JP2013107528A

JP2013107528A - ヘリコプターの回転翼

Info

Publication number: JP2013107528A
Application number: JP2011254952A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Hirata; 好男平田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】ヘリコプターの回転翼がヘリコプターの胴体を叩きつけることのない、まったく新しい構造とすることによって、ヘリコプターの騒音問題を解消するようにしたヘリコプターの回転翼を提供する。
【解決手段】駆動シャフトに接続される回転翼の構成が、上下に隙間をあけて設けられた上部回転体と下部回転体とからなる二重円盤構造を有し、該二重円盤構造の中心が駆動シャフトに連結され、上部回転体の回転中心の周りに所定長さの円弧を有する複数の扇形の傾斜羽根を回転翼の逆回転方向に下り勾配を有して形成すると共に、上部回転体と下部回転体の外周においてこれらの上部回転体と下部回転体を連結する受け羽根部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に設け、各受け羽根部材は回転翼の逆回転方向に下り勾配を有する連結傾斜板と該連結傾斜板の側部に沿って形成された外側枠を有する一方、下部回転体の下面は平板な状態でヘリコプターの胴体に臨ませた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘリコプターの回転翼が回転する際に発生する騒音を低減するようにしたヘリコプターの回転翼に関する。

従来のヘリコプターは、前方の操縦席を構成する胴体と、ヘリコプターを前進させるために必要な揚力及び推力を発生させるために胴体の上部に取付けられた回転翼と、ヘリコプターの尾翼に設けられたテール部回転翼とを備えている。

また、上記のように胴体の上部に設けられた回転翼は、駆動シャフトと、スワッシュプレートを介して駆動シャフトに揺動可能に連結された多数のローターブレードを有している。また、このようなヘリコプターにおいては、エンジンと駆動シャフトとの間に設けられた動力伝達装置を有し、エンジンの駆動力を動力伝達装置を介して駆動シャフトに伝達することにより回転翼を回転すると共に、スワッシュプレートを揺動させることにより回転翼を傾け、これによってヘリコプターを所望の方向へ前進させるようにしている。

なお、エンジンの駆動によって回転翼が回転すると、反作用トルクがヘリコプターの胴体に伝達され、テール部回転翼が回転することによって胴体に反対方向トルクが作用し、これによってヘリコプターの胴体が回転することなくバランスが保たれることとなる。

ところで、上記の構造を有するヘリコプターには従来から騒音の問題があり、この騒音が乗員の快適性を損なうだけではなく、飛行中においては、周辺環境に対して騒音公害を引き起こすこととなるため、従来から騒音低減のための技術が開発されている。

そこで、ヘリコプターの騒音を低減する従来の技術として、後述する特許文献１を参照する。この特許文献１に記載されている技術は、ローターブレードの後縁に小型フラップを設け、その小型フラップの角度を、ローターブレード内に設けたピエゾ素子利用の捩じりアクチュエーターできめ細かく制御することによって、ローターブレードの空力特性を改善し、それによりローターの回転速度を低くして騒音を低減させるというものである。

しかしながら、高速回転中のローターブレードにおいてフラップを的確に作動させるには、大きな制御力と高い応答性が要求されるため、フラップによる騒音対策は、事実上困難である。

ところで、本願の発明者は、上記のようなヘリコプターに発生する騒音について研究した結果、その原因は、ヘリコプターのエンジン音等によって発生するほかに、次のようなヘリコプター特有の構造が原因となっていることを見出すことができた。即ち、ヘリコプターのローターブレードが回転する際、各ローターブレードを上方から下方へまわる気流が生じ、この気流がヘリコプターの胴体を叩き付ける結果、衝撃音が発生することを見出すことができたのである。

さらに、本願の発明者は、上記のようにヘリコプターの回転翼に生じる気流がヘリコプターの胴体を叩き付ける際に騒音が発生すると共に、空気エネルギーを損失する原因にもなるため、エンジンの動力供給に無駄が生じるとの結論に至った。

そこで、本願の発明者は、上記の騒音原因を解消するため、従来の複数のローターブレードを有する構造を廃し、まったく新しい構造の回転翼を開発することによって、ヘリコプターの騒音問題を解消するに至ったのである。

