JP3150693B2

JP3150693B2 - 可変ツイスト羽根を備えたプロペラ

Info

Publication number: JP3150693B2
Application number: JP50645691A
Authority: JP
Inventors: ルッツ，フェルディナント
Original assignee: ルッツ，フェルディナント
Priority date: 1990-03-30
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: DE59103180D1; EP0522035A1; DK0522035T3; WO1991015399A1; US5284419A; BR9106298A; EP0522035B1; JPH05505578A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、請求の範囲の請求項１に上位概念として記
載した形式のプロペラに関するものである。

［背景技術］航空機の推力を発生させるためにプロペラが運転され
る場合、可変ツイスト羽根を備えたプロペラでは、諸飛
行状態（離陸滑走、上昇飛行、巡航飛行）において羽根
全長にわたて最適の羽根設定角度を維持することが可能
であり、これに伴って前記の諸飛行状態にとってその都
度好ましい推力と効率及び最小限の騒音発生という利点
が得られる。ツイスト可能な羽根を有するプロペラを所
謂VTOL機（垂直離着陸機）に採用した場合プロペラはホ
バリング飛行状態では、巡航飛行の場合に対比して90゜
旋回した位置でロータとして使用される。また、このよ
うな場合も羽根の可変ツイストは、設計時点によって規
定されたただ１つの運転状態でしか最適の推力と効率及
び最小限の騒音発生を伴う最適の設定位置を有しないよ
うな、羽根のツイスト値が固定されたプロペラとは異な
って、前進飛行の諸段階においてもホバリング飛行段階
においても共に羽根の全長にわたって最適の羽根設定角
を可能にする。

可変ツイスト羽根を備えたプロペラのための構造上の
解決手段は種々提案されている。剛性の主桁材及びこれ
に当接する円錐形の調整管と相俟ってプロペラ羽根内部
のベルト系を介して羽根の可変ツイストを可能にするこ
とは例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第2164648号
明細書に基づいて公知になっている。まだドイツ連邦共
和国特許出願公開第1531475号及びドイツ連邦共和国特
許出願公告第1531476号の各明細書には可変ツイスト羽
根を備えたプロペラが記載されており、この場合ツイス
トは、桁材に設けられた螺旋形溝内をガイドされかつ該
桁材上を軸方向に摺動可能なリブによって得られる。ド
イツ連邦共和国特許出願公告第1281271号明細書によれ
ば、種々異なった流体を充填することによって羽根中空
室を羽根軸線を中心として回動させ、これによって羽根
の可変ツイストを可能にすることが記載されている。

可変ツイスト羽根を備えたプロペラを構成するための
構造上の公知提案の欠点は、高い遠心応力下で運転する
場合には該可変ツイスト羽根が条件付きでしか適応せ
ず、またそればかりか、羽根の構造が極めて複雑である
ことである。

冒頭で述べた形式のプロペラは米国特許第2627928号
明細書に基づいて公知になっている。羽根桁材上に回動
可能に配置された個々のリブは羽根前縁では夫々１つの
補強部材と、また羽根後縁では夫々１つの羽根ばね部材
と結合されている。最外位のリブを最内位のリブに対し
て調整する場合、両者間に介在しているその他のリブ
は、羽根を被覆している外皮によって連行される。特に
前記の羽根ばね部材は、遠心力を受けると予知不能に変
形する一種の連鎖系を形成するので運転中に、撓み振動
及び捩じり振動が生じて、調整可能という利点を再び無
化することになる。

［発明の構成］本発明の課題は、冒頭で述べた形式のプロペラを改良
して、ツイスト可変にするためには弾性区域を必要とす
るにも拘らず羽根の高い遠心応力を充分吸収する一方、
遠心力の作用による弾性区域の不都合な調整並びに、こ
れに基づいて生じる羽根の幾何学形状の不都合な調整を
防止するように、特に隣り合ったリブ間の連結を行なう
と共に、羽根の構造を単純化することである。

