틸트로터

Tiltrotor
벨 보잉 V-22 오스프리

틸트로터(tiltrotor)는 일반적으로 고정된 날개의 끝부분에 회전축 또는 나셀에 장착된 하나 이상의 동력식 로터(프로터라고도 함)를 통해 양력과 추진력을 발생시키는 항공기이다.거의 모든 틸트로터는 가로 방향 로터 설계를 사용합니다. 단, 다른 멀티로터 레이아웃을 사용하는 몇 가지 예외는 있습니다.

틸트로터 설계는 헬리콥터의 VTOL 기능과 기존의 고정익 항공기의 속도와 범위를 결합한다.수직 비행의 경우 회전면이 수평이 되도록 로터를 각지게 하여 일반 헬리콥터 로터가 하는 것과 같은 양력을 발생시킵니다.항공기가 속도를 올리면 회전하는 로터는 점차 앞으로 기울어져 결국 회전면이 수직이 된다.이 모드에서 로터는 프로펠러로서 추력을 제공하고 고정 날개의 에어포일은 항공기 전체의 전진 운동을 통해 양력을 제공한다.로터는 추진(예: 루트 팁 트위스트)에 더 효율적으로 구성될 수 있고 후퇴하는 블레이드 스톨 문제를 피할 수 있기 때문에 틸트로터는 헬리콥터보다 더 높은 순항 속도와 이륙 중량을 달성할 수 있다.

틸트로터 항공기는 날개 전체가 아닌 회전자만 회전한다는 점에서 틸트로터와 다르다.이 방법은 수직 비행 시 효율성을 STOL/STOVL 운영 시 효율과 맞바꾸는 것입니다.

역사

초월 모델 1-G 호버링
벨 X-22
Bell XV-15가 착륙 준비를 하고 있다.

틸트로터(프랑스 '컨버터블')를 향한 첫 번째 작품은 1902년 프랑스-스위스 형제 앙리와 아르망 뒤포가 1904년 2월 특허를 취득해 1905년 [1][unreliable source?]4월 발표한 것으로 보인다.

1930년대에 헬리콥터 같은 로터를 사용하여 수직 이착륙(VTOL) 항공기를 만드는 구체적인 아이디어는 더욱 추진되었다.현대의 틸트로터와 비슷한 최초의 디자인은 1930년 5월에 조지 레버거에 의해 특허를 받았지만, 그는 그 개념을 더 발전시키지 않았다.제2차 세계대전에서, 독일의 베저플루그는 1938년경에 그들의 P.1003/1의 개념을 생각해 냈는데, 그것은 날개의 일부가 꼭대기로 기울어져 있었지만 전체 날개는 아니었기 때문에 틸트로터와 틸트플레인 사이에 있을 수 있다.1942년 독일의 시제품인 Focke-Achgelis Fa 269가 개발되어 지상으로 기울어져 있었지만 날지는 [2][3][4]못했다.플랫과 르페이지는 최초의 미국 틸트로터 항공기인 PL-16에 특허를 냈다.그러나 자본 [5]부족으로 1946년 8월 문을 닫았다.

비행에 성공한 두 가지 프로토타입은 각각 단일 왕복 엔진으로 구동되는 1인승 초월 모델 1-G와 2인승 초월 모델 2였다.개발은 1947년 모델 1-G에서 시작되었지만 1954년까지 비행하지 않았다.모델 1-G는 1955년 7월 20일 체서피크 만에서 추락할 때까지 약 1년 동안 비행했고, 시제품 항공기는 파괴되었지만 조종사는 크게 다치지는 않았다.모델 2는 개발되어 곧 비행했지만, 미 공군은 벨 XV-3를 위해 자금을 회수했고, 호버 테스트 이후로는 크게 비행하지 않았다.Transcendental 1-G는 (진정한 수평 항공기 비행의 10도 이내까지) 비행 중 대부분의 헬리콥터를 비행하고 항공기로 전환한 최초의 틸트로터 항공기이다.

1953년에 제작된 실험용 Bell XV-3은 1966년까지 비행하여 틸트로터 개념의 근본적인 건전성을 증명하고 향후 설계에 필요한 기술적 개선에 대한 데이터를 수집했습니다.

VTOL 디스크 로딩 리프트 효율

이와 관련된 기술 발전은 틸트윙입니다.Canadair CL-84 Dynavert와 LTV XC-142의 두 가지 디자인은 기술적인 성공을 거두었지만, 다른 문제로 인해 생산에 들어가지 않았습니다.틸트로터는 일반적으로 틸트윙보다 호버 효율은 높지만 [6]헬리콥터보다는 낮다.

1968년 웨스트랜드 항공기는 SBAC Farnborough Airshow에서 [7]자체 디자인인 소형 실험기(We 01C)와 68인승 운송기 We 028을 전시했습니다.

