JP2008528358A - ブレードシステムにたわみを与えるアセンブリ - Google Patents
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Abstract
【課題】航空機で用いられるロータブレードのフラッピング制御を強化する。
【解決手段】上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、下側湾曲表面を有する下側支持プレートとを有するロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、(1)上側及び下側プレートの間に位置するヨークを備え、上側及び下側ヨーク表面の少なくとも一方の上に固着されたクッション材料の層を有するアセンブリ、或いは(2)上側及び下側プレートの間に位置し、それらに直接接触するヨークを備え、上側及び前記湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であるアセンブリを提供する。前記ヨークは、各ブレードをそれぞれのピッチ軸の周りで回転させてピッチを変化させるねじれシャンクヨークでもよい。
【選択図】図7
【解決手段】上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、下側湾曲表面を有する下側支持プレートとを有するロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、(1)上側及び下側プレートの間に位置するヨークを備え、上側及び下側ヨーク表面の少なくとも一方の上に固着されたクッション材料の層を有するアセンブリ、或いは(2)上側及び下側プレートの間に位置し、それらに直接接触するヨークを備え、上側及び前記湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であるアセンブリを提供する。前記ヨークは、各ブレードをそれぞれのピッチ軸の周りで回転させてピッチを変化させるねじれシャンクヨークでもよい。
【選択図】図7
Description
本発明は、乗り物のロータの改良に関するものである。より詳細には、本発明は、航空機で用いられるロータブレードのフラッピング運動の提供に関連する改良に関するものである。
本発明の一態様は、ロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置するヨークであって、前記ヨークは上側及び下側ヨーク表面を有し、前記上側及び下側ヨーク表面のうちの一方のヨーク表面は、その上に固着されたクッション材料の層を有し、前記クッション材料の層は、前記一方のヨーク表面の外形に沿って延在し、前記クッション材料の層が、前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面及び前記下側支持プレートの前記下側湾曲表面の何れか一方に直接接触する、該ヨークとを含むことを特徴とするアセンブリに関する。
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置するヨークであって、前記ヨークは上側及び下側ヨーク表面を有し、前記上側及び下側ヨーク表面のうちの一方のヨーク表面は、その上に固着されたクッション材料の層を有し、前記クッション材料の層は、前記一方のヨーク表面の外形に沿って延在し、前記クッション材料の層が、前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面及び前記下側支持プレートの前記下側湾曲表面の何れか一方に直接接触する、該ヨークとを含むことを特徴とするアセンブリに関する。
本発明の別の態様は、ロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置し、それらに直接接触するヨークとを有し、
前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とするアセンブリに関する。
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置し、それらに直接接触するヨークとを有し、
前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とするアセンブリに関する。
本発明のさらに別の態様は、ロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置し、それらに直接接触するヨークとを有し、
前記ヨークが、対応するピッチ軸の周りにブレードを回転させるねじれシャンクヨークであることを特徴とするアセンブリに関する。
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置し、それらに直接接触するヨークとを有し、
前記ヨークが、対応するピッチ軸の周りにブレードを回転させるねじれシャンクヨークであることを特徴とするアセンブリに関する。
本発明のさらに別の態様は、ティルトロータハブ(tiltrotor hub)として使用され得る、スティッフ・イン・プレーン(stiff-in-plane)の4ブレードロータハブを含むアセンブリに関する。このハブは、本明細書に開示した他の実施形態の支持たわみ設計にも組み込むことができる。さらに、変形可能な支持プレートを備える別の実施形態も開示されている。
本発明の他の側面、特徴、及び利点は、本明細書の一部であり、本発明の原理を例示した以下の詳細な説明と添付の図面から明らかとなろう。その特徴及び利点を含む本発明のより完全な理解のために、以下の本発明の詳細な説明を添付の図面とともに参照されたい。
図1は、本発明によるたわみアセンブリの一実施形態を備えたヘリコプタのメインロータシステム10を示す。メインロータシステムは、メインロータシャフト16に取り付けられたハブ14と、ハブ14に結合され、そこから延びている複数のメインロータブレード18とを有する。
メインロータシステムは、ヤオらに付与された米国特許第4,650,401号、コヴィントンらに付与された米国特許第5,358,381号、ハミルトンらに付与された米国特許第5,820,344号、シムズらに付与された米国特許第6,708,921号に記載されているような公知のものである。上記の引用文献のそれぞれは、ここで引用したことによりその全内容を本明細書の一部とする。
