JP6784391B2 - Compound helicopter - Google Patents

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Description

本発明は、コンパウンドヘリコプタに関する。 The present invention relates to a compound helicopter.

ヘリコプタはホバリングが可能である長所を持つ反面、最高速度が低い短所を持っている。古くから高速化の研究開発が行われており、通常のヘリコプタ形式を採用した英国のWestland Lynx(非特許文献1)が1986年に400.87km/hの速度を記録した。2010年には米国のSikorsky X2が460km/hを記録し、2013年に欧州のEurokopter X3が473km/hを記録している。 The helicopter has the advantage of being able to hover, but has the disadvantage of having a low top speed. Research and development for speeding up has been carried out for a long time, and Westland Lynx (Non-Patent Document 1) in the United Kingdom, which adopted the usual helicopter format, recorded a speed of 400.87 km / h in 1986. In 2010, the US Sikorsky X2 recorded 460 km / h, and in 2013, the European Eurokopter X3 recorded 473 km / h.

ヘリコプタの高速化を阻む要因は二つある。一つは回転するロータブレードに当たる空気の流速が、前進速度とブレード回転速度が加算される方位角90度(ロータブレード方位角は後方を起点としてロータブレード回転方向を正とする)付近で音速に近づき、圧縮性の影響で抵抗が急増する(以下、抵抗発散)ことにより大きなパワを消費するためであり、一つはロータブレードに当たる空気の流れがブレード回転速度から前進速度が減じられる方位角270度付近で逆流する領域が速度の増加とともに拡大し、揚力を生じる事が困難になるためである。 There are two factors that prevent the helicopter from speeding up. One is that the flow velocity of the air that hits the rotating rotor blade becomes sound velocity near the azimuth angle of 90 degrees (the rotor blade azimuth angle starts from the rear and the rotor blade rotation direction is positive) where the forward speed and the blade rotation speed are added. This is because the resistance rapidly increases due to the influence of compressibility (hereinafter referred to as resistance divergence), which consumes a large amount of power. This is because the region of backflow near the degree expands as the velocity increases, making it difficult to generate lift.

これら問題を解決する手段としてブレード先端形状を工夫することと、前進推力をロータ回転面の前傾による揚力の前傾成分に頼らず、推進用のジェットエンジンまたはプロペラによって発生する手段(コンパウンド方式)がある。前者としてはWestland LynxのBERP(特許文献1)が知られている。BERPはロータブレードの先端に後退角をつける事で抵抗発散を抑え、また先端の翼弦長を増して翼面積を稼ぐとともに、後退角の開始点にドッグツースの働きをする張出を設ける事で積極的に縦渦を発生させ、後退側(方位角270度近辺)で先端が大きな揚力を発生できる工夫がされている。後者は古くからあった概念であり、1957年に英国のFairey Rotodyne(非特許文献2)がメインロータに加え胴体の左右に推進用のプロペラを二基装備した形態で飛行している。前述のSikorsky X2では同軸二重反転ロータとプッシャー式プロペラ一基を装備している。またEurokopter X3では通常のメインロータに加え、胴体両側に主翼と二基の推進用プロペラを装備している(特許文献2)。 As a means to solve these problems, devise the shape of the blade tip and means to generate forward thrust by a jet engine or propeller for propulsion without relying on the forward tilt component of lift due to the forward tilt of the rotor rotating surface (compound method). There is. As the former, BERP (Patent Document 1) of Westland Lynx is known. BERP suppresses resistance divergence by giving a receding angle to the tip of the rotor blade, increases the chord length of the tip to increase the wing area, and provides an overhang that acts as a dog tooth at the starting point of the receding angle. It is devised so that a vertical vortex can be positively generated and a large lift can be generated at the tip on the backward side (around 270 degrees azimuth). The latter is an old concept, and in 1957, Fairey Rotodyne (Non-Patent Document 2) of the United Kingdom flew in the form of equipped with two propellers for propulsion on the left and right sides of the fuselage in addition to the main rotor. The aforementioned Sikorsky X2 is equipped with a coaxial counter-rotating rotor and a pusher-type propeller. In addition to the normal main rotor, the Eurokopter X3 is equipped with main wings and two propulsion propellers on both sides of the fuselage (Patent Document 2).

