JP2009090755A

JP2009090755A - テールロータ

Info

Publication number: JP2009090755A
Application number: JP2007261729A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hirai; 誠平井; Harumi Tsukada; はるみ塚田; Katsuya Matsuzaki; 克也松崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、操縦士に違和感を与えることなく、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができるテールロータを提供すること。
【解決手段】ヘリコプタのテールブーム５の後端部に配置されるテールロータ１０であって、複数枚のブレードを備えた少なくとも一つのプロペラ１１と、両端面に開口部を有するとともに、前記プロペラ１１を収容するダクト１２と、前記プロペラ１１および前記ダクト１２を、前記テールブーム５に対して回動させる回動機構と、前記プロペラ１１を回転させる回転力伝達機構駆動と、前記ブレードのピッチ角を変更するピッチ角変更機構とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヘリコプタのテールブームの後端部に配置されて推力を発生するテールロータに関するものである。

ヘリコプタのテールブームの後端部に配置されて推力を発生するテールロータとしては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特開平８−１９８１９４号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたテールロータは、垂直尾翼と一体的に（一緒に）回動するようになっている。そのため、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、垂直尾翼が抵抗となり、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができないといった問題点があった。
また、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、垂直尾翼の角度に応じたＺ軸周りの力（ヨー力）が、機体に作用し、操縦士（パイロット）に違和感を与えてしまうといった問題点もあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、操縦士に違和感を与えることなく、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができるテールロータを提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明に係るテールロータは、ヘリコプタのテールブームの後端部に配置されるテールロータであって、複数枚のブレードを備えた少なくとも一つのプロペラと、両端面に開口部を有するとともに、前記プロペラを収容するダクトと、前記プロペラおよび前記ダクトを、前記テールブームに対して回動させる回動機構と、前記プロペラを回転させる回転力伝達機構駆動と、前記ブレードのピッチ角を変更するピッチ角変更機構とを備えている。

本発明に係るテールロータによれば、ホバリングから前進飛行に移行していく場合に、ホバリングモード（図２（ｂ）中の二点鎖線で示す位置）に固定され、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、高速前進飛行モード（図２（ｂ）中の実線で示す位置）に固定されることとなるので、操縦士は、通常の一方向（一側方）にのみ推力を発生するテールロータを備えたヘリコプタと同じ操縦感覚でヘリコプタを操縦することができる。
また、本発明に係るテールロータによれば、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、垂直尾翼による抵抗およびヨー力が発生しないので、操縦士に違和感を与えることなく、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができる。
さらに、前進飛行時には、前進力として寄与する力（補助推力）を発生させることができる。

本発明に係るヘリコプタは、例えば、ホバリング時には、トルク効果を打ち消すための力を発生させることができ、前進飛行時には、前進力として寄与する（補助）推力を発生させることができるテールブームを備えている。

本発明に係るヘリコプタによれば、テールロータにより発生した力が、ホバリング時には、主としてメインロータのトルク作用を打ち消すのに利用され、前進飛行時には、主として前進力を得るのに利用されることとなる。
そして、テールロータにより発生した推力を、前進飛行時における前進力に寄与させる（利用する）ことができるので、ヘリコプタの前進速度を増加させ、ヘリコプタの高速化を図ることができる。

本発明に係るテールロータによれば、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、操縦士に違和感を与えることなく、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができるという効果を奏する。

以下、本発明に係るテールロータの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
なお、図１は、本実施形態に係るテールロータ１０を具備したヘリコプタ（「回転翼航空機」ともいう。）１の概略全体斜視図である。

図１に示すように、ヘリコプタ１は、胴体２と、胴体２の上方に配置されたメインロータ３と、胴体２の下方に配置された降着装置４と、胴体２の後方に配置されたテールブーム５と、このテールブーム５の後端部に配置されたテールロータ（tail rotor）１０とを主たる要素として構成されている。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、テールロータ１０は、少なくとも一つ（本実施形態では二つ）のプロペラ（ファン）１１と、これらプロペラ１１を収容する一つのケーシング（ダクト）１２とを備えている。
プロペラ１１はそれぞれ、図示しない原動機（例えば、ガスタービンエンジン等）の回転力が、図示しないメイン・ギアボックス、後述するドライブ・シャフト（駆動軸）１３および回転力伝達機構１４を介して与えられることにより、回転させられるようになっている。そして、プロペラ１１が回転することによって、プロペラ１１の一面側（本実施形態では図２の紙面奥側）に存する空気が、プロペラ１１の他面側（本実施形態では図２の紙面手前側）へ、すなわち、テールブーム５の右側面側に存する空気が、ケーシング１２内を通ってテールブーム５の左側面側へ送出されるようになっている。

