JP3600151B2 - Gust control system for rotorcraft - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプタなどの回転翼航空機における突風のような急激な外力がロータブレードに作用したときにおけるロータブレードの非定常的変位を正確に検出して乗り心地を向上する回転翼航空機の突風制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
典型的な先行技術は、特許2886135号(特開平10−16896)であり、回転翼航空機における突風のような急激な外力がロータブレードに作用したときにおけるロータブレードの非定常的変位を正確に検出することができ、これによって乗り心地を向上することができるようにした構成を有する。この先行技術では、ブレードの下面に金属箔、反射鏡などの反射手段を固定し、機体には、投光手段と受光手段との組合せから構成される複数のセンサを取付け、投光手段からの光が反射手段によって反射され受光手段によって受光されることによってロータブレードの変位を光学的に高精度で検出する。このセンサの出力に基づいて、ロータブレードの突風による変位を修正する。
【0003】
この先行技術では、ロータブレードを検出するセンサは、光学式構成を有するので、雨天、降雪時にはセンサが作動不良となる。したがって全天候性の検出が望まれる。また先行技術では、太陽光がセンサに直接入射するとき、作動不良となる。さらにロータブレードの突風による変位を修正するために、そのロータブレードのピッチ角を変化させ、ロータブレードの迎角を変化する場合、ロータブレードの下面に固定された反射手段の位置が変化し、これによってセンサの検出出力に誤差を生じる。さらにこのような光学式センサは、比較的構成が複雑であり、高価であるという問題もある。さらにこれらのセンサによって検出されたロータブレードの変位量を演算して、機体の前後方向と左右方向の各傾きを修正する操舵量を得るとともに、上下方向の操舵量を得る必要があり、演算が複雑になるとともに、時間がかかり、ロータブレードの制御が遅れる結果になるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ロータブレードの突風などによる急激な外力の作用時における非定常的変位を、雨天、降雪時などの悪天候にかかわらず、全天候性で、また太陽光の悪影響を受けることなく、検出が可能であり、しかもロータブレードのピッチ角が変化して迎角が変化しても、変位量を正確に検出することができ、さらに構成をできるだけ簡単にして安価に実現することができるようにした回転翼航空機の突風制御装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
遮光性を有するロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出する光学式のセンサと、
光学式センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
【0006】
また本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
遮光性を有するロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出する光学式のセンサと、
光学式センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
【0007】
本発明に従えば、1または複数の対を成すロータブレードの基端部が、弾性変形可能なハブプレートによって結合され、ロータマストの上部内で、ハブプレートが、後述のピボット22の支持位置で支持され、こうしてハブプレートは、ロータ回転面に関して上下方向に揺動可能であり、しかも回転面の上下方向、前後方向にロータブレードの軸まわりのねじり方向には変位しないようにロータマスト上部に剛性支持される。ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサは、ロータマスト内に配置され、機体の固定位置に、またはロータマストに設けられる。したがってこのようなセンサは、光学式であり、たとえばレーザ光を発生するレーザ源と、ハブプレートによって反射されたレーザ光を受光する受光手段とが備えられた構成を有してもよく、このようなレーザ光を用いるセンサは、構成が簡単であり安価に実現される。
【0008】
ロータマストは、たとえば金属製であって遮光性を有している。これによって光学式のセンサが設けられるロータマスト内の光的環境が天候に左右されて変化することがない。したがって太陽光による悪影響が生じることを防止できるとともに、雨天、降雪時などの悪天候時においても、ハブプレートの変位を光学式のセンサによって検出することができ、全天候性の検出が可能になる。
【0009】
さらにセンサはハブプレートの変位を検出し、したがってロータブレードのピッチ角による迎角が変化しても、検出変位に誤差を生じることはなく、変位を高精度で行うことができる。こうしてロータブレードの突風のような急激な外力の作用時において、ハブプレート、したがってロータブレードの変位を高精度で正確に検出し、このようにしてロータブレードの非定常的変位を正確に検出することによって、乗り心地を向上した回転翼航空機の突風制御装置が実現される。
【0010】
センサを機体の固定位置に設ける構成とすることによって、センサの出力を導くスリップリングなどの電気的接続手段を用いる必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【0011】
また、上述のようにセンサを機体に設ける構成に代えて、センサをロータマストに設けることによって、スリップリングなどの電気的接続手段を必要とするけれども、ハブプレートの変位を常時、連続的に検出することができ、これによってロータブレードの駆動を正確に行うことができるようになる。
【0012】
また本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータブレードの各対に対応してロータ回転軸線に関して両側に配置された周方向センサ78,82を含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
また本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータブレードの各対に対応してロータ回転軸線に関して両側に配置された周方向センサ78,82を含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
【0013】
本発明に従えば、ロータ回転軸線に関して両側に配置された対を成すロータブレードを連結するハブプレートの変位を、ロータ回転軸線の両側で周方向センサ78,82によって、図6(2)に示されるように検出し、こうして回転翼航空機のたとえば前後方向または左右方向のロータ回転面の傾きを正確に把握することができるようになる。
【0014】
また本発明は、周方向センサは、ロータ回転軸線とピボット位置との間の半径方向中央位置に配置されることを特徴とする。
【0015】
本発明に従えば、ロータ回転面が機体のたとえば前後方向または左右方向に傾いた状態を正確に把握することができるようになる。
【0016】
また本発明は、制御手段は、
対を成す周方向センサ78,82;80,84の各検出変位量δ78,δ82;δ80,δ84との差δS1,δS2を、傾き方向の突風変位量として検出し、
傾き方向の突風変位量に基づいて、ロータブレードのピッチ角を制御することを特徴とする。
【0017】
本発明に従えば、図6(2)に示される対を成す周方向センサ78,82;80,84の出力によって、機体の前後方向または左右方向の傾き方向の突風変位量δS1,δS2を検出し、これによってロータブレードのサイクリックピッチ角を制御し、回転翼航空機の乗り心地の向上を図ることができる。
【0018】
また本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータ回転軸線上に配置された軸線上センサを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
また本発明は、ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータ回転軸線上に配置された軸線上センサを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置である。
【0019】
本発明に従えば、図6(1)に示されるように回転軸線上に軸線上センサを配置し、これによってロータブレードのロータ回転面が上下方向に移動した状態を正確にかつ容易に検出することができるようになる。
