JP4516705B2 - 回転翼航空機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転翼航空機に関し、特に、メインブレードにカナードまたはフラップをピッチ角可変に取り付けることによって、飛行時に発生する騒音や機体振動を抑制することができる回転翼航空機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物資の輸送、人命救助、国防などの種々の分野において、回転翼航空機が利用されている。この回転翼航空機が飛行する際には、その構造上、メインロータ騒音、テールロータ騒音、ＢＶＩ（Blade Vortex Interaction）騒音などの種々の騒音が発生する。特に、図６に示すように、先行するメインブレード１００ａの翼端から発生する翼端渦２００を後続するメインブレード１００ｂが横切ることによってＢＶＩ騒音が発生する際には、回転翼航空機の機体自体も大きく振動し、乗り心地の悪化、計器の誤認、金属疲労などを引き起こす要因となっていた。
【０００３】
前記したような各種騒音や機体振動を低減させる手法としては、（１）図７に示すように、メインブレード１００の後縁の切り欠き部にフラップ１１０をピッチ角可変に取り付け、このフラップ１１０を機械的または電気的に駆動制御してピッチ角を変化させてメインブレード１００表面の局所的揚力分布を制御する高調波制御や、（２）図８に示すように、メインブレード１００の翼端にカナード（小翼）１２０をピッチ角可変に取り付け、このカナード１２０を機械的または電気的に駆動制御してピッチ角を変化させてメインブレード１００の翼端から発生する翼端渦を発散させる手法が提案されている。
【０００４】
前記した（１）の手法では、フラップ１１０のピッチ角を変化させるための各種フラップ可変機構が採用される。このフラップ可変機構としては、例えば、図９に示すように、メインブレード１００に内蔵したピエゾ式アクチュエータ１１１にフラップ１１０を接続することで、メインブレード１００に取り付けたフラップ１１０のピッチ角を電気的駆動力によって変化させるピエゾ式フラップ可変機構が提案されている（I.Chopra.etc."Design fabrication testing of a mach scaled rotor model with trailing-edge flaps".第５５回米国ヘリコプタ協会フォーラム、１９９９）。
【０００５】
また、図１０に示すように、フラップ１１０にリンク機構１１２を取り付け、このリンク機構１１２をフラップ用スワッシュプレート１１３に連結し、このフラップ用スワッシュプレート１１３を電気アクチュエータ１１４によって駆動制御することにより、フラップ１１０のピッチ角をメインブレード１００とは独立に変化させる独立スワッシュプレート式フラップ可変機構が提案されている（特開平９−２４０５９４号公報）。
【０００６】
また、図１１に示すように、フラップ１１０にケーブルを接続し、このケーブルをカム１１５とリンクさせることで、メインブレード１００の回転角（以下、「アジマス角」という）に応じてフラップ１１０のピッチ角を変化させるカム式フラップ可変機構が提案されている（F.K.Straub."Active flap control for vibration reduction and performance improvement".第５１回米国ヘリコプタ協会フォーラム、１９９５）。
【０００７】
一方、前記した（２）の手法では、カナード１２０のピッチ角を変化させるための各種カナード可変機構が採用される。ここで、カナード１２０は、前記したフラップ１１０と同様に、メインブレード１００の翼端近傍に取り付けられるものであるため、前記したようなピエゾ式、独立スワッシュプレート式およびカム式の機構を、カナード可変機構にそのまま適用可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転翼航空機が前進飛行する場合には、前記したＢＶＩ騒音は、メインブレードが特定のアジマス角（例えば、約１３５°〜約２２５°）の範囲内にあるときに発生する翼端渦と後続するメインブレードとが干渉した場合に、最も発生し易いことがわかっている。このため、メインブレードの回転に応じてカナードのピッチ角を周期的に変化させて、メインブレードが特定のアジマス角の範囲内にあるときにのみ、カナードのピッチ角をＢＶＩ騒音低減に最も効果のある特定の値に設定するように制御すれば、きわめて効率的にＢＶＩ騒音を低減することができ、かつ、これに伴う機体振動をも低減させることができる。
【０００９】
また、前記した高調波制御のように局所的揚力分布を制御する際には、メインブレードの単位時間あたりの回転数に比例させてフラップを振動させる場合が多いため、メインブレードの回転に応じてフラップのピッチ角を周期的に変化させることができれば好都合である。
【００１０】
しかし、前記したピエゾ式フラップ（カナード）可変機構は、現在研究段階にあるため信頼性が比較的低い上に、前記したようにフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角をメインブレード１００の回転に応じて変化させるように制御するには、メインブレード１００の回転とフラップ１１０（カナード１２０）の振動を同期させるための複雑なチューニング制御が必要であり、未だ実施には至っていなかった。
【００１１】
また、前記した独立スワッシュプレート式フラップ（カナード）可変機構は、これを構成するフラップ１１０（カナード１２０）用のスワッシュプレートと、メインブレード１００のコレクティブピッチまたはサイクリックピッチを制御するためのブレード用のスワッシュプレートとが独立して制御される機構であるため、前記したようにフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角をメインブレード１００の回転に応じて変化させるように制御するには、やはり、メインブレード１００の回転とフラップ１１０（カナード１２０）の振動を同期させるための複雑なチューニング制御が必要となっていた。
【００１２】
また、前記したカム式フラップ（カナード）可変機構は、メインブレード１００の回転に応じてフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角を変化させるように制御するには好適な機構であるが、所定形状のカム１１５が回転翼航空機のロータ軸に取り付けられている構造上、一定のパターンでしかフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角を変化させることができない。このため、飛行条件に応じてピッチ角制御パターンを自在に変更することができないという問題があった。
【００１３】
本発明の課題は、回転翼航空機において、カナードまたはフラップのピッチ角をメインブレードの回転に応じて変化させるように制御可能とし、かつ、カナードまたはフラップのピッチ角制御パターンを飛行条件に応じて種々変更可能として、飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１に示すように、ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの翼端にピッチ角可変に取り付けられたカナードと、前記カナードのピッチ角を制御するためのカナード制御機構とを備えた回転翼航空機において、前記ブレード制御機構は、ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統とを備え、前記カナード制御機構は、前記架台に固定されたカナード用スワッシュプレート非回転部と、前記カナード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するカナード用スワッシュプレート回転部と、前記カナード用スワッシュプレート回転部とカナードとを連結するカナードリンク機構とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、カナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部と連結されているため、これらカナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができる。
【００１６】
従って、メインブレードの回転角（アジマス角）に応じて、カナードのピッチ角（以下、「カナードピッチ角」という）を容易に変化させることができる。すなわち、アジマス角とカナードピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、カナードピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレードの翼端から発生する翼端渦を効率的に発散させることができ、ＢＶＩ騒音の発生やこれに伴う機体振動を、きわめて効果的に低減させることができる。
【００１７】
請求項２記載の回転翼航空機は、例えば図１に示したように、ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの後縁の一部の切り欠き部分にピッチ角可変に取り付けられたフラップと、前記フラップのピッチ角を制御するためのフラップ制御機構とを備えた回転翼航空機において、前記ブレード制御機構は、ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統とを備え、前記フラップ制御機構は、前記架台に固定されたフラップ用スワッシュプレート非回転部と、前記フラップ用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するフラップ用スワッシュプレート回転部と、前記フラップ用スワッシュプレート回転部とフラップとを連結するフラップリンク機構とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、フラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらフラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができる。