図２（ａ）に示すように、ケーシング１２は、内部に断面視略楕円形状の流路を有するダクト、すなわち、一端面（図２の紙面奥側）および他端面（図２の紙面手前側）の双方に、平面視略楕円形状の開口部を有するチューブ状の部材である。また、図２（ｂ）に示すように、このケーシング１２は、後述する回動機構１５を介してヘリコプタ１のＺ軸（ヨー軸：垂直軸）に沿って延びる回動軸１６まわりに９０°回動するようになっている。
なお、図２（ｂ）中の実線による白抜き矢印Ｆ１は、ケーシング１２が実線の位置（高速前進飛行モード）にあるとき、すなわち、プロペラ１１の他面側およびケーシング１２の他側面が、後方（真後ろ）を向いているときに、プロペラ１１が発生する力（より詳しくは、前進力として寄与する力（補助推力））を示している。また、図２（ｂ）中の二点鎖線による白抜き矢印Ｆ２は、ケーシング１２が二点鎖線の位置（ホバリングモード）にあるとき、すなわち、プロペラ１１の他面側およびケーシング１２の他側面が、左方を向いているときに、プロペラ１１が発生する力（より詳しくは、ホバリング時においてトルク効果を打ち消すための力）を示している。

つぎに、図３を参照しながら、プロペラ１１を回転させる回転力伝達機構１４について説明する。
回転力伝達機構１４は、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って延びる第１の回転軸１７と、ヘリコプタ１のＸＹ平面（Ｚ軸と直行する平面）に沿って一方のプロペラ１１に向かって延びる第２の回転軸１８と、ヘリコプタ１のＸＹ平面に沿って他方のプロペラ１１に向かって延びる第３の回転軸１９とを備えている。
第１の回転軸１７は、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って、ケーシング１２の中央部に形成された凹所２０内に収められており、軸受（ベアリング）２１を介して、凹所２０に対して回転可能に支持されている。また、第１の回転軸１７の一端部（図３において上端部）には、かさ歯車（ベベル・ギア）２２が取り付けられており、第１の回転軸１７の他端部（図３において下端部）には、かさ歯車２３が取り付けられている。

第２の回転軸１８は、軸受（図示せず）を介して、ケーシング１２に対して回転可能に支持されている。また、第２の回転軸１８の一端部（図３において左端部）には、かさ歯車２４が取り付けられており、第２の回転軸１８の他端部（図３において右端部）には、かさ歯車２５が取り付けられている。
第３の回転軸１９は、軸受（図示せず）を介して、ケーシング１２に対して回転可能に支持されている。また、第３の回転軸１９の一端部（図３において左端部）には、かさ歯車２６が取り付けられており、第３の回転軸１９の他端部（図３において右端部）には、かさ歯車（図示せず）が取り付けられている。

かさ歯車２２は、ドライブ・シャフト１３の一端部（後端部）に取り付けられたかさ歯車２７と噛み合い、かさ歯車２３は、かさ歯車２５，２６と噛み合っている。また、かさ歯車２５，２６はそれぞれ、かさ歯車２３とのみ噛み合っている。そして、ドライブ・シャフト１３が回転すると、この回転にあわせて第１の回転軸１７、第２の回転軸１８、および第３の回転軸１９も一緒に回転するようになっている。
なお、ドライブ・シャフト１３の他端部（前端部）は、図示しないメイン・ギアボックスを構成する歯車（図示せず）と噛み合っている。
また、図３中の符号２８は、ドライブ・シャフト１３の回転数を調整する（増減させる）変速機構である。この部分の回転数を調整することにより、ケーシング１２が回動する際に、プロペラ１１の回転数が変化してしまうことを抑制することができる。

つづいて、図３ないし図４を参照しながら、ケーシング１２を回動させる回動機構１５について説明する。
回動機構１５は、ヘリコプタ１のＸＹ平面に沿って、ケーシング１２の中央部上面とテールブーム５との間、およびケーシング１２の中央部上面とテールブーム５との間にそれぞれ配置された環状の軸受（ベアリング）３１と、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って、ケーシング１２の中央部から上方に向かって突出する中空円筒部３２の上面（上端面）にその一端が取り付けられて、ケーシング１２全体を回動させるリンク機構３３とを備えている。

