JP3652990B2 - ヘリコプタのアクティブ制振装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプタのアクティブ制振装置に関する。詳しくは、動電型加振器をベースとした慣性型マスダンパーを適応制御で駆動し、取付点近傍の振動を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタは、図１０に示すように、ローターヘッド１を中心にしてメイン・ローター・ブレード（以下、ブレードという）２をガスタービンエンジン３で高速回転させることにより飛行しており、その際にブレード２作用する周期的加振力を受け、飛行中常に振動を受けている。
この周期的加振力は、ブレード２の枚数や回転速度、更には、外乱による影響ものが含まれ、乗員の疲労の原因となもなり、また、機体構造の疲労破壊や、搭載機器の信頼性低下の原因でもある。
【０００３】
このため、従来から種々の防振システムが提案され、大別すると受動型と能動型に分けることができる。
受動型は、ロータ・ハブや胴体に、振り子とバネから成る動吸振機を各所に取付け、振動レベルを下げるものであるが、吸振周波数が一定であるため、ローターの回転数変化に弱い。
又、振り子の揺動軸に取付けられるベアリングの摩擦ダンピングのため、吸振能力に限界があった。
能動型（アクティブ型）は、機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号を制御コンピュータで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号によりアクチュエータを作動し、機体構造に加振力を加えて機体振動を打ち消すようにして防振するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した能動型の防振システムをヘリコプタに適用した発明としては、例えば、ヘリコプタに発生する機体振動を打ち消すためのアクチュエータとして油圧を利用するものがある（特開平７−８１６９３号）。
しかし、この発明は、主として、機体の振動を抑制しようとするため、アクチュエータは機体とローターの間に配置されいた。
そのため、乗員に対して効果的に振動を抑制し得るものではなかった。
また、アクチュエータは、油圧を利用するため位相遅れがあり、効果的に制振することができなかった。
更に、制御方法としても、加速度センサーで検出した値をアクチュエータへ単にフィードバック制御するのみであったため、十分な効果が期待できなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのキャビン内の座席下部に配置され、かつ、１軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進一軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドのケーシング部に装着され、かつ、２軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進二軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドに装着され、かつ、回転方向の加振力を電磁石により発生させる回転一軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記座席近傍に配置されることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記ローターヘッドのケーシング部に配置されることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、メイン・ローター・ブレードの駆動源に設けられることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項４，５又は６記載のヘリコプタにおいて各所に配置された前記加速度センサーにより検出された各々の加速度値を切り換えて前記コントローラに入力する切り替えスイッチを設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２，３，４，５，６又は７における前記コントローラは、フィードフォワード制御を用いることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
〔実施例１〕
本発明の第一の実施例を図１に示す。
本実施例は、並進一軸型制振装置に関するものである。
同図に示すように、ケーシング１１の中心にシャフト１２が配置されると共にシャフト１２の外周には転がり軸受１３を介して可動部１４が摺動自在に嵌合し、更に、この可動部１４を中心側へ付勢するためのコイルばね１５がシャフト１２に装着される一方、可動部１４の周囲には鉄心１６及び電磁石１７が配置されている。
【００１４】
従って、電磁石１７に交流電流を通電し、可動部１４に電磁力を作用させてシャフト１２に沿いコイルばね１５に抗しつつ可動部１４を往復して摺動させることにより、図中矢印で示すように左右方向の加振力が発生することになる。
また、電磁石１７に通電する交流電流の強さ、周波数或いはコイルばね１５の強さ等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る並進一軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石１７を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００１５】
〔実施例２〕
本発明の第二の実施例を図２に示す。
本実施例は、並進二軸型制振装置に関するものである。
同図に示すように、外周リング２１の内側には内側リング２２が同軸に配置されると共にこれらリング２１，２２の間には周方向に等間隔に四箇所に防振ゴム２３が介装され、更に、リング２１，２２の間には周方向に等間隔に四箇所に電磁石２４が向かい合わせて介装されている。
