JP2017007653A - プロペラアセンブリおよびプロペラブレード保持アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】プロペラアセンブリおよびプロペラブレード保持アセンブリを提供する。
【解決手段】プロペラアセンブリ１０およびプロペラブレード１４保持アセンブリは、プロペラブレードをハブに動作可能に連結するスリーブを含み、スリーブは、プロペラブレードをハブ内に保持してプロペラブレードをそのピッチ軸回りに回転することを可能にし、スリーブは、自動調芯機構を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、プロペラアセンブリおよびプロペラブレード保持アセンブリに関する。

プロペラアセンブリは通常、ハブに取り付けられた複数のブレードを含み、これはエンジンによって回転される。ブレードは、ハブにライン着脱可能で保持することができ、それによりプロペラブレードの長手軸に平行な方向に作用する遠心力成分を含む動作荷重を支持する。現代の保持システムは、軸受のアセンブリを使用してプロペラブレードをハブアセンブリに保持する。各ブレード根元部は、軸受のアセンブリの使用によりピッチ変化軸回りに回転するためにそのソケット内に保持されている。これらの軸受は、予圧をかけてもかけなくてもよい。

歴史的に見て、予圧がかけられていないプロペラブレードの保持システムは、ブレードの重量に依存し、これにより保持軸受の揺動が発生しない動作中に回転する際には十分な遠心荷重を受けることになる。しかし、現代の軽量ブレードは、十分な遠心荷重を受けることがなく、軸受の一方側の軸受素子が動作中にブレードに加わる曲げ荷重の影響下で無荷重状態になることを防止する。それゆえ、より大型で重量のある部品が、保持機構にとって必要となり得る。

動作中に生じる大きな遠心力とスラスト力の下での安定性を維持するために、ブレードおよび軸受に予圧をかけることが知られている。さらに、追加の予圧機構を、摩耗による軸受の予圧の損失を補償するために利用することができる。予圧は、システムに張力を与え、動作の遠心力およびスラスト力に対してシステムを安定させる。予圧をかけたアセンブリを追加で含むことにより、部品のより複雑な交換およびメンテナンスが必要となる。さらには、そのような設計は潤滑用としてハブ内にグリースを使用し、グリースは経時的にその潤滑性を失うので、より頻繁なメンテナンスを伴う。

米国特許第８，７５３，０８８号明細書

一態様では、本発明の実施形態は、レシーバ凹部を有するハブと、レシーバ凹部内に配置され、第１の輪郭を有するブレード凹部を画定する通過通路を有するスリーブと、凸部を有し、第２の輪郭を備えブレード凹部内に入れられるプロペラブレードとを有し、第１の輪郭および第２の輪郭は相補的であり、凸部がブレード凹部に挿入されると、第１の輪郭を有するスリーブはプロペラブレードの凸部の第２の輪郭と係合するプロペラアセンブリに関する。

別の態様では、本発明の実施形態は、プロペラブレードをハブに動作可能に連結するスリーブを有し、スリーブは、プロペラブレードをハブ内に保持してプロペラブレードをそのピッチ軸回りに回転することを可能にし、スリーブは、自動調芯機構を含むプロペラブレード保持アセンブリに関する。

さらに別の態様では、本発明の実施形態は、第２のピースに動作可能に連結されて少なくとも１つのブレード凹部を画定する第１のピースを有するハブを含み、ブレード凹部の少なくとも一部は、第１の輪郭と、凸部を有し、第２の輪郭を備えブレード凹部内に入れられるプロペラブレードとを含み、第１の輪郭および第２の輪郭は相補的であり、凸部がブレード凹部に挿入されると、第１の輪郭を有するハブはプロペラブレードの凸部の第２の輪郭と係合してブレードの径方向移動を防止するように構成された干渉構造を画定するプロペラアセンブリに関する。