【0020】
また本発明は、制御手段は、
軸線上センサ86の検出変位量δCを、上下方向の突風変位量として検出し、上下方向の突風変位量に基づいて、上下方向の操舵量としてロータブレードのピッチ角を制御することを特徴とする。
【0021】
本発明に従えば、軸線上センサ86によって検出された変位量δCを、ロータ回転面の上下方向の突風変位量として検出して、制御手段によってコレクティブピッチ角を制御し、こうして複雑な演算処理を行うことなく、突風によるロータ面の上下方向の変位の修正を容易に行うことができるようになる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の一形態のヘリコプタ1の一部の断面図である。このヘリコプタ1は、回転翼航空機の一例であり、ロータ回転軸線3に関して両側の対を成すロータブレード2の基端部6は、ハブプレート10によって結合される。中空のロータマスト11の上部内には、ハブプレート10が、そのハブプレート10のロータ回転軸線3から半径方向(図1の左右方向)にずれたピボット22付近の支持位置で、支持される。ハブプレート10は、ロータマスト11の上部のピボット22付近の支持位置において、ロータ回転面4(次の図2参照)に関して上下方向に揺動可能であるが、ロータ回転面4の上下方向、前後方向、ロータブレード2の軸線まわりのねじり方向には、変位しないように、ロータマスト11に剛性支持される。このロータマスト11は、たとえば金属製または複合材料製であって、したがって遮光性である。
【0023】
図2は、機体仰角と空気抵抗の関係を示す説明図である。ヘリコプタ1が前進速度Vで飛行するとき、ロータブレード2はロータ回転軸3を中心として一定の軌跡を描いて回転する。これは1つの円盤のように見えるのでロータ回転面4と呼ばれる。ロータの発生する推力ベクトルLは回転面4に対して垂直に発生する。推力ベクトルLは、機体の重量Wと空気抵抗Dと、さらに機体が前傾するために生じる下向きの胴体揚力ΔLとの合力に対して釣り合う。
【0024】
ヘリコプタ1は、前傾が小さいほど抵抗Dは小さくなり、下向き胴体揚力ΔLも減少するので、できる限り水平に近い方が好ましい。この場合、ロータ回転軸3はロータ回転面4とは垂直でなくなる。今、ロータ回転軸3上に立って1つのロータブレード2を観察すると、1回転中にロータブレード2は角度βで上下動を行う。この角度βをフラッピング角と呼ぶ。
【0025】
ハブプレート10は、たとえばガラスなどを強化繊維とした複合材料から成り、弾性変形可能な板ばね状に形成される。ロータブレード2の回転時に、ロータブレード2に作用する遠心力は、ハブプレート10によって支持され、互いに釣合う。
【0026】
図3は、図1に示されるロータマスト11とその付近の水平断面図である。ロータブレード2は、ロータ回転軸線3のまわりに複数(たとえばこの実施の形態では4)のロータブレード2が、周方向に90度の等間隔をあけて配置され、前述のようにハブプレート10,10aによって結合される。ハブプレート10,10aは、総括的に参照符10で示すことがある。各対を成すロータブレード2のハブプレート10は、この実施の形態では直交し、各ハブプレート10は互いに接触しないように上下に間隔をあけて配置される。
【0027】
ハブプレート10は、リードラグヒンジ20のヒンジラインHLの周囲を巻付け、このハブプレート10のヒンジ20付近の外側部を包むカフ21とトーションエレメント23との間には、ダンパ24が介在され、ヘリコプタの不安定振動現象である地上共振と空中共振を防止する。地上での回転停止時に、ロータブレード2の垂下がりを防止するために、ドループストップ25が設けられる。カフ21よりも半径方向内方に設けられるピボット22は、ハブプレート10のリードラグ方向の角変位を許容し、その厚み方向の変位に対しては剛である。ハブプレート10は、ロータマスト11のロータマスト本体7と、そのロータマスト本体7の上部に取付けられる上マスト部8との内部空間9に配置される。こうしてロータマスト11は、滑らかな空力的外形を有し、全体として空気抵抗を低下した形状を有する。
【0028】
ロータマスト11の下部は、大直径リング状軸受27によって支持され、さらにリング歯車28に係合されて駆動される。軸受27は、ロータブレード2によって生じた揚力とハブモーメントとを歯車箱29に伝達し、最終的には機体5を支える。歯車箱29は、中空リング状であり、その内側空間に、操縦用アクチュエータ30,30aが配置される。操縦用アクチュエータ30,30aの下端部は、歯車箱29に固定される。操縦用アクチュエータ30,30aの上端部は、ロータコントロール31に結合される。操縦者の操縦によって、ロータコントロール31は移動し、この動きは、ピッチリング32によってロータブレード2の基端部に伝達され、そのロータブレード2のピッチ角が変化される。このロータブレード2のピッチ角はまた、突風による変位を修正するように自動的に制御される。ロータマスト11の回転トルクは、ピボット22を介してカフ21に伝達され、ロータブレード2が回転駆動される。
【0029】
機体5には、ロータ回転軸線3に垂直な取付面13を有する取付部材14が固定される。この取付部材14の取付面13には、複数(たとえばこの実施の形態では4)の周方向センサ78,80,82,84と、ロータ回転軸線3上に軸線上センサ86が取付けられる。これらの周方向センサ78,80,82,84は、ロータ回転軸線3の周方向に等間隔に配置され、一方のハブプレート10の変位量を周方向センサ78,82によって検出し、またそのハブプレート10に直交する下方に配置された他方の参照符10aで示されるハブプレートの変位量は、周方向センサ80,84によって検出される。本発明の実施の一形態では、ロータ回転軸線3のまわりに180度の間隔をあけて配置された少なくとも2つの周方向センサ78,82が設けられ、実施の他の形態では、さらにそのほかの周方向センサ80,84が設けられ、さらに実施の他の形態では、もっと多くのたとえば10個程度の周方向センサが配置されてもよい。
【0030】
図4はセンサ78〜86とハブプレート10とを示す斜視図である。周方向センサ78〜84は、ロータ回転軸線3を中心とする一仮想円16上に配置される。センサ78〜86は、レーザ光を発生するレーザ源と、反射光を受光する受光手段との組合せによって構成され、ブレード10,10aには、ロータ回転軸線3を中心とする前述の仮想円16と同様な仮想円17上に、各センサ78〜84からのレーザ光を反射する金属箔または反射鏡などの反射手段38〜44が配置される。さらに軸線上センサ86の出力に対応してロータ回転軸線3上には、下方のハブプレート10aに反射手段46が固定される。反射手段38〜46は、省略されてもよい。こうして本発明の実施の他の形態では、レーザ光に代えて、可視光、赤外線、および電波などの電磁波が用いられてもよく、さらに超音波なとが用いられてもよい。
【0031】
図5は、周方向センサ78の出力信号を示す図である。2組の対を成すロータブレード2を連結する2つのハブプレート10,10aが、周方向センサ78によって検出され、ロータブレード2の1回転毎に、合計4つの検出データが得られる。そのほかの周方向センサ80〜84もまた、周方向センサ78と同様な出力波形を導出する。
【0032】
図6は、ハブプレート10の弾性変形した状態を示す簡略化した図である。図6(1)は、ロータ回転面が上方に移動した状態を示す。ハブプレート10は、下に凸に湾曲する。回転軸線3上の反射手段46の変位量δCは、軸線上センサ86によって検出される。こうしてコレクティブピッチが計測される。周方向センサ78〜84によって検出される反射手段38〜44の検出変位量δ78,δ80,δ82,δ84は、すべて等しい値となる。
【0033】
図6(2)は、ロータ回転面がフラッピング角β傾斜した状態におけるハブプレート10の弾性変形した状態を簡略化して示す図である。機体5の前後方向に配置された周方向センサ78,82によるロータ回転軸線3に沿う検出変位量δ78,δ82は、正負の絶対値が等しく、これに対して左右方向に配置された周方向センサ80,84の検出変位量δ80,δ84は、変化せず、零である。軸線上センサ86によって検出される反射手段46の検出変位量δ86は、変化せず零である。こうしてハブプレート10のサイクリックピッチが計測される。
【0034】
図7は、本件発明者のシミュレーション実験結果を示す図である。約3tonの全備重量において図6(1)に示されるコレクティブピッチの計測時には、ライン48に示されるように、ロータブレード2の上下方向のフラッピング角β=2度あたり検出変位量δCは約5.0mmである。図6(2)に示されるサイクリックピッチの計測時では、ライン49に示されるように、ロータブレード2の左右方向フラッピング角β=2度あたり検出変位量δ78,δ82は約3.5mmである。
