JP2012051552A - 航空機プロペラ - Google Patents

Abstract

【課題】航空機用のプロペラを開示する。
【解決手段】本プロペラ（１０）は、奇数の不等円周方向間隔配置したブレード（２０、２１、２２、２３、２４）を有する。本プロペラ（１０）は、二重反転プロペラ装置の一部として及び／又はパイロンの後方で航空機上に設けることができる。本プロペラは、騒音レベルを低下させかつ効率的であることが判明した。各ブレードは、回転軸線の周りに半径方向に取付けらることができる。少なくとも１つのブレードを、２つの異なる円周角によってその２つの隣接ブレードから角度分離することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機用のプロペラに関する。

航空機プロペラを円滑かつ有効な使用に適するように容易にバランスさせるようにするために、航空機プロペラは一般的に、偶数のブレードを有する。ブレードの各対は、プロペラの回転軸線の対向する両側でかつ該回転軸線の半径方向に互いに長手方向に整列して配置される。プロペラのブレードが等間隔配置されている場合には、音響スペクトルの離散周波数騒音は、単一の基本ブレード通過周波数及びその高調波に特徴がある。ブレード通過周波数は、ブレードの数及びプロペラの回転先端速度の積である。高調波は、ブレード通過周波数の整数倍数である。従って、等間隔配置したブレードを有するプロペラの音響スペクトルは、基本ブレード通過周波数及びその高調波に一致した一定間隔の明白な「ピーク」が特徴的である。しかしながら、等間隔配置したブレードの場合には、基本ブレード通過周波数及びその高調波は、本質的に互いに強化されて、知覚騒音に悪影響を与える。

プロペラブレードを不等間隔配置することによって、ブレード間の各固有の角度における基本ブレード通過周波数が、発生する。次に、各基本周波数は、高調波の組を発生させる。ブレードを等間隔配置することにより、音響エネルギーが単一の基本ブレード通過周波数及び１つの高調波の組にわたって分散されるが、不等間隔配置したブレードは、同じ音響エネルギーをより広範囲の周波数にわたって分散させる。不等間隔配置したブレードはまた、高調波の音圧レベルの周波数により減衰率を修正することができる。従って、ブレードを不等間隔配置した場合には基本周波数の音圧レベルをより高くしかつより多くの高調波を発生させることができるが、全体知覚騒音は、基本周波数及び／又は高調波の良好な相互作用により、依然として低い状態にすることができる。不等間隔配置したブレードは、プロペラ性能に悪影響を与えないことが判明した。米国特許第５，０９６，３８３号には、その回転軸線の周りに非対称に配置された６つのブレードを有するプロペラが開示されている。

６つのブレード付きプロペラが公知であるが、効率を増大させるためには、より多くのブレードを備えたプロペラを有することが望ましいことになる。ブレードの数を最少にすることは、その信頼性を高めかつコストを低減する。従って、奇数又は偶数のブレードを使用する機会を有することにより、プロペラ設計の完全な最適化が可能になる。

米国特許第５，０９６，３８３号明細書

上述した問題点の少なくとも幾つかを少なくとも減少させることになるプロペラを提供することは、望ましいと言える。

本発明によると、航空機用のプロペラを提供し、本プロペラは、奇数のブレードを含み、これら奇数のブレードは、不等間隔配置される。

驚くべきことに、プロペラには奇数の不等間隔配置したブレードを設けることができ、それらブレードは、該プロペラがバランスするように互いに角度間隔配置することができることが判明した。奇数のブレードを設けることは、本プロペラを、１つ少ないブレードを有する対応する従来型のプロペラよりも効率的にしながら、多い数の偶数ブレードを有するプロペラを設計することに関連する不利益を減少させる。

バランスしたプロペラには、不等間隔配置した奇数のブレードを設けることができることは、さらに一層驚くべきことである。不等間隔配置することにより、上述したように知覚騒音を減少させることが可能になる。各ブレードは、回転ハブ上に取付けることなどにより、回転軸線の周りに半径方向に取付けるのが好ましい。少なくとも１つのブレードは、回転平面内において、２つの異なる円周角によってその２つの隣接ブレードから角度分離されるのが好ましい。

本プロペラは、４つのブレード付きプロペラよりも効率的でありまた６つのブレード付きプロペラよりも高価でなくかつ複雑でない５つの不等間隔配置したブレードを含むことができる。本プロペラは、６つのブレード付きプロペラよりも効率的であるが、８つのブレード付きプロペラよりも高価でなくかつ複雑でない７つの不等間隔配置したブレードを含むことができる。

本プロペラは、別のプロペラと共に配置して、第１のプロペラの軸方向後方に配置されて逆方向に回転する第２のプロペラを含む二重反転プロペラ装置を構成することができる。

本プロペラ又は二重反転プロペラ装置は、航空機に取付けられたパイロンの後方で作動するように設けて、パイロン伴流のロータブレードとの相互作用の周波数が可変になって、騒音レベル及び知覚騒音の両方を低下させることになるようにすることができる。

