JP2009137316A - Fixed pitch type coaxial contra-rotating helicopter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上下に配置した二つのロータが共通軸線回りに逆回転する固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタに関する。さらに詳しくは、エンジン停止時の緊急降下着地時における衝撃緩衝機能(ソフトランディング機能)を備えた固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタに関する。 The present invention relates to a fixed-pitch coaxial double-reversed helicopter in which two rotors arranged above and below rotate backward about a common axis. More specifically, the present invention relates to a fixed pitch coaxial double inversion helicopter having an impact buffering function (soft landing function) at the time of emergency descent and landing when the engine is stopped.
本願人は、特許文献1において、手軽に使用することの可能な一人乗り等の小型ヘリコプタを提案している。当該文献に開示の小型ヘリコプタは、固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタであり、共通軸線の回りに上下に配置した二つのロータを逆回転させて推進力および揚力を得るものである。
In the
固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタは、互いに逆方向に回転する二つの同形ロータを上下に配置することでトルクを打ち消し合っており、尾部ロータを必要としないので、全体の寸法を小さくでき、一人乗り等の小型ヘリコプタの基本形として適している。機体の姿勢制御や方向制御は、基本的には、ロータのブレードの回転面を水平面に対して前後左右に傾斜させることにより、また、ロータのブレード回転数を制御することにより行われる。
ここで、この種の小型ヘリコプタでは、安全性を高めるために、複数台のエンジンを搭載し、それらのうちの1台あるいは複数台が故障して停止した場合であっても墜落することの無いようにしている。 Here, in this kind of small helicopter, in order to increase safety, a plurality of engines are mounted, and even if one or more of them fail and stop, they will not crash. Like that.
しかしながら、このような場合にはヘリコプタを緊急降下させて着地させる必要がある。緊急降下着地の際の降下速度が大きいと大きな衝撃力が加わり、操縦者、ヘリコプタが損傷を受けるおそれがある。 However, in such a case, it is necessary to land the helicopter by urgently descending. If the descent speed at the time of emergency landing is large, a large impact force is applied, and there is a risk that the driver and helicopter may be damaged.
本発明の課題は、この点に鑑みて、緊急降下着地の際の衝撃緩衝機能(ソフトランディング機能)を備えた固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタを提案することにある。 In view of this point, an object of the present invention is to propose a fixed pitch coaxial double inversion helicopter having an impact buffering function (soft landing function) at the time of emergency descent landing.
上記の課題を解決するために、本発明は、共通の回転中心軸線の回りに逆方向に回転する上ロータおよび下ロータを備えた固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタにおいて、上ロータおよび下ロータを回転駆動するためのエンジンと、エンジンの回転を上ロータおよび下ロータに伝達するための回転出力軸に、一方向クラッチを介して連結されている非常用電動モータとを有し、エンジンが停止した緊急降下着地時の衝撃を緩和させるために、当該緊急降下着地時に非常用電動モータを駆動して回転出力軸を回転させることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention relates to a fixed pitch coaxial double inversion helicopter having an upper rotor and a lower rotor that rotate in opposite directions around a common rotation center axis. And an emergency electric motor connected via a one-way clutch to a rotation output shaft for transmitting the rotation of the engine to the upper rotor and the lower rotor, and the engine is stopped. In order to mitigate the impact at the time of emergency descent landing, the emergency electric motor is driven at the time of emergency descent and landing to rotate the rotation output shaft.
緊急降下時に非常用モータを駆動して回転出力軸を回転させて上ロータおよび下ロータを回転駆動することにより、ロータにより揚力が増加し、緊急降下時の降下速度を遅くして、着地時の衝撃を緩和することができる。 By driving the emergency motor at the time of emergency descent and rotating the rotary output shaft to rotate the upper and lower rotors, the rotor increases the lift, slows down the descent speed at the time of emergency descent, and Impact can be mitigated.
ここで、緊急降下時における着地までの距離が予め定めた値以下になると非常用電動モータを駆動するようにすればよい。例えば、高度が5m程度になった時点で非常用電動モータを起動させて、着地までの僅かな時間、例えば5秒間程度駆動すればよい。したがって、非常用モータとしては数秒間の間所定の出力が得られるものであればよく、それ以後は焼損してもよい。 Here, the emergency electric motor may be driven when the distance to the landing at the time of emergency descent is equal to or less than a predetermined value. For example, the emergency electric motor may be started when the altitude reaches about 5 m and driven for a short time until landing, for example, about 5 seconds. Therefore, the emergency motor may be any motor as long as a predetermined output can be obtained for several seconds, and thereafter it may be burned out.
