JP2019509214A - 折り畳み式可変ピッチブレードを備える航空機プロペラ - Google Patents

Abstract

本発明は、航空機エンジン（１）用のプロペラ（２）に関する。プロペラ（２）は、ハブ（８）に対して入射角ピッチ軸（１４）に従って旋回するように取り付けられると共に、各ブレードと関連付けられたブレード取付台（１０）と、ブレード（６）がブレード取付台（１０）に対してブレード折り畳み軸（２２）に従って旋回することを可能にすると共に、各ブレード取付台（１０）と根元部（６ａ）との間にある旋回リンク（２０）と、ブレード（６）のうちの少なくとも１つと関連付けられており、折り畳み軸（２２）に従って根元部（６ａ）をブレード取付台（１０）に対して旋回させるように構成されたブレードの折り畳み／展開を制御するための部材（２４）と、ハブ（８）に対してプロペラ回転軸（４）に従って回転するように取り付けられた中心同期要素（４２）と、各ブレード（６）と関連付けられた連結要素（４４）とを含み、ブレードの折り畳み／展開を同期するための受動装置（４０）と、を備える。連結要素（４４）は、ブレード根元部（６ａ）に取り付けられた第１の端部と、中心同期要素（４２）に取り付けられた第２の端部とを含む。

Description

本発明は、航空機エンジンのプロペラの分野に関し、詳細には、ほぼ一定の速度で回転するように制御されるプロペラに関する。

こういったプロペラは、例えばドローンなど、任意のタイプの航空機に適用可能である。

従来技術により、ブレードが展開した作動位置から引き込み位置に移動、かつその逆に移動できるように折り畳み可能な性質を有する航空機エンジンのプロペラが知られている。このタイプのシステムは主に、着陸時にプロペラを折り畳み可能にする目的で、小型プライベート飛行機に広く普及している。これにより飛行機の大きさを低減し、そのプロペラの保護が可能になる。もう一つの機能性は、飛行中にプロペラを、その誘導抗力を減少させるために折り畳むことにありうる。

さらに、より大きなサイズの航空機では、その入射角ピッチを可能にするために、ハブに旋回可能に取り付けられたプロペラブレードを設けることが知られている。実際に、飛行中にブレードの入射角を変化させることによって、その飛行のパラメータを変更することなく、プロペラ回転速度をほぼ一定に保持しながら、推力をその要求にそれぞれの瞬間に適合することが可能になる。

しかしながら、同じプロペラ内で上述の両方の機能を関連付ける、つまりブレードに可変ピッチを提供しながらそれらのブレードを折り畳み可能にする技術的解決策は、まだ提案されていない。したがってこの解決策の提案が求められている。

したがって、本発明の目的は、上記で特定した要求を少なくとも部分的に満たすことである。

このために、本発明の１つの目的は、プロペラ回転軸の周りを回転するための航空機エンジン用のプロペラにおいて、ハブと、上記ハブの周りに円周方向に分散配置された複数のブレードとを備えるプロペラであって、さらに、
上記ハブに対して入射角ピッチ軸の周りに旋回可能に取り付けられた、各ブレードと関連付けられたブレード支持体と、
上記ブレード支持体を上記ハブに対して上記入射角ピッチ軸の周りに旋回させるように構成された、上記ブレードのための入射角制御手段と、
各ブレード支持体とそれに関連付けられたブレードの根元部との間にある旋回連結部において、上記ブレードがそのブレード支持体に対してブレード折り畳み軸の周りに旋回することを可能にする、旋回連結部と、
上記ブレードのうちの少なくとも１つと関連付けられた、上記ブレード根元部を上記ブレード支持体に対して上記折り畳み軸の周りに旋回させるように構成されたブレード折り畳み／展開制御部材において、上記折り畳み／展開制御部材が、互いに平行移動式に動作可能な第１の要素および第２の要素を備え、上記第１の要素が第１の旋回連結部を使用して上記ハブに取り付けられ、上記第２の要素が第２の旋回連結部を使用して伝達装置に取り付けられ、上記伝達装置が上記ブレード根元部に連結される、ブレード折り畳み／展開制御部材と、
上記ハブに対して上記プロペラ回転軸の周りに回転可能に取り付けられた中心同期要素と、各ブレードと関連付けられた連結要素とを含んだ、ブレード折り畳み／展開同期受動装置において、上記連結要素が、第１のボールジョイントの周りで上記ブレード根元部に取り付けられた第１の端部と、第２のボールジョイントを使用して上記中心同期要素に取り付けられた第２の端部とを含む、ブレード折り畳み／展開同期受動装置と、を備えるプロペラである。

