갈라진 형태의 로터 블레이드를 구비하는 로터 장치

申请号 KR1020027000193 申请日 2000-07-06 公开(公告)号 KR100469515B1 公开(公告)日 2005-02-02
申请人 배너슈, 루돌프; 发明人 배너슈,루돌프;
摘要 본 발명은 로터 축 주위를 회전하게끔 배열되는 적어도 하나의 로터 블레이드(4)가 구비되며 유체가 주요 흐름방향(H)을 따라 관통하게 되는 로터(1)에 대한 것이다. 상기 로터 블레이드(4)는 회전축(2)로부터 유체 안으로 적어도 부분적으로 연장된다. 로터 블레이드(4)가 회전축(2) 주위로 회전(D)하게 되면 상기 유체의 주요 흐름방향과는 반대방향으로 추진력이 발생하게 되거나, 유체의 흐름에 의해 회전축 주위로 토크(torque)가 발생된다. 본 발명의 목적은 이러한 유형의 로터장치에서 로터 블레이드의 끝에서 발생하게 되는 소용돌이를 감소시켜서 유체의 흐름에 따른 손실과 손실을 감소기키는데 있다. 상기 로터 블레이드(4)는 회전축으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 지점에서 적어도 두 개의 부분 블레이드(5, 6)으로 갈라지고 이 갈라진 두 부분 블레이드는 고리를 형성한다. 하나의 부분 블레이드(5)는 로터 블레이드(4)와 인접하는 적어도 한 영역에서 로터 블레이드(4)에 대해 회전방향(D)으로 연장되며, 다른 하나의 부분 블레이드(6)는 로터 블레이드(4)와 인접하는 적어도 한 영역에서 로터 블레이드(4)에 대해 회전방향(D)과 반대방향으로 연장된다. 상기 두 개의 부분 블레이드(5, 6)는 그들의 끝에서 하나로 결합되어 유체가 관통하게되는 루프면(12)을 형성한다.
权利要求
  • 로터(rotor) 축(2) 주변의 추진력 또는 각 운동량은 로터 블레이드(blade)(4)에 의해 동작시 발생되며, 상기 로터 축(2)은 상기 고리에 의해 둘러싸여지는 고리 영역(12)을 관통함을 특징으로 하는,
    로터가 로터 축(2) 주위에 회전식으로 설치되는 로터 블레이드(4)를 구비하고 적어도 부분적으로 상기 로터 축(2)으로부터 상기 유체 안으로 연장되어 있으며, 상기 로터 블레이드(4)는 상기 로터 축으로부터 소정의 거리(A)에서 적어도 두 개의 부분 블레이드(5, 6)로 갈라지며, 상기 일 부분 블레이드(5, 6)는 상기 로터 블레이드(4)의 회전방향(D)을 따라 커브되고 상기 다른 부분 블레이드는 상기 로터 블레이드(4)의 회전방향(D)와 반대로 커브되며, 상기 두 개의 부분 블레이드들(5, 6)이 연결되어 고리를 형성하는, 동작시 주요 흐름 방향(H)으로 유체가 흐르게 되는 로터 장치(1).
  • 제1항에 있어서,
    하나의 전방 부분 블레이드(5,6)의 전방 가장자리(7a)는, 적어도 상기 로터 블레이드(4)와 인접한 영역에서 다른 하나의 후방 부분 블레이드(6)의 전방 가장자리(7b)의 상부, 주요 흐름방향(H)에 위치함을 특징으로 하는 로터 장치(1).
  • 로터 축(2) 주변의 추진력 또는 각 운동량은 로터 블레이드(4)에 의해 동작시 발생되며, 상기 하나의 전방 부분 블레이드(5, 6)의 전방 가장자리(7a)가, 적어도 상기 로터 블레이드(4)에 인접하는 영역에서 상기 다른 하나의 후방 부분 블레이드(6)의 전방 가장자리(7b)의 상부, 상기 주요 흐름방향(H)에 위치함을 특징으로 하는,
    로터는 로터 축(2) 주위에 회전식으로 설치되는 적어도 두 개의 로터 블레이드(4)를 구비하고 적어도 부분적으로 상기 로터 축(2)으로부터 상기 유체 안으로 연장되어 있으며, 상기 로터 블레이드(4)는 상기 로터 축으로부터 소정의 거리(A) 내에 적어도 두 개의 부분 블레이드들(5, 6)로 갈라지며, 상기 일 부분 블레이드들(5, 6)은 상기 로터 블레이드(4)의 회전방향(D)을 따라 커브되고 상기 다른 부분 블레이드는 상기 로터 블레이드(4)의 회전방향(D)과 반대로 커브되며, 상기 일 로터 블레이드(4)의 일 부분 블레이드(5, 6)가 고리를 형성하기 위하여 상기 다른 로터 블레이드(4)의 부분 블레이드(5, 6)와 각각 연결되어 있으며, 주요 흐름 방향(H)으로 유체가 흐르게 되는 로터 장치(1).
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    로터 블레이드(4)의 전방 가장자리(7)가 상부측에 위치하는 전방 부분 블레이드(5)의 전방 가장자리(7a)로 이어짐을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    고리를 형성하도록 연결된 상기 두 개의 부분 블레이드(5, 6)가 서로 유연하게 결합됨을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전방 부분 블레이드(5)가 상기 후방 부분 블레이드(6)과 각각 연결됨을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6; 10, 11) 중의 적어도 하나가 탄성 외피(14)를 적어도 부분적으로 구비함을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6; 10, 11) 중의 적어도 하나의 외형(13)을 적어도 부분적으로 조절할 수 있게 해주는 외형 조절수단이 구비됨을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    어택 각도(angle of attack) 조절수단이 제공되며, 상기 어택 각도 조절수단은 상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6) 중의 적어도 하나를 어택 각도의 조절을 위해 상기 로터 블레이드(4)에서 회전하도록 지원함을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    스위프(sweep) 각도 조절수단이 제공되며, 상기 스위프 각도 조절수단이 상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6) 중의 적어도 하나를 본질적으로 추진력의 방향으로 상기 로터 블레이드(4) 상에서 회전하도록 지원함을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    초기 각도 조절수단이 상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6)의 사이에 구비되며 초기 각도(W)가 조절될 수 있는 방식으로 로터 블레이드(4) 상의 적어도 하나의 부분 블레이드(5, 6)를 회전식으로 지지하며, 상기 초기 각도는 회전방향(D)으로 향함을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    연장수단이 상기 로터 블레이드(4)와 상기 부분 블레이드(5, 6)의 사이에 제공되며, 상기 연장수단은 상기 부분 블레이드(5, 6)를 상기 로터 블레이드(4)의 연장 방향에 대해 상기 유체 안으로 확장될 수 있게 지지함을 특징으로 하는 로터 장치.
  • 상기 로터(1) 중의 적어도 하나는 제1항 또는 제3항에 따라 구성됨을 특징으로 하는, 적어도 두 개의 로터로 구성되며 상기 로터들은 회전축을 따라 직렬로 연결되어 서로 반대방향으로 회전하는 로터 세트.
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    갈라진 형태의 로터 블레이드를 구비하는 로터 장치{ROTOR WITH A SPLIT ROTOR BLADE}

