JP5524512B2 - ヘリコプタの反トルク尾部回転翼 - Google Patents

ヘリコプタの反トルク尾部回転翼 Download PDF

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Description

本発明はヘリコプタの反トルク尾部回転翼に関するものである。
ヘリコプタが、胴体と、前記胴体の中心部の頂部に取り付けられた主回転翼と、主回転翼によって胴体に生み出されるトルクに対抗するための反トルク尾部回転翼とを具備することは知られている。
尾部回転翼は、駆動シャフトと、前記駆動シャフトに取り付けられたハブと、ハブに固定されてハブから半径方向に突き出している複数枚の羽根とを実質的に具備している。
より詳しくは、各羽根は、ほぼ半径方向に長く延びていて、駆動シャフト軸線に垂直な平面内でハブによって回転される。
各羽根は、ヘリコプタを操縦するために任意の平面内でハブに対して移動可能でもある。
尾部回転翼の半径方向の大きさを増大することなく、羽根の空気力学的効率を高めるとともに、羽根及び尾部回転翼制御機構に対する荷重を低減する必要性が当業界内で感じられている。
本発明の目的は、上記のことを簡単で低コストな様態で達成するようにデザインされたヘリコプタの反トルク尾部回転翼を提供することである。
本発明によると、請求項1に記載されたヘリコプタの反トルク尾部回転翼が提供される。
本発明の好適で非限定的実施例が、例示を目的として添付図面を参照しながら説明される。
本発明によるヘリコプタの反トルク尾部回転翼の斜視図である。 図1とは異なる角度から見た本発明によるヘリコプタの反トルク尾部回転翼の斜視図である。 図1及び図2の羽根の平面図である。 図1の羽根の前縁の正面図である。 図3におけるV−V切断線による断面図である。 図3におけるVI−VI切断線による断面図である。 図3におけるVII−VII切断線による断面図である。 図3におけるVIII−VIII切断線による断面図である。 図1〜4に示された羽根の複数枚を描写する、反トルク尾部回転翼を備えるヘリコプタの尾部の側面図であって、明瞭にするためにいくつかの部品を省略している側面図である。 明瞭にするためにいくつかの部品を省略している、図9の尾部回転翼の断面図である。 明瞭にするためにいくつかの部品を省略している、図9の尾部回転翼の断面図である。 図9〜11に示される尾部回転翼の側面図である。 図9〜11に示される尾部回転翼の平面図である。
図9、12、及び13は、胴体2と、胴体2の頂部に取り付けられて、それぞれの軸線で回転する主回転翼(不図示)と、尾部回転翼3により胴体2に伝達されるトルクに対抗するために胴体2の尾部垂直安定板から突出している尾部回転翼3とを実質的に具備しているヘリコプタ1の尾部を示している。
より詳しくは、回転翼3は、
主回転翼の回転軸線に交差する軸線Aを中心に回転する駆動シャフト5と、
軸線Aから半径方向にそれぞれの軸線Bに沿って延びる複数の、実施例では2枚の羽根6と、
シャフト5に機能的に接続されたハブ7であって羽根6がそこから張り出しているハブ7と、を実質的に具備している(図9〜13参照)。
より詳しくは、ハブ7は、羽根6を軸線A周りに回転させ、及び軸線Aとそれぞれの軸線Bとによって形成される平面で羽根6がシャフト5に対して自由に移動することを可能にし、及び羽根6のそれぞれの軸線B周りの回転が気流に対するそれぞれの迎え角を調節することを外部制御装置によって可能にする。
軸線Aは羽根6の外に位置している。
図1〜4を詳しく参照すると、各羽根6は、中空であって、
羽根6の(図9に示される)回転方向に関する羽根6の最も前の点によって形成される前縁8と、
前記回転方向に関する羽根6の最も後ろの点によって形成される後縁9であって、前縁8の反対側に位置する後縁9と、
ハブ7側に位置し、前縁8と後縁9との間に挟まれている半径方向内側の端10と、
半径方向内側の端10の反対側の半径方向外側の端11であって、やはり前縁8と後縁9との間に挟まれている半径方向外側の端11と、によって区画形成されている。