【００１９】
従って、メインブレードの回転角（アジマス角）に応じて、フラップのピッチ角（以下、「フラップピッチ角」という）を容易に変化させることができる。すなわち、アジマス角とフラップピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、フラップピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を効率的に行うことができ、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を、効率的に低減させることができる
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の回転翼航空機において、例えば図１に示したように、前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、前記架台に対する傾斜角度を変更するための取り外し可能な傾斜角度変更用ブロック、および／または、前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための取り外し可能な位置変更用ブロックを介して前記架台に固定されることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、傾斜角度変更用ブロックおよび／または位置変更用ブロックによって、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を容易かつ確実に変更することができる。従って、種々の飛行条件に応じて、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、効率的に行うことができ、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の回転翼航空機において、例えば図５に示したように、前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、前記架台に対する傾斜角度を変更するための傾斜角度変更用アクチュエータ、および／または、前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための位置変更用アクチュエータを介して前記架台に固定されることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、傾斜角度変更用アクチュエータおよび／または位置変更用アクチュエータによって、回転翼航空機の飛行中においても、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を迅速に変更することができる。従って、飛行条件を急激に変更した場合においても、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、その飛行条件に応じて効率的に行うことができる。この結果、種々の飛行条件において、飛行時に発生する騒音や機体振動をきわめて効率的に低減させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。各実施の形態に係る回転翼航空機は、２枚のメインブレード１０を備え、操縦席に装備したサイクリックスティックおよびコレクティブレバーによって、メインブレード１０のサイクリックピッチおよびコレクティブピッチを制御する構造を有するものである。なお、各実施例を説明するための図１および図５においては、スワッシュプレート近傍について、ロータ軸中心で切断した際の断面図を示した。
【００２５】
[第１の実施の形態]
図１に示すように、本実施の形態に係る回転翼航空機のメインブレード１０（１枚のみ図示）は、エンジン３０によってトランスミッション４０を介して回転駆動されるロータ軸５０に取り付けられており、ロータ軸５０とともに高速回転するものである。メインブレード１０は、そのスパン方向に延在するフェザリング軸を中心に回動自在とされ、そのピッチ角は、後述するブレード制御機構によって制御される。また、メインブレード１０の翼端には、カナード２０がピッチ角可変に取り付けられており、このカナード２０のピッチ角は、後述するカナード制御機構によって制御される。
【００２６】
メインブレード１０の前縁側の翼根近傍部分には、ブレードピッチロッド１１の上端がピン結合されている。このブレードピッチロッド１１は下方に延在し、その下端が後述するブレード用スワッシュプレート回転部１５にピン結合されている。すなわち、ブレードピッチロッド１１は、ブレード用スワッシュプレート回転部１５とメインブレード１０とを連結するためのブレードリンク機構である。
【００２７】
ロータ軸５０には、ボールジョイント式のスライダ６０を介して、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３が取り付けられている。このブレード用スワッシュプレート非回転部１３には、コントロールリンクを介してサイクリックスティックおよびコレクティブレバーに連結されている。これらコントロールリンク、サイクリックスティックおよびコレクティブレバーは、操縦系統である。
【００２８】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３は、定常状態では、水平（すなわちロータ軸５０に対して直角）に配置され、後述するブレードスワッシュプレート回転部１５はこのブレード用スワッシュプレート非回転部１３に平行な水平面内で回転することとなるが、回転翼航空機の操縦者がサイクリックスティックを操作することによって、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３のロータ軸５０に対する角度を傾斜させ、これに伴ってブレード用スワッシュプレート回転部１５の回転面を傾斜させ、メインブレード１０によって発生する揚力のベクトルを変化させることができる。これによって、回転翼航空機の機体姿勢や、前進飛行速度を制御することができる。
【００２９】
また、回転翼航空機の操縦者がコレクティブレバーを操作することによって、メインブレード１０全ての迎え角を変化させ、メインブレード１０によって発生する揚力の大きさを変化させることができる。これによって、回転翼航空機の上昇率や、前進飛行速度を制御することができる。
【００３０】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３の下部外周面には、半径方向外側に延在する架台７０が固定されている。この架台７０は、後述するカナード用スワッシュプレート非回転部２３を取り付けるためのものである。この架台７０を介して、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３およびカナード用スワッシュプレート非回転部２３が一体的に連結され、両者が連動することとなる。
【００３１】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３の外周には、ベアリング１４を介してブレード用スワッシュプレート回転部１５が回転自在に取り付けられている。このブレード用スワッシュプレート回転部１５は、前記したようにブレードピッチロッド１１を介してメインブレード１０と連結され、前記したブレード用スワッシュプレート非回転部１３に従って、ロータ軸５０を中心にメインブレード１０とともに回転するものである。
【００３２】
メインブレード１０のピッチ角を制御するためのブレード制御機構は、以上説明したブレードリンク機構（ブレードピッチロッド１１）、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３、ベアリング１４、ブレード用スワッシュプレート回転部１５、および、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３をロータ軸に沿って移動させたりその傾きを変化させるリンク機構を含む操縦系統から構成される。このブレード制御機構により、回転翼航空機の操縦者のサイクリックスティックおよび／またはコレクティブレバーの操作によって、メインブレード１０のサイクリックピッチ角および／またはコレクティブピッチ角を自在に変化させて、メインブレード１０によって発生する揚力のベクトルおよび／または大きさを制御することができる。
【００３３】
次に、カナード制御機構について説明する。カナード２０には、そのピッチ角を変化させるためのカナードピッチシャフト２１の翼端側の端部が連接されており、このカナードピッチシャフト２１はメインブレード１０の内部にスパン方向に延在させた状態で収納されている。カナードピッチシャフト２１の翼根側の端部は、（図示していない）レバーを介して、カナードピッチロッド２２に連結されており、カナードピッチロッド２２は、後述するカナード用スワッシュプレート回転部２５にピン結合される。すなわち、カナードピッチシャフト２１、レバー、およびカナードピッチロッド２２はカナードリンク機構であり、カナードピッチロッド２２を上下運動させると、レバーによってカナードピッチシャフト２１が回動して、カナード２０のピッチ角を変化させることができる。
