KR20190129993A

KR20190129993A - 항공기 엔진을 위한 공기흡입 유닛

Info

Publication number: KR20190129993A
Application number: KR1020197031270A
Authority: KR
Inventors: 가에타노 베르가미
Original assignee: 비엠씨 에스.알.엘.
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-11-20
Also published as: WO2018178948A1; US20210078716A1; IT201700035341A1; JP2020515470A; EP3601057B1; CN110494359B; US11414204B2; EP3601057A1; CN110494359A

Abstract

튜브형 하우징(4); 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 얻어지고, 외부 공기가 유입되는 제1 유입 개구(7); 제1 유입 개구(7)와 연동되는 공기 필터(8); 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 얻어지고, 외부 공기가 유입되는 제2 유입 개구(9); 제2 유입 개구(9)와 연결되고, 제2 유입 개구를 폐쇄하는 폐쇄 위치와 제2 유입 개구(9)를 통한 통로를 개방하는 개방 위치 사이에서 움직일 수 있는 셔터 장치(10); 및 셔터 장치(10)를 움직이는 액츄에이터(11)를 갖는 항공기 엔진(1)을 위한 공기흡입 유닛(3).

Description

항공기 엔진을 위한 공기흡입 유닛

본 출원은 2017년 3월 30일 출원된 이탈리아 특허출원 제102017000035341호의 우선권을 주장하며, 이는 참조로 포함된다.

본 발명은 항공기, 즉 인류에 의하여 제작되었고, 공중에 정지 및 이동할 수 있으며, 대기 중에서 인간 또는 물건을 이동할 수 있는 장치의 엔진을 위한 공기흡입 유닛에 관한 것이다.

본 발명은 헬리콥터에서 유리한 적용분야를 찾으며, 이 때문에, 일반성을 상실하지 않으면서, 이하의 설명에서 명확한 참조가 이루어질 것이다.

일반적으로 현대 헬리콥터는 적어도 하나의 터빈 엔진이 장착되고, 이는 복합 구조의 블레이드를 작동시키고, 수직 방향으로 스스로를 상승 또는 하강시키는 것을 가능하게 하고, 비행 중 정지할 수 있게 하고, 측방, 전방 및 후방으로 기동할 수 있게 한다. 터빈 엔진은 전방에 공기 흡입부가 있고, 이를 통하여 터빈 엔진은 작동을 위하여 필요한 외부 공기를 흡입한다(즉, 연소를 위하여 필요한 산소를 포함하는 외부 공기).

일반적으로 말해, 공기 흡입부는 상대적으로 큰 메쉬(1 또는 2 센티미터 정도)를 갖는 금속 그리드를 포함하고, 이는 새들이 공기 흡입부로 날아들어가는 것을 방지하는 기능을 수행하게 된다. 더 드물게는, 공기 흡입부와 터빈 엔진 사이에, 흡입되는 공기를 여과하는 기능을 갖는 공기 필터가 배치되고, 이는 장기적으로는 터빈 엔진의 조기 마모를 유발할 수 있는 작은 크기의 불순물(먼지 등)을 거르는 기능을 한다.

일반적으로 공기 필터의 사용은 회피된다. 왜냐하면, 공기 필터는 로드의 상실을 유발하게 되고, 이는 터빈 엔진의 성능에 현저한 부정적 영향을 주고, 및 이는 단지 지면과 가까울 때에만 유용한 것으로 입증되었고, 실제로, 불순물들은 중력 때문에 하방 이동하는 경향이 있고, 따라서 이들은 단지 지면과 가까운 공기 중에 존재할 수 있는 반면, 특정 높이(예를 들어 지면으로부터 50-70 미터 이상)에서는 공기는 불순물로부터 완전히 자유롭다. 결과적으로 공기 필터는 예를 들어 사막 지역과 같이 많은 먼지가 있는 지역 헬리콥터가 작동해야 할 때(특히, 착륙 또는 이륙)에만 장착된다.

하지만, 필터가 없는 경우, 일반적으로 엔진을 위한 더 높은 유지비용이 발생하는 것으로 입증되었고, 이는 이륙 및 착륙시(즉, 헬리콥터가 지면에 가까울 때)에 외부의 바디의 존재에 의하여 유발되는 더 큰 마모 때문이다. 실제로, 헬리콥터가 헬리포트(아스팔트 면 등)에서 이륙 및 착륙하는 경우에도, 블레이드의 회전에 의하여 발생하는 공기의 흐름은 필연적으로 불순물들(기본적으로 먼지 및 작은 잔해)을 상승시키고 주변으로 분산시키고, 이들은 항상 외부 환경에 존재한다.

특허출원 US2013092798A1은 실린더 형태를 갖는 헬리콥터를 위한 공기 필터에 대하여 기재하고 있고, 이의 전방에는 첨두아치 형의 전방부와 함께 제공되고, 폐쇄 위치(환형을 갖는 바이패스 공기 흡입부를 통하여 공기가 유입되는 것을 차단함)에서 개방 위치(바이패스 공기 흡입부로 공기가 흐르는 것을 허용함) 사이에서 축방향으로 움직일 수 있다. 다시 말해, 전방부가 전방 위치에 배치될 때, 공기는 바이패스 공기 흡입부를 통해 유입될 수 있고, 따라서, 여과 물질을 통하여 유동하는 것이 회피된다.

