JP2007519866A - プロペラ制御装置用ポンプの可逆駆動装置 - Google Patents

Abstract

航空機システム用の補機駆動装置は、プロペラ制御装置用ポンプなどを駆動させるために補機装置に接続される。被駆動シャフトの所定の回転方向に影響することなく駆動シャフトを両回転方向に回転させることができるように、駆動シャフトから被駆動シャフトに回転動力を伝達するギアセットが、第１の構造及び第２の構造に選択的に配置するために備えられる。

Description

本発明は、航空機システム用の補機駆動装置に関し、特に航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプを駆動する可逆装置に関する。

今日のプロペラ機は、通常、可変ピッチプロペラ装置を備える。一般的に、航空機用の可変ピッチプロペラ装置は、中央のハブから半径方向に延びている複数のプロペラブレードと、ハブ及びプロペラブレードを回転させるエンジンと、接近する空気流に対してブレードの角度（ピッチ）を変えるために長手方向の軸の周囲にプロペラブレードを回動させるピッチ作動装置と、を備える。ピッチ作動装置は、プロペラ制御装置によって油圧制御され、また航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプによって油圧駆動される。

プロペラ制御装置用ポンプは、通常、航空機システムのプロペラシャフトに作動できるように接続され、その結果、このシャフトによって駆動される。プロペラ制御装置用ポンプは、従来、単方向であり、時計回り方向或いは反時計回り方向のどちらかである。プロペラ制御装置用ポンプが作動できるように接続されるプロペラシャフトに合わせて、時計回り方向及び反時計回り方向のプロペラ制御装置用ポンプを選択的に用いることが決定される。

複数のプロペラを有する航空機システムにおいて、航空機のプロペラが異なる方向に回転、即ち一部のプロペラが時計回り方向に回転し、また残りのプロペラが反時計回り方向に回転することは、航空機システムの性能に有利であると考えられてきた。これは、特定のプロペラシャフトをこのプロペラを動かす各々のエンジンに結合させるために、時計回り方向もしくは反時計回り方向のプロペラギアボックスを備えることによって実現できる。この種の要求を満たすために、航空機エンジンの製造業者は、航空機システムにおける単一の設計に対し、時計回り方向、反時計回り方向双方のプロペラ制御装置用ポンプを提供することが要求される。これにより、ポンプの在庫を倍にする必要があることから、製造コストが増加してしまう。

可逆ロータリーポンプは、公知であるとともに、他の産業で用いられてきた。しかしながら、通常、これらのポンプは、比較的複雑であり、その結果、航空機産業で利用するのに適していない。航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプは、性能面での信頼性及び軽量化が要求される。

従って、従来技術における問題を解消する航空機システムの単方向のプロペラ制御装置用ポンプを駆動する装置が必要である。

本発明の１つの目的は、プロペラ制御装置用ポンプを所定の回転方向に動かすために、両回転方向に回転する駆動シャフトから回転動力を得るのに適している航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプを駆動させる装置を提供することである。

本発明の一つの態様に従うと、航空機システムの単方向のポンプを駆動させるために、駆動シャフトから回転動力を得る方法が提供される。被駆動シャフトの回転方向を、単方向のポンプの所定の回転方向に適合させるために、この方法は、駆動シャフトに対してある角度で配置され、かつ単方向のポンプに作動できるように接続される被駆動シャフトを設け、駆動シャフトから被駆動シャフトに回転動力を伝達し、駆動シャフトの回転方向によって第１の構造及び第２の構造に選択的に配置されるギアセットを設けることを含む。

好ましくは、この方法は、第１の構造が選択されたときに、第１のベベルギアが、ベベルピニオンの第１の点において被駆動シャフトのベベルピニオンに噛合するように、第１のベベルギアを取り付ける駆動シャフトの第１の位置を決定し、第２の構造が選択されたときに、第２のベベルギアが、ベベルピニオンの第１の点と径方向の正反対であるこのピニオンの第２の点において被駆動シャフトのベベルピニオンに噛合するように、第２のベベルギアを取り付ける駆動シャフトの第２の位置を決定することをさらに備える。

本発明の別の態様に従うと、回転動力を与えるように適合した駆動シャフトと、この駆動シャフトによって駆動されるように適合し、かつ補機装置に接続される被駆動シャフトと、を備える航空機システム用の補機駆動装置が提供される。被駆動シャフトは、駆動シャフトに対してある角度で配置される。ギアセットは、駆動シャフトから被駆動シャフトに回転動力を伝達するように備えられ、またこのギアセットは、被駆動シャフトの所定の回転方向に影響することなく、駆動シャフトを両回転方向に回転することができるように、第１の構造及び第２の構造に選択的に配置されるように適合される。

