JP2010149602A - 回転翼航空機のロータブレード変位検出方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で、ロータブレードの変位を高精度で検出することができる回転翼航空機のロータブレード変位検出方法および装置を提供する。
【解決手段】ロータハブ４３に受光部４４を設け、ロータブレード４５に受光部４４にスポット光を投射する投光部４６を設け、受光部４４が投光部４６からのスポット光の入射位置の検出値を出力する２次元変位検出手段３３と、ロータハブ４３への受光部４４の取付け誤差およびロータブレード４５への投光部４６の取付け誤差によって生じるフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζの誤差を補正するための捩り較正データ３８を前もって取得し、捩り較正データ３８を使用して、実使用時に受光面４７上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する演算手段３６とを含むロータブレード変位検出方法および装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転翼航空機のロータブレードのフラッピング運動およびリード・ラグ運動による変位を高精度で検出することができる回転翼航空機のロータブレード変位検出方法および装置に関する。

図１０は従来技術のロータブレード変位検出装置を装備したヘリコプタ１を示す斜視図であり、この従来技術は、たとえば特許文献１に記載されている。この従来技術では、回転翼航空機であるヘリコプタ１の機体２の右舷、前部、左舷、後部に、複数のロータブレード３に向けてレーザ光を投射する投光手段および受光手段から成る変位検出センサ４ａ〜４ｄが設けられ、各ロータブレード３には反射手段５ａ〜５ｄが設けられ、これらの変位検出センサ４ａ〜４ｄと反射手段５ａ〜５ｄとによって、各ロータブレード３の変位を検出することができるように構成される。

各反射手段５ａ〜５ｄは、各ロータブレード３の下面に貼り付けられた金属箔または反射鏡などによって実現される。各投光手段からの光は、各反射手段５ａ〜５ｄによって反射され、各反射手段５ａ〜５ｄによって反射された反射光は、各受光手段によってそれぞれ受光される。各反射手段５ａ〜５ｄが各ロータブレード３の下面に設けられる位置は、ロータブレード３の半径の約７５％の位置に選ばれ、この位置は２次曲げ振動モードの節と３次曲げ振動モードの節とがほぼ重なる位置に相当し、ガストや乱気流による各ロータブレード３の変位を準静的変位、すなわちロータブレード３の高周波成分を除去した剛体としての変位を検出することができる。

図１１は他の従来技術のロータブレード変位検出装置を装備した回転翼航空機のロータ付近の断面図であり、この従来技術は、たとえば特許文献２に記載されている。この従来技術では、レーザ光を発生するレーザ源と受光手段との組合せから成る複数のセンサ７を、機体に連結された取付部材８のロータ回転軸線９に垂直な取付面１０に設け、各ロータブレード１１が連結されるハブプレート１２には金属箔または反射鏡などのレーザ光を反射する反射手段１３を設け、ハブプレート１２の弾性変形量に応じた各受光手段の出力に基づいて、サイクリックピッチおよびコレクティブピッチを検出するロータブレード変位検出装置が提案されている。

図１２はさらに他の従来技術のロータブレードの基端部付近の斜視図であり、この従来技術は、たとえば特許文献３に記載されている。この従来技術では、レーザ光を発生するレーザ源と受光手段とによって構成される第１〜第３センサ１５ａ〜１５ｃと被検出面形成体１６とを有する。第１センサ１５ａは、ヨーク１７のブレードピッチ軸線１８上に設けられ、ロータハブに対するロータブレードのフラッピング運動１９による第１センサ１５ａと被検出面形成体１６の被検出面との距離ｄ１を検出し、この距離ｄ１の検出値から中央演算処理装置（Central Processing Unit、略称ＣＰＵ）がフラッピング角を算出するように構成される。

また、第２および第３センサ１５ｂ，１５ｃは、ヨーク１７の内側部に対向して設けられ、第２および第３センサ１５ｂ，１５ｃ間に介在するフレーム部材２０の前記第２および第３センサ１５ｂ，１５ｃにそれぞれ対向する各被検出面までの距離ｄ２，ｄ３を検出し、これらの距離ｄ２，ｄ３の検出値からＣＰＵがフェザリング角およびリード・ラグ角を算出するように構成される。

