KR20240063921A - 로터 허브 시스템 및 방법 - Google Patents

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KR20240063921A
KR20240063921A KR1020247010282A KR20247010282A KR20240063921A KR 20240063921 A KR20240063921 A KR 20240063921A KR 1020247010282 A KR1020247010282 A KR 1020247010282A KR 20247010282 A KR20247010282 A KR 20247010282A KR 20240063921 A KR20240063921 A KR 20240063921A
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elastomeric bearing
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rotor blades
blade
internal
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KR1020247010282A
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Inventor
브라이언 마샬
크리스토퍼 헤이델
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슈퍼널, 엘엘씨
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Abstract

본 개시의 실시예는 허브를 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 시스템은 적어도 두 개의 블레이드, 적어도 두 개의 블레이드를 회전시키기 위해 적어도 두 개의 블레이드에 기계적으로 연결된 모터, 여기서 모터는 프레임에 부착되고; 그리고 적어도 두 개의 블레이드로부터 프레임으로 하중을 전달하도록 구성된 허브를 포함하는 허브를 제공하고, 여기서 각각의 블레이드는 허브에 부착된 내부 탄성중합체 베어링에 결합되고, 그리고 여기서 각각의 블레이드는 허브에 부착된 외부 탄성중합체 베어링에 결합된다. 허브는 내부 탄성중합체 베어링에 대한 부착부에서 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나를 결합하도록 구성된 피치 혼을 포함할 수 있다.

Description

로터 허브 시스템 및 방법
본 개시의 주제는 일반적으로 로터 허브 또는 로터 허브 어셈블리에 관한 것이다.
예를 들어 로터(rotor) 또는 프로프로터(proprotor)에 의해 추진되거나 또는 당겨지는 차량 또는 보트를 포함하여, 추력(thrust)을 생성하기 위해 로터 또는 프로프로터를 사용하는 다양한 차량(vehicle)이 현재 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있다. 예를 들어, 에어크래프트(aircraft)는 수평 추력 에어크래프트(예를 들어, 고정 윙 에어크래프트) 및 수직 추력 에어크래프트(예를 들어, 헬리콥터), 또는 이 둘의 조합("수직 이륙 및 착륙" 또는 "VTOL(Vertical Take Off and Landing)"과 같은)의 일반적인 카테고리를 포함한다. 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 인식되는 바와 같이, 이러한 차량 모두는 수평 및/또는 수직 평면에서 추진력을 생성하기 위해 사용되는 로터 또는 프로프로터를 제어하고 파워를 전달하기 위한 허브를 사용할 수 있다.
상기 언급된 바와 같이, 일부 에어크래프트는 에어크래프트가 수직 이륙할 수 있도록 실질적으로 수직인 방향으로 위치되거나, 또는 에어크래프트가 실질적으로 수평으로(즉, 지표면에 실질적으로 평행한 방향으로) 비행할 수 있도록 실질적으로 수평인 방향으로 위치될 수 있는 블레이드(blade) 또는 블레이드들을 포함할 수 있다. 이러한 에어크래프트에서, 블레이드의 회전에 의해 생성되는 하중은 허브를 통해 에어프레임(airframe)으로 전달될 수 있다. 허브의 일부는 블레이드와 함께 회전할 수 있으며, 허브의 일부는 블레이드와 함께 피치를 변경할 수 있는 반면 다른 부분은 블레이드와 함께 피치를 변경하지 않는다.
로터 또는 프로프로터를 사용하는 에어크래프트에 관한 효율적인 하중 전달은 예를 들어 허브의 중량 및 공간 요구사항을 최소로 유지하여, 항력(drag)을 감소시킬 수 있는 것을 포함하여, 여러 이유로 바람직하다. 추가적으로, 예를 들어 에어크래프트 동작 중에 기본 하중 경로(primary load path)가 실패한 경우 대체 하중 경로(alternative load path)를 제공하는 것을 포함하여, 허브가 여러 가지 안전 사건을 다룰 수 있도록 하는 중복 하중 경로(duplicative load path)가 바람직하다. 게다가, 유지관리 및 교체 비용을 줄이기 위해 추진력을 생성하기 위해 사용되는 구성요소의 수를 줄이는 것이 더욱 바람직하다.
