JP6478744B2 - Rotorcraft - Google Patents
Rotorcraft Download PDFInfo
- Publication number
- JP6478744B2 JP6478744B2 JP2015060042A JP2015060042A JP6478744B2 JP 6478744 B2 JP6478744 B2 JP 6478744B2 JP 2015060042 A JP2015060042 A JP 2015060042A JP 2015060042 A JP2015060042 A JP 2015060042A JP 6478744 B2 JP6478744 B2 JP 6478744B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electric machine
- power transmission
- transmission mechanism
- control device
- mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 210
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 189
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 116
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 109
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 42
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 35
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 32
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 32
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 26
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 19
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 14
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 description 11
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 11
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 10
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 9
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 4
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 230000007659 motor function Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Description
本発明は、回転翼機、特に、ガス発生器と、電気モータ又は発電機として選択的に機能可能な電気機械と、を備える回転翼機に関する。 The present invention relates to a rotary wing machine, and more particularly, to a rotary wing machine including a gas generator and an electric machine that can selectively function as an electric motor or a generator.
ガス発生器と、電気モータ又は発電機として選択的に機能可能な電気機械と、を備える回転翼機が知られている。 2. Description of the Related Art A rotary wing machine including a gas generator and an electric machine that can selectively function as an electric motor or a generator is known.
関連する技術として、特許文献1には、ガス発生器およびフリータービンを備えるヘリコプタのタービンエンジンが記載されている。特許文献1に記載のタービンエンジンは、ガス発生器のシャフトに機械的に結合された電気モータ/発電機と、フリータービンのシャフトに結合された発電機とを含む。ガス発生器のシャフトに機械的に結合された電気モータ/発電機は、タービンエンジンの加速をアシストする。ガス発生器のシャフトに機械的に結合された電気モータ/発電機は、タービンエンジンの減速時に、ガス発生器のシャフトから回転運動エネルギを取り出す。ガス発生器のシャフトに機械的に結合された電気モータ/発電機は、回転運動エネルギを取り出すことによって、タービンエンジンの減速をアシストする。また、フリータービンのシャフトに結合された発電機は、蓄電ユニットを介して、電気モータ/発電機に電力を供給する。
As a related technique,
特許文献2には、可逆性電気機械を含むタービンエンジンが記載されている。特許文献2に記載のタービンエンジンは、ガス発生器と、ガス発生器のシャフトと、自由タービンと、自由タービンのシャフトと、可逆性電気機械(電気モータ/発電機)とを備える。ガス発生器のシャフトは、第一停止可能結合手段を介して、可逆性電気機械に接続される。可逆性電気機械は、タービンエンジンの始動時に、ガス発生器のシャフトを回転駆動させる。すなわち、可逆性電気機械は、ガス発生器のシャフトに回転トルクを伝達する。他方、ガス発生器のシャフトの回転トルクは、第一停止可能結合手段の存在により、可逆性電気機械に伝達されることはない。また、自由タービンのシャフトは、第二停止可能結合手段を介して、可逆性電気機械に接続される。可逆性電気機械は、自由タービンの回転によって、電力を発生する。発生した電力は、ヘリコプタに搭載された電気機器に供給される。他方、可逆性電気機械は、第二停止可能結合手段の存在により、自由タービンを駆動することはできない。 Patent Document 2 describes a turbine engine including a reversible electric machine. The turbine engine described in Patent Document 2 includes a gas generator, a shaft of the gas generator, a free turbine, a shaft of the free turbine, and a reversible electric machine (electric motor / generator). The shaft of the gas generator is connected to the reversible electric machine via the first stoppable coupling means. The reversible electric machine rotates the shaft of the gas generator when the turbine engine is started. That is, the reversible electric machine transmits rotational torque to the shaft of the gas generator. On the other hand, the rotational torque of the shaft of the gas generator is not transmitted to the reversible electric machine due to the presence of the first stoppable coupling means. The free turbine shaft is also connected to the reversible electric machine via the second stoppable coupling means. A reversible electric machine generates electric power by the rotation of a free turbine. The generated electric power is supplied to electric equipment mounted on the helicopter. On the other hand, the reversible electric machine cannot drive the free turbine due to the presence of the second stoppable coupling means.
本発明の目的は、フリータービンとメインロータとの間の主動力伝達機構に回転トルクを付与可能な回転翼機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a rotorcraft capable of applying a rotational torque to a main power transmission mechanism between a free turbine and a main rotor.
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。 These objects and other objects and benefits of the present invention can be easily confirmed by the following description and the accompanying drawings.
以下に、発明を実施するための形態で使用される番号・符号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は、特許請求の範囲の記載と発明を実施するための形態との対応関係の一例を示すために、参考として、括弧付きで付加されたものである。よって、括弧付きの記載により、特許請求の範囲は、限定的に解釈されるべきではない。 Hereinafter, means for solving the problem will be described using the numbers and symbols used in the embodiments for carrying out the invention. These numbers and symbols are added with parentheses for reference in order to show an example of the correspondence between the description of the claims and the mode for carrying out the invention. Accordingly, the claims should not be construed as limiting due to the bracketed description.
いくつかの実施形態に係る回転翼機は、燃焼ガスを生成するガス発生器(10)と、前記ガス発生器(10)からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービン(20)と、メインロータ(30)と、前記フリータービン(20)と前記メインロータ(30)とを機械的に接続する主動力伝達機構(40)と、電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械(50)と、前記主動力伝達機構(40)と前記第1電気機械(50)とを機械的に接続する第1動力伝達機構(53)と、前記第1電気機械(50)の動作を制御する制御装置(70)と、を具備する。前記制御装置(70)は、前記第1電気機械(50)が前記主動力伝達機構(40)に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能である。前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械(50)は、前記電気モータとして機能する。 A rotorcraft according to some embodiments includes a gas generator (10) that generates combustion gas, a free turbine (20) that is driven by the combustion gas from the gas generator (10), and a main rotor (30), a main power transmission mechanism (40) that mechanically connects the free turbine (20) and the main rotor (30), and a first electric machine that selectively functions as an electric motor or a generator ( 50), the first power transmission mechanism (53) for mechanically connecting the main power transmission mechanism (40) and the first electric machine (50), and the operation of the first electric machine (50). And a control device (70). The controller (70) can execute an assist mode in which the first electric machine (50) applies a rotational torque to the main power transmission mechanism (40). In the assist mode, the first electric machine (50) functions as the electric motor.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記回転翼機の状態を示す状態信号、または、前記ガス発生器(10)の状態を示す状態信号に応答して、前記アシストモードを自動的に実行してもよい。 In the rotorcraft, the control device (70) automatically activates the assist mode in response to a state signal indicating the state of the rotorcraft or a state signal indicating the state of the gas generator (10). May be executed automatically.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記ガス発生器(10)に供給される燃料流量の増加に応答して、前記アシストモードを実行してもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may execute the assist mode in response to an increase in a flow rate of fuel supplied to the gas generator (10).
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記メインロータ(30)のピッチ角の増加に応答して、前記アシストモードを実行してもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may execute the assist mode in response to an increase in pitch angle of the main rotor (30).
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記第1電気機械(50)が前記主動力伝達機構(40)に制動力を付与する制動モードを実行可能であってもよい。また、前記制動モードにおいて、前記第1電気機械(50)は、前記発電機として機能してもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may be capable of executing a braking mode in which the first electric machine (50) applies a braking force to the main power transmission mechanism (40). In the braking mode, the first electric machine (50) may function as the generator.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記メインロータのピッチ角の減少に応答して、前記制動モードを実行してもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may execute the braking mode in response to a decrease in the pitch angle of the main rotor.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記ガス発生器を始動する始動モードを実行可能であってもよい。また、前記始動モードにおいて、前記メインロータは、回転停止状態であってもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may be capable of executing a start mode for starting the gas generator. In the start mode, the main rotor may be in a rotation stopped state.
上記回転翼機において、前記始動モードにおいて、前記第1電気機械(50)は、前記電気モータとして機能してもよい。 In the rotorcraft, in the start mode, the first electric machine (50) may function as the electric motor.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記ガス発生器(10)の動作を制御してもよい。前記制御装置(70)は、空中待機モードを実行可能であってもよい。前記空中待機モードにおいて、前記制御装置(70)は、前記ガス発生器(10)の動作を停止するか、前記ガス発生器(10)をアイドリング状態に維持するように前記ガス発生器(10)を制御してもよい。前記空中待機モードにおいて、前記第1電気機械(50)は、前記電気モータとして機能してもよい。 In the rotorcraft, the control device (70) may control the operation of the gas generator (10). The control device (70) may be capable of executing an air standby mode. In the air standby mode, the control device (70) stops the operation of the gas generator (10) or maintains the gas generator (10) in an idling state. May be controlled. In the air standby mode, the first electric machine (50) may function as the electric motor.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記ガス発生器(10)の故障に応答して、前記空中待機モードを実行してもよい。 In the rotorcraft, the control device (70) may execute the air standby mode in response to a failure of the gas generator (10).
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記メインロータ(30)の回転数を維持する回転数維持モードを実行可能であってもよい。前記回転数維持モードにおいて、前記制御装置(70)は、前記メインロータ(30)の回転数の増加に応答して、前記第1電気機械(50)が前記発電機として機能するように前記第1電気機械(50)を制御してもよい。前記回転数維持モードにおいて、前記制御装置(70)は、前記メインロータ(30)の回転数の低下に応答して、前記第1電気機械(50)が前記電気モータとして機能するように前記第1電気機械(50)を制御してもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may be capable of executing a rotation speed maintaining mode for maintaining a rotation speed of the main rotor (30). In the rotation speed maintaining mode, the control device (70) responds to an increase in the rotation speed of the main rotor (30) so that the first electric machine (50) functions as the generator. One electric machine (50) may be controlled. In the rotation speed maintaining mode, the control device (70) responds to a decrease in the rotation speed of the main rotor (30) so that the first electric machine (50) functions as the electric motor. One electric machine (50) may be controlled.
上記回転翼機において、テール側電気モータ(180)と、前記テール側電気モータ(180)によって駆動されるテールロータ(170)とを更に備えてもよい。前記制御装置(70)は、前記テール側電気モータ(180)の動作を制御してもよい。前記制御装置(70)は、前記始動モードの実行中に、前記テールロータが回転停止状態を維持するように、前記テール側電気モータ(180)の動作を制御してもよい。 The rotorcraft may further include a tail side electric motor (180) and a tail rotor (170) driven by the tail side electric motor (180). The controller (70) may control the operation of the tail side electric motor (180). The controller (70) may control the operation of the tail-side electric motor (180) so that the tail rotor is maintained in a rotation stop state during execution of the start mode.
上記回転翼機において、前記制御装置(70)は、前記始動モードから前記アシストモードへの切り替え時に、前記テール側電気モータ(180)を始動させてもよい。 In the rotary wing machine, the control device (70) may start the tail-side electric motor (180) when switching from the start mode to the assist mode.
上記回転翼機において、前記テールロータ(170)のピッチ角変更機構を有さなくてもよい。 The rotary wing machine does not have to have a pitch angle changing mechanism of the tail rotor (170).
上記回転翼機において、電気モータ又は発電機として選択的に機能する第2電気機械(55)と、前記主動力伝達機構(40)と前記第2電気機械(55)とを機械的に接続する第2動力伝達機構(58)とを更に備えてもよい。前記主動力伝達機構(40)は、クラッチ(120)と、前記クラッチ(120)と前記フリータービン(20)との間に配置される上流側動力伝達機構(44)と、前記クラッチ(120)と前記メインロータ(30)との間に配置される下流側動力伝達機構(46)とを備えてもよい。前記第1動力伝達機構(53)は、前記下流側動力伝達機構(46)に機械的に接続されてもよい。前記第2動力伝達機構(58)は、前記上流側動力伝達機構(44)に機械的に接続されてもよい。前記制御装置(70)は、前記第2電気機械(55)の動作を制御してもよい。 In the rotorcraft, the second electric machine (55) that selectively functions as an electric motor or a generator, the main power transmission mechanism (40), and the second electric machine (55) are mechanically connected. A second power transmission mechanism (58) may be further provided. The main power transmission mechanism (40) includes a clutch (120), an upstream power transmission mechanism (44) disposed between the clutch (120) and the free turbine (20), and the clutch (120). And a downstream power transmission mechanism (46) disposed between the main rotor (30) and the main rotor (30). The first power transmission mechanism (53) may be mechanically connected to the downstream power transmission mechanism (46). The second power transmission mechanism (58) may be mechanically connected to the upstream power transmission mechanism (44). The controller (70) may control the operation of the second electric machine (55).