特許第２８８６１３５号公報 特許第３６００１５１号公報 特許第３７９４３５７号公報

特許文献１の従来技術では、各ロータブレード３に個別に反射手段５ａ〜５ｄが設けられ、各反射手段５ａ〜５ｄからの反射光を受光手段によって受光したときの検出値によって、各ロータブレード３の変位を検出する構成であるため、連続的なデータが得られず、高精度化を図ることが困難である。また、反射手段５ａ〜５ｄは振動を伴いながら高速で回転するロータブレード３に設けられるので、反射手段５ａ〜５ｄの剥離や損傷を生じやすく、耐環境性が低いという課題がある。

特許文献２の従来技術では、各ロータブレード１１の基端部を中空のロータマスト内のハブプレート１２によって結合し、このハブプレート１２に設けられる反射手段１３による反射光から各ロータブレード１１の変位を検出するので、このような構成を設けることができるものは特許文献２に記載されるような特殊な形式のハブに限定され、実用化されているハブには適用することができないという制限がある。

特許文献３の従来技術では、フレーム部材２０に設けられる被検出面までの距離ｄ１〜ｄ３を第１〜第３センサ１５ａ〜１５ｃによって計測してフラッピング角、フェザリング角およびリード・ラグ角を算出するように構成されるので、これらの被検出面および第１〜第３センサ１５ａ〜１５ｃをフレーム部材２０およびヨーク１７に取り付けるに際して極めて高い加工精度および取付け精度が要求されるという実行面で不利な点がある。

また、本発明のように投光部と受光部とからなる２次元変位検出手段を用いる場合は、投光部の光軸とフェザリング軸とがずれてしまうと、受光部ではフェザリング運動によってもスポット光の位置が変化してしまい、これがフラッピング量またはリード・ラグ量として、誤って検出されてしまうことになるため、投光部の光軸とフェザリング軸とがずれないように、やはり極めて高い加工精度および取付け精度が要求される。

本発明の目的は、簡単な構成で、ロータブレードの変位を高精度で検出することができる回転翼航空機のロータブレード変位検出方法および装置を提供することである。

本発明は、回転翼航空機のロータハブに受光部が設けられ、ロータブレードに前記受光部に向けてスポット光を投射する投光部が設けられ、前記受光部は前記投光部から投射された受光面上のスポット光の入射位置に応じた検出値を出力する２次元変位検出手段を備えた回転翼航空機において、
前記ロータハブへの前記受光部の取付誤差および前記ロータブレードへの前記投光部の取付誤差のうち少なくとも一方によって生じるフェザリング運動によるフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζの誤差を補正するための捩り較正データを前もって取得し、
前記捩り較正データを使用して、実使用時に前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする回転翼航空機のロータブレード変位検出方法である。

本発明に従えば、前記２次元変位検出手段は、回転翼航空機のロータハブに設けられる受光部に、ロータブレードに設けられる投光部からスポット光を投射され、受光部は前記投光部から投射された受光面上のスポット光の入射位置に応じた検出値を出力する。前記ロータハブへの前記受光部の取付誤差および前記ロータブレードへの前記投光部の取付誤差のうち少なくとも一方によって生じるフェザリング運動によるフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζの誤差を補正するための捩り較正データを前もって取得しておき、この捩り較正データを使用して、実使用時に前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）が算出されるので、簡単な構成によって、ロータブレードの変位を高精度で検出することができる。

また本発明は、前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）および基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）の２つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
実使用時の操縦桿位置とブレード方位角から算出されたフェザリング角を元に前記基準捩り補正ベクトルＢ_０から算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする。

本発明に従えば、前記２次元変位検出手段は、ロータハブに設けられる受光部と、ロータブレードに設けられる投光部とによって構成され、投光部から投射されたスポット光は、受光部の受光面に入射し、その入射位置を表す検出値を出力する。演算手段は、前もって取得した捩り較正データと、操縦棹位置とブレード方位角から算出されたフェザリング角を用いて、受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することができる。

