KR20180128865A - 와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예측하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예측하기 위한 방법 및 시스템 Download PDF

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KR20180128865A
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에어버스 헬리콥터스
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Abstract

본 발명은 와류 지역으로 회전익기(20)가 진입하는 것을 예상하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이고, 상기 회전익기(20)는 블레이드(22)를 구비한 메인 로터(21)를 가진다. 와류 지역 가까이에 있다는 특성인 특정 주파수(f)를 미리 결정한 후, 상기 메인 로터(21)의 주변에서 공기의 흐름의 변동 특성 역할을 하는 적어도 하나의 파라미터의 측정치가 획득된다. 그 후, 각각의 파라미터의 변동의 특성 주파수들을 분리하기 위해 상기 측정치들이 분석되고, 상기 특정 주파수의 존재가 상기 특성 주파수들 중에서 탐지된다. 상기 회전익기의 조종사에게 상기 와류 지역이 가까이에 있음을 알리기 위해, 적절할 때 경보가 발생될 수 있다.

Description

와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예측하기 위한 방법 및 시스템{A METHOD AND A SYSTEM FOR ANTICIPATING THE ENTRY OF A ROTORCRAFT INTO A VORTEX DOMAIN}
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 전체 내용이 본 명세서에 참조로 병합된 2017년 5월 24일자로 출원된 FR 17 70526의 이익을 주장한다.
기술 분야
본 발명은 회전익기 조종을 위한 도움 분야에 관한 것으로, 특히 일반적으로 당업자가 "와류(vortex)"라고 부르는 비행 영역에 근접함을 감시하기 위한 도움 분야에 관한 것이다.
본 발명은 회전익기, 특히 헬리콥터 타입의 회전익기가 와류 지역에 진입하는 것을 예측하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
더 구체적으로, 이러한 예측 방법과 시스템은 회전익기가 와류 영역에 가깝거나 실제로 접근하고 있다는 경보를 회전익기의 조종사에게 발하는 목적을 가진다.
"회전 날개(rotary-wing) 항공기"라고도 하는 회전익기는 적어도 양력을 회전익기에 제공하는 실질적으로 수직인 축을 구비한 적어도 하나의 메인 로터(main rotor)를 가진다. 이러한 메인 로터는 회전 운동으로 구동되는 블레이드(blade)를 가진다. 헬리콥터의 특별한 상황에서는, 적어도 하나의 엔진에 의해 구동된 메인 로터가 양력과 추진력을 모두 제공하는 역할을 한다.
그러한 상태에서, 회전익기는 원칙적으로 이륙, 착륙, 및 터닝(turning)과 같은 특별한 단계(stage)를 무시하는 3가지 종류의 비행, 즉
- 올라가거나 내려가는 수직 비행,
- 회전익기가 움직이지 않는 호버링(hovering) 비행, 및
- 수평으로의 병진(translation) 비행을 행할 수 있다.
본 발명은 내려가는 비행과, 주로 착륙 목적을 위한 접근 단계에 관한 것이고, 호버링 비행에 가까운 비행에 관한 것이다.
즉, 하강하는 비행 동안에 메인 로터에 의해 발생된 공기의 흐름은 하강 속도가 빠른지, 보통인지, 또는 느린지에 따라서 상이하다.
빠르거나 보통인 하강 비행은 일반적으로 "무동력(non-powered)" 상태이다. 필요한 파워는 공기의 흐름에 의해 제공되고, 기계적인 파워 전달 조립체에서 사이에 끼워진 "프리휠(freewheel)" 또는 오버러닝(overrunning) 클러치가 메인 로터가 자유롭게 회전하는 것을 허용한다.
빠른 하강 동안에 얻어지는 공기의 흐름 속도는 윈드밀-브레이크(windmill-brake)에 대응하고, 보통 하강에 대해서는 비행이 자동회전(autorotation)에 대응한다.
이와 대조적으로, 느린 하강 비행은 동력이 걸린(powered) 상태에 대응하고, 이 경우 조종사는 회전익기가 하강하게 하고, 메인 로터의 블레이드들의 컬렉티브 피치(collective pitch)를 변화시킴으로써 하강을 제어한다.
본 발명은 더 구체적으로는 예컨대, 호버링 비행의 위치로부터 시작해서 회전익기의 느린 하강 비행에 관한 것이고, 이 경우 하강은 아마도 순수하게는 수직으로 또는 가파른 경사도를 가지는 비행경로(path)를 가지고, 즉 수평 속도가 거의 없는 채로 일어난다.
느린 하강 비행 동안에, 공기 흐름에 의해 형성된 웨이크(wake)는 메인 로터 아래에서 나타나고, 이로 인해 공기의 바닥 중심부 흐름이 아래쪽으로 비껴가게 하고, 공기의 상부 중심부 흐름은 블레이드의 주변부 쪽으로 난류 구역을 생성하게 한다. 그럴 경우 공기 흐름은 어지러워지고, 주변 소용돌이가 성장하여 메인 로터의 평면을 완전히 고립시키는 위험을 무릅쓰게 된다. 이러한 위험한 현상은 "와류-고리(vortex-ring)" 상태라고 하고, 이는 일반적으로 회전익기가 양력과 기동성을 잃어버리게 한다.
그러한 상태에서, 호버링하는 회전익기가 수직으로 하강하기 시작할 때, 역방향으로의 공기 흐름 속도는, 위쪽으로 또는 아래쪽으로 공기가 메인 로터를 통과하는 것을 방지하는 위험을 무릅쓴다. 그럴 경우 블레이드는 그것 자체의 워시(wash)에서 작동하고, 공기가 메인 로터 주위에서 난기류의 고리를 형성한다. 이러한 와류 고리 상태는 회전익기의 위험한 진동을 일으키고, 회전익기의 제어를 잃어버리는 위험을 무릅쓴다.
이러한 와류 고리는 일반적으로 그라운드 효과 구역 외측에서 호버링 비행하는 동안에는 평균 유도 속도의 약 절반과 같은 수직 속도로 발달하고, 비록 그것이 또한 더 낮은 수직 속도로 나타날 수 있을지라도 낮거나 실질적으로 0인 전진 속도(speed of advance)로 발달한다. 그럴 경우 메인 로터의 주요 부분은 실속(stall) 구역에 있고, 이 경우 블레이드의 다양한 요소들이 비교적 큰 입사각에서 작동한다. 만약 회전익기가 수평 병진운동으로 상당히 움직인다면, 와류 고리 상태가 더 이상 일어나지 않도록, 메인 로터로부터의 워시가 뒤쪽으로 물리쳐진다.
