JP4988101B2 - ヘリコプタ用回転翼 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、翼形の輪郭に組み込まれ、回転軸に旋回可能に取り付けられた特にキャンバーフラップ等のような空力式制御フラップを備えたヘリコプタ用回転翼に関し、この制御フラップには回転軸の外側に制御棒のような制御手段が、その直線運動を制御面の旋回運動へ変換するために連結されているヘリコプタ用回転翼に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタは、従来の飛行機に比べて多くの利点により秀れている。垂直離着陸により、場所によって限定された区域内で操縦することができる。わずかな速度での離陸性能により、ヘリコプタは監視任務のために使用することができる。ホバリング可能なことにより、ヘリコプタは救助任務の際の使用機として定められている。
【０００３】
垂直揚力と推進力は、回転軸の回りを回転翼が回転することにより引き起こされ、この回転翼は、各回転軸に関する姿勢に応じて方向づけられる揚力を発生させる。回転翼の姿勢とそれによるヘリコプタの揚力と推進力は通常、揺動板による翼長方向の軸に沿った回転翼のねじれと、この揺動板と回転翼間にある連動桿により保証される。あるいは、回転翼の姿勢を制御フラップによって影響を与えるようにすることもでき得る。制御フラップが旋回することで、空気の流入率が変化することになる。
【０００４】
その際、回転翼の典型的なスラッピング騒音を減少するために、制御フラップとして後縁にサーボフラップを使用することができる。この騒音は回転翼の、先行する回転翼により起こる気流の渦との相互作用により生じる。サーボフラップは、相互作用の空力を減少するためにこの領域で使用され、軽く調整および引き締めを行うことによりこの気流の渦は弱まり、さらに外側に押しやられる。
【０００５】
キャンバーフラップとして前縁に取り付けた制御フラップを昇降させることにより、前縁にある高い吸引ピークが、回転翼が後退する際に減少し、それによりこの段階での流れのはく離が遅れ、空力係数の進行中のヒステリシスループは小さくなる。さらに前縁にある散在したキャンバーフラップにより、連続して輪郭線を変形する場合に弾性変形させるために必要なエネルギーが、空力的な力とモーメントに打ち勝つために使用され、あるいはより大きな運動力の供給が準備される。
【０００６】
Ｔ．ロルコフスキ、Ｐ．イェンケル、Ｆ．ヘルムレ、Ｓ．シュトルム、Ｍ．クライストマンの「動的失速減速するためのピエゾアクチュエータで駆動する前縁フラップの構造開発」（ＤＧＬＲ年会１９９９年９月２７日−３０日）により、前縁にあるキャンバーフラップは既知であり、ピエゾアクチュエータの力が押し棒を介してフラップ連結点に伝達される。このフラップ連結点はキャンバーフラップの回転軸の上方にあるので、レバー構造を介してフラップは、押し棒が前方に移動する場合には下へと旋回し、後方移動する場合には上へ旋回する。よって各レバーアーム（フラップ連結点と回転軸間の距離）と押し棒の進路によって異なる傾きが可能となる。
【０００７】
この種の構造では、押し棒をフラップ連結点で単純に支承する場合に、駆動中にかかる９．８Ｎ（１０００ｇ重）にまで達する遠心力と押し棒の負荷のために、軸受が傾いてしまい、それにより駆動が制限されることが問題として起きる。キャンバーフラップはローターの１回転中に何回か上下運動するので、単純な軸受構造の場合に高い負荷の下では構成要素が損耗してしまう。このためフラップを駆動するためのエネルギー量が増加するだけでなく、それにより軸受の遊びが大きくなり、より早く傾きが現れる結果となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明は、高い設定速度で駆動され、９．８Ｎ（１０００ｇ重）にまで達する遠心力負荷の下でも制御手段を用いて制御され、制御手段と制御面が傾くことのない空力制御フラップを備えた回転翼を提供することを目的とする。また、保守負担の低減を図った設計とするため、個々の構成要素の損耗を低減させることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の回転翼は、制御手段が転がり軸受と翼長方向に並んだボルトとを介して装着され、回転翼の回転から生じる制御手段の遠心力を制御フラップを介して受ける手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
制御手段の運動エネルギーを、転がり軸受を用いて取り付けられたボルトに伝達することにより、傾く危険は単純な点軸受の場合より少なくなる。さらに遠心力が制御フラップの遠心力を受ける手段を介して受けられて吸収されるので、遠心力負荷が異なる場合でも、遊び無しの制御フラップの安定した制御が保証される。制御装置の個々の構成要素の選択された調整が互いに変化しないので、傾くことはほとんど不可能となる。そのため個々の構成要素の損耗も減少する。