    추진력이나 각 운동량을 발생시키기 위한 로터가 종래 기술에 개시되어 있으며, 이러한 로터는 한편으로는 프로펠러(propeller), 선박 프로펠러, 송풍기, 선풍기, 환풍기 등에서 이용되며 다른 한편으로는 유체의 흐름에 의해 구동되는 리펠러(repeller), 터빈(turbine), 풍차 등에서 이용된다. 선박 또는 항공기 프로펠러인 경우에는, 허브(hub)상에 탑재된 로터 블레이드는 회전축 주위를 회전하며 그 회전하는 동안에 추진력을 발생시킨다. 이러한 추진력은 회전축에 평행하게 가해지게 되어 선박이나 비행기를 추진시키게 된다. 헬리콥터(helicopter) 로터인 경우에는, 회전축 주위를 회전하는 동안의 로터 블레이드의 이동은 추진력을 발생시킬 수 있으며, 이것은 상기 회전축에 대해 경사지게 된다. 여기서 상기 주요 유입 방향은 유체가 로터를 통과하는 방향을 의미한다.

    로터의 효율은 소용돌이 형태의 유체 흐름 손실에 의해서 감소되며, 로터가 액체 매질에서 작동하는 경우에는 캐비테이션(cavitation) 현상에 의해 감소된다. 소음의 방출현상도 종종 문제가 된다. 선박 또는 항공기 프로펠러, 헬리콥터 로터, 풍차, 공기조절장치에서의 송풍기에 의해 발생되는 소음 때문에 오늘날의 소음공해가 상당히 심각하게 되었다.

    기존의 로터에 비해 효율이 개선되고 소음방출 현상도 감소된 일반적인 형태의 로터가 종래 기술에 개시되어 있다.예를 들면, 두 개의 부분 블레이드들로 갈라지는 로터 블레이드를 구비하는 로터가 DE 42 26 637 A1에 개시되어 있다. 이러한 로터는 동작하는 동안에 발생하게 되는 진동을 감소시킬 수 있다.다른 형태의 로터가 DE-PS 83050에 개시되어 있다. 이 로터는 반작용 압력(reaction pressure)을 증가시킨다.또 다른 형태의 로터가 US 1,418,991에 개시되어 있다. 이 로터는 회전축으로부터 일정한 거리만큼 떨어진 지점에서 두 개의 부분 블레이드들로 갈라지는 로터 블레이드를 구비하고 있으며, 이 부분 블레이드들은 상기 로터 블레이드에 대해 회전방향 또는 역회전방향으로 연장되어져 있다. US 1,418,991에 개시된 이러한 로터는 유체의 흐름에 따른 저항을 감소시킬 수 있다.일반적인 형태의 로터들이 US 3,504,990과 US 4,445,817과 DD-PS 614 381에 개시되어 있다.US 3,504,990에 개시된 로터는 유체의 흐름에 영향을 주지 않는 지지대를 구비하고 있다. 상기 지지대의 끝 부분에는 환상의 면이 설치되어 있으며, 이는 그것의 주변으로 로터의 추진력을 발생시킨다.US 4,445,817 또는 DD-PS 614 381에는 주요 흐름 방향에 직교하는 방향으로 연장되는 평면 로터와 길쭉한 모양의 로터 블레이드로 이루어지는 로터 블레이드들을 구비하는 로터가 개시되어 있다. 각각의 길쭉한 로터 블레이드는 회전방향으로 구부러져서 다음에 위치하게 되는 로터 블레이드와 고정된다. 이러한 로터도 또한 로터 블레이드의 외주에 배타적으로 추진력을 발생시킨다.DE 197 52 369에는 유체 흐름 방향에 가로질러 놓여지며 갈라져서 고리를 형성하는 끝 부분을 가지는 추진체가 개시되어 있다.

    EP 0 266 802에는 곡면을 가지는 프로펠러가 개시되어 있다. 이 프로펠러의 전달 블레이드는 원뿔 포락선의 일부를 형성한다. 상기 곡면과 전달 블레이드는 각각 전달되는 물체가 통과하게 되는 구멍을 둘러싸고 있다.

    그러나 상기와 같은 종래 기술에 따른 로터들의 문제점은 효율과 소음의 측면에서 그것들이 개선한 바가 오늘날의 여러 가지 실제적인 응용에 더 이상 충분하지 않다는 점이다.

    본 발명은 유체가 주요 유입 방향으로 관통하게 되는 로터(rotor)에 관한 것이다. 상기 로터는 로터 축 주위에 회전식으로 설치되는 로터 블레이드(blade)를 구비하며, 적어도 부분적으로 상기 로터 축으로부터 상기 유체 안으로 연장되어 있으며, 상기 로터 블레이드는 상기 로터 축으로부터 소정의 거리만큼 떨어진 지점에서 적어도 두 개의 부분 블레이드들로 갈라지며, 상기 부분 블레이드들 중의 하나는 상기 로터 블레이드의 회전방향을 따라 연장되며 상기 부분 블레이드들 중의 다른 하나는 상기 로터 블레이드의 역 회전방향으로 연장되며, 상기 두 개의 부분 블레이드는 서로 연결되어서 고리를 형성한다.

    이하 본 발명의 실시예들을 참조로 하여 본 발명에 따른 부분 블레이드들로 갈라진 로터 블레이드를 구비하는 로터 장치의 구성 및 작용을 설명한다.

    도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 두 개의 갈라진 로터 블레이드를 구비하는 로터를 도시하는 도면.

    도 2A는 도 1에 도시된 로터의 세부 II 부분의 제1변형례를 상세히 도시하는 도면.

    도 2B는 도 1에 도시된 로터의 세부 II 부분의 제2변형례를 상세히 도시하는도면.

    도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 로터를 상세히 도시하는 도면.

    도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 로터를 도시하는 도면.

    도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 로터를 도시하는 도면.

    도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 로터를 도시하는 도면.

    도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 로터를 도시하는 도면.

    도 8A 내지 8C는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응성 로터 블레이드의 다양한 기하학적 외형들을 도시하는 도면.

    도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 적응형 로터 블레이드의 조절 가능성을 도시하는 도면.

    도 10A 및 10B는 종래 기술과 본 발명에 따른 프로펠러의 동작에 의한 와도 장(vorticity field)을 도시하는 도면.

    도 11은 두 개의 로터가 직렬로 연결된 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면.

    따라서 본 발명의 목적은 간단한 디자인 수단으로 상기한 바와 같은 로터들을 개선하여 로터의 효율을 증가시키는 데 있다.

    특히 본 발명의 목적은 효율이 증가된 것에 더하여 방출되는 소음이 감소되어 청각환경에 도움이 되는 로터를 제공하는 데 있다.이러한 목적은 상기 로터 축 주위의 추진력과 각 운동량은 상기 로터 블레이드에 의해 발생되며 상기 로터 축은 상기 고리에 의해 둘러싸여지는 고리 영역을 관통하는 최초로 언급된 형태의 로터에 의해 해결된다.

