KR20180126728A - 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터 및 이의 성능시험장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 팁젯 방식 로터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 통과하는 유로의 기밀을 유지하면서 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 회전 가능한 팁젯 방식 로터 및 이의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것이다.
본 발명의 팁젯 방식 로터는 내주면이 회전축의 외주면과 일정거리 이격되도록 위치하여 메인유로를 형성하는 몸체부; 몸체부의 상부에 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 결합되고, 메인유로와 연결되는 제1 유로가 내부에 형성된 허브; 허브의 외주면에 방사형으로 결합되고, 기밀부에 의해 제1 유로와 연결되는 제2 유로가 내부에 형성된 블레이드 그립과 블레이드 그립에 결합되고, 제2 유로와 연결되는 제3 유로가 내부에 형성된 블레이드가 구비된 블레이드부; 허브와 블레이드부를 연결하는 결합부; 및 블레이드의 끝단에 결합되고, 제3 유로와 연결되는 팁젯 노즐;을 포함하고, 블레이드가 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터 및 이의 성능시험장치{TIPJET ROTOR HAVING TWO ROTATION AXIS AND APPARATUS FOR TESTING THE SAME}

본 발명은 팁젯 방식 로터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 통과하는 유로의 기밀을 유지하면서 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 회전 가능한 팁젯 방식 로터 및 이의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것이다.

일반적으로 팁젯 방식의 로터(rotor)는 수직이착륙 항공기의 양력 발생장치의 일종으로, 엔진 등의 동력원을 이용하여 회전축을 구동시키는 일반적인 로터 시스템과 달리, 블레이드 끝단에 설치된 팁젯 노즐에서 제트 분사로 발생하는 추력을 이용하여 로터를 회전시키는 방식의 로터 시스템을 말하다.

그러므로 구동축에 의해 동력을 전달하는 로터 시스템과 달리, 로터 회전에 의한 반력이 발생하지 않아 일반적인 헬리콥터의 꼬리 로터와 같이 회전 반력을 상쇄시키기 위한 반토우크 장치가 필요하지 않는 장점 때문에 주목받고 있다.

이와 같은 팁젯 방식 로터는 블레이드 끝단에 설치된 팁젯 노즐에서 제트를 발생시키기 위해, 로터의 허브에서부터 블레이드의 끝단까지 압축공기와 같은 유체를 공급해줘야 하며, 이를 위한 유로를 확보해야 한다.

또한, 동시에 블레이드의 피치각을 조절하고, 블레이드의 회전에 의해 발생하는 양력의 반력이 허브에 굽힘 모멘트로 작용하는 것을 방지할 수 있도록, 블레이드가 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전이 가능함으로써 2축 회전운동 자유도를 갖도록 허브에 결합되어야 한다.

하지만, 유체가 누설되지 않도록 허브에 형성된 유로와 블레이드에 형성된 유로를 연결하면서 플랩축 및 피치축을 중심으로 회전 가능하도록 허브에 블레이드를 결합시키는 것을 구현하기 어려운 문제가 있다.

따라서 이로 인해 허브와 블레이드의 결합부에서 유체가 누설되는 문제가 발생하며, 이는 유체 공급량의 오차로 작용함으로써 제한된 용량의 유체를 사용하여 로터를 구동시켜야 하는 조건에서 시험시간을 단축시키는 문제를 야기하게 된다.

대한민국공개특허공보 제10-2005-0063400호

이에 상기와 같은 문제를 해결하고자, 본 발명은 유체가 누설되지 않도록 허브에 형성된 유로와 블레이드에 형성된 유로를 기밀도 있게 연결하면서 블레이드가 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전이 가능함으로써 2축 회전운동 자유도를 갖도록 허브에 결합된 팁젯 방식 로터 및 이의 성능을 시험하기 위한 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 팁젯 방식 로터는 내주면이 회전축의 외주면과 일정거리 이격되도록 위치하여 메인유로를 형성하는 몸체부; 회전축의 상부에 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 결합되고, 메인유로와 연결되는 제1 유로가 내부에 형성된 허브; 허브의 외주면에 방사형으로 결합되고, 기밀부에 의해 제1 유로와 연결되는 제2 유로가 내부에 형성된 블레이드 그립과 블레이드 그립에 결합되고, 제2 유로와 연결되는 제3 유로가 내부에 형성된 블레이드가 구비된 블레이드부; 허브와 블레이드부를 연결하는 결합부; 및 블레이드의 끝단에 결합되고, 제3 유로와 연결되는 팁젯 노즐;을 포함하고, 블레이드가 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 결합부는 피치축을 중심으로 하는 블레이드 그립의 외주에 결합된 베어링유닛; 및 베어링유닛의 외주에 결합되고, 볼트에 의해 허브와 결합을 이루는 베어링유닛 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 볼트는 플랩축을 중심축으로 하며, 볼트의 외주에는 구면베어링이 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 베어링유닛은 볼베어링과 트러스트베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 기밀부는 블레이드 그립의 외주에 결합되되 허브와 가까워지는 방향으로 갈수록 외경이 작아지는 구면부를 갖는 구면형 너트; 및 일측은 허브에 결합되고, 타측은 구면부와 접촉하며, 양측에 각각 기밀용 오링이 위치하는 오링용 부시;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 구면형 너트의 중심이 피치축과 플랩축의 교점에 위치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 구면부의 외경이 오링용 부시의 내경과 선접촉하는 것을 특징으로 한다.

