JP4719231B2 - ヘリコプタ、そのロータ、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ヘリコプタに関する。

ヘリコプタの高速化が望まれている。

図１を参照して、従来のヘリコプタのロータにおいて、前進側ブレード１０１の対気速度は回転速度（周速度）とヘリコプタの前進速度との和で表され、後退側ブレード１０２の対気速度は回転速度とヘリコプタの前進速度との差で表される。ヘリコプタが前進飛行をする場合、ロータのブレードのピッチ角を変化させるサイクリック操舵によりロータの回転面を前傾させて前進方向の推力を発生する。

ヘリコプタの前進速度が大きい場合、対気速度が大きい前進側ブレード１０１において衝撃波が発生し、対気速度が小さい後退側ブレード１０２において失速が起きる。後退側ブレード１０２において失速が起きると、ロータの回転面は後傾し、前進方向の推力を発生することができなくなる。

上述の理由から、シングルロータのヘリコプタの前進速度は２００ノット（３７０ｋｍ／ｈ）程度が限界とされていた。

特許文献１は、リードラグ拘束装置を開示している。リードラグ拘束装置は、ブレードのリードラグ方向の変位を制限するストッパを備える。ストッパは、地上ロータラン時にはブレードのリードラグ方向の変位をほとんど拘束する位置に移動し、空中ロータラン時にはブレードの変位を許容する位置に移動する。

特開平９−４８３９８号公報

本発明の目的は、高速飛行が可能なヘリコプタ、ヘリコプタのロータ及びヘリコプタの制御方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明によるヘリコプタのロータは、ブレード（３）と、ブレード（３）を支持するロータハブ（２１）と、ロータハブ（２１）の回転に同期してブレード（３）のリードラグ角を変化させるリードラグ角制御機構（６、６’）を具備する。

ブレード（３）がリードラグヒンジ（４０）まわりに回動することでリードラグ角が変化する場合、リードラグヒンジ（４０）は、ブレード（３）の重心に位置することが好ましい。

本発明によるヘリコプタのロータは、ロータハブ（２１）に支持されたスパー（４）を具備する。リードラグヒンジ（４０）はスパー（４）に設けられる。ブレード（３）は、リードラグヒンジ（４０）の位置よりロータハブ（２１）側のブレードハブ側部分（３４）を備える。スパー（４）は、リードラグヒンジ（４０）よりロータハブ（２１）側のスパーハブ側部分（４１）を備える。スパーハブ側部分（４１）は、ブレードハブ側部分（３４）内に配置されることが好ましい。

ブレード（３）の捩り角は、ブレード（３）のロータハブ（２１）側の端縁（３２）からリードラグヒンジ（４０）の位置にかけて同じであり、リードラグヒンジ（４０）の位置からブレード（３）の翼端（３１）に向かって減少することが好ましい。ブレード（３）のコード長は、端縁（３２）からリードラグヒンジ（４０）の位置に向かって減少し、リードラグヒンジ（４０）の位置から翼端（３１）にかけて同じであることが好ましい。

ブレードハブ側部分（３４）が第１レール（３５）を備え、スパーハブ側部分（４１）が第１レール（３５）と係合する第１コロ（４３）を備えることが好ましい。

ブレードハブ側部分（３４）が上面側外板（３４ａ）と、下面側外板（３４ｂ）と、下面側外板（３４ｂ）に設けられた第２レール（３５）を備え、スパーハブ側部分（４１）が第２レール（３５）と係合する第２コロ（４３）を備えることが好ましい。第１レール（３５）は上面側外板（３４ａ）に設けられる。

リードラグ角制御機構（６）は、スオッシュプレート（６０）と、スオッシュプレート（６０）とブレード（３）とを接続するリンク機構（７）とを備えることが好ましい。

リードラグ角制御機構（６’）は、ロータハブ（２１）に支持された電動アクチュエータ（６６）を備えることが好ましい。電動アクチュエータ（６６）は、ロータハブ（２１）の回転に同期してリードラグ角が変化するようにブレード（３）を駆動する。