【００１１】
有利な形態では前記遠心力を受ける手段は、制御手段と制御フラップ間に取り付けられたスラスト玉軸受等のようなスラスト軸受と、初期状態でも常に制御手段の支持部を軸受に向かって付勢しているバネとから成る。スラスト軸受により、制御フラップと支持領域間の摩擦が最小限にとどめられ、それによりアクチュエータが制御フラップを動かすために必要なエネルギーがより少なくなる。スラスト軸受は好ましくはスラスト玉軸受であるが、構成要素間の摩擦を減らすことが可能な種々の軸受を使用することができる。バネは、遠心力が小さい場合に軸受の遊びを阻止し、軸受がずれないように保護する。そのため遠心力が小さい場合にも軸受の遊びは存在せず、傾くことが阻止される。好ましくはバネがボルトの回りに装着され、そのためバネのずれが阻止される。
【００１２】
制御手段からフラップへの運動の伝達は、好ましくはケーシングを介して行われる。これによって直線運動が、その中に組み込まれた転がり軸受を介してボルトへ伝達される。制御フラップにあるボルトの軸受が、その結果として制御フラップの旋回を引き起こす。
【００１３】
このボルトは、フラップ側面の軸受部内にねじ込まれていると有利である。そのために取り付けが容易で、必要な場合には交換が容易に行える。万一溶接かまたは接着を必要とする特別な負荷がかかる状況下にあるときも、このことは当然可能でもある。
【００１４】
他の好ましい形態では、遠心力を受ける手段は、ボルト内にある転がり軸受球と、これと作用連結し、制御フラップと強固に連結する中空ソケットから成り、転がり軸受球がボルトの翼長方向外側末端に設けられ、中空ソケットが転がり軸受球よりも翼長方向外側に設けられる。したがってこの制御手段は、制御フラップが連結されるボルトを介してこれらに対して支持されることが確保される。中空ソケット内の球の点軸受は、わずかな摩擦損失しかなく、本来軸受の遊びは無い。
【００１５】
中空ソケットの半径は好ましくは転がり軸受球の半径より大きく選択され、楕円形の断面も可能である。このために点軸受を容易に行うことが確保され、それによって翼長方向の制御棒のずれが阻止され、運動の際にわずかなエネルギーが摩擦と熱に変換されるだけである。
【００１６】
好ましくは中空ソケットは人工サファイアから成る一方で、転がり軸受球は鋼から成るとよい。もちろん例えばルビーのような他の軸受石から成る中空ソケットを使用することも可能である。この材料も、摩擦の際に転がり軸受球と溶接することはない。
【００１７】
制御手段からフラップへの運動の伝達は、別の有利な形態ではＵ形部にある２つのボルトを介して行われ、それにより制御軸が遮断される。この場合、これらのボルトは制御フラップ内のころがり軸受を介して取り付けられる。そのためＵ形部の側面の間に構成空間が生じ、これは低い高さの回転翼に使用することが可能である。例えばこの構成空間内に他の実施形態のケーシングを装着することが可能であり、その際、制御手段の運動をある方向に変換するためにこのケーシングが設けられ、一方制御手段の運動を別の方向に変換するためにＵ形部を使用することができる。
【００１８】
ボルトはＵ形部と溶接または接着することが可能であるが、好ましくはボルトはＵ形部とネジで固定するとよい。これにより場合によっては、多大な修理費用をかけることなくこの応力の作用する構成要素を容易に交換することが保証される。
【００１９】
転がり軸受は、好ましくはその翼長方向で外側の側部が、非対称な軸密封リングによって密閉されているとよい。非対称な軸密封リングは、その軸方向で非対称に構成され、その軸方向で所定の圧力差を許容する。これによって遠心力の下で、浸出した転がり軸受グリースの塊りが、該軸密封リングの突出した密封面によって引き止められる。
【００２０】
好ましくは転がり軸受はニードル軸受であるとよい。
【００２１】
中空ソケットと、ボルトまたは転がり軸受を受ける軸受部は挿入部材であることが好ましく、これは組立の際制御フラップの穿孔／開口部内に形状的に固定する方法で挿入され得る。そのために、それらの外側の輪郭は、穿孔に適合していなければならない。この挿入部材は、別の挿入部材および止めナットと共に、制御フラップ内のその位置に正確に固定および位置付けされるので、全軸受の遊びは減少する。さらに必要な場合には容易に交換することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明を以下の図面に示す２つの実施形態を基に更に詳細に説明する。
【００２３】