前記課題は、本発明によれば請求の範囲の請求項１に
記載した構成手段によって解決される。

本発明によれば桁材上に回動可能に配置されたリブ相
互を、夫々少なくとも３個のリブにわたって係合する単
数又は複数のバーエレメントによって連結し、該バーエ
レメントを、桁材とバーエレメントとを通る平面内では
曲げ弱さを有しているのに対して、前記平面に対して垂
直な平面内では曲げ剛さを有するように成形したことに
よって、ツイスト可変のプロペラ羽根の基本構造が構造
的に著しく単純になる。外力の導入によって２個のリブ
を互いに相対的に回動させる場合、本発明のように構成
されかつ組込まれたバーエレメントは１本の螺線に沿っ
て変形され、その際、すべてのリブは、単数又は複数の
バーエレメントによって桁材上で回動され、これに基づ
いて、リブによって規定された羽根基本構造の連続的な
ツイストが生じることになる。

リブの調整をどのように行なうかは請求項２に記載し
た通りである。重要な点は、１本のバーエレメントによ
って覆われる２個のリブが相対的に調整されることであ
る。特に有利には、羽根基根部に位置している最内位の
リブと羽根先端部に配置された最外位のリブとが相対的
に回動される。最内位のリブと最外位のリブとの間に介
在するその他のリブは、前記の単数又は複数のバーエレ
メントによって所望の中間位置へ強制的に調整される。

本発明の有利な実施態様は請求項４から明らかであ
る。構造的に規定された遊びの範囲内でバーエレメント
がバーエレメント縦軸線に沿ってリブに対して摺動でき
るように、リブとバーエレメントとの連結部位を構成す
ることによって、２個のリブの相対回動時にバーエレメ
ントに対する引張り力又は圧縮力が生じることはない。
この構成によって、並びに桁材上での側方移動不能にリ
ブを位置決めしたことによってプロペラ運転時に、リブ
に対して作用する遠心力を前記バーエレメントによって
吸収する必要がなくなり、従ってバーエレメントに対す
る遠心力、ひいては調整装置に対する間接的な遠心力の
作用を僅かにすることが有利に保証される。

このような構成では羽根ツイスト時に、隣接し合った
リブ間で羽根の表面には、桁材から羽根前縁又は羽根後
縁の方へ向かって増大する小さな高さ段差が必然的に生
じる。この高さ段差は請求項５に記載した構成手段を使
用することによって特に有利な形式で均すことができ
る。

本発明の有利な実施態様は、請求項６に記載したよう
に、リブが複数のリブセグメントに分割されており、こ
れらのリブセグメントが、桁材に対して直角な方向に延
びるリブ縦軸線を中心として相対的に回動可能である点
にある。これによってリブは一層良好にツイストに適合
することが可能になるので、羽根ツイスト時の羽根間の
前記高さ段差は有利に無視できるほど小さくなる。羽根
のツイストに対する個々のリブセグメントの適合は、請
求項７に記載したようにリブセグメントと、該リブセグ
メントに配設されたバーエレメントとを回動不能に機械
的に結合することによって、或いは請求項16に記載した
ようにプロペラ羽根を被覆する弾性層の力作用によっ
て、或いはまた請求項15に記載したようにリブ間の間隙
を粘稠弾性材料によって埋めることによって行なうこと
ができる。

リブセグメントの相対的な回動、要するに個々のリブ
の捩じれは、請求項８乃至13に記載したような調整装置
をもってリブを構成した場合にも有利に発生させること
ができる。