本発明によるヘリコプタのロータは、ロータハブ（２１）に支持されたスパー（４）を具備する。スパー（４）に設けられたリードラグヒンジ（４０）まわりにブレード（３）が回動することでリードラグ角が変化する。ブレード（３）は、リードラグヒンジ（４０）の位置よりロータハブ（２１）側のブレードハブ側部分（３４）を備える。スパー（４）は、リードラグヒンジ（４０）よりロータハブ（２１）側のスパーハブ側部分（４１）を備える。スパーハブ側部分（４１）は、ブレードハブ側部分（３４）内に配置されることが好ましい。

本発明によるヘリコプタ（１０）は、ロータ（２０）と、リードラグ角制御系（５、５’）とを具備する。ロータ（２０）は、ブレード（３）と、ブレード（３）を支持するロータハブ（２１）を備える。リードラグ角制御系（５、５’）は、ロータハブ（２１）の回転に同期してブレード（３）のリードラグ角を変化させる。

ブレード（３）がリードラグヒンジ（４０）まわりに回動することでリードラグ角が変化する場合、リードラグヒンジ（４０）は、ブレード（３）の重心に位置することが好ましい。

ロータ（２０）は、ロータハブ（２１）に支持されたスパーを備える。スパー（４）に設けられたリードラグヒンジ（４０）まわりにブレード（３）が回動することでリードラグ角が変化する。ブレード（３）は、リードラグヒンジ（４０）の位置よりロータハブ（２１）側のブレードハブ側部分（３４）を備える。スパー（４）は、リードラグヒンジ（４０）よりロータハブ（２１）側のスパーハブ側部分（４１）を備える。スパーハブ側部分（４１）は、ブレードハブ側部分（３４）内に配置されることが好ましい。

リードラグ角制御系（５、５’）は、ヘリコプタ（１０）の速度を検出する速度センサ（５１）を備え、速度と閾値を比較し、速度が閾値より大きい場合、ロータハブ（２１）の回転に同期してリードラグ角を変化させることが好ましい。

リードラグ角制御系（５、５’）は、ヘリコプタ（１０）の速度を検出する速度センサ（５１）を備え、速度が大きいほどリードラグ角の変化の振幅を大きくすることが好ましい。

本発明によるヘリコプタの制御方法は、ヘリコプタ（１０）のロータハブ（２１）の回転に同期してロータハブ（２１）に支持されたブレード（３）のリードラグ角を変化させるステップを具備する。

本発明によるヘリコプタの制御方法は、ヘリコプタ（１０）の速度を検出するステップと、速度と閾値とを比較するステップとを更に具備することが好ましい。速度が閾値より大きい場合、リードラグ角を変化させるステップを実行する。

リードラグ角を変化させるステップにおいて、速度が大きいほどリードラグ角の変化の振幅を大きくすることが好ましい。

本発明によるヘリコプタの制御方法は、ヘリコプタ（１０）の高度を検出するステップを更に具備することが好ましい。ここで、高度が高いほど閾値は小さい。

本発明によるヘリコプタの制御方法は、ヘリコプタ（１０）のバンク角を検出するステップを更に具備することが好ましい。ここで、バンク角が大きいほど閾値は小さい。

ブレード（３）は、リンク機構（７）を介してスオッシュプレート（６０）に接続されることが好ましい。リンク機構（７）は、スオッシュプレート（６０）に連結された第１部分（７３ａ）を備え、第１部分（７３ａ）のロータハブ（２１）の回転軸方向の運動に基づいてリードラグ角を変化させる。速度が閾値より大きい場合、スオッシュプレート（６０）を回転軸方向に垂直な状態から傾けることでリードラグ角を変化させるステップを実行する。

本発明によるヘリコプタの制御方法は、ヘリコプタ（１０）の速度を検出するステップを更に具備することが好ましい。リードラグ角を変化させるステップにおいて、速度が大きいほどリードラグ角の変化の振幅を大きくする。

ブレード（３）は、リンク機構（７）を介してスオッシュプレート（６０）に接続されることが好ましい。リンク機構（７）は、スオッシュプレート（６０）に連結された第１部分（７３ａ）を備え、第１部分（７３ａ）のロータハブ（２１）の回転軸方向の運動に基づいてリードラグ角を変化させる。リードラグ角を変化させるステップにおいて、速度が大きいほどスオッシュプレート（６０）を回転軸方向に垂直な状態から大きく傾けることが好ましい。

