헬리콥터 로터

Helicopter rotor
이 기사는 헬리콥터 메인 로터 시스템에 관한 것이다.안티토크 제어는 테일 로터를 참조하십시오.
반원형 로터 시스템을 갖춘 Bell AH-1 SuperCobra

헬리콥터 메인 로터 또는 로터 시스템은 여러 개의 회전 날개(로터 블레이드)와 제어 시스템의 조합으로, 헬리콥터의 무게를 지탱하는 공기역학적 리프트 힘과 전진 비행 시 공기역학적 항력을 상쇄하는 추력을 발생시킨다.각 메인 로터는 테일 붐을 따라 구동축과 기어박스의 조합을 통해 연결되는 헬리콥터 테일 로터와 반대로 헬리콥터 상단 위의 수직 돛대에 장착됩니다.블레이드 피치는 일반적으로 조종사가 헬리콥터 비행 제어를 사용하여 제어합니다.헬리콥터는 회전익 항공기(로터크래프트)의 한 예이다.그 이름은 나선형이라는 뜻의 그리스어 헬릭과 날개를 뜻하는 익테론에서 유래되었다.

설계 원리

개요

헬리콥터 로터는 엔진에 의해 변속기를 통해 회전 마스트에 동력을 공급받습니다.돛대는 변속기에서 위로 뻗어나가는 원통형 금속 샤프트입니다.마스트의 상단에는 허브라고 불리는 회전날개의 부착점(동칭 Jesus 너트)이 있습니다.그런 다음 로터 블레이드를 허브에 부착하면 허브가 [1]블레이드의 10~20배의 드래그를 가질 수 있습니다.메인 로터 시스템은 메인 로터 블레이드가 어떻게 부착되고 메인 로터 허브에 상대적으로 움직이는지에 따라 분류됩니다.강성, 반강성 및 완전 관절형의 세 가지 기본 분류가 있지만, 일부 최신 로터 시스템은 이러한 분류를 조합하여 사용합니다.로터는 미세하게 조정된 회전 질량이며, 미세 조정에 따라 다양한 공기 [2]속도에서 진동이 감소합니다.로터는 고정[3][4][5] RPM(수 [6][7]퍼센트의 좁은 범위 내)으로 작동하도록 설계되었지만, 일부 실험 항공기는 가변 속도 [8]로터를 사용했습니다.

터보팬 제트 엔진에 사용되는 작은 직경의 팬과는 달리, 헬리콥터의 메인 로터는 큰 직경을 가지고 있어 많은 양의 공기를 가속할 수 있습니다.이를 통해 주어진 추력 양에 대해 다운워시 속도를 낮출 수 있습니다.저속에서 적은 양의 공기를 큰 [9][10]정도 가속하는 것보다 적은 양의 공기를 가속하는 것이 효율적이기 때문에 낮은 디스크 부하(디스크 면적당 스러스트)가 항공기의 에너지 효율을 크게 높여 연료 사용을 줄이고 합리적인 [11][12]범위를 허용한다.일반 헬리콥터의 호버 효율("상대 효과")[13]은 약 60%[14]이다.로터 블레이드의 안쪽 세 번째 길이는 대기 속도가 [10]낮기 때문에 상승에 거의 기여하지 않습니다.

블레이드

헬리콥터의 날개는 높은 종횡비를 가진 길고 좁은 날개형이며, 끝 소용돌이의 저항을 최소화하는 형태입니다(비교를 위해 글라이더의 날개 참조).일반적으로 기류가 가장 빠르고 소용돌이 발생이 심각한 문제가 될 수 있는 선단에서 발생하는 양력을 감소시키는 세정 정도를 포함합니다.회전자 블레이드는 알루미늄, 복합 구조, 강철 또는 티타늄을 포함한 다양한 재료로 제작되며, 가장자리를 따라 마모 차폐가 있습니다.

회전익 항공기 블레이드는 전통적으로 수동적이지만 일부 헬리콥터는 블레이드에 능동 부품을 포함합니다.Kaman K-MAX는 블레이드 피치 제어를 위해 후행 에지 플랩을 사용하며, Hiller YH-32 Hornet은 블레이드 엔드에 장착된 램젯으로 구동됩니다.2010년 현재, 후연 플랩을 통한 액티브 블레이드 컨트롤에 대한 연구가 [15]진행 중입니다.일부 헬리콥터 블레이드의 끝부분은 난기류와 소음을 줄이고 보다 효율적인 비행을 제공하도록 특별히 설계될 수 있다.이러한 팁의 예는 영국 실험 로터 프로그램 중에 만들어진 BERP 로터의 팁입니다.

허브

Robinson R22의 단순 로터는 (상단에서) 다음을 나타낸다.