いくつかの実施形態に係る回転翼機は、燃焼ガスを生成するガス発生器(10)と、前記ガス発生器(10)からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービン(20)と、メインロータ(30)と、前記フリータービン(20)と前記メインロータ(30)とを機械的に接続する主動力伝達機構(40)と、電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械(50)と、前記主動力伝達機構(40)と前記第1電気機械(50)とを機械的に接続する第1動力伝達機構(53)と、電気モータ又は発電機として選択的に機能する第2電気機械(55)と、前記主動力伝達機構(40)と前記第2電気機械(55)とを機械的に接続する第2動力伝達機構(58)とを具備する。前記主動力伝達機構(40)は、クラッチ(120)と、前記クラッチ(120)と前記フリータービン(20)との間に配置される上流側動力伝達機構(44)と、前記クラッチ(120)と前記メインロータ(30)との間に配置される下流側動力伝達機構(46)とを備える。前記第1動力伝達機構(53)は、前記下流側動力伝達機構(46)に機械的に接続され、前記第2動力伝達機構(58)は、前記上流側動力伝達機構(44)に機械的に接続される。 A rotorcraft according to some embodiments includes a gas generator (10) that generates combustion gas, a free turbine (20) that is driven by the combustion gas from the gas generator (10), and a main rotor (30), a main power transmission mechanism (40) that mechanically connects the free turbine (20) and the main rotor (30), and a first electric machine that selectively functions as an electric motor or a generator ( 50), a first power transmission mechanism (53) mechanically connecting the main power transmission mechanism (40) and the first electric machine (50), and a first functioning selectively as an electric motor or a generator. And a second power transmission mechanism (58) for mechanically connecting the main power transmission mechanism (40) and the second electric machine (55). The main power transmission mechanism (40) includes a clutch (120), an upstream power transmission mechanism (44) disposed between the clutch (120) and the free turbine (20), and the clutch (120). And a downstream power transmission mechanism (46) disposed between the main rotor (30) and the main rotor (30). The first power transmission mechanism (53) is mechanically connected to the downstream power transmission mechanism (46), and the second power transmission mechanism (58) is mechanically connected to the upstream power transmission mechanism (44). Connected to.
本発明により、フリータービンとメインロータとの間の主動力伝達機構に回転トルクを付与可能な回転翼機が提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a rotary blade machine capable of applying a rotational torque to a main power transmission mechanism between a free turbine and a main rotor.
以下、実施形態における回転翼機に関して、添付図面を参照して説明する。以下の説明では、回転翼機がヘリコプタである場合の例について説明する。しかし、実施形態における回転翼機は、ヘリコプタに限定されない。回転翼機は、VTOL機(Vertical Take−Off and Landing aircraft)、コンパウンドヘリ(Compound helicopter)、マルチコプター(Multicopter)等であってもよい。また、実施形態における回転翼機は、有人機であってもよいし、無人機であってもよい。 Hereinafter, the rotorcraft in the embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, an example where the rotorcraft is a helicopter will be described. However, the rotary wing aircraft in the embodiment is not limited to a helicopter. The rotorcraft may be a VTOL aircraft (Vertical Take-Off and Landing Aircraft), a compound helicopter, a multicopter, or the like. In addition, the rotorcraft in the embodiment may be a manned aircraft or an unmanned aircraft.
(用語の定義)
まず、図1を参照して、「フリータービン」について説明する。図1は、ガス発生器10と、メインロータ30との接続関係を示す模式図である。ガス発生器10は、圧縮機12と、シャフト13と、燃焼器16と、高圧タービン18とを備える。圧縮機12は、燃焼器16に圧縮空気を送る。燃焼器16は、圧縮空気と燃料との混合ガスを燃焼させることにより、燃焼ガスを生成する。高圧タービン18は、燃焼ガスの運動エネルギにより回転駆動される。高圧タービン18の回転トルクは、シャフト13を介して、圧縮機12に伝達される。圧縮機12は、シャフト13からの回転力を用いて、空気を圧縮する。
(Definition of terms)
First, the “free turbine” will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing a connection relationship between the
フリータービン20は、高圧タービン18を通過した燃焼ガスdの運動エネルギにより、回転駆動される。フリータービン20の回転は、主動力伝達機構40を介して、メインロータ30に伝達される。なお、主動力伝達機構40は、トランスミッション90を備えていてもよい。
The
なお、図1において、図番19は、高圧タービン18、または、フリータービン20に向かう燃焼ガスの流路を模式的に示す。
In FIG. 1,
本明細書において、「フリータービン」とは、燃焼ガスの運動エネルギによって回転駆動されるタービンであって、圧縮機12に機械的に接続されていないタービンを意味する。なお、フリータービンの形式は、図1に記載の例に限定されない。例えば、シャフト13と、フリータービン20のシャフトとは、同軸であってもよいし、同軸でなくてもよい。
In the present specification, the “free turbine” means a turbine that is rotationally driven by the kinetic energy of the combustion gas and is not mechanically connected to the
本明細書において、「タービン」は、燃焼ガスの運動エネルギから回転動力を取り出すための構造物を意味する。「タービン」には、例えば、タービン翼、タービンディスク等が含まれる。 In this specification, the “turbine” means a structure for extracting rotational power from the kinetic energy of combustion gas. “Turbine” includes, for example, turbine blades, turbine disks, and the like.
本明細書において、「ロータ」は、ロータブレード(回転翼)を含む回転体を意味する。また、「ロータのピッチ角」は、ロータブレード(回転翼)のピッチ角を意味する。例えば、メインロータのピッチ角が上昇すれば、メインロータによる揚力は、増加する。 In this specification, the “rotor” means a rotating body including a rotor blade (rotary blade). The “rotor pitch angle” means the pitch angle of the rotor blade (rotary blade). For example, if the pitch angle of the main rotor increases, the lift force by the main rotor increases.
本明細書において、「メインロータ」は、回転翼機に設置される少なくとも1つのロータのうち、最も大きな揚力、推力、または、揚力と推力との合力を発生可能なロータを意味する。典型的には、回転翼機の重力を支えるロータがメインロータである。 In the present specification, the “main rotor” means a rotor capable of generating the largest lift, thrust, or resultant force of lift and thrust among at least one rotor installed in the rotorcraft. Typically, the rotor that supports the gravity of the rotorcraft is the main rotor.
(発明者によって認識された事項)
図2および図3を参照して、発明者によって認識された事項について説明する。図2および図3は、実施形態におけるヘリコプタ1を模式的に示す概略側面図である。
(Matters recognized by the inventor)
The matters recognized by the inventor will be described with reference to FIGS. 2 and 3 are schematic side views schematically showing the
ヘリコプタ1は、胴体300と、メインロータ30と、車輪等の降着装置400を備える。ヘリコプタ1は、テールロータ170を備えていてもよい。胴体300は、ガス発生器10等を含むガスタービン部100と、主動力伝達機構40等を含む動力伝達部200とを備える。なお、動力伝達部200は、テールロータ170に動力を伝達する伝達機構を含んでいてもよい。
The
ヘリコプタ1が、上昇または加速(前進加速)する場合を想定する。ヘリコプタ1が上昇または加速する時、メインロータ30のピッチ角は相対的に大きい。図2は、メインロータ30のピッチ角が相対的に大きな値(ピッチ角=α1)である状態を示す。図2に示される状態において、ヘリコプタ1が、上昇を停止または加速を停止する場合を想定する。ヘリコプタ1の上昇または加速を停止させる時、メインロータ30のピッチ角は、相対的に小さい。図3は、メインロータ30のピッチ角が相対的に小さな値(ピッチ角=α2<α1)である状態を示す。
Assume that the
図2に記載の状態(ピッチ角が大きな状態)から、図3に記載の状態(ピッチ角が小さな状態)に移行する時、メインロータ30に作用する空気抵抗は急激に減少する。このため、メインロータ30の回転数は、上昇する。そして、メインロータ30の回転数が、所定の値を超えると、メインロータ30が破損する可能性がある。よって、図2に記載の状態(ピッチ角が大きな状態)から、図3に記載の状態(ピッチ角が小さな状態)に移行する時、ロータのピッチ角を急激に減少させることはできない。ロータのピッチ角を急激に減少させることができないことにより、ヘリコプタ1の性能(操縦性等)が制限される。
When shifting from the state shown in FIG. 2 (a state where the pitch angle is large) to the state shown in FIG. 3 (a state where the pitch angle is small), the air resistance acting on the
ヘリコプタが有人機である場合を想定する。パイロットは、ヘリコプタ1の上昇または加速を停止させるために、ロータのピッチ角を減少させるように操縦する。ロータのピッチ角を減少させることによって、メインロータ30の回転数が、危険領域(レッドゾーン)に入った場合には、パイロットは、ロータのピッチ角を増加させるように操縦する。当該操作は、パイロットの意図(ヘリコプタ1の上昇を停止させる意図または前進を停止させる意図)に反する操作であるため、パイロットに、大きな注意負担を与える。
Assume that the helicopter is a manned aircraft. The pilot operates to reduce the pitch angle of the rotor in order to stop the
ヘリコプタ1が、定常状態から、上昇または加速(前進加速)する場合を想定する。この場合、ヘリコプタ1は、図3に記載の状態(ピッチ角が小さな状態)から、図2に記載の状態(ピッチ角が大きな状態)に移行する。図3に記載の状態(ピッチ角が小さな状態)から、図2に記載の状態(ピッチ角が大きな状態)に移行する時、メインロータ30に作用する空気抵抗は急激に増加する。このため、メインロータ30の回転数は、減少する。そして、メインロータ30の回転数が、所定の値より小さくなると、ヘリコプタ1の揚力等が不足する可能性がある。よって、図3に記載の状態(ピッチ角が小さな状態)から、図2に記載の状態(ピッチ角が大きな状態)に移行する時、ロータのピッチ角を急激に増加させることができない。ロータのピッチ角を急激に増加させることができないことにより、ヘリコプタ1の性能(操縦性等)が制限される。
Assume that the
ヘリコプタが有人機である場合を想定する。パイロットは、ヘリコプタ1を上昇または加速させるために、ロータのピッチ角を増加させるように操縦する。ロータのピッチ角を増加させることによって、メインロータ30の回転数が、回転数不足領域に入った場合には、パイロットは、ロータのピッチ角を減少させるように操縦する。この操作は、パイロットの意図(ヘリコプタ1を上昇または加速させる意図)に反する操作であるため、パイロットに、大きな注意負担を与える。
Assume that the helicopter is a manned aircraft. The pilot maneuvers to increase the pitch angle of the rotor in order to raise or accelerate the
特許文献1(特表2010−523879号公報)に記載のタービンエンジンでは、ガス発生器のシャフトの回転(加速)をアシストするモータ/発電機が設けられている。しかし、当該モータ/発電機は、フリータービンのシャフトの回転(すなわち、メインロータの回転)を直接アシストする機械ではないため、上述のピッチ角の急激な減少または増加に対応する機構としては、応答性が遅い。また、特許文献1に記載のタービンエンジンでは、フリータービンのシャフトに発電機が設けられている。しかし、当該発電機は、モータとしての機能を有していないため、フリータービンのシャフトの回転をアシストすることができない。このため、当該発電機は、上述のピッチ角の急激な増加に対応する機構ではない。
In the turbine engine described in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 2010-523879), a motor / generator that assists rotation (acceleration) of the shaft of the gas generator is provided. However, since the motor / generator is not a machine that directly assists the rotation of the shaft of the free turbine (that is, the rotation of the main rotor), the mechanism corresponding to the sudden decrease or increase of the pitch angle is a response. Sex is slow. Moreover, in the turbine engine described in
特許文献2(特表2011−515619号公報)に記載のタービンエンジンでは、フリータービンのシャフトに、第二停止可能結合手段を介して、可逆性電気機械(モータ/発電機)が接続されている。しかし、当該タービンエンジンでは、第二停止可能結合手段が存在するために、フリータービンのシャフトの回転をアシストすることはできない。このため、当該可逆性電気機械は、上述のピッチ角の急激な増加に対応する機構ではない。 In the turbine engine described in Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 2011-515619), a reversible electric machine (motor / generator) is connected to the shaft of the free turbine via a second stoppable coupling means. . However, the turbine engine cannot assist the rotation of the free turbine shaft because of the presence of the second stoppable coupling means. For this reason, the reversible electric machine is not a mechanism corresponding to the above-described rapid increase in the pitch angle.