간략하게 설명하면, 본 개시의 주제의 실시예는 허브 어셈블리를 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 개시의 예시적인 측면은 허브 어셈블리에 관한 것이다. 일부 실시예에 따르면, 허브 어셈블리는 적어도 두 개의 블레이드, 적어도 두 개의 블레이드를 회전시키기 위해 적어도 두 개의 블레이드에 기계적으로 연결된 모터, 여기서 모터는 프레임에 부착되고; 적어도 두 개의 블레이드로부터 프레임으로 하중을 전달하도록 구성된 허브를 포함할 수 있고, 여기서 적어도 두 개의 블레이드 중 하나의 블레이드는 허브에 부착된 내부 탄성중합체 베어링(inboard elastomeric bearing)에 결합되고 허브에 부착된 외부 탄성중합체 베어링(outboard elastomeric bearing)에 결합된다. 일부 실시예에서, 허브는 실질적으로 서로 수직인 두 개의 구성으로 작동하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 허브는 내부 탄성중합체 베어링에 대한 부착부에서 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나를 결합하도록 구성된 피치 혼(pitch horn)을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 허브는 피치 혼을 피치 컨트롤러에 결합하도록 구성된 링크를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 허브는 내부 탄성중합체 베어링과 외부 탄성중합체 베어링으로부터 하나의 블레이드로 실질적으로 평면-내(in-plane) 힘을 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링은 압축 시 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 탄성중합체 베어링은 내부 탄성중합체 베어링이 하나의 블레이드의 원심력을 견디지 못하는 경우 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링은 허브의 피치 변경을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링은 각각 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 피치 변경을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 프레임은 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링 중 하나 이상의 고장 모드를 감지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다.
본 개시의 예시적인 측면은 차량에 양력 또는 추력을 제공하는 방법에 관한 것으로, 방법은: 구동 샤프트(drive shaft)를 통해 모터로부터 적어도 두 개의 블레이드로 파워를 전달하는 단계; 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링을 포함하는 허브를 통해 적어도 두 개의 블레이드 중 하나의 블레이드를 지지하는 단계, 여기서 하나의 블레이드는 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링에 부착되고; 하나의 블레이드로부터 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-외(out-of-plane) 힘을 전달하는 단계; 그리고 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-내 힘을 전달하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나는 제1 플랜지(flange) 및 제2 플랜지를 포함할 수 있고, 여기서 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링은 제1 플랜지 및 제2 플랜지 사이에 있다.
전술한 내용은 본 개시의 주제의 단지 몇 가지 측면만을 요약한 것이고 청구범위에 기재된 것과 같은 본 개시의 주제의 전체 범위를 반영하려는 의도는 아니다. 본 개시의 주제의 추가적인 특징 및 이점은 다음의 설명에 기재되어 있고, 설명으로부터 명백할 수 있거나, 또는 본 개시의 주제를 실시함으로써 학습될 수 있다. 또한, 전술한 요약 및 다음의 상세한 설명은 모두 예시적이고 설명적이며 청구범위에 기재된 것과 같은 본 개시의 주제에 대한 추가적인 설명을 제공하도록 의도된다.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는, 첨부된 도면은, 본 개시의 주제의 다수의 실시예를 도시하고, 설명과 함께, 본 개시의 주제의 원리를 설명하는 역할을 하며; 그리고 또한, 본 개시의 주제의 범위를 어떤 방식으로든 제한하려는 의도가 아니다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 3은 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 4는 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 5는 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 6은 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
도 7은 본 개시의 일부 실시예에 따른 허브 어셈블리를 도시한다.
