도달한다.
이러한 주파수에서 조정된 종래의 감쇠된 공진기는 도달되는 극값이 감소되게 할 수 있다. 그렇지만, 제2 곡선(C2)은 다른 주파수들에 관해서는 곡선(C1)과 동일하게 남아 있다.
제3 곡선(C3)을 참조하면, 설정 주파수(f0)에서 캐리어 구조물의 진동 모드로 본 발명의 공진기에 의해 제공된 감쇠는 같은 진동성 매스에 관해, 종래의 감쇠된 공진기에 의해 제공된 감쇠보다 크다. 그러한 상황에서, 제3 곡선(C3)은 설정 주파수(f0)에서 제2 곡선(C2) 밑에 있다. 구체적으로 말하면, 제2 전기 코일에 의해 만들어진 진동 모드는 주파수(f1)에 오프셋(offset)되고, 이러한 주파수 f1은 주파수(f0)에서 있는 것 대신, 제1 전달 함수인 H1(s)에 관련된 제1 이득을 조정함으로써 조정 가능한데, 이는 특히 진동성 매스에 대한 캐리어 구조물의 상대적 움직임의 함수로서 액추에이터가 제어되는 방식 때문이다. 그러한 상황에서, 공진기는 주파수(f0)에서 제공된 감쇠가 f0에 가까운 주파수로 설정된 능동 공진기와 비교해서 최적화되도록, 높은 레벨의 이득을 사용하는 것을 가능하게 하는 최적화된 제어 안정성을 제공한다.
또한, 액추에이터는 제어될 진동 모드의 주파수로 조정된 종래의 감쇠된 공진기와는 달리, 넓은 주파수 대역(BFL: broad frequency band)에 걸쳐 진동을 감소시키는 것을 가능하게 한다.
또한, 공진기는 상대적으로 안전하다. 구체적으로, 제2 전기 코일(41)을 제어하기 위한 절차가 실패하면, 공진기는 적어도 제2 곡선(C2)에 의해 나타내어진 성능을 달성하게 된다.
물론, 본 발명은 그것의 구현에 있어 다수의 변형예를 거칠 수 있다. 비록 몇몇 실시예가 설명되지만, 모든 가능한 실시예를 빠짐없이 확인하는 것은 생각할 수 없다는 점이 즉시 이해될 것이다. 물론 본 발명의 범위를 넘어서지 않고, 설명된 수단 중 임의의 것을 대등한 수단으로 대체하는 것을 생각하는 것은 가능하다.
예를 들면, 도 3 내지 6의 변형예는 제2 전자기 어셈블리 대신에 압전 액추에이터를 가질 수 있다.

Claims (23)