本発明の注目すべき点は、上記で特定した要求を巧妙で簡単かつ効率的な形で満たしうる点にある。詳細には、ボール／ボールジョイントを実装することによって、ブレードの入射角ピッチの最中にそのブレードの旋回も併せて行うのに役立つ運動自由度が導入される。同様に、上記ボール／ボールジョイントは、中心同期要素がハブの周囲をプロペラ回転軸の周りに自在に回転する、ブレードの折り畳み／展開動作の運動学にも役立つ。尚、これに関しては、この受動的な同期装置によって、折り畳み／展開動作中の質量の不均衡の発生が回避できるだけでなく、プロペラのブレードの数よりも少ない数の折り畳み／展開制御部材を設けることが可能になる。

本発明の注目すべき点はまた、大幅な変更をもたらすことなく、既存のブレード可変ピッチプロペラに実装可能な設計を有する点にある。

さらに、本発明により、プロペラがすでに回転している場合、またはプロペラが停止している場合の、ブレード折り畳み解除の検討も可能になる。

最後に、本発明は、ブレードが後方に折り畳まれるプッシュ構造（「プッシャ」と呼ばれる）に取り付けられるプロペラ、ならびにブレードが前方に折り畳まれるプル構造（「プラー」と呼ばれるに取り付けられるプロペラに適合される。

さらに、本発明は、以下の任意選択の特徴のうちの少なくともいずれかを、単独で、または組み合わせて有する。

上記プロペラは、少なくとも２つのブレード折り畳み／展開制御部材を備え、このブレード折り畳み／展開制御部材は、それぞれ２つのブレードと関連付けられる。上述したように、これらの制御部材の数は、ブレードの数よりも少なくてもよく、あるいはブレードの数と同一であってもよい。一例として、制御部材の数はプロペラブレードの数の半分である。尚、やはり一例として、単一の折り畳み／展開制御部材が、全てのプロペラブレードと関連付けられうる。

好ましくは、上記ブレード折り畳み／展開制御部材は被制御シリンダであり、好ましくは油圧シリンダである。上記シリンダは、プロペラの設計に応じて、「プッシャ」または「プラー」モードで制御されうる。尚、これに加えて「プラー」モードでは、上記シリンダはダンパ機能を果たしうる。

好ましくは、各連結要素は連結ロッドである。

好ましくは、上記中心同期要素はリングである。

好ましくは、上記伝達装置は、互いにヒンジ式に取り付けられた２つのリンクを備える。

好ましくは、ブレード折り畳み軸と入射角ピッチ軸はほぼ直交している。

好ましくは、ブレードの数は１〜４つであるが、本発明の範囲から逸脱することなしに、より多くの数が可能でありうる。

好ましくは、ブレードが展開作動位置にあるときに、折り畳み／展開制御部材は、プロペラ回転軸とほぼ平行な向きにある。

本発明の別の目的は、好ましくは回転軸の周りをほぼ一定の速度で回転するように構成された上述のプロペラを含んだ航空機エンジンである。ただし、プロペラの回転速度は、任務に応じて推力または燃料消費を最適化するために、パイロットによってそれよりわずかに遅い速度で制御されうることが従来指摘されている。

本発明の他の利点および特徴は、以下の非限定的な詳細説明で明らかになるであろう。

以下、添付図面を参照して説明する。

展開作動位置にある本発明によるプロペラの概略斜視図である。 図１ａに示されているプロペラの概略側面図である。 プロペラが引き込み位置の近傍の位置に示されている、図１ａと同様の図である。 プロペラが引き込み位置の近傍の位置に示されている、図１ｂと同様の図である。 図１ａに示されているプロペラの詳細な部分斜視図である。

まず、図１ａおよび１ｂを参照すると、例えばドローン用エンジンなどの航空機エンジン１のためのプロペラ２が示されている。このエンジンは、例えば５トン程度の質量を有する輸送手段に適合されたエンジンであり、このエンジンのプロペラ２は、そのプロペラ回転軸４の周りをほぼ一定、例えば２０００ｒｐｍ程度の最大速度で回転するためのものである。このためにエンジン１は従来、制御システム（図示せず）を備えており、その制御システムによって、必要動力の要求量とは関係なく、そのエンジンの回転速度を一定に維持するように、プロペラのブレード入射角の変化量を指令することが可能になる。