リードラグ角を変化させるステップにおいて、ロータハブ（２１）に支持された電動アクチュエータ（６６）が、リードラグ角がロータハブ（２１）の回転に同期して変化するようにブレード（３）を駆動することが好ましい。

リードラグ角を変化させるステップにおいて、電動アクチュエータ（６６）は、リードラグ角の変化が第１周波数成分と第２周波数成分を含むようにブレード（３）を駆動することが好ましい。第１周波数成分の周波数は、ロータハブ（２１）の回転周波数と一致する。記第２周波数成分の周波数は、回転周波数の３倍である。

リードラグ角を変化させるステップにおいて、ブレード（３）がヘリコプタ（１０）の後方側から前方側に向かって動いているときにブレード（３）の翼端（３１）の周速度が遅くなり、ブレード（３）が前方側から後方側に向かって動いているときに翼端（３１）の周速度が速くなるように、リードラグ角を変化させることが好ましい。

本発明によれば、高速飛行が可能なヘリコプタ、ヘリコプタのロータ及びヘリコプタの制御方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明によるヘリコプタ、ヘリコプタのロータ及びヘリコプタの制御方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態に係るヘリコプタ１０を示す。ヘリコプタ１０は、メインロータとしてのロータ２０を備える。

図３を参照して、ロータ２０は、回転系としてのロータハブ２１と、ロータハブ２１に支持されたスパー４と、スパー４を介してロータハブ２１に支持されるブレード３と、ブレード３のピッチ角を制御するフェザリング用スオッシュプレート９と、ブレード３のリードラグ角を制御するリードラグ角制御機構６を備える。スパー４は、ブレード３に作用する遠心力を受け持つ。リードラグ角制御機構６は、ロータハブ２１の回転に同期してブレード３のリードラグ角を変化させる。フェザリング用スオッシュプレート９は、図示されないロッドを介してブレード３に接続される。リードラグ角制御機構６は、固定系としての中空軸２２と、回動軸６３まわりに回動可能なように中空軸２２に支持されたリードラグ用スオッシュプレート６０と、ロッド６７を備える。リードラグ用スオッシュプレート６０は、円板形状を有し、内側の固定部分６１と外側の回転部分６２を備える。スパー４は、リードラグ用スオッシュプレート６０とフェザリング用スオッシュプレート９との間に配置される。固定部分６１は、回動軸６３まわりに回動可能なように中空軸２２に支持される。回転部分６２は、回転自在なように固定部分６１に支持される。ロータハブ２１は、中空軸形状を有している。中空軸２２は、ロータハブ２１の内側に同軸となるように配置されている。ロッド６７は、中空軸２２の内側に通され、固定部分６１に接続されている。ロータハブ２１がその回転軸まわりに回転すると、スパー４及びブレード３はロータハブ２１と共に回転する。ロッド６７がロータハブ２１の回転軸方向に変位することでリードラグ用スオッシュプレート６０が回動軸６３まわりに回動し、その結果、ロータハブ２１の回転軸に対するリードラグ用スオッシュプレート６０の傾きが変化する。回動軸６３は、例えば、ヘリコプタ１０の左右方向に平行である。

図４を参照して、スパー４にはリードラグヒンジ４０が設けられている。スパー４は、リードラグヒンジ４０よりロータハブ２１側（ロータ２０の回転半径方向内側）のハブ側部分４１と、リードラグヒンジ４０より外側（ロータ２０の回転半径方向外側）の翼端側部分４２を備える。ブレード３は翼端側部分４２に結合されている。リードラグ角制御機構６は、リードラグ用スオッシュプレート６０とブレード３とを接続するリンク機構７を備える。リンク機構７は、ハブ側部分４１に回動可能に支持されたプレート７１と、翼端側部分４２に結合されたプレート７２と、ロータハブ２１に回動可能に支持されたクランク７３と、回転部分６２とクランク７３の第１部分７３ａとを連結するロッド７４と、クランク７３の第２部分７３ｂとプレート７１とを連結するロッド７５と、プレート７１とプレート７２とを連結するロッド７６及びロッド７７を備える。ハブ側部分４１には、フェザリング用ヒンジやフラッピング用ヒンジ等通常の関節型ヘリコプタの機構（不図示）が設けられている。

