JP3051357B2

JP3051357B2 - 主ロータトルク補正装置

Info

Publication number: JP3051357B2
Application number: JP9073159A
Authority: JP
Inventors: 榮一山川; 夏樹近藤
Original assignee: 株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2000-06-12
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: JPH10264897A; EP0867364A3; US6053452A; EP0867364A2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリコプタの主ロ
ータトルクに逆回りのトルクを発生させて、主ロータト
ルクの補正を行う主ロータトルク補正装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主ロータおよびテールロータを有するヘ
リコプタでは、主ロータが回転することによって、ヘリ
コプタの胴体は主ロータの回転する方向と逆回りのトル
クＴ１を受ける。トルクＴ１を打ち消すために、テール
ロータの推力が使用され、テールロータはトルクＴ１と
逆回りのトルクＴ２を発生する。また、垂直尾翼はその
迎角が一定の値に固定されて支持され、トルクＴ２と同
じ向きのトルクＴ３を発生する。これらのトルクが互い
に打ち消し合って、すなわちＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝０とな
って、胴体の姿勢を安定させている。

【０００３】また近年、市街地のヘリポートに離着陸す
るコミュータヘリコプタの要望が高まっており、実現の
ためには騒音の低減化が要求されている。騒音対策とし
て、有効な手段の一つは、主ロータの回転速度を落とす
ことである。

【０００４】主ロータの回転速度を変化させると、ヘリ
コプタの主ロータトルクは変化して、トルクＴ１はトル
クＴ２およびトルクＴ３に釣り合わなくなってしまう。
その場合、パイロットはラダーペダルを操作して、テー
ルロータのピッチ角を変化させ、トルクＴ２を調整し
て、胴体姿勢を維持している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、主ロー
タの回転速度の変化などによって、主ロータトルクが変
化すると、ヘリコプタ全体のトルクの釣り合いが崩れ
る。トルクの釣り合いを崩さないために、パイロットは
ラダーペダルを操作するが、ラダーペダルの操作によっ
てテールロータによるトルクＴ２を調整すると、その
後、パイロットはラダーペダルに一定量の入力を継続し
なければならず、パイロットにかかる負担が大きい。こ
のように、主ロータトルクの変化に対して、パイロット
がラダーペダルを常に操作してテールロータによる逆回
りトルクＴ２を変化させて対応しているのが従来のヘリ
コプタである。

【０００６】本発明の目的は、胴体姿勢を安定化させ、
操縦性能を向上させる主ロータトルク補正装置を提供す
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジン（１
１，２１）の出力軸とコレクタギヤ（７）との間に変速
比可変の変速機構（１２，１３）が介在し、コレクタギ
ヤ（７）と連結した主ロータ（２）およびテールロータ
（３）が回転速度可変であるヘリコプタ（１）の主ロー
タトルク補正装置であって、迎角が可変に支持された垂
直尾翼（４，５）と、主ロータトルクの逆回りトルクを
テールロータ（３）とともに補正するために、迎角を調
整する迎角調整手段（４７）と、対気速度を計測する対
気速度計測手段（４２）と、主ロータトルクを計測する
主ロータトルク計測手段（４３）と、テールロータ
（３）のピッチ角を調整するピッチ角調整手段（４８）
と、主ロータ（２）の回転速度を計測する回転速度計測
手段（４４）と、計測された対気速度および主ロータト
ルクに基づいて、前記迎角調整手段（４７）およびピッ
チ角調整手段（４８）を制御し、計測された回転速度に
基づいて、トルク補正量を調整する制御手段（４１）と
を備えることを特徴とする主ロータトルク補正装置であ
る。本発明に従えば、垂直尾翼の迎角が可変であるの
で、垂直尾翼で発生するトルクを調整することができ
る。通常、テールロータとともに垂直尾翼で発生するト
ルクが主ロータトルクを打ち消しているが、主ロータの
トルクが変化したときに、テールロータによるトルク補
正とともに、垂直尾翼の迎角を変更して、変化した主ロ
ータトルクを補正することができる。特に、対気速度が
大きいときに、垂直尾翼は小さい迎角でも大きなトルク
を発生するので、補正能力が高く、対気速度が小さいと
きに補正能力の高いテールロータと分担して補正でき
る。また、計測した対気速度および主ロータトルクに基
づいて、テールロータのピッチ角および垂直尾翼の迎角
を制御するので、対気速度の変化や主ロータトルクの変
化によってトルクの釣り合いが崩れても、自動的に釣り
合い状態に復帰することができる。これによって、対気
速度や主ロータトルクが変化しても、パイロットはラダ
ーペダルを操作する必要がなくなり、操縦性能が格段に
向上する。また、テールロータのピッチ角および垂直尾
翼の迎角は、両方とも可変であるので、より確実にトル
クを調整することができ、より安定に胴体姿勢を維持で
きる。

