JP6620365B2 - ヘリコプター - Google Patents

Description

本発明は、長手軸および、ローター駆動軸によって駆動されるローター頂部を備えたヘリコプター機体を有するヘリコプターに関するものであり、このローター頂部は、少なくとも２つの、それぞれが回転翼シャフトによって保持された回転翼を有する。

ヘリコプターは、現在の技術によれば、最高速度が最大で約３６０ｋｍ／ｈに達する。この際に、回転翼はローター駆動軸の周囲を回転し、回転翼シャフトはローター軸受け中心軸の周囲に固定されており、このローター駆動軸が常にローター軸受け中心軸と一致している。ローター軸受け中心軸は、ローターシャフトによって機械的に形成されている。ホバリング中には、ローターの全回転翼上の、ローター駆動軸から等距離にあるすべての点は、等しい角速度（次元Ｚ^−１）では、等しい回転速度（次元ＬｘＺ^−１）を有しており、したがって、等しい時間では等しい距離を移動する。その際に、ローター駆動軸に近い点は、遠い点に比べて、比較的小さな回転速度を有する。ヘリコプターが一定の移動速度で前進する場合には、回転翼の回転速度がヘリコプターの移動速度の妨げになる。

以下では、回転翼が、ヘリコプターを上から見下ろした場合に、反時計回りに回転するローターシステムを「左回り」と呼ぶ。以下では、方向に関する説明は、常に、図面上で機首が上方に向いたヘリコプターを上から見下ろした場合に関する。回転翼の回転相は、ローター回転軸に対する現在位置を示している。

左回りのローターシステムでは、ヘリコプター自身の移動速度が右側の回転翼の回転速度に付け加えられるのに対して、回転翼が逆方向に動く際には、そのために移動速度が回転翼の回転速度から差し引かれて、それぞれの場合に回転翼の対気速度が得られる。ヘリコプターの移動速度が回転翼の対気速度に及ぼす影響は、回転翼の回転相次第で異なるため、回転翼の位置に応じた回転翼の速度プロフィールが生じる。左回りのローターシステムでは、このプロフィールの最高値は右側にあり、最低値は左側にある。この最高値と最低値の間の差異は、ヘリコプターの移動速度が大きくなればなるほど、ますます大きくなる。そのために、右側のローターでは、空気抵抗が比較的大きくなり、これに対して、左側では比較的小さくなる。したがって、右側と左側では空気抵抗が異なるという結果になる。これらの効果は、両方とも、速度が大きくなり（すぎて）空気抵抗が大きくなりすぎるために気流が壊れるまでの範囲に限って、水平面に対する回転翼の傾斜角を変化させることによって相殺することができる。これが、より大きな移動速度を達成するに際しての限界要因である。

本発明の課題は、限界となる不利点を解消し、比較的大きな最大限の移動速度を達成することのできるヘリコプターを開発することである。

本発明は、回転翼シャフトのローター軸受け中心軸が、ローター駆動軸に対して、このローター軸受け中心軸の延長方向に対して垂直に調節可能であることを特徴とする、通常のヘリコプターによって、この課題を解決する。

これによって、ヘリコプターの移動速度に応じて、回転翼の長さをローター駆動軸に合わせて調節することができるようになる。ローターは、２つまたはそれ以上の回転翼を有し、詳細には２つから６つまでの回転翼、好ましくは３つ、４つ、または５つの回転翼を有する。

回転翼は、ローター駆動軸に対して、一方の側では効果的に伸長され、その結果、回転速度が比較的大きくなり、回転翼の対気速度も比較的に大きくなる。このことは、回転翼の対気速度が従来はヘリコプターの移動速度によって低減されていた回転相で行われるのが理想的である。だが、これに対して、反対側では回転翼の対気速度が低減されて、それにより速度プロフィールが比較的バランスのとれた形で形成されることが本質的である。

好ましくは、回転軸とローター軸受け中心軸を別々に形成することができる。構造的に分離された設計によって、ローター軸受け中心軸は、ヘリコプターの飛行状態に合わせて簡単かつ速やかに調節することができるようになる。

ローター軸受け中心軸を、構成要素を用いて、ヘリコプター機体の長手軸に対して垂直に調節可能に形成し、詳細には、ヘリコプター機体の長手軸の両側へ向かって調節可能に、詳細には、ヘリコプター機体の長手軸に対して垂直に調節可能に形成することが有利であり得る。その結果、ローター軸受け中心軸を、ヘリコプターのさまざまな形態に合わせて調節することができるようになる。前記のように、左回りのヘリコプターでは、移動速度が大きい場合に、ローター軸受け中心軸を飛行方向に向かって左側へ調節することによって、回転翼の速度プロフィールのバランスをとることができる。右回りのヘリコプターでは、この関係が逆になる。ローター軸受け中心軸を両側へ調節可能に形成することによって、さまざまなタイプのヘリコプターのさまざまな速度プロフィールをバランス調節することが可能になる。

ローターシャフトは、数個の部分に細分されているように準備することが可能である。詳細には、このローターシャフトは、少なくとも２つの、ローター軸に対して垂直に可動的な部分、および、少なくとも１つの、ローター頂部に対する固定部分（可動部分として形成されたローター軸受けシャフトおよび追加ローター軸受けシャフト、ならびに、固定部分としてのローターガイドシャフト）を含むことができる。この際に、ローター頂部は、少なくとも１つの回転翼セグメントで、少なくとも２つの回転翼を保持することができる。望ましい設計によれば、少なくとも１つの追加回転翼セグメントを準備することが可能であり、この追加回転翼セグメントの仕組みは、回転翼セグメントに類似することができる。この追加回転翼セグメントまたは複数の追加回転翼セグメントは、回転翼セグメントに結合されていることができる。これによって、各回転翼セグメントの回転翼シャフトを調節することにより、それに応じて、追加回転翼セグメントの追加回転翼シャフトを希望どおりに調節することが達成可能になる。こうして、ローターの回転翼をガイドしているローターシャフトの運動によって、その他の構成要素からは独立に、回転翼の位置をヘリコプターの移動速度に合わせることが達成される。このことは、ローターシャフトの可動部分の対向する変位についても同様に当てはまる。そのためには、ローターシャフトの可動部分、つまりローター軸受けシャフトおよび追加ローター軸受けシャフトは、対向して変位可能であることができ、こうして、回転翼シャフトと追加回転翼シャフトは、相互に対向して可動的であることができる。

