가변 형상 양력 팬 메커니즘

가변 형상 양력 팬 메커니즘{VARIABLE GEOMETRY LIFT FAN MECHANISM}

본 출원은 2012년 8월 24일에 출원된, 미국 가특허출원 제61/693,172호에 대한 우선권을 주장하며, 그 출원 전체가 참조로서 포함된다.

설명된 실시예들은 전동식-양력 항공기(powered-lift aircraft)를 위한 가변 형상 양력 팬 메커니즘에 관한 것이다.

항공기는 종래의 비행기에서와 같이, 고정익들(fixed wings), 헬리콥터에서와 같이, 회전익들(rotary wings), 또는 고정익들 및 회전익들의 조합을 이용할 수 있다. 고정익들 이외의 것들에서 및 회전익들에서의 어떠한 비행 방식들(flight regimes)에서 양력을 유도하는, 전동식-양력 항공기는, 그것들이 매우 짧거나 수직인 이륙 및 착륙을 수행할 수 있으므로 바람직할 수 있다. 전동식-양력 항공기는 수직 및 수평 추력을 모두 제공하는, 회전익들 또는 로터들을 구비할 수 있다. 전동식-양력 항공기의 다른 유형들은 수직 추력을 위해 하나 또는 그 이상의 로터들(양력 팬들), 및 수평 추력을 위한 하나 또는 그 이상의 로터들(프로펠러들)을 구비할 수 있다. 어떠한 전동식-양력 항공기에서 양력 팬들은 전진 비행 동안 작동하지 않는다.

양력 팬들을 구비하는 전동식-양력 항공기에서, 팬들은 여전히 평온한 작동을 허용하면서 회전속도에서 요구되는 양력을 제공하기 위해 4개 또는 그 이상의 블레이드들을 구비할 수 있다. 팬 블레이드들은 큰 코드들(chords)을 구비할 수 있고, 매우 비틀릴 수 있다. 팬 블레이드들이 정지하게 될 때, 이러한 유형의 팬들은 블레이드들로부터의 큰 정면 영역 및 흐름 분리(flow separation)에 의한 큰 양의 공기 역학적 항력을 발생시킬 수 있다. 이는 항공기의 성능을 감소시킨다. 만약 개별적인 팬 블레이드들이 항공기를 가로질러 공기의 흐름 방향으로 정렬된다면, 정면 영역 및 흐름 분리가 감소하여 더 낮은 항력을 발생시킬 수 있다. 2개의 블레이드로 된 팬이 흐름 방향으로 정렬된 블레이드들을 구비하여 정지될 수 있는 반면, 이는 2개보다 많은 블레이들의 팬들을 구비해서는 가능하지 않다.

실시예들은 여기에서 전동식-양력 항공기의 양력 팬의 실시예들을 개시한다. 항공기의 양력 팬은 펼쳐진 형상에서 접힌 형상으로 그리고 반대의 경우도 마찬가지로 변화하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 양력 팬의 펼쳐진 형상은 추력을 발생시키기 위한 양력 팬의 팬 블레이드들의 가장 좋은 방향(orientation)에 대응한다. 예를 들어, 4개의 블레이드로 된 팬의 블레이드들 사이의 90도 간격은 양력 팬의 펼쳐진 형상에 대응할 수 있다. 양력 팬의 접힌 형상은 추력이 더 이상 요구되지 않을 때 양력 팬의 팬 블레이드들의 방향을 설명한다. 일 실시예에 따라, 접힌 형상은 양력 팬의 정면 영역 및 서로 일렬이 되도록 양력 팬의 팬 블레이드들을 위치시키는 것에 의해 전진 비행에서 양력 팬에 의해 발생된 항력을 감소시킨다. 추가적으로, 접힌 형상은 항공기의 전체 폭을 감소시킬 수 있어, 용이한 운반 및 저장을 허용한다.

