JP6118460B2 - ピッチ制御組立体 - Google Patents

Description

本発明は、プロペラブレードのピッチを調整するためのピッチ制御組立体に関する。

現代のプロペラ組立体は、スラスト送出の効率を最適化するため、ピッチ制御ユニット（ＰＣＵ：ｐｉｔｃｈ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ）によってブレードピッチを変化させる手段を有する場合がある。こうして、プロペラは、離陸から巡航に至る上昇まで最適スラストを与えるため、飛行中にピッチを変化させるように設計することができる。ピッチ角度を変化させることは、航空機速度が変化するときに、航空機が、プロペラブレードに関して最適な迎角又は最大の揚力対抗力比を維持することを可能にすることができる。

米国特許第５１８６６０８号明細書

一態様において、本発明の一実施形態は、プロペラブレードのピッチを調整するためのピッチ制御組立体に関し、ピッチ制御組立体は、ハウジング内に位置付けられた複数の制御弁及び対応する液圧ラインを有する、ハウジングを備えるピッチ制御ユニットと、ハウジング内に位置付けられた一連のコイルを含むブレード角度ユニットと、ハウジングに搭載され、かつ、一連のコイル内に位置付けられた少なくとも一部分及びピッチ制御ユニットの液圧ラインに流体結合された複数の液圧ラインを有する、トランスファベアリングと、トランスファベアリングの少なくとも一部分を軸方向に受取りかつ少なくとも一部分に対して軸方向に可動であるトランスファチューブと、トランスファチューブによって保持され、ブレード角度ユニット内に位置付けられた磁気コアスリーブとを含み、プロペラのピッチ角度は、制御弁の作動に応答して液圧ラインを通して供給される作動液に応答して、トランスファベアリングに対してトランスファチューブを軸方向に移動させることによって制御することができ、ブレード角度ユニットは、一連のコイル内での磁気コアスリーブの対応する軸方向運動を検知し、ブレード角度運動の量を示す出力を提供する。

可変ピッチプロペラを有する航空機の略図である。 可変ピッチプロペラを有するプロペラ組立体の略図である。 例示的な可変ピッチプロペラ組立体及び従来技術のピッチ制御ユニットの略図である。 図３に示す従来技術のピッチ制御ユニットの断面図である。 本発明の一実施形態によるピッチ制御組立体の断面図である。 例示的な可変ピッチプロペラ組立体内に含まれる図５のピッチ制御組立体の略図である。

図１は、それぞれがハブ１２及び複数のブレード１４を有する複数のプロペラ組立体１０を有する航空機８を示す。航空機の一例が示されたが、任意の適した航空機が本明細書で述べる本発明の実施形態を利用することができることが理解されるであろう。図２は、示すハブ及び単一ブレードだけを有するプロペラ組立体を概略的に示す。図１に示すように複数の円周方向に離間したブレード１４をハブ１２内で支持することができるが、明確にするため残りの図において１つのブレードだけが示される。図３に示すように、ハブ１２及び複数のブレード１４は、ドライブシャフト２２及びギアボックス２４を通して、エンジン２０等の適した推進プラントに動作可能に結合することができる。示すように、プロペラ組立体１０は、プロペラギアボックス２４上に搭載することができる。アクセサリギアボックス２６及び発電機２８はまた、プロペラ組立体１０及びピッチ制御ユニット３０に隣接して位置付けられるものとして示される。

各ブレード１４は、ピッチ制御ユニット（ＰＣＵ）３０の制御下でプロペラ組立体１０の回転中にピッチについて調整可能であるとすることができる。従来技術のＰＣＵ３０は図３に概略的に含まれる。液圧ラインは、ギアボックス２４の背部に搭載されたＰＣＵ３０から液圧トランスファチューブ配置構成３２に沿って向けることができる。ＰＣＵ３０は、液圧トランスファベアリング３４及びブレード角度ユニット３６を収容する。慣例的に、液圧トランスファベアリング３４及びブレード角度ユニット３６は、直列に配置され、かなりのユニット長をもたらす。ＰＣＵ３０はまた、幾つかの制御弁３８を含むことができ、制御弁３８は、作動液が液圧トランスファチューブ配置構成３２を通してピストンエンドキャップ４０の複数の部分まで搬送されることを可能にすることができる。