本発明の更なる態様に従うと、プロペラシャフトによって駆動されるように適合し、かつプロペラ制御装置用ポンプに接続される被駆動シャフトを備える航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプを可逆的に動かす装置が提供される。被駆動シャフトは、プロペラシャフトに対して実質的に垂直な角度で配置される。さらに、本発明の装置は、第１の軸位置においてプロペラシャフトに選択的に取り付けられる第１のベベルギアと、第２の軸位置においてプロペラシャフトに選択的に取り付けられる第２のベベルギアと、第１のベベルギアもしくは第２のベベルギアに選択的に噛合する被駆動シャフト端部に取り付けられるベベルピニオンと、を備えるギアセットを具備する。被駆動シャフトを所定の回転方向に回転させるように、第１のベベルギア及び第２のベベルギアのプロペラシャフトへの選択的な取り付けが、このシャフトの回転方向に基づいて行われる。

本発明は、容易な解決策を用いて従来技術における欠点を解消する。プロペラ制御装置用ポンプのシャフトに取り付けられた被駆動ベベルピニオンが、選択的な位置においてプロペラシャフトに取り付けられた駆動ベベルギアに対して直角に配置される。これによって、プロペラシャフトの回転方向に関係なく、同一のプロペラ制御装置用ポンプを用いることができる。その結果、本発明は、プロペラ制御装置用ポンプを変更することなく、必要に応じて反時計回り方向のプロペラギアボックスから時計回り方向のプロペラギアボックスへの交換或いはその逆の交換における柔軟性を有利に与える。故に、同一のプロペラ制御装置用ポンプ、同一のベベルピニオン及び、同一のプロペラシャフトの構造を、一方向もしくは両方向に回転するプロペラを有する航空機システムに用いることができるので、最小限の在庫のみが要求される。１つの追加のベベルギアが必要であるに過ぎず、このギアは、以下の実施例でさらに説明される。

図１、図２、図３を参照すると、本発明の好ましい一実施例として、符号１０によって概ね示される装置が、航空機システムの補機装置（例えば、単方向のプロペラ制御装置用ポンプ１４）を駆動するために、駆動シャフト（例えば、プロペラシャフト１２）から回転動力を得るように設けられている。中心軸が符号１３によって示されるプロペラシャフト１２は、このシャフト１２の一方の端部においてプロペラギアボックス即ち減速ギアボックス（ＲＧＢ）１６から延びているとともに、このシャフト１２の他方の端部においてプロペラアセンブリ１８に結合されている。通常、ＲＧＢ１６は、例えば航空機（図示せず）のガスタービンエンジン２０に取り付けられ、プロペラシャフト１２によって、エンジン２０からプロペラアセンブリ１８に動力が伝達される。プロペラアセンブリ１８及びプロペラシャフト１２の回転方向は、同一のエンジン２０に対し、時計回り方向のＲＧＢを用いるかもしくは反時計回り方向のＲＧＢを用いるかによって決定される。プロペラ制御装置用ポンプ１４は、ピッチ（角度）の調整のために長手方向の軸２６を中心としたプロペラブレード２４の回動運動を制御可能に動かすために、プロペラ制御装置２２に油圧動力を供給するためのものである。プロペラ制御装置用ポンプ１４は、所定の一方向のみに回転駆動することができ、従って、本発明による装置１０は、プロペラシャフト１２の回転方向に関係なくプロペラ制御装置用ポンプ１４の所定の回転方向を確実に得るように構成される。

装置１０は、プロペラ制御装置用ポンプ１４を所定の回転方向に駆動するために、このポンプ１４に作動できるように接続している被駆動シャフト２８を備える。被駆動シャフト２８は、プロペラ制御装置用ポンプ１４と一体となった部品でもよく、ポンプ１４に取り付けられた追加の部品でもよい。プロペラ制御装置用ポンプ１４は、その被駆動シャフト２８が、ベアリングアセンブリ３２を用いて同一の静止構造体３０によって回転可能に支持されているプロペラシャフト１２に対して、ある角度をなすように、航空機システムの静止構造体３０に取り付けられる。被駆動シャフト２８は、好ましくはプロペラシャフト１２に対して実質的に垂直に配置される。その理由は以下で説明する。