【0035】
図8は、図1〜図7に示される本発明の実施の一形態の電気的構成を示すブロック図である。周方向センサ78〜84および軸線上センサ86の各出力は、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路51に与えられる。処理回路51は、軸線上センサ86の出力に応答して、図6(1)に関連して前述したコレクティブピッチの計測によって、突風によるプレート10、したがってロータブレード2の突風による上下方向の変位の修正を行うための上下方向の操舵量を表す信号を導出する。また処理回路51は、周方向センサ78〜84の出力に応答し、機体5の前後方向xおよび左右方向yの各傾き方向の変位量の修正を行う操舵量を表す信号を導出する。飛行制御回路52は、処理回路51からの出力および操縦手段53からの操縦者の操縦桿の操作によるロータブレード2のロータ回転面の指示移動量とから、非定常的外力、すなわち突風などによるロータ回転面の不所望な変位を修正するように、ロータブレード2のピッチ角を修正する信号を導出してアクチュエータ30を駆動する。これによって突風などによるロータブレード2の変位が、短時間に自動的に修正され、ヘリコプタ1は突風などの悪影響を受けることがほとんどなくなり、したがってヘリコプタ1の乗り心地が向上される。
【0036】
本発明の実施の他の形態では、処理回路51は、軸線上センサ86の出力に基づいて、図6(1)に示される上下方向の変位量δCを演算する。また処理回路51は、図6(2)に示されるように機体5の基軸である前後方向xに配置された周方向センサ78,82の各検出変位量δ78,δ82に基づき、前後方向の突風変位量δS1を求めることができる。
δS1 = δ78 − δ82 …(1)
【0037】
また同様にして、機体5の左右方向yに配置された周方向センサδ80,δ84の出力に基づき、左右方向yの突風変位量δS2を演算して求めることができる。
δS2 = δ80 − δ84 …(2)
【0038】
この実施の形態では、コレクティブピッチの計測とサイクリックピッチの計測とを、軸線上センサ86と周方向センサ78〜84とによって個別的に行うことができ、これによって飛行制御回路52におけるロータブレード2のピッチ角の制御を容易に行うことができる。
【0039】
図9は、本発明の実施の他の形態のヘリコプタ1の一部の断面図である。この実施の形態は、前述の図1〜図8に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、ロータマスト11のロータマスト本体7の上部に固定された上マスト部8に、周方向センサ78〜84および軸線上センサ86が固定して取付けられる。したがってこれらのセンサ78〜86は、ハブプレート10,10aおよびロータマスト11とともに、ロータマスト回転軸線3まわりに回転される。周方向センサ78,82は、ハブプレート10上に形成された反射手段38,42にレーザ光を照射し、その反射光を受光することによって、変位量を検出する。また同様に周方向センサ80,84は、もう1つのハブプレート10a上に設けられた反射手段40,44の変位量を、同様にして検出する。さらに軸線上センサ86は、ロータ回転軸線3上にあり、ハブプレート10上に取付けられた反射手段46の変位を検出する。各センサ78〜86の出力は、ロータマスト11に同軸に固定されたスリップリングと、機体5に固定され、スリップリングに摺動するブラシとを含む電気的接続手段を介して、出力が導出される。図9の実施の形態によれば、ハブプレート10,10aの変位を、常時検出し、これによって前述の式1,2によって、突風変位量を常時検出することができ、したがってロータブレード2のピッチ角の制御を連続的に行うことができ、乗り心地をさらに向上することができる。
【0040】
本発明の実施の他の形態では、図9において、電気的接続手段は、機体5に固定されたスリップリングと、ロータマスト11に固定され、スリップリングに摺動するブラシとを含んでもよい。
【0041】
【発明の効果】
請求項1の本発明によれば、遮光性を有する中空のロータマスト内に設けられたハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を、光学式のセンサによって非接触で検出するので、雨天、降雪時などの天候に悪影響を受けず、全天候性で、ハブプレート、したがってロー
タブレードの変位量を検出することができる。またセンサはロータマスト内に設けられ、したがって太陽光による悪影響が生じることはなく、太陽光による動作不良が生じることはない。さらにハブプレートは、ロータブレードが支持位置で揺動していわば羽ばたくフラッピング運動を生じるだけであるので、ロータブレードのピッチ角の変化による迎角による悪影響が生じることはなく、ハブプレート、したがってロータブレードの変位量を高精度で検出することができ、誤差を抑制することができる。
【0042】
センサは、たとえばレーザ光を用いる構成とし、これによって、構成の簡略化を図り、安価に実現することができるとともに、測定精度が高い。
【0043】
さらに、センサは剛性が高いロータマスト内で、ハブプレートの変位を検出するので、機体振動による悪影響が少なく、変位量の高精度の測定が可能である。さらにまたロータマスト内にセンサを、複数個、たとえば10個程度まで増加して配置することができ、これによって突風などの急激な外力がロータブレードに作用したときにおけるロータブレードの非定常的変位を正確に検出してロータブレードのピッチ角などの制御を行い、応答性を向上することができるようになる。
【0044】
センサは、機体の固定位置に設けられており、したがってスリップリングなどのようにセンサの出力を導く電気的接続手段を必要とせず、このことによってもまた、構成の簡略化を図ることができる。
【0045】
請求項2の本発明によれば、センサを、ロータマストに取付けることによって、センサからの出力を導くスリップリングなどの電気的接続手段を必要とするけれども、前述の請求項1と同様に、ハブプレート、したがってロータブレードの変位を全天候性で、太陽光の悪影響を受けることなく、またロータブレードの迎角による誤差を生じることなく測定が可能であるなどの効果が達成される。センサをロータマストに取付けることによって、ハブプレートの変位をロータマストの回転中に常時、連続的に検出することができ、これによってロータブレードの突風変位量を修正する制御をさらに正確に行うことができる。
【0046】
請求項3および4の本発明によれば、請求項1および2と同様に、前述のようにしてロータブレードの変位量を高精度で検出できるうえ、ロータ回転軸線の両側に配置される1または複数の対を成すロータブレードを各対毎に、周方向センサ78,82が配置され、これによってロータ回転面の前後方向および左右方向などの傾きを容易な演算処理で検出することができる。
【0047】
請求項5の本発明によれば、周方向センサがロータ回転軸線とピボット位置との間の半径方向中央位置に配置されることによって、ロータブレードの各対に対応する周方向センサ78,82の検出出力に基づき、ロータ回転面の前後方向および左右方向などの傾きの状態を容易に把握することができるようになる。
【0048】
請求項6の本発明によれば、ロータ回転軸線の両側に配置されるロータブレードの各対に対応する周方向センサ78,82;80,84の各出力によって、ハブプレート、したがってロータブレードの機体における前後または左右の傾き方向の突風変位量を検出してロータブレードのピッチ角を制御し、こうして突風などの急激な外力に起因したロータブレードの制御を比較的簡単な演算処理で達成することができるようになる。
【0049】
請求項7および8の本発明によれば、請求項1および2と同様に、前述のようにしてロータブレードの変位量を高精度で検出できるうえ、図6(1)に示されるように回転軸線上に軸線上センサを配置することにより、ロータブレードのロータ回転面が上下方向に移動した状態を正確にかつ容易に検出することができる。
【0050】
請求項9の本発明によれば、軸線上センサ86によって検出された変位量δCを、ロータ回転面の上下方向の突風変位量として検出し、制御手段によってコレクティブピッチ角を制御することにより、複雑な演算処理を行うことなく、突風によるロータ面の上下方向の変位の修正を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態のヘリコプタ1の一部の断面図である。
【図2】ヘリコプタ1の機体仰角と空気抵抗との関係を示す説明図である。
【図3】図1に示されるロータマスト11とその付近の水平断面図である。
【図4】センサ78〜86とハブプレート10とを示す斜視図である。