本発明では羽根のツイストと同時に個々のリブの捩じ
れも生じるように調整装置を構成することによって、比
較的簡単な形式で大きな高さ段差のない連続的な羽根表
面が得られるので有利である。桁材に対比して僅かに異
なった回動を導入させる調整装置の少なくとも２つの係
合部位を並列的に位置させることによってリブの捩じれ
は比較的簡単に得られる。本発明では、羽根断面形輪郭
に適合して非弾性的なフラットな材料から成形されたフ
ラットエレメントをリブの基本構造として使用すること
が可能であるので、これによって一方では回転するプロ
ペラ羽根は高い遠心力に耐えることができ、また他方で
は、要求される僅かな範囲の捩じれ可能性が得られる。
捩じれ可能性のために必要なフレキシビリティを高める
ために本発明では、フラットエレメントにスリットを設
けることも可能である。場合によっては該フラットエレ
メントは単数又は複数の部位で、羽根断面形を変化させ
る変形力に抗して支持されていてもよい。本発明の特に
有利な実施態様では、各リブ毎に、リブ縦軸線の方向、
要するに桁材に対して直角な方向に延在していて桁材上
で回動可能な複数本のリブロッドが設けられており、該
リブロッドは、羽根断面形輪郭に従ったフラットエレメ
ントを支持している一方、該リブロッドには調整装置つ
まりバーエレメントが係合しており、この場合、１個の
リブの２本の隣り合ったリブロッドにおいて導入される
回動は僅かに異なっているので、これによってリブの捩
じれが同時に生じる。殊に有利なことには、２本のバー
エレメントは羽根前縁側と羽根後縁側とで桁材に対して
平行に延在しており、従って前記係合部位は桁材の両側
で配置されている。リブロッドは支承リングによって桁
材上で回動可能に支承されており、この場合の支承リン
グは、羽根断面形輪郭を変化させる変形力に抗してフラ
ットエレメントを支持するために使用できるように構成
されている。

［図面の簡単な説明］図１は本発明の第１実施例によるプロペラの一部断面
して示した図である。

図２は第２実施例によるプロペラの部分的な斜視図で
ある。

図３は図２のIII−III断面線に沿った断面図である。

［発明を実施するための最良の形態］次に、２つの実施例を示した図面に基づいて本発明及
びその有利な構成並びに利点を詳説する。

図１には本発明のプロペラの一部分が図示されてい
る。該プロペラは、捩じり剛さ・曲げ剛さ並びに引張り
強さを有する円筒形に構成された桁材１を備え、該桁材
には、羽根基根部２から羽根先端部３に至るまで複数の
リブ4,5,6が前記桁材１を中心として回動可能に配置さ
れている。前記の各リブは夫々第１と第２のリブセグメ
ント7,8;9,10;11,12から構成されており、しかも各リブ
4,5,6の第１リブセグメント7,9,11は、桁材１の外周面
に設けられたスリーブ13において（特にリブセグメント
９を参照のこと）桁材軸線を中心として回動可能に支承
されている。また桁材の外周にはリング14,15が固定さ
れており、該リングによって第１リブセグメントは、運
転時に矢印Ｆの方向に作用する遠心力に基づいて桁材１
上で側方にずれるのを防止されている。各リブの第２リ
ブセグメント8,10,12は夫々１本の円筒ピン16,17,18に
よって第１リブセグメント7,9,11と連結されている。第
１リブセグメント7,9,11の各々は、桁材から離反した方
の終端区分内に１つの凹設部を有している。但し図面で
はリブセグメント９の凹設部9aだけが例示されているに
すぎない。該凹設部内には、円筒ピン16,17,18を回転可
能に軸支したスリーブ19が嵌装されている。第２リブセ
グメント8,10,12は円筒ピン16,17,18と固着結合されて
いるので、第２リブセグメント8,10,12は円筒ピン16〜1
8を介して第１リブセグメント7,9,11と回動可能に連結
されている。

