JP6425684B2 - 二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプター - Google Patents

Description

本発明は、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターに関するものである。

二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、通常回転軸の外部に設けられた下段スワッシュプレートから上段スワッシュプレートへと複数のリンケージロッドで連結されている（下記特許文献１参照）。

また、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、普通のシングルローター式に比べて機構的に複雑で製造が難しくなる。また、それ以上に大きな問題なのが、二重になっているローターの空力的な構造である（下記特許文献１参照）。

特開２００５−２８９１２８号公報

ｂｕｓｉｎｅｓｓｎｅｗｓｌｉｎｅ，＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｂｕｓｉｎｅｓｓｎｅｗｓｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／２００７０４１０１５０６００００９０．ｈｔｍｌ＞ [ ２０１６／０１／２０検索] ＴＯＫＹＯ ＥＸＰＲＥＳＳ，＜ｈｔｔｐ：／／ｔｏｋｙｏｅｘｐｒｅｓｓ．ｉｎｆｏ／２０１４／１１／０６／％Ｅ３％８２％Ｂ７％Ｅ３％８２％Ｂ３％Ｅ３％８３％ＡＢ％Ｅ３％８２％Ｂ９％Ｅ３％８２％ＡＤ３％Ｅ３％８３％ＢＣ％Ｅ３％８０％８１％Ｅ６％ＡＣ％Ａ１％Ｅ４％Ｂ８％９６％Ｅ４％ＢＢ％Ａ３％Ｅ５％９Ｅ％８Ｂ％Ｅ３％８３％９８％Ｅ３％８３％ＡＡ％Ｅ３％８０％８Ｃｓ−９７％Ｅ３％８３％Ａ９％Ｅ３％８２％Ａ４％Ｅ３％８３％８０％Ｅ３％８３％ＢＣ％Ｅ３％８０％８Ｄ％Ｅ３％８２％９２％Ｅ３％８３％ＡＤ／＞ [ ２０１６／０１／２０検索]

ヘリコプターにおいては、回転ローターによるトルクを解消させるために機体の後部にあるテールローターを使ってトルクを解消させる必要がある他、前進させるために前傾姿勢をとり、メインローターの推力を後方に向けてやる必要がある。しかし、スピードを増すために前傾姿勢を強く取り過ぎると今度は、浮力が失われてしまうという大きな欠点を持っている（上記非特許文献１参照）。

また、上記したように、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターでは通常２個のスワッシュプレートを搭載し、下段スワッシュプレートから上段スワッシュプレートへと複数のリンケージロッドで連結されている。

しかしながら、このような機械的な同期のため、シングルローターと比較して機構が複雑化し、製造も難しくなるという問題があった。

さらに、上下のローター間の気流が互いに干渉し、気流が乱れて推力のロスが生じるという問題もあった。

二重反転式ローターが接近していれば、２枚のローターから生じる気流はスムーズに流れる。しかし、ローターの位置が離れれば、上のローターで生じた気流が下のローターにぶつかり、気流の乱れが生じ、結果的に推力のロスが生じてしまう。ヘリコプターの場合、レシプロ機で使われるような二重反転式プロペラとは異なりローターを前後左右に複雑に傾けることで機体の進む方向などの調整を行う必要があるため、２枚のローターを近づけ過ぎると２枚のローターが接触してしまう可能性がある。それを防ぐためには２枚のローターを離す必要があるが、そうなると今度は上のローターの吹き降ろしが下のローターと干渉を起こして推力がロスする。場合によっては３０％〜４０％近い推力が失われる場合があるという（上記非特許文献１参照）。

本発明は、上記状況に鑑みて、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを簡易な構造で正確に制御することを目的とする。