Eurokopter X3は高速飛行時にロータ回転数を15%減らして前進側ブレードの抵抗発散を抑えるとともに、主翼で揚力の7割を発生してロータの負荷を減らし、余剰パワをプロペラに伝達している。 The Eurokopter X3 reduces the rotor speed by 15% during high-speed flight to suppress the resistance divergence of the forward blade, and also generates 70% of the lift on the main wing to reduce the load on the rotor and transmit excess power to the propeller.

Sikorsky X2では高速飛行時にロータ回転数を下げて前進側ロータブレードの抵抗発散を抑え、またABC(Advancing Blade Concept)と呼ばれる揚力を前進側だけで負担する技術を用いている(特許文献3)。通常の関節式ロータやリジッドロータで前進側のみで揚力を負担すると、ジャイロスコピックプレセッションによってフラッピング角が最大となる位置が70度から90度遅れる。その結果ロータ回転面は後傾し、頭上げモーメントを発生する。ABCではロータのフラッピングヒンジを極めてリジッドにしジャイロスコピックプレセッションによるフラッピングの位相遅れを極力0に近づけることで頭上げモーメントを発生させずロールモーメントを発生させている。更にこのロールモーメントは同軸二重反転ロータを採用する事で上下のロータ間で打ち消している。 The Sikorsky X2 uses a technique called ABC (Advancing Blade Concept) that reduces the rotor speed during high-speed flight to suppress resistance divergence of the forward rotor blades, and bears lift only on the forward side (Patent Document 3). When lift is applied only on the forward side with a normal articulated rotor or rigid rotor, the position where the flapping angle is maximized is delayed by 70 to 90 degrees due to the gyroscopic presession. As a result, the rotor rotating surface tilts backward and a head-raising moment is generated. In ABC, the flapping hinge of the rotor is made extremely rigid and the phase delay of flapping due to the gyroscopic presession is made as close to 0 as possible to generate a roll moment without generating a head raising moment. Furthermore, this roll moment is canceled between the upper and lower rotors by adopting a coaxial counter-rotating rotor.

このようにヘリコプタの高速化の技術としてコンパウンド方式、ABC、BERP、回転数減少、主翼による揚力負担が実用化されてきた。Sikorsky X2はこのうちABC、コンパウンド方式、回転数減少を用いているが更にBERPと主翼による揚力負担を組み合わせる事で高速化が期待できる。 As described above, as a technique for increasing the speed of the helicopter, the compound method, ABC, BERP, the reduction in the number of revolutions, and the lift load by the main wing have been put into practical use. Of these, Sikorsky X2 uses ABC, compound method, and reduction in rotation speed, but it can be expected to increase speed by combining BERP and the lift load of the main wing.

米国特許第5174721号明細書U.S. Pat. No. 5,174,721 米国特許第2009/0321554号明細書U.S. Pat. No. 2009/0321554 米国特許第3409249号明細書U.S. Pat. No. 3,409,249

Jane's all the world's aircraft 1986−1987, pp. 321.Jane's all the world's aircraft 1986-1987, pp. 321. Jane's all the world's aircraft 1957−1958, pp. 77.Jane's all the world's aircraft 1957-1958, pp. 77. Jane's all the world's aircraft 1992−1993, pp. 390.Jane's all the world's aircraft 1992-1993, pp. 390.