３個のリブ4,5,6には１本のバーエレメント20が被さ
っており、該バーエレメントは、羽根後縁寄りの側で桁
材１に平行に延在している。バーエレメント20は各円筒
ピン16〜18の区域で夫々リブ4,5,6と連結されており、
しかも円筒ピン16,17,18は、バーエレメント20内に穿設
した長穴（図１では図示せず）を貫通してガイドされて
いる。バーエレメント20は、例えば図２及び図３に示し
た実施例の相当のバーエレメントから判るように細長い
長方形横断面を有する扁平帯材として構成されており、
図１では該扁平帯材の狭幅辺が図示されているにすぎな
い。バーエレメントはその横断面形状に基づいて、本発
明によればプロペラ羽根の張設平面内では曲げ軟性であ
り、該張設平面に対して垂直な平面内では曲げ剛さを有
している。換言すれば該バーエレメントは、図平面に対
して垂直に延びる軸線を中心としては湾曲し易くかつ僅
かな曲げ剛さを有しているのに対して、図平面内に位置
していて円筒ピン17の回転軸線に相当しかつ桁材の縦軸
線に対して垂直方向に方位づけられた軸線を中心として
は高い曲げ剛さを有している。

前記円筒ピン16,17,18は殊に有利には、バーエレメン
ト20の長穴を通ってガイドされている区域では方形横断
面に構成されている。これによってバーエレメント20と
第２リブセグメント8,10,12との間で捩じれのない機械
的な結合が得られる。

羽根先端部３に配置された外位リブ６は、第１リブセ
グメント11と桁材１とを直角に貫通するピン21によって
該桁材１上に相対回動不能に固定されている。羽根基根
部に配置された内位リブ４は調整装置を介して桁材１に
対して相対回動可能である。図１では、調整装置のう
ち、調整力を伝達するピン22だけが図示されているにす
ぎないが、該ピン22はリブ４の第１リブセグメント７と
固定的に結合されている。リブ４〜６の相互間に位置し
ている間隙23,24,25,26並びに第１と第２のリブセグメ
ント間に位置している間隙27,28,29は有利には弾性材料
で埋められているのに対して、リブセグメント自体は、
高い遠心力の作用を受けても全くか又は僅かしか弾性変
形しない硬質材料から成っている。

プロペラ羽根は、リブ４〜６又はリブセグメント７〜
12上に載設された弾性薄層30によって被覆されている。

本発明の別の実施例は図２及び図３から明らかであ
る。

図２に示したプロペラ羽根は、捩じれ剛さと曲げ剛さ
を有する桁材40を備え、該桁材上にリブ41,42が回動可
能に支承されている。各リブは、断面輪郭に相応して成
形された薄壁状のフラットエレメント43,44,45を有して
いる。これらのフラットエレメントのうち、フラットエ
レメント43はプロペラ羽根の羽根前縁を、またフラット
エレメント45は羽根後縁を形成している。従ってフラッ
トエレメント43と45は、箱状に事実上閉じられて成形さ
れており、しかも該フラットエレメント43,45の桁材寄
り内位壁は、各フラットエレメント43,45の両端部46と4
7;52と53をオーバーラップさせることによって形成され
ている。中央のフラットエレメント44は２つのＵ形部分
エレメント54と55から構成されており、各Ｕ形部分エレ
メントの両脚片48,49;50,51もやはりオーバーラップし
ており、これによって、両Ｕ形部分エレメント54,55は
１つの閉じた箱を形成する。桁材40上のリブ41,42を回
動するための調整装置としては、桁材40に平行に延在す
る本発明の２本のバーエレメント56及び57が使用され
る。

各リブ41,42は、リブ縦軸線方向で桁材40に対して垂
直に延在する２本の並列配置されたリブロッド60,61を
有し、各リブロッドは、夫々１つの支承リング58,59と
固定的に結合されており、かつ該支承リングによって桁
材40の外周面に相対回動可能に支承されている。支承リ
ング58及び59は桁材40を内包している。桁材40の両側で
該桁材に平行に延在していて図１のバーエレメント20と
同等の形式で構成・配置されたバーエレメント56と57は
リブロッド60,61によって貫通係合されており、この場
合バーエレメント56,57は長穴62,63;64,65を有し、該長
穴は、羽根ツイスト変化時にリブロッド60,61に対して
バーエレメント56,57の或る程度の可動を許容する。

