KR101016010B1 - 회전익-와류-상호작용 소음 저감을 위한 가변돌기를 가진 회전익항공기용 회전익 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전익항공기용 회전익에 관한 것으로서, 회전익항공기의 회전축에 결합되어 회전하는 회전익항공기용 회전익에 있어서, 상기 회전축에 결합되며, 상기 회전 방향 상 앞쪽 가장자리인 앞전을 구비한 본체부;와 상기 본체부의 앞전에 상기 회전 반경 방향으로 다수개 배치되며, 회전익의 끝단에서 발생한 와류와 충돌함으로써 발생하는 BVI 소음(Blade Vortex Interaction Noise)이 선택적으로 필요한 경우에만 저감될 수 있도록, 상기 회전 방향 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상과 상기 회전 방향상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상 사이에서 변형가능한 가변돌기;를 구비하며, 상기 다수개의 가변돌기들은, 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 75%만큼 이격된 지점으로부터 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 90%만큼 이격된 지점까지에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 앞전에 가변적으로 돌출되거나 돌출되지 않는 다수의 가변돌기들을 구비함으로써, BVI 소음의 저감이 필요한 경우에만 선택적으로 BVI 소음을 저감시킬 수 있으며, 상기 가변돌기들이 회전 반경의 75% 지점에서 90% 지점 사이에 배치됨으로써, 제조비용과 운용비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.

회전익항공기, 회전익, BVI 소음, 가변돌기, 와류

Description

회전익-와류-상호작용 소음 저감을 위한 가변돌기를 가진 회전익항공기용 회전익{Rotor blade for rotary wing aircraft having deformable protrusions to reduce BVI Noise(blade vortex interaction noise)}

본 발명은 회전익항공기용 회전익에 관한 것으로서, 특히 BVI 소음의 저감이 필요한 경우에만 선택적으로 BVI 소음을 저감시킬 수 있으며, 제조비용과 운용비용이 감소될 수 있는 회전익항공기용 회전익에 관한 것이다.

본 발명은 국제과학기술협력재단 및 건국대학교 산학협력단의 해외우수기관 유치활용사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제고유번호: K20601000001, 과제명: 해외 우수연구소 유치를 통한 국제회전익 항공기 R&D Hub 구축]

회전익-와류-상호작용 소음은 BVI 소음(Blade Vortex Interaction Noise)이라고도 불리는데, 이 소음은 회전익의 끝단(blade tip)에서 발생한 와류(vortex)가 뒤이어 회전하는 회전익에 충돌함으로써 발생하는데, 특히 회전익항공기가 저속으로 하강비행하여 착륙지에 접근하는 경우에 가장 두드러지게 발생하는 것으로 알려져 있다.

도 1에는 종래의 회전익(1a,1b,1c,1d)을 구비한 회전익항공기(9)가 전방(F)으로 비행하면서 저속으로 하강하는 경우가 도시되어 있다. 상기 회전익항공기(9)는, 구동원에 의하여 회전되는 회전축(H)과, 상기 회전축(H)에 결합되어 반시계 방향의 회전 방향(A)으로 회전하며, 직선형의 앞전(2)을 가지는 4개의 회전익(1a,1b,1c,1d)을 구비하고 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 직선형의 앞전(2)을 가지는 회전익(1a,1b,1c,1d)들이 공기중을 회전하게 되면 각각의 회전익(1a,1b,1c,1d)의 끝단에는 와류(1a',1b',1c',1d')가 각각 발생하게 되고, 이렇게 발생한 와류(1a',1b',1c',1d')는 상기 회전익(1a,1b,1c,1d)의 내측 즉 상기 회전축(H)의 방향으로 휘어지면서 상기 회전익항공기(9)의 하방으로 퍼져 나가는 나선형의 모양을 가지게 된다. 그런데, 상기 회전익항공기(9)가 하강 비행하고 있으므로 상기 와류(1a',1b',1c',1d')와 상기 회전익(1a,1b,1c,1d)들이 충돌하게 된다.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 회전익항공기의 후미를 기준으로 제1사분면에 있는 회전익(1a)은 선행하는 회전익(1b)에서 발생한 와류(1b')와 거의 평행하게 충돌하게 되는데, 이렇게 회전익과 와류가 평행하게 충돌될수록 상기 BVI 소음은 더욱 강해지는 것으로 알려져 있다. 즉, 상기 와류(1b')와 상기 회전익(1a)의 앞전(2)이 이루는 각도(P1)가 작아져서 상기 와류(1b')와 상기 회전익(1a)이 서로 평행하게 충돌하면 상기 BVI 소음은 강해지고, 상기 각도(P)가 90도에 가까워져서 상기 와류(1b')와 상기 회전익(1a)이 서로 수직하게 충돌하면 상기 BVI 소음이 약해지는 것으로 알려져 있다.

