KR20210116440A - 호버-가능 항공기용 로터 - Google Patents

Abstract

허브(6, 8); 및 복수의 블레이드(7, 14)를 포함하는 로터(3, 5)가 설명되며; 각각의 블레이드(7, 14)는 축(B)을 따라 연장하고, 선단 에지(20) 및 말단 에지(21); 상부 표면(22) 및 하부 표면(23); 선단 에지(20) 및 말단 에지(21)의 접점을 결합하는 코드(15); 및 복합 재료로 만들어지고 블레이드(7, 14)의 제 1 축(B)을 따라 지향된 토크를 견디도록 구성된 폐쇄 쉘(30)을 포함하며; 쉘(30)은 서로 분리되고 상호 대향 측면에서 각각의 쉘(30)의 범위를 정하는 제 1 및 제 2 요소(31, 32); 연관된 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 각각의 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 제 1 단부(37, 38) 사이에 개재된 제 1 연결 요소(34); 및 연관된 제 1 및 제 2 요소(31, 32)에 연결되고 선단 에지(20)의 측면에 배열된 제 3 요소(80)를 포함하며; 제 1 연결 요소(34)는 각각의 제 1 면(100)에 연결되며; 제 3 요소(80)는 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 각각의 제 2 면(101)에 연결되며; 블레이드(7, 14)는 제 4 요소(80)와 제 1 연결 요소(34) 사이에 개재된 제 4 요소(70)를 포함한다.

Description

호버-가능 항공기용 로터

관련 출원의 상호 참조

본 특허 출원은 2018년 11월 30일자로 출원된 유럽 특허 출원 번호 18209448.2 호를 우선권으로 주장하며, 그 전체 개시는 원용에 의해 본 출원에 포함된다.

본 발명은 호버-가능 항공기(hover-capable aircraft), 특히 전환식 비행기(convertiplane) 또는 헬리콥터용 로터(rotor)에 관한 것이다.

대안적으로, 항공기는 오토자이로(autogyro) 또는 자이로다인(gyrodyne)일 수 있다.

항공기는 승무원 또는 자가-조종에 의해 조종될 수 있다.

공지된 바와 같이, 헬리콥터는 동체, 동체로부터 돌출하고 제 1 축을 중심으로 회전할 수 있는 메인 로터, 및 동체의 꼬리 부분에서 돌출하고 제 1 축을 가로지르는 제 2 축을 중심으로 회전 가능한 테일 로터(tail rotor)를 포함한다.

특히, 메인 로터는 헬리콥터를 공중에 유지하고 헬리콥터의 전진, 후진 및 측면 이동을 허용하는데 필요한 양력을 제공하도록 구성된다. 테일 로터는 대신에, 메인 로터의 작동에 의해 야기될 수 있는 헬리콥터의 회전에 대응하고 요잉(yawing)(즉, 제 1 축에 대한 헬리콥터의 회전)을 허용하도록 구성된다.

공지된 방식으로, 메인 로터(또는 테일 로터)는 마스트(mast)(또는 구동 샤프트), 마스트에 의해 회전 구동되는 허브, 및 허브에 힌지 연결되고(hinged) 제 1 축을 가로지르는 각각의 제 3 축을 따라 연장하는 복수의 블레이드(blade)를 포함한다.

제 1 축을 중심으로 회전할 때, 각각의 블레이드의 반경 방향 외측 선단부는 "로터 디스크"로서 공지된 가상의 원주를 설명한다.

각각의 블레이드는 차례로,

- 선단 에지(leading edge) 및 말단 에지(trailing edge); 그리고

- 서로 대향하는 각각의 표면을 한정하고 선단 에지와 말단 에지 사이에서 연장하는 상부 표면과 하부 표면을 포함한다.

특히, 블레이드의 전진 이동에 따라서, 선단 에지는 말단 에지 이전의 공기와 상호 작용한다.

더 정확하게 말하면, 각각의 블레이드는 공기와의 상호 작용에 따라 필요한 수준의 양력을 발생하기 위해서 각각의 제 3 축에 직교하는 섹션(section)에 특정 프로파일을 가져야 한다.

각각의 블레이드는 또한, 공기 역학적 효과와 원심력에 의해 발생된 하중을 견딜 수 있어야 한다.

이들 하중은 실질적으로,

- 실질적으로 제 3 축을 따라 지향된 축 방향 하중;

- 제 3 축에 실질적으로 평행한 토크;

- 로터 디스크 평면에 직각으로 지향되고 소위, 블레이드의 플래핑 평면(flapping plane)에서 작용하는 제 1 굽힘 모멘트; 및

- 로터 디스크 평면으로 지향되고 로터 디스크의 소위 항력 평면에서 작용하는 제 2 굽힘 모멘트에 대응한다.