また本発明は、前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）および第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ０，Ｙ_Ｄ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値群（Ｘ_Ｂｉ，Ｙ_Ｂｉ）および第２投光部の検出値群（Ｘ_Ｄｉ，Ｙ_Ｄｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）および基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）および基準スポット光ベクトルＤ_０＝（Ｘ_Ｄ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｄ０−Ｙ_Ｂ０）の３つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
実使用時の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）と第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ，Ｙ_Ｄ）および前記捩り較正データを用いて算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする。

本発明に従えば、２次元変位検出手段は、ロータハブに設けられる受光部と、ロータブレードに設けられる２つの投光部とによって構成され、投光部から投射されたスポット光は、受光部の受光面に入射し、その入射位置を表す検出値を出力する。演算手段は、前もって取得した捩り較正データを用いて、受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を、操縦桿位置とブレード方位角から算出されるフェザリング角を必要とせずに算出することができる。

このように本発明は、ロータブレードに設けられる投光部からのスポット光を、ロータハブに設けられる受光部によって受光し、このスポット光の入射位置から演算手段がフェザリング回転中心を原点として補正されたスポット光の入射位置を算出するものであり、ロータブレードの変位を表わす２次元データを時系列的に連続した検出値として得られ、この連続した検出値に基づいてロータブレードのフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを連続値として算出することができる。

このような検出値を得るための装置は、前述したように投光部と受光部と演算手段とによって実現され、簡単な構成によって、高精度でロータブレードの変位、すなわちフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを検出することができる。

また本発明は、前記２次元変位検出手段の前記投光部は、前記ロータブレードのフェザリング軸に対して略垂直な平面に沿って前記投光部の一部をなす発光部を変位可能に保持する位置調整手段と、前記発光部を角変位可能に保持する角度調整手段とを含むことを特徴とする。

本発明に従えば、位置調整手段および角度調整手段によって、投光部の光軸をロータブレードのフェザリング軸に一致させることが可能となるので、投光部の光軸調整をロータブレード毎に容易に行うことができる。

さらに本発明は、前記２次元変位検出手段は、前記投光部と前記受光部との間の光経路を外囲するように設けられ、遮光性および可撓性を有する材料から成るカバー体を含むことを特徴とする。

本発明に従えば、投光部と受光部との間の光経路が遮光性および可撓性を有する材料から成るカバー体によって外囲されるので、空中浮遊物などの異物によって光経路が遮断されることを防ぐとともに、太陽光などの外部の光およびその反射光などの外乱光が受光部に入射することを防ぎ、検出精度の低下を防止し、スポット光の検出に対する信頼性を向上することができる。

本発明によれば、投光部から受光部にスポット光を投射し、そのスポット光の受光面上の入射位置を時系列的に連続し、かつ補正された検出値として得られるので、２次元変位検出手段と演算手段との簡単な構成によってロータブレード変位検出装置を実現し、ロータブレードの変位、すなわちフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを高精度で連続値として検出することができる。このように、ロータブレード変位を高精度に検出することにより、当該回転翼航空機のより精度の高い姿勢制御が可能となる。

また本発明によれば、位置調整手段および角度調整手段によって、投光部の光軸をロータブレードのフェザリング軸に一致させることが可能となるので、投光部の光軸調整をロータブレード毎に容易に行うことができる。

さらに本発明によれば、投光部と受光部との間の光経路がカバー体によって外囲されるので、異物および外乱光による検出精度の低下を防止し、スポット光の検出に対する信頼性を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態のロータブレード変位検出装置３０の概略的構成を示すブロック図である。本実施の形態において、ロータブレード変位検出装置３０によって本発明に係るロータブレード変位検出方法が実施されるものとして、以下に説明する。回転翼航空機であるヘリコプタは、突風（ガストともいう）および乱気流などの外乱によってロータ面はパイロットによるコントロール以外の作用によって動かされ、機体が揺動する。機体の揺動を制御するためには、ロータ面の変動を適切に検出する必要があり、そのためには個々のロータブレードのフラッピング量を正確に計測しなければならない。フラッピング量を計測するためにロータブレード変位検出装置３０が用いられる。