와류 고리 상태는 그것이 이동하는 공기의 덩어리로부터 회전익기를 고립시키기 때문에 두려워해야 한다. 와류 고리 상태로 진입하기 위한 3가지 주된 상황은 다음과 같다:
- 통제되지 않는 방식으로 표류하는 회전익기의 수직 속도를 갖는, 호버링 비행,
- 전진 속도의 통제되지 않는 감소 및/또는 메인 로터의 블레이드들, 그리고 따라서 비행 동력(power)의 컬렉티브 피치의 완만한 증가와 관련된, 와류 고리 상태로 진입하는 것이 가능한 수직 속도가 발생하는 착륙을 위한 접근 단계, 및
- 예컨대, 메인 로터의 블레이드들의 컬렉티브 피치의 완만한 증가를 가지고, 나쁜 기상 상태로부터 생기거나 윈칭(winching)을 수행하기 위한 것과 같은, 호버링 비행을 수행하기 위해 속도가 낮아지는 통제되지 않은 단계들.
그러므로 와류 지역(domain)은 위험하지만, 조종사는 메인 로터의 블레이드들의 세로 사이클릭 피치(cyclic pitch)를 수정함으로써 앞쪽으로의 병진 운동을 시작함으로써, 와류 지역으로부터 탈출할 수 있다. 하지만, 와류 고리 상태를 탈출하는데 있어서 상당히 긴 시간이 걸릴 수 있다.
대부분의 상황에서, 와류 고리 상태로 진입하는 것은 저고도에서 일어나고, 구체적으로는 회전익기의 수직 속도와 이러한 와류 고리 상태를 빠져나오기 위해 요구된 시간은 일반적으로 회전익기 충돌을 가져온다. 와류 고리 상태는 항공기에서 관찰되는 실속(stalling)과 어느 정도 같다.
회전익기가 와류 지역 내로 진입하는 위험을 예상하기 위해, 조종사에게 항공기가 와류 지역의 부근에 있거나 실제로 그러한 지역에 있음을 경고하는 와류 경보 방법 및 시스템이 존재한다.
예를 들면, 문서 EP1950718은 첫 번째로는 회전익기가 받는 뒷바람의 속도가 표면에 대한 회전익기의 높이의 함수로서 결정된 제1 임계치(threshold)보다 클 때, 그리고 두 번째로는 회전익기의 하강의 속도(rate)가 제2 임계치보다 클 때 경보를 발하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 그에 반해, 그러한 시스템과 그러한 방법은 회전익기가 뒷바람 상태에서 작동할 때에만 작동한다.
회전익기가 와류 지역으로 진입하고 있는 것을 탐지하거나 실제로 예보하는 방식으로 회전익기가 그러한 와류 지역에 접근하고 있음을 탐지하기 위한 방법 및 장치를 설명하는 문서 FR2921635가 또한 알려져 있다. 그러한 예보 탐지는 실시간으로 결정되고, 마음대로 조정되는 회전익기의 예보된 수직 속도와 예보된 대기 속도(airspeed)의 함수로서 수행된다.
또한, 문서 EP2513732는 항공기가 공기역학적 실속 상황에 가깝거나 실제로 그러한 상황에 있는지를 탐지하고, 그런 다음 위험한 상황에 진입하는 것을 회피하거나 실제로 위험한 상황으로부터 탈출하기 위한 자동 절차를 시작하기 위한 시스템 및 방법을 설명한다. 그러한 상황은 에러 임계치를, 현재 수직 속도와 의도된 수직 속도 사이의 수직 속도 에러와 비교하고, 에러의 사인(sign)을 검증함으로써, 탐지된다. 항공기의 수직 가속도와 전진 속도는 또한 항공기가 실속 상황을 빠져나왔는지를 검증하기 위해 각각의 임계치와 비교될 수 있다.
와류 고리 상태로의 접근을 예측하기 위해, 회전익기의 비행 제어 신호들과 수직 거동 사이의 상호 관계의 부재를 탐지하는 것에 기초한 방법을 설명하는 문서 WO2012/007157이 또한 알려져 있다.
게다가, 문서 US2011/0295568은 메인 로터의 수직 유도된 속도와 메인 로터의 블레이드들로부터의 양력의 분포에 의존적인, 회전익기의 메인 로터의 블레이드들에 의해 야기된 와류 고리 상태의 기하학적 구조의 변경을 결정하는 방법을 설명한다.
또한, 문서 FR2978586이 알려져 있는데, 이는 메인 로터와 적어도 하나의 추진 프로펠러 모두를 가지는 하이브리드 항공기에 탑승중인 조종사를 돕기 위한 방법 및 장치를 설명한다. 이러한 방법은 각각의 추진 프로펠러에 관한 스러스트 마진(thrust margin)의 함수로서 항공기가 하강시 따를 수 있는 최소 경사도를 정의하는 것을 가능하게 한다. 그러한 최소 경사도는 특히 와류 지역으로 하이브리드 항공기가 진입하는 것을 회피하기 위해 사용될 수 있다.
마지막으로, 문서 WO2004/101358은 와류 고리 상태의 출현을 회피하는 역할을 하는 회전익기에 관한 비행 제어 시스템을 설명한다. 그러한 비행 제어 시스템은 블레이드 상에서의 교란을 발생시켜 와류 고리 상태의 출현을 회피하도록, 예컨대 동요하는 방식으로 각각의 메인 로터의 블레이드들의 컬렉티브 및/또는 사이클릭 피치들에 작용한다.
본 발명의 기술적인 배경은 또한 2015년 7월 21일에 "An investigation into predicting vortex-ring state in rotary aircraft"라는 제목으로 Oliver Westbrook-Netherton에 의해 발행된 발행물과, 1999년 9월 "Development of a hilicopter vortex-ring state warning system through a moving map display computer"라는 제목으로 David J. Varnes에 의해 발행된 발행물을 포함한다. 와류 지역으로의 접근이 탐지될 수 있게 하는 종래 기술의 방법 및 장치는 대부분 비행 시험에 의해 그리고 와류 고리 상태의 가능할 수 있는 출현에 대응하는 비교적 국한된(localized) 비행영역선도(flight envelope)를 규정하는 것에 의해 얻어진 속도 임계치들을 이용하는 것을 볼 수 있다. 이들 속도 임계치는 특히 비행 시험 및/또는 시뮬레이션 동안에 회전익기의 치수와 회전익기의 중량에 의존적인, 회전익기의 각각의 타입에 관해 결정될 필요가 있다.
이들 속도 임계치를 선택하는 것은, 시기적절 하지 않은 탐지를 회피하면서 효과적으로 와류 지역의 근접을 탐지할 수 있게 하기 위해 가장 중요한 것이다. 그럼에도 불구하고, 회전익기의 변형예(variant) 측면 또는 날씨 상태 측면에서, 회전익기가 조우할 수 있는 모든 상태를 빠짐없이 실험 조건이 포괄할 수는 없다. 또한, 이들 속도 임계치는 순수하게 수직 비행 테스트들로부터의 우선권에 기초하여 마련되는데, 이러한 비행 테스트 후에는 속도 임계치가 예컨대 정정 계수를 적용함으로써, 가파른 경사도를 가지고 전진 비행(forward flight)까지 확장된다.
게다가, 비행 시험 동안에 와류 지역으로의 전이(transition)는 특히 진동의 증가 및/또는 회전익기의 하강 속도의 증가의 결과로서 주로 경험에 의하여 식별된다. 그러므로 회전익기가 와류 지역 내로 진입하는 순간과 그것이 탐지되는 시점 사이에서, 무시할 수 없는 길이를 갖는 시간이 경과될 수 있다.