Sikorsky X2はABC、コンパウンド方式、回転数減少を用いて高速性能を獲得しているが、ABCに次のような問題がある。
・極めてリジッドなロータブレードを実現するためにブレード付根の厚さが大きくなり、空力的に不利である。
・極めてリジッドなロータブレードを使用するため、ロータブレードが発生する曲げモーメントが機体に伝達され、これが大きな振動を生じ乗り心地性が極めて悪い。
・極めてリジッドなロータブレードを使用するため、ブレードがフラッピングしないため、飛行速度に応じて最適なロータ回転面の前後の傾きに調整できず、装着されたロータマストに直角なロータ回転面の傾きしか利用できない。
・同軸二重反転ロータでは上下のロータ間をある程度離す必要があり、ロータ間のロータマストの空気抵抗が大きく高速性能を阻害する。
・同軸二重反転ロータを実用化している企業は限られており、特にスワッシュプレートの設計に高い技術を要する。
・同軸二重反転ロータ用のスワッシュプレートは複雑であるため、高価でありメインテナンス性が悪い。
The Sikorsky X2 has achieved high-speed performance by using ABC, compound method, and rotation speed reduction, but ABC has the following problems.
-In order to realize an extremely rigid rotor blade, the thickness of the blade base becomes large, which is aerodynamically disadvantageous.
-Since an extremely rigid rotor blade is used, the bending moment generated by the rotor blade is transmitted to the airframe, which causes large vibration and extremely poor riding comfort.
-Since an extremely rigid rotor blade is used, the blade does not flap, so it is not possible to adjust the optimum front-back inclination of the rotor rotation surface according to the flight speed, and only the inclination of the rotor rotation surface perpendicular to the mounted rotor mast. Not available.
-In the coaxial counter-rotating rotor, it is necessary to separate the upper and lower rotors to some extent, and the air resistance of the rotor mast between the rotors is large, which hinders high-speed performance.
-There are only a limited number of companies that have put coaxial counter-rotating rotors into practical use, and especially the design of swash plates requires high technology.
-Since the swash plate for the coaxial counter-rotating rotor is complicated, it is expensive and has poor maintainability.

そこで、本発明の目的は、極めてリジッドなロータブレード及び同軸二重反転ロータを用いることなく高速性能を発揮することができるコンパウンドヘリコプタを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a compound helicopter capable of exhibiting high-speed performance without using an extremely rigid rotor blade and a coaxial counter-rotating rotor.

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係るヘリコプタは、交差式二重反転ロータと、前記交差式二重反転ロータのそれぞれのロータ以外で推力を発生する推力発生部と、前記ロータの回転のためのパワが最小となるロータブレードの方位角において、ロータブレードで発生する揚力が最大となるようにサイクリックピッチをコントロールする機構と、前記ロータブレードで発生する揚力により生じる頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生する水平尾翼とを具備する。 In order to achieve the above object, the helicopter according to one embodiment of the present invention includes a cross-type counter-reversing rotor, a thrust generating unit that generates thrust other than the respective rotors of the cross-type counter-rotor, and the rotor. A mechanism that controls the cyclic pitch so that the lift generated by the rotor blades is maximized at the azimuth angle of the rotor blades that minimizes the power for rotation, and the head-raising moment generated by the lift generated by the rotor blades. It is equipped with a horizontal tail that generates lift to cancel.

前記サイクリックピッチをコントロールする機構は、速度50m/sあるいはこれ以上の速度で、前記ロータの回転のためのパワが最小となるロータブレードの方位角において、ロータブレードで発生する揚力が最大となるようにサイクリックピッチをコントロールすることが好ましい。 The mechanism for controlling the cyclic pitch maximizes the lift generated by the rotor blades at a speed of 50 m / s or higher at the azimuth angle of the rotor blades that minimizes the power for rotation of the rotor. It is preferable to control the cyclic pitch as described above.

前記ロータブレードの先端速度が音速を超えないよう、高速飛行時には前記ロータブレードの回転数を下げることが好ましい。 It is preferable to reduce the rotation speed of the rotor blade during high-speed flight so that the tip speed of the rotor blade does not exceed the speed of sound.

前記水平尾翼は、全遊動式水平尾翼であり、当該全遊動式水平尾翼を構成する水平安定板の取付け角の増加又はエレベータを下げ舵にすることで、前記頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生することが好ましい。 The horizontal stabilizer is a fully floating horizontal stabilizer, and lift is generated to cancel the head-raising moment by increasing the mounting angle of the horizontal stabilizer constituting the fully floating horizontal stabilizer or lowering the elevator. It is preferable to do so.

