JP4463926B2 - ヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
公知のヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御は、実質的に二つの同心リングを有する揺動プレート制御装置により通常行われる。二つの同心リングのうちの外側リングは、回転するためにベアリング及び内側リングにより支持されており、複数のピッチ変更ロッドを回転させるためにドライブシャフトに対し回転しないようにドライブシャフトに結合されている。各ピッチ変更ロッドは各ブレードに対し偏心してヒンジ接合されている。
【0003】
そのようなロータでは、内側リングがほぼスリーブ状の可動要素により同軸に担持されており、その可動要素は軸方向に摺動可能に固定パイロンに取付けられている。ドライブシャフトが固定パイロンを通って延びており、ドライブシャフトは、固定パイロンに対し軸方向に固定されているが、周方向には自由に回転可能になっている。
【0004】
可動要素は、内側リングの球形シートと係合する球形で環状の外側面により画定される。内側リングは、通常、内側リングの半径方向穴を通して取付けられた二つのボルトにより可動要素に固定される。各ボルトがキーと係合し、そのキーが可動要素の外側に形成されたほぼ垂直に延びているスロットと摺動して係合することにより、内側リングは、可動要素の球形で環状の面に対し周方向に回転しないように固定されると共に、キー及びスロットにより、球形で環状の面の中心のまわりを可動要素に対しいずれもの方向に揺動可能になっている。
【0005】
公知の制御装置は、ドライブシャフトを中心に等間隔に配置されると共にドライブシャフトに対しほぼ平行に延びている複数の水圧又は油圧式アクチュエータを更に有する。そのアクチュエータは、内側リングと協働し内側リングにスラスト力を及ぼすことにより、パイロンに対し軸方向に内側リング、外側リング及び可動要素を接合した状態で移動させると共に、ドライブシャフトの軸に対しほぼ垂直な軸を中心に内側リング及び外側リングを可動要素に対し揺動させる。
【0006】
更に、内側リング及び外側リングは、コンパス型の第一結合機構及び第二結合機構によりそれぞれドライブシャフト及びパイロンに固定される。公知であるように、各結合機構は、円筒形ヒンジにより互いに接合された二つのコネクティングロッドにより構成されている。第一結合機構は、内側リング及び可動要素がパイロンに対しドライブシャフトの軸を中心として回転するのを阻止するように構成され、第二結合機構は、ドライブシャフトから外側リングに回転動作を伝達するように構成されている。
【0007】
このようなコンパス型結合機構は、性能の点からいえば妥当であるが、比較的重く高価であり、使用中にコネクティングロッド間のクリアランスを増加させる傾向のある往復荷重を受けてしまい、継続的に潤滑及び検査を行うことが必要になってしまう。更に航空機の適用例において一般的な過剰な制約に合致するために、結合機構の数を増加させることが必要になってしまい、それゆえ、上述した欠点が増してしまう。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、安価に製造でき、信頼性が高く、軽量で、特に上述した公知の装置に比べてコンパス型の結合機構の数が少ないことを特徴とするヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、長手軸を備えたドライブシャフトに取付けられ、かつ、前記長手軸と同軸の固定された支持要素により担持されているヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置であって、
前記支持要素に対し軸方向に摺動可能に取付けられ、前記長手軸と同軸の可動要素と、
前記長手軸と同軸の揺動プレートアセンブリとを具備し、前記揺動プレートアセンブリが、前記長手軸にほぼ垂直な横方向に延びている軸を中心に前記可動要素に対して揺動するように前記可動要素に取付けられ、更に前記揺動プレートアセンブリが、回転しないように固定された第一環状要素と、前記第一環状要素上を前記ドライブシャフトと共に回転する第二環状要素とを有し、更に
前記揺動プレートアセンブリ及び前記可動要素を接合した状態で前記長手軸に沿って前記支持要素に対して移動させるため、及び前記横方向に延びている軸を中心に前記可動要素に対し前記揺動プレートアセンブリを揺動させるために前記第一環状要素と協働する支持作動手段と、
前記可動要素が前記長手軸を中心に前記支持要素に対し回転するのを阻止するための拘束手段とを具備する装置において、