【００３４】
前記したブレード制御機構を構成するブレード用スワッシュプレート非回転部１３に設けられた架台７０には、前記したとおり、カナード用スワッシュプレート非回転部２３が、（後に詳説する）変更手段を介して固定されている。このカナード用スワッシュプレート非回転部２３は、前記したブレード用スワッシュプレート回転部１５の回転運動を妨げないように、ブレード用スワッシュプレート回転部１５の外側に離隔させて配置されている。
【００３５】
架台７０に固定されたカナード用スワッシュプレート非回転部２３の外周には、ベアリング２４を介して、カナード用スワッシュプレート回転部２５が回転自在に取り付けられている。このカナード用スワッシュプレート回転部２５は、前記したようにカナードリンク機構（カナードピッチシャフト２１、レバーおよびカナードピッチロッド２２）を介してカナード２０と連結され、前記したカナード用スワッシュプレート非回転部２３に従って、ロータ軸５０を中心にメインブレード１０とともに回転するものである。
【００３６】
架台７０とカナード用スワッシュプレート非回転部２３との間には、カナード用スワッシュプレート非回転部２３の架台７０に対する傾斜角度および／または架台７０に対する周方向の相対位置を変更するためのブロック８０が介設されている。このブロック８０は、カナード用スワッシュプレート非回転部２３の傾斜角度や相対位置を変更できるように、着脱自在に取り付けられている。ブロック８０の配置場所や個数は、前記した機能を果たすことができるように適宜決めることができる。
【００３７】
本実施の形態では、図１に示すように、ブロック８０をロータ軸５０を挟んで対称の位置に１個ずつ配置し、一方を高く、他方を低く設定している。このように高低差を設けることにより、架台７０に対して、カナード用スワッシュプレート非回転部２３を傾斜させ、これに伴って、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転面を傾斜させることができる。従って、カナード用スワッシュプレート回転部２５にカナードリンク機構を介して連結されたカナード２０のピッチ角を、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転に応じて変化させることができる。
【００３８】
ここで、カナード用スワッシュプレート回転部２５は、架台７０を介してブレード用スワッシュプレート回転部１５と連結されているため、メインブレード１０、ブレード用スワッシュプレート回転部１５およびカナード用スワッシュプレート回転部２５は一体的にロータ軸５０を中心に回転する。以上の機構により、メインブレード１０の回転に応じてカナード２０のピッチ角を変化させることができることとなる。そして、ブレード制御機構によってメインブレード１０のピッチ角を変化させた場合でも、メインブレード１０に対するカナード２０の相対的なピッチ角は変化することがない。
【００３９】
カナード２０のピッチ角を制御するためのカナード制御機構は、以上説明したカナードリンク機構（カナードピッチロッド２１、レバーおよびカナードピッチシャフト２２）、カナード用スワッシュプレート非回転部２３、ベアリング２４、カナード用スワッシュプレート回転部２５、および、ブロック８０から構成される。このカナード制御機構により、メインブレード１０の回転運動に応じて、カナード２０のピッチ角を変化させることができる。
【００４０】
図２は、メインブレード１０の回転角（アジマス角）と、カナード２０のピッチ角（カナードピッチ角）との相関関係を示すグラフである。この図２に示す３種類の曲線は、メインブレード１０に対する相対的なカナードピッチ角の振幅を３通りに設定した例を示している。カナードピッチ角の振幅は、ロータ軸５０を挟んで対称の位置に配置したブロック８０の高さの差（以下、「ブロック高低差」という）を変更して、カナード用回転系スワッシュプレート２５の回転面の傾斜角度を変更することにより、種々の値に設定することができる。
【００４１】
図２から明らかなように、いずれの曲線も、カナードピッチ角は、アジマス角０°および１８０°で０°に、アジマス角９０°で最大に、アジマス角２７０°で最少になるように（すなわち位相同一に）設定されている。１点鎖線で示した曲線は、ブロック高低差を最大に設定したブロックＡを用いて、カナードピッチ角の振幅を５．０°に設定した例を示している。また、実線で示した曲線は、ブロック高低差を中程度に設定したブロックＢを用いて、カナードピッチ角の振幅を２．５°に設定した例を示している。また、点線で示した曲線は、ブロック高低差を最少に設定したブロックＣを用いて、カナードピッチ角の振幅を１．２５°に設定した例を示している。
【００４２】
この例で示したように、ブロック８０の高さの差（ブロック高低差）を適宜変更して、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転面の傾斜角度を変更することにより、カナードピッチ角の振幅を種々の飛行条件に応じて最適な値に設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００４３】
図３は、ロータ軸５０を挟んで対称の位置に配置した（高低一組の）ブロック８０の架台７０に対する相対位置を変更した例を示している。この図３では、ブロック８０を、位置▲２▼（実線で示す）を基準にして、架台７０の中央部７１を中心に架台７０の円周に沿ってメインブレード回転方向に４５°回転させた位置▲１▼（１点鎖線で示す）、および、逆方向に４５°回転させた位置▲３▼（点線で示す）に配置した例を示している。ブロック８０を前記３通りの位置（▲１▼、▲２▼、▲３▼）に配置した場合におけるアジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフを、図４に示す。
【００４４】
図４に示した曲線は、いずれも、カナードピッチ角の最大値が５．０°、最小値が−５．０°（すなわち振幅５．０°）になるように設定されている。ブロック８０を位置▲２▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲２▼）においては、カナードピッチ角は、アジマス角０°（３６０°）で最小値に、アジマス角１８０°で最大値になるように設定される。
【００４５】
これに対し、ブロック８０を位置▲１▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲１▼）においては、カナードピッチ角が、アジマス角４５°で最小値に、アジマス角２２５°で最大値になるように設定される。また、ブロック８０を位置▲３▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲３▼）においては、カナードピッチ角が、アジマス角３１５°で最小値に、アジマス角１３５°で最大値になるように設定されることとなる。
【００４６】
この例で示したように、ブロック８０の架台７０に対する相対位置を適宜変更することにより、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の位相を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態で採用したブロック８０は、架台７０にネジ止めなどによって簡単に固定することができる。架台７０に対する相対位置を変更する際には、架台７０に複数箇所のネジ孔を設けておき、固定されていたブロック８０のネジ止めを外して変更位置に移動させ、あらためてネジ止めすることによって、簡単に位置変更および固定を行うことができる。
【００４８】
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態に係る回転翼航空機において、カナード制御機構のブロック８０を他の形態に代えたものであるので、その他の重複する構成については説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構の変更手段は、図５に示すように、架台７０とカナード用スワッシュプレート非回転部２３との間に設けられる取付台８１と、この取付台８１の上方に取り付けられるカナード用スワッシュプレート非回転部２３の架台７０に対する傾斜角度を変更する傾斜角度変更用アクチュエータ８２と、取付台８１を架台７０の中央部７１を中心に周方向に回転移動させる位置変更用アクチュエータ８３と、傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３を駆動制御する（図示していない）制御手段とから構成したものである。
【００５０】
取付台８１は、図５に示すように、架台７０の上方に位置変更用アクチュエータ８３を介して設けられている。位置変更用アクチュエータ８３を制御手段によって駆動制御することによって、取付台８１を架台７０の中央部７１を中心に周方向に回転移動させることができる。この取付台８１の上部にはカナード用スワッシュプレート非回転部２３が取り付けられているため、取付台８１の移動に連動させてカナード用スワッシュプレート非回転部２３を回転移動させることができる。
【００５１】
従って、位置変更用アクチュエータ８３を制御手段によって駆動制御することによって、第１の実施の形態の図３および図４で示したように、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の位相を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００５２】