簡略化された構造的な設計のためには、ローターシャフトの複数の部分が、ローターシャフトの軸方向に並んでいる。

望ましい設計に従えば、サイン・レギュレーターが現存し、ローターシャフトの対称軸がローター軸受け中心軸であり、このローターシャフトがサイン・レギュレーターによって、ローター軸受け中心軸に対して垂直に調節可能である。サイン・レギュレーターは、回転翼シャフトと直接的または間接的に接続されており、ローターシャフトを介して、回転翼シャフトをローター軸受け中心軸の延長方向に対して垂直に調節する。その際に、ローターシャフトは、１次元または２次元で調節することができる。振幅は、自由に選択可能であり、詳細には、ヘリコプターの移動速度に適合することができる。上記の左回りのローターの例では、ヘリコプターの右側に位置する回転翼の、ローター回転軸に対する距離が短縮され、左側に位置する回転翼の、ローター回転軸に対する距離が延長されるように、サイン・レギュレーターが保証している。このような修正は、すべてのローター位置について行われねばならないので、飛行の継続中は、このような修正が絶えず制御されている。好ましくは、少なくとも２つの回転翼シャフトがローターシャフトと接続されており、ローターシャフトとともに調節可能である。

さらには、回転翼シャフトがピボット・ヒンジの中で確実に、しかし回転不能にではなくガイドされており、サイン・レギュレーターの調節によって、回転翼シャフトがローター駆動軸に対して半径方向で運動するように準備することが可能である。その際に、ローター駆動軸からの回転翼の距離は、サイン・レギュレーターによる設定に応じて変化する。

さらには、ローター頂部自体を介して回転翼の駆動を行うことを準備することができる。ローター駆動軸は、ローター頂部の垂直な対称軸と一致することができる。その際に、駆動力は、ピボット・ヒンジからローターリングを経て回転翼シャフトまで伝達される。このことは、ローター駆動軸およびローター軸受け中心軸の分離を、望ましく構造的に実現することを含んでいる。ローター駆動軸をサイン・レギュレーターによってローター駆動軸に対して垂直に調節する場合、ローター駆動軸に変化はない。そこで、ローター駆動軸からの半径方向での回転翼の距離は、ヘリコプターの移動速度に一致させることができる。ヘリコプターの移動速度が速くなった場合には、サイン・レギュレーターの変位を比較的大きくすることによって、回転翼シャフトの移動を比較的大きくすることが可能であり、そのため、上記のように、ヘリコプターのローター相に応じて、前記の速度プロフィールが均等化される結果になる。その際に、ローターリングは、ピボット・ヒンジと接続されていることができる。

さらには、さまざまな回転翼セグメントのローターリングが相互に結合されているように準備することが可能である。こうして、個々のセグメントの統一的な回転速度を確保することができる。

ローターシャフトの固定部分は、たとえば、ローター頂部と確実に接続されていることができる。このことは、ローターシャフトで発生した力を、ローター頂部にまで着実に伝達するために役立ち、仕組み全体の安定性を静的および動的に高めるためにも役立つ。

特別に有利な設計では、少なくとも２つの回転翼シャフトを相互に独立してローターシャフトの一部に固定し、こうして、個々の回転翼シャフトを相互に独立して運動させるように準備することが可能である。

さらには、１つまたは複数の回転翼シャフトが、スウォシュプレートに接続されているように準備することが可能である。これによって、スウォシュプレートと個別に接続された回転翼シャフトの傾斜角を個別に規定することが可能になり、こうして、回転翼の空気抵抗を現在の飛行性能の要求事項に合わせることが可能になる。

好ましい設計では、追加回転翼セグメントが回転翼セグメントの上方および／または下方に配置されていることができる。もうひとつの望ましい設計では、回転翼の代わりに追加回転翼セグメントが回転翼シャフトにおいて追加重りを有することができる。この追加重りの大きさは、時間的に不変であるか、または変動することができる。この追加重りは、固形物質、液状物質または気体物質を含むことができる。

回転翼セグメントに対する追加回転翼セグメントの結合は、たとえば、スライド部およびスライドレールを備えた留め具セグメントによって実現されていることができる。結合の仕方および方法は、留め具セグメントの仕組みによって達成される。その際には、発生するアンバランスを補償することによって、望み得る最良の安定性を確保するために、結合の仕方および追加重りの様式がヘリコプターの飛行性能に一致させられる。

望ましい実施様態では、追加回転翼セグメントの追加回転翼シャフトは、回転翼セグメントの回転翼シャフトと同じ仕組みであることができる。このような実施形態では、追加回転翼セグメントの追加回転翼シャフトが、詳細には、回転翼セグメントの回転翼シャフトと同じ長さを有するので、効率の良い生産および実装が可能になる。それに応じて、現存するアンバランスを補償し、飛行中のヘリコプターの安定性を望み得る最大限まで確保するために、重りが調整される。

もうひとつの望ましい実施様態では、追加回転翼セグメントまたは、現存する追加回転翼セグメントにおいて、回転翼シャフトの長さが回転翼セグメントの回転翼シャフトに対して様々に異なっているように準備することができる。この場合にも、飛行中のヘリコプターの安定性が望み得る最大限まで達成されるように、重りのパラメーターが調整される。追加回転翼セグメントのこのような実施形態は、追加回転翼セグメントの設計が力学的および空気力学的に最適化され、それとともにローター頂部の構造形状が変更された結果として、飛行性能の向上につながる。