구체적으로, 종래 기술의 방법 및 장치를 이용하여, 시험하는 동안에 사용되는 회전익기 모델, 날씨 상태, 및 와류 지역 내로 진입하는 것을 탐지하는 것과 연관된 불확실성 또는 개산(approximation)는 누적적(cumulative)이고, 그것들은 사용되는 속도 임계치들을 결정하는 것과, 따라서 와류 지역의 접근을 탐지하는 것에 있어서의 부정확성을 가져올 수 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예상하는 것과, 전술한 한계들을 회피하면서 이러한 위험을 조종사에게 경보로 알리는 것을 가능하게 하는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 구체적으로, 본 발명의 시스템 및 방법은 임의의 속도 임계치에 의지하지 않는다. 본 발명의 시스템 및 방법은 회전익기의 메인 로터로부터의 웨이크의 역학 관계(dynamics)를 직접 이용하고, 더 정확하게는 메인 로터의 주변에서의 공기 흐름의 변동, 또는 그것이 회전익기에 미치는 효과를 직접 이용한다. 따라서, 본 발명은 회전익기의 각각의 카테고리에 특정된 사전 시험을 필요로 하지 않고 임의의 회전익기에 유리하게 적용 가능하다.
또한, 본 발명의 방법 및 시스템은 회전익기의 비행 단계에 무관하게 순수한 수직 하강 비행, 가파른 경사도로 하강하는 비행 동안에, 그리고 호버링 비행 근처에서도 동등하게 잘 작동하고, 회전익기가 작동하는 바람 상태에 관계없이 작동한다.
회전익기가 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하기 위한 본 발명의 방법은, 특히 블레이드를 구비한 메인 로터를 가지는 회전익기에 의해 사용하기 위한 것이다. 이러한 방법은 다음 단계, 즉
a) 상기 메인 로터의 주변에서 공기 흐름의 변동을 특징짓기에 알맞은 적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 단계;
b) 각각의 파라미터의 변동의 특성인 주파수들을 분리시키기 위해 상기 측정치를 분석하는 단계; 및
c) 와류 지역에 가까이 있다는 특성인 특정 주파수(f)를 탐지하는 단계를 포함한다.
비행중인 회전익기와 또한 실험실에서의 모델들에 대해 테스트가 이루어지는 동안에, 와류 고리 상태가 있을 때에는 와류 고리들이 이완 현상이 나타남을 관찰하였다. 와류 고리의 이러한 이완은 주기적인(periodic) 현상인데, 이는 하나의 와류 고리가 유한한 양의 에너지만을 담을 수 있기 때문이다. 즉, 와류 고리 상태의 특성인 그러한 와류 고리는 그것이 주기적인 이완 현상의 피크(peak)에 대응하는 포화된 상태에 도달할 때까지, 에너지를 축적한다. 그 후 새로운 이완 사이클이 시작되기 전에 그러한 에너지는 방출된다.
와류 고리의 이러한 주기적 이완은 포화되는 와류 고리와 연관된 현상이고, 그것은 메인 로터에 의해 남겨진 웨이크의 변동의 특성이다. 그러한 상황에서, 와류 고리의 주기적 이완은 와류 고리 상태의 존재와 직접 연관된다. 와류 고리의 이러한 주기적 이완은 연속해서 변하고, 따라서 회전익기가 와류 지역에 있을 때와 회전익기가 와류 지역에 접근할 때, 즉 와류 고리 상태가 회전익기의 비행에 임의의 영향과 위험한 효과를 가지기 전 모두에서 관찰 가능하다. 그렇지만 이러한 주기적 이완의 진폭은 와류 지역 안쪽보다는 와류 지역의 근처에서 더 낮다. 이와 반대로, 주기적 현상은 회전익기가 와류 지역으로부터 멀리 제거될 때 사라진다.
와류 지역 내 또는 실제로 그러한 와류 지역의 근처에서의 와류 고리의 이러한 주기적 이완은, 낮은 주파수 현상이다. 즉, 와류 고리의 주기적 이완 특성인 특정 주파수(f)는 1㎐ 미만이다.
보통은, 회전익기가 그러한 낮은 주파수에서 그것 자체의 어떠한 주기적 현상도 가지지 않는다. 예를 들면, 메인 로터의 회전 주파수는 일반적으로 메인 로터와 회전익기의 치수들에 따라서, 250rpm(revolutions per minute)과 350rpm 사이, 즉 4.17㎐와 5.83㎐ 사이의 범위에 있다. 그러한 상황에서, 회전익기의 메인 로터의 상황에서의 공기 흐름과 연관된 파라미터의 측정시 1㎐ 미만인 특정 주파수(f)를 탐지하는 것은 와류 고리의 주기적 이완의 존재와, 따라서 와류 지역에 가깝다는 것을 탐지하는 역할을 한다.
그러한 상황에서, 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하기 위한 본 발명의 방법은 메인 로터에 의해 비행시 발생된 웨이크를 관찰하는 것과, 와류 고리 상태의 특성인 와류 고리의 주기적 이완의 존재를 탐지함으로써, 와류 고리 상태에 다가가는 것을 예상하려고 한다.
그 결과, 회전익기의 메인 로터의 주변에서 공기 흐름의 변동 특성인 적어도 하나의 파라미터의 측청치를 획득한 후, 이들 측정치의 모달 해석(modal analysis)은 각각의 파라미터의 변동의 특성인 주파수들을 분리시키는 역할을 한다. 그 후, 식별된 특성 주파수들 중 특정 주파수(f)를 탐지하는 것은, 와류 지역이 가까이 있음을 확증하는 역할을 한다.
회전익기의 메인 로터의 주변에서의 공기 흐름 변동이 특성화될 수 있게 하는 파라미터는, 공기의 압력, 또는 실제로는 메인 로터의 주변에서의 공기의 속도와 같이 공기 흐름을 직접적으로 특성화하는 파라미터일 수 있다.
공기의 압력은 이러한 공기 흐름을 특성화하고, 이러한 흐름에서의 가능한 주기적 포화 상태를 드러내는 역할을 하는데, 즉 와류 고리의 주기적 이완의 출현과, 따라서 와류 고리 상태가 가까이 있는 것 또는 실제로 와류 고리 상태가 있다는 것의 징후(sign)이다. 이러한 공기 압력은 메인 로터의 블레이드들의 끝 부분(tip) 밑에서 회전익기의 테일 붐 상에 바람직하게 있는 압력 센서에 의해 측정될 수 있다. 와류 고리 상태가 처음으로 출현하는 곳은 메인 로터의 후방 존(rear zone)이다.