つまり、図２において、電磁石２４は、上下左右に４箇所に配置され、防振ゴムは、これらの電磁石２４の間に配置されている。
【００１６】
従って、上下の電磁石２４に交流電流を通電することにより、外側リング２１に対して内側リング２２に電磁力を作用させ、防振ゴム２３に抗して上下に往復して移動させることにより、図中に矢印で示す上下方向の加振力が発生することになる。
また、左右の電磁石２４に交流電流を通電することにより、外側リング２１に対して内側リング２２に電磁力を作用させ、防振ゴム２３に抗して左右に往復して移動させることにより、図中に矢印で示す左右方向の加振力が発生することになる。
【００１７】
更に、上下左右の４箇所の電磁石２４に通電することにより、任意の方向に対して加振力を発生させることができる。
電磁石２４に通電する交流電流の強さ、周波数或いは防振ゴム２３の強さ等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る並進二軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石２４を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００１８】
〔実施例３〕
本発明の第三の実施例を図３及び図４に示す。
本実施例は、回転一軸型制振装置に関するものである。
即ち、メインシャフト３０が挿入される円環状の固定部３１には４箇所の突起部３１ａが等間隔に形成されると共にこの固定部３１には十字状の回転部３２が周方向に摺動可能に遊嵌され、更に、固定部３１の突起部３１ａと回転部３２の間には周方向に電磁石３３が配設され、また、回転部３２を覆うカバー３４が取り付けられている。
【００１９】
従って、電磁石３３に交流電流を通電することにより、固定部３１に対して回転部３２に電磁力を周方向に作用させ、回転部３２を周方向に往復して回動させることにより、回転方向の加振力が発生することになる。
電磁石３３に通電する交流電流の強さ、周波数等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る回転一軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石３３を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２０】
〔実施例４〕
本発明の第四の実施例を図６に示す。
本実施例は、前述した並進一軸型制振装置をヘリコプタキャビンに適用したものである。
即ち、ヘリコプター４１のキャビン４２における座席４３の下部には並進一軸型制振装置４４が取り付けられ、その近傍には加速度センサー４５が取り付けられている。
【００２１】
加速度センサー４５により検出された加速度値はコントローラ４６に入力され、コントローラ４６は検出された加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、並進一軸型制振装置４４へ制御する。
コントローラ４６における制振制御としては、本実施例では、フィードフォワード制御の一形態である次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示す適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
【００２２】
（ｉ）ＬＭＳフィルタ係数適応器の動作
図５（ａ）に示すように、入力−１と入力−２の関係を分析しながら、入力−２がゼロになるように、ＦＩＲの係数を時々刻々更新する。
ここで、ＦＩＲとは適応フィルタ（有限長インパルス応答 Finite Impulse Response）のことであり、また、ＬＭＳとはフィルタ係数適応器(Least Mean square）のことである。
【００２３】
（ｉｉ）Ｐｌａｎｔの同定プロセス
（１）図５（ｂ）に示すように、Ｐｌａｎｔはアクチュエータとヘリコプタの直列結合を示す。
（２）図５（ｂ）に示すように、加振信号を入力するとモニター信号（加速度等）はＦＩＲを「０」とすると、最初はＰｌａｎｔの応答だけが観測される。
（３）図５（ｂ）に示すように、ＬＭＳはＦＩＲがＰｌａｎｔの特性になるように係数を更新し、最終的にはＦＩＲはＰｌａｎｔの特性となる。
【００２４】
（ｉｉｉ）実機での制振プロセス
（１）図５（ｃ）に示すように、同定されたＦＩＲを「ＦＩＲ（Ｐｌａｎｔ）」とする
（２）図５（ｃ）に示すように、モニター信号と異なる参照信号（例えば回転パルス) を導入する。
（３）図５（ｃ）に示すように、最初、ＦＩＲを「１」とすると、 モニター信号には参照信号を入力とした場合のＰｌａｎｔの応答のみが観測される。
（４）−方、ＬＭＳには「ＦＩＲ（Ｐｌａｎｔ）」からモニター信号と同等の入力を受け、モニター信号がゼロになるようにフィルタ係数を更新する
（５）その結果、ＦＩＲは最終的にはＰｌａｎｔの逆特性となり、直列に結合されている為に相殺され、 モニター信号が非常に小さくなる。
【００２５】
本実施例では、座席４３の近傍に加速度センサー４５を取り付けて、座席近傍の加速度値を検出すると共に、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、座席４３の下部において並進一軸型制振装置４３により振動を加えるため、乗員の感じ得る振動が低減されることにより、その疲労を軽減することが可能となる。
特に、電磁石１７を利用した並進一軸型制振装置４３を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２６】
〔実施例５〕
本発明の第五の実施例を図７に示す。
本実施例は、前述した並進二軸型制振装置をヘリコプタのローターヘッドに適用したものである。