もうひとつの望ましい実施様態は、現在の技術から既に公知である同軸回転翼の仕組みが本発明に従ってさらに開発されるように準備することができる。その際には、追加回転翼セグメントが追加回転翼を装備するように準備されている。つまり、たとえば、反対方向の回転方向を有する２つの回転翼セグメントが、軸方向で重ねられているのである。こうして、２つの回転翼セグメントのトルクは釣り合う。そのために必要な、２つの回転翼セグメントの間の結合機構は、同軸留め具セグメントの中の傘歯車によって作ることができる。このような仕組みは、追加回転翼セグメントの、重りの代わりに回転翼を備えている追加回転翼シャフトの傾斜角を規定するために、追加スウォシュプレートを必要とする。このような仕組みの開発の本発明に従った実施様態は、同軸回転翼のローター軸受け中心軸から、ローター駆動軸が分離されていることを想定している。ローター軸受け中心軸の調節は、もうひとつのサイン・レギュレーターによって行われ、このサイン・レギュレーターは、望ましくは同軸留め具セグメントの中に取り付けられている。

好ましくは、回転翼セグメントの回転方向は、少なくとも１つの追加回転翼セグメントの回転方向と結合されており、詳細には、同軸留め具セグメントの中に取り付けられている切り欠きリングの中へ、傘歯車を介して結合されている。その結果、同一方向または反対方向の回転運動が可能になる。

詳細には、特に望ましい実施様態では、追加ローターは、ねじ式スピンドルを介して、および、一貫して互いに調節可能であるスライド部を介して調節される。電気式でも、油圧式でも、主軸の中でガイドされた接続を介してこのことを成し遂げることができる。好ましくは、少なくとも１つの追加スウォシュプレートが現存し、この追加スウォシュプレートが少なくとも１つの追加回転翼セグメントを制御する。さらには、スウォシュプレートの中の少なくとも１つをローター頂部の中に組み込んでおくことが可能であり、詳細には、望ましくは、ローターカバーの中に組み込んでおくことが可能である。これによって、ロッドおよびレバーを介した、回転翼シャフトに対する機械的結合が短くなるため、利点がもたらされる。回転翼シャフトの傾斜角および追加回転翼シャフトの傾斜角の同期変化を可能にするために、スウォシュプレートの中の少なくとも１つは、追加スウォシュプレートの中の少なくとも１つと、たとえば、ロッドおよびレバーを介して、接続されていることができる。

好ましくは、ヘリコプター機体には、翼および／または垂直安定板を配置することができる。翼の一部分を昇降舵として備えることが可能であり、その場合には、この昇降舵が飛行方向に向かって翼の前側でヘリコプター機体に配置されていることが極めて好ましい。これによって、ヘリコプターの移動速度が速くなる場合にも、安定した飛行姿勢および操縦性が保証される。そのうえ、駆動特性が向上する。

翼は、ヘリコプターにおいて回転可能に準備できることが極めて好ましく、その場合には、この翼は、詳細には、少なくとも９０°の角度で回転可能である。その結果、純粋に空気力学的にヘリコプターのトルクの均等化が可能になる。もうひとつの利点は、ローターの騒音低減、ならびに、ホバリング中の前進運動および／または自軸を中心とした回転運動が可能になることである。

ヘリコプター機体の中では、一次駆動装置としての発電機を準備することが可能であり、この一次駆動装置は、好ましくは、タービン、ピストン機関、燃料電池、および／またはバッテリを有する。その結果、さらに大きな移動速度を達成することが可能になり、逆推力装置もまた可能になる結果として、ヘリコプターを速やかに減速できるようになる。

好ましくは、軸受けリングがヘリコプター機体の中の調整可能な滑動部で、可動的に格納されており、その場合には、この軸受けリングがローター頂部と接続されており、この軸受けリングはローター頂部と共に、ヘリコプター機体の長手軸の方向で移動可能になっている。ヘリコプターの移動速度が速くなるにつれて、浮力の重心は、飛行方向に向かってますます後方へ移り、それにより、ヘリコプターの荷重中心は、前方へ移る。ローター頂部をヘリコプターの機首の方向で前方へ移動させることによって、浮力の重心を、ふたたびヘリコプターの重心の近くへ動かすことができる。それによって、ヘリコプターの胴体は、常に空気の流れに沿っており、気流の中で最小限の前面を有している。その結果、比較的大きな最高移動速度が達成され、ならびに、有利な飛行姿勢および比較的速い側方運動が達成される。

本発明のその他の利点および特徴は、請求項および以下の説明によってもたらされ、以下の説明では、本発明の実施例が、図を用いて詳細に解説される。
本発明に従ったヘリコプターの、偏向のない状態における望ましい実施様態を、後部から、もしくはヘリコプターの飛行方向に向かって見た垂直断面図である。 偏向されたローター頂部と、それに応じて偏向されたサイン・レギュレーターおよび回転翼シャフトを備えた、図１の実施形態を示す概略断面図である。 本発明に従ったヘリコプターのローターの、偏向のない状態におけるローター頂部を上から見下ろした上面図である。 偏向された位置における、様々な回転翼区分を備えたローター頂部を上から見下ろした上面図である。 偏向された位置における、様々な回転翼区分を備えたローター頂部を上から見下ろした上面図である。 偏向のない位置における、回転翼セグメントと追加回転翼セグメントの間の、中央部の留め具セグメントを示す断面図である。 望ましい実施様態における、偏向のない留め具セグメントを上から見下ろした上面図である。 偏向のないローター頂部の、本発明に従った、もうひとつの望ましい実施様態を示す縦断面図であり、その場合には、追加回転翼セグメントの追加回転翼シャフトが、回転翼セグメントの回転翼シャフトに対して短縮されており、追加重りを装備されている。 ローター頂部の、本発明に従った、もうひとつの望ましい実施様態を示す縦断面図であり、その場合には、追加回転翼セグメントが同軸回転翼として形成されている。 同軸留め具セグメントの、同軸回転翼を備えた望ましい実施様態を上から見下ろした上面図である。 本発明に従った、翼および一次駆動装置を備えたヘリコプターの、もうひとつの設計を示す側面図である。 図９のヘリコプターを上から見下ろした上面図である。 本発明に従った、調整可能な滑動部および軸受けリングを備えたヘリコプターの、もうひとつの設計を上から見下ろした上面概略図である。 調節された軸受けリングをそなえた、図１１のヘリコプターを示す。