プロペラブレードを含むプロペラアセンブリの概略図である。 図１のアセンブリに使用することができる、プロペラアセンブリの一部の斜視図である。 分解部を含む図２のプロペラアセンブリの一部の斜視図である。 図２のハブの一部およびプロペラアセンブリのプロペラブレードの一部の断面図である。 図１のアセンブリに使用することができる、プロペラアセンブリの一部の代替の実施形態の斜視図である。 図５のハブの一部およびプロペラアセンブリのプロペラブレードの一部の断面図である。 図１のアセンブリに使用することができる、プロペラアセンブリの一部のさらに別の代替の実施形態の断面図である。 図２、図５、および図７のプロペラアセンブリに利用することができる代替の形状または輪郭を示す図である。

図１は、ハブアセンブリ１１と、複数のプロペラブレード１４とを含むプロペラアセンブリ１０を示している。ハブアセンブリ１１は、カバー１３と、ハブ１２とを含むことができ、図２でさらに明確に示されている。ハブ１２は、複数のプロペラブレード１４を固定する手段を提供する。ハブ１２は、これらに限定されないが、金属または複合材料を含む任意の適切な材料から形成することができる。ハブ１２は、任意の適切な方法で形成することができ、任意の数のプロペラブレード１４を固定することができる。プロペラブレード１４は通常、捻れた翼形状に形成されており、これらに限定されないが、金属または複合材料を含む任意の適切な材料で構成することができる。プロペラブレード１４は、回転運動を推進力に変換する。プロペラブレード１４は、ライン着脱可能であり、コストおよびメンテナンスの利点を付与することができる。「ライン着脱可能」という用語は、プロペラブレード１４をフィールドで取り外して交換することができることを意味する。ライン着脱可能なプロペラブレードは、ハブ１２に取り付けることができ、相対的な回転運動を可能にしつつ保持しなければならない。

図３は、ハブ１２が、第１のハブ部すなわちフロントハブ部２０と、第２のハブ部すなわちリアハブ部２２を含むことをより明確に示している。フロントハブ部２０およびリアハブ部２２は、これに限定されないが、ボルト２４を含む任意の適切な締結具を介して互いに動作可能に取り付けることができる。フロントハブ部２０およびリアハブ部２２が互いに動作可能に連結されると、それらはレシーバ凹部２６のセットを画定する。「セット」には、１つのみのレシーバ凹部を含む任意の数のレシーバ凹部を含むことができることを理解されたい。

レシーバ３０は、レシーバ凹部２６内に配置することができる。レシーバ３０は、スリーブ３２として示されている。図示の例では、スリーブ３２は、第１および第２のピース３４および３６を含む。スリーブ３２を一体的に形成することができる一方で、マルチピーススリーブは、フィールド内での容易な交換を可能にする。スリーブ３２を形成するピースの数に関係なく、スリーブ３２は、ブレード凹部３８を画定する通過通路を形成する。

スリーブ３２のブレード凹部３８は、挿入されるプロペラブレード１４の受け部となる。より具体的には、プロペラブレード１４の凸部４０を、ブレード凹部３８内に入れることができる。凸部４０は、これらに限定されないが、ブレード根元部またはブレード根元部の一体部分を含むことができる。

図４でより明確に見ることができるように、フロントハブ部２０およびリアハブ部２２が動作可能に連結されると、ハブ１２の環状肩部４２はスリーブ３２を効果的に包み込む。環状肩部４２は、スリーブ３２の径方向移動を抑制する。さらに、スリーブ３２は、第１の形状、プロファイル、または輪郭５０を含むことができ、プロペラブレード１４の凸部４０は、第２の形状、プロファイル、または輪郭５２を含むことができることをより明確に見ることができる。第１の輪郭５０および第２の輪郭５２は相補的であり、凸部４０がブレード凹部３８に挿入されると、第１の輪郭５０は第２の輪郭５２と係合する。図示の例では、スリーブ３２の第１の輪郭５０が凸状の三日月形状を有するものとして示されている一方で、凸部４０の第２の輪郭５２が凹状の三日月形状を有するものとして示されている。