    한편으로 이러한 목적은 상기 로터 축 주위의 추진력과 각 운동량은 상기 로터 블레이드에 의해 발생되며 상기 하나의 전방 부분 블레이드의 전방 가장자리가 상기 주요 흐름방향에서 상기 다른 하나의 후방 부분 블레이드의 전방 가장자리의 상부에 위치하는 최초로 언급된 형태의 로터에 의해 해결된다.

    이러한 해결책은 간단하며 로터의 소음을 상당히 감소시켜 준다.

    부분 블레이드들을 서로 연결함을 통해서, 곡률이 하나의 부분 블레이드로부터 다른 부분 블레이드로 블레이드의 외곽을 따라 연속적으로 변한다. 상기의 곡률은 두 개의 부분 블레이드 사이의 곡률의 부호가 변하게 되는 블레이드 외곽의 일정지점에서 0이 된다. 따라서 상기 고리는 고리의 주변 전체에 대한 로터의 곡률과 동작중에 발생하는 소용돌이가 일정하게 분포되게 해주는 수단을 형성한다. 이를 통해서 로터 블레이드와 고리를 형성하는 부분 블레이드를 따라서 종래의 기술보다 더 일정한 곡률의 분포가 달성될 수 있다. 상기 소용돌이는 블레이드와 고리형 부분 블레이드의 주변 전체에 대해 공간적으로 분포되며, 이를 통해 소용돌이의 발생에 따른 손실과 유체의 흐름에 의해 발생되는 소음이 감소하게 된다.

    상기와 같이 부분 블레이드들이 고리형으로 서로 연결되게 되면 로터의 기계적인 안정성이 높아지게 된다. 이를 통해 로터의 구조적인 무게를 감소할 수 있으며 로터를 매우 섬세하게 디자인 할 수 있다. 더욱이, 블레이드의 외형적인 두께는 부분 블레이드들에 의해 형성되며 로터의 추진력에는 별로 기여를 하지 못하는 고리 부분에서 감소될 수 있다. 이를 통해 마찰 저항을 감소시킬 수 있다.단일한 블레이드를 가지는 프로펠러의 경우 회전축이 고리 면을 관통하게 되면, 로터가 회전하는 동안에 발생할 수 있는 불균형이 이러한 간단한 디자인 수단에 의해 방지될 수 있다.

    간단한 송풍기, 환풍기, 장난감 비행기 등과 같은 간단한 응용예에 있어서, 상기 로터 블레이드와 부분 블레이드들은 일례로 경사진 평면으로 형성될 수 있다. 항공기 프로펠러, 선박 프로펠러 등과 같은 기술적으로 보다 복잡한 응용예에 있어서, 상기 로터 블레이드와 부분 블레이들은 일정한 두께 분포로 볼록하게 휘어진 날개형 외형으로 형성될 수 있다. 국부적인 유체 흐름의 상태에 따라 로터 블레이드와 부분 블레이드를 따라 블레이드의 외형을 변하게 함으로써 매우 유리한 유체의 흐름 특성을 이룰 수 있으며 로터의 효율을 개선할 수 있다. 이에 관련하여 블레이드의 두께와 국부적인 어택(attack) 각도의 변화는 유체 흐름의 국부적인 상태에 따라 조절될 수 있다.로터 블레이드로 추진력이나 각 운동량을 발생시키는 것은 본 발명의 필수적인 사항이다. 이러한 측면에서 본 발명의 로터는 DD-PS 61 438의 로터와 다르다. 이 DD-PS 61 438의 로터는 고리를 형성하고 있지만 회전축으로부터 주변의 유체 안으로 연장되어 추진력을 발생시키는 로터 블레이드를 구비하고 있지 않다. 그 대신에 상기 고리형 리본(ribbon)은 지지대(support arm)에 의해 고정되며 이는 유체의 흐름을 방해하게 된다. DD-PS 61 438 또는 US 4,445,817의 로터는 상기 주변의 리본에 의해서만 추진력을 발생시킨다. 상기 리본은 동작상으로 물고기의 꼬리나 새의 날개에 의한 파동 운동과 비슷한 움직임을 일으킨다. 이러한 방식으로 추진력을 발생시키는 것은 비효율적이다. 또한 본 발명에 따른 로터는 상술한 바와 같은 측면에서 US 5,890,875의 블레이드 장치와 같은 다른 형태의 고리 디자인과도 다르다. 즉 어떠한 로터 블레이드도 US 5,890,875의 디자인에 구비되어 있지 않으며, 이는 매우 작은 추진력과 각 운동량만을 발생하게 해 준다.

    본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 부분 블레이드는 적어도 로터 블레이드와 인접한 구역에서 회전방향과 주요 유체 흐름 방향에 대해 다른 하나의 부분 블레이드보다 앞쪽에 위치할 수 있다. 이러한 경우, 하나의 부분 블레이드의 선두 가장자리는 다른 부분 블레이드의 선두 가장자리의 주요 유체 흐름 방향에 대해 상부쪽에 위치하거나, 하나의 부분 블레이드가 다른 부분 블레이드보다 전체적으로 상부에 위치할 수 있다. 이러한 부분 블레이드들의 배열에서 전방 상부 부분 블레이드의 압박면으로부터의 흐름은 적어도 로터 블레이드와 인접한 구역에서 후방 하부 부분 블레이드의 흡입면으로 향할 수 있다. 따라서, 상부 부분 블레이드의 저압 또는 흡입면으로부터의 빠름 흐름에 의해 운동 에너지가 하부 부분 블레이드 주변의 흐름에 더해지게 된다. 이를 통해 후방 부분 블레이드 주변의 유체의 흐름이 더 안정되게 된다.

    로터의 바람직한 실시예에 있어서, 부분 블레이드들은 로터 블레이드로부터 급격한 변화가 없이 점진적으로 구부려질 수 있다. 부분 블레이드들의 형태가 이와 같이 연속적으로 변하는 형태가 되면 그렇지 않을 경우 로터의 비틀어지거나 구겨진 부분에 발생되어 손실을 야기할 수 있는 코너(corner) 흐름 현상을 방지할 수 있다.

    본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 두 부분 블레이드들 모두가 그들의 끝 부분에서 완전히 연결될 수 있다. 이러한 디자인은 부분 블레이드들을 기계적으로 연결하기 때문에 매우 안정적이며 압력 부하를 견딜 수 있어 로터에 의해 발생되는 진동을 감소시킬 수 있다. 더욱이, 부분 블레이드의 뾰족한 꼭대기에 의해 야기될 수 있는 상처의 위험을 감소시킬 수 있다.

    본 발명의 더 바람직한 실시예에 따르면, 두 부분 블레이드들은 부드럽게 변하여 서로 결합된다. 이는 즉 두 부분 블레이드들이 그들의 연결점에서 동일한 외형을 가지며 그들의 외곽이 서로 유연하게 연결된 다는 것을 의미한다. 이러한 형태는 예를 들면 두 개의 연결되는 부분 블레이드들을 통합적으로 형성함을 통해 이루어질 수 있다.