即ち、ヘリコプター５１には、ローターヘッド５２にブレード５３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン５４で駆動回転するように構成されている。
ローターヘッド５２のケーシング上端部には、並進二軸型制振装置５５が装着されると共にこの並進二軸型制振装置５５の前後左右にはそれぞれ加速度センサー５６が取り付けられている。
【００２７】
並進二軸型制振装置５５としては、例えば、図２に示す構造のものが用いられ、内側リング２２がローターヘッド５２の外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー５６により検出された前後左右の加速度値はコントローラ５７，５８に入力され、コントローラ５７，５８は検出された前後左右の加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、並進二軸型制振装置４４を制御する。
【００２８】
コントローラ５７，５８における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド５２のケーシング上端部に並進二軸型制振装置５５を直接に取り付け、その近傍に加速度センサー５６を取り付けて前後左右の加速度を検出しているので、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、ローターヘッド５２において並進二軸型制振装置５５により振動を加えるため、周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
特に、電磁石２４を利用した並進二軸型制振装置５５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２９】
〔実施例６〕
本発明の第六の実施例を図８に示す。
本実施例は、前述した回転一軸型制振装置をヘリコプタのローターヘッドに適用したものである。
即ち、ヘリコプター６１には、ローターヘッド６２にブレード６３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン６４で駆動回転するように構成されている。
ローターヘッド６２には、回転一軸型制振装置６５が装着されると共にこの回転一軸型制振装置６５には加速度センサー６６が取り付けられている。
【００３０】
回転一軸型制振装置６５としては、例えば、図３に示す構造のものが用いられ、固定部３１がローターヘッド６２のシャフト外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー６６により検出された回転方向の加速度値はコントローラ６７に入力され、コントローラ６７は検出された回転方向の加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、回転一軸型制振装置６５を制御する。
【００３１】
コントローラ６７における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド６２に回転一軸型制振装置６５を直接に取り付け、その近傍に加速度センサー６６を取り付けて回転方向の加速度を検出しているので、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、ローターヘッド６２において回転一軸型制振装置６５により振動を加えるため、周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
特に、電磁石３３を利用した回転一軸型制振装置６５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００３２】
〔実施例７〕
本発明の第七の実施例を図９に示す。
本実施例は、前述した回転一軸型制振装置をベースに、制振対象を切り換えるものである。
即ち、ヘリコプター７１には、ローターヘッド７２にブレード７３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン７４で駆動回転するように構成されている。
【００３３】
ローターヘッド７２には、回転一軸型制振装置７５が装着されると共に回転一軸型制振装置７５には加速度センサー８０が取り付けられる一方、ガスタービンエンジン７４及び席下部には加速度センサー７６，７７が取り付けられている。回転一軸型制振装置７５としては、例えば、図３に示す構造のものが用いられ、固定部３１がローターヘッド７２のシャフト外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー７６，７７，８０により検出された加速度値は、スイッチ７８を経由して選択的にコントローラ７９に入力される。
【００３４】
スイッチ７８は、回転一軸型制振装置７５の近傍における加速度値、ガスタービンエンジン７４の近傍における加速度値又は座席近傍の加速度値をコントローラ７９に選択的に入力するのである。
コントローラ７９は、検出された各種の加速度値に適応して特性が切り替えできるように構成されており、切り替えられた加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、回転一軸型制振装置６５を制御する。
コントローラ７９における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
【００３５】
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド７２に回転一軸型制振装置７５を直接に取り付け、各所に加速度センサー７６，７７，８０を取り付けて各所の加速度を検出し、スイッチ７８より切り換えているので、上述した適応制御により、各所で検出した加速度値が可能な限り低減するように、回転一軸型制振装置７５により振動を加えるため、周期的加振力の効果的に低減されることとなる。