  • 다음은 스와시 플레이트의 회전 부분에서 링크 로드에 의해 구동됩니다.
    • 블레이드 루트에서 블레이드 선단까지의 축을 중심으로 블레이드가 비틀릴 수 있도록 힌지를 피치합니다.
  • 티터 힌지로 한쪽 블레이드는 수직으로 상승하고 다른 한쪽 블레이드는 수직으로 하강할 수 있습니다.이 동작은 변환 상대풍이 존재할 때마다 또는 주기적 제어 입력에 응답하여 발생한다.
  • 가위 링크 및 균형추, 주축 회전을 상부 스와시 플레이트까지 전달합니다.
  • 고무 커버는 이동 축과 정지 축을 보호합니다.
  • 스와시플레이트, 주기적 피치 및 집합적 피치를 블레이드에 전달(상단 피치는 회전)
  • 3개의 비회전 컨트롤 로드가 하부 스와시 플레이트로 피치 정보를 전송합니다.
  • 주 변속기로 이어지는 주 돛대

완전 명료한 표현

완전 관절형 메인 로터 헤드 다이어그램

Juan de la Cierva는 Autogyro를 위해 완전히 회전하는 회전자를 개발했습니다.그의 설계의 기초는 성공적인 헬리콥터 개발을 가능하게 했다.완전 관절형 로터 시스템에서 각 로터 블레이드는 일련의 힌지를 통해 로터 허브에 부착되어 블레이드가 다른 로터 시스템과는 독립적으로 움직입니다.이러한 로터 시스템에는 일반적으로 3개 이상의 블레이드가 있습니다.블레이드는 서로 독립적으로 플랩, 깃털, 리드 또는 래그할 수 있습니다.날갯짓 경첩이라고 불리는 수평 경첩은 블레이드가 위아래로 움직일 수 있게 해줍니다.이 움직임을 플랩핑이라고 하며 리프트의 비대칭을 보상하도록 설계되어 있습니다.플랩핑 힌지는 로터 허브로부터 다양한 거리에 위치할 수 있으며 힌지가 두 개 이상 있을 수 있습니다.리드랙 힌지 또는 드래그 힌지라고 불리는 수직 힌지는 블레이드가 앞뒤로 움직일 수 있도록 합니다.이 움직임을 납 지연, 드래그 또는 헌팅이라고 합니다.댐퍼는 보통 드래그 힌지 주변의 과도한 앞뒤 이동을 방지하기 위해 사용됩니다.드래그 힌지 및 댐퍼는 전진 및 후퇴하는 블레이드에 의해 발생하는 드래그 차이로 인한 가속 및 감속을 보상하는 데 사용됩니다.이후 모델은 기존 베어링에서 탄성 베어링으로 전환되었습니다.탄성 베어링은 당연히 페일 세이프이며 마모도 점진적이고 가시적입니다.이 설계에서는 오래된 베어링의 금속 간 접촉과 윤활이 필요하지 않습니다.완전히 관절화된 시스템의 세 번째 힌지는 페더링 축을 중심으로 페더링 힌지라고 불립니다.이 힌지는 집합적 또는 순환적 파일럿 입력을 통해 들뜬 로터 블레이드의 피치를 변화시킵니다.

완전 관절식 시스템의 변형으로는 소프트 인 플레인 로터 시스템이 있습니다.이런 종류의 회전자는 OH-58D 키오와 워리어와 같은 벨 헬리콥터가 생산하는 여러 항공기에서 볼 수 있다.이 시스템은 각 블레이드가 다른 블레이드와 독립적으로 리드/래그 및 헌트할 수 있다는 점에서 완전히 명확한 유형과 유사합니다.완전 관절형 시스템과 소프트 인 플레인 시스템의 차이점은 소프트 인 플레인 시스템이 복합 요크를 사용한다는 것입니다.이 요크는 마스트에 부착되어 있으며 블레이드 그립과 그립 내부의 전단 베어링 사이의 블레이드 그립을 통과합니다.이 요크는 한 블레이드의 움직임을 다른 블레이드(일반적으로 마주보는 블레이드)로 전달합니다.이것이 완전히 명확하게 표현되지는 않았지만, 비행 특성은 매우 유사하며 유지 보수 시간과 비용이 절감됩니다.

견고.