ピストンエンドキャップ４０はピストン４２を収容し、ピストン４２は、ピストンエンドキャップ４０に作動液が導入される場所に応じて移動することができる。例えば、作動液がピストンエンドキャップ４０の第１の部分４４に導入される場合、ピストン４２は、ファインピッチ方向に向かって移動し、ブレード１４のピッチを減少させる。逆に、作動液がピストンエンドキャップ４０の第２の部分４６に導入される場合、ピストン４２は、コースピッチ方向に向かって移動し、ブレード１４のピッチを増加させる。ピストン４２が移動するにつれて、プロペラハブ１２は、前後に移動し、プロペラハブ１２に取付けられたブレード１４のピッチが移動する。

図４により明瞭に示すように、従来技術のプロペラＰＣＵ３０は、液圧トランスファベアリング３４及びブレード角度ユニット３６を直列に収容する。ＰＣＵ３０は、液圧トランスファベアリング３４及びブレード角度ユニット３６の少なくとも一部分の周りに延在するハウジング５０を含むことができる。従来のＰＣＵ３０は、長さが約１４インチであるとすることができる。液圧ライン５２は、ハウジング５０内に含むことができ、液圧トランスファベアリング３４内で液圧ライン５４に流体結合することができる。ブレード角度ユニット３６は、一連のコイル６０を含むことができ、一連のコイル６０は、液圧トランスファベアリング３４の少なくとも一部分上に位置付けられる磁気コアスリーブ６２を測定することができる。こうして、ブレード角度ユニット３６は、液圧トランスファベアリング３４の端の軸方向位置を測定することができ、プロペラブレード角度をその位置から計算することができる。

図５は、シーケンシャルに配列された従来技術のＰＣＵ３０と違って、比較的コンパクトな長さを提供する本発明によるピッチ制御組立体（ＰＣＵ）１００の一実施形態を示す。図５の断面図に見られるように、ピッチ制御組立体１００は、ハウジング１０４を有するピッチ制御ユニット１０２を含み、複数の制御弁１０６及び対応する液圧ライン１０８がハウジング１０４内に位置付けられる。ブレード角度ユニット１１０は、ハウジング１０４内に位置付けられた一連のコイル１１２を含むことができる。一連のコイル１１２の少なくとも一部分をハウジング１０４内に位置付けることができ、一連のコイル１１２全体をハウジング１０４内に位置付けることを含む。

トランスファベアリング１２０は、ハウジング１０４に搭載することができ、トランスファチューブ１４０内に位置付けられた少なくとも一部分を有する。トランスファベアリング１２０内の複数の液圧ライン１２２は、ピッチ制御ユニット１０２の液圧ライン１０８に流体結合することができる。

ハウジング１０４内の液圧ライン１０８及びトランスファベアリング１２０内の液圧ライン１２２は、少なくとも、ファイン液圧ライン及びコース液圧ラインを含むことができる。示す例において、航空機８が地上にいるときにブレード１４のピッチを減少させるための地上ファイン液圧ライン、航空機８が飛行中であるときにブレード１４のピッチを減少させるための飛行ファイン液圧ライン、及びブレード１４のピッチを増加させるためのコース液圧ラインが含まれている。

