JP5284794B2 - 航空機用の引き込み可能な揚力ブレード - Google Patents

Description

本開示は概して、引き込み可能なブレードを有する回転翼機型のロータヘッドとして記述され、このロータヘッドは固定翼機または回転翼機型の航空機に適合できる。

回転翼機型の航空機の主な制限の１つは、飛行物理学および飛行力学による飛行速度限界である。これらの制限は、ヘリコプタの構想以来、ヘリコプタを悩ませてきた。後退側のブレードの失速、揚力の不均衡、進み、遅れ、ばたつきおよびコーニングは、まさにヘリコプタの最大速度を制限する作用のいくつかである。例えば、ほとんどのヘリコプタは、時速２００マイル未満の対気速度に制限される。本開示のゲルビノ飛行システムによれば、回転するブレードを新しい進歩的な方法で気流から取り出すことで、後退側のブレードの失速および他の課題が存在しなくなるので、固定翼機が垂直に上昇し、そして時速３００マイルを超える速度の前進飛行に移行することができる。航空機が一旦、揚力を維持するのに十分な前進速度で空中に浮かんで進むようになると、前方へ航空機を駆動するために固定翼機に使用される多くのシステムの１つにより提供した前方推進力で、回転するブレードが徐々に引き込まれる。本開示を利用する航空機は、ロータブレードが完全に引き込まれた後もその航空機が空中に浮かんだ状態を維持できるために十分な揚力面を有する。

引き込み式のブレードを取り入れたオートジャイロは米国特許第６０６２５０８号明細書に示されているが、そのオートジャイロは、本明細書で記載および請求した、本開示が真のヘリコプタ飛行を達成することを可能にする特徴を含んでいない。米国特許第４９１３３７６号明細書は、円形平面翼から突出する揚力ブレードを示しているが、それもまた、ヘリコプタ飛行を可能にする構成要素も、引き込み式の揚力ブレードも含んでいない。

本開示の一実施形態においては、垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリは、ロータヘッドと、複数のカム面と、複数のブレードとを備え、各ブレードは１つのカム面に取り付けられ、これによりカム面の運動が、取り付けたブレードの先端部とロータヘッドの中心との間の半径方向距離を変更する。かくして、各ブレードの揚力面の長さを減少または増加させることができる。好適な実施形態においては、前記ブレードは、最大揚力を提供する完全に伸長した位置から、ブレードが気流から完全に逸脱した、完全に引き込まれ、収容され、または駐留される位置に移動する。

本開示の他の実施形態においては、作動カムが、ロータヘッドに関して回転可能に取り付けられる。複数のカム面が作動カム上に配置され、ブレードが各カム面に取り付けられる。カム面が動くことにより、取り付けられたブレードの先端部とロータヘッドの中心との間の半径方向距離が変更される。本開示の他の実施形態においては、ブレードはブレードスパーを有し、各ブレードスパーはカム面に取り付けられる。

本開示の他の実施形態においては、垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリは、ロータヘッドと、作動カムと、その作動カム上にある複数のカム面と、複数のブレードとを備え、各ブレードは根元部および先端部を有し、各根元部はカム面に取り付けられ、これによりカム面の運動が、取り付けられたブレードの先端部とロータヘッドの中心との間の半径方向距離を変更する。

本開示のさらに他の実施形態においては、少なくとも１つのピッチ制御装置が少なくとも１つのブレードに取り付けられ、かかるピッチ制御装置が各々斜板に連結される。この斜板はピッチ制御装置を移動させ、これにより対応するブレードのピッチを変更する。

本開示のさらに他の実施形態においては、複数のブレードレット（小翼）がロータヘッドの外周の近くに配置される。ブレードレットは、そのブレードレットの実質的に全ての部分がロータヘッドの外周の中にある収納位置を有する。ブレードレットに力を与えるためのブレードレット制御機構が設けられ、その力が１つまたはそれ以上のブレードレットの一部をロータヘッドの外周を越えて移動させ、これにより、通過する空気が圧力を及ぼしてブレードレットに衝撃を与え、これがロータブレードアセンブリの回転運動をもたらす。ブレードレット制御機構は、アクチュエータと、そのアクチュエータをブレードレットに連結する作動ケーブルとを備え、これにより、そのアクチュエータを作動させることで作動ケーブルが１つまたはそれ以上のブレードレットに力を伝えて、前記ブレードレットを、ロータヘッドの外周を越えて空気流の流路の中に移動させる。

本開示のさらなる実施形態においては、ロータブレードアセンブリは各ブレードのブレードスパーを有し、各ブレードスパーは１つのカム面に連結され、開口部を有するスパーガイドが各ブレードスパーに取り付けられて、ブレードスパーを摺動嵌合状態でガイドして、ブレードの伸出および引き込みを可能にする。このブレードスパーはピッチ制御装置の開口部を通り、ピッチ制御装置のその開口部はブレードスパーの外形に実質的に一致する内側形状を有する。ピッチ制御棒は、ピッチ制御装置と斜板との間で相互作用し、これにより、ピッチ制御装置はこれと共働するブレードスパーのピッチを制御する。ピッチ制御装置の開口部は、長方形または他の形状、例えば多角形もしくは楕円形にすることができる。その開口部にはまた、たった１つのスプラインまたは多数のスプラインを有するようにスプラインをつけることができる。共働するブレードスパーはその開口部と一致する外形を有する。

本開示のさらに他の実施形態においては、垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリは、ブレードが取り付けられた回転可能なホイールを有し、その回転可能なホイールの運動は、取り付けられたブレードの先端部とロータヘッドの中心との間の半径方向距離を変更する。この回転可能なホイールはロータヘッドに関して回転する。少なくとも１つのピッチ制御装置が少なくとも１つのブレードに取り付けられる。ピッチ制御装置は斜板に連結され、これにより、斜板の運動が対応するピッチ制御装置のピッチを変更する。

本開示のさらなる実施形態においては、スパーガイドがロータヘッドに旋回コネクタで連結されて、ブレードの引き込みまたは伸出の際にスパーガイドをロータヘッドに関して旋回可能にする。

本開示の他の実施形態においては、作動カムは、上板および下板を有するとともに、下板の対応するカム面に実質的に一致した上板のカム面を有する。各ブレードスパーは上板と下板との間に配置される。各ブレードスパーは、上板のカム面および、下板の実質的に一致したカム面に取り付けられる。