また、取付台８１の上方に取り付けられたカナード用スワッシュプレート非回転部２３は、図５に示すように、傾斜角度変更用アクチュエータ８２を制御手段で駆動制御することにより、架台７０に対する傾斜角度が変更可能となる。本実施の形態では、カナード用スワッシュプレート非回転部２３が支持軸９０で回動可能に支持されているため、この支持軸９０を中心にカナード用スワッシュプレート非回転部２３を傾斜させて、架台７０に対する傾斜角度を自在に変更することができる。
【００５３】
従って、傾斜角度変更用アクチュエータ８２を駆動制御することによって、第１の実施の形態の図２で示したように、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の振幅を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態で採用した傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３は、回転翼航空機の機体姿勢や、飛行速度の変更、外部環境などに応じて、回転翼航空機の操縦者が操作ボタンなどによって制御可能な手動制御システムや、前記したような種々の飛行状態を自動的に検知し、検知した各種情報に応じてリアルタイムに傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３を制御する自動制御システムなどによって制御することができる。
【００５５】
なお、以上の実施の形態においては、回転翼航空機に、カナードおよびカナード制御機構を備えた例を示したが、カナードに代えてフラップを、カナード制御機構に代えてフラップ制御機構を備えた回転翼航空機においても、前記した実施の形態と同様の構成および制御方法を適用することができる。
【００５６】
すなわち、傾斜角度変更用のブロックや傾斜角度変更用のアクチュエータを使用することによって、種々の飛行条件に応じてフラップピッチ角の振幅を最適な値に設定することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を種々の飛行条件に応じて効率的に行って、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることができる。
【００５７】
また、位置変更用のブロックや位置変更用のアクチュエータを使用することによって、種々の飛行条件に応じてフラップピッチ角の位相を最適な位相に設定することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を種々の飛行条件に応じて効率的に行って、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、カナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらカナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができ、アジマス角に応じてカナードピッチ角を容易に変化させることができる。
【００５９】
従って、アジマス角とカナードピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、特定アジマス角に対応させてカナードピッチ角を特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレードの翼端から発生する翼端渦を効率的に発散させることができ、ＢＶＩ騒音の発生やこれに伴う機体振動を、きわめて効果的に低減させることができる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、フラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらフラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができ、アジマス角に応じてフラップピッチ角を容易に変化させることができる。
【００６１】
従って、アジマス角とフラップピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、フラップピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、効率的に低減させることができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、傾斜角度変更用ブロックおよび／または位置変更用ブロックによって、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を容易かつ確実に変更することができる。この結果、種々の飛行条件に応じて、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、きわめて効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、傾斜角度変更用アクチュエータおよび／または位置変更用アクチュエータによって、回転翼航空機の飛行中においても、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を迅速に変更することができる。この結果、飛行条件を急激に変更した場合においても、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、現場の状況に応じてきわめて効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構を説明するための説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックを使用してカナードピッチ角の振幅を３通りに設定した場合における、アジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックの位置を変更した状態を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックの位置を図３に示すように変更してカナードピッチ角の位相を３通りに設定した場合における、アジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構を説明するための説明図である。
【図６】ＢＶＩ騒音の発生状況を説明するための説明図である。
【図７】回転翼航空機のメインブレードのフラップを示す斜視図である。
【図８】回転翼航空機のメインブレードのカナードを示す斜視図である。
【図９】ピエゾ式アクチュエータを備えたフラップ制御機構を説明するための説明図である。
【図１０】ブレード制御機構と独立に制御可能なフラップ制御機構を説明するための説明図である。
【図１１】カム式フラップ制御機構を説明ずるための説明図である。
【符号の説明】
１０ メインブレード
１１ ブレードピッチロッド
１３ ブレード用スワッシュプレート非回転部
１４ ベアリング
１５ ブレード用スワッシュプレート回転部
２０ カナード
２１ カナードピッチシャフト
２２ カナードピッチロッド
２３ カナード用スワッシュプレート非回転部
２４ ベアリング
２５ カナード用スワッシュプレート回転部
３０ エンジン
４０ トランスミッション
５０ ロータ軸
６０ ボールジョイント式スライダ
７０ 架台
７１ （架台の）中央部
８０ ブロック
８１ 取付台
８２ 傾斜角度変更用アクチュエータ
８３ 位置変更用アクチュエータ
９０ 支持軸
１００ メインブレード
１１０ フラップ
１１１ ピエゾ式アクチュエータ
１１２ リンク機構
１１３ フラップ用スワッシュプレート
１１４ 電気アクチュエータ
１１５ カム
１２０ カナード
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転翼航空機に関し、特に、メインブレードにカナードまたはフラップをピッチ角可変に取り付けることによって、飛行時に発生する騒音や機体振動を抑制することができる回転翼航空機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、物資の輸送、人命救助、国防などの種々の分野において、回転翼航空機が利用されている。この回転翼航空機が飛行する際には、その構造上、メインロータ騒音、テールロータ騒音、ＢＶＩ（Blade Vortex Interaction）騒音などの種々の騒音が発生する。特に、図６に示すように、先行するメインブレード１００ａの翼端から発生する翼端渦２００を後続するメインブレード１００ｂが横切ることによってＢＶＩ騒音が発生する際には、回転翼航空機の機体自体も大きく振動し、乗り心地の悪化、計器の誤認、金属疲労などを引き起こす要因となっていた。
【０００３】
前記したような各種騒音や機体振動を低減させる手法としては、（１）図７に示すように、メインブレード１００の後縁の切り欠き部にフラップ１１０をピッチ角可変に取り付け、このフラップ１１０を機械的または電気的に駆動制御してピッチ角を変化させてメインブレード１００表面の局所的揚力分布を制御する高調波制御や、（２）図８に示すように、メインブレード１００の翼端にカナード（小翼）１２０をピッチ角可変に取り付け、このカナード１２０を機械的または電気的に駆動制御してピッチ角を変化させてメインブレード１００の翼端から発生する翼端渦を発散させる手法が提案されている。
【０００４】
