JP4890826B2 - ヘリコプター用の回転翼 - Google Patents

Description

本発明は、回転翼を回転させるために駆動シャフトに接続されたハブと、ハブに固定されて、該ハブから放射状に突き出ている複数のブレードとを実質的に具備するタイプのヘリコプター用の回転翼に関するものである。

より詳しくは、各ブレードは、ほぼ放射状に長く延在し、また使用中に、駆動シャフトの軸線に垂直な駆動平面内でハブによって回転され、かつヘリコプターを操縦するためにハブに対するあらゆる平面内で可動である。

確立されたヘリコプターの設計基準は、ヘリコプターの各運転条件についての回転翼及びブレードの動作振動数が、ヘリコプターの他の構成部品の固有振動数の範囲とは異なる範囲に含まれることを要求する。

もしそうでないなら、ヘリコプターは特別に厳しく破壊的ですらある振動を受けることになる。

ヘリコプターの設計では、前記固有振動数の適切な設定がそれ故重要であり、そのために、ブレードの内部又は外部のいずれかでハブと各ブレードとの間に置かれる振動減衰装置が知られている。

ブレードの外部への減衰装置の配置は、ヘリコプターの性能及び燃料消費率を損なう追加の空力抵抗を生み出す。

そのような空力抵抗を減少させるために、減衰装置は可能な限り小さく作られねばならない。しかしながらそのようにすることによって、回転翼に作用する荷重が、減衰装置に厳しい応力を誘発して減衰装置の分離を引き起こしさえして、回転翼の機能不全及びヘリコプターに対する追加のストレスを招いて操縦を困難にする。

さらに、減衰装置がもし分離されたなら、減衰装置は、安全に関する明白な結果と共にヘリコプターの回転翼に打ち当たる。

対照的に、ブレードの内部への減衰装置の配置は、ハブに接続されているブレードの部分と減衰装置とが相互作用することによって引き起こされる問題、つまり接触部品間の滑動運動によって引き起こされる問題を有する。

さらに詳しくは、そのような滑動運動は、接触している部品の磨耗と局部発熱とを生み出し、その結果部品の動作寿命を減じ、またヘリコプターの効率を犠牲にしてエネルギーを浪費する。

ブレードの内部に減衰装置を配置することは、大きさの問題も有しており、場合によっては回転翼のハブの再設計を必要にすることがある。

本発明の目的は、前述の欠点の少なくとも一部を簡単で低コストの様態で取り除くように構築されたヘリコプター用の回転翼を提供することである。

本発明により、特許請求の範囲の請求項１に記載されたヘリコプター用の回転翼が提供される。

本発明の好適で非限定的な実施例が、添付図面を参照しながら例示を目的として説明される。

添付図面の参照符号１は、ヘリコプター（非図示）用の回転翼を全体として示しており、前記回転翼は、軸線Ａを有するハブ２と、該ハブ２からほぼ放射状に突き出る複数のブレード３（一つだけが詳細に示される）と、複数の減衰装置４（一つだけが詳細に示される）とを実質的に具備しており、前記複数の減衰装置４の各々は、回転翼１によってヘリコプターに引き起こされる振動を低減するために、ハブ２とそれぞれのブレード３との間に配置される。

より詳しくは、ハブ２は、回転翼１の駆動シャフト６を収容するための、軸線Ａを有する半径方向内側の円筒状本体５と、半径方向外側の管状部分７とを具備しており、前記半径方向外側の管状部分７は、湾曲した多角形輪郭を有し、また等しい角度で間隔をあけられた複数の放射状スポーク８によって円筒状本体５に接続されている。

換言すると、ハブ２は、軸線Ａを有する複数の貫通座９を具備し、前記貫通座９は軸線Ａの周囲で等分に離間され、また貫通座９によってそれぞれのブレード３を取り付ける。

より詳しくは、各々の座９は、二つの隣接するスポーク８によって円周方向に境界を付けられ、また円筒状本体５及び管状部分７によって半径方向に境界を付けられている。

添付図面に示されるように、各ブレード３は、軸線Ａに対してほぼ放射状の方向Ｃに大部分が延び、またヘリコプターの揚力／飛行表面を形成する主本体１０（添付図面では部分的にのみ示される）と、ブレード３をハブ２に接続するために主本体１０の半径方向内側の端にボルト固定された連結部材１１とを具備している。

より詳しくは、各ブレード３の連結部材１１は、概ねＣ字形状をしており、また二つの平行なアーム１２と、該アーム１２を接続している接続部分１３とを具備しており、前記二つの平行なアーム１２の間にブレード３の主本体１０の半径方向内側の端が固定され、前記接続部分１３はハブ２のそれぞれの座９に係合する。