(ヘリコプタの概要)
図4を参照して、いくつかの実施形態におけるヘリコプタの概要について説明する。図4は、いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1の構成を模式的に示す機能ブロック図である。
(Outline of helicopter)
With reference to FIG. 4, the outline | summary of the helicopter in some embodiment is demonstrated. FIG. 4 is a functional block diagram schematically showing the configuration of the
ヘリコプタ1は、ガス発生器10と、フリータービン20と、メインロータ30と、主動力伝達機構40と、第1電気機械50と、第1動力伝達機構53と、制御装置70とを備える。
The
ヘリコプタ1は、バッテリ80、主動力伝達機構の一部を構成するトランスミッション90等を備えていてもよい。なお、主動力伝達機構40には、クラッチ(図4には図示されず。必要であれば、図10を参照。)が設けられてもよい。主動力伝達機構40にクラッチが設けられる場合には、当該クラッチは、トランスミッション90(主動力伝達機構40と第1動力伝達機構53との間の機械的接続部)とフリータービン20との間に配置されることが好ましい。
The
(ガス発生器10)
ガス発生器10は、圧縮機12と、シャフト13と、燃料タンク14と、燃焼器16と、高圧タービン18を備える。圧縮機12は、供給された空気aを圧縮する機械である。圧縮機12の空気流出口は、燃焼器16の空気流入口に流体接続されている。圧縮機12は、燃焼器16に圧縮空気bを送る。燃料タンク14の燃料流出口は、燃料制御弁15を介して、燃焼器16の燃料流入口に流体接続されている。燃料タンク14は、燃焼器16に燃料(FUEL)を送る。なお、図4において、燃料タンク14は、ガス発生器10に囲まれるように記載されている。しかし、図4は、燃料タンク14と、例えば、燃焼器16とが、1つのチャンバー内に設けられていることを、必ずしも意味しない。燃料タンク14と、燃焼器16とが、それぞれ、異なるチャンバー内に配置され、燃料タンク14と燃焼器16とが、配管によって接続されていてもよい。
(Gas generator 10)
The
燃焼器16は、供給された燃料(FUEL)と、供給された圧縮空気とを混合する。燃焼器16は、混合された混合ガスを燃焼させることにより、燃焼ガスを生成する。燃焼器16の燃焼ガス流出口は、高圧タービン18(一次タービン)の燃焼ガス流入口に流体接続されている。燃焼器16は、高圧タービン18に燃焼ガスcを送る。
The
高圧タービン18は、燃焼ガスcの運動エネルギにより回転駆動される。高圧タービン18の出力軸は、圧縮機の入力軸に、シャフト13を介して機械的に接続されている。高圧タービン18の回転トルクは、シャフト13を介して、圧縮機12に伝達される。圧縮機12は、シャフト13から受け取る回転トルクを用いて、空気aを圧縮する。高圧タービン18を通過した燃焼ガスdは、フリータービン20に向けて移動する。
The high-
なお、ガス発生器の構成は、図4に記載のガス発生器10の構成に限定されない。
The configuration of the gas generator is not limited to the configuration of the
(フリータービン20)
フリータービン20は、高圧タービン18を通過した燃焼ガスdの運動エネルギにより、回転駆動される。フリータービン20を通過した燃焼ガスeは、ヘリコプタ1の外部に排出される。フリータービン20の回転トルクは、主動力伝達機構40を介して、メインロータ30に伝達される。
(Free turbine 20)
The
(主動力伝達機構40)
図4に記載の例では、フリータービン20の出力軸22は、トランスミッション90を含む主動力伝達機構40を介して、メインロータ30の入力軸31に機械的に接続されている。なお、トランスミッション90は、第1入力軸91の回転数、回転方向等を、変換して、出力軸92に伝達する。
(Main power transmission mechanism 40)
In the example illustrated in FIG. 4, the
トランスミッション90は、第1入力軸91と、出力軸92と、後述の第1動力伝達機構53との間の機械的接続関係を変更することが可能であってもよい。例えば、トランスミッション90は、第1入力軸91と出力軸92との間の機械的接続状態を、機械的非接続状態に切り替えることが可能であってもよい。
The
代替的に、あるいは、付加的に、トランスミッション90は、第1入力軸91と第1動力伝達機構53との間の機械的接続状態を、機械的非接続状態に切り替えることが可能であってもよい。代替的に、あるいは、付加的に、トランスミッション90は、第1動力伝達機構53と出力軸92との間の機械的接続状態を、機械的非接続状態に切り替えることが可能であってもよい。
Alternatively or additionally, the
代替的に、あるいは、付加的に、トランスミッション90は、常に、第1入力軸91と出力軸92とを機械的接続状態にし、かつ、常に、第1動力伝達機構53と出力軸92とを機械的接続状態に維持してもよい。
Alternatively or additionally, the
トランスミッション90の動作(例えば、第1入力軸91と、出力軸92と、第1動力伝達機構53との間の機械的接続関係の変更動作)は、制御装置70によって制御されてもよい(一点鎖線gで示される信号線を介して制御されてもよい)。
The operation of the transmission 90 (for example, the operation of changing the mechanical connection relationship between the
フリータービン20とトランスミッション90とは、シャフト、歯車等を含む動力伝達機構を介して、接続されていてもよい。トランスミッション90とメインロータ30とは、シャフト、歯車等を含む動力伝達機構を介して、接続されていてもよい。
The
(メインロータ30)
メインロータ30は、主動力伝達機構40を介して伝達される回転トルク(駆動力)によって、回転駆動される。メインロータ30の動作(例えば、メインロータのピッチ角)は、制御装置70によって制御されてもよい(一点鎖線hで示される信号線を介して制御されてもよい)。
(Main rotor 30)
The
(第1電気機械50、第1動力伝達機構53)
第1電気機械50は、電気モータの機能を有するとともに、発電機の機能を有する。換言すれば、第1電気機械50は、発電機の機能を有する電気モータ(あるいは、電気モータの機能を有する発電機)である。第1電気機械50は、制御装置70からの信号(一点鎖線iで示される信号線を参照)に基づいて、電気モータまたは発電機として選択的に機能する。
(First
The first
第1電気機械50を電気モータとして用いる場合には、制御装置70は、例えば、第1電気機械50へ電力が供給されるように、第1電気機械50の動作を制御する。第1電気機械50を発電機として用いる場合には、制御装置70は、例えば、第1電気機械50への電力の供給が遮断されるように、第1電気機械50の動作を制御する。
When using the 1st
第1電気機械50は、主動力伝達機構40に、機械的に接続されている。図4に記載の例では、第1電気機械50の出力軸51(電気モータの出力軸、または、発電機の入力軸)は、トランスミッション90の第2入力軸52に、機械的に接続されている。第1電気機械50と主動力伝達機構40とは、シャフト、歯車等を含む動力伝達機構を介して、接続されていてもよい。
The first
第1電気機械50が、電気モータとして機能する時、第1電気機械50は、第1動力伝達機構53を介して、主動力伝達機構40に回転トルク(動力)を伝達する。換言すれば、第1電気機械50が、電気モータとして機能する時、第1電気機械50は、主動力伝達機構40の回転をアシストする。その結果、第1電気機械50は、メインロータ30の回転(加速)をアシストする。なお、第1電気機械50が、メインロータ30の回転をアシストする時、第1動力伝達機構53と主動力伝達機構40とは、機械的接続状態であることが必要である。
When the first
第1電気機械50が、発電機として機能する時、第1電気機械50は、第1動力伝達機構53を介して、主動力伝達機構40から回転トルクを受け取ることによって、発電する。換言すれば、第1電気機械50が、発電機として機能する時、第1電気機械50は、主動力伝達機構40(メインロータ30)に制動力を付与する。その結果、第1電気機械50は、主動力伝達機構40(メインロータ30)の減速をアシストする。なお、第1電気機械50が、メインロータ30の減速をアシストする時、第1動力伝達機構53と主動力伝達機構40とは、機械的接続状態であることが必要である。
When the first
(バッテリ80)
バッテリ80は、第1電気機械50と、電力伝達可能に接続されている(破線jで示される電力線を参照。)。第1電気機械50が、電気モータとして機能する時、バッテリ80は、第1電気機械50に対して電力(駆動電力)を供給する。第1電気機械50が、発電機として機能する時、バッテリ80は、第1電気機械50から電力(発電電力)を受け取る。バッテリ80は、受け取った電力を蓄電する。バッテリ80は、電力線kを介して、制御装置70に電力伝達可能に接続されてもよい。バッテリ80が、制御装置70に接続される場合には、バッテリ80は、制御装置70あるいは、制御装置70によって制御される電気機器に電力を供給することが可能である。
(Battery 80)
The
(制御装置70)
制御装置70は、例えば、ハードウェアプロセッサを含む演算装置と、記憶装置と、通信インターフェースとを備える。制御装置70は、1つのコンピュータおよび付属機器によって構成されてもよいし、複数のコンピュータおよび付属機器によって構成されてもよい。
(Control device 70)
The
制御装置70(ハードウェアプロセッサ)は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、第1電気機械50の動作を制御し、メインロータ30の動作を制御する。制御装置70は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、トランスミッション90の動作、燃料供給機構(燃料タンク14、燃料制御弁15等)の動作を制御してもよい。図4に記載の例では、制御装置70は、信号線hを介してメインロータの動作を制御し、信号線gを介してトランスミッション90の動作を制御し、信号線iを介して第1電気機械50の動作を制御し、信号線mを介して燃料供給機構の動作(例えば、燃料の供給流量)を制御する。
The control device 70 (hardware processor) controls the operation of the
制御装置70は、記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、後述の複数の動作モード(始動モード、アシストモード、移行モード、制動モード、空中待機モード、回転数維持モード等)のうちの少なくとも1つを実行可能であってもよい。
The
(始動モード)
始動モードは、ヘリコプタ1の離陸前に、制御装置70によって、実行されるモードである。
(Start mode)
The start mode is a mode executed by the
ヘリコプタ1の離陸前に、ガスタービン部100(特に、ガス発生器10)は、暖気運転されることが好ましい。一般的なヘリコプタでは、ガスタービン部100が暖気運転される時、ガスタービン部100によって生成される動力は、メインロータ30に伝達される。その結果、メインロータ30は回転する。
Before the
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、始動モードにおいて、メインロータ30は、回転停止状態である。回転停止状態は、例えば、フリータービン20とメインロータ30とを、機械的非接続状態にすることによって実現される。機械的非接続状態は、例えば、トランスミッション90の第1入力軸91と、出力軸92とを非接続状態にすることによって実現される。
In the
また、始動モードにおいて、フリータービン20と、第1電気機械50とは、機械的接続状態にされる。その結果、フリータービン20からの回転トルク(動力)は、発電機として機能する第1電気機械50に伝達される。第1電気機械50は、伝達された回転トルクによって、発電する。発電された電力は、バッテリ80に蓄電される。
In the start mode, the
図5は、始動モードによって実現される状態の一例を示すテーブルである。始動モードにおいて、メインロータ30は、回転停止状態である。なお、回転停止状態とは、厳密な回転停止状態であることに限定されない。例えば、風あるいは振動によって、メインロータが動いている状態も、回転停止状態に含まれる。
FIG. 5 is a table showing an example of a state realized by the start mode. In the start mode, the
始動モードにおいて、制御装置70は、第1電気機械50が発電機として機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、発電機として機能する。始動モードにおいて、メインロータ30の停止を確実に実現するために、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係は、非接続状態であることが好ましい。このため、制御装置70は、フリータービン20とメインロータ30とが機械的非接続状態となるように、主動力伝達機構40(主動力伝達機構のトランスミッション90)に、制御信号を送る。
In the start mode, the
始動モードにおいて、フリータービン20と第1電気機械50との間の機械的接続関係は、接続状態であることが好ましい。フリータービン20と第1電気機械50とを接続状態にすることで、フリータービン20が空回りせず、また、フリータービンの運動エネルギを電気エネルギとして回収することが可能となる。このため、制御装置70は、フリータービン20と第1電気機械50とが機械的接続状態となるように、主動力伝達機構40(主動力伝達機構のトランスミッション90)に、制御信号を送る。
In the start mode, the mechanical connection relationship between the
始動モードにおいて、メインロータ30の停止を確実に実現するために、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係は、非接続状態であることが好ましい。このため、制御装置70は、第1電気機械50とメインロータ30とが機械的非接続状態となるように、主動力伝達機構40(主動力伝達機構のトランスミッション90)に、制御信号を送る。
In the start mode, in order to reliably realize the stop of the
始動モードにおいて、メインロータ30が停止状態に維持されることによって、ガスタービンの暖気運転時において、地上作業者の安全性が向上する。また、暖気運転時における騒音が低減される。
By maintaining the
なお、始動モードの開始は、ガスタービンエンジン(ガス発生器10)の始動に応答して実行されるようにしてもよい(始動に連動して実行されるようにしてもよい)。例えば、制御装置70は、ガスタービンエンジンの始動を検出すると、制御装置70は、自動的に、始動モードを実行してもよい。代替的に、ガスタービンエンジンの始動後、パイロットの操作により、始動モードが実行されるようにしてもよい。
The start mode may be started in response to the start of the gas turbine engine (gas generator 10) (may be executed in conjunction with the start). For example, when the
(アシストモード)
アシストモードは、ヘリコプタ1の離陸前、あるいは、ヘリコプタ1の飛行中に、制御装置70によって、実行されるモードである。
(Assist mode)
The assist mode is a mode that is executed by the
まず、サージ現象について説明する。サージ現象は、燃焼器16の燃焼室内の圧力が、圧縮機12から供給される圧縮空気の圧力より高くなることにより、圧縮空気等が圧縮機に向かって逆流する現象である。図6は、圧縮機内の空気流量Qと、燃焼室内の圧力Pと、サージラインとの関係を模式的に示すグラフである。
First, the surge phenomenon will be described. The surge phenomenon is a phenomenon in which compressed air or the like flows backward toward the compressor when the pressure in the combustion chamber of the
図6には、ガスタービンエンジンの停止状態(STOP(T1))における空気流量Qと圧力Pとの関係、および、ガスタービンエンジンのアイドリング状態(IDLE(T2))における空気流量Qと圧力Pとの関係が記載されている。アイドリング状態(IDLE(T2))から、メインロータを加速させるために、燃料流量を増加させることを想定する。燃料流量を急激に増加させると(メインロータを急加速させると)、燃焼室内の圧力Pが、サージライン(サージ現象が発生するライン)を超える場合がある。このため、一般的なヘリコプタでは、メインロータを大きな加速度で加速することが困難である。 FIG. 6 shows the relationship between the air flow rate Q and the pressure P when the gas turbine engine is stopped (STOP (T1)), and the air flow rate Q and the pressure P when the gas turbine engine is idling (IDLE (T2)). The relationship is described. From the idling state (IDLE (T2)), it is assumed that the fuel flow rate is increased in order to accelerate the main rotor. When the fuel flow rate is suddenly increased (when the main rotor is accelerated rapidly), the pressure P in the combustion chamber may exceed a surge line (a line where a surge phenomenon occurs). For this reason, it is difficult for a general helicopter to accelerate the main rotor with a large acceleration.
