헬리콥터 로터 허브의 종류와 기능

2012 포스팅 자료실 2012.12.23 13:13

헬리콥터 로터 허브의 종류와 기능

 

 

 

 

헬리콥터의 원리를 아시는 분이라면 로터의 중앙부가 왜 저렇게 복잡하게 되어있는지 잘 아실겁니다.

헬리콥터에 작용하는 여러 안정성 모멘트와 조종을 위한 조종성 모멘트를 로터에 잘 전달하기 위해서는 좋은 로터 허브를 만들어야 하죠.

 

오늘은 시간을 내어 이 로터 허브의 종류와 각기 부분의 기능들에 대해 알아보고 더불어 공진현상에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

플래핑, 리드-래그란 ?

 

플래핑과 리드-레그 힌지(경첩)에 대해 알아보겠습니다.

 

먼저 플래핑이란 새가 플래핑 한다하면 날개짓을 하는거죠. 마찬가지로 헬리콥터의 플래핑이라 하면 로터가 위 아래로 올라갔다 내려갔다하면서 마치 날개짓을 하는듯한 모습을 하는데 이를 플래핑이라 하고, 이 날개짓을 가능하게 해주는 것이 바로 플래핑 힌지입니다.

 

미국식 헬리콥터는 모두 반시계방향으로 로터가 회전하도록 되어 있습니다. (러시아의 경우 그 반대이죠) 헬리콥터를 위에서 볼때 오른쪽 로터는 앞쪽으로 돌아들어가고 왼쪽 로터는 뒤쪽으로 돌아나가죠.

 

그렇담 반시계방향으로 로터가 회전하는 헬리콥터가 전진비행을 한다고 생각해봅시다.

전진비행을 하면 헬리콥터의 속도만큼의 공기력이 로터에 작용하게 됩니다.

 

즉, 오른쪽 왼쪽 로터는 모두 같은 받음각을 가졌는데,

앞쪽으로 돌아들어가는 전진깃은 더 많은 공기와 만나므로 더 큰 양력을 만들게 되고,

뒤쪽으로 돌아나가는 후진깃은 그렇지 못하고 적은 양력을 만들게 됩니다.

그렇다면 오른쪽의 전진깃은 더 많은 양력을 발생시켜 로터가 높게 뜨고, 왼쪽의 후진깃은 적은 양력으로 아주 조금 뜨게 됩니다.

그럼 여기서 양력의 불균형이 만들어지게 되는것을 알 수 있습니다.

 

 

 

요케 해서

 

 

 

요케 된다는 겁니다.

 

이것에 대한 재밌는 일화가 있는데요.. 요한 드 라 시바라는 오토자이로 개발자가 이 문제에 크게 직면했다는 겁니다.

시바(..cierva)는 힌지란 개념이 없던 당시 오토자이로를 만들었지만 어찌 날렸다 하면 왼쪽으로 롤링하여 꼬꾸라지는 현상이 발생했다는 겁니다. 바로 위의 그림 처럼 오른쪽 날개의 양력이 너무 크다 보니 롤링할 수 밖에 없었던 것이죠.

 

이를 해결하기 위해 시바는 로터의 중간 부분에 플래핑을 할 수 있도록 해주는 장치를 달았죠.

이것은 오른쪽 날개가 아무리 양력이 크게 발생하더라도 그 양력 모멘트를 동체에 전달하지 않고 단지 자기자신만 위로 올라가도록 한것이죠.

 

 

 

이렇게 말입니다.

 

이것이 시초가 되어 현재의 모든 헬리콥터는 저렇게 플래핑을 가능하게 해놓았습니다.

 

 

다음은 리드-래그 힌지입니다.

헬리콥터의 엔진을 작동시키면 멈춰있던 로터는 갑자기 힘을 받아 움직이게 됩니다. 이 때, 로터는 멈춰있으려는 힘과 엔진의 힘에 의하여 뒤쪽으로 관성력이 작용하게 됩니다. 버스가 멈춰있다가 갑자기 출발하면 뒤로 쏠리게 되는거랑 같은 거죠..

그런데 만약 로터가 아주 단단하게 고정되어 있다면 이 관성력은 곧 로터 중앙부에 작용하게 되고 심하면 부서지게 될 수도 있습니다.

로터가 회전하고 있는 중에도 계속해서 달라지는 항력과 관성력 등에 의해서 로터 중앙부에 큰 힘이 가해지게 됩니다.

 

이를 해결한 사람은 바로 플래핑을 개발한 시바입니다.

시바는 플래핑을 위한 힌지를 달아 문제를 해결했다면 이것도 같은 방법으로 해결할 수 있을 것이다라고 생각하고 작업에 임했고, 리드-래그 힌지를 개발함으로써 앞의 문제들을 깔끔하게 해결했습니다.

 

 

하지만 이 리드-래그 힌지는 정비사애겐 일거리에 불과하겠죠..

 

이 영상은 지면공진에 의한 헬리콥터 파괴? 영상입니다.

 

지면공진이란 헬리콥터가 이착륙시 불균형한 착륙을 할경우 그러니까 왼쪽 바퀴가 먼저 접지를 하고 그다음 왼쪽 바퀴는 뜨고 오른쪽 바퀴는 땅에 닿는 식으로 불안정하게 접지하게 되면 그럴 때 마다 불안정한 회전이 발생하게 됩니다. 두번의 불안정한 회전이 중첩되면서 로터축으로부터 벗어난 흔들림 현상이 발생되는데 이 흔들림의 진동수가 헬리콥터의 고유 진동수와 맞아 떨어지면 큰 진폭으로 발전되고 그로인해 헬리콥터는 크게 진동해 위와 같이 되어버립니다.

평소에는 이런 불균형한 착지가 크게 문제가 되지는 않습니다. 하지만 리드-래그 힌지의 정비가 제대로 되지 않아 고착되어 있는 상태라면 저렇게 될 가능성이 크죠.

위의 헬기는 깃이 3개로써 각각 120도씩 간격이 벌어져있습니다. 이 깃들은 충격으로 120도에서 116도 112도로 바뀌게 됩니다. 이는 리드-래그 감쇠기 의해 다시 원상복구되고 안정을 되찾게되죠.

 

 

근데.. 이런 기계적인 힌지들은 7~80년대 개발된 것들이라.. 물론 지금도 대부분의 헬리콥터에서 사용중이지만 요즘 개발된 헬리콥터들은 기계적인 힌지를 버리고 탄성력을 이용한 유연한 허브를 사용하고 있습니다. 유리섬유 같은 탄성력이 좋은 소재들을 이용하는 거죠.

이런 유연한 허브는 항력을 작게 하고 기계적 부품이 적어 가격이 저렴하고 정비가 쉽죠.

 

지금까지 로터 허브의 플래핑힌지와 리드-래그 힌지에 대한 글이었습니다.

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