헬리콥터의 종류와 기체의 구성

헬리콥터의 종류와 기체의 구성

2020. 12. 20. 22:47ㆍ항공

헬리콥터의 종류와 기체의 구성

안녕하세요 다시맘N파입니다

다섯번째 시간으로 헬리콥터의 종류와 기체의 구성에 대해 알아보도록 하겠습니다.

항공에 대해서는 모든걸 다 알아야 합니다.

회전익이든 고정익이든 다 공부해야 하기때문에 이번에는 헬리곱터에 대해서 알아보는 겁니다.

1.헬리콥터의 종류

항공기는 공기보다 가벼운 항공기와 무거운 항공기에 대한 정의로부터, 공기보다 무서운 항공기는 날개가 고정되어 있는 고정날개 항공기(Fixed Wing Aircraft)와 날개가 회전하는 회전날개 항공기(Rotor Craft)로 분류된다

회전날개 항공기는 다시 헬리콥터, 오토자이로(Autogyro) 또는 자이로콥터(Gyrocopter), 수직 이착륙 항공기 등으로 분류가 된다

오토자이로는 헬리콥터가 개발되기 전에 주로 고정 날개 항공기의 윗부분에 회전날개를 장착하여 비행을 시도한 것으로서 큰 성공을 이루지는 못했다

그러나 외형적으로는 헬리콥터와 비슷하지만 비행하는 원리에서는 오토자이로를 흉내 낸 자이로콥터가 개발되었다

국제 민간 항공 기구(ICAO)의 분류에 의하면 공기보다 무거운 항공기는 고정 날개 항공기와 회전 날개 항공기의 두 종류이다

회전날개 항공기의 종류에는 오토자이로 또는 자이로콥터, 수직 이착륙기, 헬리콥터 등과 같이 수직 이륙이 가능한 여러 종류가 있으나 현재 운용되고 있는 것은 대부분 헬리콥터이다

회전 날개 항공기에서 가장 많이 사용되고 있는 헬리콥터의 종류에 대해 살펴보자

헬리콥터에는 여러 종류가 있으며 헬리콥터를 주 회전 날개의 배치와 수에 따라 분류하며 각각의 특징에 대해서도 알아보기로 하자

1) 단일 회전 날개 헬리콥터

그림1-1의 단일 회전 날개 헬리콥터는 현재 사용되고 있는 헬리콥터 중 가장 기본적인 형식으로 하나의 주 회전 날개와 꼬리 회전 날개를 가지고 있다

이 헬리콥터의 특징은 하나의 주 회전 날개에 의해 발생하는 토크를 꼬리회전 날개에 의해 상쇄시키고, 꼬리회전 날개의 피치 각을 바꾸어 줌으로써 헬리콥터의 방향 조종을 가능하게 하는 것이다

단일 회전 날개 헬리콥터의 장점

회전날개 회전축 중심에서 꼬리 회전 날개의 회전축 중심까지의 거리가 길기 때문에, 토크를 보상하기 위해 필요한 꼬리 회전 날개의 동력이 다른 종류의 헬리콥터에 비해 적게 소모된다

주 회전 날개가 하나이므로 조종계통이 단순하며 출력 전달 계통의 고장이 적고, 조종성과 성능이 비교적 양호하며 가격이 싸다는 장점이다

단일 회전 날개 헬리콥터의 단점

동력의 일부를 꼬리 회전 날개의 구동에 사용해야 하며, 꼬리회전 날개는 토크의 보정만을 위해 사용되므로 양력 발생에 도움이 되지 않는다

긴꼬리 부분은 격납고에 보관하는 불편하며, 지상에서 꼬리 회전 날개의 회전은 사람들에게 위험을 줄 수 있다는 점이다.

단일 회전 날개 헬리콥터 장점 과 단점에 대해서는 잘 알고 넘어가야 한다

2)복수 회전 날개 헬리콥터

복수 회전 헬리콥터는 같은 크기의 회전 날개 2개를 설치하여, 서로 반대방향으로 회전시키면 토크가 상쇄되는데 그 설치 위치에 따라 3가지로 구분된다

(1) 동축 역회전 회전날개 헬리콥터

그림1-2와 같이 초기의 헬리콥터에 많이 사용된 형식으로서, 동일한 축 위에 2개의 주 회전 날개를 아래위로 겹쳐서 설치하는 형식이다

동축 역회전 회전날개 헬리콥터의 장점

2개의 주 회전 날개를 아래위로 겹쳐서 설치하는 형식이다

회전 날개에서 발생하는 토크는 서로 상쇄된다. 따라서 조종성도 좋고 주 회전 날개에 의해 발생되는 양력도 커지게 된다.

동축 역회전 회전날개 헬리콥터의 단점

동일한 축에 2개의 주 회전 날개를 부착시키므로 조종 기구가 복잡해지며, 두 개의 주 회전 날개의 회전에 의해 발생되는 와류(Vortex)의 상호 작용에 의해 성능이 저하될 수 있다

또한 두개의 주 회전 날개가 회전할 때 서로 충돌하지 않도록 하기 위해 간격을 두어야 하므로 기체의 높이가 높아진다는 큰 단점이다

(2) 병렬식 회전 날개 헬리콥터

가로 안정성을 좋게 하기 위하여 그림 1-3과 같이 비행 방향에 대해 옆으로 두 개의 회전 날개를 배치한 것으로, 헬리콥터가 개발되던 초기에 많이 사용되던 형식이다