図１は、本発明に従ったヘリコプターの、望ましい実施形態を示す。このヘリコプターは、長手軸Ｌを備えたヘリコプター機体１およびローター頂部２を有しており、長手軸Ｌは、図の平面と直交するので図示されていない。ローター頂部２は、ローターハウジングとして形成されており、ローターシャフト３を有しており、ローターシャフト３は、本発明に従って駆動されずにあり、ここでは、３つの部分から構成されているように図示されており、これらの３つの部分、すなわちローター軸受けシャフト３．１、追加ローター軸受けシャフト３．２、およびローターガイドシャフト３．３は、軸方向に並んでいる。回転翼シャフト６は、回転翼軸受け４を介して、ローター軸受けシャフト３．１に対して垂直に伸びており、ローター軸受けシャフト３．１と接続されており、放射面でもローター軸受けシャフト３．１に対して旋回可能である。前記の回転翼シャフト６の外端には、実際の回転翼６．１が設けられている。

この―駆動されずにある―ローター軸受けシャフト３．１それ自体は、ヘリコプター機体１の中に配置されているサイン・レギュレーター１．１の中に格納されており、このサイン・レギュレーター１．１によって、ローター軸受けシャフト３．１の延長方向に対して垂直に、および、ヘリコプターの飛行方向に対して垂直に移動可能である（図２）。

ローターハウジングとして形成されているローター頂部２は、ヘリコプター機体１から上方へ突き出したシリンダーバレル形状の駆動シャフト１．３を介して駆動可能である。正確な駆動は図示されてはいないが、従来型の駆動系を介して、駆動モーターから行うことができる。駆動シャフト１．３は、ローター軸受けシャフト３．１の周囲を大きな半径方向距離を有して取り囲んでいるので、ローター軸受けシャフト３．１を駆動シャフト１．３のローター駆動軸Ａに対して相対的に、横方向へ移動させるためには、十分な外側隙が与えられている。

駆動シャフト１．３は、ローターハウジングとして形成されている駆動されるローター頂部２を駆動する。そのために、駆動シャフト１．３は、下方のローターリング８．１を介して、先ず、回転翼シャフト６のためのピボット・ヒンジ７と接続されている。これによって、回転翼シャフト６が回転駆動され、その結果、回転翼６．１も回転駆動されるが、回転翼シャフト６および回転翼６．１は、ピボット・ヒンジ７の中で、ローター軸受けシャフト３．１に対して半径方向で、および、ピボット・ヒンジ７自身の延長に沿って移動可能である。そのため、上記の説明によれば、ローター頂部２の仕組みは、駆動部１．３、７、８．１および軸受け部３．１、４、６に区分される。

ローター頂部のその他の部分は、アンバランスの均等化に関するものであり、以下で説明される。

ローター軸受けシャフト３．１が側方へ移動可能に設計されており、ローター軸受けシャフト３．１から分離されており、これによって、ローターシャフト３それ自体および回転翼６．１の駆動シャフト１．３からも分離されていることによって、後者のローター軸受けシャフト３．１、ローターシャフト３および回転翼６．１の駆動シャフト１．３を、図１で説明された平常位置または開始位置から、図２で説明された飛行位置へと、詳細には、ヘリコプターの移動速度が大きい場合に移動させることができる。その際に、図２は、左回りのローターのための、調節された回転翼の、後方から見た位置を示す断面図である。

これによって与えられた関係は、図３ａ−３ｃで、上から見下ろした上面図として説明される。その際には、回転翼の回転方向Ｃ、およびヘリコプターの飛行方向Ｄが示されている。図３は、ローター軸受けシャフト３．１および駆動シャフト１．３の平常位置または開始位置を示す。角速度が駆動シャフト１．３によって回転翼６．１に伝達され、与えられた場合には、回転翼６．１の外端では、それぞれ、たとえば、ここでは６００ｋｍ／ｈの同じ回転速度がもたらされる。ヘリコプターの飛行速度または移動速度が比較的大きくなると、左回りのローターの場合には、図３ｂおよび３ｃで説明されているローター軸受けシャフト３．１は、飛行方向Ｄから見て駆動シャフト１．３に対して相対的に、左側へ動く。そのために、２つの回転翼６．１が、相互に一直線に並んで飛行方向Ｆに対して垂直に伸びている回転翼の回転位置では、飛行方向Ｆから見て左側の回転翼が（図２、２ｂで示されるように）、図３ａと同じ角速度では、ローター駆動軸Ａからの距離が比較的大きいために、外端では（ヘリコプター機体１に対する関係において）本質的に大きな回転速度である、ここでは１３９５ｋｍ／ｈの回転速度を有しており、その一方では、右側の回転翼が、ここでは３８２ｋｍ／ｈという明らかに小さな回転速度を有するという効果が得られる。その他の影響を考慮しなければ、左側の回転翼では、回転翼の先端が超音速で運動しているために、すでに失速が生じている。

その結果、ヘリコプターの飛行速度が３００ｋｍ／ｈである場合には、ヘリコプターの速度が比較的大きいにもかかわらず、回転翼の２つの外端は、まだ失速が起こらない回転速度を有することになる。その結果としてもたらされる対気速度は、左側と右側の回転翼について、この例では１０９５ｋｍ／ｈおよび６８２ｋｍ／ｈである。その際に、理論的には、ヘリコプターが８８８ｋｍ／ｈの移動速度で飛行方向Ｄに運動する場合には、左側と右側の回転翼は、等しい速さの対気速度で運動する。