リードラグ用スオッシュプレート６０がロータハブ２１の回転軸に垂直な状態から傾いている場合、クランク７３の第１部分７３ａは、ロータハブ２１の回転に同期してロータハブ２１の回転軸方向に運動する。その結果、翼端側部分４２、プレート７２及びブレード３は、ロータハブ２１の回転に同期してリードラグヒンジ４０まわりに回動する。ブレード３がリードラグヒンジ４０まわりに回動することで、ブレード３のリードラグ角が変化する。したがって、ブレード３のリードラグ角は、ロータハブ２１の回転に同期して変化する。

図５に示すように、ヘリコプタ１０のリードラグ角制御系５は、ヘリコプタ１０の速度Ｖを検出する速度センサ５１と、ヘリコプタ１０の高度を検出する高度センサ５２と、バンク角のようなヘリコプタ１０の姿勢を検出する姿勢センサ５３と、情報処理装置５０と、リードラグ角制御機構６と、ブレード３を備える。リードラグ角制御機構６は、ロッド６７を介してリードラグ用スオッシュプレート６０を駆動するアクチュエータ６５を備える。

本実施形態によれば、一つのアクチュエータ６５でロータ２０が備える全てのブレード３のリードラグ角をロータハブ２１の回転に同期して変化させることができる。

図６を参照して、ブレード３は、リードラグヒンジ４０の位置よりロータハブ２１側（ブレード３のハブ側端縁３２側）のハブ側部分３４と、リードラグヒンジ４０の位置よりロータ２０の回転半径方向外側（ブレードの翼端３１側）の翼端側部分３３とを備える。翼端側部分３３は、翼端側部分４２に結合されている。翼端側部分４２は、翼端側部分３３内に配置され、ハブ側部分４１は、少なくともその一部がハブ側部分３４内に配置される。ハブ側部分４１がハブ側部分３４内に配置されるため、ハブ側部分４１の空気抵抗が低減される。

ロータ２０の回転軸（ロータハブ２１の回転軸）を中心として方位角（アジマス角）ＡＺが定義されている。ヘリコプタ１０の後方に対応する方位角ＡＺを０度とする。方位角ＡＺが増加する方向をロータ２０の回転方向に一致させる。ロータ２０が上から見て反時計回りに回転する場合、ヘリコプタ１０の右方向は方位角ＡＺが９０度であることに対応し、ヘリコプタ１０の前方（前進方向）は方位角ＡＺが１８０度であることに対応し、ヘリコプタ１０の左方向は方位角ＡＺが２７０度であることに対応する。

リードラグ用スオッシュプレート６０がロータハブ２１の回転軸に垂直な状態から傾いている場合、リードラグ角制御機構６は、ブレード３がヘリコプタ１０の後方側から前方側に向かって動いているときにブレード３の翼端３１の周速度が遅くなり、ブレード３がヘリコプタ１０の前方側から後方側に向かって動いているときに翼端３１の周速度が速くなるように、ブレード３のリードラグ角を変化させる。

リードラグヒンジ４０がブレード３の重心に近いほど、アクチュエータ６５の負荷が低減される。リードラグヒンジ４０がブレード３の重心に位置する場合、アクチュエータ６５の負荷が最も低減される。リードラグヒンジ４０をブレード３の重心よりもロータ２０の回転半径方向内側に位置させることで、リードラグ角制御機構６が故障した場合のブレード３の挙動が安定する。

ブレード３の枚数は、図６に示すように４枚であってもよく、４枚以外であってもよい。

図７に示されたグラフを参照して、本実施形態による効果を説明する。グラフの横軸はブレード３の方位角（例えば、ブレード３のリードラグヒンジ４０の位置の部分の方位角）を示し、グラフの縦軸は翼端３１の対気速度をマッハ数で示す。ロータ２０の半径Ｒを８ｍ、リードラグヒンジ４０の位置を半径Ｒの４０％の位置、ロータ２０の回転数を２５０ｒｐｍとする。曲線９１は、ヘリコプタ１０の前進速度を２５０ノット（４６３ｋｍ／ｈ）、ブレード３のリードラグ角の振幅を１５度とした場合における、翼端３１の対気速度と方位角の関係を示す。曲線９２は、ヘリコプタ１０の前進速度を２５０ノット、ブレード３のリードラグ角を固定した場合における、翼端３１の対気速度と方位角の関係を示す。曲線９３は、ヘリコプタ１０の前進速度を１５０ノット（２７８ｋｍ／ｈ）、ブレード３のリードラグ角を固定した場合における、翼端３１の対気速度と方位角の関係を示す。