より詳しくは、各ブレード３の連結部材１１の接続部分１３は、ブレード３が、軸受１５の介在によって回転中心Ｒ回りの全ての可能な空間平面に移動することを可能にされるように、ハブ２のそれぞれの座９に係合している。

より詳しくは、各々の軸受１５は、ハブ２の管状部分７の関係する座９に形成された凸状円周突出部１６と、関係するブレード３の連結部材１１の接続部分１３に形成された相補的形状の凹部１７との間に収容される。

添付図面に明瞭に示されるように、ハブ２の管状部分７の各々の突出部１６は軸線Ａの方を向いているのに対して、各々の凹部１７は、関係するブレード３の接続部分１３の側面に形成されて、軸線Ａの方を向いていない。

上述された構造配置であることを考えると、各ブレード３は、軸線Ａに垂直な平面内でハブ２と一体に回転可能であると共に、回転中心Ｒを中心にしてハブ２に対して可動である。

より詳しくは、各ブレード３の全ての可能な運動のなかで本発明の明確な理解のために最も重要なことは、回転中心Ｒを通り且つ軸線Ａ及び方向Ｃに垂直に延びる軸線Ｂについてである。ブレード３の他の公知の可能な運動は説明を平易にするために記載されない。

図２及び３に示されるように、各減衰装置４は関係するブレード３の連結部材１１のアーム１２の間に収容されて、一方の側をアーム１２に固定され、反対側をハブ２の管状部分７に固定される。

さらに詳しくは、各減衰装置４は、軸線Ａに平行な方向ではアーム１２の間に収められ、また半径方向では、ハブ２の管状部分７と、関係するブレード３の主本体１０の半径方向内側の端との間に収められる。換言すると、各連結部材１１は、関係するブレード３の骨組枠状部分を形成し、次に関係する減衰装置４を収容するために軸線Ｂに平行な方向に開放した座１８を形成している。

各減衰装置４は、プレート部材２０を有利に具備しており、前記プレート部材２０の、軸線Ａに対する半径方向内側の端２１がハブ２の管状部分７に固定され、前記プレート部材２０の、軸線Ａに対する半径方向外側の端２２が、部分的にエラストマー材料から作られた接続部材２３によって関係するブレード３の連結部材１１のアーム１２に固定される。

より詳しくは、プレート部材２０は、Ｖ字形であり、関係するブレード３の連結部材１１のアーム１２に平行な平面内に延在し、また方向Ｃに関して対称である。

より詳しくは、プレート部材２０は先端部分２４を具備しており、前記先端部分２４から、二つの分枝する側方分枝２５が始まっている。

先端部分２４は、プレート部材２０の端２２を形成する一方で、側方分枝２５の自由端が、プレート部材２０をハブ２の管状部分７に接続する端２１を共に形成している。

プレート部材２０の先端部分２４は、後で詳細に説明される関節型継手を形成するために接続部材２３に接続された端の球２６を有している。

さらに詳しくは、接続部材２３は、平行六面体形の支持部材２７を具備しており、前記支持部材２７は、エラストマー材料のそれぞれのパッド２８を介在させてアーム１２の自由端の間に固定され、またやはりエラストマー材料から作られた軸受２９を介在させた状態で、プレート部材２０の球２６を収容するための球面座３０を形成している。

図１に詳しく示されるように、側方分枝２５は、ハブ２の管状部分７の周縁に固定されて、管状部分７の一部を受容するためのキャビティを先端部分２４と共に形成し、この構造配置が、回転翼１の軸線Ａに対する半径方向の全体サイズを制限している。

本発明の重要な特徴は、プレート部材２０が、関係するブレード３の運動の間に、軸線Ｂに同軸の軸線Ｄ回りに可撓性を有するということである。

軸線Ｄ及びＢが同軸であるので、各ブレード３が軸線Ｂ回りに回転するとき、関係するプレート部材２０と、プレート部材２０をハブ２に接続する部分及びブレード３に接続する部分との間に滑動運動は生じず、その結果磨耗及び局部発熱が大幅に減少する。

非図示の代替実施例では、軸線Ｂに近接して平行に配置された軸線Ｄによっても同じ成果が得られる。より詳しくは、軸線Ｄは、プレート部材２０の方向Ｃの全長の１０％以下で、好適には５％以内の間隔を軸線Ｂから空けて配置される。

本明細書に記載されて図示された回転翼１の更なる利点が以下に示される。

特に、Ｖ字形に形成された各プレート部材２０は、軸線Ａと関係する方向Ｃとによって形成される平面内に作用する曲げモーメントと、方向Ｃに垂直な剪断力とに対してはるかに良く抵抗する。

