JP2017213961A - Helicopter mounted with counter rotating rotor system - Google Patents
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Description
本発明は、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターに関するものである。 The present invention relates to a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system.
二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、通常回転軸の外部に設けられた下段スワッシュプレートから上段スワッシュプレートへと複数のリンケージロッドで連結されている(下記特許文献1参照)。 A counter-rotating rotor system-mounted helicopter is normally connected from a lower swash plate provided outside the rotating shaft to an upper swash plate by a plurality of linkage rods (see Patent Document 1 below).
また、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、普通のシングルローター式に比べて機構的に複雑で製造が難しくなる。また、それ以上に大きな問題なのが、二重になっているローターの空力的な構造である(下記特許文献1参照)。 Further, a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system is mechanically complicated and difficult to manufacture as compared with a normal single rotor type. Further, a more serious problem is the aerodynamic structure of the double rotor (see Patent Document 1 below).
ヘリコプターにおいては、回転ローターによるトルクを解消させるために機体の後部にあるテールローターを使ってトルクを解消させる必要がある他、前進させるために前傾姿勢をとり、メインローターの推力を後方に向けてやる必要がある。しかし、スピードを増すために前傾姿勢を強く取り過ぎると今度は、浮力が失われてしまうという大きな欠点を持っている(上記非特許文献1参照)。 In the helicopter, it is necessary to eliminate the torque using the tail rotor at the rear of the aircraft in order to eliminate the torque caused by the rotating rotor. In addition, the helicopter takes a forward leaning posture and moves the main rotor thrust toward the rear. I need to do it. However, if the forward leaning posture is taken too much in order to increase the speed, the buoyancy is lost this time (see Non-Patent Document 1 above).
また、上記したように、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターでは通常2個のスワッシュプレートを搭載し、下段スワッシュプレートから上段スワッシュプレートへと複数のリンケージロッドで連結されている。 In addition, as described above, a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system usually has two swash plates, and is connected from the lower swash plate to the upper swash plate by a plurality of linkage rods.
しかしながら、このような機械的な同期のため、シングルローターと比較して機構が複雑化し、製造も難しくなるという問題があった。 However, due to such mechanical synchronization, there is a problem that the mechanism is complicated and manufacturing is difficult as compared with a single rotor.
さらに、上下のローター間の気流が互いに干渉し、気流が乱れて推力のロスが生じるという問題もあった。 In addition, the airflow between the upper and lower rotors interferes with each other, disturbing the airflow and causing a loss of thrust.
二重反転式ローターが接近していれば、2枚のローターから生じる気流はスムーズに流れる。しかし、ローターの位置が離れれば、上のローターで生じた気流が下のローターにぶつかり、気流の乱れが生じ、結果的に推力のロスが生じてしまう。ヘリコプターの場合、レシプロ機で使われるような二重反転式プロペラとは異なりローターを前後左右に複雑に傾けることで機体の進む方向などの調整を行う必要があるため、2枚のローターを近づけ過ぎると2枚のローターが接触してしまう可能性がある。それを防ぐためには2枚のローターを離す必要があるが、そうなると今度は上のローターの吹き降ろしが下のローターと干渉を起こして推力がロスする。場合によっては30%〜40%近い推力が失われる場合があるという(上記非特許文献1参照)。 If the counter-rotating rotor is close, the airflow generated from the two rotors will flow smoothly. However, if the position of the rotor is separated, the airflow generated in the upper rotor collides with the lower rotor, resulting in disturbance of the airflow, resulting in a loss of thrust. In the case of helicopters, unlike the counter-rotating propellers used in reciprocating aircraft, it is necessary to adjust the advancing direction of the fuselage by complicatedly tilting the rotor back and forth and left and right, so the two rotors are too close And the two rotors may come into contact. To prevent this, it is necessary to separate the two rotors, but this time, the upper rotor blows down and interferes with the lower rotor, resulting in loss of thrust. In some cases, a thrust of nearly 30% to 40% may be lost (see Non-Patent Document 1 above).
本発明は、上記状況に鑑みて、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを簡易な構造で正確に制御することを目的とする。 In view of the above situation, an object of the present invention is to accurately control a counter-rotating rotor system-mounted helicopter with a simple structure.