일 실시예에서, 양력 팬을 구동시키는 모터를 이용하여 펼쳐진 형상 및 접힌 형상 사이에서 양력 팬의 블레이드들을 이동시키기 위해 메커니즘이 활용되며, 추가적인 모터들 및/또는 액츄에이터들에 대한 요구가 불필요하다. 일부 실시예들에서, 양력 팬을 구동시키는 모터는 전기 모터이다. 택일적으로, 양력 팬을 구동시키는 모터는 가솔린 모터이다. 이러한 실시예들에서, 전기 모터의 토크는 펼쳐진 및 접힌 형상들 사이에서 양력 팬 블레이드들을 이동시키는 데 사용되고 정확하게 제어될 수 있다. 기계적 스톱들(mechanical stops)은 양력 팬의 블레이드들 안에 포함될 수 있다. 기계적 스톱들의 위치는 펼쳐진 형상 또는 접힌 형상에서 팬을 위치시키기 위해 서로에 대해 양력 팬의 블레이드들이 회전할 수 있는 각도를 정의하기 위해 이용될 수 있다. 블레이드들 사이의 마찰 및 댐핑은 접힌 형상 또는 펼쳐진 형상 중 어느 하나에서 블레이드들의 회전을 저지하고 및/또는 펼침(deploying) 및 접힘(collapsing)의 역학에 영향을 미치게 하기 위해 활용될 수 있다. 디텐트들은 또한 접힌 형상 또는 펼쳐진 형상 중 어느 하나에서 블레이드들의 회전을 기계적으로 또는 자기적으로 저지하도록 포함될 수 있다.

상기 요약에서 설명된 특징들 및 이점들 및 다음의 상세한 설명에 국한되지 않는다. 많은 추가적인 특징들 및 이점들은 도면들, 명세서 및 청구항들의 관점에서 통상의 기술자에게 명백할 것이다.

본 명세서 내에 포함되어 있음.

도 1은 일 실시예에 따른 펼쳐진 형상(deployed configuration)에서 양력 팬을 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 접힌 형상(collapsed configuration)에서 양력 팬을 도시한다.
도 3A 및 3B는 일 실시예에 따른 자기 디텐트(magnetic detent)를 이용하여, 접힌 형상 및 펼쳐진 형상에서 양력 팬 전개 메커니즘의 확대도를 각각 도시한다.
도 4는 일 실시예에 따른 양력 팬의 전개 메커니즘의 상세도를 도시한다.
도 5는 일 실시예에 따른 양력 팬의 구동 블레이드 세트에 결합된 전개 메커니즘의 일부의 상세도를 도시한다.
도 6A 및 6B는 일 실시예에 따른 전개 메커니즘을 포함하는 양력 팬을 도시한다. 도 6A는 접힌 형상에서, 블레이드들을 포함하는, 팬을 도시하고, 도 6B는 접힌 형상에서, 블레이드들이 없는, 팬을 도시한다. 도 6C는 펼쳐진 형상에서, 블레이드들을 포함하는, 팬을 도시하고, 도 6D는 접힌 형상에서, 블레이드들이 없는, 팬을 도시한다.
도 7A 및 7B는 일 실시예에 따른 기계적 래칫 디텐트(mechanical latch detent)를 이용하여, 접힌 형상 및 펼쳐진 형상에서 양력 팬 전개 메커니즘의 상세도를 각각 도시한다.
도 8은 구동되는 블레이드 세트 및 다음에 오는 블레이드 세트 사이의 상대 각도에 대한 자기 디덴트 토크의 도표이다.
도 9는 일 실시예에 따른 마찰 링을 도시하는 접힌 형상에서 양력 팬의 전개 메커니즘의 단면도이다.
도면들은 오직 설명을 위해 다양한 비-제한적인 실시예들을 도시하고, 상세한 설명은 그것들을 설명한다. 통상의 기술자들은 다음의 설명으로부터 여기에 설명된 구조들 및 방법들의 대안적인 실시예들이 여기에 설명된 원리들로부터 벗어나지 않고 구현될 수 있다는 것을 쉽게 인식할 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 전동식-양력 항공기(powered-lift aircraft)의 양력 팬(lift fan)을 도시한다. 도시된 실시예에서, 양력 팬은 1개 또는 2개의 팬 블레이드들의 2개 또는 그 이상의 세트들의 스택(stack)을 포함하고, 이때 블레이드들의 총 개수는 베이스라인(baseline)에 고정된-블레이드 팬 내에 요구되는 개수와 동일하다. 특히, 도 1은 총 4개의 팬 블레이드들에 대하여, 2개의 2-블레이드 세트들의 스택을 도시한다. 도 1에 도시된 구성은 펼쳐진 형상(deployed configuration)으로 언급된다. 일 실시예에서, 양력 팬이 추력(thrust)을 발생시키고 있을 때, 블레이드들 세트들은 도 1에 도시된 바와 같이 그것들의 최적의 추력 발생 방향으로 회전된다. 도 1에서, 블레이드 세트(101A)는 전기 모터 같은 구동 요소에 부착된 구동되는 블레이드들의 세트를 나타내고 블레이드 세트(101B)는 회전축에 대한 모션을 허용하는 메커니즘에 의해 구동되는 블레이드 세트에 결합된 하나 또는 그 이상의 추가적인 다음에 오는(following) 블레이드들의 세트를 나타낸다. 블레이드 세트들의 다음에 오는 세트는 1개의 추가적인 블레이드 세트 또는 2개 또는 그 이상의 추가적인 세트의 블레이드들을 포함할 수 있다. 펼쳐진 형상에서, 단일의 다음에 오는 블레이드 세트(101B)를 구비하는 4-블레이드 팬 시스템에 대하여 각각의 팬 블레이드 사이에 90도 간격이 형성된다. 그러나, 대안적인 실시예들에서 블레이드들 사이의 각도는 접힌 형상과 관련된 수용된 각도(stowed angle)보다 큰 각도일 수 있고 1개보다 많은 다음에 오는 블레이드 세트를 포함할 수 있다.

