JP3952106B2

JP3952106B2 - 同軸二重反転式ヘリコプタ

Info

Publication number: JP3952106B2
Application number: JP17070498A
Authority: JP
Inventors: 勝彦荒木
Original assignee: 勝彦荒木; コアックス有限会社
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 2007-08-01
Anticipated expiration: 2018-06-02
Also published as: JPH11342899A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はそれぞれ反対方向へ回転する上下のローターを同軸上に備えた同軸二重反転式ヘリコプタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、最も一般的に使用されているシングルローター型ヘリコプタは、周知のように機体の重心点付近より上部に延びたローターマスト上に、複数枚のブレードを備えたメインローターを有するとともに、機体後部に延びるテールブームの先端にテールローターを備えており、両ローターが同期して回転できるように構成されている。メインローターの回転によって機体側に発生する反動トルクは、このテールローターの推力を加減して打ち消すと共に、機体の方向制御も行なうようにしている。
【０００３】
上述のようなシングルローター型ヘリコプタは、構造が比較的シンプルであるという大きな長所を有する半面、揚力の発生には寄与しないテールローターに動力の一部を供給する必要があり、この割合は全動力の１５〜３０％にも達する。しかもその長大なテールブームのために小型、軽量化が困難であるとともに、低位置で高速回転するテールローターの存在は運用上大変危険である。また高速飛行中には前進側ローターと後退側ローターとの揚力のアンバランスが発生し、性能向上を阻んでいる。
【０００４】
よってこれらの問題点を回避するための一手段として同軸二重反転式ヘリコプタが知られている。この同軸二重反転式ヘリコプタの一般的な構造は、重心点よりほぼ垂直に延びたローターマストに、上下のローターを配置して、両ローターを互いに逆方向に回転させることにより、揚力の発生と反動トルクの相殺を同時に実現するようにしたものである。その作用は上下のローターのコレクティブピッチを同時に高ピッチ或は低ピッチに変化させることにより、機体を上昇或は下降させ、又上下のローターのコレクティブピッチをそれぞれ反対に変化させて（ピッチ差動式）、上下のローター間にトルク差を発生させることにより方向制御を行なうのが一般的な方法である。
【０００５】
その他にもローターのダウンウォッシュ中に適当な面積の方向舵を設けて揺動させ、これに作用する空気力により偏揺れモーメントを発生させる方法や、各ローター先端部に設けた空気ブレーキ装置を作動させ、方向制御する方法等が知られており、これらはいずれもシングルローター型ヘリコプタと比較して多くの利点を有している。先ず外形寸法をコンパクトにまとめられる上、パワーアップが比較的容易であり、コレクティブピッチ操作によるヨー軸周りの偏向が少なく、その上テールローターが不要のために種々のメリットがある。それらを列記すれば、動力のロスが少ない、ドリフトが起きず安定性がよい、高速飛行時の性能向上が容易である、構造物が少なくその分軽量化ができて製造が容易である、メンテナンスコストの低減、安全性の向上等々である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記で説明したいずれの方向制御方法もそれぞれ欠点を包含している。先ず空気ブレーキ式は構造が複雑であり、ダウンウォッシュ利用の方法及びコレクティブピッチ差動式では、空気力学的な原因から動力飛行時と、オートローテーション降下時では方向制御のための操舵が逆転してしまうという致命的な欠点を有している。そのためピッチ差動式の同軸反転ヘリコプタでは、オートローテーション降下時以外でのヨー軸周りの方向制御には、上下のローターのピッチ差動を使い、オートローテーション降下時は上下のローターのピッチ差動を固定し、大面積の方向舵を操作して機首方向を定めるのが一般的な方法とされている。しかしながら、方向舵を有効に使うにはかなりの前進速度が必要となり、これは操縦者にとって大変危険な操縦となる。
