KR102838830B1 - Blade system and duct fan with blade system - Google Patents
Blade system and duct fan with blade systemInfo
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Abstract
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은, 피치가 제어될 수 있는 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 장착될 수 있고, 상기 블레이드를 회전 가능하도록 지지하는 메인 허브, 상기 블레이드와 연결되고, 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있는 스와시 플레이트, 상기 스와시 플레이트와 상기 블레이드를 연결할 수 있는 피치 링크, 상기 스와시 플레이트가 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있도록 상기 스와시 플레이트의 형태를 제어할 수 있는 액츄에이터, 및 상기 메인 허브와 상기 액츄에이터를 지지하는 베이스 프레임을 포함할 수 있다.A blade system according to one embodiment may include a plurality of blades whose pitches may be controlled, a main hub on which the blades may be mounted and which rotatably supports the blades, a swash plate connected to the blades and capable of controlling the pitch of the blades, a pitch link capable of connecting the swash plate and the blades, an actuator capable of controlling the shape of the swash plate such that the swash plate controls the pitch of the blades, and a base frame supporting the main hub and the actuator.
Description
본 발명은 블레이드 시스템 및 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬에 관한 것이다.The present invention relates to a blade system and a duct fan including the blade system.
덕트 팬은 노출된 로터(Open rotor) 대비 공력 성능 효율이 높으며 회전하는 블레이드가 덕트 안에 있기 때문에 운용 안전성이 큰 장점이 있다. 고정형 덕트 팬을 적용한 비행체의 경우 덕트 팬의 설치 위치에 따라 팬 인 바디(Fan in body) 형태와 팬 인 윙(Fan in wing) 형태로 구분할 수 있다.Ducted fans have higher aerodynamic efficiency than open rotors, and have the advantage of greater operational safety because the rotating blades are located inside the duct. In the case of aircraft using fixed ducted fans, they can be classified into fan-in-body and fan-in-wing types depending on the installation location of the ducted fan.
종래의 경우, 덕트 팬이 장착된 비행체는 하부 베인에 의해 비행 방향의 반대 방향 힘이 생성되어 측방향 비행 기동성이 감소되는 한계가 존재하였다.In the past, aircraft equipped with ducted fans had a limitation in that the lateral flight maneuverability was reduced due to the generation of a force opposite to the flight direction by the lower vane.
따라서, 보다 향상된 롤 제어력을 구비하는 비행체 및 이에 장착되는 블레이드 시스템이 요구되는 실정이다.Accordingly, there is a demand for an aircraft with improved roll control and a blade system mounted thereon.
종래기술의 일 예로, 한국 공개특허 제10-2020-0084036(공개일자: 2020년 7월 9일)는 프로펠러의 블레이드의 피치 각도를 변화시키기 위한 시스템을 개시한다.As an example of prior art, Korean Patent Publication No. 10-2020-0084036 (publication date: July 9, 2020) discloses a system for changing the pitch angle of a blade of a propeller.
일 실시예에 따른 목적은 덕트 팬 시스템의 롤 모멘트의 크기를 향상시킬 수 있는 블레이드 시스템을 제공하는 것이다.An object according to one embodiment is to provide a blade system capable of improving the magnitude of the roll moment of a duct fan system.
일 실시예에 따른 목적은 비행체의 비행방향으로 덕트 팬 시스템의 측 방향 힘을 발생시킬 수 있는 블레이드 시스템을 제공하는 것이다.An object according to one embodiment is to provide a blade system capable of generating a lateral force of a ducted fan system in the direction of flight of an aircraft.
일 실시예에 따른 목적은 덕트 팬 시스템의 추력 손실을 저감시킬 수 있는 블레이드 시스템을 제공하는 것이다.An object according to one embodiment is to provide a blade system capable of reducing thrust loss in a duct fan system.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은, 피치가 제어될 수 있는 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 장착될 수 있고, 상기 블레이드를 회전 가능하도록 지지하는 메인 허브, 상기 블레이드와 연결되고, 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있는 스와시 플레이트, 상기 스와시 플레이트와 상기 블레이드를 연결할 수 있는 피치 링크, 상기 스와시 플레이트가 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있도록 상기 스와시 플레이트의 형태를 제어할 수 있는 액츄에이터, 및 상기 메인 허브와 상기 액츄에이터를 지지하는 베이스 프레임을 포함할 수 있다.A blade system according to one embodiment may include a plurality of blades whose pitches may be controlled, a main hub on which the blades may be mounted and which rotatably supports the blades, a swash plate connected to the blades and capable of controlling the pitch of the blades, a pitch link capable of connecting the swash plate and the blades, an actuator capable of controlling the shape of the swash plate such that the swash plate controls the pitch of the blades, and a base frame supporting the main hub and the actuator.
상기 액츄에이터는 한 쌍으로 이루어지고, 상기 블레이드의 콜렉티브 피치 및 상기 블레이드의 사이클릭 피치를 제어할 수 있다.The above actuators are formed in a pair and can control the collective pitch of the blade and the cyclic pitch of the blade.
상기 액츄에이터는 상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임에 대하여 이격된 거리를 제어함으로써 상기 블레이드의 콜렉티브 피치를 제어할 수 있다.The above actuator can control the collective pitch of the blade by controlling the distance that the swash plate is spaced relative to the base frame.
상기 액츄에이터는 상기 스와시 플레이트의 상기 베이스 프레임에 대한 기울기를 제어함으로써 상기 블레이드의 사이클릭 피치를 제어할 수 있다.The above actuator can control the cyclic pitch of the blade by controlling the inclination of the swash plate with respect to the base frame.
한 쌍의 상기 액츄에이터는 각각 독립적으로 제어될 수 있다.Each of the above pair of actuators can be controlled independently.
상기 액츄에이터는,The above actuator,
상기 스와시 플레이트의 일 부분과 상기 베이스 프레임을 연결하고 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있는 제1 액츄에이터, 및A first actuator connecting a portion of the above swash plate and the above base frame and capable of being driven to extend or shorten the length, and
상기 스와시 플레이트의 타 부분과 상기 베이스 프레임을 연결하고 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있고 상기 메인 허브를 기준으로 상기 제1 액츄에이터와 반대측에 배치되는 제2 액츄에이터를 포함할 수 있다. The other part of the above swash plate and the base frame may be connected and may include a second actuator that can be driven to extend or shorten in length and is positioned on the opposite side of the first actuator with respect to the main hub.
상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터의 길이는 동일하게 신장 또는 단축되고 상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임이 대해 이격된 거리가 제어될 수 있다.The lengths of the first actuator and the second actuator can be extended or shortened equally, and the distance at which the swash plate is spaced relative to the base frame can be controlled.
상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터의 길이는 서로 상이하게 신장 또는 단축되고, 상기 스와시 플레이트의 상기 베이스 프레임에 대한 기울기가 제어될 수 있다.The lengths of the first actuator and the second actuator can be extended or shortened differently from each other, and the inclination of the swash plate with respect to the base frame can be controlled.
상기 액츄에이터는, 상기 스와시 플레이트의 상기 베이스 프레임에 대한 기울기를 제어할 수 있는 제1 액츄에이터, 및 상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임에 대하여 이격된 거리를 제어할 수 있는 제2 액츄에이터를 포함할 수 있다.The actuator may include a first actuator capable of controlling an inclination of the swash plate with respect to the base frame, and a second actuator capable of controlling a distance by which the swash plate is spaced with respect to the base frame.
상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다.The first actuator and the second actuator can be driven to extend or shorten the length.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은, 상기 제2 액츄에이터의 일 단부와 상기 스와시 플레이트를 연결하고, 상기 제2 액츄에이터의 운동을 상기 스와시 플레이트로 전달할 수 있는 연결 요소, 및 상기 베이스 프레임으로부터 연장되고 상기 연결 요소를 지지할 수 있는 지지 요소를 더 포함할 수 있다.The blade system according to one embodiment may further include a connecting element connecting one end of the second actuator and the swash plate and capable of transmitting motion of the second actuator to the swash plate, and a supporting element extending from the base frame and capable of supporting the connecting element.
상기 제1 액츄에이터는 상기 스와시 플레이트의 일 부분과 상기 베이스 프레임을 연결할 수 있다.The above first actuator can connect a portion of the above swash plate and the above base frame.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은, 상기 스와시 플레이트의 일 면과 상기 베이스 프레임를 연결하고, 상기 스와시 플레이트가 기 설정된 형태로 제어될 수 있도록 상기 스와시 플레이트를 지지할 수 있는 베이스 시저 링크를 더 포함할 수 있다.The blade system according to one embodiment may further include a base scissor link connecting one side of the swash plate and the base frame and capable of supporting the swash plate so that the swash plate can be controlled in a preset shape.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은, 상기 스와시 플레이트의 타 면과 상기 메인 허브를 연결하고, 상기 스와시 플레이트가 기 설정된 형태로 제어될 수 있도록 상기 스와시 플레이트를 지지할 수 있는 허브 시저 링크를 더 포함할 수 있다.The blade system according to one embodiment may further include a hub scissor link connecting the other side of the swash plate and the main hub and supporting the swash plate so that the swash plate can be controlled in a preset configuration.