추력이 더 이상 요구되지 않을 때, 예를 들어 항공기의 순항 비행(cruising flight) 또는 보관 동안, 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)는 도 2에 도시된 접힌 형상의 실시예로 회전될 수 있다. 접힌 형상은 팬의 정면 영역 및 공기역학적 항력(aerodynamic drag)을 감소시키며, 이는 접힌 형상의 위치가 도 2의 화살표에 나타내진 항공기의 운행과 일렬로 되기 때문이다. 추가적으로, 접힌 형상은 항공기의 전체 폭을 감소시켜 더 쉬운 운송 및 보관을 허용할 수 있다. 접힌 위치에서, 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B)는 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B)의 팬 블레이드들이 서로 일렬이 되도록 위치된다. 즉, 접힌 형상에서 양력 팬의 한 쌍의 팬 블레이드들 사이에 실질적으로 0-도 간격(즉, 수용된 각도)이 형성된다.

펼쳐진 형상에서 접힌 형상으로의 변화 그리고 반대의 경우도 마찬가지로 몇몇의 메커니즘들에 의해 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 메커니즘은 추가적인 모터들 및/또는 액츄에이터들의 사용 없이, 양력 팬에 동력을 제공하는 모터를 이용하여 펼쳐진 형상 및 접힌 형상 사이에서 그리고 반대의 경우도 마찬가지로 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 이동시킨다. 일 실시예에서, 양력 팬의 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)는 접힌 및 펼쳐진 형상들 모두에서 결합되는 기계적 스톱들(mechanical stops)에 의해 정의되는 상대 모션의 범위 내에서 구동되는 블레이드 세트(101A)의 회전축에 대해 피봇한다(pivot). 일 실시예에서, 기계적 스톱들은 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)에 포함된다. 공기 역학 또는 다른 방해물들이 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)가 펼쳐진 형상 또는 접힌 형상 같은, 바람직한 구성에서 이동하거나 스톱들 상에서 튀어 오르지 않게 하도록, 이러한 기계적 스톱들에 대해 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 유지하기 위해 유지 토크(retention torque)가 적용될 수 있다. 유지 토크는 다양한 수단에 의해 발생될 수 있다.

일 실시예에서, 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 사이의 상대 모션을 저지하도록 마찰을 추가하는 것은 유지 토크를 발생시킨다. 마찰은 양력 팬으로부터 충분한 추력을 발생시키기 위해 요구되는 토크의 일부이거나 그보다 클 수 있다. 펼쳐진 또는 접힌 형상에서 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 유지시키는 유지 토크를 제공하는 것과 함께, 마찰 토크는 기계적 스톱들이 맞물릴 때 충격을 감소시키는 데 유익할 수 있다.

도 9는 유지 마찰 토크를 발생시키는 마찰 링(friction ring; 900) 또는 패드를 도시한다. 마찰 링(900)은 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B) 사이에 위치된다. 모터(901)가 양력 팬을 가속시킴에 따라, 다음에 오는 블레이드 세트(101B)에 의해 발생된 축방향 추력은 마찰 링(900)에 작용되고, 마찰 링(900)에 의해 발생되는 마찰을 증가시키며 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B) 사이에 상대 모션을 저지시키는 경향이 있다. 메커니즘은 마찰 링(900)에 의해 발생된 마찰을 극복하기 위해 요구되는 토크가 양력 팬이 그것의 정상 작동 범위 내에서 회전할 때 모터가 작용시킬 수 있는 최대 토크보다 크게 되도록 설계된다. 이러한 경우에, 메커니즘의 전개(deployment) 및 축소(retraction)는 마찰 토크가 상대 모션(relative motion)을 허용하도록 충분히 낮을 때 더 느린 속도들에서 발생해야 한다.

