KR960005999B1

KR960005999B1 - 헬리콥터의 요우 조정장치

Info

Publication number: KR960005999B1
Application number: KR1019900008821A
Authority: KR
Inventors: 알. 반 호른 제임스
Original assignee: 맥도넬 더글라스 코포레이션; 죠오지 더블류. 핀치
Priority date: 1990-06-15
Filing date: 1990-06-15
Publication date: 1996-05-06
Also published as: KR920000575A

Abstract

내용 없음.

Description

헬리콥터의 요우 조정장치

제1도는 본 발명의 NOTAR 장치의 일부를 기능적으로 도시하기 위해 꼬리붐의 외판과 동체 일부가 제거된 헬리콥터의 사시도.

제2도는 헬리콥터의 요우 조정장치의 순환조정부 및 노즐에서 소용돌이 발생기의 효과를 생성하는 두개의 종방향 노즐 또는 슬롯이 도시된 꼬리붐 일부의 확대도.

제3(a)도-제3(c)도는 종방향 노즐과 관련된 본 발명의 소용돌이 발생기의 변형된 실시형태를 도시한 횡단면도.

제4도는 소용돌이 발생기 위에 다른 간격으로 형성되어 있는 완전히 개방된 슬롯 및 단부에 유도장치(fences)를 갖는 개방된 슬롯의 경우에 요구된 팬 마력 대 측면비행시 헬리콥터의 속도와의 관계를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

6 : 헬리콥터 7 : 축방향 흐름팬

11 : 종방향 노즐 또는 슬롯 12,13 : 꼬리붐

16 : 주 회전날개 17 : 제트반동 추진엔진

20 : 소용돌이 발생기 21 : 띠쇠

22,24,25 : 노즐 26 : 상부 외판

27 : 하부 외판 28 : 스페이서

본 발명은 헬리콥터에 관한 것으로, 특히 종래의 꼬리 회전날개 장치를 대체하는 항요우(anti-yaw) 장치의 순환조정 슬롯부의 개선된 성능에 관한 것이다.

꼬리 회전날개는 주 회전날개에 의해 생성된 바이어스 토오크를 극복하는 것 뿐만 아니라 헬리콥터에서 요우를 제어하기 위한 거의 유일한 수단이 되었다. 그러나, 꼬리 회전날개는 주로 꼬리 회전날개가 깨짐으로 인해 발생하는 모든 헬리콥터 사고중 15% 이상의 사고에 영향을 준다. 또한, 꼬리 회전날개는 헬리콥터의 음향 신호를 지배하며, 조종사의 작업부하에 상당히 기여한다.

꼬리 회전날개 대신에 순환-조정 꼬리붐(boom) 및 제트반동 추진엔진의 연합하여 사용되는 대체용 항토오크 및 요우 조정장치가 본건의 양수인과 같은 양수인에 의해 소유된 Logan 등의 미합중국 특허 4,200,252호에 기술되어 있다. 상기 장치에서 헬리콥터의 동체에 설치된 가변성 피치 축방향 흐름팬에 의해 제공된 저압 공기는 꼬리붐의 오른쪽의 얇은 수평 슬롯으로부터 배출된다. 상기 공기 흐름으로 생성된 제트는 꼬리붐의 윤곽선을 따라가며, 주 회전날개의 후류(wake)가 동일한 윤곽선을 따라가도록 유도한다. 이러한 작용은, 주 회전날개로 생성된 토오크에 반작용하는데 필요한 방향으로, 어떤 다른 프로펠러 날개와 같이 꼬리붐에 상승력을 생성한다. 순환 조정 꼬리붐에 의해 생성된 힘은 제트반동 추진엔진(thruster)에 의해 생성된 힘에 의해 보충되며, 또한 모든 요우 조정용 힘을 생성한다. 상기 발명의 두가지 요소의 각각에 의해 생성된 힘의 비율은 헬리콥터의 비행방식에 좌우된다. 고속의 병진운동 비행에서, 주 회전날개 후류는 꼬리붐을 끌게 (trail)되고, 그 결과 꼬리붐은 본질적으로 힘을 생성하지 않으며, 모든 힘은 제트반동 추진엔진에 의해 생성된다. 헬리콥터가 공중정지 비행방식일때(hover mode), 제트반동 추진엔진이 균형을 이루게 하는 한편, 꼬리붐위의 순환 조정은 필요한 항토오크력의 대략 60%를 제공한다. 순환 조정 꼬리붐은 제트반동 추진엔진에 비해 상대적으로 비교적 저동력 소모로 힘을 생성하고, 상기 동력은 주 회전날개를 추진시키는 엔진에 의해 제공된다. 그러므로, 가능한한 효과적인 순환 조정 꼬리붐이 중요하다. 이는, 특히 헬리콥터가 공중정지 비행방식으로 비행하거나, 또는 항공기가 병진운동 상승을 통해 통과할 때까지, 제트반동 추진엔진에 의해 필요한 증가된 동력을 피하면서 낮은 병진운동 비행속도를 경험할때 작용된다. 이때, 반동추진엔진을 구동하는데 요구되는 팬 동력이 증가함에 따라 요구되는 주 회전날개의 동력은 감소하고, "NOTAR"TM은 유효 탑재량에 관련하여 항공기(aircraft)의 성능을 제한하지 않는다.

