헬리콥터 비행 제어 장치

Helicopter flight controls
헬리콥터의 비행 제어 위치

헬리콥터 조종사는 통제된 공기역학적 [1]비행을 달성하고 유지하기 위해 헬리콥터 비행 제어를 조작한다.항공기 비행 제어 시스템에 대한 변경은 기계적으로 로터에 전달되어 헬리콥터를 의도적으로 움직이게 하는 로터 블레이드에 공기역학적 효과를 발생시킨다.앞뒤로 기울이기(피치) 또는 옆으로 기울이기(롤) 위해서는 컨트롤이 회전 중에 주 로터 블레이드의 공격 각도를 주기적으로 변경하여 사이클의 여러 지점에서 서로 다른 양의 리프트(힘)를 생성해야 합니다.전체적인 리프트를 증가 또는 감소시키려면 제어장치가 모든 블레이드의 공격 각도를 동시에 동일한 양만큼 일괄적으로 변경하여 상승, 하강, 가속 및 감속을 발생시켜야 한다.

일반적인 헬리콥터는 사이클 스틱, 집합 레버, 안티토크 [2]페달의 세 가지 비행 제어 입력이 있습니다.헬리콥터의 복잡도에 따라 순환 및 집합은 혼합 장치인 기계적 또는 유압 장치로 서로 연결될 수 있다. 혼합 장치는 양쪽의 입력을 결합한 다음 원하는 결과를 얻기 위해 제어 표면으로 "혼합" 입력을 보낸다.수동 스로틀은 거버너가 없는 소형 헬리콥터에서 회전자 속도를 유지하기 위해 필요하기 때문에 비행 제어로 간주될 수도 있다.주지사들은 또한 조종사가 안정적이고 더 정확한 비행을 유지하기 위해 헬리콥터의 주요 회전 장치들의 집단 피치를 제어할 수 있도록 돕는다.

컨트롤

주기적

H145의 주기 제어

일반적으로 사이클릭 스틱 또는 그냥 사이클릭이라고 불리는 사이클릭 컨트롤은 대부분의 헬리콥터에서 일반적인 항공기의 컨트롤 스틱과 외관이 유사하다.사이클릭 스틱은 보통 각 조종사의 좌석 앞쪽에서 위로 올라갑니다.Robinson R22는 두 시트 사이에 위치한 중앙 기둥에 연결된 "티어링" 순환 설계를 가지고 있습니다.플라이 바이 와이어 시스템을 갖춘 헬리콥터는 파일럿 시트의 측면에 순환식 컨트롤러를 장착할 수 있습니다.

사이클릭은 헬리콥터의 이동 방향을 바꾸기 위해 메인 로터를 제어하는 데 사용됩니다.호버에서, 순환은 헬리콥터의 앞, 뒤, 그리고 옆으로의 움직임을 조절합니다.전방 비행 중 순환 제어 입력은 고정 날개 항공기 비행과 유사한 비행 경로 변경을 유발한다. 좌측 또는 우측 입력은 헬리콥터를 원하는 방향으로 회전하게 하고 전방 및 후방 입력은 헬리콥터의 피치 자세를 변화시켜 고도 변화를 초래한다(등반 또는 하강 비행).

컨트롤은 사이클 내의 위치에 따라 각 메인 로터 블레이드의 기계적 피치 각도 또는 페더링 각도를 독립적으로 변경하기 때문에 사이클릭이라고 합니다.피치는 각 블레이드가 사이클의 같은 지점을 통과하는 것과 같은 입사각을 가지도록 변경되어 해당 지점에서 블레이드에 의해 발생하는 리프트가 변화하고 각 블레이드가 같은 지점을 통과할 때 긴 축을 따라 약간씩 입사각이 변화합니다.그 지점이 바로 앞에 있는 경우 블레이드의 피치가 그 방향으로 잠시 증가합니다.따라서 조종사가 사이클을 앞으로 밀면 로터디스크가 앞으로 기울어져 헬리콥터가 직진한다.조종사가 사이클을 오른쪽으로 밀면 로터 디스크가 오른쪽으로 기울어집니다.