또한, 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 블레이드 피치각 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 블레이드 피치각 조절부는 블레이드부에 결합된 피치혼과 연결된 스와시판부; 및 스와시판부의 위치를 회전축 방향을 따라 상하로 이동시키거나 스와시판부의 기울기를 조절하기 위한 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 스와시판부는 피치혼 및 허브와 연결되고, 허브의 회전에 의해 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성된 제1 스와시판; 및 제1 스와시판의 외주에 연결되고, 구동부와 연결되어 구동부의 작동에 의해 회전축 방향을 따라 상하로 이동하거나 일정각도 기울어지는 것이 가능하도록 형성된 제2 스와시판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 피치혼과 제1 스와시판은 피치링크에 의해 연결되고, 피치링크에는 허브의 회전에 의해 발생하는 하중 중에서 피치링크에 전달되는 하중을 측정하기 위한 센서가 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 제1 스와시판과 제2 스와시판은 볼베어링에 의해 연결됨으로써, 제1 스와시판이 회전하는 경우에도 제2 스와시판은 회전하지 않는 것을 특징으로 한다.

또한, 팁젯 노즐은 제3 유로와 수직한 방향으로 형성된 것을 특징으로 한다.

앞서 설명한 본 발명의 팁젯 방식 로터의 성능시험장치는 팁젯 방식 로터가 상단에 설치되는 베이스 프레임; 외부의 엔진으로부터 메인유로로 유체를 공급하는 유체 공급관; 및 유체가 팁젯 노즐을 통해 분사됨으로써, 회전하는 블레이드에 의해 발생하는 하중을 측정하는 하중측정부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하중측정부는 하중이 전달되는 하중부; 및 회전축을 중심으로 하는 임의의 원의 둘레를 따라 서로 일정각도 이격되어 위치하고, 하중부에 적어도 일부분이 결합되어 하중을 측정하는 로드셀부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하중측정부는 블레이드의 회전에 의해 발생하는 진동을 확인하기 위한 가속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 팁젯 방식 로터에 포함된 몸체부의 상측 외주에 결합되고, 하측 방향으로 갈수록 내경이 증가하는 나팔 형상의 하우징부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 팁젯 방식 로터는 허브에 형성된 유로와 블레이드에 형성된 유로를 기밀도 있게 연결함과 동시에 블레이드가 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전이 가능함으로써 2축 회전운동 자유도를 갖도록 한다.

이를 통해 압축공기와 같은 유체가 허브와 블레이드의 사이에서 누설되는 문제를 해결하고, 블레이드의 피치각을 조절함과 동시에 블레이드의 회전에 의해 발생하는 양력의 반력이 허브에 굽힘 모멘트로 작용하는 것을 방지하는 효과가 있다.

그리고 이와 같은 팁젯 방식 로터의 성능을 시험하기 위한 본 발명의 성능시험장치는 팁젯 방식 로터의 구동 시 블레이드의 회전에 의해 발생한 하중을 측정할 수 있고, 센서를 통해 팁젯 방식 로터의 성능특성(performance characteristics)을 시험할 수 있다.

도 1은 본 발명의 팁젯 방식 로터의 성능시험장치의 모식도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명인 팁젯 방식 로터의 허브와 블레이드부의 결합구조를 보여주는 평면도이다.
도 4-(a)는 본 발명인 팁젯 방식 로터의 블레이드부의 분해도이고, 도 4-(b)는 본 발명인 팁젯 방식 로터의 블레이드의 단면도이다.
도 5는 본 발명인 팁젯 방식 로터의 허브와 블레이드부의 결합구조를 확대하여 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명인 팁젯 방식 로터의 허브와 블레이드부의 결합구조를 보여주는 분해도이다.
도 7은 본 발명인 팁젯 방식 로터의 블레이드 피치각 조절부를 확대하여 보여주는 모식도이다.
도 8은 본 발명인 팁젯 방식 로터의 블레이드 피치각 조절부를 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 블레이드 피치각 조절부에서 피치혼과 제1 스와시판을 연결하는 피치링크를 보여주는 모식도이다.

