JP2009280202A - ヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根 - Google Patents

ヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根 Download PDF

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Abstract

【課題】羽根の空気力学的効率を高めるように、及び反トルク尾部回転翼のアコースティックエミッションを低減するように、及び尾部回転翼制御機構に対する荷重を低減するようにハブの反対側の羽根の自由端のデザインを改良したヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根を提供すること。
【解決手段】ヘリコプタ1の反トルク尾部回転翼3用の羽根6は、互いに対向するとともに羽根6の縦軸線Bに沿って延びる前縁8及び後縁9にして、後縁9が作動中に前縁8の後ろの気流と相互作用する、前縁8及び後縁9を有する。羽根6は、羽根6の外側にあって縦軸線Bに交差する羽根6の回転軸線Aに関する半径方向外側の端11と基準区画51との間に延在する端部14cも有する。端部14cにおける翼弦Pの長さdは、基準区画51から端11にかけて減少しており、前縁8及び後縁9は半径方向外側の端11で結合している。
【選択図】図3

Description

本発明はヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根に関するものである。
ヘリコプタが、胴体と、前記胴体の中心部の頂部に取り付けられた主回転翼と、主回転翼によって胴体に生み出されるトルクに対抗するための反トルク尾部回転翼とを具備することは知られている。
尾部回転翼は、駆動シャフトと、前記駆動シャフトに取り付けられたハブと、ハブに固定されてハブから半径方向に突き出している複数枚の羽根とを実質的に具備している。
より詳しくは、各羽根は、ほぼ半径方向に長く延びていて、駆動シャフト軸線に垂直な平面内でハブによって回転される。
各羽根は、ヘリコプタを操縦するために任意の平面内でハブに対して移動可能でもある。
羽根の空気力学的効率を高めるように、及び反トルク尾部回転翼のアコースティックエミッションを低減するように、及び尾部回転翼制御機構に対する荷重を低減するようにハブの反対側の羽根の自由端のデザインを改良する必要性が当業界内で感じられている。
本発明の目的は、上記のことを簡単で低コストな様態で達成するようにデザインされたヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根を提供することである。
本発明によると、請求項1に記載されたヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根が提供される。
本発明の好適で非限定的実施例が、例示を目的として添付図面を参照しながら説明される。
本発明によるヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根の斜視図である。 図1とは異なる角度から見た本発明によるヘリコプタの反トルク尾部回転翼羽根の斜視図である。 図1及び図2の羽根の平面図である。 図1の羽根の前縁の正面図である。 図3におけるV−V切断線による断面図である。 図3におけるVI−VI切断線による断面図である。 図3におけるVII−VII切断線による断面図である。 図3におけるVIII−VIII切断線による断面図である。 図3におけるIX−IX切断線による断面図である。 図3におけるX−X切断線による断面図である。 図3におけるXI−XI切断線による断面図である。 図3におけるXII−XII切断線による断面図である。 図1〜4の羽根の縦方向の翼弦長のパターンを示す図である。 図1〜4に示された羽根の複数枚を描写する、反トルク尾部回転翼を備えるヘリコプタの尾部の側面図であって、明瞭にするためにいくつかの部品を省略している側面図である。 明瞭にするためにいくつかの部品を省略している、図14の尾部回転翼の断面図である。 明瞭にするためにいくつかの部品を省略している、図14の尾部回転翼の断面図である。 図14〜16に示される尾部回転翼の側面図である。 図14〜16に示される尾部回転翼の平面図である。
