JP2994946B2 - 動的不釣り合いのある回転ローターの振動伝播に対する対抗方法、および回転する力ベクトルおよび振動する偶力の発生装置 - Google Patents

動的不釣り合いのある回転ローターの振動伝播に対する対抗方法、および回転する力ベクトルおよび振動する偶力の発生装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は一般的に力および偶力の
発生装置の分野に係わり、より詳しくは回転する力およ
び偶力の発生装置の改良および動的不釣り合いのある回
転ローターからの支持構造体を通る振動伝播に対抗する
方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】これ迄、航空機のターボファンエンジン
の振動抑制は後部エンジンマウントを担持するエンジン
ストラット隔壁に、互いに直交するように取り付けられ
た流体駆動の振動質量体線形力発生装置が使用されてき
た。この技術は有効なことが実証されており、また多重
周波数での力を減少させる可能性を有しているが、発生
する力の波形の忠実性（例えば望ましくない高調波の発
生）に関して問題が発生している。
【０００３】振動する力を発生させるために歯車式反対
方向に回転する偏心質量体の使用は知られている。この
形式の装置は、コンベヤ振動装置および振動試験機のよ
うな機械に応用されてきた。更に、調整可能な差動歯車
装置が２つの振動する力の位相関係を変化させ、合力の
実効振幅を制御するために使用されてきた。米国特許第
５００５４３９号はこの形式の装置の論理的な延長を示
しており、最新式のモーター制御技術と組み合わされ
て、１点にて振幅可変および角度調整可能な振動する力
を発生できる、４つの独立して制御される同軸、同一平
面の入れ子式回転質量体を提供する。回転偏心質量体に
よる力発生装置は純粋な正弦波発生源を形成する基本的
利点を有し（単一周波数ではあるが）、また軸受摩擦に
勝るに十分な力のみ必要とするので、電気モーター駆動
を実現させる。しかしながら米国特許第５００５４３９
号に示されるような装置は、機械的に複雑でパッケージ
化するには面倒である。該装置で発生した力は、一対の
直交配置された流体駆動の線形力発生装置による１点で
作用する力と等価であるが、エンジン振動を相殺するた
めに必要な望ましい対抗振動パターンはもっと複雑であ
ると考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題およびその手段】１つの
見地において、本発明は回転する力ベクトルおよび振動
する偶力を発生させる装置を提供する。この装置は広義
に、同一角速度で共に回転する複数の同軸でない複数の
偏心質量体、および各質量体の角度位置を個々に制御す
るための手段を含んで構成され、個々の偏心質量体の角
度位置を選択的に制御することによって、適切な回転す
る力ベクトルおよび振動する偶力を発生し得る。
【０００５】他の見地において、本発明は動的不釣り合
いのある回転ローターで生じた振動の支持構造体を通る
伝播に対抗する改良された方法を提供する。この方法は
支持構造体に複数の同軸でない回転可能な偏心質量体を
取り付け、前記偏心質量体の各々をローターと同じ角速
度で共に回転させ、およびローターの角度位置に対して
前記質量体の各々の角度位置を制御する諸段階を含み、
これにより前記ローターからの前記支持構造体を通る振
動伝達に対抗する回転する慣性力パターンを発生させ
る。
【０００６】従って本発明の一般的な目的は、回転する
力ベクトルおよび振動する偶力を発生させる改良した装
置を提供することである。
【０００７】他の目的は、エンジンのような動的に不釣
り合いのある回転ローターからの支持構造体を通る振動
伝播に対抗する方法を提供することである。
【０００８】これらの、または他の目的および利点は前
述および以降の明細書、図面および特許請求の範囲から
明白となろう。
【０００９】
【実施例】最初に、図面を通じて同じ符号は同じ構造部
材、部分または表面を表すことを意図しており、これら
の部材、部分または表面は明細書全体で更に説明され
る。別に指示されない限り、図面は明細書と共に読まれ
る（例えば部品の配置、取り付け、など）ことを意図さ
れ、それらは本発明の明細書の一部である。以下の説明
で、「水平」、「垂直」、「左」、「右」、「上」およ
び「下」という用語、並びにそれらの形容詞および副詞
的用語（例えば、「水平な」、「右方向」、「上方向」
など）は読者に向かった状態での図示構造の配向を単純
に示す。別に指示されない限り、用語「内方」および
「外方」は適当に長手方向軸線または回転軸線に対する