    본 발명의 다른 실시예에 따르면, 로터 블레이드의 후방 가장자리는 유연하고 연속적인 방식으로 후방 하부 부분 블레이드의 후방 가장자리로 이어지며 이를 통해 유체 흐름 손실은 독립적으로 감소될 수 있다. 마찬가지로 로터 블레이드의 전방 가장자리도 유연하고 연속적인 방식으로 전방 상부 부분 블레이드의 전방 가장자리로 이어진다. 이를 통해 상기 전방 가장자리의 불규칙성에 의해 유체의 흐름이 방해를 받는 현상을 방지할 수 있다. 마찬가지로 로터 블레이드 또는 부분 블레이드의 후방 가장자리가 조금이라도 불규칙적이면 유체의 흐름의 분포가 상당히 변할 수 있다. 하나의 로터 블레이드만을 가지는 본 발명에 따른 로터의 경우에 특히 유리한 다른 실시예에 따르면, 회전축은 고리 영역을 관통할 수 있다.본 발명의 더욱 바람직한 실시예에 따르면 로터는 회전방향을 따라 등거리로 위치하는 다수의 로터 블레이드를 구비하며, 로터의 주변 방향에서 앞쪽에 위치하는 로터 블레이드의 후방 하부 부분 블레이드와 각각 연결되는 로터 블레이드의 전방 상부 부분 블레이드를 구비한다. 이러한 실시예에 따르면, 재료의 소모와 고리를 따르는 유체 분포의 반전현상이 감소된다. 다수의 로터 블레이드를 구비하게 되면 적은 양으로도 더 큰 추진력을 발생시킬 수 있다.

    다양한 작동 상황에서 로터 블레이드와 부분 블레이드들에서의 최적의 유체 흐름 조건을 얻기 위해서는, 로터 블레이드들 및 부분 블레이드들 중의 적어도 하나가 국부적인 유체 흐름 조건(즉, 각각의 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 위치에 한정되는 유체 흐름 조건)의 변화에 적응될 수 있어야 한다. 이를 위해서 로터 블레이드 및 부분 블레이드의 적어도 하나에 적어도 부분적으로 탄성의 외피가 구비될 수 있다. 유체의 흐름을 방해하는 상기 외피의 주름이 생기지 않게끔 재료를 적절히 조절하고 상기 외피를 미리 늘임으로써 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 기하학적인 외형을 이 외형에 가해지는 유체의 기계적인 힘에 의해(즉, 수동적으로) 또는 외형 조절수단을 이용해서(즉, 능동적으로) 국부적으로 변화시킬 수 있다. 더욱이 적절한 탄성을 가지는 탄성 외피를 통해 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드 주변의 유체 흐름의 손실이 작아지도록 할 수 있다. 상기 탄성 외피는 국부적으로 다소 한정된 변형을 통해 국부적인 압력의 교란에 반작용하여 이러한 국부적 압력 교란을 흡수할 수 있으며, 이를 통해 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드 주변의 유체의 흐름이 보다 조용하게 이루어지게 된다.

    본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 로터는 외형 조절수단을 구비할 수 있다. 이러한 외형 조절수단은 상기 외피에 작용할 수 있으며 그리고 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 기하학적 외형의 국부적 또는 전체적인 변화를 위해 적어도 부분적으로 이동될 수 있다. 여기서 상기 기하학적 외형의 국부적인 변화는 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 외관 또는 기하학적 외형에 일어나는 변화 중에서 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 한정된 영역에서만 일어나며 그 이외의 영역에는 영향을 주지 않는 변화를 의미한다. 반면에 상기 전체적인 변화는 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 다소 넓은 영역의 기하학적 외형을 변화시켜서 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드 주변의 유체의 흐름 특성을 상당히 변화시킨다.

    본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 상기 로터에는 로터 블레이드가 설치되어 지지되는 허브가 구비될 수 있다. 상기 로터 블레이드는 어택 각도 변경수단으로 상기 허브에 회전식으로 설치될 수 있다. 상기 어택 각도의 변경을 통해, 상기 로터에 의해 발생되는 추진력은 상기 로터의 넓은 범위의 회전속도에 대해서 일정하게 고정될 수 있거나, 매우 간단한 방식으로 순간적인 동작 상태에 적응될 수 있다. 탄력적인 로터의 구조를 위해서, 고리 선들을 따라 블레이드 구조의 적합한 비틀림을 얻을 수 있다. 마찬가지로 어택 각도 조절수단이 구비될 수 있으며, 이것에 의해 부분 블레이드가 어택 각도의 변경을 위해 로터 블레이드에 회전식으로 설치되어진다. 유체역학에서 상기 어택 각도는 일반적으로 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 국부적인 흐름에 대한 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 외형 코드(chord)의 기울기를 나타낸다. 상기 외형 코드는 전방 가장자리(즉, 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 상부 침체부분(stagnation point)의 연결선)와 후방 가장자리(즉, 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 하부 침체부분의 연결선)를 연결하는 선이다.

    본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 로터 블레이드를 허브에 대해 추진방향으로 회전될 수 있게 유지시켜주는 요(yaw), 즉 스위프(sweep) 각도 변경수단이 구비될 수 있다. 이러한 시동수단(actuating means)을 통해 로터 블레이드의 스위프 각도(즉, 주요 유체 흐름 방향에 대한 전방 가장자리의 각도)가 변경될 수 있으며, 로터에 의해 발생되는 유체의 순환이 작동 중에 더 잘 분포될 수 있다. 부분 블레이드의 스위프 각도를 변경하기 위해서도 비슷한 수단이 로터 블레이드와 부분 블레이드 사이에 구비될 수 있다. 상기 스위프 각도가 변경되는 동안의 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드 흐름의 소용돌이 성분을 고려해 보면, 상기 스위프 각도 변경수단은 상기 로터 블레이드 또는 부분 블레이드를 회전축에 평행한 흐름의 둘레로 회전시킬 수 있다.

    본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 초기 각도(opening angle) 변경수단이 로터 블레이드와 부분 블레이드 사이에 제공될 수 있으며, 이 초기 각도 변경수단을 통해 로터 블레이드의 두 개의 부분 블레이드들 사이의 초기 각도가 로터의 작동상태에 따라 적응될 수 있도록 적어도 하나의 부분 블레이드가 연결될 수 있다. 상기 초기 각도는 본질적으로는 회전축 방향으로 향한다.

    다수의 작동 상황들에서도 효율을 개선하도록 로터의 기하학적 형태를 적응적으로 조절하는 수단은 로터 블레이드와 부분 블레이드 사이에 위치해서 상기 부분 블레이드를 상기 로터 블레이드의 너비 방향으로 연장되게 지지시켜주는 연장수단에 의해 제공될 수 있다. 상기와 같은 방식으로 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드를 연장하게 되면 추진력을 발생시키는 로터 영역이 확장되게 되며, 이로 인해 상기 로터 블레이드 및/또는 부분 블레이드의 단위 면적 당 유체의 유통량을 일정하게 유지하면서도 더 강한 추진력을 발생시킬 수 있다.