トランスファベアリング１２０は、任意の適した方法で形成することができ、トランスファベアリング１２０がマンドレル１２４を含むことができることを含む。トランスファベアリング１２０の液圧ラインは、マンドレル１２４の内部に位置付けることができる。マンドレル１２４は、トランスファベアリング１２０をハウジング１０４に搭載するため、ハウジング１０４に搭載された一端１２６を有することができる。非制限的な例として、軸方向調整器１２８は、マンドレル１２４をハウジング１０４に搭載して、マンドレル１２４及びハウジング１０４の相対的な軸方向運動を可能にすることができる。これは、従来の方法よりずっと速い、迅速でかつ簡単なプロペラリギング特徴を提供することができ、プロペラリギング特徴は、プロペラスピナ及びピッチ変更ピストンエンドキャップの取外しを含みかつずっと長い期間を必要とする調整手順によって達成される。更なる例として、軸方向調整器１２８は、ハウジング１０４に対してマンドレル１２４をロックするため、ハウジング１０４内の開口１３０を通過するマンドレル１２４上のねじ山付き端部、及び、ねじ山付き端部上にねじ込まれるロックナット１３２を含むことができる。マンドレル１２４が平滑端を含むものとして示されるが、マンドレル１２４の端１２６がねじ山付きである場合があることが理解されるであろう。

トランスファチューブ１４０は、トランスファベアリング１２０の少なくとも一部分を軸方向に受取りかつ少なくとも一部分に対して軸方向に可動であることができる。トランスファチューブ１４０は、マンドレル１２４の周りに回転すると共に併進することができる。より具体的には、トランスファチューブ１４０の軸方向運動は、トランスファチューブ１４０の回転をもたらすことができる。磁気コアスリーブ１５０は、トランスファチューブ１４０によって保持することができ、一連のコイル１１２内に位置付けることができる。磁気コアスリーブ１５０は、任意の適した方法でトランスファチューブ１４０によって保持することができ、磁気コアスリーブ１５０がトランスファチューブ１４０の一部分に嵌合することができることを含む。そのため、磁気コアスリーブ１５０はトランスファチューブ１４０と共に移動する。示すように、トランスファベアリング１２０、トランスファチューブ１４０、及び磁気コアスリーブ１５０のそれぞれの少なくとも一部分を一連のコイル１１２内に位置付けることができる。磁気コアスリーブ１５０全体は、トランスファチューブ１４０の運動の作動時軸方向範囲全体にわたって一連のコイル１１２内に位置付けることができることが企図される。液圧ライン１５２は、トランスファチューブ１４０内に含まれ、流体をプロペラ組立体のピストンエンドキャップに提供することができる。

作動中、プロペラのピッチ角度は、制御弁１０６の作動に応答して液圧ライン１０８、１２２、及び１５２を通して供給される流体に応答して、トランスファベアリング１２０に対してトランスファチューブ１４０を軸方向に移動させることによって制御することができ、ブレード角度ユニット１１０は、一連のコイル１１２内での磁気コアスリーブ１５０の対応する軸方向運動を検知し、ブレード角度運動の量を示す出力を提供する。より具体的には、一連のコイル１１２は、トランスファチューブ１４０上に搭載された磁気コアスリーブ１５０を測定することができる。こうして、ブレード角度ユニット１１０は、トランスファチューブ１４０の端部の軸方向位置を測定することができ、プロペラブレード角度をその位置から計算することができる。こうして、フィードバック特徴を、端部上に置く代わりに、トランスファチューブ１４０の周りに位置決めすることができ、それにより、ピッチ制御組立体１００の長さは、従来のＰＣＵと比較してほぼ半分になる。ピッチ制御組立体１００を、プロペラギアボックスに隣接して位置付けることができ、また、先に述べたプロペラ組立体を含む任意の適したプロペラ組立体に組込むことができることが理解されるであろう。図６は、例示のために先に述べたプロペラ組立体に組込まれるピッチ制御組立体を示す。そのため、作動中、流体は、液圧ライン１０８、１２２、及び１５２を通して提供することができ、それにより、作動液が、ピストンエンドキャップ４０の第１の部分４４に導入され、ピストン４２がファインピッチ方向に向かって移動し、ブレード１４のピッチを減少させる、又は、作動液が、ピストンエンドキャップ４０の第２の部分４６に導入され、ピストン４２がコースピッチ方向に向かって移動し、ブレード１４のピッチを増加させる。ピストン４２が移動するにつれて、トランスファチューブ１４０は、マンドレル１２４の周りで軸方向に同じ方向に移動する。