特に、電磁石３３を利用した回転一軸型制振装置７５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の請求項１に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのキャビン内の座席下部に配置され、かつ、１軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進一軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、乗員の疲労を軽減することが可能となる。
【００３７】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドのケーシング部に装着され、かつ、２軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進二軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
【００３８】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドに装着され、かつ、回転方向の加振力を電磁石により発生させる回転一軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
【００３９】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記座席近傍に配置されるので、乗員の感じ得る加速度を検出することが可能となる。
【００４０】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記ローターヘッドのケーシング部に配置されるので、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動を検出することが可能となる。
【００４１】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、メイン・ローター・ブレードの駆動源に設けられるので、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動を検出することが可能となる。
【００４２】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項４，５又は６記載のヘリコプタにおいて各所に配置された前記加速度センサーにより検出された各々の加速度値を切り換えて前記コントローラに入力する切り替えスイッチを設けたため、任意の箇所における振動を低減させることが可能となる。
【００４３】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２，３，４，５，６又は７における前記コントローラは、フィードフォワード制御を用いるため、効率的に振動を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る並進一軸型制振装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第二の実施例に係る並進二軸型制振装置の横断面図、同図（ｂ）はその縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第三の実施例に係る回転一軸型制振装置の正面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【図４】本発明の第三の実施例に係る回転一軸型制振装置の組立斜視図である。
【図５】本発明のヘリコプタのアクティブ制振装置のFiltered-X適応制御を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第四の実施例に係る並進一軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の第五の実施例に係る並進二軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のＣ部の詳細図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第六の実施例に係る回転一軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のＣ部の詳細図である。
【図９】本発明の第七の実施例に係る並進一軸型制振装置をベースに制振対象を切り替え可能なヘリコプタの外観図である。
【図１０】従来技術に係るヘリコプタの周期的加振力についての説明図である。
【符号の説明】
１ ローターヘッド
２ タービンブレード
３ ガスタービンエンジン
４１，５１，６１，７１，ヘリコプタ
４２ キャビン
４４ 並進一軸型制振装置
４５，５６，６６，７６，７７，８０ 加速度センサー
４６，５７，５８，６７，７９ コントローラ
５５ 並進二軸型制振装置
６５，７５ 回転一軸型制振装置
７８ スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘリコプタのアクティブ制振装置に関する。詳しくは、動電型加振器をベースとした慣性型マスダンパーを適応制御で駆動し、取付点近傍の振動を低減するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタは、図１０に示すように、ローターヘッド１を中心にしてメイン・ローター・ブレード（以下、ブレードという）２をガスタービンエンジン３で高速回転させることにより飛行しており、その際にブレード２作用する周期的加振力を受け、飛行中常に振動を受けている。
この周期的加振力は、ブレード２の枚数や回転速度、更には、外乱による影響ものが含まれ、乗員の疲労の原因となもなり、また、機体構造の疲労破壊や、搭載機器の信頼性低下の原因でもある。
【０００３】
このため、従来から種々の防振システムが提案され、大別すると受動型と能動型に分けることができる。