다른 실시예는 전술된 메커니즘과 유사하나, 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 사이에 댐핑(damping)을 포함한다. 댐핑은 점성 유체 댐퍼 또는 다른 댐핑 방법(자기 와류 댐핑(magnetic eddy current damping) 등)으로 될 수 있다. 댐핑은 전개 프로세스를 촉진 또는 둔화시키고 다음에 오는 블레이드 세트(들)가 기계적 스톱들을 타격하는 속도를 감소시키고 스톱 상에서 튀어 오르는 것을 감쇠시키도록 선택된다.

일 실시예에서, 유지 토크는 펼쳐진 및/또는 접힌 형상들에서 디텐트들(detents)을 이용하여 발생된다. 일 실시예에서, 구동되는 블레이드 세트(101A)에 대한 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)의 회전을 기계적으로 저지하기 위해 사용되는 디바이스이다. 일 형태의 디텐트는 자기적 디텐트(magnetic detent)이며, 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)에 포함되는 2개의 자석들의 인력을 이용한다. 도 3A는 일 실시예에 따른 접힌 형상에서 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)의 자석들의 위치의 상세도를 도시한다. 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)는 도 3A에 도시된 것들보다 더 많거나 더 적은 자석들을 구비할 수 있다. 즉, 자석들(301A, 301B, 및 303)은 각각 메커니즘 주위에 분포된 많은 자석들로 이루어질 수 있다.

구동되는 블레이드 세트(101A)는 일 실시예에서 자석들(301A 및 301B)을 포함한다. 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)는 자석(303)을 포함한다. 일 실시예에서, 자석들(301A, 301B 및 303)은 네오디뮴(NdFeB) 자석들을 포함한다. 도 3A 및 3B에서 자석들(301A, 301B 및 303) 상에 그려진 화살표들은 자석의 남극에서 자석의 북극으로 그려진다. 하나의 자석의 북극은 다른 자석의 남극에 끌리는 경향이 있다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 접힌 형상에 있을 때 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 상의 자석(303)은 구동되는 블레이드 세트(101A) 상의 자석(301A)으로부터 약간 오프셋된다(offset). 자석(303) 및 자석(301A) 사이의 자기력은 정렬된 구성에 있도록 그것들을 끌어당기는 방향으로 된다. 상기 자기력은 접힌 형상으로 그것을 유지시키는 경향이 있는 도 8에 도시된 것과 같은 자기적 디텐트 토크(800)(예를 들어, 거의 4N*m)를 발생시키는 데 이용될 수 있다.

유사하게, 도 3B에 도시된 바와 같이, 펼쳐진 형상으로 될 때, 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 상의 자석(303)은 구동되는 블레이드 세트(101A) 상의 자석(301A)으로부터 약간 오프셋된다. 자석(303) 및 자석(301A) 사이의 자기력은 정렬된 구성에 있도록 그것들을 끌어당기는 방향으로 된다. 상기 자기력은 펼쳐진 형상에서 그것을 유지하는 경향이 있는 도 8에 도시된 것과 같이 자기적 디텐트 토크(801)(예를 들어, -4N*m)를 발생시키는 데 이용될 수 있다. 자기적 디텐트 토크(800 및 801)를 극복하기 위해 요구되는 토크는 양력 팬으로부터 충분한 추력을 발생시키기 위해 요구되는 토크의 일부이거나, 그보다 큰 값일 수 있다.

다른 형태의 디텐트는 도 7A 및 7B에 도시된 기계적 래칫 디텐트이다. 일 실시예에서, 기계적 래칫 디텐트는 폴(pawl; 702)을 프리로드하기(preload) 위해 스프링 또는 만곡부(flexure)(703)를 이용하여, 폴(702)이 홈(groove; 701A 또는 701B)에 맞물릴 때 상대 모션이 발생하기 전에 어떠한 임계 토크가 초과되도록 요구된다. 도 7A는 폴(702)이 홈(701A)과 맞물리는, 접힌 형상에서 기계적 래칫을 도시하고, 상기 홈(701A)은 디텐트가 접힌 형상에서 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 유지시키도록 위치된다.

도 7B는 폴(702)이 홈(701B)과 맞물리는, 펼쳐진 형상에서 기계적 래칫을 도시하고, 상기 홈(701B)은 디텐트가 일 실시예에 따른 펼쳐진 형상으로 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 유지시키도록 위치된다. 홈들(701A 및 701B), 폴(702) 및 만곡부(703)는 각각 메커니즘 주위에 분포된 복수 개의 그것들로 이루어진다. 다른 실시예에서, 홈들(701A 및 701B)은 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 및 폴(702) 상에 포함되고 만곡부(703)는 구동되는 블레이드 세트(101A) 상에 포함된다.