일 실시예에 따른 덕트 팬은, 피치가 제어될 수 있는 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 장착될 수 있고, 상기 블레이드를 회전 가능하도록 지지하는 메인 허브, 상기 블레이드와 연결되고, 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있는 스와시 플레이트, 상기 스와시 플레이트와 상기 블레이드를 연결할 수 있는 피치 링크, 상기 스와시 플레이트가 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있도록 상기 스와시 플레이트의 형태를 제어할 수 있는 액츄에이터 및 상기 메인 허브와 상기 액츄에이터를 지지하는 베이스 프레임을 포함하는 블레이드 시스템, 상기 블레이드 시스템을 둘러싸는 덕트, 및 상기 덕트의 일 단부에 형성되고, 상기 덕트를 통과하는 유동의 방향을 제어할 수 있는 복수 개의 베인을 포함할 수 있다.A duct fan according to one embodiment may include a blade system including a plurality of blades whose pitches can be controlled, a main hub on which the blades can be mounted and which rotatably supports the blades, a swash plate connected to the blades and capable of controlling the pitch of the blades, a pitch link capable of connecting the swash plate and the blades, an actuator capable of controlling the shape of the swash plate such that the swash plate can control the pitch of the blades, and a base frame supporting the main hub and the actuator, a duct surrounding the blade system, and a plurality of vanes formed at one end of the duct and capable of controlling the direction of a flow passing through the duct.
일 실시예에 따른 비행체는, 피치가 제어될 수 있는 복수 개의 블레이드, 상기 블레이드가 장착될 수 있고, 상기 블레이드를 회전 가능하도록 지지하는 메인 허브, 상기 블레이드와 연결되고, 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있는 스와시 플레이트, 상기 스와시 플레이트와 상기 블레이드를 연결할 수 있는 피치 링크, 상기 스와시 플레이트가 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있도록 상기 스와시 플레이트의 형태를 제어할 수 있는 액츄에이터 및 상기 메인 허브와 상기 액츄에이터를 지지하는 베이스 프레임을 포함하는 블레이드 시스템, 상기 블레이드 시스템을 둘러싸는 덕트, 및 상기 덕트의 일 단부에 형성되고, 상기 덕트를 통과하는 유동의 방향을 제어할 수 있는 복수 개의 베인을 포함하는 덕트 팬이 병렬적으로 배치될 수 있다.In one embodiment, an aircraft may include a blade system including a plurality of blades whose pitches may be controlled, a main hub on which the blades may be mounted and which rotatably supports the blades, a swash plate connected to the blades and capable of controlling the pitch of the blades, a pitch link capable of connecting the swash plate and the blades, an actuator capable of controlling the shape of the swash plate such that the swash plate controls the pitch of the blades, and a base frame supporting the main hub and the actuator, a duct surrounding the blade system, and a duct fan including a plurality of vanes formed at one end of the duct and capable of controlling the direction of a flow passing through the duct, the duct fan being arranged in parallel.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은 덕트 팬의 롤 모멘트의 크기를 향상시킬 수 있다.A blade system according to one embodiment can improve the magnitude of the roll moment of a duct fan.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은 비행체의 비행방향으로 덕트 팬 시스템의 측 방향 힘을 발생시킬 수 있다.A blade system according to one embodiment can generate a lateral force of the ducted fan system in the direction of flight of the aircraft.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은 덕트 팬 시스템의 추력 손실을 저감시킬 수 있다.A blade system according to one embodiment can reduce thrust loss in a ducted fan system.
도1은 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 형상을 나타낸다.
도2는 종래의 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬의 형상을 나타낸다.
도3a 내지 도3b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 개략도를 나타낸다.
도4a 및 도4b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.
도5는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 사이클릭 피치 제어를 나타낸다.
도6a 내지 도6b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 개략도를 나타낸다.
도7a 및 도7b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.
도8은 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 및 사이클릭 피치 제어를 나타낸다.
도9a 내지 도9c는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 롤 모멘트 변화, 측력 변화 및 추력 손실 변화의 실험 데이터를 각각 나타낸다.Figure 1 illustrates the shape of an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment.
Figure 2 shows the shape of a duct fan including a conventional blade system.
Figures 3a and 3b illustrate schematic diagrams of a blade system according to one embodiment.
Figures 4a and 4b illustrate collective pitch control of a blade system according to one embodiment.
Figure 5 illustrates cyclic pitch control of a blade system according to one embodiment.
Figures 6a and 6b illustrate schematic diagrams of a blade system according to one embodiment.
Figures 7a and 7b illustrate collective pitch control of a blade system according to one embodiment.
FIG. 8 illustrates collective pitch and cyclic pitch control of a blade system according to one embodiment.
FIGS. 9a to 9c respectively show experimental data of changes in roll moment, lateral force, and thrust loss of an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 실시예들의 여러 태양(aspects) 중 하나이며, 하기의 기술(description)은 실시예에 대한 상세한 기술(detailed description)의 일부를 이룬다. 일 실시예를 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 관한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. The following description is one of several aspects of the embodiments, and the following description forms part of a detailed description of the embodiments. In describing one embodiment, specific descriptions of known functions or configurations will be omitted in order to clarify the gist of the present invention.
다만, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서, 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지는 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.However, since various changes may be made to the embodiments, the scope of rights of the patent application is not limited or restricted by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents or substitutes to the embodiments are included in the scope of rights.
또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 일 실시예에 따른 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.In addition, terms or words used in this specification and claims should not be interpreted in their usual or dictionary meanings, but should be interpreted in their meanings and concepts that conform to the technical idea of the invention according to one embodiment, based on the principle that an inventor can appropriately define the concept of a term in order to explain his or her own invention in the best way.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "has" and the like are intended to specify the presence of a feature, number, step, operation, component, part or combination thereof described in the specification, but should be understood to not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries, such as those defined in common usage dictionaries, should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning they have in the context of the relevant art, and shall not be interpreted in an idealized or overly formal sense, unless expressly defined in this application.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the attached drawings, the same components will be given the same reference numerals regardless of the drawing numbers, and redundant descriptions thereof will be omitted. When describing an embodiment, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. Also, in describing components of the embodiments, terms such as first, second, A, B, (a), (b), etc. may be used. These terms are only intended to distinguish the components from other components, and the nature, order, or sequence of the components are not limited by the terms. When it is described that a component is "connected," "coupled," or "connected" to another component, it should be understood that the component may be directly connected or connected to the other component, but another component may also be "connected," "coupled," or "connected" between each component.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다Components included in one embodiment and components that have common functions will be described using the same name in other embodiments. Unless otherwise stated, the description described in one embodiment can be applied to other embodiments, and specific descriptions will be omitted to the extent of overlap.
도1은 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 형상을 나타낸다.Figure 1 illustrates the shape of an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment.
도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 비행체(1)는 덕트 팬(2)을 포함할 수 있다. 덕트 팬(2)은 후술할 블레이드 시스템을 포함할 수 있다. 비행체(1)는 복수 개의 덕트 팬(2)을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 한 쌍의 덕트 팬(2)을 포함할 수 있다. 복수 개의 덕트 팬(2)은 비행체(1)의 동체 부분에 병렬적으로 배치될 수 있다. 예컨대, 한 쌍의 덕트 팬(2)은 일 실시예에 따른 비행체의 동체의 길이 방향을 따라서 병렬적으로 배치될 수 있다. 한 쌍의 덕트 팬(2)은 비행체의 전방과 후방에 각각 배치될 수 있다.Referring to FIG. 1, an aircraft (1) according to one embodiment may include a duct fan (2). The duct fan (2) may include a blade system to be described later. The aircraft (1) may include a plurality of duct fans (2), and preferably, a pair of duct fans (2). The plurality of duct fans (2) may be arranged in parallel along a fuselage portion of the aircraft (1). For example, the pair of duct fans (2) may be arranged in parallel along a longitudinal direction of the fuselage of the aircraft according to one embodiment. The pair of duct fans (2) may be arranged at the front and rear of the aircraft, respectively.
각각의 덕트 팬(2)은 블레이드 시스템, 블레이드 시스템을 둘러싸고 덕트 팬의 구조적 골격을 형성하는 덕트, 및 덕트의 하단부에 배치되는 복수 개의 베인(vane)을 포함할 수 있다.Each duct fan (2) may include a blade system, a duct surrounding the blade system and forming the structural skeleton of the duct fan, and a plurality of vanes disposed at the lower end of the duct.
비행체의 동체 전방에 배치되는 전방 덕트 팬과 비행체의 동체 후방에 배치되는 후방 덕트 팬의 출력이 상이한 경우, 비행체의 피치(pitch) 제어가 가능할 수 있다. 피치 제어는, 비행체 등이 선행하는 경우 수평축을 기준으로 세로축이 흔들리는 자세의 제어를 말한다. 즉, 비행체의 이동 방향에 대하여 수직의 수평면에 있는 축 주위의 회전의 제어를 말한다.When the output of the front duct fan located at the front of the aircraft's fuselage and the rear duct fan located at the rear of the aircraft's fuselage are different, the pitch control of the aircraft may be possible. Pitch control refers to the control of the attitude in which the vertical axis sways with respect to the horizontal axis when the aircraft, etc., is ahead. In other words, it refers to the control of the rotation around the axis in the horizontal plane perpendicular to the direction of movement of the aircraft.
