JP2014076674A

JP2014076674A - 同軸反転式無人ヘリコプタ

Info

Publication number: JP2014076674A
Application number: JP2012223747A
Authority: JP
Inventors: Takakazu Uehori; 高和上堀; Shunichi Suzuki; 俊一鈴木
Original assignee: Hirobo Ltd
Current assignee: Hirobo Ltd
Priority date: 2012-10-08
Filing date: 2012-10-08
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-08
Also published as: JP5260779B1

Abstract

【課題】同軸反転式無人ヘリコプタのヨー軸制御機構を、簡易な構成で精密な調整をしなくとも上側ロータブレードのピッチ角を正確に制御できるように構成する。
【解決手段】同軸反転式ヘリのメインマスト１３内にラダーコントロールロッド１３ｃを挿通し、その下端部をラダーサーボＲＳの出力レバーに接続し、上端部にミキングロッドヘッド２６を固定する。ミキシングロッドヘッドの側面部に、上側スワッシュプレート１７と接続したリンク機構を取り付け、ラダーコントロールロッドとともに上下動するミキシングロッドヘッドの上下の変位を前記リンク機構を介して上側ブレードホルダー１５ｂを支軸廻りに傾動させる変位に変換し、上側ロータブレード１５ｃのピッチ角を変化させる。
【選択図】図８

Description

本発明は、互いに逆方向へ回転する上下のメインロータがメインマストに設けられた、遠隔制御或いは自律制御によって飛行する同軸反転式の無人ヘリコプタに関する。

同軸反転式ヘリコプタは、メインマストに沿って同軸に配置した上下のメインロータを互いに逆方向へ回転させることにより、揚力の発生とトルクの相殺を同時に実現するように構成されており、テールロータに変わる機首の方向制御（ヨー軸の制御）は、可変ピッチタイプのものでは上側メインロータと下側メインロータとでロータブレードのピッチ角に差をつけることにより実現される。
この場合に、メインマストにサーボを取り付けるなどして、上下のメインロータの傾動を個別に制御して、上下のロータブレードのピッチ角に差が設けられるようにしたのでは、メインマスト廻りの機構が著しく複雑となってしまう（例えば特許文献１参照）。

そこで、メインマストの内部にインナーシャフトを上下動自在に設け、メインマストの上側メインロータと上側スワッシュプレートとの間の部分に、上側スワッシュプレートとロッド及びリンクアームを介して接続した中継リンク装置を配置し、前記インナーシャフトの先端から上側メインロータのヨークを貫通させて下方へ垂設した連結ロッドを前記中継リンク装置に連結し、インナーシャフトを上下動させて中継リンク装置を上下に変位させ、これに伴い上側スワッシュプレートにロッドを介して接続した上側メインロータの固定アームを回動せしめてロータブレードのピッチ角を変化させることにより、機体のヨー軸の制御が行われるようにした構成のものが知られている（例えば特許文献２参照）。

特開昭６２−１２５００号公報特開２００２−３１６６９９号公報

前記従来のものは、上側メインロータと上側スワッシュプレートとの間に中継リンク装置を配置してあるため、必然的に上下のメインロータ間が長くなって機体をコンパクトに構成することができず、機体設計の自由度も制限を受けるという問題がある。また、上側メインロータをメインマストに固定するヨーク内に連結ロッドを貫通させてあるためヨークの強度が低く、飛行中に大きな力が加わる上側メインロータとメインマストの連結部分が破損し易くなるという構造上の問題もある。

また、中継リンク装置の周面にリンクアームを取り付け、このリンクアームに、その直下に配置された上側スワッシュプレートに連結されたロッドを接続してあるため、中継リンク装置のメインマストに沿った上下方向の作動領域は極めて小さく、中継リンク装置を僅かにでも上下に移動させると、上側スワッシュプレートにより制御されるロータブレードのピッチ角が大きく変化してしまう。
つまり、インナーシャフトによって上下に移動せしめられる中継リンク装置の変位量に対し、ロータブレードのピッチ角の変化量が極めて大きいため、ロータブレードのピッチ角が精密且つ正確に設定されるようにリンク機構の作動範囲量を調整することが難しく、また、ピッチ角を微妙に調整して機体のヨー軸制御を行うことが難しいため、遠隔操縦のものでは良好な操作性及び飛行安定性の実現は困難であった。

また、本出願人において、同軸反転式の遠隔操縦ヘリコプタ（以下、Ｒ／Ｃヘリと総称する）を含む様々な形態のＲ／Ｃヘリにおいて、スワッシュプレートの操作入力に対するメインロータのジャイロプリセッションが現われる位置を検証したところ、メインロータブレードの重量に関わらず、ジャイロプリセッションは、スワッシュプレートからの操作入力に対して９０度よりも小さな範囲で現れることが判明した。
メインロータは、実際にジャイロプリセッションが現われる位置に配置されていることが理にかなっており、これにより同軸反転式のＲ／Ｃヘリの操作性及び飛行安定性の向上が図れると考えられる。