양력 팬이 사용되지 않고 전동식-양력 항공기에 대해 정적일 때, 양력 팬은 보통 접힌 형상으로 될 수 있다. 양력 팬이 추력을 발생시키도록 요구될 때, 그것은 펼쳐진 형상으로 되고, 요구되는 추력 및 다른 조건들에 따라 정상 속도 범위 내에서 회전한다. 정상 작동 속도 범위의 예시는 2500 RPM에서 3500 RPM이다. 모터는 정지된 구성으로부터 바람직한 작동 속도로 그것을 가속시키기 위해 양력 팬에 토크를 작용시킨다. 양력 팬이 가속됨에 따라, 양력 팬은 작동 속도 범위의 하부 경계(lower bound)에 이르기 전에 접힌 형상에서 펼쳐진 형상으로 이동한다. 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)의 공기 역학적 토크 및 관성은 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 펼치는 방향으로 전개 메커니즘에 토크를 작용시킨다. 이러한 토크가 구동되는 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B) 사이에 상대 모션을 저지시키는 토크를 초과할 때, 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)는 구동되는 블레이드 세트에 대해 이동할 것이다. 일부 실시예들에서, 전개 토크 프로파일(deployment torque profile)은 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)가 양력 팬이 정상 작동 속도 범위의 하계에 이르기 전에 접힌 형상에서 펼쳐진 형상으로 이동하도록 설계된다. 일부 실시예들에서 전개 토크는 양력 팬을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 전기 모터에 의해 발생된다. 일부 실시예들에서 전기 모터의 토크는 바람직한 전개 토크 프로파일을 생성하도록 정밀하게 제어될 수 있다.

전개 토크 프로파일이 어떻게 설계될 수 있는지의 예시로서, 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)가 그것의 회전 속도에 대한 토크의 이차의 양(quadratic amount)을 요구하고, 구동되는 블레이드 세트(101A)에 대한 그것의 상대 위치에 관계없이, 그것이 2000 RPM에서 회전될 때, 10N*m의 토크가 요구된다고 가정해보자. 메커니즘은 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)의 속도에 관계없이, 10N*m의 마찰을 포함하도록 설계될 수 있다. 만약 양력 팬이 2100rpm까지 느리게 회전되었고 유지된다면, 펼쳐진 형상을 정의하는 기계적 스톱과 접촉할 때까지 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)가 가속될 수 있고 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)에 대한 공기 역학적 토크가 메커니즘의 마찰을 극복할 수 있다. 이러한 방법은 일 실시예에 따라 "항공 방법(aero method)"으로 언급될 것이다.

다른 예시로서, 전개 토크 프로파일은 큰 양의 토크가 적용될 수 있도록 설계될 수 있으며, 다음에 오는 블레이드들 세트(들)(101B)의 회전 관성 부하가 메커니즘의 마찰을 초과하게 할 수 있다. 이 방법은 일 실시예에 따른 "관성 방법(inertial method)"으로 언급될 것이다. 이 토크는 접힌 형상에서 펼쳐진 형상으로 여러 가지로 이동시키도록 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)를 위한 충분히 긴 시간 동안 적용될 필요가 있다.

항공 방법이 접힘을 위해 사용된다면, 양력 팬이 정상 작동과 반대 방향으로 회전할 필요가 있는 것을 제외하고, 접힘 토크 프로파일(collapsing torque profile)은 항공 또는 관성 방법 중 어느 하나를 이용하여 유사한 방식으로 설계될 수 있다. 만약 이것이 바람직하지 않다면, 관성 방법이 사용될 수 있고 관성 부하는 메커니즘 유지 토크 및 항공 토크 모두를 극복할 수 있도록 될 필요가 있다. 항공 또는 관성 방법들 중 어느 하나의 측면들을 조합할 수 있는 전개 및 접힘 토크 프로파일들에 대한 많은 변형들이 있다.

도 4는 일 실시예에 따라 펼쳐진 및 접힌 형상들로 블레이드 세트들을 위치시키는 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)에 부착된 기계적 링들(mechanical rings)의 상세도를 도시한다. 기계적 링들은 접힌 및 펼쳐진 형상들에서 이용되는 도 3A 및 3B에서 설명된 것들과 유사한 자기적 디텐트들을 포함하며 이하에서 추가적으로 설명된다.