また、エンジンとして、少なくとも第1エンジンおよび第2エンジンが搭載されている場合には、回転出力軸として、第1エンジンの回転を上ロータおよび下ロータに伝達するための第1回転出力軸、および、第2エンジンの回転を上ロータおよび下ロータに伝達するための第2回転出力軸が配置される。この場合には、非常用電動モータを、一方の第1回転出力軸に一方向クラッチを介して連結しておき、他方の第2回転出力軸には、当該第2回転出力軸の回転により発電を行う発電機を取り付けておき、当該発電機によって、非常用電動モータの電源として用いるキャパシタを充電するとよい。このようにすれば、緊急降下時に電力切れによって非常用電動モータが作動しないという弊害を防止できる。 In addition, when at least the first engine and the second engine are mounted as the engine, as the rotation output shaft, a first rotation output shaft for transmitting the rotation of the first engine to the upper rotor and the lower rotor, and A second output shaft for transmitting the rotation of the second engine to the upper rotor and the lower rotor is disposed. In this case, the emergency electric motor is connected to one first rotation output shaft via a one-way clutch, and the other second rotation output shaft generates power by rotation of the second rotation output shaft. It is good to attach the generator which performs and charge the capacitor used as a power supply of an emergency electric motor with the said generator. In this way, it is possible to prevent the adverse effect that the emergency electric motor does not operate due to power interruption during an emergency drop.
さらに、緊急降下状態を検出するためのセンサを設け、このセンサの出力に基づき非常用電動モータの駆動を制御すればよい。センサとしては、エンジン停止を直接に検出するためのセンサ、降下速度が予め定めた速度を超えて過剰降下速度になったことを検出するセンサ等を用いることができる。 Furthermore, a sensor for detecting an emergency descent state may be provided, and the driving of the emergency electric motor may be controlled based on the output of this sensor. As the sensor, a sensor for directly detecting engine stop, a sensor for detecting that the descending speed exceeds a predetermined speed and has become an excessive descending speed, or the like can be used.
本発明の固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタでは、緊急降下時に作動する非常用電動モータを備えており、緊急降下時の降下速度を落として着地時の衝撃を緩和することができる。よって、緊急降下着地時に大きな衝撃力が作用して、操縦者、ヘリコプタの各部が損傷を受けてしまうことを防止できる。 The fixed-pitch coaxial double reversing helicopter of the present invention includes an emergency electric motor that operates during an emergency descent, and can reduce a landing speed by reducing a descent speed during an emergency descent. Therefore, it is possible to prevent a large impact force from acting at the time of emergency descent and landing and damage to each part of the operator and the helicopter.
以下に、図面を参照して、本発明を適用した固定ピッチ式同軸2重反転型の一人乗りヘリコプタの実施の形態を説明する。 Hereinafter, an embodiment of a fixed-pitch coaxial double inversion single-seat helicopter to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
(全体構成)
図1には、本実施の形態に係る一人乗りヘリコプタの全体構成を示してある。この図に示すように、一人乗りヘリコプタ1は、機体2と、この機体2の上端部分に取り付けた駆動部3と、駆動部3の下側に取り付けた円環状のマフラ3Aとを有している。駆動部3によって、同形の上ロータ5および下ロータ6が逆方向に回転駆動される。機体2は金属製のパイプフレーム7から形成されており、当該パイプフレーム7には座席部8が取り付けられ、その下側にはスタンド9が取り付けられている。スタンド9には燃料タンク9Aが取り付けられている。
(overall structure)
FIG. 1 shows the overall configuration of a single-seat helicopter according to the present embodiment. As shown in this figure, a single-