本発明は従来技術の有するこのような問題点に鑑み、同軸反転式無人ヘリコプタのヨー軸制御機構を、メインロータ廻りにヨー軸制御のためのロッドや中継リンクなどの部材を配置することなく簡易な構成で、精密な調整をしなくとも上側ロータブレードのピッチ角を正確に制御することができるようすること、及びヨー軸制御を含めた同軸反転式無人ヘリコプタの飛行動作をより安定させて、操作性を向上させることを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、メインマストに設けられた同軸上で互いに逆回転する回転軸に上下のメインロータがそれぞれ取り付けられ、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角を、上下のスワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させて飛行する同軸反転式無人ヘリコプタにおいて、
前記メインマスト内にラダーコントロールロッドを挿通し、メインマストの下端部から突出したラダーコントロールロッドの下端部にリンク機構を介してラダーサーボを接続し、ラダーサーボの作動によりラダーコントロールロッドが上下動するように設ける一方、
メインマストの上端部から突出したラダーコントロールロッドの上端部にはミキングロッドヘッドを固定し、このミキシングロッドヘッドに、上側メインロータのヨークに回転自在に取り付けられた上側ブレードホルダーと上側スワッシュプレートとを接続するリンク機構を取り付け、
前記ラダーサーボの作動によってラダーコントロールロッドとともに上下動するミキシングロッドヘッドの上下の変位が前記リンク機構を介して上側ブレードホルダーを支軸廻りに傾動させる変位に変換して上側ロータブレードのピッチ角を変化させることにより、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角に差が設けられるようした構成を有することを特徴とする。

また、本発明は前記構成の同軸反転式無人ヘリコプタにおいて、上下のメインロータはそれぞれ上下のスワッシュプレートからの操作入力に対して出力となるそれぞれのメインロータのジャイロプリセッションが９０度よりも小さな範囲で現れるように設けられ、上下のメインロータの取り付け位置を上下のスワッシュプレートによる上下のメインロータへのサイクリックコントロールのそれぞれの入力位置に対してメインマスト廻りで９０度よりも小さな角度に設けて、上下のメインロータと上下のスワッシュプレートをそれぞれリンク機構を介して接続した構成を有することを特徴とする。

本発明によれば、メインマスト内に上下に作動するラダーコントロールロッドを通し、メインマストの上端部から突出したラダーコントロールロッドの上端部にミキシングロッドヘッドを固定し、このミキシングロッドヘッドの側面部、つまり上側メインロータの上方に、上側スワッシュプレートと接続するリンク機構を取り付けて、上側スワッシュプレートからの入力と、ラダーコントロールロッドの上下動に伴うミキングロッドヘッドの上下の変位とを前記リンク機構によりミキングして上側ブレードホルダーに伝達し、上側ブレードホルダーが傾動することで上側ロータブレードのピッチ角が変化して、下側メインロータのロータブレードとのピッチ角に差が設けられるように構成してある。
ヨー軸を制御するための部材が上側メインロータの上方に設けてあるので、上下のメインロータ間を必要以上に長く設ける必要がないなど、従来のものよりも機体設計の自由度が増し、機体をコンパクトに構成することができる。
また、上下に変位する部材であるミキングロッドヘッドをラダーミキシングロッドの上端に設置して、これと上側スワッシュプレートとの配置間隔を大きく設けて両部材をリンク機構で接続してあるので、ミキングロッドヘッドの上下方向の作動範囲をある程度大きく設け、その作動範囲に対応させて上側ロータブレードのピッチ角を変化させる量を設定することで、リンク機構の作動範囲量を微妙に調整しなくとも、上側ロータブレードのピッチ角を所定の角度に精密且つ正確に制御することが可能となる。上側ロータブレードのピッチ角を精密に制御して機体のヨー軸制御を行うことができるので、遠隔操縦のものでは良好な操作性及び飛行安定性を得ることができる。

また、本発明によれば、スワッシュプレートからの操作入力に対して出力となるメインロータのジャイロプリセッションが９０度よりも小さな範囲で現れることに対応させて、スワッシュプレートからの操作入力に対する上下のメインロータの位相角を９０度ではなく鋭角の角度の範囲に調整してメインマストにそれぞれ取り付けて構成することで、機体や送信機の諸設定箇所を精密に調整しなくとも、無人ヘリコプタの飛行動作を安定させ、操作性を飛躍的に向上させることが可能となる。

本発明の一実施形態のロータヘッドを装備したＲ／Ｃヘリの正面図と側面図である。図１のＲ／Ｃヘリのカウルを取り外した状態の機体の前側斜視図と後側斜視図である拡大外観斜視図である。図２の機体の下側メインロータ側を拡大して示したロータヘッドの外観図である。図２の機体の上側メインロータ側を拡大して示したロータヘッドの外観図である。図２の機体のロータブレードを取り外した状態の上側メインロータ部分の外観図である。図２の機体の概略横断面図である（見やすくするため破断線は省略してある）。メインマスト廻りにおけるスワッシュプレートのサイクリックコントロールの入力位置とメインロータの配置関係を示した図であり、（Ａ）は従来のロータヘッド、（Ｂ）は本発明のロータヘッドである。図２の機体のギヤボックスユニットの側面図である。図８の状態からミキシングロッドヘッドを上昇させたときのギヤボックスユニットの側面図である。図８の状態からミキシングロッドヘッドを下降させたときのギヤボックスユニットの側面図である。