특히, 제1 링(401)은 스크류들 또는 다른 고정 수단 같은 패스너들(fasteners)을 이용하여 구동되는 블레이드 세트(101A)에 장착되고 제2 링(402)은 패스너들을 이용하여 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)에 장착된다. 제1 링(401)은 예를 들어 복수 개의 자석들(403A, 403B, 403C, 403D, 및 403E)을 포함하고 제2 링(402)은 복수 개의 자석들(405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 및 405F)을 포함한다. 다른 실시예들에서는, 다른 개수의 자석들이 제1 링(401) 및 제2 링(402)에서 이용될 수 있다. 이용되는 자석들의 개수는 특히 바람직한 부피(volume)로 메커니즘을 맞추기 위한 패킹 고려사항들(packing considerations) 및 유지 토크의 바람직한 크기에 의해 결정된다. 제1 링(401)의 복수 개의 자석들(403) 각각은 접힌 형상 및 펼쳐진 형상으로 될 때 제2 링(402)의 복수 개의 자석들(405) 중 대응하는 것에 끌어당겨진다. 즉, 제1 링(401) 및 제2 링(402)에서 각각의 자석은 펼쳐진 형상 및 접힌 형상으로 될 때 반대되는 링 상의 다른 자석에 끌어당겨진다. 접힌 형상 또는 펼쳐진 형상 중 어느 하나를 유지하도록 각각의 쌍의 자석들 사이의 자기적 인력은 제1 링(401)에 반시계방향 토크를 작용하고 제2 링(402)에 시계방향 토크를 작용한다. 펼쳐진 형상으로 될 때, 펼쳐진 형상으로 메커니즘을 유지하도록 각각의 쌍의 자석들 사이의 자기적 인력은 제1 링(401)에 반시계방향 토크를 작용하고 제2 링(402)에 시계방향으로 토크를 작용한다.

일 실시예에서, 기계적 링들은 각각 복수 개의 기계적 탭들 및 복수 개의 기계적 스톱들을 포함한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 링(401)은 기계적 탭들(404A 및 404B) 및 기계적 스톱들(407A, 407B, 407C, 및 407D)을 포함한다. 유사하게, 제2 링(402)은 기계적 탭들(409A 및 409B) 및 기계적 스톱들(411A, 411B, 411C, 및 411D)을 포함한다. 기계적 탭들(409) 및 기계적 스톱들(407)은 기계적 탭들(404 및 409)이 각각 기계적 스톱들(407 및 411)과 접촉할 때 제2 링(402)이 제1 링(401)에 대해 시계방향 또는 반시계방향으로 추가적으로 이동(즉, 회전)하는 것을 방지한다. 각각의 기계적 탭은 대응하는 자기적 디텐트를 포함한다. 일 실시예에서, 기계적 스톱들(407)은 고충격 플라스틱(예를 들어, 초고분자량(UHMW) 폴리에틸렌 플라스틱) 또는 다른 고충격 저항 물질들로 마련되고 기계적 링들은 알루미늄, 스틸, 티타늄, 탄소섬유, 또는 다른 물질들로 마련된다. 기계적 스톱들(407)은 패스너들(fasteners), 예를 들어 스크류들을 이용하여 기계적 링들에 고정될 수 있다.

도 5는 구동되는 블레이드 세트(101A)에 결합된 제1 링(401)의 상세도를 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 링(401)은 전술된 바와 같이 복수 개의 자석들(403), 복수 개의 기계적 탭들(404), 및 복수 개의 기계적 스톱들(407)을 포함한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 기계적 탭(404)은 제1 링(401)으로부터 돌출된다. 기계적 스톱(403)은 기계적 탭(404)의 각각의 측에서 제1 링(401)에 장착된다. 예를 들어, 기계적 스톱(407A)은 기계적 탭(404A)의 일 측에서 제1 링(401)에 장착되고 기계적 스톱(407D)은 기계적 탭(404A)의 타 측에서 제1 링(401)에 장착된다. 기계적 스톱들(407)은 스크류들 같은 패스너들을 이용하여 제1 링(401)에 장착될 수 있다. 제2 링(402)의 각각의 기계적 탭(409)이 제1 링(401)의 대응하는 기계적 스톱(407)에 접촉할 때 기계적 스톱들(407)은 제2 링(402)이 과하게 회전하는 것을 방지한다.