이하, 본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 구성은 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

본 발명은 압축공기와 같은 유체가 통과하는 유로의 기밀을 유지하면서 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 회전 가능함으로써 2축 회전운동 자유도를 갖는 팁젯 방식 로터 및 이의 성능을 시험하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예인 팁젯 방식 로터의 성능시험장치의 모식도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다.

도 1,2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 팁젯 방식 로터는 회전축(10), 몸체부(20), 허브(30), 블레이드부(40), 결합부(50) 및 팁젯노즐(60)을 포함하여 구성된다. 이하, 각 구성을 보다 상세히 설명한다.

회전축(10)은 팁젯 방식 로터의 구동 시 회전하는 허브(30) 및 블레이드부(40)의 회전축이 되는 것으로, 도 1과 같이 팁젯 방식 로터의 중심축과 일치하는 것이 바람직하며, 허브(30)의 하부에 결합되어 허브(30) 및 블레이드부(40)와 함께 회전한다.

몸체부(20)는 도 1과 같이 상기 회전축(10)의 외주를 감싸도록 형성되되 내주면이 상기 회전축(10)의 외주면과 일정거리 이격되도록 위치하여 메인유로(P)를 형성하는 것으로, 도 1과 같이 원기둥형상인 것이 바람직하다.

허브(30)는 도 1과 같이 상기 몸체부(20)의 상부에 결합되되 상기 회전축(10)을 중심으로 회전 가능하도록 결합되며, 보다 구체적으로 상기 허브(30)는 도 1과 같이 몸체부(20)의 외주에 고정된 제1 몸체부 베어링(21a)에 의해 상기 몸체부(20)와 결합되어 있어서 회전이 고정된 몸체부(20)와 달리 회전이 가능하다. 여기서 상기 제1 몸체부 베어링(21a)은 볼(ball)베어링인 것이 바람직하다.

또한, 상기 허브(30)에는 몸체부(20)의 내부에 형성된 메인유로(P)와 연결되는 제1 유로(P1)가 도 1과 같이 내부에 형성되어 있으며, 이때 유체가 메인유로(P)에서 제1 유로(P1)를 통과할 때 누설되지 않도록 허브(30)와 몸체부(20)의 사이에 도 1과 같이 실링용 부재(22)가 삽입되는 것이 바람직하며, 여기서 상기 실링용 부재(22)는 메카니컬 씰(mechanical seal)인 것이 가장 바람직하다.

블레이드부(40)는 메인유로(P)로 유입된 유체가 팁젯 노즐(60)을 통해 외부로 제트 분사됨으로써 발생한 반력에 의해 회전하여 하중을 발생시키는 것으로, 도 1,2와 같이 상기 허브(30)의 외주면에 방사형으로 결합되고, 제1 유로(P1)와 연결되는 제2 유로(P2)가 내부에 형성된 블레이드 그립(41)과 상기 블레이드 그립(41)에 결합되고, 상기 제2 유로(P2)와 연결되는 제3 유로(P3)가 내부에 형성된 블레이드(42)를 포함하여 구성된다. 이하, 블레이드부(40)를 보다 구체적으로 설명한다.

도 3은 본 발명인 팁젯 방식 로터의 허브(30)와 블레이드부(40)의 결합구조를 보여주는 평면도이고, 도 4-(a)는 블레이드부(40)의 분해도이며, 도 4-(b)는 블레이드(42)의 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 블레이드부(40)는 복수 개이며, 허브(30)의 외주면에 방사형으로 결합되되 회전축(10)을 중심으로 서로 일정각도 이격되어 위치하는 것이 바람직하다. 실 예로, 도 3과 같이 블레이드부(40)는 4개이며, 4개의 블레이드부(40)가 회전축(10)을 중심으로 하는 허브(40)의 둘레를 따라 서로 90도로 이격되어 위치할 수 있다.

상기 블레이드 그립(41)은 도 3과 같이 허브(30)와 블레이드(42)를 연결하기 위한 것으로, 일측은 허브(30)와 결합부(50)에 의해 결합되고, 타측은 블레이드(42)와 결합된다.

여기서 블레이드 그립(41)과 블레이드(42)는 볼트에 의해 결합되는 것이 바람직하며, 이때, 유체가 블레이드 그립(41)의 내부에 형성된 제2 유로(P2)에서 블레이드(42)의 내부에 형성된 제3 유로(P3)를 통과할 때 누설되지 않도록 블레이드 그립(41)과 블레이드(42)의 사이에 도 4-(a)와 같이 기밀용 오링(43)이 삽입되는 것이 바람직하다.