  1. 캐리어 구조물(2)의 진동을 상쇄시키기 위한 공진기(1)로서,
    상기 공진기에는 상기 캐리어 구조물(2)에 고정하기 위한 지지체(15)와 진동성 매스(seismic mass)(20)가 제공되고, 상기 공진기(10)는 상기 진동성 매스(20)를 상기 지지체(15)에 연결하기 위한 움직임 수단(30)을 포함하며, 상기 진동성 매스(20)가 상기 지지체(15)에 대한 진동 움직임을 수행하는 것을 허용하고,
    상기 움직임 수단(30)은 제1 전자기 어셈블리(35), 상기 지지체에 대한 상기 진동성 매스의 움직임에 작용하기 위한 전기 액추에이터(40), 및 상기 진동성 매스(20)와 상기 지지체(15) 사이에 끼워진 탄력성 부재(70)를 포함하고,
    상기 제1 전자기 어셈블리(35)는 상기 진동성 매스(20)에 고정된 하나의 소자와 상기 지지체(15)에 고정된 또 다른 소자를 포함하고, 상기 소자들 중 하나는 제1 전기 코일(36)을 포함하고, 다른 소자는 제1 영구자석(37)을 포함하며, 상기 제1 전기 코일(36)에는 전력이 공급되지 않고,
    상기 액추에이터는 프로세서 유닛(50)에 연결되며, 상기 프로세서 유닛(50)은 첫 번째로는 상기 캐리어 구조물(2)과 상기 진동성 매스(20) 사이의 상대적 움직임과 두 번째로는 상기 캐리어 구조물(2)의 개별적 움직임의 함수로서 가변적인 방식으로 결정되게 상기 액추에이터에 전력을 공급하도록 구성되는, 공진기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 지지체에 고정된 압전 부재를 포함하는, 공진기.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액추에이터(40)는 진동성 매스(20)에 고정된 하나의 부재와 지지체(15)에 고정된 또 다른 부재를 포함하는 제2 전자기 어셈블리를 포함하고, 상기 부재 중 하나는 제2 전기 코일(41)을 포함하고, 다른 부재는 제2 영구자석(42)을 포함하며, 제2 전기 코일(41)은 프로세서 유닛(50)에 연결되고, 상기 프로세서 유닛(50)은 상기 제2 전기 코일(41)에 전력을 공급하는, 공진기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 공진기(10)는 프로세서 유닛(50)에 연결되고 개별적 움직임에 대한 정보를 측정하도록 구성된 측정 수단(80)을 포함하는, 공진기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 측정 수단(80)은 상기 캐리어 구조물(2)의 가속도를 측정하도록 구성된 가속도계(81)를 포함하고, 상기 프로세서 유닛(50)은 상기 개별적 움직임에 관한 값을 얻기 위해 상기 가속도를 2회 적분하도록 구성되고 "개별적 움직임" 적분기라고 부르는 적분기(53)를 포함하는, 공진기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 공진기(10)는 상기 프로세서 유닛(50)에 연결되고 상기 상대적 움직임에 대한 정보를 측정하도록 구성된 측정 시스템(85)을 포함하는, 공진기.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 측정 시스템(85)은 상기 제1 전기 코일의 2개의 단자(870, 880)에 걸리고 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서(86)를 포함하는, 공진기.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 측정 시스템(85)은 상기 액추에이터의 제2 전기 코일의 2개의 단자(87, 88)에 걸리고 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하도록 구성된 전압 센서(86)를 포함하는, 공진기.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 프로세서 유닛(50)은 미리 결정된 상수에 의해 나누어진 측정된 전압의 값의 몫들을 적분하기 위해 "상대적 움직임" 적분기라고 부르는 적분기(52)를 포함하는, 공진기.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 프로세서 유닛(50)은 제어된 전력 증폭기에 전력을 공급하는 전원에 연결된 컴퓨터(51)를 포함하고, 상기 증폭기는 상기 액추에이터에 연결되어 있으며, 상기 컴퓨터는 상대적 움직임과 개별적 움직임의 함수로서 입력 전압을 결정하고 상기 전원에 상기 증폭기의 입력 전압을 제공하는 전력을 송신할 것을 지시하는, 공진기.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 진동성 매스(20)는 웨이트(21)를 운반하는 샤프트(22)를 포함하고, 상기 웨이트(21)는 상기 샤프트(22)로부터 돌출하여 있는, 공진기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 샤프트(22)는 상기 웨이트(21)의 어느 한쪽에서 세로로 연장하고, 상기 제1 전자기 어셈블리(35)와 액추에이터는 상기 샤프트(22)와 협력하고 상기 웨이트(21)의 어느 한쪽에 각각 세로로 위치하는, 공진기.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 샤프트(22)는 상기 웨이트(21)의 적어도 한쪽(G, D)으로부터 세로로 연장하고, 상기 제1 전자기 어셈블리(35)와 상기 액추에이터는 상기 샤프트와 협력하고 상기 웨이트(21)의 동일한 쪽(D)에 세로로 위치하는, 공진기.
  14. 제1 항에 있어서,
    적어도 상기 제1 전자기 어셈블리(35) 또는 상기 액추에이터는 웨이트(21)와 협력하는, 공진기.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 탄력성 부재(70)는 적어도 하나의 스프링(71)을 포함할 수 있는, 공진기.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 탄력성 부재(70)는 적어도 하나의 휘어질 수 있는 블레이드(72)를 포함할 수 있는, 공진기.
  17. 진동을 겪는 캐리어 구조물(2)을 가지는 항공기(1)로서,
    상기 항공기는 제1 항에 따른 공진기(10)를 포함하고, 상기 지지체(15)는 상기 캐리어 구조물(2)에 고정되어 있는, 항공기.
  18. 제1 항에 따른 공진기에 의해 캐리어 구조물의 진동을 상쇄시키는 방법으로서,
    상기 방법은 첫 번째로는 상기 캐리어 구조물(2)과 상기 진동성 매스(20) 사이의 상대적 움직임과 두 번째로는 상기 캐리어 구조물(2)의 개별적 움직임의 함수로서 결정된 가변적인 전력을 액추에이터에 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 액추에이터(40)는 상기 진동성 매스(20)에 고정된 하나의 부재와 상기 지지체(15)에 고정된 또 다른 부재를 포함하는 제2 전자기 어셈블리를 포함하고, 상기 부재들 중 하나는 제2 전기 코일(41)을 포함하며, 다른 부재는 제2 영구자석(42)을 포함하고, 상기 제2 전기 코일(41)은 상기 프로세서 유닛(50)에 연결되어 있고, 상기 방법은 상기 프로세서 유닛(50)이 상기 제2 전기 코일(41)에 전력을 공급하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제18 항에 있어서,
    개별적 움직임을 측정하기 위해, 상기 방법은 상기 캐리어 구조물(2)의 가속도를 측정하는 단계와, 상기 개별적 움직임에 관한 값을 얻기 위해 상기 가속도가 2회 적분되는 적분 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제18 항에 있어서,
    상대적 움직임을 측정하기 위해, 상기 방법은 상기 제1 전기 코일의 2개의 단자(870, 880) 또는 상기 액추에이터의 제2 전기 코일의 2개의 단자(87, 88)에 걸리는 "측정된" 전압이라고 부르는 전압을 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 방법은 미리 결정된 상수에 의해 나누어진 측정된 전압의 값의 몫을 적분하는 단계를 포함하는, 방법.
  23. 제18 항에 있어서,
    전원이 제어된 전력 증폭기에 전력을 공급하고, 상기 증폭기는 상기 액추에이터에 연결되며,
    상기 방법은 상기 상대적 움직임과 상기 개별적 움직임의 함수로서 입력 전압을 결정하는 단계와, 상기 전원에 상기 입력 전압을 제공하는 신호를 상기 증폭기에 송신할 것을 지시하는 지시를 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020170069138A 2016-06-02 2017-06-02 공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기 KR101989941B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1600893A FR3052209B1 (fr) 2016-06-02 2016-06-02 Resonateur, et aeronef muni de ce resonateur
FR1600893 2016-06-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170137003A true KR20170137003A (ko) 2017-12-12
KR101989941B1 KR101989941B1 (ko) 2019-09-30