"강성 로터"라는 용어는 일반적으로 날개가 허브에 유연하게 부착된 힌지 없는 로터[16][17] 시스템을 말합니다.록히드의 Irv Culver는 1960년대와 1970년대에 일련의 헬리콥터에서 테스트되고 개발된 최초의 단단한 로터 중 하나를 개발했다.견고한 로터 시스템에서는 각 블레이드가 루트의 유연한 부분을 플랩하고 드래그합니다.리지드 로터 시스템은 완전 관절형 로터 시스템보다 기계적으로 단순하다.플랩 및 리드/래그 힘에 의한 공기역학 및 기계적 하중은 힌지를 통해가 아니라 로터 블레이드의 굴곡을 통해 수용됩니다.휘어짐으로써 블레이드 자체가 이전에는 견고한 힌지가 필요했던 힘을 보상합니다.그 결과 일반적으로 발생하는 [18]큰 허브 모멘트가 있기 때문에 제어 응답의 지연이 적은 로터 시스템이 됩니다.따라서 강성 로터 시스템은 반원형 [19]로터에 내재된 돛대 범핑의 위험을 제거합니다.

반미리그드

A 반원형 로터 및 스태빌라이저 바가 있는 벨 205

반원형 로터는 티터링 또는 시소 로터라고도 합니다.이 시스템은 일반적으로 로터 샤프트에서 공통의 플랩 또는 비틀림 힌지 바로 아래에 만나는 두 개의 블레이드로 구성됩니다.이것은 날개들이 시소처럼 서로 반대되는 움직임으로 함께 날갯짓을 할 수 있게 해줍니다.테터링 힌지 아래의 날개 언더라이닝은 날개 위의 적절한 이면체 또는 원뿔 각도와 결합되어 로터가 회전할 때 각 날개 질량 중심 반지름의 변화를 최소화하며, 이는 코리올리 효과로 인한 납 및 지연력으로부터 블레이드에 가해지는 스트레스를 줄여줍니다.보조 플랩핑힌지를 사용하여 바운싱을 최소화할 수 있는 충분한 유연성을 제공할 수도 있습니다.날개깃은 날개 뿌리의 날개깃 힌지에 의해 이루어지며, 이를 통해 날개깃의 피치 각도를 변경할 수 있습니다.

조합

최신 로터 시스템은 위에서 언급한 로터 시스템의 결합 원리를 사용할 수 있습니다.일부 로터 허브에는 유연한 허브가 통합되어 있어 베어링이나 힌지 없이도 블레이드를 구부릴 수 있습니다."플렉서"[20]라고 불리는 이러한 시스템은 일반적으로 복합 재료로 구성됩니다.기존의 롤러 베어링 대신 탄성 베어링을 사용할 수도 있습니다.탄성 베어링은 고무 재질로 제작되며 헬리콥터 용도에 완벽하게 적합한 제한된 움직임을 제공합니다.굽힘 및 탄성 베어링은 윤활이 필요하지 않으므로 유지관리가 덜 필요합니다.그들은 또한 진동을 흡수하기 때문에 헬리콥터 구성 요소의 피로가 줄어들고 수명이 길어집니다.

스와시 플레이트

주요 기사:스와시 플레이트(헬리콥터)

컨트롤은 회전하는 동안 주 로터 블레이드의 피치를 주기적으로 변화시킵니다.조종사는 이를 사용하여 최대 추력이 발생하는 로터 디스크 부분을 정의하는 로터 추력 벡터의 방향을 제어합니다.집합 피치는 전체 로터 디스크에서 동시에 추력을 증가 또는 감소시킴으로써 로터 추력의 크기를 변화시킵니다.이러한 블레이드 피치 변화는 비행 제어 장치를 사용하여 스와시 플레이트를 기울이거나 올리거나 내려서 제어합니다.대부분의 헬리콥터는 비행 중 일정한 회전자 속도(RPM)를 유지하며, 날개 공격 각도는 회전자의 추력을 조정하는 유일한 수단이다.

스와시 플레이트는 2개의 동심원 디스크 또는 플레이트입니다.한쪽 플레이트는 유휴 링크로 연결된 돛대와 함께 회전하는 반면 다른 한쪽 플레이트는 회전하지 않습니다.회전 플레이트는 또한 피치 링크와 피치 뿔을 통해 개별 블레이드에 연결됩니다.비회전 플레이트는 파일럿 제어, 특히 집합 제어와 주기 제어에 의해 조작되는 링크에 연결됩니다.스와시 플레이트가 수직으로 이동하거나 기울어질 수 있습니다.비회전 플레이트는 이동 및 기울기를 통해 회전 플레이트를 제어하고, 회전 플레이트는 개별 블레이드 피치를 제어합니다.