駆動部3および機体2は操縦機構11を介して相互に連結されている。操縦機構11からは、操縦用スティック12がL形に折れ曲がって下方に延び、座席部8に座ったパイロットPにより操作可能となっている。
The
(駆動部)
図2は駆動部3を示す平面図であり、図3は駆動部3および操縦機構11を示す部分側面図であり、図4は駆動部3を示す部分縦断面図である。
(Drive part)
FIG. 2 is a plan view showing the
これらの図を参照して説明すると、下ロータ6は、中空のロータシャフト61と、ロータシャフト61の外周面に固着したロータハブ62と、ロータハブ62に対してヒンジ機構を介して支持されている一対のブレード63、64とを備えている。上ロータ5も同様な構造であり、中空のロータシャフト51と、ロータシャフト51の外周面に固着したロータハブ(図示せず)と、ロータハブに対してヒンジ機構を介して支持されている一対のブレード53、54(図1参照)とを備えている。上ロータ5のロータシャフト51は、その内側に同軸状態に配置されている中空の垂直シャフト40によって回転自在に支持されており、下ロータ6のロータシャフト61は上ロータ5のロータシャフト51の外周に同軸状態で回転自在に支持されている。
Referring to these drawings, the lower rotor 6 includes a
駆動部3は、エンジンユニット4と、ここから出力される回転駆動力を逆向きの等速度回転としてロータシャフト51および61に伝達する駆動力伝達機構10とを備えている。エンジンユニット4は、本例では、図2から分かるように、90度の角度間隔で放射状に配列した4基のエンジンユニット4(1)〜4(4)を備えている。各エンジンユニット4はそれぞれクラッチ機構を介して共通の駆動力伝達機構10に連結されている。各エンジンユニット4のエンジンおよびクラッチ機構は別個独立に駆動可能となっている。従って、例えば、1基のエンジンが故障等によって止まった場合においても支障なく飛行を継続できる。各エンジンユニット4の基本構造は同一であり、図4に示すように、2気筒のエンジン本体41と、このエンジン本体41のクランク軸42にクラッチ機構43を介して同軸状に連結されている回転出力軸44と、始動用モータ49とを備えている。
The
4基のエンジンユニットのうち2基のエンジンユニット4(1)、4(2)には、それらの回転出力軸44に、一方向クラッチ45を介して、中空形の非常用電動モータ46が取り付けられている。非常用電動モータ46は、一方向クラッチ45を挟み、回転出力軸44に同軸状態で連結されている円筒状のモータロータ47と、このモータロータ47の円形外周面に対して一定のギャップで対峙している複数の突極を備えたモータステータ48とを備えている。エンジン本体41の側から回転出力軸44が回転駆動されている状態では、一方向クラッチ45の作用により、非常用電動モータ46のモータロータ47は実質的に停止した状態に保持される。エンジン停止状態において、非常用電動モータ46に通電して当該非常用電動モータ46を駆動すると、そのモータロータ47の回転が一方向クラッチ45を介して回転出力軸44に伝達されるので、当該回転出力軸44を回転させることが可能である。
Of the four engine units, the two engine units 4 (1) and 4 (2) have a hollow emergency
残りの2基のエンジンユニット4(3)、4(4)には、それらの回転出力軸44に中空形の発電機46Aが同軸状態に取り付けられている。発電機46Aは回転出力軸44の回転によって発電し、発生した電力は不図示のキャパシタに充電されるようになっている。キャパシタが非常用電動モータ46を駆動するための非常用電源として用いられるようになっている。
The remaining two engine units 4 (3) and 4 (4) have a
なお、非常用電動モータ46および発電機46Aの個数は、2個ずつに限定されるものではない。例えば、非常用電動モータ46を3基のエンジンユニットに取り付け、残りの1基のエンジンユニットに発電機46Aを取り付けてもよい。また、エンジンユニットも4基以外の数とすることも勿論可能である。
The number of emergency
ここで、本例においては、高度センサと、降下速度が予め定めた値を超えた過剰速度になったことを検出するセンサと、エンジンが停止したことを検出するセンサを備えている。降下速度が予め定めた速度を超えたことが検出された場合、エンジン停止が検出された場合には、高度センサを用いて、緊急降下時の高度が測定され、着地点からの高さが、例えば、5m程度の高さになると、非常用電動モータ46を起動して、回転出力軸44を回転駆動する。これにより、緊急降下着地時の衝撃を緩和することができる。非常用電動モータ46としては、例えば、30HP程度の小型のものでよい。また、緊急用であるので、駆動時間も数秒程度のものでよい。
Here, in this example, an altitude sensor, a sensor for detecting that the descending speed has become an excessive speed exceeding a predetermined value, and a sensor for detecting that the engine has stopped are provided. When it is detected that the descent speed exceeds a predetermined speed, or when engine stop is detected, the altitude sensor is used to measure the altitude at the time of emergency descent, and the height from the landing point is For example, when the height is about 5 m, the emergency
(駆動力伝達機構)