また、極力推力のロスをなくすとともに、強固で美観に優れる二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを提供する。 In addition, we will provide a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system that eliminates thrust loss as much as possible, and is strong and beautiful.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕外側マスト1と内側マスト2からなる2本のメインマストを逆回転させ、その回転軸に上段および下段のメインローター5,6がそれぞれ取り付けられ、それぞれのメインローターのローターブレードのピッチ角を独立した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、飛行する同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記内側マスト2内に前記メインローターのローターブレード枚数に応じたコントロールロッド3を貫通させ、該コントロールロッド3の下端部はスワッシュプレート8に連結され、前記コントロールロッド3は前記上段メインローターのローターヘッドに配置されたミキシングレバー4に連結され、サイクリック・コレクティブピッチコントロールを行い、メインローター5のピッチ角を変化させることにより、上下のスワッシュプレート7,8をコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、前記上段メインローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] Two main masts composed of an outer mast 1 and an inner mast 2 are reversely rotated, and upper and lower
〔2〕上記〔1〕記載の同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記独立したスワッシュプレート7と8はそれぞれのサーボモーターにより電気的に同期、または意図的に非同期させることができ、上段および下段のメインローターのローターヘッドに対し、飛行状態に応じて常に最適化されたスワッシュプレートの制御を個別に可能とし、ヨー軸方向の制御も行うようにしたことを特徴とする。
[2] In the coaxial counter-rotating unmanned helicopter described in [1] above, the
〔3〕上記〔2〕記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて、前記独立したスワッシュプレート7と8により、上下のスワッシュプレート7と8をコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、多くの部品が省略され、スペース9が解放されることから、前記上段および下段のメインローターのローターヘッドの間隔を自由に配置できることを特徴とする。
[3] In the helicopter equipped with the coaxial counter rotating rotor system according to [2] above, compared to a mechanism in which the upper and
〔4〕同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターであって、上段のメインローターと下段のメインローターを備え、2個のスワッシュプレートを搭載し、前記上段および下段のメインローターの軸方向間隔を該上段および下段のメインローターの干渉が生じない間隔に設定し、前記上段および下段のメインローターをそれぞれ反対側に回転させることによって、該メインローターの回転から生じるトルクを解消するとともに、コントロールロッドを二重反転式ローターのマストの中を貫通させ、機体内の中央部に位置したスワッシュプレートでコントロールする上段ローターヘッドのリンケージシステムを具備することを特徴とする。 [4] A helicopter equipped with a coaxial counter-rotating rotor system, comprising an upper main rotor and a lower main rotor, mounted with two swash plates, and the axial distance between the upper and lower main rotors By setting the interval at which the upper and lower main rotors do not interfere with each other and rotating the upper and lower main rotors to the opposite sides, the torque generated by the rotation of the main rotor is eliminated and the control rod It is characterized by having a linkage system of an upper rotor head that penetrates through the mast of a heavy reversing rotor and is controlled by a swash plate located in the center of the aircraft.
〔5〕上記〔4〕記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて、前記2個のスワッシュプレートを複数のサーボを使い、電気的に同期させ、制御装置から信号を受け、サイクリック、コレクティブ、ヨー軸方向のコントロールを行うスワッシュプレートのコントロールシステムを具備することを特徴とする。 [5] In the coaxial counter rotating rotor system-mounted helicopter according to [4] above, the two swash plates are electrically synchronized using a plurality of servos, receive a signal from a control device, and perform cyclic, collective And a swash plate control system for controlling the yaw axis direction.
〔6〕上記〔4〕記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて、機体の後部に、プッシャータイプのプロペラを設け、前進、後進移動の際の機体の傾きを軽減することができ、これにより、水平な移動が可能となり、さらに、長距離移動の際も前進速度の補助動力としても機能するプッシャーシステムを具備することを特徴とする。 [6] In the helicopter equipped with the coaxial counter-rotating rotor system described in [4] above, a pusher type propeller is provided at the rear of the fuselage to reduce the tilt of the fuselage during forward and reverse movements. Thus, it is possible to move horizontally, and further includes a pusher system that functions as auxiliary power for forward speed even during long-distance movement.
本発明によれば、上段のメインローターのローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することができる。 According to the present invention, the cyclic collective pitch control system of the rotor head portion of the upper main rotor can be accurately controlled with a simple structure.
また、極力推力のロスをなくすとともに、強固で簡素化された同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを提供することができる。 In addition, it is possible to provide a helicopter equipped with a coaxial counter-rotating rotor system that is strong and simplified while eliminating loss of thrust as much as possible.
本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、
〔A〕外側マスト1と内側マスト2からなる2本のメインマストを逆回転させ、その回転軸に上段および下段のメインローター5,6がそれぞれ取り付けられ、それぞれのメインローターのローターブレードのピッチ角を独立した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、飛行する同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記内側マスト2内に前記メインローターのローターブレード枚数に応じたコントロールロッド3を貫通させ、該コントロールロッド3の下端部はスワッシュプレート8に連結され、前記コントロールロッド3は前記上段メインローターのローターヘッドに配置されたミキシングレバー4に連結され、サイクリック・コレクティブピッチコントロールを行い、メインローター5のピッチ角を変化させることにより、上下のスワッシュプレート7,8をコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、前記上段メインローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御する。
The helicopter equipped with the coaxial counter-rotating rotor system of the present invention is
[A] Two main masts composed of an outer mast 1 and an inner mast 2 are reversely rotated, and upper and lower
〔B〕同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、上段のメインローターと下段のメインローターを備え、2個のスワッシュプレートを搭載し、前記上段および下段のメインローターの軸方向間隔を該上段および下段のメインローターの干渉が生じない間隔に設定し、前記上段および下段のメインローターをそれぞれ反対側に回転させることによって、該メインローターの回転から生じるトルクを解消するとともに、コントロールロッドを二重反転式ローターのマストの中を貫通させ、機体内の中央部に位置したスワッシュプレートでコントロールする上段ローターヘッドのリンケージシステムを具備する。 [B] A helicopter equipped with a coaxial counter-rotating rotor system includes an upper main rotor and a lower main rotor, and is equipped with two swash plates. The axial distance between the upper and lower main rotors is set between the upper and lower main rotors. Set the interval so that the lower main rotor does not interfere with each other, and rotate the upper and lower main rotors to the opposite side to eliminate the torque generated by the rotation of the main rotor and reverse the control rod. The upper rotor head linkage system is controlled by a swash plate located in the center of the aircraft.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの要部を示す斜視図、図2は本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの全体斜視図、図3はその下段用と上段用ローターブレードのスワッシュプレートの配置を示す図面代用写真、図4はその上段用ローターブレードの可変ピッチ取付部を示す図面代用写真、図5は本発明の同軸二重反転ローターシステム搭載ヘリコプターの機体の胴体内部に取り付けた上段用ローターブレードのスワッシュプレートを示す図面代用写真である。 FIG. 1 is a perspective view showing a main part of a helicopter mounted with a coaxial counter-rotating rotor system according to the present invention, FIG. 2 is an overall perspective view of the helicopter mounted with a coaxial counter-rotating rotor system according to the present invention, and FIG. Drawing substitute photograph showing arrangement of swash plate of rotor blade for upper stage, FIG. 4 is a photograph substituted for drawing showing variable pitch mounting portion of rotor blade for upper stage, and FIG. 5 is the body of helicopter equipped with coaxial contra-rotating rotor system of the present invention It is a drawing substitute photograph which shows the swash plate of the upper stage rotor blade attached to the inside of the fuselage.
図1において、1は外側マスト、2は内側マスト、3はコントロールロッド、4はミキシングレバー、5は上段のメインローター、6は下段のメインローター、7は下段のメインローター用スワッシュプレート、8は上段のメインローター用スワッシュプレート、9はスペースである。
In FIG. 1, 1 is an outer mast, 2 is an inner mast, 3 is a control rod, 4 is a mixing lever, 5 is an upper main rotor, 6 is a lower main rotor, 7 is a lower main rotor swash plate, and 8 is An upper main
ここで、外側マスト1に下段のメインローター6が取り付けられ、内側マスト2の上部には上段のメインローター5が取り付けられている。外側マスト1と内側マスト2からなるメインマストは互いに逆向きに回転させることが可能であり、これにより上段のメインローター5と下段のメインローター6を互いに逆向きに回転させることができる。メインローター5,6それぞれのローターブレードのピッチ角は独立したスワッシュプレート7,8を傾動動作させることで変化させることができる。
Here, the lower
より具体的には、内側マスト2内にメインローターのローターブレードの枚数に応じたコントロールロッド3を貫通させ、このコントロールロッド3の下端部はスワッシュプレート8に連結される。また、このコントロールロッド3の上部は上段のメインローター5のローターヘッドに配置されたミキシングレバー4に連結されており、サイクリックピッチコントロールおよびコレクティブピッチコントロールを行って、上段のメインローター5のピッチ角を変化させることができる。これにより、従来の上下スワッシュプレートをコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、上段のメインローター5のローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することができる。
More specifically, a
なお、上述したように、同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは上下にローターが付き、それぞれが逆方向に回転しており、例えば、上下のローター回転数(トルク)が同じであれば機体のヨー軸方向には変化が起こらないが、上下のローターで負荷を変えることで、ヨー軸方向の変化も制御することができる。 As described above, the coaxial counter-rotating rotor system-mounted helicopter has a rotor on the top and bottom, and each of them rotates in the opposite direction. For example, if the top and bottom rotor rotation speed (torque) is the same, Although no change occurs in the yaw axis direction, changes in the yaw axis direction can also be controlled by changing the load with the upper and lower rotors.
また、図2〜図5において、11は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体、12は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの支持脚、13は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの尾翼、14はプッシャータイプのプロペラ、15は上段のメインローター用ローターブレード、16は下段のメインローター用ローターブレード、17はコントロールロッドを貫通させたマスト、18は上段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部、19は下段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部である。
2 to 5, 11 is a helicopter body mounted with a coaxial counter rotating rotor system, 12 is a support leg of the helicopter mounted with a coaxial counter rotating rotor system, and 13 is a helicopter mounted with a coaxial counter rotating rotor system. Tail, 14 is a pusher type propeller, 15 is a rotor blade for the upper main rotor, 16 is a rotor blade for the lower main rotor, 17 is a mast having a control rod penetrated, and 18 is a variable of the rotor blade for the upper main rotor. A
さらに、21は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの下段のメインローター用スワッシュプレート、22は二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの上段のメインローター用スワッシュプレート、23は内部のスワッシュプレートに繋ぐ3本のロッド、Sは上段のメインローター用ローターブレード15と下段のメインローター用ローターブレード16とのスペースである。ここで、上段用ローターブレード15の寸法がおおよそ700mmから800mm及びその重量が200gから300g、下段用ローターブレード16の寸法がおおよそ700mmから800mm及びその重量が200gから300g、上段用ローターブレード15と下段用ローターブレード16との間隔は100mmから200mmであることが望ましい。
Further, 21 is a swash plate for the main rotor at the lower stage of the helicopter mounted with the coaxial counter rotating rotor system, 22 is a swash plate for the main rotor at the upper stage of the helicopter mounted with the counter rotating rotor system, and 23 is connected to the internal swash plate. The rod, S, is a space between the upper main
また、上段のメインローター用スワッシュプレート8は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体11の胴体11A内部に取り付けるようにしている。
Further, the upper main
図6は本発明の二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの電気的制御システムのブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram of an electrical control system for a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system according to the present invention.
この図において、31は送信機、32は受信機、33はフライト・コントローラ、34は上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ、35は下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ、36は上段のメインローター用スワッシュプレート、37は下段のメインローター用スワッシュプレートである。 In this figure, 31 is a transmitter, 32 is a receiver, 33 is a flight controller, 34 is 3 servos for controlling the swash plate for the upper main rotor, 35 is 3 servos for controlling the swash plate for the lower main rotor, 36 is a swash plate for the upper main rotor, and 37 is a swash plate for the lower main rotor.