各羽根6は、表面12と裏面13とを実質的に具備しており、前記表面12と裏面13は端10と端11との間で半径方向に挟まれていて、前縁8と後縁9とによって分けられている。
より詳しくは、裏面13は、回転翼3が突き出る尾部垂直安定板と表面12との間に挟まれている。
羽根6は、端10から端11にかけて、
根元部14aと、
中間部14bと、
根元部14a及び中間部14bに対して湾曲しながらヘリコプタ1の尾部垂直安定板から離れてゆく端部14cとを具備している(図1〜4及び図8参照)。
換言すると、端部14cは羽根6の残りの部分に対して下反角を有すると言える。
前縁8は、端10から端11にかけて、根元部14aに沿って延びる直線状第1部分と、前記第1部分に対して傾斜している直線状第2部分と、端部14cに沿って延びる湾曲部分とを含んでいる(図4参照)。
より詳しくは、第2部分は中間部14bに沿って延びている。
ハブ7は、
シャフト5によって軸線Aを中心に回転される一つのプレート15であって、軸線A及び軸線Bに対して垂直な軸線Cを中心にしてシャフト5に対して回転する一つのプレート15であって、軸線Aに対して回転不能な固定の様態で且つ軸線Bに対して回転可能な様態で複数の羽根6に接続されている一つのプレート15と、
関係する羽根6に固定的様態で結合されている二対のプレート20と、
シャフト5によって軸線A周りに回転されるスリーブ25であって(図10及び11参照)、不図示の制御装置によって軸線Aに沿ってシャフト5に対して滑動させられ、羽根6をそれぞれの軸線Bを中心に回転させるために二対のプレート20に接続されているスリーブ25と、を具備している(図9〜13参照)。
より詳しくは、プレート15は、軸線Aに交差する平面内に延在しており、またシャフト5に取り付けられた主要部分16と、二つの付属物17とを具備しており、前記二つの付属物17は、それぞれの羽根6のそれぞれの座19の内側に取り付けられているそれぞれの端18を軸線Aの反対側に有している(図10参照)。
シャフト5は、主要部分16によって形成される座21に係合する円筒状部材22によって取り囲まれている(図10及び11参照)。部材22及び座21は軸線C周りに回転可能な様態で且つ軸線A周りに回転不能な固定の様態で接続されている。部材22の表面および座21の表面は、対を成すものであって、軸線Aと軸線Cとの交点に位置するそれぞれの一致した中心を有している。
座21及び部材22は軸線Cに関する円筒状ヒンジを形成しており、その結果複数の羽根6が軸線C周りに及びシャフト5に対して互いに一体的に動揺すること、即ちはためくことを可能にする。より詳しくは、そのような動揺は、気流に対する複数の羽根6の異なる相対速度の結果として複数の羽根6に作用する異なる空気力学的荷重によって引き起こされる。
付属物17は軸線Aの反対側で主要部分16から突出してそれぞれの羽根6の内側に延びており、端18はそれぞれの軸線Bに関して同芯の中空円筒の形をしており、座19はそれぞれの軸線Bに沿って延びる円筒状キャビティの形をしており、その結果それぞれの座19の内側への端18の挿入は、羽根6がそれぞれの軸線B周りに回転することを可能にするとともに、羽根6とプレート15とを軸線A及び軸線C周りに回転不能に固定する。
各対におけるプレート20は、一方が関係する羽根6の表面12に、他方が裏面13に固定されており、また互いに平行であって、それぞれのほぼ平行な平面に延在している。
ハブ7はプレート20の各対に対して一対のアーム24を具備しており、前記一対のアーム24は、同じ対のプレート20のそれぞれのプレート20に固定された第1端部を有している(図9、10、及び11参照)。各対におけるアーム24の第2端部は、関係する羽根6の端10と軸線Aとの間に配設された横断部材26によって互いに接続されている。
スリーブ25は、尾部垂直安定板の反対側でシャフト5から突出しており、また
軸線Aに関して正反対に配置されている複数の第1半径方向付属物27であって、それぞれの繋ぎ材29によってそれぞれの横断部材26に接続されている複数の第1半径方向付属物27と(図10、12、及び13参照)、