前記した（１）の手法では、フラップ１１０のピッチ角を変化させるための各種フラップ可変機構が採用される。このフラップ可変機構としては、例えば、図９に示すように、メインブレード１００に内蔵したピエゾ式アクチュエータ１１１にフラップ１１０を接続することで、メインブレード１００に取り付けたフラップ１１０のピッチ角を電気的駆動力によって変化させるピエゾ式フラップ可変機構が提案されている（I.Chopra.etc."Design fabrication testing of a mach scaled rotor model with trailing-edge flaps".第５５回米国ヘリコプタ協会フォーラム、１９９９）。
【０００５】
また、図１０に示すように、フラップ１１０にリンク機構１１２を取り付け、このリンク機構１１２をフラップ用スワッシュプレート１１３に連結し、このフラップ用スワッシュプレート１１３を電気アクチュエータ１１４によって駆動制御することにより、フラップ１１０のピッチ角をメインブレード１００とは独立に変化させる独立スワッシュプレート式フラップ可変機構が提案されている（特開平９−２４０５９４号公報）。
【０００６】
また、図１１に示すように、フラップ１１０にケーブルを接続し、このケーブルをカム１１５とリンクさせることで、メインブレード１００の回転角（以下、「アジマス角」という）に応じてフラップ１１０のピッチ角を変化させるカム式フラップ可変機構が提案されている（F.K.Straub."Active flap control for vibration reduction and performance improvement".第５１回米国ヘリコプタ協会フォーラム、１９９５）。
【０００７】
一方、前記した（２）の手法では、カナード１２０のピッチ角を変化させるための各種カナード可変機構が採用される。ここで、カナード１２０は、前記したフラップ１１０と同様に、メインブレード１００の翼端近傍に取り付けられるものであるため、前記したようなピエゾ式、独立スワッシュプレート式およびカム式の機構を、カナード可変機構にそのまま適用可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、回転翼航空機が前進飛行する場合には、前記したＢＶＩ騒音は、メインブレードが特定のアジマス角（例えば、約１３５°〜約２２５°）の範囲内にあるときに発生する翼端渦と後続するメインブレードとが干渉した場合に、最も発生し易いことがわかっている。このため、メインブレードの回転に応じてカナードのピッチ角を周期的に変化させて、メインブレードが特定のアジマス角の範囲内にあるときにのみ、カナードのピッチ角をＢＶＩ騒音低減に最も効果のある特定の値に設定するように制御すれば、きわめて効率的にＢＶＩ騒音を低減することができ、かつ、これに伴う機体振動をも低減させることができる。
【０００９】
また、前記した高調波制御のように局所的揚力分布を制御する際には、メインブレードの単位時間あたりの回転数に比例させてフラップを振動させる場合が多いため、メインブレードの回転に応じてフラップのピッチ角を周期的に変化させることができれば好都合である。
【００１０】
しかし、前記したピエゾ式フラップ（カナード）可変機構は、現在研究段階にあるため信頼性が比較的低い上に、前記したようにフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角をメインブレード１００の回転に応じて変化させるように制御するには、メインブレード１００の回転とフラップ１１０（カナード１２０）の振動を同期させるための複雑なチューニング制御が必要であり、未だ実施には至っていなかった。
【００１１】
また、前記した独立スワッシュプレート式フラップ（カナード）可変機構は、これを構成するフラップ１１０（カナード１２０）用のスワッシュプレートと、メインブレード１００のコレクティブピッチまたはサイクリックピッチを制御するためのブレード用のスワッシュプレートとが独立して制御される機構であるため、前記したようにフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角をメインブレード１００の回転に応じて変化させるように制御するには、やはり、メインブレード１００の回転とフラップ１１０（カナード１２０）の振動を同期させるための複雑なチューニング制御が必要となっていた。
【００１２】
また、前記したカム式フラップ（カナード）可変機構は、メインブレード１００の回転に応じてフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角を変化させるように制御するには好適な機構であるが、所定形状のカム１１５が回転翼航空機のロータ軸に取り付けられている構造上、一定のパターンでしかフラップ１１０（カナード１２０）のピッチ角を変化させることができない。このため、飛行条件に応じてピッチ角制御パターンを自在に変更することができないという問題があった。
【００１３】
本発明の課題は、回転翼航空機において、カナードまたはフラップのピッチ角をメインブレードの回転に応じて変化させるように制御可能とし、かつ、カナードまたはフラップのピッチ角制御パターンを飛行条件に応じて種々変更可能として、飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、例えば図１に示すように、ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの翼端にピッチ角可変に取り付けられたカナードと、前記カナードのピッチ角を制御するためのカナード制御機構とを備えた回転翼航空機において、前記ブレード制御機構は、ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統とを備え、前記カナード制御機構は、前記架台に固定されたカナード用スワッシュプレート非回転部と、前記カナード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するカナード用スワッシュプレート回転部と、前記カナード用スワッシュプレート回転部とカナードとを連結するカナードリンク機構とを備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項１記載の発明によれば、カナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部と連結されているため、これらカナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができる。
【００１６】
従って、メインブレードの回転角（アジマス角）に応じて、カナードのピッチ角（以下、「カナードピッチ角」という）を容易に変化させることができる。すなわち、アジマス角とカナードピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、カナードピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレードの翼端から発生する翼端渦を効率的に発散させることができ、ＢＶＩ騒音の発生やこれに伴う機体振動を、きわめて効果的に低減させることができる。
【００１７】
請求項２記載の回転翼航空機は、例えば図１に示したように、ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの後縁の一部の切り欠き部分にピッチ角可変に取り付けられたフラップと、前記フラップのピッチ角を制御するためのフラップ制御機構とを備えた回転翼航空機において、前記ブレード制御機構は、ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統とを備え、前記フラップ制御機構は、前記架台に固定されたフラップ用スワッシュプレート非回転部と、前記フラップ用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するフラップ用スワッシュプレート回転部と、前記フラップ用スワッシュプレート回転部とフラップとを連結するフラップリンク機構とを備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、フラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらフラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができる。
【００１９】
従って、メインブレードの回転角（アジマス角）に応じて、フラップのピッチ角（以下、「フラップピッチ角」という）を容易に変化させることができる。すなわち、アジマス角とフラップピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、フラップピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を効率的に行うことができ、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を、効率的に低減させることができる
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の回転翼航空機において、例えば図１に示したように、前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、前記架台に対する傾斜角度を変更するための取り外し可能な傾斜角度変更用ブロック、および／または、前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための取り外し可能な位置変更用ブロックを介して前記架台に固定されることを特徴とする。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、傾斜角度変更用ブロックおよび／または位置変更用ブロックによって、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を容易かつ確実に変更することができる。従って、種々の飛行条件に応じて、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、効率的に行うことができ、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【００２２】