飛行中、ヘリコプタが対気速度を上げると、前進側のロータブレード18においては対気速度が増して揚力が高くなることで、前進側ロータブレード18は上側にフラッピングし、後退側ロータブレード18においては揚力が低下することで後退側ロータブレード18は下側にフラッピングする。各ブレード18のフラッピングには、ハブ14と各ブレード18を結合する柔軟なヨーク20が対応している。ヨーク20は、翼弦方向には比較的硬いが、フラッピング方向には柔軟である。各ブレード18のフラッピングを制御するため、各ブレード18とハブ14との間に結合されたヨークは、湾曲した上側ヨーク支持プレート22と湾曲した下側ヨーク支持プレート24によって支持されている。
図1乃至図4は、メインロータシステムの一形態を示すとともに、さらにハブ14、ヨーク20、及びブレード18の構成を一形態を示している。このほかの種々の形態のものを採用することができ、図1乃至図4に示されたものや本出願中に記載されたその他の形態は、本発明の2、3の実施形態を例示しているすぎないことを理解されたい。
図1及び図2を参照すると、図1及び図2のヨーク20は、各ブレード18ごとに1つずつ、2つのループ26を設けた構成の細長いヨーク20である。各ループ26は、ヨーク20の中央部29から延びる一対のアーム27を形成する。図示されたヨーク20aは、2つの反対方向のブレード18について使用され、かつ第1の上側ヨーク20aの下に位置する第2の下側ヨーク20bとともに使用されるように構成される。このとき第2の下側ヨーク20bは、ロータアセンブリ10の他の2本のブレード18のそれぞれに取り付けられる。ヨーク20は、グラスファイバーのような複合材料を含む、種々の材料から形成されたものであり得る。
メインロータシャフト16は、周知のように、ハブ14に結合して回転を与えるものである。ハブは、各ブレード18のための一対の支持プレート22及び24を含む。上側ヨーク20aのための上側支持プレート22は、上側ブラケット28上に設けられ、上側ヨーク20aのための下側支持プレート24及び下側ヨーク20bのための上側支持プレート22を中央部ラケット30上に設けられ、下側ヨーク20bのための下側支持プレート24は下側ブラケット32上に設けられる。上述のように、各上側支持プレート22及び各下側支持プレート24は、以下に説明するように湾曲している。上側ヨーク20aはブラケット28と30の間に挟まれ、下側ヨークはブラケット30と32の間に挟まれました。ヨーク20a、20b及びブラケット28、30、及び32は、留め具34のような機構を含む、適当な固定機構によって一体にされている。この際、ブラケット28、30、及び32はヨーク20をクランプし、支持している。ブラケット28、30、及び32及び支持プレート22おび24は、金属を含む種々の材料から作られたものであり得る。図面から明らかなように、一旦組み立てられると、各ヨーク20の各アーム27に対して1つの上側支持プレート22及び1つの下側支持プレート24が存在することになる。
冗長になるのを避けるため、以下の議論は、ブレード18の1つのみとハブ14との間の結合、及びヨーク20の1本のループ26の使用のみに焦点をあてる。これは、各ブレード18とハブ14との間の結合と、各ブレード18とハブ14との間の結合のためのヨーク20の使用のそれぞれが実質的に同一だからである。
図3及び図4に最もよく示されているように、上側支持プレート22と下側支持プレート24は、各ヨーク20と各ブレード18に所望のフラッピング特性を与えるべく湾曲している。従って、ブレード18は、図3及び図4の破線に示すように、上下にフラッピングして上側プレート及び下側プレートに当たる。図に示すように、上側及び下側支持プレート22及び24は、円周の一部を形成しない非円形の弧を形成するように湾曲している。しかし、他の実施形態では、円周の一部をなす弧を描いて湾曲した支持プレート22及び24を備え得る。また、上側及び下側支持プレート22及び24は、実質的に同じ曲率を有しているものとして図示されているが、両者が互いに異なる曲率を有していてもよいこと、また他の実施形態として両プレート22及び24のうち一方のみが湾曲しているものもあり得ることを理解されたい。
図3及び図4に示すように、上側及び下側プレート22及び24の湾曲は、楕円形の表面37を形成するべく楕円形をなす。すなわち、上側及び下側プレートのそれぞれの形状は、円弧または楕円の一部を形成する。参考に、図4には、図示された上側及び下側プレート32及び34の曲率に対応する楕円38を示す。この楕円形の湾曲によって、ブレード18のフラッピングの制御が強化される。ブレード18の所望のフラッピング特性に応じて種々の曲率を用いることが可能であるが、或る実施形態では、楕円形表面の8、16の半径に対応する楕円形形表面を用いる。例えば、短径を8インチ、長径を16インチとする。もちろん、上側及び下側プレートの位置、及びハブ14及びシャフト16の回転軸に対するそれらの曲率は、所望のフラッピング特性に応じて変化し得る。回転軸44から、上側及び下側支持プレート22及び24の湾曲を形成する楕円38の接線までのこの距離46は、所望のブレードフラッピング特性に応じて選択され得る。或る実施例では、距離46が約5.102インチである。
ブレード18が上側及び下側支持プレート22及び24に対して反復してプラッピングすることによって、ヨーク20に損傷を与え得ることから、クッション層即ち保護層48がヨーク20に設けられてもよい。図1乃至図4には、上側ヨーク表面52と下側ヨーク表面54の両方にクッション層48が設けられているのが示されているが、上側ヨーク表面52が下側ヨーク表面54の一方の上にのみクッション材料が設けられてもよいことを理解されたい。また、図5に示すように、クッション材料を完全になくしてしまい、ヨーク120が上側及び下側の接触するプレートにクッション材料なしで接触し得るようにしてもよい。その他の点では、図5は図4に示すアセンブリと実質的に同一である。