공기의 속도는 또한 이러한 공기 흐름을 특성화하는 것을 가능하게 하고, 따라서 와류 고리의 주기적 이완의 출현을 탐지할 수 있게 한다. 방향과 진폭에 의해 특성화되는 공기 속도 벡터는, 예컨대 회전익기의 테일 붐 상에 또는 실제로는 회전익기의 동체 상에서와 같이, 회전익기에 배치된 공기 속도 지시기(indicator)에 의해 측정될 수 있다. 이러한 공기 속도 벡터는 일반적으로 공기 속도 지시기의 위치에서 일반적으로 측정되고, 구체적으로는 메인 로터 밑에서 측정된다.
공기 속도 벡터는 또한 공기 속도 지시기의 위치로부터 멀리 떨어져 측정될 수 있다. 이는 예를 들면 레이저 광 빔을 순차적으로 송신하고 수신함으로써 공기 속도 벡터를 측정하는 역할을 하는 라이더(LIDAR: light detection and ranging) 풍속계와 같은 광선(light) 풍속계를 사용하여 이루어진다. 그럴 경우 공기 속도 벡터는 와류 고리가 등장하는 위치, 즉 바람직하게는 메인 로터의 후방 존에 위치하는 블레이드의 끝 부분 근처에서 직접 측정될 수 있다. 예를 들면, 이러한 공기 속도 벡터를 위한 측정 윈도우(window)는 이러한 블레이드의 끝 부분 위에 위치하고, 반경의 절반과 같은 폭과, 블레이드의 반경과 같은 높이를 그것의 최소 치수로서 가진다.
메인 로터의 주변에서 공기의 흐름 변동 특성을 보여주기에 알맞은 파라미터는, 아마도 메인 로터와 그러한 공기의 흐름 사이의 결합과 연관된 파라미터와 같을 수 있다. 즉, 와류 고리 상태가 출현하는 것과 와류 고리 상태가 가까이 있는 것의 결과로서 이러한 공기 흐름의 변경 및 변화는 회전익기와, 회전익기의 메인 로터의 특성들에 영향을 미칠 수 있다.
예를 들면, 이러한 파라미터는 예컨대 회전익기에 탑재된 관성 유닛에 의해 공급된 표면에 대한 회전익기의 수직 가속도이거나, 회전익기의 수직 속도일 수 있다. 이러한 파라미터는 회전익기의 메인 로터에 의해 제공된 양력일 수도 있다.
이러한 파라미터는 또한 메인 로터의 블레이드들과 연관된 비행 제어(control)들에 발휘된 힘들 또는 실제로는 특히 비행 제어가 메인 로터의 블레이드와 직접 연결될 때 이들 비행 제어를 움직이기 위해 필요한 힘들에 대응할 수 있다.
측정치가 획득되는 동안에, 하나의 측정된 파라미터만으로 예상되는 와류 지역의 접근을 판단하는데 충분할 수 있다.
그렇지만, 적어도 2개의 파라미터를 사용하는 것이 첫 번째로는 더 이른 와류 지역의 출력은 예상하는 것을 가능하게 하고, 두 번째로는 출현할지가 확실하지 않을 때 와류 지역을 잘못 탐지하는 것을 회피하는 것이 가능하도록 와류 지역의 접근 탐지시 더 양호한 신뢰성을 가져올 수 있다. 예를 들면, 이들 파라미터 중에서, 제1 파라미터는 공기의 흐름과 직접 연관될 수 있고, 두 번째 파라미터는 회전익기와 회전익기의 메인 로터에 미치는 효과와 연관될 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 메인 로터의 주변에서 공기 흐름의 변화 특성을 보여주기 위해 적어도 하나의 파라미터를 사용하는 것과, 종래 기술에서 정해진 것처럼, 와류 고리 상태가 출현할 가능성이 있는 그것에 대응하는 비교적 국한된 비행영역선도를 정하는 속도 임계치를 결합하는 것이 가능하다.
또한, 찾은 주파수들은 낮은 주파수이고, 이 경우 찾은 특정 주파수(f)는 1㎐ 미만이다. 따라서, 획득하는 동안 낮은 획득 주파수의 사용은 유리하게는 측정을 방해할 수 있는 더 높은 주파수 신호들을 유리하게 걸러내는 역할을 한다. 그러므로 그러한 상황에서, 측정치들을 획득시에서와 같은 더 높은 주파수 신호들은 거의 없고, 그로 인해 그것에 대해 행해지는 차후의 분석을 용이하게 한다.
또한, 획득 주파수는 찾아지는 특정 주파수(f)와 양립해야 하는데, 즉 찾은 특정 주파수(f)보다 커야 한다. 적어도 하나의 파라미터의 측정치들의 획득은 바람직하게는 나이퀴스트 판별법(Nyquist criterion)의 적용시, 특정 주파수(f)의 2배 이상인 획득 주파수에서 바람직하게 행해진다. 즉, 찾은 특정 주파수(f)가 1㎐ 미만이기 때문에, 획득 주파수는 유리하게는 2㎐ 이상이다.
예를 들면, 적어도 하나의 파라미터의 측정치들의 획득(a)은 특정 주파수(f)의 2배와 10배 사이의 범위에 있는 획득 주파수에서 행해진다. 즉, 특정 주파수(f)는 1㎐ 미만이기 때문에, 획득 주파수는 유리하게는 2㎐와 10㎐ 사이의 범위에 있다.
측정치가 연속적으로 획득될 때에는, 측정치 샘플링의 중간 단계가 획득 단계와 분석 단계 사이에서 수행된다. 이러한 중간 샘플링 단계는 전술한 획득 주파수와 같은 샘플링 주파수에서 수행된다.
이들 측정치는 찾은 특정 주파수(f)와 양립하는 획득기간 동안에 획득된다. 그러므로 이러한 획득기간은 찾은 특정 주파수(f)의 함수이다. 이러한 획득기간은 바람직하게는 특정 주파수(f)에 대응하는 기간의 2배 이상이다. 즉, 찾은 특정 주파수(f)가 1㎐ 미만이기 때문에, 획득기간은 보통 2초보다 크다.
예를 들면, 획득기간은 특정 주파수(f)에 대응하는 기간의 2배와 5배 사이의 범위에 있다. 즉, 찾은 특정 주파수(f)가 1㎐ 미만이기 때문에, 획득기간은 2초와 5초 사이의 범위에 있다.
측정치들이 획득된 후, 그러한 측정치들을 분석하는 것은 각각의 측정된 파라미터의 변동 특성인 주파수들을 분리하고, 그것의 스펙트럼 분석을 식별하며, 그것들의 진폭을 추정하는 역할을 한다. 예를 들면, 이러한 분석은 푸리에 변환 또는 모달 해석의 임의의 다른 방법의 적용을 수반하는 모달 해석일 수 있다. 이러한 분석은 기본 주파수(f0)를 식별하는 역할을 하고, 만약 있다면 1개 이상의 연관된 특성 주파수들을 식별하는 역할을 한다.