전통적인 유형의 해결책에 따르면, 각각의 블레이드는 차례로,

- 각각의 제 3 축을 따라 연장하고 축 방향 하중, 토크 및 굽힘 모멘트를 지지하도록 설계된 스파(spar);

- 벌집 형상체 재료 또는 Rohacell로 만들어지고 원하는 공기 역학적 형상을 블레이드에 제공하도록 구성되는 필러; 및

- 블레이드의 상부 표면과 하부 표면을 한정하는 외피를 포함한다.

RU-C-2541574 호는 헬리콥터용 스파 없는 블레이드를 설명한다.

특히, 블레이드는:

- 단일 조각으로 만들어지고 외피에 결합되어 비틀림 방지 쉘(shell)을 형성하기 위해 블레이드의 말단 에지까지 연장하는 개방형 C-형상 하프-쉘;

- 말단 에지에 대향하는 하프-쉘의 에지와 블레이드의 선단 에지 사이의 범위를 정하는(delimited) 영역; 및

- 하프-쉘 내측에 수용되는 필러를 포함한다.

필러는 정상적으로, 예를 들어 벌집 형상체 재료로 형성된다.

블레이드 균형을 맞추도록 구성된 질량이 수용되는 몇몇 섹션을 제외하면 전술한 영역이 필러로 충전된다.

블레이드에 가해지는 응력은 허브에 대한 장착 섹션에서 더 크다.

이들 허브 장착 섹션에서, RU-C-2541574 호에 도시된 블레이드의 하프-쉘은 한 쌍의 추가의 상호 평행 인서트를 포함한다.

EP-A-2415665 호는 헬리콥터용 스파 없는 블레이드의 추가 해결책을 설명한다.

더 구체적으로, EP-A-2415665 호에 설명된 스파 없는 블레이드는 블레이드의 종 방향 연장 축에 대해 경사진 복수의 리브를 포함하며, 각각의 리브는 블레이드의 선단 에지 및 말단 에지 사이에서 연장한다.

이러한 해결책에서, 굽힘 모멘트는 주로 외피에 의해 지지되고 리브는 최대 하중 탄성 불안정성의 위험을 감소시킨다.

업계에서는 블레이드의 전체 제작 비용을 감소시킬 필요에 대해 인식하고 있다.

더 상세하게, 업계에서는 블레이드의 구성요소 수를 감소시킬 필요에 대해 인식하고 있다.

또한, 업계에서는 블레이드의 항력 평면에서 높은 축 방향 강성 및 굴곡 강성을 갖는 동시에, 제작이 간단하고 저렴한 블레이드를 제작할 필요에 대해 인식하고 있다.

EP-A-3293110 호 및 US-A-5346367 호는 스파가 있는 로터 블레이드를 개시한다.

EP-A-3246248 호는 제 1 항의 전제부에 따른 로터를 개시한다.

본 발명의 목적은 간단하고 저렴한 방식으로 위에 명시된 요구 중 적어도 하나를 만족하는 호버-가능 항공기용 로터를 제공하는 것이다.

전술한 목적은 호버-가능 항공기용 로터에 관한 한, 제 1 항에 정의된 바와 같은 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명은 또한, 제 2 항에 정의된 바와 같은 호버-가능 항공기용 로터에 관한 것이다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해서, 오직 비-제한적인 예로서 그리고 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예가 이하에서 설명된다.
- 도 1은 본 발명에 따른 로터를 포함하는 헬리콥터의 사시도이다.
- 도 2는 도 1의 로터의 블레이드의 평면도이다.
- 도 3은 도 2의 III-III 및 IV-IV 선을 따른 도 1 및 도 2의 블레이드의 분해 단면도이다.
- 도 4는 도 2의 III-III 및 IV-IV 선을 따른 도 1 및 도 2의 블레이드의 단면도이다.
- 도 5는 도 2의 V-V 선을 따른 도 1 및 도 2의 블레이드의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 참조 부호 1은 항공기, 특히 호버-가능 항공기 및 도시된 경우 헬리콥터를 나타낸다.

헬리콥터(1)는 기본적으로 동체(2), 동체(2)의 상부에 배열된 메인 로터(3) 및 테일 로터(5)를 포함한다.

동체(2)는 그의 대향 단부에, 노즈(nose; 17) 및 테일 로터(5)를 지지하는 테일 붐(boom)(4)을 포함한다.

메인 로터(3)는 차례로:

- 축(A)을 중심으로 회전 가능한 허브 (6); 및

- 허브(6)로부터 각각의 축(B)을 따라 연장하고 허브(6)에 힌지 연결된 복수의 블레이드(7)를 포함한다.

유사하게, 테일 로터(5)는 차례로, 축(A)을 가로지르는 축(E)을 중심으로 회전 가능한 허브(8) 및 허브(8)로부터 연장하고 허브(8)에 힌지 연결된 복수의 블레이드(14)를 포함한다.

아래 설명에서 일반성을 잃지 않고 메인 로터(3)가 참조되어야 한다.

