JP2010116149A - ヘリコプターのロータ - Google Patents

Abstract

【課題】振動の減衰を安価に且つ容易に達成するヘリコプターのロータを提供する。
【解決手段】ヘリコプター用のロータ４は、第１軸線Ｂを中心として回転する駆動シャフト１０と、第１軸線Ｂを中心として駆動シャフトと角度的に一体のハブ１１と、ハブから第１軸線Ｂに関して反対側に突出した少なくとも二枚のブレード１２であって、軸線Ｂに対して横方向に延びる各第２軸線Ｃに沿って延び、ブレードの各々は、ハブ及び他のブレードに関し、第１軸線Ｂと平行な各第４軸線Ｅおよび各第２軸線Ｃならびに第１及び各第２軸線Ｂ、Ｃに対して横方向に延びる各第３軸線Ｄを中心として移動できる、ブレードと、少なくとも各第４軸線Ｅを中心とした各ブレードの揺動と関連した振動を減衰するための複数の第１ダンパー２５であって、互いに連結されており且つ各ブレードに連結された、第１ダンパーと、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明はヘリコプターのロータに関する。

胴体と、胴体の中央部分の頂部に取り付けられたメインロータと、メインロータから胴体に伝達されたトルクに反作用を及ぼすための抗トルクテールロータとを備えたヘリコプターが従来から知られている。

また、互いに関連性のあるメインロータ及び／又は抗トルクテールロータが周知である。

更に詳細には、互いに関連性のあるロータは、第１軸線を中心として回転する駆動シャフトと、第１軸線を中心として駆動シャフトと一体に回転するハブと、各第２軸線に沿って、第１軸線に関してハブから半径方向に突出した複数のブレードとを含む。

各ブレードは、その迎え角を空気流に関して変化させるため、各第２軸線を中心としてハブに関して回転することができ、いわゆるフラッピング移動(flapping movement) を行うため、各第３軸線を中心としてハブに関して自由に揺動できる。各第３軸線は、各ブレードの第１及び第２の軸線に対して横方向に延びる。

また、各ブレードは、ハブ及び他のブレードに関し、第１軸線と平行な各第４軸線を中心として自由に揺動し、いわゆる進み−遅れ移動(lead-lag movement) を行う。

当該産業分野において、第１軸線を中心とした広範囲にわたる駆動シャフト回転速度に亘って、ロータ自体の空力学的性能を損なうことなく、ブレードの進み−遅れ移動によって発生する振動を減衰することが必要であると考えられている。

本発明の目的は、上述の必要事項を安価に且つ容易に達成するように設計されたヘリコプターのロータを提供することである。

本発明によれば、請求項１に記載のヘリコプターのロータが提供される。

本発明の好ましい非限定的な実施形態を、添付図面を参照して例として説明する。

本発明によるロータを備えたヘリコプターの斜視図である。 図１のヘリコプターのテール部分の側面図である。 図１及び図２のヘリコプターのロータの第１の実施形態の拡大正面図である。 明瞭化を図るために幾つかの部品を取り外した、図３のロータの第１の実施形態の正面図である。 図３のロータの第１の実施形態の斜視図である。 図１及び図２のヘリコプターロータの第２の実施形態の拡大正面図である。

図１において、参照番号１がヘリコプターに付されており、このヘリコプター１は、実質的に、ノーズ５を有する胴体２と、胴体２の頂部に設けられた、軸線Ａを中心として回転するメインロータ３と、ノーズ５の反対側の端部で胴体２から突出したテールフィンに装着された抗トルクテールロータ４とを備えている。

更に詳細には、メインロータ３は、ヘリコプター１を上昇させたり前方に移動させたりするのに必要な揚力及び推力を提供するのに対し、ロータ４は、復元トルクを胴体２に生成するようテールフィンに力を及ぼし、メインロータ３によって胴体２に及ぼされるトルクとバランスを取り、さもなければ、軸線Ａを中心として胴体２を回転させる。