また、図6に示すように、クッション材料の層48を、上側及び下側支持プレート22及び24の上に配置してもよい。図6は、クッション材料が図1乃至図4に示すようにヨーク20の上に配置されているのでなく支持プレート22及び24の上に配置されて点を除けばロータアセンブリ10と実質的に同一なロータアセンブリ210を示す。また、図6にはクッション材料が上側及び下側支持プレート22及び24の両方の上にクッション材料が設けられているのを示しているが、別形態として、図示されているように各ブレード18の上側及び下側支持プレート22及び24の両方でなく下側支持プレート24のみにクッション材料48が設けられてもよい。
クッション材料48には、エラストマー材料、ゴム、及びウレタンのようなポリマー等の任意の適切なクッション材料を用いることができる。クッション材料48の密度は、そのクッション材料48に必要とされるクッション耐久性に応じて選択されてもよい。さらに、材料48は、例えばクッション材料48に埋め込まれた布によって耐久性を向上させる補強材料56を備えていてもよい。一実施例では、耐久性を高めるために、ゴムのようなクッション材料48に埋め込まれ、或いは接着された、テフロン(登録商標)等のフルオロカーボンポリマー織り地を設ける。さらに別の実施例では、耐久性を高めるために、クッション材料48の外側表面に保護層58を設け得る。例えば、保護層は、クッション層48上に噴霧され得る。保護層58としてクッション材料に塗布される材料の例としては、テフロン(登録商標)のようなフロオロカーボンポリマーがある。加えて、クッション層48の補強は、層48がヨーク20両面または一方の面に設けられている場合、及び支持プレート22及び24の両面または一方の面設けられている場合の何れであるかということとは無関係に生じ得る。また、クッション材料48は、所望のクッション(衝撃吸収)特性を達成するべく必要な形態で設けられ得る。例えば、或る実施形態では、クッション材料はヨークの両側にそれぞれ0.100インチの厚さをもつように設けられ、そのヨークは例えば0.380インチの厚さを有するものであり得る。或いは、層48は、交換可能なものであり得る犠牲磨耗部分となるような、金属や類似の硬質材料等の耐摩耗性または磨耗制御硬質材料から形成されたものであり得る。
さらに、クッション材料48の寿命とともにプレート22及び24の耐久性を高めるべく、各ブレード18について支持プレート22及び24の一方または両方の外側表面に保護層60が設けられてもよい。例えば、保護層60は支持プレート22及び24の両方または一方に噴霧され得る。保護層60として支持プレートに塗布される材料の一例として、テフロン(登録商標)のようなフルオロカーボンポリマーが挙げられる。さらに、支持プレート22及び24の補強は、クッション層48がヨーク20両面または一方の面に設けられている場合、及び支持プレート22及び24の両面または一方の面設けられている場合の何れであるかということとは無関係に生じ得る。また、保護層60は、図5に示すようにクッション材料が用いられていない場合でもプレート22及び40上で用いることができる。
本明細書に開示する形態は、ヨークに桁方向の支持を与えてたわみ長を長くしたり、応力を低下させるべくより薄いヨークを用いることなく、ロータのフラッピングを大きくし得る点で有益である。このことによって、たわみ型のロータハブを、より硬いパイロンの取り付けや重心範囲によって要求される大きいフラッピングに適合させることができる。本明細書に開示する形態は、桁方向の力を外部の特徴部(例えばヨーク支持プレート22及び24の湾曲)と作用させつつ、ヨークを薄くすることによって所定のフラッピング量に対するせん断応力を低下させる。既存のメインロータフラッピングたわみ型ハブは、一般的には概ね±5度以内の角度に限定される。しかし、本明細書に記載の原理を用いることによって、フラッピングの範囲を上記のレベルより大きく、例えば約±8−10度のフラッピングまで大きくすることができる。
上記の原理は、種々のロータシステムや実施形態に同様に適用可能である。例えば、図7及び8は、3本のブレード318を有するねじれシャンク(twist-shank)ロータシステム310に湾曲した支持プレートが設けられた本発明の別の実施形態を示す。上記した図1乃至図4の4本のブレードでなく3本のブレードを有する形態であるが、このロータシステム310は、プレート22及び24、ヨーク20、及びクッション材料48についてそれぞれ上記したのと実質的に同一の機能を果たす、上側及び下側支持プレート322及び324、ヨーク320、及びクッション材料348を備えた実質的に同一の形態である。さらに、図8は、選択に応じてバッファまたはクッション材料337が間に挟まれた上側ヨーク層333及び下側ヨーク層335を有する2部品構造のヨークを示す。バッファ材料337は、クッション材料48と実質的に同一のものであり得、層333及び335の長さ方向全体に延在しる形態でも、長さ方向の一部分に延在する形態でもよい。ヨーク320のような複数部品構造のヨークは、ねじれシャンクヨーク及びループ型ヨークを含む、ここに開示する全ての形態に同様に適用可能である。
別の実施例として、図9乃至図11には、図1乃至図4に示すブレード18とは異なった形態で支持され適合されている4つのブレード418を有するロータシステムに、湾曲した支持プレートが設けられている別の実施形態が示されている。4つのブレードに関して図1乃至図4の実施形態とは異なって構成されているが、このロータシステム410は、プレート22及び24、ヨーク20、及びクッション材料48についてそれぞれ上記したのと実質的に同一の機能を果たす、上側及び下側支持プレート422及び424、ヨーク420、及びクッション材料448を備えた実質的に同一の形態である。加えて、図9乃至図11には、上側及び下側プレート422及び424を外囲し、それらを屑や異物粒子から保護する保護カバー444が示されており、この保護カバーはその屑や異物粒子をヨーク420と支持プレート422及び424との間に維持する役目を果たす。カバー444は、ゴムやエラストマー等の材料からなり、本明細書に開示した他の実施形態でも同様に用いることができる。
別の実施形態として、図12乃至図14には、図1乃至図4に示すブレード18とは異なった形態で支持され、形成された4つのブレード518を有するねじれシャンクロータシステム510に湾曲した支持プレートが設けられた本発明の実施形態が示されている。4つのブレードについては、上記の図1乃至図4の実施形態とは異なった構成とされているが、ロータシステム510は、それぞれプレート22及び24、ヨーク20、及びクッション材料48について上述したものと実質的に同一の機能を果たす上側及び下側支持プレート522及び524、ヨーク520、及びクッション材料548を備えた同一の形態である。