상이한 유형의 로터(3)가 공지되어 있으며, 그 각각은 허브(6) 상의 블레이드(7)의 힌지에 대한 상이한 실시예를 고려하고 있음을 강조하는 것이 중요하다.

로터(3)의 블레이드(7)는 축(A)을 가로지르는 각각의 종 방향 연장 축(B)을 가지며 축(A)에 대향하는 각각의 선단부(19)를 포함한다.

특히, 축(A)을 중심으로 하는 상대 회전 동안 그리고 허브(6)에서 블레이드(7)의 힌지 연결(hinging) 이후, 각각의 블레이드의 반경 방향 외부 선단부(19)는 "로터 디스크(rotor disc)"로 공지된 가상 원주를 설명한다.

로터(3)의 유형에 따라서, 각각의 블레이드(7)는 허브(6)에 대해 하나 이상의 회전 자유도를 가진다.

이들 회전 자유도는:

- 블레이드(7)의 입사 각도를 변화시킬 수 있도록 축(B)에 대한 회전과 연관된 입사 각도;

- 예컨대, 로터 디스크 평면에서 블레이드(7)의 리드-래그(lead-lag) 이동을 허용하도록 축(A)에 대해 평행하고 오프셋된 축(C)을 중심으로 한 회전과 연관된 항력 각도(drag angle); 및

- 예컨대, 로터 디스크 평면에 직각으로 블레이드(7)의 플래핑 이동을 허용하도록 축(A, B 및 C)을 가로지르는 축(D)를 중심으로 한 회전과 연관된 플랩 각도에 대응한다(도 2).

더 구체적으로, 로터(3)의 유형 및 허브(6) 상의 블레이드(7)의 힌지 연결에 따라서, 전술한 입사 각도, 항력 및 플랩 각도는 강성, 반-강성 또는 블레이드(7)의 탄성 변형을 통해 얻어지는 회전에 대응한다.

사용시, 블레이드(7)는 축(A)을 중심으로 한 회전 및 기류와의 공기 역학적 상호작용에 따라서,

- 축(B)에 실질적으로 평행하고 축(A)에 대향 방향으로 지향하는 원심력;

- 축(B)을 따라 지향되는 토크;

- 플랩 축(D)을 따라 지향되는 제 1 굽힘 모멘트; 및

- 항력 축(C)을 따라 지향되는 제 2 굽힘 모멘트를 받는다.

더 구체적으로, 모든 블레이드(7)가 동일하기 때문에, 일반성을 잃지 않고 단일 블레이드(7)가 이하에서 참조되어야 한다.

블레이드(7)는 차례로:

- 서로 대향하는 선단 에지(20) 및 말단 에지(21); 그리고

- 서로 대향하는 각각의 표면을 한정하고 선단 에지(20)와 말단 에지(21) 사이에서 연장하는 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)을 포함한다.

특히, 블레이드(7)의 전진 이동 후, 선단 에지(20)는 말단 에지(21) 이전에 공기와 상호작용한다.

축(B)에 직교하는 평면에서 블레이드의 섹션(S)을 참조하면(도 3 및 도 4), 블레이드(7)의 코드(chord; 15), 즉 섹션(S) 내의 말단 에지(21)와 선단 에지(20)의 접점(point)을 연결하는 세그먼트를 식별할 수 있다.

도 2를 참조하면, 블레이드(7)는 축(B)을 따라서 축(A)에 대해 반경 방향 외측 방향으로 진행하는:

- 허브(6)에 힌지 연결된 뿌리 부분(도 5);

- 점진적으로 증가하는 코드(chord)(15)를 갖는 전이 부분(24);

- 거의 일정한 코드(15)를 갖는 메인 부분(25)(도 2); 및

- 선단부(19)를 한정하는 단부 부분을 더 포함한다.

더 상세하게, 뿌리 부분은 볼트(26)를 통해 허브(6)에 힌지 연결된 연결 요소(도시되지 않음)에 대한 단단한 연결을 허용하는 하나 이상의 부싱 구멍을 포함하여, 블레이드(7)의 입사 각도, 플래핑 각도 및 항력 각도를 변경할 수 있다.

특히, 블레이드(7)는 토크, 플래핑 모멘트, 항력 모멘트 및 원심력에 반응하도록 제공된 얇은 벽의 쉘(30)을 포함한다.

쉘(30)은:

- 각각의 서로 반대 측에서 쉘(30)의 범위를 정하고 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)에 배열되고, 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 서로 이격된 각각의 단부(37 및 38)를 가지는, 서로 분리된 한 쌍의 벽(31 및 32);

- 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 각각의 벽(31 및 32)의 단부(37 및 38) 사이에 개재되는 연결 요소(34);

- 벽(31, 32)에 연결되고 선단 에지(20)의 측면에 배열되는 추가 연결 요소(80); 및

- 연결 요소(80)와 연결 요소(34) 사이에 개재되는 노즈(70)를 포함한다(도 3 및 도 4).