特開平１０−２７１８５２号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、回転翼がヘリコプターの胴体を叩きつけない構造とすることによって、従来のヘリコプターの騒音問題を解消すると共に、空気エネルギーの損失原因を解消するため、従来の複数のローターブレードを有する構造を廃し、まったく新しい構造によるヘリコプターの回転翼を提供することを目的としている。

上記の問題を解決するために、本発明の請求項１のヘリコプターの回転翼は、ヘリコプターの胴体の上部に該ヘリコプターを前進させる揚力及び推力を発生させるための回転翼を取付けると共に、ヘリコプターの尾翼にテール部回転翼を設けたヘリコプターにおいて、ヘリコプターのエンジンに設けられた駆動シャフトに接続される回転翼の構成が、上下に所定幅の隙間をあけて設けられた上部回転体と下部回転体とからなる二重円盤構造を有し、該二重円盤構造の中心が駆動シャフトに連結され、上部回転体の回転中心の周りに所定長さの円弧を有する複数の扇形の傾斜羽根を回転翼の逆回転方向に下り勾配を有して形成すると共に、上部回転体と下部回転体の外周においてこれらの上部回転体と下部回転体を連結する受け羽根部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に設け、各受け羽根部材は回転翼の逆回転方向に下り勾配を有する連結傾斜板と該連結傾斜板の側部に沿って形成された外側枠を有する一方、下部回転体の下面は平板な状態でヘリコプターの胴体に臨ませたことを特徴とする。

また、本発明の請求項２のヘリコプターの回転翼は、請求項１において、各受け羽根部材の上面に受け羽根部材を支持する棒状の補強部材を接続すると共に、各補強部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に接続したことを特徴とする。

さらに、本発明の請求項３のヘリコプターの回転翼は、請求項１又は請求項２において、回転翼の外周に設けられた各受け羽根部材の側部に下部回転体の外周の内側へ傾斜した外側枠を設け、各外側枠に当たった空気流を下部回転体の下方内部に斜め方向に流入させるようにしたことを特徴とする。

本発明において、駆動シャフトに接続される回転翼の構成は、上部回転体の回転中心の周りに所定長さの円弧を有する複数の扇形の傾斜羽根を回転翼の逆回転方向に下り勾配を有して形成した構成とし、さらに上部回転体と下部回転体の外周において、これらの上部回転体と下部回転体を連結する受け羽根部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に設けた構成としている。また、このような構成において、各受け羽根部材は回転翼の逆回転方向に下り勾配を有する連結傾斜板と該連結傾斜板の側部に沿って形成された外側枠を有する構成としている。

従って、エンジンを回転し、回転翼が回転すると、回転翼の各傾斜羽根はその勾配面の下部に直接風圧を受けると共に、気流の流れは各傾斜羽根の上部において低圧となる一方、各傾斜羽根の下部において高圧となるため、各傾斜羽根を上方に持ち上げる揚力が生じる。

また、各傾斜羽根の下部に流下した空気流は各傾斜羽根の下部に入って上部回転体と下部回転体の間に流下し、遠心力の作用によって上部回転体と下部回転体との間の外方へ流れる結果、回転翼の外周の各受け羽根部材に衝突する。従って、回転翼の外周の各受け羽根部材に衝突した空気流は、各受け羽根部材の連結傾斜板の傾斜した面の下部に直接風圧を受ける一方、気流の流れは各連結傾斜板の上部において低圧となり、各連結傾斜板の下部において高圧となるため、各連結傾斜板を上方に持ち上げる揚力が生じる。

さらに、各受け羽根部材においては、回転翼の外周の内側に向けて傾斜した外側枠に当たり、該外側枠に当たった気流は回転翼の下部回転体の下方内部に流入することによってヘリコプターの胴体を持ち上げる揚力として作用する。

従って、本発明のヘリコプターの回転翼によれば、上記のように、回転翼が回転した際、回転翼の各傾斜羽根と、回転翼の外周の複数の受け羽根部材の連結傾斜板と、各受け羽根部材の外側枠に作用する空気流の総合的な力が、効率的にヘリコプターを持ち上げる揚力として作用することになる。