また、極力推力のロスをなくすとともに、強固で美観に優れる二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを提供する。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕メインマストを構成する外側マスト１と内側マスト２を逆回転させ、前記外側マスト１の回転軸に下段のメインローター６が取り付けられ、前記内側マスト２の回転軸に上段のメインローター５が取り付けられ、前記上段のメインローター５のローターブレードのピッチ角を、第１スワッシュプレート８を傾動動作させることにより変化させるとともに、前記下段のメインローター６のローターブレードのピッチ角を、第２スワッシュプレート７を傾動動作させることにより変化させ、飛行する同軸二重反転式無人ヘリコプターであって、前記内側マスト２内に前記上段のメインローター５のローターブレードの枚数に応じた個数のコントロールロッド３を貫通させ、該コントロールロッド３の下端部は前記第１スワッシュプレート８に連結され、前記コントロールロッド３は前記上段のメインローター５のローターヘッドに配置されたミキシングレバー４に連結されて、前記第１スワッシュプレート８を傾動動作させることにより、上段のメインローター５のピッチ角を変化させる、ことを特徴とする。

この構成によって、上下のスワッシュプレート７，８をコントロールロッド３で機械的に連結させる機構に比べ、前記上段のメインローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することが出来る。

また、上下のスワッシュプレート７と８をコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、多くの部品が省略され、スペース９が解放されることから、前記上段および下段のメインローターのローターヘッドの間隔を自由に配置できる。

〔２〕上記〔１〕記載の同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記第１スワッシュプレート７及び前記第２スワッシュプレート８はそれぞれ個別のサーボモーターで制御される、ことを特徴とする。これにより、前記独立したスワッシュプレート７と８はそれぞれのサーボモーターにより電気的に同期、または意図的に非同期させることができ、上段および下段のメインローターのローターヘッドに対し、飛行状態に応じて常に最適化されたスワッシュプレートの制御を個別に可能とし、ヨー軸方向の制御も行う。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕に記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて前記第１スワッシュプレート及び前記第２スワッシュプレートは、前記下段のメインローターより下方に配置されている、ことを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕から〔３〕の何れかに記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて、機体の後部に、プッシャータイプのプロペラを設けた、ことを特徴とする。これによって、前進、後進移動の際の機体の傾きを軽減することができ、これにより、水平な移動が可能となり、さらに、長距離移動の際も前進速度の補助動力としても機能するプッシャーシステムを具備する。

本発明によれば、上段のメインローターのローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することができる。

また、極力推力のロスをなくすとともに、強固で簡素化された同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターを提供することができる。

本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの要部を示す斜視図である。 本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの全体斜視図である。 本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの下段用および上段用ローターブレードのスワッシュプレートの配置を示す図面代用写真である。 本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの上段用および下段用ローターブレードの可変ピッチ取付部を示す図面代用写真である。 本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体の胴体内部に取り付けた上段用ローターブレードのスワッシュプレートを示す図面代用写真である。 本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの電気制御システムのブロック図である。

本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、
〔Ａ〕外側マスト１と内側マスト２からなる２本のメインマストを逆回転させ、その回転軸に上段および下段のメインローター５，６がそれぞれ取り付けられ、それぞれのメインローターのローターブレードのピッチ角を独立したスワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させ、飛行する同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記内側マスト２内に前記メインローターのローターブレード枚数に応じたコントロールロッド３を貫通させ、該コントロールロッド３の下端部はスワッシュプレート８に連結され、前記コントロールロッド３は前記上段メインローターのローターヘッドに配置されたミキシングレバー４に連結され、サイクリック・コレクティブピッチコントロールを行い、メインローター５のピッチ角を変化させることにより、上下のスワッシュプレート７，８をコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、前記上段メインローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御する。

〔Ｂ〕同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、上段のメインローターと下段のメインローターを備え、２個のスワッシュプレートを搭載し、前記上段および下段のメインローターの軸方向間隔を該上段および下段のメインローターの干渉が生じない間隔に設定し、前記上段および下段のメインローターをそれぞれ反対側に回転させることによって、該メインローターの回転から生じるトルクを解消するとともに、コントロールロッドを二重反転式ローターのマストの中を貫通させ、機体内の中央部に位置したスワッシュプレートでコントロールする上段ローターヘッドのリンケージシステムを具備する。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの要部を示す斜視図、図２は本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの全体斜視図、図３はその下段用と上段用ローターブレードのスワッシュプレートの配置を示す図面代用写真、図４はその上段用ローターブレードの可変ピッチ取付部を示す図面代用写真、図５は本発明の同軸二重反転ローターシステム搭載ヘリコプターの機体の胴体内部に取り付けた上段用ローターブレードのスワッシュプレートを示す図面代用写真である。