연결 요소(34)는 벽(31 및 32)의 각각의 면(100)에 연결되고, 연결 요소(80)는 벽(31 및 32)의 면(100)에 대향하는 각각의 면(101)에 연결된다.

쉘(30)은 또한, 상부 표면(22)과 하부 표면(23) 사이에 개재되고 말단 에지(21)의 측면에 배열되는 추가 연결 요소(33)를 포함한다.

더 상세하게, 벽(31, 32)은 말단 에지(21)의 측면에 배열되고 서로 이격된 각각의 단부 에지(39 및 40)를 포함한다.

벽(31 및 32)의 면(101)은 각각 블레이드(7)의 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)을 한정한다.

벽(31 및 32)의 면(100)은 면(101)에 대향하며 각각 블레이드(7)의 상부 표면(22)의 대향 측면 및 하부 표면(23)의 대향 측면에 배열된다.

연결 요소(34)는 단부(37 및 38)의 측면에서 벽(31 및 32)의 면(100)에 연결된다.

요소(80)는 단부(37 및 38)의 측면에서 벽(31 및 32)의 면(101)에 연결된다.

벽(31, 32)은 단부 에지(39 및 40)로부터 각각의 단부 에지(37 및 38)를 향해 진행하는 섹션의 프로파일을 따라서 처음에 서로 분기되었다가 서로를 향해 수렴한다.

벽(31, 32)은 각각 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)의 라이(lie)에 평행하게 놓여 있고, 전술한 라이에 직교하는 두께를 가진다.

벽(31, 32)은 말단 에지(21)로부터 선단 에지(20)로 진행하는:

- 한정된 곡률의 각각의 세그먼트(35); 및

- 더 뚜렷한 곡률의 각각의 세그먼트(36)를 더 포함한다.

도시된 경우, 말단 에지(21)로부터 선단 에지(20)를 향해 진행하는 경우, 세그먼트(35)의 두께는 코드(15)의 길이(M)의 65 내지 70%에 대해 일정하다.

세그먼트(36)는 각각의 세그먼트(35)보다 더 두껍고 서로 대향한다.

더 상세하게, 섹션(S)에서 코드(15)에 평행하게 측정된, 선단 에지(20)에 대향하는 세그먼트(36)의 단부와 선단 에지(20) 사이의 거리(L)는 코드(15)의 길이(M)의 30 내지 35%와 같다.

벽(31, 32)은 블레이드(7)의 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)을 각각 부분적으로 한정한다.

또한, 노즈(70)는 섹션(S)을 참조하여 코드(15)에 평행한 방향을 따라 연결 요소(34 및 80) 사이에 개재된다.

더욱이, 노즈(70)는 한 측면 상에서 요소(80)에 의해, 다른 측면 상에서 연결 요소 (34) 및 각각의 벽(31, 32)의 단부(37, 38)에 의해 범위가 정해진 공간을 차지한다.

도시된 경우, 노즈(70)는 축(B)에 평행하게 적층된 복합 재료로 만들어진다.

노즈(70)는 도시된 경우에 공동 없는 중실형 본체이고, 가능하다면 관성 및 균형 질량으로서 작용하는 개별 금속 요소와 통합된다.

노즈(70)가 차지한 공간은 블레이드(7)의 프로파일에 따라서 그리고 블레이드(7)가 받는 하중에 따라서 축(B)을 따라 변한다.

특히, 노즈(70)는:

- 벽(52)에 평행하고 그 위에 중첩된 벽(71); 및

- 쉘(30)에 대해 벽(71)에 대향하는 곡선 벽(72)에 의해 범위가 정해진다.

연결 요소(33)는 말단 에지(21)의 측면에 배열되고 벽(31, 32)의 각각의 단부(39, 40)에 연결되어서, 말단 에지(21)의 측면에서 쉘(30)을 폐쇄한다.

도시된 경우, 연결 요소(33)는 다음의, 가능하다면 공존하는 요소:

- 말단 에지(21)로부터 멀리 분기되는 한 쌍의 상호 입사 직선 벽(42, 43); 및/또는

- 말단 에지(21)의 측면에서 쉘(30)의 단부에 있는 C-형상 연결 요소(도시되지 않음) 중 하나에 의해 형성된다.

블레이드(7)는:

- 쉘(30) 내부에 수용되고 블레이드(7)에 원하는 공기 역학적 형상을 부여하도록 제공되는 필러(41); 및

- 노즈(70)에 대해 쉘(30)의 반대 측면, 즉 말단 에지(21)의 측면에 배열된 보강재(60)를 더 포함한다.

도시된 경우에, 필러(41)는 구조적 폼, 특히 ROHACELL로 만들어진다. 대안 적으로, 필러(41)는 비-금속 벌집 형상체 재료로 만들어질 수 있다.