リブロッド60,61を介して個々のリブ41,42は所属のリ
ブ縦軸線を中心として回動される。換言すれば長穴62,6
3;64,65を介してバーエレメント56,57はリブロッド60,6
1と連結されており、かつ該リブロッドに、ひいてはリ
ブに調整力を導入する訳である。

リブロッド60,61は、フラットエレメント43,44,45の
オーバーラップした両端部を貫通して延在しているの
で、フラットエレメント43〜45もリブロッド60,61と連
結されている。

該リブロッド60,61が桁材40上でバーエレメント56,57
によって異なった角度で回動されて、バーエレメント5
6,57が１つの螺に合わせて調整され、かつ、リブロッド
60,61がこの調整に追従せねばならない場合には、リブ
セグメントとしてのフラットエレメント43〜45は、互い
に相対的にかつ独自に回動するので、平滑な全表面が形
成される。２つの部位66,67ではＵ形部分エレメント54
及び55は、外部から作用して羽根断面形輪郭を変化させ
る力に抗して支承リング59,58に支持される。プロペラ
羽根は、フラットエレメント43〜45上に載設される弾性
層68によって被覆されている（図２参照）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B64C 11/30 B64C 27/46 B64C 29/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】桁材（1,40）を有し、該桁材上には、調整
装置によって前記桁材（1,40）の軸線を中心として相対
回動可能な複数個のリブ（4,5,6;41,42）を配置してお
り、かつ、２個のリブの相対回動時に前記調整装置を介
して別のリブを一緒に強制的に調整する少なくとも１つ
の連結部材（20;56,57;16,17,18;60,61）を有する形式
の、可変ツイスト羽根を備えたプロペラにおいて、連結
部材が、桁材（1,40）にほぼ平行に延在する少なくとも
１本のバーエレメント（20;56,57）であり、該バーエレ
メントが、前記の桁材（1,40）とバーエレメント（20;5
6,57）とを通って張られる平面内では比較的曲げ弱さ
を、また該平面に対して垂直な平面内では比較的曲げ剛
さを有するように構成されておりかつ少なくとも３個の
リブ（4,5,6;41,42）を互いに連結していて、少なくと
も１つのパーエレメントが、２個のリブの相対回動時に
前記桁材をめぐる螺線に沿って変形しかつ別のリブを該
螺線上で連行するようにしたことを特徴とする、可変ツ
イスト羽根を備えたプロペラ。
【請求項２】桁材（１）上に配置された第１のリブ（4,
5,6）、殊に有利には羽根先端部（３）に配置された外
位リブ（６）が前記桁材上に回動不能に固定されてお
り、かつ、該桁材上に配置された第２のリブ、殊に有利
には羽根基根部（２）に配置された内位リブ（４）が調
整装置を介して前記桁材上を回動可能である、請求項１
記載のプロペラ。
【請求項３】リブ（４〜６）とバーエレメント（20）と
の連結部位が、リブの縦方向に通る軸線を中心として回
動可能に構成されている、請求項１又は２記載のプロペ
ラ。
【請求項４】リブ（４〜６）とバーエレメント（20;56,
57）との連結部位は、該バーエレメントが、該バーエレ
メントと桁材（1,40）とを通って張られる平面内で、バ
ーエレメント縦軸線上で構造的に規定された遊びの範囲
内でリブに対して摺動できるように構成されている、請
求項１から３までのいずれか１項記載のプロペラ。
【請求項５】桁材（1,40）上に配置されたリブ（４〜6;
41,42）がリブ縦軸線を中心として捩じり弱く構成され
ており、かつリブ相互の調整時には前記リブ縦軸線を中
心として同時に回動される、請求項１から４までのいず
れか１項記載のプロペラ。
【請求項６】桁材（1,40）上に回動可能に配置されたリ