ロータ４の各構成要素は互いに関連性があり、実質的に、以下に列挙する構成要素を含む（図３、図４、及び図５参照）。

−メインロータ３の回転軸線Ａに対して横方向に延びる軸線Ｂを中心として回転する駆動シャフト１０（図４及び図５のみに概略的に示す）、
−軸線Ｂを中心としてシャフト１０と一体に回転するようにシャフト１０に装着されたハブ１１、及び
−軸線Ｂに関して反対側の各々でハブ１１から突出した、軸線Ｂに対して横方向に延びるような各軸線Ｃに沿って延びる複数のブレード１２。

更に詳細には、ハブ１１は、実質的に、
−軸線Ｂに対して直交する各々の平面内にある二枚のプレート１３であって、前記平面は軸線Ｂと平行な方向で離間されており、各プレートは、複数の、図示の例では３個の、付属物１４を有し、これらの付属物は軸線Ｂとは反対側で半径方向に延びる、プレート１３と、
−軸線方向で前記一対のプレート１３間に配置された、軸線Ｂと平行に延びる主本体１５と、
−軸線Ｂと平行であり且つ軸線Ｂから所定距離離間した、軸線Ｂを中心として等角度間隔で隔てられた複数の、図示の例では３個の、クロス部材１６とを備えている。これらのクロス部材１６は、各々、プレート１３の対応する付属物１４間に配置されている。

更に詳細には、本体１５は、複数の、図示の例では３個のスロット５５を備えている（図４参照）。これらのスロットは、軸線Ｂを中心として等角度間隔で隔てられており、軸線Ｂとは反対側が開放している。

各ブレード１２は、ヘリコプター１の支持／推進のための表面を形成する主部分と、軸線Ｂに関して主部分よりも半径方向内側にあるルート部分１７とを含む。

更に詳細には、各ブレード１２のルート部分１７は、実質的に、軸線Ｂに関してブレード１２の半径方向内端を形成するシャンク２１（図４及び図５参照）と、各クロス部材１６にヒンジ止めされており且つシャンク２１と各ブレード１２の主部分との間に配置された連結部材１８とを含む。

各ブレード１２の連結部材１８は各クロス部材１６にヒンジ止めされており、各連結部材１８は、各軸線Ｃを中心として、および軸線Ｂと平行であり且つ軸線Ｂから所定距離離間された各軸線Ｅを中心として、ならびに軸線Ｂに対して直交し且つ各軸線Ｃに対して横方向に延びる各軸線Ｄを中心として、移動するようになっている。

各ブレード１２の連結部材１８は、各エラストマーベアリング１９を間に置いて各クロス部材１６にヒンジ止めされている。各エラストマーベアリング１９により、各ブレード１２を、ハブ１１に関し、各軸線Ｃ、Ｄ、Ｅが交差する回転中心Ｆを中心として回転させることができる。

各ブレード１２は、従って、各軸線Ｄを中心としてハブ１１に関して自由に揺動し、フラッピング移動を行う。

また、外部からの制御により、各ブレード１２を、各軸線Ｃを中心として、ハブ１１及び他のブレード１２に関して自由に回転させ、空気流に関するその迎え角を変化させる。

更に詳細には、各ブレード１２のルート部分１７は、各軸線Ｃに関して偏心した付属物２０を含み、外部からの制御により付属物２０に力が加わることにより、各軸線Ｃを中心としてブレード１２を回転させる。

更に、各ブレード１２は、各軸線Ｅを中心として、ハブ１１及び他のブレード１２に関して自由に揺動し、進み−遅れ移動を行う。

また、ロータ４は、互いに連結された複数のダンパー２５を含む（図２乃至図５参照）。各ダンパー２５は、各ブレード１２に連結されている。

各ダンパー２５は、軸線Ｅを中心とした、他のブレード１２及びハブ１１に関する各ブレード１２の揺動によって発生した振動を減衰させる機能を有し、即ち各ブレード１２の進み−遅れ移動によって発生した振動を減衰させる機能を有する。