前記拘束手段が、前記可動要素と前記支持要素との間に配置された多面体の結合手段を有することを特徴とする装置が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照し本発明の限定ではない好適な実施形態を例として説明する。
【0011】
添付図面はヘリコプタロータ(図示せず)用歯車付きモータユニット(図示せず)を包囲している固定されたケーシング又はパイロン1を示している。ケーシング又はパイロン1は対称軸Aを備えたほぼベル形状である。
【0012】
ケーシング1は管状のドライブシャフト2を通した状態でドライブシャフト2に取付けられている。ドライブシャフト2の軸Aはほぼ垂直方向に延びており、ケーシング1の端部に設けられた開口3を通ってケーシング1の外側に突出している。ドライブシャフト2は、ベアリング(図示せず)により周方向に回転可能にケーシング1の内側に支持されており、歯車付きモータユニットの出力部材(図示せず)に対し回転しないように下端部の位置で結合されている。更にドライブシャフト2は反対側の端部においてロータの複数のブレード(図示せず)を結合するためのフランジ4で終了している。
【0013】
ケーシング1はロータブレードに対し公知の方法で結合された環状集合体のピッチ制御装置を支持しており、それ全体を参照番号5で示す。
【0014】
装置5は実質的に軸Aを備えた揺動プレートアセンブリ6を有し、揺動プレートアセンブリ6は第一環状要素7と第二環状要素9とを有する。第一環状要素7は、ケーシング1のほぼ円筒形の頂部8のまわりを回転できないように固定されて取付けられており、以下、「固定リング」という。第二環状要素9は、二つのベアリング10を挿入することにより固定リング7に対し回転できるように取付けられ、コンパス型結合機構11によりドライブシャフト2と周方向一体にされており、以下、「回転リング」という。
【0015】
アセンブリ6は軸Aを備えたほぼスリーブ状の可動要素12に担持されており、可動要素12はケーシング1の頂部8に対し軸方向に摺動できるように取付けられている。更に詳細には、可動要素12の外側は、以下単に「球形表面」という環状の球形表面15により画定される。球形表面15は、アセンブリ6が軸Aに垂直な軸を中心に揺動できるようにアセンブリ6の中央の球形シート16と係合する。
【0016】
装置5はケーシング1と固定リング7との間に挿入された支持作動アセンブリ17を更に有する。支持作動アセンブリ17は、ケーシング1の頂部8に対し軸Aに沿ってアセンブリ6を可動要素12と共に移動させるため、及び後述するように可動要素12及び頂部8に対しアセンブリ6を揺動させるために固定リング7と協働する。
【0017】
本発明の重要な特徴として、可動要素12は、ケーシング1に対し周方向に回転するのではなく頂部8に沿って軸方向に摺動するように、ケーシング1の頂部8に対し多面体の結合手段により結合されている。
【0018】
図2に詳細に示すように、可動要素12の内側は複数の、図面に示す例では四つの平坦面18を有し、それらは軸Aを中心に等間隔に間隔を隔てて配置されている。平坦面18と円筒形の表面部分19とは交互になっており、平坦面18はケーシング1の頂部8の外側に形成された平坦面20と摺動するように協働する。平坦面20も円筒形の表面部分21と交互になっている。更に詳細には、面18と同様の面20とは、互いに平行な二組に配列されている。互いに接触している可動要素12の平坦面18とケーシング1の頂部8の平坦面20との間には、好適にはテフロン(Teflon)である減摩材料層22が挿入され、ケーシング1の頂部8にねじにより取付けられている。
【0019】
図1に詳細に示すように、固定リング7は軸Aを備えた主要部分23を有し、主要部分23の下端部から半径方向外側には、軸Aを中心に等間隔に配列された複数のアーム24(一つのみ示す)が延びており、そのアーム24は、支持作動アセンブリ17に結合するためにフォーク状端部25で終了している。
【0020】
固定リング7の主要部分23は、軸Aを備えた二つの環状要素26を挿入することにより可動要素12の球形表面15に取付けられている。二つの環状要素26は、軸Aに垂直であって球形表面15の中心を通っている可動要素12の中央面の両側に配置されている。同様に環状の球形表面である環状要素26の半径方向内側表面はシート16を画定する。好適にはテフロンである減摩材料層は、環状要素26と可動要素12の球形表面15との間に挿入されている。
【0021】