装置１０は、好ましくは図１の破線３８、４０によって図示されるように、プロペラシャフト１２の回転方向によって選択的に用いられる第１の構造３４及び第２の構造３６を備える。特に、装置１０の第１の構造３４が選択される（図２に図示）ときに、第１のベベルギア４２が、プロペラシャフト１２の第１の軸方向位置においてこのシャフト１２に取り付けられる。第３のベベルギア（例えば、この実施例ではベベルピニオン４６）が、好ましくは被駆動シャフト２８の自由端部に取り付けられる。第１のベベルギア４２及びピニオン４６のそれぞれのベベル角度は、ベベルギア４２が、ベベルピニオン４６の第１の噛合点４８においてこのピニオン４６に適切に噛合するように決定される。故に、第１の構造３４においては、プロペラ制御装置用ポンプ１４を、第１のベベルギア４２とベベルピニオン４６との間の第１の噛合点４８を介して回転駆動させるために、装置１０が、プロペラシャフト１２から被駆動シャフト２８にトルク及び回転運動を伝達する。

装置１０の第２の構造３６が選択されるときに、装置１０は、図３に示すように、第２の軸方向位置においてプロペラシャフト１２に好ましくは取り付けられる第２のベベルギア４４をさらに備える。第２のベベルギア４４及びピニオン４６のそれぞれのベベル角度は、第２のベベルギア４４が、ベベルピニオン４６の第２の噛合点５０においてこのピニオン４６に適切に噛合するように決定される。第１の噛合点４８及び第２の噛合点５０は、ベベルピニオン４６において径方向の正反対の位置に位置する。

プロペラシャフト１２が、図２に示すように、一方向（例えば、時計回り方向）に回転するときに、装置１０の第１の構造３４が選択される。被駆動シャフト２８は、第１のベベルギア４２及びベベルピニオン４６を用いてプロペラシャフト１２によって、時計回り方向に回転駆動される。第１のベベルギア４２が、プロペラシャフト１２とともに時計回り方向に回転するので、第１の噛合点４８における第１のベベルギア４２、ベベルピニオン４６双方の接線方向の線速度は、図の紙面に対して垂直方向になり、かつ紙の前面の閲覧者の方向に向かう。故に、ベベルピニオン４６は、図２の矢印Ｒによって示される回転方向に、被駆動シャフト２８とともに回転するように駆動される。

プロペラシャフト１２が、図３に示すように、反時計回り方向に回転し、かつ装置１０の第２の構造３６が選択されるときには、プロペラ制御装置用ポンプ１４及び被駆動シャフト２８は、第２のベベルギア４４及びベベルピニオン４６により反時計回り方向に回転するプロペラシャフト１２によって回転駆動される。第２のベベルギア４４が、プロペラシャフト１２とともに反時計回り方向に回転するので、第２の噛合点５０における第２のベベルギア４４、ベベルピニオン４６双方の接線方向の線速度もまた、図の紙面に対して垂直方向になるが、紙面内の方向に閲覧者から遠ざかる。従って、ピニオン４６は、図２に示す回転方向と同一の図３の矢印Ｒによって示される回転方向に被駆動シャフト２８とともに回転駆動される。故に、本発明の装置１０の構造を適切に選択することによって、この実施例のプロペラシャフト１２などの駆動シャフトの回転方向に関係なく所定の回転方向に回転するように駆動シャフトに接続されるプロペラ制御装置用ポンプ１４もしくは他の補機装置が得られる。

被駆動シャフト２８が、プロペラシャフト１２に対して実質的に垂直に配置された場合、第１のベベルギア４２及び第２のベベルギア４４のベベル角度は、実質的に同一になることが理解される。これによって、より簡単な構造が得られるだけでなく、装置１０の第１の構造３４または第２の構造３６のいずれかが選択されるかに拘らず、実質的に同一の速度ならびに実質的に等しいプロペラシャフト１２から被駆動シャフト２８への動力伝達効率が与えられる。実用に際しては、直線形の歯が噛合することによって、比較的大きな騒音が発生するとともに、伝達効率が限定される。従って、航空機産業においては、螺旋形の歯を有するギアが幅広く使用されている。

被駆動シャフト２８がプロペラシャフト１２に対して実質的に垂直に配置されているときに、第１のベベルギア４２及び第２のベベルギア４４は、実質的に同一のギアになるものの、第１のベベルギア４２及び第２のベベルギア４４は、好ましくはこれらのギアの異なる取り付け位置により、若干異なって構成されるので、それぞれ別々の形式が望ましいことにも留意しなければならない。