本開示の他の実施形態において、作動カムは、上板および下板を有するとともに、対応する下板の取付点に実質的に一致した上板の取付点を有する。各ブレードスパーは上板と下板との間に配置される。各ブレードスパーは、上板の取付点および、下板の実質的に一致した取付点に取り付けられる。

本開示のさらなる実施形態においては、垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリは、ロータヘッドと、このロータヘッドに取り付けられた１つまたはそれ以上のブレードと、前記１つまたはそれ以上のブレードの（ロータヘッドの中心に最も近い）根元部のピストンチャンバと、各ブレードのスパーガイドと、関連するブレードの根元部の中でピストンチャンバと共働する各スパーガイドのピストンとを備え、これにより、流体がピストンチャンバの一方に圧入されて、関連するブレードを液圧で一方向に駆動し、そして、流体がピストンチャンバの他方に圧入されると、関連するブレードを液圧で他の方向に駆動する。少なくとも１つのピッチ制御装置が少なくとも１つのブレードに取り付けられ、そのピッチ制御装置が斜板に連結され、この斜板の運動がピッチ制御装置を動かすことで、対応するブレードのピッチを変更する。代案として、液圧系をネジシステムまたは電気機械式アクチュエータと交換することができる。

本開示のさらに他の実施形態においては、ブレードの先端部とロータヘッドの中心との間の距離が、ブレードに取り付けられたケーブルによって短くされる。ケーブルの長さはリールまたはドラムにより制御される。

好適な実施形態のロータヘッドアセンブリ２を図１に示す。この図は正確な縮尺ではない。図１は、完全に伸出したブレードで飛行中のヘリコプタの状態を示す。この図はヘリコプタの上方から見た図である。基本的な構成要素は以下の通りである。図の中心には中空マスト４が示され、このマストは好適な実施形態において標準的なヘリコプタのマストである。駆動軸（図示せず）がこのマストの中にある。マスト４の周囲には、ロータヘッドアセンブリ２を支持するロータヘッド軸受（この図には図示せず）がある。次に、作動カム６は、ロータヘッド３にベアリングを介して取り付けられ（この図には図示せず）、マスト４およびロータヘッドアセンブリ２に関して回転することができる。カム溝８が図示され、そのカム溝８には、ブレードスパー１０の根元部が取り付けられている。この図には、ある特定の形状のカム溝８を利用してブレード１２を展開する１つの手段が示されているが、溝は、より長くもしくはより短くても、迎角がより大きいもしくはより小さくてもよく、または、ブレードスパー１０の根元部に力を加えてブレード１２が引き込まれる距離を制御する機能を果たすように構成された他のものでもよい。本明細書において用いる用語「カム」は、例えば、ＭＩＣＲＡ社の１９９６、１９９８年のウェブスター大辞典（登録商標）に見られる以下の如きその標準的な定義に基づいて使用される：（ａ）回転または摺動する部分であり、その外縁もしくは表面の形状、またはその表面の溝により、それとの滑り接触もしくは転がり接触をもたらすロッド、レバーまたはブロックに可変または間欠運動を与える、または、それらのロッド、レバーまたはブロックからこの種の運動を受ける部分、（ｂ）２つの部品を一緒に附勢または固定するために使用される、軸に関して可動な曲線状のくさび、（ｃ）それに対して動作する他の部品に対する交互のまたは可変の運動をもたらす形状にしたホイールまたは他の可動部品の突出する部分。作動カム６が回転するにつれて、ブレードスパー１０はロータヘッド３内に引き込まれる。この図においては、２つのスパーガイド１４が各ブレードスパー１０を拘束するが、スパーガイド１４の数を２より多くする、または１つのスパーガイドにすることもできる。

代表的なヘリコプタで通常なように、本開示の好適な実施形態において、ブレードスパー１０はブレード１２の全長を貫いて延在する。このスパーは、ブレードのコア構造であり、丈夫な材料、例えばステンレス鋼でできている。スパー１０は、ブレード１２の全長を通るとともに、アルミニウム、ガラス繊維、炭素繊維もしくはあらゆる容認された材料、または材料の組合せで覆われたハニカムコアを有することができる。スパー１０は通常、軽量材料、例えばガラス繊維により囲まれて、ブレード１２の揚力面を形成し、その前縁はチタンまたは他の非常に硬い材料で強化することができる。しかしながら、新しい材料が開発され、そして新しい製造方法が実現するたびに、ブレードおよびブレードスパーの構造は今後も変更することができることを考慮されたい。ブレードまたはブレードスパーの厳密な構造は、特許請求した本開示にとって重要ではなく、本開示は主に、それらがどのように構成されるかよりむしろ、ブレードの引き込みおよび伸出に関するものである。

図示のカムシステムを選択したのは、これが、ブレード１２の対称的な引き込みおよび伸出を提供して、ロータヘッドの全サイクル中のいかなる点でも全てのブレードピッチ範囲を制御することを保証するからである。図では、単純なピンが、カム溝８に対する各ブレード１２の根元部のための取付手段またはブレードアンカー１６として示されている。しかしながら、ブレードアンカー１６は、他の形式、例えばカムに乗って動く潤滑された取付具にすることができる。その取付具は、カム溝８の中の、カム溝８に乗って滑らかに動くよう成形されたブロック（図示せず）にすることができる。それは、カム６の材料および動作特性と互換性を持つあらゆる材料でできていてもよく、これには好適な実施形態においてステンレス鋼またはチタンが予期される。ブロックおよび／またはカム溝８は、摩擦および摩耗を減少させるために、低摩擦材料で覆われた面を有することができる。材料の選択は、航空機の運動特性に依存し、多くの可能なバリエーションがあり、当業者にとって明らかである。このブロックは、ピンまたは他の把持部材をブレードスパー１０に取り付ける穴または他の取付機構を備えることができる。