일 실시예에서, 각각의 기계적 탭(404)은 복수 개의 스프링 작동식 볼 플런저들(예를 들어 4 스프링 작동식 볼 플런저들)(spring loaded ball plungers; 501)을 포함한다. 구체적으로, 도시된 실시예에서 기계적 탭(404A)은 스프링 작동식 볼 플런저들(501A 및 501B)을 포함한다. 자석(403A)은 일 실시예에서 스프링 작동식 볼 플런저들(501A 및 501B) 사이에 위치된다. 유사하게, 기계적 탭(404B)은 스프링 작동식 볼 플런저들(501C 및 501D)을 포함한다. 스프링 작동식 볼 플런저(501C)는 기계적 탭(404B)의 일단에 위치되고 스프링 작동식 볼 플런저(501D)는 기게적 탭(404B)의 타단에 위치된다. 자석(403D)은 일 실시예에서 스프링 작동식 볼 플런저들(501C 및 501D) 사이에 위치된다.

제1 링(401)의 스프링 작동식 플런저들(501)은 도 5에 도시된 제1 링(401)의 표면(503)에 대응하는 제2 링(402)의 표면 상에서 구른다. 특히, 제1 링(401)의 스프링 작동식 플런저들(501)은 다음에 오는 블레이드 세트(들)(101B)의 전개 및 접힘 동안 제2 링(402)의 표면 상에서 구른다. 제1 링의 표면(503)은 제1 링의 한 쌍의 기계적 스톱들(407A 및 407B) 사이에 위치된다. 유사하게, 제2 링의 표면은 제2 링의 한 쌍의 기계적 스톱들 사이에 위치된다.

일 실시예에서, 볼 플런저들(501)은 또한 고마찰 추력 패드(high friction thrust pad; 900) 상에 로드를 작용시키고 제1 링(401) 및 제2 링(402)을 개별적으로 누르는 축방향 프리로드(axial preload)를 작용시킨다. 추력 패드에 의해 발생된 마찰은 접힘 및 전개 작용들 동안 제1 링(401) 및 제2 링(402)의 역학들을 느리게 하는 댐핑을 제공한다. 접힘 및 전개 작용들을 느리게 하는 것은 제1 링(401) 또는 제2 링(402)의 기계적 탭들이 반대되는 링의 기계적 스톱들과 접속하는 속도를 감소시킨다. 이는 불안정한 공기역학적 로드들(aerodynamic loads)에 의해 발생할 수 있는 기계적 스톱들에 대한 튀어 오름(bouncing) 또는 진동(oscillating)을 감소시키고 항력 팬에 의해 경험되는 충격 로드들(shock loads)을 감소시킨다. 제2 링(402)은 도 5에 설명된 제1 링(401)과 유사한 특징들을 포함한다.

일반적으로, 도 6A는 일 실시예에 따른 전개 메커니즘을 포함하는 양력 팬을 도시한다. 특히, 도 6A는 일 실시예에 따라 접힌 형상에서, 블레이드들을 포함하는 양력 팬을 도시한다. 양력 팬 어셈블리는 양력 팬의 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B)에 결합된 기계적 링들을 포함한다. 기계적 링들은 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B)의 팬 블레이드들에 의해 도면에서 보이지 않으므로 도 6A에 도시되지 않는다. 양력 팬 어셈블리는 항공기에 양력 팬 어셈블리를 결합시키는 모터(600)를 더 포함한다. 모터(600)는 전기 모터, 내연기관, 유체역학적 액츄에이터, 또는 양력 팬에 토크를 작용시킬 수 있는 다른 유형의 액츄에이터일 수 있다.

일반적으로, 도 6B는 접힌 형상에서, 블레이드들이 없는, 팬을 도시한다. 특히, 도 6B는 접힌 형상에서 기계적 링들(401 및 402)의 위치를 도시하기 위해 팬 블레이드들을 제거하여 도 6A에 도시된 접힌 팬 어셈블리를 도시한다. 접힌 형상에서, 제1 링(401)의 기계적 스톱(407D)은 제2 링(402)의 기계적 탭(409B)과 접촉한다. 유사하게, 접힌 형상에서 제2 링(402)의 기계적 스톱(407B)은 제1 링(401)의 기계적 탭(404B)과 접촉한다. 제2 링(402)의 자석(403B)과 제1 링(401)의 자석(403D) 사이의 자기적 인력 및 제2 링(402)의 자석(405E)과 제1 링(401)의 자석(403C) 사이의 자기적 인력은 양력 팬의 접힌 형상을 유지시킨다. 도 6B에 도시되지 않은 양력 팬 어셈블리의 반대되는 측 상에 다른 쌍의 자석들의 자기적 인력은 양력 팬의 접힌 형상을 유지시키는 데 기여한다.