비행체의 전방 덕트 팬의 하단부에 배치되는 베인의 배열 방향과 비행체의 후방 덕트 팬의 하단부에 배치되는 베인의 배열 방향이 상이한 경우, 비행체의 요(yaw) 제어가 가능할 수 있다. 요 제어는, 비행체의 이동방향에 대하여 수직의 평면에 있는 축을 중심으로 하는 회전의 제어를 말한다.When the arrangement direction of the vanes arranged at the lower end of the forward duct fan of the aircraft and the arrangement direction of the vanes arranged at the lower end of the rear duct fan of the aircraft are different, yaw control of the aircraft may be possible. Yaw control refers to the control of rotation centered on an axis in a plane perpendicular to the direction of movement of the aircraft.
도2는 종래의 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬의 형상을 나타낸다.Figure 2 shows the shape of a duct fan including a conventional blade system.
도2를 참조하면, 덕트 팬(2)은 블레이드 시스템(4), 블레이드 시스템(4)을 둘러싸는 덕트(3), 및 덕트(3)의 일 단부에 배치되는 복수 개의 베인(5)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, a duct fan (2) may include a blade system (4), a duct (3) surrounding the blade system (4), and a plurality of vanes (5) arranged at one end of the duct (3).
블레이드 시스템(4)은 회전운동 됨으로써 공기를 유동시켜 추력을 형성할 수 있다. 블레이드 시스템(4)이 구동되어 회전되는 경우 공기는 덕트 팬(2)을 통과하는 방향으로 유동될 수 있으며, 보다 구체적으로 덕트(3)의 상단 개구로 유입되어 하단 개구로 유출되는 방향의 공기 유동이 형성될 수 있다.The blade system (4) can form thrust by flowing air through rotational motion. When the blade system (4) is driven and rotated, air can flow in the direction of passing through the duct fan (2), and more specifically, air flow can be formed in the direction of flowing into the upper opening of the duct (3) and flowing out through the lower opening.
복수 개의 베인(5)은 덕트(3)의 하단 개구에 배치되어 유출되는 유동의 방향을 제어할 수 있다.A plurality of vanes (5) are arranged at the lower opening of the duct (3) to control the direction of the flowing flow.
비행체의 롤(Roll) 제어를 위하여서는, 비행체에 장착된 덕트 팬에 롤 모멘트(Roll moment)를 발생시켜야 할 수 있다. 롤(Roll)은 주로 비행체의 선회를 위한 기동 방식으로, 비행체의 이동방향에 대해 평행한 수평면에 있는 축 주위의 회전을 말한다. 비행체의 롤 제어가 요구되는 경우, 덕트(3)의 하단부에 배치되는 복수 개의 베인(5)은 기 설정된 방향으로 기울어지도록 배열될 수 있다. 예컨대, 도2를 기준으로 시계 방향(A)의 롤 모멘트를 형성하려는 경우, 복수 개의 베인(5)은 수직을 기준으로 반시계 방향으로 기울어지도록 배열될 수 있다. 이 경우, 공기의 유동은 베인(5)을 통과하며 시계 방향의 롤 모멘트를 덕트 팬(2)에 형성할 수 있다.In order to control the roll of an aircraft, a roll moment may need to be generated in a duct fan mounted on the aircraft. Roll is mainly a maneuver for turning an aircraft, and refers to rotation around an axis in a horizontal plane parallel to the direction of movement of the aircraft. When roll control of an aircraft is required, a plurality of vanes (5) arranged at the lower end of a duct (3) may be arranged to tilt in a preset direction. For example, when it is desired to form a clockwise roll moment (A) based on FIG. 2, a plurality of vanes (5) may be arranged to tilt in a counterclockwise direction based on the vertical. In this case, the flow of air passes through the vanes (5) and can form a clockwise roll moment in the duct fan (2).
이 때, 기울어진 베인(5)으로 인하여 덕트 팬(2)의 하단부에서는 롤 제어로 비행체가 이동하고자 하는 방향과 반대 방향(B)의 추력이 발생될 수 있다. 예컨대, 비행체가 우측 방향으로 이동하고자 롤 모멘트를 발생시키는 경우, 베인(5)을 통해서 덕트 팬(2)의 하부 개구로 유출되는 공기의 추력으로 인하여 좌측 방향으로 이동하려는 힘이 발생될 수 있다. 이러한 현상으로 인하여 비행체가 롤 제어를 통하여 측방향 기동을 하고자 하는 경우 기동성이 감소될 수 있다.At this time, due to the inclined vane (5), a thrust in the opposite direction (B) to the direction in which the aircraft is intended to move may be generated at the lower end of the duct fan (2) by roll control. For example, when the aircraft generates a roll moment to move to the right, a force to move to the left may be generated due to the thrust of the air flowing out of the lower opening of the duct fan (2) through the vane (5). Due to this phenomenon, when the aircraft is intended to perform a lateral maneuver through roll control, the maneuverability may be reduced.
도3a 내지 도3b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)의 개략도를 나타낸다.Figures 3a and 3b illustrate schematic diagrams of a blade system (4) according to one embodiment.
일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 비행체의 덕트 팬의 내측에 배치될 수 있다. 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 블레이드의 사이클릭 피치(cyclic pitch)를 제어함으로써 덕트 팬에 상술한 롤 모멘트를 발생시킬 수 있다. 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 블레이드의 콜렉티브 피치(collective pitch)를 제어할 수 있다.The blade system (4) according to one embodiment may be placed inside a duct fan of an aircraft. The blade system (4) according to one embodiment may generate the above-described roll moment in the duct fan by controlling the cyclic pitch of the blades. The blade system (4) according to one embodiment may control the collective pitch of the blades.
콜렉티브 피치 제어는 회전되는 모든 블레이드를 동시에 같은 양만큼 비트는 제어를 의미하고, 사이클릭 피치 제어는 주기(cycle)를 가지고 각각의 위치를 지나는 블레이드의 비틀림 정도가 상이하게 되는 제어를 의미한다. 예컨대 콜렉티브 피치는 덕트 팬의 상승 추력의 크기를 제어할 수 있고, 사이클릭 피치의 제어를 통하여서는 덕트 팬의 롤 모멘트를 제어할 수 있다.Collective pitch control means a control that twists all rotating blades by the same amount at the same time, and cyclic pitch control means a control that twists the degree of blades passing through each position differently with a cycle. For example, collective pitch can control the size of the upward thrust of a ducted fan, and cyclic pitch control can control the roll moment of a ducted fan.
도3a를 및 도3b를 참조하면, 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 베이스 프레임(10), 블레이드(30), 메인 허브(40), 스와시 플레이트(50), 피치 링크(60), 액츄에이터(70) 및 베이스 시저 링크(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3a and 3b, a blade system (4) according to one embodiment may include a base frame (10), a blade (30), a main hub (40), a swash plate (50), a pitch link (60), an actuator (70), and a base scissor link (80).
구체적으로, 도3a는 일 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 나타낸다.Specifically, FIG. 3a illustrates a blade system according to one embodiment as viewed from one direction.
블레이드(30)는 복수 개로 형성될 수 있다. 각각의 블레이드(30)는 피치(pitch)가 제어될 수 있다. 블레이드(30)의 피치는 수평에 대하여 비틀린 각도를 의미한다. 블레이드(30)는 피치 링크(60)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)는 메인 허브(40)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)는 메인 허브(40)의 허브 헤드(41)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)에 연결된 피치 링크(60)가 구동됨으로써 블레이드(30)의 피치 각도가 제어될 수 있다.The blade (30) may be formed in multiple pieces. Each blade (30) may have a pitch controlled. The pitch of the blade (30) means a twisted angle with respect to the horizontal. The blade (30) may be connected to a pitch link (60). The blade (30) may be connected to a main hub (40). The blade (30) may be connected to a hub head (41) of the main hub (40). The pitch angle of the blade (30) may be controlled by driving the pitch link (60) connected to the blade (30).
메인 허브(40)는 허브 헤드(41)및 허브 바디(42)를 포함할 수 있다. 메인 허브(40)는 블레이드(30)를 회전 가능하도록 지지할 수 있다. 허브 헤드(41)에는 블레이드(30)가 연결될 수 있다. 허브 바디(42)는 허브 헤드(41)와 연겯될 수 있다. 허브 바디(42)는 베이스 프레임(10)과 연결될 수 있고, 스와시 플레이트(50)와 구조적으로 연결되어 스와시 플레이트(50)를 지지할 수 있다.The main hub (40) may include a hub head (41) and a hub body (42). The main hub (40) may rotatably support a blade (30). A blade (30) may be connected to the hub head (41). The hub body (42) may be connected to the hub head (41). The hub body (42) may be connected to the base frame (10) and structurally connected to a swash plate (50) to support the swash plate (50).