ブレード３のリードラグ角をロータハブ２１の回転に同期して変化させることで、ブレード３０が前進側（方位角が９０度の位置）にあるときの翼端３１の対気速度が小さくなり、ブレード３０が後退側（方位角が２７０度の位置）にあるときの翼端３１の対気速度が大きくなる。したがって、ヘリコプタ１０は高速で飛行することが可能である。

図８を参照して、リードラグ角の制御方法を詳細に説明する。情報処理装置５０は、ヘリコプタ１０の速度Ｖと閾値Ｖｃとを比較する。アクチュエータ６５は、速度Ｖが閾値Ｖｃ以下の場合にブレード３のリードラグ角の変化の振幅が０になるようにリードラグ用スオッシュプレート６０を位置決めし、速度Ｖが閾値Ｖｃより大きい場合にリードラグ角の変化の振幅が０でないように、且つ、速度Ｖが大きいほどリードラグ角の変化の振幅が大きくなるようにリードラグ用スオッシュプレート６０を位置決めする。

より具体的には、アクチュエータ６５は、速度Ｖが閾値Ｖｃ以下の場合にリードラグ用スオッシュプレート６０をロータハブ２１の回転軸に対して垂直な状態に保持する。アクチュエータ６５は、速度Ｖが閾値Ｖｃより大きい場合にリードラグ用スオッシュプレート６０をロータハブ２１の回転軸に対して垂直な状態から傾ける。アクチュエータ６５は、速度Ｖが大きいほどリードラグ用スオッシュプレート６０をロータハブ２１の回転軸に対して垂直な状態から大きく傾ける。したがって、速度Ｖが閾値Ｖｃ以下の場合、リードラグ角はロータハブ２１の回転に同期して変化しない。速度Ｖが閾値Ｖｃより大きい場合、リードラグ角はロータハブ２１の回転に同期して変化し、速度Ｖが大きいほどリードラグ角の変化の振幅が大きくなる。リードラグ角の変化の振幅が大きいほど、ブレード３がヘリコプタ１０の後方側から前方側に向かって動いているときにブレード３の翼端３１の周速度が遅くなり、ブレード３がヘリコプタ１０の前方側から後方側に向かって動いているときに翼端３１の周速度が速くなる。

情報処理装置５０は、ヘリコプタ１０の高度が高いほど閾値Ｖｃを小さくする。情報処理装置５０は、ヘリコプタ１０のバンク角が大きいほど閾値Ｖｃを小さくする。

このような制御により、必要なときに必要なだけブレード３の周速度が調節される。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るヘリコプタ１０は、第１の実施形態に係るヘリコプタ１０が部分的に変更されたものである。以下、変更に係る部分に関して本実施形態に係るヘリコプタ１０を説明する。

図９を参照して、本実施形態に係るロータ２０は、リードラグ角制御機構６のかわりに、ブレード３のリードラグ角を制御するリードラグ角制御機構６’を備える。リードラグ角制御機構６’は、ロータハブ２１に支持されたアクチュエータ６６を備える。アクチュエータ６６は、電動アクチュエータである。電力及び制御信号は、ロータハブ２１に設けられたスリップリング（不図示）を介してアクチュエータ６６に供給される。アクチュエータ６６は、各ブレード３に対応して設けられる。

図１０を参照して、リードラグ角制御機構６’は、上述のリンク機構７を備える。本実施形態において、リンク機構７は、アクチュエータ６６とブレード３とを接続する。アクチュエータ６６は、ロータハブ２１の回転に同期してロッド７４をロータハブ２１の回転軸方向に動かす。その結果、ブレード３のリードラグ角がロータハブ２１の回転に同期して変化する。

本実施形態に係るヘリコプタ１０はリードラグ角制御系５のかわりにリードラグ角制御系５’を備える。図１１に示すように、リードラグ角制御系５’は、速度センサ５１と、高度センサ５２と、姿勢センサ５３と、ロータハブ２１の方位角（回転角度位置）を検出する方位角センサ５４と、情報処理装置５０と、リードラグ角制御機構６’と、ブレード３を備える。