カムシステムの他の利点は、ブレード１２を全て同時に引き込みそして展開し、不均衡な形での不慮の引き込みまたは展開を防止することである。

好適な実施形態においては、各スパーガイド１４は、可撓性材料、例えば弾性材料（図６）でできた中心部１８を有する。スパーガイド１４は、一般的に利用されるあらゆる取付機構、例えばネジ、ボルト、リベットなどを使用して、載置穴２２を介して固定されて、ロータヘッド３に載置される。このスパーガイドの中の可撓性材料は、ブレードスパー１０の回転運動を許容し、それによって、スパー１０ひいてはブレード１２のピッチを制御することができる。ピッチはピッチ制御装置により制御され、ピッチ制御装置は好適な実施形態においては、２つのスパーガイド１４間に取り付けられて、ピッチホーンチャネル２６を介してスパーにキー止めされたピッチホーン２４である。しかしながら、代替的な構造も可能であり、そこでは例えば、２つより多くのスパーガイド１４があり、ピッチホーン２４はスパーガイド１４から離れた位置に配置することができる。ピッチホーン２４はブレードスパー１０のピッチを制御し、これによりブレード１２が必要に応じて制御されて、垂直上昇および垂直降下ならびにホバリングを含むヘリコプタ型の飛行を達成することができる。ピッチ制御装置の他の実施例は、ピッチ制御棒に連結されたブレード１２またはスパー１０の耳部（図示せず）である。ピッチ制御装置は、ピッチ制御棒もしくは、電動サーボ、液圧機構、バルブポジショナ、または、それらのあらゆる組合せによって制御することができる。

好適な実施形態において、スパーガイド１４は、例えばテフロン（登録商標）もしくは鋼、またはいくつかの他の材料でできたライニング２０を有して示される。スパーガイド１４のライニング２０とブレードスパー１０との間の許容誤差は、スパーが完全に伸出した位置と完全に引き込まれた位置との間で動くようにスパー１０をガイドするための摺動可能な嵌合が達成されるようにする。スパーガイド中央チャネル２８は、これらの目的を達成するあらゆる断面形状にすることができる。例えば、ブレードスパー１０上の対応するスプラインと嵌合するようにスプラインを設けることで、摺動可能な嵌合を可能にするとともに、ピッチ調整の間はブレードスパー１０を確実に固定することができる。ピッチホーン２４の中のピッチホーンチャネル３０は、ブレードスパー１０の形状および配置に対応する。

各ピッチホーン２４の連結点３２は、ヘリコプタのブレードのピッチを制御する、例えばピッチ制御棒の如き、ロータブレードのピッチ制御リンクに連結される。好適な実施形態においては、ピッチ運動は、＋／−０°から１５°の間にするか、または航空機の飛行特性のために要求されるようにすることができる。ブレード１２を引き込むかまたは展開する過程でも、ピッチホーン２４は、スパーガイド１４およびブレードスパー１０との組み合わせで、斜板に連結されたピッチリンク、例えばピッチ制御棒８２を介してブレード１２に対するピッチ制御を行い続ける。

スパー１０およびブレード１２の数は本開示にとってあまり重要でないことに注意されたい。ロータヘッド３および作動カム６の構造のパラメータの範囲内で所望の揚力および飛行特性を達成するために、いかなる数を用いることもできる。例えば、わずか２枚のブレードを使用することもでき、より多く、例えば４枚、５枚またはより大きい数、重車両を持ち上げるために使用される大径アセンブリにおける２０枚もしくはそれ以上にさえもすることができる。

ブレードレット３４は、付属品であり、本開示の飛行システムの全ての用途に必要というわけではないものであるが、全ての実施形態に付け加えることもでき、標準飛行において、図１，図２および図３Ａに示すように通常格納されている。ブレードレット３４は、安全機構を以下の通りに提供する。通常飛行においては、ロータヘッドアセンブリ２が回転するにつれて、その回転がブレード１２を回転させ、これにより航空機に揚力および制御を提供する。通常飛行においては、ブレードレット３４は引き込まれて、きれいな気流面を提供する。本開示において、通常の前進飛行中、航空機が十分な前進速度を達成して、ブレード１２により生じる揚力を必要とせずに航空機が飛行状態のままであることが可能となった後は、ブレード１２は引き込まれ、ロータヘッドアセンブリ２は回転を続ける必要がなくなる。必要であれば、ロータヘッドアセンブリ２を止めてエネルギーおよび燃料を節約することができる。しかしながら、航空機が減速するにつれて、または、典型的なヘリコプタモードで操作する決定がされた場合は、ロータヘッドアセンブリ２の回転を再開しなければならない。回転系に力を戻すことで、これを達成することができる。しかしながら前進飛行中にエンジンが故障した場合には、この航空機は、ヘリコプタモードに以下の通りに切り換えることができる。ブレードレット３４がスリップストリーム中に展開され、そして作動カム６が作動停止されて自由に回転できるようにされる。ブレードレット３４は、空気を捕えて、ロータヘッドアセンブリが適当な方向に回転するように成形されている。そして、遠心力によりブレード１２が展開されて、航空機が安全な自動回転着陸をすることができる。ブレードレット３４の数、それらの形状および展開角度は、図に示したものから変更することができる。

ブレードレットの展開機構を図３Ａに示す。作動ケーブル３６の引張力が、ブレードレット３４をそれらの中央取付穴３８に関して回転させる。ロータヘッドアセンブリの回転速度が増加して、基準動作回転数（ｒｐｍ）に達すると、電気的に、機械的に、液圧的に、もしくは空気により、または回転によって発生した、ブレード１２を図３Ａに示す引き込み位置から図１に示す完全に展開した位置へ引く遠心力を使用することにより、ブレード１２が展開される。その後は、ブレードレット３４を格納して、比較的きれいな気流面に提供することができる。ブレードレット３４の数は、好適な実施形態にとってあまり重要でない。好適な実施形態においては、各ブレードレット３４は、ブレードレット３４をロータヘッド３に取り付けることを可能にするとともに取付機構に関してブレードレット３４の回転運動を可能するのに十分なクリアランスを持つ中央取付穴３８を有する。この取付機構は、中央取付穴３８を介して確実な連結を提供するとともにブレードレット３４の回転運動を可能にするボルト、ピン、ネジ、リベットまたは他のあらゆる機構にすることができる。ブレードレットの制御端４０は、気流の内外にブレードレットを回転させる制御機構またはブレードレットアクチュエータ４４のための取付点４２を有する。