Robinson R22의 순회 제어

모든 로터 시스템은 컨트롤이 피치의 변화를 가져오는 회전 지점과 로터 블레이드의 비행에 원하는 변화가 발생하는 지점 사이에 지연이 있습니다.이러한 차이는 위상 지연에 의해 발생하며, 종종 자이로스코프 세차운동과 혼동됩니다.로터는 진동을 제어하는 법칙을 준수하는 진동 시스템입니다. 로터 시스템에 따라 자이로스코프의 동작과 유사할 수 있습니다.

집합적

Cabri G2에서의 일괄 제어(위에서 본 그림)

집합 피치 제어 장치 또는 집합 레버는 일반적으로 조종사의 좌석 왼쪽에 위치하며, 의도하지 않은 움직임을 방지하기 위해 조정 가능한 마찰 제어 장치가 있습니다.집합체는 모든 메인 로터 블레이드의 피치 각도를 집합적으로(즉, 동시에) 변경하며 회전 사이클에서의 위치와는 독립적입니다.따라서 집합적으로 입력이 이루어지면 모든 블레이드가 균등하게 변화하며, 그 결과 헬리콥터는 로터로부터 유도되는 전체 리프트를 증가시키거나 감소시킨다.수평 비행에서 이는 상승 또는 강하를 야기하는 반면, 헬리콥터가 앞으로 기울어진 상태에서 총 상승량의 증가는 주어진 상승량과 함께 가속도를 발생시킨다.

보잉 CH-47 치누크의 집단 피치 제어는 스러스트 제어라고 불리지만, 두 개의 로터 시스템을 제어하고 차등 집단 [3]피치를 적용한다는 점을 제외하면 같은 목적을 가지고 있다.

스로틀

헬리콥터 로터는 특정 회전 속도로 작동하도록 설계되었습니다.스로틀은 엔진의 출력을 제어하며, 엔진의 동력은 변속기를 통해 로터에 연결됩니다.스로틀 설정은 로터가 비행하기에 충분한 양력을 생성하는 한계 내에서 로터 속도를 유지할 수 있도록 충분한 엔진 출력을 유지해야 합니다.많은 헬리콥터에서 스로틀 제어는 단일 또는 이중 모터사이클 스타일의 트위스트 그립으로 집합 제어 장치에 장착되어 있으며(회전은 모터사이클 스로틀과 반대) 일부 다중 엔진 헬리콥터는 전원 레버가 있습니다.

많은 피스톤 엔진 구동 헬리콥터에서 조종사는 회전자 속도를 유지하기 위해 스로틀을 조작합니다.터빈 엔진 헬리콥터와 일부 피스톤 헬리콥터는 회전자 속도를 유지하고 조종사의 일상적인 책임을 덜어주기 위해 조속기 또는 기타 전자 기계 제어 시스템을 사용한다.(통상은, 가바나 고장시의 수동 복귀도 가능합니다).

안티토크 페달

안티토크 페달은 비행기의 방향타 페달과 같은 위치에 위치해 있으며 유사한 용도로 사용됩니다. 즉, 항공기의 노즈가 가리키는 방향을 제어합니다.지정된 방향으로 페달을 밟으면 테일 로터 블레이드 피치가 변경되어 테일 로터 추력을 증가 또는 감소시키고 노즈가 적용된 페달 방향으로 요우합니다.

'NOTAR'로 알려진 새로운 디자인은 테일 로터의 사용을 금지하고 대신 공기 흐름을 사용하여 안티토크 제어를 제공합니다.이 공기 흐름은 작은 팬 또는 터빈에 의해 동체 내에서 생성되며 환기구멍을 통해 테일붐 후면에 연료를 공급합니다.내부 컨트롤 베인은 이 흐름을 변화시켜 요 축을 제어할 수 있습니다.NOTAR 시스템은 회전하는 테일 로터가 없기 때문에 안전하다는 주요 이점이 있습니다.테일 로터를 탈거하면 관련 드래그 힘도 제거되므로 효율이 잠재적으로 향상됩니다.