1972년 나사와 미 육군의 자금 지원을 받아 벨 헬리콥터 텍스트론은 쌍발 틸트로터 연구기인 XV-15의 개발을 시작했다.틸트로터 설계를 증명하고 군사 [8][9]및 민간 애플리케이션의 운영 비행 범위를 탐색하기 위해 두 대의 항공기가 제작되었습니다.

1981년, 벨과 보잉 헬리콥터는 XV-3와 XV-15에서 얻은 경험을 살려, 미 공군과 미 [8]해병대를 위한 쌍동축 군용 틸트로터 항공기인 V-22 오스프리를 개발하기 시작했다.

벨은 상업용 틸트로터를 개발하기 위해 보잉과 협력했지만, 보잉은 1998년에 출시되었고 아구스타는 벨/아구스타 BA609에 [9][10]합류했다.이 항공기는 2011년 [11]AgustaWestland로 소유권이 이전된 후 AW609로 재지정되었습니다.벨은 또한 틸트로터 무인항공기, TR918 이글아이를 개발했다.

러시아는 Mil Mi-30과 같은 무인 틸트로터 프로젝트를 몇 차례 진행했으며 2015년에 [12]또 다른 프로젝트를 시작했다.

2005-2010년[13],[14] Bell과 Boeing은 다시 팀을 이루어 미 육군의 합동 중량 상승(JHL) 프로그램을 위한 더 큰 쿼드 틸트로터(QTR)의 개념 연구를 수행했습니다.QTR은 V-22의 4개 로터 버전으로, 2개의 탠덤 윙 세트와 4개의 틸팅 로터를 갖추고 있습니다.

2013년 1월, FAA는 ICAO 규칙을 준수하기 위해 미국의 틸트로터 소음 규칙을 정의했다.소음 인증 비용은 588,000달러로 대형 [15][16]헬리콥터와 같습니다.

아구스타웨스트랜드는 2013년 프로젝트 제로라고 불리는 유인 전기 틸트로터를 날개폭 [17][18][19]안에 회전시키는 프리플레인(free-flown)을 실시했다고 밝혔습니다.

2013년 벨헬기 CEO 존 게리슨은 보잉사가 미 육군의 향후 리프트 요건을 위해 다른 기체 파트너를 택한 것에 대해 벨이 록히드 마틴과 함께 벨 V-280 밸러 개발에 [20]앞장설 것임을 시사함으로써 대응했다.

2014년(유럽 연합 및 업계에 의한) Clean Sky 2 프로그램은 2016년 말 Critical Design Review와 함께 해외 시장을 위한 "차세대 민간 틸트로터"[21][22][23] 디자인을 개발하기 위해 AgustaWestland와 파트너에게 3억 2800만 달러를 지급했습니다.목표는 날개 부분 기울기, 최대 이륙 중량 11톤, 19명에서 22명의 승객을 위한 좌석, 2021년 첫 비행, 300노트의 [24]크루즈 속도, 330노트의 최고 속도, 25,000피트, 그리고 500해리의 [10][25][26]항속거리이다.

기술적 고려 사항

컨트롤

수직 비행에서 틸트로터는 트윈 또는 탠덤 로터 헬리콥터와 매우 유사한 컨트롤을 사용합니다.요는 로터를 반대 방향으로 기울여 제어합니다.롤은 차동력 또는 추력을 통해 제공됩니다.피치는 회전자 날개 주기 또는 나셀 틸트를 통해 제공된다.수직 운동은 기존의 로터 블레이드 피치와 기존의 헬리콥터 집합 제어 레버(Bell/Agusta BA609) 또는 추력 제어 레버(TCL)라고 하는 고정 날개 엔진 제어와 유사한 고유 제어(Bell-Boeing V-22 Osprey)[27]로 제어됩니다.

속도와 페이로드 문제

틸트로터의 장점은 헬리콥터보다 훨씬 빠른 속도이다.헬리콥터에서 최대 전진 속도는 로터의 회전 속도에 의해 정의됩니다. 어떤 지점에서 헬리콥터는 로터의 후방으로 움직이는 쪽의 회전 속도와 동일한 속도로 전진하여 로터의 그 쪽이 0 또는 음의 공기 속도를 보고 정지하기 시작합니다.이것은 현대 헬리콥터의 순항 속도를 약 150노트/277km/h로 제한한다.그러나 틸트로터를 사용하면 프로로터가 비행 시스템의 고속 부분에서 움직임에 수직이기 때문에(따라서 이러한 역류 조건에 해당되지 않음), 틸트로터는 300노트/560km/h 이상의 비교적 빠른 최대 속도를 가지므로 이러한 문제를 피할 수 있습니다.250노트/460km/h의 크루즈 속도를 [27]달성합니다.