특허 US3483676A1는 원뿔대 형상을 갖는 헬리콥터를 위한 다른 공기 필터를 기술하고 있고, 전방에 바이패스 공기 흡입부와 함께 제공되고, 이는 모터로 작동되는 액츄에이터에 의하여 조절되는 구동가능한 도어에 의하여 조절된다; 도어가 개방되면, 공기는 바이패스 공기 흡입부를 통하여 유동할 수 있고, 따라서, 여과 물질을 통하여 유동하는 것이 회피된다.

본 발명의 목적은 항공기 엔진을 위한 공기흡입 유닛을 제공하는 것이고, 이는 항공기가 많은 먼지가 있는 환경에서 안전하게 작동하면서도 동시에 성능의 감소를 초래하지 않도록 한다.

본 발명에 따르면, 첨부된 청구항에 따른 엔진 항공기를 위한 공기흡입 유닛이 제공된다.

첨부된 청구항들은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하고, 상세한 설명의 통합된 형태를 형성한다.

본 발명은 이제 다음의 도면의 참조로 설명되고, 이들은 비제한적 구체예를 보여준다.
도 1, 2, 및 3은 본 발명에 따른 대응되는 공기흡입 유닛이 제공되는 한 쌍의 트윈 터빈 엔진을 포함하는 헬리콥터의 각각 측면, 전면 및 사면을 보여주는 개략적 도면이고,
도 4는 셔터 장치가 폐쇄 위치에 있는 도 1의 공기흡입 유닛의 길이방향 면을 보여주는 개략적 도면이고,
도 5는 셔터 장치가 개방 위치에 있는 도 4의 공기흡입 유닛의 길이방향 면을 보여주는 개략적 도면이고,
도 6은 셔터 장치가 폐쇄 위치에 있는 도 4의 공기흡입 유닛의 대안적 구체예의 길이방향 면을 보여주는 개략적 도면이고,
도 7은 셔터 장치가 개방 위치에 있는 도 6의 공기흡입 유닛의 길이방향 면을 보여주는 개략적인 도면이고,
도 8과 도 9는 각각 셔터 장치가 폐쇄 위치 및 개방 위치에 있는 도 6의 공기흡입 유닛의 2개의 개략적인 전면이고,
도 10은 도 6의 공기흡입 유닛의 셔터 장치의 구성의 개략적인 사시도이고,
도 11, 12, 및 13은 도 1의 공기흡입 유닛의 대안적 구체예의 3개의 길이 방향 면을 갖는 개략적인 도면이고, 및
도 14는 셔터 장치가 폐쇄 위치에 있는 도 1의 공기흡입 유닛의 다른 구체예의 길이방향 면을 갖는 개략적인 도면이고, 및
도 15, 16 및 17은 3가지 각각의 변형에 따른, 셔터 장치가 개방 위치에 있는 도 14의 공기흡입 유닛의 길이방향 면을 갖는 3가 개략적인 도면이다.

도 1, 도 2 및 도 3에서, 전체적으로, 번호 1은 두개의 트윈 터빈 엔진(2)을 포함하는 헬리콥터를 나타내고, 이는 복합 블레이드를 작동하고, 이를 통하여 헬리콥터가 스스로 수직방향으로 상승 및 하강하고, 비행 중 정지하고, 측방, 전방 및 후방으로 움직인다.

각각의 터빈 엔진(2)은 튜브형 하우징을 포함하고, 이는 전방에 공기 흡입부 개구부(이를 통하여, 터빈 엔진(2)이 작동을 위하여 필요한 외부 공기, 즉, 연소를 위하여 필요한 산소를 포함하는 외부 공기를 받아들인다.)를 갖고, 및, 후방에, 공기 배출 개구부(이를 통하여, 터빈 엔진(2)이 연소에 의하여 생산된 배기 가스를 배출한다.)를 갖는다. 각 터빈 엔진(2)의 공기 유입 개구의 영역에는, 공기흡입 유닛(3)이 있고, 이를 통하여 터빈 엔진(2)에 의하여 흡입되는 공기가 유동한다.

도 4 및 도 5에 따르면, 흡입 유닛(3)은 튜브형 하우징(4)을 포함하고, 이는 길이방향 대칭축(5)을 갖고, 외벽(6)과 함께 제공되며, 이는 튜브형 하우징(4)에 의하여 포함되는 공간을 정의한다.

공기흡입 유닛(3)은 유입 개구(7)를 포함하고, 이는 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 형성되며, 이를 통하여 터빈 엔진(2)의 작동을 위하여 요구되는 외부 공기가 흡입될 수 있고; 다시 말해, 터빈 엔진(2)의 작동을 위하여 필요한 외부 공기가 유입 개구(7)를 통하여 유동하여 튜브형 하우징(4) 내로 도입되고, 튜브형 하우징(4) 내에서, 공기는 터빈 엔진(2)에 도달할 수 있다. 도 4에 도시된 구체예에서, 흡입 유닛(3)은 하나의 단일 유입 개구(7)를 포함하나, 도시되지는 않았으나, 완전히 동등한 다른 구체예에 따르면, 흡입 유닛(3)은 이의 옆으로 배치되는 다른 유입 개구(7)를 포함한다.