ここで図7及び図8を再度参照すると、ロータシステム310は、ヨーク320が上述のように複数部品構造のヨークである、ねじれシャンク型のロータである。ヨーク320は、2つの積み重なった形のヨークのそれぞれが2つのブレード318を有するのではなく、ヨーク320がロータシステム310の全てのブレードを有している点で図1乃至図6の実施形態に示すヨークとは異なっている。ヨーク320によって、フラッピング軸350周りにブレード318をフラッピングさせることが可能となるが、さらにヨーク320によって、ブレード318のピッチを変化させるために、ブレードをピッチ軸352周りに回転させることが可能となる。ヨーク320の各径方向のアーム即ちシャンク354の外側端部は、ピッチ軸352の周りに、対応する内側端に対してねじられ得る。各シャンク354は、その長さ方向のほとんどの部分について概ね矩形の断面形状を有し、これによって内側の末端であるフラッピングたわみと外側の末端であるブレード取り付け部との間での滑らかな移行が可能となる。
同様に、図9乃至図11に示すロータシステム410、及び図12乃至図14に示すロータシステム510は、それぞれねじれシャンクヨークを有する。ヨーク520はヨーク320と類似の構造であるが、ヨーク520は4つのブレード518を非積み重ね方式で支持する構成とされている。ヨーク420は積み重ね方式で4つのブレードを支持する構成とされ、フィン付きねじれシャンク450によってブレード418のピッチ軸周りの回転が可能となっている。
通常、ヨークの厚さは、より大型のブレードを使用することによる遠心力の増加等によって増加した遠心力負荷を支持する必要がある場合に厚くされ、このように厚さが厚くなると、一般的にはヨークの可能なフラッピング角度が小さくなる。ヨーク320のような、フラッピングの間にヨークの各層が互いに相対移動可能な多部品構造のヨークを使用することによって、同じ遠心力負荷耐性でより大きいフラッピング角度が可能となる。同様に、ねじれシャンクヨークとして構成された多部品構造のヨークを使用することによって、ヨークアームの単位長さ当たりのねじれ量をより大きくすることが可能となる。ヨーク320では2部品構造の設計として示されているが、本発明による多部品構造のヨークはより多くの層を有し得、この際各層は一般的にはクッション層で隣接する層から分離される。これに追加して、またはこれとは別に、テフロン(登録商標)や他の適当な材料の層等の、潤滑や他の望ましい特性を与える材料を隣接する層の間に配設してもよい。
図15乃至図17は、ヨーク320のような多部品構造のヨークの構成を示す側面図である。図15は、ねじれシャンクヨークまたはループヨークとして形成され得るヨーク610の好ましい構造を示す概略側面図である。上側ヨーク層612及び下側ヨーク層614は、互いに2つのバッファ層616、618によって分離されており、これらのバッファ層は、エラストマー等のクッション材料か、潤滑を与える材料等の他の望ましい特性を有する材料を有し得る。バッファ層616、618は相互に、または隣接するヨーク層612、614に接着され得るか、或いはバッファ層616、618はヨーク610がフラッピングまたはねじれている間に相互に、及びヨーク層612、614に対して自由に相対運動し得る。図16は、ヨーク620が上側及び下側ヨーク層622、624と一層のバッファ層626を有する別の実施形態を示す側面図である。バッファ層626は、ヨーク層622、624の一方または両方に接着されるか、または層622、624の何れにも接着されない形態であり得る。バッファ層626がヨーク層622、624の両方に接着されている場合、層622と624の相対運動は、バッファ層626のせん断変形によって生ずる。バッファ層は、共同結合または共同硬化を利用する等の適当な方式で接着され得る。
ヨーク630が層の積み重ねの形で形成され、3層のヨーク層632、634、636及び4層のバッファ層638、640、642、644を有する別の実施形態が図17に示されている。ヨーク630の層は、ヨーク層632、634、636がヨーク630のたわみ時に互いに相対運動する能力を提供するように構成されている。上述のように、バッファ層638、640、642、644の対は互いに接着され得るか、隣接するヨーク層632、634、636に接着され得るか、或いはヨーク層632、634、636に対して自由に相対運動し得る。選択に応じて設けられるボルト646は、ヨーク630の全ての層を通して延在しているところが図示されている。バッファ層638、640、642、644は、1層以上のヨーク層632、634、636にそれらの長さ方向の一部または複数の部分のみにおいて接着され得ることに注意されたい。例えば、バッファ層638、640、642、644は、根部末端(図面の左側に示す)から破線650まで延在する領域648内のみで接着され得る。ヨーク及びバッファ層の数に関して特定の形態が図示されているが、本発明のヨークは、任意の数のヨーク及びバッファ層を有し得る。
本発明による別の実施形態は、許容されるデルタスリーアングルを備えたコンパクトな構造を有するスティッフ・イン・プレーンの4ブレードロータハブに関するものである。本発明は、ヘリコプターフライトモードと飛行機フライトモードの両方において動的に安定なコンパクトな設計に4枚目のブレードをくわえることによって現在の3ブレード設計を超える向上したパフォーマンスに対するニーズを扱っている。本発明のハブは、マストに固定された高フラッピングたわみヨークを有し、これによって、トルクをマストからハブに伝達するための定速度ジョイントが必要なジンバル式のハブの設計と比較して重量と複雑さを小さくしている。これはたわみヨークであることから、フラッピング仮想ヒンジはマストの回転軸からオフセットされて、デルタスリー基準線が外側に動かされ、これによってジンバル式ハブと比較してピッチホーンがより外側にずらされた低デルタスリーシステムが可能となる。
図18乃至図20を参照すると、ハブ731は、マスト733と共に回転するようにマスト733に固着されたアセンブリである。ハブ731は、ハブ731内の中心に配置されたヨーク支持プレート735、737、739を有し、各プレート735、737、739はマスト733を受容するための貫通孔741を有する。2つのヨーク743、745は、それぞれプレート735、737、739の間からループが外向きに延びる形態で1対のプレート735、737、739の間に支持されている。ヨーク743、745は概ね平行な面に存在し、両者が相互に概ね直角をなす方向に延びるようにマスト733の周りに径方向に設けられている。ヨーク743及び745のそれぞれは、グリップ747に取り付けられたブレード(図示せず)の質量によって生ずる遠心力に対して、一対の反対向きのブレードグリップ747をハブ731に保持するために用いられる。各グリップ747は、取り付けられたブレードのピッチを調節するために対応するピッチ軸749の周りを自由に回転し、そのピッチは各グリップ747から対応するヨーク743、745の外側に延びるピッチホーン751を用いて調節される。このピッチホーン751の配置によって、ティルトロータハブにおいて望ましい小さいデルタスリー角度が確保される。制御ロッド753は各ピッチホーン751に取り付けられ、フライトコントロール入力に応じて動かされる。加えて、各グリップ747は、プレート735、737、及び739によって形成される仮想ヒンジの周りで、対応するループ743、745のたわみによって各ヨーク743及び745の面に対して垂直な向きにフラッピングし得る。
図20は、図19の線X−Xで切ったハブ731の断面図であり、ブレードグリップ747をプレート735、737、739に対して回転・フラッピングできるようにするために用いられる構成要素を示す。この説明は、1つのグリップ747に対応する構成要素のものであるが、各グリップ747が同様にハブ7314に組みつけられる。グリップ747はスピンドル755に対して回転し、スピンドル755は球面軸受757及び外側ラジアル軸受759に係合する。ヨーク745のループの外側末端はスピンドル755の貫通スロット761を通る。球面軸受757の内側端はグリップ747の表面を支承して、遠心力負荷をグリップ747から球面軸受757に伝達し、球面軸受757を介してスピンドルに伝達し、スピンドル755からヨーク745に伝達する。ラジアル軸受759はスピンドル755の外側端の軸をピッチ軸749上に配置し、スピンドル755及びヨーク745に対するグリップ747のピッチ軸749周りの相対回転量を制限できるようにする。ピン763は、各グリップ747の内側端から延びて、プレート735と737の間に形成されたポケットに位置する球面軸受765に係合する。軸受765はピン763の軸をグリップ747のピッチ軸749に配置し、プレート735、737に対するグリップ747のピッチ軸749周りの相対回転量を制限できるようにする。軸受765も、ヨーク745のたわみによってグリップ747のフラッピング量を制限できるようにする。
ここで図21乃至図24を参照すると、ハブ731が、本発明による、支持され、即ちたわみの増大した設計を明示できるようにグリップ747を除いた形で図示されている。各ヨーク743、745は、積み重ねられた構造の一対のプレート735、737、739の間に保持され、ヨーク743、745の外側部分は片持ちばり構造を形成している。各プレート735、737、739は、関連するヨーク743、745に対して支承する1以上の湾曲したたわみ支持面を有しており、該支持面は、マスト733から外向きにオフセットされたフラッピングヒンジにおいてヨーク743、745を支持している。プレート735、737、739による支持がない場合には、ヨーク743、745は、±約4度の角度までのフラッピングにしか安全に耐えることができない。しかし、本発明の設計で与えられる支持により、ヨーク743、745の外側ループ部分が、例えば±約12度程度までのずっと大きい角度でフラッピングすることが可能となる。
図21は、プレート735、737、739及びヨーク743、745のアセンブリの斜視図であり、図22は、図21の状態から約45度回転した同一のアセンブリの側面図である。図21は、外側ループ部分743、745がやや上向きに傾斜するように、ヨーク743、745が予めコーニング角がつけられている。
図23及び図24は、図21及び図22のアセンブリの拡大側面図であり、たわみ支持部の設計の詳細を示している。ここで図23を参照すると、ヨーク743が、中間プレート737と下側プレート739の間に取り付けられているところが図示されている。中間プレート737は下側表面767を有し、下側プレート739は上側表面769を有する。ループ743は、それぞれ表面767、769と接触する上側表面771と下側表面737を有する。図に示す実施形態では、各表面767、769の外側部分が湾曲したたわみ支持部775、777として形成され、これらによってヨーク743のループ部分がプレート737、739に対して垂直な向きにフラッピングすることができるようになる。例えば、ヨーク743の外側端部が上方向にフラッピングするときには、ヨーク743の上側表面771がプレート737のたわみ支持部775に対して支持を与え、たわみ支持部775の湾曲がヨーク743のあらゆる部分における曲げ応力集中を低減させる。同様に、たわみ支持部777の湾曲は、ヨーク743が下向きにフラッピングして下側表面773がたわみ支持部777に対して支持を与えているときに、ヨーク743における曲げ応力集中を低減する。曲げ応力集中を最小に維持することを確実にするため、たわみ支持部775、777の湾曲、及び表面771、773と支持部775、777との間のギャップは、特定の用途に応じて最適化されなければならない。
ここで図24を参照すると、ヨーク745は、上側プレート735と中間プレート737との間に取り付けられているところが図示されている。上側プレート735は下側表面779を有し、中間プレート737は上側表面781を有する。ループ745は、それぞれ表面779、781と接触する上側表面783及び下側表面785を有する。図に示す実施形態では、各表面779、781の外側部分は、湾曲したたわみ支持部787、789として形成される。ヨーク743について上記したように、たわみ支持部787、789によってヨーク743のループ部分がプレート735、737に対して垂直方向にフラッピングすることができるようになり、たわみ支持部787、789の湾曲によって、たわみ状態にあるときヨークループ743の任意の部分における曲げ応力集中が低減される。