특히, 필러(41)는:

- 벽(31, 32) 사이에 개재되고 면(100)에 의해 적어도 부분적으로 범위가 정해지는 메인 부분(55); 및

- 선단 에지(20)를 향하고 연결 요소(34)에 의해 한정된 격실 내부에 수용되는 선단부 부분(56); 및

- 말단 에지(21)를 향하고 연결 요소(33)에 의해 한정된 격실 내부에 수용되는 선단부 부분(57)을 포함한다.

보강재(60)는 말단 에지(21)에서 연결 요소(33)에 적용된다.

블레이드(7)는:

- 필러(41)의 반대 측면에 있는 노즈(70)를 둘러싸고 그에 중첩되는 추가 연결 요소(80); 및

- 연결 요소(80)를 둘러싸고 연결 요소(80)를 덮도록 적용되는 선단 에지(20)를 한정하는 보호 벽(81)을 더 포함한다.

연결 요소(80) 및 벽(81)은 얇은 벽 구조를 가진다.

연결 요소(80) 및 벽(81)은 섹션(S)에서 C-형상 구조를 가진다.

연결 요소(80)는 섹션(S)을 참조하여 코드(15)에 평행한 방향을 따라서 벽(81)과 노즈(70) 사이에 개재된다. 요소(80)는 방향(B)으로 평행하게 적층된 복합 재료, 특히 섬유 보강 수지의 층으로 구성된다.

일 실시예에서, 상기 복합 재료 층은 비행 중에 얼음 형성을 방지하거나 얼음의 용융 및 분리에 유리하기 위해서 선단 에지(20)를 가열하도록 구성된 얇은 벽의 가열 요소(도시되지 않음)와 통합되거나 조합된다. 각각의 가열 요소는 특히, 복합 재료의 섬유, 특히 섬유 보강 수지의 두 층 사이에 개재된 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 전도성 트랙 층으로 형성된다.

도시된 경우, 벽(31 및 32), 연결 요소(33 및 34) 및 보강재(60)는 복합 재료, 특히 섬유 보강 수지로 만들어진다.

벽(31 및 32)은 축(B)에 평행하고 가로지르는 방향(예를 들어 45°)으로 층을 적층함으로써 얻어지며; 연결 요소(33, 34) 및 보강재(60)는 축(B)에 평행한 방향으로 층의 적층을 통해 얻어진다.

벽(81)은 티타늄 또는 스틸 또는 니켈 합금으로 만들어지고, 가능하다면 폴리우레탄으로 만들어진 접착성 외부 층과 통합되는 많은 요소로 만들어진다.

따라서 블레이드(7)의 상부 표면(22)은 벽(81)의 일부분, 벽(31)의 일부분 및 보강재(60)의 일부분에 의해 한정된다.

블레이드(7)의 하부 표면(23)은 벽(81)의 나머지 일부분, 벽(32)의 일부분 및 보강재(60)의 나머지 일부분에 의해 한정된다.

선단 에지(20) 및 말단 에지(21)는 각각 벽(81)의 단부 에지 및 보강재(60)에 의해 한정된다.

블레이드(7)에는 축(B)을 따라 연장하는 스파가 없음을 강조하는 것이 중요하다.

블레이드(7)에 작용하는 구조적 하중은 다음과 같은 방식으로 흡수된다.

벽(31, 32) 및 노즈(70)의 더 두꺼운 세그먼트(36)는 원심력의 우세한 부분을 흡수한다.

벽(31 및 32)의 더 두꺼운 세그먼트(36)는 쉘(30)이 플랩 축(D)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 우세한 부분을 흡수할 수 있게 한다.

이는 더 두꺼운 세그먼트(36)가 플래핑 평면의 굽힘과 연관된 중립 축에 대해 서로 반대편에 배열되어, 축(D)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 결과로써 더 큰 수직 응력이 발생하는 영역에서 블레이드(7)의 섹션(S)을 강화하기 때문이다.

노즈(70) 및 보강재(60)는 항력 축(C)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 우세한 부분을 흡수한다.

이는 노즈(70) 및 보강재(60)가 항력 평면에서 굽힘과 연관된 중립 축에 대해 서로 반대편에 배열되어, 축(C)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 결과로써 더 큰 수직 응력이 발생하는 영역에서 블레이드(7)의 섹션(S)을 강화하기 때문이다.

벽(31, 32) 및 연결 요소(33, 34 및 80)에 의해 형성된 쉘(30)은 블레이드(7)의 축(B)을 따라 지향된 토크의 우세한 부분을 흡수한다.

이는 쉘(30)이 토크에 의해 발생된 접선 응력을 견디기 위해서 섹션(S)의 전체 영역을 이용하는 폐쇄 구조를 생성하기 때문이다.

사용시, 마스트는 허브(6)와 블레이드(7)를 회전 구동시키는 축(A)을 중심으로 회전한다.

로터(3)의 기능은 단일 블레이드(7)와 관련해서만 아래에서 설명된다.

허브(6)에 의해 구동되는 동안, 블레이드(7)는 허브(6)에 대해 그의 방위를 변경한다.