"NOTAR"는 꼬리 회전날개가 없는(No Tail Rotor)"이라는 낱말들이 첫글자를 딴 것으로, 종래의 꼬리 회전날개를 대체하는 상기 언급된 항토오크 및 요우 제어장치를 묘사한 맥도날 더글라스사의 상표이다.

본 발명의 목적은 헬리콥터가 정지비행 방식일때나 또는 낮은 병진운동 속도에서 비행할 때 순환 조정 꼬리붐의 성능을 개선하는데 있다.

요약하면, 본 발명에서는 순환-조정 꼬리붐, 제트반동 추진엔진 및 유체원을 조합하여 사용하는 NOTAR 장치를 제공한다. 제트반동 추진엔진은 붐에 가변성 측력을 제공하기 위해 다양한 양으로 꼬리붐의 어느 측면으로 공기를 향하게 할 수 있다. 가변성 피치의 축방향 흐름팬은 순환 조정부와 제트반동 추진엔진 모두를 위해 유체원을 제공하도록 헬리콥터의 동체에 설치된다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 소용돌이 발생기에서 국부적으로 더 높은 에너지를 생성시키기 위해 노즐들의 단부들 및 상호간에 이격된 상태로 종방향 슬롯들 또는 노즐들에 위치한 부가적인 소용돌이 발생기들을 제공하는 것이다.

종방향 슬롯으로부터 생성된 층류(laminar flow)의 얇은 층은, 완만한 경계층, 저에너지의 점성 유체 및 최종적으로 자유 기류의 유체흐름 또는 주 회전날개의 세류(down wash)에 의해 이어지면서 붐의 표면에 인접하게 존재한다.

발생된 소용돌이는 꼬리붐 주위의 순환 조정을 증대시키고, 분리를 지연시키도록 서서히 이동하는 경계층의 공기 흐름과 자유 기류의 고에너지 유체 흐름을 혼합시킴으로써 경계층과 자유 기류의 유체 흐름과 함께 상호 작용한다.

제1도는 본 발명의 NOTAR 장치 및 상기 장치에서의 각각의 요소의 기능을 표시한 헬리콥터를 도시하고 있다. 헬리콥터(6)의 동체의 일부에는 화살표(8)로 표시된 공기를 수용하는 가변 피치인 축방향 흐름팬(7)이 위치한다. 팬은 종방향 노즐(11)에 공급되는 화살표(10)로 표시된 축방향 배출 기류를 생성한다.

저압공기는 꼬리붐(12)의 오른편의 얇은 수평노즐 또는 슬롯(11)으로부터 또한 배출된다. 노즐(11)은 꼬리붐의 윤곽선을 따라가는, 화살표(15)로 표시된 주 회전날개 후류를 유도하고, 꼬리붐(12)의 윤곽선을 따라가는, 화살표(14)로 표시된 공기의 얇은 시이트 또는 제트를 생성한다.

주 회전날개 후류(5)은 부착은 주 회전날개(16)의 토오크에 반작용하는데 필요한 방향으로 꼬리붐(13)위에 상승력을 생성한다. 순환 조정 장치는 헬리콥터가 공중정지 비행인 동안 필요한 항토오크력의 대략 60%를 제공한다.