この実施例においては、ベベルギアが、駆動シャフトの第１の軸方向位置及び第２の軸方向位置に選択的に取り付けられるものの、別の適用例において、既存の構造が必要とする場合には、被駆動シャフトの第１の軸方向位置及び第２の軸方向位置にベベルギアを選択的に取り付けることができることにもさらに留意しなければならない。この代わりの構成においても、実質的に同じ結果が得られる。

本発明の装置は、駆動シャフトは所定の回転方向に回転するものの、被駆動シャフトを、必要に応じて両回転方向に駆動させるような適用例においても使用可能であることにさらに留意しなければならない。この実施例においては、装置の構造の選択は、必要な被駆動シャフトの回転方向によって決まる。

選択的なベベルギア４２、４４をプロペラシャフト１２に容易に取り付けるために、プロペラシャフト１２は、好ましくは適切な構造を備える。例えば、第１のベベルギア４２を取り付けるプロペラシャフト１２の部分の直径は、第２のベベルギア４４を取り付けるプロペラシャフト１２の部分の直径より若干小さく、かつ半径方向に延びている小型のストッパ５２を有する。これにより、第１の構造３４が選択されたときに、第１のベベルギア４２を、プロペラシャフト１２の第１の軸方向位置において制止させることができる。第２の構造３６が選択されるときには、第２のベベルギア４４は、プロペラシャフト１２の第２の軸方向位置へと半径方向のストッパ５２を通過し、第２のベベルギア４４は、ベアリングアセンブリ３２によって軸方向に制止される。従って、第１のベベルギア４２及び第２のベベルギア４４におけるそれぞれの中央の開口部は、それぞれの第１の軸方向位置及び第２の軸方向位置におけるプロペラシャフト部分の直径に応じて異なる直径を有する。ベベルギア４２、４４とピニオン４６との間でトルクを伝達させるために、それぞれのシャフト上にベベルギア４２、４４及びピニオン４６を円周方向に拘束するために、キー及び溝構造が必要である。さらに、適切な固定手段によって、ベアリングアセンブリ３２及び、第１のベベルギア４２または第２のベベルギア４４が所定の位置に固定される。これらの固定手段は、従来技術において公知であり、種々の他の構造及び構成要素を、プロペラシャフト１２へのベベルギア４２、４４の選択的な取り付け及び、被駆動シャフト２８へのピニオン４６の取り付けを実現するために用いることができる。

本発明の上述の実施例に対する変更及び改良が当業者に明らかとなろう。上記の説明は、限定的なものではなく、むしろ例示を目的とするものである。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることを意図するものである。

本発明の一実施例に備えられるプロペラブレードのピッチを油圧調整する航空機システムの概略図。 プロペラ制御装置用ポンプを駆動する装置の第１の構造を示す図１に図示された本発明の実施例を備える航空機システムの一部の断面図。 プロペラ制御装置用ポンプを駆動する装置の第２の構造を示す図１に図示された本発明の実施例を備える航空機システムの一部の断面図。

Claims (14)