軸線Ｂに関して半径方向に働くよう、各ダンパー２５が、より有利には、軸線Ｂと各ブレード１２の軸線Ｅとの間に配置される。

更に詳細には、各ダンパー２５は、好ましくは剛性金属材料で形成された、キャビティ２７を形成する本体２６と、キャビティ２７に収容されたエラストマー部材２８とを備えている。ダンパー２５の本体２６は、好ましくは、金属材料製である。

各ダンパー２５の本体２６は、
−軸線Ｂと平行な壁３０であって、本体１５に面しており且つ本体１５から所定距離のところにあり、シャンク２１が嵌着する壁３０と、
−軸線Ｂに対して直交し、各壁３０の各軸線方向端縁部から軸線Ｂに対して反対側に突出した二つの向き合った壁３１と、
−軸線Ｂと平行な各々の平面内を延び、各壁３０から軸線Ｂに対して反対側に突出した、各壁３１間で軸線Ｂと平行な方向に配置された二つの壁３２とを含む。

また、各ダンパー２５の本体２６は、軸線Ｂと平行な二つの壁３３を含む。これらの壁は、各壁３０から、軸線Ｂに対して反対側に突出している。更に詳細には、壁３３は各ダンパー２５の本体２６の各端部から、軸線Ｂに関して接線方向に延びており、壁３２は、各壁３３間に配置されている。

各壁３０は、平らな部分３４及び湾曲した凹状部分を含む。

各壁３１は、壁３０と向き合った端縁部３６を備えている。更に詳細には、各壁３１の端縁部３６は、平らな中央部分３７及び二つの湾曲した凸状端部分３８を含む。

各エラストマー部材２８は実質的に多角形であり、好ましくは、硬化させたゴムで形成されており、各本体２６の壁３１及び３２に接着剤層（図示せず）によって連結されている。

各キャビティ２７は、軸線Ｂに対して接線方向で、各本体２６の壁３２によって、及び夫々の本体２６の壁３０における各壁３２間の一部によって、軸線Ｂに関して半径方向内方に境界付けられている。

各キャビティ２７は、軸線Ｂに関して軸線方向が、各端縁部３６の部分３７によって境界付けられた各壁３１の一部によって境界付けられている。

図４を参照すると、各ブレード１２のシャンク２１は、各ダンパー２５のエラストマー部材２８が形成する座部と係合する主部分３９ａと、軸線Ｂに関して主部分３９ａよりも半径方向内方にある端部分３９ｂとを含む。更に詳細には、各シャンク２１の端部分３９ｂは、各ダンパー２５の壁３０から軸線Ｂに向かって突出しており、各スロット５５内に緩く収容されている。

スロット５５は、各々、各シャンク２１の端部分３９ｂに対して安全ストップ面を形成し、ロータ４の作動が損なわれることによって各ブレード１２が各軸線Ｄ及びＥを中心として過剰に揺動することを、防止する。

ダンパー２５は、ハブ１１の本体１５を取り囲むリング４１の各アームを形成するように、互いに連結されている。

更に詳細には、各ダンパー２５は２つの連結部分４２（図５参照）を有しており、各連結部分４２は、各壁３３から、各壁３２の反対側で軸線Ｂに対して接線方向に突出している。

隣接したダンパー２５の隣接した連結部分４２は、各々、軸線Ｂと平行なボルト４３によって連結されている。

ダンパー２５は、ブレード１２に連結されているだけであって、ハブ１１に直接的には連結されていない。

従って、リング４１は、各軸線Ｅを中心としたブレード１２の回転に応じて軸線Ｂを中心として自由に揺動する。

実際の使用では、シャフト１０が軸線Ｂを中心としてハブ１１を回転させる。

ハブ１１の回転により、軸線Ｂを中心としてブレード１２を一体的に回転させる。

ブレード１２には、通常、様々な成分を持つ様々な空力学的荷重が軸線Ｂと平行な方向に加わる。これによりブレード１２及びハブ１１が各軸線Ｄを中心としてシャフト１０に関して傾き、かくしてブレード１２のフラッピングが生じる。