リンク機構３３は、ヘリコプタ１のＸ軸（ロール軸：水平前後軸）に沿って延びるとともに、ヘリコプタ１のＸ軸に沿って往復移動する第１のリンク３４と、ヘリコプタ１のＸＹ平面に沿って延びるとともに、一端部がヒンジピン３５を介して第１のリンク３４の一端部（後端部）と接続（連結）され、他端部がヒンジピン３６を介して中空円筒部３２の上面と接続（連結）された第２のリンク３７とを備えている。そして、第１のリンク３４が前方に引っ張られると、第２のリンク３７も前方に引っ張られ、ケーシング１２全体が上方から見て反時計方向に回動することとなる。また、第１のリンク３４が後方に押されると、第２のリンク３７も後方に押され、ケーシング１２全体が上方から見て時計方向に回動することとなる。
なお、第１のリンク３４の他端部（前端部）は、ヒンジピン（図示せず）を介してアクチュエータ（図示せず）と接続（連結）されている。また、このアクチュエータには、制御器（図示せず）からヘリコプタ１の機速に応じた指令信号（例えば、ホバリング時にはケーシング１２を図２（ｂ）の二点鎖線の位置に回動させる信号、高速前進飛行時には、ケーシング１２を図２（ｂ）の実線の位置に回動させる信号）が入力されるようになっている。

つぎに、図５ないし図６を参照しながら、プロペラ１１の全ブレード１１ａ（図５参照）のピッチ角（翼角）を同時に同量変更するピッチ角変更機構４１について説明する。なお、図５は、ケーシング１２が、図２（ｂ）の実線の位置にある状態を示している。
ピッチ角変更機構４１は、ヘリコプタ１のＸ軸に沿って延びるとともに、ヘリコプタ１のＸ軸に沿って往復移動するピッチリンク４２と、凹所２０内に収められ、ピッチリンク４２によって操作されるスライダ機構４３とを備えている。
ピッチリンク４２の一端部（後端部）には、当接部４２ａが設けられており、ピッチリンク５２の他端部（前端部）は、ヒンジピン（図示せず）を介してアクチュエータ（図示せず）と接続（連結）されている。また、このアクチュエータには、制御器（図示せず）からの指令信号が入力されるようになっている。

スライダ機構４３は、上方から下方に向かって、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って往復移動する第１のスライダ部材４４および第２のスライダ部材４５と、ヘリコプタ１のＸＹ平面に沿って往復移動する第３のスライダ部材４６および第４のスライダ部材４７とを備えている。
第１のスライダ部材４４は、上端面４４ａがカム面（前方側から後方側にかけて次第に高くなる面）とされ、下端面４４ｂが平坦面（ヘリコプタ１のＸＹ平面に平行な面）とされた中空円筒状の部材であり、半径方向内側に形成された中空部には、第１の回転軸１７（図３参照）が通されている。また、この第１のスライダ部材４４は、テールブーム５およびケーシング１２に対しては、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って往復移動可能に構成されているが、テールブーム５に対しては、回動（回転）しないように構成されている。

第２のスライダ部材４５は、上端面４５ａおよび下端面４５ｂがそれぞれ平坦面（ヘリコプタ１のＸＹ平面に平行な面）とされた中空円筒状の部材であり、半径方向内側に形成された中空部には、第１の回転軸１７（図３参照）が通されている。また、下端面４５ｂには、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って下方に延びるロッド４５ｃが設けられており、ロッド４５ｃの先端部（下端部）には、当接部４５ｄが設けられている。さらに、この第２のスライダ部材４５は、テールブーム５に対して、ケーシング１２とともに回動するように構成されている。
なお、第１のスライダ部材４４の下端面４４ｂと第２のスライダ部材４５の上端面４５ａとの間、および第２スライダ部材４５の外周面４５ｅと中空円筒部３２の内周面３２ａとの間にはそれぞれ、軸受（ベアリング）４８が配置されている。

第３のスライダ部材４６は、上端面４６ａがカム面（一側（図５において右側）から他側（図５において左側）にかけて次第に高くなる面）とされ、下端面４６ｂが平坦面（ヘリコプタ１のＸＹ平面に平行な面）とされた板状の部材である。また、下端面４６ｂには、ヘリコプタ１のＺ軸に沿って下方に延びるロッド４６ｃが設けられている。さらに、この第３のスライダ部材４６は、テールブーム５に対して、ケーシング１２および第２のスライダ部材４５とともに回動するように構成されている。
なお、第３のスライダ部材４６は、図示しない付勢部材（例えば、バネ）によって一側（図５において右側）に付勢されており、ピッチリンク４２が前方端に位置するとき、すなわち、制御器が全ブレード１１ａのピッチ角を０度にせよとの指令信号を出力した際、ピッチ角０度の位置に自動的に復帰させられるようになっている。

第４のスライダ部材４７は、平面視円形状を呈する板状の部材であり、各ファン１１に対してそれぞれ一つずつ設けられている。第４のスライダ部材４７が二以上ある場合、すなわち、本実施形態のようにファン１１が二つ設けられている場合、第４のスライダ部材４７と第４のスライダ部材４７とは、連結部材４９を介して連結（結合）されている。また、連結部材４９の中央部は、ロッド４６ｃの一端部（下端部）と連結（結合）されており、第３のスライダ部材４６、ロッド４６ｃ、連結部材４９、および第４のスライダ部材４７は、ヘリコプタ１のＸＹ平面に沿って、一体的に（一体物として）移動することとなる。