本発明の好適な一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態のロータヘッドを装備したＲ／Ｃヘリの外観を示している。図示されるように、本形態は、同軸上で互いに逆回転する上下のメインロータを有する同軸反転式のＲ／Ｃヘリに本発明を適用したものである。同図において、符番１はＲ／Ｃヘリ、２はカウル、３は後述する電動モータを駆動するバッテリーである。

図２はカウル２を取り外した状態のＲ／Ｃヘリ１の機体の前側と後側の外観を示しており、同図に示されるように、機体４は、アルミニウム製のパイプを枠状に組み立て構成された機体フレーム５に、上下のメインロータが取り付けられたロータヘッド７に電動モータ８を組み付けてなるギヤボックスユニット６、電動モータ８の制御回路が収納されたモータコントロールボックス９、各サーボの制御回路が収納されたサーボコントロールボックス１０、スキッド１１、さらには図示されない操舵信号の受信装置などの、ユニット化された各部材を一体に取り付けて構成してある。符番１２は電動モータ８を冷却するモータファンを内部に収納したダクト付きモータカバーである。

ロータヘッド７は、図３〜図６に示されるように、メインマスト１３、上下のメインロータ１４，１５、スワッシュプレート１６，１７、エレベータサーボＥＳ、エルロンサーボＡＳ、ピッチサーボＰＳ、ラダーサーボＲＳなどの部材と、これら各部材の作動部を相互に連結してリンク機構を構成するロッドを備えて構成されている。

詳しくは、メインマスト１３は、中空なロアメインマスト１３ａの内部に、同じく中空でロアメインマスト１３ａよりも長いアッパーメインマスト１３ｂを装填して同軸に配置し、図６に示されるように、両マストの下端部にそれぞれ固着されたベベルギヤ１８ａ，１８ｂをメインマスト１３の下部に設置された電動モータ８の出力軸に固着されたベベルギヤ１８ｃに噛み合わせて連結し、電動モータ８を駆動することにより、両マストが互いに逆方向に回転するように構成してある。
アッパーメインマスト１３ｂの内部には、ラダーミキシングロッド１３ｃを当該アッパーメインマスト１３ｂの内周面に沿って摺動自在に挿通してあり、このラダーミキシングロッド１３ｃの上端部をメインマスト１３の上方に突出させるとともに、後述するミキシングロッドヘッド２６を一体に固着し、その下端部には軸受けを介してラダープッシュプルアーム１９の端部を接続してある。
ミキシングロッドヘッド２６は、後述するラダーストッパープレート３１とアジャストロッド２８を介してアッパーメインロータ１５に取り付けられて、メインマスト１３内で、アッパーメインロータ１５と一体に回転する。
ラダープッシュプルアーム１９の他端部は、メインマスト１３の下方で中央を回転自在に軸支して取り付けられたラダーミキシングアーム２０の一端部に軸支され、ラダーミキシングアーム２０の他端部は、一端がラダーサーボＲＳのサーボホーンに接続した下向きの出力レバー３４に接続した、ラダープッシュプルアーム１９の他端部に接続してある（図６参照）。

ロアメインロータ１４は、図３に示されるように、ロアメインマスト１３ａの外周に一体に固着したロアヨーク１４ａと、ロアヨーク１４ａの左右両側に、メインマスト１３と直交する軸方向の周りに回転自在に取り付けられた一対のロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂと、ロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂの元端部を上下両面から挟み込みボルトを貫通させて所定のピッチ角でロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂに一体に取り付けられたロアロータブレード１４ｃ，１４ｃとにより構成してある。

ロアヨーク１４ａは、ロアメインマスト１３ａの外周面に一体に固着した周面部にロアラジアスブロック２１が一体に固着してあり、ロアラジアスブロック２１に連結したロアラジアスアーム２２を、後述するロアスワッシュプレート１６のロア回転スワッシュ１６ｂに一体に接続してある。
また、ロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂには、マスト１３と直交する軸方向を支点として回転自在にロアヨーク１４ａに取り付けられたミキシングアームロア２３，２３の端部が、ロアピッチアーム２４を介してそれぞれ回転自在に連結してある。
ミキシングアームロア２３，２３の他端部は、マスト１３と平行に鉛直向きに配置されたアジャストロッド２５，２５の上端部がそれぞれ連結し、このアジャストロッド２５，２５の下端部はロアスワッシュプレート１６のロア回転スワッシュ１６ｂに連結してある。

ロアメインロータ１４は、ロアメインマスト１３ａと一体に回転しつつ、アジャストロッド２５、ミキシングアームロア２３及びロアピッチアーム２４を介して、後述するロアスワッシュプレート１６の傾動動作がロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂに伝達され、ロアブレードホルダ１４ｂ，１４ｂがメインマスト１３と直交する軸方向の周りに傾動するのに伴ってロアメインロータ１４全体が適宜に傾くことにより、ロアロータブレード１４ｃ，１４ｃのピッチ角を変化させるように構成してある。