また、上記の構成において、下部回転体の下面は平板な状態でヘリコプターの胴体に臨ませた構成としているため、下部回転体の中心軸部の周部は平坦な面が形成されているだけであり、従来のように回転翼が回転することに伴う風圧が胴体に当たって騒音を発生することがなく、騒音の低減にも有益となる。

さらに、本発明の構成によれば、ヘリコプターの回転翼が二重円盤構造による傘型の構成とされているため、従来のヘリコプターのローターブレードのようにしなりが発生せず、回転翼を大型化することが可能であり、その大型化した回転翼に応じてヘリコプター全体を大型化することも可能となる。

また、本発明において、回転翼の外周に設けられた各受け羽根部材の側部に下部回転体の外周の内側へ傾斜した外側枠を設けたことにより、回転翼の回転に伴って発生した空気流は、各受け羽根部材の外側枠に当たり、回転翼の下部回転体の下方内部に斜め方向に流入することによって、下部回転体の底部において高圧力の渦流を形成し、ヘリコプターの胴体を持ち上げる揚力として作用する。

本発明における実施例の回転翼をヘリコプターに取り付けた状況を示す斜視図である。本発明における実施例の回転翼をヘリコプターから取りはずした状況を示す斜視図である。本発明における実施例の回転翼の上面図である。本発明における実施例の回転翼の下面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本実施例のヘリコプター１は、図１または図２に示すように、胴体２の前方にヘリコプター１の操縦席３が設けられ、操縦席３の前部には操縦装置（不図示）が設けられている。なお、図１および図２には、本実施例のヘリコプター１の構造として、一般的な小型ヘリコプター１の胴体２を構成しているが、ヘリコプター１に使用できる胴体であれば、後述する回転翼４の性能に応じて他の構造および大きさの胴体２を使用することが可能である。

また、胴体２の後方には尾翼５が設けられ、尾翼５の後端には、胴体２および尾翼５の回転を防止するための反作用トルクを生じさせるために構成されたテール部回転翼６が設けられている。

また、図２に示すように、胴体２に設けられたエンジン７の駆動シャフト８はスワッシュプレート９を介して回転翼４を取り付けることができる。なお、スワッシュプレート９は、駆動シャフト８の上端部の外周に設けられ、駆動シャフト８を回転翼４の中心軸１０ａに連結する一方、スワッシュプレート９に接続した回転翼４に傾きを生じさせることができ、回転翼４が傾いた方向にヘリコプター１を旋回させることが可能とされている。

なお、従来のヘリコプター１ではスワッシュプレート９によって各ブレードの傾きを前後に生じさせるが、本実施例では、スワッシュプレート９によって回転翼４全体に傾きを生じさせることにより、ヘリコプター１の旋回方向を変えることが可能となるように構成されている。

上記の構成において、駆動シャフト８に接続する回転翼４は、図２または図３に示すように、上下に所定幅の隙間Ｇ２を開けて設けられた二重円盤構造１０を有する上部回転体１１と下部回転体１２との中心が駆動シャフト８に連結可能な構成とされている。このような上部回転体１１と下部回転体１２、及び後述する受け羽根部材１３等の構成材料としては、アルミニウムや炭素鋼を主とする剛性が強く軽量な材料を使用するとよい。さらには、最近になって開発され、ジェット機の胴体等に使用されている炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)を使用するようにしてもよい。

なお、上部回転体１１と下部回転体１２との隙間Ｇ２の幅が狭すぎる場合、上部回転体１１と下部回転体１２間における音の反響等が原因となって騒音が発生するおそれがあるため、設計の段階で、そのような騒音が発生しない幅に調整するとよい。

また、本実施例においては、図１または図２に示すように、上部回転体１１と下部回転体１２とからなる二重円盤構造１０の中心が駆動シャフト８に連結され、上部回転体１１の回転中心の周りに所定長さの円弧を有する複数の扇形の傾斜羽根１４を回転翼４の逆回転方向に下り勾配を有して形成した構成としている。

このような構成においては、例えば、上部回転体１１を形成する円盤材料の外周にリング形状の周縁部１５を形成すると共に、その内部の中心軸周りに所定角度で複数の円弧形を成す扇形の傾斜羽根１４の一方の半径を切り抜くと共に、円弧の一部を周縁部１５との連結部１６として残し、傾斜羽根１４の他方の半径に沿って折曲することにより、傾斜羽根１４を回転翼４の逆回転方向に所定角度の下り勾配を有するように形成する。