흡입 유닛(3)은 공기 필터(8)를 포함하고, 이는 튜브형 하우징(4)에 의하여 지지되고, 완전히 유입 개구(7)와 연동하여 튜브형 하우징(4)로 유입되는 동안, 유입 개구부(7)를 통하여 유동하는 외부 공기를 여과한다; 다시 말해, 공기 필터(8)는 유입 개구(7)의 형상을 재현하여, 튜브형 하우징(4)으로 유입되는 동안, 유입 개구(7)를 통하여 유동하는 모든 공기를 여과하도록 유입 개구(7)와 연동한다. 도면에서 도시되는 구체예에서, 공기 필터(8)는 튜브형 형태를 갖는다(여과 물질은 측벽 영역에 배치된다). 바람직하게는, 공기 필터(8)는 실린더 형태 또는 원뿔대의 형태(알루미늄, 플라스틱 물질 또는 복합 물질로 제조됨)를 갖는 지지 프레임을 포함하고, 이는 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)에 고정되고, 및 여과 물질의 서로 다른 만곡된 패널을 지지한다(예를 들어, 직물 또는 목화 부직물 또는 다른 섬유로 제조되고, 금속 박막 네트의 두개 층 사이에 포함되고, 여과 물질에 대한 형태와 저항을 제공함).

공기 필터(8)의 여과 물질은 축방향과 반경 방향 모두에서 공기의 통로(흐름, 가로지름, 주입)를 허용하고, 이는 공기가 축방향(즉, 길이방향 대칭축(5)에 수평)으로 흐르거나, 반경 방향(즉, 길이방향 대칭축(5)에 수직)으로 흐르는 여과 물질을 통과하여 흐를 수 있음을 의미한다는 것을 지적할 필요가 있다.

흡입 유닛(3)은 한 쌍의 유입 개구(9)를 포함하고, 각각은 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 형성되며, 유입 개구(7) 및 공기 필터(8)과는 완전히 분리되고, 독립적이다. 유입 개구(9)를 통하여, 터빈 엔진(2)의 작동을 위하여 필요한 외부 공기는 유입될 수 있다; 다시 말해, 터빈 엔진(2)의 작동을 위하여 필요한 외부 공기는 유입 개구(9)를 통하여 유동하여 튜브형 하우징(4) 내로 도입되고, 및 일단 튜브형 하우징(4) 내에서는, 이는 터빈 엔진(2)에 도달할 수 있다. 도 4에 도시된 구체예에서, 흡입 유닛(3)은 2개의 유입 개구(9)를 포함하나, 도시되지 않았으나 완벽히 동등한 다른 구체예에서, 흡입 유닛(3)은 하나의 단일한 유입 개구(9) 또는 서로에 인접하여 배치되는 2개 이상의 유입 개구(9)를 포함한다.

상기한 바와 같이, 공기 필터(8)는 튜브형 형태를 갖고, 여과 물질은 측벽 영역에 배치되고, 전면 및 후면에, 각각의 자유 개구를 갖는다: 전면 개구부는 2 개의 유입 개구(9)로부터 오는 공기의 이동을 허용하고, 반면, 후면 개구부는 유입된 공기가 터빈 엔진(2)으로 유동하는 것을 가능하게 한다.

흡입 유닛(3)은 셔터 장치(10)를 포함하고, 이는 튜브형 하우징(4) 내부에 배치되고, 각 유입 개구(9)와 연결되고, 및 폐쇄 위치(도 4에 도시)(유입 개구(9)를 닫아 공기가 유입 개구(9)를 통하여 들어오는 것을 방지함)와 폐쇄 위치(도 5에 도시)(공기가 유입 개구(9)를 통하여 유동하는 것을 가능하게 하기 위하여 유입 개구(9)를 통한 유동을 자유롭게 함) 사이에서 움직일 수 있다.

마지막으로, 흡입 유닛(3)은 액츄에이터(11)(예를 들어, 전기 모터, 또는 공압 실린더 또는 수압 실린더)를 포함하고, 이는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 셔터 장치(10)를 움직인다.

셔터 장치(10)가 폐쇄 위치(도 4에 도시)에 있을 때, 외부 공기는 유입 개구(7)를 통하여 유동하는 것, 및 이에 따라 공기 필터(8)를 관통하는 것 만으로 튜브형 하우징(4) 내에 도달할 수 있다(그리고, 이에 따라 터빈 엔진(2)에 도달할 수 있고). 반면, 셔터 장치(10)가 개방 위치(도 5에 도시)에 있을 때, 외부 공기는 유입 개구(7)를 통하여 유동하여, 이에 따라 공기 필터(8)를 관통함에 의하여 및, 유입 개구(9)를 통하여 유동하여, 이에 따라 공기 필터(8)를 통하여 유동함이 없이도(유입 개구(9)는 여과 물질과 함께 제공되지 않으며, 공기의 이동에 어떠한 장애도 없음) 튜브형 하우징(4) 내로 유입될 수 있다(및, 이에 따라 터빈 엔진(2)에 도달할 수 있고).

분명히, 셔터 장치(10)가 개방 위치(도 5에 도시)에 있을 때, 터빈 엔진(2)에 도달하기 위하여 튜브형 하우징(4) 내로 유입되는 공기의 거의 대부분은 공기 필터(8)에 의하여 연동되는 유입 개구(7)를 통해서 보다는 유입 개구(9)를 통하여 흐르며, 이는 유입 개구(9)를 통하여 유동하는 것이 더 낮은 로드의 손실을 초래하기 때문이다.

셔터 장치(10)가 폐쇄 위치(도 4에 도시)에 있을 때, 필연적으로 유입되는 공기는 유입 개구(7) 및 공기 필터(8)를 통하여 유동하고, 따라서, 공기 중에 존재할 수 있는 불순물은 공기 필터(8)에 의하여 여과되나, 반면, 공기 필터(8)를 통한 흐름은 유입되는 공기 내에서 로드 손실을 결정하게 되고, 이는 터빈 엔진(2)의 성능을 망치게 된다. 반면, 셔터 장치(10)가 개방 위치(도 5에 도시)에 있을 때, 유입되는 공기는 주로 유입 개구(9)를 통하여 유동하고, 공기중에 존재할 수 있는 불순물은 공기 필터(8)에 의하여 여과되지 않으며, 따라서, 유입되는 공기에서 로드의 손실이 없으나, 반면, 공기에 존재할 수 있는 불순물은 공기 필터(8)에 의하여 여과되지 않는다.