請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の回転翼航空機において、例えば図５に示したように、前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、前記架台に対する傾斜角度を変更するための傾斜角度変更用アクチュエータ、および／または、前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための位置変更用アクチュエータを介して前記架台に固定されることを特徴とする。
【００２３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の奏する作用効果に加え、傾斜角度変更用アクチュエータおよび／または位置変更用アクチュエータによって、回転翼航空機の飛行中においても、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を迅速に変更することができる。従って、飛行条件を急激に変更した場合においても、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、その飛行条件に応じて効率的に行うことができる。この結果、種々の飛行条件において、飛行時に発生する騒音や機体振動をきわめて効率的に低減させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。各実施の形態に係る回転翼航空機は、２枚のメインブレード１０を備え、操縦席に装備したサイクリックスティックおよびコレクティブレバーによって、メインブレード１０のサイクリックピッチおよびコレクティブピッチを制御する構造を有するものである。なお、各実施例を説明するための図１および図５においては、スワッシュプレート近傍について、ロータ軸中心で切断した際の断面図を示した。
【００２５】
[第１の実施の形態]
図１に示すように、本実施の形態に係る回転翼航空機のメインブレード１０（１枚のみ図示）は、エンジン３０によってトランスミッション４０を介して回転駆動されるロータ軸５０に取り付けられており、ロータ軸５０とともに高速回転するものである。メインブレード１０は、そのスパン方向に延在するフェザリング軸を中心に回動自在とされ、そのピッチ角は、後述するブレード制御機構によって制御される。また、メインブレード１０の翼端には、カナード２０がピッチ角可変に取り付けられており、このカナード２０のピッチ角は、後述するカナード制御機構によって制御される。
【００２６】
メインブレード１０の前縁側の翼根近傍部分には、ブレードピッチロッド１１の上端がピン結合されている。このブレードピッチロッド１１は下方に延在し、その下端が後述するブレード用スワッシュプレート回転部１５にピン結合されている。すなわち、ブレードピッチロッド１１は、ブレード用スワッシュプレート回転部１５とメインブレード１０とを連結するためのブレードリンク機構である。
【００２７】
ロータ軸５０には、ボールジョイント式のスライダ６０を介して、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３が取り付けられている。このブレード用スワッシュプレート非回転部１３には、コントロールリンクを介してサイクリックスティックおよびコレクティブレバーに連結されている。これらコントロールリンク、サイクリックスティックおよびコレクティブレバーは、操縦系統である。
【００２８】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３は、定常状態では、水平（すなわちロータ軸５０に対して直角）に配置され、後述するブレードスワッシュプレート回転部１５はこのブレード用スワッシュプレート非回転部１３に平行な水平面内で回転することとなるが、回転翼航空機の操縦者がサイクリックスティックを操作することによって、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３のロータ軸５０に対する角度を傾斜させ、これに伴ってブレード用スワッシュプレート回転部１５の回転面を傾斜させ、メインブレード１０によって発生する揚力のベクトルを変化させることができる。これによって、回転翼航空機の機体姿勢や、前進飛行速度を制御することができる。
【００２９】
また、回転翼航空機の操縦者がコレクティブレバーを操作することによって、メインブレード１０全ての迎え角を変化させ、メインブレード１０によって発生する揚力の大きさを変化させることができる。これによって、回転翼航空機の上昇率や、前進飛行速度を制御することができる。
【００３０】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３の下部外周面には、半径方向外側に延在する架台７０が固定されている。この架台７０は、後述するカナード用スワッシュプレート非回転部２３を取り付けるためのものである。この架台７０を介して、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３およびカナード用スワッシュプレート非回転部２３が一体的に連結され、両者が連動することとなる。
【００３１】
ブレード用スワッシュプレート非回転部１３の外周には、ベアリング１４を介してブレード用スワッシュプレート回転部１５が回転自在に取り付けられている。このブレード用スワッシュプレート回転部１５は、前記したようにブレードピッチロッド１１を介してメインブレード１０と連結され、前記したブレード用スワッシュプレート非回転部１３に従って、ロータ軸５０を中心にメインブレード１０とともに回転するものである。
【００３２】
メインブレード１０のピッチ角を制御するためのブレード制御機構は、以上説明したブレードリンク機構（ブレードピッチロッド１１）、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３、ベアリング１４、ブレード用スワッシュプレート回転部１５、および、ブレード用スワッシュプレート非回転部１３をロータ軸に沿って移動させたりその傾きを変化させるリンク機構を含む操縦系統から構成される。このブレード制御機構により、回転翼航空機の操縦者のサイクリックスティックおよび／またはコレクティブレバーの操作によって、メインブレード１０のサイクリックピッチ角および／またはコレクティブピッチ角を自在に変化させて、メインブレード１０によって発生する揚力のベクトルおよび／または大きさを制御することができる。
【００３３】
次に、カナード制御機構について説明する。カナード２０には、そのピッチ角を変化させるためのカナードピッチシャフト２１の翼端側の端部が連接されており、このカナードピッチシャフト２１はメインブレード１０の内部にスパン方向に延在させた状態で収納されている。カナードピッチシャフト２１の翼根側の端部は、（図示していない）レバーを介して、カナードピッチロッド２２に連結されており、カナードピッチロッド２２は、後述するカナード用スワッシュプレート回転部２５にピン結合される。すなわち、カナードピッチシャフト２１、レバー、およびカナードピッチロッド２２はカナードリンク機構であり、カナードピッチロッド２２を上下運動させると、レバーによってカナードピッチシャフト２１が回動して、カナード２０のピッチ角を変化させることができる。
【００３４】
前記したブレード制御機構を構成するブレード用スワッシュプレート非回転部１３に設けられた架台７０には、前記したとおり、カナード用スワッシュプレート非回転部２３が、（後に詳説する）変更手段を介して固定されている。このカナード用スワッシュプレート非回転部２３は、前記したブレード用スワッシュプレート回転部１５の回転運動を妨げないように、ブレード用スワッシュプレート回転部１５の外側に離隔させて配置されている。
【００３５】
架台７０に固定されたカナード用スワッシュプレート非回転部２３の外周には、ベアリング２４を介して、カナード用スワッシュプレート回転部２５が回転自在に取り付けられている。このカナード用スワッシュプレート回転部２５は、前記したようにカナードリンク機構（カナードピッチシャフト２１、レバーおよびカナードピッチロッド２２）を介してカナード２０と連結され、前記したカナード用スワッシュプレート非回転部２３に従って、ロータ軸５０を中心にメインブレード１０とともに回転するものである。
【００３６】
架台７０とカナード用スワッシュプレート非回転部２３との間には、カナード用スワッシュプレート非回転部２３の架台７０に対する傾斜角度および／または架台７０に対する周方向の相対位置を変更するためのブロック８０が介設されている。このブロック８０は、カナード用スワッシュプレート非回転部２３の傾斜角度や相対位置を変更できるように、着脱自在に取り付けられている。ブロック８０の配置場所や個数は、前記した機能を果たすことができるように適宜決めることができる。
【００３７】
本実施の形態では、図１に示すように、ブロック８０をロータ軸５０を挟んで対称の位置に１個ずつ配置し、一方を高く、他方を低く設定している。このように高低差を設けることにより、架台７０に対して、カナード用スワッシュプレート非回転部２３を傾斜させ、これに伴って、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転面を傾斜させることができる。従って、カナード用スワッシュプレート回転部２５にカナードリンク機構を介して連結されたカナード２０のピッチ角を、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転に応じて変化させることができる。