図１において、１は外側マスト、２は内側マスト、３はコントロールロッド、４はミキシングレバー、５は上段のメインローター、６は下段のメインローター、７は下段のメインローター用スワッシュプレート、８は上段のメインローター用スワッシュプレート、９はスペースである。

ここで、外側マスト１に下段のメインローター６が取り付けられ、内側マスト２の上部には上段のメインローター５が取り付けられている。外側マスト１と内側マスト２からなるメインマストは互いに逆向きに回転させることが可能であり、これにより上段のメインローター５と下段のメインローター６を互いに逆向きに回転させることができる。メインローター５，６それぞれのローターブレードのピッチ角は独立したスワッシュプレート７，８を傾動動作させることで変化させることができる。

より具体的には、内側マスト２内にメインローターのローターブレードの枚数に応じたコントロールロッド３を貫通させ、このコントロールロッド３の下端部はスワッシュプレート８に連結される。また、このコントロールロッド３の上部は上段のメインローター５のローターヘッドに配置されたミキシングレバー４に連結されており、サイクリックピッチコントロールおよびコレクティブピッチコントロールを行って、上段のメインローター５のピッチ角を変化させることができる。これにより、従来の上下スワッシュプレートをコントロールロッドで機械的に連結させる機構に比べ、上段のメインローター５のローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御することができる。

なお、上述したように、同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは上下にローターが付き、それぞれが逆方向に回転しており、例えば、上下のローター回転数（トルク）が同じであれば機体のヨー軸方向には変化が起こらないが、上下のローターで負荷を変えることで、ヨー軸方向の変化も制御することができる。

また、図２〜図５において、１１は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体、１２は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの支持脚、１３は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの尾翼、１４はプッシャータイプのプロペラ、１５は上段のメインローター用ローターブレード、１６は下段のメインローター用ローターブレード、１７はコントロールロッドを貫通させたマスト、１８は上段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部、１９は下段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部である。

さらに、２１は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの下段のメインローター用スワッシュプレート、２２は二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの上段のメインローター用スワッシュプレート、２３は内部のスワッシュプレートに繋ぐ３本のロッド、Ｓは上段のメインローター用ローターブレード１５と下段のメインローター用ローターブレード１６とのスペースである。ここで、上段用ローターブレード１５の寸法がおおよそ７００ｍｍから８００ｍｍ及びその重量が２００ｇから３００ｇ、下段用ローターブレード１６の寸法がおおよそ７００ｍｍから８００ｍｍ及びその重量が２００ｇから３００ｇ、上段用ローターブレード１５と下段用ローターブレード１６との間隔は１００ｍｍから２００ｍｍであることが望ましい。

また、上段のメインローター用スワッシュプレート８は同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体１１の胴体１１Ａ内部に取り付けるようにしている。

図６は本発明の二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの電気的制御システムのブロック図である。

この図において、３１は送信機、３２は受信機、３３はフライト・コントローラ、３４は上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ、３５は下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ、３６は上段のメインローター用スワッシュプレート、３７は下段のメインローター用スワッシュプレートである。

上段のメインローター用ローターブレードの制御は、３個のサーボを使用して、エルロン方向、エレベータ方向、ピッチ方向、ヨー軸方向の制御を行うようにしている。また、下段のメインローター用ローターブレードの制御も３個のサーボを使用して、エルロン方向、エレベータ方向、ピッチ方向、ヨー軸方向の制御を行うようにしている。この各々のサーボのミキシング量は、機体がなめらかに飛行するように設定している。

すなわち、図６に示すように、送信機３１からの信号は受信機３２を介してフライト・コントローラ３３に入り、上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ３４に届き、これにより上段のメインローター用スワッシュプレート３６に繋がっている上段用ローターブレードに伝わりローターブレードが変化して、上下、左右、前後に機体が動く。同様に下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ３５に届き、これにより下段のメインローター用スワッシュプレート３７に繋がっている下段のメインローター用ローターブレードに伝わりローターブレードが変化して、上下、左右、前後に機体が動く。なお、この上下のサーボの変化量は機体の変化が滑らかになるような制御アルゴリズムで動作する。