특히, 로터(3)의 작동 후에, 블레이드(7)는 입사 각도, 항력 각도 및 플랩 각도만큼 허브(6) 및 축(B, C 및 D)을 중심으로 회전한다.

기류와의 공기 역학적 상호 작용 및 축(A)을 중심으로 한 회전으로 인해 블레이드(7)가:

- 축(B)에 실질적으로 평행하고 축(A)에 반대 방향으로 지향된 원심력;

- 축(B)를 따라 지향된 토크;

- 플랩 축(D)을 따라 지향된 제 1 굽힘 모멘트; 및

- 항력 축(C)을 따라 지향된 제 2 굽힘 모멘트를 받게 된다.

더 구체적으로, 벽(31, 32) 및 노즈(70)의 더 두꺼운 세그먼트(36)는 원심력의 우세한 부분을 흡수한다.

벽(31 및 32)의 더 두꺼운 세그먼트(36)는 벽(31 및 32)이 플랩 축(D)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 우세한 부분을 흡수할 수 있게 한다.

노즈(70) 및 보강재(60)는 항력 축(C)을 따라 지향된 굽힘 모멘트의 우세한 부분을 흡수한다.

벽(31, 32) 및 연결 요소(33, 34 및 80)에 의해 형성된 쉘(30)은 블레이드(7)의 축(B)을 따라 지향된 토크의 우세한 부분을 흡수한다.

또한, 로터(3)의 작동 중에, 벽(81)은 공기 중에 정상적으로 존재하는 고체 입자 및 물로 인한 침식으로부터 블레이드(7)의 노즈(70) 및 선단 에지(20)를 보호한다.

본 발명에 따라 제조된 로터(3)의 검토로부터, 그에 따라 달성될 수 있는 장점이 분명하다.

특히, 쉘(30)은 벽(31 및 32), 노즈(70) 및 연결 요소(33 및 80)에 의해 형성된다.

이는 블레이드(7)의 축 방향 강성 및 축(D)에 직교하는 항력 평면에서의 굴곡 강성을 증가시킬 수 있다. 후자는 노즈(70)가 축(B)으로부터 이격되고 블레이드(7)의 선단 에지(20)에, 즉 굽힘 항력 모멘트에 저항하는 섹션(S)의 중립 축으로부터 최대 거리에 배치되기 때문에 상승된다. 이는 굽힘 항력 모멘트가 최대 수직 응력을 발생하는 블레이드(70)의 영역에 노즈(70)를 배열할 수 있게 한다.

이러한 방식으로, 블레이드(7)는 목재, 금속 또는 복합 재료로 만들어진 스파를 사용할 필요 없이 항력 평면에서 원하는 축 방향 강성 및 굴곡 강성을 제공할 수 있다.

더욱이, 스파가 없더라도 블레이드(7)는 섹션(S)에서 코드(15)에 평행한 강화제를 필요로 하지 않는다.

쉘(30)은 블레이드(7)의 코드(15)에 대해 대칭인 개방된 얇은 벽 구조를 갖는 연결 요소(33 및 34)에 의해 그리고 요소(80)에 의해 범위가 정해진다.

이는 목재, 금속 또는 복합 재료로 만든 스파를 사용함이 없이:

- 쉘(30)이 토크에 저항하는 폐쇄된 얇은 벽 섹션을 한정한다는 사실로 인한 높은 비틀림 강성; 및

- 플래핑 평면에서 높은 굴곡 강성을 동시에 달성할 수 있다.

이러한 굽힘 강성은 벽(31, 32)의 부분(35, 36)이 축(B)으로부터 이격되게, 즉 굽힘 플랩 모멘트에 저항하는 섹션(S)의 중립 축으로부터 최대 거리에 배열되기 때문에 증가된다. 이는 굽힘 플랩 모멘트가 최대 수직 응력을 발생하는 블레이드(70)의 영역에서 벽(31 및 32)의 부분(35 및 36)의 재료를 배열할 수 있게 한다. 또한, 벽(31, 32)의 부분(35, 36)은 축(B)에 대해 대칭이며, 이를 따라 원심력이 발생하여 그러한 하중에 대한 저항에 기여한다.

더욱이, 연결 요소(34)는 벽(31 및 32)의 면(100)에 연결되는 반면에, 요소(80)는 벽(31 및 32)의 면(101)에 연결된다.

이는 벽(31 및 32), 요소(80) 및 연결 요소(34) 사이의 연결 표면을 증가시키는 것을 허용하고, 이에 따라 예를 들어, 접착에 의해 상기 연결 표면을 통해 전달될 수 있는 힘을 증가시킨다.

노즈(70) 및 벽(31, 32)은 별개의 분리된 본체로 만들어진다.

이는 노즈(70) 및 벽(31 및 32)의 제조 및 적층 공정을 용이하게 하고, 블레이드(7)의 상이한 섹션(S)에서 노즈(70) 및 벽(31 및 32)이 취하는 형상 덕분에 최대 유연성을 허용한다.