【０００７】
なお、オートローテーションとは、エンジントラブル等の場合、動力飛行中と同様にコレクティブピッチが高ピッチのままではローターの回転数がたちまち低下し、最後にはローターが失速して墜落する。よってこのような場合、すかさずローターのピッチを下げてやれば、ローターは風車のように回転を続け揚力を発生する。すると、動力飛行時のような揚力は出ないものの、パラシュート降下程度のスピードで降下ができる。そこで、最後に着地寸前に適当な早さと量のピッチアップ操作を行うと、ローターの揚力が一時的に増加するが、空力抵抗も増えるため、たちまちローター回転数は低下する。この一時的に増加した揚力を上手に使って軟着陸をすることをいう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明はヨー軸周りの方向制御及びオートローテーション時のヨー軸制御を簡単で確実なものとするために、それぞれ反対方向へ回転する上下のローターを同軸上に備えた同軸二重反転式ヘリコプタにおいて、原動機出力を減速して第１軸へ伝達すると同時に、第２軸の逆転ギヤにも伝達し、第１軸と第２軸にそれぞれ無段変速Ｖプーリを軸方向移動可能に圧着バネで軸着するとともに、該圧着バネの下部を変速レバーによりシーソー状態に支持することにより、第１軸及び第２軸にそれぞれ結合した無段変速Ｖプーリを変速レバーの操作により任意の回転数に調節し、それぞれＶベルトにてロータマストに固着した大プーリを駆動して上下のローターをそれぞれ回転させることにより、上下のローター間に回転速度差を生じさせて、ヨー軸周りの方向制御を行なう手段を提供する。
【００１０】
上記した本発明によれば、上下のローターの回転数を任意の回転数に調整し、上下のローター間に回転速度差を生じさせてトルク差を発生させることにより、ヨー軸周りの方向制御を行なうことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は原動機出力を２分割して上下のローターにそれぞれ伝えるとともに、上下のローター相互の回転数を可変とすることにより回転速度差を生じさせて、ヨー軸周りの方向制御を行なうことを特徴としている。以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。図１は本発明の第１実施形態の要部構成側断面図、図２は要部平面配置図であり、共に概念図である。図３及び図４は変速レバー操作による作動説明のための変速機構部の一部拡大側面図である。図５及び図６は変速操作による機体の挙動を示す外観斜視図である。
【００１２】
図１に示すように、原動機１の出力軸１ａにクラッチ２を設け、このクラッチ２の出力側にＶプーリ３が一体として固着されている。第１軸１０ａの上端部にはワンウェイ機構（図示略）を介してＶプーリ５が一体として装着されており、このＶプーリ５とＶプーリ３との間にはＶベルト４が掛け渡されて接続されている。第１軸１０ａの上部にはギヤ７ａを固着し、下部には無段変速Ｖプーリ８ａが圧着バネ９ａに付勢されて軸方向にスライド自在に嵌合されている。
【００１３】
１０ｂは第２軸であり、上部には逆転ギヤ７ｂを固着し、下部には無段変速Ｖプーリ８ｂが圧着バネ９ｂに付勢されて軸方向にスライド自在に嵌合されている。そして、第１軸１０ａのギヤ７ａと第２軸の逆転ギヤ７ｂは噛合してる。また、第１軸１０ａと第２軸１０ｂの下端は変速レバー１１によりシーソー状態に支持されており、変速レバー１１の右端部１１ａ及び左端部１１ｂはそれぞれ圧着バネ９ａ，９ｂに当接している。即ち、圧着バネ９ａは無段変速Ｖプーリ８ａと変速レバー１１の右端部１１ａとの間に、又圧着バネ９ｂは無段変速Ｖプーリ８ｂと変速レバー１１の左端部１１ｂとの間に装備されている。
【００１４】