次に、駆動力伝達機構10は、下側に配置された第1の遊星歯車機構100と、上側に配置された第2の遊星歯車機構200とを備えている。第1の遊星歯車機構100は、上ロータ5のロータシャフト51の外周面に対して同軸状態でスプライン結合されたサンギヤ101と、このサンギヤ101に噛み合っている複数個のプラネタリーギヤ102と、各プラネタリーギヤ102に噛み合っているインターナルギヤ103とを備えている。同様に、第2の遊星歯車機構200も、下ロータのロータシャフト61の外周面にスプライン結合されたサンギヤ201と、このサンギヤ201に噛み合っている複数個のプラネタリーギヤ202と、各プラネタリーギヤ202に噛み合ったインターナルギヤ203とを備えている。
(Driving force transmission mechanism)
Next, the driving
各遊星歯車機構100、200のプラネタリーギヤ102、202を支持しているキャリアは円筒状の共通キャリア104であり、その上端側には第2の遊星歯車機構200のプラネタリーギヤ202が回転自在に支持され、その下端側には第1の遊星歯車機構100のプラネタリーギヤ102が回転自在に支持されている。
The carrier supporting the
インターナルギヤ103の上側環状端面およびインターナルギヤ203の下側環状端面には、それぞれ、クラウンギヤ71、72が固着あるいは一体形成されており、これらの上下一対のクラウンギヤ71、72は、各回転出力軸44の内側の軸端に形成した駆動ピニオン73と噛み合っている。駆動ピニオン73の回転中心線44aは、ロータ5、6の回転中心軸線(垂直シャフト40の中心軸線)40aに対して直交する方向に延びている。
Crown gears 71 and 72 are respectively fixed or integrally formed on the upper annular end surface of the
駆動力伝達機構10における駆動力の伝達動作を説明する。各回転出力軸44の先端の駆動ピニオン73が回転駆動されると、ここに噛み合っているクラウンギヤ71、72を介して、インターナルギヤ103、203が回転中心軸線40aを中心して逆方向に等速回転する。各インターナルギヤ103、203の回転は、共通キャリア104によって回転自在に支持されている各プラネタリーギヤ102、202を介して、それぞれ、サンギヤ101、201に伝達される。従って、サンギヤ101に連結されている上ロータ5のロータシャフト51と、サンギヤ201に連結されている下ロータ6のロータシャフト61は、逆方向に等速回転する。このようにして、上下のロータ5、6は通常運転時には、逆方向に等速回転する。
A driving force transmission operation in the driving
(ヨーコントロール機構)
次に、駆動部3にはヨーコントロール機構300が備わっている。ヨーコントロール機構300は、第1および第2の遊星歯車機構100、200の共通キャリア104を回転させる差動回転発生機構である。この機構は、モータ301と、共通キャリア104の外周面に形成した外歯歯車302と、モータ301の出力軸303と外歯歯車302の間を連結している歯車減速機310とを備えている。歯車減速機310の減速回転出力軸には歯車311が取り付けられており、この歯車311は伝達歯車312を介して、外歯歯車302に連結されている。
(Yaw control mechanism)
Next, the
モータ301を駆動すると、その出力軸303の回転が、歯車減速機310を介して共通キャリア104に伝達され、この共通キャリア104を所定の方向に所定の速度で回転させる。この結果、第1および第2の遊星歯車機構100、200のサンギヤ101、201の間に差動運動が発生し、一方のサンギヤが他方のサンギヤよりも高速回転する。よって、上下のロータ5、6は、共通キャリア104の回転速度に対応した速度差で逆方向に回転することになる。このために、回転中心軸線40aの回りに、速度差に応じたモーメント力が発生して、機体2は、回転中心軸線40aを中心として、低速回転するロータの回転方向に向きを変えることになる。
When the
従って、モータ301の駆動速度、回転方向を制御する制御スイッチ等をパイロットの操作可能な位置に配置しておけば、機体2のヨーコントロールを行うことができる。また、磁気またはジャイロコンパスなどによる検出器からの信号に基づき、自動的に方向を一定に保つように制御することもできる。
Therefore, if the control switch for controlling the driving speed and rotation direction of the
(操縦機構)
なお、操縦機構11は、上ロータ5および下ロータ6を回転自在に支持している垂直シャフト40を重力方向に対して前後左右に傾斜させることにより上ロータ5、下ロータ6のブレード回転面を傾斜させてヘリコプタ1の推進方向を制御するものである。
(Control mechanism)
The
操縦機構11は、垂直シャフト40を支持している機体ベース13と、機体ベース13の下面から吊り下げられている前後揺動機構400と、この前後揺動機構400から吊り下げられている左右揺動機構500と、機体ベース13に固定した操縦用スティック12とを備えている。
The
1 一人乗りヘリコプタ
2 機体
3 駆動部
3A マフラ
4、4(1)〜4(4) エンジンユニット
5 上ロータ
6 下ロータ
7 パイプフレーム
8 座席部
9 スタンド
10 駆動力伝達機構
11 操縦機構
11a 中心軸線
12 操縦用スティック
13 機体ベース
17 軸受け
40 垂直シャフト
40a 回転中心軸線
41 エンジン本体
42 クランク軸42
43 クラッチ機構
44 回転出力軸
45 一方向クラッチ
46 非常用電動モータ
46A 発電機
47 モータロータ
48 モータステータ
49 始動用モータ
51、61 ロータシャフト
52、62 ロータハブ
54、54、63、64 ブレード
71、72 クラウンギヤ
73 駆動ピニオン
100 第1の遊星歯車機構
101 サンギヤ
102 プラネタリーギヤ
103 インターナルギヤ
104 共通キャリア
200 第2の遊星歯車機構
201 サンギヤ
202 プラネタリーギヤ
203 インターナルギヤ
300 ヨーコントール機構
301 モータ
302 外歯歯車
303 出力軸
310 歯車減速機
311 歯車
312 伝達歯車
DESCRIPTION OF
43
Claims (4)
前記上ロータおよび前記下ロータを回転駆動するためのエンジンと、
前記エンジンの回転を前記上ロータおよび前記下ロータに伝達するための回転出力軸に、一方向クラッチを介して連結されている非常用電動モータとを有し、