図６に同様に見られるように、ピッチ制御組立体１００の長さは、従来技術のユニットの長さよりずっと短く、長さが約８インチであるとすることができる。これは、より大型の発電機２８がナセルに含まれることを可能にする。これは、推進システムによって生成されるより多くの電力を航空機が必要としているため、有益であることを立証することができる。こうした増加は、普通ならエンジンナセル内で対処することが難しい場合がある。

上述した実施形態は、組立体の長さが従来のユニットよりずっと短いことを含む種々の利益を可能にし、システムの設置及び重量の点でかなりの利点を提供する。従来のＰＣＵと比較すると、本発明の実施形態は、電磁ブレード角度ユニットコイルが、反転された液圧トランスファベアリングの周りに配置されることを可能にし、組立体の長さを約半分にする。ピッチ制御組立体が強烈な振動場を受けるため、より短い長さが、振動を受けにくいためこの環境により適しており、また、信頼性の増加をもたらす。更に、本発明の実施形態はまた、リギング用の迅速な外部アクセスを実施形態が可能にするため、液圧トランスファベアリングリギング手順を劇的に減少させ、メンテナンスコストを大幅に減少させる。現代のプロペラシステムは、プロペラリギング調整器をプロペラの前部のプロペラクロスヘッド上に位置付け、そのことは、プロペラスピナ及びピストンエンドキャップがアクセスのために取外されることを必要とする。本発明の実施形態は、リギングがピッチ制御ユニットの端部で引受けられることを可能にし、簡単な外部調整を提供する。

この書面による説明は、最良モードを含む本発明を開示するために、また同様に、任意のデバイス又はシステムを作り使用すること、及び、組込まれる任意の方法を実施することを含む、本発明を当業者が実施することを可能にするために例を使用する。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が思い付く他の例を含むことができる。こうした他の例は、特許請求の範囲の逐語的言語と異ならない構造的要素を有する場合、又は、特許請求の範囲の逐語的言語と非実質的相違を有する等価な構造的要素を含む場合、特許請求の範囲内にあることを意図される。

８ 航空機
１０ プロペラ組立体
１２ ハブ
１４ ブレード
２０ エンジン
２２ ドライブシャフト
２４ ギアボックス
２６ アクセサリギアボックス
２８ 発電機
３０ ピッチ制御ユニット
３２ 液圧トランスファチューブ配置構成
３４ 液圧トランスファベアリング
３６ ブレード角度ユニット
３８ 制御弁
４０ ピストンエンドキャップ
４２ ピストン
４４ 第１の部分
４６ 第２の部分
５０ ハウジング
５２ 液圧ライン
５４ 液圧ライン
６０ 一連のコイル
６２ 磁気コアスリーブ
１００ ピッチ制御組立体（ＰＣＵ）
１０２ ピッチ制御ユニット
１０４ ハウジング
１０６ 制御弁
１０８ 液圧ライン
１１０ ブレード角度ユニット
１１２ コイル
１２０ トランスファベアリング
１２２ 液圧ライン
１２４ マンドレル
１２６ 一端
１２８ 軸方向調整器
１３０ 開口
１３２ ロックナット
１４０ トランスファチューブ
１５０ 磁気コアスリーブ
１５２ 液圧ライン

Claims (12)