アクチュエータ６６は、方位角センサ５４が検出したロータハブ２１の方位角（ロータハブ２１の代表位置の方位角）に基づいて、リードラグ角がロータハブ２１の回転に同期して変化するようにリンク機構７を介してブレード３を駆動する。

リードラグ角制御系５’は、第１の実施形態において説明したリードラグ角の制御を実行することが可能である。更に、本実施形態においてはアクチュエータ６６がブレード３ごとに設けられているため、リードラグ角制御系５’は、より高度なリードラグ角の制御を実行可能である。

図１２及び１３を参照して、より高度なリードラグ角の制御を説明する。

図１２に示されたグラフにおいて、横軸はブレード３の方位角を示し、縦軸はブレード３のリードラグ角を示す。アクチュエータ６６は、ブレード３のリードラグ角が曲線９４のように変化するようにブレード３を駆動する。ここで、曲線９４で表されるリードラグ角の変化は、曲線９５で表される第１周波数成分と、曲線９６で表される第２周波数成分の和で表される。第１周波数成分の周波数は、ロータハブ２１の回転周波数と一致する。第２周波数成分の周波数は、ロータハブ２１の回転周波数の３倍である。第１周波数成分と第２周波数成分の位相差は、例えば３０度である。曲線９４におけるリードラグ角の振幅は、１０度である。

図１３に示されたグラフにおいて、横軸はブレード３の方位角を示し、縦軸は翼端３１の対気速度をマッハ数で示す。ロータ２０の半径Ｒを８ｍ、リードラグヒンジ４０の位置を半径Ｒの４０％の位置、ロータ２０の回転数を２５０ｒｐｍとする。曲線９７は、ヘリコプタ１０の前進速度を２５０ノット、ブレード３のリードラグ角を曲線９４のように変化させた場合における、翼端３１の対気速度と方位角の関係を示す。曲線９７は、上述の曲線９２及び曲線９３と比較されている。本実施形態によれば、第１の実施形態の場合に比べてリードラグ角の振幅を低減しながら、第１の実施形態の場合と同等の効果が達成される。

図１４を参照して、第２の実施形態の変形例を説明する。本変形例において、アクチュエータ６６は、ロッド７５をロータ２０の回転半径方向に動かすことで、ブレード３のリードラグ角を変化させる。

図１５及び１６を参照して、第１及び第２の実施形態に係るブレード３の形状の一例を説明する。

図１５は、ブレード３の捩り角分布を示すグラフである。グラフの横軸はブレード３におけるロータ２０の回転半径方向位置を示し、グラフの縦軸はブレード３における捩り角を示す。捩り角は、ハブ側端縁３２からリードラグヒンジ４０の位置にかけて同じであり、リードラグヒンジ４０の位置から翼端３１に向かって減少する。ハブ側部分３４における捩り角が一定であるため、リードラグ角が変化するときにハブ側部分４１とハブ側部分３４とが干渉することが防がれる。

図１６は、ブレード３のコード長分布を示すグラフである。グラフの横軸はブレード３におけるロータ２０の回転半径方向位置を示し、グラフの縦軸はブレード３におけるコード長を示す。コード長は、ハブ側端縁３２からリードラグヒンジ４０の位置に向かって減少し、リードラグヒンジ４０の位置から翼端３１にかけて同じである。ハブ側部分３４におけるコード長がハブ側端縁３２からリードラグヒンジ４０の位置に向かって減少するため、ハブ側部分３４における回転半径方向の揚力分布が適正化される。

上述のブレード３の形状は、ホバリング時と前進時との双方において効率的である。

図１７及び図１８を参照して、第１及び第２の実施形態に係るロータ２０の変形例を説明する。

図１７を参照して、ハブ側部分３４は、リードラグヒンジ４０を中心とする円弧状のレール３５をハブ側端縁３２の近傍に備える。

図１８を参照して、ハブ側部分３４は、上面側外板３４ａと、上面側外板３４ａの内側に設けられたレール３５と、下面側外板３４ｂと、下面側外板３４ｂの内側に設けられたレール３５を備える。ハブ側部分４１は、上面側外板３４ａに設けられたレール３５と係合するコロ４３と、下面側外板３４ｂに設けられたレール３５と係合するコロ４３を備える。