アッパーメインロータ１５は、図４に示されように、アッパーメインマスト１３ｂの外周に一体に固着したアッパーヨーク１５ａと、アッパーヨーク１５ａの左右両側に、メインマスト１３と直交する軸方向の周りに回転自在に取り付けられた一対のアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂと、アッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂの元端部を上下両面から挟み込みボルトを貫通させて所定のピッチ角でアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂに一体に取り付けられたアッパーロータブレード１５ｃ，１５ｃとにより、ロアメインロータ１４と同様に構成してある。

アッパーメインロータ１５の上方には、前記メインマスト１３の上端から突出したラダーミキシングロッド１３ｃの端部にミキシングロッドヘッド２６が取り付けてある。アッパーヨーク１５ａの上方に位置するミキシングロッドヘッド２６の左右両側部には、マスト１３と直交する軸方向を支点として回転自在にアッパーミキシングアーム２７，２７を取り付けてある。また、ミキシングロッドヘッド２６の前後両側部には、同じくマスト１３と直交する軸方向を支点として回転自在であってアッパーメインロータ１５の軸方向に沿って配置されたアジャストロッド２８，２８を取り付けてある。
アッパーブレードホルダ１５ｂ、１５ｂの一側には、アッパーピッチアーム２９，が取り付けられ、このアッパーピッチアーム２９の端部はアジャストロッド３０を介して前記アッパーミキシングアーム２７の中間部に設けられた軸部に連結してある。また、図５に示されるように、アッパーヨーク１５ａ，１５ａには、ラダーストッパープレート３１が取り付けられ、このラダーストッパープレート３１の端部には一端が前記ミキシングロッドヘッド２６に連結したアジャストロッド２８の他端部を連結してある。ラダーストッパープレート３１とアジャストロッド２８は、メインマスト１３に沿って上下動するミキシングロッドヘッド２６が飛行中にメインマスト１３の回転に伴い加わる力で捻れることがないようにミキシングロッドヘッド２６を支持する機能も奏する。
また、アッパーミキシングアーム２７，２７の端部は、アッパーヨーク１５ａの外周面に軸支されたミキシングアームアッパー３２とアジャストロッド４０を介して連結しており、ミキシングアームアッパー３２は、その端部に軸支されたアジャストロッド３３を介して、後述するアッパースワッシュプレート１７のアッパー上側回転スワッシュ１７ｂに連結してある。

アッパーメインロータ１５は、アッパーメインマスト１３ｂと一体に回転しつつ、アジャストロッド３３、ミキシングアームアッパー３２、アッパーミキシングアーム２７及びアッパーピッチアーム２９を介して、後述するアッパースワッシュプレート１７の傾動動作がアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂに伝達され、アッパーブレードホルダ１５ｂ、１５ｂがメインマスト１３と直交する軸方向の周りに傾動するのに伴ってアッパーメインロータ１５全体が適宜に傾くことにより、アッパーロータブレード１５ｃ，１５ｃのピッチ角を変化させるように構成してある。
また、アッパーメインロータ１５は、後述するように、ラダーサーボＲＳを作動させてラダーミキシングロッド１３ｃをマスト１３に沿って上下動させると、ラダーミキシングロッド１３ｃとともにその上端に固着されたミキシングロッドヘッド２６が上下に変位し、この変位に対応してアッパーミキシングアーム２７，２７が上下に回転することにより、後述するアッパー上側回転スワッシュ１７ｂからの入力をミキシングしてアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂに伝達し、アッパーロータブレード１５ｃ，１５ｃのピッチ角が変化することで、ロアメインロータ１４のピッチ角との差を設けて、Ｒ／Ｃヘリ１のヨー軸制御がなされるように構成してある。

ロアスワッシュプレート１６は、図３に示されるように、ロア固定スワッシュ１６ａの上側に、軸受け（図示せず）を介して、ロア回転スワッシュ１６ｂを回転自在に支持して構成され、その中央に形成された開口にメインマスト１３を通し、当該マストを中心としてマストと直交する方向の軸廻りで傾動自在に取り付けてある。
ロアスワッシュプレート１６の下側には、エレベータサーボＥＳ、エルロンサーボＡＳ及びピッチサーボＰＳの各サーボが設置されており、各サーボホーンに接続した上向きの出力レバー３４を、ロア固定スワッシュ１６ａの外周三方に各々連結してある。
ロア回転スワッシュ１６ｂは、ロアラジアスアーム２２及びロアラジアスブロック２１を介してロアヨーク１４ａに取り付けられ、ロアメインマスト１３ａと一体に回転するように取り付けてある。また、ロア回転スワッシュ１６ｂの外周面の対向位置には、上端部がミキシングアームロア２３に接続したアジャストロッド２５の下端部をそれぞれ連結してあるとともに、外周四方に４本のアジャストロッド３５の下端部を接続し、これらアジャストロッド３５の上端部を後述するアッパースワッシュプレート１７のアッパー下側回転スワッシュ１７ａの外周四方に連結してある。