実際、各プレート部材２０は、軸線Ａから関係する接続部材２３の方へ向かって面積及び慣性モーメントが減少することによって特徴付けられた、プレート部材２０の平面に直交する断面を有する。

従って、前記曲げモーメントに対するプレート部材２０の抵抗は、軸線Ｄに近接しそれ故にブレード３の曲げ荷重によるより大きな力を受ける断面であって、より大きな慣性モーメントを有する断面によって最適化される。

同様に、軸線Ａの近傍では、剪断荷重に対するプレート部材２０の抵抗は、プレート部材２０が、より大きな面積の断面を軸線Ａの近くに有することによって改善される。

従って各減衰装置４は、軸線Ａに対する半径方向の全体サイズがより小さいことによって、及び公知の解決法に比較して向上した、外力に対する抵抗性によって特徴付けられる。

さらに、各減衰装置４が偶発的に回転翼１から外れた場合、各減衰装置４は、関係する座１８の内側に残って、関係するブレード３からの離脱、及び回転翼１への可能性のある衝突が防止される。

換言すると、上述の状態において、回転翼１の機能不全及びヘリコプターに対する追加のストレスが従って低減される。

最後に、各減衰装置４を、関係するブレード３によって形成された閉じた座１８の内側に収納することは、追加の空力抵抗を生み出さないので、ヘリコプターの性能と燃料消費率を改善する。

特許請求の範囲の請求項によって規定される範囲から外れることなく、明らかに、本明細書で記述されて図解された回転翼１に対する変更が可能である。

本発明によるヘリコプター用の回転翼の部分縦断面図である。 図１の切断線II-IIに沿って得られた、より小さな縮尺の断面図である。 図１の切断線II-IIに沿って得られた、より小さな縮尺の、図２の動作状態とは異なる動作状態にある回転翼の断面図である。

符号の説明

１ 回転翼
２ ハブ
３ ブレード
４ 減衰装置
１８ 座
２０ プレート部材
２４ 先端部分
２６ 球
２７ 支持部材
２８ パッド
２９ 軸受
Ｂ 軸線Ｂ
Ｄ 軸線Ｄ

Claims (4)

1. ヘリコプター用の回転翼（１）であって：
   第一軸線（Ａ）を中心にして回転するハブ（２）にして、半径方向内側の円筒状本体（５）及び半径方向外側の管状部分（７）を具備するハブ（２）と；
   前記第一軸線（Ａ）に直交する平面内に延びるそれぞれの縦方向（Ｃ）で前記ハブ（２）から突き出ている複数のブレード（３）にして、少なくとも、前記第一軸線（Ａ）及び関係する前記縦方向（Ｃ）に直交する第二軸線（Ｂ）回りに可動であるように前記ハブ（２）に各々が接続された複数のブレード（３）と；
   前記ヘリコプターの振動を減衰するための複数の減衰装置（４）にして、各々が、前記ハブ（２）の前記管状部分（７）とそれぞれの前記ブレード（３）との間に配置される複数の減衰装置（４）と；を具備する回転翼（１）において、
   各々の前記減衰装置（４）が、一方の側を前記ハブ（２）に固定された個別のプレート部材（２０）にして、反対側を弾性手段（２６，２７，２８，２９）によって関係する前記ブレード（３）に接続されたプレート部材（２０）を具備し、前記プレート部材（２０）が、前記ブレード（３）の運動中に、前記第二軸線（Ｂ）に平行で且つ該第二軸線（Ｂ）に近接して配置された第三軸線（Ｄ）回りに可撓性を有し、
   各々の前記プレート部材（２０）は、Ｖ字形であって：
   関係する前記ブレード（３）に接続された先端（２４）と；
   前記先端（２４）から始まって分枝する二つの側方分枝（２５）と；
   前記先端（２４）の反対側の端（２１）にして、前記側方分枝（２５）の自由端により形成されるとともに、前記ハブ（２）の前記管状部分（７）に接続された端（２１）と；を具備しており、
   前記各プレート部材（２０）の前記二つの側方分枝（２５）が、互いに離間されていて、前記ハブ（２）の前記管状部分（７）の一部を受容するためのキャビティを前記先端（２４）と共同して形成することを特徴とする、回転翼（１）。
2. 前記第三軸線（Ｄ）が前記第二軸線（Ｂ）に同軸であることを特徴とする、請求項１に記載の回転翼。
3. 前記プレート部材（２０）が、関節型継手（２６，２７）によって前記弾性手段（２８，２９）に接続されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転翼。
4. 各々の前記ブレード（３）が、関係する前記減衰装置（４）を収容するための座（１８）を形成する骨組枠状部分（１１）を、前記ハブ（２）の近くに具備す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回転翼。

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