플라이바가 있는 반원형 로터 헤드

플라이바(안정기 바)

아서 M을 포함한 많은 엔지니어들이 있습니다. 미국의 Young과 독일의 무선 조종 에어로모델러 Dieter Schluter는 헬리콥터의 비행 안정성이 스태빌라이저 바 또는 플라이바를 통해 달성될 수 있다는 것을 발견했다.플라이바는 일정한 회전 평면을 유지하기 위해 양 끝에 추 또는 패들(또는 소형 헬리콥터의 안정성을 높이기 위해 둘 다)이 있습니다.기계적 연결을 통해 막대의 안정적인 회전은 스와시플레이트 움직임과 혼합되어 로터에 가해지는 외부(바람) 힘뿐만 아니라 내부(스티어링)력을 감소시킵니다.이것은 조종사가 항공기를 조종하는 것을 더 쉽게 해준다.스탠리 힐러는 양 끝에 짧고 뭉툭한 에어포일, 즉 패들을 추가하여 안정성을 향상시키는 비슷한 방법에 도달했다.그러나 힐러의 "로터마틱" 시스템은 일종의 제어 로터로서 주기적인 제어 입력을 주 로터에 전달했고, 패들은 로터에 대한 외부 힘의 영향을 감쇠함으로써 추가적인 안정성을 제공했다.

록히드 로터 시스템은 벨 스태빌라이저 바의 원리와 비슷하지만 힌지리스 로터 시스템의 핸즈오프 안정성과 신속한 제어 응답을 위해 설계된 제어 자이로를 사용했습니다.

플라이 바이 와이어 헬리콥터 또는 원격 제어(RC) 모델에서는 자이로스코프 센서와 Venturi 센서가 장착된 마이크로 컨트롤러가 스태빌라이저를 대체할 수 있습니다.플라이바가 없는 이 디자인은 재구성이 용이하고 기계 부품이 적다는 장점이 있습니다.

느린 로터

주요 기사: 슬로우 로터

대부분의 헬리콥터 로터는 일정한 속도로 회전한다.그러나 일부 상황에서는 로터를 느리게 하면 이점을 얻을 수 있습니다.

전진 속도가 증가함에 따라 전진하는 로터 팁 속도는 곧 음속에 근접합니다.문제를 줄이기 위해, 회전 속도가 느려져서 헬리콥터가 더 빨리 날 수 있을 것이다.

느린 속도로 로터 리프트를 조정하기 위해 기존 설계에서는 집합 피치 제어를 통해 로터 블레이드의 공격 각도가 감소합니다.대신 로터를 느리게 하면 이 비행 단계에서 항력을 줄일 수 있으므로 연비가 향상됩니다.

로터 구성

안티토크:헬리콥터의 토크 효과

대부분의 헬리콥터는 하나의 메인 로터를 가지고 있지만 토크를 극복하기 위해서는 별도의 로터가 필요합니다.이는 가변 피치 안티토크 로터 또는 테일 로터를 통해 수행됩니다.이것은 이고르 시코르스키가 그의 VS-300 헬리콥터를 위해 정착시킨 디자인으로, 디자인은 다양하지만 헬리콥터 설계의 공인 규약이 되었다.위에서 보았을 때, 대부분의 미국 헬리콥터 로터는 시계 반대 방향으로 회전한다; 프랑스와 러시아 헬리콥터는 시계 [21]반대 방향으로 회전한다.

단일 메인 로터

단일 메인 로터 헬리콥터의 경우 엔진이 로터를 회전할 때 토크가 생성되면 헬리콥터 본체가 로터의 반대 방향으로 회전하는 토크 효과가 발생합니다.이러한 영향을 제거하기 위해서는 헬리콥터가 방향을 유지하고 요 제어를 제공할 수 있도록 충분한 동력 여유를 가지고 일종의 반독점 제어를 사용해야 한다.오늘날 가장 일반적으로 사용되는 세 가지 컨트롤은 테일 로터, 유로콥터의 파인스트론(판타일이라고도 함), MD 헬리콥터의 NOTAR입니다.

테일 로터

주요 기사:테일 로터

테일 로터는 기존의 싱글 로터 헬리콥터의 꼬리 끝에서 수직 또는 거의 수직으로 회전하도록 장착된 작은 로터입니다.테일 로터의 위치와 무게 중심으로부터의 거리를 통해 메인 로터의 회전 방향과 반대 방향으로 추력을 발생시켜 메인 로터에 의해 발생하는 토크 효과에 대응할 수 있습니다.테일 로터는 추력을 변화시키기 위해 피치의 집합적 변화만 필요하기 때문에 메인 로터보다 단순합니다.테일 로터 블레이드의 피치는 조종사가 반토크 페달을 통해 조정할 수 있으며, 조종사가 헬리콥터를 수직 축을 중심으로 회전시켜 기체가 가리키는 방향을 변경함으로써 방향 제어를 제공합니다.

덕트 팬

EC 120B의 파인스트론
주요 기사:파인스트론

파인스트론과 FANTAIL은[22] 헬리콥터의 테일 붐 끝에 장착되고 테일 로터 대신 사용되는 덕트 팬의 상표입니다.덕트 팬에는 노이즈가 다른 주파수로 분산되도록 불규칙한 간격으로 8~18개의 블레이드가 배치되어 있습니다.하우징은 항공기 표면에 통합되어 있으며 빠른 회전 속도를 가능하게 하므로 덕트 팬은 기존의 테일 로터보다 작은 크기를 가질 수 있습니다.

