JP3649754B2 - ヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば、シングル・ロータ形式のヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置に関し、詳しくは、外部に露出したテール・ロータ等を有せず事物等への接触の危険性がなく、メイン・ロータのトルクを打ち消すに十分な推力を効率良く発生でき、しかもテールブームまわりの循環制御を併用する場合のような機体の形状設計の制約もないヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、シングル・ロータ形式の多くのヘリコプタでは、その機体尾部にテール・ロータが設けられている。このテール・ロータは、メイン・ロータの回転の反作用として生じる機体の偏揺モーメントを打ち消すように反トルク（推力）を発生させると共に、横方向の操縦を行う役割を果たしている。しかし、このテール・ロータは、特に中型より小さいヘリコプタの場合には、機体の比較的低い位置に取付けられており、外部に露出して高速回転している。そのため、地上回転時には、人員及び事物に接触する危険性があり、また、低空飛行時には、樹木等の地上障害物に接触する危険性がある。また、このテール・ロータは、これの回転に伴う騒音、及びメイン・ロータとの干渉に伴う騒音といった問題もある。
【０００３】
このようなことから、外部に露出したテール・ロータの反トルク／横方向操縦装置に代えて、以下のような種々の反トルク／横方向操縦装置が提案されている。
【０００４】
特開昭５９−８４６９７号公報には、ファン・イン・フィン形式の反トルク／横方向操縦装置が開示されている。即ち、この装置では、機体尾部に設けられた回転ファンがシュラウドにより被覆されている。これにより、比較的小径のファンでありながら高推力が得られていると共に、メイン・ロータとの干渉騒音の低減が図られている。
【０００５】
また、特開平５−１９３５８２号公報には、エンジンのファンの回転による空気流が機体のテールブーム内を通して機体の尾部に導かれ、ジェット流が尾部の吹出口から横方向に吹出される形式の反トルク／横方向操縦装置が開示されている。この装置では、外部に露出した回転ファンが設けられていないため、安全性の面では優れている。
【０００６】
さらに、米国特許２，５１８，６９７号には、ジェット流が尾部の吹出口から横方向に吹出され、この吹出しによるイジェクター効果を利用した形式の反トルク／横方向操縦装置が開示されている。この装置では、イジェクター効果の利用により、単純なジェット流の噴射のみの場合に比べて、高推力化が図られている。
【０００７】
さらに、特開昭５４−１０００９８号公報には、ジェット流が尾部の吹出口から横方向に吹出されていると共に、テールブームまわりの循環制御によるメイン・ロータ吹き下ろしの偏流に伴う横方向の力が、ジェット流の推力に併用されている反トルク／横方向操縦装置が開示されている。この装置では、外部に露出した回転ファンが設けられていないため、安全性の面で優れ、実用化されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した各公報の反トルク／横方向操縦装置では、各々、以下のように種々の問題がある。
【０００９】
先ず、特開昭５９−８４６９７号公報の装置では、回転ファンがシュラウドにより被覆されているとはいえ、依然として回転ファンは機体外部に露出しているため、回転中の回転ファンが事物等に接触する危険性がある。
【００１０】
また、特開平５−１９３５８２号公報の装置では、尾部の吹出口から吹出されるジェット流は、上述したテール・ロータ及び回転ファンに比べて効率が低く、このジェット流のみでメイン・ロータのトルクを打ち消すに十分な推力を発生することは困難であり、これを打ち消すためには、より一層大きなパワーが必要になるといった問題がある。
【００１１】
さらに、米国特許２，５１８，６９７号の装置では、ジェット流にイジェクター効果が併用されているが、効率の点で十分でなく、実用化が困難であるという問題がある。
【００１２】
さらに、特開昭５４−１０００９８号公報の装置では、循環制御を効率良く行うためには、テールブームに、太さの変化が小さい円形又は楕円形の断面の領域を広く確保する必要がある。そのため、テール・ブームまわりの形状の設計は著しい制約を受け、機体の形状設計の自由度が損なわれるといった問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、外部に露出したテール・ロータ等を有せず事物等への接触の危険性がなく、メイン・ロータのトルクを打ち消すに十分な推力を効率よく発生でき、しかもテールブームまわりの循環制御を併用する場合のような機体の形状設計の制約もないヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置は、