スリーブ３２は、一次保持システムとして機能してプロペラブレード１４をハブ１２に動作可能に連結する一方で、プロペラブレード１４のピッチ軸回りの回転を可能にしたままにする。ギャップ５４が、第１の輪郭５０と第２の輪郭５２との間で画定されている。ギャップ５４は、高精度な隙間を有することができ、これに限定されないが、オイル含浸潤滑剤を含む潤滑剤を充填することができ、プロペラブレード１４が少ない摩擦で回転することを可能にする。第１および第２のシール５６および５８を、潤滑剤を決まった位置に保持するためにギャップ５４の遠位端部に含むことができる。あるいは、１つのシールをギャップ５４の一部を塞ぐように利用することができ、代替の機構または部品をギャップ５４の他の部分をシールするために利用することができる。さらに、スリーブ３２と凸部４０の一方または両方は、摩擦低減コーティングを含むことができ、さらにプロペラブレード１４が少ない摩擦で回転することを可能にする。これに限定されないが、窒化銀コーティングを含む任意の適切な摩擦低減コーティングを利用することができる。

動作中、スリーブ３２は、プロペラブレード１４をハブ１２に保持する一方で、プロペラアセンブリの一部への予圧を必要とすることなくそれらの間で相対的な回転運動を可能にするために使用される。スリーブ３２は、非常に高いスラストの曲げモーメントを支持するのに役立ち、係合する輪郭は、予圧の必要性をなくす自動調芯機構を構成する。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る代替のプロペラアセンブリ１１０を示している。プロペラアセンブリ１１０は、先に説明したプロペラアセンブリ１０と同様であるため、同様の部品は１００だけ加算した同様の符号を付し、プロペラアセンブリ１０の同様の部品の説明は、特に断りのない限りプロペラアセンブリ１１０についても同様であると理解されたい。

第２および第１の実施形態間の１つの違いは、ハブ１１２が、フロントおよびリアピースを含まないことである。代わりに、図６でより明確に見ることができるように、レシーバ凹部１２６は、スリーブ１３２とプロペラブレード１１４の凸部１４０の両方を内部に挿入することができる寸法とされている。プロペラブレード１１４およびその係合するスリーブ１３２が挿入されると、リテーナ１６０がハブ１１２に動作可能に連結され、プロペラブレード１１４およびスリーブ１３２をハブ１１２内に維持することができる。図示の例では、リテーナ１６０は、プロペラブレード１１４が通過可能な凹部１６４を有するリング１６２を含み、プロペラブレード１１４が内部で回転することを可能にする寸法とされている。リング１６２は、種々のボルト１６６を介してハブ１１２に取り付けられるものとして示されているが、任意の適切な締結具を利用することができることを理解されたい。リング１６２は、スリーブ１３２をハブ１１２内にしっかりと着座させる凸部１６８を含むことができ、スリーブ１３２をレシーバ凹部１２６内で移動させない。さらに、これに限定されないが、スリーブ１３２をハブ１１２に取り付ける個別の締結具を含む任意の適切なリテーナを使用することができることを理解されたい。リング１６２または任意の他の適切なリテーナは、スリーブ１３２が径方向に移動しないようにするための外側肩部として作用することができる。リング１６２は着脱可能であるので、これによりプロペラブレード１１４は、ハブを２つの半部分に形成する必要なしに交換することができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る代替のプロペラアセンブリ２１０を示している。プロペラアセンブリ２１０は、プロペラアセンブリ１０と同様であるため、同様の部品は２００だけ加算した同様の符号を付し、プロペラアセンブリ１０の同様の部品の説明は、特に断りのない限りプロペラアセンブリ２１０についても同様であると理解されたい。