アッパースワッシュプレート１７は、図４に示されるように、アッパー下側回転スワッシュ１７ａの上側に、軸受け（図示せず）を介して、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂを回転自在に支持して構成され、その中央に形成された開口にメインマスト１３を通し、当該マストを中心としてマストと直交する方向の軸廻りで傾動自在に取り付けてある。
アッパー下側回転スワッシュ１７ａは、その外周四方が前記アジャストロッド３５を介してロア回転スワッシュ１６ｂの外周四方に連結してあるとともに、アッパーラジアスブロック３６及びアッパーラジアスアーム３７を介してロアヨーク１４ａに固定され、ロアメインロータ１４と一体に回転するように取り付けてある。
また、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂは、アッパーラジアスアーム３８を介してアッパーメインマスト１３ｂの外周面に固着したアッパーラジアスブロック３９に固定され、アッパーメインロータ１５とともにアッパーメインマスト１３ｂと一体に回転するように取り付けてある。
また、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂの外周面の対向位置には、上端部がミキシングアームアッパー３２に接続したアジャストロッド３３の下端部をそれぞれ連結してある。

ロアスワッシュプレート１６とアッパースワッシュプレート１７は、エレベータサーボＥＳ、エルロンサーボＡＳ又はピッチサーボＰＳを駆動して各サーボホーンと接続した上向きの出力レバー３４を昇降作動させると、ロアスワッシュプレート１６のロア固定スワッシュ１６ａとロア回転スワッシュ１６ｂが、昇降する出力レバー３４の位置に対応してメインマスト１３の廻りで傾動し、ロア回転スワッシュ１６ｂの傾動に伴って、アッパースワッシュプレート１７の上下の回転スワッシュ１７ａ，１７ｂが、ロアスワッシュプレート１６と平行にメインマスト１３の廻りで傾動するように取り付けてある。

また、従来のＲ／Ｃヘリでは、図７（Ａ）に示されるように、ジャイロプリセッションが入力に対して９０度遅れて現れるとの知見に基づき、これを利用してメインロータＭＲの回転方向Ｒに対して９０度遅れたところで舵を入力、つまりメインロータＭＲの回転方向に対して９０度遅れた位置でスワッシュプレートを傾動させて、その操作入力ＳＩを、アジャストロッドを介してメインロータＭＲに入力してメインロータＭＲのピッチ角を変化させるようになっていた。
これに対し、本形態におけるロアメインマスト１３ａ廻りにおけるロアメインロータ１４とロアスワッシュプレート１６の配置は、ジャイロプリセッションが９０度よりも小さな範囲で現われるとの知見に基づき、これに対応させて、同図（Ｂ）に示されるように、ロアメインロータ１４の取り付け位置をロアスワッシュプレート１６によるロアメインロータ１４へのサイクリックコントロールの入力位置に対してロアメインマスト１３ａ廻りで９０度よりも小さな角度となるように設けて、つまりロアメインロータ１４の長軸方向の線分と、アジャストロッド２５を介してロアメインロータ１４に入力されるロア回転スワッシュ１６ｂの操作入力の位置との交差角度が鋭角な位相角αとなる位置に設けている。
そして、ロアメインロータ１４とロア回転スワッシュ１６ｂをアジャストロッド２５で連結し、ロア回転スワッシュ１６ｂの操作入力が、前記鋭角な位相角αのだけ進んだ位置でロアメインロータ１４に入力されて、そのピッチ角を変化させるようになっている。
また、アッパーメインマスト１３ｂ廻りにおけるアッパーメインロータ１５とアッパースワッシュプレート１７の配置も前記と同様に、アッパメインロータ１５の取り付け位置をアッパースワッシュプレート１７によるサイクリックコントロールの入力位置に対してアッパメインマスト１３ｂ廻りで９０度よりも小さな角度となるように設け、アッパーアメインロータ１５の長軸方向の線分と、アジャストロッド３３を介してアッパーメインロータ１５に入力されるアッパー上側回転スワッシュ１７ｂの操作入力の位置との交差角度が鋭角な位相角αとなる位置に設けている。
そして、アッパーメインロータ１５とアッパー上側回転スワッシュ１７ｂをアジャストロッド３３で連結し、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂの操作入力が、前記鋭角な位相角αだけ進んだ位置でアッパーメインロータ１５に入力されて、そのピッチ角を変化させるようになっている。
なお、上下のスワッシュプレート１６，１７のそれぞれの操作入力位置と上下のメインロータ１３，１４の取り付け位置は、前記鋭角な位相角αとなるように上下のメインマスト１６ａ，１６ｂの廻りで、それぞれの位置を、相対的に適宜な鋭角な角度だけ進めて、或いは遅らせて設定してもよい。

このように構成された本形態のＲ／Ｃヘリ１のヨー軸の制御は以下のようにして行われる。
先ず、図８に示されるように、上下のメインロータ１４，１５のロータブレード１４ｃ、１５ｃのピッチ角に差を設けない状態では、ラダーサーボＲＳの出力レバー３４はその作動範囲の中間位置に保持される。