より詳細には、
（１）従来、二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、通常下段用ローターブレードのスワッシュプレートから上段用ローターブレードのスワッシュへと複数のリンケージロッドで連結されているが、本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、それらのリンケージロッド（コントロールロッド）を同軸二重反転式ローターのマスト２０の中を貫通させ、同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体１１の中央部に位置した同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの上段用ローターブレード１５のスワッシュプレート２２でコントロールするように構成した。

（２）また、本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターでは、通常は機械的に同期している２個のスワッシュプレートで複数のサーボを使い、電気的に同期させ、１つの制御装置から信号を受け、サイクリック、コレクティブ、ヨー軸方向のコントロールを行うように構成している。

（３）さらに、本発明の同軸二重反転式ローターシステムを搭載した機体の後部には、プッシャータイプのプロペラを設け、前進、後進移動の際の機体の傾きを軽減することができる。これにより、水平な移動が可能となり、また、長距離移動の際も前進速度の補助動力としても効果的である。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターは、上段のメインローターのローターヘッド部のサイクリック・コレクティブピッチコントロールシステムを簡易な構造で正確に制御するとともに、極力推力のロスをなくし、強固で簡素化された二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターとして利用可能である。

１ 外側マスト
２ 内側マスト
３、２３ コントロールロッド
４ ミキシングレバー
５ 上段のメインローター
６ 下段のメインローター
７、３７ 下段のメインローター用スワッシュプレート
８、３６ 上段のメインローター用スワッシュプレート
９ スペース
１１ 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体
１１Ａ 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの機体の胴体
１２ 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの支持脚
１３ 同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターの尾翼
１４ プッシャータイプのプロペラ
１５ 上段のメインローター用ローターブレード
１６ 下段のメインローター用ローターブレード
１７ コントロールロッドを貫通させたマスト
１８ 上段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部
１９ 下段のメインローター用ローターブレードの可変ピッチ取付部
３１ 送信機
３２ 受信機
３３ フライト・コントローラ
３４ 上段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ
３５ 下段のメインローター用スワッシュプレート制御用の３サーボ

Claims (4)

1. メインマストを構成する外側マストと内側マストを逆回転させ、前記外側マストの回転軸に下段のメインローターが取り付けられ、前記内側マストの回転軸に上段のメインローターが取り付けられ、前記上段のメインローターのローターブレードのピッチ角を、第１スワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させるとともに、前記下段のメインローターのローターブレードのピッチ角を、第２スワッシュプレートを傾動動作させることにより変化させ、飛行する同軸二重反転式無人ヘリコプターであって、
   前記内側マスト内に前記上段のメインローターのローターブレードの枚数に応じた個数のコントロールロッドを貫通させ、該コントロールロッドの下端部は前記第１スワッシュプレートに連結され、前記コントロールロッドは前記上段のメインローターのローターヘッドに配置されたミキシングレバーに連結されて、前記第１スワッシュプレートを傾動動作させることにより、前記上段のメインローターのピッチ角を変化させる、
   ことを特徴とする同軸二重反転式無人ヘリコプター。
2. 請求項１記載の同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記第１スワッシュプレート及び前記第２スワッシュプレートはそれぞれ個別のサーボモーターで制御される、ことを特徴とする同軸二重反転式無人ヘリコプター。
3. 請求項１又は２に記載の同軸二重反転式無人ヘリコプターにおいて、前記第１スワッシュプレート及び前記第２スワッシュプレートは、前記下段のメインローターより下方に配置されている、ことを特徴とする同軸二重反転式無人ヘリコプター。
4. 請求項１から３の何れかに記載の同軸二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプターにおいて、機体の後部に、プッシャータイプのプロペラを設けた、ことを特徴とする二重反転式ローターシステム搭載ヘリコプター。
   

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