페네스트론은 1960년대 말에 수드 항공의 SA 340의 두 번째 실험 모델에 처음으로 사용되었고 이후 모델인 아에로스파티알 SA 341 가젤에서 생산되었다.유로콥터와 그 전신 외에도, 덕트 팬테일 로터가 취소된 군용 헬리콥터 프로젝트인 미 육군의 RAH-66 코만치에도 FANTAIL로 사용되었다.

통지

주요 기사: NOTAR

NO TAIL Roter의 약자인 NOTAR는 헬리콥터의 테일 로터를 사용하지 않는 헬리콥터 안티토크 시스템이다.개념을 개선하는 데 다소 시간이 걸렸지만, NOTAR 시스템은 이론적으로 단순하며 코안더 [23]효과를 사용하여 날개가 양력을 개발하는 것과 같은 방식으로 안티토크 기능을 제공한다.테일붐 바로 전방의 후부 동체부에 가변피치팬을 봉입하여 메인로터변속기에 의해 구동한다.(메인 로터 위에서 볼 때) 시계 반대 방향으로 회전하는 메인 로터에 의해 발생하는 시계 방향 토크를 상쇄하기 위해 가변 피치 팬은 저압 공기를 테일붐 우측의 두 슬롯으로 밀어넣어 메인 로터의 다운워시가 테일붐을 감싸게 하여 리프트를 발생시킵니다.로터워시의 공기량에 비례하는 반토크 값.이 기능은 수직 안정기가 통합된 테일 끝 부근에 고정된 표면 엠펜니지가 있는 상태에서 방향 요 제어를 제공하는 직분사식 추진기에 의해 강화됩니다.

NOTAR 시스템의 개발은 Hughes 헬리콥터의 엔지니어들이 개념 개발 작업을 [23]시작한 1975년으로 거슬러 올라간다.1981년 12월, 휴즈는 NOTAR를 장착한 OH-6A를 최초로 [24]비행했다.1986년 3월에 더 심하게 수정된 프로토타입 시승기가 처음으로 비행하여 헬리콥터 설계에 [25]향후 적용하기 위한 시스템을 검증하는 고급 비행 테스트 프로그램을 성공적으로 완료했다.현재 NOTAR 설계를 채택한 3대의 생산 헬기가 있으며, 모두 MD 헬기에서 생산되고 있습니다.또한 이 안티토크 디자인은 사람이 테일 로터에 걸어 들어갈 가능성을 제거하여 안전성을 향상시킵니다.

MD헬기 520N NOTAR

이 시스템의 전신(일종의)은 1940년대 후반의 항공기인 영국의 Cierva W.9 헬리콥터의 형태로 존재했는데, 이 헬리콥터는 피스톤 엔진의 냉각 팬을 사용하여 로터토크에 [26]대항하기 위해 테일붐에 내장된 노즐을 통해 공기를 밀어 넣었다.

팁 제트

주요 기사:팁 제트

메인 로터는 팁 제트에 의해 구동될 수 있다.이러한 시스템은 압축기에서 제공하는 고압 공기로 구동될 수 있습니다.공기는 연료와 혼합될 수 있고 램젯, 펄스젯 또는 로켓에서 연소될 수 있다.이 방법은 단순하고 토크 반작용을 없애지만, 제작된 시제품은 기존 헬리콥터보다 연료 효율이 떨어진다.연소되지 않은 압축 공기로 구동되는 팁 제트를 제외하고, 매우 높은 소음 수준은 팁 제트로 구동되는 로터가 널리 받아들여지지 않는 가장 중요한 한 가지 이유입니다.그러나 소음 억제에 대한 연구는 현재 진행 중이며 이 시스템을 실행 가능하게 하는 데 도움이 될 수 있다.

팁 제트 구동 회전익 항공기에는 몇 가지 예가 있습니다.Percival P.74는 전원이 부족하여 날 수 없었다.Hiller YH-32 Hornet은 인양 능력은 좋았지만 그 외에는 성능이 낮았다.다른 항공기는 회전자가 자동으로 회전하는 동안 팁 제트가 정지될 수 있도록 변환 비행을 위해 보조 추력을 사용했다.실험용 페어리 제트 자이로다인, 48인승 페어리 로토다인 승객 시제품 및 맥도넬 XV-1 복합 자이로플레인 등은 이 방법을 사용하여 잘 비행했다.아마도 이런 유형의 가장 특이한 디자인은 로터리 로켓 로톤 ATV로, 원래는 로켓이 달린 로터를 이용해 이륙할 것으로 예상되었다.프랑스 수드-오에스트 Djin은 연소되지 않은 압축공기를 사용하여 로터를 구동했으며, 이는 소음을 최소화하여 팁 제트 구동 로터 헬리콥터로서는 유일하게 생산에 들어가는 데 도움을 주었다.휴즈 XH-17은 헬리콥터에 장착된 회전자 중 가장 큰 회전자를 가지고 있다.