前記推力発生部は、尾部に配置された一基のプッシャー式プロペラ又は胴体左右に配置されたプロペラであることが好ましい。 The thrust generating portion is preferably one pusher type propeller arranged at the tail or propellers arranged on the left and right sides of the fuselage.

前記ロータは、ヒンジオフセットあるいは等価ヒンジオフセットが3%から20%である全関節式、セミリジッド式、またはリジッド式であることが好ましい。 The rotor is preferably of a fully articulated, semi-rigid, or rigid type with a hinge offset or equivalent hinge offset of 3% to 20%.

それぞれの前記ロータのロータブレードの枚数は、前記ロータの片側につき2枚から4枚であることが好ましく、更には前記ロータの片側につき3枚であることがより好ましい。 The number of rotor blades of each of the rotors is preferably 2 to 4 per side of the rotor, and more preferably 3 per side of the rotor.

前記交差式二重反転ロータのそれぞれの前記ロータが配設されたロータマストの交差角は、5度から40度であることが好ましい。 The crossing angle of the rotor mast on which each of the cross-rotating rotors is arranged is preferably 5 to 40 degrees.

本発明により、極めてリジッドなロータブレード及び同軸二重反転ロータを用いることなく高速性能を発揮することができる。従って、簡単な構成で、かつ、低コストで、更に乗り心地の悪化を極力抑え、またロータマストの抵抗を抑えて、高速性能を発揮することができるコンパウンドヘリコプタを汎用性のある技術で実現することができる。 According to the present invention, high-speed performance can be exhibited without using an extremely rigid rotor blade and a coaxial counter-rotating rotor. Therefore, it is necessary to realize a compound helicopter with a simple configuration, low cost, which can suppress the deterioration of riding comfort as much as possible, suppress the resistance of the rotor mast, and exhibit high-speed performance with versatile technology. Can be done.

本発明の一実施形態に係るコンパウンドヘリコプタの斜視図である。It is a perspective view of the compound helicopter which concerns on one Embodiment of this invention. 図1に示したコンパウンドヘリコプタの正面図である。It is a front view of the compound helicopter shown in FIG. 図1に示したコンパウンドヘリコプタの上面図である。It is a top view of the compound helicopter shown in FIG. 図1に示したコンパウンドヘリコプタの側面図である。It is a side view of the compound helicopter shown in FIG. 本発明の一実施形態に係るブレード先端速度と縦のロータ回転面のスケジュールを示すグラフである。It is a graph which shows the schedule of the blade tip speed and the vertical rotor rotation surface which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る釣り合い飛行時の制御量を示すグラフである。It is a graph which shows the control amount at the time of the balanced flight which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る釣り合い飛行時の必要パワを示すグラフである。It is a graph which shows the required power at the time of the balanced flight which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係るコンパウンドヘリコプタの斜視図である。図2、図3、図4はそれぞれこのコンパウンドヘリコプタの正面図、上面図、側面図である。
これらの図に示すように、コンパウンドヘリコプタ1は、交差式二重反転ロータ10と、推力発生部としてのプッシャー式プロペラ20と、水平尾翼30とを有する。
このコンパウンドヘリコプタ1は、更に主翼41、垂直尾翼42、主車輪43、主脚44、尾輪45、空気取り入れ口46、キャノピー47などを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a compound helicopter according to an embodiment of the present invention. 2, FIG. 3 and FIG. 4 are a front view, a top view and a side view of the compound helicopter, respectively.
As shown in these figures, the compound helicopter 1 has a cross-rotating rotor 10, a pusher-type propeller 20 as a thrust generator, and a horizontal stabilizer 30.
The compound helicopter 1 further includes a main wing 41, a vertical tail 42, a main wheel 43, a main landing gear 44, a tail wheel 45, an air intake 46, a canopy 47, and the like.