本プロペラには、使用中に該プロペラの速度を制御して該プロペラによって発生される騒音を能動制御するようになった制御装置を設けることができる。

次に添付の図面を参照しながら実施例のみによって、本発明の実施形態を説明する。

５つの不等間隔配置したブレードを有するプロペラを示す図。 各ブレードの分解垂直力を図示した、図１のプロペラを示す図。 ７つの不等間隔配置したブレードを有するプロペラを示す図。 二重反転プロペラ装置を示す図。 航空機に取付けられたパイロンの後方に設けられたプロペラを示す図。 航空機に取付けられたパイロンの後方に設けられた二重反転プロペラ装置を示す図。 プロペラの速度を能動制御するようになった装置を概略的に示す図。

図１の実施例に示すように、本発明は、このケースでは５つである奇数の不等角度円周方向間隔配置したブレード２０、２１、２２、２３、２４を有する航空機用のプロペラ１０を提供する。この実施例における各ブレード対間の円周角は、７１．４２°、７３°、７０．９６°、７２．６９°及び７１．９３°である。驚くべきことに、不等円周方向間隔配置したブレードは、円滑かつ有効な使用に適するバランスしたプロペラを形成して、均等４ブレード付きプロペラよりも効率的でありながら、不等円周方向間隔配置することにより騒音レベルを低下させかつまた６つのブレード付きプロペラよりも高価でなくかつ複雑でないことが判明した。

この実施例では、ブレード２０、２１、２２、２３、２４の各々は、回転ハブ３０上に取付けられる。ハブは、当業者に公知であるように、エンジンのようなあらゆる好適な手段によって回転させることができる。エンジンの実施例には、ピストンエンジン又はターボプロップエンジンを含むことができる。図１では、ブレードの全てがハブ３０に対して取付けられた状態で示しているが、当業者に公知であるように、好適な回転軸線に対してブレードを取付けるようになったあらゆる好適な構成を使用することができる。

図２は、ハブの周りにブレードを間隔配置する方法は、使用中にプロペラがバランスするのを保証するように決定することができる。ブレードを配置することは、該ブレードの平面内における分解垂直力がバランスするようにすることである。例えば、図２の実施形態には、各ブレードにおける垂直及び水平力を概略的に示している。力２０Ｖ、２１Ｖ、２２Ｖ、２３Ｖ及び２４Ｖの合計はゼロであり、また対応する分解水平力２１Ｈ、２２Ｈ、２３Ｈ及び２４Ｈの合計もまたゼロであって、使用中に全体プロペラ１０がバランスすることを保証する。明らかなように、ブレードの平面内における分解垂直力がバランスしていることを前提として、ブレードの正確な配置は、例えば騒音低減を最適にするように変化させることができる。

図３は、このケースでは７つである奇数の不等円周方向間隔配置したブレード３１、３２、３３、３４、３５、３６及び３７を有するプロペラ１０のさらに別の実施例を示している。図１及び図２の実施例におけるのと同様にブレードは、不等円周方向間隔配置されるが、該ブレードの平面内においてバランスした分解垂直力を有して、使用中にプロペラ１０がバランスするようになる。驚くべきことに、不等円周方向間隔配置したブレードは、円滑かつ有効な使用に適するバランスしたプロペラ１０を形成して、均等６ブレード付きプロペラよりも効率的でありながら、不等円周方向間隔配置することにより騒音レベルを低下させかつまた８つのブレード付きプロペラよりも高価でなくかつ複雑でないことが判明した。

図４は、対向する方向に駆動されるように配置された２つのプロペラ１０を有する二重反転プロペラ装置の側面図を概略的に示している。二重反転プロペラは、単一のエンジンを使用して２つのプロペラ１０を駆動することができるので、単一のプロペラよりも効率的であることが判明した。しかしながら、二重反転プロペラは、騒音が多い。

その中においてプロペラの少なくとも１つまた好ましくは両方が本発明の実施例におけるのと同様な奇数の不等間隔配置したブレードを有するプロペラを含む二重反転プロペラは、効率を強化するが騒音レベルは低下させる二重反転プロペラを構成することが判明した。図４に示す実施例は、例えば遊星歯車又は平歯車伝導装置のような歯車伝導装置（図示せず）を介してエンジン４１によって駆動される同軸シャフト４０上に前後に配置された２つのプロペラ１０を有する。図４に示すような二重反転プロペラ装置における本発明の実施形態のプロペラ１０の使用は、効率的な二重反転プロペラ装置と関連する騒音問題を減少させる。

図５は、航空機５１に取付けられたパイロン５０の後方で作動するように配置された、本発明の実施例のプロペラを示している。ブレードを非対称に間隔配置することによって、パイロン伴流のロータブレードとの相互作用の周波数が可変になることになる。従って、不等間隔配置したブレードは、パイロン５０の後方に据付けられたプロペラの騒音レベル及び知覚騒音の両方を低下させる効果を有する。