트윈 로터

보잉 CH-47 치누크

트윈 로터는 반대 방향으로 회전하여 항공기에 대한 토크 효과를 상쇄합니다.이를 통해 항공기는 테일 로터를 구동하는 동력을 메인 로터에 가하여 인양 능력을 높일 수 있습니다.기본적으로 세 가지 일반적인 구성은 회전익 항공기에서의 역회전 효과를 사용합니다.탠덤 로터는 2개의 로터이며, 1개는 다른 로터 뒤에 장착되어 있습니다.동축 로터는 같은 축에 서로 위에 장착된 2개의 로터입니다.인터메쉬 로터는 로터가 항공기 상부에 맞물릴 수 있도록 충분한 각도로 서로 가까이 장착된 2개의 로터입니다.틸트로터와 일부 초기 헬리콥터에서 발견되는 또 다른 구성은 횡로터라고 불리며, 여기서 한 쌍의 로터가 날개형 구조물 또는 아웃리거의 양 끝에 장착된다.

탠덤

주요 기사:탠덤 로터

탠덤 로터는 2개의 수평 메인 로터 어셈블리로, 1개씩 뒤에 장착되어 있습니다.탠덤 로터는 사이클 피치라고 불리는 과정을 통해 헬리콥터를 가속 및 감속하기 위해 피치 자세 변화를 달성합니다.전진 및 가속을 위해 양쪽 로터가 뒤쪽의 피치를 높이고 앞쪽(사이클)의 피치를 줄여 양쪽 로터의 토크를 동일하게 유지합니다. 측면으로 비행하려면 한쪽의 피치를 높이고 다른 한쪽의 피치를 낮춥니다.요 컨트롤은 각 로터의 반대되는 순환 피치를 통해 발전합니다.오른쪽으로 회전하려면 프론트 로터가 오른쪽으로 기울고 리어 로터가 왼쪽으로 기울어집니다.왼쪽으로 회전하려면 프론트 로터가 왼쪽으로 기울고 리어 로터가 오른쪽으로 기울어집니다.모든 로터의 동력은 상승에 기여하며, 무게중심의 전후의 변화에 대처하는 것이 더 간단하다.단, 보다 일반적인 대형 메인 로터와 훨씬 작은 테일 로터가 아닌 두 개의 대형 로터가 필요합니다.보잉 CH-47 치누크는 가장 일반적인 탠덤 로터 헬리콥터이다.

동축

러시아 공군의 Kamov Ka-50, 동축 로터 장착
주요 문서: 동축 로터 및 회전 방지

동축 로터는 같은 축에 서로 겹쳐 장착되고 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 로터입니다.동축 로터의 장점은 전진 비행 시 각 로터의 전진 반쪽이 제공하는 양력이 후퇴 반쪽을 보상하여 리프트 비대칭성의 주요 영향 중 하나인 후퇴 블레이드 스톨을 제거한다는 것입니다.그러나 다른 설계상의 고려사항은 동축 로터를 괴롭힙니다.두 개의 로터 시스템에 대한 링크 및 스와시 플레이트가 필요하기 때문에 로터 시스템의 기계적 복잡성이 증가합니다.또한 로터는 반대 방향으로 회전해야 하므로 마스트가 더 복잡하며 상부 로터 시스템에 대한 피치 변화를 위한 제어 연계가 하부 로터 시스템을 통과해야 한다.

인터메싱

주요 기사:맞물림 로터

헬리콥터의 맞물림 로터는 블레이드가 충돌하지 않고 맞물릴 수 있도록 헬리콥터에 장착된 각 로터 돛대와 반대 방향으로 회전하는 2개의 로터 세트이다.이 설정은 동기라고 불리기도 합니다.인터메싱 로터는 높은 안정성과 강력한 리프팅 능력을 갖추고 있습니다.1939년 안톤 플레트너의 성공적인 플레트너 Fl 265 설계로 나치 독일에서 개척되었고, 이후 독일 크리그스 해군이 실험용 경잠수함 전투 헬기로 사용한 성공적인 플레트너 Fl 282 Kolibri로 한정 생산되었다.냉전 기간 동안, 미국 회사인 카만 항공은 USAF의 소방과 구조 임무를 위해 HH-43 허스키를 생산했다.최신형 카만 K-MAX는 전용 스카이라인 디자인이다.