前記エンジンが停止した緊急降下着地時の衝撃を緩和させるために、当該緊急降下着地時に前記非常用電動モータを駆動して前記回転出力軸を回転させることを特徴とする固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタ。 In a fixed pitch coaxial double reversing helicopter having an upper rotor and a lower rotor rotating in opposite directions around a common rotation center axis,
An engine for rotationally driving the upper rotor and the lower rotor;
An emergency electric motor connected via a one-way clutch to a rotation output shaft for transmitting the rotation of the engine to the upper rotor and the lower rotor;
Fixed pitch coaxial double reversal characterized in that the emergency electric motor is driven and the rotary output shaft is rotated during the emergency descent landing in order to reduce the impact at the time of emergency descent landing when the engine is stopped Type helicopter.
前記緊急降下着地時における着地までの距離が予め定めた値以下になると前記非常用電動モータを起動させることを特徴とする固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタ。 In the fixed pitch type coaxial double inversion helicopter according to claim 1,
The fixed pitch coaxial double inversion helicopter, wherein the emergency electric motor is activated when a distance to the landing at the time of the emergency descent landing is equal to or less than a predetermined value.
前記エンジンとして、少なくとも第1エンジンおよび第2エンジンが搭載されており、
前記回転出力軸として、前記第1エンジンの回転を前記上ロータおよび前記下ロータに伝達するための第1回転出力軸、および、前記第2エンジンの回転を前記上ロータおよび前記下ロータに伝達するための第2回転出力軸が配置されており、
前記非常用電動モータは、前記第1回転出力軸に前記一方向クラッチを介して連結されており、
前記第2回転出力軸には、当該第2回転出力軸の回転により発電を行う発電機が取り付けられており、
前記発電機には、当該発電機により充電されるキャパシタが接続されており、
当該キャパシタの蓄積電力を用いて前記非常用電動モータを駆動することを特徴とする固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタ。 In the fixed pitch type coaxial double inversion helicopter according to claim 1 or 2,
As the engine, at least a first engine and a second engine are mounted,
As the rotation output shaft, a first rotation output shaft for transmitting the rotation of the first engine to the upper rotor and the lower rotor, and a rotation of the second engine to the upper rotor and the lower rotor. A second rotation output shaft for
The emergency electric motor is connected to the first rotation output shaft via the one-way clutch,
The second rotation output shaft is attached with a generator that generates electric power by rotation of the second rotation output shaft.
A capacitor that is charged by the generator is connected to the generator,
A fixed-pitch coaxial double inversion helicopter, wherein the emergency electric motor is driven using stored electric power of the capacitor.
前記エンジンが停止した緊急降下状態を検出するセンサを有しており、
前記センサの出力に基づき、前記非常用電動モータの駆動を制御することを特徴とする固定ピッチ式同軸2重反転型ヘリコプタ。 In the fixed pitch coaxial double inversion helicopter according to any one of claims 1 to 3,
A sensor for detecting an emergency descent state in which the engine is stopped;
A fixed-pitch coaxial double inversion helicopter that controls driving of the emergency electric motor based on the output of the sensor.
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