受動型は、ロータ・ハブや胴体に、振り子とバネから成る動吸振機を各所に取付け、振動レベルを下げるものであるが、吸振周波数が一定であるため、ローターの回転数変化に弱い。
又、振り子の揺動軸に取付けられるベアリングの摩擦ダンピングのため、吸振能力に限界があった。
能動型（アクティブ型）は、機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号を制御コンピュータで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号によりアクチュエータを作動し、機体構造に加振力を加えて機体振動を打ち消すようにして防振するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した能動型の防振システムをヘリコプタに適用した発明としては、例えば、ヘリコプタに発生する機体振動を打ち消すためのアクチュエータとして油圧を利用するものがある（特開平７−８１６９３号）。
しかし、この発明は、主として、機体の振動を抑制しようとするため、アクチュエータは機体とローターの間に配置されいた。
そのため、乗員に対して効果的に振動を抑制し得るものではなかった。
また、アクチュエータは、油圧を利用するため位相遅れがあり、効果的に制振することができなかった。
更に、制御方法としても、加速度センサーで検出した値をアクチュエータへ単にフィードバック制御するのみであったため、十分な効果が期待できなかった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのキャビン内の座席下部に配置され、かつ、１軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進一軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００６】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドのケーシング部に装着され、かつ、２軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進二軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドに装着され、かつ、回転方向の加振力を電磁石により発生させる回転一軸型制振装置であることを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記座席近傍に配置されることを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記ローターヘッドのケーシング部に配置されることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、メイン・ローター・ブレードの駆動源に設けられることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項４，５又は６記載のヘリコプタにおいて各所に配置された前記加速度センサーにより検出された各々の加速度値を切り換えて前記コントローラに入力する切り替えスイッチを設けたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２，３，４，５，６又は７における前記コントローラは、フィードフォワード制御を用いることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。
〔実施例１〕
本発明の第一の実施例を図１に示す。
本実施例は、並進一軸型制振装置に関するものである。
同図に示すように、ケーシング１１の中心にシャフト１２が配置されると共にシャフト１２の外周には転がり軸受１３を介して可動部１４が摺動自在に嵌合し、更に、この可動部１４を中心側へ付勢するためのコイルばね１５がシャフト１２に装着される一方、可動部１４の周囲には鉄心１６及び電磁石１７が配置されている。
【００１４】
従って、電磁石１７に交流電流を通電し、可動部１４に電磁力を作用させてシャフト１２に沿いコイルばね１５に抗しつつ可動部１４を往復して摺動させることにより、図中矢印で示すように左右方向の加振力が発生することになる。
また、電磁石１７に通電する交流電流の強さ、周波数或いはコイルばね１５の強さ等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る並進一軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石１７を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００１５】
〔実施例２〕
本発明の第二の実施例を図２に示す。
本実施例は、並進二軸型制振装置に関するものである。
同図に示すように、外周リング２１の内側には内側リング２２が同軸に配置されると共にこれらリング２１，２２の間には周方向に等間隔に四箇所に防振ゴム２３が介装され、更に、リング２１，２２の間には周方向に等間隔に四箇所に電磁石２４が向かい合わせて介装されている。
つまり、図２において、電磁石２４は、上下左右に４箇所に配置され、防振ゴムは、これらの電磁石２４の間に配置されている。
【００１６】
従って、上下の電磁石２４に交流電流を通電することにより、外側リング２１に対して内側リング２２に電磁力を作用させ、防振ゴム２３に抗して上下に往復して移動させることにより、図中に矢印で示す上下方向の加振力が発生することになる。
また、左右の電磁石２４に交流電流を通電することにより、外側リング２１に対して内側リング２２に電磁力を作用させ、防振ゴム２３に抗して左右に往復して移動させることにより、図中に矢印で示す左右方向の加振力が発生することになる。
【００１７】
更に、上下左右の４箇所の電磁石２４に通電することにより、任意の方向に対して加振力を発生させることができる。