가로

주요 기사:가로 로터

횡방향 로터는 항공기 본체에 수직으로 날개 끝 또는 아웃리거에 장착됩니다.탠덤 로터 및 인터메싱 로터와 마찬가지로 횡방향 로터도 차동 집합 피치를 사용합니다.그러나 맞물린 로터와 마찬가지로 횡방향 로터는 회전익기의 롤링 자세 변화에 대한 개념을 사용합니다.이러한 구성은 최초의 생존 가능한 두 대의 헬리콥터인 Focke-Wulf Fw 61과 Focke-Achgelis Fa 223과 세계에서 가장 큰 헬리콥터인 Mil Mi-12에서 발견된다.또한 Bell-Boeing V-22 Osprey 및 AgustaWestland AW609와 같은 틸트로터에서도 볼 수 있는 구성입니다.

쿼드 로터

Etienne Oehmichen, 프랑스 파리, 1921 출처

드 보테자트 헬리콥터, 1923년 사진
주요 기사:쿼드콥터

쿼드 로터 또는 쿼드로터는 "X" 구성의 4개의 로터로 구성됩니다.좌우의 로터는 가로로, 전면과 후면의 로터는 탠덤 구성으로 되어 있습니다.

무인기와 같은 소형 항공기에서 쿼드 로터의 장점은 기계적 단순성의 기회이다.전기 모터와 고정 피치 로터를 사용하는 쿼드콥터는 움직이는 부품이 4개밖에 없다.전체 리프트를 변경하지 않고 서로 다른 로터 [27]쌍의 상대 리프트를 변경하여 피치, 요 및 롤을 제어할 수 있습니다.

두 개의 에어포일은

  • 대칭 날개
  • 비대칭 날개

대칭 블레이드는 매우 안정적이기 때문에 블레이드 비틀림과 비행 제어 하중을 최소화할 수 있습니다.이러한 안정성은 공격 각도의 변화에 따라 압력의 중심을 거의 변경하지 않음으로써 달성된다.압력의 중심은 모든 공기역학적 힘의 결과가 집중된 것으로 간주되는 현 선상의 가상 지점이다.오늘날 설계자들은 얇은 에어포일을 사용하고 복합 재료를 사용하여 필요한 강성을 얻고 있습니다.

일부 에어포일은 설계가 비대칭이므로 상부 표면과 하부 표면이 동일한 캠버를 가지고 있지 않습니다.일반적으로 이러한 에어포일은 안정적이지 않지만 대칭 에어포일과 동일한 특성을 생성하도록 후미를 구부림으로써 이를 수정할 수 있습니다.이것을 리플렉스라고 합니다.이 유형의 로터 블레이드를 사용하면 로터 시스템이 더 빠른 전진 속도로 작동할 수 있습니다.비대칭 로터 블레이드가 안정적이지 않은 이유 중 하나는 공격 각도의 변화에 따라 압력 중심이 변하기 때문입니다.압력 상승력의 중심이 로터 블레이드의 피벗 지점 뒤에 있으면 로터 디스크가 위로 피칭되는 경향이 있습니다.공격 각도가 높아지면 압력의 중심이 앞으로 이동한다.피벗 지점보다 앞서 이동하면 로터 디스크의 피치가 감소합니다.회전자 블레이드의 공격 각도는 회전 사이클마다 지속적으로 변화하기 때문에 블레이드는 플랩, 깃털, 리드 및 지연이 [28]큰 경향이 있습니다.

제한사항 및 위험

외부 비디오
video icon 돛대 범핑 - 원인 및 예방, 미군

비틀거리는 로터가 있는 헬리콥터(예: 벨, 로빈슨 및 기타의 2블레이드 시스템)는 동체 자세를 제어하지 않기 때문에 저g 상태에 노출되어서는 안 된다.이는 동체가 운동량과 테일 로터 추력에 의해 제어되는 자세를 가정하여 테일 붐이 메인 로터 팁 경로 평면과 교차하거나 블레이드 루트가 메인 로터 구동축과 접촉하여 블레이드가 허브에서 분리되는(마스트 범핑)[29] 결과를 초래할 수 있습니다.

모래 환경에서의 마모

다음 항목도 참조하십시오.브라운아웃(항행) sensory 감각 착시
콥-에첼 효과

모래 환경에서 작동할 경우 움직이는 로터 블레이드에 부딪히는 모래가 표면을 부식시킵니다.이로 인해 로터가 손상되고 유지 보수 비용이 많이 드는 심각한 [30]문제가 발생할 수 있습니다.