헬리콥터 제어 및 효과
이름. 직접 제어 일차 효과 이차 효과 전진 비행에 사용 호버 비행에 사용
주기적
(표준)		 전방 및 후방 이동에 따라 메인 로터 블레이드 피치가 변화합니다. 스와시 플레이트를 통해 메인 로터 디스크를 앞뒤로 기울입니다. 코끝을 아래로 또는 위로 올리도록 유도합니다. 전진 속도를 조정하고 롤링 턴을 제어하려면 앞으로/뒤로 이동하다
주기적
(종방향)		 좌측 및 우측 이동에 따라 메인 로터 블레이드 피치가 변화합니다. 메인 로터 디스크를 스와시 플레이트를 통해 좌우로 기울입니다. 이동 방향으로 롤을 유도합니다. 측면 이동을 작성하려면 옆으로 움직이다
집합적 스와시 플레이트를 통한 로터 메인 블레이드의 총 공격 각도 모든 메인 로터 블레이드의 피치 각도를 균일하게 증가/감소하여 항공기를 상승/하강시킨다. 토크를 증가/감소합니다.참고: 일부 헬리콥터에서 스로틀 컨트롤은 집합 스틱의 일부입니다.회전자 속도는 기본적으로 비행 내내 일정하게 유지됩니다. 로터 블레이드 피치 설정을 통해 동력을 조정하려면 스키드 높이/수직 속도를 조정하려면
안티토크 페달 테일 로터 블레이드에 일괄 피치 공급 요 레이트 토크 및 엔진 속도 증가/감소(전체 속도보다 낮음) 측면 슬립 각도를 조정하려면 요 레이트/헤딩을 제어하려면

비행 상황

헬리콥터의 기본 비행 조건은 호버, 전진 비행, 자동 회전 세 가지가 있습니다.

호버

일부 조종사들은 헬리콥터 [6]비행의 가장 도전적인 측면을 맴돌고 있다고 생각한다.이는 헬리콥터가 일반적으로 동적으로 불안정하기 때문에 조종사의 입력 없이는 주어진 자세로부터의 편차가 보정되지 않는다는 것을 의미한다.따라서 조종사는 헬리콥터를 원하는 위치와 고도에 유지하기 위해 빈번한 제어 입력과 수정을 해야 한다.조종사가 호버에서 제어 입력을 사용하는 방법은 다음과 같습니다. 사이클은 수평면(예: 전방, 후방 및 측면 대 측면 운동)의 드리프트를 제거하기 위해 사용되며 집합체는 원하는 고도를 유지하기 위해 사용되며 테일 로터(또는 반토크 시스템) 페달은 노즈 방향 또는 방향을 제어하기 위해 사용됩니다.이러한 제어기의 상호작용은 공회전을 배우는 것을 어렵게 만들 수 있다. 왜냐하면 종종 한 제어기의 조정은 다른 두 개의 조정기를 조정해야 하기 때문이다. 따라서 조종사는 원활한 비행을 위해 필요한 제어 입력의 결합에 익숙해야 한다.

전진 비행

전진 비행에서 헬리콥터의 비행 제어 장치는 고정익 항공기의 비행 제어 장치처럼 작동합니다.사이클을 앞으로 움직이면 코가 아래로 내려가고, 따라서 고도가 떨어지고 공기 속도가 빨라집니다.주기적인 뒤로 움직이면 코가 올라가고 헬리콥터가 느려지고 상승하게 된다.일정한 대기 속도를 유지하면서 집단(동력)을 증가시키면 상승이 유도되고 집단(동력)을 감소시키면 헬리콥터가 하강한다.이 두 가지 입력(하향 집합 + 후방(후방) 주기 또는 상향 집합 + 전방 주기)을 조정하면 일정한 고도를 유지하면서 속도 변화가 발생합니다.페달은 균형 잡힌 비행을 유지하기 위해 헬리콥터와 비행기 모두에서 같은 기능을 한다.이 작업은 회전 및 뱅크 인디케이터에서 볼의 중심을 맞추는 데 필요한 방향으로 페달 입력을 가함으로써 수행됩니다.