上段のメインローター用ローターブレードの制御は、3個のサーボを使用して、エルロン方向、エレベータ方向、ピッチ方向、ヨー軸方向の制御を行うようにしている。また、下段のメインローター用ローターブレードの制御も3個のサーボを使用して、エルロン方向、エレベータ方向、ピッチ方向、ヨー軸方向の制御を行うようにしている。この各々のサーボのミキシング量は、機体がなめらかに飛行するように設定している。 The upper main rotor blade is controlled using three servos in the aileron direction, elevator direction, pitch direction, and yaw axis direction. In addition, the control of the rotor blade for the lower main rotor uses three servos to control the aileron direction, elevator direction, pitch direction, and yaw axis direction. The mixing amount of each servo is set so that the aircraft flies smoothly.
すなわち、図6に示すように、送信機31からの信号は受信機32を介してフライト・コントローラ33に入り、上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ34に届き、これにより上段のメインローター用スワッシュプレート36に繋がっている上段用ローターブレードに伝わりローターブレードが変化して、上下、左右、前後に機体が動く。同様に下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ35に届き、これにより下段のメインローター用スワッシュプレート37に繋がっている下段のメインローター用ローターブレードに伝わりローターブレードが変化して、上下、左右、前後に機体が動く。なお、この上下のサーボの変化量は機体の変化が滑らかになるような制御アルゴリズムで動作する。
That is, as shown in FIG. 6, the signal from the
より詳細には、
(1)従来、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、通常下段用ローターブレードのスワッシュプレートから上段用ローターブレードのスワッシュへと複数のリンケージロッドで連結されているが、本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、それらのリンケージロッド(コントロールロッド)を同軸二重反転式ローターのマスト20の中を貫通させ、同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体11の中央部に位置した同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの上段用ローターブレード15のスワッシュプレート22でコントロールするように構成した。
More specifically,
(1) Conventionally, a helicopter equipped with a counter-rotating rotor system is usually connected by a plurality of linkage rods from a swash plate of a lower rotor blade to a swash of an upper rotor blade. The helicopter equipped with a rotor type rotor system has its linkage rod (control rod) penetrated through the mast 20 of the coaxial counter-rotating rotor and is located in the center of the
(2)また、本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターでは、通常は機械的に同期している2個のスワッシュプレートで複数のサーボを使い、電気的に同期させ、1つの制御装置から信号を受け、サイクリック、コレクティブ、ヨー軸方向のコントロールを行うように構成している。 (2) Further, in the helicopter equipped with the coaxial counter-rotating rotor system of the present invention, a plurality of servos are used in two swashplates that are usually mechanically synchronized, and are electrically synchronized, thereby providing one control device. It is configured to receive a signal from and control the cyclic, collective, and yaw axes.
(3)さらに、本発明の同軸二重反転式ローターシステムを搭載した機体の後部には、プッシャータイプのプロペラを設け、前進、後進移動の際の機体の傾きを軽減することができる。これにより、水平な移動が可能となり、また、長距離移動の際も前進速度の補助動力としても効果的である。 (3) Further, a pusher type propeller is provided at the rear of the airframe on which the coaxial counter-rotating rotor system of the present invention is mounted, and the inclination of the airframe during forward and backward movement can be reduced. As a result, horizontal movement is possible, and it is also effective as auxiliary power for forward speed during long distance movement.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、上段のメインローターのローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御するとともに、極力推力のロスをなくし、強固で簡素化された二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターとして利用可能である。 The helicopter equipped with the coaxial counter-rotating rotor system according to the present invention accurately controls the cyclic collective pitch control system of the rotor head of the upper main rotor with a simple structure, and eliminates loss of thrust as much as possible. It can be used as a simplified helicopter with counter-rotating rotor system.
1 外側マスト
2 内側マスト
3、23 コントロールロッド
4 ミキシングレバー
5 上段のメインローター
6 下段のメインローター
7、37 下段のメインローター用スワッシュプレート
8、36 上段のメインローター用スワッシュプレート
9 スペース
11 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体
11A 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体の胴体
12 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの支持脚
13 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの尾翼
14 プッシャータイプのプロペラ
15 上段のメインローター用ローターブレード
16 下段のメインローター用ローターブレード
17 コントロールロッドを貫通させたマスト
18 上段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部
19 下段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部
31 送信機
32 受信機
33 フライト・コントローラ
34 上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ
35 下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の3サーボ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Outer mast 2
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