스와시 플레이트(50)는 회전 플레이트(51), 베어링(52), 및 지지 플레이트(53)를 포함할 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 이동될 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동될 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)에 대하여 기울어진 정도가 변화될 수 있다. 지지 플레이트(53)는 베이스 프레임(10)과 구조적으로 연결될 수 있다. 회전 플레이트(51)는 지지 플레이트(53)에 대하여 회전 가능할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 회전됨으로써 회전 플레이트와 연결된 블레이드(30)가 회전될 수 있다. 베어링(52)은 회전 플레이트(51)와 지지 플레이트(53) 사이에 배치될 수 있다. 베어링(52)은 회전 플레이트(51)를 지지 플레이트(53)에 대하여 회전가능하도록 연결할 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 경우, 지지 플레이트(53) 및 회전 플레이트(51)는 모두 동시에 이동되거나 기울어질 수 있다.The swash plate (50) may include a rotation plate (51), a bearing (52), and a support plate (53). The swash plate (50) may be moved by an actuator (70). The swash plate (50) may be moved toward or away from the base frame (10) by the actuator (70). The degree to which the swash plate (50) is tilted with respect to the base frame (10) may be changed by the actuator (70). The support plate (53) may be structurally connected to the base frame (10). The rotation plate (51) may be rotatable with respect to the support plate (53). As the rotation plate (51) rotates, the blade (30) connected to the rotation plate may rotate. The bearing (52) may be arranged between the rotation plate (51) and the support plate (53). The bearing (52) can connect the rotation plate (51) to the support plate (53) so that it can rotate. When the swash plate (50) moves or tilts with respect to the base frame (10), both the support plate (53) and the rotation plate (51) can move or tilt simultaneously.
피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)와 블레이드(30)를 연결할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 회전되는 경우, 회전 플레이트(51)와 고정된 피치 링크(60)는 회전 플레이트(51)의 회전을 블레이드(30)로 전달할 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 경우, 피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 이동 및 기울어짐을 블레이드(30)로 전달할 수 있다.The pitch link (60) can connect the rotation plate (51) of the swash plate (50) and the blade (30). When the rotation plate (51) rotates, the pitch link (60) fixed to the rotation plate (51) can transmit the rotation of the rotation plate (51) to the blade (30). When the swash plate (50) moves or tilts with respect to the base frame (10), the pitch link (60) can transmit the movement and tilting of the swash plate (50) to the blade (30).
액츄에이터(70)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)를 연결할 수 있다. 액츄에이터(70)는 베이스 프레임(10)으로부터 연장되고, 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어질 수 있도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 베이스 프레임(10)에 대한 스와시 플레이트(50)의 형태를 제어할 수 있도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 복수 개로 형성될 수 있다. 액츄에이터(70)는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 메인 허브(40)의 허브 바디(42)는 한 쌍의 액츄에이터 사이에 위치될 수 있다.An actuator (70) can connect the base frame (10) and the swash plate (50). The actuator (70) extends from the base frame (10) and can be driven so that the swash plate (50) can move or tilt with respect to the base frame (10). The actuator (70) can be driven so as to control the shape of the swash plate (50) with respect to the base frame (10). The actuator (70) can be driven so that its length can be extended or shortened. The actuator (70) can be formed in plural. The actuator (70) can be formed in a pair. The hub body (42) of the main hub (40) can be positioned between the pair of actuators.
베이스 시저 링크(80)는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)를 연결할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 한 쌍의 액츄에이터(70)의 측에 형성될 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 적어도 하나의 조인트를 포함할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 스와시 플레이트(50)의 자유도를 제한할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 방향으로만 기울어지도록 통제할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 액츄에이터(70)에 의하여 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 이격되는 방향(예컨대, 도3a의 +z 방향)으로 이동되는 경우, 스와시 플레이트의 이동에 대응하여 조인트의 각도가 변화될 수 있다.The base scissor link (80) may be formed as a pair. The base scissor link (80) may connect the base frame (10) and the swash plate (50). The base scissor link (80) may be formed on the side of a pair of actuators (70). The base scissor link (80) may include at least one joint. The base scissor link (80) may limit the degree of freedom of the swash plate (50) to move or tilt with respect to the base frame (10) by the actuator (70). The base scissor link (80) may control the swash plate (50) to tilt only in a preset direction with respect to the base frame (10). When the base scissor link (80) is moved in a direction (e.g., +z direction of FIG. 3a) in which the swash plate (50) is separated from the base frame (10) by the actuator (70), the angle of the joint can be changed in response to the movement of the swash plate.
도3b는 다른 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 나타낸다.Figure 3b shows a blade system according to one embodiment viewed from another direction.
도3b를 참조하면, 액츄에이터(70)는 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 액츄에이터(70)는 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)를 포함할 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 각각 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)를 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)의 지지 플레이트(53)를 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 지지 플레이트(53)의 일 부분과 베이스 프레임(10)을 연결할 수 있고, 제2 액츄에이터(72)는 지지 플레이트(53)의 타 부분과 베이스 프레임(10)을 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 메인 허브(40)의 허브 바디(42)를 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 각각 독립적으로 구동될 수 있으며, 길이가 신장 또는 단축(예컨대, 도3b의 z축 방향으로)되도록 구동될 수 있다. Referring to FIG. 3b, the actuator (70) may be formed as a pair. The actuator (70) may include a first actuator (71) and a second actuator (72). The first actuator (71) and the second actuator (72) may each connect the base frame (10) and the swash plate (50). The first actuator (71) and the second actuator (72) may connect the base frame (10) and the support plate (53) of the swash plate (50). The first actuator (71) may connect a portion of the support plate (53) and the base frame (10), and the second actuator (72) may connect the other portion of the support plate (53) and the base frame (10). The first actuator (71) and the second actuator (72) can be positioned on opposite sides with respect to the hub body (42) of the main hub (40). The first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven independently, and can be driven to extend or shorten their lengths (e.g., in the z-axis direction of FIG. 3b).
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은 허브 시저 링크(90)를 포함할 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트의 회전 플레이트(51)와 메인 허브(40)의 허브 바디(42)를 구속할 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트가 기 설정된 형태로 제어될 수 있도록 허브 바디(42)로부터 스와시 플레이트를 지지할 수 있다.A blade system according to one embodiment may include a hub scissor link (90). The hub scissor link (90) may restrain a rotation plate (51) of a swash plate and a hub body (42) of a main hub (40). The hub scissor link (90) may support the swash plate from the hub body (42) so that the swash plate may be controlled to a preset shape.
도4a 및 도4b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figures 4a and 4b illustrate collective pitch control of a blade system according to one embodiment.
도4a는 일 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figure 4a illustrates collective pitch control of a blade system according to one embodiment as viewed from one direction.
도4a를 참조하면, 액츄에이터(70)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)의 길이가 신장 또는 단축되는 경우, 스와시 플레이트(50)의 베이스 프레임(10)으로부터의 이격된 거리가 제어될 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 멀어지거나 가까워지는 경우, 베이스 시저 링크(80)는 이에 대응되어 조인트의 각도가 변화될 수 있다. 이 때, 메인 허브(40)는 고정된 상태일 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 액츄에이터(70)에 의하여 이동되거나 기울어지는 경우라도 허브 바디(42) 및 허브 헤드(41)의 위치는 고정된 상태일 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 멀어지거나 가까워지는 경우, 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)와 연결된 피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 이동에 대응되어 함께 이동될 수 있다. 피치 링크(60)는 블레이드(30)의 일 단부와 연결되어 있는 상태일 수 있다. 블레이드(30)는 다시 메인 허브(40)의 허브 헤드(41)와 연결되어 있으므로, 피치 링크(60)가 스와시 플레이트(50)의 이동에 대응되어 이동됨에 따라 메인 허브의 허브 헤드(41)와 블레이드(30)가 이루는 각도(θ1), 다시 말해 피치 각도가 제어될 수 있다.Referring to FIG. 4a, the actuator (70) can be driven to extend or shorten its length. When the length of the actuator (70) extends or shortens, the distance from the base frame (10) of the swash plate (50) can be controlled. When the swash plate (50) moves away from or closer to the base frame (10), the base scissor link (80) can change the angle of the joint accordingly. At this time, the main hub (40) can be fixed. Even when the swash plate (50) is moved or tilted by the actuator (70), the positions of the hub body (42) and the hub head (41) can be fixed. When the swash plate (50) moves away from or closer to the base frame (10), the pitch link (60) connected to the rotation plate (51) of the swash plate (50) can move together in response to the movement of the swash plate (50). The pitch link (60) may be connected to one end of the blade (30). Since the blade (30) is again connected to the hub head (41) of the main hub (40), the angle (θ 1 ) formed by the hub head (41) of the main hub and the blade (30), that is, the pitch angle, can be controlled as the pitch link (60) moves in response to the movement of the swash plate (50).
도4b는 다른 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figure 4b illustrates collective pitch control of a blade system according to one embodiment viewed from another direction.