이러한 분석 동안에, 측정치들에 존재하는 임의의 노이즈를 없애기 위해, 알려진 방식으로 측정치들은 걸러지고/걸러지거나 깨끗하게 될 수 있다. 예를 들면, 걸러내는 것은 미리 결정된 진폭 임계치 위의 높은 주파수들을 없앰으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은 와류 지역이 나타날 위험이 존재할 때, 즉 순수하게 수직인 하강 비행 동안, 가파른 경사도로 하강하는 비행 동안, 및 호버링 비행 가까이에서와 같은 단계들 동안에 사용하기 위한 것이다. 그럴 경우, 회전익기가 아마도 2개의 연속적인 획득 사이에서 중첩하는 정도를 가지고 그러한 위험한 비행 단계들 중 하나에서 작동하기만 하면 획득된다.
측정치들이 분석된 후, 만약 있다면 와류 지역이 가깝다는 특성인 특정 주파수(f)가 각각의 측정된 파라미터의 변동을 위해 식별된 특성 주파수들 중에서 탐지될 수 있다.
그러한 상황에서, 1㎐ 미만인 임의의 특성 주파수는 와류 고리 상태의 특성인 와류 고리의 주기적 이완과, 따라서 와류 지역이 가까이 있는 것의 탐지의 특성인 특정 주파수(f)로서 고려될 수 있다.
그렇지만, 측정치에서 가능한 노이즈의 존재를 고려하기 위해, 특정 주파수(f)의 진폭이 기본 주파수(f0)의 진폭의 미리 결정된 백분율보다 클 때 그러한 특정 주파수(f)가 바람직하게 탐지된다. 그 결과, 본 발명의 방법은 측정치들로부터 노이즈를 걸러내는 역할을 하고, 그로 인해 와류 지역이 가까이 있다고 잘못 탐지하는 것을 회피한다. 그러한 미리 결정된 백분율은 예를 들면 5% 또는 10%일 수 있다.
와류 지역이 가까이 있다는 특성인 특정 주파수(f)를 탐지한 후, 본 발명의 방법은 회전익기의 승무원에게 이러한 탐지를 신호로 알리고, 특정 주파수(f)가 탐지되자마자 와류 지역이 다가오고 있다는 경보를 발하는 (d) 것으로 이루어지는 추가적인 단계를 포함할 수 있다.
이러한 경보는 회전익기의 승무원, 그리고 특히 조종사에게 예컨대 전용 지시기 램프를 스위치 온하거나 표시 스크린상에 구체적인 메시지를 표시함으로써 시각적으로 알려질 수 있다. 이러한 경보는 또한 예컨대 구체적인 소리를 내거나 기록된 메시지에 의해 들릴 수 있도록 알려질 수 있다.
일단 경보가 발생되면, 본 발명의 방법은 계속해서 측정치를 획득하고, 그러한 측정치를 분석하며, 특정 주파수(f)를 탐지한다. 그 결과, 그러한 방법은 계속해서 승무원에게 특정 주파수(f)가 탐지되는 한, 회전익기가 와류 지역에 가깝다는 것을 승무원에게 신호로 알린다. 그 후, 특정 주파수(f)가 더 이상 탐지되지 않으면, 신호 경보가 중지되고, 그로 인해 승무원에게 회전익기가 와류 지역으로부터 충분히 멀리 이동하였음을 통지한다.
게다가, 본 발명의 방법은 첫 번째로는 와류 지역이 가깝다는 특성인 특정 주파수(f)를 탐지하는 것과 경보를 발생시키는 것 사이, 그리고 두 번째로는 특정 주파수(f)를 탐지하는 것과 경보를 중지시키는 것 사이의 시간 지연을 이용할 수 있다. 이들 시간 지연은 경보의 때 이른(untimely) 그리고 연속적인 발생 및 중지를 회피하는 역할을 한다.
예를 들면, 특정 주파수(f)를 탐지한 후 조종사에게 알리는 경보가 발생될 수 있고(1), 어떠한 특정 주파수(f)도 탐지되지 않은 후 경보가 중지될 수 있다(3).
또한, 본 발명의 방법은 경보를 발생시키는 것을 비활성화하기 위한 억제 조건을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제1 억제 조건은 제한 높이 이하인 표면 위의 높이에서 작동하는 회전익기에 대응한다. 이러한 제1 억제 조건은 예컨대 이륙 또는 착륙의 단계에 대응하는 표면에 가까운 회전익기의 위치의 특성을 보여준다. 표면에 가까운 위치는 또한 중지된 착륙 단계에 대응할 수 있다. 또한, 이러한 제한 높이 아래에서는 회전익기가 지면 효과를 받게 되는데, 이러한 지면 효과는 와류 지역 가까이에 있다는 특성인 것으로 잘못 간주될 수 있는 낮은 주파수 출현을 가져올 수 있다.
제2 억제 조건은 적어도 2개의 엔진을 구비하고, 미리 결정된 지속 시간보다 짧은 길이의 시간 동안 엔진들 중 하나가 고장나서 비상 작동 모드로 진입한 후의 회전익기에 대응한다.
이들 2가지 억제 조건은 특별한 잠재적으로 비상 상태이고, 조종사의 완전한 주의를 독점하는 비행 조건들의 특징이다. 이미 복잡한 상황에 경보 신호를 추가하는 것은 유용한 추가적인 도움을 제공하지 않고 그러한 상황을 조종사가 다루는 것을 방해할 수 있다. 그러므로 와류 지역이 접근하는 것을 신호로 알리는 것을 회피하는 것이 바람직하다. 또한, 와류 지역이 다가오고 있는 이유를 설명할 수 있는, 예컨대 엔진의 손실(losing)의 결과로서 회전익기가 일시적(transient) 상태에 있더라도, 회전익기 조종사는 안정한 비행 상태로 되돌리기 위해 그러한 상황을 다루게 되고, 그로 인해 자연스럽게 와류 지역으로부터 멀어지게 이동한다. 조종사에게 와류 지역이 다가가고 있음을 신호로 알리는 것은, 조종사에게 이러한 상황에서 어떠한 도움도 제공하지 못하고 그 와는 반대로 조종사가 적용될 절차를 행하는 것을 방해할 수 있다.
예를 들면, 제한 높이는 20피트와 100피트 사이의 범위에 있을 수 있고, 미리 결정된 지속 시간은 30초와 같을 수 있다. 이들 값은 일반적으로 회전익기 패밀리(family)와는 무관하다. 이러한 30초의 지속시간은 회전익기의 OEI(one-engine inoperative) 비상 등급(rating)의 지속시간에 대응하고, 그 값은 이러한 비상 등급에 관한 받아들일 수 있는 지속시간의 함수로서 변할 수 있다.
또한, 와류 지역이 가까이 있다고 잘못된 탐지를 가져올 수 있는 잠재적인 간섭성의 낮은 주파수를 없애기 위해, 특정 주파수(f)에 관한 값을 추정하는 것이 가능하다. 또한, 특정 주파수(f)에 관한 이러한 추정된 값에 대한 불확실성은, 식별된 특성 주파수들 중에서 특정 주파수(f)를 탐지할 때 고려된다.