ブレードレットアクチュエータ４４は、サーボであり、電気的に、機械的に、液圧的に、磁気的にまたは他の方法により動作する。それは、ロータヘッド３に取り付けられ、アーム４６、サーボ機構を収容する本体４８、および動力源５０を有し、その動力源は電力または液圧力にすることができる。起動する場合、アーム４６をアクチュエータ４４に引き込んで作動ケーブル３６の引張力を増加させ、これによりブレードレット３４がそれらの中央取付穴３８に関して回転する。図３Ａは２つのアクチュエータ４４を示し、これにより多重性を提供する。ブレードレット３４は、何らかの適切な付勢機構、例えばばねを使用して、それらの引き込み位置へ向けて附勢される。

作動カム６はいくつかの異なる方法で回転させることができる。ネジジャッキシステムを使用することができ、他には、液圧アクチュエータ、サーボモータ、ラックピニオンアセンブリ、ウォームギアアセンブリ、交差したヘリカルギヤアセンブリもしくは、空気圧もしくは液圧による手段または他の手段であって力を作動カムに与えて回転させるものを選択することができる。図８は回転機構の１つの種類を示し、これはロータヘッド３に取り付けられた油圧シリンダ５２を有する。この油圧シリンダは、ピンまたは回転機構のボルト５６により作動カム６に取り付けられた回転機構のアーム５４によって作動カム６に連結されている。回転機構のボルト５６が作動カム６に関して回転し得るのに十分なクリアランスが設けられている。第１および第２の供給ライン５８および６０のそれぞれを通して作動油が油圧シリンダ５２に送られて、シリンダを加圧して回転機構のアーム５４を油圧シリンダ５２に関して内または外向きに動かし、これにより作動カム６を時計回りまたは反時計回りのいずれかに回転させることで、カム溝８がブレードスパー１０およびブレード１２を、作動カム６の内向きまたは外向きに動かす。この回転機構のボルト５６用の、作動カム６に対する取付点は、作動カム６のどこにでも、作動カム６の外縁端上または作動カム６の外径と内径との間のどこかにでも配置することができる。好適な実施形態においては、油圧シリンダ５２はロータヘッド３に取り付けられる。

好適な実施形態においては、図３Ｂに示すように、ヘリコプタブレード１２は、ヘリコプタブレードの標準的な楕円形状を有するものとは違い翼のようにキャンバをつける。これは、向上した揚抗力比（Ｌ／Ｄ）を提供する。しかしながら、各ブレードの断面形状は、所望の飛行特性を達成するために必要なあらゆる形状にすることができ、また、ブレードに沿った根元から先端までの様々な距離での断面を変更することもできる。所望の揚力および飛行特性に応じて、ブレードの数は必要なあらゆる数にすることができ、ブレードの長さおよび断面形状は周知のように変更することができる。

好適な実施形態においては、スパーガイド１４は、内部可撓性を有する単純な静止した装置として示され、その内部可撓性がブレードスパー１０の回転運動を可能にする。しかしながら、スパーガイド１４は、図６Ａ、図１７Ａおよび図１７Ｂに示す構成に、または当業者にとって明らかな他の構成にすることができ、また、ピッチホーン２４は、図７Ａ、図１７Ｃ、図１７Ｄ、図１８、図１９および図２０に示す構成に、または当業者にとって明らかな他の構成にすることができる。具体的には、図６Ａにおいて、代替スパーガイド１４’は、円形の代替スパーガイド中央チャネル２８’を有し、そこに適合して形成されたスパーガイドは、その中で動くことができる。スパーガイド１４と同様に代替スパーガイド１４’も、代替スパーガイド載置穴２２’を介して留め具により、ロータヘッド３に搭載される。図７Ａは互換性のある代替ピッチホーン２４’を示し、これは、スパーのキー溝と共働するキーまたはスプライン３１を有する代替ピッチホーンチャネル３０’を含む。この代替ピッチホーン２４’が、代替ピッチホーン連結点３２’に取り付けられた制御棒により回転させられると、キー３１が、キー溝の面に力を及ぼすことによりスパーを回転させる。

図１８、図１９および図２０は、ピッチホーンの他の実施形態を示す。図１８に示すように、このアセンブリは、球面軸受１５５に取り付けられたピッチリンク１５８にさらに取り付けた、斜板のアーム１５９を備える。ピッチリンク１５８が動くことにより、ピッチホーン２４”が動く。ピッチホーン２４”の動きがブレードスパー１０およびブレード１２を、ピッチホーン２４”によりピッチが変わるように、それらの長手方向軸線に関して回転させる。図１９で分かるように、ピッチホーン２４”およびそのブッシュ１４８、またはスパーガイドは、ブレードスパー１０を受け入れるための開口部を有する。さらに、図１９を参照して、ピッチホーン２４”のピッチホーンチャネル３０は、ブレードスパー１０の形状および構成に対応する。

また、ピッチホーン２４”およびブッシュ１４８’は、ピッチアームベース１５７に保持される。図１９に示すように、ピッチアームベース１５７は、ピッチアームベースブッシュ１６６およびスナップリング１６２，１６２（ａ）によりベースプレート１６０に固定される。一実施形態においては、これによりピッチアームベース１５７を旋回させることができる。図に示すように、ピッチアームベース１５７の孔径は、ピッチリンクアーム１５８のためのクリアランスを提供するような大きさに設定する。一実施形態においては、ピッチリンクアーム１５８は、上部および下部に球面軸受を有して、長さが調節可能である。

さらに、図２０に示すように、ピッチアームベース１５７は、球面軸受１６５およびネジ１６４を介してローブ作動カム１３０に取り付けられ、これによりブレードスパー１０はその長手方向軸線に関して回転することができる。ローブ作動カム１３０は回転すると、ブレードスパー１０をピッチ制御装置２４”内で摺動させ、これによりブレード１２は、ロータヘッド（図示せず）の外径の外に伸出され、またはロータヘッドの内側に引き込まれる。ピッチ制御装置２４”とブレードスパー１０との組合せは、ローブ作動カム１３０が回転するときにその組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２が各々回転できるように、そしてその組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２が各々、取り付けられたピッチ制御棒（図示せず）に応じてピッチ変更することができるように、ロータヘッド３に取り付けられる。このシステムは、時計回りまたは反時計回りに回転するように設計することができる。