전술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명은 단지 예시적이고 설명적일 뿐이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
이제 예시적인 실시예를 상세히 참조할 것이며, 그 일부 예가 첨부된 도면에 도시되어 있다.
본 발명의 원리 및 특징의 이해를 용이하게 하기 위해, 다양한 예시적인 실시예가 아래에 설명된다. 특히, 본 개시의 주제는 하나 이상의 로터를 포함하는 차량을 위한 시스템 및 방법의 맥락에서 설명된다. 일부 실시예에서, 허브의 작동은 수직 이륙 및 착륙 에어크래프트와 같은, 차량 상에서 작동하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 수직 및 수평은 차량이 휴지상태(rest)(예를 들어, 이륙 전)에 있을 때 지표면에 대한 방향을 일반적으로 지칭하도록 사용되나, 차량은 작동 중에 지표면에 대해 방향을 변경할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 수직 이륙 및 착륙 크래프트에서, 허브는 실질적으로 서로 수직인 두 개의 구성으로 작동하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 허브는 예를 들어 이륙을 위해 실질적으로 수직 구성으로 작동하도록 구성될 수 있고, 예를 들어 순항(cruise)을 위해 실질적으로 수평 구성으로 작동하도록 구성될 수 있다.
예시적인 개시된 실시예는 로터 허브 어셈블리를 위한 장치, 시스템, 및 방법을 포함한다. 일 실시예에서, 허브 어셈블리는 윙, 붐(boom), 동체(fuselage), 미부(empennage), 또는 하부구조(undercarriage)의 구조와 같은, 에어프레임 구조를 포함하는 에어크래프트에서 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 개시된 실시예에 따른 허브 어셈블리는 고정-윙 에어크래프트, 헬리콥터, 보트, 자동차, 또는 수직 이륙 및 착륙 에어크래프트(VTOL)를 포함하는, 다수의 차량에서 사용될 수 있다. 차량은 예를 들어, 택시, 배달 차량, 개인 차량, 화물 운송, 단거리 또는 장거리 운송 에어크래프트, 및/또는 비디오/사진촬영 크래프트를 포함하여, 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 목적을 위해 사용될 수 있는 것으로 구상된다.
해당 기술분야의 통상의 기술자가 인식하듯이, 개시된 실시예는 항력을 감소시키기 위해 허브의 프로파일을 최소화하고 허브 어셈블리의 중량 및 공간 요구사항을 감소시키도록 의도된다. 추가적으로, 허브 어셈블리는 극심한 날씨, 기계적 고장, 또는 충돌로 인한 상황을 포함하여, 허브 어셈블리가 다양한 차량 또는 에어크래프트 기동 및/또는 상황을 처리할 수 있도록 중복 하중 경로를 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 허브 어셈블리는 기본 하중 경로가 실패하는 경우 대체 하중 경로를 포함할 수 있다. 허브 어셈블리는 유지관리를 줄이기 위해 구성요소의 수를 감소시킬 수 있으며 유지관리가 덜 필요한 구성요소를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 로터 허브 어셈블리는 또한 예를 들어, 크래프트-내(in-craft) 방향으로 강성 구조를 제공함으로써, 수평 주행 시 월 플러터(whirl flutter)의 위험을 줄이도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 허브 어셈블리는 예를 들어, 블레이드를 내부 탄성중합체 베어링 및 피치 혼에 부착시키기 위한 핀을 사용하여, 다수의 주요한 구성요소에 관한 필요성을 감소시키도록 구성될 수 있다. 허브 어셈블리는 또한 예를 들어, 내부 탄성중합체 베어링이 고장난 경우 안전-장치 조건(fail-safe condition)으로서 원심력에 반응하는 외부 탄성중합체 베어링에 의해, 중복 하중 경로를 제공하도록 구성될 수 있다. 허브 어셈블리는 윤활 및/또는 검사의 필요성을 줄이거나 또는 제거하기 위해 탄성중합체 베어링을 사용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 허브 어셈블리의 고장 모드는 하나 이상의 센서에 의해 감지 가능할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 에어프레임 또는 다른 차량 구조에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 센서는 진동 또는 다른 물리적 이동을 감지할 수 있다.