軸線Aに関して正反対に配置されている複数の第2半径方向付属物28であって、シャフト5に対して回転不能に固定されているプレート33に二つのレバー31及び32によって各々が接続されていて、軸線Aに沿ってシャフト5とスリーブ25との間に挟まれている複数の第2の半径方向付属物28とを具備している。
より詳しくは、各付属物27は円周方向において複数の付属物28の間に配置されている。
繋ぎ材29は軸線Aに交差して延びており、また関係する付属物27に接続される第1端部と、関連軸線Bに関して偏心してそれぞれの横断部材26に接続される、第1端部の反対側の第2端部とを有している(図10参照)。
より詳しくは、スリーブ25が軸線Aに沿って滑動したときに複数の羽根6がそれぞれの軸線B周りに同じ方向で回転するように、繋ぎ材29はそれぞれの横断部材26に接続されている。
各レバー31はスリーブ25にヒンジ結合された第1端部と前記第1端部の反対側の第2端部とを有しており、前記第2端部は対応するレバー32の第1端部にヒンジ結合されている。
各レバー32は第1端部とは反対側の第2端部を有しており、前記第2端部はプレート33にヒンジ結合されている。
各対におけるプレート20は、関係する羽根6の軸線Bに垂直なピン35によって互いに接続されている。ピン35は、関係する羽根6の根元部14aの内側に収容される中間部分36を有しており、前記中間部分36は関係する付属物17によって形成される座37に、軸線Bに対して回転可能な様態で係合している。
より詳しくは、中間部分36は座37によって形成される球面に係合する外球面を有している。より詳しくは、関係する座37により形成される球面と中間部分36により形成される球面とは同心であって、関連軸線Bに沿ってそれぞれの中心を有している。
ピン35の中間部分36及び関係する座37は、このようにそれぞれのヒンジを形成し、羽根6がそれぞれの軸線B周りにプレート15に対して回転することを可能にする。
各羽根6の表面12及び裏面13は、端10に近接してそれぞれの穴38を有しており、前記それぞれの穴38には関係するピン35の両端が貫通して嵌合している。
前縁8及び後縁9に垂直な平面で断面を見たとき(図5参照)、根元部14aは、前縁8と後縁9とを結ぶ翼弦Pに関して非対称な輪郭Gを有利に有している。
輪郭Gの非対称デザインの効力によって、根元部14aは、羽根6上に生成される揚力において、及び従って回転翼3によって胴体2に伝達されるトルクにおいて積極的な役割を果たす。
より詳しくは、表面12及び裏面13は、根元部14aと中間部14b及び端部14cの両方に沿って、前縁8においてなめらかに融合され、及び後縁9において鋭角的に接合されている。
根元部14aにおいて、裏面13は凸状であり、これに対して表面12は、後縁9に隣接する凹状第1部分41と、前記第1部分41と前縁8との間に挟まれている凸状第2部分42とを有している(図5参照)。
前縁8及び後縁9に対して垂直な各断面において、裏面13を形成する輪郭Gの点は、表面12を形成する輪郭Gの対応する点よりも翼弦Pからさらに離れている(図3、4、及び5参照)。
輪郭Gを参照すると、翼弦Pが、表面12と裏面13との間に挟まれている主要部分P1と、後縁9端における端部分P2とを含んでいることがわかる。より詳しくは、後縁9に隣接している第1部分41は端部分P2と裏面13との間に挟まれている(図5参照)。
より詳しくは、輪郭Gは端10に近接する根元部14aの断面において得られたものである。
根元部14aにおいて表面12が裏面13から最も離れる点は、図1〜4において部分43として示される。
中間部14b及び端部14cの後縁9に垂直なそれぞれの平面における断面である図6及び図7において、裏面13及び表面12は両方とも凸状である(図6及び7参照)。
羽根6の図6及び図7による断面では、翼弦Pは裏面13と表面12との間に挟まれている。
前縁8から後縁9にかけて、後縁9に垂直な平面における羽根6の各断面では、表面12と裏面13は最初に発散し次に収束している(図5〜7参照)。