상술한 바와 같이, 직선형의 앞전(2)을 가지는 종래의 회전익(1a,1b,1c,1d)의 경우 저속 하강 비행에서 강한 BVI 소음을 유발하게 되는데, 이러한 강력한 BVI 소음은 지상에 있는 사람에게 매우 불쾌감을 주게 된다는 문제점이 있다.

또한, 상기 종래의 회전익(1a,1b,1c,1d)이 군용 회전익항공기에 사용되는 경우에는, 이 소음으로 인하여 먼 거리에서도 아군의 회전익항공기가 적군에게 쉽게 탐지될 수 있다는 문제점도 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 BVI 소음의 저감이 필요한 경우에만 선택적으로 BVI 소음을 저감시킬 수 있으며, 제조비용과 운용비용이 감소될 수 있도록 구조가 개선된 회전익항공기용 회전익을 제공하기 위함이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 회전익항공기용 회전익은, 회전익항공기의 회전축에 결합되어 회전하는 회전익항공기용 회전익에 있어서, 상기 회전축에 결합되며, 상기 회전 방향 상 앞쪽 가장자리인 앞전을 구비한 본체부;와 상기 본체부의 앞전에 상기 회전 반경 방향으로 다수개 배치되며, 회전익의 끝단에서 발생한 와류와 충돌함으로써 발생하는 BVI 소음(Blade Vortex Interaction Noise)이 선택적으로 필요한 경우에만 저감될 수 있도록, 상기 회전 방향 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상과 상기 회전 방향상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상 사이에서 변형가능한 가변돌기;를 구비하며, 상기 다수개의 가변돌기들은, 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 75%만큼 이격된 지점으로부터 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 90%만큼 이격된 지점까지에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 앞전에 가변적으로 돌출되거나 돌출되지 않는 다수의 가변돌기들을 구비함으로써, BVI 소음의 저감이 필요한 경우에만 선택적으로 BVI 소 음을 저감시킬 수 있으며, 상기 가변돌기들이 회전 반경의 75% 지점에서 90% 지점 사이에 배치됨으로써, 제조비용과 운용비용이 감소될 수 있는 효과가 있다.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전익항공기용 회전익의 사시도이며, 도 4는 도 3에 도시된 회전익의 가변돌기가 돌출된 상태를 나타내는 평면도이다. 도 5는 도 4에 도시된 회전익의 가변돌기에 와류가 충돌하는 상태를 나타내는 평면도이며, 도 6은 도 3에 도시된 회전익의 가변돌기가 돌출되어 있는 않는 상태를 나타내는 평면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 회전익항공기용 회전익(100)은 회전익항공기의 회전축(H)에 결합되어 회전하는 날개로서, 본체부(10)와, 가변돌기(20)를 포함하여 구성된다.

상기 본체부(10)는, 도 4에 도시된 바와 같이 회전 반경 방향(B)으로 긴 직사각 형상을 가지며, 상기 회전 반경 방향(B)과 수직하게 자른 단면은 양력을 발생시킬 수 있는 익형(airfoil)의 형상을 가지는 날개이다.

상기 본체부(10)는, 상기 회전축(H)에 결합되며, 회전 방향(A) 상 앞쪽 가장자리인 앞전(11)을 구비하며, 상기 회전 방향(A) 상 뒷쪽 가장자리인 뒷전(12)을 구비한다.

상기 본체부(10)의 끝단은 상기 회전축(H)으로부터 회전 반경(R)만큼 이격된 지점에 위치하며, 상기 본체부(10)상의 임의의 위치는 상기 회전축(H)으로부터 이격된 거리(r)로 지시할 수 있다.