【図5】周方向センサ78の出力信号を示す図である。
【図6】ハブプレート10の弾性変形した状態を示す簡略化した図である。
【図7】本件発明者のシミュレーション実験結果を示す図である。
【図8】図1〜図7に示される本発明の実施の一形態の電気的構成を示すブロック図である。
【図9】本発明の実施の他の形態のヘリコプタ1の一部の断面図である。
【符号の説明】
1 ヘリコプタ
2 ロータブレード
3 ロータ回転軸線
4 ロータ回転面
5 機体
6 基端部
7 ロータマスト本体
8 上マスト部
10,10a ハブプレート
11 ロータマスト
78,80,82,84 周方向センサ
86 軸線上センサ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a gust control for a rotary wing aircraft that improves the riding comfort by accurately detecting unsteady displacement of the rotor blade when a sudden external force such as a gust in a rotary wing aircraft such as a helicopter acts on the rotor blade. Equipment related.
[0002]
[Prior art]
A typical prior art is Japanese Patent No. 2886135 (JP-A-10-16896), which accurately detects unsteady displacement of a rotor blade when a sudden external force such as a gust in a rotary wing aircraft acts on the rotor blade. And thereby the ride comfort can be improved. In this prior art, a reflecting means such as a metal foil or a reflecting mirror is fixed to a lower surface of a blade, and a plurality of sensors composed of a combination of a light projecting means and a light receiving means are attached to the fuselage. The light is reflected by the reflection means and received by the light receiving means, whereby the displacement of the rotor blade is optically detected with high precision. Based on the output of this sensor, the displacement of the rotor blade due to the gust is corrected.
[0003]
In this prior art, since the sensor for detecting the rotor blade has an optical configuration, the sensor malfunctions during rainy weather or snowfall. Therefore, all-weather detection is desired. Also, in the prior art, when sunlight directly enters the sensor, malfunction occurs. Further, in order to correct the displacement due to the gust of the rotor blade, the pitch angle of the rotor blade is changed, and when the angle of attack of the rotor blade is changed, the position of the reflecting means fixed to the lower surface of the rotor blade changes, This causes an error in the detection output of the sensor. Further, such an optical sensor has a problem that the configuration is relatively complicated and expensive. Further, it is necessary to calculate the amount of displacement of the rotor blade detected by these sensors to obtain a steering amount for correcting the inclination of the fuselage in the front-rear direction and the left-right direction, and to obtain a steering amount in the vertical direction. There is a problem that it becomes complicated, takes time, and results in a delay in control of the rotor blade.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an unsteady displacement at the time of the action of a sudden external force due to a gust of a rotor blade or the like, regardless of bad weather such as rainy weather or snowfall, in all weather, and without being adversely affected by sunlight. Detection is possible, and even if the pitch angle of the rotor blade changes and the angle of attack changes, the displacement can be accurately detected, and the configuration can be made as simple and inexpensive as possible. To provide a gust control device for a rotary wing aircraft.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
An optical sensor that is provided at a fixed position of the fuselage in a rotor mast having a light shielding property and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement of the rotor blade due to gusts in response to the output of the optical sensor.
[0006]
In addition, the present invention also couples the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In a rotor mast having a light shielding property, an optical sensor provided on the rotor mast and detecting the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement of the rotor blade due to gusts in response to the output of the optical sensor.