【０００８】さらに、主ロータの回転速度が変化したと
き、主ロータトルクおよびこれに加えて計測した回転速
度に基づいて、トルク補正量の調整を行うので、補正の
精度が格段に向上し、回転速度の変化によって変化した
逆回りトルクをより確実に補正することができる。

【０００９】また本発明は、一定対気速度で飛行時にテ
ールロータ（３）が故障した場合、垂直尾翼（４，５）
によるトルク補正量が、テールロータ（３）によるトル
ク補正量分増加することを特徴とする。本発明に従え
ば、テールロータが故障したときに、テールロータの分
も垂直尾翼がトルク補正を行うので、飛行の継続が可能
となる。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態を
示す図である。主ロータ２が回転することによって、ヘ
リコプタ１の胴体６は主ロータ２の回転する方向と逆回
りのトルクＴ１を受ける。これに対して、テールロータ
３は可変のピッチ角で回転することで、推力を発生さ
せ、トルクＴ１と逆回りのトルクＴ２を生じる。また、
垂直尾翼４，５は可変の迎角で支持され、ヘリコプタ１
が前進飛行するときに、前方からの空気の流れの方向を
変えて、トルクＴ２と同じ向きのトルクＴ３を発生す
る。これらのトルクＴ１〜Ｔ３が互いに打ち消し合っ
て、すなわちＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３＝０となって、胴体６の
姿勢を安定させる。

【００１３】図２は、図１のヘリコプタ１の駆動系統の
説明図である。一対のエンジン１１，２１の出力軸は、
一方向のトルク伝達が可能なフリーホイールクラッチ１
６，２６を経由して、ハーフトロダイル型ＣＶＴやフル
トロダイル型ＣＶＴなどのトラクション変速機構１２，
２２にそれぞれ連結され、所望の変速比で減速または増
速される。トラクション変速機構１２，２２の出力軸は
ベベルギア１３，２３にそれぞれ連結され、さらにベベ
ルギア１４，２４と噛合して回転軸方向が変換される。
ベベルギア１４と一体的に回転する歯車１５およびベベ
ルギア２４と一体的に回転する歯車２５はコレクタギア
７と噛合して、主ロータ軸８を回転駆動する。コレクタ
ギア７はさらに、ベベルギア３１と一体的に回転する歯
車３２に噛合して、テールロータ３を回転駆動する。

【００１４】こうして、エンジン１１，２１の回転数を
一定に保持した状態で、トラクション変速機構１６，２
６の変速比を調整することによって、主ロータ軸８に連
結した主ロータ２の回転数を調整することができる。

【００１５】図３は、ヘリコプタ１のトルク補正装置１
０１を示す図である。垂直尾翼４，５は連結されてお
り、その迎角は可変である。移動する下部スワッシュプ
レート５３は、回転する上部スワッシュプレート５２を
移動させて、テールロータ３のピッチ角を可変にしてい
る。対気速度計４２が計測した対気速度、トルクセンサ
４３が計測した主ロータ２のトルクＴ１、回転数センサ
４４が計測した主ロータ２の回転数、スイッチ４５から
の切換信号、およびジャイロ４６が計測したヨー角は、
コンピュータ４１に送られる。コンピュータ４１は、こ
れらに基づいてアクチュエータ４７，４８を駆動する。
アクチュエータ４７，４８の入力とラダーペダルによる
操縦入力は、レバー７１，７２によって混合される。し
たがって、垂直尾翼４，５の迎角およびテールロータ３
のピッチ角は、アクチュエータ４７，４８がどの位置に
あってもパイロットのラダーペダル操縦入力によって制
御することができる。また、パイロットがラダーペダル
の操縦を行わない場合においても、コンピュータ４１か
らの入力によってアクチュエータ４７，４８は制御され
るので、垂直尾翼４，５の迎角およびテールロータ３の
ピッチ角が調整され、主ロータ２のトルクを自動的に補
正する。