図14、17、及び18は、胴体2と、胴体2の頂部に取り付けられて、それぞれの軸線で回転する主回転翼(不図示)と、尾部回転翼3により胴体2に伝達されるトルクに対抗するために胴体2の尾部垂直安定板から突出している反トルク尾部回転翼3とを実質的に具備しているヘリコプタ1の尾部を示している。
より詳しくは、回転翼3は、
主回転翼の回転軸線に交差する軸線Aを中心に回転する駆動シャフト5と、
軸線Aから半径方向にそれぞれの軸線Bに沿って延びる複数の、実施例では2枚の羽根6と、
シャフト5に機能的に接続されたハブ7であって羽根6がそこから張り出しているハブ7と、を実質的に具備している(図15〜18参照)。
より詳しくは、ハブ7は、羽根6を軸線A周りに回転させ、及び軸線Aとそれぞれの軸線Bとによって形成される平面で羽根6がシャフト5に対して自由に移動することを可能にし、及び羽根6のそれぞれの軸線B周りの回転が気流に対するそれぞれの迎え角を調節することを外部制御装置によって可能にする。
ハブ7は、
シャフト5によって軸線Aを中心に回転される一つのプレート15であって、軸線A及び軸線Bに対して垂直な軸線Cを中心にしてシャフト5に対して回転する一つのプレート15であって、軸線Aに対して回転不能な固定の様態で且つ関係する軸線Bに対して回転可能な様態で複数の羽根6に接続されている一つのプレート15と、
関係する羽根6に固定的様態で結合されている二対のプレート20と、
シャフト5によって軸線A周りに回転されるスリーブ25であって、不図示の制御装置によって軸線Aに沿ってシャフト5に対して滑動させられ、羽根6をそれぞれの軸線Bを中心に回転させるために二対のプレート20に接続されているスリーブ25と、を実質的に具備している(図15〜18参照)。
より詳しくは、プレート15は、軸線Aに交差する平面内に延在しており、またシャフト5に取り付けられた主要部分16と、二つの付属物17とを具備しており、前記二つの付属物17は、それぞれの羽根6のそれぞれの座19の内側に取り付けられているそれぞれの端18を軸線Aの反対側に有している(図15参照)。
シャフト5は、主要部分16によって形成される座21に係合する円筒状部材22によって取り囲まれている(図15及び16参照)。部材22及び座21は軸線C周りに回転可能な様態で且つ軸線A周りに回転不能な固定の様態で接続されている。部材22の表面および座21の表面は、対を成すものであって、軸線Aと軸線Cとの交点に位置するそれぞれの一致した中心を有している。
座21及び部材22は軸線Cに関するヒンジを形成しており、その結果複数の羽根6が軸線C周りに及びシャフト5に対して互いに一体的に動揺すること、即ちはためくことを可能にする。より詳しくは、そのような動揺は、気流に対する複数の羽根6の異なる相対速度の結果として複数の羽根6に作用する異なる空気力学的荷重によって引き起こされる。
付属物17は軸線Aの反対側で主要部分16から突出してそれぞれの羽根6の内側に延びており、端18はそれぞれの軸線Bに関して同芯の中空円筒の形をしており、座19はそれぞれの軸線Bに沿って延びる円筒状キャビティの形をしており、その結果それぞれの座19の内側への端18の挿入は、羽根6がそれぞれの軸線B周りに回転することを可能にするとともに、羽根6とプレート15とを軸線A及び軸線C周りに回転不能に固定する。
各対におけるプレート20は、一方が関係する羽根6の表面12に、他方が裏面13に固定されており(図17及び18参照)、また互いに平行であって、それぞれのほぼ平行な平面に延在している。
ハブ7はプレート20の各対に対して一対のアーム24を具備しており、前記一対のアーム24は、同じ対のプレート20のそれぞれのプレート20に固定された第1端部を有している(図14〜17参照)。各対におけるアーム24の第2端部は、関係する羽根6の半径方向内側の端10と軸線Aとの間に配設された横断部材26によって互いに接続されている。
スリーブ25は、尾部垂直安定板の反対側でシャフト5から突出しており、また
軸線Aに関して正反対に配置されている複数の第1半径方向付属物27であって、それぞれの繋ぎ材29によってそれぞれの横断部材26に接続されている複数の第1半径方向付属物27と(図14、15、17、及び18参照)、