この状態から、ラダーサーボＲＳを作動して出力レバー３４を下降させると、図９に示されるように、メインマスト１３内に装填されてアッパーメインマスト１３ｂ一体に回転するラダーミキシングロッド１３ｃが上昇し、その上端部に固着したアッパーミキシングヘッド２６が上方へ変位する。
この変位に対応してアッパーミキシングヘッド２６に回転自在に取り付けられたアッパーミキシングアーム２７，２７が取り付け部位を支点に回転して、その端部が下方へ変位し、この変位と、アジャストロッド３３、ミキシングアームアッパー３２及びアジャストロッド４０を介してアッパーミキシングアーム２７，２７に接続したアッパー上側回転スワッシュ１７ｂからの入力とがミキシングされるとともに、アッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂをアッパーヨーク１５ａ，１５ａの支軸廻りに傾動させる変位に変換される。そして、変換された変位は、アッパーピッチアーム２９，２９を介してアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂに伝達され、アッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂとともにアッパーロータブレード１５ｃ，１５ｃが傾動してピッチ角が変化し、これによりロアメインロータ１４のピッチ角に差がつけられ、機体のヨー軸制御が行われる。

これとは逆に、ラダーサーボＲＳの出力レバー３４を上昇させると、図１０に示されるように、ラダーミキシングロッド１３ｃとともにアッパーミキシングヘッド２６が下方へ変位し、これに対応してアッパーミキシングアーム２７，２７の端部が上方へ変位する。そして、この変位と、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂからの入力とがミキシングされるとともにアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂを傾動させる変位に変換されて、アッパーピッチアーム２９，２９を介してアッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂに伝達され、アッパーブレードホルダ１５ｂ，１５ｂ及びアッパーロータブレード１５ｃ，１５ｃが前記とは逆方向に傾動してピッチ角が変化し、ロアメインロータ１４のピッチ角とに差がつけられることで機体のヨー軸制御が行われる。

また、本形態のＲ／Ｃヘリ１は、エレベータサーボＥＳ、エルロンサーボＡＳ又はピッチサーボＰＳを駆動して各サーボホーンと接続した出力レバー３４を昇降作動させると、昇降する出力レバー３４の位置に対応して、ロアスワッシュプレート１６とアッパースワッシュプレート１７がメインマスト１３の廻りで適宜に傾動し、これに応じてロア回転スワッシュ１６ｂの傾動がアジャストロッド２５を介しロアメインロータ１４に伝達されてロアメインロータ１４を傾動させ、ロアロータブレード１４ｃ，１４ｃのピッチ角を変化させ、また、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂの傾動がアジャストロッド３３を介しアッパーメインロータ１５に伝達されてアッパーメインロータ１５を傾動させ、アッパーロータブレード１５ｃ、１５ｃのピッチ角を変化させる。

上下のメインロータ１４，１５が傾動し、ロータブレード１４ｃ，１５ｃのピッチ角が変化するのに伴い、上下のメインロータ１４，１５にはそれぞれジャイロプリセッションが働くが、このジャイロプリセッションは上下のメインロータ１４，１５のそれぞれの回転方向に対して９０度よりもよりも小さな範囲で遅れて現れる。
本形態では、前記図７（Ｂ）に示されるように、ジャイロプリセッションが９０度よりもよりも小さな範囲で現れることに対応させて、上下のメインロータ１４，１５の取り付け位置を上下のスワッシュプレート１６，１７による上下のメインロータ１４，１５へのサイクリックコントロールの入力位置に対してメインマスト１３廻りで９０度よりも小さな位相角αをなすように設定し、上下のスワッシュプレート１６，１７のそれぞれの入力位置でリンク機構を介して上下のメインロータ１４，１５に連結し、上下のスワッシュプレート１６，１７の傾動動作である操作入力が、前記鋭角な位相角αの位置で上下のメインロータ１４，１５にそれぞれ入力されて、それぞれのロータブレード１４ｃ，１５ｃのピッチ角を変化させるように構成してある。
従って、上下のメインロータ１４，１５のそれぞれのロータブレード１４ｃ，１５ｃのピッチ角が変化するのに伴って、機体に作用するジャイロプリセッションの力の方向と、機体を制御すべき方向とが一致したものとなり、Ｒ／Ｃヘリの飛行動作を安定させることが可能となる。

〔実施例〕
本形態のロータヘッドを装備した、産業用の同軸反転式Ｒ／Ｃヘリを構成した。ロータブレードはＦＲＰ製のものを用い、一枚の重量が２ｋｇであった。モータや受信装置、バッテリーなどの電装品も含めて機体の総重量は９２ｋｇであった。
前記図７（Ｂ）に示された、上下のメインロータに対する上下のスワッシュプレートの操作入力位置の、上下のメインロータとの位相角α（操作入力に対する配置の位相差）は略３５度に設定した。
〔比較例〕
前記実施例と同じ機体及びロータブレードを用い、上下のメインロータを、前記図７（Ａ）に示された従来のＲ／Ｃヘリと同様の配置、つまりスワッシュプレートの操作入力に対する上下のメインロータの取り付け位置が９０度の位相角となるように配置して同軸反転式Ｒ／Ｃヘリを構成した。