상기 가변돌기(20)는, 상기 본체부(10)의 앞전(11)에 상기 회전 반경 방향(B)으로 다수개 배치되는데, 상기 회전축(H)으로부터 회전 반경(R)의 75%만큼 이격된 지점(r/R = 0.75인 지점)으로부터 상기 회전축(H)으로부터 상기 회전 반경(R)의 90%만큼 이격된 지점(r/R = 0.9인 지점)까지에 배치된다.

상기 각 가변돌기(20)와 상기 본체부(10)의 앞전(11) 사이에는 기밀 유지 가능한 공간부(21)가 각각 마련되어 있다. 본 실시예에서는 상기 가변돌기(20)의 둘레를 띠형상의 부재(미도시)에 의하여 가압한 상태로 상기 띠형상의 부재(미도시)를 상기 앞전(11)에 리벳(미도시)으로 결합시킴으로써, 기밀이 유지 가능한 상기 공간부(21)가 마련되어 있다.

상기 본체부(10)의 앞전(11)에는, 상기 공간부(21)의 내부로 공기가 주입될 수 있도록 상기 공간부(21)로 통하는 유로(13)가 형성되어 있으며, 상기 유로(13)와 연결된 공압장치(미도시)에 의하여 공기가 상기 공간부(21)로 유입되거나 상기 공간부(21)로부터 유출될 수 있다.

본 실시예에서는, 충분한 변형률을 확보하면서 동시에 내구성을 유지할 수 있도록, 합성고무에 고강도섬유가 보강된 복합재료를 상기 가변돌기(20)의 소재로 사용하였다.

상기 가변돌기(20)는, 상기 공간부(21)로 공기를 유입시킴으로써 상기 가변돌기(20)를 팽창시키면 상기 회전 방향(A) 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상을 가지게 되고, 상기 공간부(21)로부터 공기를 유출시킴으로써 상기 가변돌기(20)를 수축시키면 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상을 가지게 된다.

따라서, 상기 가변돌기(20)는, 상기 회전익(100)의 끝단에서 발생한 와류와 충돌함으로써 발생하는 BVI 소음(Blade Vortex Interaction Noise)이 필요한 경우에만 선택적으로 저감될 수 있도록, 상기 회전 방향(A) 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상과 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상 사이에서 변형가능하다.

이하에서는, 상술한 구성의 회전익항공기용 회전익(100)의 사용법에 대하여 설명하기로 한다.

상기 회전익항공기용 회전익(100)을 구비한 회전익항공기가 공중정지비행(Hovering)을 하거나 수평 전진비행을 하는 경우 등 BVI 소음을 저감시킬 필요가 없는 경우에는, 상기 공간부(21)의 내부로부터 공기를 유출시킴으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 가변돌기(20)가 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상을 가지도록 만든다.

이렇게 상기 가변돌기(20)가 상기 본체부(10)의 앞전(11)에 밀착되는 상기 제2형상을 가지게 되면, 상기 가변돌기(20)가 상기 회전 방향(A) 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상에 비하여 공기역학적인 측면에서 항력이 감소되는 등의 유리한 효과가 발생된다는 장점이 있다.

한편, 회전익항공기용 회전익(100)을 구비한 회전익항공기가 사람들의 주거지에 착륙하거나 적지에 침투하여 작전지역에 착륙하기 위하여 저속 하강 비행을 하는 경우에는, BVI 소음을 저감시킬 필요가 발생하게 된다. 따라서 이런 경우에는, 상기 공간부(21)에 공기를 유입시킴으로써, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가변돌기(20)가 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상을 가지도록 만든다.