面の方向を示す。
【００１０】ここで図面を参照すれば、特に図１を参照
すれば、本発明は広義に回転する力および振動する偶力
を選択的に発生する改良した装置を提供する。この装置
の基本的な目的は１つの構造体から他の構造体への回転
する不釣り合いな力ベクトルによる振動伝播に対抗する
ことである。
【００１１】図１は航空機の翼１１の下側にストラット
１２で支持されたジェットエンジンを示す。このストラ
ットはそれぞれ１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃおよび１３Ｄで
示された４つの間隔を隔てた翼とのクレビス状連結部を
有し、またエンジンとの前後の連結部１４、１５を有す
る。エンジンのファン部分の不釣り合いが回転する力ベ
クトル１６を発生させると仮定する。このベクトルはエ
ンジンの長手方向軸線（ｘ−ｘ）まわりに、エンジンの
角速度で回転する。前方の連結部１４がエンジンの重心
（Ｃ．Ｇ．）の近くに位置されているならば、回転する
力ベクトル１６は後方の連結部１５の近くに反対方向に
向いたかなりの大きさの回転する力ベクトル１８を発生
させる。後部の力ベクトル１８の大きさは力ベクトル１
６の大きさおよび重心からベクトル１６、１８までの軸
線方向距離の比の関数となる。対抗されない限り、この
後部の力ベクトル１８はストラット１２を通して翼１１
へ伝達される。
【００１２】図２は、エンジンからストラットを介して
翼へ伝達される振動を相殺するための適当な力を発生す
るようにストラット１２の垂直面２０に取り付けられた
全体を符号１９で示された装置の概略形を示す。この回
転する力ベクトル１８は翼取り付けクレビス１３Ａおよ
び１３Ｂに反力を発生させ、これらの力は回転する力ベ
クトルに振動する偶力をプラスしたものに等しい。これ
らの力を効果的に相殺するためには、翼取り付けクレビ
スに同等の力のパターンを発生させる装置を備えること
が必要である。互いに直交配置された一対の線形振動装
置または米国特許第５００５４３９号に示された機構で
発生されるような１つの振動する力ベクトルはこのよう
な力のパターンを形成することができない。垂直面２０
に作用する所要の相殺力のパターンは回転するベクトル
および振動する偶力の形を取る。
【００１３】本発明はこのような動的な力のパターンを
発生させる新規な機構を提供する。この改良された装置
は２１で示された６つの同じモジュールまたはユニット
を有し、これらは３対の群に配置される。上部の水平に
間隔を隔てた対のモジュールは２１Ａおよび２１Ｂで示
され、中間の水平に間隔を隔てた対のモジュールは２１
Ｃおよび２１Ｄで示され、下部の垂直に間隔を隔てた対
のモジュールは２１Ｅおよび２１Ｆで示される。各モジ
ュールまたはユニットは偏心質量体２２、該質量体をエ
ンジンと同じ方向、同じ速度で回転させるモーター２３
（図３）、およびエンジンの角度位置に関して質量体の
角度位置を個別に決定して制御する手段２４（例えばレ
ゾルバ）を有する。
【００１４】最上位置の水平方向の対２１Ａ、２１Ｂの
２つの偏心質量体は互いに１８０゜の角度を隔てて保持
され、共に与えられた周波数で一定振幅の振動する偶力
を発生する。何故なら、それらの水平方向成分は常に相
殺されるからである。中間の水平方向の対のモジュール
２１Ｃ、２１Ｄは同様に互いに１８０゜の角度を隔てて
回転されるが、上部の対の質量体に対して可変な位相角
度とされる。こうして発生された位相を異にした偶力の
合計は２１Ｘで示された制御可能な振幅の振動する偶力
となる。下方の垂直な対２１Ｅ、２１Ｆは２１Ｙで示さ
れる回転する力ベクトルであって、この対の質量体の相
対位相によって大きさが変化する回転する力ベクトル２
１Ｙを発生させ、また質量体が同心でないことによって
小さな振動する偶力２１Ｚを発生させる。しかしなが
ら、この望ましくない偶力は２つの水平方向の対の相対
的な位相を調整することで補償できる。
【００１５】この構造で発生される力は米国特許第４８
１９１８２号に示され説明されたような各種の知られて
いる適応制御技術によって、振動抑制を達成するように
制御され得る。図２に２５Ｂ、２５Ｃで示されたような
ストラット−翼間のクレビス取り付け構造の振動の振幅
および位相を測定する加速度計は、４つの回転質量体の
制御パラメータ、すなわち偏心質量体２１Ｅおよび２１
Ｆ、および偏心質量体対２１Ａ、２１Ｂの各々の絶対位
相、を最適に調整するために使用できる。
【００１６】上述した一般的な方法は、主たる不釣り合
いの力ベクトルが一平面内を回転するならば、また４つ
のモジュールをその面の近くで、不釣り合いのあるロー
ターの軸線を中心として直径方向に対抗させて取り付け