도 1 내지 6은 본 개시에 따른 허브 어셈블리의 비-제한적인 실시예를 도시한다. 설명된 예시 및 실시예는 본 개시의 원리 및 방법의 이해를 용이하게 하기 위해 사용되는 단순화된 설명을 표현한다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 허브 어셈블리(100)는 블레이드(102) 및 허브(104)를 포함할 수 있다. 블레이드(102)는 허브(104)의 중심 주위로 및/또는 중심에 대해 이동하도록 구성될 수 있다. 블레이드(102)는 도 1에 도시된 바와 같이, 다섯 개의 블레이드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 블레이드(102)는 다섯 개 보다 적거나 또는 다섯 개 보다 많은 블레이드를 포함할 수 있다. 허브(104)는 블레이드(102)와 함께 이동하도록 구성될 수 있다. 허브(104)는 압입(press fit), 용접(weld), 볼트(bolt), 핀(pin), 또는 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 부착 방법 중 하나 이상을 통해 블레이드(102)에 부착될 수 있다. 블레이드(102)는 복잡 재료, 금속, 플라스틱, 또는 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 재료를 포함할 수 있다. 로터 마스트(rotor mast)(도시되지 않음)는 허브(104) 및 블레이드(102)를 회전시키도록 에어프레임으로부터 연장될 수 있다. 로터 마스트는 구동 샤프트(도시되지 않음)에 의해 구동되도록 구성될 수 있다. 구동 샤프트는 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되도록 구성될 수 있다.
도 2 내지 7은 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 유사하거나 또는 동일한 도면부호가 각각의 도면에 사용되지만, 각각의 도면은 허브 어셈블리(100)의 실시예를 도시하고 특징은 각각의 도면에 관해 설명되거나 또는 도시된 바와 같이 도면마다 변경될 수 있다. 허브 어셈블리(100)의 어떤 특징은 이들 예에서 도시되지 않거나 또는 설명되지 않으며 여기서 이들 특징은 다른 실시예에 관해 설명된 것과 유사할 수 있다.
도 2는 허브(104)의 중심을 향하는 방향인, 내부 방향(106으로 도시됨)을 갖는 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 역으로, 외부 방향(도시되지 않음)은 반대 방향, 즉 허브(104)의 중심을 벗어나는 방향이다. 내부 방향(106)의 특정한 방향이 도 2에 표시되었으나, 내부 또는 외부 방향에 대한 참조는 단지 허브 어셈블리(100)의 다른 도시된 구성요소에 대한 도면의 방향에 대한 참조로서 의미될 뿐이며, 달리 제한하려는 의도는 아니다.
도 3은 허브(104) 및/또는 블레이드(102)를 가로지르는 방향인, 평면-내 방향(108로 도시됨)을 갖는 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 평면-내 방향(108)의 특정한 방향이 도 3에 표시되었으나, 평면-내 방향에 대한 임의의 참조는 허브 어셈블리(100)의 다른 도시된 구성요소에 대한 도면의 방향에 대한 참조이며, 달리 제한하려는 의도는 아니다.
도 4는 허브(104) 및/또는 블레이드(102)에 수직한 방향인, 평면-외 방향(110으로 도시됨)을 갖는 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 평면-외 방향(110)의 특정한 방향이 도 4에 표시되었으나, 평면-외 방향에 대한 임의의 참조는 허브 어셈블리(100)의 다른 도시된 구성요소에 대한 도면의 방향에 대한 참조이며, 달리 제한하려는 의도는 아니다.