ローター軸受けシャフト３．１のローター軸受け中心軸Ｂと駆動シャフト１．３のローター駆動軸Ａは別々になっているので、ローター駆動軸Ａの角速度が同じである場合に、ローター駆動軸Ａを中心とした回転翼６．１の角速度は正弦曲線で変化する。つまり、図３ｂの視点から見て左側の回転翼は、同じ時間の間に、右側の回転翼に比べて、より大きな角度を通り過ぎる。したがって、回転翼６．１は（回転翼シャフト６とともに）、ローター軸受けシャフト３．１に対して回転不能に接続されている必要はなく、実際にもまた、回転不能には接続されていない。回転翼６．１の相対角位置は、詳細には、図３ｂと図３ｃを比較すれば明らかなように、回転に従って変化する。各回転翼が同じ時間の間に通り過ぎた角領域は、図３ｂ、３ｃでは点線で示唆されている。

図１によれば、ローター頂部２は、本質的に、５つのセグメントを有する（図１の下から上へ）。すなわち、軸受けセグメント２．１、回転翼セグメント２．２、中央部の留め具セグメント２．３、追加回転翼セグメント２．４、およびローターカバーセグメント２．５である。回転翼セグメント２．２では、駆動シャフト１．３が下方のローターリング８．１と接続されており、下方のローターリング８．１は、さらに、ピボット・ヒンジ７と回転可能に接続されている。一方、ピボット・ヒンジ７は、回転翼シャフト６を受け入れている。上方のローターリング８．２は、ピボット・ヒンジ７の上側でピボット・ヒンジ７と接続されている。一方、回転翼セグメント２．２のこれらの上方のローターリング８．２は、中央部の留め具セグメント２．３の中板９を介して、追加回転翼セグメント２．４の下方の追加ローターリング８．２と接続されている。回転翼セグメント２．２に類似して、下方の追加ローターリング８．３は、追加回転翼セグメント２．４の追加ピボット・ヒンジ７．１を介して、上方の追加ローターリング８．４と接続されており、上方の追加ローターリング８．４は、ローターカバー１１とともにローターカバーセグメント２．５を形成する。

ローター頂部２の軸受け部では、サイン・レギュレーター１．１が、ローターシャフト３を軸受けし、移動させるために、電動の調節装置（ねじ式スピンドル、スライドレールを備えた軸受け架）を有する。サイン・レギュレーター１．１によってローターシャフト３を移動させる振幅は、詳細には、ヘリコプターの移動速度に適合することができ、それに応じて回転翼シャフト６を運動させるために役立つ。ローターシャフト３は、ここでは、前記のとおり、３つの部分、すなわちローター軸受シャフト３．１、追加ローター軸受シャフト３．２、およびローターガイドシャフト３．３に細分されている。ローターシャフト翼軸受け４は、ローター軸受シャフト３．１および回転翼シャフト６と接続されている。スウォシュプレート１．２は、サイン・レギュレーター１．１にも、またロッドおよびレバーを介して回転架台５にも固定されており、回転架台５は、さらに、回転翼シャフト６と接続されている。一方、回転翼シャフト６は、スラスト軸受を用いてピボット・ヒンジ７の中に受け入れられており、ガイドされている。

図１および図４を見ても分かるように、ローター軸受シャフト３．１は、中央部の留め具セグメント２．３の中で、スライド部９．１を介して中板９と接続されている。スライド部９．１は、中板９を追加回転翼セグメント２．４の中で追加ローター軸受シャフト３．２と接続している。追加回転翼セグメント２．４の仕組みは、回転架台５を別にすれば、回転翼セグメント２．２に類似している。追加回転翼セグメント２．４の追加回転翼シャフト１０では、回転翼セグメント２．２における回転翼６．１の代わりに、アンバランスを均等化するための釣り合い重り１０．１が取り付けられている。追加ローター軸受シャフト３．２には、ガイドスライド部１３が取り付けられており、このガイドスライド部１３が追加ローター軸受シャフト３．２をローターガイドシャフト３．３とつないでいる。このローターガイドシャフト３．３は、ローターカバー軸受け１１．１を介して、固定的にローターカバー１１と接続されている。ローターカバー１１それ自体は、駆動部の上方の追加ローターリング８．４およびローターカバー軸受け１１．１によって、ローターカバーセグメント２．５を閉じている。

駆動力は、ローターハウジング２によって伝達される。その結果、ローター駆動軸Ａが、ローター軸受け中心軸Ｂの変位運動から独立であり、その場合には、ローター軸受け中心軸Ｂが、構成要素を用いて、ヘリコプター機体１の長手軸Ｌに対して垂直に調節可能であり、図２に示された方向に限定されておらず、詳細には、長手軸Ｌの両側へ調節可能であることが確保できる。ローターハウジング２の軸受けセグメント２．１は、飛行中のヘリコプター機体１を支持し、ヘリコプター機体１の主駆動からローター頂部２の中へ駆動力を伝達する。回転翼セグメント２．２のローターリング８．１および８．２に含まれるピボット・ヒンジ７は、ローターハウジング２からローターリング８．１および８．２を介して、回転翼シャフト６まで、駆動力を伝導する。ローターリング８．１および８．２と接続されているピボット・ヒンジ７は、ローター軸受けシャフト３．１によってガイドされた、回転翼シャフト６の縦方向の移動および、これによる回転翼６．１の縦方向の移動を可能にする。また、ピボット・ヒンジ７は、回転翼シャフト６および回転翼６．１において、遠心力および求心力という形での加速力および制動力を受け入れ、さらに、加速力および制動力をローターリング８．１および８．２に伝導する。中板１２を介した回転翼セグメント２．２の上方のローターリング８．２と追加回転翼セグメント２．４の下方の追加ローターリング８．３との接続を介して、２つの重なり合った回転翼シャフト６の回転運動は、同期されている。