エンジンから取出された動力の一部により回転して空気流を機体のテールブーム内後方に送るファンと、
機軸に対して垂直かつ水平な方向に開口する空気流路を形成する筒状内壁面を有した、前記テールブームに連設されたシュラウドと、
機軸に対して垂直かつ水平な方向に前記空気流をジェット流として高速に吹き出すジェット吹出口を有した、前記空気流路の中心軸に沿って配置された円筒状のコアと、
前記テールブームの内部と前記コアの内部とを連通させて前記空気流を前記コアの内部に導く、前記テールブームよりも小径なダクトと、を備え、
前記シュラウドの筒状内壁面のうちその空気入口端部がリップ状に形成され、
かつ前記コアの空気流入先端部がリップ状に形成されていることを特徴としている。
前記シュラウドの筒状内壁面のうち空気入口端部がリップ状に形成され、
かつ前記コアの空気流入側端部がリップ状に形成されていることを特徴としている。
【００１５】
【作用】
このように、本発明では、機体の尾部のジェット吹出口から機軸と略垂直水平方向にジェット流が吹出され、これに伴うイジェクター効果によって、空気流路の上流から空気流路内に空気が吸込まれ、この空気流が加速されてジェット流に沿って吹出される。このように、イジェクター効果による空気流がジェット流に加わるため、ジェット流のみの場合に比べて、反トルクとしての推力が増大されている。
【００１６】
しかも、この吸込まれた空気流は、空気流路のリップ状に形成された空気入口端部およびコアのリップ状に形成された空気流入先端部によって加速される。即ち、この吸込まれた空気流は、これらのリップ状に形成された部分で空気流が加速されて負圧の領域を形成し、これらのリップ状の部分を上流に引っ張る（リップ・サクション効果）。これにより、推力が更に増大される。
【００１７】
本発明のようにイジェクター効果とリップ・サクション効果とが併用されている場合には、推力の増大は、ジェット流のみの場合に比べて、大略的には３倍になり、例えば、テールブームまわりの循環制御を利用したシステムでは、テールブーム部が約２／３の反トルクを発生し、尾部のジェット吹出しにより約１／３の反トルクを発生している。ジェット流のみの場合に比べて大略的に３倍程度の推力が発生され得る本発明では、テールブームまわりの循環制御を併用することなく、十分な性能を有する反トルク及び横方向操縦装置を提供することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を図面を参照しつつ説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施例に係るヘリコプタの模式的側面断面図であり、図２は、本発明の第１実施例に係るヘリコプタの尾部の斜視図であり、図３は、本発明の第１実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置の模式的側面図であり、図４は、図３の［４］−［４］線に沿う断面図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施例では、メインロータ１を駆動するためのエンジンの動力の一部がトランスミッション２によって駆動軸３に取出されるように構成されている。この駆動軸３は、後方に延出されてファン４に連結されている。これにより、ファン４は、エンジンの動力の一部により回転され、空気流がテールブーム５内の後方に向って送られる。
【００２１】
一方、機体の尾部では、図２乃至図４に示すように、シュラウド６に、機軸Ａの略垂直水平方向に開口した円筒状の空気流路７が設けられている。この空気流路７の機軸Ａの略垂直水平方向の中心軸に沿って円筒状のコア８が配置されている。コア８の後縁には、リング状のジェット吹出口１０が設けられていると共に、このコア８の内部は、ダクト９によってテールブーム５内に連通されている。これにより、ファン４の回転によりテールブーム５内を後方に送風された空気流は、ダクト９を介してコア８の内部に導かれ、ジェット吹出口１０からジェット流として機軸Ａの略垂直水平方向に高速で吹出される。なお、ダクト９内には、流量制御弁１１が設けられており、ダクト９内を流れる空気流の流量が調整される。このジェット流の吹出しの際、これに伴うイジェクター効果によって、空気流路７の上流（図４の右方）から空気流路７内に空気が吸込まれ、この空気流が加速されてジェット流に沿って吹出される。このように、イジェクター効果による空気流がジェット流に加わるため、ジェット流のみの場合に比べて、反トルクとしての推力が増大されている。
【００２２】