그러나 전방 비행의 한계와 항공기 고정 날개와 회전 날개 사이의 차이를 고려하는 것이 중요하다.최대 비행 속도가 기체의 강도와 응력의 함수인 고정 날개 항공기와 달리 헬리콥터의 최대 전진 비행 속도는 회전자의 RPM과 각 날개 [4]위의 유효 비행 속도에 의해 제한됩니다.

정지 호버에서는 각 로터 블레이드의 대기 속도가 일정한 RPM에서 동일합니다.전진 비행 조건에서 한 로터 블레이드는 마주 오는 공기 흐름으로 이동하고 다른 로터 블레이드는 공기 흐름에서 멀어집니다.특정 공기 속도에서는 후퇴하는 로터 블레이드가 정지하여 불안정한 비행 특성을 [4]초래할 수 있는 위험한 상황이 발생할 수 있습니다.

자동 회전

주요 기사:자동 회전

차동 피치 컨트롤

수평으로 장착된 로터가 두 개 있는 헬리콥터의 경우 자세 변경 시 조종사의 표준 제어 입력에 반응하여 각 로터가 역행동해야 하는 경우가 많다.동축 로터(Kamov Ka-50과 같은)가 있는 동축 로터는 동일한 마스트에 장착되며, 동축 구동축에 각각 다른 로터가 장착되어 있습니다(공유 축에서 반대 방향으로 회전함). 그리고 원하는 회전 방향으로 회전하는 로터의 집합 피치를 증가시키면서 동시에 회전 속도를 감소시킴으로써 요 변화를 일으킵니다.다른 한쪽의 집합 피치, 즉 토크의 비대칭성을 생성합니다.

탠덤 로터 크래프트(Boeing CH-47 Chinook과 같은)는 반대 방향으로 회전하는 두 개의 로터를 사용합니다(같은 기체의 두 지점에서 발생하는 경우 역회전 처리됨). 그러나 로터는 코와 꼬리의 돛대를 통해 별도의 구동 축에 있습니다.이 구성은 항공기의 전체적인 피치 자세를 변경하기 위해 차등 집합 피치를 사용한다.조종사가 기수를 아래로 내리고 앞으로 가속하기 위해 사이클을 전진시키면 헬리콥터는 전방 로터의 집합 피치를 줄이고 후방 로터의 집합 피치를 비례적으로 증가시켜 양 끝을 공통 질량 중심을 중심으로 회전시킨다.요의 변화는 차동 주기 피치, 원하는 방향으로 주기 피치를 변경하는 프론트 로터, 그리고 반대 피치를 후방에 적용하여 크래프트를 다시 중심 중심으로 회전시킵니다.

반대로 싱크로프트와 횡재형 로터 카운터 회전 로터크래프트는 (Bell/Boeing V-22 틸트 로터처럼) 두 개의 큰 수평 로터 어셈블리를 나란히 장착하고 있으며, 헬리콥터는 항공기의 롤링에 영향을 미치기 위해 차동 집합 피치를 사용한다.탠덤 로터와 마찬가지로 차동 주기 피치는 요 축 주위의 움직임을 제어하는 데 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

메모들

  1. ^ 게이블하우스, 찰스(1969) 헬리콥터와 오토기로스: 회전익과 V/STOL 항공의 역사.Lippincott.
  2. ^ helis.com에서 헬리콥터 조종
  3. ^ 탠덤 로터 2010-10-30년 www.helicopterpage.com에서 Wayback Machine에 아카이브
  4. ^ a b c FAA, US Department of Transportation (2019). Helicopter Flying Handbook. pp. Chapter 2 - Aerodynamics of Flight.
  5. ^ Frankovic, I.; Rados, B.; Rados, J. (2005-01-01). "Design and application of NOTAR as replacement for classical tail rotor". Annals of DAAAM & Proceedings: 131–133.
  6. ^ 헬리콥터의 비행에 대해서는 다음 섹션을 참조하십시오.첫 번째 레슨: 공기

원천