일반적으로, 도 6C는 펼쳐진 형상에서, 블레이드들을 포함하는, 팬을 도시한다. 특히, 도 6C에서, 다음에 오는 블레이드 세트(101B)는 도 6D에 도시된 기계적 링들의 위치에 의해 정해진 것과 같이 펼쳐진 형상에 도달될 때까지 회전된다. 도 6A와 유사하게, 기계적 링들은 구동되는 블레이드 세트(101A) 및 다음에 오는 블레이드 세트(101B)의 팬 블레이드들에 의해 보이지 않으므로 도 6C에 도시되지 않는다.

일반적으로, 도 6D는 접힌 형상에서, 블레이드들이 없는, 팬을 도시한다. 특히, 도 6D는 펼쳐진 형상에서 기계적 링들(401 및 402)의 위치를 도시하기 위해 팬 블레이드들이 제거된 도 6C에 도시된 펼쳐진 팬 어셈블리를 도시한다. 펼쳐진 형상들에서, 제1 링(401)의 기계적 스톱(407C)은 제2 링(402)의 기계적 탭(409A)과 접촉한다. 유사하게, 펼쳐진 형상에서 제2 링(402)의 기계적 스톱(411A)은 제1 링(401)의 기계적 탭(404B)과 접촉한다. 제2 링(402)의 자석(405B)과 제1 링(401)의 자석(403D) 사이의 자기적 인력 및 제2 링의 자석(405B)과 제1 링의 자석(403A) 사이의 자기적 인력은 양력 팬의 펼쳐진 형상을 유지시킨다. 도 6D에 도시되지 않은 양력 팬 어셈블리의 반대되는 측 상에 다른 쌍의 자석들의 자기적 인력은 양력 팬의 펼쳐진 형상을 유지시키는 데 기여한다.

여기에서 상세한 설명은 구체적인 실시예들의 배경에서 제공되었으나, 통상의 기술자들은 많은 대안적인 실시예들이 제공된 교시로부터 암시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 게다가, 여기 쓰여진 상세한 설명 내에서, 구성요소들의 특별한 명칭(naming), 용어들의 대문자 표기(capitalization of terms), 속성, 데이터 구조 또는 다른 구조적 또는 프로그래밍 측면은 달리 언급되지 않는 한 필수적이거나 중요하지 않고, 설명된 발명 또는 그것의 특징을 구현하는 메커니즘들이 다른 명칭, 포맷들, 또는 프로토콜들을 구비할 수 있다. 더 나아가, 시스템의 일부 측면들은 오로지 하드웨어 요소들 내에서 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 조합을 통해 구현될 수 있다. 또한, 여기에서 설명된 다양한 시스템 구성요소들 사이에서 특별한 기능의 분할은 필수적이지 않고; 그 대신에 시스템 구성요소 또는 단일의 모듈에 의해 수행되는 기능들은 다중 구성요소들에 의해 수행될 수 있고, 그 대신에 다중 구성요소들에 의해 수행되는 기능들은 단일의 구성요소에 의해 수행될 수 있다. 이와 같이, 방법 단계들이 수행되는 순서는 달리 언급되거나 논리적으로 요구되지 않는 한 필수적이지 않다.

달리 명시되지 않는 한, "선택하는(selecting)" 또는 "계산하는(computing)" 또는 "결정하는(determining)" 등과 같은 용어들을 활용하는 설명들은 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 디바이스들 내에 물리적(전자적) 양들로 나타내지는 데이터를 전환하고 조작하는, 컴퓨터 시스템 또는 유사한 전자 계산 디바이스(electronic computing device)의 작용 및 프로세스들을 언급한다.

마지막으로, 명세서에 쓰여진 용어는 주로 가독성 및 설명적인 목적들을 위해 사용되었으며, 본 발명의 대상을 정확하게 서술하거나 한정하기 위해 선택되지 않을 수 있다. 따라서, 본 공개는 본 발명의 범위의 제한이 아닌, 설명적인 것으로 의도된다.

101A: 구동되는 블레이드 세트
101B: 다음에 오는 블레이드 세트
301A, 301B, 303: 자석
401: 제1 링
402: 제2 링
403, 403A, 403B, 403C, 403D, 403E: 자석
404, 404A, 404B: 기계적 탭
405, 405A, 405B, 405C, 405D, 405E, 405F: 자석
407, 407A, 407B, 407C, 407D: 기계적 스톱
409A, 409B: 기계적 탭
411, 411A, 411B, 411C, 411D: 기계적 스톱
501, 501A, 501B, 501C, 501D: 스프링 작동식 볼 플런저
503: 제1 링의 표면
701A, 701B: 홈
702: 폴
703: 만곡부
800, 801: 자기적 디텐트 토크
900: 마찰 링, 고마찰 추력 패드
901: 모터