ブ（4,5,6;41,42）が該リブの縦軸線に沿ってリブセグ
メント（7,8,9,10,11,12;43,44,45）に分割されてお
り、該リブセグメントがリブ縦軸線を中心として相対的
に回動可能であり、かつ第１リブセグメント（7,9,11）
が前記桁材上に回動可能に支承されている、請求項５記
載のプロペラ。
【請求項７】第１リブセグメント（7,9,11）と連結され
た第２リブセグメント（8,10,12）が、該第２リブセグ
メントに配設されたバーエレメント（20）と回動不能に
結合されている、請求項６記載のプロペラ。
【請求項８】リブ（41,42）又はリブセグメント（43,4
4,45）が、リブの縦方向にかつ桁材（40）に対して垂直
方向に延在していて該桁材上に回動可能に配置された少
なくとも１本のリブロッド（60,61）に支承されてお
り、該リブロッドは最大限でもほぼ羽根断面形深さ全体
にわたって延びかつ少なくとも１本のバーエレメント
（56,57）と連結されており、該バーエレメントはリブ
の相対回動時に所属のリブロッドを桁材上異なった度合
で回動させてリブの捩じれ又はリブセグメントの回動を
生じさせる、請求項５から７までのいずれか１項記載の
プロペラ。
【請求項９】各リブ毎に少なくとも２本のリブロッド
（60,61）が設けられており、該リブロッドが少なくと
も１本のバーエレメント（56,57）と連結されており、
調整時に少なくとも１本のバーエレメントによって前記
リブロッドを桁材上で異なった度合で回動させるように
した、請求項８記載のプロペラ。
【請求項１０】各リブが基本構造として、プロペラの断
面形輪郭に従って成形された非弾性的なフラットな材料
から成る単数又は複数のフラットエレメント（43,5455,
45）を有している、請求項１から９までのいずれか１項
記載のプロペラ。
【請求項１１】フラットエレメント（43,44,45）が、非
弾性的なフラットな材料から成っていて、該材料がリブ
の基本構造に相応して変形されており、フラットエレメ
ントがプロペラ縦方向のスリットを有している、請求項
10記載のプロペラ。
【請求項１２】羽根断面形輪郭に従って成形された非弾
性的なフラットな材料から成るフラットエレメントが、
単数又は複数の部位（66,67）で、羽根断面形を変化さ
せる変形力に抗して支持エレメント（59,58）によって
支持されている、請求項10又は11記載のプロペラ。
【請求項１３】羽根断面形輪郭に相応して成形されたフ
ラットエレメントがリブロッド（60,61）と機械的に連
結されている、請求項10から12までのいずれか１項記載
のプロペラ。
【請求項１４】リブの、羽根前縁を形成するフラットエ
レメント（43）並びに羽根後縁を形成するフラットエレ
メント（45）が箱状に構成されており、しかも前記の各
フラットエレメントの両終端区域（46,47;52,53）がオ
ーバーラップするように構成されており、また前記の両
フラットエレメント間に介在する２つのフラットエレメ
ント（44,55）がＵ形状に構成されており、しかもこの
両フラットエレメント（44,55）の、相互方向に向い合
うＵ形脚片の脚片端部（48,49;50,51）が互いにオーバ
ーラップしており、かつ、リブロッド（60,61）が、前
記のオーバーラップし合う区域を貫通している、請求項
13記載のプロペラ。
【請求項１５】桁材（1,40）上で回動可能に配置された
リブ（４〜6;41,42）間又はリブセグメント間に間隙が
設けられており、該間隙が粘稠弾性材料によって埋めら
れている、請求項１から14までのいずれか１項記載のプ
ロペラ。
【請求項１６】プロペラ羽根が弾性層（30,68）で被覆
されている、請求項１から15までのいずれか１項記載の
プロペラ。
【請求項１７】リブ（４〜６）がバーから成っている、
請求項１から16までのいずれか１項記載のプロペラ。