図５は、好適な実施形態のロータヘッドアセンブリ２の側面図を示す。この図は正確な縮尺ではない。本開示の構造はマスト４を囲んでいる。ロータヘッドアセンブリ２は、カム軸受アセンブリ上でマストに関して動き、このカム軸受アセンブリは、好適な実施形態においてはボールベアリング型のものである。しかしながら、個々の設計の負荷要求を満たすことを条件に、他のあらゆる形式の軸受構造を使用することができる。マスト４に沿った、上部カム軸受６８および保持ナット７２より上の空間には、上部ロータカバー（図示せず）を配置することができる。ロータカバーは、ロータブレードおよびそのカバーで囲まれた機構に対して空力的な外皮提供する。ロータカバーはまた、航空機に対して揚力機体特性を提供することができるが、本開示には必ずしも必要ではない。

カム軸受アセンブリは、２つの主要な構成要素すなわち、上部カム軸受アセンブリ６８と下部カム軸受アセンブリ７０とを有する。この図５において、下部ロータカバー７４は、その取付点を留め具、例えば図示するネジ７６で固定した状態で示す。

斜板アセンブリは、当技術分野で既知のあらゆる標準構造にすることができる。一般に、斜板アセンブリは２枚の板すなわち、固定斜板７８と回転斜板８０とからなる。回転斜板８０は、駆動軸およびロータのブレードとともに回転する。好適な実施形態においては、駆動軸は、マスト４の内側にあって、ロータヘッド３を回転させ、これによりブレード１２およびピッチ制御棒８２を回転させ、これらは回転斜板８０に連結されているので、その回転が回転斜板８０に回転を与える。ピッチ制御棒８２は、回転斜板８０がロータブレード１２のピッチを変更することを可能にする。固定斜板７８の角度は、固定斜板７８に取り付けられた周期制御棒８４および集合制御棒８６により変更される。明確にするため、全ての制御棒を図に示しているわけではない。これらの棒は、管または同等の構造のものとすることもできる。固定板の制御棒は、周期制御および集合制御に対するパイロットの入力による作用を受け、その入力は周期制御棒８４および集合制御棒８６を上下させる。固定斜板７８および回転斜板８０は、それら２枚の板の間の１セットの軸受（図示せず）により連結されている。これら軸受は、回転斜板８０が固定斜板７８の上で回転することを可能にする。マスト４は必ずしもロータヘッドアセンブリ２の最上部まで延在する必要はない。ロータヘッド３は駆動軸自体で支持することができる。また、作動カム自体も駆動軸上に載置され得て、作動カム６と固定マスト４との間の軸受の必要性をなくすことができる。しかしながら、好適な実施形態においては、非回転のマスト４は、作動カムシステムを支持する丈夫な構造を提供する。

図９は、マスト４の中に挿通されるとともにロータヘッド延長部９２のロータヘッド駆動フランジ９０に固定された駆動軸８８の一実施形態を示し、ロータヘッド延長部９２は、ロータヘッド３と一体であるか、またはロータヘッド３に固定されて取り付けられる。駆動軸８８は、取付穴９６内に配置された例えばボルト、ネジ、リベットまたは同等の留め具により、ロータヘッド駆動フランジ９０に取り付けられた駆動軸取付面９４を有する。これにより、駆動軸８８が回転すると、ロータヘッド３そしてロータヘッドアセンブリ２全体が回転する。作動カム６は、回動可能な面９８、例えば軸受の位置で、ロータヘッド延長部９２に関して（対して）回転することができる。

さらに他の実施形態においては、マスト４は回転し、駆動軸として利用することができる。これは、今日の既存の多くのヘリコプタに見られる典型的な構造である。明らかに、この種の実施形態においては、作動カムとマストとの間およびロータヘッドとマストとの間に軸受は必要ではない。いずれの形式の設計でも、本明細書で記載および請求した開示に適合することができる。

図１０、図１１および図１１Ａは、本開示のロータヘッドをハイブリッド航空機構造に取り付けたものを示す。ロータヘッドアセンブリ２は、上部および下部ロータヘッドカバーの両方を取り付けてカバーした状態で示す。そのカバーは、所望の空力効果を達成するとともに所望の構造を覆うように、複数の構成要素または複数の部品で構成され得ることに注意されたい。図示した航空機は、ウイングレット１０２、ファンジェット１０４およびフェネストロン１０６を含む従来の翼１００を有する。この図は正確な縮尺ではなく、単なる例示である。本開示の装置が取り付けられた航空機の外見は、操作上の必要条件を満たすために、図に示した外見から著しく変更することができる。ベクトルジェットをフェネストロン１０６の変わりに使用することができる。

図１２は、作動カム６の代わりに作動ホイール１０８を有する一実施形態を示す。作動カムの実施形態と同様に、作動ホイール１０８はマスト４に関して（対して）回転する。作動ホイール１０８の回転は、ブレードアンカー１６をロータヘッド３の外径へ向けて、または外径から離れるように動かす。この回転中、ブレードスパー１０は、組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２内で摺動し、これによりブレード１２は、ロータヘッド３の外径の外側に伸出されるか、またはロータヘッド３内に引き込まれる。このシステムは、時計回りまたは反時計回りに回転するように設計することができる。作動ホイールアクチュエータは、設計の選択に応じて、油圧作動ピストンを有する油圧シリンダ５２、電磁石、もしくは、ウォームギヤ、ヘリカルギヤおよびスパーギヤを含むギヤシステム、ラックアンドピニオンシステム、または作動ホイール１０８を回転させるための他の手段にすることができる。組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２は、作動ホイール１０８が回転するときに組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２が各々回転できるように、そしてその組合わされたピッチおよびスパーガイド制御装置６２が各々、取り付けられたピッチ制御棒に応じてピッチ変更することができるように、ロータヘッド３に搭載される。この図は概略図であり正確な縮尺ではなく、６枚のブレードを示すが、設計の選択に応じて、ブレードはあらゆる枚数にすることができる。斜板アセンブリは基本的に、前述したものと同様に動作する。ブレードは、航空機の用途や形式それぞれに対する飛行試験により決定されて、システムの回転方向に対し前進翼または後退翼（時計回りまたは反時計回り）とされることができる。