[0007]
In accordance with the present invention, the proximal ends of one or more pairs of rotor blades are joined by an elastically deformable hub plate, and within the upper portion of the rotor mast, the hub plate is supported at a pivot 22 support position described below. Thus, the hub plate is swingable in the vertical direction with respect to the rotor rotation surface, and is rigidly supported on the upper portion of the rotor mast so as not to be displaced in the vertical direction of the rotation surface and in the torsional direction around the axis of the rotor blade in the front-back direction. You. A sensor that detects the displacement of the hub plate along the axis of rotation of the rotor in a non-contact manner is disposed in the rotor mast and is provided at a fixed position of the fuselage or on the rotor mast. Accordingly, such a sensor may be of an optical type, and may have a configuration provided with, for example, a laser source that generates laser light and a light receiving unit that receives the laser light reflected by the hub plate. A sensor using a simple laser beam has a simple configuration and is realized at low cost.
[0008]
The rotor mast is made of, for example, metal and has a light shielding property. Thus, the optical environment in the rotor mast provided with the optical sensor does not change due to the weather. Therefore, it is possible to prevent the adverse effect of sunlight from occurring, and even in bad weather such as rainy weather or snowfall, the displacement of the hub plate can be detected by the optical sensor, and it is possible to detect all weather.
[0009]
Further, the sensor detects the displacement of the hub plate, so that even if the angle of attack due to the pitch angle of the rotor blade changes, no error occurs in the detected displacement, and the displacement can be performed with high accuracy. In this way, when a sudden external force such as a gust of the rotor blade acts, the displacement of the hub plate, and therefore the rotor blade, is accurately detected with high accuracy, and thus the unsteady displacement of the rotor blade is accurately detected. Thus, a gust control device for a rotary wing aircraft with improved ride comfort is realized.
[0010]
By providing the sensor at a fixed position of the body, it is not necessary to use an electrical connection means such as a slip ring for guiding the output of the sensor, and the configuration can be simplified.
[0011]
Also, by providing the sensor on the rotor mast instead of providing the sensor on the body as described above, an electrical connection means such as a slip ring is required, but the displacement of the hub plate is always and continuously detected. This makes it possible to drive the rotor blade accurately.
[0012]
In addition, the present invention also couples the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In the rotor mast, provided at a fixed position of the fuselage, a sensor that detects the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control system for a rotary wing aircraft, wherein the sensors include circumferential sensors 78 and 82 disposed on both sides with respect to the rotor rotation axis corresponding to each pair of rotor blades.
In addition, the present invention also couples the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
A sensor that is provided on the rotor mast and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control system for a rotary wing aircraft, wherein the sensors include circumferential sensors 78 and 82 disposed on both sides with respect to the rotor rotation axis corresponding to each pair of rotor blades.
[0013]
According to the invention, the displacement of the hub plate connecting the paired rotor blades arranged on both sides with respect to the rotor rotation axis is shown in FIG. 6 (2) by the circumferential sensors 78, 82 on both sides of the rotor rotation axis. Thus, for example, the inclination of the rotor rotation surface of the rotary wing aircraft in the front-rear direction or the left-right direction can be accurately grasped.
[0014]
Further, the invention is characterized in that the circumferential direction sensor is arranged at a radial center position between the rotor rotation axis and the pivot position.
[0015]
According to the present invention, it is possible to accurately grasp a state in which the rotor rotation surface is inclined, for example, in the front-rear direction or the left-right direction of the body.
[0016]
Further, according to the present invention, the control means includes:
The pair of circumferential sensors 78, 82; 80, 84 detect the displacements δ78, δ82; differences δS1, δS2 from δ80, δ84, respectively, as gust displacements in the inclination direction.
The pitch angle of the rotor blade is controlled based on the gust displacement in the tilt direction.
[0017]
According to the present invention, the gust displacements δS1 and δS2 in the front-back direction or the left-right tilt direction are detected by the outputs of the pair of circumferential sensors 78, 82; 80, 84 shown in FIG. Thus, the cyclic pitch angle of the rotor blades can be controlled, and the riding comfort of the rotary wing aircraft can be improved.
[0018]
In addition, the present invention also couples the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In the rotor mast, provided at a fixed position of the fuselage, a sensor that detects the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control apparatus for a rotary wing aircraft, wherein the sensor includes an on-axis sensor arranged on a rotor rotation axis.
In addition, the present invention also couples the base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
A sensor that is provided on the rotor mast and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control apparatus for a rotary wing aircraft, wherein the sensor includes an on-axis sensor arranged on a rotor rotation axis.
[0019]
According to the present invention, as shown in FIG. 6A, an on-axis sensor is arranged on the rotation axis, thereby accurately and easily detecting a state in which the rotor rotation surface of the rotor blade moves in the vertical direction. Will be able to do it.
[0020]
Further, according to the present invention, the control means includes:
The displacement amount δC detected by the on-axis sensor 86 is detected as a vertical gust displacement amount, and the pitch angle of the rotor blade is controlled as a vertical steering amount based on the vertical gust displacement amount. .
[0021]
According to the present invention, the displacement δC detected by the on-axis sensor 86 is detected as the vertical gust displacement of the rotor rotation surface, and the collective pitch angle is controlled by the control means. Without doing so, the vertical displacement of the rotor surface due to the gust can be easily corrected.
[0022]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a helicopter 1 according to one embodiment of the present invention. The helicopter 1 is an example of a rotary wing aircraft, and a base end 6 of a rotor blade 2 forming a pair on both sides with respect to a rotor rotation axis 3 is connected by a hub plate 10. The hub plate 10 is supported in the upper portion of the hollow rotor mast 11 at a support position near a pivot 22 that is displaced in the radial direction (the left-right direction in FIG. 1) from the rotor rotation axis 3 of the hub plate 10. The hub plate 10 can swing vertically with respect to the rotor rotation surface 4 (see FIG. 2 below) at a support position near the pivot 22 above the rotor mast 11, The rotor blade 2 is rigidly supported by the rotor mast 11 so as not to be displaced in the torsion direction around the axis. The rotor mast 11 is made of, for example, metal or a composite material, and is therefore light-shielding.
[0023]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the body elevation angle and the air resistance. When the helicopter 1 flies at the forward speed V, the rotor blade 2 rotates around a rotor rotation axis 3 with a fixed trajectory. This is called a rotor rotating surface 4 because it looks like a single disk. The thrust vector L generated by the rotor is generated perpendicular to the rotating surface 4. The thrust vector L is balanced with the resultant force of the weight W of the fuselage, the air resistance D, and the downward fuselage lift ΔL generated due to the forward lean of the fuselage.
[0024]
The helicopter 1 is preferably as horizontal as possible because the resistance D decreases as the forward inclination decreases and the downward fuselage lift ΔL decreases. In this case, the rotor rotation shaft 3 is not perpendicular to the rotor rotation surface 4. Now, when one rotor blade 2 is observed while standing on the rotor rotation shaft 3, the rotor blade 2 moves up and down at an angle β during one rotation. This angle β is called a flapping angle.