図６は、パイロン５０の後方に据付けられた図４におけるのと同様な二重反転プロペラを示していることを除いては、図５と同様である。パイロン５０の後方に据付けられた二重反転プロペラを含む図６の装置は通常、パイロン５０にわたる及び２つのプロペラ１０間における空気流の相互作用によって生じる騒音問題を受けることになる。しかしながら、奇数の不等間隔配置したブレードを有する本発明の実施例の少なくとも１つのまた好ましくは両方のプロペラ１０を使用することによって、騒音レベルが大幅に低下することが判明した。

図７は、使用中のプロペラ又は二重反転プロペラ装置の速度を制御して、該プロペラによって発生される騒音を能動制御するようになった制御装置６１を概略的に示している。航空機内、例えば客室領域内に設けることができるマイクロホンのような１つ又はそれ以上のセンサ６０を配置して、制御装置６１に対して直接的に又は例えば無線リンクを通してかのいずれかで出力信号を提供することができる。制御装置６１は次に、プロペラブレードの位相を航空機上のその他のプロペラに対して変化させるように該プロペラの速度を制御して、発生する騒音の量を能動制御するように構成することができる。このようにして、次に０°〜３６０°の間に１つの最適位相位置を見出すことができる。図７の能動制御装置を使用して、本発明の実施形態のプロペラ１０によって得られる騒音低減をさらに強化することができる。

本発明の技術的範囲から逸脱せずに上記の実施例に対して、多くの変更を加えることができる。例えば、図１〜図３に示すプロペラのブレードは、使用中にプロペラがバランスするように配置されるのを可能にするあらゆる所望の円周分離角度を有することができる。ブレード及びハブ３０は、当業者には公知であるようなあらゆる好適な材料で製作することができる。

１０ プロペラ
２０、２１、２２、２３、２４ ブレード
３０ 回転ハブ
２０Ｖ、２１Ｖ、２２Ｖ、２３Ｖ、２４Ｖ 分解垂直力
２１Ｈ、２２Ｈ、２３Ｈ、２４Ｈ 分解水平力
３１、３２、３３、３４、３５、３６、３７ ブレード
４０ 同軸シャフト
４１ エンジン
５０ パイロン
５１ 航空機
６０ センサ
６１ 制御装置

Claims (18)

1. 航空機用のプロペラであって、
   奇数のブレードを含み、
   前記ブレードの少なくとも幾つかが、互いに不等角度間隔配置される、
   プロペラ。
2. 各ブレードが、回転軸線の周りに半径方向に取付けられる、請求項１記載のプロペラ。
3. 少なくとも１つのブレードが、２つの異なる円周角によってその２つの隣接ブレードから角度分離される、請求項１又は請求項２記載のプロペラ。
4. 前記ブレードが、回転平面内に設けられる、請求項１乃至３のいずれか１項記載のプロペラ。
5. 該プロペラのブレードの全分解垂直力がバランスしている、請求項１乃至４のいずれか１項記載のプロペラ。
6. ５つのブレードを有する、請求項１乃至５のいずれか１項記載のプロペラ。
7. ７つのブレードを有する、請求項１から請求項５のいずれか１項記載のプロペラ。
8. 二重反転プロペラ装置であって、
   反対方向に同軸回転するように配置された２つのプロペラを含み、
   前記プロペラの少なくとも１つが先行する請求項のいずれか１項記載のプロペラである、
   二重反転プロペラ装置。
9. 両プロペラが、請求項１から請求項７のいずれか１項記載のプロペラである、請求項８記載の二重反転プロペラ装置。
10. 請求項１から請求項７のいずれか１項記載のプロペラを備えた、航空機。
11. 請求項８又は請求項９に記載の二重反転プロペラ装置を備えた、航空機。
12. 該航空機が、請求項１から請求項７のいずれか１項記載のプロペラを備えたパイロン、或いは前記パイロンの後方に設けられた請求項８又は請求項９記載の二重反転プロペラ装置を有する、請求項１０又は請求項１１記載の航空機。
13. 前記プロペラによって発生された騒音を検出するようになったセンサと、
    使用中に前記センサからの出力に応じて前記プロペラの速度を制御して該プロペラによって発生された騒音を能動制御するようになった制御装置と、
    を有する、請求項１０から請求項１２のいずれか１項記載の航空機。
14. 前記センサが、該航空機上に設けられる、請求項１３項記載の航空機。
15. 前記プロペラが、０°〜３６０°の間の１つの最適位相位置を有する、請求項１３又は請求項１４記載の航空機。
16. 添付図面を参照して本明細書で上述したのとほぼ同様である、プロペラ。
17. 添付図面を参照して本明細書で上述したのとほぼ同様である、二重反転プロペラ装置。
18. 添付図面を参照して本明細書で上述したのとほぼ同様である、航空機。