도 5는 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 허브 어셈블리(100)는 피치 제어 메커니즘(101)(예를 들어, 블레이드에 대한 링크 또는 연결을 액츄에이트 하도록 구성된 스와시플레이트(swashplate) 또는 컨트롤러), 피치 혼(pitch horn)(112), 요크(yoke)(114), 내부 탄성중합체 베어링(116), 링크(118), 및 핀(120)을 포함할 수 있다. 허브 어셈블리(100)는 외부 탄성중합체 베어링(122)(도 5에 도시되지 않음)을 더 포함할 수 있다. 해당 기술분야의 통상의 기술자가 이해하는 바와 같이, 허브 어셈블리(100)는, 각각의 블레이드(102)에 관해, 적어도 하나의 피치 혼(112) 및 적어도 하나의 링크(118)를 포함할 수 있다.
피치 혼(112)은 블레이드(102)의 피치를 조정하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 피치 혼(112)은 블레이드(102)의 피치를 조정하도록 액츄에이트 될 수 있고, 여기서 액츄에이션은 피치 제어 메커니즘에 의해 제어된다. 피치 혼(112)은 블레이드(102)의 상부 표면 및/또는 블레이드(102)의 하부 표면에서 부착될 수 있다. 피치 혼(112)은 링크(118)에 부착될 수 있다. 피치 혼(112)은 도 2를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 부착부로부터 블레이드(102)로 외부 방향으로 연장될 수 있다. 링크(118)에 대한 피치 혼(112)의 부착부는 블레이드(102)에 대한 피치 혼(112)의 부착부로부터 외부 방향일 수 있다. 블레이드(102)는 내부 탄성중합체 베어링(116)에 부착시키기 위한 일체형 루트 커프(integral root cuff)를 포함할 수 있다. 블레이드(102)는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 포함할 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및/또는 외부 탄성중합체 베어링(122)은 제1 플랜지 및 제2 플랜지 사이에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 요크(114)는 로터 마스트(도시되지 않음)로부터 블레이드(102)로 기계적 에너지를 전달하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 요크(114)는 콘(cone) 및 스플라인(spline)을 통해 로터 마스트에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 요크(114)는 블레이드(102), 내부 탄성중합체 베어링(116), 및 에어프레임으로부터의 로터 마스트에 부착될 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 탄성중합체 층 및 금속 층을 포함할 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 하나 이상의 방향으로의 동시 하중 및 변형을 지지하도록 구성될 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 부틸 고무(butyl rubber) 또는 로터 베어링을 생성하기 위한 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 다른 물질을 포함할 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 블레이드(102)의 피치 변경을 허용하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 각각의 블레이드(102)의 피치는 개별적으로 변경될 수 있거나, 또는 모든 블레이드의 피치는 서로 다른 양 또는 동일한 양으로 동시에 변경될 수 있다. 또한, 각각의 블레이드는 자신의 피치 컨트롤러를 가질 수 있거나 또는 하나의 피치 컨트롤러가 다수의 블레이드를 제어하기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 평면-외 및 평면-내 전단력을 견디도록 구성될 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 평면-외 축 및 평면-내 축에 평행한 전단력을 견디도록 구성될 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122) 각각은 주기적 피치 변경이 적용될 때 상대적으로 높은 허브 모멘트를 허용하는 강성을 포함할 수 있으며, 여기서 주기적 피치 변경은 로터 디스크의 방위각을 중심으로 하는 추력의 변화를 유도한다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116) 및 외부 탄성중합체 베어링(122)의 사용은 윤활의 필요성을 감소시키거나 및/또는 제거할 수 있다. 일부 실시예에서, 분해할 필요없이 허브 및 탄성중합체 베어링이 육안으로 검사될 수 있으므로 초음파 검사의 필요성이 감소되거나 및/또는 제거될 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)은 피치 혼(112), 블레이드(102), 및/또는 요크(114)에 부착될 수 있다. 일부 실시예에서, 핀(120)은 피치 혼(112), 블레이드(112), 및/또는 내부 탄성중합체 베어링(116)을 함께 지지하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 링크(118)는 피치 제어 메커니즘(101)(부분적으로 도시됨)에 부착될 수 있다. 링크(118)는 도 4를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 평면-외 방향(110)을 따라 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 피치 혼(112)에 대한 링크(118)의 부착부는 평면-외 방향(110)을 따라 있을 수 있고 피치 제어 메커니즘(101)에 대한 링크(118)의 부착부로부터 에어프레임으로부터 벗어날 수 있다. 일부 실시예에서, 링크(118)는 타이-로드(tie-rod)를 포함할 수 있다.