[0025]
The hub plate 10 is made of, for example, a composite material using glass or the like as a reinforcing fiber, and is formed in a leaf spring shape that can be elastically deformed. When the rotor blade 2 rotates, the centrifugal force acting on the rotor blade 2 is supported by the hub plate 10 and balances with each other.
[0026]
FIG. 3 is a horizontal sectional view of the rotor mast 11 shown in FIG. 1 and its vicinity. The rotor blade 2 has a plurality of (for example, 4 in this embodiment) rotor blades 2 arranged at equal intervals of 90 degrees in the circumferential direction around the rotor rotation axis 3. 10a. The hub plates 10, 10a may be designated generally by the reference numeral 10. The hub plates 10 of each pair of rotor blades 2 are orthogonal in this embodiment, and the hub plates 10 are vertically spaced apart so as not to contact each other.
[0027]
The hub plate 10 is wound around a hinge line HL of the lead lug hinge 20, and a damper 24 is interposed between a torsion element 23 and a cuff 21 wrapping an outer portion near the hinge 20 of the hub plate 10, Prevent ground resonance and air resonance which are unstable vibration phenomena of helicopter. A droop stop 25 is provided to prevent the rotor blade 2 from hanging when the rotation on the ground is stopped. The pivot 22 provided radially inward of the cuff 21 allows angular displacement of the hub plate 10 in the lead lug direction, and is rigid against displacement in the thickness direction. The hub plate 10 is disposed in an internal space 9 between the rotor mast main body 7 of the rotor mast 11 and an upper mast portion 8 attached to an upper portion of the rotor mast main body 7. Thus, the rotor mast 11 has a smooth aerodynamic outer shape, and has a shape with reduced air resistance as a whole.
[0028]
The lower portion of the rotor mast 11 is supported by a large-diameter ring-shaped bearing 27, and further driven by being engaged with a ring gear 28. The bearing 27 transmits the lift and the hub moment generated by the rotor blade 2 to the gear box 29, and finally supports the body 5. The gear box 29 has a hollow ring shape, and steering actuators 30 and 30a are arranged in an inner space thereof. The lower ends of the steering actuators 30 and 30a are fixed to the gear box 29. The upper ends of the steering actuators 30 and 30a are connected to a rotor control 31. The pilot moves the rotor control 31, and the movement is transmitted to the base end of the rotor blade 2 by the pitch ring 32, and the pitch angle of the rotor blade 2 is changed. The pitch angle of the rotor blade 2 is also automatically controlled so as to correct the displacement caused by the gust. The rotation torque of the rotor mast 11 is transmitted to the cuff 21 via the pivot 22, and the rotor blade 2 is driven to rotate.
[0029]
A mounting member 14 having a mounting surface 13 perpendicular to the rotor rotation axis 3 is fixed to the body 5. A plurality of (for example, four in this embodiment) circumferential sensors 78, 80, 82, 84 and an on-axis sensor 86 are mounted on the rotor rotation axis 3 on the mounting surface 13 of the mounting member 14. These circumferential sensors 78, 80, 82, 84 are arranged at equal intervals in the circumferential direction of the rotor rotation axis 3, and the amount of displacement of one of the hub plates 10 is detected by the circumferential sensors 78, 82. The amount of displacement of the hub plate indicated by the other reference numeral 10a, which is disposed below and perpendicular to the plate 10, is detected by the circumferential sensors 80 and 84. In one embodiment of the present invention, at least two circumferential sensors 78, 82 are provided at 180 ° intervals around the rotor rotation axis 3, and in another embodiment, further circumferential sensors 78, 82 are provided. Direction sensors 80 and 84 are provided, and in still other embodiments, more, for example, about ten circumferential sensors may be arranged.
[0030]
FIG. 4 is a perspective view showing the sensors 78 to 86 and the hub plate 10. The circumferential sensors 78 to 84 are arranged on one virtual circle 16 centered on the rotor rotation axis 3. The sensors 78 to 86 are constituted by a combination of a laser source for generating a laser beam and a light receiving means for receiving the reflected light, and the blades 10 and 10a are provided with the above-described virtual circle 16 centered on the rotor rotation axis 3. On the same virtual circle 17, reflecting means 38 to 44 such as metal foil or reflecting mirrors for reflecting the laser light from the sensors 78 to 84 are arranged. Further, the reflecting means 46 is fixed to the lower hub plate 10a on the rotor rotation axis 3 corresponding to the output of the on-axis sensor 86. The reflection means 38 to 46 may be omitted. Thus, in another embodiment of the present invention, electromagnetic waves such as visible light, infrared light, and radio waves may be used instead of laser light, and ultrasonic waves may be used.
[0031]
FIG. 5 is a diagram showing an output signal of the circumferential direction sensor 78. Two hub plates 10, 10a connecting the two pairs of rotor blades 2 are detected by the circumferential direction sensor 78, and a total of four detection data are obtained for each rotation of the rotor blades 2. The other circumferential sensors 80 to 84 also derive output waveforms similar to those of the circumferential sensor 78.
[0032]
FIG. 6 is a simplified diagram showing a state in which the hub plate 10 is elastically deformed. FIG. 6A shows a state in which the rotor rotation surface has moved upward. The hub plate 10 bends convexly downward. The displacement amount δC of the reflection means 46 on the rotation axis 3 is detected by the on-axis sensor 86. Thus, the collective pitch is measured. The detected displacement amounts δ78, δ80, δ82, δ84 of the reflection means 38 to 44 detected by the circumferential sensors 78 to 84 are all equal.
[0033]
FIG. 6B is a simplified view showing a state in which the hub plate 10 is elastically deformed in a state where the rotor rotation surface is inclined at the flapping angle β. The detected displacement amounts δ 78 and δ 82 along the rotor rotation axis 3 by the circumferential sensors 78 and 82 disposed in the front-rear direction of the body 5 have the same positive and negative absolute values. The detected displacement amounts δ80 and δ84 of 80 and 84 do not change and are zero. The amount of displacement δ86 of the reflection means 46 detected by the on-axis sensor 86 does not change and is zero. Thus, the cyclic pitch of the hub plate 10 is measured.
[0034]
FIG. 7 is a diagram showing a simulation experiment result of the present inventor. When the collective pitch shown in FIG. 6A is measured with the total weight of about 3 tons, as shown by the line 48, the detected displacement amount δC per flapping angle β of the rotor blade 2 in the vertical direction = 2 degrees is about 5 0.0 mm. At the time of measuring the cyclic pitch shown in FIG. 6B, as shown by the line 49, the detected displacement amounts δ78 and δ82 per left and right flapping angle β = 2 degrees of the rotor blade 2 are about 3.5 mm. is there.