さらに、本実施例では、シュラウド６の空気流路７の筒状内壁の空気入口端部１２がリップ状に形成されていると共に、コア８の空気の流入先端部１３がリップ状に形成されており、各々、空気流の最適化が図られている。これにより、ジェット流に伴って空気流が空気流路７の上流（図４の右方）から吸込まれて流されるとき、空気流が加速され図４に符号Ｂで示すように、各前縁１２，１３に、負圧領域Ｂが形成され、その結果、空気入口端部１２および空気流入先端部１３が上流に引っ張られるようになる（リップ・サクション効果）。これにより、推力が更に増大される。
【００２３】
この推力の増大は、イジェクター効果により１．４〜２．０倍程度であり、リップ・サクション効果により２倍程度である。イジェクター効果は空気の流量の増大であり、リップ・サクション効果は増大した流れに作用するため、両者を併用する場合には、この併用による推力の増大は、乗算になる。そのため、本実施例のように両者が併用されている場合には、推力の増大は、（１．４〜２．０）×２＝２．８〜４倍程度（大略的には、３倍）になる。例えば、テールブームまわりの循環制御を利用したシステムでは、テールブーム部が約２／３の反トルクを発生し、尾部のジェット吹出しにより約１／３の反トルクを発生している。ジェット流のみの場合に比べて大略的に３倍程度の推力が発生され得る本発明では、テールブームまわりの循環制御を併用することなく、十分な性能を有する反トルク及び横方向操縦装置を提供することができる。
【００２４】
次に、図５を参照して、本発明の第２実施例に係る反トルク及び横方向操縦装置を説明する。
【００２５】
本実施例は、以下の点を除いて第１実施例と同様である。すなわち、本実施例では、コア８の外周壁の中間位置に、リング状の吹出口１０が設けられており、この吹出口１０から下流の外周壁は、吹出口１０の上流側より若干縮径されている。これにより、リング状の吹出口１０からは、コア８の外周壁に沿ってリング状に壁面ジェット流が吹出される。
【００２６】
さらに、図６を参照して、本発明の第３実施例に係る反トルク及び横方向操縦装置を説明する。
【００２７】
本実施例は、以下の点を除いて第１実施例と同様である。すなわち、本実施例では、空気流路７を形成するシュラウド６の内周壁の後部近くに、リング状の吹出口１０が設けられており、この吹出口１０から下流の内周壁は、吹出口１０の上流側より若干拡径されている。これにより、リング状の吹出口１０からは、シュラウド６の内周壁に沿ってリング状に壁面ジェット流が吹出される。この場合には、ジェット流が周囲の空気と接する長さが十分に確保され、より大量の空気が空気流路７内に吸込まれる。これにより、推力が一層増大される。
【００２８】
さらに、図７を参照して、本発明の第４実施例に係る反トルク及び横方向操縦装置を説明する。
【００２９】
本実施例は、以下の点を除いて第３実施例と同様である。すなわち、本実施例では、吹出口１０が、シュラウド６の内周壁の後端に、リング状に設けられている。この場合にも、第３の実施例と同様に、ジェット流が周囲の空気と接する長さが十分に確保され、より大量の空気が空気流路７内に吸込まれる。これにより、推力が一層増大される。
【００３０】
さらに、図８を参照して、本発明の第５実施例に係る反トルク及び横方向操縦装置を説明する。
【００３１】
本実施例は、以下の点を除いて第１実施例と同様である。すなわち、本実施例では、シュラウド６の内周壁とコア８の外周壁とを連結する複数のクロスバー２０が設けられている。これらのクロスバー２０の側面の中途から接線方向にジェット流を吹出す吹出口が設けられている場合には、ここから壁面ジェット流が吹出される。また、これに代えて、クロスバー２０の後端に吹出口が設けられている場合には、この後端の吹出口から線状に又は櫛状にジェット流が吹出される。
【００３２】
さらに、図９を参照して、本発明の第６実施例に係る反トルク及び横方向操縦装置を説明する。
【００３３】
本実施例は、以下の点を除いて第１実施例と同様である。すなわち、本実施例では、第１乃至第５の実施例の構成が併用されている。具体的には、コア８の外周壁の中間位置に、リング状の吹出口１０ａが設けられており、この吹出口１０ａから下流の外周壁は、吹出口１０ａの上流側より若干縮径されている。これに代えて、コア８のの後縁には、リング状のジェット吹出口が設けられていてもよい。また、シュラウド６の内周壁の後部近くに、リング状の吹出口１０ｂが設けられており、この吹出口１０ｂから下流の内周壁は、吹出口１０ｂの上流側より若干拡径されている。これに代えて、シュラウド６の内周壁の後端にリング状に吹出口が設けられていてもよい。さらに、クロスバー２０の側面の中途から接線方向にジェット流を吹出す吹出口が設けられているか若しくはクロスバー２０の後端に吹出口が設けられている。
【００３４】