軸線Aに関して正反対に配置されている複数の第2半径方向付属物28であって(図14〜17参照)、シャフト5に対して回転不能に固定されているプレート33に二つのレバー31及び32によって各々が接続されていて、軸線Aに沿ってシャフト5とスリーブ25との間に挟まれている複数の第2の半径方向付属物28とを具備している。
より詳しくは、各付属物27は円周方向において複数の付属物28の間に配置されている。
繋ぎ材29は軸線Aに交差して延びており、また関係する付属物27に接続される第1端部と、関連軸線Bに関して偏心してそれぞれの横断部材26に接続される、第1端部の反対側の第2端部とを有している(図15参照)。
より詳しくは、スリーブ25が軸線Aに沿って滑動したときに複数の羽根6がそれぞれの軸線B周りに同じ方向で回転するように、繋ぎ材29はそれぞれの横断部材26に接続されている。
各レバー31はスリーブ25にヒンジ結合された第1端部と前記第1端部の反対側の第2端部とを有しており、前記第2端部は対応するレバー32の第1端部にヒンジ結合されている。
各レバー32は第1端部とは反対側の第2端部を有しており、前記第2端部はプレート33にヒンジ結合されている。
各対におけるプレート20は、関係する羽根6の軸線Bに垂直なピン35によって互いに接続されている。ピン35は、関係する羽根6の根元部14aの内側に収容される中間部分36を有しており、前記中間部分36は関係する付属物17によって形成される座37に、軸線Bに対して回転可能な様態で係合している(図15参照)。
より詳しくは、中間部分36は座37によって形成される球面に係合する外球面を有している。より詳しくは、関係する座37により形成される球面と中間部分36により形成される球面とは同心であって、関連軸線Bに沿ってそれぞれの中心を有している。
ピン35の中間部分36及び関係する座37は、このようにそれぞれのヒンジを形成し、羽根6がそれぞれの軸線B周りにプレート15に対して回転することを可能にする。
各羽根6は(図1〜4参照)、中空であって、
羽根6の(図14に示される)回転方向に関する羽根6の最も前の点によって形成される前縁8と、
前記回転方向に関する羽根6の最も後ろの点によって形成される後縁9であって、前縁8の反対側に位置し、前縁8の後ろの気流と相互作用する後縁9と、
端10の反対側の端11であって、軸線Aに関して半径方向外側の端11と、
対向している表面12と裏面13であって、端10と端11との間に延在し、前縁8と後縁9とによって分けられている表面12と裏面13と、を備えている。
羽根6は、
端10と、後縁9に垂直な区画50との間に延在する根元部14aであって、プレート20に接続されている根元部14aと、
前記区画50と、やはり後縁9に垂直な区画51との間に延在する中間部14bと、
前記区画51と端11との間に延在する端部14cであって、根元部14a及び中間部14bに対して湾曲しながらヘリコプタ1の尾部垂直安定板から離れてゆく端部14cとを端10から端11にかけて具備している(図1〜8参照)。
換言すると、端部14cは羽根6の残りの部分に対して下反角を有すると言える。
より詳しくは、端部14cの長さ、即ち区画51と端11との間の半径方向距離は、羽根6の半径方向の全長、即ち端10と端11との間の最大距離の8%〜16%の範囲に含まれる。
より詳しくは、前縁8は、二つの傾斜セグメントによって形成されて根元部14aに沿って延びる第1部分52と、中間部14bに沿って延び且つ第1部分52の前記二つのセグメントに対して傾斜している直線状第2部分53と、端部14cに沿って延び且つヘリコプタ1の尾部垂直安定板から湾曲しながら離間する湾曲第3部分54とを端10から端11にかけて含んでいる。
より詳しくは、第1部分52及び第2部分53は後縁9に平行な平面内に延びるのに対して、第3部分54を形成する湾曲は直線状の後縁9に対して傾斜している。
裏面13は、表面12と、回転翼3が突出する尾部垂直安定板との間に挟まれている。
各羽根6の表面12及び裏面13は、端10に近接してそれぞれの穴38を有しており(図1〜3参照)、前記それぞれの穴38には関係するピン35の両端が貫通して嵌合している。
図5〜9は、前縁8に垂直で端10から端11へ進む一連の複数の平面における羽根6のそれぞれの断面を示している。