공기 출구가 화살표(18)로 표시된 제트반동 추진엔진(17)은 공중정지 비행에서 필요한 항토오크력 및 모든 항요우의 조정용 힘의 균형을 제공한다. 비록 본 발명에서는 상세히 설명하고 있지는 않지만, 상기 제트반동 추진엔진(17)은 두개의 끝이 짤린 동심원 추체로 형성된 슬리이브 밸브 조립품이다. 내부 원추체는 고정되어 있고, 오른쪽 또는 왼쪽으로 공기를 유도하도록 개구부를 가진다. 외부 원추체는 회전하면, 일정 영역의 절단면을 가진다. 외부 원추체의 회전은 반동추진의 크기와 방향에 대한 요구를 모두 만족시키도록 제트의 출구지역을 다양화시킨다. 반동추진력 출구지역은 꼬리붐에서 일정 압력을 유지시키기 위해 팬(7) 날개의 피치와 협력한다. 모든 메카니즘은 통상의 헬리콥터에서와 같이 장착된 조정사의 요우 조정용 페달에 의해 제어된다. NOTAR 장치는 미합중국 특허 4,200,252호(상기 문헌은 본 명세서에 참증자료로 인용됨)에 더욱 상세하게 기술되어 있다.

본 발명은 소용돌이 발생기(20)를 첨가함으로써 종방향 슬롯 또는 노즐(11)의 성능을 개선시킨다. 각각의 소용돌이 발생기는, 제2도에 도시된 바와 같이, 인접한 역회전하는 소용돌이를 갖는, 횡단면에서 한쌍의 길게 뻗은 소용돌이 줄을 생성한다. 이와 같은 소용돌이는 수평노즐(11)에 의해 생성된 공기의 시이트 또는 제트의 바로 외부에서 존재하는 경계층의 점성 유체 흐름내로 에너지를 펌핑한다. 발생된 소용돌이는 주 회전날개에 의해 생성된 자유 기류가 꼬리붐의 표면으로부터 분리되는 것을 지연시키는 것을 유도하고, 이에따라 꼬리붐위에 상승력이 생성되도록 경계층과 상호 작용한다.

제3(a)도-제3(c)도는 본 발명의 소용돌이 발생기의 변형된 실시형태를 도시하고 있다. 바람직한 실시형태는 제3a도에 도시되어 있고, 노즐(22)의 개구부를 연결하고, 노즐(24)(25) 각각에 대한 안쪽 부분 및 바깥쪽부분에 의해 형성된 얇은 띠쇠(21)로 구성된다. 종방향 노즐의 안쪽 및 바깥쪽 부분은 꼬리붐의 상부 외판(26) 및 하부 외판(27)에 부착되어 있다.

제3a도의 바람직한 실시형태는 60인치의 노즐에서 대략 14 1/4인치의 일정한 간격을 유지한, 넓이가 1인치이고 두께는 대략 1/16인치인 강화섬유 테이프가 된다.

스페이서(28)를 포함하고, 꼬리붐(12)의 전체 윤곽선에 조화되도록 바깥쪽 모서리에서 유선형으로 정형된 소용돌이 발생기(20)에 대한 변형된 실시형태가 제3b도에 도시되어 있다. 유선형으로 정형된 스페이서(28)는 패스터(30)에 의해 적소에 유지된다.

제3c도는 또 다른 변형된 실시형태로서, 정방향 스페이서(31)가 노즐의 표면에 대해 수직으로 종결되어 있다.

제4도는 종방향 슬롯 또는 노즐에 대한 몇몇 변형된 구조의 성능을 도시한 것이다. 점과 원을 가지는 점들을 나타낸 곡선은 어떠한 소용돌이 발생기도 없는 완전한 개방 슬롯을 표시하며, 오른쪽 측면비행에서는 최대의 팬 동력이 요구된다. 육각형으로 둘러싸인 점은 제3a도에 도시된 바와 같은 두개의 소용돌기 발생기를 가진 슬롯을 표시한다. 검게 칠해진 사각형으로 표시된 점은 60인치 슬롯에서는 3개가 있었다는 점을 제외하고는 동일한 소용돌이 발생기이며, 오른쪽 비행에서 요구되는 최저 팬 동력을 나타낸다. 최종적으로, 음영이 진 다이아몬드로 표시된 점은 동체로부터 간섭되는 흐름을 피하도록, 칼라와 같은 슬롯의 어느 끝단에 공기역학적 유도장치(fences)를 가진 완전히 개방된 슬롯을 나타낸다. 상기 구조, 즉 유도장치는, 동체로부터 방해없이 붐이 얼마나 잘 비행하고 있는지를 나타내고, 대개 노즐의 잠재적 성능에 대한 지침이다.