図8に示されるように、前縁8と後縁9との間の羽根6の長手方向の中間平面では、表面12と裏面13は、根元部14aにおいて収束しており、中間部14bにおいて一定の間隔を保ち、端部14cにおいて収束している。
羽根6の翼弦Pの長さ、即ち後縁9に垂直に計測された前縁8と後縁9との間の距離は、中間部14bにおいて一定である。
図5〜7に示されるように、前縁8及び後縁9に垂直な固定軸線に対する翼弦Pの傾斜は端10から端11にかけて変化している。より詳しくは、固定軸線は図5〜7に関しては鉛直であり、翼弦Pと固定軸線との間の角度は根元部14a(図5参照)から端部14c(図7参照)にかけて減少している。
換言すると、羽根6の設定角度はそれぞれの軸線Bに沿って変化する。即ち、一つの平面内に横たわるのとは対照的に、翼弦Pの点の軌跡は上から見たとき湾曲した輪郭を有している。
端10において、表面12及び裏面13は、前縁8から後縁9にかけて、後縁9に対して傾斜している同一平面内に延在するそれぞれの第1部分45と、それぞれの穴38を取り囲む湾曲したそれぞれの第2部分46と、第1部分45の平面に対して傾斜している同一の平面内に延在するそれぞれの第3部分47とを含んでいる。
第1部分45は関連軸線Bに関して対称に延びるのに対して(図4及び図13の左側参照)、第3部分47は関連軸線Bに関して非対称である。
端10と軸線Aとの間の距離は、端11の点と軸線Aとの間の最大距離の10%〜25%の範囲にあることが有利である。
端10と軸線Aとの間の距離は、端11の点と軸線Aとの間の最大距離の10%〜23%の範囲にあることが好適である。
実際に使用するとき、シャフト5は軸線Aを中心に回転してハブ7を回転させる。
プレート15が羽根6を軸線A周りに回転させる一方で、部材22とプレート15の座21との間の接続は、羽根6が空気力学的荷重を受けて軸線C周りに自由に動揺することを可能にする。
複数の羽根6は、羽根6上を流れる気流に対する羽根6の迎え角を変化させるために、外部制御装置によって、同一角度及び同一方向でそれぞれの軸線B周りに回転され得る。
より詳しくは、外部制御装置はスリーブ25を軸線Aに沿って移動させ、前記スリーブ25の移動は繋ぎ材29と横断部材26とに伝達される。
繋ぎ材29は、関連軸線Bに対して偏心して横断部材26に接続されており、繋ぎ材29の移動はプレート20及び従って羽根6をそれぞれの軸線B周りに回転させる。
羽根6が回転するとき、羽根6の座19は、プレート15の関係する付属物17の対応する端18に対してそれぞれの軸線B周りに回転し、またピン35は関係する付属物17の座37に対して関連軸線B周りに回転する。
回転翼3の通常の作動の間中に、顕著な揚力が羽根6の根元部14aに生み出される。
従って、羽根6の根元部14aは、回転翼3によって尾部垂直安定板に伝達される力及び従って胴体2に伝達されるトルクにおいて積極的な役割を果たす。
本発明による回転翼3の利点は、上述の説明で明確になったであろう。
特に羽根6の根元部14aは、そのデザインの効力により、気流と羽根6との間で交換される空気力学的力、及び従って回転翼3からヘリコプタ1の胴体2へ伝達されるトルクにおいて積極的な役割を果たす。
より詳しくは、出願人は、根元部14aのデザインが、羽根6の半径方向の全体的大きさの10%〜20%の範囲の軸線Aからの距離においても揚力の生成を提供することを観察した。換言すると、所定のレイノルズ数に関して、根元部14aのデザインは羽根6の揚力係数を高めると言える。
従って羽根6は、回転翼3の所定の半径方向の全体的大きさに関して回転翼3の最大の空気力学的効率を提供する。
更に、揚力は軸線Aに極めて近接した羽根6の区域においても生み出されるので、回転翼3の制御部材に働く曲げモーメントによって引き起こされる応力が、回転翼3によって生み出される所定の復元トルクのために大いに低減される。
換言すると、回転翼3によって生み出される所定の復元トルク、及び従って羽根6に作用する揚力の所定の合力に関して、根元部14aのデザインは、合力の作用点を軸線Aに近づける。