無段変速Ｖプーリ８ａ、８ｂはそれぞれＶベルト１２ａ，１２ｂにて同軸のローターマスト１４，１５にそれぞれ一体として固着された大プーリ１３ａ，１３ｂと接続されている。同軸のローターマスト１４，１５の上端にはそれぞれハブ１６、１７が固着され、ハブ１６には上のローター１８が、ハブ１７には下のローター１９が装着されている。２０，２１はスワッシュプレートであり、ロッド２２，２３，２４が連結されて図示しない操縦装置により上下動及び傾動可能にそれぞれローターマスト１４，１５に装着されている。よって、ロッド２２，２３，２４を操作して、スワッシュプレート２０，２１を上下動及び傾動させることにより、上下のローター１８，１９のコレクティブピッチ角及びサイクリックピッチ角を変更することができる。
【００１５】
次に上記第１実施形態の作用について説明する。原動機１を起動して出力軸１ａが所定の回転数に達するとクラッチ２が自動的に接続される。クラッチ２に固着されたＶプーリ３の回転はＶベルト４によりＶプーリ５へ減速されて伝達される。Ｖプーリ５の回転はワンウェイ機構（図示略）を介して第１軸１０ａを経て、軸方向にスライド自在に嵌合された無段変速Ｖプーリ８ａへ伝わると同時に、ギヤ７ａも回転させる。
【００１６】
そして、ギヤ７ａの回転は噛合した逆転ギヤ７ｂにも回転方向が逆転して伝達される。逆転ギヤ７ｂの回転は第２軸１０ｂを経て、軸方向にスライド自在に嵌合された無段変速Ｖプーリ８ｂへ伝わる。回転方向が相互に逆方向の無段変速Ｖプーリ８ａ，８ｂの回転はそれぞれＶベルト１２ａ，１２ｂにより大プーリ１３ａ，１３ｂに伝達され、更にローターマスト１４，１５、ハブ１６，１７を経て上のローター１８及び下のローター１９をそれぞれ逆方向に回転させる。今図示しないコレクティブピッチ操縦機構を操作して、上のローター１８及び下のローター１９のコレクティブピッチを一斉に増加させると同時に、回転数を変化させないように原動機出力を増加させるとヘリコプタは上昇し、逆に操作すれば降下する。
【００１７】
このとき、上のローター１８及び下のローター１９がほぼ同速度で反転しているにもかかわらずヨー軸周りに機体が右または左に振られる場合は、上下のローター１８，１９のコレクトピッチ変化比率の不適切が原因であるため調節する。一般的に上のローター１８のダウンウォッシュを受ける下のローター１９のコレクティブピッチ角度の変化率を上のローター１８のそれより大きく設定する必要がある。上記設定によりコレクティブピッチ操作の影響によるヨー軸周りへの偏向が解消される。
【００１８】
次に各舵の作動について述べるが、図示例では各Ｖベルトのテンションプーリは図示していない。今、動力飛行中に変速レバー１１を右方向へ操作すると、図３に示すように、変速レバー１１の右端部１１ａによって圧着バネ９ａが圧縮され無段変速Ｖプーリ８ａの伝導半径が増し、図５に示すように、その結果上のローター１８の回転（Ａ）が加速される。一方、圧着バネ９ｂは伸びて無段変速Ｖプーリ８ｂの伝導半径は減り、下のローター１９の回転（Ｂ）は減速される（Ａ＞Ｂ）。よって、操作初期は上下のローター１８，１９をそれぞれ加減速する慣性力により、回転速度が安定後は上下のローター１８，１９間の空気抵抗差により、図５に示すように、ヘリコプタ２９は機首を右（Ｒ）へ、機尾を左（Ｌ）へ振り、変速レバー１１を戻さない限りヨー軸周りの回転は保持される。
【００１９】
一方、図４に示すように、変速レバー１１を左へ操作すれば上記とは逆に、変速レバー１１の左端部１１ｂによって圧着バネ９ｂが圧縮され無段変速Ｖプーリ８ｂの伝導半径が増し、図６に示すように、その結果下のローター１９の回転（Ｂ）は加速される。逆に、圧着バネ９ａは延びて無段変速Ｖプーリ８ａの伝導半径は減り、上のローター１８の回転（Ａ）は減速される（Ａ＜Ｂ）。よって、操作初期は上下のローター１８，１９をそれぞれ加減速する慣性力により、回転速度が安定後は上下のローター１８，１９間の空気抵抗差により、図６に示すように、ヘリコプタ２９の機首を左（Ｌ）へ、機尾を右（Ｒ）へ偏向し、変速レバー１１を戻さない限りヨー軸周りの回転は保持される。
【００２０】
また、動力飛行中に原動機１の出力を減じたり、停止させた場合は、ワンウェイ機構（図示略）により動力は切り離され適切なコレクティブピッチ操作により、オートローテーション降下に移行するが、ヨー軸周りの作動は動力飛行時と同様のままである。他方図示しないサイクリック制御レバーを操作してロッド２４，２５を上下動させ、スワッシュプレート２０，２１を前後左右に傾動させると、上下のローター１８，１９のサイクリックピッチ角が周期的に変化して上下のローター１８，１９の回転面も傾動し、機体をその傾斜方向へ進行させることができる。