Family

ID=56896612

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170069138A KR101989941B1 (ko) 2016-06-02 2017-06-02 공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10472055B2 (ko)
EP (1) EP3252339B1 (ko)
KR (1) KR101989941B1 (ko)
FR (1) FR3052209B1 (ko)
PL (1) PL3252339T3 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10345105B2 (en) * 2017-05-31 2019-07-09 The United States Of America As Represented By Secretary Of The Navy Simplified time domain switched ring/disk resonant gyroscope
CN113366320A (zh) * 2019-02-04 2021-09-07 Asml荷兰有限公司 电子系统、加速度计、校准方法、光刻设备和器件制造方法
EP3750801B1 (en) * 2019-06-13 2021-08-04 LEONARDO S.p.A. Rotor for a hover-capable aircraft
WO2022129864A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-23 Bae Systems Plc Improvements in and relating to vibration control systems
EP4015867A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-22 BAE SYSTEMS plc Improvements in and relating to vibration control systems
CN114876995B (zh) * 2022-02-08 2023-04-07 上海交通大学 多维自适应振动与噪声控制装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090020381A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Honeywell International, Inc. Vibration isolators and isolation systems
JP2009109008A (ja) * 2007-09-24 2009-05-21 Honeywell Internatl Inc 分散型ネットワーク振動絶縁システムおよび同システムにおいて有用な振動絶縁装置
EP2845799A1 (fr) * 2013-09-06 2015-03-11 Airbus Helicopters Dispositif de suspension antivibratoire d'un élément mécanique et aéronef avec un tel dispositif