交差式二重反転ロータ10は、右ロータマスト11に配設された右ロータ12及び左ロータマスト13に配設された左ロータ14から構成される。それぞれのロータ12、14はロータブレード15を有する。 The cross-rotating rotor 10 is composed of a right rotor 12 disposed on the right rotor mast 11 and a left rotor 14 disposed on the left rotor mast 13. Each rotor 12 and 14 has a rotor blade 15.

ここで、ロータ12、14は、ヒンジオフセットあるいは等価ヒンジオフセットが3%から20%である全関節式、セミリジッド式、またはリジッド式である。
交差式二重反転ロータ10のそれぞれのロータ12、14が配設されたロータマストの交差角は、5度から40度の範囲にある。
それぞれのロータ12、14のロータブレード15の枚数は、ロータ12、14の片側につき2枚から4枚であることが好ましく、更にはロータ12、14の片側につき3枚であることがより好ましい。
このコンパウンドヘリコプタ1は、ロータブレード15の先端速度が音速を超えないよう、高速飛行時にはロータブレード15の回転数を下げるように構成されている。
Here, the rotors 12 and 14 are full-joint, semi-rigid, or rigid with a hinge offset or equivalent hinge offset of 3% to 20%.
The crossing angle of the rotor mast on which the rotors 12 and 14 of the cross-rotating rotor 10 are arranged is in the range of 5 to 40 degrees.
The number of rotor blades 15 of each of the rotors 12 and 14 is preferably 2 to 4 per side of the rotors 12 and 14, and more preferably 3 per side of the rotors 12 and 14.
The compound helicopter 1 is configured to reduce the rotation speed of the rotor blade 15 during high-speed flight so that the tip speed of the rotor blade 15 does not exceed the speed of sound.

コンパウンドヘリコプタ1は、典型的には、速度50m/sあるいはこれ以上の速度で、ロータ12、14の回転のためのパワが最小となるロータブレード15の方位角において、ロータブレード15で発生する揚力が最大となるようにサイクリックピッチをコントロールする機構16を有する。この機構16については一般的なヘリコプタが有する機構と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The compound helicopter 1 typically produces lift at a speed of 50 m / s or higher at the azimuth angle of the rotor blade 15 that minimizes the power for rotation of the rotors 12 and 14. 16 has a mechanism 16 for controlling the cyclic pitch so that Since this mechanism 16 is the same as the mechanism of a general helicopter, the description thereof will be omitted here.

プッシャー式プロペラ20は、このコンパウンドヘリコプタ1の尾部に一基装備されている。なお、推力発生部としては、典型的にはEurocopter X3のように胴体の左右に配置したプロペラなどを用いてもよい。 One pusher-type propeller 20 is mounted on the tail of the compound helicopter 1. As the thrust generating portion, propellers or the like arranged on the left and right sides of the fuselage, such as Eurocopter X3, may be typically used.

水平尾翼30は、典型的には、全遊動式水平尾翼により構成される。全遊動式水平尾翼は、エレベータと水平安定板とが分離されておらず、水平安定板の取り付け角を変更して操縦舵面とする尾翼をいう。
この実施形態では、この水平尾翼30の水平安定板の取付け角の増加することで、上記の揚力最大となるようなサイクリックピッチコントロールで発生する頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生している。なお、エレベータを下げ舵にすることで、この頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生してもよい。
The horizontal stabilizer 30 is typically composed of a fully floating horizontal stabilizer. The fully floating horizontal stabilizer is a tail in which the elevator and the horizontal stabilizer are not separated and the mounting angle of the horizontal stabilizer is changed to serve as the control surface.
In this embodiment, by increasing the mounting angle of the horizontal stabilizer 30 of the horizontal stabilizer 30, lift is generated that cancels the lift moment generated by the cyclic pitch control that maximizes the lift. By lowering the rudder of the elevator, lift may be generated to cancel this head-raising moment.