ることが実際的ならば、特別な場合に簡単化できる。そ
の例はターボプロップエンジン搭載でのプロペラの不釣
り合いであり、モジュールがプロペラの回転面に近い位
置でプロペラ駆動ギヤボックスのまわりに集約される。
そのような構造が図３に示されており、タービンエンジ
ン２６は中間ギヤボックス２９を介して出力シャフト２
８を回転させるように配置されている。図３及び図４は
このギヤボックスを取囲み、出力シャフト２８を中心と
した４つのモジュールを示す。これらのモジュールは直
径方向に対置されて対をなし、モジュール３０Ａ、３０
Ｂが１つの対を形成し、モジュール３０Ｃ、３０Ｄが他
の対を形成する。各対の偏心質量体は互いに同位相で回
転する。モジュール３０Ａおよび３０Ｂで発生された平
行な２つの回転する力ベクトルの合力はシャフト軸線に
て作用し、モジュール３０Ｃおよび３０Ｄで発生された
同様な力ベクトルの合力もシャフト軸線に作用する。こ
れらの各々の位相角度は、プロペラの不釣り合いによる
回転する力ベクトル３１を丁度相殺できる回転する合力
ベクトル３２を発生するように調整できることが分か
る。
【００１７】制御パラメータは合力ベクトルの絶対位相
角度、およびこの合力ベクトルの大きさを確定する各成
分（１−３；２−４）の相対位相角度であると考えるこ
とができる。これらの２つの変数は、任意に選択した角
度でエンジンの半径方向の振動を測定する１つの適当に
配置した加速時計（図示せず）からの出力信号の振幅お
よび位相を測定することで、不釣り合いによる回転する
力ベクトルの水平方向および垂直方向の効果が同じと仮
定して、不釣り合いによる回転する力ベクトル３１の相
殺を生じるように直接制御されることができる。
【００１８】従って、使用においてこの改良した装置は
動的不釣り合いのある回転ローター（例えばジェットエ
ンジンのタービン）からの支持構造体（例えばストラッ
ト）を通る振動伝播に対抗する改良した方法を提供する
のであり、この方法は支持構造体に複数の同軸ではない
回転可能な偏心質量体を取り付け、これらの偏心質量体
の各々を同じ角速度で共に回転させ、これらの質量体の
各々の角度位置をローターの角度位置に関して制御し、
これにより前記支持構造体を通る前記ローターからの振
動伝達に対抗する回転する慣性力パターンを発生させる
過程を有する。
【００１９】本発明は多くの変更および改良がなされ得
ると考えられる。例えば、電気モーターで偏心質量体を
回転させることが好ましいが、他の形式のモーターも容
易に代替できる。同様に、様々な偏心質量体の角度位置
はリゾルバーで決定して監視できるが、他の形式の機構
を代替できる。
【００２０】それ故に、改良した２つの好ましい実施例
を示して説明し、またその幾つかの変形例を説明した
が、当業者には特許請求の範囲に記載したように本発明
の精神から逸脱せずに様々な付随的な変化および変形が
なし得ることが容易に認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】航空機の翼の下側にストラットで支持されたジ
ェットエンジンの概略斜視図。
【図２】ストラットに取り付けられた３対の偏心した共
に回転する質量体を示す図１の線２−２に沿う断片的な
垂直断面図。
【図３】本発明を組み入れたターボプロペラの不釣り合
い振動を抑制する抑制装置の概略斜視図。
【図４】図３の装置の概略前視輪郭図。
【符号の説明】
１０ ジェットエンジン １１ 翼 １２ ストラット １３ クレビス １４，１５ 連結部 １６ 回転する力ベクトル ２１ モジュール ２２ 偏心質量体 ２３ モーター ２４ 角度位置の決定制御装置 ２５ 加速時計 ２６ タービンエンジン ２８ 出力シャフト ２９ ギヤボックス ３０ モジュール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−149430（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−262573（ＪＰ，Ａ) 実公 昭63−13821（ＪＰ，Ｙ２) 特公 昭42−27028（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16F 15/26

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転する力ベクトルと振動する偶力の発
    生装置（１９）であって、該発生装置が、ほぼ同じ平面
    上にあってほぼ平行な軸線の回りに回転するように配置
    された偏心質量体（２２）と、該偏心質量体を同じ方向