図１９を参照して、レール３５は、台形の横断面形状を有し、上面３５ａと、斜面３５ｂと、斜面３５ｃを備える。斜面３５ｂ及び斜面３５ｃは、上面３５ａを挟むように配置され、上面３５ａに対して互いに反対側に傾斜している。斜面３５ｂはリードラグヒンジ４０の反対側を向くように傾斜し、斜面３５ｃは、リードラグヒンジ４０を向くように傾斜する。コロ４３は、上面３５ａと対向して係合する係合面４３ａと、斜面３５ｂと対向して係合する係合面４３ｂと、斜面３５ｃと対向して係合する係合面４３ｃを備える。

レール３５及びコロ４３により、ブレード３のリードラグ角を滑らかに変化させることが可能となる。更に、ハブ側部分４１がレール３５及びコロ４３を介してハブ側部分３４を支持するため、ハブ側部分３４に作用する空力荷重がハブ側部分４１に伝達される。

図２０に示すように、上述のスパー４をスパー８で置き換えることも可能である。スパー８は、フレックスビームとして形成されている。スパー８は、リードラグヒンジ４０に対応する屈曲部分８０と、ハブ側部分４１に対応するハブ側部分８１と、翼端側部分４２に対応する翼端側部分８２とを備える。翼端側部分８２は、ブレード３の翼端側部分３３に結合される。スパー８が屈曲部分８０において屈曲することで、ブレード３のリードラグ角が変化する。スパー８が屈曲部分８０においてブレード３のリードラグ角が変化する方向に大きく屈曲し、ハブ側部分８１及び翼端側部分８２においてブレード３のリードラグ角が変化する方向にほとんど屈曲しないため、ブレード３のリードラグ角が変化したときにブレード３の重心位置が大きく変化することが防がれる。

リードラグ角制御機構６及び６’は、ブレード３のリードラグ角がブレード３の方位角に対応して変化するようにブレード３を駆動する。リードラグ角制御機構６及び６’は、ブレード３の翼端３１の周速度が前進側で遅く後退側で速くなるようにブレード３のリードラグ角を変化させる。したがって、ヘリコプタ１０は高速飛行が可能である。

図１は、従来のロータの上面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るヘリコプタの側面図である。 図３は、第１の実施形態に係るロータの断面図である。 図４は、第１の実施形態に係るロータの斜視図である。 図５は、第１の実施形態に係るヘリコプタの制御系のブロック図である。 図６は、第１の実施形態に係るロータの上面図である。 図７は、第１の実施形態に係るロータのブレード翼端の対気速度と方位角との関係を示すグラフである。 図８は、第１の実施形態に係る制御規則を説明するグラフである。 図９は、本発明の第２の実施形態に係るロータの側面図である。 図１０は、第２の実施形態に係るロータの斜視図である。 図１１は、第２の実施形態に係るヘリコプタの制御系のブロック図である。 図１２は、第２の実施形態に係るロータのブレードのリードラグ角と方位角との関係を示すグラフである。 図１３は、第２の実施形態に係るロータのブレード翼端の対気速度と方位角との関係を示すグラフである。 図１４は、第２の実施形態の変形例に係るロータの斜視図である。 図１５は、ブレードの捩り角分布を示すグラフである 図１６は、ブレードのコード長分布を示すグラフである。 図１７は、レール及びコロを備えたロータの上面図である。 図１８は、レール及びコロを備えたロータの側面図である。 図１９は、レール及びコロの係合状態を示す。 図２０は、フレックスビームがスパーとして用いられたロータの上面図である。

符号の説明

１０…ヘリコプタ
２０…ロータ
２１…ロータハブ（回転系）
２２…中空軸（固定系）
３…ブレード
３１…翼端
３２…ハブ側端縁
３３…翼端側部分
３４…ハブ側部分
３４ａ…上面側外板
３４ｂ…下面側外板
３５…レール
３５ａ…上面
３５ｂ、３５ｃ…斜面
４…スパー
４０…リードラグヒンジ
４１…ハブ側部分
４２…翼端側部分
４３…コロ
４３ａ〜４３ｃ…係合面
５、５’…リードラグ角制御系
５０…情報処理装置
５１…速度センサ
５２…高度センサ
５３…姿勢センサ
５４…方位角センサ
６、６’…リードラグ角制御機構
６０…リードラグ用スオッシュプレート
６１…固定部分
６２…回転部分
６３…回動軸
６５、６６…アクチュエータ
６７…ロッド
７…リンク機構
７１、７２…プレート
７３…クランク
７３ａ…第１部分
７３ｂ…第２部分
７４〜７７…ロッド
８…スパー
８０…屈曲部
８１…ハブ側部分
８２…翼端側部分
９…フェザリング用スオッシュプレート
９１〜９７…曲線
１０１…前進側ブレード
１０２…後退側ブレード