도 4 및 도 5에 따르면, 전자 조절 유닛(12)이 제공되고, 이는 공기흡입 유닛(3)의 작동을 조절하고, 다른 것들 중에도, 액츄에이터(11)를 조절하여 셔터 장치(10)가 폐쇄 위치(도 4에 도시)와 개방 위치(도 5에 도시) 사이에서 움직이도록 한다. 특히, 헬리콥터(1)가 지면에 가까울 때(이륙 또는 착륙시, 또는 저고도에 정지해 있을 때), 유입된 공기는 불순물을 포함할 수 있고, 따라서, 셔터장치(10)는 전자 조절 유닛(12)에 의하여 이동되어 폐쇄 위치에 유지되어, 유입되는 공기를 여과하고; 반면, 헬리콥터(1)가 높이 비행할 때(즉, 지면으로부터 멀리 떨어져 있을 때, 예를 들어, 수십 미터의 고도에 위치할 때), 유입되는 공기는 불순물을 거의 포함하지 않으므로, 셔터장치(10)는 전자 조절 유닛(12)에 의하여 이동되어 개방 위치에 유지되어, 터빈 엔진(2)의 성능을 (불필요하게) 망치는 것을 방지한다.

더욱이, 전자 조절 유닛(12)은 압력 센서(13)에 연결되고, 이는 공기 필터(8)의 여과 물질의 하류의 튜브형 하우징(4)에 배치되고, 공기 필터(8)를 통하여 유동한 이후의 유입된 공기의 압력을 측정하고; 압력 센서(13)에 의하여 측정되는 유입된 공기의 압력이 역치 미만인 경우, 헬리콥터(1)의 지면과의 근접 정도와 무관하게, 셔터 장치(10)는 전자 조절 유닛(12)에 의하여 이동되어 개방 위치(도 5에 도시)에 유지된다.

다시 말해, 공기 필터(8)가 더 막힐수록, 압력 센서(13)에 의하여 측정되는 유입 공기의 압력은 더 낮아지기 때문에, 압력 센서(13)에 의하여 측정되는 유입되는 공기의 압력은 공기 필터(8)의 막힘 정도를 나타내고; 따라서, 공기 필터(8)가 너무 많이 막힌 경우, 즉, 압력 센서(13)에 의하여 측정되는 유입 공기의 압력이 역치 미만인 경우에는 셔터장치(10)는 전자 조절 유닛(12)에 의하여 이동하여 개방 위치(도 5에 도시)에 유지되어, 터빈 엔진(2)의 성능을 과도하게 망치는 것을 방지한다.

도면에 도시된 구체예에서, 튜브형 하우징(4)은 전방부(14)를 포함하고, 이는 첨두아치 형이고, 이를 통하여, 유입 개구(9)가 얻어지고, 후방부(15)를 포함하고, 이는 원뿔대 형태이고, 이를 통하여 유입 개구(7)가 얻어지며; 따라서, 도면에 도시된 구체예에서, 유입 개구(9)는 전면 위치에 배치되고, 이에 따라 후방 위치에 배치되는 유입 개구(7)의 전방에 배치된다. 도시되지 않은 다른 구체예에 따르면, 유입 개구(7)는 전방 위치에 배치되고, 따라서, 후방 위치에 배치되는 유입 개구(9)의 전방에 배치된다. 헬리콥터(1)가 전방으로 이동하기 때문에, 전방 위치는 개구부가 동일 표면에 대하여, 더 많은 양의 공기를 흡입하고, 따라서, 전방 위치에 배치되는 유입 개구(9)는 후방 위치에 배치되는 유입 개구(7)보다 이에 따른 이익을 갖게 된다는 점을 주목할 필요가 있다.

전방부(14)의 첨두 아치 형태는 테이퍼된(tapered) 형태를 나타내고, 이는 최소의 유체역학 저항성(즉, 훌륭한 공기역학적 투과성)을 제공하도록 디자인되고; 일반적으로 말해, 전방부(14)의 첨두 아치 형은 축방향 대칭성을 갖고, 길이방향 축(5)을 따라 원호의 회전, 또는 실린더 부분의 모선에 대하여 접하는 다른 선다이얼 라인(sundial line)의 회전을 통하여 얻어지고; 이는 테이퍼된 형태를 갖는 프로젝타일(projectile) 자체를 제공하는 목적을 충족시킨다. 가능한 구체예에 따르면, 전방부(14)의 첨두 아치 형태는 또한 길이방향 축(5)에 대하여 완벽한 대칭이 아닐 수 있고, 이는 약간 평평할 수 있고, 다시 말해, 전방부(14)의 첨두 아치 형태는 그 형태가 변형될 수 있고, 이에 따라 길이방향 축(5)에 대하여 완벽한 대칭이 아닐 수 있다.