比較例のＲ／Ｃヘリを遠隔操作で飛行させたところ、機体を直進させる操作が難しく、左右どちらかの方向に曲がる挙動が生じた。これを補正するべく、送信機の操作スティックを操作すると飛行姿勢が崩れ、機体の飛行方向の制御をスムーズに行うことが難しかった。
これに対し、実施例のＲ／Ｃヘリは、前後左右何れの方向に飛行させるように操作しても、滑らかに操作方向に飛行し、飛行姿勢を崩すことなく安定的に飛行方向を制御することができた。

なお、図示した形態は一例であり、本発明は他の適宜な形態の同軸反転式のＲ／Ｃヘリ、或いは自律制御によって飛行する同軸反転式の無人ヘリコプタに適用することが可能である。本発明は、比較的大型の産業用のＲ／Ｃヘリや無人ヘリコプタ、屋外で飛行させるホビー用のＲ／Ｃヘリ、さらにはインドア用の小型且つ軽量なＲ／Ｃヘリにも適用可能である。

１Ｒ／Ｃヘリ、４機体、７ロータヘッド、８電動モータ、１３メインマスト、１３ａロアメインマスト、１３ｂアッパーメインマスト、１３ｃラダーミキシングロッド、１４ロアメインロータ、１４ａロアヨーク、１４ｂロアブレードホルダ、１４ｃロアロータブレード、１５アッパーメインロータ、１５ａアッパーヨーク、１５ｂアッパーブレードホルダ、１５ｃアッパーロータブレード、１６ロアスワッシュプレート、１６ａロア固定スワッシュ、１６ｂロア回転スワッシュ、１７アッパースワッシュプレート、１７ａアッパー下側回転スワッシュ、１７ｂアッパー上側回転スワッシュ、１８ａ，１８ｂ，１８ｃベベルギヤ、ＥＳエレベータサーボ，ＡＳエルロンサーボ、ＰＳピッチサーボ、ＲＳラダーサーボ

前記課題を解決するため本発明は、メインマストに設けられた同軸上で互いに逆回転する回転軸に上下のメインロータがそれぞれ取り付けられ、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角を、上下のスワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させて飛行する同軸反転式無人ヘリコプタにおいて、
前記メインマスト内にラダーコントロールロッドを挿通し、メインマストの下端部から突出したラダーコントロールロッドの下端部にリンク機構を介してラダーサーボを接続し、ラダーサーボの作動によりラダーコントロールロッドが上下動するように設ける一方、
メインマストの上端部から突出したラダーコントロールロッドの上端部にはミキングロッドヘッドを固定し、このミキシングロッドヘッドの左右両側部に、上側メインロータのヨークに回転自在に取り付けられた上側ブレードホルダーと上側スワッシュプレートとを接続するリンク機構をそれぞれ取り付け、ミキシングロッドヘッドの前後両側部には、上側メインロータのヨークに取り付けられたラダーストッパープレートに一端部が連結したアジャストロッドの他端部をそれぞれ連結し、
前記ラダーサーボの作動によってラダーコントロールロッドとともに上下動するミキシングロッドヘッドを、前記ラダーストッパープレート及びアジャストロッドで支持するとともに、当該ミキシングロッドヘッドの上下の変位が前記リンク機構を介して上側ブレードホルダーを支軸廻りに傾動させる変位に変換して上側ロータブレードのピッチ角を変化させることにより、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角に差が設けられるようした構成を有することを特徴とする。

アッパーメインロータ１５の上方には、前記メインマスト１３の上端から突出したラダーミキシングロッド１３ｃの端部にミキシングロッドヘッド２６が取り付けてある。アッパーヨーク１５ａの上方に位置するミキシングロッドヘッド２６の左右両側部には、マスト１３と直交する軸方向を支点として回転自在にアッパーミキシングアーム２７，２７を取り付けてある。また、ミキシングロッドヘッド２６の前後両側部には、同じくマスト１３と直交する軸方向を支点として回転自在であってアッパーメインロータ１５の軸方向に沿って配置されたアジャストロッド２８，２８を取り付けてある。
アッパーブレードホルダ１５ｂ、１５ｂの一側には、アッパーピッチアーム２９，２９が取り付けられ、このアッパーピッチアーム２９の端部はアジャストロッド３０を介して前記アッパーミキシングアーム２７の中間部に設けられた軸部に連結してある。また、図５に示されるように、アッパーヨーク１５ａ，１５ａには、ラダーストッパープレート３１が取り付けられ、このラダーストッパープレート３１の端部には一端が前記ミキシングロッドヘッド２６に連結したアジャストロッド２８の他端部を連結してある。ラダーストッパープレート３１とアジャストロッド２８は、メインマスト１３に沿って上下動するミキシングロッドヘッド２６が飛行中にメインマスト１３の回転に伴い加わる力で捻れることがないようにミキシングロッドヘッド２６を支持する機能も奏する。
また、アッパーミキシングアーム２７，２７の端部は、アッパーヨーク１５ａの外周面に軸支されたミキシングアームアッパー３２とアジャストロッド４０を介して連結しており、ミキシングアームアッパー３２は、その端部に軸支されたアジャストロッド３３を介して、後述するアッパースワッシュプレート１７のアッパー上側回転スワッシュ１７ｂに連結してある。