また、円弧の一部を残した連結部１６は扇形の傾斜羽根１４とリング形の周縁部１５との連結部とし、該連結部位１６に後述する受け羽根部材１３を支持するための補強部材１９を固定するようにしている。なお、このような構成において、リング形の周縁部１５の形状を断面三角形の上部両辺を成すように形成した補強形状とし、この形状のリング形の周縁部１５に補強部材１９を貫通状態で固定したり、溶接で固定した構成とすることも可能である。

さらに、上部回転体１１と下部回転体１２の外周において、これらの上部回転体１１と下部回転体１２を連結する受け羽根部材１３を上部回転体１１に設けた傾斜羽根１４の間毎に設ける。即ち、図３に示すように、各受け羽根部材１３は、回転翼４の逆回転方向に所定角度の下り勾配を有する連結傾斜板１７と該連結傾斜板１７の側部に沿って設けられた外側枠１８を有する構成とされている。

そして、上記のように、各受け羽根部材１３の上面に棒状の補強部材１９を連結すると共に、各補強部材１９を上部回転体１１に設けた傾斜羽根１４の間毎に接続する。このような構成において、各受け羽根部材１３の連結傾斜板１７は、上部回転体１１と下部回転体１２を同時に連結するため、上部回転体１１と下部回転体１２に形成した隙間Ｇ２の幅を一定に保つことが可能となる。

さらに、各受け羽根部材１３において、上記のように連結傾斜板１７の上面に補強部材１９を固定することにより、各受け羽根部材１３を上部回転体１１に連結する一方、各連結傾斜板１７の途中を下部回転体１２の周部に形成した切込部１３ａに食い込ませた構成によって固定するようにしてもよい。

なお、上記の構成においては、補強部材１９を使用すると共に、各連結傾斜板１７を下部回転体１２の周部に形成した切込部１３ａに食い込ませた構造としてあるが、そのような構成を採用せずに、各受け羽根部材１３を上部回転体１１と下部回転体１２に溶接等によって接合した構成とすることも可能である。また、上部回転体１１、下部回転体１２及び各受け羽根部材１３の構成材料として、アルミニウムや炭素鋼、又は炭素繊維強化プラスチック(ＣＦＲＰ)を使用した場合、その材料の特性に応じて、上部回転体１１、下部回転体１２及び各受け羽根部材１３とからなる回転翼２を一体成形で形成するようにしてもよい。

また、各受け羽根部材１３は、勾配の下方に至るに従って下部回転体１２の内側へ向けて傾斜するように形成されている。即ち、各受け羽根部材１３において各連結傾斜板１７の側部には上部回転体１１と下部回転体１２との隙間Ｇ２にほぼ等しい幅を有する外側枠１８を下部回転体１２の内側へ向けて傾斜した状態に固定している。

このような構成により、回転翼４を回転するに伴って各外側枠１８に当たった空気流は回転翼４の下部回転体１２の下方内部に斜め方向に流入し、下部回転体１２の底部において高圧力の渦流を形成するため、ヘリコプター１の胴体２を持ち上げる揚力として作用する。

従って、上記の構成により、エンジンを駆動することによって、図３に示す時計回りに回転翼４が回転すると、回転翼４の各傾斜羽根１４は勾配面の下部に直接風圧を受けると共に、気流の流れは各傾斜羽根１４の上部において低圧となる一方、各傾斜羽根１４の下部において高圧となるため、各傾斜羽根１４を上方に持ち上げる揚力が生じ、ヘリコプター１を上昇することが可能となる。

また、上記のように回転翼４が回転して、回転翼４の各傾斜羽根１４の勾配面の下部に風圧を受けた後に流下する空気流が、各傾斜羽根１４の下部の流入口Ｇ１から上部回転体１１と下部回転体１２の隙間Ｇ２に入ると、回転する回転翼４の遠心力によって上部回転体１１と下部回転体１２との隙間Ｇ２の外方へ流れる結果、回転翼４の外周の複数の受け羽根部材１３に衝突する。