図5〜8に示されるように、羽根6は関係する翼弦Pに関して非対称なそれぞれの輪郭Gを有している。
本明細書では、“翼弦P”は、前縁8と後縁9との間の距離であって、後縁9に垂直で且つ図3に鉛直な平面(不図示)内で計測された距離を意味することが意図されていることが重要なこととして銘記されるべきである。
より詳しくは、表面12及び裏面13は、根元部14aと中間部14b及び端部14cの両方に沿って、前縁8においてなめらかに融合され、及び後縁9において鋭角的に接合されている。
前縁8及び後縁9に対して垂直な各断面において、裏面13を形成する輪郭Gの点は、表面12を形成する輪郭Gの対応する点よりも翼弦Pからさらに離れている。
根元部14a及び中間部14bにおいて、裏面13は凸状である(図5、6、及び7参照)。
表面12は、根元部14aにおいて及び端10に隣接して、後縁9に隣接する凹状第1部分41と、前記第1部分41と前縁8との間に挟まれている凸状第2部分42とを有している(図5参照)。
端10に隣接する根元部14aにおける輪郭Gを参照すると、翼弦Pは、表面12と裏面13との間に挟まれている主要部分P1と、後縁9端における端部分P2とを含んでいることがわかる。より詳しくは、後縁9に隣接している第1部分41は端部分P2と裏面13との間に挟まれている(図5参照)。
表面12は中間部14bにおいて凸状である。
図8及び9に示されるように、端部14cにおいて表面12は凸状であるのに対して、裏面13は、前縁8に隣接する凸状部分60と、後縁9に隣接する平坦部分61とを有している。
表面12は、中間部14b及び端部14cに沿って端11の方に向かって凸状が次第に弱まる。換言すると、各輪郭Gにおける表面12は、それが端11の方へ進むにつれて関係する翼弦Pに近づく。
図5〜9に示されるように、前縁8及び後縁9に垂直な固定軸線に対する翼弦Pの傾斜は端10から端11にかけて変化している。より詳しくは、固定軸線(不図示)は図5〜7に関しては鉛直であり、翼弦Pと固定軸線との間の角度は根元部14a(図5参照)から端部14c(図9参照)にかけて減少している。換言すると、羽根6の設定角度はそれぞれの軸線Bに沿って変化する。即ち、一つの平面内に横たわるのとは対照的に、翼弦Pの点の軌跡は上から見たとき湾曲した輪郭を有している。
羽根6の翼弦Pの長さは中間部14bにおいて一定値d0を有する。
翼弦Pの長さdは端部14cにおいて区画51から端11の方に向かって有利に減少し、前縁8及び後縁9は端11で結合されている。
より詳しくは、前縁8の第3部分54と後縁9とが端11で結合されている。
換言すると、翼弦Pの長さdは区画51における値d0から端11における値0(ゼロ)へ減少する。
端部14cにおいて、翼弦Pの長さdは、区画51からの半径方向距離rの関数、即ち数式d=d0(1−krn)で表される関数として変化する。ここでk及びnは一定係数である。
より詳しくは、係数nは、2〜11の範囲にあり、また好適には6で選択されるのに対して、係数kは、比率1/Rに等しく、ここでRは端11と区画51との間の半径方向距離である。
係数kは、後縁9と、端11において前縁8に接する接平面との間の角度が87〜89度の範囲にあるように好適に選択される。より詳しくは、係数kは、前記角度が88〜89度の範囲にあるように選択される。
図13は、羽根6に沿う、翼弦Pの長さのパターンと、空力中心Hの軌跡とを示している。
術語の“空力中心”は、後縁9に垂直な平面における羽根6の各断面における点であって、気流に対する羽根6の迎え角の変化と並行に空力的モーメント係数が一定のままである点を意味することが意図されている。
より詳しくは、端部14cにおける点Hの軌跡と後縁9との間の距離は、数式 0.75*d0(1−krn)により計算することができる。
上記距離は図13のy軸に沿って計測され得る。
端部14cは中間部14bに対して湾曲しているので、端部14cの空力中心も軸線Aに平行な方向で区画51から距離を置いている。
区画51からの上記距離のパターンは、数式 h(1−krn)により計算することができ、ここで h は一定係数である。
図10は、後縁9に平行で且つ軸線Aに交差する羽根6の縦平面Qにおける羽根6の断面を示している。平面Qに沿う断面では、表面12及び裏面13は、根元部14a及び中間部14bにおいて羽根6の中心線Lに関して対称である。