    마지막으로 본 발명에 따른 두 개 이상의 로터들이 직렬로 결합될 수 있다. 이러한 두 개의 로터가 서로 반대방향으로 회전하게 되면, 두 개의 로터가 회전하는 동안에 발생하는 소용돌이의 세기들이 서로 중첩되어서 서로의 일부를 상쇄시키게 된다. 적절한 조절을 통해 회전축 방향의 소용돌이의 세기 즉 상기 로터들 중의 적어도 하나의 소용돌이를 완전히 상쇄시킬 수 있다. 소용돌이의 제거를 통해 직렬로 연결된 프로펠러들의 작동 중에 발생하게 되는 손실을 감소시킬 수 있다. 상기 소용돌이 세기들의 최적의 중첩은 두 개의 로터가 거의 동일한 반경을 가지는 경우에 이루질 수 있다. 상부 로터는 고정자(stator)로 배열될 수 있으며 이 경우 설계상의 수고를 감소시킬 수 있다.

    먼저 도 1의 실시예를 참조로 하여 본 발명에 따른 로터의 기본적인 구조를 설명한다.

    도 1은 로터 1의 회전축 2 방향의 평면도를 도시하고 있으며, 여기서 로터 1은 회전축 2를 축으로 하여 회전하게 된다. 도 1의 실시예에서 로터 1은 송풍기,선풍기, 프로펠러, 회전자, 터빈 또는 풍차 등으로 이용될 수 있다. 상기 회전축 2 주위에 허브 3이 배치되며, 이 허브 3에 두 개의 로터 블레이드 4가 장착된다. 각각의 로터 블레이드 4는 허브 3 또는 회전축 2로부터 로터 1을 둘러싸고 있는 유체 안으로 반경방향을 따라 연장되어 있다.

    상기 로터 블레이드 4는 두 개의 부분 블레이드 5 및 6으로 갈라진다. 상기 두 개의 로터 블레이드들의 상기 부분 블레이드 5 및 6은 주변방향으로 연속적이며 각각 결합되어서 고리를 형성한다.

    동작 중, 상기 로터 1은 회전축 2의 둘레를 회전방향 D로 회전한다. 로터 1은 풍차에서 사용되는 경우에는 유체의 흐름에 의해 수동적으로 회전한다. 이 경우 로터 1에 대항하는 유체의 흐름은 회전축 2를 따라 이루어진다. 부분 블레이드 5 및 6과 로터 블레이드 4의 적절한 외형과 어택 각도로 인해 각 운동량이 회전축 2의 주위에 발생한다. 상기 각 운동량은 상기 로터 1과 함께 회전하는 로터 축(미도시)에 연결된 발전기(미도시)를 이용해서 전기에너지를 발생시키는데 이용될 수 있다. 반대로 상기 로터 1은 구동 모터(미도시)에 의해 능동적으로 구동될 수 있다. 로터 블레이드 4 및/또는 부분 블레이드 5 및 6의 적절한 외형과 기울기로 인해 로터 1의 회전은 유체의 흐름에 따른 추진력을 발생시키며, 이러한 유체의 흐름은 로터 블레이드 4와 부분 블레이드 5 및 6이 이동하는 영역을 통해 상기 고리를 관통하게 된다.

    도 2A 및 2B는 로터 블레이드와 부분 블레이드의 기하학적인 형태를 설명하기 위해 도 1의 Detail II 부분의 상세도를 도시하고 있다. 설명의 편의를 위해 도2A 및 2B에서는 로터 블레이드에 의해 형성되는 고리를 도시하지 않았다.

    로터 블레이드 4는 회전축 2로부터 거리 A 만큼 떨어진 지점에서 주요 유체 흐름 방향으로 상부에 위치하게 되는 전방 부분 블레이드 5와 주요 유체 흐름 방향으로 하부에 위치하게 되는 후방 부분 블레이드 6으로 갈라진다. 로터 블레이드 4는 단면상으로 어떠한 급격한 변화가 없는 형태로 부분 블레이드 5 및 6과 유연하게 결합된다.

    주요 유체 흐름 방향으로 향하는 로터 블레이드 4의 전방 가장자리 7은 전방 부분 블레이드 5의 전방 가장자리 7a까지 이음매 없이 부드럽게 계속된다. 로터 블레이드 4의 후방 가장자리 8은 후방 부분 블레이드 6의 후방 가장자리 8b까지 이음매 없이 부드럽게 계속된다. 상기 전방 부분 블레이드 5는 상기 로터 블레이드 4가 두 개의 부분 블레이드 5 및 6으로 갈라진 후부터는 그 자신의 후방 가장자리 8a를 전개시킨다. 상기 후방 가장자리 8a는 로터 블레이드 4 근처의 영역에서 전방 가장자리 7b와 적어도 부분적으로 중첩되며, 상기 전방 가장자리 7a는 상기 후방 부분 블레이드 6에 의해 시작된다. 그러나, 상기와 같은 중첩부분은 존재하지 않을 수 도 있다.

    상기 전방 부분 블레이드 5는 상기 후방 부분 블레이드 6으로부터 멀어지는 형태로 회전방향 D로 구부러지며 결과적으로 후방 블레이드 6으로부터 펼쳐지는 형태가 된다.

    도 2A를 정면으로 바라보는 방향이 회전축 2를 따르는 주요 흐름 방향이 된다. 로터 블레이드 4와 두 개의 부분 블레이드 5 및 6의 표면 9는 프로펠러, 로터등에서의 압력면과 흡입면을 형성한다. 이러한 흡입면과 압력면은 그것에 가해지는 압력 조건에 의해 서로 상이하다. 상기 흡입면에 가해지는 평균 유체압력은 상기 압력면에 가해지는 평균 유체압력보다 작다. 이러한 압력의 차이로 인해 로터의 추진력이 발생되며 이러한 추진력은 회전축 2의 방향으로 향하게 된다. 풍차의 경우에는 각 운동량이 상기한 바와 같이 발생된다. 흡입면과 압력면은 상기 전방 가장자리 7, 7a 및 7b와 후방 가장자리 8, 8a 및 8b에 의해 서로 분리된다.

    여기서 상기 전방 가장자리는 로터 블레이드 또는 부분 블레이드의 침체부분들(즉, 각각의 로터 구조에 대한 평균 속도가 0이 되는 부분들)을 연결하는 선이 되며 이는 유체의 흐름의 방향으로 향하게 된다. 마찬가지로 상기 후방 가장자리는 후방 침체부분들을 연결하는 선이 된다.

    도 2A의 실시예에 있어서, 전방 부분 블레이드 5는 후방 부분 블레이드 6보다 크게 나타나 있으며, 로터 블레이드는 그 외형의 두께와 코드(chord)로 분리된다.

    대안적으로, 상기 로터 블레이드 4는 코드의 방향이 아니라 두께의 방향(예를 들면, 중심선)으로 흡입면 부분 블레이드 11과 압력면 부분 블레이드 10으로 분리될 수 있다. 두께의 방향으로 갈라진 로터 블레이드를 구비하는 본 발명에 따른 로터는 도 3에 상세히 도시되어 있다. 상기 중심선은 외형의 상부면과 하부면에 접하는 원들의 중심들에 의해 형성되는 선이다.