실제로, 노즈(70) 및 벽(31 및 32)을 특히 쉽게 얻을 수 있는 형태의 단일 몰드로 만드는 것이 가능하지만, 수동 또는 자동 섬유 배치(Automated Fibre Placement; AFP)로 공지된 자동화 기술을 통해 복합 재료를 증착하는데 매우 적합하다.

따라서 블레이드(7)는 임의의 유형 또는 재료의 스파가 없고 벽(31 및 32), 연결 요소(33 및 34) 및 보강재(60)는 복합 재료로 만들어진다.

따라서 블레이드(7)는 AFP로 공지된 기술을 사용하여 만든 하위 요소를 통해 거의 전체적으로 만들어질 수 있으며 블레이드의 제작 비용 및 시간 측면에서 장점이 분명한 금형-내 접합 절차(공동-경화, 공동-접합 및 2차 접합)를 사용하여 연속적으로 조립할 수 있다.

벽(81)은 정상적으로 공기 중에 존재하는 고체 입자 및 물로 인한 침식으로부터 블레이드(7)의 노즈(70) 및 선단 에지(20)를 보호한다.

마지막으로, 본 명세서에 설명된 로터(3)에 대해 수정 및 변형이 이루어질 수 있다는 것이 자명하다.

특히, 블레이드(7)를 갖는 로터(3)는 메인 로터 대신 헬리콥터(1)의 테일 로터일 수 있다.

헬리콥터(1) 대신에, 로터(3)는 조종사 또는 원격 제어 전환식 비행기 또는 자이로다인에 적용될 수 있다.

더욱이, 블레이드(7 또는 14)는 블레이드(7 또는 14)의 정적인 균형을 맞추기 위해 추가된 국소적인 질량을 포함할 수 있다. 이들 질량은 블레이드(7)의 몇몇 섹션(S)에 대해서만 노즈(70)의 위치를 차지할 수 있다.

마지막으로, 연결 요소(33)의 벽(42, 43)은 날카로운 모서리로 결합되는 대신에, 부드럽게 연결될 수 있다.

Claims (13)