第３の実施形態および先の第２の実施形態間の１つの違いは、プロペラブレード２１４の凸部２４０が、第１の輪郭２５０を含むことである。より具体的には、プロペラブレード２１４は、スリーブ２３２を含むものとして示されており、スリーブ２３２は、第１の輪郭２５０を含む。スリーブ２３２は、凸部２４０と一体的に形成することもできるし、図示されているように、スリーブ２３２は、凸部２４０に動作可能に連結することもできる。スリーブ２３２は、これに限定されないが、スリーブ２３２が凸部２４０上に収縮嵌めされ得るものを含む任意の適切な方法でプロペラブレード２１４に動作可能に連結することができる。

ハブ２１２はまた、第１および第２のピース２２０および２２２を有するものとして示されているが、図示の第３の実施形態では、第１および第２のピース２２０および２２２はブレード凹部２３８を画定し、ブレード凹部２３８の一部は、第２の輪郭２５２を含む。より具体的には、第２の輪郭２５２は、これに限定されないが、第１および第２のピース２２０および２２２が機械加工されて第２の輪郭２５２を形成することができるものを含む任意の適切な方法でハブ２１２に形成することができる。第１および第２のピース２２０および２２２は凸部２４０の周囲を塞ぐことができ、それによりハブ２１２のブレード凹部２３８内に入れられ、第１および第２の輪郭２５０および２５２が係合するようになっている。

先の例のように、ギャップ２５４は、第１の輪郭２５０と第２の輪郭２５２との間で画定され、第１および第２のシール２５６および２５８は、ギャップ２５４の遠位端部に配置される。オイル含浸潤滑剤をギャップ２５４内に含み、潤滑を行うことができる。ハブ２１２とスリーブ２３２の両方は、摩擦低減コーティングを含むことができ、さらにプロペラブレード２１４が少ない摩擦で回転することを可能にする。動作中、プロペラブレード２１４はハブ２１２内で回転し、第１の輪郭２５０は第２の輪郭２５２と係合してプロペラブレード２１４を内部に保持するように作用する。

上記実施形態では、スリーブは、プロペラブレードとハブを動作可能に連結するプロペラブレード保持アセンブリとして作用する。スリーブは、第１の輪郭がハブ自体の第２の輪郭またはプロペラブレードの第２の輪郭と係合する自動調芯機構を含む。係合する輪郭は、協働してプロペラブレードの外側径方向移動を防止する干渉構造を画定しつつ、ピッチ制御のためにその長手軸回りのプロペラブレードの回転を可能にしている。

また、第１および第２の実施形態は、スリーブが三日月形輪郭として示される凸形状を含むものとして示しているが、任意の適切な輪郭、形状、またはプロファイルを利用することができる。さらなる非限定的な例として、図８Ａは、凹状三日月形輪郭３００を示し、図８Ｂは、円錐台形輪郭３０２を示し、図８Ｃは、Ｃ形状輪郭３０４を示し、図８Ｄは、複数のＣ形状を有する輪郭３０６を示している。あるいは、これに限定されないが、図８Ｄに形成された輪郭を含む任意の適切な輪郭を形成するために複数のスリーブを利用することができる。

上述の実施形態は、輪郭形状を有するスリーブがプロペラブレードを保持してピッチ軸回りに回転させることを可能にするために使用されることを含む、種々の利点をもたらす。スリーブが現在のプロペラアセンブリにおいて利用される従来の軸受の代わりとなり予圧を必要としないので、上述の実施形態には、軸受または軸受アセンブリが必要ではない。スリーブは、プロペラブレードをスラストの曲げに対して安定化させるように作用する。部品の数と重量の両方は、従来のアセンブリと比較して、大幅に低減される。さらに、上述の実施形態は、オイル含浸潤滑剤を利用しており、従来のアセンブリに使用されるグリースと比較して汚染し難い。上述の実施形態は、低コストであり、組立と修理を容易にし、より長くなったオーバーホール間隔を可能にする。さらに、上述の実施形態は、プロペラブレードをライン交換可能であり続けることを可能にし、プロペラブレードを交換するための専用の道具を必要としない。