このように、種々のジェット吹出口の構成が併用されているため、ジェット流がその周囲の空気と接する長さが最大限に確保され、より大量の空気を吸い込むことが可能になり、その結果が、推力が最大限に増大される。
【００３５】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されないのは勿論であり、種々変形可能である。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明では、イジェクター効果とリップ・サクション効果とが併用しているため、推力が従来に比べて著しく増大される。その結果、外部に露出したテール・ロータ等を有せず事物等への接触の危険性がなく、メイン・ロータのトルクを打ち消すに十分な推力を効率よく発生でき、しかもテールブームまわりの循環制御を併用する場合のような機体の形状設計の制約もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例に係るヘリコプタの模式的側面断面図。
【図２】 本発明の第１実施例に係るヘリコプタの尾部の斜視図。
【図３】 本発明の第１実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置の模式的側面図。
【図４】 図３の［４］−［４］線に沿う断面図。
【図５】 本発明の第２実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を示し、図３の［４］−［４］線に沿う断面に対応する図。
【図６】 本発明の第３実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を示し、図３の［４］−［４］線に沿う断面に対応する図。
【図７】 本発明の第４実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を示し、図３の［４］−［４］線に沿う断面に対応する図。
【図８】 本発明の第５実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を示し、図３の［４］−［４］線に沿う断面に対応する図。
【図９】 本発明の第６実施例に係るヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置を示し、図３の［４］−［４］線に沿う断面に対応する図。
【符号の説明】
１ メインロータ
４ ファン
５ テールブーム
６ シュラウド
７ 空気流路
８ コア
１０ ジェット吹出口
１２ リップ状の空気入口端部
１３ リップ状の空気流入先端部

Claims (5)

1. エンジンから取出された動力の一部により回転して空気流を機体のテールブーム内後方に送るファンと、
   機軸に対して垂直かつ水平な方向に開口する空気流路を形成する筒状内壁面を有した、前記テールブームに連設されたシュラウドと、
   機軸に対して垂直かつ水平な方向に前記空気流をジェット流として高速に吹き出すジェット吹出口を有した、前記空気流路の中心軸に沿って配置された円筒状のコアと、
   前記テールブームの内部と前記コアの内部とを連通させて前記空気流を前記コアの内部に導く、前記テールブームよりも小径なダクトと、を備え、
   前記シュラウドの筒状内壁面のうちその空気入口端部がリップ状に形成され、
   かつ前記コアの空気流入先端部がリップ状に形成されていることを特徴とするヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置。
2. 前記ダクト内を流れる空気流の流量を調整するための流量制御弁が、前記ダクト内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置。
3. 前記ジェット吹出口は、前記ジェット流が前記コアの外周壁に沿って流れるように、前記コアにリング状に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置。
4. 前記シュラウドの内周壁と前記コアの外周壁とを連結する複数のクロスバーをさらに備え、
   前記ジェット吹出口は、前記クロスバーの側面の中途からその接線方向に前記ジェット流を吹き出すように設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置。
5. 前記ジェット吹出口は、前記ジェット流が前記シュラウドの筒状内壁面に沿って流れるように、前記シュラウドにリング状に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のヘリコプタの反トルク及び横方向操縦装置。

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