한편, 블레이드(42)는 도 4-(b)와 같이 에어포일(airfoil) 형상이며, 블레이드(42)의 내부에 형성된 제3 유로(P3)의 직경은 유체를 최대한의 유량으로 공급할 수 있도록 가능한 범위 내에서 최대한 크게 형성하는 것이 바람직하며, 실 예로, 도 4-(b)와 같이 제3 유로(P3)의 외주면이 블레이드(42)의 내주면과 접촉하도록 형성할 수 있다.

도 5는 본 발명인 팁젯 방식 로터의 허브(30)와 블레이드부(40)의 결합구조를 확대하여 보여주는 단면도이고, 도 6은 허브(30)와 블레이드부(40)의 결합구조를 보여주는 분해도이다. 이하, 허브(30)와 블레이드부(40)를 연결하는 결합부(50)를 보다 상세히 설명한다.

상기 결합부(50)는 블레이드부(40)가 피치축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록 허브(30)와 블레이드부(40)를 연결하는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 피치축(A1)을 중심축으로 하는 블레이드 그립(41)의 외주에 결합된 베어링유닛(51), 상기 베어링유닛(51)의 외주에 결합되고, 볼트(53)에 의해 허브(30)와 결합을 이루는 베어링유닛 하우징(52)을 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 베어링유닛(51)은 도 5와 같이 블레이드 그립(41)의 외주에 끼워져 내주면은 상기 블레이드 그립(41)에 고정되고, 외주면은 상기 베어링유닛 하우징(52)에 고정되는 베어링(51a,51b)이 구비되어 상기 블레이드부(40)가 피치축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록 한다.

여기서 상기 베어링유닛(51)은 블레이드부(40)가 피치축(A1)을 중심으로 회전 가능하도록 하기 위한 볼(ball)베어링(51a)과 블레이드부(40)의 회전에 의해 발생하는 원심력을 지지하기 위한 트러스트(thrust)베어링(51b)을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

다시 말해, 상기와 같은 결합부(50)를 통해 블레이드부(40)는 피치축(A1)을 중심으로 회전 가능하며, 따라서 상기 블레이드부(40)를 피치축(A1)을 중심으로 일정각도 회전시킴으로써, 블레이드(42)의 피치각을 조절할 수 있다.

그리고 이를 위해 본 발명의 팁젯 방식 로터는 블레이드(42)의 피치각을 조절하기 위한 블레이드 피치각 조절부(90)를 포함하며, 이와 관련해서는 이하, 도 7 내지 도 9를 참조하여 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은 팁젯 방식 로터의 블레이드 피치각 조절부(90)를 확대하여 보여주는 모식도이고, 도 8은 블레이드 피치각 조절부(90)를 보여주는 평면도이며, 도 9는 블레이드 피치각 조절부(90)에서 피치혼(91)과 제1 스와시판(92a)을 연결하는 피치링크(96)를 보여주는 모식도이다.

블레이드 피치각 조절부(90)는 도 3 내지 도 5와 같이 블레이드부(40)에 결합된 피치혼(pitch horn, 91)과 도면에 도시되어 있지 않지만 상기 피치혼(91)과 연결되고, 도 7과 같이 허브(30)와도 연결되는 스와시판(swash plate)부(92) 및 도 7과 같이 상기 스와시판부(92)와 연결되어 상기 스와시판부(92)의 위치를 상기 회전축(10) 방향을 따라 상하로 이동시키거나 상기 스와시판부(92)의 기울기를 조절하기 위한 구동부(93)를 포함하여 구성되며, 상기 구동부(93)의 작동에 의해 블레이드(42)의 피치각이 조절되게 된다.

스와시판부(92)는 도 7,8과 같이 서로 다른 연결부재에 의해 피치혼(91) 및 허브(30)와 연결되고, 상기 허브(30)의 회전에 의해 회전축(10)을 중심으로 회전 가능하도록 형성된 제1 스와시판(92a)과 상기 제1 스와시판(92a)의 외주에 연결되고, 구동부(93)와 연결되어 구동부(93)의 작동에 의해 회전축(10) 방향을 따라 상하로 이동하거나 일정각도 기울어지는 것이 가능하도록 형성된 제2 스와시판(92b)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로 상기 제1 스와시판(92a)은 도 7과 같이 몸체부(20)의 외주에 고정된 제2 몸체부 베어링(21b)에 의해 상기 몸체부(20)와 결합되어 있어서, 회전이 고정된 몸체부(20)와 달리 회전축(10)을 중심으로 회전이 가능하다. 여기서 상기 제2 몸체부 베어링(21b)은 구면(spherical)베어링인 것이 바람직하다.