따라서, 와류 지역이 가까이 있다는 특성인 특정 주파수(f)를 탐지할 때에는, 특별한 범위에 있는 특성 주파수들만이 와류 지역으로의 접근을 예상할 목적으로 탐지된다. 이러한 특별한 범위는 특정 주파수(f)에다 불확실성을 각각 더하고 뺀 추정된 값인 경계(bounds)를 가진다. 예를 들면, 이러한 불확실성은 특정 주파수(f)의 추정된 값의 5% 또는 10%와 같을 수 있다.
또한, 이러한 특정 주파수(f)의 추정은 획득 주파수와 획득 지속시간을 최적화하는 역할도 한다.
그러므로 특정 주파수(f)는 다음 관계식, 즉
Figure pat00001
을 이용하여 추정될 수 있고, 이 경우 St는 스트로우홀 수(Strouhal number)이고,
Figure pat00002
는 상기 메인 로터(21)의 직경이며, V는 회전익기가 공기에 대해 상대적으로 움직이는 속도이다. 회전익기의 이동 속도(V)는 3차원으로 이해되어야 하고, 회전익기의 전진 속도에다 수직 속도를 더한 합이다.
스트로우홀 수는 특히 공기 덩어리의 발진하는 흐름 메커니즘들을 설명하는 역할을 하는, 차원이 없는 수이다. 스트로우홀 수는 회전익기의 특성들과는 무관하다.
본 발명의 방법에 적용하기에 받아들일 수 있는 개산의 상황에서, 디스크(disk)들과 같은 평범한 물체들에 관해서는 매우 작게 변하는 스트로우홀 수(St)는 비행 상태에 관계없이, 그리고 회전익기에 관계없이 일정한 것으로 간주될 수 있다. 예를 들면, 스트로우홀 수(St)는 0.16과 같은 것으로 간주될 수 있다.
스트로우홀 수(St)는 또한 공기에 대한 회전익기의 이동 속도(V)를 나타내는 벡터와 회전하는 메인 로터에 의해 형성된 평면 사이의 각도의 함수로서 결정될 수 있다. 즉, 스트로우홀 수는 메인 로터의 평면에 대한 공기의 속도 벡터의 각도가 증가할 때 증가한다.
마지막으로, 와류 지역의 탐지를 세련되게 하기 위해, 본 발명의 방법은 회전익기의 어떤 정해진 속도들을 속도 임계치들과 비교함으로써, 와류 지역이 접근하는 것을 탐지하는 기존 방법들과 결합될 수 있다.
본 발명은 또한 회전익기가 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하기 위한 예상 시스템(10)을 제공하고, 이러한 회전익기는 블레이드를 구비한 메인 로터를 가지고 있다. 이러한 예상 시스템은,
메인 로터의 주변에서 공기 흐름의 변동을 특징짓는 역할을 하는 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 장치;
계산 명령어들을 포함하고, 각각의 파라미터의 측정치를 저장할 수 있는 저장 장치;
각각의 측정 장치와 저장 장치에 연결되고, 회전익기가 와류 지역으로 접근하고 있음을 탐지하기 위한 계산 장치; 및
계산 장치에 연결되고, 회전익기가 와류 지역 가까이에 있음을 탐지한 것을 신호로 알리기 위한 신호 발송 장치를 포함한다.
예를 들면, 이러한 측정 장치는 압력 센서, 공기속도 지시기, 또는 실제로는 관성 유닛일 수 있다. 예를 들면, 계산 장치는 컴퓨터일 수 있으며, 신호 발송 장치는 예를 들면 지시기 램프, 경보 메시지가 표시되는 디스플레이 스크린, 또는 실제로는 확성기(loudspeaker)일 수 있다.
이러한 예상 시스템은 회전익기가 와류 지역에 접근하는지를 판단하기 위해, 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하는 전술한 방법을 수행하도록 구성된다.
본 발명 및 그 장점은 어떠한 제한하는 특성도 가지지 않고 첨부된 도면을 참조하여 주어진 바람직한 구현예의 이하의 설명의 상황으로부터 보다 상세히 드러난다.
도 1은 회전익기를 도시하는 도면.
도 2는 와류 지역에서의 회전익기의 메인 로터 둘레의 공기의 흐름을 도시하는 도면.
도 3은 와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예상하기 위한 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 와류 지역으로 회전익기가 진입하는 것을 예상하는 방법의 블록도.
도 5 내지 도 7은 공기 흐름 측정치들의 모델 분석을 보여주는 3개의 플롯(plot).
도면들 중 2개 이상에 존재하는 요소들은 그것들 각각에 동일한 참조 번호가 주어진다.
도 1에서는, 회전익기(20)가 안티-토크(anti-torque) 테일 로터(24)를 구비한 테일 붐(23)이 그것의 단부에 배치되어 있고, 축(25) 주위에서 회전하는 블레이드(22)들을 구비한 메인 로터(21)를 가진다. 회전익기(20)는 또한 표면에 대한 회전익기(20)의 가속도와 같은 비행 정보를 제공할 수 있는 관성 유닛(5)을 가진다.
도 2는 와류 지역에서 작동하는 메인 로터(21)를 보여준다. 도 2에 도시된 공기 흐름 속도의 방향은 느리게 하강하는 수직 비행을 수행하는 회전익기(20)에 대응한다.
속도(Vv)는 메인 로터(21)에 의해 형성된 평면에 수직인 공기 흐름의 상향류(upstream) 속도의 수직 성분이고, 당업자에게 "프로우데 속도(Froude speed)"라고 알려져 있는 값(VF)은, 이 상황에서는 속도(Vv) 보다 크다. 메인 로터(21)의 바닥 부분에서 웨이크가 형성되고, 이로 인해 상부 중앙 기류(FCS)를 강제하여 블레이드(22)의 주변 쪽으로 와류 존(ZT)을 생성하는 것을 볼 수 있다.
그러한 상태에서는, 특히 회전익기(20)의 승무원이 느끼는 진동에 의해 드러나게 되는 와류 고리 현상이, 회전익기(20)가 순수하게 수직인 하강 또는 실제로는 가파른 경사도를 가진 하강을 시작할 때 일어나고, 그런 다음 메인 로터(21)가 그것 자체의 웨이크를 통해 하강하고 양력을 잃는데, 이는 그것이 기류로부터 고립되기 때문이다. 만약 회전익기(20)의 조종사가 어떠한 올바르게 하는 방향 조종도 행하지 않게 되면, 회전익기(20)는 갑자기 떨어지게 된다.
회전익기에 특정되는, 그러한 위험한 상황을 회피하기 위해, 회전익기(20)는 와류 지역 내로 진입하는 것을 예상하기 위한 예상 시스템(10)을 포함한다. 이러한 예상 시스템(10)은 회전익기(20)가 와류 지역 내로 진입하는 것을 예상하는 방법을 수행하는 역할을 하고, 이러한 방법은 도 4에 도시된 그림에 의해 요약된다.
그러므로 시스템(10)은 회전익기(20)가 와류 지역에 접근하는 것을 탐지할 수 있고, 그런 다음 회전익기(20)의 조종사에게 예보하는 방식으로 알릴 수 있다. 그러한 상황에서, 조종사는 이러한 접근의 예상시 행위를 함으로써 필요한 조치를 취할 수 있고, 그로 인해 회전익기(20)가 와류 지역 내로 진입하는 것을 회피한다.