1. - 호버-가능 항공기(hover-capable aircraft; 1)용 로터(rotor; 3, 5)로서:
   - 허브(hub; 6, 8); 및
   - 상기 허브(6, 8)에 힌지 연결된(hinged) 복수의 블레이드(blade; 7, 14)를 포함하며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)는 축(B)을 따라 연장하고, 차례로:
   - 서로 대향하는 선단 에지(leading edge; 20) 및 말단 에지(trailing edge; 21);
   - 서로 대향하고 상기 선단 에지(20)와 상기 말단 에지(21) 사이에서 연장하는 상부 표면(22) 및 하부 표면(23);
   - 상기 축(B)에 직교하는 상기 블레이드(7, 14)의 섹션(section; S)에서 상기 선단 에지(20) 및 상기 말단 에지(21)의 접점(point)을 결합하는 코드(chord; 15); 및
   - 복합 재료로 만들어지고 상기 블레이드(7, 14)의 제 1 축(B)을 따라 지향된 토크(torque)를 견디도록 구성된 폐쇄 쉘(closed shell; 30)을 포함하며;
   상기 쉘(30)은:
   - 서로 분리된 제 1 및 제 2 요소(31, 32)로서, 상호 대향 측면에서 각각의 상기 쉘(30)의 범위를 정하고(delimiting) 각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 상부 표면(22) 및 상기 하부 표면(23)에 각각 배열되며; 각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 연관된 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 서로 이격된 각각의 제 1 단부(37, 38)를 포함하는, 제 1 및 제 2 요소(31, 32);
   - 연관된 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 각각의 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 상기 제 1 단부(37, 38) 사이에 개재된 제 1 연결 요소(34); 및
   - 연관된 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)에 연결되고 선단 에지(20)의 측면에 배열된 제 3 요소(80)를 포함하며;
   상기 제 1 연결 요소(34)는 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 각각의 제 1 면(100)에 연결되며;
   상기 제 1 면(100)은 상기 블레이드(7)의 상기 상부 표면(22)의 반대 측면 및 상기 하부 표면(23)의 반대 측면에 각각 배열되며;
   상기 블레이드(7, 14)는 상기 제 3 요소(80)와 상기 제 1 연결 요소(34) 사이에 개재된 제 4 요소(70)를 더 포함하는, 호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5)에 있어서,
   상기 제 3 요소(80)는 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 대응하는 상기 제 1 면(100)에 대향하는 각각의 제 2 면(101)에 연결되며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 각각, 적어도 부분적으로 블레이드(7, 14)의 대응하는 상기 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)의 라이(lie)에 실질적으로 평행한 라이를 가지며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 각각의 상기 상부 표면(22) 및 하부 표면(23)의 라이에 대해 횡 방향으로 두께를 가지며;
   상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 각각, 서로 대향하는 제 1 및 제 2 부분(36)을 포함하고 각각의 상기 제 2 및 제 3 요소(31, 32)의 각각의 나머지 부분(35)보다 더 큰 두께를 가지며;
   상기 섹션(S)에서 상기 코드(15)에 평행한 상기 부분(36)의 연장부(L)는 상기 섹션(S)에서 상기 코드(15)의 길이(M)의 30% 내지 35% 범위인 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
2. - 호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5)로서:
   - 허브(6, 8); 및
   - 상기 허브(6, 8)에 힌지 연결된 복수의 블레이드(7, 14)를 포함하며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)는 축(B)을 따라 연장하고, 차례로:
   - 서로 대향하는 선단 에지(20) 및 말단 에지(21);
   - 서로 대향하고 상기 선단 에지(20)와 상기 말단 에지(21) 사이에서 연장하는 상부 표면(22) 및 하부 표면(23);
   - 상기 축(B)에 직교하는 상기 블레이드(7, 14)의 섹션(S)에서 상기 선단 에지(20) 및 상기 말단 에지(21)의 접점을 결합하는 코드(15); 및
   - 복합 재료로 만들어지고 상기 블레이드(7, 14)의 제 1 축(B)을 따라 지향된 토크를 견디도록 구성된 폐쇄 쉘(30)을 포함하며;
   상기 쉘(30)은:
   - 서로 분리된 제 1 및 제 2 요소(31, 32)로서, 상호 대향 측면에서 각각의 상기 쉘(30)의 범위를 정하고 각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 상부 표면(22) 및 상기 하부 표면(23)에 각각 배열되며, 각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 연관된 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 서로 이격된 각각의 제 1 단부(37, 38)를 포함하는, 제 1 및 제 2 요소(31, 32);
   - 연관된 선단 에지(20)의 측면에 배열되고 각각의 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 상기 제 1 단부(37, 38) 사이에 개재된 제 1 연결 요소(34); 및
   - 연관된 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)에 연결되고 선단 에지(20)의 측면에 배열된 제 3 요소(80)를 포함하며;
   상기 제 1 연결 요소(34)는 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 각각의 제 1 면(100)에 연결되며;
   상기 제 1 면(100)은 상기 블레이드(7)의 상기 상부 표면(22)의 반대 측면 및 상기 하부 표면(23)의 반대 측면에 각각 배열되며;
   상기 블레이드(7, 14)는 상기 제 3 요소(80)와 상기 제 1 연결 요소(34) 사이에 개재된 제 4 요소(70)를 더 포함하는, 호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5)에 있어서,
   상기 제 3 요소(80)는 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 대응하는 상기 제 1 면(100)에 대향하는 각각의 제 2 면(101)에 연결되며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)는 스파(spar)가 없으며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 쉘(30)은 블레이드(7, 14)에 원하는 형상을 제공하도록 구성된(adapted) 발포체(foam) 또는 벌집 형상체(honeycomb) 재료(41)로 충전되는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
3. 제 2 항에 있어서,
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 4 요소(70)는 복합 재료로 만들어지고 상기 제 1 연장 축(B)에 평행하게 적층되는(laminated) 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 4 요소(70)는 중실형(solid)인 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)는 상기 제 1 단부(37, 39)에 대향하는 각각의 제 2 단부(39, 40)를 가지며 연관된 말단 에지(21)의 측면에 배열되며;
   각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 상기 제 2 단부(39, 40)는 서로 이격되는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
6. 제 5 항에 있어서,
   각각의 상기 블레이드(7, 14)는, 연관된 말단 에지(21)의 측면에 각각의 제 1 및 제 2 요소(31, 32)의 상기 제 2 단부(39, 40) 사이에 개재된 제 2 연결 요소(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 제 1 및 제 2 연결 요소(33, 34)는, 상기 섹션(S)에서 상기 코드(15)에 대해 대칭인 각각의 개방된 얇은 벽 프로파일(open thin-wall profile)을 가지는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 3 요소(80)는 상기 제 4 요소(70)에 연접하게 배열되는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
9. 제 8 항에 있어서,
   각각의 상기 블레이드(7, 14)는 상기 연관된 선단 에지(20)를 규정하고 연관된 상기 제 3 요소(80)에 적어도 부분적으로 중첩되는 보호 요소(81)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2 및 제 4 요소(31, 32, 70) 및/또는 상기 제 1 및 제 2 연결 요소(33, 34) 중 적어도 하나는 복합 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는,
    호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
11. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 블레이드(7, 14)의 상기 쉘(30)은 블레이드(7, 14)에 원하는 형상을 제공하도록 구성된 발포체 또는 벌집 형상체 재료(41)로 충전되는 것을 특징으로 하는,
    호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
12. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 상기 블레이드(7, 14)는 스파가 없는 것을 특징으로 하는,
    호버-가능 항공기(1)용 로터(3, 5).
13. 호버-가능 항공기(1)에 있어서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 로터(3, 5)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    호버-가능 항공기(1).

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