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5456341A (en) 1993-04-23 1995-10-10 Moog Inc. Method and apparatus for actively adjusting and controlling a resonant mass-spring system
GB9523651D0 (en) 1995-11-18 1996-01-17 Gkn Westland Helicopters Ltd Helicopter and method for reucing vibration of a helicopter fuselage
FR2770825B1 (fr) 1997-11-13 1999-12-31 Eurocopter France Dispositif pour reduire les vibrations dans la cabine d'un aeronef a voilure tournante, notamment un helicoptere
FR2784350B1 (fr) 1998-10-12 2000-12-08 Eurocopter France Dispositif pour reduire des vibrations engendrees sur la structure d'un aeronef a voilure tournante
US6393913B1 (en) * 2000-02-08 2002-05-28 Sandia Corporation Microelectromechanical dual-mass resonator structure
US6826493B1 (en) * 2003-09-02 2004-11-30 Tao Of Systems Integration, Inc. System and method for real time determination of unsteady aerodynamic loads
WO2008146877A1 (ja) * 2007-05-31 2008-12-04 Nikon Corporation 防振装置、防振装置の制御方法、及び露光装置
FR2954274B1 (fr) * 2009-12-17 2012-02-24 Eurocopter France Mecanisme amortisseur de vibrations, et appareil volant muni d'une structure porteuse et d'un rotor muni d'un tel mecanisme
FR2954273B1 (fr) * 2009-12-17 2012-02-24 Eurocopter France Structure porteuse d'un rotor, et appareil volant muni d'une telle structure porteuse
FR2961570B1 (fr) 2010-06-17 2013-04-26 Eurocopter France Dispositif pour amortir les vibrations d'une structure.
DE102012222988B4 (de) * 2012-12-12 2021-09-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische Resonatoranordnung
EP2921842B1 (de) * 2014-03-18 2020-06-24 Russenberger Prüfmaschinen AG Resonanzprüfmaschine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090020381A1 (en) * 2007-07-17 2009-01-22 Honeywell International, Inc. Vibration isolators and isolation systems
JP2009109008A (ja) * 2007-09-24 2009-05-21 Honeywell Internatl Inc 分散型ネットワーク振動絶縁システムおよび同システムにおいて有用な振動絶縁装置
EP2845799A1 (fr) * 2013-09-06 2015-03-11 Airbus Helicopters Dispositif de suspension antivibratoire d'un élément mécanique et aéronef avec un tel dispositif
KR20150028729A (ko) * 2013-09-06 2015-03-16 에어버스 헬리콥터스 기계 요소를 위한 방진 서스펜션 장치 및 항공기

Also Published As

Publication number Publication date
US10472055B2 (en) 2019-11-12
KR101989941B1 (ko) 2019-09-30
FR3052209A1 (fr) 2017-12-08
EP3252339B1 (fr) 2018-10-24
US20170349271A1 (en) 2017-12-07
EP3252339A1 (fr) 2017-12-06
FR3052209B1 (fr) 2018-06-01
PL3252339T3 (pl) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101989941B1 (ko) 공진기와, 그러한 공진기를 구비한 항공기
US8914154B2 (en) Active tuned vibration absorber
US8985502B2 (en) Aircraft provided with a device for reducing vibration, and a method therefor
KR101656841B1 (ko) 기계 요소를 위한 방진 서스펜션 장치 및 항공기
US5456341A (en) Method and apparatus for actively adjusting and controlling a resonant mass-spring system
CA2571793C (en) Active cancellation and vibration isolation with feedback and feedforward control for an aircraft engine mount
US20110155841A1 (en) Vibration damper mechanism, and a flying machine including a carrier structure and a rotor provided with such a mechanism
Davis et al. Tunable electrically shunted piezoceramic vibration absorber
US10870483B2 (en) Anti-vibration suspension device for a mechanical element, and an aircraft
KR20140068875A (ko) 제1 진동체로부터 제2 몸체로의 진동 전달을 감소시키는 시스템과 방법
US6920794B2 (en) Method and apparatus for rotary machine vibration control
CN108809175B (zh) 飞行器推进器和操作飞行器推进器的动力单元的方法
JP2008303997A (ja) アクティブ除振装置及びそれに用いられる制振装置
US6935471B2 (en) Active dynamic beater
Provenza et al. Control of fan blade vibrations using piezoelectrics and bi-directional telemetry
US20130033202A1 (en) Vibration reduction apparatus and method
Forward et al. Electronic damping of a large optical bench
JP6792961B2 (ja) 制振装置
JP2013538545A (ja) デュアルピニオン駆動システム
US20060255206A1 (en) Method and aircraft system for active suppression of aircraft low frequency aerostructure lateral bending modes
JP3652990B2 (ja) ヘリコプタのアクティブ制振装置
RU2816833C1 (ru) Вибратор с резонансной настройкой
JP2004332847A (ja) 制振装置
Algrain et al. A phase-lock-loop-based control system for suppressing periodic vibration in smart structural systems
JP2003137191A (ja) ヘリコプタのリードラグダンピング装置およびヘリコプタのリードラグダンピング方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant