JP2022531748A - 改良型推進装置を備える回転翼航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】パワーマスト（水平杆体）システムの効率及び安全性の両方を改善する。【解決手段】推進装置（１０）を備える回転翼（４０）航空機（１００）であって、前記回転翼（４０）を回転させる回転支柱（５０）を有し、前記推進装置（１０）は航空機（１００）の回転支柱（５０）に機械的に接続されている水平杆体（２０）を備え、水平杆体（２０）の少なくとも一端には、水平杆体（２０）を回転支柱（５０）の軸線まわりに回転させるようになっているモータ（３０）を設けてあり、水平杆体（２０）の回転により、回転翼（４０）を回転させるようになっているものにおいて、水平杆体（２０）の各端にモータ（３０）のグループが配置されており、各モータ（３０）のグループは、１対の同軸反転プロペラ（３２）（３２’）を有し、前記１対の同軸反転プロペラ（３２）、（３２’）は、水平杆体（２０）を回転させる回転トルクを生成するようになっている回転翼航空機（１００）。【選択図】図１

Description

本発明は、改良型推進装置を備える回転翼航空機に関する。この改良型推進装置は、航空機以外の分野、特にエネルギー生成分野に適用することもできる。

例えばヘリコプターのような回転翼航空機の推進装置としては、様々のものが公知である。

特に、回転翼のブレードの先端に推進装置を取り付けたものについて、従来様々のものがテストされている。しかし、このような推進装置においては、具備されているコレクティブ・サイクリック装置と干渉するという問題がある。

公知のこのタイプの推進装置は、基本的に、いわゆるコールドジェット、又はチップジェットシステムを備えている。

フランス国の技術者が考えたこの装置は、マスト即ち回転翼の軸を通って送り出される高圧空気を専ら生成するためのタービンを備え、複雑な装置により、高圧の空気を、ヘリコプターのブレードを経て、その先端へ送り、この先端に設けたノズルから吐出させて、ブレードを回転させ、飛行させるようになっていた。

空気をブレードの端から吐出させる低温ジェットシステムにおいては、揚力を生むために、ブレードのピッチを変えて、上を向く角度を変え、その時、推進ジェットにより、ブレードを上方へ押すようになっている。

サイクリックコントロールが作動させられると、ブレードのピッチは変化し、ジェットは、サイクリックピッチの傾斜の函数として、往復推力を発生する。

またこのジェットは、ブレードがマストの垂直軸方向へ傾くのを妨げ、ブレードを常に「押し」ており、ブレードは自由に傾くことはできなかった。

これは、ジェットの推力の影響を受けるフラップ運動の本質である。

この試みは、５０年代の初期に行われたが断念された。機体の重量、飛行時間、及び有効積載量において、利点がなかったからである。

唯一の利点は、メインローター、テイルローターおよびフリーホイールがないことであり、そのため、マストの必要がなく、また動力伝達時におけるトルクの問題もなかった。
過去に試作されテストされた別のシステムは、いわゆるホットジェットシステムである。

ホットジェットシステムでは、ヘリコプターの回転翼のブレードの先端に、ラムジェットが取り付けられていた。

ホットジェットシステムは、コールドジェットシステムよりも簡単であるが、ブレードの先端にラムジェットを取り付けてあるので、ブレードのピッチ、回転周期、傾斜及びフラッピングの変化に対して、上述したと同じ大きな欠点を有していた。

しかも、これらの問題に加えて、燃料消費量がきわめて大であるということも問題であり、そのため、２０分～３０分以上に亘る飛行は全く不可能であった。

現在の他のすべての推進装置は、ロータークラウン／スプロケットを介して、マストに直接に連係されており、本発明よりも十分に高い動力が必要である。

回転翼航空機に関する上述した以外の解決するべき問題は、イタリア国特許出願１０２０１７０００１０８８０４（特許文献１）及びそれに対応する国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０７１１９６（特許文献２）に記載されている。

この推進装置は、「パワーマスト」とも呼ばれる回転柱を使用するという考え方を基にしている。

パワーマストは、航空機における垂直の回転軸に接続され、垂直の回転軸は、回転翼を回転させるようになっている。パワーマストは、航空機における垂直の回転柱に、機械的に接続することができ、パワーマストの少なくとも一端には、パワーマストを回転させるようになっているモータが取り付けられ、パワーマストが回転すると、回転翼が回転させられるようになっている。

イタリア国特許出願１０２０１７０００１０８８０４ 国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１８／０７１１９６

本発明の目的は、パワーマストシステムの効率及び安全性の両方を改善することである。

本発明のさらなる目的は、従来の航空機に比して安価な回転翼航空機を創成することである。

本発明の上記した目的、及びその他の目的は、本明細書を読むことにより明らかになる改良型推進装置を備える回転翼航空機により達成される。

この航空機は、回転翼を回転させる垂直の回転柱を備え、推進装置は、航空機の回転マストに機械的に接続されている水平杆体を有し、この水平杆体の先端には、水平杆体を回転柱の軸線まわりに回転させるようになっているモータが設けられ、水平杆体の各端にモータのグループが配置されており、各モータのグループは、１対の正逆回転プロペラを有し、この１対の正逆回転プロペラは、水平杆体を回転させる回転トルクを生成するようになっていることを特徴としている。

この実施例における利点は、正逆回転プロペラの形状の故に、回転柱の長さを短くして、モータが受ける遠心加速度を小さくすることができることである。

特に本発明の一実施例によれば、回転柱の長さは、回転翼の長さの１／２以下である。

本発明の第２の重要な利点は、正逆回転プロペラはモータの各対に属しており、そのため、「パワーマスト」に作用する全ジャイロモーメントは、０となっていることである。
各プロペラにおけるブレードの数は４としてあるが、それ以外の数でもよい。

本発明の一実施例によれば、正逆回転プロペラは、モータゴンドラで囲まれていない。

この実施例における利点は、モータゴンドラが存在しないため、高い遠心力の下で作用する際において、モータゴンドラの構造的一体性から来る問題が避けられることである。

正逆回転プロペラは電力で駆動される。

さらに、エンジンゴンドラが存在するため、ローターの抵抗及び航空機の前進抵抗は減少している。

本発明の他の実施例によると、水平杆体の長手方向の形状は、水平杆体の回転時に反雑音を発生して、航空機が飛行中に発生する騒音を減少させるような形状となっている。

本発明の上記以外の特徴は、従属請求項に記載してある。

本発明を実施してなる改良型推進装置を具備する回転翼航空機の略図である。 図１の航空機の推進装置の詳細を示す略図である。

本発明の上記以外の特徴及び利点については、添付図面を参照して行う本発明の非限定的実施例に関する以下の説明を読むことにより明らかになると思う。

図１は、本発明による推進装置を備える回転翼航空機１００を略示する図である。推進装置は、包括的に符号１０で示されている。

概説すると、本発明の回転翼航空機の推進装置１０は、回転翼４０と機械的に接続されている垂直の回転柱５０と連係されている。

概説すると、この説明における回転翼航空機は、垂直の回転支柱５０のまわりを回転するブレードと呼ぶ特別な翼面によって生成される揚力を利用する重航空機である。

推進装置１０は、回転翼航空機の垂直の回転支柱５０に機械的に接続しうる１本の水平杆体２０を備え、水平杆体２０の基端は、航空機の垂直の回転支柱５０に機械的に接続されており、モータ３０により、水平杆体２０を、航空機の垂直の回転支柱５０と一致する軸のまわりを回転させるトルクを出させるようになっている。

モータは、例えばｅ－ファンと呼ばれている電動同軸反転プロペラ３２，３２’である。

電動同軸反転プロペラ３２，３２’に対する電力の供給は、航空機１００に搭載されている蓄電池パックにより行われる。

各モータ３０は、水平杆体２０を回転させるためのトルクを発生させる１対の同軸反転プロペラ３２，３２’を備えている。

上述した装置、すなわち、電動同軸反転プロペラにおいては、モータにより、１本の軸上に設けた２個のプロペラを、互いに反対方向に回転させるようになっている。

図２は、図１に示す推進装置を詳細に示すもので、２本の同軸反転プロペラ３２の中の一方の回転方向を矢印Ｗ１で、それと反対のプロペラ３２’の回転方向を矢印Ｗ２で、水平杆体２０の回転方向を矢印Ｆ１で示してある。

この実施例における一つの利点は、互いに反対方向に回転する電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）を短く、従って、水平杆体２０の長さを短くし、それにより、反対方向に回転する２個のプロペラを垂直の回転支柱５０に近づけ、モータが受ける中心加速度を小としてあることである。

特に本発明の一実施形態によると、水平杆体２０の長さは、回転翼４０の長さの半分以下である。

電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）３２のモータユニットが、水平杆体２０の回転中に受ける遠心加速度は、次の式：
ａ_ｃ＝ｒ_ｅＦａｎΩ^２
で表される。ここで、ｒ_ｅＦａｎは、水平杆体２０の回転軸からモータ３０（又はその重心）までの長さであり、Ωは、水平杆体２０の回転速度である。

電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）３２を水平杆体２０の回転軸に接近させることにより、水平杆体２０の長さを短くし、それに比例して、モータとその構成要素に作用する遠心力を小としてある。

本発明の第２の重要な利点は、電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）３２，３２’は、対をなす電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）の各ペアに属しているため、「パワーマスト」上に作用する全ジャイロモーメントは、０に減少していることである。

全ジャイロモーメントは、次式：
Ｍ_ｇｙｒｏ＝Ｉ_ｐｒｏｐΩ_ｅＦａｎΩ
により得られる。ここで、Ｉ_ｐｒｏｐは、プロペラの慣性モーメントであり、Ω_ｅＦａｎは、モータユニット３０の角速度である。

相互反転プロペラを使用すると、全ジャイロスコピックモーメントは、減少して０となる。

各プロペラのブレードの数は、４であるのがよい。しかし、それ以外の数とすることもある。

本発明の一実施例では、同軸反転プロペラ３２，３２’は、モータのゴンドラ内に収められていない。

この実施例による利点は、モータゴンドラが存在しないため、高い遠心力の下で作用する際におけるゴンドラの構造上の一体性に伴う問題が避けられることである。

さらに、エンジンのゴンドラが存在するため、ローターの抵抗、ひいては航空機の前進抵抗は減少している。

本発明の一実施形態によると、水平杆体２０の中へ、電気接続ケーブル及び給電ケーブルを通してある。

本発明の別の実施例では、水平杆体２０を、剛質カプリング２５をもって、航空機の垂直の回転支柱５０に機械的に接続してある。

それに代わり、水平杆体２０を、剛質又は半剛質又は関節式のカプリングをもって、回転支柱５０に機械的に接続することもある。

一般に、水平杆体２０の回転は、回転翼４０の回転面とは異なる面で行われる。

特に、回転支柱５０に対する水平杆体２０の取り付け個所は、図１に例示するように、航空機の操縦装置の上方、又は下方、あるいは航空機のコレクティブ板及びスワッシュ板６０の上方又は下方である。

コレクティブ板及びスワッシュ板６０は、ヘリコプターにおいて公知のものであり、パイロットにより、公知の要領で制御される

水平杆体２０は、回転時に上昇力を発生することがないものであれば、その形状は任意である。

代わって水平杆体２０を、回転することにより上昇力を発揮するような形状とすることもある。

水平杆体２０は、カーボンファイバーで作るのが好ましい。

図１に示す推進装置は、本明細書の導入部に記載した公知のものとは、実質的に異なっている。

推進装置１０は、航空機のブレードの末端に設けられておらず、本明細書の導入部に記載した場合のような、飛行システムを形成している。

実際のところ、本発明の目的である推進装置は、十分な寸法の水平杆体（ポール又はパワーマストとも呼ぶ）２０を備え、この水平杆体２０は、ヘリコプター又はその他の垂直離陸機能を有する航空機のブレードとは完全に独立している。

水平杆体２０は、ローター（ピニオンギアシステム）を備えておらず、端部のプロペラにより、適当な支持体（スラストベアリングその他）上で、自由に回転する。

本発明の一実施例では、水平杆体２０の形状を、その回転中に、飛行中の航空機１００が発する騒音を減少させる反音響を発生するようなものとしてある。

この反音響の代わりとして、あるいはこれに加えて、反回転プロペラ又は水平杆体２０又はその他の要素に、反ノイズを発生するラウドスピーカを設けることもある。

推進装置１０の作動時に、モータ３０は水平杆体２０のための回転トルクを生成し、回転支柱５０と接続することにより、回転翼４０を回転させるトルクを出す。

推進装置は、航空以外の分野、すなわち、水平杆体２０により生成されるレバー効果（例えば電池の再充電、電気的又は吸熱的な回転運動から電気を生成するエネルギー生成等）の利益が受けられる全ての分野において、より低いエネルギーの給電で使用可能なトルク増大システムとしても使用することができる。

本発明はまた、回転支柱５０と機械的に連係されている推進装置１０の用途にも関し、推進装置１０は、回転支柱５０と機械的に接続されている水平杆体２０を含み、水平杆体２０の少なくとも一端には、水平杆体２０を回転支柱５０のまわりに回転させるようになっているモータ３０が取り付けられ、各モータ３０は、１対の電動同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）３２，３２’を含み、水平杆体２０を回転させるトルクを生成し、それにより回転支柱５０を回転させて、ユーザーにエネルギーを生成または伝達するようになっている。

上述した本発明は、予想できない理由、または特別の理由により、別記する特許請求の範囲から逸脱することなく、改変したり改良したりしうることは言うまでもない。

１０ 推進装置
２０ 水平杆体
２５ 剛質カプリング
３０ モータ
３２，３２’ 同軸反転プロペラ（ｅ－ファン）
４０ 回転翼
５０ 回転支柱
６０ スワッシュ板
１００ 回転翼航空機
Ｗ１，Ｗ２ プロペラの回転方向
Ｆ１ 水平杆体の回転方向

Claims (11)

1. 推進装置（１０）を備える回転翼（４０）航空機（１００）であって、
   前記回転翼（４０）を回転させる回転支柱（５０）を有し、
   前記推進装置（１０）は航空機（１００）の回転支柱（５０）に機械的に接続されている水平杆体（２０）を備え、
   水平杆体（２０）の少なくとも一端には、水平杆体（２０）を回転支柱（５０）の軸線まわりに回転させるようになっているモータ（３０）を設けてあり、水平杆体（２０）の回転により、回転翼（４０）を回転させるようになっているものにおいて、
   前記水平杆体（２０）の各端に前記モータ（３０）のグループが配置されており、各モータ（３０）のグループは、１対の同軸反転プロペラ（３２）（３２’）を有しており、前記１対の同軸反転プロペラ（３２）、（３２’）は、水平杆体（２０）を回転させる回転トルクを生成するようになっている回転翼航空機（１００）。
2. 同軸反転プロペラ（３２）（３２’）は、電力駆動式である請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
3. 水平杆体（２０）は、中空であって、その中に同軸反転プロペラ（３２）（３２’）に対する導電ケーブルを通すことができるようになっている請求項２に記載の回転翼航空機（１００）。
4. 同軸反転プロペラ（３２）（３２’）は、エンジンゴンドラで囲まれていない請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
5. 水平杆体（２０）の長さは、回転翼（４０）の長さの１／２以下である請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
6. 水平杆体（２０）は、回転翼（４０）の回転面とは異なる面で回転するようになっている請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
7. 水平杆体（２０）は、航空機（１００）の回転支柱（５０）に、剛質カプリング（２５）をもって、機械的に接続されている請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
8. 水平杆体（２０）は、回転しても揚力を発生しないような形状である請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
9. 水平杆体（２０）は、回転中に飛行中の航空機（１００）が発する騒音を減少させる反音響を発生するような形状を有している請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
10. 相互反転プロペラ又は水平杆体（２０）又はその他の要素の回転により発生させられる音に対する反音響を発生するラウドスピーカを具備してなる請求項１に記載の回転翼航空機（１００）。
11. 回転支柱（５０）と関連付けられている推進装置（１０）の使用であって、
    前記推進装置（１０）は、回転支柱（５０）に機械的に接続されている水平杆体（２０）を含み、
    水平杆体（２０）の少なくとも一端に、水平杆体（２０）を回転支柱（５０）の軸まわりに回転させるようになっているモータ（３０）を備え、
    前記水平杆体（２０）の各端に前記モータ（３０）のグループが配置されており、各モータ（３０）のグループは、１対の同軸反転プロペラ（３２）（３２’）を備えており、水平杆体（２０）を回転させる回転トルクを発生し、それにより、回転支柱（５０）を回転させて、ユーザーに対するエネルギーを生成又は伝達するようになっている推進装置（１０）の使用。

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