【００１６】また、トルク補正装置は下記の図４，図５
に示す構成であってもよい。

【００１７】図４はヘリコプタ１のトルク補正装置１０
２を示す図である。トルク補正装置１０２はトルク補正
装置１０１とは異なり、ラダーペダルはアクチュエータ
４８とは連動するが、アクチュエータ４７とは連動しな
い。したがって、垂直尾翼４，５の迎角は、コンピュー
タ４１によってのみ制御され、テールロータ３のピッチ
角は、コンピュータ４１およびラダーペダルの両方によ
って制御される。このように、垂直尾翼４，５の迎角お
よびテールロータ３のピッチ角を個別に制御でき、テー
ルロータ３のピッチ角にはパイロットの操縦入力とコン
ピュータ４１の制御の両方が反映される。

【００１８】図５はヘリコプタ１のトルク補正装置１０
３を示す図である。トルク補正装置１０３はトルク補正
装置１０１，１０２とは異なり、ラダーペダル７３はコ
ンピュータ４１に電気的に接続される。ラダーペダル７
３からの操縦入力は、コンピュータ４１に送られる。ア
クチュエータ４７は、コンピュータ４１からの信号に基
づいて、垂直尾翼４，５の迎角を制御する。アクチュエ
ータ４８は、コンピュータ４１からの信号に基づいて、
テールロータ３のピッチ角を制御する。したがって、垂
直尾翼４，５の迎角およびテールロータ３のピッチ角
は、個別に制御され、しかも、パイロットの操縦入力を
反映することができる。

【００１９】なお、トルク補正装置１０１は電気系のコ
ンピュータ４１、対気速度計４２、トルクセンサ４３、
回転数センサ４４、スイッチ４５、およびジャイロ４６
が故障した場合でも、パイロットによるラダーペダルの
操縦によって、飛行を継続することができる。さらに、
これらの電気系の機器が無い構成も可能である。この場
合、パイロットが垂直尾翼４，５の迎角およびテールロ
ータ３のピッチ角の両方を制御できる。

【００２０】図６は、トルクＴ１〜Ｔ３の対気速度依存
性を示すグラフである。グラフの横軸はヘリコプタ１の
対気速度を示し、縦軸はトルクＴ１〜Ｔ３，Ｔ２＋Ｔ３
を示す。対気速度がゼロから上昇するにつれて、主ロー
タが下方へ流れ落とす空気の量が増加して、主ロータト
ルクは減少する。しかし、所定の速度Ｖ１たとえば６０
ｋｔで、トルクＴ１は増加に転じる。トルクＴ１を打ち
消すためには、トルクＴ２およびトルクＴ３の和をトル
クＴ１と同じ大きさで逆回り、すなわちＴ２＋Ｔ３＝−
Ｔ１としなければならない。対気速度の増加とともに、
テールロータ３が回転して側方へ流した空気は、後方へ
流されるようになり、｜トルクＴ２｜は減少していく。
一方、対気速度の増加とともに、垂直尾翼４，５に当た
る空気の速度が大きくなり、｜トルクＴ３｜は増加して
いく。

【００２１】したがって、対気速度が小さいときには、
テールロータ３による効果が支配的になり、逆に対気速
度が大きいときには、垂直尾翼４，５による効果が支配
的となる。つまり、単調に減少する｜トルクＴ２｜およ
び単調に増加する｜トルクＴ３｜を合わせると、トルク
Ｔ１の増減に一致させやすく、トルク補正はより確実に
実現される。

【００２２】また、図２のトラクション変速機構１６，
２６によって、主ロータ２の回転速度が変化すると、図
６の主ロータ２のトルクＴ１は全速度領域で変化する。
このとき、図３〜図５に示したように、テールロータ３
のピッチ角および垂直尾翼４、５の迎角が調整され、ト
ルクＴ２およびトルクＴ３の和が変化して、トルクＴ１
に再び釣り合うようになる。