ロータブレード変位検出装置３０は、２次元変位検出手段３３と演算手段３６とを有し、フェザリング運動によるフラッピング量およびリード・ラグ量の計測誤差を補正し、計測精度を向上する。演算手段３６はたとえば小型のコンピュータによって実現され、２次元変位検出手段３３の検出値を、フェザリング角３４と後述する捩り較正データ３８を用いて補正し、補正されたブレード変位に変換する。

図２は３自由度ヒンジ方式ロータハブ４３の一部を示す斜視図である。ここに、３自由度ヒンジ方式ロータハブとは、全関節型ハブの一種であり、フラップ・ヒンジ、フェザリング・ヒンジおよびリード・ラグ・ヒンジが同一位置にある方式であり、このヒンジによって、ブレードがそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸まわりに自由に回転することができる構造である。３自由度ヒンジ方式ロータハブには、たとえば球面エラストメリック・ベアリングを用いたものがある。ロータハブ４３には、２次元変位検出手段３３の受光部４４が設けられる。ロータブレード４５の基端部の端面には、受光部４４に向けてスポット光を投射する投光部４６が設けられ、受光部４４は投光部４６から投射された受光面４７上のスポット光の入射位置に応じた検出値を出力する。

投光部４６は、たとえば発光ダイオード（Light Emitting Diode、略称ＬＥＤ）によって実現される。また、受光部４４は、たとえば光起電力効果を利用した半導体の２次元ＰＳＤ（Position Sensitive Device）センサによって実現される。

図３は受光部４４を有する２次元変位検出手段３３によるスポット光の入射位置の検出原理を説明するための図である。３自由度ヒンジ方式のロータハブ４３においては、ロータブレード４５のフェザリング運動、フラッピング運動およびリード・ラグ運動の各回転中心Ｐ１は一致している。したがって、フェザリング軸Ｌ２の位置を計測することによって、フラッピング量とリード・ラグ量とを得ることができる。そのためには、投光部４６の発するスポット光の光軸が、フェザリング軸Ｌ２と一致している必要があるが、２次元変位検出手段３３の取付け公差、エラストメリック・ベアリングの公差によって、投光部４６の光軸がフェザリング軸Ｌ２とずれるため、受光部４４の受光面４７上では、フェザリング運動によってもスポット光の位置が変化してしまい、これがフラッピング量またはリード・ラグ量として、誤って検出されてしまう。

ロータブレード変位検出装置３０は、ロータブレード４５のフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの２次元変位検出手段３３の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と、フラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを０°にした状態でフェザリング角θを変化させたときの２次元変位検出手段３３の検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とを用いて、受光面４７上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する。

捩り較正データ３８は、ロータブレード４５のフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの２次元変位検出手段３３の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と、フラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを０°にした状態でフェザリング角θを変化させたときの２次元変位検出手段３３の検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて算出される原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）および基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）を保持しており、これらが演算手段３６に与えられる。

フェザリング角３４は、操縦桿の位置とロータブレード４５の方位角から算出され、これが演算手段３６に与えられる。

演算手段３６は、捩り較正データ３８とフェザリング角３４とを用いて演算を実行し、スポット光の入射位置に対応したフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を出力する。

図４は演算手段３６によるスポット光の入射位置の補正処理について説明するための図であり、２次元変位検出手段３３の受光部４４の受光面４７を正面から見た状態を示す。横軸をＸ軸、縦軸をＹ軸とする直交座標を想定し、受光面４７の中心を原点とする。ロータブレード４５に取り付けた投光部４６のスポット光が、受光部４４の受光面４７に照射されると、入射位置の検出値が得られる。

まず、フラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θを０°に固定して、検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）を取得する。次に、リード・ラグ角ζおよびフラッピング角βを０°に固定したまま、可動範囲内でフェザリング角θのみを変化させて、検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）を取得する。これらのデータを用いて、最小二乗法によってフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）を求める。