종합하면, 튜브형 하우징(4)는 전체로 헬리콥터(1)의 비행 방향과 평행한 길이방향 대칭축(5)을 갖는 원뿔형상을 갖고; 원뿔형상을 갖는 튜브형 하우징(4)은 첨두아치 형태를 갖고, 이를 통하여 유입 개구(9)가 얻어지는 전방부(14), 및 원뿔대 형상을 갖고, 이를 통하여 공기 필터(8)에 의하여 연동되는 유입 개구(7)가 얻어지는 후방부(15)를 포함한다. 공기 필터(8)의 원뿔대 형상은 동일 외측 규격을 기준으로 여과 표면을 증가시키고, 여과 표면의 투영면(projection)이 움직임 방향에 수직이 되도록 하고; 따라서, 상기 여과 표면은 헬리콥터(1)의 속도로부터 압력을 회복시킬 수 있다(즉, 이는 소위 "RAM" 효과로부터 이익을 얻을 수 있고, 상기 효과는 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하는 흡입 정지 압력을 증가시킨다.).

전방부(14)의 첨두 아치 형태는 여과 구조 내의 시스템을 갖는 공기흡입 유닛(3)의 공기역학 저항성을 감소시키고; 더욱이, 첨두아치 형태의 전방부(14)에 형성된 유입 개구(9)는 헬리콥터(1)의 속도로부터 압력이 회복되는 것을 가능하게 한다(따라서, 소위 말하는 "RAM"효과의 이익을 얻게 되고, 상기 효과는 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하여 흡입 정지 압력을 증가시킨다.).

공기 필터(8)는 공기 필터의 여과 물질(8)이 축방향 및 반경 방향 모두로 공기의 유동을 가능하게 한다는 사실 때문에 헬리콥터(1)의 속도로부터 더 큰 압력을 회복할 수 있다(즉, 소위 말하는 "RAM"효과의 더 많은 이익을 얻게 되고, 상기 효과는 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하여 흡입 정지 압력을 증가시킨다.).

도면에 도시된 구체예에서, 튜브형 하우징(4)의 후방부(15)는 원뿔대의 형태를 갖고; 결과적으로, 유입 개구(7) 및 유입 개구(7)와 연동되는 공기 필터(8)도 마찬가지로 원뿔대의 형태를 갖는다(전방에는 더 작은 베이스를 갖고, 후방에는 더 큰 베이스를 가짐). 도시되지 않은 다른 구체예에서, 튜브형 하우징(4)의 후방부(15)는 실린더 형태를 갖고; 이에 따라, 유입 개구(7) 및 유입 개구(7)와 연동되는 공기 필터(8)도 마찬가지로 실린더 형태를 갖는다.

각 유입 개구(9)에 대하여 셔터 장치(10)는 각각에 상응하는 파티션(16)을 포함하고, 이는 개방 위치(도 4에 도시)와 폐쇄 위치(도 5에 도시) 사이에서 움직일 수 있다. 특히, 각 파티션(16)은 힌지 연결되어 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전축(17)을 중심으로 회전한다.

도 4 및 도 5에 도시된 구체예에서, 두개의 파티션(16)은 서로 분리되어 있고(즉, 이들은 각각의 구동 수단들을 갖는 각각의 구성요소들로 이루어짐), 및 각각의 회전 축(17)을 중심으로 회전하며, 그 회전 축은 서로 평행하고, 튜브형 하우징(4)의 길이방향 대칭축(5)에 대하여 횡방향이다. 기본적으로, 도 4 및 도 5에 도시된 구체예에서, 각 파티션(16)은 상응하는 유입 개구(9)의 형태를 재현하는 패널이거나, 또는 유입 개구(9) 자체보다 다소 크다.

도 6 내지 도 10에 도시된 구체예에서, 두개의 파티션(16)은 첨두 아치의 형태(즉, 튜브형 하우징(4)의 전방부(14)와 같은 형태)을 갖는 단일 튜브형 몸체(도 10에서 분리되어 도시됨)를 형성하고, 이는 튜브형 몸체(4)의 외벽(4)과 접촉하면서 튜브형 하우징(4)의 전방부(14) 내에 배치된다. 이 구체예에서, 두개의 파티션(16)의 회전축(17)은 튜브형 하우징(4)의 길이방향 축에 대하여 동축방향이다. 더욱이, 이 구체예에서, 각각의 파티션(16)은 관통 구멍(18)을 포함하고, 이는 폐쇄 위치(도 6 및 도 8에 도시)에서는 대응되는 유입 개구(9)로부터 이격되어 있고, 개방 위치(도 7 및 도9에 도시)에서는 대응되는 유입 개구(9)와 겹친다.

비제한적인 가능한 구체예에 따르면, 각 흡입 개구부(9)의 영역에서, 상대적으로 큰 메쉬(1 또는 2 센티미터의 범위)를 갖는 금속 그리드가 배치될 수 있고, 이를 통해 공기 흡입부로 새가 날아드는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.

도 11, 도 12 및 도 13에 도시된 대안적 구체예에서, 공기흡입 유닛(3)은 실린더 형태를 갖는 외부 튜브형 몸체(19)를 포함하고, 이는 적어도 부분적으로는 튜브형 하우징(4)을 둘러싸고: 도 11에 도시된 구체예에서, 외부 몸체(19)는 완전히 튜브형 하우징(4)을 둘러싸고(즉, 전체 튜브형 하우징(4)이 외부 몸체(19)에 포함됨), 반면, 도 12 및 도 13에 도시된 구체예에서, 외부 몸체(19)는 튜브형 하우징(4)의 단지 일부분만을 둘러싼다(즉, 튜브형 하우징(4)의 일부분만이 외부 몸체(19) 내에 포함됨).