はっきりと、本明細書に記載されて説明された回転翼3に対する変更が添付された特許請求の範囲で規定された保護の範囲から外れることなくなされてよい。
特に、ハブ7をシャフト5に及び羽根6をハブ7にヒンジ結合する手段は別のタイプであってもよい。
3 回転翼
5 駆動シャフト
6 羽根
7 ハブ
8 前縁
9 後縁
10 内側端
11 外側端
12 表面
13 裏面
14a 根元部
A 回転軸線
B 縦軸線
G 輪郭
P 翼弦

Claims (13)

  1. 回転軸線(A)を中心に回転するシャフト(5)と、前記回転軸線(A)に交差する関連縦軸線(B)に沿って延びる少なくとも二つの羽根(6)と、前記シャフト(5)を前記羽根(6)に接続するハブ(7)とを具備するヘリコプタ反トルク尾部回転翼(3)であって、各羽根(6)は、
    互いに対向するとともに前記関連縦軸線(B)に沿って延びる前縁(8)及び後縁(9)にして、後縁(9)が作動中に前縁(8)の後ろの気流と相互作用する、前縁(8)及び後縁(9)と、
    互いに対向するとともに前記前縁(8)と前記後縁(9)との間に延在する第1表面(12)及び第2表面(13)と、
    前記羽根(6)の回転軸線(A)に関して半径方向内側の第1端(10)と、
    前記半径方向内側の第1端(10)の反対側の半径方向外側の第2端(11)と、を具備しており、
    前記第1端(10)及び前記第2端(11)は前記前縁(8)と前記後縁(9)との間に挟まれており、
    前記羽根(6)は前記第1端(10)及び前記第2端(11)によって、前記軸線(A)の側及び前記軸線(A)の反対側でそれぞれ区画形成されており、
    前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)は、前記第1端(10)と前記第2端(11)との間で前記回転軸線(A)に関する半径方向に挟まれて、前記前縁(8)及び前記後縁(9)によって分離されており、
    各羽根(6)は、さらに、
    前記回転軸線(A)の側で、半径方向内側の前記第1端(10)によって区切られた根元部(14a)と、
    前記回転軸線(A)とは反対側で、半径方向外側の前記第2端(11)によって区切られた端部(14c)と、
    前記第2端(11)から離間された中間部(14b)であって、前記根元部(14a)と前記端部(14c)との間に配置された中間部(14b)と、を具備しており、
    前記根元部(14a)が、前記前縁(8)又は前記後縁(9)に垂直な平面による断面において、前記前縁(8)と前記後縁(9)とを結ぶ翼弦(P)に関して非対称の輪郭(G)を備えており、
    前記第1表面(12)は、前記根元部(14a)において部分的に凹状であり且つ部分的に凸状であり、
    前記第2表面(13)は、前記根元部(14a)において凸状である、ヘリコプタ反トルク尾部回転翼(3)において、
    各羽根(6)の前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)は、前記中間部(14b)と前記端部(14c)とにおいて凸状であり、
    前記羽根(6)の前記第1端(10)の点の前記回転軸線(A)からの距離が、前記回転軸線(A)と前記羽根(6)の前記第2端(11)の前記回転軸線(A)から最大距離に配置された点との間の距離の10%〜25%の範囲にあることを特徴とする、ヘリコプタ反トルク尾部回転翼(3)。
  2. 前記羽根(6)の気流に対する迎え角を変化させるために、前記ハブ(7)が、前記羽根(6)をそれぞれの前記縦軸線(B)周りに回転させるための制御手段(25、20、35、36)を形成していることを特徴とする請求項1に記載の尾部回転翼であって、前記制御手段(25、20、35、36)が、前記羽根(6)のそれぞれの前記根元部(14a)に少なくとも部分的に収められている、請求項1に記載の尾部回転翼。
  3. 前記制御手段(25、20、35、36)が少なくとも、
    前記回転軸線(A)に平行に移動可能なアクチュエータ(25)と、