プロペラ２は、回転軸４の周りに円周方向等間隔に配置されたブレード６を複数含んでおり、この場合は４つ存在する。これらのブレード６は、プロペラハブ８によってその外側に担持され、プロペラハブ８は、エンジンの固定部分に対して軸４の周りを回転可能に動くように取り付けられている。

本発明の特徴は、プロペラのブレード６の入射角ピッチを可能にするだけでなく、図１ａおよび１ｂに示されている展開作動位置と、図２ａおよび２ｂに示されている位置の近傍にある引き込み位置または折り畳み位置との間における、プロペラのブレードの折り畳み／展開も可能にする設計を提供することである。

さらに図１ａおよび１ｂを参照すると、プロペラ２は、各ブレードと関連付けられたブレード支持体１０を備える。この支持体１０は、回転軸４に対して径方向に配置され、ハブ８の開口１２を貫通する。ブレード支持体１０は、このハブの開口１２に、ほぼ径方向の向きの入射角ピッチ軸１４の周りに旋回可能に取り付けられる。図１ｂに略図で示されているように、各ブレード支持体１０は、ハブ８の内部に収容されたブレード入射角制御手段１６と周知の形で協働する。こういった手段１６は、各ブレード支持体１０を同時に、それぞれの開口１２内でそれぞれの入射角ピッチ軸１４の周りに旋回させるように構成される。この旋回は、プロペラのブレード６のピッチ角を変更する目的で、エンジン制御システムからのコマンドに応答して行われる。

さらに、各ブレード６は、空力的な部分と、ブレード根元部６ａを形成する基部を含む。ブレード根元部６ａはヨークの形をしており、そのヨークは、それに関連付けられるブレード支持体１０に、旋回連結部２０によってヒンジ式に取り付けられる。この連結部は、回転軸４に対してほぼ接線方向の向きで、したがって回転軸４とほぼ直交して、ブレード折り畳み軸２２を規定する。その結果この旋回連結部２０によって、ブレード６が、そのブレード支持体１０に対して、入射角ピッチ軸１４ともほぼ直交するブレード折り畳み軸２２の周りに旋回することが可能になる。尚、これに関して、本明細書では、ブレードの折り畳みはブレードが前方へ旋回するように設けられる。これは、プロペラがガスジェネレータの前部に取り付けられるプル構造（「プラー」と呼ばれる）をエンジンが、有するためである。ただし、逆の構造（「プッシャ」と呼ばれる）も、本発明の範囲から逸脱することなしに想定されうる。この場合、ブレードは後方に折り畳まれるように設けられうる。

プロペラの折り畳み／展開を行うために、ブレード６と関連付けられる少なくとも１つのブレード折り畳み／展開制御部材２４が設けられる。例えば、４つのブレード６のうちの２つだけがかかる制御部材２４を備えるが、この部材の数は、本発明の範囲から逸脱することなしに、これより少なくも多くもできる。

ブレード折り畳み／展開制御部材２４は、ブレード根元部６ａをブレード支持体１０に対して折り畳み軸２２の周りに旋回させるように構成される。上記制御部材は好ましくは被制御油圧シリンダであり、この油圧シリンダは、互いに平行移動可能なシリンダ本体２８およびシリンダロッド３０を備える。図１ａおよび１ｂに示されている展開作動位置で、制御部材２４は、プロペラ回転軸４とほぼ平行の向きにある。

シリンダ本体２８は、第１のピンジョイント３２ａを使用してハブ８の後部に取り付けられ、シリンダロッド３０は、第２のピンジョイント３２ｂを使用して伝達装置３６に取り付けられる。より正確には、伝達装置３６は、互いにヒンジ式に取り付けられた２つのリンク３７を含み、そのリンク３７の一方は、ブレード根元部６ａにやはりヒンジ式に取り付けられ、そのもう一方は、ブレード支持体１０と回転可能に一体化されたブラケット３８にヒンジ式に取り付けられる。これらの３つのヒンジ軸は互いに平行であり、ブレード折り畳み軸２２とも平行である。

両リンク３７は、ハブ８の外側に配置されて、径方向に沿って互いに連続している。径方向内側に配置されたリンクは、シリンダロッド３０への連結アイレット（図３の参照番号５０）を有し、シリンダロッド３０には、第２のピンジョイント３２ｂが形成されている。

尚、参考までに、第１および第２の旋回連結部３２ａ、３２ｂを支持する軸は、好ましくはブレード折り畳み軸２２と平行になっている。

最後に、プロペラ２は、ブレード６の折り畳み／展開を同期させるための受動装置４０を含む。この装置４０はまず、ハブ８の前部の周囲に配置された、リングの形をした中心同期要素４２を含む。このリング４２は、プロペラ回転軸４に沿って平行移動方向にブロックされ、その軸４の周りにだけ、ハブ８に対して回転式に動作可能となる。装置４０はまた、各ブレード６と関連付けられる、好ましくは連結ロッドの形をした連結要素４４を含む。その第１の端部は、第１のボールジョイント３２ｃに従ってブレード根元部６ａに取り付けられ、その第２の端部は、第２のボールジョイント３２ｄを使用して中心同期リング４２に取り付けられる。各連結ロッド４４は、ほぼ前方に延びており、正面からみて径方向に沿って一定の角度を有する。より詳細だが見やすいように制御部材を取り除いた図３から分かるように、第１のボールジョイント３２ｃを支持する軸と第２のボールジョイント３２ｄを支持する軸は、好ましくは互いに直交する。実際に、第１のボールジョイント３２ｃを支持する軸（その向きが点線５２で示されている）は、ブレード折り畳み軸２２と平行であり、第２のボールジョイント３２ｄを支持する軸（その向きが点線５４で示されている）は、プロペラの回転軸４と平行である。

上述の設計では、手段１６による入射角の変化量の制御時は、各ブレード支持体１０がその軸１４の周りをハブ８に対して旋回する。この旋回は、ピン／ボールジョイント３２ａ〜３２ｄがあることによって、シリンダ２４および連結ロッド４４の動きを伴う。それに加えてこの連結ロッド４４が動いている間、その動きに伴って、リング４２がハブ８の周囲を軸４の周りに小さく回転しうる。

プロペラの折り畳みの制御時は、それに従って、ブレード６が図２ａおよび２ｂに示されている位置の近傍にあるその引き込み位置に達するまで、制御部材２４が作動する。本明細書では、これによってシリンダ２４が伸び、そのシリンダ２４のシリンダロッド３０によって、径方向内側のリンクが前方へ旋回し、それによってもう一方のリンクが駆動されることにより、今度はそのもう一方のリンクによって、ブレード根元部６が前方へ軸２２の周りを旋回させられる。したがって、両リンク３７は、ほぼ径方向に一直線に並ぶ構造から、後方に開いたＶ字を形成する構造に切り換わる。尚、採用した設計は、折り畳み解除位置において、両リンク３７が、大きく開いたＶ字、特に後方に開いた上述のＶ字に対して逆方向を有するＶ字を形成するように、互いにわずかに傾斜した位置をとりうるようなものでありうる。これにより、折り畳み位置へのブレードの偶発的な戻りを防止できる。

ブレード６の旋回は、最初に径方向にあるその向きがほぼ軸方向になるまで徐々にスイングするように、９０°に近い角度で行われる。このブレード６の旋回の間、各連結ロッド４４の第１の端部は前方へ駆動され、この動きが、各連結ロッド４４の第２の端部の誘導された動きによって引き起こされるハブ８の周りのリング４２の回転によって補償される。尚、これに関しては、上記同期装置とロータ内に位置する上記ブレード入射角制御手段との間における不静定のループを回避するために、機能的な間隙が、好ましくは各連結ロッドに設けられる。

リング４２上の連結ロッド４４の第２の端部の間隔は均等であり、それによって、プロペラ２の折り畳みは有利には同期した形で行われる。当然ながら、プロペラ２を前方に折り畳むには、プロペラが回転しているか静止しているかに関係なく、飛行中にブレード６に加わる空力的な力に対抗しなければならない。

プロペラ２の折り畳み解除を行うには、上述の原理が逆方向に行われる。尚、これに関しては、プロペラが回転しているとしても、さらにはプロペラが静止している状態でも、折り畳み解除／展開は行われうる。プロペラが回転している場合には、遠心力が有利に展開を補助する。

当然ながら、当業者であれば、単に非限定的な例として説明した本発明に、様々な変更を加えうるであろう。

１ 航空機エンジン
２ プロペラ
４ プロペラ回転軸
６ ブレード
６ａ ブレード根元部
８ プロペラハブ
１０ ブレード支持体
１２ ハブ８の開口
１４ 入射角ピッチ軸
１６ ブレード入射角制御手段
２０ 旋回連結部
２２ ブレード折り畳み軸
２４ ブレード折り畳み／展開制御部材、シリンダ
２８ シリンダ本体
３０ シリンダロッド
３２ａ 第１のピンジョイント
３２ｂ 第２のピンジョイント
３２ｃ 第１のボールジョイント
３２ｄ 第２のボールジョイント
３６ 伝達装置
３７ リンク
３８ ブラケット
４０ 受動装置
４２ 中心同期要素
４４ 連結ロッド

Claims (11)

1. プロペラ回転軸（４）の周りを回転するための航空機エンジン（１）用のプロペラ（２）であって、ハブ（８）と、前記ハブの周りに円周方向に分散配置された複数のブレード（６）とを備え、
   前記プロペラは、さらに、
   入射角ピッチ軸（１４）の周りに旋回可能に前記ハブ（８）に取り付けられると共に、各ブレードと関連付けられたブレード支持体（１０）と、
   前記ブレード支持体（１０）を前記ハブ（８）に対して前記入射角ピッチ軸（１４）の周りに旋回させるように構成された、前記ブレードのための入射角制御手段（１６）と、
   各ブレード支持体（１０）とそれに関連付けられたブレードの根元部（６ａ）との間にあり、前記ブレード（６）が前記ブレード支持体（１０）に対してブレード折り畳み軸（２２）の周りに旋回することを可能にする旋回連結部（２０）と、
   前記ブレード（６）のうちの少なくとも１つと関連付けられると共に、前記ブレード根元部（６ａ）を前記ブレード支持体（１０）に対して前記折り畳み軸（２２）の周りに旋回させるように構成されたブレード折り畳み／展開制御部材（２４）であって、前記折り畳み／展開制御部材（２４）は、互いに平行移動式に動作可能な第１の要素（２８）及び第２の要素（３０）を備え、前記第１の要素（２８）は、第１のピンジョイント（３２ａ）を用いて前記ハブ（８）に取り付けられ、前記第２の要素（３０）は、第２のピンジョイント（３２ｂ）を用いて伝達装置（３６）に取り付けられ、前記伝達装置は、前記ブレード根元部（６ａ）に連結された、ブレード折り畳み／展開制御部材（２４）と、
   前記プロペラ回転軸（４）の周りに回転可能に前記ハブ（８）に取り付けられた中心同期要素（４２）と、各ブレード（６）と関連付けられた連結要素（４４）とを含むブレード折り畳み／展開同期受動装置（４０）であって、前記連結要素（４４）は、第１のボールジョイント（３２ｃ）を用いて前記ブレード根元部（６ａ）に取り付けられた第１の端部と、第２のボールジョイント（３２ｄ）を用いて前記中心同期要素（４２）に取り付けられた第２の端部とを含む、ブレード折り畳み／展開同期受動装置（４０）と、
   を備える、プロペラ。
2. それぞれ２つのブレード（６）と関連付けられた、少なくとも２つのブレード折り畳み／展開制御部材（２４）を備える、請求項１に記載のプロペラ。
3. 前記ブレード折り畳み／展開制御部材（２４）は、被制御シリンダである、請求項１又は２に記載のプロペラ。
4. 各連結要素（４４）は、連結ロッドである、請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のプロペラ。
5. 前記中心同期要素（４２）は、リングである、請求項１から４うちのいずれか一項に記載のプロペラ。
6. 前記伝達装置（３６）は、互いにヒンジ式に取り付けられた２つのリンク（３７）を備える、請求項１から５のうちいずれか一項に記載のプロペラ。
7. 前記ブレード折り畳み軸（２２）と前記入射角ピッチ軸（１４）は、ほぼ直交している、請求項１から６のうちいずれか一項に記載のプロペラ。
8. 前記ブレード（６）の数は、１つから４つの間である、請求項１から７のうちいずれか一項に記載のプロペラ。
9. 前記ブレード（６）が展開作動位置にあるときに、前記折り畳み／展開制御部材（２４）は、前記プロペラ回転軸（４）とほぼ平行な向きにある、請求項１から８のうちいずれか一項に記載のプロペラ。
10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のプロペラ（２）を含む航空機エンジン（１）。
11. 請求項１０に記載のエンジンであって、前記プロペラ（２）が前記回転軸（４）の周りをほぼ一定の速度で回転するように構成されている、エンジン。

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