이렇게 상기 가변돌기(20)가 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출되면 상기 항력 등의 공기역학적인 측면에서는 돌출되지 않는 경우보다 다소 불리할 수 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 회전익(100)과 충돌되는 와류(V)가 상기 회전익(100)의 앞전(11)과 이루는 각도(P2)가 90도에 가까워지게 됨으로써, 종래의 회전익(1a)에 비하여 BVI 소음이 현저히 감소될 수 있다는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 회전익(100)은 BVI 소음의 저감이 필요한 경우에만 선택적으로 상기 가변돌기(20)를 상기 회전 방향(A)상 앞쪽으로 돌출시킬 수 있으므로, 공중정지비행(Hovering)을 하거나 수평 전진비행시에는 항력 등의 공기역학적 측면을 우선적으로 고려할 수 있고, BVI 소음의 저감이 필요한 저속 하강 비행시에는 BVI 소음의 저감을 우선적으로 고려할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 상기 가변돌기(20)는, 상기 회전축(H)으로부터 회전 반경(R)의 75%만큼 이격된 지점(r/R = 0.75인 지점)으로부터 상기 회전축(H)으로부터 상기 회전 반경(R)의 90%만큼 이격된 지점(r/R = 0.9인 지점)까지에 배치되는데, 이는 BVI 소음의 발생이 대부분 상기 영역(0.75 < r/R < 0.9)에서 발생하므로 상기 영역에서만 상기 가변돌기(20)들이 배치되는 것으로도 충분하기 때문이다.

이렇게 상기 영역(0.75 < r/R < 0.9)에만 가변돌기(20)를 배치하게 되면, 상기 본체부(10)의 앞전(11) 전체 영역에 상기 가변돌기(20)를 배치하는 경우에 비 하여 상기 회전익항공기용 회전익(100)의 전체적인 제조비용이 감소되며, 상기 가변돌기(20)를 변형시키기 위하여 소요되는 에너지가 절감되는 등 전체적인 운용비용도 감소될 수 있다는 장점이 있다.

삭제

이상으로 본 발명을 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것임은 명백하다.

도 1은 종래의 회전익을 구비한 회전익항공기를 나타내는 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 종래의 회전익을 부분적으로 확대한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 회전익항공기용 회전익의 사시도이다.

도 4는 도 3에 도시된 회전익의 가변돌기가 돌출된 상태를 나타내는 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시된 회전익의 가변돌기에 와류가 충돌하는 상태를 나타내는 평면도이다.

도 6은 도 3에 도시된 회전익의 가변돌기가 돌출되어 있는 않는 상태를 나타내는 평면도이다.

도 7은 도 4에 도시된 회전익의 VII-VII선 단면도이다.

도 8은 도 6에 도시된 회전익의 VIII-VIII선 단면도이다.

＊ 도면의 주요부위에 대한 부호의 설명 ＊

100 : 회전익항공기용 회전익 10 : 본체부

11 : 앞전 12 : 뒷전

20 : 가변돌기 21 : 공간부

H : 회전축 A : 회전 방향

B : 회전 반경 방향 V,1a',1b',1c',1d': 와류

1a,1b,1c,1d : 종래의 회전익

Claims (3)

1. 회전익항공기의 회전축에 결합되어 회전하는 회전익항공기용 회전익에 있어서,

   상기 회전축에 결합되며, 상기 회전 방향 상 앞쪽 가장자리인 앞전을 구비한 본체부;와

   상기 본체부의 앞전에 상기 회전 반경 방향으로 다수개 배치되며, 회전익의 끝단에서 발생한 와류와 충돌함으로써 발생하는 BVI 소음이 선택적으로 필요한 경우에만 저감될 수 있도록, 상기 회전 방향 상 앞쪽으로 돌출되는 제1형상과 상기 회전 방향상 앞쪽으로 돌출되지 않는 제2형상 사이에서 변형가능한 가변돌기;를 구비하며,

   상기 다수개의 가변돌기들은, 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 75%만큼 이격된 지점으로부터 상기 회전축으로부터 상기 회전 반경의 90%만큼 이격된 지점까지에 배치되는 것을 특징으로 하는 회전익항공기용 회전익.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 가변돌기와 상기 본체부의 앞전 사이에는 기밀 유지 가능한 공간부가 마련되며,

   상기 가변돌기는, 상기 공간부로 유체가 주입됨으로써 상기 제1형상으로 변형되고, 상기 공간부로부터 상기 유체가 유출됨으로써 상기 제2형상으로 변형가능 한 것을 특징으로 하는 회전익항공기용 회전익.
3. 삭제

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