また、従来のＲ／Ｃヘリでは、図７（Ａ）に示されるように、ジャイロプリセッションが入力に対して９０度遅れて現れるとの知見に基づき、これを利用してメインロータＭＲの回転方向Ｒに対して９０度遅れたところで舵を入力、つまりメインロータＭＲの回転方向に対して９０度遅れた位置でスワッシュプレートを傾動させて、その操作入力ＳＩを、アジャストロッドを介してメインロータＭＲに入力してメインロータＭＲのピッチ角を変化させるようになっていた。
これに対し、本形態におけるロアメインマスト１３ａ廻りにおけるロアメインロータ１４とロアスワッシュプレート１６の配置は、ジャイロプリセッションが９０度よりも小さな範囲で現われるとの知見に基づき、これに対応させて、同図（Ｂ）に示されるように、ロアメインロータ１４の取り付け位置をロアスワッシュプレート１６によるロアメインロータ１４へのサイクリックコントロールの入力位置に対してロアメインマスト１３ａ廻りで９０度よりも小さな角度となるように設けて、つまりロアメインロータ１４の長軸方向の線分と、アジャストロッド２５を介してロアメインロータ１４に入力されるロア回転スワッシュ１６ｂの操作入力の位置との交差角度が鋭角な位相角αとなる位置に設けている。
そして、ロアメインロータ１４とロア回転スワッシュ１６ｂをアジャストロッド２５で連結し、ロア回転スワッシュ１６ｂの操作入力が、前記鋭角な位相角αのだけ進んだ位置でロアメインロータ１４に入力されて、そのピッチ角を変化させるようになっている。
また、アッパーメインマスト１３ｂ廻りにおけるアッパーメインロータ１５とアッパースワッシュプレート１７の配置も前記と同様に、アッパーメインロータ１５の取り付け位置をアッパースワッシュプレート１７によるサイクリックコントロールの入力位置に対してアッパーメインマスト１３ｂ廻りで９０度よりも小さな角度となるように設け、アッパーアメインロータ１５の長軸方向の線分と、アジャストロッド３３を介してアッパーメインロータ１５に入力されるアッパー上側回転スワッシュ１７ｂの操作入力の位置との交差角度が鋭角な位相角αとなる位置に設けている。
そして、アッパーメインロータ１５とアッパー上側回転スワッシュ１７ｂをアジャストロッド３３で連結し、アッパー上側回転スワッシュ１７ｂの操作入力が、前記鋭角な位相角αだけ進んだ位置でアッパーメインロータ１５に入力されて、そのピッチ角を変化させるようになっている。
なお、上下のスワッシュプレート１６，１７のそれぞれの操作入力位置と上下のメインロータ１３，１４の取り付け位置は、前記鋭角な位相角αとなるように上下のメインマスト１６ａ，１６ｂの廻りで、それぞれの位置を、相対的に適宜な鋭角な角度だけ進めて、或いは遅らせて設定してもよい。

Claims

メインマストに設けられた同軸上で互いに逆回転する回転軸に上下のメインロータがそれぞれ取り付けられ、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角を、上下のスワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させて飛行する同軸反転式無人ヘリコプタにおいて、
前記メインマスト内にラダーコントロールロッドを挿通し、メインマストの下端部から突出したラダーコントロールロッドの下端部にリンク機構を介してラダーサーボを接続し、ラダーサーボの作動によりラダーコントロールロッドが上下動するように設ける一方、
メインマストの上端部から突出したラダーコントロールロッドの上端部にはミキングロッドヘッドを固定し、このミキシングロッドヘッドに、上側メインロータのヨークに回転自在に取り付けられた上側ブレードホルダーと上側スワッシュプレートとを接続するリンク機構を取り付け、
前記ラダーサーボの作動によってラダーコントロールロッドとともに上下動するミキシングロッドヘッドの上下の変位が前記リンク機構を介して上側ブレードホルダーを支軸廻りに傾動させる変位に変換して上側ロータブレードのピッチ角を変化させることにより、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角に差が設けられるようした構成を有することを特徴とする同軸反転式無人ヘリコプタ。
メインマストに設けられた同軸上で互いに逆回転する回転軸に上下のメインロータがそれぞれ取り付けられ、上下のメインロータのロータブレードのピッチ角を、上下のスワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させて飛行する同軸反転式無人ヘリコプタにおいて、
上下のメインロータはそれぞれ上下のスワッシュプレートからの操作入力に対して出力となるそれぞれのメインロータのジャイロプリセッションが９０度よりも小さな範囲で現れるように設けられ、
上下のメインロータの取り付け位置を上下のスワッシュプレートによる上下のメインロータへのサイクリックコントロールのそれぞれの入力位置に対してメインマスト廻りで９０度よりも小さな角度に設けて、上下のメインロータと上下のスワッシュプレートをそれぞれリンク機構を介して接続した構成を有することを特徴とする請求項１に記載の同軸反転式無人ヘリコプタ。