特許文献1(特表2010−523879号公報)に記載のタービンエンジン、および、 特許文献2(特表2011−515619号公報)に記載のタービンエンジンでは、ガス発生器のシャフトに機械的に結合された電気モータ/発電機が、タービンエンジンの加速をアシストする。しかし、特許文献1に記載のタービンエンジン、および、特許文献2に記載のタービンエンジンは、電気モータによって、ガス発生器のシャフトの回転を直接アシストしており、フリータービン(換言すれば、メインロータ)の回転を直接アシストしていない。このため、電気モータのアシストによる、メインロータの加速応答性が遅い。
In the turbine engine described in Patent Literature 1 (Japanese Patent Publication No. 2010-523879) and the turbine engine described in Patent Literature 2 (Japanese Patent Publication No. 2011-515619), the turbine engine is mechanically coupled to the shaft of the gas generator. The electric motor / generator assists in the acceleration of the turbine engine. However, the turbine engine described in
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、アシストモードにおいて、第1電気機械50は、フリータービン20とメインロータ30との間の主動力伝達機構40(換言すれば、メインロータ)の回転を直接アシストする。このため、第1電気機械50(電気モータ)による、メインロータ30の加速応答性が速い。
In the
アシストモードは、フリータービン20とメインロータ30とを機械的接続状態とし、第1電気機械50とメインロータ30とを機械的接続状態とし、かつ、第1電気機械50を電気モータとして機能させることにより実現される。
In the assist mode, the
アシストモードにおけるフリータービン20とメインロータ30との機械的接続状態は、例えば、トランスミッション90の第1入力軸91と、出力軸92とを接続状態にすることによって実現される。アシストモードにおける第1電気機械50とメインロータ30との機械的接続状態は、例えば、第1動力伝達機構53と、主動力伝達機構40とを機械的接続状態にすることによって実現される(より具体的には、トランスミッション90の第2入力軸52と、出力軸92とを接続状態にすることによって実現される)。
The mechanical connection state between the
図7は、アシストモードによって実現される状態の一例を示す。アシストモードにおいて、メインロータ30は、フリータービン20からの回転トルク(動力)および第1電気機械50からの回転トルク(動力)によって、回転する。
FIG. 7 shows an example of a state realized by the assist mode. In the assist mode, the
アシストモードにおいて、制御装置70は、第1電気機械50が電気モータとして機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、電気モータとして機能する。
In the assist mode, the
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、アシストモードにおいて、第1電気機械50は、フリータービン20とメインロータ30との間の主動力伝達機構40の回転を直接アシストする。このため、第1電気機械50(電気モータ)による、メインロータ30への回転トルク付与の応答性が速い。例えば、図3に記載の状態(メインロータのピッチ角=α2)から、図2に記載の状態(メインロータのピッチ角=α1>α2)に移行する際に、アシストモードを実行することを想定する。一般的なヘリコプタでは、メインロータ30のピッチ角の急激な増加に伴い、メインロータ30の回転数は低下する。これに対し、いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、アシストモードを実行することにより、メインロータ30の回転数の低下が、速やかに抑制される。このため、メインロータの回転数が不足するリスクが低減される。
In the
ヘリコプタ1が、有人機である場合を想定する。いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、アシストモードを実行することにより、メインロータ30の回転数の低下が、速やかに抑制される。このため、パイロットによる操作負担が軽減される。
Assume that the
なお、アシストモードは、メインロータ30のピッチ角(例えば、ピッチ角の増加)、または、メインロータ30に作用するトルクを示すトルク信号等の状態信号(ヘリコプタの状態を示す信号)に応答して、自動的に実行されるようにしてもよい。例えば、アシストモードは、メインロータ30のピッチ角の増加に応答して(連動して)、実行されるようにしてもよい。例えば、制御装置70は、メインロータのピッチ角の増加速度が所定の第1閾値を超えたことを検出すると、制御装置70は、自動的に、アシストモードを実行してもよい。一例として、アシストモードは、メインロータ30のピッチ角(例えば、ピッチ角の増加)、および、メインロータ30に作用するトルクを示すトルク信号に応じて、自動的に実行されるようにしてもよい。
The assist mode is in response to a state signal (a signal indicating the state of the helicopter) such as a torque signal indicating a torque acting on the
代替的にあるいは付加的に、アシストモードは、燃焼器16の状態を示す信号に応答して自動的に実行されるようにしてもよい。例えば、アシストモードは、燃焼器16に供給される燃料流量、高圧タービン18の回転数、フリータービン20の回転トルク、燃焼器16における燃焼ガスの温度等に応答して、自動的に実行されるようにしてもよい。なお、アシストモードを自動的に実行するための回転トルクの取得は、フリータービン20の回転トルクを計測することより行うのに代えて、高圧タービン18の回転トルクを計測することにより行ってもよい。また、アシストモードは、燃焼器16に供給される燃料流量の増加に応答して(連動して)実行されるようにしてもよい。例えば、制御装置70は、スロットルの開度の増加速度(あるいは、燃料流量指令値の増加速度)が、所定の第2閾値を超えたことを検出すると、制御装置70は、自動的に、アシストモードを実行してもよい。
Alternatively or additionally, the assist mode may be automatically executed in response to a signal indicating the state of the
代替的にあるいは付加的に、アシストモードは、ヘリコプタ1の離陸動作に応答して(連動して)実行されるようにしてもよい。例えば、制御装置70は、暖気運転(始動モード)を実行している状態において、スロットルレバーの操作等による離陸操作が行われたことを検出すると、制御装置70は、自動的に、アシストモードを実行してもよい。
Alternatively or additionally, the assist mode may be executed in response to (in conjunction with) the take-off operation of the
(始動モードからアシストモードへの移行)
始動モードにおいては、メインロータ30は、停止状態である。停止状態のメインロータ30に、急激に回転トルクを付与した場合、メインロータ30等が損傷する可能性がある。このため、始動モードからアシストモードへの移行に際し、制御装置70は、始動モードとアシストモードとの間において、移行モードを実行するようにしてもよい。移行モードにおいては、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続が、徐々に行われるように(あるいはスムーズに行われるように)、制御装置70は、主動力伝達機構40(より具体的には、主動力伝達機構のトランスミッション90)に、制御信号を送る。すなわち、移行モードにおいては、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係が、半接続状態を経由して、完全接続状態となるように、制御装置70は、主動力伝達機構40に、制御信号を送る。
(Transition from start mode to assist mode)
In the start mode, the
(制動モード)
制動モードは、ヘリコプタ1の飛行中に、制御装置70によって、実行されるモードである。
(Braking mode)
The braking mode is a mode that is executed by the
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、制動モードにおいて、第1電気機械50は、フリータービン20とメインロータ30との間の主動力伝達機構40(換言すれば、メインロータ)に、直接制動力を付与する。このため、第1電気機械50(発電機)による、メインロータ30の減速応答性が速い。
In the
制動モードは、第1電気機械50とメインロータ30とを機械的接続状態とし、かつ、第1電気機械50を発電機として機能させることにより実現される。制動モードにおいて、フリータービン20とメインロータ30とは、機械的接続状態であってもよいし、機械的非接続状態であってもよい。
The braking mode is realized by bringing the first
制動モードにおける第1電気機械50とメインロータ30との機械的接続状態は、例えば、第1動力伝達機構53と、主動力伝達機構40とを機械的接続状態にすることによって実現される(より具体的には、トランスミッション90の第2入力軸52と、出力軸92とを接続状態にすることによって実現される)。
The mechanical connection state between the first
図7は、制動モードによって実現される状態の一例を示す。制動モードにおいて、メインロータ30の回転運動エネルギが、第1電気機械50(発電機)を駆動させる仕事を行うことにより、メインロータ30の回転は減速される。メインロータ30の回転運動エネルギは、第1電気機械50(発電機)によって、電気エネルギに変換され、変換された電気エネルギは、バッテリ80に蓄電される。バッテリ80に蓄電された電気エネルギは、例えば、ヘリコプタ1の飛行中に再利用される。
FIG. 7 shows an example of a state realized by the braking mode. In the braking mode, the rotation kinetic energy of the
制動モードにおいて、制御装置70は、第1電気機械50が発電機として機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、発電機として機能する。
In the braking mode, the
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、制動モードにおいて、第1電気機械50は、メインロータ30の減速(フリータービン20とメインロータ30との間の主動力伝達機構40の減速)を直接アシストする。このため、第1電気機械50(発電機)による、メインロータ30の制動の応答性が速い。例えば、図2に記載の状態(メインロータのピッチ角=α1)から、図3に記載の状態(メインロータのピッチ角=α2<α1)に移行する際に、制動モードを実行することを想定する。一般的なヘリコプタでは、メインロータ30のピッチ角の急激な減少に伴い、メインロータ30の回転数は増加する。これに対し、いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、制動モードを実行することにより、メインロータ30の回転数の増加が、速やかに抑制される。このため、メインロータが設計限界以上の速度で回転するリスクが低減される。
In the
ヘリコプタ1が、有人機である場合を想定する。いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、制動モードを実行することにより、メインロータ30の回転数の増加が、速やかに抑制される。このため、パイロットによる操作負担が軽減される。
Assume that the
ヘリコプタ1が、無人機である場合を想定する。いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、制動モードを実行することにより、メインロータ30の回転数の増加が、速やかに抑制される。このため、ヘリコプタ1の自動制御がより容易となる。
Assume that the
なお、制動モードは、メインロータ30のピッチ角の減少に応答して(連動して)、実行されるようにしてもよい。例えば、制御装置70は、メインロータのピッチ角の減少速度の絶対値が所定の第3閾値より大きくなったことを検出すると、制御装置70は、自動的に、制動モードを実行してもよい。
The braking mode may be executed in response to (in conjunction with) a decrease in the pitch angle of the
(空中待機モード)
空中待機モードは、ヘリコプタ1の飛行中に、制御装置70によって、実行されるモードである。
(Air standby mode)
The air standby mode is a mode executed by the
ガス発生器10によって生成された燃焼ガスは、高温の燃焼ガスである。高温の燃焼ガスをヘリコプタの外部に排出する場合、相手側の赤外線探知装置によって、ヘリコプタ1が検出されるリスクが増大する。
The combustion gas generated by the
いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、空中待機モードにおいて、燃焼ガスの排出が停止あるいは削減される。その結果、相手側の赤外線探知装置によって、ヘリコプタ1が検出されるリスクが低減される。
In the
(空中待機モードの第1例)
空中待機モードの第1例では、制御装置70は、ガスタービンエンジン(ガス発生器10)の動作が停止するように、ガス発生器10の動作を制御する。例えば、制御装置70が、燃焼器16に送られる燃料の燃料流量をゼロにする指令(例えば、燃料制御弁15に対する閉鎖指令)を、ガス発生器10に伝達することにより、ガス発生器10の動作を停止させることが可能である。
(First example of air standby mode)
In the first example of the air standby mode, the
第1例における空中待機モードは、ガス発生器10の動作を停止させるとともに、第1電気機械50とメインロータ30とを機械的接続状態とし、かつ、第1電気機械50を電気モータとして機能させることにより実現される。空中待機モードにおいて、フリータービン20とメインロータ30とは、機械的接続状態とされてもよいし、機械的非接続状態とされてもよい。
In the air standby mode in the first example, the operation of the
空中待機モードにおける第1電気機械50とメインロータ30との機械的接続状態は、例えば、第1動力伝達機構53と、主動力伝達機構40とを機械的接続状態にすることによって実現される(より具体的には、トランスミッション90の第2入力軸52と、出力軸92とを接続状態にすることによって実現される)。
The mechanical connection state between the first
図8(第1例)は、空中待機モードによって実現される状態の一例を示す。第1例における空中待機モードにおいて、メインロータ30の回転は、第1電気機械50(電気モータ)からの回転トルク(動力)によって行われる。
FIG. 8 (first example) shows an example of a state realized by the air standby mode. In the air standby mode in the first example, the
第1例における空中待機モードにおいて、制御装置70は、第1電気機械50が電気モータとして機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、電気モータとして機能する。
In the air standby mode in the first example, the
第1例における空中待機モードでは、燃焼ガスの排出が停止される。このため、ヘリコプタ1が、相手側の赤外線探知装置により検出されるリスクが大幅に低減される。
In the air standby mode in the first example, the discharge of the combustion gas is stopped. For this reason, the risk that the
なお、第1例における空中待機モードは、ガス発生器10(ガスタービンエンジン)が非作動状態においても実行可能である。このため、例えば、ガス発生器10(ガスタービンエンジン)の故障に応答して、換言すれば、ガス発生器10の故障が制御装置70等によって検出されることに応答して、空中待機モードが自動的に実行されるようにしてもよい。この場合、空中待機モードを利用して、パイロットあるいはヘリコプタの自動操縦装置は、ヘリコプタ1を緊急着陸させることが可能である。
Note that the air standby mode in the first example can be executed even when the gas generator 10 (gas turbine engine) is not in operation. Therefore, for example, in response to a failure of the gas generator 10 (gas turbine engine), in other words, in response to the failure of the
(空中待機モードの第2例)
空中待機モードの第2例では、制御装置70は、ガスタービンエンジン(ガス発生器10)がアイドリング状態を維持するように、ガス発生器10の動作を制御する。例えば、制御装置70は、アイドリング状態に対応する燃料流量の燃料が、燃焼器16に送られるように、ガス発生器10(ガス発生器の燃料供給機構)を制御する。なお、アイドリング状態においては、燃焼器16の燃焼室内の炎が消えないように維持される。