Claims (9)

1. ブレードと、
   前記ブレードを支持するロータハブと、
   前記ロータハブの回転に同期して前記ブレードのリードラグ角を変化させるリードラグ角制御機構と、
   前記ロータハブに支持されたスパーと
   を具備し、
   前記ブレードがリードラグヒンジまわりに回動することで前記リードラグ角が変化し、
   前記リードラグヒンジは、前記ブレードの重心に位置し、
   前記リードラグヒンジは前記スパーに設けられ、
   前記ブレードは、前記リードラグヒンジの位置より前記ロータハブ側のブレードハブ側部分を備え、
   前記スパーは、前記リードラグヒンジより前記ロータハブ側のスパーハブ側部分を備え、
   前記スパーハブ側部分は、前記ブレードハブ側部分内に配置された
   ヘリコプタのロータ。
2. 前記ブレードの捩り角は、前記ブレードの前記ロータハブ側の端縁から前記位置にかけて同じであり、前記位置から前記ブレードの翼端に向かって減少し、
   前記ブレードのコード長は、前記端縁から前記位置に向かって減少し、前記位置から前記翼端にかけて同じである
   請求項１のヘリコプタのロータ。
3. 前記ブレードハブ側部分は、第１レールを備え、
   前記スパーハブ側部分は、前記第１レールと係合する第１コロを備える
   請求項１又は２のヘリコプタのロータ。
4. 前記ブレードハブ側部分は、前記第１レールが設けられた上面側外板と、下面側外板と、前記下面側外板に設けられた第２レールを備え、
   前記スパーハブ側部分は、前記第２レールと係合する第２コロを備える
   請求項３のヘリコプタのロータ。
5. 前記リードラグ角制御機構は、スオッシュプレートと、前記スオッシュプレートと前記ブレードとを接続するリンク機構とを備える
   請求項１乃至４のいずれかに記載のヘリコプタのロータ。
6. 前記リードラグ角制御機構は、前記ロータハブに支持された電動アクチュエータを備え、
   前記電動アクチュエータは、前記ロータハブの回転に同期して前記リードラグ角が変化するように前記ブレードを駆動する
   請求項１乃至４のいずれかに記載のヘリコプタのロータ。
7. ロータと、
   リードラグ角制御系と
   を具備し、
   前記ロータは、
   ブレードと、
   前記ブレードを支持するロータハブを備え、
   前記リードラグ角制御系は、前記ロータハブの回転に同期して前記ブレードのリードラグ角を変化させ、
   前記ブレードがリードラグヒンジまわりに回動することで前記リードラグ角が変化し、
   前記リードラグヒンジは、前記ブレードの重心に位置し、
   前記ロータは、前記ロータハブに支持されたスパーを備え、
   前記リードラグヒンジは前記スパーに設けられ、
   前記ブレードは、前記リードラグヒンジの位置より前記ロータハブ側のブレードハブ側部分を備え、
   前記スパーは、前記リードラグヒンジより前記ロータハブ側のスパーハブ側部分を備え、
   前記スパーハブ側部分は、前記ブレードハブ側部分内に配置された
   ヘリコプタ。
8. 前記リードラグ角制御系は、
   本ヘリコプタの速度を検出する速度センサを備え、
   前記速度と閾値を比較し、
   前記速度が閾値より大きい場合、前記ロータハブの回転に同期して前記リードラグ角を変化させる
   請求項７のヘリコプタ。
9. 前記リードラグ角制御系は、
   本ヘリコプタの速度を検出する速度センサを備え、
   前記速度が大きいほど前記リードラグ角の変化の振幅を大きくする
   請求項７のヘリコプタ。

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