次に、原点補正ベクトルＴ₀と基準捩り補正ベクトルＢ₀とを、以下の式（１）、式（２）のように定義する。これらが捩り較正データ３８である。

また、フェザリング角θのときの捩り補正ベクトルＢは、次の式（３）のようになる。

任意の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）に対して、フェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）は、次式（４）によって算出される。

演算手段３６は式（３）と式（４）とからフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出するとともに、この補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を用いて、フラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを算出する。

以上の補正を行うことによって、投光部４６の光軸がフェザリング軸Ｌ２からずれている場合でも、フェザリング運動に伴って検出されるフラッピング量およびリード・ラグ量に生じる誤差を補正することができるため、高精度でロータブレードのフラッピング量およびリード・ラグ量を検出することができる。また、高い加工精度や取付け精度が要求されないため、低コスト化を図ることができる。

図５は、本発明の他の実施形態の演算手段３６によるスポット光の入射位置の補正処理を説明するための図である。本実施の形態は、予め基準捩り補正ベクトルＢ_０と原点補正ベクトルＴ_０とを捩り較正データ３８として取得しておき、２次元変位検出手段３３の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）に捩り補正ベクトルＢと原点補正ベクトルＴ_０とを加算するのは前述の方法と同様であるが、２つの投光部４６ａ，４６ｂを使用することによって、捩り補正ベクトルＢの算出にフェザリング角３４を用いる必要がなくなることを特徴とする。

まず、フラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θを０°に固定して、第１投光部４６ａによる検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と第２投光部４６ｂによる検出値（Ｘ_Ｄ０，Ｙ_Ｄ０）とを取得する。

次に、フラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを０°に固定したまま、可動範囲内でフェザリング角θのみを変化させて、２つの投光部４６ａ，４６ｂに対応する検出値群（Ｘ_Ｂｉ，Ｙ_Ｂｉ），（Ｘ_Ｄｉ，Ｙ_Ｄｉ）（ｉ＝１，２，……）を取得する。これらのデータを用いて、最小二乗法によってフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）を求める。

原点補正ベクトルＴ_０、基準捩り補正ベクトルＢ_０、基準スポット光ベクトルＤ_０、捩り補正ベクトルＢおよびスポット光ベクトルＤを、次の式（５）〜式（９）のように定義する。式（５）、式（６）および式（８）が捩り較正データ３８である。

次式（１０）および式（１１）のように、基準捩り補正ベクトルＢ_０と基準スポット光ベクトルＤ_０の内積および外積と、捩り補正ベクトルＢとスポット光ベクトルＤの内積および外積とがそれぞれ等しいことから、捩り補正ベクトルＢを求めることができる。

任意の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）に対して、フェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）は、次式（１２）によって算出される。

このように本実施の形態では、操縦桿位置とブレード方位角とから算出されるフェザリング角３４を用いることなく、補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を求めることができる。

演算手段３６は、式（１２）からフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出するとともに、この補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を用いて、フラッピング角βおよびリード・ラグ角ζを算出する。

以上の補正を行うことによって、高精度でロータブレードのフラッピング量およびリード・ラグ量を検出することができる。

図６は本発明の他の実施形態のロータブレード変位検出装置３０の投光部４６を示す斜視図であり、図７は図６の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図であり、図８は位置調整手段５１および角度調整手段５５によって発光部４８を変位させた状態を示す斜視図である。なお、前述の各実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態では、２次元変位検出手段３３の投光部４６は、ロータブレード４５のフェザリング軸Ｌ２に対して略垂直な平面に沿って発光部４８を変位可能に保持する位置調整手段５１、および発光部４８を角変位可能に保持する角度調整手段５５を含む。位置調整手段５１は、ロータブレード４５の基端部の端面に固定される基部５２と、基部５２に対してフェザリング軸Ｌ２に対して略垂直な平面上で直交するＹ軸およびＸ軸に沿ってそれぞれ変位自在な可動部５３および５４とを有し、可動部５４の中心には角度調整手段５５を介して発光部４８が取り付けられる。光軸調整後は、基部５２、可動部５３，５４を当該位置に保持する保持具、たとえば貫通ロックネジなどによって位置を固定する。