도4b를 참조하면, 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 콜렉티브 피치 제어의 경우, 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 동일하게 길이가 신장되거나 단축될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 동일하게 신장되거나 단축됨으로써 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 이격된 거리를 제어할 수 있다. 이 경우, 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)에 연결된 피치 링크(60)는 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)가 신장되거나 단축되는 길이만큼 이동될 수 있고, 블레이드(30)의 피치 각도는 이에 대응되어 변화될 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 베이스 프레임(10)과 평행한 상태에서 베이스 프레임(10)과 이격된 거리가 제어될 수 있다. 베이스 시저 링크(80) 및 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트의 자유도를 제한하며 스와시 플레이트(50)를 각각 베이스 프레임(10)과 허브 바디(42)에 구속시킬 수 있다.Referring to FIG. 4b, the first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven to extend or shorten their lengths. The first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven independently. In the case of collective pitch control, the first actuator (71) and the second actuator (72) can be equally extended or shortened. The first actuator (71) and the second actuator (72) can control the distance at which the swash plate (50) is spaced from the base frame (10) by being equally extended or shortened. In this case, the pitch link (60) connected to the rotation plate (51) of the swash plate (50) can be moved by the length by which the first actuator (71) and the second actuator (72) are extended or shortened, and the pitch angle of the blade (30) can be changed correspondingly. The swash plate (50) can be controlled at a distance from the base frame (10) while being parallel to the base frame (10). The base scissor link (80) and the hub scissor link (90) can limit the degree of freedom of the swash plate and restrain the swash plate (50) to the base frame (10) and the hub body (42), respectively.
도5는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 사이클릭 피치 제어를 나타낸다.Figure 5 illustrates cyclic pitch control of a blade system according to one embodiment.
도5를 참조하면, 제1 액츄에이터(71)와 제2 액츄에이터(72)는 각각 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(53)에 연결될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있으며, 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 각각 독립적으로 구동될 수 있다. 사이클릭 피치 제어의 경우, 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 서로 상이하게 길이가 신장되거나 단축될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 서로 상이하게 길이가 신장되거나 단축(예컨대, 도5의 z축 방향으로)됨으로써 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 기울어진 정도를 제어할 수 있다. 이때 베이스 시저 링크(80)는 스와시 플레이트(50)가 일 방향으로만 기울어질 수 있도록 구속할 수 있다. 베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 스와시 플레이트(50)는 복수 개의 블레이드의 피치 각도를 서로 다르게 형성시킬 수 있다. 예컨대, 피치 링크(60)는 제1 피치 링크(60a) 및 제2 피치 링크(60b)를 포함할 수 있고, 블레이드(30)는 제1 블레이드(30a) 및 제2 블레이드(30b)를 포함할 수 있다. 제1 피치 링크(60a) 및 제2 피치 링크(60b)는 베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 스와시 플레이트(50)의 형상에 대응하여 이동될 수 있고, 각각 제1 블레이드(30a) 및 제2 블레이드(30b)의 피치 각도를 다르게 제어할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 지지 플레이트(53)에 대하여 회전되는 경우, 각각의 블레이드는 주기를 가지고 피치 각도가 변화될 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 회전 플레이트(51)와 허브 바디(42)를 구속할 수 있다.Referring to FIG. 5, the first actuator (71) and the second actuator (72) can be connected to the rotation plate (53) of the swash plate (50), respectively. The first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven to extend or shorten in length, and the first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven independently. In the case of cyclic pitch control, the first actuator (71) and the second actuator (72) can extend or shorten in length differently from each other. The first actuator (71) and the second actuator (72) can control the degree to which the swash plate (50) is tilted with respect to the base frame (10) by extending or shortening in length (e.g., in the z-axis direction of FIG. 5) differently from each other. At this time, the base scissor link (80) can restrain the swash plate (50) so that it can only tilt in one direction. The swash plate (50) tilted at a preset angle with respect to the base frame (10) can form the pitch angles of the plurality of blades differently. For example, the pitch link (60) can include a first pitch link (60a) and a second pitch link (60b), and the blade (30) can include a first blade (30a) and a second blade (30b). The first pitch link (60a) and the second pitch link (60b) can move in response to the shape of the swash plate (50) tilted at a preset angle with respect to the base frame (10), and the pitch angles of the first blade (30a) and the second blade (30b) can be controlled differently, respectively. When the rotation plate (51) rotates with respect to the support plate (53), the pitch angle of each blade can change periodically. The hub scissor link (90) can restrain the rotating plate (51) and the hub body (42).
도6a 내지 도6b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)의 개략도를 나타낸다.Figures 6a and 6b illustrate schematic diagrams of a blade system (4) according to one embodiment.
도6a를 및 도6b를 참조하면, 일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 베이스 프레임(10), 블레이드(30), 메인 허브(40), 스와시 플레이트(50), 피치 링크(60), 액츄에이터(70) 및 베이스 시저 링크(80)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 6A and 6B, a blade system (4) according to one embodiment may include a base frame (10), a blade (30), a main hub (40), a swash plate (50), a pitch link (60), an actuator (70), and a base scissor link (80).
구체적으로, 도6a는 일 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 나타낸다.Specifically, FIG. 6a illustrates a blade system according to one embodiment as viewed from one direction.
블레이드(30)는 복수 개로 형성될 수 있다. 각각의 블레이드(30)는 피치(pitch)가 제어될 수 있다. 블레이드(30)의 피치는 수평에 대하여 비틀린 각도를 의미한다. 블레이드(30)는 피치 링크(60)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)는 메인 허브(40)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)는 메인 허브(40)의 허브 헤드(41)와 연결될 수 있다. 블레이드(30)에 연결된 피치 링크(60)가 구동됨으로써 블레이드(30)의 피치 각도가 제어될 수 있다.The blade (30) may be formed in multiple pieces. Each blade (30) may have a pitch controlled. The pitch of the blade (30) means a twisted angle with respect to the horizontal. The blade (30) may be connected to a pitch link (60). The blade (30) may be connected to a main hub (40). The blade (30) may be connected to a hub head (41) of the main hub (40). The pitch angle of the blade (30) may be controlled by driving the pitch link (60) connected to the blade (30).
메인 허브(40)는 허브 헤드(41)및 허브 바디(42)를 포함할 수 있다. 메인 허브(40)는 블레이드(30)를 회전 가능하도록 지지할 수 있다. 허브 헤드(41)에는 블레이드(30)가 연결될 수 있다. 허브 바디(42)는 허브 헤드(41)와 연겯될 수 있다. 허브 바디(42)는 베이스 프레임(10)과 연결될 수 있고, 스와시 플레이트(50)와 구조적으로 연결되어 스와시 플레이트(50)를 지지할 수 있다.The main hub (40) may include a hub head (41) and a hub body (42). The main hub (40) may rotatably support a blade (30). A blade (30) may be connected to the hub head (41). The hub body (42) may be connected to the hub head (41). The hub body (42) may be connected to the base frame (10) and structurally connected to a swash plate (50) to support the swash plate (50).
스와시 플레이트(50)는 회전 플레이트(51), 베어링(52), 및 지지 플레이트(53)를 포함할 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 이동될 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)과 멀어지거나 가까워지는 방향으로 이동될 수 있다. 스와시 플레이트(50)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)에 대하여 기울어진 정도가 변화될 수 있다. 지지 플레이트(53)는 베이스 프레임(10)과 구조적으로 연결될 수 있다. 회전 플레이트(51)는 지지 플레이트(53)에 대하여 회전 가능할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 회전됨으로써 회전 플레이트와 연결된 블레이드(30)가 회전될 수 있다. 베어링(52)은 회전 플레이트(51)와 지지 플레이트(53) 사이에 배치될 수 있다. 베어링(52)은 회전 플레이트(51)를 지지 플레이트(53)에 대하여 회전가능하도록 연결할 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 경우, 지지 플레이트(53) 및 회전 플레이트(51)는 모두 동시에 이동되거나 기울어질 수 있다.The swash plate (50) may include a rotation plate (51), a bearing (52), and a support plate (53). The swash plate (50) may be moved by an actuator (70). The swash plate (50) may be moved toward or away from the base frame (10) by the actuator (70). The degree to which the swash plate (50) is tilted with respect to the base frame (10) may be changed by the actuator (70). The support plate (53) may be structurally connected to the base frame (10). The rotation plate (51) may be rotatable with respect to the support plate (53). As the rotation plate (51) rotates, the blade (30) connected to the rotation plate may rotate. The bearing (52) may be arranged between the rotation plate (51) and the support plate (53). The bearing (52) can connect the rotation plate (51) to the support plate (53) so that it can rotate. When the swash plate (50) moves or tilts with respect to the base frame (10), both the support plate (53) and the rotation plate (51) can move or tilt simultaneously.
피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)와 블레이드(30)를 연결할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 회전되는 경우, 회전 플레이트(51)와 고정된 피치 링크(60)는 회전 플레이트(51)의 회전을 블레이드(30)로 전달할 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 경우, 피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 이동 및 기울어짐을 블레이드(30)로 전달할 수 있다.The pitch link (60) can connect the rotation plate (51) of the swash plate (50) and the blade (30). When the rotation plate (51) rotates, the pitch link (60) fixed to the rotation plate (51) can transmit the rotation of the rotation plate (51) to the blade (30). When the swash plate (50) moves or tilts with respect to the base frame (10), the pitch link (60) can transmit the movement and tilting of the swash plate (50) to the blade (30).