より詳しくは、平面Qにおいて、表面12及び裏面13は、根元部14aにおける収束第1部分65及び66、及び中間部14bにおける平行第2部分67及び68を有している。端部14cにおいて、表面12及び裏面13は、中心線Lに関して非対称であって、端部14cの端11において収束するそれぞれの部分69及び72を有している。
より詳しくは、中心線Lは部分65、66及び67、68から等距離にある。
区画51から端11にかけて、部分69は、部分67に対して傾斜し且つ中心線Lの方に向かう直線部分70と、中心線Lに平行な直線部分71とを含んでいる。
区画51から端11にかけて、部分72は、部分68に対して傾斜し且つ中心線Lの方に向かう直線部分73と、端11で終わり且つ中心線Lに交差する湾曲部分74とを含んでいる。
図11及び12は、平面Qに平行であり且つ後縁9と平面Qとの間に挟まれているそれぞれの平面R及びSにおける羽根6の断面を示している。
平面R及びSにおける羽根6の断面は、平面Qにおける羽根6の断面に類似しており、及び対応する又は均等な部分に関する同一の参照符号を使って、それらが平面Qにおける断面とは異なる範囲でのみ可能な限り説明される。
より詳しくは、それぞれの平面R、Sにおける羽根の断面の部分69’及び69”は凹状である。
平面Rは、平面Qと平面Sとの間に挟まれており、平面Sにおける羽根6の断面の部分69”は、平面Rにおける羽根6の断面の部分69’よりも凹状である。
実際に使用するとき、シャフト5は軸線Aを中心に回転してハブ7を回転させる。
プレート15が羽根6を軸線A周りに回転させる一方で、部材22とプレート15の座21との間の接続は、羽根6が空気力学的荷重を受けて軸線C周りに自由に動揺することを可能にする。
複数の羽根6は、羽根6上を流れる気流に対する羽根6の迎え角を変化させるために、外部制御装置によって、同一角度及び同一方向でそれぞれの軸線B周りに回転され得る。
より詳しくは、外部制御装置はスリーブ25を軸線Aに沿って移動させ、前記スリーブ25の移動は繋ぎ材29と横断部材26とに伝達される。
繋ぎ材29は、関連軸線Bに対して偏心して横断部材26に接続されており、繋ぎ材29の移動はプレート20及び従って羽根6をそれぞれの軸線B周りに回転させる。
羽根6が回転するとき、羽根6の座19は、プレート15の関係する付属物17の対応する端18に対してそれぞれの軸線B周りに回転し、またピン35は関係する付属物17の座37に対して関連軸線B周りに回転する。
羽根6が回転するとき、各羽根6の端部14cによって生成される渦も他の羽根6に小さな程度の衝撃を与える。
本発明による羽根6の利点は、上述の説明で明確になったであろう。
特に、本出願人は、端部14cにおける翼弦Pの長さdのパターンが効率を向上させると共に尾部回転翼3の騒音レベルを低減することを観察した。
より詳しくは、尾部回転翼3の効率は、ホバリング及び高速飛行の両方の状況において特に高い。換言すると、回転翼3によって尾部垂直安定板に生み出される推力とシャフト5に加えられたトルクとの間の比が特に高く0.7を超えると言える。
この理由は端部14cのデザインに存在し、前記デザインは、羽根6上のより均一でより小さな乱流を提供し、また一つの羽根6の端11で生み出された渦が他の羽根6に衝突する程度を低減し、その結果端部14c上への衝撃波の広がりを大いに低減する。
最後に、表面12及び裏面13が端部14cで非対称に一緒になるので、上述の利点は著しい下反角の端部を必要とすることなく達成され得る。
従って上述の利点は、標準的な下反角の端部デザインに対して、端部14cに作用する遠心力、及び従って制御部に作用する荷重を低減することによって獲得され得る。
はっきりと、本明細書に記載されて説明された羽根6に対する変更が添付された特許請求の範囲で規定された保護の範囲から外れることなくなされてよい。
特に、ハブ7をシャフト5に及び羽根6をハブ7にヒンジ結合する手段は別のタイプであってもよい。
3 回転翼
5 駆動シャフト
6 羽根
8 前縁
9 後縁
11 外側の端
12 表面
13 裏面
14c 端部
51 基準区画
A 回転軸線
B 縦軸線
G 輪郭
P 翼弦

Claims (10)