1. プロペラブレードのピッチを調整するためのピッチ制御組立体（１００）であって、
   ハウジング（１０４）内に位置付けられた複数の制御弁（１０６）及び対応する液圧ライン（１０８）を有する、ハウジング（１０４）を備えるピッチ制御ユニットと、
   前記ハウジング（１０４）内に位置付けられた一連のコイル（６０）を備えるブレード角度ユニット（１１０）と、
   前記ハウジング（１０４）に搭載され、かつ、前記一連のコイル（６０）内に位置付けられた少なくとも一部分及び前記ピッチ制御ユニットの前記液圧ライン（１２２）に流体結合された複数の液圧ライン（１２２）を有する、トランスファベアリング（１２０）と、
   前記トランスファベアリング（１２０）の少なくとも一部分を軸方向に受取りかつ前記少なくとも一部分に対して軸方向に可動であるトランスファチューブ（１４０）と、
   前記トランスファチューブ（１４０）によって保持され、前記ブレード角度ユニット（１１０）内に位置付けられた磁気コアスリーブ（１５０）とを備え、
   プロペラのピッチ角度は、前記制御弁（１０６）の作動に応答して前記液圧ライン（１２２）を通して供給される流体に応答して、前記トランスファベアリング（１２０）に対して前記トランスファチューブ（１４０）を軸方向に移動させることによって制御することができ、前記ブレード角度ユニット（１１０）は、前記一連のコイル内での前記磁気コアスリーブ（１５０）の対応する軸方向運動を検知し、ブレード角度運動の量を示す出力を提供する、ピッチ制御組立体（１００）。
2. 前記トランスファベアリング（１２０）は、前記トランスファベアリング（１２０）を前記ハウジング（１０４）に搭載するため、前記ハウジング（１０４）に搭載された一端を有するマンドレルを備える、請求項１記載のピッチ制御組立体（１００）。
3. 前記マンドレル及び前記ハウジング（１０４）の相対的な軸方向運動を可能にするため、前記マンドレルを前記ハウジング（１０４）に搭載する軸方向調整器を更に備える、請求項２記載のピッチ制御組立体（１００）。
4. 前記軸方向調整器は、前記ハウジング（１０４）に対して前記マンドレルをロックするため、前記ハウジング内の開口を通過する前記マンドレル上のねじ山付き端部、及び、前記ねじ山付き端部上にねじ込まれるロックナットを備える、請求項３記載のピッチ制御組立体（１００）。
5. 前記トランスファベアリング（１２０）の前記液圧ライン（１２２）は前記マンドレルの内部の位置付けられる、請求項２乃至４のいずれか１項記載のピッチ制御組立体（１００）。
6. 前記トランスファベアリング（１２０）、前記トランスファチューブ（１４０）、及び前記磁気コアスリーブ（１５０）のそれぞれの少なくとも一部分は前記一連のコイル（６０）内に位置付けされる、請求項１乃至５のいずれか１項記載のピッチ制御組立体（１００）。
7. 前記一連のコイル（６０）の少なくとも一部分は前記ハウジング（１０４）内に位置付けられる、請求項６記載のピッチ制御組立体（１００）。
8. 前記一連のコイル（６０）全体は前記ハウジング（１０４）内に位置付けられる、請求項７記載のピッチ制御組立体（１００）。
9. 前記磁気コアスリーブ（１５０）全体は、前記トランスファチューブ（１４０）の運動の作動時軸方向範囲全体にわたって前記一連のコイル（６０）内に位置付けられる、請求項８記載のピッチ制御組立体（１００）。
10. 前記液圧ライン（１０８，１２２）は、少なくとも、ファイン液圧ライン及びコース液圧ラインを備える、請求項１乃至９のいずれか１項記載のピッチ制御組立体（１００）。
11. 前記液圧ライン（１０８，１２２）は、地上ファイン液圧ライン、飛行ファイン液圧ライン、及びコース液圧ラインを備える、請求項１０記載のピッチ制御組立体（１００）。
12. 前記トランスファチューブ（１４０）の前記軸方向運動は前記トランスファチューブ（１４０）の回転をもたらす、請求項１乃至１１のいずれか１項記載のピッチ制御組立体（１００）。