    본 발명에 따른 로터 블레이드의 모양은 다양하게 변할 수 있다. 부분 블레이드들이 임의적으로 중복될 수 있으며, 부분 블레이드의 전방 가장자리와 후방 가장자리가 로터 블레이드의 흡입면과 압력면에 각각 결합될 수 있다.

    로터 1의 회전방향으로의 부분 블레이드 5의 곡률로 인해, 전방 부분 블레이드 5의 흡입면 상의 빠른 속도로 흐르는 유체는 후방 부분 블레이드 6으로 향하게 된다. 이로 인해 후방 부분 블레이드 6 주변의 유체의 흐름이 더 가속화되고 안정화된다.

    흡입면 부분 블레이드 11은 그 자신의 흡입면(참조번호 없음)을 구비한다. 마찬가지로 압력면 부분 블레이드 10은 그 자신의 압력면 9a를 구비한다. 흡입면 부분 블레이드 11은 주 로터 블레이드 4에 대해 회전방향 D로 연장되며, 압력면 부분 블레이드 10은 주 로터 4에 대해 회전방향 D의 반대방향으로 연장된다. 상기 부분 블레이드 11의 흡입면은 상기 주 로터 블레이드 4의 흡입면과 결합되며, 상기 부분 블레이드 10의 압력면은 상기 주 로터 블레이드 4의 압력면과 결합된다. 도 1의 실시예에서, 두 개의 부분 블레이드 10 및 11은 거의 동일한 크기를 가진다. 그러나, 도 2A에 도시된 변형례에서는 부분 블레이드 10 및 11의 크기들은 서로 다를 수 있다. 두 개의 부분 블레이드 10 및 11의 전방 가장자리들은 로터 블레이드 4의 전방 가장자리와 부드럽게 결합되며, 두 개의 부분 블레이드 10 및 11의 후방 가장자리들은 로터 블레이드 4의 후방 가장자리와 부드럽게 결합된다.

    도 2B는 도 1에 도시된 로터의 세부 II 부분의 제2변형례를 상세히 도시하고 있다.

    도 2A와 도 2B의 로터 블레이드들은 회전방향 및 역 회전방향으로의 로터 블레이드의 곡률과, 로터 블레이드 4가 갈라지게 되는 지점까지의 거리 A와, 부분 블레이드 5 및 6의 서로에 대한 크기와, 부분 블레이드 5 및 6의 로터 블레이드 4에 대한 크기의 측면에서 서로 차이가 난다.

    도 2B에는 초기 각도 W가 도시되어 있으며, 이 초기 각도 W는 두 개의 부분 블레이드 5 및 6이 서로에 대해서 떨어지게 되는 초기의 각도를 의미한다.

    상기 초기 각도 W는 하나의(전방) 부분 블레이드의 후방 가장자리와 다른 하나의(후방) 부분 블레이드의 전방 가장자리 사이의 간격 또는 두 개의 부분 블레이드들의 중심선들 사이의 간격으로 측정된다. 상기 중심선은 반경부분에서 코드(chord)들을 반으로 나누는 지점들을 연결하는 선이다.

    도 2B의 로터에서 후방 부분 블레이드 6은 전방 부분 블레이드 5보다 크게 도시되어 있다. 이로 인해 프로펠러의 경우에는 추진력이 리펠러의 경우에는 각 운동량이 전방 부분 블레이드보다 후방 부분 블레이드에 의해 더 크게 발생되며, 그 결과 후방 부분 블레이드 6의 항적에 소용돌이가 더 많이 집중된다. 블레이드 선단을 고리로 확장함으로써, 예를 들면 더 두꺼운 외형 두께를 가지는 부분 블레이드가 얇은 외형 두께를 가지는 부분 블레이드보다 고리의 주변에 더 많은 영향을 가지게 함으로써, 바람직한 소용돌이 분포를 얻을 수 있다.

    도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 로터의 다른 실시예들을 도시하고 있으며, 하나의 로터 블레이드 4만을 가지는 "루프 프로펠러(loop-propeller)"를 도시하고 있다. 도 1의 로터에서는 전방 부분 블레이드 5는 후방 부분 블레이드 6과 고리형태로 연결되어 고리 영역 12를 형성한다. 이러한 고리 영역 12는 회전방향 D로 회전하며 유체가 이 고리 영역 12를 횡단하게 된다. 두 개의 부분 블레이드 5 및 6은회전축 2가 고리 영역 12 안에 위치되게 하는 방식으로 구부러진다. 따라서 두 개의 부분 블레이드 5 및 6을 연결하는 점은 일반적으로 회전축 2에 대해 로터 블레이드 4와 반대되는 면 위에 위치한다. 그러나, 도 4의 실시예에서는 전방 부분 블레이드 5는 상대적으로 길며 나선형으로 구부러지는 반면에 후방 부분 블레이드 6은 상대적으로 짧으며 회전축 2로부터 반경방향으로 연장된다. 전방 부분 블레이드 5와 후방 부분 블레이드 6은 영역 B에서 서로 연결되며, 이 영역은 대략적으로 주 블레이드가 확장되는 방향에 위치한다. 이 영역 B에서 곡률의 부호가 변한다.

    부분 블레이드 5 및 6은 서로 이음매 없이 부드럽게 연결되어 루프 프로펠러 주변 흐름에서의 교란현상이 최소한으로 발생한다. 도 4의 실시예에 있어서, 상기주 모터는 회전방향 D로 격렬하게 구부러지며, 회전축으로부터 상대적으로 작은 거리 A 만큼 떨어진 지점에서 두 개의 부분 블레이드 5 및 6으로 갈라진다.

    도 4의 실시예에 있어서, 부분 블레이드 5 및 6은 길이가 서로 다르지만 외형적 두께와 코드 길이는 거의 동일하다. 그러나, 길이는 서로 동일하며 외형적 두께와 코드 길이가 다른 부분 블레이드들이 이용될 수도 있다.

    부분 블레이드 5로부터 부분 블레이드 6으로 전환됨에 따라 블레이드의 가장자리를 따라 회전의 방향은 변하게 된다. 만약 회전의 특정 부호를 양의 부호로 선택하고 로터 블레이드 4가 두 개의 부분 블레이드 5 및 6 또는 10 및 11로 갈라지는 영역에서의 곡률 크기를 r 0 로 지정하게 되면, 상기 곡률은 두 개의 부분 블레이드들의 크기가 동일한 경우 고리를 따라 +r 0 /2에서 -r 0 /2로 변하게 된다.

    이러한 곡률의 변화는 블레이드 요소를 따라 점진적으로 이루어진다. 블레이드의 항적에 의해 유발되는 소용돌이의 세기는 경계 소용돌이 세기의 국부적인 변화에 의존한다. 그 결과 상기 항적에 전체적으로 연속적인 소용돌이 층이 생성되며, 이는 프로펠러 분출구를 둘러싸며 어디서나 동일한 세기를 가진다.