[0035]
FIG. 8 is a block diagram showing an electrical configuration of the embodiment of the present invention shown in FIGS. Each output of the circumferential sensors 78 to 84 and the on-axis sensor 86 is given to a processing circuit 51 realized by a microcomputer or the like. The processing circuit 51 responds to the output of the on-axis sensor 86 by measuring the collective pitch described above in connection with FIG. A signal indicating a vertical steering amount for performing the correction is derived. In addition, the processing circuit 51 derives a signal representing a steering amount for correcting the displacement amount of the body 5 in each of the forward and backward directions x and the left and right directions y in response to the outputs of the circumferential sensors 78 to 84. The flight control circuit 52 uses the output from the processing circuit 51 and the commanded amount of movement of the rotor rotation surface of the rotor blade 2 by the operation of the control stick by the operator from the control means 53 to determine the unsteady external force, that is, The actuator 30 is driven by deriving a signal for correcting the pitch angle of the rotor blade 2 so as to correct the undesired displacement of the rotating surface. As a result, the displacement of the rotor blade 2 due to a gust or the like is automatically corrected in a short time, and the helicopter 1 is hardly affected by a gust or the like, so that the riding comfort of the helicopter 1 is improved.
[0036]
In another embodiment of the present invention, the processing circuit 51 calculates the vertical displacement amount δC shown in FIG. 6A based on the output of the on-axis sensor 86. Further, as shown in FIG. 6 (2), the processing circuit 51 generates a gust in the front-rear direction based on the detected displacement amounts δ78, δ82 of the circumferential sensors 78, 82 arranged in the front-rear direction x which is the base axis of the machine body 5. The displacement amount δS1 can be obtained.
δS1 = δ78−δ82 (1)
[0037]
Similarly, the gust displacement δS2 in the left-right direction y can be calculated and obtained based on the outputs of the circumferential sensors δ80, δ84 arranged in the left-right direction y of the machine body 5.
δS2 = δ80−δ84 (2)
[0038]
In this embodiment, the measurement of the collective pitch and the measurement of the cyclic pitch can be individually performed by the on-axis sensor 86 and the circumferential sensors 78 to 84, whereby the rotor blade 2 in the flight control circuit 52 can be measured. Can be easily controlled.
[0039]
FIG. 9 is a partial sectional view of a helicopter 1 according to another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the embodiment shown in FIGS. 1 to 8 described above, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals. It should be noted that in this embodiment, the circumferential sensors 78 to 84 and the on-axis sensor 86 are fixedly attached to the upper mast 8 fixed to the upper part of the rotor mast main body 7 of the rotor mast 11. Therefore, these sensors 78 to 86 are rotated around the rotor mast rotation axis 3 together with the hub plates 10 and 10 a and the rotor mast 11. The circumferential sensors 78 and 82 detect the displacement by irradiating the reflecting means 38 and 42 formed on the hub plate 10 with laser light and receiving the reflected light. Similarly, the circumferential sensors 80 and 84 similarly detect the amount of displacement of the reflection means 40 and 44 provided on the other hub plate 10a. Further, the on-axis sensor 86 is located on the rotor rotation axis 3 and detects the displacement of the reflecting means 46 mounted on the hub plate 10. Outputs of the respective sensors 78 to 86 are derived through electrical connection means including a slip ring coaxially fixed to the rotor mast 11 and a brush fixed to the body 5 and sliding on the slip ring. . According to the embodiment of FIG. 9, the displacement of the hub plates 10 and 10 a is constantly detected, whereby the gust displacement can be constantly detected by the above-described equations 1 and 2, and therefore, the pitch of the rotor blades 2 can be determined. The control of the angle can be performed continuously, and the riding comfort can be further improved.
[0040]
In another embodiment of the present invention, in FIG. 9, the electrical connection means may include a slip ring fixed to the body 5 and a brush fixed to the rotor mast 11 and sliding on the slip ring.
[0041]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the displacement along the rotor rotation axis of the hub plate provided in the hollow rotor mast having a light-shielding property is detected by an optical sensor in a non-contact manner, so that it can be used in the case of rain, snow, etc. It is not adversely affected by the weather, is all-weather, and has a hub plate and therefore low
The amount of displacement of the tab blade can be detected. In addition, the sensor is provided in the rotor mast, so that there is no adverse effect due to sunlight, and no malfunction due to sunlight occurs. Furthermore, the hub plate does not have any adverse effect due to the angle of attack due to the change in the pitch angle of the rotor blades, since the rotor blade only swings in the supporting position and generates a flapping movement that flies. The displacement of the blade can be detected with high accuracy, and errors can be suppressed.
[0042]
The sensor is configured to use, for example, a laser beam, whereby the configuration can be simplified, realized at low cost, and has high measurement accuracy.
[0043]
Further, since the sensor detects the displacement of the hub plate in the rotor mast having high rigidity, the adverse effect due to the vibration of the airframe is small, and the displacement can be measured with high accuracy. Furthermore, a plurality of sensors, for example, up to about ten sensors, can be arranged in the rotor mast so that the unsteady displacement of the rotor blade when a sudden external force such as a gust acts on the rotor blade can be accurately detected. To control the pitch angle of the rotor blade and the like, thereby improving the responsiveness.
[0044]
The sensor is provided at a fixed position of the fuselage, and therefore does not require an electrical connection means for guiding the output of the sensor such as a slip ring, which can also simplify the configuration.
[0045]
According to the second aspect of the present invention, the mounting of the sensor on the rotor mast requires an electrical connection means such as a slip ring for guiding the output from the sensor. Therefore, the effect is achieved that the displacement of the rotor blade can be measured in all weather, without being affected by sunlight, and without causing an error due to the angle of attack of the rotor blade. By attaching the sensor to the rotor mast, the displacement of the hub plate can be detected continuously and continuously during the rotation of the rotor mast, whereby the control for correcting the gust displacement of the rotor blade can be performed more accurately.
[0046]
According to the third and fourth aspects of the present invention, similarly to the first and second aspects, the displacement amount of the rotor blade can be detected with high accuracy as described above, and the first or second rotor blades disposed on both sides of the rotor rotation axis can be detected. A plurality of pairs of rotor blades are provided with the circumferential sensors 78 and 82 for each pair, so that the inclination of the rotor rotation surface in the front-rear direction and the left-right direction can be detected by an easy calculation process.
[0047]
According to the present invention, the circumferential sensors are arranged at the radial center position between the rotor rotation axis and the pivot position, so that the circumferential sensors 78 and 82 corresponding to each pair of the rotor blades. Based on the detection output, it is possible to easily grasp the state of inclination of the rotor rotation surface in the front-rear direction and the left-right direction.