    に、同じ速度で回転させるモータ（２３）と、前記偏心
    質量体の角度位置を個々に制御する装置（２４）とを有
    する６個の同一の振動モジュール（２１Ａ，２１Ｂ，２
    １Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ）とを有しており、 前記６個の振動モジュールが、第一の水平に離隔された
    対（２１Ａ，２１Ｂ）と、第二の水平に離隔された対
    （２１Ｃ，２１Ｄ）と、鉛直に離隔された対（２１Ｅ，
    ２１Ｆ）の３つの対に配置されており、 前記第一の水平に離隔された振動モジュール対（２１
    Ａ，２１Ｂ）の偏心質量体間の相対角度位置が１８０゜
    に保持されており、 前記第二の水平に離隔された振動モジュール対（２１
    Ｃ，２１Ｄ）の偏心質量体間の相対角度位置が１８０゜
    に保持されると共に、前記第二の水平に離隔された振動
    モジュール対（２１Ｃ，２１Ｄ）の偏心質量体が前記第
    一の水平に離隔された振動モジュール対（２１Ａ，２１
    Ｂ）の偏心質量体に対して変更可能な位相角度で回転さ
    れており、 前記鉛直に離隔された振動モジュール対（２１Ｅ，２１
    Ｆ）の偏心質量体間の相対角度位置が、調節自在な振幅
    の回転する力ベクトルを作るように制御されていること
    を特徴とする回転力ベクトルと振動する偶力の発生装
    置。
  2. 【請求項２】 動的不釣合の回転ローターにして、支持
    構造体に回転する力ベクトルと振動する偶力とを伴って
    作用する回転ローターからの振動伝播に対抗する方法で
    あって、 前記支持構造体に複数の同一の振動モジュールにして、
    ほぼ同じ平面上にあってほぼ平行な軸線の回りに回転す
    るように配置された偏心質量体（２２）と、該偏心質量
    体を回転させるモーター（２３）と、前記偏心質量体の
    角度位置を個々 に制御する装置（２４）とを有する振動
    モジュールを取り付け、 前記偏心質量体の各々を前記ローターと同じ方向及び同
    じ角速度で共に回転させ、 不釣合による回転する力ベクトルに対抗する回転する力
    ベクトル及び不釣合による振動する偶力に対抗する振動
    する偶力を前記支持構造体に発生させるように前記偏心
    質量体の各々の前記ローターに対する角度位置を制御す
    ることを特徴とする動的不釣合の回転ローターからの振
    動伝播に対抗する方法。
  3. 【請求項３】 請求項２の方法において、 前記振動モジュールを取り付ける過程が、６個の振動モ
    ジュールを、第一の水平に離隔された対（２１Ａ，２１
    Ｂ）と、第二の水平に離隔された対（２１Ｃ，２１Ｄ）
    と、鉛直に離隔された対（２１Ｅ，２１Ｆ）の３つの対
    に配置する過程を有しており、 前記角度位置を制御する過程が、 前記第一の水平に離隔された振動モジュール対（２１
    Ａ，２１Ｂ）の偏心質量体間の相対角度位置を１８０゜
    に保持し、 前記第二の水平に離隔された振動モジュール対（２１
    Ｃ，２１Ｄ）の偏心質量体間の相対角度位置を１８０゜
    に保持すると共に、前記第二の水平に離隔された振動モ
    ジュール対（２１Ｃ，２１Ｄ）の偏心質量体を前記第一
    の水平に離隔された振動モジュール対（２１Ａ，２１
    Ｂ）の偏心質量体に対して変更可能な位相角度で回転さ
    せ、 前記鉛直に離隔された振動モジュール対（２１Ｅ，２１
    Ｆ）の偏心質量体間の相対角度位置を、調節自在な振幅
    の回転する力ベクトルを作るように制御する過程を有し
    ていることを特徴とする動的不釣合の回転ローターから
    の振動伝播に対抗する方法。
  4. 【請求項４】 請求項２の方法において、 前記振動モジュールを取り付ける過程が、４個の振動モ
    ジュール（３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ）を、前記
    ローターの軸線を中心として直径方向対抗位置に位置し
    た２つの対（３０Ａ，３０Ｂ；３０Ｃ，３０Ｄ）に配置
    する過程を有しており、 前記共に回転させる過程が、各対の偏心質量体を互いに
    同位相で回転させる過程を有しており、 前記角度位置を制御する過程が、偏心質量体の前記２つ
    の対間の相対位相角度を調節する過程を有していること
    を特徴とする動的不釣合の回転ローターからの振動伝播
    に対抗する方法。
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