図１３は、スパー１０が液圧または空気圧により引き込まれ、および／または伸出する実施形態を示す。スパー１０の根元部は、固定ピストン１１２が配置された密封流体チャンバ１１０を含む。ピストン油圧ライン１１８に連結されたポートを通して、流体が、固定ピストン１１２のチャンバ前部１１４およびチャンバ後部１１６に注入されおよびそれらから排出され、これにより、ピストン１１２の前後の圧力変化がスパーを引き込み、または伸出させる。この図は概略図であり正確な縮尺ではなく、１つのブレードだけを示すが、複数のブレードにすることもできる。斜板アセンブリは制御棒を有し、基本的に、前述したと同様に動作する。スパーガイド１４およびピッチ制御ホーン２４は基本的に、前述と同様に動作する。スパーは、例えば２または３段階に伸縮することができる。この構成においては、作動カムまたは作動ホイールは必要ない。他の構成においては、液圧力または空気圧力の代わりに、ネジアセンブリまたは電磁もしくは電気アクチュエータを使用することができる。

作動カム６を、１つ有する代わりに、複数使用することもできる。一実施例を図１４に示す。上部作動カム１２０および下部作動カム１２２を示す。上部および下部作動カムを有することが、カム溝に乗るとともにスパーと連結されたピンに加わる力の均衡を保つ。ピッチホーン２４およびスパーガイド１４は基本的に、前述したと同様に動作する。カム溝の傾斜角またはすくい角は、操作パラメータおよび設計の選択に応じて、浅くまたは深く（例えば８’で示すように）することができる。この図は概略図であり正確な縮尺ではなく、１つのブレードだけを示すが、複数のブレードにすることもできる。斜板アセンブリは制御棒を有し、基本的に、前述したと同様に動作する。

図１５は他の実施形態を示し、この実施形態は、ドラムまたはリール１２４を利用して、ケーブル１２６または可撓性連結素子の長さを短くしており、これによりスパー１０は、ドラムのより近くに引き寄せられ、スパーの有効長さが短くなる。この図は、ドラムまたはリール１２４を操作するウォームギヤ１２８を示すが、他のギヤセット、例えば平歯車または交差したヘリカルギヤを使用することができる。設計の選択に応じて、あらゆる形式のサーボ機構を使用することができる。可撓性ケーブルは、チェーン、鋼線、ケブラーベルトまたはいくつかの複合材料からなるものとすることができる。ケーブルの長さが増加する方向にドラムまたはリール１２４を回転させると、遠心力がブレードを外に引き出す。この図は概略図であり正確な縮尺ではなく、１つのブレードだけを示すが、複数のブレードにすることもできる。斜板アセンブリは制御棒を有し、基本的に、前述したと同様に動作する。スパーガイド１４およびピッチ制御ホーン２４は基本的に、前述したと同様に動作する。

図１６および図１７は、作動カムのカム溝を利用しない、本開示の実施形態を示す。ローブ作動カム１３０は、作動カム６と同様の方法でロータヘッドアセンブリに取り付けられている。この実施形態において、作動カム１３０は凹部１４２を有する。図１７Ｅに示すような、取付軸受ボルト１３６により固定されるとともに凹部１４２に位置する、ロード型（ゴム）、単一鋼球型またはテフロン（登録商標）型のいずれかの取付軸受１３４を利用することで、ブレードスパー１０はそれらの根元部の位置で各取付穴１３２に取り付けられる。この凹部は、下層または下板１３１を有する２重層型のローブ作動カム１３０により形成することもできる。この種の構造は、図１６および図１７で制御ホーン１３８として示すピッチホーンによりピッチが変更されるとき、ブレードスパー１０およびブレード１２がそれらの長手方向軸線に関して回転されることを可能にする。図１２に示した機構の動作と同様に、ローブ作動カム１３０が回転してブレードスパー１０およびブレード１２を引き込む、または伸出させるとき、軸受１３４もまた、ブレードスパー１０がその軸受に関して旋回することを可能にする。図１６もまた、ブレードスパーおよびブレードの角度の、完全に伸出された位置１４４での０°から完全に引き込まれた位置１４６での１８°までの変化を示す基準線を示す。

ピッチホーンまたは制御ホーンに取り付けられたピッチ制御棒を相対回転運動可能とするために、同一形式の取付軸受１３４を、あらゆるピッチホーンまたは制御ホーンと組み合わせて使用することができる。例えば、この形式の取付軸受１３４が、制御ホーンの制御ホーン凹部１４０内に挿入される。そしてその取付軸受は、ブレード１２が引き込まれそして伸出すするときの水平運動および垂直運動を可能にするように、ピッチ制御棒に取り付けられる。

図１７Ａは、同様に形成されたブレードスパー１０を受け入れるための正方形断面の開口部１５０を有する旋回スパーガイド１４８を示す。同様に形成された開口部１５２を有する制御ホーン１３８（図１７Ｃ）が旋回スパーガイド１４８に、スパーガイド１４８のネジ搭載部１５６内で底に達する固定長のネジ１５４で取り付けられる。これにより、スパーガイド１４８と制御ホーン１３８との間にクリアランスを設けることができる。また、制御ホーン１３８は、弓状の貫通孔１５８を有し、これを通って挿入された固定長のネジ１５４が、ネジ搭載部１５６に取り付けられる。この構造により設けたクリアランスは、ブレードフラッピングにより生じた、航空機制御に対するフィードバックを制限する。旋回スパーガイド１４８は可撓性の挿入部分、例えば弾性挿入部分１５１を有し、スパー１０のピッチ回転を可能にする。この弾性挿入部分１５１は、前述のようにライニング２０によって覆われる。旋回スパーガイド１４８はロータヘッド３に、旋回アセンブリ１６０により取り付けられ、このことは、ブレードスパー１０が引き込まれそして伸出するときに、スパーガイド１４８が回転することを可能にする。

図１７Ｂは、旋回スパーガイド１４８の他の実施形態であり、唯一の違いは、中央開口部が、スプライン付きブレードスパー１０と嵌合するスプライン付き開口部１６２であることである。それはまた、弾性挿入部分１５１と、スプラインを形成するライニング２１とを含む。互換性のあるスプライン付き制御ホーン開口部１６４を有するスプライン付き制御ホーン１３９が、スパーガイド１４８に取り付けられる（図１７Ｄ）。