[0048]
According to the invention of claim 6, the output of the circumferential sensors 78, 82; 80, 84 corresponding to each pair of rotor blades arranged on both sides of the rotor rotation axis, the hub plate and thus the body of the rotor blade. In this way, the pitch angle of the rotor blade is controlled by detecting the amount of gust displacement in the front-back or left-right tilt direction, and thus the control of the rotor blade caused by a sudden external force such as a gust can be achieved by relatively simple arithmetic processing. become able to.
[0049]
According to the seventh and eighth aspects of the present invention, similarly to the first and second aspects, the displacement amount of the rotor blade can be detected with high accuracy as described above, and the rotation of the rotor blade as shown in FIG. By disposing the on-axis sensor on the axis, it is possible to accurately and easily detect a state in which the rotor rotation surface of the rotor blade has moved in the vertical direction.
[0050]
According to the ninth aspect of the present invention, the amount of displacement δC detected by the on-axis sensor 86 is detected as the amount of vertical gust displacement of the rotor rotation surface, and the control means controls the collective pitch angle. It is possible to easily correct the vertical displacement of the rotor surface due to the gust without performing a complicated calculation process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a helicopter 1 according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a relationship between a body elevation angle of the helicopter 1 and air resistance.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of the rotor mast 11 shown in FIG. 1 and its vicinity.
FIG. 4 is a perspective view showing sensors 78 to 86 and a hub plate 10;
5 is a diagram showing an output signal of a circumferential direction sensor 78. FIG.
FIG. 6 is a simplified diagram showing a state in which the hub plate 10 is elastically deformed.
FIG. 7 is a diagram showing a simulation experiment result of the present inventor.
FIG. 8 is a block diagram showing an electrical configuration of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 7;
FIG. 9 is a partial cross-sectional view of a helicopter 1 according to another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Helicopter
2 Rotor blade
3 Rotor axis
4 Rotor rotation surface
5 aircraft
6 Base end
7 Rotor mast body
8 Upper mast section
10,10a Hub plate
11 rotor mast
78, 80, 82, 84 Circumferential sensor
86 On-axis sensor

Claims (9)

ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
遮光性を有するロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出する光学式のセンサと、
光学式センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
An optical sensor that is provided at a fixed position of the fuselage in a rotor mast having a light shielding property and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement of the rotor blade due to gusts in response to the output of the optical sensor.
ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
遮光性を有するロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出する光学式のセンサと、
光学式センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In a rotor mast having a light shielding property, an optical sensor provided on the rotor mast and detecting the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement of the rotor blade due to gusts in response to the output of the optical sensor.
ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータブレードの各対に対応してロータ回転軸線に関して両側に配置された周方向センサ78,82を含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In the rotor mast, provided at a fixed position of the fuselage, a sensor that detects the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
A gust control system for a rotary wing aircraft, wherein the sensors include circumferential sensors 78, 82 disposed on opposite sides of the rotor rotation axis for each pair of rotor blades.
ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータブレードの各対に対応してロータ回転軸線に関して両側に配置された周方向センサ78,82を含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
A sensor that is provided on the rotor mast and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
A gust control system for a rotary wing aircraft, wherein the sensors include circumferential sensors 78, 82 disposed on opposite sides of the rotor rotation axis for each pair of rotor blades.
周方向センサは、ロータ回転軸線とピボット位置との間の半径方向中央位置に配置されることを特徴とする請求項3または4記載の回転翼航空機の突風制御装置。The gust control device for a rotary wing aircraft according to claim 3 or 4, wherein the circumferential direction sensor is disposed at a radial center position between the rotor rotation axis and the pivot position. 制御手段は、
対を成す周方向センサ78,82;80,84の各検出変位量δ78,δ82;δ80,δ84との差δS1,δS2を、傾き方向の突風変位量として検出し、
傾き方向の突風変位量に基づいて、ロータブレードのピッチ角を制御することを特徴とする請求項3〜5のうちのいずれか1つに記載の回転翼航空機の突風制御装置。
The control means is
The pair of circumferential sensors 78, 82; 80, 84 detect the displacements δ78, δ82; differences δS1, δS2 from δ80, δ84, respectively, as gust displacements in the inclination direction.
The gust control device for a rotary wing aircraft according to any one of claims 3 to 5, wherein a pitch angle of the rotor blade is controlled based on a gust displacement amount in a tilt direction.
ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、機体の固定位置に設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータ回転軸線上に配置された軸線上センサを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
In the rotor mast, provided at a fixed position of the fuselage, a sensor that detects the displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control device for a rotary wing aircraft, wherein the sensor includes an on-axis sensor arranged on a rotor rotation axis.
ロータ回転軸線に関して両側の対を成すロータブレードの基端部を、弾性変形可能なハブプレートによって結合し、
中空のロータマストの上部内に、ハブプレートを、ハブプレートのロータ回転軸線から半径方向にずれた支持位置で支持する回転翼航空機の突風制御装置において、
ロータマスト内で、そのロータマストに設けられ、ハブプレートのロータ回転軸線に沿う変位を非接触で検出するセンサと、
センサの出力に応答し、ロータブレードの突風による変位を修正する制御手段とを含み、
前記センサは、ロータ回転軸線上に配置された軸線上センサを含むことを特徴とする回転翼航空機の突風制御装置。
The base ends of the rotor blades forming a pair on both sides with respect to the rotor rotation axis are connected by an elastically deformable hub plate,
In a gust control device for a rotary wing aircraft, which supports a hub plate at a support position radially offset from a rotor rotation axis of the hub plate in an upper portion of a hollow rotor mast,
A sensor that is provided on the rotor mast and detects a displacement of the hub plate along the rotor rotation axis in a non-contact manner,
Control means for correcting displacement due to gusts of the rotor blade in response to the output of the sensor,
The gust control device for a rotary wing aircraft, wherein the sensor includes an on-axis sensor arranged on a rotor rotation axis.
制御手段は、軸線上センサ86の検出変位量δCを、上下方向の突風変位量として検出し、
上下方向の突風変位量に基づいて、上下方向の操舵量としてロータブレードのピッチ角を制御することを特徴とする請求項7または8記載の回転翼航空機の突風制御装置。
The control means detects the detected displacement δC of the on-axis sensor 86 as a vertical gust displacement,
The gust control device for a rotary wing aircraft according to claim 7 or 8, wherein the pitch angle of the rotor blade is controlled as a vertical steering amount based on the vertical gust displacement amount.
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