図１に示した回転翼１では、前縁２でキャンバーフラップ１０が回転翼１に組み込まれている。このキャンバーフラップ１０の輪郭は、翼形の輪郭に一致する。キャンバーフラップ１０はこの実施形態では、回転翼１と連結する枠２０内へ組み込まれている。キャンバーフラップ１０は、この枠２０内で旋回可能に取り付けられている。このため２つの留めピン２１、２２が旋回軸を形成する。この留めピン２１、２２は枠２０と強固に連結する。キャンバーフラップ１０は、軸受２１ａ、２２ａを介して留めピンに取り付けられている。キャンバーフラップ１０の旋回軸上方（翼上面方向）には、制御棒３０の連結軸Ａがある。この制御棒３０は（ここでは示していない）内部アクチュエータにより前進（前縁方向へ）および後退（後縁方向へ）運動する。即ち、旋回軸と連結軸Ａとの間には、図面に垂直な方向（上下方向）にオフセットが存在しており、この旋回軸と連結軸Ａ間のオフセットによるてこの作用により、キャンバーフラップ１０の旋回運動が上方または下方へと行われる。制御棒３０の縦運動を連結軸Ａへ伝達するために、制御棒３０はケーシング４０と強固に連結する。このケーシング４０内には、制御棒３０の運動を受け、ニードル軸受４６内にキャンバーフラップ１０を旋回させるためにこの運動を伝達するためのボルト４１がある。このボルト４１は、キャンバーフラップ１０と連結する２つの軸受部４２、４３内にねじ込まれる。遊びをなくし摩擦を減らすために、ケーシング４０と翼長方向外側にある軸受部４３との間にスラスト玉軸受４４がある。ボルト４１の周囲に装着したバネ４５は、ケーシング４０が内側の軸受部４２から外側の軸受部４３へ押されるように作用する。従って、遠心力が異なる場合にも常に安定した位置が保証される。回転軸（連結軸）の軸受、軸受部を備える受け部材、およびスラスト玉軸受は、それぞれ穿孔（破線で示す）内に適合して挿入される挿入部材として形成される。これら挿入部材は、個々の構成要素の遊びを互いにより減少させるために、スペーサと止めナットを用いてそれぞれの位置で、キャンバーフラップ１０の穿孔に挿入され、固定される。
【００２４】
図２は、第２の実施形態を表す。この実施形態の回転翼１は、前縁２内に組み込まれたキャンバーフラップ１０を備え、回転翼１内の枠２０と留めピン２１、２２によってキャンバーフラップ１０の軸受を行う点は、図１の実施形態と同様である。
【００２５】
制御棒３０の縦運動の連結軸Ａへの変換は、この実施形態ではＵ形部５０を介して行われ、その側面には２つのボルト５１、５２が翼長方向それぞれ逆向きの外側及び内側にネジで固定される。そのようにして形成された制御棒３０の連結軸Ａは、キャンバーフラップ１０内に２つのニードル軸受５３ａ、５４ａを介して設けられ、このニードル軸受はキャンバーフラップ１０と作用的に連結している。故にニードル軸受５３ａ、５４ａは２つの挿入部材５３、５４内にあり、この挿入部材もまたキャンバーフラップ１０の穿孔内（破線で示した）に適合して挿入される。Ｕ形部５０側面の間にはスペーサ５０ａがあり、これは制御棒３０により高い引っ張り荷重がかかる場合に側面が変形して曲がるのを防止する。駆動中にかかる遠心力に対するＵ形部５０の支持は、転がり軸受球５５により行われ、これは外側のボルト５２の外側末端に取り付けられる。この転がり軸受球５５は、人工サファイア製の中空ソケット５６内に装着され、この中空ソケットはキャンバーフラップ１０と強固に連結する。
【００２６】
この実施形態でも全ての構成要素は、転がり軸受を受ける挿入部材である中空ソケット５６のように、挿入部材として設計され、キャンバーフラップ１０内の穿孔内に挿入される。このため容易な取り付けと修理が可能となる。
【００２７】
２つの互いに相対して圧縮応力がかけられるピエゾアクチュエータをアクチュエータとして使用する場合に、ニードル軸受の位置の遊びを減らすために、図１の実施形態と図２の実施形態を組み合わせて、上方向の制御フラップの動きを図１のようなケーシングを備えた制御棒によって伝達し、また下方向の制御フラップの動きを図２のＵ形部を備えた制御棒によって伝達することができる。その際に２つの制御棒は互いに入り子式にガイドされる。こうして、この組み合わせにより、制御棒の運動を連結軸へ伝達する図１と図２に示した実施形態を１つの制御フラップに統合することも可能である。これは例えば、Ｕ形部が十分に広くて、その側面の間に、図１に示すケーシングを図１の全軸受部と共に収容することができる場合に実現することができる。また、図１の実施形態または図２の実施形態において、転がり軸受４６、５３ａ、５４ａの翼長方向の外側の側部が、非対称な軸密封リング(図示せず)によって密閉されているとよい。非対称な軸密封リングは、その軸方向で非対称に構成され、その軸方向で所定の圧力差を許容するものであるとよい。これによって、遠心力の作用下において、転がり軸受から浸出したグリースが軸密封リングによって保持される。