특히, 외부 몸체(19)는 적어도 튜브형 하우징(4)의 후방부(15)를 포함하고, 이를 통하여, 공기 필터(8)(즉, 유입 개구(7))는 외부 몸체(19) 내에 포함된다. 외부 몸체(190)의 기능은 공기 필터(8)에 가까운 동압력을 증가시켜 공기 필터(8)의 효율을 증가시키는 것이다(즉, 공기 필터(8)를 통하여 흐르는 공기 유동율을 증가시키기 위함). 외부 몸체(19)는 공기 필터(8)의 최대 외경과 동일한 내경을 가질 수 있고(도 11 및 도 12을 통하여 확인 가능), 또는 이는 공기 필터(8)의 최대 외경보다 큰 내경을 가질 수 있다(도 13에서 확인 가능). 분명히, 외부 몸체(19)의 존재는 도 4 및 도 5에 도시된 파티션(16)의 형태 및 도 6 내지 도 10에 도시된 파티션(16)의 형태와 함께 조합될 수 있다.

도 4 내지 도 13에 도시된 구체예에서, 유입 개구(9)와 연동되는 파티션(16)은 튜브형 하우징(4)의 내측 방향으로 개방되고, 이는 개방 위치에서, 파티션(16)은 완전히 튜브형 하우징(4) 내부에 위치함을 의미한다. 도 14 내지 도 17에 도시된 대안적 구체예에서, 유입 개구(9)와 연동되는 파티션(16)은 튜브형 하우징(4)의 외측으로 개방되고, 이는 개방 위치에서 파티션(16)이 완전히 튜브형 하우징(4)의 외부에 위치하는 것을 의미한다. 튜브형 하우징(4)의 외측으로 파티션을 개방하는 것은 파티션(16)(튜브형 하우징(4)의 완전히 외측에 위치함)이 튜브형 하우징(4) 내로 유동하는 공기에 어떠한 방해도 되지 않기 때문에, 튜브형 하우징(4)으로 도입되는 공기에 의하여 극복되어야 하는 장애를 감소시킨다.

더욱이, 튜브형 하우징(4) 외측으로 개방되는 파티션(16)을 갖는 것은 파티션(16)(완전히 튜브형 하우징(4)의 외측에 위치함)이 공기가 유입 개구(9) 방향으로 유도되도록 하는 전향기의 역할을 하기 때문에, 유입 개구(9)로 유입되는 공기의 양을 증가시킨다.

바람직한 구체예에 따르면, 튜브형 하우징(4)의 내측에서, 전향기 몸체(20)가 배치되고, 이는 유입 개구(9)로부터 유입되는 공기를 엔진(2)의 흡입부로 전향시키고; 다시 말해, 유입 개구(9)로부터 유입되는 공기의 움직임 방향은 현저한 방사상 성분(radial component)을 갖는 경향이 있고, 전향기 몸체(20)의 기능은 유입 개구(9)로부터 유입되는 공기의 움직임 방향을 축방향 성분만을 갖도록 하는 것이고, 이에 따라 난류 발생을 최소화하는 것이다(유입 개구를 통하여 유입되는 공기의 유속을 감소시킴).

튜브형 하우징(4)의 내부에, 원뿔형의 전향기 몸체(20)(예를 들어, 도면에 도시된 바와 같이 역타원형 형태를 가짐)가 삽입되고, 이는 유입 개구(9)로부터 유입되는 공기를 난류를 제한(0까지 감소시킴)하면서, 특히 "정적(static)" 공기(즉, 유동에 의하여 직접 영향받지 않는 영역에 위치하는 공기)의 가능한 부분에 의하여 형성되는 난류를 제한하면서, 엔진(2)의 흡입부로 유도한다.

바람직한 구체예에 따르면, 전향기 몸체(20)(가장 일반적인 형태로 콘과 유사함)는 또한 셔터 장치(10)의 파티션(16)을 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 움직이는 액츄에이터(11)를 포함하기 위하여 사용된다. 더욱이, 전향기 몸체(20)는 또한 공기 필터(8)의 상태를 점검하기 위하여 필요한 센서를 포함하기 위하여 사용된다(예를 들어, 공기 필터(8)의 여과 물질의 하류에 위치하는 튜브형 하우징(4)에 배치되고, 공기 필터(8)를 통하여 유동한 이후에 유입되는 공기의 압력을 측정하기 위하여 디자인되는 압력 센서(13)).

파티션(16)을 폐쇄 위치(도 14에 도시)에서 개방 위치(도 15, 도 16 및 도 17에 도시)로 움직이거나 및 그 반대(즉, 파티션(16)의 개방 및 폐쇄)로 움직이는 것은 회전-해석 움직임(도 15에 도시), 단순한 회전 움직임(도 16에 도시) 또는 단순한 해석 움직임(도 17에 도시)을 통하여 수행될 수 있다. 일반적으로, 회전-해석 움직임이 이중 곡면 파티션(16)의 사용을 가능하게 하고, 이는 단순한 힌지(또는 더 심각하게는 단순 해석)으로는 정확하게 작동하지 않기 ?문에, 회전-해석 움직임(도 15에 도시)이 바람직하고; 이와 관련하여, 이중 곡면이 튜브형 하우징(4)의 전반적인 공기역학 특성을 최적화하기에 중요하다는 것에 주목할 필요가 있다.

회전-해석 움직임(도 15에 도시) 또는 단순 회전 움직임(도 16에 도시)의 경우에, 각 파티션(16)은 회전축(17)을 중심으로 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전하고, 회전축은 튜브형 하우징(4)의 길이방향 대칭축(5)에 대하여 횡방향이고, 파티션(16)의 후방 말단의 영역에 배치된다. 분명히, 각각의 회전축(17)은 고정될 수 있고(도 16에 도시된 단순 회전 움직임), 또는 움직일 수 있다(도 15에 도시된 회전-해석 움직임).