サイン・レギュレーター１．１は、スライドレール上の軸受け架の操作によって、ローター軸受けシャフト３．１の移動を引き起こし、スライドレールには、ローター軸受けシャフト３．１が取り付けられており、それにより、運動に従う。こうして、ローター駆動軸Ａからの回転翼６．１の距離は、回転翼シャフト６の修正方向に沿った回転翼シャフト６の移動によって変更される。同様に、サイン・レギュレーター１．１は、回転架台５を介して回転翼シャフト６の取り付け角を規定するためのサーボモーターまたはサーボ油圧を介して、スウォシュプレート１．２と接続されている。

中央部の留め具セグメント２．３の中では（図４および図５を参照）、中板９の仕組みは、ローター軸受けシャフト３．１に固定された回転翼セグメント２．２の中の回転翼シャフトを備えたローター軸受けシャフト３．１の運動を、追加ローター軸受シャフト３．２および追加回転翼セグメント２．４の中の追加回転翼シャフト１０に伝達するために役立つ。この際に、追加回転翼セグメント２．４の中の追加回転翼シャフト１０の端部の釣り合い重り１０．１は、回転翼セグメント２．２の中の移動された反対側の回転翼６．１によって発生するアンバランスを補償する。追加回転翼セグメント２．４には回転翼が欠けているので、傾斜角を規定する必要はなく、それにより回転架台も必要ない。ローターカバー軸受け１１．１は、ローターガイドシャフト３．３に対する固定的な接続である。

図６は、追加回転翼セグメント２．４における、回転翼セグメント２．２の回転翼シャフト６に対する追加回転翼シャフト１０の短縮を伴う、本発明のもうひとつの望ましい設計を示す。こうして、釣り合い重り１０．１のパラメーターは、それに応じて変化する。このことは、詳細には、釣り合い重り１０．１の大きさを含んでいる。詳細には、釣り合い重り１０．１の大きさの変更は、とりわけ、ヘリコプターの最大限許容される重さによって限定されている。この場合には、下方の回転翼セグメント２．２に比べた追加回転翼セグメント２．４を、それに応じて設計し、こうして飛行性能を向上させることによって、ローター頂部２の仕組みを比較的コンパクトにすることができる。

図７は、現在の技術から既に公知である同軸回転翼の仕組みをさらに開発したもとしての、本発明に従った望ましい設計を示す。この際に、追加回転翼セグメント２．４は、回転翼セグメント２．２の上に同軸的に取り付けられており、釣り合い重り１０．１の代わりに、追加回転翼１０．２を装備されている。追加回転翼１０．２は、回転翼６．１に対して反対方向に回転する。こうして、２つの回転翼セグメントのトルクは釣り合う。このような仕組みは、追加ローター回転架台１０．３を介して、追加回転翼セグメント２．４の追加回転翼１０．２の傾斜角を規定するために、追加スウォシュプレート１２を必要とする。図７の望ましい設計は、同軸回転翼システムの場合にも、ローター軸受け中心軸Ｂが、ローター駆動軸Ａから分離されていることを想定している。

同軸サイン・レギュレーター１４が、同軸留め具セグメント２．６の中に取り付けられている（図８）。同軸サイン・レギュレーター１４は、ねじ式スピンドル１４．１を有しており、このねじ式スピンドル１４．１が同軸留め具セグメント２６のスライド部９を電気式または油圧式で動かす。こうして、スライド部９に固定されたローター軸受けシャフト３．１および追加ローター軸受シャフト３．２は、互いに反対方向に運動する。こうして、回転翼セグメント２．２の回転翼シャフト６および追加回転翼セグメント２．４の追加回転翼シャフト１０は、互いに反対方向に運動する。

このような望ましい設計では、スウォシュプレート１．２および追加スウォシュプレート１２が現存する。スウォシュプレート１．２が従来の形態によって取り付けられているのに対して、追加スウォシュプレート１２は、１８０°傾けて追加回転翼セグメント２．４の中に組み込まれている。さらには、追加回転翼セグメント２．４の中には追加ローター回転架台１０．３が現存し、この追加ローター回転架台１０．３が、追加回転翼１０．２の傾斜角を規定する。これらの追加回転翼１０．２は、右回りで備えられており、追加回転翼セグメント２．４の追加回転翼シャフト１０に取り付けられている。追加回転翼セグメント２．２は、同軸留め具セグメント２．６の中の傘歯車１４．２を介して、追加回転翼セグメント２．４を反対方向の回転方向で駆動する。この場合には、追加回転翼セグメント２．４は、回転翼セグメント２．２上の切り欠きリング１４．３上のころ軸受けを通って運動する（図８）。

図９および図１０は、本発明に従ったヘリコプターの、もうひとつの設計を示しており、このヘリコプターのヘリコプター機体１では、両側へ水平に、それぞれ１つの翼１５が取り付けられている。翼１５は、ヘリコプター機体１の中程の高さに取り付けられており、回転可能に格納されている。翼１５は、水平軸を中心として少なくとも９０°の角度で回転可能であり、流動特性を有するので、追加的な浮力を生み出す。さらにもう１組の翼１５が、ヘリコプター機体１の後部に配置されており、その場合には、後方の翼１５の水平次元は、前方の翼１５の水平次元よりも小さい。詳細には、前方の翼１５は昇降舵として備えることが可能であり、その結果として、前方の翼１５は、いわゆる先尾翼として後方の翼１５の前側に配置される。ヘリコプター機体１の後部には、本質的に垂直に上へ伸びるテールフィンの形をした垂直安定板１６が準備されている。

ヘリコプター機体１の中程の高さには、翼１５の下側に、一次駆動装置１８を備えた発電機１７が準備されている。発電機１７は、たとえば、燃料電池、および／またはバッテリを有することができ、一次駆動装置１８のためにエネルギーを利用可能にし、この一次駆動装置１８それ自体はタービンを有しており、ヘリコプターのために追加的な駆動力を生み出す。その他の構成要素に関しては、上記の詳細な説明を参照せよ。