헬리콥터 로터 블레이드의 마모 스트립은 금속, 종종 티타늄이나 니켈로 만들어지는데, 매우 단단하지만 모래보다는 덜 단단합니다.사막 환경에서 헬리콥터가 지상으로 낮게 비행할 때, 회전익에 부딪히는 모래는 침식을 일으킬 수 있다.밤에는 금속 마모 스트립에 모래가 닿으면 회전자 날개 주위에 가시적인 코로나 또는 후광이 발생합니다.이 효과는 침식된 입자의 열화 산화와 모래 입자의 충격으로 광루미네센스가 [31][32][33]생성되는 삼발광에[citation needed] 의해 발생합니다.

전투 사진작가이자 저널리스트인 마이클 욘은 아프가니스탄에서 미군들과 동행하면서 그 효과를 관찰했다.그는 이 효과에 이름이 없다는 것을 알았을 때 전쟁에서 죽은 두 명의 군인, 한 명의 미국인과 한 명의 [34]영국인의 이름을 따서 Kopp-Etchells effect라는 이름을 만들었다.

역사

참고 항목: 대나무 헬리콥터와 과학과 레오나르도 다빈치의 발명품

수직 비행을 위한 회전자의 사용은 기원전 400년부터 고대 중국의 [35][36]장난감인 대나무 헬리콥터의 형태로 존재해왔다.대나무 콥터는 로터에 부착된 막대기를 굴려 회전시킨다.회전하면서 양력이 생기고 장난감을 [35]놓으면 날아다닌다녀요.317년 경에 쓰여진 철학자 게홍의 책 바오푸지(단순함을 품은 주인)는 비행기에서 가능한 회전자를 사용하는 것을 묘사하고 있다: "어떤 사람들은 대추나무의 안쪽에서 나오는 나무로 날아다니는 자동차를 만들고,[37] 소가죽(끈)을 기계에 고정시켜 칼날에 고정시켰다."레오나르도 다빈치는 물나사에 기초한 회전자를 가진 "에어럴 나사"로 알려진 기계를 설계했습니다.러시아의 박식가 미하일 로모노소프는 중국산 장난감을 바탕으로 회전자를 개발했다.프랑스의 박물학자 크리스티앙 드 라우노이(Christian de Launoy)는 칠면조 [35]깃털로 로터를 만들었다.조지 케일리 경은 어린 시절 중국의 장난감에서 영감을 받아 주석 [35]시트로 만들어진 회전 장치가 있는 여러 개의 수직 비행 기계를 만들었다.Alphonse Pénaud는 이후 1870년에 고무 밴드로 구동되는 동축 회전자 모형 헬리콥터 장난감을 개발했다.아버지로부터 선물로 받은 이 장난감들 중 하나는 라이트 형제가 [38]비행의 꿈을 추구하도록 영감을 줄 것이다.

1923년에 성공적으로 비행한 최초의 오토자이로, 후안 데 라 시에르바가 발명했다.

20세기 중반 동력 헬리콥터가 개발되기 전에, 오토자이로의 선구자 후안 데 라 시에바는 회전자의 많은 기본을 연구하고 개발했습니다.De la Cierva는 멀티 블레이드 완전 관절형 로터 시스템을 성공적으로 개발한 것으로 인정받고 있습니다.다양한 변형 형태의 이러한 시스템은 대부분의 현대식 다중 날개 헬리콥터 로터 시스템의 기초이다.

첫 번째 성공적인 단일 리프트 로터 헬리콥터 설계 시도는 소련의 항공 엔지니어 보리스 N이 설계한 대로 4 블레이드 메인 로터를 사용했다.유리에프와 알렉세이 M.체레무킨은 1930년대 초 모스크바 인근의 첸트랄니 Aerogidrodinamicheskiy Institut(TsAGI, 중앙 에어로유체역학연구소)에서 근무했다.이들의 TsAGI 1-EA 헬리콥터는 1931-32년 저고도 시험을 통해 비행할 수 있었으며,[39][40] 1932년 8월 중순까지 체레무힌은 605미터(1,985피트)까지 비행했다.

1930년대에 Arthur Young은 스태빌라이저 바를 도입하여 2블레이드 로터 시스템의 안정성을 향상시켰습니다.이 시스템은 몇몇 벨과 힐러 헬리콥터 모델에 사용되었다.플라이바 끝에 날개 달린 패들을 사용하는 힐러 시스템 변종은 1970년대부터 21세기 초까지 원격 조종 모델 헬리콥터의 많은 초기 디자인에 사용되어 왔다.

1940년대 후반, 헬리콥터 로터 블레이드의 제작은 John T. Parsons가 수치 제어(NC)의 선구자가 되도록 영감을 준 일이었습니다. NC와 CNC(컴퓨터 수치 제어)는 후에 모든 기계 산업에 영향을 미친 중요한 신기술로 판명되었습니다.

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외부 링크

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