このような構成を採用することにより、位置調整手段５１および角度調整手段５５によって、投光部４６の光軸をロータブレード４５のフェザリング軸Ｌ２に一致させることが可能となるので、投光部４６の光軸調整をロータブレード４５毎に容易に行うことができる。

図９は本発明のさらに他の実施形態のロータブレード変位検出装置３０を示す断面図である。なお、前述の各実施の形態と対応する部分には、同一の参照符を付す。本実施の形態の２次元変位検出手段３３には、投光部４６と受光部４４との間の光経路を外囲するようにカバー体６０が設けられる。このカバー体６０は、遮光性および可撓性を有する材料、たとえば合成ゴム製シートまたは合成樹脂製シートから成る。

このような構成を採用することによって、投光部４６と受光部４４との間の光経路がカバー体６０によって外囲されるので、空中浮遊物などの異物によって光経路が遮断されることを防ぐとともに、太陽光などの外部の光およびその反射光などの外乱光が受光部４４に入射することを防ぎ、検出精度の低下を防止し、スポット光の検出に対する信頼性を向上することができる。なお、カバー体６０は投光部４６も覆う形態であってもよい。

２次元変位検出手段３３として、受光部４４にはたとえば２次元ＰＳＤセンサもしくはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、投光部４６にはたとえばＬＥＤを用いることができる。このような２次元変位検出手段３３は、本発明のさらに他の実施形態として、受光部４４をロータブレード４５に、投光部４６をロータハブ４３に取り付ける構成としてもよく、前述の各実施形態と同様な効果を達成することができる。

本発明のさらに他の実施形態では、受光部４４に代えて電磁誘導式センサ、投光部４６に代えて磁石を用いてもよい。

本発明の一実施形態のロータブレード変位検出装置３０の概略的構成を示すブロック図である。 ロータハブ４３の一部を示す斜視図である。 ２次元変位検出手段３３によるスポット光の入射位置の検出原理を説明するための図である。 演算手段３６によるスポット光の入射位置の補正処理について説明するための図である。 本発明の他の実施形態の演算手段３６によるスポット光の入射位置の補正処理を説明するための図である。 本発明のさらに他の実施形態の投光部４６を示す斜視図である。 図６の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図である。 位置調整手段５１および角度調整手段５５によって発光部４８を変位させた状態の投光部４６を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施形態の２次元変位検出手段３３を示す断面図である。 従来技術のロータブレード変位検出装置を装備したヘリコプタ１を示す斜視図である。 他の従来技術のロータブレード変位検出装置を装備した回転翼航空機のロータ付近の断面図である。 さらに他の従来技術のロータブレードの基端部付近の斜視図である。

符号の説明

３０ ロータブレード変位検出装置
３３ ２次元変位検出手段
３４ フェザリング角
３６ 演算手段
３８ 捩り較正データ
４３ ロータハブ
４４ 受光部
４５ ロータブレード
４６；４６ａ，４６ｂ 投光部
４７ 受光面
４８ 発光部
５１ 位置調整手段
５２ 基端部
５３ 可動部
５４ 可動部
５５ 角度調整手段
６０ カバー体
Ｌ２ フェザリング軸
Ｐ１ ヒンジ
β フラッピング角
ζ リード・ラグ角
θ フェザリング角

Claims (8)