図１１および図１２に示された、本発明に従ったヘリコプターの実施形態では、調整可能な滑動部２０の中で可動的な軸受けリング１９が、ヘリコプター機体１の中に準備されており、この軸受けリング１９の運動方向は、ヘリコプター機体１の長手軸Ｌに沿って備えられている。ローターハウジング２は、軸受けリング１９と接続されており、これによって、同様に、ヘリコプター機体１の長手軸Ｌの方向で調節可能であり、その結果として、移動速度が大きい場合には、ヘリコプターの浮力点が後方へ、後部の方向へと移り、それにより、荷重中心は、前方へ、機首の方向へと移るときに、浮力の重心は、軸受けリング１９を介した前方へのローター頂部の移動によって、ふたたびヘリコプターの（質量）重心へと移動する。こうして、移動速度が非常に大きい場合でも、安定した飛行姿勢が可能になる。

１ ヘリコプター機体
１．１ サイン・レギュレーター
１．２ スウォシュプレート
１．３ 駆動シャフト
２ ローター頂部
２．１ 軸受けセグメント
２．２ 回転翼セグメント
２．３ 留め具セグメント
２．４ 追加回転翼セグメント
２．５ ローターカバーセグメント
２．６ 同軸留め具セグメント
３ ローターシャフト
３．１ ローター軸受けシャフト
３．２ 追加ローター軸受シャフト
３．３ ローターガイドシャフト
４ 回転翼軸受け
５ 回転架台
６ 回転翼シャフト
６．１ 回転翼
７ ピボット・ヒンジ
７．１ 追加ピボット・ヒンジ
８．１ 下方のローターリング
８．２ 上方のローターリング
８．３ 下方の追加ローターリング
８．４ 上方の追加ローターリング
９ 中板
９．１ スライド部
１０ 追加回転翼シャフト
１０．１ 釣り合い重り
１０．２ 追加回転翼
１０．３ 追加ローター回転架台
１１ ローターカバー
１１．１ ローターカバー軸受け
１２ 追加スウォシュプレート
１３ ガイドスライド部
１４ 同軸サイン・レギュレーター
１４．１ ねじ式スピンドル
１４．２ 傘歯車
１４．３ 切り欠きリング
１５ 翼
１６ 垂直安定板
１７ 発電機
１８ 一次駆動装置
１９ 軸受けリング
２０ 滑動部
Ａ ローター駆動軸
Ｂ ローター軸受け中心軸
Ｃ ローター回転方向
Ｄ 飛行方向
Ｌ 長手軸

Claims (41)