(Second example of air standby mode)
In the second example of the air standby mode, the
第2例における空中待機モードは、ガス発生器10の動作をアイドリング状態に維持するとともに、第1電気機械50とメインロータ30とを機械的接続状態とし、かつ、第1電気機械50を電気モータとして機能させることにより実現される。空中待機モードにおいて、フリータービン20とメインロータ30とは、機械的接続状態であることが好ましい。
In the air standby mode in the second example, the operation of the
図8(第2例)は、空中待機モードによって実現される状態の一例を示す。第2例における空中待機モードにおいて、メインロータ30の回転は、主として、第1電気機械50(電気モータ)からの回転トルク(動力)によって行われる。フリータービン20とメインロータ30とが、機械的接続状態である場合には、メインロータ30の回転は、フリータービン20からの動力によってアシストされる。
FIG. 8 (second example) shows an example of a state realized by the air standby mode. In the air standby mode in the second example, the
空中待機モードにおいて、制御装置70は、第1電気機械50が電気モータとして機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、電気モータとして機能する。
In the air standby mode, the
第2例における空中待機モードでは、燃焼ガスの排出が抑制される。このため、ヘリコプタ1が、相手側の赤外線探知装置により検出されるリスクが低減される。また、第2例における空中待機モードでは、ガス発生器10がアイドリング状態に維持される。このため、ガスタービンエンジンの動力を速やかに増加させることが可能である。
In the air standby mode in the second example, emission of combustion gas is suppressed. For this reason, the risk that the
なお、空中待機モードは、ヘリコプタがホバリング状態(hovering state)にある時に、自動的に実行されるようにしてもよい。例えば、制御装置70は、ヘリコプタ1の所在位置の位置変化率が所定の第4閾値より小さくなったことを検出すると、制御装置70は、自動的に、空中待機モードを実行してもよい。
Note that the air standby mode may be automatically executed when the helicopter is in a hovering state. For example, when the
代替的に、あるいは、付加的に、空中待機モードは、パイロットによる操作、あるいは、ヘリコプタの外部からの遠隔操作に応答して、実行されるようにしてもよい。 Alternatively or additionally, the air standby mode may be executed in response to an operation by a pilot or a remote operation from outside the helicopter.
(回転数維持モード)
回転数維持モードは、ヘリコプタ1の飛行中に、制御装置70によって、実行されるモードである。
(Rotation speed maintenance mode)
The rotation speed maintaining mode is a mode executed by the
メインロータ30の回転数が減少すると、揚力等が不足する可能性がある。また、メインロータ30の回転数が増加すると、メインロータが破損する可能性がある。このため、パイロットは、揚力等が不足せず、かつ、メインロータが破損しない回転数の範囲を意識して、ヘリコプタを操縦する。
When the rotation speed of the
実施形態におけるヘリコプタ1では、制御装置70が、回転数維持モードを実行することにより、パイロットが、メインロータの回転数の範囲を意識することなく、ヘリコプタ1を操縦することが可能となる。このため、パイロットの操作負担が軽減される。
In the
回転数維持モードは、現時点の回転数を維持するモードであってもよい。代替的に、回転数維持モードは、所定の第5閾値以上、かつ、所定の第6閾値以下の回転数を維持するモードであってもよい。なお、第5閾値あるいは第6閾値は、メインロータのピッチ角の値等によって変動する変数であってもよい。 The rotation speed maintenance mode may be a mode for maintaining the current rotation speed. Alternatively, the rotation speed maintenance mode may be a mode that maintains a rotation speed that is equal to or higher than a predetermined fifth threshold value and equal to or lower than a predetermined sixth threshold value. The fifth threshold value or the sixth threshold value may be a variable that varies depending on the value of the pitch angle of the main rotor.
回転数維持モードは、フリータービン20とメインロータ30とを機械的接続状態とし、第1電気機械50とメインロータ30とを機械的接続状態とし、かつ、第1電気機械50を電気モータまたは発電機として選択的に機能させることにより実現される。
In the rotation speed maintaining mode, the
図9は、回転数維持モードによって実現される状態の一例を示す。回転数維持モードにおいて、メインロータ30は、フリータービン20からの回転トルク(動力)によって、回転する。また、回転数維持モードにおいて、メインロータの回転数が増加すると、第1電気機械50は、メインロータ30の回転(換言すれば、主動力伝達機構40の回転)を減速させるように機能する。換言すれば、第1電気機械50は、発電機として機能する。他方、回転数維持モードにおいて、メインロータの回転数が低下すると、第1電気機械50は、メインロータ30の回転(換言すれば、主動力伝達機構40の回転)をアシストするように機能する。換言すれば、第1電気機械50は、電気モータとして機能する。
FIG. 9 shows an example of a state realized by the rotation speed maintenance mode. In the rotation speed maintenance mode, the
回転数維持モードにおいて、制御装置70は、メインロータの回転数の増加に応答して(回転数の増加の検出に応答して)、第1電気機械50が発電機として機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、発電機として機能する。回転数維持モードにおいて、制御装置70は、メインロータの回転数の低下に応答して(回転数の低下の検出に応答して)、第1電気機械50が電気モータとして機能するように、第1電気機械50に制御信号を送る。その結果、第1電気機械50は、電気モータとして機能する。
In the rotation speed maintenance mode, the
なお、回転数維持モードは、パイロットによる操作、あるいは、ヘリコプタの外部からの遠隔操作に応答して、実行されるようにしてもよい。代替的に、回転数維持モードは、回転翼機の飛行中に、デフォルトモードとして実行されるようにしてもよい。 The rotation speed maintenance mode may be executed in response to an operation by a pilot or a remote operation from the outside of the helicopter. Alternatively, the rotation speed maintenance mode may be executed as a default mode during the flight of the rotorcraft.
一般的なヘリコプタでは、メインロータのピッチ角操作等によって、メインロータの回転数が大きく変動する。このため、メインロータの回転数を維持するために行う操作に関し、パイロットの操作負担が大きい。これに対し、いくつかの実施形態におけるヘリコプタ1では、回転数維持モードを実行可能である。このため、パイロットの操作負担が軽減される。
In a general helicopter, the number of rotations of the main rotor varies greatly due to the operation of the pitch angle of the main rotor. For this reason, the operation burden on the pilot is large with respect to the operation performed to maintain the rotation speed of the main rotor. On the other hand, in the
(ヘリコプタのより詳細な説明)
図10を参照して、いくつかの実施形態によるヘリコプタ1について説明する。図10は、いくつかの実施形態によるヘリコプタ1の構成を模式的に示す機能ブロック図である。図10において、図1乃至図9に記載した部材または装置と同じ機能を有する部材または装置については、同一の図番または記号が付されている。同一の図番または記号が付された部材または装置について、繰り返しとなる説明は、省略する。
(More detailed explanation of helicopter)
With reference to FIG. 10,
(減速機110)
ヘリコプタ1は、減速機110を備えていてもよい。減速機110は、例えば、トランスミッション90と、フリータービン20との間に位置する主動力伝達機構40の部分に配置される。減速機110は、減速機出力軸の回転数が、減速機入力軸の回転数よりも小さくなるように、減速機入力軸からの回転トルク(動力)を、減速機出力軸に伝達する。
(Reduction gear 110)
The
(クラッチ120)
ヘリコプタ1は、クラッチ120を備えていてもよい。クラッチ120とフリータービン20との間の動力伝達機構は、上流側動力伝達機構44であり、クラッチ120とメインロータ30との間の動力伝達機構は、下流側動力伝達機構46である。クラッチ120は、上流側動力伝達機構44からの回転トルクを、下流側動力伝達機構46に伝達可能である。他方、クラッチ120は、下流側動力伝達機構46からの回転トルクを、上流側動力伝達機構44に伝達することができない。このため、メインロータ30あるいは下流側動力伝達機構46は、クラッチ120よりも上流側に位置する機械要素によって、制動作用を受けることはない。
(Clutch 120)
The
(第2電気機械55、第2動力伝達機構58)
ヘリコプタ1は、第2電気機械55を備えていてもよい。第2電気機械55は、電気モータの機能を有するとともに、発電機の機能を有する。換言すれば、第2電気機械55は、発電機の機能を有する電気モータ(あるいは、電気モータの機能を有する発電機)である。第2電気機械55は、制御装置70からの信号(一点鎖線nで示される信号線を参照)に基づいて、電気モータまたは発電機として選択的に機能する。
(Second electric machine 55, second power transmission mechanism 58)
The
第2電気機械55を電気モータとして用いる場合には、制御装置70は、例えば、第2電気機械55へ電力が供給されるように、第2電気機械55の動作を制御する。第2電気機械55を発電機として用いる場合には、制御装置70は、例えば、第2電気機械55への電力の供給が遮断されるように、第2電気機械55の動作を制御する。
When the second electric machine 55 is used as an electric motor, the
第2電気機械55と、上流側動力伝達機構44とは、機械的に接続されている。図10に記載の例では、第2電気機械55の出力軸56(電気モータの出力軸、かつ、発電機の入力軸)は、減速機110の第2入力軸57に、機械的に接続されている。第2電気機械55と上流側動力伝達機構44とは、シャフト、歯車等を含む動力伝達機構を介して、接続されていてもよい。なお、第2電気機械55と上流側動力伝達機構44とは、減速機110を介さずに、機械的に接続されてもよい。
The second electric machine 55 and the upstream power transmission mechanism 44 are mechanically connected. In the example shown in FIG. 10, the output shaft 56 (the output shaft of the electric motor and the input shaft of the generator) of the second electric machine 55 is mechanically connected to the
第2電気機械55が、電気モータとして機能する時、第2電気機械55は、第2動力伝達機構58を介して、上流側動力伝達機構44に回転トルク(動力)を伝達する。換言すれば、第2電気機械55が、電気モータとして機能する時、第2電気機械55は、上流側動力伝達機構44の回転をアシストする。その結果、第2電気機械55は、メインロータ30の回転(加速)をアシストする。
When the second electric machine 55 functions as an electric motor, the second electric machine 55 transmits rotational torque (power) to the upstream power transmission mechanism 44 via the second power transmission mechanism 58. In other words, when the second electric machine 55 functions as an electric motor, the second electric machine 55 assists the rotation of the upstream power transmission mechanism 44. As a result, the second electric machine 55 assists the rotation (acceleration) of the
第2電気機械55が、発電機として機能する時、第2電気機械55は、第2動力伝達機構58を介して、上流側動力伝達機構44から回転トルクを受け取ることによって、発電する。換言すれば、第2電気機械55が、発電機として機能する時、第2電気機械55は、上流側動力伝達機構44に制動力を付与する。その結果、第2電気機械55は、上流側動力伝達機構44(フリータービン20)の減速をアシストする。なお、第2電気機械55が、フリータービン20の減速をアシストする時、第2動力伝達機構58と上流側動力伝達機構44とは、機械的接続状態であることが必要である。
When the second electric machine 55 functions as a generator, the second electric machine 55 generates power by receiving rotational torque from the upstream power transmission mechanism 44 via the second power transmission mechanism 58. In other words, when the second electric machine 55 functions as a generator, the second electric machine 55 applies a braking force to the upstream power transmission mechanism 44. As a result, the second electric machine 55 assists the deceleration of the upstream power transmission mechanism 44 (free turbine 20). Note that when the second electric machine 55 assists the deceleration of the
なお、第2動力伝達機構58と、上流側動力伝達機構44との間の機械的接続は、制御装置70からの信号により、切り離し可能であってもよい。
The mechanical connection between the second power transmission mechanism 58 and the upstream power transmission mechanism 44 may be detachable by a signal from the
(バッテリ80)
バッテリ80は、第2電気機械55と、電力伝達可能に接続されている(破線pで示される電力線を参照。)。第2電気機械55が、電気モータとして機能する時、バッテリ80は、第2電気機械55に対して電力(駆動電力)を供給する。第2電気機械55が、発電機として機能する時、バッテリ80は、第2電気機械55から電力(発電電力)を受け取る。バッテリ80は、受け取った電力を蓄電する。なお、第2電気機械55と、電力伝達可能に接続されるバッテリは、第1電気機械50と電力伝達可能に接続されるバッテリと同一のバッテリであってもよいし、異なるバッテリであってもよい。
(Battery 80)
The
(第1電気機械50)
第1電気機械50と、下流側動力伝達機構46(例えば、下流側動力伝達機構46の一部を構成するトランスミッション90)とは、機械的に接続されている。第1電気機械50のその他の技術的事項については、図4乃至図9を参照して説明した技術的事項と同様であるので、繰り返しとなる説明は省略する。
(First electric machine 50)
The first