今までに記載されていない範囲で、様々な実施形態の異なる特徴および構造を互いに組み合わせて所望のように使用することができる。１つの特徴を実施形態のすべてにおいて示しているわけではないということは、それができないと解釈されるものではなく、説明を簡潔にするためにそのようにしているのである。したがって、新規な実施形態が明白に記載されているか否かを問わず、新規な実施形態を形成するように、異なる実施形態の様々な特徴を所望のように混合し適合させることができる。本明細書に記載されている特徴のすべての組み合わせまたは置換は、本開示によって包括される。

本明細書は、本発明を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も本発明を実施することができるように実施例を用いており、任意のデバイスまたはシステムを製作し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

１０ プロペラアセンブリ
１１ ハブアセンブリ
１２ ハブ
１３ カバー
１４ プロペラブレード
２０ フロントハブ部
２２ リアハブ部
２４ ボルト
２６ レシーバ凹部
３０ レシーバ
３２ スリーブ
３４ 第１のピース
３６ 第２のピース
３８ ブレード凹部
４０ 凸部
４２ 環状肩部
５０ 第１の輪郭
５２ 第２の輪郭
５４ ギャップ
５６ 第１のシール
５８ 第２のシール
１１０ プロペラアセンブリ
１１２ ハブ
１１４ プロペラブレード
１２６ レシーバ凹部
１３２ スリーブ
１４０ 凸部
１６０ リテーナ
１６２ リング
１６４ 凹部
１６６ ボルト
１６８ 凸部
２１０ プロペラアセンブリ
２１２ ハブ
２１４ プロペラブレード
２２０ 第１のピース
２２２ 第２のピース
２３２ スリーブ
２３８ ブレード凹部
２４０ 凸部
２５０ 第１の輪郭
２５２ 第２の輪郭
２５４ ギャップ
２５６ 第１のシール
２５８ 第２のシール
３００ 凹状三日月形輪郭
３０２ 円錐台形輪郭
３０４ Ｃ形状輪郭
３０６ 複数のＣ形状を有する輪郭

Claims (20)