【００３８】
ここで、カナード用スワッシュプレート回転部２５は、架台７０を介してブレード用スワッシュプレート回転部１５と連結されているため、メインブレード１０、ブレード用スワッシュプレート回転部１５およびカナード用スワッシュプレート回転部２５は一体的にロータ軸５０を中心に回転する。以上の機構により、メインブレード１０の回転に応じてカナード２０のピッチ角を変化させることができることとなる。そして、ブレード制御機構によってメインブレード１０のピッチ角を変化させた場合でも、メインブレード１０に対するカナード２０の相対的なピッチ角は変化することがない。
【００３９】
カナード２０のピッチ角を制御するためのカナード制御機構は、以上説明したカナードリンク機構（カナードピッチロッド２１、レバーおよびカナードピッチシャフト２２）、カナード用スワッシュプレート非回転部２３、ベアリング２４、カナード用スワッシュプレート回転部２５、および、ブロック８０から構成される。このカナード制御機構により、メインブレード１０の回転運動に応じて、カナード２０のピッチ角を変化させることができる。
【００４０】
図２は、メインブレード１０の回転角（アジマス角）と、カナード２０のピッチ角（カナードピッチ角）との相関関係を示すグラフである。この図２に示す３種類の曲線は、メインブレード１０に対する相対的なカナードピッチ角の振幅を３通りに設定した例を示している。カナードピッチ角の振幅は、ロータ軸５０を挟んで対称の位置に配置したブロック８０の高さの差（以下、「ブロック高低差」という）を変更して、カナード用回転系スワッシュプレート２５の回転面の傾斜角度を変更することにより、種々の値に設定することができる。
【００４１】
図２から明らかなように、いずれの曲線も、カナードピッチ角は、アジマス角０°および１８０°で０°に、アジマス角９０°で最大に、アジマス角２７０°で最少になるように（すなわち位相同一に）設定されている。１点鎖線で示した曲線は、ブロック高低差を最大に設定したブロックＡを用いて、カナードピッチ角の振幅を５．０°に設定した例を示している。また、実線で示した曲線は、ブロック高低差を中程度に設定したブロックＢを用いて、カナードピッチ角の振幅を２．５°に設定した例を示している。また、点線で示した曲線は、ブロック高低差を最少に設定したブロックＣを用いて、カナードピッチ角の振幅を１．２５°に設定した例を示している。
【００４２】
この例で示したように、ブロック８０の高さの差（ブロック高低差）を適宜変更して、カナード用スワッシュプレート回転部２５の回転面の傾斜角度を変更することにより、カナードピッチ角の振幅を種々の飛行条件に応じて最適な値に設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００４３】
図３は、ロータ軸５０を挟んで対称の位置に配置した（高低一組の）ブロック８０の架台７０に対する相対位置を変更した例を示している。この図３では、ブロック８０を、位置▲２▼（実線で示す）を基準にして、架台７０の中央部７１を中心に架台７０の円周に沿ってメインブレード回転方向に４５°回転させた位置▲１▼（１点鎖線で示す）、および、逆方向に４５°回転させた位置▲３▼（点線で示す）に配置した例を示している。ブロック８０を前記３通りの位置（▲１▼、▲２▼、▲３▼）に配置した場合におけるアジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフを、図４に示す。
【００４４】
図４に示した曲線は、いずれも、カナードピッチ角の最大値が５．０°、最小値が−５．０°（すなわち振幅５．０°）になるように設定されている。ブロック８０を位置▲２▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲２▼）においては、カナードピッチ角は、アジマス角０°（３６０°）で最小値に、アジマス角１８０°で最大値になるように設定される。
【００４５】
これに対し、ブロック８０を位置▲１▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲１▼）においては、カナードピッチ角が、アジマス角４５°で最小値に、アジマス角２２５°で最大値になるように設定される。また、ブロック８０を位置▲３▼に配置した場合の曲線（制御パターン▲３▼）においては、カナードピッチ角が、アジマス角３１５°で最小値に、アジマス角１３５°で最大値になるように設定されることとなる。
【００４６】
この例で示したように、ブロック８０の架台７０に対する相対位置を適宜変更することにより、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の位相を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００４７】
なお、本実施の形態で採用したブロック８０は、架台７０にネジ止めなどによって簡単に固定することができる。架台７０に対する相対位置を変更する際には、架台７０に複数箇所のネジ孔を設けておき、固定されていたブロック８０のネジ止めを外して変更位置に移動させ、あらためてネジ止めすることによって、簡単に位置変更および固定を行うことができる。
【００４８】
[第２の実施の形態]
次に、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態に係る回転翼航空機において、カナード制御機構のブロック８０を他の形態に代えたものであるので、その他の重複する構成については説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構の変更手段は、図５に示すように、架台７０とカナード用スワッシュプレート非回転部２３との間に設けられる取付台８１と、この取付台８１の上方に取り付けられるカナード用スワッシュプレート非回転部２３の架台７０に対する傾斜角度を変更する傾斜角度変更用アクチュエータ８２と、取付台８１を架台７０の中央部７１を中心に周方向に回転移動させる位置変更用アクチュエータ８３と、傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３を駆動制御する（図示していない）制御手段とから構成したものである。
【００５０】
取付台８１は、図５に示すように、架台７０の上方に位置変更用アクチュエータ８３を介して設けられている。位置変更用アクチュエータ８３を制御手段によって駆動制御することによって、取付台８１を架台７０の中央部７１を中心に周方向に回転移動させることができる。この取付台８１の上部にはカナード用スワッシュプレート非回転部２３が取り付けられているため、取付台８１の移動に連動させてカナード用スワッシュプレート非回転部２３を回転移動させることができる。
【００５１】
従って、位置変更用アクチュエータ８３を制御手段によって駆動制御することによって、第１の実施の形態の図３および図４で示したように、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の位相を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００５２】
また、取付台８１の上方に取り付けられたカナード用スワッシュプレート非回転部２３は、図５に示すように、傾斜角度変更用アクチュエータ８２を制御手段で駆動制御することにより、架台７０に対する傾斜角度が変更可能となる。本実施の形態では、カナード用スワッシュプレート非回転部２３が支持軸９０で回動可能に支持されているため、この支持軸９０を中心にカナード用スワッシュプレート非回転部２３を傾斜させて、架台７０に対する傾斜角度を自在に変更することができる。
【００５３】
従って、傾斜角度変更用アクチュエータ８２を駆動制御することによって、第１の実施の形態の図２で示したように、種々の飛行条件に応じて最適なカナードピッチ角の振幅を設定することができる。この結果、メインブレード１０の翼端から発生する翼端渦を、種々の飛行条件に応じて効率的に発散させてＢＶＩ騒音を効果的に低減させることができ、かつ、ＢＶＩ騒音の発生に伴う機体振動を効果的に抑制することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態で採用した傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３は、回転翼航空機の機体姿勢や、飛行速度の変更、外部環境などに応じて、回転翼航空機の操縦者が操作ボタンなどによって制御可能な手動制御システムや、前記したような種々の飛行状態を自動的に検知し、検知した各種情報に応じてリアルタイムに傾斜角度変更用アクチュエータ８２および位置変更用アクチュエータ８３を制御する自動制御システムなどによって制御することができる。
【００５５】
なお、以上の実施の形態においては、回転翼航空機に、カナードおよびカナード制御機構を備えた例を示したが、カナードに代えてフラップを、カナード制御機構に代えてフラップ制御機構を備えた回転翼航空機においても、前記した実施の形態と同様の構成および制御方法を適用することができる。
【００５６】
すなわち、傾斜角度変更用のブロックや傾斜角度変更用のアクチュエータを使用することによって、種々の飛行条件に応じてフラップピッチ角の振幅を最適な値に設定することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を種々の飛行条件に応じて効率的に行って、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることができる。