도 6은 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)은 상부 부착부를 블레이드(102)에 부착시키고 하부 부착부를 블레이드(102)에 부착시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)은 부착부로부터 블레이드(102)로 외부 방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)은 도 2를 참조하여 상기 논의된 바와 같이, 부착부로부터 블레이드(102)로 외부 방향으로 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, 요크(114)에 대한 내부 탄성중합체 베어링(116)의 부착부는 블레이드(102)에 대한 내부 탄성중합체 베어링(116)의 부착부로부터 외부 방향일 수 있다. 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)의 원추형 형상은 블레이드(102)의 원심력에 반응하는 역할을 할 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116)은 원추형 형상, 원통형 형상, 원형 형상, 또는 탄성중합체 베어링에 관해 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 다른 형상을 포함할 수 있다는 것이 고려된다.
일부 실시예에서, 외부 탄성중합체 베어링(122)은 요크(114) 및 블레이드(102)를 부착시킬 수 있다. 외부 탄성중합체 베어링(122)은 원추형 형상, 원통형 형상, 원형 형상, 또는 탄성중합체 베어링에 관해 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 임의의 다른 형상을 포함할 수 있다는 것이 고려된다. 일부 실시예에서, 외부 베어링(122)의 탄성중합체 팩의 원통형 형상은 외부 방향으로 늘어나는 것을 허용하여 정상 작동 시 원심력에 반응하지 않도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 핀(도 6에 도시되지 않음)은 블레이드(102) 및 외부 탄성중합체 베어링(122)을 지지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 블레이드(102)는 외부 탄성중합체 베어링(122)에 부착시키기 위한 일체형 루트 커프를 포함할 수 있다. 일체형 루트 커프는 블레이드 그립(blade grip)의 필요성을 피할 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 탄성중합체 베어링(122)은 내부 탄성중합체 베어링(116)으로부터 외부 방향에 있을 수 있다. 일부 실시예에서, 외부 탄성중합체 베어링(122)은 내부 탄성중합체 베어링(116)이 블레이드(102)의 원심력을 견디지 못하는 경우 원심력을 견디도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 내부 베어링(116)이 고장나기 시작하면 원심력에 반응하는 것을 점진적으로 멈출 수 있고 외부 베어링(122)의 안전 장치 기능이 원심력을 전달하도록 시작될 수 있다. 이러한 시나리오에서, 로터(100)는 설계에 따라 진동하기 시작하여, 에어프레임에 부착된 센서(도시되지 않음)가 임박한 고장을 감지하고 조종사 또는 기체 컴퓨터에 조치를 취하도록 알릴 수 있다. 다른 조건은 해당 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 바와 같이 외부 베어링(122)이 원심력을 전달하게 할 수 있다. 센서는 진동, 분리, 균열, 임계력, 또는 해당 기술분야의 통상의 기술자가 이해할 수 있는 다른 고장 조건을 포함하는 하나 이상의 고장 조건을 감지하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예에서, 센서는 가속도계일 수 있다.
도 7은 허브 어셈블리(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 내부 탄성중합체 베어링(116)은 핀(120)에 의해 블레이드(102)(도시되지 않음) 및/또는 피치 혼(112)을 부착시키도록 구성될 수 있다. 내부 탄성중합체 베어링(116)은 회전을 방지하기 위해 하나 이상의 핀 또는 유사한 핀으로 요크(114)에 부착되도록 구성될 수 있다. 외부 탄성중합체 베어링(122)은 핀(128)에 의해 블레이드(102)(도시되지 않음)를 부착시키도록 구성될 수 있다. 핀(128)은 회전-방지(anti-rotation) 핀(126)을 포함할 수 있다. 핀(120)은 회전-방지 핀을 포함할 수 있다. 외부 탄성중합체 베어링(122)은 요크(114)를 부착시키도록 구성될 수 있다. 핀(128)은 요크(114)에 대해 블레이드(102)(도시되지 않음)의 각진 표면을 수용하는 각도에 있을 수 있다.