(スタータ/ジェネレータ130)
ヘリコプタ1は、スタータまたはジェネレータ(発電機)を備えていてもよい。図10に記載の例では、スタータおよびジェネレータは、1つの電気機械によって実現されている。スタータ130は、制御装置70からの信号(一点鎖線qで示される信号線を参照)に応答して、圧縮機12(例えば、圧縮機12のブレード)に回転トルク(動力)を付与する。その結果、圧縮機12から燃焼器16への圧縮空気の供給が開始される。図10に記載の例では、スタータ130は、ギアボックス140を介して、圧縮機12に回転トルク(動力)を付与する。
(Starter / Generator 130)
The
ガス発生器10が始動された後、ジェネレータ130は、シャフト13あるいは圧縮機12から受け取る回転トルク(動力)を用いて電力を生成する。シャフト13あるいは圧縮機12からの動力は、ギアボックス140を介して、ジェネレータ130に伝達される。ジェネレータ130により生成された電力は、例えば、ヘリコプタ内の空調のため、あるいは、アビオニクス(Avionics)の動作のために使用される。
After the
(ギアボックス140)
ギアボックス140は、スタータ/ジェネレータ130と、圧縮機12との間に配置される。ギアボックス140は、スタータ/ジェネレータ130に機械的に接続され、圧縮機のシャフト(換言すれば、シャフト13)に機械的に接続される。ギアボックス140は、スタータ/ジェネレータ130から供給される回転トルク(動力)、あるいは、圧縮機のシャフトから供給される回転トルク(動力)を用いて(回転トルクを用いて発電される電力を用いる場合を含む)、ガスタービン部100の補機を駆動する。補機は、例えば、燃料タンク14から燃焼器16に燃料を供給する燃料供給ポンプ、潤滑油供給ポンプ、タービン制御装置150等である。
(Gearbox 140)
The gear box 140 is disposed between the starter / generator 130 and the
(タービン制御装置150)
タービン制御装置150(エンジン制御装置)は、制御装置70(上位の制御装置)からの信号(一点鎖線rで示される信号線を参照)に基づいて、ガスタービン部100内の各装置または各要素を制御する。例えば、タービン制御装置150は、ギアボックス140の動作を制御する。また、タービン制御装置150は、燃料制御弁15(または、燃料供給ポンプ)を制御して、燃料タンク14から燃焼器16に供給される燃料の流量を調整する。
(Turbine control device 150)
The turbine control device 150 (engine control device) is configured based on a signal (refer to a signal line indicated by a one-dot chain line r) from the control device 70 (high-order control device). To control. For example, the turbine controller 150 controls the operation of the gear box 140. Further, the turbine control device 150 controls the fuel control valve 15 (or fuel supply pump) to adjust the flow rate of fuel supplied from the fuel tank 14 to the
(排気温度低減装置160)
排気温度低減装置160は、燃焼ガスの流れ方向に対し、フリータービン20よりも下流側に配置される。排気温度低減装置160は、フリータービン20を通過した燃焼ガスeの温度を低減する。排気ガスの温度の低減により、ヘリコプタ1が、相手側の赤外線探知装置によって検出されるリスクが低減される。排気温度低減装置160による燃焼ガスの温度の低減は、燃焼ガスに、空気を混合することにより実行されてもよい。なお、いくつかの実施形態におけるヘリコプタは、上述の空中待機モードを実行可能であるため、排気温度低減装置160の構成は、省略されてもよい。あるいは、空中待機モードを実行している時には、排気温度低減装置160を非作動状態に制御してもよい。排気温度低減装置160を省略することにより、または、排気温度低減装置160を非作動状態にすることにより、燃焼ガスの圧力損失が低減される。その結果、ヘリコプタ1の推進効率が向上する。
(Exhaust temperature reduction device 160)
The exhaust temperature reduction device 160 is disposed downstream of the
(テールロータ170、第3電気機械180)
ヘリコプタ1は、テールロータ170を備えていてもよい。図10に記載の例では、テールロータ170は、第3電気機械180(テール側電気モータ)から供給される回転トルク(動力)によって、駆動される。第3電気機械180は、例えば、バッテリによって駆動される電気モータである。第3電気機械180を駆動するバッテリは、バッテリ80と同一のバッテリであってもよいし、バッテリ80とは異なるバッテリであってもよい。
(
The
第3電気機械180は、電気モータ又は発電機として選択的に機能する電気機械であってもよい。第3電気機械180が発電機として機能する時、第3電気機械180は、テールロータ170から受け取る回転トルクにより、電力を生成する。生成された電力は、バッテリに蓄電されてもよい。
The third electric machine 180 may be an electric machine that selectively functions as an electric motor or a generator. When the third electric machine 180 functions as a generator, the third electric machine 180 generates electric power by the rotational torque received from the
図10に記載の例では、テールロータ170と第3電気機械180とは、第3動力伝達機構182を介して、機械的に接続されている。また、第3電気機械180の動作は、制御装置70からの信号(一点鎖線sで示される信号線を参照)に基づいて、制御される。
In the example illustrated in FIG. 10, the
代替的に、テールロータ170を、ガスタービン部100から受け取る回転トルクにより駆動してもよい。テールロータ170を、ガスタービンエンジンにより駆動する場合には、ガスタービン部100とテールロータとの間に、動力伝達機構を配置する必要がある。これに対し、テールロータ170を第3電気機械180(電気モータ)によって駆動する場合には、バッテリと第3電気機械180との間を電気ケーブルで接続すればよい。電気ケーブルを配置する際の設計の自由度は、動力伝達機構を配置する際の設計の自由度よりも大きい。また、電気ケーブルを用いる場合、動力伝達機構を用いる場合と比較して、重量、コスト、整備負担等を低減することが可能である。
Alternatively, the
また、テールロータ170が、第3電気機械180(電気モータ)によって駆動される場合には、制御装置70によって、テールロータ170の回転数を、自由に変更することができる。さらに、第3電気機械180(電気モータ)を用いる場合、テールロータ170の回転数を変更する時の、応答性が速い。換言すれば、第3電気機械180(電気モータ)を用いる場合、テールロータ170の回転によって生成される空気力を、自由に、かつ、応答性早く、変更することができる。このため、一般的なテールロータが有するテールロータのピッチ角変更機構を省略することが可能となる。その結果、ヘリコプタの重量あるいはコストが低減される。
Further, when the
(各動作モード)
図11乃至図14を参照して、図10に記載の例におけるヘリコプタ1の始動モード、アシストモード、制動モード、空中待機モード、および、回転数維持モードの例について説明する。
(Each operation mode)
With reference to FIGS. 11 to 14, examples of the start mode, the assist mode, the braking mode, the air standby mode, and the rotation speed maintaining mode of the
(始動モード)
図11に記載の例における始動モードは、図5に記載の例における始動モードに対して、テールロータ170の動作、および、第2電気機械55の動作が付加されている。メインロータ30の動作、第1電気機械50の動作、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係、フリータービン20と第1電気機械50との間の機械的接続関係、第1電気機械50とメインロータ30との間の機械的接続関係については、図5に記載の例と同様であるので、繰り返しとなる説明は省略する。
(Start mode)
In the start mode in the example shown in FIG. 11, the operation of the
始動モードにおいて、テールロータ170は、回転停止状態に維持される。なお、回転停止状態とは、厳密な回転停止状態であることに限定されない。例えば、風あるいは振動によって、テールロータ170が動いている状態も、回転停止状態に含まれる。
In the start mode, the
テールロータ170の回転停止状態は、第3電気機械180(テール側電気モータ)に電力を供給しないことによって、実現することが可能である。また、第3電気機械180が、電気モータ又は発電機として選択的に機能する電気機械である場合には、制御装置70が、第3電気機械180を発電機として機能させる信号を、第3電気機械180に送ることにより、テールロータ170の回転停止状態を実現することが可能である。
The rotation stop state of the
始動モードにおいて、第2電気機械55は、発電機として機能してもよい。すなわち、始動モードにおいて、制御装置70は、第2電気機械55を発電機として機能させる信号を、第2電気機械55に送ってもよい。代替的に、始動モードにおいて、第2電気機械55と上流側動力伝達機構44との間の機械的接続が切り離されてもよい。
In the start mode, the second electric machine 55 may function as a generator. That is, in the start mode, the
始動モードにおいて、メインロータ30およびテールロータ170が回転停止状態に維持される。その結果、ガスタービンの暖気運転時において、地上作業者の安全性が向上する。また、暖気運転時における騒音が低減される。
In the start mode, the
なお、第3電気機械180(テール側電気モータ)の始動は、始動モードから上述のアシストモードへの切り替え時(換言すれば、上述の移行モード実行時)に行われてもよい。制御装置70が、始動モードからアシストモードへの切り替え時に、第3電気機械180を自動的に始動させることにより、テールロータ170を始動させるための追加的な操作が不要となる。
The third electric machine 180 (tail-side electric motor) may be started when the start mode is switched to the assist mode (in other words, when the transition mode is executed). When the
(アシストモード、制動モード)
図12に記載の例におけるアシストモード、制動モードは、図7に記載の例におけるアシストモード、制動モードに対して、テールロータ170の動作、および、第2電気機械55の動作が付加されている。メインロータ30の動作、第1電気機械50の動作、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係、第1電気機械50とメインロータ30との間の機械的接続関係については、図7に記載の例と同様であるので、繰り返しとなる説明は省略する。
(Assist mode, braking mode)
In the assist mode and the braking mode in the example shown in FIG. 12, the operation of the
アシストモード、および、制動モードにおいて、テールロータ170は、回転状態である。なお、テールロータ170の回転状態は、第3電気機械180(テール側電気モータ)に電力を供給することによって、実現することが可能である。また、第3電気機械180が、電気モータ又は発電機として選択的に機能する電気機械である場合には、制御装置70が、第3電気機械180を電気モータとして機能させる信号を、第3電気機械180に送ることにより、テールロータ170の回転状態を実現することが可能である。
In the assist mode and the braking mode, the
アシストモードにおいて、制御装置70は、第2電気機械55が電気モータとして機能するように、第2電気機械55に制御信号を送る。その結果、第2電気機械55は、電気モータとして機能する。アシストモードにおいて、第2電気機械55は、第2動力伝達機構58を介して、上流側動力伝達機構44に回転トルクを付与する。アシストモードにおいて、メインロータ30は、フリータービン20、第1電気機械50、および、第2電気機械55からの回転トルク(動力)によって、回転する。
In the assist mode, the
図10、および、図12に記載の例では、メインロータ30の回転が、第1電気機械50、および、第2電気機械55からの動力によってアシストされる。その結果、アシスト力が増強される。
In the example described in FIGS. 10 and 12, the rotation of the
制動モードにおいて、制御装置70は、第2電気機械55が発電機として機能するように、第2電気機械55に制御信号を送る。その結果、第2電気機械55は、発電機として機能する。制動モードにおいて、第2電気機械55は、第2動力伝達機構58を介して、上流側動力伝達機構44に制動力を付与する。その結果、フリータービン20が減速される。その結果、ガスタービンエンジン全体の減速応答性が速くなる。
In the braking mode, the
なお、制動モードにおいて、メインロータ30の制動は、第1電気機械50(発電機)によって実現される。メインロータ30が制動されるメカニズムについては、上述の説明(図4、および、図7に関する説明)と同様である。よって、繰り返しとなる説明は省略する。
In the braking mode, braking of the
(空中待機モード)
図13に記載の例における空中待機モードは、図8に記載の例における空中待機モードに対して、テールロータ170の動作、および、第2電気機械55の動作が付加されている。メインロータ30の動作、第1電気機械50の動作、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係、第1電気機械50とメインロータ30との間の機械的接続関係、ガス発生器10の動作については、図8に記載の例と同様であるので、繰り返しとなる説明は省略する。
(Air standby mode)
In the air standby mode in the example shown in FIG. 13, the operation of the
空中待機モードにおいて、テールロータ170は、回転状態である。なお、テールロータ170の回転状態は、第3電気機械180(テール側電気モータ)に電力を供給することによって、実現することが可能である。また、第3電気機械180が、電気モータ又は発電機として選択的に機能する電気機械である場合には、制御装置70が、第3電気機械180を電気モータとして機能させる信号を、第3電気機械180に送ることにより、テールロータ170の回転状態を実現することが可能である。
In the air standby mode, the
空中待機モードにおいて、制御装置70は、第2電気機械55が電気モータとして機能するように、第2電気機械55に制御信号を送る。その結果、第2電気機械55は、電気モータとして機能する。空中待機モードにおいて、第2電気機械55は、第2動力伝達機構58を介して、上流側動力伝達機構44に回転トルクを付与する。空中待機モードにおいて、メインロータ30は、主として、第1電気機械50、および、第2電気機械55からの回転トルク(動力)によって、回転する。
In the air standby mode, the
図10、および、図13に記載の例では、メインロータ30の回転が、主として、第1電気機械50、および、第2電気機械55からの回転トルク(動力)によって実現される。2つの電気機械を備えることにより、メインロータ30を回転するための動力が増強される。また、2つの電気機械を備えることにより、一方の電気機械が故障した場合であっても、空中待機モードが実行可能となる。
In the example described in FIGS. 10 and 13, the rotation of the
(回転数維持モード)
図14に記載の例における回転数維持モードは、図9に記載の例における回転数維持モードに対して、テールロータ170の動作、および、第2電気機械55の動作が付加されている。メインロータ30の動作、第1電気機械50の動作、フリータービン20とメインロータ30との間の機械的接続関係、第1電気機械50とメインロータ30との間の機械的接続関係については、図9に記載の例と同様であるので、繰り返しとなる説明は省略する。
(Rotation speed maintenance mode)
In the rotation speed maintenance mode in the example shown in FIG. 14, the operation of the
回転数維持モードにおいて、テールロータ170は、回転状態である。なお、テールロータ170の回転状態は、第3電気機械180(テール側電気モータ)に電力を供給することによって、実現することが可能である。また、第3電気機械180が、電気モータ又は発電機として選択的に機能する電気機械である場合には、制御装置70が、第3電気機械180を電気モータとして機能させる信号を、第3電気機械180に送ることにより、テールロータ170の回転状態を実現することが可能である。
In the rotation speed maintaining mode, the
回転数維持モードでは、制御装置70は、第2電気機械55を電気モータまたは発電機として選択的に機能させるように、第2電気機械55を制御する。
In the rotation speed maintaining mode, the