【００２１】
上記した本発明の第１実施形態では、原動機１の出力をギヤ７ａと逆転ギヤ７ｂの噛合による逆転機構を介して２分割し、上下のローター１８，１９を相互に逆方向に回転させ、その回転速度を無段変速Ｖプーリ８ａ，８ｂの無段変速機構で調節することにより、ヨー軸周り方向の制御能力を得るものである。なお、原動機１の出力を逆転させる機構及び上下のローター１８，１９相互の回転数を可変とするための無段変速機構は他の周知の構成のものを採用することができる。
【００２２】
図７は本発明の第２の実施形態の要旨を概念的に示すものであり、原動機１の出力を差動機構３２により２分割し、同軸のローターマスト１４，１５に相互に回転方向を逆転させて伝達するものであり、このローターマスト１４，１５の回転数、即ち上下のローター１８，１９の回転数を無段変速機構又は回転速度制御装置３３にて調節するものである。
【００２３】
即ち、本発明は原動機出力を２分割して上下のローターにそれぞれ伝えるとともに、上下のローター相互の回転数を可変とすることにより回転速度差を生じさせて、ヨー軸周りの方向制御を行なうことを特徴とするものであり、２分割させる手段としては逆転機構や、差動機構を採用することができ、２分割した原動機出力の回転速度を調節する手段としては無段変速機構や回転速度制御装置を採用することができるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、原動機よりの回転出力は２分割され、無段変速機構にて任意の回転数に調節されて、上下のローターにトルク差を生じさせて方向制御することができる。よって、動力飛行時、オートローテーション時を問わずヨー軸周りの制御が容易である。また、ローターマスト周辺のコレクティブピッチ差動機構が不要になり構造が簡略化できる。さらに、動力伝達機構が比較的単純に構成でき、軽量化と整備性に効果がある。そして、従来の同軸二重反転式ヘリコプタと比較して全体的に上下方向の寸法を小さく構成でき、小型化が容易である。そして、本発明は飛行用の有人機は勿論、産業用の無人機、ラジコン機に至るまで同軸二重反転機構を採用する全てのヘリコプタに幅広く使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の要旨を概念的に示す要部側断面図。
【図２】第１実施形態の要部平面配置図。
【図３】無段変速Ｖプーリの作用を説明する変速機構部の部分拡大側面図。
【図４】無段変速Ｖプーリの作用を説明する変速機構部の部分拡大側面図。
【図５】機体の挙動を示す外観斜視図。
【図６】機体の挙動を示す外観斜視図。
【図７】本発明の第２実施形態の要旨を概念的に示す説明図。
【符号の説明】
１…原動機
２…クラッチ
３，５…Ｖプーリ
４，１２ａ，１２ｂ…Ｖベルト
７ａ…ギヤ
７ｂ…逆転ギヤ
８ａ，８ｂ…無段変速Ｖプーリ
９ａ，９ｂ…圧着バネ
１０ａ…第１軸
１０ｂ…第２軸
１１…変速レバー
１３ａ，１３ｂ…大プーリ
１４，１５…ローターマスト
１６，１７…ハブ
１８…上のローター
１９…下のローター
２０，２１…スワッシュプレート
２２，２３，２４…ロッド
３２…差動機構
３３…無段変速機構又は回転速度制御装置

Claims

それぞれ反対方向へ回転する上下のローターを同軸上に備えた同軸二重反転式ヘリコプタにおいて、
原動機出力を減速して第１軸へ伝達すると同時に、第２軸の逆転ギヤにも伝達し、第１軸と第２軸にそれぞれ無段変速Ｖプーリを軸方向移動可能に圧着バネで軸着するとともに、該圧着バネの下部を変速レバーによりシーソー状態に支持することにより、第１軸及び第２軸にそれぞれ結合した無段変速Ｖプーリを変速レバーの操作により任意の回転数に調節し、それぞれＶベルトにてロータマストに固着した大プーリを駆動して上下のローターをそれぞれ回転させることにより、上下のローター間に回転速度差を生じさせて、ヨー軸周りの方向制御を行なうことを特徴とする同軸二重反転式ヘリコプタ。