이러한 시스템(10)은 도 3에 도시되어 있고,
메인 로터(21)의 상황에서 공기의 흐름 변동을 특성화하기 위한 파라미터를 측정하기 위한 측정 장치(1);
측정 장치(2)로 획득한 기압 측정치와, 그러한 방법을 행하는데 필요한 명령어들을 저장하기 위한 저장 장치(2);
명령어들을 적용할 목적으로 저장 장치(2)와 측정 장치(1)에 연결되어, 회전익기(20)가 와류 지역에 접근하는 것을 탐지하는 계산 장치(3); 및
회전익기(20)의 조종사에게 회전익기(20)가 와류 지역 가까이에 있음을 신호로 알리기 위한 신호 발송(signaling) 장치(4)를 포함하고, 이러한 신호 발송 장치(4)는 계산 장치(3)에 연결되어 있다.
측정 장치(1)는 메인 로터(21)의 블레이드(22)의 단부(end)와 같은 높이에 있는 테일 붐(23) 상에 있는 압력 센서이다. 그러므로 이러한 압력 센서는 메인 로터(21)의 지나간 자국에서의 공기의 압력을 측정하는 역할을 한다.
계산 장치(3)는 컴퓨터이고, 신호 발송 장치(4)는 회전익기(20)의 계기판에 위치한 표시기 램프(indicator lamp)이다.
도 4에 도시된 것처럼, 와류 지역 내로 회전익기가 진입하는 것을 예상하는 방법을 4가지 단계를 포함한다.
첫 번째로는 회전익기(20)의 메인 로터(21)의 주변에서의 공기 흐름의 변동을 특성화하는 파라미터를 획득하는 측정이 이루어진다. 이러한 획득(a)은 측정 장치(1)에 의해 수행되고, 따라서 이러한 파라미터는 메인 로터(21)의 후방 존(rear zone)과 테일 붐(23) 사이에 있는 공기의 압력이다.
이러한 파라미터는 또한 메인 로터(21)와, 메인 로터(21)의 주변에서의 공기의 흐름 사이의 결합과 연관된 파라미터일 수 있다. 구체적으로, 와류 고리 상태가 출현하거나 가깝게 되는 결과로서 생기는 이러한 공기 흐름의 변동은, 회전익기(20)와 그것의 메인 로터(21)의 특징들에게 영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 이러한 파라미터는 관성 유닛(5)에 의해 공급된 것처럼, 표면에 대한 회전익기(20)의 수직 가속도일 수 있다.
이후, 획득한 측정치가 분석된다. 이러한 분석(b)은 회전익기에 관해서는 이러한 파라미터의 변동의 특성 주파수를 분리하는 역할을 하는 모델 분석일 수 있다. 회전익기(20)의 3가지 비행 상황에서의 이러한 분석의 결과들은, 도 5 내지 7에서의 각각의 "대칭적 스펙트럼" 플롯(plot)의 형태로 보여진다. 도 5는 매우 느린 속도로 하강하는 실질적으로 수직인 비행 중인 회전익기의 상황을 보여주고, 도 6은 자동회전 비행 중인 회전익기의 상황을 보여주며, 도 7은 와류 지역에서 작동하는 회전익기의 상황을 보여준다.
각각의 상황에서, 중앙 기본 주파수(fundamental frequency)(f0)가 주어질 수 있다. 그 결과들은 1㎐ 미만인 주파수들에 관해 표시되어 있고, 이러한 스펙트럼 플롯의 진폭은 기본 주파수(f0)에서의 진폭(Amax) 상에서 정규화된다.
매우 낮은 하강 속도로의 실질적으로 수직인 비행의 상황들과 자동회전 비행에 관해서는, 기본 주파수(f0)를 제외하고는 측정치들과 연관된 노이즈에 대응하는 매우 낮은 진폭에서의 주파수들의 존재만이 보여질 수 있다. 이러한 노이즈의 진폭(A)은 도 5와 도 6에 도시된 것처럼 기본 주파수(f0)에서의 진폭(Amax)의 10% 밑에 있다. 그러므로 이들 2가지 상황 어느 경우에도 측정된 파라미터의 변동의 주파수 특성이 식별되지 않았다.
와류 지역에서 작동하는 회전익기에 관해서는, 기본 주파수(f0)와, 측정치들과 연관된 노이즈에 대응하는 매우 낮은 진폭들에서의 주파수 외에, 기본 주파수(f0)에서의 진폭(Amax)의 10%보다 큰 진폭(A)을 갖는 2가지 뚜렷한(significant) 주파수(f1)의 존재를 볼 수 있다. 그러므로 플롯이 대칭적이기 때문에, 획득한 측정치의 이러한 분석은 1㎐ 미만인 주파수 번위에서 측정된 파라미터의 변동에 관한 특성 주파수(f1)를 식별하는 역할을 한다.
그 결과로서, 와류 지역 내로의 가능한 회전익기(20)의 진입을 예상하기 위해, 식별된 특성 주파수들 중에서 특정 주파수(f)가 탐지된다.
비행중인 회전익기와 실험실에서의 모델들 모두에 대해 행해진 다양한 테스트의 결과로서, 와류 고리 상태는 그러한 상태의 와류 고리의 주기적인 이완(relaxation) 현상의 출현을 동반하는 것이 관찰되었다. 와류 고리의 이러한 주기적인 이완은 특히 특정 주파수(f)에 의해 특성화될 수 있다.
그러므로 특정 주파수(f)를 탐지하는 것(c)은 와류 고리의 주기적 이완이 존재하고, 와류 고리 단계가 존재하거나 와류 고리 단계가 가까이 있다는 특성인 이러한 특정 주파수(f)가 획득된 측정치를 분석하는 동안에 식별된 특성 주파수들 중에서 발견되어야 함을 검증하려고 한다.
취해진 테스트들은 와류 고리의 이러한 주기적 이완 특성인 특정 주파수(f)가 1㎐ 미만임을 드러내었다. 또한, 회전익기는 일반적으로 1㎐ 미만인 낮은 주파수에서, 특히 와류 고리 상태의 위험에 의해 관계되는 비행 단계들 동안에 나타나는 회전익기에 고유한 임의의 주기적 현상을 가지지 않는다.
따라서, 와류 지역에서 작동하는 회전익기에서 1㎐ 미만민 특정 주파수(f)를 탐지하는 것은 와류 고리 상태의 특성인 와류 고리의 주기적 이완을 특징으로 하는 특정 주파수(f)를 탐지하는 것으로서 간주될 수 있다. 그러므로 와류 존으로 진입하는 것을 예상하는 방법은 회전익기(20)가 와류 지역에서 작동하고 있다는 것을 확증한다.
마찬가지로, 나머지 2가지 상황에서 1㎐ 미만민 어떠한 특정 주파수(f)도 탐지하지 않았다는 것은 회전익기(20)가 와류 지역에서 작동하고 있지 않다는 것을 확증한다.
그럼에도 불구하고, 도 5 내지 7에 도시된 플롯들로부터 볼 수 있듯이, 노이즈가 존재하고, 잠재적으로는 특정 주파수(f)를 탐지하는 것을 방해할 수 있다. 그러한 상황에서는, 그러한 노이즈를 없애고 따라서 와류 지역이 부근에 있다고 잘못 탐지하는 것을 회피하기 위해, 특정 주파수(f)는 그것의 진폭(A)이 기본 주파수(f0)의 진폭(Amax)의 미리 결정된 백분율보다 클 때 탐지된다. 미리 결정된 백분율은 도 5 내지 7에 도시된 플롯들에서 10%와 같다.
또한, 특정 주파수(f)의 탐지시(c), 있음직한 낮은 주파수 간섭을 없애고 와류 지역의 탐지를 세련되게 하기 위해, 정확하게 정의된 특정 주파수(f)가 탐색될 수 있다. 이러한 특정 주파수(f)는 특히, 메인 로터(21)의 치수들과, 회전익기(20)가 공기를 통해 움직이는 속도에 의존하는 계산에 의해 정해질 수 있다. 이렇게 정확하게 정의된 특정 주파수(f) 근처의 불확실성 범위는, 와류 지역이 존재하거나 와류 지역이 부근에 있는 것에 대응하는 특성 주파수를 탐지하기 위해, 고려된다.
와류 지역이 부근에 있다른 특성인 특정 주파수(f)가 측정치들을 분석하는 동안에 식별된 특성 주파수들 중에서 탐지된 후, 와류 지역으로의 접근을 표시하는 경보가 발해진다(d). 이러한 경보는 신호 발송 장치(4)를 스위치 온(switch on)함으로써 신호로 알려진다. 그럴 경우 회전익기(20)의 조종사는 와류 지역이 가까이 있음을 통지받고, 회전익기(20)가 실제로 와류 지역으로 진입하는 것을 회피하기 위해 필요한 기동을 행할 수 있다.
경보는 특정 주파수(f)가 탐지되기만 하면 신호로 알려진다. 그럴 경우 신호 발송 장치(4)는 회전익기가 와류 지역으로부터 충분히 멀리 있음을 승무원에게 알리기 위해, 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하는 방법에 의해 어떠한 특정 주파수(f)도 탐지되지 않게 되자마자 스위치 오프(swich off)된다.
물론, 본 발명은 다양한 변형을 받을 수 있고 그에 따라 구현될 수 있다. 여러 실시예가 설명되었지만, 모든 가능한 실시예를 전부 다 언급하는 것은 생각할 수 없다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 물론 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 임의의 수단을 동등한 수단으로 교체하는 것을 생각할 수 있다.

Claims (14)

  1. 와류 지역으로 회전익기(20)가 진입하는 것을 예상하는 방법으로서,
    상기 회전익기(20)는 블레이드(22)를 구비한 메인 로터(21)를 가지고,
    상기 방법은,
    a) 상기 메인 로터(21)의 주변에서 공기 흐름의 변동을 특징짓기에 알맞은 적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 단계;
    b) 각각의 파라미터의 변동의 특성인 주파수들을 분리시키기 위해 상기 측정치를 분석하는 단계; 및
    c) 와류 지역에 가까이 있다는 특성인 특정 주파수(f)를 탐지하는 단계를 포함하고,
    상기 특정 주파수(f)는 1㎐ 미만인, 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 특정 주파수(f)는 다음 관계식, 즉
    Figure pat00003

    을 이용하여 추정되고, 이 경우 St는 스트로우홀 수(Strouhal number)이고,
    Figure pat00004
    는 상기 메인 로터(21)의 직경이며, V는 상기 회전익기(20)가 공기에 대해 상대적으로 움직이는 속도인, 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스트로우홀 수(St)는 상수인 것으로 간주되는, 방법.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 스트로우홀 수(St)는 상기 회전익기(20)가 공기에 대해 상대적으로 움직이는 속도를 나타내는 벡터와, 회전하는 메인 로터(21)에 의해 형성된 평면 사이의 각도의 함수로서 결정되는, 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 특정 주파수(f)는 그것의 진폭이 상기 파라미터의 변동의 기본 주파수(f0)의 진폭의 미리 결정된 백분율보다 클 때 탐지되는, 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 미리 결정된 백분율은 10%와 같은, 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 상기 단계(a)는, 상기 특정 주파수(f)의 2배 이상인 획득 주파수에서 수행되는, 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 상기 단계(a)는, 상기 특정 주파수(f)의 2배와 10배 사이의 범위에 있는 획득 주파수에서 수행되는, 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 상기 단계(a)는, 상기 특정 주파수(f)에 대응하는 기간의 2배 이상인 획득 지속시간에 걸쳐 수행되는, 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    적어도 하나의 파라미터의 측정치를 획득하는 상기 단계(a)는, 와류 지역의 특정 주파수(f)에 대응하는 기간의 2배와 5배 사이의 범위에 있는 획득 지속시간 동안에 수행되는, 방법.
  11. 제1 항에 있어서,
    측정치를 획득하는 상기 단계(a) 동안, 하나의 파라미터만이 측정되는, 방법.
  12. 제1 항에 있어서,
    측정치를 획득하는 상기 단계(a) 동안에 측정된 각각의 파라미터는, 표면에 대한 상기 회전익기(20)의 수직 가속도, 상기 메인 로터(21)의 주변에서의 공기 속도, 상기 메인 로터(21)의 주변에서의 공기의 압력, 상기 메인 로터(21)의 블레이드(22)와 연관된 비행 제어들에 발휘된 힘, 및 상기 메인 로터(21)의 양력을 포함하는 목록으로부터 선택되는, 방법.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 방법은 상기 특정 주파수(f)가 탐지되자마자, 회전익기(20)가 와류 지역에 접근하고 있음을 지시하는 경보를 발하는 추가 단계(d)를 포함하는, 방법.
  14. 회전익기(20)가 와류 지역으로 진입하는 것을 예상하는 예상 시스템(10)으로서,
    상기 회전익기(20)는 블레이드(22)를 구비한 메인 로터(21)를 가지고,
    상기 시스템(10)은,
    상기 메인 로터(21)의 주변에서 공기 흐름의 변동 특성 역할을 하는 적어도 하나의 파라미터를 측정하기 위한 적어도 하나의 측정 장치(1);
    계산 명령어들을 포함하고, 각각의 파라미터의 측정치를 저장할 수 있는 저장 장치(2);
    각각의 측정 장치(1)와 상기 저장 장치(2)에 연결되고, 상기 회전익기(20)가 와류 지역으로 접근하고 있음을 탐지하기 위한 계산 장치(3); 및
    상기 계산 장치(3)에 연결되고, 상기 회전익기(20)가 와류 지역 가까이에 있음을 탐지한 것을 신호로 알리기 위한 신호 발송 장치(4)를 포함하고,
    제1 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는, 예상 시스템.
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