1. 長手方向軸（Ｌ）を有するヘリコプター機体（１）、およびローター駆動軸（Ａ）を中心として駆動されるローター頂部（２）であって、前記ローター頂部（２）は、少なくとも２つの、それぞれが回転翼シャフト（６）を介して保持された回転翼（６．１）を有している、前記ローター頂部（２）を有するヘリコプターであって、
   前記回転翼シャフト（６）のローター軸受け中心軸（Ｂ）が前記ローター駆動軸（Ａ）に対して、前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）の長手方向に対して垂直な方向に調節可能であり、
   複数の構成要素からなるローターシャフト（３）を備え、
   前記ローターシャフト（３）は、少なくとも１つのローター軸受けシャフト（３．１）および追加ローター軸受シャフト（３．２）を含んでおり、
   前記ローター頂部（２）は、少なくとも１つの回転翼セグメント（２．２）で、少なくとも２つの回転翼（６）を保持し、少なくとも１つの追加回転翼セグメント（２．４）で、追加回転翼シャフト（１０）を保持し、前記追加回転翼セグメント（２．４）は前記回転翼セグメント（２．２）と結合されており、
   前記ローターシャフト（３）の可動部分である、前記ローター軸受けシャフト（３．１）および前記追加ローター軸受けシャフト（３．２）は、互いに反対の方向に移動可能であり、その結果、前記回転翼シャフト（６）と前記追加回転翼シャフト（１０）は、互いに反対の方向に移動可能であることを特徴とするヘリコプター。
2. 前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）は、構成要素を用いて、前記ヘリコプター機体（１）の前記長手方向軸（Ｌ）に対して垂直な方向に調節可能であることを特徴とする、請求項１に記載のヘリコプター。
3. 前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）は、前記ヘリコプター機体（１）の前記長手方向軸（Ｌ）のどちら側へも調整可能であることを特徴とする、請求項１または２に記載のヘリコプター。
4. 前記ローター駆動軸（Ａ）と前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）は別々に形成されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のヘリコプター。
5. 前記ローターシャフト（３）の複数の構成要素が、前記ローターシャフト（３）の軸方向に並んでいることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のヘリコプター。
6. サイン・レギュレーター（１．１）を備えることを特徴とし、前記ローターシャフト（３）は、その対称軸が前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）であって、前記ローターシャフト（３）が前記サイン・レギュレーター（１．１）によって前記ローター軸受け中心軸（Ｂ）に対して垂直な方向に調節可能である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヘリコプター。
7. 前記回転翼シャフト（６）は、直接的または間接的に前記サイン・レギュレーター（１．１）と接続されており、前記サイン・レギュレーター（１．１）によって調節可能であることを特徴とする、請求項６に記載のヘリコプター。
8. 前記サイン・レギュレーター（１．１）により、前記回転翼シャフト（６）が1次元または２次元で調節可能であることを特徴とする、請求項６または７に記載のヘリコプター。
9. 少なくとも２つの前記回転翼シャフト（６）は前記ローターシャフト（３）と接続されており、前記ローターシャフト（３）とともに調節可能であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のヘリコプター。
10. 少なくとも２つの前記回転翼シャフト（６）は、それぞれがピボット・ヒンジ（７）を用いてガイドされていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヘリコプター。
11. 前記ローター頂部（２）を介した前記回転翼シャフト（６）の駆動を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のヘリコプター。
12. 前記ローター駆動軸（Ａ）は、前記ローター頂部（２）の対称軸と一致することを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヘリコプター。
13. 前記ピボット・ヒンジ（７）およびローターリング（８．１、８．２）を介した、前記回転翼シャフト（６）への駆動力の伝達を特徴とする、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のヘリコプター。
14. 前記ローターリング（８．１、８．２）は、前記ピボット・ヒンジ（７）と回転可能に接続されていることを特徴とする、請求項１３に記載のヘリコプター。
15. 前記ローターシャフト（３）の少なくとも２つの構成要素は、前記ローター駆動軸（Ｂ）に対して垂直な方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか一項に記載のヘリコプター。
16. 前記ローターシャフト（３）の少なくとも１つの部分は、前記ローター頂部（２）に対して固定されていることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のヘリコプター。
17. 前記ローターシャフト（３）の少なくとも１つの部分は、前記ローター頂部（２）または前記ローター頂部（２）の構成要素と接続されていることを特徴とする、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のヘリコプター。
18. １つまたは複数の前記回転翼シャフト（６）は、互いに独立して、前記ローターシャフト（３）の少なくとも１つの構成要素に固定されていることを特徴とする、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のヘリコプター。
19. 少なくとも２つの前記回転翼シャフト（６）は、互いに独立して、スウォシュプレート（４）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のヘリコプター。
20. 前記追加回転翼セグメント（２．４）は、前記回転翼セグメント（２．２）の上側および／または下側に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のヘリコプター。
21. 少なくとも２つの前記ローターリング（８．２、８．３）は、少なくとも２つの異なる前記回転翼セグメント（２．２、２．４）によって、互いに結合されていることを特徴とする、請求項１３〜２０のいずれか一項に記載のヘリコプター。
22. 前記追加回転翼セグメント（２．４）の中の少なくとも１つでは、釣り合い重り（１０．１）が前記追加回転翼シャフト（１０）に取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のヘリコプター。
23. 前記追加重り（１０．１）は、固形物質、液状物質または気体物質を有することを特徴とする、請求項２２に記載のヘリコプター。
24. 前記釣り合い重り（１０．１）の大きさは、時間的に一定であるか、または可変的であることを特徴とする、請求項２２または２３のいずれか一項に記載のヘリコプター。
25. 前記回転翼セグメント（２．２）の前記追加回転翼セグメント（２．４）との結合は、留め具セグメント（２．３）を介して成し遂げられることを特徴とする、請求項１〜２４のいずれか一項に記載のヘリコプター。
26. 前記留め具セグメント（２．３）は、スライド部（９）を有することを特徴とする、請求項２５に記載のヘリコプター。
27. 前記追加回転翼セグメント（２．４）の前記追加回転翼シャフト（１０）の中の少なくとも１つは、前記回転翼セグメント（２．２）の前記回転翼シャフト（６）と同じ構造形状を有することを特徴とする、請求項１〜２６のいずれか一項に記載のヘリコプター。
28. 前記回転翼シャフト（６）の中の少なくとも１つに対して、前記追加回転翼シャフト（１０）の中の少なくとも１つの長さが一致することを特徴とする、請求項２７に記載のヘリコプター。
29. 少なくとも１つの前記追加回転翼セグメント（２．４）は、少なくとも１つの前記回転翼シャフト（６）と異なる長さを備えた少なくとも１つの前記追加回転翼シャフト（１０）を有することを特徴とする、請求項２８に記載のヘリコプター。
30. 少なくとも１つの前記追加回転翼セグメント（２．４）は追加回転翼（１０．２）を装備していることを特徴とする、請求項１〜２９のいずれか一項に記載のヘリコプター。
31. 回転翼セグメント（２．２）の回転方向は、少なくとも１つの前記追加回転翼セグメント（２．４）の回転方向と結合されていることを特徴とする、請求項１〜３０のいずれか一項に記載のヘリコプター。
32. 切り欠きリング（１４．３）における傘歯車（１４．２）を介した前記回転翼セグメント（２．２）と前記追加回転翼セグメント（２．４）の中の１つとの結合を特徴とし、前記切り欠きリング（１４．３）は、同軸留め具セグメント（２．６）の中に取り付けられている、請求項３１に記載のヘリコプター。
33. 少なくとも１つの追加スウォシュプレート（１２）が備えられ、前記追加スウォシュプレート（１２）は、少なくとも１つの追加回転翼セグメント（２．４）を制御することを特徴とする、請求項１９〜３２のいずれか一項に記載のヘリコプター。
34. 前記スウォシュプレート（４）の中の少なくとも１つは、前記ローター頂部（２）の中に組み込まれていることを特徴とする、請求項１９〜３３のいずれか一項に記載のヘリコプター。
35. 前記スウォシュプレートの中の少なくとも１つは、ローターカバー（１１）の中に組み込まれていることを特徴とする、請求項１９〜３４のいずれか一項に記載のヘリコプター。
36. 前記スウォシュプレート（４）の中の少なくとも１つは、前記追加スウォシュプレート（１２）の中の少なくとも１つと結合されていることを特徴とする、請求項３３〜３５のいずれか一項に記載のヘリコプター。
37. 前記スウォシュプレート（４）および／または前記追加スウォシュプレート（１２）の中の少なくとも２つは、ロッドおよび／またはレバーによって接続されていることを特徴とする、請求項１９〜３６のいずれか一項に記載のヘリコプター。
38. 前記ヘリコプター機体（１）に翼（１５）および／または垂直安定板（１６）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のヘリコプター。
39. 前記ヘリコプター機体（１）の中に、一次駆動装置（１８）を有する発電機（１７）が備えられていることを特徴とする、請求項１〜３８のいずれか一項に記載のヘリコプター。
40. 前記一次駆動装置（１８）は、タービン、ピストン機関、燃料電池、および／またはバッテリを有することを特徴とする、請求項３９に記載のヘリコプター。
41. 軸受けリング（１９）が、前記ヘリコプター機体（１）の中の調整可能な滑動部（２０）に、可動的に格納されており、前記軸受けリング（１９）は前記ローター頂部（２）と接続されており、前記軸受けリング（１９）は、前記ローター頂部（２）と共に、該ヘリコプター機体（１）の前記長手軸（Ｌ）の方向に移動可能であることを特徴とする、請求項１〜４０のいずれか一項に記載のヘリコプター。

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