図に示すように、ヨーク743、745は概ね平坦でし、概ね楕円形に形成されるが、用途に応じて別の形状を有していてもよい。同様に、ヨーク743、745は、矩形の断面形状を有しているところが図示されているが、別の断面形状を有していてもよい。ヨーク743、745はガラス繊維や、他の材料、またはエラストマー材料の層を有する積層構造として形成されるのが好ましい。好ましくは、ヨーク743、745は、ガラス繊維の繊維が、遠心力が長さ方向の繊維によって支持されるような向きに向けられるように形成される。
図25乃至図28は、本発明の支持されたたわみ部設計の別の実施形態を示す。図25は、プレート805、807の間に配置されているヨークループ743が示されている。プレート805、807は、各プレート805、807の外側部分に位置するエラストマーたわみ支持部809、811を有する。ループ743がフラッピングして、対応する支持部809、811を支持すると、支持部809、811は圧縮される。これらの支持部は、上述のように曲げ応力集中を低減する硬質のたわみ支持部と同様に、ループ743を支持するべく作用する。図26は、ループ743が、プレート813、815の間に位置し、それがたわんだ状態にあるときに楔形状のたわみ支持部に対して支持を与えるように構成されている、類似の構造を示す。
図27において、ループ743は、硬質の構造825、827によって支持された、変形可能なエラストマープレート821と823との間に取り付けられている。プレート821、823は、ヨークループ743がたわみ状態にあるとき圧縮され、ループ743を支持してループ743における曲げ応力を低減する。エラストマープレート821、823には、選択に応じて空隙829、831または高密度または低密度の部分をその内部に設けて、所望の変形量とばね定数を得ることができる。
図25乃至図27の実施形態では、たわみ支持部は、関連するプレートのみに接着され、ループ743には接着されないのが好ましい。このことは、圧縮されたたわみ支持部のばね定数のみが、フラッピングの間の性能に影響することを意味する。図28は、ループ743が、硬質の構造837、839によって支持された、変形可能なプレート833、835の間に取り付けられた実施形態を示す。フラッピングの間により高いばね定数を得るために、プレート833、835がストラップ84及び留め具833、845によって互いに結合される。この形態では、全体のばね定数が、たわみの両方向のプレート833、835のばね定数の合計となる。
図25乃至図28の各実施形態では、さまざまなばね定数を有するエラストマーを用いることによって、フラッピングの最中にエラストマーによって提供される変形とたわみ支持を最適化することができることを理解されたい。
上述の実施例は、本発明の構造と機能上の原理を説明するためものもので、本発明を限定するものではない。逆に、本発明は、特許請求の範囲に記載を逸脱しない範囲の全ての改変を包含するものである。
Claims (56)
- ロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置するヨークであって、前記ヨークは上側及び下側ヨーク表面を有し、前記上側及び下側ヨーク表面のうちの一方のヨーク表面は、その上に固着されたクッション材料の層を有し、前記クッション材料の層は、前記一方のヨーク表面の外形に沿って延在し、前記クッション材料の層が、前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面及び前記下側支持プレートの前記下側湾曲表面の何れか一方に直接接触する、該ヨークとを含むことを特徴とするアセンブリ。 - 前記一方のヨーク表面は、前記上側ヨーク表面であり、前記クッション材料層は前記上側ヨーク表面に固着されたクッション材料の上側層であり、
前記クッション材料の上側層は、前記上側ヨーク表面の外形に沿って延在し、前記クッション材料の上側層は、前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面に直接接触することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記下側ヨーク表面に固着されたクッション材料の下側層をさらに有し、
前記クッション材料の下側層は、前記下側ヨーク表面の外形に沿って延在し、前記クッション材料の下側層は、前記下側支持プレートの前記下側湾曲表面に直接接触することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面のそれぞれが、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側湾曲表面が、楕円の一部をなす形状を有することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面のそれぞれが、楕円の一部をなす形状を有することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、複合材料が形成されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記クッション材料の層が、ゴムから形成されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記クッション材料の層が、エラストマー材料から形成されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記クッション材料の層が、ポリマーから形成されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記ポリマーがウレタンであることを特徴とする請求項11に記載のアセンブリ。
- 前記クッション材料の層が、第1の保護層を備えることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記第1の保護層が、織り地層であることを特徴とする請求項13に記載のアセンブリ。
- 前記織り地層が、フロオロカーボンポリマーで形成されることを特徴とする請求項14に記載のアセンブリ。