ロータヘッドアセンブリ２は、様々な方法でブレード１２を伸出させかつ引き込むように設計できることに注意されたい。ある方法では、図１に示すように、作動カム６の回転中心から真っ直ぐに出し入れする。作動カム６は、時計回りまたは反時計回りに回転することができる。図１２および図１６は、ブレードを、図１２および図１６に示す完全に伸出した位置から引き込まれた位置まで回動する実施形態を示す。ブレード１２は、それらの飛行経路の前方または後方のいずれかに回動するように設計することができる。ロータヘッドアセンブリ２が時計回りで回転するかまたは反時計回りで回転するか、そして、ブレードが、前方に回動するかまたは後方に回動するか、あるいはロータヘッドアセンブリ２の半径線に沿って伸出しかつ引き込まれるか否かの最終的な決定は、ホスト航空機の形状、大きさおよび重量に直接関係する。

好適な実施形態においては、ロータヘッドは上部および下部を有するロータヘッドカバーでカバーされ、このロータヘッドカバーは、組み立てられたたときに、これは抗力を減少するとともに航空機に対する揚力体を提供し得る翼形状を提供することができる。完成したかかるアセンブリの実施例は、図１０および図１１で見ることができる。これらの実施形態は、スパーガイドおよびピッチホーンの少数の実施例だけを示すが、他の設計を採用することもできる。システムの構成要素には他の変更を加えることもでき、これらの変更は当業者にとって明らかな、好都合な設計修正である。

本開示は、逆回転システムに利用することもでき、このシステムは、２セットの回転ブレードを有し、これらの回転ブレードは、一方が他方の上にあり、互いに反対方向に回転する。このシステムにおいては、テールロータは必要ない。本明細書に記載した本開示の実施例および実施形態は、例示であり、決して本開示を制限するようなものではない。上述した実施例は、本開示の精神と範囲から逸脱することなしに多くの変更が可能であるから、本開示の制限とは解釈されない。

上述した装置および方法は、最も実用的で好適な実施形態であると現在考えられているものの観点から記載してきたが、本開示は上述した実施形態に制限される必要はないことを理解されたい。請求項の精神と範囲の中に含まれる、様々な修正および類似の配置をカバーすることを意図し、その範囲は最も広い解釈と一致して、かかる修正および類似の構造の全てを包含するべきである。本開示は先の請求項のあらゆる実施形態を含むものである。

カム溝および伸出されたブレードを有するロータヘッドアセンブリの主要な構成要素を概略的に示した上面図である。 ブレードを引き込んだ図１の図である。 ブレードレット制御機構を有する図１の図である。 ある可能なブレード形状の断面図である。 ブレードレットを展開した図３Ａの図である。 ロータヘッドアセンブリの、部分的に切り欠いた概略的な側面図である。 スパーガイドの斜視図である。 図６のスパーガイドの他の実施形態の側面図である。 ピッチホーンの斜視図である。 図７のピッチホーンの他の実施形態の側面図である。 作動カムアクチュエータの概略的な上面図である。 マスト内の駆動軸の概略的な側面図である。 本開示の一実施形態を取り付けた航空機の概略的な側面図である。 本開示の一実施形態を取り付けた他の航空機の概略的な側面図である。 図１１の航空機の概略的な正面図である。 作動ホイールを有しブレードを引き込んだロータヘッドアセンブリの主要な構成要素を示す概略的な上面図である。 伸縮式のスパーアセンブリの、部分的に切り欠いた側面図である。 上部および下部作動カムを有する実施形態の、部分的に切り取った上面図である。 上部および下部作動カムを有する実施形態の、部分的に切り取った側面図である。 作動ドラムを有する実施形態の、部分的に切り取った上面図である。 作動ドラムを有する実施形態の、部分的に切り取った側面図である。 ブレードアンカーに対する固定取付点を有する作動カムの、ブレードを引き込んだ位置で示す他の実施形態の概略的な上面図である。 旋回アセンブリを有する図１６のスパーガイドの一実施形態の斜視図である。 旋回アセンブリを有する図１６のスパーガイドの他の実施形態の斜視図である。 図１６のピッチホーンの一実施形態の斜視図である。 図１６のピッチホーンの他の実施形態の斜視図である。 図１６のブレードアンカーの取付部分の側面図である。 図１６のピッチホーンおよびスパーガイドアセンブリの上面図である。 ピッチホーンの一実施形態の斜視図である。 図１８のピッチホーンの一実施形態の分解斜視図である。 図１８のピッチホーンの一実施形態の分解斜視図である。

Claims (12)