    それぞれの羽根(6)に一体の少なくとも二対のプレート(20)にして、それぞれの縦軸線(B)周りに回転するために前記アクチュエータ(25)に作動可能に接続されている少なくとも二対のプレート(20)と、
    それぞれの前記縦軸線(B)周りに回転する二本のピン(35)にして、それぞれの対のプレート(20)に一体にされていて、各々がそれぞれの前記根元部(14a)の内側に延びるそれぞれの部分(36)を有する二本のピン(35)と、を具備することを特徴とする、請求項2に記載の尾部回転翼。
  4. 各羽根(6)の前記根元部(14a)における前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)が、前記前縁(8)において滑らかに融合されてい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尾部回転翼。
  5. 各羽根(6)の前記根元部(14a)における前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)が、前記後縁(9)において鋭角的に接合されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  6. 各羽根(6)の前記翼弦(P)が、前記第1表面(12)と前記第2表面(13)との間に挟まれている主要部分(P1)を含むこと、及び前記第1及び第2表面(12、13)の一方(12)が前記翼弦(P)の端部分(P2)と前記第1及び第2表面(12、13)の他方(13)との間に挟まれていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  7. 各羽根(6)の前記翼弦(P)の前記端部分(P2)が前記後縁(9)に隣接していることを特徴とする、請求項に記載の尾部回転翼。
  8. 各羽根(6)の前記第2表面(13)の前記後縁(9)側に位置する端部が、前記翼弦(P)の前記端部分(P2)と前記第2表面(13)との間に挟まれていることを特徴とする、請求項又はに記載の尾部回転翼。
  9. 前記後縁(9)から前記前縁(8)にかけて、各羽根(6)の前記第1表面(12)は、凸状部分(42)が後に続く凹状部分(41)を前記根元部(14a)において含んでいることを特徴とする、請求項のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  10. 各羽根(6)の前記第表面(13)を形成する前記輪郭(G)の点が、前記第表面(12)を形成する前記輪郭(G)の対応する点より前記翼弦(P)から更に離れていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  11. 記中間部(14b)における前記翼弦(P)の長さが一定であることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  12. 各羽根(6)の前記第1表面(12)及び前記第2表面(13)が、前記第1端(10)における前記前縁(8)から前記後縁(9)にかけて、
    前記後縁(9)に対して傾斜している同一の平面内に延びるそれぞれの第1部分(45)と、
    それぞれの湾曲した第2部分(46)と、
    前記第1部分(45)の平面に対して傾斜している同一平面内に延びるそれぞれの第3部分(47)と、を含むことを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の尾部回転翼。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の尾部回転翼(3)と尾部垂直安定板とを具備するヘリコプタであって、前記第2表面(13)が、前記尾部垂直安定板と前記第1表面(12)との間に挟まれていることを特徴とするヘリコプタ。
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