【００２３】なお、テールロータ３の故障時には、パイ
ロットが故障を確認した後、スイッチ４５をオンに切り
換えると、切替信号がコンピュータ４１に送られる。コ
ンピュータ４１は、切替信号に基づいて、テールロータ
３の補正量分を垂直尾翼４，５の補正量で補うように、
アクチュエータ４７を制御する。または、ジャイロ４６
で計測した胴体６のヨー角が、コンピュータ４１に送ら
れる。コンピュータ４１は、ヨー角を所定の閾値と比較
して、ヨー角が閾値よりも大きいときに、上記同様、テ
ールロータ３の補正量分を垂直尾翼４，５の補正量で補
うように、アクチュエータ４７を制御する。これによっ
て、テールロータ３の故障時にも、垂直尾翼４，５を調
整して、基地まで飛行して戻ることができる。

【００２４】図７は、ヘリコプタのヨー角の対気速度依
存性を示すグラフである。横軸が対気速度を示し、縦軸
がヨー角を示すこのグラフには、故障時において、本発
明に係るヘリコプタ１のヨー角と、比較例として従来の
ヘリコプタのヨー角とが描かれている。ヘリコプタ１
は、従来よりも小さな対気速度までヨー角をゼロに維持
した状態で飛行可能である。従来、６０ｋｔなどの速度
Ｖ１では、ヨー角は−１５度などの所定値αをとってい
るが、ヘリコプタ１はそれよりもヨー角が小さくなって
いる。これによって、基地まで飛行して戻ることができ
る速度領域が、より低速度側に延長され、飛行をさらに
安全にすることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、垂直尾翼
で発生するトルクを調整することができ、変化した逆回
りトルクを補正することができる。特に、対気速度が大
きいときに、補正能力が高い。

【００２６】また、対気速度の変化や主ロータトルクの
変化によってトルクの釣り合いが崩れても、自動的に釣
り合い状態に復帰することができ、操縦性能が格段に向
上する。

【００２７】

【００２８】さらに、回転速度も計測してトルク補正量
の調整を行うので、補正の精度が格段に向上する。

【００２９】さらに、テールロータが故障したときに、
テールロータの分も垂直尾翼がトルク補正を行うので、
飛行の継続が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示す斜視図である。

【図２】図１のヘリコプタ１の動力系統を示す図であ
る。

【図３】図１のヘリコプタ１のトルク補正装置１０１を
示す図である。

【図４】トルク補正装置１０２を示す図である。

【図５】トルク補正装置１０３を示す図である。

【図６】トルクＴ１〜Ｔ３の対気速度依存性を示すグラ
フである。

【図７】ヘリコプタのヨー角依存性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１ヘリコプタ２主ロータ３テールロータ４，５垂直尾翼６胴体４１コンピュータ４２対気速度計４３トルクセンサ４４回転数センサ４７，４８アクチュエータ１０１〜１０３主ロータトルク補正装置Ｔ１〜Ｔ３トルク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B64C 27/82

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン（１１，２１）の出力軸とコレ
クタギヤ（７）との間に変速比可変の変速機構（１２，
１３）が介在し、コレクタギヤ（７）と連結した主ロー
タ（２）およびテールロータ（３）が回転速度可変であ
るヘリコプタ（１）の主ロータトルク補正装置であっ
て、迎角が可変に支持された垂直尾翼（４，５）と、主ロータトルクの逆回りトルクをテールロータ（３）と
ともに補正するために、迎角を調整する迎角調整手段
（４７）と、対気速度を計測する対気速度計測手段（４２）と、主ロータトルクを計測する主ロータトルク計測手段（４
３）と、テールロータ（３）のピッチ角を調整するピッチ角調整
手段（４８）と、主ロータ（２）の回転速度を計測する回転速度計測手段
（４４）と、計測された対気速度および主ロータトルクに基づいて、
前記迎角調整手段（４７）およびピッチ角調整手段（４
８）を制御し、計測された回転速度に基づいて、トルク
補正量を調整する制御手段（４１）とを備えることを特
徴とする主ロータトルク補正装置。
【請求項２】一定対気速度で飛行時にテールロータ
（３）が故障した場合、垂直尾翼（４，５）によるトル
ク補正量が、テールロータ（３）によるトルク補正量分
増加することを特徴とする請求項１記載の主ロータトル
ク補正装置。