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の制御フラップを備えた回転翼では、回転翼の回転から生じる制御手段の遠心力を制御フラップを介して受ける手段により受けるようにしたので、高い遠心力負荷のある場合でも、制限されることなくフラップ駆動が制御されるため、個々の構成要素の摩耗を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、前縁に装着した制御フラップ（キャンバーフラップ）を備えた回転翼を、制御棒の運動を変換するケーシングと共に示す略図である。この図では、回転翼内に組み込まれた構成要素も見えるように表示してある。
【図２】図２は、前縁に装着した制御フラップ（キャンバーフラップ）を備えた回転翼を、制御棒の運動を変換するＵ形部と共に示す略図である。この図では、回転翼内に組み込まれた構成要素も見えるように表示してある。
【符号の説明】
１ 回転翼
１０ 制御フラップ（キャンバーフラップ）
３０ 制御手段
４６、５３ａ、５４ａ 転がり軸受
４１、５１、５２ ボルト
４４ スラスト軸受
４５ 付勢バネ
４２、４３ 軸受部
５０ Ｕ形部
５３、５４ 挿入部材
５５ 転がり軸受球
５６ 中空ソケット

Claims (12)

1. 翼形状の輪郭に組み込まれ、回転軸上で旋回可能に取り付けられた空力制御フラップ（１０）を有し、制御手段（３０）が前記回転軸の外側に連結していて、その直線運動を制御フラップ（１０）の旋回運動へ変換するヘリコプタ用回転翼（１）であって、
   制御手段（３０）が、転がり軸受（４６）と翼長方向に並んだボルト（４１）とを介して取り付けられ、回転翼の回転から生じる制御手段（３０）の遠心力を、制御フラップ（１０）を介して受ける手段が設けられ、遠心力を受ける手段が、制御手段（３０）と制御フラップ（１０）の間に取り付けたスラスト軸受（４４）と、軸受の遊びを減らすための付勢バネ（４５）から成ることを特徴とする回転翼。
2. 制御手段（３０）が、転がり軸受（４６）を備えたケーシング（４０）を介してボルト（４１）に作用することを特徴とする請求項１記載の回転翼。
3. ボルト（４１）が、フラップ側面の軸受部（４２、４３）へねじ込まれることを特徴とする請求項２に記載の回転翼。
4. 翼形状の輪郭に組み込まれ、回転軸上で旋回可能に取り付けられた空力制御フラップ（１０）を有し、制御手段（３０）が前記回転軸の外側に連結していて、その直線運動を制御フラップ（１０）の旋回運動へ変換するヘリコプタ用回転翼（１）であって、
   制御手段（３０）が、転がり軸受（５３ａ、５４ａ）と翼長方向に並んだボルト（５１、５２）とを介して取り付けられ、回転翼の回転から生じる制御手段（３０）の遠心力を、制御フラップ（１０）を介して受ける手段が設けられ、
   遠心力を受ける手段が、ボルト（５２）内にある転がり軸受球（５５）とこれを支持する中空ソケット（５６）から成り、
   転がり軸受球（５５）がボルト（５２）の翼長方向外側末端に設けられ、中空ソケット（５６）が転がり軸受球（５５）よりも翼長方向外側に設けられることを特徴とする回転翼。
5. 中空ソケット（５６）の半径が、転がり軸受球（５５）の半径より大きいことを特徴とする請求項４に記載の回転翼。
6. 転がり軸受球（５５）が鋼製であり、中空ソケット（５６）が人工サファイア製であることを特徴とする請求項４または５に記載の回転翼。
7. 制御手段（３０）が、二股に分かれたＵ形部（５０）を介して転がり軸受（５３ａ、５４ａ）に取り付けられたボルト（５１、５２）に作用することを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の回転翼。
8. ボルト（５１、５２）がＵ形部（５０）内にねじ込まれることを特徴とする請求項７に記載の回転翼。
9. 転がり軸受（４６、５３ａ、５４ａ）が、翼長方向外側にある非対称な軸封リングで密閉されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の回転翼。
10. 転がり軸受（４６、５３ａ、５４ａ）が、ニードル軸受であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転翼。
11. ボルトを受ける軸受部（４２、４３）が、輪郭が制御フラップの穿孔に形状的に適合するように形成された挿入部材であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転翼。
12. 中空ソケット（５６）または転がり軸受を受ける軸受部（５３、５４）が、輪郭が制御フラップの穿孔に形状的に適合するように形成された挿入部材であることを特徴とする請求項４から６のいずれか一項に記載の回転翼。

Images