개선된 허브는 효율적인 하중 전달을 제공하고, 허브의 구성요소 수의 감소를 제공하고, 유지관리를 감소시키고, 그리고 안전-장치 조건을 제공하기 위해 차량에 통합될 수 있다. 본 개시에 따른 개선된 허브는 시스템 또는 방법으로서 차량에 통합될 수 있다. 예를 들어, 차량에 양력 또는 추력을 제공하기 위한 방법은 구동 샤프트 또는 로터 마스트를 통해 모터로부터 적어도 두 개의 블레이드(예를 들어, 블레이드(102))로 기계적 에너지를 전달하는 단계, 내부 탄성중합체 베어링(예를 들어, 내부 탄성중합체 베어링(116)) 및 외부 탄성중합체 베어링(예를 들어, 외부 탄성중합체 베어링(122))을 포함하는 허브(예를 들어, 허브 어셈블리(100))를 통해 적어도 두 개의 블레이드 중 하나의 블레이드를 지지하는 단계, 여기서 하나의 블레이드는 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링에 부착되고; 하나의 블레이드로부터 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-외 힘(예를 들어, 방향(110)으로)을 전달하는 단계; 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-내 힘(예를 들어, 방향(108)로)을 전달하는 단계; 그리고 피치 혼(예를 들어, 피치 혼(112))을 통해 하나의 블레이드의 피치를 조정하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 피치 혼은 내부 탄성중합체 베어링에서 부착된다. 일부 실시예에서, 하나의 블레이드(예를 들어, 블레이드(102))는 제1 플랜지 및 제2 플랜지(예를 들어, 루트 커프)를 포함할 수 있고, 여기서 내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링은 제1 플랜지 및 제2 플랜지 사이에 있다. 차량은 에어크래프트일 수 있다. 차량은 수직 이륙 및 착륙 크래프트 차량일 수 있다.
본 개시는 다양한 도면에 도시되고 위에서 설명된 바와 같이, 복수의 예시적인 측면과 관련하여 설명되었지만, 다른 유사한 측면이 본 개시 수정을 위해 사용될 수 있고 본 개시를 벗어나지 않고 본 개시의 동일한 기능을 수행하기 위해 설명된 측면에 추가가 이루어질 수 있음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 개시의 다양한 측면에서, 방법 및 구성물은 본 개시의 주제의 측면에 따라 설명되었다. 특히, 본 개시의 측면은 수직 이륙 크래프트를 제공하기 위한 시스템 및 방법과 관련하여 설명되었다. 추가적으로, 이 설명된 측면에 대한 다른 동등한 방법 또는 구성물 또한 본 명세서의 교시에 의해 고려된다. 따라서, 본 개시는 임의의 단일의 측면으로 제한되어서는 안되며, 오히려 첨부된 청구범위에 따라 폭과 범위가 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 적어도 두 개의 로터 블레이드;
    상기 적어도 두 개의 블레이드를 회전시키기 위해 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드에 기계적으로 연결된 모터 - 상기 모터는 프레임에 부착됨 -; 및
    상기 적어도 두 개의 로터 블레이드로부터 상기 프레임으로 하중을 전달하도록 구성된 허브 - 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 로터 블레이드는 상기 허브에 부착된 내부 탄성중합체 베어링에 결합되고 상기 허브에 부착된 외부 탄성중합체 베어링에 결합됨 - 를 포함하는, 허브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 허브는 실질적으로 서로 수직인 두 개의 구성으로 작동하도록 구성되는, 허브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 허브는 상기 내부 탄성중합체 베어링에 대한 부착부에서 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나를 결합하도록 구성된 피치 혼을 포함하는, 허브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 허브는 상기 피치 혼을 피치 컨트롤러에 결합하도록 구성된 링크를 포함하는, 허브.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 허브는 상기 내부 탄성중합체 베어링과 상기 외부 탄성중합체 베어링으로부터 하나의 블레이드로 실질적으로 평면-내 힘을 전달하도록 구성되는, 허브.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 탄성중합체 베어링은 압축 시 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성되는, 허브.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 외부 탄성중합체 베어링은, 상기 내부 탄성중합체 베어링이 하나의 블레이드의 원심력을 견디지 못하는 경우 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성되는, 허브.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링은 상기 허브의 피치 변경을 가능하게 하는, 허브.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링은 각각 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 피치 변경을 가능하게 하도록 구성되는, 허브.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 프레임 또는 상기 허브는 상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링 중 하나 이상의 고장 모드를 감지하도록 구성된 센서를 포함하는, 허브.