フラッピング移動により、各ブレード１２の質量中心と軸線Ｂとの間の距離が変わる。

軸線Ｂに関する角運動量を保存するため、各軸線Ｅを中心として各ブレード１２を回転させ、その質量中心が軸線Ｂに近づくとその回転速度が軸線Ｂに関して加速する。

逆に、各ブレード１２は、各軸線Ｅを中心として回転し、その質量中心が軸線Ｂから遠ざかる方向に移動すると、その回転速度が軸線Ｂに関して減少する。

ブレード１２が各軸線Ｅを中心として周期的に繰り返し揺動することにより振動が発生する。この振動は、ダンパー２５によって、エラストマー部材２８が変形することによって減衰される。

各軸線Ｅを中心としたブレード１２の回転により、リング４１は軸線Ｂに関して均衡位置に設定される。

図６の参照番号４’は、本発明によるヘリコプターのロータの別の実施形態の全体を示す。ロータ４’は、ロータ４と同様のものであり、これらの間の相違に関してのみ、以下に説明する。これらのロータ４、４’の対応する即ち同等の部分には、可能である場合には、同じ参照番号を使用した。

更に詳細には、ロータ４’は、エラストマー材料、例えばゴム製の、複数の、図示の例では三つのダンパー５０’が設けられている点が、ロータ４と異なる。

各ダンパー５０’は、軸線Ｂと平行に延び、軸線Ｂに関して半径方向で厚さが一定であり、軸線Ｂに対して直交する断面が、軸線Ｂを中心とした同じ角度の二つの円弧によって境界付けられている。

軸線Ｂに関して半径方向で、各ダンパー５０’は、ハブ１１の主本体１５の軸線Ｂに関して半径方向外面と、連続したダンパー２５’の各対との間に配置される。

更に詳細には、各ダンパー５０’は、各ダンパー２５’の壁３０の隣接した端部分と協働する。

従って、リング４１’は、ダンパー５０’によってハブ１１に固定され、このため、軸線Ｂを中心とした回転に関し、リング４１よりも剛性が高い。

また、ダンパー５０’は、各軸線Ｄを中心としたブレード１２の揺動と関連した振動の減衰を行う。

また、ロータ４’は、各ブレード１２のシャンク２１’が完全に各ブレード１２のエラストマー部材２８の内側に埋設されているということ、及び各ダンパー２５’が各本体２６’から軸線Ｂに向かって突出した台形の歯５１’を備えており、ハブ１１の主本体１５により形成される各スロット５５’と係合することが、ロータ４と異なっている。

更に詳細には、軸線Ｂに関して接線方向で、歯５１’はダンパー５０’と交互になっている。

ロータ４’の動作はロータ４の動作と同様であり、従って詳細に説明しない。

本発明のよるロータ４、４’の利点は、以上の説明から明らかであろう。

詳細には、ダンパー２５、２５’は軸線Ｂに対して半径方向に更に近づくよう位置決めされる。

従って、ロータ４、４’の動作中にダンパー２５、２５’に作用する遠心応力が大幅に低減される。

その結果、ダンパー２５、２５’による、ブレード１２の各軸線Ｅを中心とした振動の減衰に対して、ブレード１２に作用する遠心応力によって及ぼされる影響はほとんどない。

従って、ダンパー２５、２５’は、駆動シャフト１０が軸線Ｂを中心として高速回転している場合でも有効である。これは、ロータ４が、テールロータの駆動シャフトが通常高速で回転するような抗トルクテールロータである場合に特に有利である。