1. 航空機システムの単方向のポンプを駆動するために駆動シャフトから回転動力を得る方法であって、
   駆動シャフトに対してある角度で配置され、かつ単方向のポンプに作動できるように接続される被駆動シャフトを設け、
   上記駆動シャフトから上記被駆動シャフトに回転動力を伝達し、上記被駆動シャフトの回転方向が上記の単方向のポンプの所定の回転方向に適合するように、上記駆動シャフトの回転方向によって第１の構造及び第２の構造に選択的に配置されるギアセットを設けることを特徴とする回転動力を得る方法。
2. 上記第１の構造が選択されるときに、第１のベベルギアを第１の位置において上記駆動シャフト及び上記被駆動シャフトの一方に取り付け、上記第２の構造が選択されるときに、第２のベベルギアを第２の位置において上記の同じシャフトに取り付け、
   上記第１のベベルギアもしくは上記第２のベベルギアに噛合する第３のベベルギアを上記駆動シャフト及び上記被駆動シャフトの他方に取り付けることを特徴とする請求項１に記載の回転動力を得る方法。
3. 上記第３のベベルギアを上記被駆動シャフトに取り付け、上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアを上記駆動シャフトに選択的に取り付けることを特徴とする請求項２に記載の回転動力を得る方法。
4. 上記被駆動シャフトは、上記駆動シャフトに対して実質的に垂直に配置されることを特徴とする請求項３に記載の回転動力を得る方法。
5. 上記第１の構造が選択されるときに、上記第１のベベルギアが、上記被駆動シャフトに取り付けられた上記第３のベベルギアに、第３のベベルギアの第１の点において噛合するように、上記第１のベベルギアを取り付ける上記駆動シャフトの第１の位置を決定し、
   上記第２の構造が選択されるときに、上記第２のベベルギアが、上記被駆動シャフトに取り付けられた上記第３のベベルギアに、上記第１の点と正反対である第３のベベルギアの第２の点において噛合するように、上記第２のベベルギアを取り付ける上記駆動シャフトの第２の位置を決定することを特徴とする請求項１に記載の回転動力を得る方法。
6. 回転動力を与えるように適合した駆動シャフトと、
   上記駆動シャフトに対してある角度で配置され、上記駆動シャフトによって駆動されるように適合し、かつ補機装置に接続される被駆動シャフトと、
   上記駆動シャフトから上記被駆動シャフトに回転動力を伝達し、上記被駆動シャフトの所定の回転方向に影響することなく、上記駆動シャフトを両回転方向に回転させることができるように、第１の構造及び第２の構造に選択的に配置するように適合されたギアセットと、
   を備えることを特徴とする航空機システム用の補機駆動装置。
7. 上記駆動シャフト及び上記被駆動シャフトは、互いに実質的に垂直に配置されることを特徴とする請求項６に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
8. 上記ギアセットは、
   上記第１の構造が選択されるときの第１のベベルギアと、
   上記第２の構造が選択されるときの第２のベベルギアと、
   上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアのうちの１つに選択的に噛合する第３のベベルギアと、
   を備えることを特徴とする請求項７に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
9. 上記第３のベベルギアは、上記被駆動シャフトの端部に取り付けられ、上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアは、上記駆動シャフトの回転方向によって、この駆動シャフトのそれぞれ第１の位置及び第２の位置に選択的に取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
10. 上記第３のベベルギアは、上記駆動シャフトの端部に取り付けられ、上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアは、上記駆動シャフトの回転方向によって、上記被駆動シャフトのそれぞれ第１の位置及び第２の位置に選択的に取り付けられることを特徴とする請求項８に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
11. 上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアをそれぞれ上記駆動シャフトに選択的に取り付ける上記第１の位置及び上記第２の位置は、上記第１のベベルギアが、第１の点において上記第３のベベルギアに噛合し、上記第２のベベルギアが、上記第１の点と径方向の正反対である第２の点において上記第３のベベルギアに噛合するように、上記駆動シャフトの軸方向に位置することを特徴とする請求項９に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
12. 上記第１のベベルギア、上記第２のベベルギア及び、上記第３のベベルギアのそれぞれは、螺旋形の歯を備え、上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアは、実質的に同一であることを特徴とする請求項１１に記載の航空機システム用の補機駆動装置。
13. プロペラシャフトに対して実質的に垂直な角度で配置され、上記プロペラシャフトによって駆動されるように適合し、かつプロペラ制御装置用ポンプに接続される被駆動シャフトと、
    ギアセットと、
    を備える航空機システムのプロペラ制御装置用ポンプを可逆的に動かす駆動装置であって、
    上記ギアセットは、
    第１の軸方向位置において上記プロペラシャフトに選択的に取り付けられる第１のベベルギアと、
    第２の軸方向位置において上記プロペラシャフトに選択的に取り付けられる第２のベベルギアと、
    上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアに選択的に噛合するように上記被駆動シャフトの端部に取り付けられるベベルピニオンと、を備え、
    さらに、上記被駆動シャフトが所定の回転方向に回転するように、上記第１のベベルギア及び上記第２のベベルギアの上記プロペラシャフトへの選択的な取り付けが、上記プロペラシャフトの回転方向に基づいて行われることを特徴とする駆動装置。
14. 上記駆動装置が、両回転方向に回転するプロペラシャフトに適合されるときに、上記ベベルピニオンと上記第１のベベルギアとの間の第１の噛合点及び、上記ベベルピニオンと上記第２のベベルギアとの間の第２の噛合点は、上記ベベルピニオンに対して径方向の正反対の位置に位置し、上記噛合点を選択することによって、上記被駆動シャフトの所定の回転方向が維持されることを特徴とする請求項１３に記載の駆動装置。

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