병렬식 회전 날개 헬리콥터의 장점

좌우에 회전 날개를 배치함으로써 가로 안정성이 매우 좋으며, 동력장치의 동력을 모두 양력 발생에 효과적으로 사용할 수 있고 꼬리부분에 토크 상쇄용 기구가 필요 없으므로 기체의 길이를 짧게 할 수 있다

좌우의 회전 날개에 의해 발생된 와류가 서로 간섭하지 않으므로 수평 비행시 양력 손실이 적게 되고, 좌우의 회전 날개를 부착하는 곳을 비행기의 날개처럼 해 줌으로써 고속 수평 비행시 추가의 양력을 발생시켜 준다는 장점이다

병렬식 회전 날개 헬리콥터의 단점

헬리콥터의 앞에서 본 단면적이 크기 때문에 수평 비행 시의 유해 항력이 크며, 세로 안정성이 좋지 않기 때문에 꼬리날개를 가지는 경우가 많고, 무게 중심 위치의 세로 방향으로의 이동 범위가 제한되므로 대형기에는 부적한게 단점이다

(3) 직렬식 회전 날개 헬리콥터

그림 1-4와 같이 2개의 주 회전 날개를 비행 방향에 대해 앞뒤로 배열시킨 형식으로 특징은 대형화에 적합하다는 것이다

직렬식 회전 날개 헬리콥터의 장점

주 회전 날개가 앞뒤로 배치되어 있으므로 세로 안정성이 좋고 무게중심 위치의 이동 범위도 커서 무거운 물체의 운반에도 적합하며, 구조적으로 간단하다는 점이 장점이다

직렬식 회전 날개 헬리콥터의 단점

앞뒤로 놓여 진 주 회전 날개에 동력을 전달하는 기구가 복잡하고, 일반적으로 가로 안전성이 나쁘기 때문에 수직 안정판을 설치한 기종이 많으며, 앞뒤의 주 회전 날개가 교차되므로 회전 속도를 동조시키는 장치가 필요한게 단점이다

2. 헬리콥터 기체의 구성

헬리콥터 구조는 헬리콥터에 독특한 비행 특성을 제공하도록 설계되어 있다.

헬리콥터의 비행은 헬리콥터의 로터에 의해 이루어지며, 로터는 회전하는 에어포일로서 양력을 제공하는 것이다

이 로터의 에어포일은 고정익 항공기에 양력을 제공하는 것과 유사한 방식으로 양력을 발생시키게 된다

공기가 로터의 곡선 상부 표면을 빠르게 흐르면, 상부 표면에 음(-)의 압력을 발생시켜서 헬리콥터를 상승시킨다

회전하는 브레이드의 받음각을 변화시켜서 헬리콥터를 상승시키거나 하강시킨다

로터의 회전 평면을 기울여서 헬리콥터를 수평으로 이동하도록 하게 한다

주 회전날개는 양력과 추력을 발생시키는 장치로서 2개 이상의 회전날개 깃(Rotor Blade)과 회전날개 허브(Rotor Hub)로 구성되어 있다

동체는 항공기와 마찬가지로 승객과 화물을 싣는 공간이며, 착륙 스키드(Landing Skid)는 항공기의 착륙장치에 해당하고 역에 지상 취급용 바퀴를 부착하여 지상에서의 이동이 가능하게 한다

꼬리 붐(Tail Boom)은 꼬리 회전날개를 장착할 수 있는 지지대의 역할을 하며 전진 비행시의 안정성을 주기 위한 수평 안정판을 부착하고, 꼬리 회전 날개를 지탱하는 구조물인 수직 핀(Vertical Fin)이 장착된다

이 수직 핀은 꼬리 회전날개와 더불어 주 회전날개에 의해 발생되는 토크를 어느정도 상쇄시킬 수 있는 수직 안정판의 역할도 수행한다.

꼬리 회전날개의 주 기능은 주 회전날개에 의해 발생되는 토크를 상쇄하는 반 토크 작용(Anti-Torque Action)을 갖기 위한 추력을 발생시키는 것이며, 주 회전날개 구동축을 중심으로 헬리콥터 동체를 왼쪽과 오른쪽으로 회전시키는 방향 조종의 기능도 하게 된다

그림1-5는 일반적인 헬리콥터의 주요 구성 요소이다 참고하기 바란다

1) 헬리콥터 기체 구조의 구분

헬리콥터 기체의 구조는 크게 동체(Fuselage)와 테일 붐(Tail Boom), 꼬리부분으로 나누어지지만 구성 부분에 따라 여러가지 형태와 재료로 제작된다

일반적으로 몸체 구조(Body Stucture), 하부 구조(Bottom Structure), 객실 구조(Cabin Structure), 뒤 구조(Body Structure), 테일 붐(Tail Boom), 안정판, 착륙장치 등으로 구분됩니다.

이거 하나씩 다 알고 하려면 진짜 힘들겠죠 그렇치만 우리는 항공에 대해서 배우는 입장으로 다 알아야 합니다.

외울게 많더라도 포기하지 말고 계속 힘내서 이어가도록 합시다.

(1) 동체구조(중심구조 : Body Structure)

동체는 중요 구조부분으로 기체가 받는 대부분의 하중을 담당하며, 동체에 작용하는 하중을 지지하기 위해 보강재로 강화된 구조로 되어 있는데 동체는 연료탱크를 포함하며, 동체의 하부구조는 앞쪽에 위치하며 객실하중을 지지하고, 이 하중을 중심구조 부재에 전달하는 역할을 한다.

객실구조는 지붕, 윈드실드, 수직 구조부재로 구성되며 윈드실드는 투명 고탄소 경화수지로 만들어진다.

동체의 후방구조는 화물실로 이용된다.