  11. 요크;
    상기 요크에 부착된 적어도 하나의 내부 탄성중합체 베어링;
    상기 요크에 부착된 적어도 하나의 외부 탄성중합체 베어링; 및
    추력을 생성하도록 구성된 적어도 두 개의 로터 블레이드 - 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 로터 블레이드는 내부 탄성중합체 베어링에 결합되고, 그리고 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 상기 하나의 로터 블레이드는 외부 탄성중합체 베어링에 결합됨 - 를 포함하는, 허브 어셈블리.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 포함하고, 상기 내부 탄성중합체 베어링은 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이에 있는, 허브 어셈블리.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 내부 탄성중합체 베어링에서 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나에 결합하도록 구성된 피치 혼을 더 포함하는, 허브 어셈블리.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 요크는 상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링을 통해 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나로 실질적으로 평면-내 하중을 전달하도록 구성되는, 허브 어셈블리.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나는 에어크래프트의 수직 이륙 구성을 위한 수직 양력을 생성하기 위해 작동하도록 구성되고, 그리고 하나의 블레이드는 에어크래프트의 수평 비행 구성을 위한 실질적으로 수평인 추력을 생성하도록 구성되는, 허브 어셈블리.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 내부 탄성중합체 베어링은 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성되는, 허브 어셈블리.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 탄성중합체 베어링은, 상기 내부 탄성중합체 베어링이 하나의 블레이드의 원심력을 견디지 못하는 경우 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 원심력을 견디도록 구성되는, 허브 어셈블리.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 외부 탄성중합체 베어링 및 상기 내부 탄성중합체 베어링 각각은 탄성중합체 층 및 금속 층을 포함하는, 허브 어셈블리.
  19. 차량에 양력 또는 추력을 제공하는 방법으로서, 상기 방법은:
    구동 샤프트와 로터 마스트를 통해 모터로부터 적어도 두 개의 로터 블레이드로 기계적 에너지를 전달하는 단계;
    내부 탄성중합체 베어링 및 외부 탄성중합체 베어링을 포함하는 허브를 통해 상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나의 로터 블레이드를 지지하는 단계 - 상기 하나의 로터 블레이드는 상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링에 부착됨 -;
    상기 하나의 로터 블레이드로부터 상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-외(out-of-plane) 힘을 전달하는 단계;
    상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링으로 실질적으로 평면-내(in-plane) 힘을 전달하는 단계; 및
    피치 혼을 통해 상기 하나의 로터 블레이드의 피치를 조정하는 단계 - 상기 피치 혼은 상기 내부 탄성중합체 베어링에서 부착됨 - 를 포함하는, 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 로터 블레이드 중 하나는 제1 플랜지 및 제2 플랜지를 포함하고, 그리고 상기 내부 탄성중합체 베어링 및 상기 외부 탄성중합체 베어링은 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 사이에 있는, 방법.
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