電磁石２４に通電する交流電流の強さ、周波数或いは防振ゴム２３の強さ等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る並進二軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石２４を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００１８】
〔実施例３〕
本発明の第三の実施例を図３及び図４に示す。
本実施例は、回転一軸型制振装置に関するものである。
即ち、メインシャフト３０が挿入される円環状の固定部３１には４箇所の突起部３１ａが等間隔に形成されると共にこの固定部３１には十字状の回転部３２が周方向に摺動可能に遊嵌され、更に、固定部３１の突起部３１ａと回転部３２の間には周方向に電磁石３３が配設され、また、回転部３２を覆うカバー３４が取り付けられている。
【００１９】
従って、電磁石３３に交流電流を通電することにより、固定部３１に対して回転部３２に電磁力を周方向に作用させ、回転部３２を周方向に往復して回動させることにより、回転方向の加振力が発生することになる。
電磁石３３に通電する交流電流の強さ、周波数等を調節することにより、発生する加振力を自由に制御することが可能となる。
本実施例に係る回転一軸型制振装置を、後述する実施例で説明するように、ヘリコプタへ設置することにより、ヘリコプタで発生する周期的加振力を相殺することが可能となる。
特に、電磁石３３を利用しているため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２０】
〔実施例４〕
本発明の第四の実施例を図６に示す。
本実施例は、前述した並進一軸型制振装置をヘリコプタキャビンに適用したものである。
即ち、ヘリコプター４１のキャビン４２における座席４３の下部には並進一軸型制振装置４４が取り付けられ、その近傍には加速度センサー４５が取り付けられている。
【００２１】
加速度センサー４５により検出された加速度値はコントローラ４６に入力され、コントローラ４６は検出された加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、並進一軸型制振装置４４へ制御する。
コントローラ４６における制振制御としては、本実施例では、フィードフォワード制御の一形態である次の（ｉ）〜（ｉｉｉ）に示す適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
【００２２】
（ｉ）ＬＭＳフィルタ係数適応器の動作
図５（ａ）に示すように、入力−１と入力−２の関係を分析しながら、入力−２がゼロになるように、ＦＩＲの係数を時々刻々更新する。
ここで、ＦＩＲとは適応フィルタ（有限長インパルス応答 Finite Impulse Response）のことであり、また、ＬＭＳとはフィルタ係数適応器(Least Mean square）のことである。
【００２３】
（ｉｉ）Ｐｌａｎｔの同定プロセス
（１）図５（ｂ）に示すように、Ｐｌａｎｔはアクチュエータとヘリコプタの直列結合を示す。
（２）図５（ｂ）に示すように、加振信号を入力するとモニター信号（加速度等）はＦＩＲを「０」とすると、最初はＰｌａｎｔの応答だけが観測される。
（３）図５（ｂ）に示すように、ＬＭＳはＦＩＲがＰｌａｎｔの特性になるように係数を更新し、最終的にはＦＩＲはＰｌａｎｔの特性となる。
【００２４】
（ｉｉｉ）実機での制振プロセス
（１）図５（ｃ）に示すように、同定されたＦＩＲを「ＦＩＲ（Ｐｌａｎｔ）」とする
（２）図５（ｃ）に示すように、モニター信号と異なる参照信号（例えば回転パルス) を導入する。
（３）図５（ｃ）に示すように、最初、ＦＩＲを「１」とすると、 モニター信号には参照信号を入力とした場合のＰｌａｎｔの応答のみが観測される。
（４）−方、ＬＭＳには「ＦＩＲ（Ｐｌａｎｔ）」からモニター信号と同等の入力を受け、モニター信号がゼロになるようにフィルタ係数を更新する
（５）その結果、ＦＩＲは最終的にはＰｌａｎｔの逆特性となり、直列に結合されている為に相殺され、 モニター信号が非常に小さくなる。
【００２５】
本実施例では、座席４３の近傍に加速度センサー４５を取り付けて、座席近傍の加速度値を検出すると共に、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、座席４３の下部において並進一軸型制振装置４３により振動を加えるため、乗員の感じ得る振動が低減されることにより、その疲労を軽減することが可能となる。
特に、電磁石１７を利用した並進一軸型制振装置４３を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２６】
〔実施例５〕
本発明の第五の実施例を図７に示す。
本実施例は、前述した並進二軸型制振装置をヘリコプタのローターヘッドに適用したものである。
即ち、ヘリコプター５１には、ローターヘッド５２にブレード５３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン５４で駆動回転するように構成されている。
ローターヘッド５２のケーシング上端部には、並進二軸型制振装置５５が装着されると共にこの並進二軸型制振装置５５の前後左右にはそれぞれ加速度センサー５６が取り付けられている。
【００２７】
並進二軸型制振装置５５としては、例えば、図２に示す構造のものが用いられ、内側リング２２がローターヘッド５２の外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー５６により検出された前後左右の加速度値はコントローラ５７，５８に入力され、コントローラ５７，５８は検出された前後左右の加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、並進二軸型制振装置４４を制御する。
【００２８】
コントローラ５７，５８における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド５２のケーシング上端部に並進二軸型制振装置５５を直接に取り付け、その近傍に加速度センサー５６を取り付けて前後左右の加速度を検出しているので、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、ローターヘッド５２において並進二軸型制振装置５５により振動を加えるため、周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
特に、電磁石２４を利用した並進二軸型制振装置５５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００２９】
〔実施例６〕
本発明の第六の実施例を図８に示す。
本実施例は、前述した回転一軸型制振装置をヘリコプタのローターヘッドに適用したものである。
即ち、ヘリコプター６１には、ローターヘッド６２にブレード６３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン６４で駆動回転するように構成されている。
ローターヘッド６２には、回転一軸型制振装置６５が装着されると共にこの回転一軸型制振装置６５には加速度センサー６６が取り付けられている。
【００３０】
回転一軸型制振装置６５としては、例えば、図３に示す構造のものが用いられ、固定部３１がローターヘッド６２のシャフト外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー６６により検出された回転方向の加速度値はコントローラ６７に入力され、コントローラ６７は検出された回転方向の加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、回転一軸型制振装置６５を制御する。
【００３１】
コントローラ６７における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド６２に回転一軸型制振装置６５を直接に取り付け、その近傍に加速度センサー６６を取り付けて回転方向の加速度を検出しているので、上述した適応制御により、検出した加速度値が可能な限り低減するように、ローターヘッド６２において回転一軸型制振装置６５により振動を加えるため、周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
特に、電磁石３３を利用した回転一軸型制振装置６５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００３２】
〔実施例７〕
本発明の第七の実施例を図９に示す。
本実施例は、前述した回転一軸型制振装置をベースに、制振対象を切り換えるものである。
即ち、ヘリコプター７１には、ローターヘッド７２にブレード７３が回転自在に設けられると共にガスタービンエンジン７４で駆動回転するように構成されている。
【００３３】
ローターヘッド７２には、回転一軸型制振装置７５が装着されると共に回転一軸型制振装置７５には加速度センサー８０が取り付けられる一方、ガスタービンエンジン７４及び席下部には加速度センサー７６，７７が取り付けられている。回転一軸型制振装置７５としては、例えば、図３に示す構造のものが用いられ、固定部３１がローターヘッド７２のシャフト外周に固定されるように取り付けられる。
加速度センサー７６，７７，８０により検出された加速度値は、スイッチ７８を経由して選択的にコントローラ７９に入力される。
【００３４】
スイッチ７８は、回転一軸型制振装置７５の近傍における加速度値、ガスタービンエンジン７４の近傍における加速度値又は座席近傍の加速度値をコントローラ７９に選択的に入力するのである。
コントローラ７９は、検出された各種の加速度値に適応して特性が切り替えできるように構成されており、切り替えられた加速度値が低減するように、望ましくは、加速度値が０となるように、回転一軸型制振装置６５を制御する。
コントローラ７９における制御としては、上述した適応制御（Filtered-X LMSアルゴリズム）を用いる。
【００３５】
本実施例では、ヘリコプターにおける周期的加振力が発生する主要な部分であるローターヘッド７２に回転一軸型制振装置７５を直接に取り付け、各所に加速度センサー７６，７７，８０を取り付けて各所の加速度を検出し、スイッチ７８より切り換えているので、上述した適応制御により、各所で検出した加速度値が可能な限り低減するように、回転一軸型制振装置７５により振動を加えるため、周期的加振力の効果的に低減されることとなる。
特に、電磁石３３を利用した回転一軸型制振装置７５を用いるため、油圧を利用する制振装置に比較して、位相遅れが小さく、効果的に制振できるという利点がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明の請求項１に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのキャビン内の座席下部に配置され、かつ、１軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進一軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、乗員の疲労を軽減することが可能となる。
【００３７】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドのケーシング部に装着され、かつ、２軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進二軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
【００３８】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドに装着され、かつ、回転方向の加振力を電磁石により発生させる回転一軸型制振装置であるので、油圧を利用する制振装置に比較して位相遅れが小さく、効果的に制振できるため、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動が低減されることとなる。
【００３９】
上記課題を解決する本発明の請求項４に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記座席近傍に配置されるので、乗員の感じ得る加速度を検出することが可能となる。
【００４０】
上記課題を解決する本発明の請求項５に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、前記ローターヘッドのケーシング部に配置されるので、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動を検出することが可能となる。
【００４１】
上記課題を解決する本発明の請求項６に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２又は３における前記加速度センサーは、メイン・ローター・ブレードの駆動源に設けられるので、ヘリコプタの周期的加振力の根源的な振動を検出することが可能となる。
【００４２】
上記課題を解決する本発明の請求項７に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項４，５又は６記載のヘリコプタにおいて各所に配置された前記加速度センサーにより検出された各々の加速度値を切り換えて前記コントローラに入力する切り替えスイッチを設けたため、任意の箇所における振動を低減させることが可能となる。
【００４３】
上記課題を解決する本発明の請求項８に係るヘリコプタのアクティブ制振装置は、請求項１，２，３，４，５，６又は７における前記コントローラは、フィードフォワード制御を用いるため、効率的に振動を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例に係る並進一軸型制振装置の断面図である。
【図２】図２（ａ）は本発明の第二の実施例に係る並進二軸型制振装置の横断面図、同図（ｂ）はその縦断面図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の第三の実施例に係る回転一軸型制振装置の正面図、同図（ｂ）はその側面図である。
【図４】本発明の第三の実施例に係る回転一軸型制振装置の組立斜視図である。
【図５】本発明のヘリコプタのアクティブ制振装置のFiltered-X適応制御を示す説明図である。
【図６】図６（ａ）は本発明の第四の実施例に係る並進一軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の第五の実施例に係る並進二軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のＣ部の詳細図である。
【図８】図８（ａ）は本発明の第六の実施例に係る回転一軸型制振装置をローターヘッドに適用したヘリコプタの外観図、同図（ｂ）はその要部拡大図、同図（ｃ）は同図（ｂ）中のＣ部の詳細図である。
【図９】本発明の第七の実施例に係る並進一軸型制振装置をベースに制振対象を切り替え可能なヘリコプタの外観図である。
【図１０】従来技術に係るヘリコプタの周期的加振力についての説明図である。
【符号の説明】
１ ローターヘッド
２ タービンブレード
３ ガスタービンエンジン
４１，５１，６１，７１，ヘリコプタ
４２ キャビン
４４ 並進一軸型制振装置
４５，５６，６６，７６，７７，８０ 加速度センサー
４６，５７，５８，６７，７９ コントローラ
５５ 並進二軸型制振装置
６５，７５ 回転一軸型制振装置
７８ スイッチ
Claims (8)
- ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのキャビン内の座席下部に配置され、かつ、１軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進一軸型制振装置であることを特徴とするヘリコプタのアクティブ制振装置。
- ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドのケーシング部に装着され、かつ、２軸方向の加振力を電磁石により発生させる並進二軸型制振装置であることを特徴とするヘリコプタのアクティブ制振装置。
- ヘリコプタの機体振動を機体に取付けた加速度センサーにより検知し、その信号をコントローラで処理し、前記機体振動を減少する方向の加振信号を作り出し、この加振信号により作動するアクティブ制振装置において、前記制振装置は、前記ヘリコプタのローターヘッドに装着され、かつ、回転方向の加振力を電磁石により発生させる回転一軸型制振装置であることを特徴とするヘリコプタのアクティブ制振装置。
- 前記加速度センサーは、前記座席近傍に配置されることを特徴とする請求項１，２又は３記載のヘリコプタのアクティブ制振装置。
- 前記加速度センサーは、前記ローターヘッドのケーシング部に配置されることを特徴とする請求項１，２又は３記載のヘリコプタのアクティブ制振装置。
- 前記加速度センサーは、メイン・ローター・ブレードの駆動源に設けられることを特徴とする請求項１，２又は３記載のヘリコプタのアクティブ制振装置。
- 各所に配置された前記加速度センサーにより検出された各々の加速度値を切り換えて前記コントローラに入力する切り替えスイッチを設けたことを特徴とする請求項４，５又は６記載のヘリコプタのアクティブ制振装置。
- 前記コントローラは、フィードフォワード制御を用いることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載のヘリコプタのアクティブ制振装置。
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