    도 4의 루프 프로펠러에 있어서, 전체 외형은 로터 블레이드와 부분 블레이드를 따라 최적의 추진력 분포(구동되는 로터의 경우) 또는 최적의 에너지 산출(수동적으로 작동하는 로터의 경우)을 얻는데 이용될 수 있다. 예를 들면, 외부 요소의 부하는 외부 방향으로 더욱 연장되는 블레이드 요소들 또는 보다 환상인(annular) 외형에 의해 변화될 수 있다. 이것은 교대로 선박 프로펠러의 경우 캐비테이션 현상의 발생 위험을 감소하는데 이용될 수 있다. 부분 블레이드 5 및 6이 고리형으로 폐쇄되었기 때문에 루프 프로펠러는 기계적으로 매우 안정한 상태가 되며, 이로 인해 루프 프로펠러를 보다 경량으로 만들 수 있다. 곡률이 작은 루프 프로펠러의 구역, 특히 곡류의 부호가 변하는 구역에서는 외형의 두께는 감소될 수 있다.

    도 5 및 도 6은 루프 프로펠러의 다른 실시예들을 도시하고 있다.

    도 4의 실시예와 비교해 볼 때, 도 5의 하나의 블레이드를 가지는 루프 프로펠러는 보다 완만히 굽어지는 로터 블레이드 4를 구비하며, 로터 블레이드 4가 갈라지는 지점까지의 거리 A는 더 길며 부분 블레이드들은 거의 동일한 길이를 가진다. 도 5에 도시된 루프 프로펠러의 고리 영역 12는 도 4의 루프 프로펠러에 비해 더 원형이어서, 로터의 중심을 더 용이하게 잡을 수 있다.

    도 6의 실시예는 두 개의 블레이드를 가지는 루프 프로펠러를 도시하고 있다. 도 1의 루프 프로펠러에 비해, 도 6의 루프 프로펠러는 보다 확장된 고리 영역 12를 구비하고 있으며, 이러한 형태는 회전축으로부터 로터 블레이드 4가 두 개의 부분 블레이드 5 및 6으로 갈라지게 되는 지점까지의 간격인 구역 A를 크게 함으로써 이루어지게 된다. 도 6에서 구역 B는 하나의 로터 블레이드 4의 전방 부분 블레이드 5가 다른 하나의 로터 블레이드 4의 후방 부분 블레이드 6과 연결되는 구역에 해당된다. 상기 구역 B에서 곡률은 그 부호가 변하게 되며 그 값은 0에 가까운 값을 가진다. 구역 B의 두께는 얇다. 더욱이 구역 B는 루프 프로펠러 1의 추진력과 에너지의 발생에 거의 기여를 하지 못하기 때문에 이 구역에서의 블레이드의 외형은 매우 얇게 유지해도 된다. 따라서, 이 구역에서는 마찰저항이 감소될 수 있다.

    도 1 내지 도 6에 따른 루프 프로펠러의 원리는 다수의 블레이드들을 가지는 로터에도 적용될 수 있다. 다수의 블레이드를 가지는 루프 로터의 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 도 7을 참조하면, 회전방향 D를 따라 등거리로 배치되어 있는 세 개의 로터 블레이드 4가 로터를 형성하고 있다. 로터 블레이드 4 각각은 회전축 2로부터 동일한 거리 A 만큼 떨어진 지점에서 전방 부분 블레이드 5 및 후방 부분 블레이드 6으로 갈라진다. 로터 블레이드 4의 전방 부분 블레이드 5는 다음 로터 블레이드 4의 부분 블레이드 6과 회전방향으로 연결된다. 실제의 응용에서는, 부분 블레이드들이 서로 연결되는 방향이 반대가 될 수 있다.

    상기의 결과 고리 영역 12를 가지는 세 개의 루프가 형성되었다. 이러한 고리 영역 12들은 각각 공통의 전방 가장자리 7을 구비하며, 이 전방 가장자리 7은터 블레이드의 상부 가장자리와, 동일한 로터 블레이드 4의 전방 부분 블레이드 5와, 다른 로터 블레이드 4의 후방 부분 블레이드 6으로부터 연속적으로 형성되어진다. 마찬가지로 부분 블레이드 5 및 6과 부분 블레이드 6을 결합하는 로터 블레이드로 구성되는 루프의 후방 가장자리 8은 연속적으로 형성된다.

    도 7의 실시예에 따른 원리를 바탕으로 임의의 개수의 로터 블레이드 4를 구비하는 루프 로터를 구현할 수 있다. 따라서, 예를 들면 하나의 로터 블레이드의 전방 부분 블레이드 5를 인접하는 로터 블레이드 4의 후방 부분 블레이드 6이 아니라 좀더 멀리 이격된 로터 블레이드 4의 후방 부분 블레이드와 연결함을 통해서 루프들이 삽입되는 지점에의 보다 복잡한 기하학적 배열도 가능하다.

    이러한 가능한 변형례의 개선책으로서 로터 블레이드를 두 개 이상의 부분 블레이드들로 갈라서 그 갈라진 부분 블레이드들을 보다 복잡한 공간적 구조로 연결할 수 있다.

    본 발명에 따르면, 로터 블레이드와 부분 블레이드의 기하학적인 배열을 다양한 유체의 흐름 조건에 따라 적응할 수 있게 해주는 수단이 로터 1에 제공된다.

    상기와 같은 적응은 로터 블레이드 4 및/또는 부분 블레이드 5 및 6이 탄성재질로 만들어지거나 탄성 외피를 가지기 때문에 가능하다. 이를 통해 로터 블레이드와 부분 블레이드의 기하학적인 형태를 특히 루프 구조를 따라 점진적으로 조절하는 것이 가능하게 된다.

    예를 들면, 로터 블레이드 4 및/또는 부분 블레이드 5의 기하학적 외형은 탄성 외피를 이용해서 변경될 수 있다. 이러한 사항은 도 도 8A 내지 8C에 개략적으로 도시되어 있다.

    도 8A는 도 2의 IIX-IIX 라인으로의 단면도를 도시하고 있다. 단면 라인 IIX-IIX는 회전축 2로부터 연장되는 반경에 직교한다. 프로파일 13은 탄성 외피로 덮어지게 된다. 로터 블레이드 4 또는 부분 블레이드 5 및 6 중의 하나의 프로파일 13에는 유연한 외피 14가 구비된다. 상기 유연한 외피 14는 프로파일 13의 전체를 완전히 덮거나 프로파일의 외형이 조절되어야 하는 지점만을 부분적으로 덮을 수 있다.

    도 8A를 참조하면, 외형 조절수단이 프로파일 13의 내부에 구비되며, 프로파일의 부리부분을 형성하는 중심에 벗어나게 지지되는 캠(cam) 16과, 프로파일 13의 흡입면 9와 압력면 18을 연결하는 연결부재 17이 함께 도시되어 있다. 상기 외형 조절수단은 프로파일 13의 흐름에 따라 프로파일의 형태를 변경할 수 있다. 예를 들면, 상기 부리부분의 경사각도는 도 8B 및 도 8C에 도시된 바와 같이 상기 캠 16을 회전축 19의 주위로 회전함을 통해서 변경할 수 있다. 따라서, 화살표에 의해 표현되는 프로파일 13의 흐름과, 전방 가장자리와 후방 가장자리를 연결하는 코드 S 사이의 어택 각도 N은 도 8B 및 도 8C에서와 같이 증가되었다. 도 8C의 큰 어택 각도 N에 의해 흡입면 9의 전방 가장자리에서의 이탈을 방지하기 위해서, 프로파일 13의 캠버(camber)가 도 8C에서 증가되었으며 상기 흐름 방향에 대해서 상기 부리부분이 낮추어 졌다.