なお、このコンパウンドヘリコプタ1の構成は、高速飛行時における主翼41による揚力負担との併用を妨げるものではない。
このコンパウンドヘリコプタ1では、低速では通常のサイクリックピッチコントロールを行うが、速度50m/sあるいはこれ以上の速度ではロータブレード15が方位角90度近辺で最大揚力を発生するようサイクリックピッチコントロールを行う。これにより生じる頭上げモーメントは、全遊動式の水平尾翼30を構成する水平安定板の取付け角を増す、又はエレベータを下げ舵にし、水平尾翼30で揚力を発生してキャンセルする。
The configuration of the compound helicopter 1 does not prevent the combined use with the lift load by the main wing 41 during high-speed flight.
In this compound helicopter 1, normal cyclic pitch control is performed at low speed, but at speeds of 50 m / s or higher, cyclic pitch control is performed so that the rotor blade 15 generates maximum lift near an azimuth angle of 90 degrees. .. The head-raising moment generated by this is canceled by increasing the mounting angle of the horizontal stabilizer constituting the fully floating horizontal stabilizer 30 or lowering the elevator to generate lift on the horizontal stabilizer 30.

また、ロータ12、14としては、ヒンジオフセット又は等価ヒンジオフセットが3%から20%である全関節式、セミリジッド式あるいはリジッドロータを使用する。前進側のロータブレード15の先端速度が音速以下になるよう、高速飛行時には回転速度を下げる。ロータ12、14としては、第二次世界大戦中にドイツで使用されたFlettner Fl-282やKaman K−MAX(非特許文献3)のように交差式二重反転ロータ10を使用する。尾部のプッシャー式プロペラ20により推進力を得るコンパウンドヘリコプタ1の形式を採る。 Further, as the rotors 12 and 14, a full-joint type, semi-rigid type or rigid rotor having a hinge offset or an equivalent hinge offset of 3% to 20% is used. The rotation speed is reduced during high-speed flight so that the tip speed of the rotor blade 15 on the forward side is equal to or lower than the speed of sound. As the rotors 12 and 14, a cross-type counter-rotor 10 such as the Flettner Fl-282 and Kaman K-MAX (Non-Patent Document 3) used in Germany during World War II is used. It takes the form of a compound helicopter 1 that obtains propulsion by a pusher-type propeller 20 at the tail.

ロータブレード15の前進側(方位角90度付近)では逆流領域が無く、前進速度と回転速度が加算された対気速度にさらされ失速の恐れがない。高速飛行時に前進側の抵抗発散が問題となるが、高速飛行時にはロータブレード15の先端が音速を超えないよう回転数を落とす事で、この問題を回避できる。高速飛行時はこのロータブレード15の前進側近辺の最適な位置で揚力を負担する。これにより、ロータ12、14の回転面が後傾、あるいは左右のどちらかに傾き、前者によって生じる頭あげモーメントは水平尾翼30が発生する揚力で打ち消し、後者によって生じる横転モーメントは左右の対象なロータ12、14によって打ち消される。 There is no backflow region on the forward side of the rotor blade 15 (around 90 degrees azimuth), and it is exposed to the airspeed, which is the sum of the forward speed and the rotation speed, and there is no risk of stall. Resistance divergence on the forward side becomes a problem during high-speed flight, but this problem can be avoided by reducing the number of revolutions so that the tip of the rotor blade 15 does not exceed the speed of sound during high-speed flight. During high-speed flight, lift is borne at the optimum position near the forward side of the rotor blade 15. As a result, the rotating surfaces of the rotors 12 and 14 are tilted backward or to the left or right, the head-raising moment generated by the former is canceled by the lift generated by the horizontal stabilizer 30, and the rollover moment generated by the latter is the symmetrical rotor on the left and right. It is canceled by 12 and 14.

このコンパウンドヘリコプタ1では、一般的なフラッピングヒンジを用いるためロータ12、14付根の厚みを増して剛性をあげる必要もなく、空力的に有利な薄い翼断面を用いることができる。 In this compound helicopter 1, since a general flapping hinge is used, it is not necessary to increase the thickness of the roots of the rotors 12 and 14 to increase the rigidity, and an aerodynamically advantageous thin blade cross section can be used.

