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

Description

【０００１】
【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)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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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