액츄에이터(70)는 베이스 프레임(10)으로부터 연장되고, 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어질 수 있도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 베이스 프레임(10)에 대한 스와시 플레이트(50)의 형태를 제어할 수 있도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)는 복수 개로 형성될 수 있다. 액츄에이터(70)는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 메인 허브(40)의 허브 바디(42)는 한 쌍의 액츄에이터 사이에 위치될 수 있다.The actuator (70) extends from the base frame (10) and can be driven so that the swash plate (50) can move or tilt with respect to the base frame (10). The actuator (70) can be driven so as to control the shape of the swash plate (50) with respect to the base frame (10). The actuator (70) can be driven so as to extend or shorten its length. The actuator (70) can be formed in plural. The actuator (70) can be formed in a pair. The hub body (42) of the main hub (40) can be positioned between the pair of actuators.
베이스 시저 링크(80)는 한 쌍으로 형성될 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)를 연결할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 한 쌍의 액츄에이터(70)의 측에 형성될 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 적어도 하나의 조인트를 포함할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 액츄에이터(70)에 의하여 베이스 프레임(10)에 대하여 이동되거나 기울어지는 스와시 플레이트(50)의 자유도를 제한할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 방향으로만 기울어지도록 제어할 수 있다. 베이스 시저 링크(80)는 액츄에이터(70)에 의하여 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 이격되는 방향(예컨대, 도6a의 +z 방향)으로 이동되는 경우, 스와시 플레이트(50)의 이동에 대응하여 조인트의 각도가 변화될 수 있다.The base scissor link (80) may be formed as a pair. The base scissor link (80) may connect the base frame (10) and the swash plate (50). The base scissor link (80) may be formed on the side of a pair of actuators (70). The base scissor link (80) may include at least one joint. The base scissor link (80) may limit the degree of freedom of the swash plate (50) to move or tilt with respect to the base frame (10) by the actuator (70). The base scissor link (80) may control the swash plate (50) to tilt only in a preset direction with respect to the base frame (10). When the base scissor link (80) is moved in a direction (e.g., +z direction of FIG. 6a) in which the swash plate (50) is separated from the base frame (10) by the actuator (70), the angle of the joint can be changed in response to the movement of the swash plate (50).
도6b는 다른 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 나타낸다.Figure 6b shows a blade system according to one embodiment viewed from another direction.
도6b를 참조하면, 액츄에이터(70)는 한 쌍으로 이루어질 수 있다. 액츄에이터(70)는 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)를 포함할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 기울어진 정도를 제어할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 블레이드(30)의 사이클릭 피치를 제어할 수 있다. 제2 액츄에이터(72)는 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 이격된 거리를 제어할 수 있다. 제2 액츄에이터(72)는 블레이드(30)의 콜렉티브 피치를 제어할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)를 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)의 지지 플레이트(53)를 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 지지 플레이트(53)의 일 부분과 베이스 프레임(10)을 연결할 수 있고, 제2 액츄에이터(72)는 베이스 프레임(10)으로부터 연장될 수 있다.Referring to FIG. 6b, the actuator (70) may be formed as a pair. The actuator (70) may include a first actuator (71) and a second actuator (72). The first actuator (71) may control the degree to which the swash plate (50) is tilted with respect to the base frame (10). The first actuator (71) may control the cyclic pitch of the blade (30). The second actuator (72) may control the distance by which the swash plate (50) is spaced from the base frame (10). The second actuator (72) may control the collective pitch of the blade (30). The first actuator (71) may connect the base frame (10) and the swash plate (50). The first actuator (71) can connect the base frame (10) and the support plate (53) of the swash plate (50). The first actuator (71) can connect a portion of the support plate (53) and the base frame (10), and the second actuator (72) can extend from the base frame (10).
일 실시예에 따른 블레이드 시스템(4)은 연결 요소(110) 및 지지 요소(100)를 포함할 수 있다. 연결 요소(110)는 제2 액츄에이터(72)의 일 단부와 스와시 플레이트의 지지 플레이트(53)를 연결할 수 있다. 연결 요소(110)는 적어도 하나의 조인트를 가질 수 있다. 연결 요소(110)는 바람직하게는 적어도 두개 조인트를 가질 수 있다. 지지 요소(100)는 연결 요소(110)를 지지할 수 있다. 지지 요소(100)는 연결 요소(110)를 베이스 프레임(10)과 연결하고, 연결 요소(110)를 베이스 프레임(10)으로부터 지지할 수 있다. 연결 요소(110)는 제2 액츄에이터(72)의 구동을 스와시 플레이트(50)로 전달할 수 있다. 연결 요소(110)의 적어도 일 부분은 연결 요소(110)와 지지 요소(100)와의 연결 부위를 중심으로 회전 가능할 수 있다.A blade system (4) according to one embodiment may include a connecting element (110) and a supporting element (100). The connecting element (110) may connect one end of a second actuator (72) and a supporting plate (53) of a swash plate. The connecting element (110) may have at least one joint. The connecting element (110) may preferably have at least two joints. The supporting element (100) may support the connecting element (110). The supporting element (100) may connect the connecting element (110) to a base frame (10) and support the connecting element (110) from the base frame (10). The connecting element (110) may transmit the actuation of the second actuator (72) to the swash plate (50). At least a portion of the connecting element (110) may be rotatable about a connection portion between the connecting element (110) and the supporting element (100).
제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 메인 허브(40)의 허브 바디(42)를 기준으로 서로 반대편에 배치될 수 있다. 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)는 각각 독립적으로 구동될 수 있으며, 길이가 신장 또는 단축(예컨대, 도6b의 z축 방향으로)되도록 구동될 수 있다. The first actuator (71) and the second actuator (72) can be positioned on opposite sides with respect to the hub body (42) of the main hub (40). The first actuator (71) and the second actuator (72) can be driven independently, and can be driven to extend or shorten their lengths (e.g., in the z-axis direction of FIG. 6b).
일 실시예에 따른 블레이드 시스템은 허브 시저 링크(90)를 포함할 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트의 회전 플레이트(51)와 메인 허브(40)의 허브 바디(42)를 구속할 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트가 기 설정된 형태로 제어될 수 있도록 허브 바디(42)로부터 스와시 플레이트를 지지할 수 있다.A blade system according to one embodiment may include a hub scissor link (90). The hub scissor link (90) may restrain a rotation plate (51) of a swash plate and a hub body (42) of a main hub (40). The hub scissor link (90) may support the swash plate from the hub body (42) so that the swash plate may be controlled to a preset shape.
도7a 및 도7b는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figures 7a and 7b illustrate collective pitch control of a blade system according to one embodiment.
도7a는 일 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figure 7a illustrates collective pitch control of a blade system according to one embodiment as viewed from one direction.
도7a를 참조하면, 액츄에이터(70)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 액츄에이터(70)의 길이가 신장 또는 단축되는 경우, 스와시 플레이트(50)의 베이스 프레임(10)으로부터의 이격된 거리가 제어될 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 멀어지거나 가까워지는 경우, 베이스 시저 링크(80)는 이에 대응되어 조인트의 각도가 변화될 수 있다. 이 때, 허브 바디(42) 및 허브 헤드(41)의 위치는 고정된 상태일 수 있다. 다시 말해 스와시 플레이트(50)가 액츄에이터(70)에 의하여 이동되거나 기울어지는 경우라도 허브 바디(42) 및 허브 헤드(41)의 위치는 이동되지 않을 수 있다. 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)으로부터 멀어지거나 가까워지는 경우, 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)와 연결된 피치 링크(60)는 스와시 플레이트(50)의 이동에 대응되어 함께 이동될 수 있다. 피치 링크(60)는 블레이드(30)의 일 단부와 연결되어 있는 상태일 수 있다. 블레이드(30)는 다시 메인 허브(40)의 허브 헤드(41)와 연결되어 있으므로, 피치 링크(60)가 스와시 플레이트(50)의 이동에 대응되어 이동됨에 따라 메인 허브의 허브 헤드(41)와 블레이드(30)가 이루는 각도(θ1), 다시 말해 피치 각도가 제어될 수 있다.Referring to FIG. 7a, the actuator (70) can be driven to extend or shorten its length. When the length of the actuator (70) extends or shortens, the distance from the base frame (10) of the swash plate (50) can be controlled. When the swash plate (50) moves away from or closer to the base frame (10), the base scissor link (80) can change the angle of the joint accordingly. At this time, the positions of the hub body (42) and the hub head (41) can be fixed. In other words, even when the swash plate (50) is moved or tilted by the actuator (70), the positions of the hub body (42) and the hub head (41) may not move. When the swash plate (50) moves away from or closer to the base frame (10), the pitch link (60) connected to the rotation plate (51) of the swash plate (50) can move together in response to the movement of the swash plate (50). The pitch link (60) may be connected to one end of the blade (30). Since the blade (30) is again connected to the hub head (41) of the main hub (40), the angle (θ 1 ) formed by the hub head (41) of the main hub and the blade (30), that is, the pitch angle, can be controlled as the pitch link (60) moves in response to the movement of the swash plate (50).
도7b는 다른 방향에서 바라본 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 제어를 나타낸다.Figure 7b illustrates collective pitch control of a blade system according to one embodiment viewed from another direction.