回転数維持モードにおいて、メインロータ30は、フリータービン20からの回転トルク(動力)によって、回転する。また、回転数維持モードにおいて、メインロータの回転数が増加すると、第2電気機械55は、上流側動力伝達機構44に制動力を付与するように機能する。換言すれば、第2電気機械55は、発電機として機能する。他方、回転数維持モードにおいて、メインロータの回転数が低下すると、第2電気機械55は、上流側動力伝達機構44に回転トルクを付与するように(回転をアシストするように)機能する。換言すれば、第2電気機械55は、電気モータとして機能する。
In the rotation speed maintenance mode, the
回転数維持モードにおいて、制御装置70は、メインロータの回転数の増加に応答して(回転数の増加の検出に応答して)、第2電気機械55が発電機として機能するように、第2電気機械55に制御信号を送る。その結果、第2電気機械55は、発電機として機能する。回転数維持モードにおいて、制御装置70は、メインロータの回転数の低下に応答して(回転数の低下の検出に応答して)、第2電気機械55が電気モータとして機能するように、第2電気機械55に制御信号を送る。その結果、第2電気機械55は、電気モータとして機能する。
In the rotation speed maintaining mode, the
なお、図11、および、図14に記載の例では、クラッチ120を備える。このため、クラッチ120に接続された下流側動力伝達機構46(例えば、下流側シャフト)の回転数が、クラッチ120に接続された上流側動力伝達機構44(例えば、上流側シャフト)の回転数よりも大きい場合には、下流側動力伝達機構46と上流側動力伝達機構44との間の機械的接続状態は、非接続状態となる。 In addition, the example described in FIGS. 11 and 14 includes the clutch 120. Therefore, the rotational speed of the downstream power transmission mechanism 46 (for example, the downstream shaft) connected to the clutch 120 is higher than the rotational speed of the upstream power transmission mechanism 44 (for example, the upstream shaft) connected to the clutch 120. Is larger, the mechanical connection state between the downstream side power transmission mechanism 46 and the upstream side power transmission mechanism 44 is a non-connection state.
図11、および、図14に記載の例では、メインロータ30の回転数の維持が、主として、第1電気機械50、および、第2電気機械55の動作によって実現される。なお、上述のとおり、回転数維持モードにおいては、典型的には、メインロータ30は、フリータービン20からの回転トルクによって回転している。他方、第1電気機械50、および、第2電気機械55は、主として、メインロータ30の回転数維持のために使用される。2つの電気機械を備えることにより、メインロータ30の回転数を維持するための調整能力が増強される。また、2つの電気機械を備えることにより、一方の電気機械が故障した場合であっても、回転数維持モードが実行可能となる。
In the examples described in FIGS. 11 and 14, the maintenance of the rotation speed of the
いくつかの実施形態では、回転翼機は、VTOL機(Vertical Take−Off and Landing aircraft)、コンパウンドヘリ(Compound helicopter)、マルチコプター(Multicopter)である。メインロータ以外のすべてのロータを、電気モータ(あるいは、電気モータの機能と発電機の機能とを有する電気機械)によって、駆動してもよい。メインロータ以外のすべてのロータを、電気モータ(あるいは、電気機械)によって駆動する構成を採用することにより、回転翼機の重量、コスト、整備負担が軽減される。また、設計の自由度が向上する。 In some embodiments, the rotorcraft is a VTOL aircraft (Vertical Take-Off and Landing Aircraft), a compound helicopter, a multicopter. All rotors other than the main rotor may be driven by an electric motor (or an electric machine having a function of an electric motor and a function of a generator). By adopting a configuration in which all the rotors other than the main rotor are driven by an electric motor (or an electric machine), the weight, cost, and maintenance burden of the rotorcraft are reduced. In addition, the degree of freedom in design is improved.
代替的に、あるいは、付加的に、ガスタービン部からの距離が相対的に近い場所に配置されるロータは、ガスタービンエンジン(および、電気モータの機能と発電機の機能とを有する電気機械)により駆動され、ガスタービン部からの距離が相対的に遠い場所に配置されるロータは、電気モータ(あるいは、電気モータの機能と発電機の機能とを有する電気機械)によって駆動されるようにしてもよい。換言すれば、ガスタービン部からの距離が、所定の第7閾値以上の場所に配置されるロータは、ガスタービンエンジン(および、電気モータの機能と発電機の機能とを有する電気機械)により駆動され、ガスタービン部からの距離が、所定の第7閾値未満の場所に配置されるロータは、電気モータ(あるいは、電気モータの機能と発電機の機能とを有する電気機械)によって駆動されるようにしてもよい。ガスタービン部からの距離が相対的に遠い場所に配置されるロータを、電気モータ(あるいは、電気機械)によって駆動する構成を採用することにより、回転翼機の重量、コスト、整備負担が軽減される。また、設計の自由度が向上する。 Alternatively or additionally, the rotor arranged at a relatively close distance from the gas turbine section is a gas turbine engine (and an electric machine having an electric motor function and a generator function). The rotor that is driven by the electric turbine and disposed at a relatively far distance from the gas turbine section is driven by an electric motor (or an electric machine having the functions of an electric motor and a generator). Also good. In other words, the rotor disposed at a location where the distance from the gas turbine section is equal to or greater than the predetermined seventh threshold is driven by a gas turbine engine (and an electric machine having the functions of an electric motor and a generator). The rotor disposed at a location where the distance from the gas turbine portion is less than the predetermined seventh threshold is driven by an electric motor (or an electric machine having the functions of an electric motor and a generator). It may be. By adopting a configuration in which a rotor arranged at a relatively far distance from the gas turbine section is driven by an electric motor (or electric machine), the weight, cost, and maintenance burden of the rotorcraft are reduced. The In addition, the degree of freedom in design is improved.
なお、いくつかの実施形態における回転翼機は、上述の動作モード(アシストモード等)以外の動作モードを実行可能であってもよい。 Note that the rotorcraft in some embodiments may be able to execute an operation mode other than the above-described operation modes (assist mode or the like).
本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。また、各実施形態又は変形例で用いられる種々の技術は、技術的矛盾が生じない限り、他の実施形態又は変形例にも適用可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and it is obvious that the embodiments can be appropriately modified or changed within the scope of the technical idea of the present invention. Various techniques used in each embodiment or modification can be applied to other embodiments or modifications as long as no technical contradiction arises.
1 :ヘリコプタ
10 :ガス発生器
12 :圧縮機
13 :シャフト
14 :燃料タンク
15 :燃料制御弁
16 :燃焼器
18 :高圧タービン
20 :フリータービン
22 :出力軸
30 :メインロータ
31 :入力軸
40 :主動力伝達機構
44 :上流側動力伝達機構
46 :下流側動力伝達機構
50 :第1電気機械
51 :出力軸
52 :第2入力軸
53 :第1動力伝達機構
55 :第2電気機械
56 :出力軸
57 :第2入力軸
58 :第2動力伝達機構
70 :制御装置
80 :バッテリ
90 :トランスミッション
91 :第1入力軸
92 :出力軸
100 :ガスタービン部
110 :減速機
120 :クラッチ
130 :スタータ/ジェネレータ
140 :ギアボックス
150 :タービン制御装置
160 :排気温度低減装置
170 :テールロータ
180 :第3電気機械
182 :第3動力伝達機構
200 :動力伝達部
300 :胴体
400 :降着装置
1: Helicopter 10: Gas generator 12: Compressor 13: Shaft 14: Fuel tank 15: Fuel control valve 16: Combustor 18: High pressure turbine 20: Free turbine 22: Output shaft 30: Main rotor 31: Input shaft 40: Main power transmission mechanism 44: upstream power transmission mechanism 46: downstream power transmission mechanism 50: first electric machine 51: output shaft 52: second input shaft 53: first power transmission mechanism 55: second electric machine 56: output Shaft 57: Second input shaft 58: Second power transmission mechanism 70: Control device 80: Battery 90: Transmission 91: First input shaft 92: Output shaft 100: Gas turbine section 110: Reducer 120: Clutch 130: Starter / Generator 140: Gearbox 150: Turbine controller 160: Exhaust temperature reduction device 170: Tail rotor 180: Third electric machine 182: third power transmission mechanism 200: power transmission unit 300: fuselage 400: landing gear
Claims (15)
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、
メインロータと、
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、
前記第1電気機械の動作を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能であり、
前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能し、
前記制御装置は、前記ガス発生器に供給される燃料流量の増加に応答して、前記アシストモードを実行する
回転翼機。 A gas generator for generating combustion gas;
A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
The main rotor,
A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
A control device for controlling the operation of the first electric machine;
Comprising
The control device is capable of executing an assist mode in which the first electric machine applies rotational torque to the main power transmission mechanism,
In the assist mode, the first electric machine functions as the electric motor,
The control device executes the assist mode in response to an increase in the flow rate of fuel supplied to the gas generator.
Times Utatetsubasa machine.
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、
メインロータと、
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、
前記第1電気機械の動作を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能であり、
前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能し、
前記制御装置は、前記メインロータのピッチ角の増加に応答して、前記アシストモードを実行する
回転翼機。 A gas generator for generating combustion gas;
A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
The main rotor,
A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
A control device for controlling the operation of the first electric machine;
Comprising
The control device is capable of executing an assist mode in which the first electric machine applies rotational torque to the main power transmission mechanism,
In the assist mode, the first electric machine functions as the electric motor,
The control device executes the assist mode in response to an increase in the pitch angle of the main rotor.
Times Utatetsubasa machine.
請求項1又は2に記載の回転翼機。 Wherein the control device, the state signal indicating the state of the rotary wing aircraft, or in response to a state signal indicating the state of the gas generator, according to claim 1 or 2 automatically executes the assist mode Rotorcraft.