이와 같이 제1 스와시판(92a)이 회전 가능하도록 형성한 이유는 허브(30)와 연결부재에 의해 연결되어 허브(30) 및 블레이드부(40)의 회전에 의해 함께 회전되도록 하기 위해서이다.

보다 구체적으로 상기 연결부재는 도 7과 같이 허브(30)의 외주에 연결된 회전시저(94)와 상기 회전시저(94)와 제1 스와시판(92a)을 연결하는 시저링크(95)를 포함하고, 상기 시저링크(95)는 상기 제1 스와시판(92a)와 도 8과 같이 시저링크 로드엔드(95a)에 의해 연결된다.

한편, 제1 스와시판(92a)은 앞서 설명한 바와 같이 블레이드부(40)에 결합된 피치혼(91)과도 연결부재에 의해 연결된다. 보다 구체적으로 도면에 도시되어 있지 않지만 제1 스와시판(92a)은 피치혼(91)에 연결된 피치링크(96)와 피치링크 로드엔드(96a)에 의해 연결된다.

여기서 상기 피치링크(96)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 스와시판(92a)과 연결되는 일측과 피치혼(91)과 연결되는 타측의 사이에 센서가 부착되는 센서 부착부(96b)가 내부에 형성되어 있으며, 이와 같은 센서 부착부(96b)에 부착된 센서가 파손되는 것을 방지하기 위해 상기 센서 부착부(96b)를 둘러싸는 센서보호커버(96c)를 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 센서는 허브(30) 및 블레이드부(40)가 회전함으로써 발생하는 하중 중에서 피치링크(96)에 전달되는 하중을 측정하기 위한 센서로, 실 예로, 스트레인 게이지일 수 있으며, 이를 통해 피치링크(96)의 구조적 건전성을 판단할 수 있다.

한편, 제2 스와시판(92b)은 허브(30)의 회전에 의해 회전하는 제1 스와시판(92a)의 외주에 도 8과 같이 연결되되, 제1 스와시판(92a)이 회전하는 경우에도 회전하지 않는 것이 바람직하며, 이를 위해 제1 스와시판(92a)과 제2 스와시판(92b)은 도 7과 같이 볼베어링(92c)에 의해 연결되어 있다.

또한, 제2 스와시판(92b)은 앞서 설명한 바와 같이 구동부(93)와 연결되어 구동부(93)의 작동에 의해 회전축(10) 방향을 따라 상하로 이동하거나 일정각도 기울어지며, 구동부(93)와 구동부 로드엔드(93a)에 의해 연결되어 있다.

이와 같은 구동부(93)는 복수 개인 것이 바람직하며, 제2 스와시판(92b)의 둘레를 따라 서로 일정각도 이격되어 위치하는 것이 바람직하다. 실 예로, 구동부(93)는 4개이며, 4개의 구동부(93)가 제2 스와시판(92b)의 둘레를 따라 서로 90도로 이격되어 위치할 수 있다.

이는 복수 개의 구동부(93)가 서로 독립적으로 작동하면서 제2 스와시판(92b)의 기울기를 다양하게 변경할 수 있기 때문이며, 이를 통해 블레이드(42)의 피치각 역시 다양하게 조절할 수 있다.

다시 말하자면, 블레이드 피치각 조절부(90)는 구동부(93)를 작동하여 제2 스와시판(92b)의 위치를 상하로 이동시키거나 일정각도 기울어지도록 하고, 이와 같은 제2 스와시판(92b)의 운동이 제1 스와시판(92a) 및 제1 스와시판(92a)에 연결된 피치혼(91)에 전달되도록 함으로써, 피치혼(91)에 연결된 블레이드부(40)가 피치축(A1)을 중심으로 일정각도 회전하도록 하여 블레이드(42)의 피치각을 조절한다.

한편, 블레이드부(40)가 피치축(A1)과 함께 플랩축(A2)을 중심으로도 회전 가능하도록 허브(30)와 베어링유닛 하우징(52)을 결합하는 볼트(53)는 도 5와 같이 플랩축(A2)을 중심축으로 하며, 볼트(53)의 외주에 허브(30)에 외주면이 고정된 구면(spherical)베어링(54)이 결합되어 있다. 그리고 이와 같은 볼트(53)가 도 5,6과 같이 베어링유닛 하우징(52)의 양측에 각각 위치한다.

그러면 구면베어링(54)에 의해 볼트(53)가 플랩축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 되면서 플랩힌지와 같은 역할을 하게 되고, 이로 인해 상기 볼트(53)에 결합된 베어링유닛 하우징(52) 및 상기 베어링부 하우징(52)에 결합된 블레이드부(40)가 플랩축(A2)을 중심으로 회전 가능하게 된다.

이를 통해 본 발명의 팁젯 방식 로터는 구동 시 블레이드(42)의 회전에 의해 발생하는 양력의 반력이 허브(30)에 가해지는 굽힘 모멘트를 상쇄시킬 수 있게 되며, 이는 추후 팁젯 방식 로터를 구동시켜 성능특성을 시험할 때보다 정확한 구동조건에서 시험이 가능하도록 한다.

그런데 이때, 상기 플랩축(A2)이 도 5와 같이 허브(30)에 형성된 제1 유로(P1)의 중심축 및 블레이드 그립(41)에 형성된 제2 유로(P2)의 중심축과 직교하는 이유로, 플랩축(A2)을 중심으로 허브(30)의 회전은 고정된 채 상기 블레이드부(40)만 회전하게 되면 기밀을 이루고 있던 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)의 연결이 어긋나면서 틈새가 발생할 수 있는 문제가 있다. 그러면 이와 같은 틈새로 유체가 누설되어 팁젯 방식 로터의 성능 저하 및 유체 공급량의 오차를 발생시키게 된다.

따라서 이와 같은 문제를 해결하기 위해 본 발명의 팁젯 방식 로터는 기밀도를 갖는 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)의 연결을 유지하면서 블레이드부(40)가 서로 직교하는 피치축(A1) 및 플랩축(A2)을 중심으로 각각 회전 가능하도록 도 5,6과 같이 허브(30)와 블레이드 그립(41)을 연결하는 기밀부(80)를 포함하여 구성된다.

상기 기밀부(80)는 도 5,6과 같이 블레이드 그립(41)의 외주에 결합되되 허브(30)와 가까워지는 방향으로 갈수록 외경이 작아지는 구면부가 구비된 구면형 너트(81)와 일측은 허브(30)에 결합되고, 타측은 상기 구면부와 접촉하는 오링용 부시(82)를 포함하여 구성된다.

그리고 여기서 상기 오링용 부시(82)의 양측에는 도 5,6과 같이 각각 기밀용 오링(83)이 삽입되며, 이에 의해 구면형 너트(81)와 오링용 부시(82)가 직접적인 체결을 이루지 않아도 틈새가 발생하지 않아 유체가 누설되지 않도록 한다.

보다 구체적으로 상기 구면형 너트(81)는 도 5와 같이 구면형 너트(81)의 중심(C)이 서로 직교하는 피치축(A1)과 플랩축(A2)의 교점(IP)과 일치하도록 위치하며, 구면부의 외경이 오링용 부시(82)의 내경과 선접촉을 이루도록 위치한다.

그리고 이와 같은 위치관계는 블레이드부(40)가 피치축(A1) 및 플랩축(A2)을 중심으로 각각 회전한다고 하더라도 구면형상을 갖는 구면부로 인해 항상 유지되며, 따라서 결과적으로 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)의 사이 연결이 블레이드부(40)의 회전에 의해 어긋나서 발생하는 틈새로 유체가 누설되는 문제를 해결한다.

다시 말해, 유체가 통과하는 유로(P1, P2)의 기밀을 완벽히 유지하면서 블레이드부(40)가 서로 직교하는 피치축(A1) 및 플랩축(A2)을 중심으로 각각 회전 가능함으로써, 2축 회전운동 자유도를 갖는다.

팁젯 노즐(60)은 외부의 엔진으로부터 공급되어 메인유로(P)와 유로(P1,P2,P3)를 따라 이동하는 유체를 외부로 제트 분사시킴으로써 발생한 반력에 의해 블레이드부(40)가 회전하도록 하는 것으로, 이를 위해 도 1,2,3과 같이 블레이드(42)의 끝단에 결합된다.

또한, 도 3과 같이 블레이드(42)의 내부에 형성된 제3 유로(P3)와 수직한 방향으로 형성되어 제3 유로(P3)와 수직한 방향으로 유체를 제트 분사시켜 블레이드부(40)가 회전축(10)을 중심으로 회전하도록 한다. 나아가 유체가 에어포일 형상의 블레이드(42)의 꼬리쪽으로 분사되도록 한다.

지금까지 설명한 본 발명의 팁젯 방식 로터를 구동시켜 이의 성능을 시험하기 위한 성능시험장치는 도 1과 같이 본 발명의 팁젯 방식 로터가 상단에 설치되는 지지 플레이트(2)가 상단에 장착되고, 지면에 설치된 베이스 프레임(1), 외부의 엔진으로부터 몸체부(20)의 메인유로(P)에 압축공기와 같은 유체를 공급하는 유체 공급관(3) 및 상기 지지 플레이트(2)의 상부에 설치되어 유체가 팁젯 노즐(60)을 통해 분사됨으로써, 회전하는 블레이드(42)에 의해 발생한 하중을 측정하는 하중측정부(70)를 포함하여 구성된다.

보다 구체적으로, 도 2와 같이 상기 하중측정부(70)는 블레이드(42)의 회전에 의해 발생한 하중이 전달되는 하중부(71)와 회전축(10)을 중심으로 하는 임의의 원의 둘레를 따라 서로 일정각도 이격되어 위치하고, 상기 하중부(71)에 적어도 일부분이 결합되어 상기 하중부(71)에 전달되는 하중을 측정하는 로드셀부(72)를 포함하여 구성된다.

여기서 상기 로드셀부(72)는 상기 하중의 분력인 3축(x축, y축 및 z축) 방향의 하중을 측정할 수 있도록 각각의 축 방향 하중을 측정하는 복수 개의 로드셀을 포함하고, 측정된 3축 방향 하중을 이용하여 3축 방향 모멘트도 산출할 수 있다.

그리고 이와 같은 로드셀부(72)는 복수 개이며, 하중부(71)에 전달되는 하중이 일부분에만 집중되지 않고 분포되어 전달되는 것을 고려하여, 도 2와 같이 회전축(10)을 중심으로 하는 임의의 원의 둘레를 따라 서로 일정각도 이격되어 위치하는 것이 바람직하며, 실 예로 4개가 서로 90도 이격되어 위치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 하중측정부(70)에는 상기 블레이드(42)의 회전에 의해 발생하는 진동을 포함하여 팁젯 방식 로터의 성능시험 시 발생하는 진동을 확인하기 위한 가속도 센서(도면에 미 도시)를 더 포함하고, 이를 통해 팁젯 방식 로터의 진동 특성을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 성능시험장치는 도 1과 같이, 팁젯 방식 로터에 포함된 허브(30)의 하측 및 몸체부(20)의 상측 외주에 회전이 고정되도록 결합되고, 하측 방향으로 갈수록 외경 및 내경이 증가하는 나팔 형상의 하우징부(100)를 더 포함하며, 이를 통해 하중부(71), 로드셀부(72)를 포함한 구성요소들을 외부 공기 또는 블레이드(42)의 회전에 의해 발생한 바람으로부터 보호할 수 있다.

이와 같은 나팔 형상의 하우징부(100)는 유입되는 공기의 유동에 있어서 유동 박리에 의한 터뷸런스(turbulence, 난류라고도 함)가 발생하지 않도록 외경 및 내경이 증가하는 비 및 표면의 거칠기(roughness)가 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 한편 본 발명의 팁젯 방식 로터에 사용되는 제1 몸체부 베어링(21a), 볼베어링(51a, 92c)를 포함한 베어링들에는 각각 성능시험 시 베어링의 손상 유무를 확인하기 위한 온도센서(도면에 미 도시)가 장착될 수 있다.

본 발명인 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터 및 이의 성능시험을 위한 구동장치의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하는 바람직한 실시 예일 뿐, 전술한 실시 예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니므로 이로 인해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 당업자에게 있어 명백할 것이며, 당업자에 의해 용이하게 변경 가능한 부분도 본 발명의 권리범위에 포함됨은 자명하다.

1 : 베이스 프레임
2 : 지지 플레이트
3 : 유체 공급관
10 : 회전축
20 : 몸체부
21a : 제1 몸체부 베어링
21b : 제2 몸체부 베어링
22 : 실링용 부재
30 : 허브
40 : 블레이드부
41 : 블레이드 그립
42 : 블레이드
43, 83 : 기밀용 오링
50 : 결합부
51 : 베어링유닛
51a, 92c : 볼베어링
51b : 트러스트베어링
52 : 베어링유닛 하우징
53 : 볼트
54 : 구면베어링
60 : 팁젯 노즐
70 : 하중측정부
71 : 하중부
80 : 기밀부
81 : 구면형 너트
82 : 오링용 부시
90 : 블레이드 피치각 조절부
91 : 피치혼
92 : 스와시판부
92a : 제1 스와시판
92b : 제2 스와시판
93 : 구동부
93a : 구동부 로드엔드
94 : 회전시저
95 : 시저링크
95a : 시저링크 로드엔드
96 : 피치링크
96a : 피치링크 로드엔드
96b : 센서 부착부
96c : 센서보호커버
100 : 하우징부
P : 메인유로
P1 : 제1 유로
P2 : 제2 유로
P3 : 제3 유로

Claims (17)