도7b를 참조하면, 콜렉티브 피치 제어를 위하여 제2 액츄에이터(72)는 제1 액츄에이터(71)와 독립적으로 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있다. 제2 액츄에이터(72)의 길이가 신장 또는 단축되도록 구동되는 경우, 연결 요소(110)는 제2 액츄에이터(72)의 구동을 스와시 플레이트(50)로 전달할 수 있다. 연결 요소(110)는 제2 액츄에이터(72)의 일 단부와 연결되는 제1 암(111) 및 제1 암과 스와시 플레이트의 지지 플레이트(53)를 연결하는 제2 암(112)을 포함할 수 있다. 제2 암(112)의 일 단부는 지지 플레이트(53)의 중앙 부분에 연결될 수 있다.Referring to FIG. 7b, for collective pitch control, the second actuator (72) can be driven to extend or shorten its length independently of the first actuator (71). When the second actuator (72) is driven to extend or shorten its length, the connecting element (110) can transmit the driving of the second actuator (72) to the swash plate (50). The connecting element (110) can include a first arm (111) connected to one end of the second actuator (72) and a second arm (112) connecting the first arm and the support plate (53) of the swash plate. One end of the second arm (112) can be connected to a central portion of the support plate (53).
예컨대, 제2 액츄에이터(72)의 길이가 늘어나는 방향(예컨대, 도7b의 +z 방향)으로 구동되는 경우, 지지 요소(100)에 회전 가능하게 연결되는 제1 암(111)은 지렛대의 원리에 의하여 제2 암(112)을 아래 방향(예컨대, 도7b의 -z방향)으로 당길 수 있다. 제2 암(112)은 제1 암(111)으로부터 제2 액츄에이터(72)의 동력을 전달받아 지지 플레이트(53)를 아래 방향(예컨대, 도7b의 -z방향)으로 이동시킬 수 있다. 따라서, 제2 액츄에이터(72)의 길이가 신장되거나 단축되도록 구동되는 경우, 베이스 프레임(10)과 스와시 플레이트(50)의 이격된 거리가 제어될 수 있다. 반대로 제2 액츄에이터(72)의 길이가 단축되는 방향(예컨대, 도7b의 -z 방향)으로 구동되는 경우, 마찬가지의 원리로 스와시 플레이트(50)는 베이스 프레임으로부터 멀어지는 방향(예컨대, 도7b의 +z 방향)으로 이동되도록 제어될 수 있다.For example, when the second actuator (72) is driven in a direction in which the length thereof increases (e.g., in the +z direction of FIG. 7b), the first arm (111) rotatably connected to the support element (100) can pull the second arm (112) downward (e.g., in the -z direction of FIG. 7b) by the principle of a lever. The second arm (112) can receive power of the second actuator (72) from the first arm (111) to move the support plate (53) downward (e.g., in the -z direction of FIG. 7b). Therefore, when the second actuator (72) is driven so that the length thereof increases or decreases, the distance between the base frame (10) and the swash plate (50) can be controlled. Conversely, when the second actuator (72) is driven in a direction in which the length thereof is shortened (e.g., the -z direction of FIG. 7b), the swash plate (50) can be controlled to move away from the base frame (e.g., the +z direction of FIG. 7b) by the same principle.
이 경우, 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(51)에 연결된 피치 링크(60)는 제1 액츄에이터(71) 및 제2 액츄에이터(72)가 신장되거나 단축되는 길이만큼 이동될 수 있고, 블레이드(30)의 피치 각도는 이에 대응되어 변화될 수 있다. 베이스 시저 링크(80) 및 허브 시저 링크(90)는 스와시 플레이트의 자유도를 제한하며 스와시 플레이트(50)를 각각 베이스 프레임(10)과 허브 바디(42)에 구속시킬 수 있다.In this case, the pitch link (60) connected to the rotation plate (51) of the swash plate (50) can be moved by the length by which the first actuator (71) and the second actuator (72) are extended or shortened, and the pitch angle of the blade (30) can be changed correspondingly. The base scissor link (80) and the hub scissor link (90) can limit the degree of freedom of the swash plate and constrain the swash plate (50) to the base frame (10) and the hub body (42), respectively.
도8은 일 실시예에 따른 블레이드 시스템의 콜렉티브 피치 및 사이클릭 피치 제어를 나타낸다.FIG. 8 illustrates collective pitch and cyclic pitch control of a blade system according to one embodiment.
도8을 참조하면, 제1 액츄에이터(71)와 제2 액츄에이터(72)는 블레이드(30)의 사이클릭 피치와 콜렉티브 피치를 각각 제어할 수 있다.Referring to FIG. 8, the first actuator (71) and the second actuator (72) can control the cyclic pitch and collective pitch of the blade (30), respectively.
제2 액츄에이터(72)는 블레이드(30)의 콜렉티브 피치를 제어할 수 있다. 제2 액츄에이터(72)는 스와시 플레이트(50)의 중심 부분이 베이스 프레임(10)과 이격된 거리를 제어할 수 있다. 제2 액츄에이터(72)는 제1 암(111)과 제2 암(112)을 포함하는 연결 요소(110) 및 연결 요소(110)를 회전 가능하도록 지지하는 지지 요소(100)와 함께 스와시 플레이트(50)의 지지 플레이트(53)를 기구적으로 이동시킬 수 있으며, 이는 도7b에서 상술한 바와 같다.The second actuator (72) can control the collective pitch of the blade (30). The second actuator (72) can control the distance by which the center portion of the swash plate (50) is spaced from the base frame (10). The second actuator (72) can mechanically move the support plate (53) of the swash plate (50) together with the connecting element (110) including the first arm (111) and the second arm (112) and the supporting element (100) that rotatably supports the connecting element (110), as described above in FIG. 7b.
제1 액츄에이터(71)는 블레이드(30)의 사이클릭 피치를 제어할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 스와시 플레이트(50)가 베이스 프레임(10)에 대하여 기울어진 정도를 제어할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 스와시 플레이트(50)의 회전 플레이트(53)에 연결될 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 스와시 플레이트(50)의 지지 플레이트(53)의 일 부분과 베이스 프레임(10)을 연결할 수 있다. 제1 액츄에이터(71)는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있으며, 제2 액츄에이터(72)와 독립적으로 구동될 수 있다. 제1 액츄에이터(71)의 길이가 신장 또는 단축되는 방향으로 구동되는 경우, 제1 액츄에이터(71)의 일 단부와 연결된 스와시 플레이트(50)의 지지 플레이트(53)는 기 설정된 방향과 각도로 기울어질 수 있다.The first actuator (71) can control the cyclic pitch of the blade (30). The first actuator (71) can control the degree to which the swash plate (50) is tilted with respect to the base frame (10). The first actuator (71) can be connected to the rotation plate (53) of the swash plate (50). The first actuator (71) can connect a portion of the support plate (53) of the swash plate (50) and the base frame (10). The first actuator (71) can be driven to extend or shorten its length, and can be driven independently of the second actuator (72). When the length of the first actuator (71) is driven in a direction in which it is extended or shortened, the support plate (53) of the swash plate (50) connected to one end of the first actuator (71) can be tilted in a preset direction and angle.
베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 스와시 플레이트(50)는 복수 개의 블레이드의 피치 각도를 서로 다르게 형성시킬 수 있다. 예컨대, 피치 링크(60)는 제1 피치 링크(60a) 및 제2 피치 링크(60b)를 포함할 수 있고, 블레이드(30)는 제1 블레이드(30a) 및 제2 블레이드(30b)를 포함할 수 있다. 제1 피치 링크(60a) 및 제2 피치 링크(60b)는 베이스 프레임(10)에 대하여 기 설정된 각도로 기울어진 스와시 플레이트(50)의 형상에 대응하여 이동될 수 있고, 각각 제1 블레이드(30a) 및 제2 블레이드(30b)의 피치 각도를 다르게 제어할 수 있다. 회전 플레이트(51)가 지지 플레이트(53)에 대하여 회전되는 경우, 각각의 블레이드는 주기를 가지고 피치 각도가 변화될 수 있다. 허브 시저 링크(90)는 회전 플레이트(51)와 허브 바디(42)를 구속할 수 있다.The swash plate (50) tilted at a preset angle with respect to the base frame (10) can form the pitch angles of the plurality of blades differently. For example, the pitch link (60) can include a first pitch link (60a) and a second pitch link (60b), and the blade (30) can include a first blade (30a) and a second blade (30b). The first pitch link (60a) and the second pitch link (60b) can be moved in response to the shape of the swash plate (50) tilted at a preset angle with respect to the base frame (10), and the pitch angles of the first blade (30a) and the second blade (30b) can be controlled differently, respectively. When the rotation plate (51) is rotated with respect to the support plate (53), the pitch angle of each blade can be changed periodically. The hub scissor link (90) can restrain the rotation plate (51) and the hub body (42).
도9a 내지 도9c는 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 롤 모멘트 변화, 측력 변화 및 추력 손실 변화의 실험 데이터를 각각 나타낸다.FIGS. 9a to 9c respectively show experimental data of changes in roll moment, lateral force, and thrust loss of an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment.