전산 유체역학 분석에 따르면, 특히 빠른 비행속도에서는, 공기의 유동이 개방 위치에 있는 파티션(16)(즉, 튜브형 하우징(4)의 내부에서 함몰된 상태의 파티션(16))에 의하여 튜브형 하우징(4) 내부에 생성되는 난류에 의하여 부정적으로 영향을 받기 때문에, 튜브형 하우징(4) 내부를 향하여 개방된 파티션(16)이 존재하는 경우, 공기의 유동이 유입 개구(9)로 흐르는 것이 어렵다. 더욱이, 튜브형 하우징(4)의 외측을 향하는 움직임 때문에, 파티션(16)은 공기를 유입 개구(9)로 유도하는 유동 전향기가 된다.

튜브형 하우징(4)과 전향기 몸체(20)의 외측으로 향하여 개방된 파티션(16)의 존재 때문에, 튜브형 하우징(4)의 외측 공기역학 최적화에 의하여 여과 상태(즉, 파티션(16)은 폐쇄 위치에 있고, 유입되는 공기는 공기 필터(8)에 의하여 연동되는 유입 개구(7)를 통하여 유동함) 하에서, 및 (심지어는 더 이익이 되는 방법으로) 자유 흡입 상태(즉, 파티션(16)은 개방 위치에 있고, 유입되는 공기는 가능한 유입 개구(9)를 통하여 유동함) 하에서 높은 성능을 얻는 것이 가능하고, 따라서, 소모가 줄어들고, 엔진(2)의 성능이 개선된다.

도면에서 단순한 예시로 도시된 구체예는 터빈 엔진(2)에 관한 것이나, 본 발명은 어떠한 다른 종류의 항공기 엔진에서도 유용한 적용분야를 찾을 수 있다.

상기한 공기흡입 유닛(3)은 헬리콥터(1)의 주 엔진과 연결될 수 있고, 또는 보조 파워 유닛(APU)의 보조 엔진에 연결될 수 있고; 다시 말해, 상기한 공기흡입 유닛(3)은 헬리콥터(1)의 엔진 작동을 위하여 외부에서 신선한 공기가 흡입될 수 있는 어떠한 상황에서도 사용될 수 있다.

도면에서 단순 예로 보여지고 있는 구체예는 헬리콥터(1)에 관한 것이나, 본 발명은 어떠한 종류의 항공기, 따라서, 비행기에서도 유용한 적용분야를 찾을 수 있다.

기술된 구체예들은 서로 조합될 수 있고, 이는 본 발명의 보호 범위를 벗어나는 것이 아니다.

상기 공기흡입 유닛(3)은 수많은 장점이 있다.

무엇보다, 상기한 공기흡입 유닛(3)은 항공기(1)가 많은 양의 먼지가 있는 지역에서 안전하게 비행할 수 있게 하고(지면에 가까운 공기는 자연 바람에 의하여 및 항공기(1)의 움직임에 의하여 유발되는 공기 흐름에 의하여 불순물이 많이 포함됨), 이는 필요한 경우 터빈 엔진(2)에 의하여 흡입되는 공기를 예방적으로 여과함으로써, (셔터 장치(10)르 폐쇄 위치로 움직임에 의하여) 작동하는 공기 필터(8)의 존재 때문이다.

더욱이, 항공기(1)가 고고도로 비행할 때(즉, 지면으로부터 상대적으로 높이 위치할 때), 공기 필터(8)는 바이패스되므로(셔터 장치(10)을 개방 위치로 위치시킴), 상기한 공기흡입 유닛(3)은 성능을 망치지 않으면서도, 거의 전체 비행동안 작동될 수 있다.

공기 필터(8)의 원뿔대 형태 때문에, 공기 필터(8)를 통해(즉, 유입 개구(7)를 통해) 유입되는 공기는 역학적 효과("RAM" 효과)로부터 이익을 받을 수 있고, 이는 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하여 흡입 정적 압력이 증가되는 것을 가능하게 한다는 것을 주목할 필요가 있다. 동일한 방법으로, 유입 개구(9)의 전방 위치 때문에, 유입 개구(9)(명확하게, 셔터 장치(10)가 개방 위치에 있을 때)를 통하여 유입되는 공기는 또한 역학적 효과("RAM" 효과)에 의하여 이익을 받을 수 있고, 이는 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하여 흡입 정적 압력이 증가되는 것을 가능하게 할 수 있다. 이와 같은 방법으로, 공기 흡입 유닛(3)의 흡입 효율은 셔터 장치(10)가 개방 위치에 있을 때, 및 셔터 장치(10)가 폐쇄 위치에 있을 때 모두 항상 높다.

더욱이, 셔터 장치(10)가 폐쇄 위치에 있을 때, 첨두아치 형 전방부(14)는 공기 흡입 유닛(3)의 공기역학적 저항성을 최소화시키고, 및 공기 필터(8)의 영역에서 회오리의 생성을 감소시킨다(소용돌이 공기 유동은 헬리콥터(1)의 전방 움직임에 의하여 형성되는 동압력을 이용하여 흡입 정적 압력을 증가시키는 역학적 효과("RAM" 효과)를 감소시킴).

종합하면, 상기한 공기흡입 유닛(3)은 유입 개구(7)를 통해(즉, 공기 필터(8)를 통해) 유동하는 공기를 위한, 및 유입 개구(9)를 통해(즉, 공기 필터(8)를 바이패스하는) 유동하는 공기를 위한 역학적 효과("RAM" 효과)의 최적화를 초래하고, 따라서, 양 상태에서 동시에 공기역학적 저항을 최소화한다.

마지막으로, 셔터 장치(10)의 움직임이 단순한 방법으로 얻어지고, 상업적으로 유통되는 부품들에 의하여 얻어지므로, 상기한 공기흡입 유닛(3)은 제조하기 쉽게 저렴하다.

1 헬리콥터
2 엔진
3 공기흡입 유닛
4 튜브형 하우징
5 길이방향 축
6 외벽
7 유입 개구
8 공기 필터
9 유입 개구
10 셔터 장치
11 액츄에이터
12 전자 조절 유닛
13 압력 센서
14 전방부
15 후방부
16 파티션
17 회전축
18 관통 구멍
19 외부 몸체
20 전향기 몸체

Claims

외벽(6)과 함께 제공되고, 전방부(14) 및 후방부(15)를 갖는 튜브형 하우징(4);
튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 후방부(15)에서 얻어지고, 엔진(2) 작동을 위하여 필요한 외부 공기가 주입될 수 있는 적어도 하나의 제1 유입 개구(7);
튜브형 하우징(4)에 의하여 지지되고, 제1 유입 개구(7)와 연동되어, 제1 유입 개구(7)를 통하여 유입되는 외부 공기를 여과하는 적어도 하나의 공기 필터(8);
튜브형 하우징(4)의 외벽(6)을 통하여 전방부(14)에서 얻어지고, 제1 유입 개구(7) 및 공기 필터(8)로부터 분리되고, 이와 독립적이며, 엔진(2) 작동을 위하여 필요한 외부 공기가 주입될 수 있는 적어도 하나의 제2 유입 개구(9);
제2 유입 개구(9)와 연결되고, 제2 유입 개구(9)를 폐쇄하는 폐쇄 위치와 제2 유입 개구(9)를 통하여 통로를 개방하도록 하는 개방 위치 사이에서 움직일 수 있는 셔터 장치(10); 및
폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 셔터 장치(10)를 작동시키는 액츄에이터(11)
를 포함하는 항공기 엔진(1)을 위한 공기흡입 유닛(3)이되,
공기 필터(8)의 여과 물질은 측벽의 영역에 배치되고, 공기가 축방향 및 반경 방향 모두로 가로지를 수 있게 하고, 이의 전면 및 후면에 각각의 자유 개구를 포함하고,
흡입 유닛(3)은
제1 유입 개구(7)에 제공되는 후방부(15)는 원뿔대의 형상을 갖고;
제1 유입 개구(7)에 연동되는 공기 필터(8)는 원뿔대의 형상을 갖고;
제2 유입 개구(9)에 제공되는 전방부(14)는 첨두아치 형(ogive-shaped)을 갖는 것을 특징으로 하는 항공기 엔진(1)을 위한 공기흡입 유닛(3)
제1항에 있어서, 셔터 장치(10)는 튜브형 하우징(4) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제1항 또는 제2항에 있어서, 셔터 장치(10)는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 움직일 수 있는 파티션(16)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제3항에 있어서, 파티션(16)은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 회전 축을 중심으로 회전할 수 있도록 힌지 연결되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제4항에 있어서, 회전축(17)은 튜브형 하우징(4)의 길이방향 대칭축(5)에 대하여 횡방향인 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제4항에 있어서, 회전축(17)은 튜브형 하우징(4)의 길이방향 대칭축(5)에 대하여 동축방향인 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제6항에 있어서, 파티션(16)은 폐쇄 위치에서는 제2 유입 개구(9)와 이격되고, 개방 위치에서는 제2 유입 개구(9)와 겹치는 관통 구멍(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제7항에 있어서, 파티션(16)은 첨두아치형이고, 튜브형 하우징(4)의 전방부(14) 형상을 재현하고, 튜브형 하우징(4)의 외벽(6)과 접촉하면서 튜브형 하우징(4)의 전방부(14) 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브형이고, 실린더 형태 및 주변부를 가지는 외부 몸체(9)를 포함하고, 적어도 부분적으로 튜브형 하우징(4)을 포함하여, 튜브형 하우징(4)이 적어도 부분적으로는 외부 튜브형 몸체(9)에 포함되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제9항에 있어서, 외부 몸체(9)는 튜브형 하우징(4) 후방부(15)만을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제3항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 셔터 장치(10)는 적어도 하나의 파티션(16)을 포함하고, 이는 튜브형 하우징(4)의 외측 방향으로 개방되어, 개방 위치에서 파티션(16)은 완전히 튜브형 하우징(4)의 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제11항에 있어서, 개방 위치에서, 파티션(16)은 공기가 제2 유입 개구(9)로 유동하도록 하는 전향기(deflector)로서 작동하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제11항 또는 제12항에 있어서, 액츄에이터(11)는 회전-해석 움직임(rotation-translation movement)을 통하여 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 파티션(16)을 이동시키는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제11항, 제12항 및 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 튜브형 하우징(4) 내부에 배치되고, 유입 개구(9)를 통하여 유입되는 공기를 엔진(2)의 흡입부로 전향시키는 원뿔 형상을 갖는 전향기 몸체(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제14항에 있어서, 전향기 몸체(20)는 역타원형 형상(reverse elliptical shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3)
제14항 또는 제15항에 있어서, 전향기 몸체(20)는 액츄에이터(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).
제14항, 제15항 및 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 전향기 몸체(20)는 공기 필터(8)의 상태를 점검하는 적어도 하나의 센서(13)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기흡입 유닛(3).