更に、ダンパー２５、２５’がロータ４、４’の全体としての空力学的効率に及ぼす効果は小さい。

明らかに、上文中に説明し、本明細書中に例示したロータ４に対し、添付の特許請求の範囲に規定された保護範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えてもよい。

詳細には、ロータ４、４’は、ヘリコプター１のメインロータとして使用してもよい。

Claims (9)

1. ヘリコプター（１）用のロータ（４、４’）であって、
   第１軸線（Ｂ）を中心として回転する駆動シャフト（１０）と、
   前記第１軸線（Ｂ）を中心として前記駆動シャフト（１０）と角度的に一体のハブ（１１）と、
   前記ハブ（１１）から前記第１軸線（Ｂ）に関して反対側に突出した少なくとも二枚のブレード（１２）であって、前記軸線（Ｂ）に対して横方向に延びる各第２軸線（Ｃ）に沿って延び、前記ブレード（１２）の各々は、前記ハブ（１１）及び他の前記ブレード（１２）に関し、前記第１軸線（Ｂ）と平行な各第４軸線（Ｅ）を中心として、および前記各第２軸線（Ｃ）を中心として、ならびに前記第１及び前記各第２軸線（Ｂ、Ｃ）に対して横方向に延びる前記各第３軸線（Ｄ）を中心として移動できる、ブレード（１２）と、
   少なくとも前記各第４軸線（Ｅ）を中心とした前記各ブレード（１２）の揺動と関連した振動を減衰するための複数の第１ダンパー（２５、２５’）であって、互いに連結されており且つ各ブレード（１２）に連結された、第１ダンパー（２５、２５’）と、
   を備え、
   前記第１軸線（Ｂ）に関して半径方向で、前記第１ダンパー（２５、２５’）の少なくとも一つが前記第１軸線（Ｂ）と前記各ブレード（１２）の前記第４軸線（Ｅ）との間に配置される、ことを特徴とするロータ（４、４’）。
2. 請求項１に記載のロータにおいて、
   少なくとも一つの前記ブレード（１２）は、前記第２、第３、及び第４軸線（Ｃ、Ｄ、Ｅ）の各々を中心として移動するように前記ハブ（１１）にヒンジ止めされた連結部材（１８）と、前記第１軸線（Ｂ）に関して前記ブレード（１２）の半径方向内端を形成し、前記各第１ダンパー（２５、２５’）と協働するシャンク（２１）とを含む、ことを特徴とするロータ。
3. 請求項１又は２に記載のロータにおいて、
   前記第１ダンパー（２５、２５’）は、前記第１軸線（Ｂ）を取り囲むリング（４１、４１’）の各アームを形成する、ことを特徴とするロータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記リング（４１）は、前記第１軸線（Ｂ）を中心として、前記ハブ（１１）に関して自由に回転する、ことを特徴とするロータ。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記ハブ（１１）と前記第１ダンパー（２５、２５’）の少なくとも一つとの間に配置された第２ダンパー（５０’）を更に備えた、ことを特徴とするロータ。
6. 請求項５に記載のロータにおいて、
   前記第１ダンパー（２５、２５’）の少なくとも一つは、前記ハブ（１１）により形成されるスロット（５５’）と係合する歯（５１’）を含む、ことを特徴とするロータ。
7. 請求項２乃至６のいずれか一項に記載のロータにおいて、
   前記各第１ダンパー（２５、２５’）は、前記各ブレード（１２）の前記シャンク（２１）に少なくとも部分的に嵌着したエラストマー部材（２８）と、剛性材料で形成された、前記エラストマー部材（２８）を収容するキャビティ（２７）を形成する本体（２６）とを含む、ことを特徴とするロータ。
8. メインロータ（３）と、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の抗トルクテールロータ（４、４’）と、を備えた、ことを特徴とするヘリコプター。
9. 抗トルクテールロータと、請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載のメインロータと、を備えた、ことを特徴とするヘリコプター。

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