  1. ヘリコプタ(1)の反トルク尾部回転翼(3)のための羽根(6)であって、
    互いに対向するとともに前記羽根(6)の縦軸線(B)に沿って延びる前縁(8)及び後縁(9)にして、後縁(9)が作動中に前縁(8)の後ろの気流と相互作用する、前縁(8)及び後縁(9)と、
    前記羽根(6)の外側にあって前記縦軸線(B)に交差している前記羽根(6)の回転軸線(A)に関する半径方向外側の端(11)と基準区画(51)との間に延在する端部(14c)と、を備え、
    前記端部(14c)における翼弦(P)の長さ(d)が前記基準区画(51)から前記端(11)にかけて減少しており、及び前記前縁(8)と前記後縁(9)とが前記端(11)で結合している羽根(6)において、
    前記翼弦(P)の長さ(d)が前記基準区画(51)において長さd0に等しいとき、前記翼弦(P)の長さ(d)が数式d=d0(1−krn)に従って前記基準区画(51)から前記端(11)にかけて減少することを特徴とする羽根(6)。
    但し、前記数式におけるrは前記基準区画(51)からの距離、k及びnは一定係数であって、nは2〜11の範囲にあり、kは比率1/Rに等しく、Rは前記端(11)と前記基準区画(51)との間の半径方向距離である。
  2. 前記係数nが6に等しいことを特徴とする、請求項1に記載の羽根。
  3. 前記端(11)において前記前縁(8)に接する接平面が86〜89度の範囲の角度で前記後縁(9)に対して傾斜するように前記係数kが選択されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の羽根。
  4. 前記角度が87〜88度の範囲の角度であることを特徴とする、請求項3に記載の羽根。
  5. 前記基準区画(51)に関して半径方向内側の更に別の区画(50)と前記基準区画(51)との間に延びる中間部(14b)を備え、前記翼弦(P)は前記中間部(14b)において一定値d0を有していることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の羽根。
  6. 互いに対向して前記前縁(8)と前記後縁(9)との間に延在する第1表面(12)及び第2表面(13)を備える請求項5に記載の羽根であって、
    前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)は、前記後縁(9)に平行で且つ前記羽根(6)の前記回転軸線(A)に対して交差する羽根(6)の縦平面(Q、R、S)における断面で見たとき、前記端(11)で結合される第1輪郭(65、67、69)及び第2輪郭(66、68、72)をそれぞれ有し、
    前記第1輪郭(65、67、69)及び前記第2輪郭(66、68、72)は、前記中間部(14b)に沿って延びる第1及び第2部分(67;68)、及び前記端部(14c)に沿って延びる第3及び第4部分(69;72)をそれぞれ含んでおり、前記第3及び第4部分(69;72)は、前記第1及び第2部分(67;78)から等距離にある前記羽根(6)の中心線(L)に関して非対称であることを特徴とする、請求項5に記載の羽根。
  7. 前記第3部分(69)が、前記端(11)で終わる直線部分(71)を少なくとも含み、前記第4部分(72)が、前記端(11)において前記第3部分(69)に接続されている凸状部分(74)を少なくとも含んでいることを特徴とする請求項6に記載の羽根。
  8. 前記第2表面(13)が、使用中に、前記第1表面(12)と前記ヘリコプタ(1)の尾部垂直安定板との間に挟まれていることを特徴とする、請求項6又は7に記載の羽根。
  9. 前記後縁(9)が直線状であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の羽根。
  10. ヘリコプタ(1)用の反トルク尾部回転翼(3)であって、回転軸線(A)を中心に回転する駆動シャフト(5)と、少なくとも二枚の請求項1〜9のいずれか一項に記載された羽根(6)と、前記シャフト(5)を前記羽根(6)に機能的に接続するハブ(7)とを具備することを特徴とする、ヘリコプタ(1)用の反トルク尾部回転翼(3)。
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