- 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの何れか一方が、前記ヨークの前記クッション材料の層に直接接触するクッション層を備えることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの何れか一方が、前記ヨークの前記クッション材料の層に直接接触する保護層を備えることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの何れか一方が、前記ヨークの前記クッション材料の層に直接接触する第2の保護層を備えることを特徴とする請求項13に記載のアセンブリ。
- 前記保護層が、フロオロカーボンポリマーで形成されることを特徴とする請求項17に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、その長さ方向に沿って一定の厚さを有することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、上側ヨーク部と下側ヨーク部とを有する2部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク部の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク部の下側表面であることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、上側ヨーク部と下側ヨーク部とを有する2部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク部の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク部の下側表面であることを特徴とする請求項3に記載のアセンブリ。 - 前記2部品構造のヨークが、前記上側ヨーク部と前記下側ヨーク部との間に位置するクッション材料を有することを特徴とする請求項22に記載のアセンブリ。
- ロータリブレードシステムのブレードにたわみを与えるアセンブリであって、
上側湾曲表面を有する上側支持プレートと、
下側湾曲表面を有する下側支持プレートと、
前記上側支持プレートと前記下側支持プレートとの間に位置し、それらに直接接触するヨークとを有し、
前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面の一方が、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とするアセンブリ。 - 前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面のそれぞれが、円周の一部を形成しない非円形の弧であることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、上側ヨーク表面と下側ヨーク表面とを有し、
第1のクッション材料が、前記上側ヨーク表面と前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面との間に配置され、第2のクッション材料が、前記下側ヨーク表面と前記下側湾曲表面との間に配置されることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記第1のクッション材料が、前記上側支持プレートに取り付けられ、
前記第2のクッション材料が、前記下側支持プレートに取り付けられることを特徴とする請求項26に記載のアセンブリ。 - 前記上側湾曲表面が、楕円の一部をなす形状を有することを特徴とする請求項26に記載のアセンブリ。
- 前記上側湾曲表面及び前記下側湾曲表面のそれぞれが、楕円の一部をなす形状を有することを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、複合材料が形成されることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。
- 前記クッション材料の層が、ゴムから形成されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、上側ヨーク表面と下側ヨーク表面とを有し、
第1の保護材料が、前記上側ヨーク表面と前記上側支持プレートの前記上側湾曲表面との間に配置され、第2の保護材料が、前記下側ヨーク表面と前記下側湾曲表面との間に配置されることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記第1及び第2の保護材料のそれぞれが、フロオロカーボンポリマーで形成されることを特徴とする請求項32に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、その長さ方向に沿って一定の厚さを有することを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、上側ヨーク部と下側ヨーク部とを有する2部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク部の上側表面が前記上側支持プレートに接触し、前記下側ヨーク部の下側表面が前記下側支持プレートに接触することを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート、前記下側支持プレート、及び前記ヨークを外囲する保護カバーをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。
- 前記上側支持プレート、前記下側支持プレート、及び前記ヨークを外囲する保護カバーをさらに含むことを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク層の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク層の下側表面であることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク層の上側表面が前記上側支持プレートに接触し、前記下側ヨーク層の下側表面が前記下側支持プレートに接触することを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク層の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク層の下側表面であり、