固定リング7は二つのボルト28により公知の方法で可動要素12に取付けられる。二つのボルト28は、軸Aの径方向反対側に配置され、主要部分23の半径方向穴を通して取付けられる。各ボルト28はキー30と係合し、キー30が可動要素12の外側に形成されたほぼ垂直方向に延びているスロット31と摺動して係合することにより、固定リング7は可動要素12の球形表面15に対し周方向に回転しないように固定され、更にキー30及びスロット31により、固定リング7が球形表面15の中心のまわりを可動要素12に対しいずれもの方向に揺動可能になる。
【0022】
支持作動アセンブリ17は複数の水圧又は油圧式アクチュエータ32を有する(一つのみを部分的に示す)。アクチュエータ32は軸Aに平行な軸をそれぞれ有し、軸Aを中心に等間隔に配置されている。アクチュエータ32は出力ロッド33を有し、各出力ロッド33は球形ジョイント34により頂端部の位置で固定リング7のアーム24のフォーク状端部25に結合されている。
【0023】
回転リング9は、ベアリング10を介して固定リング7の主要部分23の半径方向外側に取付けられる主要部分35を有する。更に回転リング9は主要部分35から半径方向外側に延びているアーム36をロータブレードと同数だけ有する。各アーム36はピッチ制御ロッド38の下端部に対し球形ジョイント37により接合されている。ピッチ制御ロッド38の頂端部は本質的に各ロータブレードに結合されている。
【0024】
図1に示すように、公知のコンパス型結合機構11はドライブシャフト2から回転リング9に回転動作を伝達する。結合機構11は、軸Aに垂直な軸を備えた円筒形ヒンジ41により互いに結合された二つのコネクティングロッド39、40を有する。コネクティングロッド39は、ヒンジ41に対し反対側の端部において、ヒンジ41の軸に平行な軸を備えた更なる円筒形ヒンジ42により結合ブラケット43に結合されている。結合ブラケット43はフランジ4から外側かつ下側に延びている。コネクティングロッド40は、ヒンジ41に対し反対側の端部において、球形ジョイント44によりボルト45に結合されている。ボルト45は回転リング9の主要部分35に形成された半径方向穴を通して取付けられている。
【0025】
更に、埃、砂、氷及び他の外部の物質がドライブシャフト2とケーシング1との間、ケーシング1と可動要素12との間、可動要素12とアセンブリ6との間、及び固定リング7と回転リング9との間に侵入するのを阻止すべく、ベローズ48、47が、ケーシング1と固定リング7の下端部との間、及びフランジ4と回転リング9の頂端部との間に設けられている。
【0026】
必要に応じてロータブレードの環状集合体のピッチを調節するためにアクチュエータ32のロッド33、揺動プレートアセンブリ6、可動要素12及びロッド38を設ける方法は公知であるため、これ以上説明しない。
【0027】
もちろん、ここでは所謂「外部制御」型、つまり、ケーシング1及びドライブシャフト2の外側に配置されている装置5について記載しているが、この装置を当業者により公知の所謂「内部制御」による環状集合体のピッチ制御装置(図示せず)に容易に置換することができる。この装置では、アセンブリ6及び可動要素12はドライブシャフト2の内側の固定支持要素に対し摺動できるように取付けられる。
【0028】
本発明の装置5の効果は上述した記載から明らかになるであろう。
【0029】
可動要素12の平坦面18と摺動して係合する四つの平坦面20をケーシング1に設けることにより、アセンブリ6及び可動要素12を軸Aに沿って案内することが可能になると同時に、ケーシング1に対しアセンブリ6が回転するのを阻止することができる。その場合にコンパス型結合機構の必要がないため、重量、コスト及び構成部品数を低減することができ、公知の制御装置に比べ信頼性を向上させることができる。
【0030】
更に、互いに接触する対の平坦面(18、20)を四つ使用するため、装置5の総重量を増加させることなく、可動要素12及び固定リング7並びに回転リング9により定まるアセンブリの垂直方向の摺動摩擦を左右する過剰な制約に伴う要求を満足させることができる。
【0031】
更に、固定リング7とケーシング1との間のコンパス型結合機構を排除することにより、公知の制御装置に比べてベローズ48を収容するのが容易になる。
【0032】
しかしながら、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく、ここで説明した装置5に変更を加えることが可能である。
【0033】