1. 回転翼航空機のロータハブに受光部が設けられ、ロータブレードに前記受光部に向けてスポット光を投射する投光部が設けられ、前記受光部は前記投光部から投射された受光面上のスポット光の入射位置に応じた検出値を出力する２次元変位検出手段を備えた回転翼航空機において、
   前記ロータハブへの前記受光部の取付誤差および前記ロータブレードへの前記投光部の取付誤差のうち少なくとも一方によって生じるフェザリング運動によるフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζの誤差を補正するための捩り較正データを前もって取得し、
   前記捩り較正データを使用して、実使用時に前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする回転翼航空機のロータブレード変位検出方法。
2. 前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）および基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）の２つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
   実使用時の操縦桿位置とブレード方位角から算出されたフェザリング角を元に前記基準捩り補正ベクトルＢ_０から算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
   実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする請求項１記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出方法。
3. 前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）および第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ０，Ｙ_Ｄ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値群（Ｘ_Ｂｉ，Ｙ_Ｂｉ）および第２投光部の検出値群（Ｘ_Ｄｉ，Ｙ_Ｄｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）および基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）および基準スポット光ベクトルＤ_０＝（Ｘ_Ｄ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｄ０−Ｙ_Ｂ０）の３つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
   実使用時の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）と第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ，Ｙ_Ｄ）および前記捩り較正データを用いて算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
   実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出することを特徴とする請求項１記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出方法。
4. 回転翼航空機のロータハブに受光部が設けられ、ロータブレードに前記受光部に向けてスポット光を投射する投光部が設けられ、前記受光部は前記投光部から投射された受光面上のスポット光の入射位置に応じた検出値を出力する２次元変位検出手段と、
   前記ロータハブへの前記受光部の取付誤差および前記ロータブレードへの前記投光部の取付誤差のうち少なくとも一方によって生じるフェザリング運動によるフラッピング角βおよびリード・ラグ角ζの誤差を補正するための捩り較正データを前もって取得し、
   前記捩り較正データを使用して、実使用時に前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する演算手段とを含むことを特徴とする回転翼航空機のロータブレード変位検出装置。
5. 前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の検出値群（Ｘ_ｉ，Ｙ_ｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）と基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）の２つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
   実使用時の操縦桿位置とブレード方位角から算出されたフェザリング角を元に基準捩り補正ベクトルＢ_０から算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
   実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する演算手段を含むことを特徴とする請求項４記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出装置。
6. 前記ロータブレードのフラッピング角β、リード・ラグ角ζおよびフェザリング角θをそれぞれ０°にしたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｂ０）および第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ０，Ｙ_Ｄ０）と、前記フラッピング角βおよび前記リード・ラグ角ζを０°にした状態で前記フェザリング角θを変化させたときの前記２次元変位検出手段の第１投光部の検出値群（Ｘ_Ｂｉ，Ｙ_Ｂｉ）および第２投光部の検出値群（Ｘ_Ｄｉ，Ｙ_Ｄｉ）（ｉ＝１，２，……）から求めたフェザリング回転中心（Ｘ_Ｔ０，Ｙ_Ｔ０）とに基づいて、原点補正ベクトルＴ_０＝（−Ｘ_Ｔ０，−Ｙ_Ｔ０）と基準捩り補正ベクトルＢ_０＝（Ｘ_Ｔ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｔ０−Ｙ_Ｂ０）および基準スポット光ベクトルＤ_０＝（Ｘ_Ｄ０−Ｘ_Ｂ０，Ｙ_Ｄ０−Ｙ_Ｂ０）の３つのベクトルを捩り較正データとして前もって取得し、
   実使用時の第１投光部の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）と第２投光部の検出値（Ｘ_Ｄ，Ｙ_Ｄ）および前記捩り較正データを用いて算出される捩り補正ベクトルＢを用いて誤差補正演算を行い、
   実使用時の検出値（Ｘ_Ｂ，Ｙ_Ｂ）から前記受光面上のスポット光の入射位置に対応するフェザリング運動による誤差を排除した補正位置（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ）を算出する演算手段を含むことを特徴とする請求項４記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出装置。
7. 前記２次元変位検出手段の前記投光部は、前記ロータブレードのフェザリング軸に対して略垂直な平面に沿って前記投光部の一部をなす発光部を変位可能に保持する位置調整手段と、前記発光部を角変位可能に保持する角度調整手段とを含むことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１つに記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出装置。
8. 前記２次元変位検出手段は、前記投光部と前記受光部との間の光経路を外囲するように設けられ、遮光性および可撓性を有する材料から成るカバー体を含むことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の回転翼航空機のロータブレード変位検出装置。

Images