前記ヨークが、前記ヨークの部分を対応するピッチ軸の周りにねじることによって前記ヨークに取り付けられたブレードのピッチを変化させるねじれシャンクヨークであることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク層の上側表面が前記上側支持プレートに接触し、前記下側ヨーク層の下側表面が前記下側支持プレートに接触し、
前記ヨークが、前記ヨークの部分を対応するピッチ軸の周りにねじることによって前記ヨークに取り付けられたブレードのピッチを変化させるねじれシャンクヨークであることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク層の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク層の下側表面であり、
前記ヨークが2以上のループを有するように形成され、各ループがブレードを前記ヨークに保持するように構成されていることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク層の上側表面が前記上側支持プレートに接触し、前記下側ヨーク層の下側表面が前記下側支持プレートに接触し、
前記ヨークが2以上のループを有するように形成され、各ループがブレードを前記ヨークに保持するように構成されていることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク表面が前記上側ヨーク層の上側表面であり、前記下側ヨーク表面が前記下側ヨーク層の下側表面であり、
バッファ層が、前記上側ヨーク層及び前記下側ヨーク層の間に配置されていることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 各バッファ層が、エラストマー材料を含むことを特徴とする請求項44に記載のアセンブリ。
- 前記上側ヨーク層及び前記下側ヨーク層の、繊維で補強された複合材料から形成されることを特徴とする請求項44に記載のアセンブリ。
- 前記ヨークが、少なくとも上側ヨーク層及び下側ヨーク層を有する複数部品構造のヨークであり、
前記上側ヨーク層の上側表面が前記上側支持プレートに接触し、前記下側ヨーク層の下側表面が前記下側支持プレートに接触し、
バッファ層が、前記上側ヨーク層及び前記下側ヨーク層の間に配置されていることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 各バッファ層が、エラストマー材料を含むことを特徴とする請求項47に記載のアセンブリ。
- 前記上側ヨーク層及び前記下側ヨーク層の、繊維で補強された複合材料から形成されることを特徴とする請求項47に記載のアセンブリ。
- 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの少なくとも一方が変形可能なエラストマー部分を含み、
前記変形可能なエラストマー部分が、前記ヨークがその変形可能なエラストマー部分の方向にたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与えることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの少なくとも一方が変形可能なエラストマー部分を含み、
前記変形可能なエラストマー部分が、前記ヨークがその変形可能なエラストマー部分の方向にたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与えることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの少なくとも一方が変形可能なエラストマー部分を含み、
前記変形可能なエラストマー部分が、前記ヨークがその変形可能なエラストマー部分の方向にたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与え、
前記エラストマー部分が可変ばね定数を有することを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの少なくとも一方が変形可能なエラストマー部分を含み、
前記変形可能なエラストマー部分が、前記ヨークがその変形可能なエラストマー部分の方向にたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与え、
前記エラストマー部分が可変ばね定数を有することを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの両方が変形可能なエラストマー部材を含み、
前記変形可能なエラストマー部材が、前記ヨークがたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与え、
前記エラストマー部材が、前記ヨークがたわみ状態にある間に協働するように互いに結合されることを特徴とする請求項1に記載のアセンブリ。 - 前記上側支持プレート及び前記下側支持プレートの両方が変形可能なエラストマー部材を含み、
前記変形可能なエラストマー部材が、前記ヨークがたわみ状態にある間、変形してあるばね定数を与え、
前記エラストマー部材が、前記ヨークがたわみ状態にある間に協働するように互いに結合されることを特徴とする請求項24に記載のアセンブリ。 - ロータハブアセンブリであって、
下側表面を有する上側プレートと、
上側表面と下側表面とを有する中間プレートと、
上側表面を有する下側プレートと、
一対のヨークであって、前記一対のヨークの一方が、前記上側プレートの下側表面と前記中間プレートの上側表面との間に支持され、前記一対のヨークの他方が、前記中間プレートの下側表面と前記下側プレートの上側表面との間に支持される、該一対のヨークと、
前記上側表面の外側末端及び前記下側表面の外側末端に位置する湾曲したたわみ支持表面であって、前記一対のヨークのそれぞれが、前記ヨークがたわみ状態にある間に関連するたわみ支持表面に対して支持を与える、該湾曲したたわみ支持表面とを含むことを特徴とするロータハブアセンブリ。
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