第４のスライダ部材４７の一面（図５において左側の面）４７ａ側には、ファン１１（より詳しくは、ブレード１１ａ）とともに回転するローテーティング・ディスク５０が設けられており、各ブレード１１ａの前縁部とローテーティング・ディスク５０とは、翼角変更用のリンク５１を介して連結（結合）されている。
なお、各ブレード１１ａは、ピン１１ｂを介してハブ１１ｃに揺動可能に取り付けられている。また、第４のスライダ部材４７の一面４７ａとローテーティング・ディスク５０の一面（図５において右側の面）５０ａとの間には、軸受（ベアリング）５２が配置されている。

そして、ピッチリンク４２が後方に押されると、第１のスライダ部材４４および第２のスライダ部材４５が下方に移動し、第３のスライダ部材４６、第４のスライダ部材４７、およびローテーティング・ディスク５０がブレード１１ａのピッチ角を大きくする方向に移動することとなる。一方、ピッチリンク４２が前方に引っ張られると、第１のスライダ部材４４および第２のスライダ部材４５が上方に移動し、第３のスライダ部材４６、第４のスライダ部材４７、およびローテーティング・ディスク５０がブレード１１ａのピッチ角を小さくする方向に移動することとなる。

本実施形態に係るテールロータ１０によれば、ホバリングから前進飛行に移行していく場合に、ホバリングモード（図２（ｂ）中の二点鎖線で示す位置）に固定され、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、高速前進飛行モード（図２（ｂ）中の実線で示す位置）に固定されることとなるので、操縦士は、通常の一方向（一側方）にのみ推力を発生するテールロータを備えたヘリコプタと同じ操縦感覚でヘリコプタを操縦することができる。
また、本実施形態に係るテールロータ１０によれば、ホバリングから前進飛行に移行していく場合や、前進飛行からホバリングに移行していく場合に、垂直尾翼による抵抗およびヨー力が発生しないので、操縦士に違和感を与えることなく、機速をすみやかに上げたりあるいは緩やかに落とすことができる。
さらに、前進飛行時には、前進力として寄与する力（補助推力）Ｆ１を発生させることができる。

本実施形態に係るテールロータ１０を具備したヘリコプタ１によれば、テールロータ１０により発生した力（補助推力）Ｆ１を、前進飛行時における前進力に寄与させる（利用する）ことができるので、ヘリコプタ１の前進速度を増加させ、ヘリコプタ１の高速化を図ることができる。

なお、上述した実施形態においてテールブーム５の後端部に垂直尾翼６（図１および図２（ａ）参照）が設けられているとさらに好適である。
これにより、前進飛行時におけるアンチトルクが垂直尾翼が発生する力によって相殺され、テールロータ１０が発生する力Ｆ１のすべてを前進力に寄与させることができて、ヘリコプタ１の前進速度をさらに増加させ、ヘリコプタ１のさらなる高速化を図ることができる。

また、前進飛行時に、垂直尾翼６の方向舵６ａ、あるいはテールロータ１０が、機速に応じて操作（調整）されるように構成されているとさらに好適である。
これにより、前進飛行時におけるアンチトルクが方向舵６ａが発生する力、あるいはテールロータ１０が発生する力Ｆ１の分力によって相殺することができ、ヘリコプタ１を安定的に飛行させることができる。

本発明の一実施形態に係るテールロータを具備したヘリコプタの概略全体斜視図である。図１に示すテールロータの拡大図であって、（ａ）は左側面図、（ｂ）は下面図である。回転力伝達機構および回動機構を説明するための図であって、図２（ａ）の縦断面図である。回動機構を説明するための図であって、図３を上側から見た平面図である。ピッチ角変更機構を説明するための図であって、高速前進飛行モードにおけるテールロータの左側断面図である。ピッチ角変更機構を説明するための図であって、図５を右側（機体後方側）から見た図である。

符号の説明

１ヘリコプタ
５テールブーム
１０テールロータ
１１プロペラ
１１ａブレード
１２ケーシング（ダクト）
１４回転力伝達機構駆動
１５回動機構
４１ピッチ角変更機構

Claims

ヘリコプタのテールブームの後端部に配置されるテールロータであって、
複数枚のブレードを備えた少なくとも一つのプロペラと、
両端面に開口部を有するとともに、前記プロペラを収容するダクトと、
前記プロペラおよび前記ダクトを、前記テールブームに対して回動させる回動機構と、前記プロペラを回転させる回転力伝達機構駆動と、
前記ブレードのピッチ角を変更するピッチ角変更機構とを備えていることを特徴とするテールロータ。
請求項１に記載のテールロータを具備してなることを特徴とするヘリコプタ。