    이러한 사항은 예들 들면 캠 16을 회전시키고 연결부재 17을 서로에 대해 이동시킴으로써 이루어질 수 있다. 연결부재 17의 이동에 의해 블레이드의 외형을 변형함이 없이 상기 프로파일을 부분적인 변형시킬 수 있다. 비슷한 방식으로, 예를 들면 S자형 변형을 만들기 위해 후방 프로파일 영역을 변화시킬 수 있다. 다수의 외형 조절수단들을 이용하여 프로파일의 외형을 여러 가지 방식으로 변형시킬 수 있다. 외형 조절수단에는 다른 원리도 가능하다. 예를 들면, 프로파일의 외형은 프로파일을 따라 분포되는 다수의 캠, 외피의 부분들을 내부 또는 외부 방향으로 구부리는 캠, 또는 압축공기에 의해 부풀어지거나 회전력에 의해 펼쳐지게 되는 프로파일 13을 이용하여 조절될 수 있다.

    흐름에 의해 발생되는 힘으로 적어도 부분적으로 변형되는 유연한 프로파일도 가능하다. 이러한 프로파일인 경우, 상기 흐름은 수동적으로 즉 외부로부터의 에너지의 공급이 없이 단지 흐름 자체로부터의 에너지만을 이용하여 영향을 받을 수 있다.

    이러한 원리들의 개선책으로서, 능동적 프로파일 조정법과 수동적 프로파일 조정법을 간편하게 결합해서 사용하는 실시예들을 모색할 수 있다.

    로터를 조절하는 다른 방식들이 도 9에 도시되어 있다. 로터 블레이드 4를 허브 3과 분절적으로 연결함으로써, 로터 블레이드 4의 상부 침체선의 기울기가 스위프 각도 조절수단을 이용하여 화살표 PR을 따라 로터 1의 회전면에 대해서 조절될 수 있다. 상기 스위프 각도는 전방 가장자리를 따른 반경방향으로의 제2 흐름에 의한 항적에서의 소용돌이의 집중현상에 영향을 미친다. 부분 블레이드 5 및 6이 추진력의 방향 및/또는 주요 흐름 방향으로 화살표 PT를 따르는 분절적인 접합으로 그들 자신의 스위프 각도 조절수단에 의해 조절될 수 있으면, 이 부분 블레이드 5및 6에 대해서도 비슷한 결과를 얻을 수 있다. 마찬가지로 어택 각도 조절수단(미도시)이 구비될 수 있으며, 그 속에서 회전축 2에 대해 반경방향으로 연장되는 로터 블레이드 4가 회전축 주변의 화살표 AR을 따라 회전할 수 있다. 어택 각도의 조절을 통해서 추진력 또는 각 운동량(수동적으로 작동되는 로터의 경우)이 다양한 회전속도 및 흐름 속도에 대해 최적화 될 수 있다. 부분 블레이드 5 및 6은 그들의 어택 각도가 로터 블레이드 4에 대해서 화살표 AT의 방향으로 변경될 수 있도록 어택 각도 조절수단을 이용하여 로터 블레이드 4 위에 배치될 수 있다.

    도 10A 및 10B는 본 발명에 따른 로터 4의 효과를 개략적으로 도시하고 있다. 도 10A는 두 개의 블레이드를 구비하는 기존의 프로펠러 20을 도시하고 있다. 로터 20의 각 로터 블레이드의 꼭대기에 꼭대기 소용돌이가 형성되고 있으며, 결과적으로 서로서로 나선형으로 꼬여지면서 길게 늘어지는 두 개의 꼬리 소용돌이가 발생된다. 이와 같은 기존의 로터의 경우, 소용돌이가 소용돌이 필라멘트(filament) 21 및 22에 집중된다. 이러한 소용돌이의 집중현상에 의해 손실과 소음이 증가하게 된다. 소용돌이 필라멘트 21 및 22가 몸체와 충돌하게 되면, 흐름에 의한 소음이 발생하게 된다.

    반면에, 본 발명에 따른 갈라진 로터 블레이드 4를 구비하는 루프 프로펠러에서는 소용돌이가 포락선형으로 일정하게 분포된다. 그 결과 손실과 소음이 감소하게 된다. 소용돌이의 일정한 포락선형 분포는 덮어진 프로펠러의 덮개와 유사하게 작용한다. 이렇게 소용돌이가 균일하게 분포하게 되면, 두 개의 소용돌이의 중첩에 의해 회전축 방향으로의 소용돌이 성분을 제거할 수 있다. 이러한 원리를 실시하는 변형례가 하기의 실시예를 통해 설명되어진다.

    도 11은 본 발명에 따른 갈라진 로터 블레이드 4를 구비하는 루프 프로펠러 1 또는 로터 1의 배열을 도시하고 있으며, 이러한 배열은 유체 역학적인 손실을 더욱 감소시키게 된다. 본 발명에 따른 두 개의 로터 1a 및 1b가 나란히 직렬로 연결된다. 두 로터 1a 및 1b의 회전속도들은 서로 다르다. 두 로터의 상대 속도를 적절히 조절하게 되면 상부 로터 1a의 항적에 의한 소용돌이가 제거될 수 있으며, 그 결과 로터 1b의 항적에는 소용돌이가 발생하지 않게 된다. 흐름 소용돌이는 상술한 바와 같이 소용돌이 필라멘트들이 서로 나선형으로 꼬이게 하는데 이는 도 11에도 개략적으로 도시되어 있다. 상기와 같은 소용돌이 때문에 추가적인 에너지가 능동적 또는 수동적으로 작동하는 로터의 추진력 또는 에너지의 발생에는 전혀 기여를 하지 못하는 소용돌이 장의 회전에 소모적으로 유입되게 된다. 하부 로터 1b의 역방향 회전을 적절히 이용하게 되면, 상기와 같은 흐름 소용돌이는 제거되어 추진력으로 변환되고 로터 1b의 항적에서의 소용돌이 장이 나선형으로 꼬이는 현상이 없어진다.

    흐름에 의한 소음과 간섭에 의한 진동을 줄이기 위해, 로터 1a와 1b에는 상이한 수의 블레이드가 구비되며 블레이드의 기하학적인 외형도 서로 다르다. 적절한 구성을 통해서, 상부 로터 1a는 추진력보다는 소용돌이를 더 많이 발생하게 하며 하부 로터 1b는 소용돌이 보다는 추진력을 더 많이 발생하게 할 수 있다. 극단적인 경우, 상부 로터 1a를 고정자로 작용하게 할 수 있다.

    마찬가지로 제트 엔진(jet engine)에 다수의 로터를 배치하는 것도 가능하다.

    상술한 바와 같이 본 발명의 로터 장치는 종래 기술의 로터 장치보다 로터의 효율을 더 증가시킬 수 있으며, 로터의 작동 중에 발생하게 되는 소음을 더 감소시킬 수 있다.

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