1. 垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリであって、
   ロータヘッドと、
   中心点の周りで回転可能、および前記ロータヘッドに関して回転可能な作動ホイールと、
   前記作動ホイールに取り付けられるとともに各々ブレードスパーを有する複数のブレードと、を備え、
   これにより前記作動ホイールの運動が、前記取り付けられたブレードの先端部と前記ロータヘッドの中心との間の半径方向距離を変更し、
   前記ロータブレードアセンブリがさらに、
   前記ブレードスパーがその中を通って摺動嵌合する開口部を有するとともに斜板に連結されるピッチ制御装置と、
   前記ピッチ制御装置を支持するベースプレートと、
   前記ピッチ制御装置を前記ベースプレートに固定するピッチアームベースと、
   前記ピッチアームベースに保持されると共に前記ピッチアームベースが前記ベースプレートに対して旋回することを可能とするピッチアームベースブッシュと、
   前記ピッチ制御装置とピッチ制御棒との間で相互作用する第１の球面軸受と、を備え、
   前記ピッチ制御棒が前記ピッチ制御装置と前記斜板との間で相互作用し、これにより前記ピッチ制御装置が前記各ブレードスパーのピッチを制御し、
   前記ピッチアームベースブッシュは、前記ピッチ制御棒がその中を通って前記ピッチ制御装置に連結される孔を有し、
   前記ピッチ制御装置は、前記作動ホイールが前記ロータヘッドに関して回転するときに前記ピッチ制御装置が旋回できるように、かつ、前記ピッチ制御装置が前記ピッチ制御棒に応じてピッチ変更することができるように、前記ロータヘッドに取り付けられる、ロータブレードアセンブリ。
2. 請求項１に記載のロータブレードアセンブリであって、さらに、前記ブレードスパーを前記作動ホイールに連結する第２の球面軸受を備え、これにより前記ブレードスパーがその長手方向軸線に沿って回転できる、ロータブレードアセンブリ。
3. 請求項１に記載のロータブレードアセンブリであって、前記ピッチ制御装置の前記開口部が前記ブレードスパーの外形に実質的に一致する内部形状を有する、ロータブレードアセンブリ。
4. 請求項２に記載のロータブレードアセンブリであって、前記ピッチ制御装置の前記開口部の前記内部形状が多角形である、ロータブレードアセンブリ。
5. 請求項２に記載のロータブレードアセンブリであって、前記ピッチ制御装置の前記開口部の前記内部形状がスプライン付きである、ロータブレードアセンブリ。
6. 請求項１に記載のロータブレードアセンブリであって、さらに、前記各ブレードのスパーガイドを前記ロータヘッドに連結する旋回コネクタを備え、前記スパーガイドが前記ロータヘッドに関して旋回できる、ロータブレードアセンブリ。
7. 垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリであって、
   ロータヘッドと、
   複数のカム面と、
   各々前記カム面の１つに取り付けられるとともに各々ブレードスパーを有する複数のブレードと、を備え、
   これにより前記カム面の運動が、前記取り付けられたブレードの先端部と前記ロータヘッドの中心との半径方向距離を変更し、
   前記ロータブレードアセンブリがさらに、
   前記ブレードスパーがその中を通って摺動嵌合する開口部を有するとともに斜板に連結されるピッチ制御装置と、
   前記ピッチ制御装置を支持するベースプレートと、
   前記ピッチ制御装置を前記ベースプレートに固定するピッチアームベースと、
   前記ピッチアームベースに保持されると共に前記ピッチアームベースが前記ベースプレートに対して旋回することを可能とするピッチアームベースブッシュと、
   前記ピッチ制御装置とピッチ制御棒との間で相互作用する第１の球面軸受と、を備え、
   前記ピッチ制御棒が前記ピッチ制御装置と前記斜板との間で相互作用し、これにより前記ピッチ制御装置が前記各ブレードスパーのピッチを制御し、
   前記ピッチアームベースブッシュは、前記ピッチ制御棒がその中を通って前記ピッチ制御装置に連結される孔を有し、
   前記ピッチ制御装置は、前記カム面が前記ロータヘッドに関して回転するときに前記ピッチ制御装置が旋回できるように、かつ、前記ピッチ制御装置が前記ピッチ制御棒に応じてピッチ変更することができるように、前記ロータヘッドに取り付けられる、ロータブレードアセンブリ。
8. 請求項７に記載のロータブレードアセンブリであって、さらに、前記ブレードスパーを作動カムに連結する第２の球面軸受を備え、これにより前記ブレードスパーがその長手方向軸線に沿って回転できる、ロータブレードアセンブリ。
9. 請求項１に記載のロータブレードアセンブリにおいて、さらに、
   前記ロータヘッドの外周の近くに配置されるとともに実質的に全ての部分が前記ロータヘッドの前記外周内にある引き込まれた位置を有する複数のブレードレットと、
   力を前記ブレードレットに与えるブレードレット制御機構と、
   を備え、
   前記与えられた力が１つまたはそれ以上の前記ブレードレットの一部を前記ロータヘッドの前記外周を越えて移動させ、これにより通過する空気が圧力を及ぼして１つまたはそれ以上の移動した前記ブレードレットに衝撃を与え、この衝撃が前記ロータブレードアセンブリの回転運動をもたらす、ロータブレードアセンブリ。
10. 請求項９に記載のロータブレードアセンブリであって、前記ブレードレット制御機構がさらに、
    アクチュエータと、
    このアクチュエータと１つまたはそれ以上の前記ブレードレットとに取り付けた作動ケーブルと、を備え、
    前記アクチュエータを作動させることで前記作動ケーブルを引き、これにより前記作動ケーブルが１つまたはそれ以上の前記ブレードレットに力を伝える、ロータブレードアセンブリ。
11. 垂直揚力を航空機に提供するためのロータブレードアセンブリであって、
    ロータヘッドと
    このロータヘッドに取り付けられた１つまたはそれ以上のブレードと、
    前記１つまたはそれ以上のブレードの根元部に位置する、前記ロータヘッドの中心に最も近いピストンチャンバと、
    前記各ブレードのスパーガイドと、
    前記ピストンチャンバと共働する、前記スパーガイドの各々のピストンと、を備え、
    これにより流体が前記ピストンチャンバの一方に加圧されて入れられると、そのピストンチャンバと関連する前記ブレードを液圧で一方の方向に駆動し、そして流体が前記ピストンチャンバの他方に加圧されて入れられると、そのピストンチャンバと関連する前記ブレードを液圧で他方の方向に駆動し、
    前記ロータブレードアセンブリがさらに、
    前記ブレードのブレードスパーがその中を通って摺動嵌合する開口部を有するとともに斜板に連結されるピッチ制御装置と、
    前記ピッチ制御装置を支持するベースプレートと、
    前記ピッチ制御装置を前記ベースプレートに固定するピッチアームベースと、
    前記ピッチアームベースに保持されると共に前記ピッチアームベースが前記ベースプレートに対して旋回することを可能とするピッチアームベースブッシュと、
    前記ピッチ制御装置とピッチ制御棒との間で相互作用する第１の球面軸受と、を備え、
    前記ピッチ制御棒が前記ピッチ制御装置と前記斜板との間で相互作用し、これにより前記ピッチ制御装置が前記各ブレードスパーのピッチを制御し、
    前記ピッチアームベースブッシュは、前記ピッチ制御棒がその中を通って前記ピッチ制御装置に連結される孔を有し、
    前記ピッチ制御装置は、前記ロータヘッドに関して前記ピッチ制御装置が旋回できるように、かつ、前記ピッチ制御装置が前記ピッチ制御棒に応じてピッチ変更することができるように、前記ロータヘッドに取り付けられる、ロータブレードアセンブリ。
12. 請求項１１に記載のロータブレードアセンブリであって、さらに、前記ブレードスパーを作動カムに連結する第２の球面軸受を備え、これにより前記ブレードスパーがその長手方向軸線に沿って回転できる、ロータブレードアセンブリ。

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