1. レシーバ凹部（２６，１２６）を有するハブ（１２，１１２，２１２）と、
   前記レシーバ凹部（２６，１２６）内に配置され、第１の輪郭（５０，２５０）を有するブレード凹部（３８，２３８）を画定する通過通路を有するスリーブ（３２，１３２，２３２）と、
   凸部（４０，１４０，１６８，２４０）を有し、第２の輪郭（５２，２５２）を備え前記ブレード凹部（３８，２３８）内に入れられるプロペラブレード（１４，１１４，２１４）とを備え、
   前記第１の輪郭（５０，２５０）および第２の輪郭（５２，２５２）は相補的であり、前記凸部（４０，１４０，１６８，２４０）が前記ブレード凹部（３８，２３８）に挿入されると、前記第１の輪郭（５０，２５０）を有する前記スリーブ（３２，１３２，２３２）は前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）の前記凸部（４０，１４０，１６８，２４０）の前記第２の輪郭（５２，２５２）と係合する、プロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
2. 前記スリーブ（３２，１３２，２３２）が、複数のピース（３４，３６，２２０，２２２）を含む請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
3. 前記第１の輪郭（５０，２５０）が、凸状プロファイルを含む請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
4. 前記凸状プロファイルが、三日月形状を含む請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
5. 前記第１の輪郭（５０，２５０）または前記第２の輪郭（５２，２５２）の少なくとも１つに適用される摩擦低減コーティングをさらに備える請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
6. ギャップ（５４，２５４）が、前記第１の輪郭（５０，２５０）と前記第２の輪郭（５２，２５２）との間で画定されている請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
7. 前記ギャップ（５４，２５４）の一部を塞ぐように構成された少なくとも１つのシールをさらに備える請求項６に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
8. 第１のシール（５６，２５６）と第２のシール（５８，２５８）との間の前記ギャップ（５４，２５４）内に配置されたオイルをさらに備える請求項７に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
9. 前記ハブ（１２，１１２，２１２）がさらに、前記ブレード凹部（３８，２３８）を画定するために選択的に動作可能に連結可能な第１および第２のピース（３４，２２０，３６，２２２）を含む請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
10. 前記ハブ（１２，１１２，２１２）に選択的に動作可能に連結され、前記ハブ（１２，１１２，２１２）に連結されると前記スリーブ（３２，１３２，２３２）および前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）を前記ハブ（１２，１１２，２１２）内に保持するように構成されたリテーナ（１６０）をさらに含む請求項１に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
11. プロペラブレード（１４，１１４，２１４）をハブ（１２，１１２，２１２）に動作可能に連結するスリーブ（３２，１３２，２３２）を備え、
    前記スリーブ（３２，１３２，２３２）は、前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）を前記ハブ（１２，１１２，２１２）内に保持して前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）を前記ハブ（１２，１１２，２１２）内でそのピッチ軸回りに回転することを可能にし、前記スリーブ（３２，１３２，２３２）は、前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）またはハブ（１２，１１２，２１２）の一部と連動して前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）の外側径方向移動を防止する干渉構造を画定する自動調芯機構を含む、プロペラブレード保持アセンブリ。
12. 前記自動調芯機構が、前記ハブ（１２，１１２，２１２）の第２の輪郭（５２，２５２）と係合する第１の輪郭（５０，２５０）を含む請求項１１に記載のプロペラブレード保持アセンブリ。
13. 前記スリーブ（３２，１３２，２３２）が、前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）に取り付けられる請求項１２に記載のプロペラブレード保持アセンブリ。
14. 前記自動調芯機構が、前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）の第２の輪郭（５２，２５２）と係合する第１の輪郭（５０，２５０）を含む請求項１１に記載のプロペラブレード保持アセンブリ。
15. 第２のピース（３６，２２２）に動作可能に連結され、第１の輪郭（５０，２５０）を画定するプロファイルを有する壁によって形成された少なくとも１つのブレード凹部（３８，２３８）を画定する第１のピース（３４，２２０）を有するハブ（１２，１１２，２１２）と、
    凸部（４０，１４０，１６８，２４０）を有し、第２の輪郭（５２，２５２）を備え前記ブレード凹部（３８，２３８）内に入れられるプロペラブレード（１４，１１４，２１４）とを備え、
    前記第１の輪郭（５０，２５０）および第２の輪郭（５２，２５２）は相補的であり、前記凸部（４０，１４０，１６８，２４０）が前記ブレード凹部（３８，２３８）に挿入されると、前記第１の輪郭（５０，２５０）を有する前記ハブ（１２，１１２，２１２）は前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）の前記凸部（４０，１４０，１６８，２４０）の前記第２の輪郭（５２，２５２）と係合して前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）の径方向移動を防止するように構成された干渉構造を画定する、プロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
16. ギャップ（５４，２５４）が、前記第１の輪郭（５０，２５０）と前記第２の輪郭（５２，２５２）との間で画定されている請求項１５に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
17. 前記ギャップ（５４，２５４）の遠位端部に配置された第１および第２のシール（５６，２５６）（５８，２５８）をさらに備える請求項１６に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
18. 前記第１および第２のシール（５６，２５６）（５８，２５８）の間の前記ギャップ（５４，２５４）内に配置された潤滑剤をさらに備える請求項１７に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
19. 前記プロペラブレード（１４，１１４，２１４）が、スリーブ（３２，１３２，２３２）を含み、前記スリーブ（３２，１３２，２３２）が、第２の輪郭（５２，２５２）を含む請求項１５に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。
20. 前記スリーブ（３２，１３２，２３２）が、前記凸部（４０，１４０，１６８，２４０）に動作可能に連結される請求項１９に記載のプロペラアセンブリ（１０，１１０，２１０）。