特に、可動要素12及びケーシング1の頂部8が、円筒部分になっているのではなく、多面体係合表面を有することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図面を明快にするために幾つかの部品を除去してある本発明のヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置の部分断面側面図である。
【図2】図1のII−II線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
1…支持要素
2…ドライブシャフト
5…ピッチ制御装置
6…揺動プレートアセンブリ
7…第一環状要素
9…第二環状要素
12…可動要素
15…球形表面
16…球形シート
17…支持作動アセンブリ
18,20…平坦面
19,21…円筒面部分
22…減摩材料層
32…アクチュエータ
33…出力ロッド
34…ジョイント
A…長手軸
Claims (7)
- 長手軸(A)を備えたドライブシャフト(2)に取付けられ、かつ、前記長手軸(A)と同軸の固定された支持要素(1)により担持されているヘリコプタロータ用の環状集合体のピッチ制御装置(5)であって、
前記支持要素(1)に対し軸方向に摺動可能に取付けられ、前記長手軸(A)と同軸でスリーブ状の可動要素(12)と、
前記長手軸(A)と同軸の揺動プレートアセンブリ(6)とを具備し、前記揺動プレートアセンブリ(6)が、前記長手軸(A)にほぼ垂直な横方向に延びている軸を中心に前記可動要素(12)に対して揺動するように前記可動要素(12)に取付けられ、更に前記揺動プレートアセンブリ(6)が、回転しないように固定された第一環状要素(7)と、前記第一環状要素(7)に対して前記ドライブシャフト(2)と共に回転する第二環状要素(9)とを有し、更に
前記揺動プレートアセンブリ(6)及び前記可動要素(12)を接合した状態で前記長手軸(A)に沿って前記支持要素(1)に対して移動させるため、及び前記横方向に延びている軸を中心に前記可動要素(12)に対し前記揺動プレートアセンブリ(6)を揺動させるために前記第一環状要素(7)と協働する支持作動手段(17)と、
前記可動要素(12)が前記長手軸(A)を中心に前記支持要素(1)に対し回転するのを阻止するための拘束手段(18、20)とを具備する装置(5)において、
前記拘束手段が、前記可動要素(12)と前記支持要素(1)との間に配置された多面体の結合手段(18、20)を有し、
前記多面体の結合手段が少なくとも三つの第一平坦面(18)を有し、前記第一平坦面(18)が、前記可動要素(12)の内側に形成されると共に、前記長手軸(A)を中心に回転方向等間隔に配置され、かつ、前記支持要素(1)の外側に形成された第二平坦面(20)のそれぞれと摺動して協働することを特徴とする装置。 - 前記可動要素(12)が、互いに平行な二組からなる四つの第一平坦面(18)を有し、前記四つの第一平坦面(18)が前記支持要素(1)の四つの第二平坦面(20)とそれぞれ摺動して協働することを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記第一平坦面(18)及び前記第二平坦面(20)と第一円筒面部分(19)及び第二円筒面部分(21)とが交互になっていることを特徴とする請求項1又は2に記載の装置。
- 減摩材料層(22)が、互いに接触する前記第一平坦面(18)と前記第二平坦面(20)との間にそれぞれ挿入されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の装置。
- 前記可動要素(12)の外側が、前記第一環状要素(7)の球形シート(16)と係合するほぼ球形の球形表面(15)により画定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
- 前記支持作動手段(17)が前記長手軸(A)に平行な軸を備えた複数の水圧又は油圧式アクチュエータ(32)を有し、前記アクチュエータ(32)が、前記長手軸(A)を中心として前記長手軸回りに均等に間隔を隔てて配置されており、かつ、球形ジョイント(34)により前記第一環状要素(7)に対し周方向固定された出力ロッド(33)を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記支持要素がケーシング(1)であり、前記ケーシング(1)が、前記ドライブシャフト(2)を通した状態で前記ドライブシャフト(2)に取付けられ、かつ、前記ロータを作動するための歯車付きモータユニットを包囲していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の装置。
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