【００５７】
また、位置変更用のブロックや位置変更用のアクチュエータを使用することによって、種々の飛行条件に応じてフラップピッチ角の位相を最適な位相に設定することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を種々の飛行条件に応じて効率的に行って、回転翼航空機の飛行時に発生する騒音や機体振動を効率的に低減させることができる。
【００５８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、カナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらカナード制御機構のカナード用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができ、アジマス角に応じてカナードピッチ角を容易に変化させることができる。
【００５９】
従って、アジマス角とカナードピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、特定アジマス角に対応させてカナードピッチ角を特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレードの翼端から発生する翼端渦を効率的に発散させることができ、ＢＶＩ騒音の発生やこれに伴う機体振動を、きわめて効果的に低減させることができる。
【００６０】
請求項２記載の発明によれば、フラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部が、架台を介して、ブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部に連結されているため、これらフラップ制御機構のフラップ用スワッシュプレート非回転部およびブレード制御機構のブレード用スワッシュプレート非回転部を一体的に連動させることができ、アジマス角に応じてフラップピッチ角を容易に変化させることができる。
【００６１】
従って、アジマス角とフラップピッチ角との間に特定の相関関係をもたせることができ、フラップピッチ角を特定アジマス角で特定の値に設定するように制御することができる。この結果、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、効率的に低減させることができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、傾斜角度変更用ブロックおよび／または位置変更用ブロックによって、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を容易かつ確実に変更することができる。この結果、種々の飛行条件に応じて、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、きわめて効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１または２記載の発明の効果を奏するのは勿論のこと、傾斜角度変更用アクチュエータおよび／または位置変更用アクチュエータによって、回転翼航空機の飛行中においても、フラップまたはカナードのピッチ角振幅および／またはピッチ角位相を迅速に変更することができる。この結果、飛行条件を急激に変更した場合においても、メインブレードの翼端から発生する翼端渦の発散、または、メインブレード表面の局所的揚力分布の制御を、現場の状況に応じてきわめて効率的に行うことができ、飛行時に発生する騒音や機体振動を、きわめて効率的に低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構を説明するための説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックを使用してカナードピッチ角の振幅を３通りに設定した場合における、アジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフである。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックの位置を変更した状態を説明するための説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構のブロックの位置を図３に示すように変更してカナードピッチ角の位相を３通りに設定した場合における、アジマス角とカナードピッチ角との相関関係を示すグラフである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る回転翼航空機のカナード制御機構を説明するための説明図である。
【図６】ＢＶＩ騒音の発生状況を説明するための説明図である。
【図７】回転翼航空機のメインブレードのフラップを示す斜視図である。
【図８】回転翼航空機のメインブレードのカナードを示す斜視図である。
【図９】ピエゾ式アクチュエータを備えたフラップ制御機構を説明するための説明図である。
【図１０】ブレード制御機構と独立に制御可能なフラップ制御機構を説明するための説明図である。
【図１１】カム式フラップ制御機構を説明ずるための説明図である。
【符号の説明】
１０ メインブレード
１１ ブレードピッチロッド
１３ ブレード用スワッシュプレート非回転部
１４ ベアリング
１５ ブレード用スワッシュプレート回転部
２０ カナード
２１ カナードピッチシャフト
２２ カナードピッチロッド
２３ カナード用スワッシュプレート非回転部
２４ ベアリング
２５ カナード用スワッシュプレート回転部
３０ エンジン
４０ トランスミッション
５０ ロータ軸
６０ ボールジョイント式スライダ
７０ 架台
７１ （架台の）中央部
８０ ブロック
８１ 取付台
８２ 傾斜角度変更用アクチュエータ
８３ 位置変更用アクチュエータ
９０ 支持軸
１００ メインブレード
１１０ フラップ
１１１ ピエゾ式アクチュエータ
１１２ リンク機構
１１３ フラップ用スワッシュプレート
１１４ 電気アクチュエータ
１１５ カム
１２０ カナード
Claims (4)
- ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの翼端にピッチ角可変に取り付けられたカナードと、前記カナードのピッチ角を制御するためのカナード制御機構とを備えた回転翼航空機において、
前記ブレード制御機構は、
ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、
前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統と
を備え、
前記カナード制御機構は、
前記架台に固定されたカナード用スワッシュプレート非回転部と、
前記カナード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するカナード用スワッシュプレート回転部と、
前記カナード用スワッシュプレート回転部とカナードとを連結するカナードリンク機構と
を備えることを特徴とする回転翼航空機。 - ロータ軸に対してピッチ角可変に取り付けられたメインブレードと、前記メインブレードのピッチ角を制御するためのブレード制御機構と、前記メインブレードの後縁の一部の切り欠き部分にピッチ角可変に取り付けられたフラップと、前記フラップのピッチ角を制御するためのフラップ制御機構とを備えた回転翼航空機において、
前記ブレード制御機構は、
ロータ軸に軸着されたブレード用スワッシュプレート非回転部と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部に固定されその外方に延在する架台と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するブレード用スワッシュプレート回転部と、
前記ブレード用スワッシュプレート回転部とメインブレードとを連結するブレードリンク機構と、
前記ブレード用スワッシュプレート非回転部を操縦量に応じて変位させるための操縦系統と
を備え、
前記フラップ制御機構は、
前記架台に固定されたフラップ用スワッシュプレート非回転部と、
前記フラップ用スワッシュプレート非回転部にベアリングを介して取り付けられて前記ロータ軸とともに回転するフラップ用スワッシュプレート回転部と、
前記フラップ用スワッシュプレート回転部とフラップとを連結するフラップリンク機構と
を備えることを特徴とする回転翼航空機。 - 前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、
前記架台に対する傾斜角度を変更するための取り外し可能な傾斜角度変更用ブロック、
および／または、
前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための取り外し可能な位置変更用ブロック
を介して前記架台に固定されることを特徴とする請求項１または２記載の回転翼航空機。 - 前記カナード用またはフラップ用スワッシュプレート非回転部は、
前記架台に対する傾斜角度を変更するための傾斜角度変更用アクチュエータ、
および／または、
前記架台に対する周方向の相対位置を変更させるための位置変更用アクチュエータ
を介して前記架台に固定されることを特徴とする請求項１または２記載の回転翼航空機。
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