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、
メインロータと、
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、
前記第1電気機械の動作を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能であり、
前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能し、
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に制動力を付与する制動モードを実行可能であり、
前記制動モードにおいて、前記第1電気機械は、前記発電機として機能し、
前記制御装置は、前記メインロータのピッチ角の減少に応答して、前記制動モードを実行する
回転翼機。 A gas generator for generating combustion gas;
A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
The main rotor,
A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
A control device for controlling the operation of the first electric machine;
Comprising
The control device is capable of executing an assist mode in which the first electric machine applies rotational torque to the main power transmission mechanism,
In the assist mode, the first electric machine functions as the electric motor,
The control device is capable of executing a braking mode in which the first electric machine applies a braking force to the main power transmission mechanism,
In the braking mode, the first electric machine functions as the generator,
The control device executes the braking mode in response to a decrease in the pitch angle of the main rotor.
Times Utatetsubasa machine.
前記始動モードにおいて、前記メインロータは、回転停止状態である
請求項1乃至4のいずれか一項に記載の回転翼機。 The controller is capable of executing a start mode for starting the gas generator;
The rotary wing machine according to any one of claims 1 to 4 , wherein the main rotor is in a rotation stopped state in the start mode.
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、
メインロータと、
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、
前記第1電気機械の動作を制御する制御装置と
を具備し、
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能であり、
前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能し、
前記制御装置は、前記ガス発生器を始動する始動モードを実行可能であり、
前記始動モードにおいて、前記メインロータは、回転停止状態であり、
前記始動モードにおいて、前記第1電気機械は、前記発電機として機能する
回転翼機。 A gas generator for generating combustion gas;
A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
The main rotor,
A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
A control device for controlling the operation of the first electric machine;
Comprising
The control device is capable of executing an assist mode in which the first electric machine applies rotational torque to the main power transmission mechanism,
In the assist mode, the first electric machine functions as the electric motor,
The controller is capable of executing a start mode for starting the gas generator;
In the start mode, the main rotor is in a rotation stop state,
In the start mode, the first electric machine functions as the generator.
Times Utatetsubasa machine.
前記制御装置は、空中待機モードを実行可能であり、
前記空中待機モードにおいて、前記制御装置は、前記ガス発生器の動作を停止するか、前記ガス発生器をアイドリング状態に維持するように前記ガス発生器を制御し、
前記空中待機モードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能する
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の回転翼機。 The control device controls the operation of the gas generator;
The control device can execute an air standby mode,
In the air standby mode, the control device controls the gas generator to stop the operation of the gas generator or to maintain the gas generator in an idling state;
The rotary wing machine according to any one of claims 1 to 6 , wherein the first electric machine functions as the electric motor in the air standby mode.
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
メインロータと、The main rotor,
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
前記第1電気機械の動作を制御する制御装置とA control device for controlling the operation of the first electric machine;
を具備し、Comprising
前記制御装置は、前記第1電気機械が前記主動力伝達機構に回転トルクを付与するアシストモードを実行可能であり、The control device is capable of executing an assist mode in which the first electric machine applies rotational torque to the main power transmission mechanism,
前記アシストモードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能し、In the assist mode, the first electric machine functions as the electric motor,
前記制御装置は、前記ガス発生器の動作を制御し、The control device controls the operation of the gas generator;
前記制御装置は、空中待機モードを実行可能であり、The control device can execute an air standby mode,
前記空中待機モードにおいて、前記制御装置は、前記ガス発生器の動作を停止するか、前記ガス発生器をアイドリング状態に維持するように前記ガス発生器を制御し、In the air standby mode, the control device controls the gas generator to stop the operation of the gas generator or to maintain the gas generator in an idling state;
前記空中待機モードにおいて、前記第1電気機械は、前記電気モータとして機能するIn the air standby mode, the first electric machine functions as the electric motor.
回転翼機。Rotorcraft.
請求項7又は8に記載の回転翼機。 The rotorcraft according to claim 7 or 8 , wherein the control device executes the aerial standby mode in response to a failure of the gas generator.
前記回転数維持モードにおいて、前記制御装置は、前記メインロータの回転数の増加に応答して、前記第1電気機械が前記発電機として機能するように前記第1電気機械を制御し、
前記回転数維持モードにおいて、前記制御装置は、前記メインロータの回転数の低下に応答して、前記第1電気機械が前記電気モータとして機能するように前記第1電気機械を制御する
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の回転翼機。 The control device can execute a rotation speed maintenance mode for maintaining the rotation speed of the main rotor,
In the rotation speed maintenance mode, the control device controls the first electric machine so that the first electric machine functions as the generator in response to an increase in the rotation speed of the main rotor,
The control device controls the first electric machine so that the first electric machine functions as the electric motor in response to a decrease in the rotation speed of the main rotor in the rotation speed maintaining mode. The rotary wing machine as described in any one of thru | or 9 .
前記テール側電気モータによって駆動されるテールロータと
を更に備え、
前記制御装置は、前記テール側電気モータの動作を制御し、
前記制御装置は、前記始動モードの実行中に、前記テールロータが回転停止状態を維持するように、前記テール側電気モータの動作を制御する
請求項5に記載の回転翼機。 A tail-side electric motor;
A tail rotor driven by the tail-side electric motor,
The control device controls the operation of the tail side electric motor,
The rotary wing machine according to claim 5 , wherein the control device controls the operation of the tail-side electric motor so that the tail rotor is maintained in a rotation stop state during execution of the start mode.
請求項11に記載の回転翼機。 The rotorcraft according to claim 11 , wherein the control device starts the tail-side electric motor when switching from the start mode to the assist mode.
請求項11又は12に記載の回転翼機。 The rotorcraft according to claim 11 or 12 , wherein the tail rotor does not have a pitch angle changing mechanism.
前記主動力伝達機構と前記第2電気機械とを機械的に接続する第2動力伝達機構と
を更に備え、
前記主動力伝達機構は、
クラッチと、
前記クラッチと前記フリータービンとの間に配置される上流側動力伝達機構と、
前記クラッチと前記メインロータとの間に配置される下流側動力伝達機構と
を備え、
前記第1動力伝達機構は、前記下流側動力伝達機構に機械的に接続され、
前記第2動力伝達機構は、前記上流側動力伝達機構に機械的に接続され、
前記制御装置は、前記第2電気機械の動作を制御する
請求項1乃至13のいずれか一項に記載の回転翼機。 A second electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A second power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the second electric machine;
The main power transmission mechanism is
Clutch,
An upstream power transmission mechanism disposed between the clutch and the free turbine;
A downstream side power transmission mechanism disposed between the clutch and the main rotor,
The first power transmission mechanism is mechanically connected to the downstream power transmission mechanism;
The second power transmission mechanism is mechanically connected to the upstream power transmission mechanism;
The rotary wing machine according to any one of claims 1 to 13 , wherein the control device controls an operation of the second electric machine.
前記ガス発生器からの前記燃焼ガスによって駆動されるフリータービンと、
メインロータと、
前記フリータービンと前記メインロータとを機械的に接続する主動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第1電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第1電気機械とを機械的に接続する第1動力伝達機構と、
電気モータ又は発電機として選択的に機能する第2電気機械と、
前記主動力伝達機構と前記第2電気機械とを機械的に接続する第2動力伝達機構と
を具備し、
前記主動力伝達機構は、
クラッチと、
前記クラッチと前記フリータービンとの間に配置される上流側動力伝達機構と、
前記クラッチと前記メインロータとの間に配置される下流側動力伝達機構と
を備え、
前記第1動力伝達機構は、前記下流側動力伝達機構に機械的に接続され、
前記第2動力伝達機構は、前記上流側動力伝達機構に機械的に接続される
回転翼機。
A gas generator for generating combustion gas;
A free turbine driven by the combustion gas from the gas generator;
The main rotor,
A main power transmission mechanism that mechanically connects the free turbine and the main rotor;
A first electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A first power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the first electric machine;
A second electric machine that selectively functions as an electric motor or generator;
A second power transmission mechanism that mechanically connects the main power transmission mechanism and the second electric machine;
The main power transmission mechanism is
Clutch,
An upstream power transmission mechanism disposed between the clutch and the free turbine;
A downstream side power transmission mechanism disposed between the clutch and the main rotor,
The first power transmission mechanism is mechanically connected to the downstream power transmission mechanism;
The second power transmission mechanism is mechanically connected to the upstream power transmission mechanism.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015060042A JP6478744B2 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Rotorcraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015060042A JP6478744B2 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Rotorcraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016180336A JP2016180336A (en) | 2016-10-13 |
JP6478744B2 true JP6478744B2 (en) | 2019-03-06 |
Family
ID=57130952
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015060042A Active JP6478744B2 (en) | 2015-03-23 | 2015-03-23 | Rotorcraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6478744B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6707761B2 (en) * | 2017-09-27 | 2020-06-10 | 株式会社石川エナジーリサーチ | Self-contained flight device with engine |
CN107813947A (en) * | 2017-11-27 | 2018-03-20 | 大连理工大学 | A kind of hybrid power unmanned vehicle using exhaust continuation of the journey |
CN107813948A (en) * | 2017-11-27 | 2018-03-20 | 大连理工大学 | Unmanned vehicle based on the full electric propulsion of miniature gas turbine |
JP7049234B2 (en) * | 2018-11-15 | 2022-04-06 | 本田技研工業株式会社 | Hybrid flying object |
JP6770767B2 (en) * | 2020-01-17 | 2020-10-21 | 株式会社石川エナジーリサーチ | Self-supporting flight device with engine |
FR3116302B1 (en) * | 2020-11-13 | 2022-12-09 | Safran Helicopter Engines | Free-turbine turbomachine comprising electrical machines assisting a gas generator and a free turbine |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2563772B2 (en) * | 1985-10-11 | 1996-12-18 | 三菱電機株式会社 | Automatic diagnosis device for emergency power generator |
JP3991123B2 (en) * | 2002-10-16 | 2007-10-17 | 東京瓦斯株式会社 | Power generation control method and power generation apparatus |
US7513120B2 (en) * | 2005-04-08 | 2009-04-07 | United Technologies Corporation | Electrically coupled supercharger for a gas turbine engine |
JP2008062909A (en) * | 2006-09-07 | 2008-03-21 | Kenichi Shoji | Unmanned helicopter |
FR2987031B1 (en) * | 2012-02-21 | 2014-10-24 | Eurocopter France | A SAILBOAT WITH A REAR ROTOR, AND METHOD FOR OPTIMIZING THE OPERATION OF AN REAR ROTOR |
FR3005301B1 (en) * | 2013-05-03 | 2015-05-29 | Eurocopter France | ROTOR CARENE OF AIRCRAFT, AND GIRAVION |
-
2015
- 2015-03-23 JP JP2015060042A patent/JP6478744B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016180336A (en) | 2016-10-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6478744B2 (en) | Rotorcraft | |
JP6609566B2 (en) | Method for supporting a turboshaft engine in a stand-by state of a multi-engine helicopter, and architecture of a propulsion system for a helicopter comprising at least one turboshaft engine capable of entering a stand-by state | |
EP3283369B1 (en) | Inlet guide vane control for aircraft single engine operation | |
US10793284B2 (en) | Multimode clutch assemblies for rotorcraft | |
EP3315747B1 (en) | Fan module with rotatable vane ring power system | |
EP2772438B1 (en) | Auxiliary power units (APUs) and methods and systems for activation and deactivation of a load compressor therein | |
KR20110083656A (en) | Hybrid propulsive engine including at least one independently rotatable propeller/fan | |
JP6564784B2 (en) | Turboshaft engine, twin-engine helicopter equipped with such a turboshaft engine, and method for optimizing the unloaded super idle speed of such a twin-engine helicopter | |
EP2163730B1 (en) | Method and system for controlling propeller overspeed | |
US10618667B2 (en) | Fan module with adjustable pitch blades and power system | |
CA3053012A1 (en) | Propulsion system for a single-engine helicopter | |
US11708868B2 (en) | Failsafe multimode clutch assemblies for rotorcraft | |
EP3640133B1 (en) | System and method for slowing down aircraft | |
EP2902608B1 (en) | Aft shrouded geared turbofan | |
US11708155B2 (en) | Multimode clutch assemblies having engagement status sensors | |
CN103161514A (en) | Case assemblies with common controls | |
EP3722207B1 (en) | Engagement and disengagement of a tail rotor | |
US20170058781A1 (en) | Turbine inter-spool energy transfer system | |
US20200224606A1 (en) | Aircraft with gearbox dual propulsor system | |
CN114651112B (en) | Method for quickly stopping rotor wing after helicopter falls | |
RU2228285C2 (en) | System for forming torque on shaft of autogyro rotor | |
CN107091162B (en) | Power turbine adjustable engine | |
RU2228284C2 (en) | System for forming torque on shaft of auto-gyro rotor | |
EP4310309A1 (en) | Hybrid-electric propulsion system equipped with a coupler for switching between modes of operation | |
US20240228054A9 (en) | Hybrid-electric propulsion system equipped with a coupler for switching between modes of operation |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20160825 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20170704 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20170704 |
|
A625 | Written request for application examination (by other person) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625 Effective date: 20171208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180822 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180822 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20181017 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190130 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6478744 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |