동축 로터

Coaxial rotors
카모프 Ka-32A-12

동축 로터 또는 동축 로터는 동심 축에 다른 한 쌍 위에 탑재된 헬리콥터 로터 쌍으로, 회전 축은 같지만 반대 방향으로 회전한다(회전 반대). 이 로터 구성은 러시아 카모프 헬기 설계국이 제작한 헬기의 특징이다.

역사

동축 로터의 생각은 미하일 로모노소프에서 비롯된다. 그는 1754년 7월 동축 로터가 달린 소형 헬리콥터 모델을 개발해 러시아 과학아카데미에 시연했다.[1]

1859년 영국 특허청은 헨리 브라이트의 동축 디자인에 대해 최초의 헬리콥터 특허를 수여했다. 이때부터 동축헬기는 오늘날 우리가 알고 있는 바와 같이 완전 가동 기계로 발전했다.[2][3]

두 대의 개척 헬리콥터, 코레디노 다스카니오가 만든 'D'1930년의 AT3"와 일반적으로 더 성공한 프랑스 자이로플레인 노동도이어는 둘 다 비행을 위해 동축 로터 시스템을 사용했다.

설계 고려사항

구축함 앨런 M호에 탑승한 QH-50. 1967년 4월부터 6월 사이에 베트남에 배치되는 동안 섬너(DD-692)

두 개의 동축 로터가 있으면 차량을 들어올리기 위해 중앙 축을 중심으로 그리고 어떤 방향으로든 비행할 때 횡방향으로 힘의 대칭이 된다. 기계적 복잡성 때문에 많은 헬리콥터 설계는 메인 로터 하나만 사용할 때 발생하는 문제를 방지하기 위해 대체 구성을 사용한다. 일반적인 대안으로는 단일 로터 헬리콥터 또는 탠덤 로터 배치가 있다.

토크

로터 블레이드의 단일 세트의 문제 중 하나는 로터 블레이드와 반대 방향으로 헬리콥터 동체에 가해지는 토크(회전력)이다. 이 토크는 동체가 로터 블레이드와 반대 방향으로 회전하게 한다. 단일 로터 헬리콥터에서는 안티토크 로터 또는 테일 로터가 메인 로터 토크를 상쇄하고 동체 회전을 제어한다.

동축 로터는 각 로터를 반대 방향으로 돌려 메인 로터 토크 문제를 해결한다. 로터의 반대쪽 토크는 서로를 상쇄한다. 회전 운동, 요 컨트롤은 한 로터의 집합 피치를 증가시키고 다른 로터의 집합 피치를 감소시킴으로써 달성된다. 이것은 토크의 조정된 비대칭을 야기한다.

리프트의 비대칭

주요 기사: 리프트의 비대칭
Ka-32 동축 로터 애니메이션

리프트의 비대칭은 전방 비행에서 헬리콥터의 로터가 회전하면서 발생하는 공기역학적 현상이다. 로터 블레이드는 그 위를 흐르는 공기의 양에 비례하여 양력을 제공한다. 위에서 보면 회전날개는 회전의 절반(반쪽) 동안 비행 방향으로 이동한 다음 회전의 나머지 절반(반쪽) 동안 반대 방향으로 이동한다(반쪽 재생). 로터 블레이드는 전진하는 절반에서 더 많은 양력을 생산한다. 칼날이 비행 방향을 향해 움직일 때, 항공기의 전방 운동은 칼날이 상대 바람과 수직일 때 최대치에 도달할 때까지 칼날 주위로 흐르는 공기의 속도를 증가시킨다. 동시에 후퇴하는 절반의 로터 블레이드는 양력을 적게 만든다. 블레이드가 비행 방향에서 멀어질 때 로터 블레이드 상공의 공기 흐름 속도는 항공기의 전방 속도와 동일한 양만큼 감소하여 로터 블레이드가 다시 상대 바람과 수직일 때 최대 효과에 도달한다. 동축 로터는 반대 방향으로 회전하는 2개의 로터를 사용해 양쪽으로 블레이드가 동시에 전진하는 것을 통해 리프트 비대칭의 영향을 피한다.

기타급여

동축 설계에서 발생하는 또 다른 이점은 동일한 엔진 출력에 대한 페이로드 증가를 포함한다. 꼬리 로터는 일반적으로 동축 설계로 리프트와 추력을 완전히 전용할 수 있는 사용 가능한 엔진 출력의 일부를 낭비한다. 소음 감소는 구성의 주요 장점이다. 기존 헬리콥터와 관련된 큰 "팽창" 소음의 일부는 메인 로터와 테일 로터의 공기 흐름 사이의 상호 작용에서 발생하며, 일부 설계에서는 심각할 수 있다. 또한, 동축 로터를 사용하는 헬리콥터는 높이를 높여서 높이를 높이기는 하지만 (지상에 발자국이 더 작아서) 더 컴팩트한 경향이 있고, 결과적으로 공간이 많이 필요한 구역에서 사용한다; 몇 개의 카모프 디자인은 선박을 포함한 선박 갑판의 밀폐된 공간에서 작동할 수 있는 해군 역할에 사용된다.항공모함보다 r(예: Ka-25 '호르몬' 헬기를 표준장비의 일부로 싣고 있는 러시아 해군의 카라급 순양함)이다. 또 다른 이점은 지상의 안전성이 증가한다는 것이다; 꼬리 로터가 없으면 지상 승무원과 구경꾼들에게 주요한 부상과 사망의 원인이 제거된다.[citation needed]

단점들

로터 허브의 기계적 복잡성이 증가한다. 두 개의 로터 시스템에 대한 링크와 스와시플레이트는 돛대 꼭대기에서 조립되어야 하는데, 이것은 반대 방향으로 두 개의 로터를 구동해야 하기 때문에 더 복잡하다. 동축 로터 시스템은 이동 부품의 수가 많고 복잡하기 때문에 기계적 결함과 고장 가능성이 더 높다.[citation needed] 동축 헬리콥터 또한 블레이드와 블레이드 자체 충돌의 "휘적" 경향이 더 높다는 것이 평론가의 설명이다.[4]

동축 모델

소형 동축 모델 헬리콥터 헬리맥스 액스 마이크로 CX.
NASA 화성 헬리콥터 발명품

이 시스템은 고유의 안정성과 신속한 제어 대응으로 소형 무선 조종 헬리콥터에서 사용하기에 적합하다. 이러한 이점은 제한적인 전진 속도와 높은 바람 민감도의 비용으로 발생한다. 이 두 가지 요인은 특히 실외에서 사용이 제한되고 있다. 그러한 모델은 대개 고정형 피치(즉, 공격 각도가 다른 경우 블레이드를 축 위에서 회전시킬 수 없음)로, 모델을 단순화하되 집합적 입력으로 보상하는 능력은 배제한다. 미세한 바람이라도 보상하면 모델이 앞으로 날아오르기보다 사이클링을 충분히 적용해도 위로 올라간다.

동축 멀티로터

동축 육각형 - AltiGator의 OnyxStar HYDRA-12

멀티로터형 무인기는 듀오콥터,[5] 트리코프터, 쿼드콥터, 헥사콥터, 옥토콥터 등 다양한 구성으로 존재한다. 무게는 많이 늘리지 않고 훨씬 더 많은 적재물을 운반할 수 있도록 하면서 안정성과 비행 시간을 높이기 위해 모두 동축 구성으로 업그레이드할 수 있다. 실제로 동축 멀티로터는 각각의 팔이 두 개의 모터를 반대 방향으로 향하게 하여 만들어진다. (하나의 위)으로 향하게 하여 만들어진다. 따라서 동축 구성 덕분에 4중주처럼 생긴 옥토터를 가질 수 있다. 특수 듀오코퍼는 수직 축에 정렬된 두 개의 모터로 특징지어진다. 제어는 회전 중 목표 추력 생성을 위한 단일 로터 블레이드의 적절한 가속도에 의해 수행된다. 더 많은 탑재물을 위해 더 많은 리프팅 파워를 갖는 것은 왜 동축 멀티로터가 UAS의 모든 전문적인 상업적 응용에 선호되는지를 설명해준다.[6]

비행 위험 감소

주요 기사: 헬리콥터 § 위험 요소

미국 교통부는 "기초 헬리콥터 핸드북"을 발간했다. 그 중 한 장의 제목은 "헬기 비행의 몇 가지 위험"이다. 전형적인 단일 회전자 헬리콥터가 무엇을 다루어야 하는지를 나타내는 10가지 위험요소가 열거되었다. 동축 로터 설계는 이러한 위험의 많은 부분을 감소시키거나 완전히 제거한다. 다음 목록은 다음을 나타낸다.

이러한 위험의 감소와 제거는 동축 로터 설계의 안전을 위한 강점이다.[7][8]

동축 로터 헬리콥터 목록

Ka-50의 2인승 변형인 러시아 공군Ka-52.
보조 터보제트 장착 시코르스키 S-69/XH-59A
카모프 Ka-32

참고 항목

참조

  1. ^ 레이시먼, J. 고든(2006) 헬리콥터 공기역학 원리. 케임브리지 대학 출판부. 8페이지. ISBN0-521-85860-7
  2. ^ NASA 기술 문서 3675 웨이백 머신에 보관된 2012-05-22
  3. ^ 2014-07-13년 웨이백머신에 보관된 헬리콥터 비행의 역사, J. Gordon Leishman Maryland 대학교 항공우주공학과 교수, College Park.
  4. ^ "На юго-востоке Москвы разбился новый боевой вертолет". BBC. Retrieved 5 November 2013.
  5. ^ "DuoCopter, the perfect drone". www.research-drone.com. Retrieved 2021-11-13.
  6. ^ "Multirotor Frame Configurations". Coptercraft. Retrieved 23 December 2015.
  7. ^ 동축 혜택
  8. ^ 동축형 헬리콥터의 공기역학적 특성

외부 링크