이것은 유도장치에 의해 생성된 고도의 끌림항력 때문에 실질적인 해결책은 아니다. 동력 곡선들은 꼬리붐이 여전히 오른쪽 측면비행기에서 20노트의 속도로 효과적으로 비행하고 있음을 나타낸다. 이것은 꼬리붐이 측방향에서 더이상 상승력을 제공하지 않을때, 헬리콥터가 병진운동 상승을 통해 통과한 후까지 동력의 증가는 발생하지 않는다는 것을 의미한다. 그러므로, 요구된 주 회전날개의 동력은 요구된 팬 동력이 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 본 발명의 NOTAR는 유효 탑재량에 관련하여 항공기의 성능을 제한하지 않는다.

제4도의 곡선에 도시된 바와 같이, 본 발명의 소용돌이 발생기는 종방향 슬롯 또는 노즐의 성능을 증대시킴이 명백하다. 또한, 본 발명의 분야를 벗어나지 않는 범위내에서 공기역학적 설계와 소요돌기 발생요소의 구조가 다양하게 변화 및 변경될 수도 있다.

Claims

정지비행 방식일때 헬리콥터의 주 회전날개의 세류에 수직으로 배향된 꼬리붐(12)을 가지는 헬리콥터용 항토오크 및 요우 조정용 장치에 있어서, 상기 꼬리붐(12)에서 종방향으로 뻗어있는 개구부를 가지며, 얇은 유체흐름층을 생성하기 하기 위해 상기 꼬리붐(12)의 표면에 접선방향으로 유체의 제트를 배출하도록 배치된 적어도 하나의 선형 노즐(11), 상기 꼬리붐(12)의 끝단에 위치하고 상기 꼬리붐(12)의 대향 측면에 유체를 향하게 할 수 있는 제트반동 추진엔진(17)으로서, 상기 꼬리붐(12)에 가변성 측력을 생성하는 제트반동 추진엔진(17), 적어도 하나의 선형 노즐(11)과 상기 제트반동 추진엔진(17) 모두에 유체를 공급하는 수단을 갖고, 적어도 하나의 소용돌이에서 상기 유체 흐름을 가로 막기 위해서 적어도 하나의 선형 노즐(11)로부터의 상기 제트배출의 끝단들 중간에 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 수단(20)으로서, 상기 소용돌이 생성 또는 개구부를 연결시키는 수단(20)은 상기 선형 노즐(11)안에 위치하는 상기 적어도 하나의 수단(20)을 특징으로 하는 헬리콥터용 항토오크 및 요우 조정용 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 적어도 하나의 수단(20)은 상기 선형 노즐(11)의 상기 단부로부터 이격된 상기 선형 노즐(11)안의 상기 개구부를 연결하는 얇고 좁은 띠쇠(21)임을 특징으로 하는 항토오크 및 요우 조정용 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 상기 적어도 하나의 수단은 상기 노즐(11)의 상기 개구부내에 위치하며, 상기 개구부에 유선형으로 정형화되어 있고, 같은 높으로 종결하는 스페이서(28)임을 특징으로 하는 항토오크 및 요우 조정용 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 상기 적어도 하나의 수단은 상기 개구부(11)내에 위치하며, 상기노즐(11)의 단부들 사이에서 간격져 있고 상기 노즐 개구부(11)에 수직이고 같은 높이의 배출 단부에서 종결되는 스페이서(31)임을 특징으로 하는 항토오크 및 요우 조정용 장치.
제2항에 있어서, 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 상기 적어도 하나의 수단(20)은 25.4 내지 45.72cm(10 내지 18인치)의 간격으로 이격된 일련의 띠쇠(21)임을 특징으로 하는 항토오크 및 요우 조정용 장치.
제1항에 있어서, 적어도 하나의 소용돌이를 생성하는 상기 적어도 하나의 수단(20)은 상기 노즐(11)의 단부들 중간에 위치하고 두 개의 밀접하게 이격된 역회전 소용돌이를 생성하는 것을 특징으로 하는 항토오크 및 요우 조정용 장치.