1. 내주면이 회전축의 외주면과 일정거리 이격되도록 위치하여 메인유로를 형성하는 몸체부;
   상기 회전축의 상부에 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 결합되고, 상기 메인유로와 연결되는 제1 유로가 내부에 형성된 허브;
   상기 허브의 외주면에 방사형으로 결합되고, 기밀부에 의해 상기 제1 유로와 연결되는 제2 유로가 내부에 형성된 블레이드 그립과 상기 블레이드 그립에 결합되고, 상기 제2 유로와 연결되는 제3 유로가 내부에 형성된 블레이드가 구비된 블레이드부;
   상기 허브와 상기 블레이드부를 연결하는 결합부; 및
   상기 블레이드의 끝단에 결합되고, 상기 제3 유로와 연결되는 팁젯 노즐;을 포함하고,
   상기 블레이드가 서로 직교하는 피치축 및 플랩축을 중심으로 각각 회전 가능한 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
2. 제1항에 있어서,
   상기 결합부는,
   상기 피치축을 중심으로 하는 상기 블레이드 그립의 외주에 결합된 베어링유닛; 및
   상기 베어링유닛의 외주에 결합되고, 볼트에 의해 상기 허브와 결합을 이루는 베어링유닛 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
3. 제2항에 있어서,
   상기 볼트는 상기 플랩축을 중심축으로 하며, 상기 볼트의 외주에는 구면베어링이 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
4. 제2항에 있어서,
   상기 베어링유닛은 볼베어링과 트러스트베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
5. 제2항에 있어서,
   상기 기밀부는,
   상기 블레이드 그립의 외주에 결합되되 상기 허브와 가까워지는 방향으로 갈수록 외경이 작아지는 구면부를 갖는 구면형 너트; 및
   일측은 상기 허브에 결합되고, 타측은 상기 구면부와 접촉하며, 양측에 각각 기밀용 오링이 위치하는 오링용 부시;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
6. 제5항에 있어서,
   상기 구면형 너트의 중심이 상기 피치축과 상기 플랩축의 교점에 위치하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
7. 제5항에 있어서,
   상기 구면부의 외경이 상기 오링용 부시의 내경과 선접촉하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
8. 제2항에 있어서,
   상기 블레이드의 피치각을 조절하기 위한 블레이드 피치각 조절부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
9. 제8항에 있어서,
   상기 블레이드 피치각 조절부는,
   상기 블레이드부에 결합된 피치혼과 연결된 스와시판부; 및
   상기 스와시판부의 위치를 상기 회전축 방향을 따라 상하로 이동시키거나 상기 스와시판부의 기울기를 조절하기 위한 구동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
10. 제9항에 있어서,
    상기 스와시판부는,
    상기 피치혼 및 상기 허브와 연결되고, 상기 허브의 회전에 의해 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 형성된 제1 스와시판; 및
    상기 제1 스와시판의 외주에 연결되고, 상기 구동부와 연결되어 상기 구동부의 작동에 의해 상기 회전축 방향을 따라 상하로 이동하거나 일정각도 기울어지는 것이 가능하도록 형성된 제2 스와시판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
11. 제10항에 있어서,
    상기 피치혼과 상기 제1 스와시판은 피치링크에 의해 연결되고,
    상기 피치링크에는 상기 허브의 회전에 의해 발생하는 하중 중에서 상기 피치링크에 전달되는 하중을 측정하기 위한 센서가 장착된 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스와시판과 상기 제2 스와시판은 볼베어링에 의해 연결됨으로써, 상기 제1 스와시판이 회전하는 경우에도 상기 제2 스와시판은 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
13. 제1항에 있어서,
    상기 팁젯 노즐은 상기 제3 유로와 수직한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 2축 회전이 가능한 팁젯 방식 로터.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항의 팁젯 방식 로터가 상단에 설치되는 베이스 프레임;
    외부의 엔진으로부터 메인유로로 유체를 공급하는 유체 공급관; 및
    상기 유체가 팁젯 노즐을 통해 분사됨으로써, 회전하는 블레이드에 의해 발생하는 하중을 측정하는 하중측정부;를 포함하는 팁젯 방식 로터의 성능시험장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 하중측정부는,
    상기 하중이 전달되는 하중부; 및
    회전축을 중심으로 하는 임의의 원의 둘레를 따라 서로 일정각도 이격되어 위치하고, 상기 하중부에 적어도 일부분이 결합되어 상기 하중을 측정하는 로드셀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁젯 방식 로터의 성능시험장치.
16. 제14항에 있어서,
    상기 하중측정부는 상기 블레이드의 회전에 의해 발생하는 진동을 확인하기 위한 가속도 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁젯 방식 로터의 성능시험장치.
17. 제14항에 있어서,
    상기 팁젯 방식 로터에 포함된 몸체부의 상측 외주에 결합되고, 하측 방향으로 갈수록 내경이 증가하는 나팔 형상의 하우징부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 팁젯 방식 로터의 성능시험장치.

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