도9a를 참조하면, 사이클릭 피치 컨트롤(Cyclic pitch control)이 적용된 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 경우, 베인 컨트롤(Vane control)을 사용하여 롤 모멘트를 유도하는 종래의 비행체에 비하여 대체적으로 높은 롤 모멘트 측정값을 나타냄을 알 수 있다.Referring to FIG. 9a, it can be seen that an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment of the present invention with cyclic pitch control exhibits generally higher roll moment measurements compared to a conventional aircraft that induces roll moment using vane control.
도9b를 참조하면, 사이클릭 피치 컨트롤(Cyclic pitch control)이 적용된 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 경우, 롤 모멘트와 같은 방향의 측력(+)이 발생되는 반면, 베인 컨트롤(Vane control)을 사용하여 롤 모멘트를 유도하는 종래의 비행체의 경우 롤 모멘트와 반대 방향의 측력(-)이 발생됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 9b, in the case of an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to an embodiment of the present invention to which cyclic pitch control is applied, a side force (+) in the same direction as the roll moment is generated, whereas in the case of a conventional aircraft inducing a roll moment using vane control, a side force (-) in the opposite direction to the roll moment is generated.
도9c를 참조하면, 사이클릭 피치 컨트롤(Cyclic pitch control)이 적용된 일 실시예에 따른 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체의 경우 베인 컨트롤(Vane control)을 사용하여 롤 모멘트를 유도하는 종래의 비행체에 비하여 추력 손실량이 유의미하게 저감됨을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9c, it can be confirmed that the thrust loss is significantly reduced in an aircraft equipped with a ducted fan including a blade system according to one embodiment of the present invention to which cyclic pitch control is applied, compared to a conventional aircraft that induces a roll moment using vane control.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 실시예가 설명되었으나 이는 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, although the embodiments have been described with specific details such as specific components and limited examples and drawings, these have been provided to help overall understanding. In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains can make various modifications and variations from this description. Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and all things that are equivalent or equivalent to the following claims, as well as the claims, are considered to fall within the scope of the spirit of the present invention.
1: 블레이드 시스템을 포함하는 덕트 팬이 장착된 비행체
2: 덕트 팬
4: 블레이드 시스템
30: 블레이드
50: 스와시 플레이트
70: 액츄에이터1: Aircraft equipped with a ducted fan including a blade system
2: Duct Fan
4: Blade System
30: Blade
50: Swash Plate
70: Actuator
Claims (16)
상기 비행체의 전진 방향에 수직한 상하 방향에 평행한 회전축을 중심으로 회전하는 복수 개의 블레이드를 구비하는 블레이드 시스템; 및
상기 회전축을 중심으로 상기 블레이드 시스템을 감싸는 덕트;
를 포함하고,
상기 블레이드 시스템은,
피치가 제어될 수 있는 복수 개의 블레이드;
상기 블레이드가 장착될 수 있고, 상기 블레이드를 상기 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 지지하는 메인 허브;
상기 블레이드와 연결되고, 상기 블레이드의 피치를 제어할 수 있는 스와시 플레이트;
상기 스와시 플레이트와 상기 블레이드를 연결할 수 있는 피치 링크;
상기 메인 허브를 지지하는 베이스 프레임;
상기 스와시 플레이트와 상기 베이스 프레임 사이에서 길이가 신장 또는 단축되도록 구동 가능하게 설치되고, 상기 비행체의 전진 방향에 수직한 좌우 측 방향을 따라서 상기 메인 허브를 기준으로 서로 반대측에 이격되어 설치되는 한 쌍의 액츄에이터; 및
상기 스와시 플레이트와 상기 베이스 프레임 사이에 설치되고, 상기 좌우 측방향에 평행한 축을 중심으로 회동 가능한 조인트를 구비하고, 상기 비행체의 전진 방향을 따라서 상기 메인 허브를 기준으로 서로 반대측에 이격되어 설치되는 한 쌍의 베이스 시저 링크;
를 포함하고,
(a) 상기 비행체의 상승 추력의 크기를 제어하기 위해, 상기 한 쌍의 액츄에이터는 상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임에 대하여 이격된 거리를 제어함으로써, 상기 블레이드의 콜렉티브 피치를 제어할 수 있고, (b) 상기 비행체의 롤 모멘트를 제어하기 위해, 상기 한 쌍의 액츄에이터는 상기 베이스 프레임에 대해 상기 좌우 측 방향으로 상기 스와시 플레이트의 기울기를 조절하고, 상기 한 쌍의 베이스 시저 링크는 상기 스와시 플레이트의 기울기가 상기 좌우 측 방향을 따라서 조절되도록 자유도를 제한함으로써, 상기 블레이드의 콜렉티브 피치를 제어할 수 있는,
덕트 팬.
In a duct fan installed in the fuselage of an aircraft,
A blade system having a plurality of blades that rotate around a rotation axis parallel to the vertical direction perpendicular to the forward direction of the aircraft; and
A duct surrounding the blade system centered on the rotation axis;
Including,
The above blade system,
Multiple blades with controlled pitch;
A main hub on which the blade can be mounted and which supports the blade so as to be rotatable around the rotation axis;
A swash plate connected to the blade and capable of controlling the pitch of the blade;
A pitch link capable of connecting the above swash plate and the above blade;
A base frame supporting the above main hub;
A pair of actuators installed so as to be drivable to extend or shorten in length between the swash plate and the base frame, and installed spaced apart from each other on opposite sides with respect to the main hub along the left and right directions perpendicular to the forward direction of the aircraft; and
A pair of base scissor links installed between the swash plate and the base frame, each having a joint rotatable around an axis parallel to the left and right lateral directions, and installed spaced apart from each other on opposite sides with respect to the main hub along the forward direction of the aircraft;
Including,
(a) In order to control the magnitude of the upward thrust of the aircraft, the pair of actuators can control the collective pitch of the blades by controlling the distance by which the swash plate is spaced with respect to the base frame, and (b) In order to control the roll moment of the aircraft, the pair of actuators can control the inclination of the swash plate in the left and right lateral directions with respect to the base frame, and the pair of base scissor links can control the collective pitch of the blades by limiting the degree of freedom so that the inclination of the swash plate is adjusted along the left and right lateral directions.
Duct fan.
상기 한 쌍의 액츄에이터의 길이는 동일하게 신장 또는 단축되고 상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임이 대해 이격된 거리가 제어될 수 있는,
덕트 팬.
In the first paragraph,
The length of the above pair of actuators can be extended or shortened equally, and the distance that the swash plate is spaced relative to the base frame can be controlled.
Duct fan.
상기 한 쌍의 액츄에이터의 길이는 서로 상이하게 신장 또는 단축되고, 상기 스와시 플레이트의 상기 베이스 프레임에 대한 기울기가 제어될 수 있는,
덕트 팬.
In the first paragraph,
The lengths of the above pair of actuators can be extended or shortened differently from each other, and the inclination of the swash plate with respect to the base frame can be controlled.
Duct fan.
상기 한 쌍의 액츄에이터는,
상기 스와시 플레이트의 상기 베이스 프레임에 대한 기울기를 제어할 수 있는 제1 액츄에이터; 및
상기 스와시 플레이트가 상기 베이스 프레임에 대하여 이격된 거리를 제어할 수 있는 제2 액츄에이터;
를 포함하는,
덕트 팬.
In the first paragraph,
The above pair of actuators,
a first actuator capable of controlling the inclination of the swash plate relative to the base frame; and
A second actuator capable of controlling the distance by which the swash plate is spaced relative to the base frame;
Including,
Duct fan.
상기 제1 액츄에이터 및 상기 제2 액츄에이터는 길이가 신장 또는 단축되도록 구동될 수 있는,
덕트 팬.
In Article 9,
The first actuator and the second actuator can be driven to extend or shorten the length.
Duct fan.
상기 블레이드 시스템은,
상기 제2 액츄에이터의 일 단부와 상기 스와시 플레이트를 연결하고, 상기 제2 액츄에이터의 운동을 상기 스와시 플레이트로 전달할 수 있는 연결 요소; 및
상기 베이스 프레임으로부터 연장되고 상기 연결 요소를 지지할 수 있는 지지 요소;
를 더 포함하는,
덕트 팬.
In Article 10,
The above blade system,
A connecting element connecting one end of the second actuator and the swash plate and capable of transmitting the motion of the second actuator to the swash plate; and
A support element extending from the base frame and capable of supporting the connecting element;
Including more,
Duct fan.
상기 제1 액츄에이터는 상기 스와시 플레이트의 일 부분과 상기 베이스 프레임을 연결하는,
덕트 팬.
In Article 11,
The above first actuator connects a portion of the swash plate and the base frame,
Duct fan.
상기 블레이드 시스템은,
상기 스와시 플레이트의 타 면과 상기 메인 허브를 연결하고, 상기 스와시 플레이트가 기 설정된 형태로 제어될 수 있도록 상기 스와시 플레이트를 지지할 수 있는 허브 시저 링크;
를 더 포함하는,
덕트 팬.
In the first paragraph,
The above blade system,
A hub scissor link connecting the other side of the swash plate and the main hub and capable of supporting the swash plate so that the swash plate can be controlled in a preset shape;
Including more,
Duct fan.
을 포함하는,
비행체.Duct fan as described in paragraph 1;
Including,
Aircraft.
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