이 속도는 payload를 희생하여 어느 정도 달성됩니다.이 감소된 페이로드의 결과로 틸트로터가 [28]헬리콥터의 운송 효율성(속도 곱하기 페이로드)을 초과하지 않는다고 추정하는 사람도[who?] 있고 반대로 [10]결론짓는 사람도 있다.또한 틸트로터 추진 시스템은 대형 관절형 나셀과 추가된 날개 때문에 기존 헬리콥터보다 더 복잡하다. 그러나 헬리콥터에 대한 크루즈 효율성 및 속도 개선은 특정 용도에 있어 중요하다.속도와 더 중요한 것은 틸트로터를 사용하는 군대가 추구하는 주요 장점이다.틸트로터는 본질적으로 [citation needed]헬리콥터보다 전방 비행(비행기 모드)에서 소음이 덜하다.이는 속도 증가와 함께 상업용 인구 밀집 지역의 효용성을 향상시키고 군사용 탐지 위협을 줄일 것으로 기대된다.그러나 틸트로터는 일반적으로 상공을 맴돌 때 헬리콥터와 같은 크기의 소음이 난다.90인승 틸트로터에 대한 소음 시뮬레이션 결과 저주파 진동이 [29]더 높을 수 있지만 봄바디어 대시 8 비행기보다 기내 크루즈 소음이 더 낮은 것으로 나타났습니다.

틸트로터는 또한 헬리콥터보다 훨씬 더 높은 순항 고도 성능을 제공한다.틸트로터는 6,000m/20,000ft 이상에 쉽게 도달할 수 있는 반면 헬리콥터는 일반적으로 3,000m/10,000ft 고도를 초과하지 않는다.이 기능은 고정익 항공기에 대해서만 일반적으로 고려되었던 일부 용도를 활주로 없이도 틸트로터로 지원할 수 있음을 의미한다.단점은 틸트로터가 고공에서 이륙할 때 부하가 상당히 줄어든다는 것입니다.

모노 틸트로터

모노 틸트로터 항공기는 양력과 추진에 기울일 수 있는 회전 프로펠러 또는 동축 프로펠러를 사용합니다.수직 비행의 경우 추진력을 아래로 향하게 하여 양력을 제공합니다.이 운영 모드에서 기체는 기본적으로 헬리콥터와 동일합니다.크래프트의 속도가 빨라짐에 따라 동축 프로프로터는 천천히 앞으로 기울어져 블레이드가 지면과 수직이 됩니다.이 모드에서는 날개가 양력을 제공하며, 날개의 효율성이 높아져 틸트로터가 고속을 달성할 수 있습니다.이 모드에서 항공기는 기본적으로 터보프롭 항공기입니다.

모노 틸트로터 항공기는 동축 프로프로터가 항공기 동체에 장착된다는 점에서 프로프로터가 날개 끝에 장착되는 기존 틸트로터와 다릅니다.이러한 구조 효율의 결과로 모노 틸트로터는 헬리콥터와 기존 틸트로터의 운송 효율성(속도 곱하기 페이로드)을 초과합니다.한 디자인 연구는 모노 틸트로터가 기술적으로 실현될 수 있다면,[30] 크기는 절반, 무게는 1/3이며 헬리콥터보다 거의 두 배 더 빠를 것이라고 결론지었다.

수직 비행에서 모노 틸트로터는 Kamov Ka-50과 같은 동축 헬리콥터와 매우 유사한 컨트롤을 사용합니다.예를 들어 Yaw는 상부 프로포터의 리프트를 증가시키고 하부 프로포터의 리프트를 감소시킴으로써 제어된다.롤 및 피치는 로터 사이클을 통해 제공됩니다.수직 운동은 기존의 로터 블레이드 [31]피치로 제어됩니다.

틸트로터 항공기 목록

주요 기사:틸트로터 항공기 목록
Curtiss-Wright X-19 시험 비행 중인 VTOL기
파리 에어쇼 2007에서 비행기 모드의 BA609(현 AW609)

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  30. ^ 기사 제목 Leishman, J. G., Preator, R., Baldwin, G. D., 모노 틸트로터(MTR) 아키텍처의 개념 설계 연구, 미 해군 계약 번호:N00014-03-C-0531, 2004.
  31. ^ "Archived copy" (PDF). Archived from the original (PDF) on 2008-10-07. Retrieved 2009-06-05.{{cite web}}: CS1 maint: 제목(링크) Baldwin, G. D., '공기역학 날개 전개 시연에 의한 모노 틸트로터(MTR)의 예비 설계 연구', AHS 국제 전문가 회의, 챈들러, 애리조나, 1월 23-25일.

외부 링크

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