次いで、回転翼４の外周の各受け羽根部材１３に衝突した空気流は、各受け羽根部材１３の連結傾斜板１７の勾配面の下部に風圧を受ける一方、気流の流れは各連結傾斜板１７の上部において低圧となり、各連結傾斜板１７の下部において高圧となるため、各連結傾斜板１７を上方に持ち上げる揚力が生じる結果、ヘリコプター１を上昇することとなる。

さらに、回転翼４の外周の各受け羽根部材１３に衝突した空気流は、回転翼４の外周の内側に向けて傾斜した各受け羽根部材１３の外側枠１８に当たり、回転翼４の下部回転体１２の下方内部に斜め方向に流入することによって、下部回転体１２の底部において高圧力の渦流を形成し、ヘリコプター１の胴体２を持ち上げる揚力として作用することとなる。

従って、本実施例の回転翼４によれば、上記のように、回転翼４が回転した際、回転翼４の各傾斜羽根１４と、回転翼４の外周の複数の受け羽根部材１３の連結傾斜板１７と、各受け羽根部材１３の外側枠１８とに作用する空気流の総合的な力によって、効率的にヘリコプター１を持ち上げる揚力として作用することになる。

さらに、上記の構成において、下部回転体１２の下面は平板な状態でヘリコプター１の胴体２に臨ませた構成としている。即ち、図４に示すように、下部回転体１２の外周には、複数の受け羽根部材１３が連結傾斜板１７と外側枠１８とからなる構成で取り付けられているが、下部回転体１２の中心軸１０ａの周部は平坦な面が形成されているだけである。

従って、上記の構成の回転翼４をヘリコプター１の胴体２に設けられたエンジンの駆動シャフト８に接続すると、回転翼４の下部回転体１２の平坦な下面がヘリコプター１の胴体２に臨むことになる。また、下部回転体１２の外周の各受け羽根部材１３はヘリコプター１の胴体２から比較的離れた位置で回転することになり、従来のように回転翼４が回転することに伴う風圧が胴体２に当たっても騒音を発生することがなく、騒音の低減に有益なものとなる。

本発明のヘリコプターの回転翼は、ヘリコプターの騒音原因を解消するため、従来の複数のローターブレードを有する構造を廃し、まったく新しい構造の回転翼を開発することによって、ヘリコプターの騒音問題を解消したヘリコプターの回転翼として利用可能である。

１ヘリコプター
２胴体
３操縦席
４回転翼
５尾翼
６テール部回転翼
７エンジン
８駆動シャフト
９スワッシュプレート
１０二重円盤構造
１０ａ中心軸
１１上部回転体
１２下部回転体
１３受け羽根部材
１４傾斜羽根
１５周縁部
１６連結部位
１７連結傾斜板
１８外側枠
１９補強部材
Ｇ１流入口
Ｇ２隙間

Claims

ヘリコプターの胴体の上部に該ヘリコプターを前進させる揚力及び推力を発生させるための回転翼を取付けると共に、ヘリコプターの尾翼にテール部回転翼を設けたヘリコプターにおいて、
ヘリコプターのエンジンに設けられた駆動シャフトに接続される回転翼の構成が、
上下に所定幅の隙間をあけて設けられた上部回転体と下部回転体とからなる二重円盤構造を有し、該二重円盤構造の中心が駆動シャフトに連結され、
上部回転体の回転中心の周りに所定長さの円弧を有する複数の扇形の傾斜羽根を回転翼の逆回転方向に下り勾配を有して形成すると共に、
上部回転体と下部回転体の外周においてこれらの上部回転体と下部回転体を連結する受け羽根部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に設け、
各受け羽根部材は回転翼の逆回転方向に下り勾配を有する連結傾斜板と該連結傾斜板の側部に沿って形成された外側枠を有する一方、
下部回転体の下面は平板な状態でヘリコプターの胴体に臨ませたことを特徴とするヘリコプターの回転翼。
各受け羽根部材の上面に受け羽根部材を支持する棒状の補強部材を接続すると共に、各補強部材を上部回転体に設けた傾斜羽根の間毎に接続したことを特徴とする請求項１記載のヘリコプターの回転翼。
回転翼の外周に設けられた各受け羽根部材の側部に下部回転体の外周の内側へ傾斜した外側枠を設け、各外側枠に当たった空気流を下部回転体の下方内部に斜め方向に流入させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のヘリコプターの回転翼。