JP2008528358A - ブレードシステムにたわみを与えるアセンブリ - Google Patents

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

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。

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。

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。

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。

本発明の一実施形態によるヘリコプタのメインロータシステムを示す斜視図。 図１のシステムの分解組立図。 図１の線３−３で切った側立断面図。 図３の拡大図であって、さらにヨーク支持プレート表面の楕円形の形状の一例をも示す図。 図４に類似した図であって、ヨーク上にクッション材のない、アセンブリの別の実施形態を示す図。 図４の類似の拡大図であって、図４に示すようなヨーク上のクッション材の代わりに支持プレート上のクッション材を有する本発明による別の実施形態を示す図。 本発明の一実施形態による湾曲したヨーク支持プレートを用いた、本発明の別の実施形態によるロータシステムの斜視図。 図７の線８−８で切った側立断面図。 本発明の一実施形態による湾曲したヨーク支持プレートを用いた、本発明の別の実施形態によるロータシステムの平面図。 図９の線１０−１０で切った側立部分断面図。 図１０の拡大図。 本発明の一実施形態による湾曲したヨーク支持支持プレートを用いた、本発明のの別の実施形態によるロータシステムの平面図。 図１２の線１３−１３で切った側立断面図。 図１３の拡大図。 本発明によるヨークの一部分の拡大側面図。 本発明によるヨークの別の実施形態の拡大側面図。 本発明によるヨークの第２の別の実施形態の拡大側面図。 本発明によるロータアセンブリの別の実施形態の斜視図。 図１８のロータアセンブリの平面図。 図１９の線ＸＸ−ＸＸに沿って切った図１８のロータアセンブリの断面図。 ブレードグリップとそれに関連するブレードピッチコントロールリンクが除去されて部分的なアセンブリとして示されている、図１８のロータアセンブリの斜視図。 図２１に示す部分的なアセンブリの側面図。 図２１に示す部分的なアセンブリの一部の拡大側面図。 図２３に示すものから９０度回転させた、図２１に示す部分的なアセンブリの一部の拡大側面図。 本発明によるたわみ支持プレートの別の実施形態の一部の拡大側面図。 本発明によるたわみ支持プレートの第２の別の実施形態の一部の拡大側面図。 本発明によるたわみ支持プレートの第３の別の実施形態の一部の拡大側面図。 本発明によるたわみ支持プレートの第４の別の実施形態の一部の拡大側面図。

Claims (56)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。
22. 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。
23. 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。
24. 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。
25. 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。
26. 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。
27. 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。
28. 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。
29. 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。
30. 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。
31. 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。
32. 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。
33. 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。
34. 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。
35. 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。
36. 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。
37. 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。
38. 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。
39. 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。
40. 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。
41. 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。
42. 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。
43. 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。
44. 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。
45. 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。
46. 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。
47. 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。
48. 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。
49. 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。
50. 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。
51. 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。
52. 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。
53. 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。
54. 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。
55. 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。
56. 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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