ロータブレード15がフラッピングできるため、飛行速度に応じて最適になるようロータ回転面の前後の傾きを調整でき、高速飛行時にはコンパウンドロータで有利とされるやや後傾した回転面とすることができる。
また、ロータブレード15に生じる曲げモーメントが伝達されにくく、乗り心地性が改善される。
同軸二重反転ロータでは上下のロータブレード15の接触の恐れがあるが、交差式二重反転ロータ10を用いることでこれを回避することができる。
前進飛行時にロータブレード15は自重を支えるだけの揚力を発生し、推進力を推進用のプッシャー式プロペラ20で発生させるコンパウンド方式を採用することで高い速度を得ることができる。ロータヘッドもスワッシュプレートも一般的なヘリコプタ技術の流用で製作可能となる。同軸二重反転ヘリコプタよりも露出するロータマスト11、13を短くでき、抵抗を低減できる。
〈実施例〉
コンパウンドヘリコプタ1の実施例を以下に示す。
Since the rotor blade 15 can be flapping, the front-back inclination of the rotor rotating surface can be adjusted to be optimum according to the flight speed, and the rotating surface can be slightly tilted backward, which is advantageous for the compound rotor during high-speed flight. ..
Further, the bending moment generated in the rotor blade 15 is less likely to be transmitted, and the riding comfort is improved.
In the coaxial counter-rotating rotor, there is a risk of contact between the upper and lower rotor blades 15, but this can be avoided by using the cross-rotating rotor 10.
During forward flight, the rotor blade 15 generates lift enough to support its own weight, and a high speed can be obtained by adopting a compound method in which the propulsive force is generated by the pusher type propeller 20 for propulsion. Both the rotor head and the swash plate can be manufactured by diverting general helicopter technology. The exposed rotor masts 11 and 13 can be made shorter than the coaxial counter-rotating helicopter, and the resistance can be reduced.
<Example>
An example of the compound helicopter 1 is shown below.

Figure 0006784391
ヒンジオフセットがある場合、2枚ロータブレード15のロータ12、14のロータ回転面が傾くと一回転につき2回のモーメントの脈動が生じる。3枚ロータブレード15とすれば理論的にモーメントの脈動は消えるため3枚ロータブレード15が好ましい。ロータブレード15の枚数は一般に多いほど機体の振動は小さくなるが、交差式二重反転ロータ10では4枚ロータブレード15までが、お互いのロータブレード15の干渉を避けることができる限界である。
Figure 0006784391
When there is a hinge offset, when the rotor rotating surfaces of the rotors 12 and 14 of the two rotor blades 15 are tilted, pulsation of two moments occurs per rotation. If the three rotor blades 15 are used, the pulsation of the moment disappears theoretically, so the three rotor blades 15 are preferable. Generally, the larger the number of rotor blades 15, the smaller the vibration of the machine body. However, in the cross-rotating rotor 10, up to four rotor blades 15 are the limits at which interference between the rotor blades 15 can be avoided.

プッシャー式プロペラ20は1000kWの吸収馬力であれば3mをやや上回る直径が適当であるが、地上とのクリアランス確保のために直径が制限される。また地面とプロペラ20の接触を防ぐために垂直尾翼42は下方につけ、先端に尾輪45をつける。主脚44はプロペラクリアランスの確保のために長くなるが、これを格納するために固定翼を付け、内側引き込み式とする。ロータ回転面が外側にそれぞれ15度傾いているため、地面との接触を防ぐためにも長い主脚44は必要となる。 If the pusher type propeller 20 has an absorption horsepower of 1000 kW, a diameter slightly larger than 3 m is suitable, but the diameter is limited in order to secure clearance with the ground. Further, in order to prevent the propeller 20 from coming into contact with the ground, the vertical stabilizer 42 is attached downward, and the tail wheel 45 is attached to the tip. The main landing gear 44 will be long to secure the propeller clearance, but a fixed wing will be attached to store it, and it will be retractable inward. Since the rotor rotating surfaces are each tilted 15 degrees outward, a long main landing gear 44 is required to prevent contact with the ground.

固定翼は主脚格納のために必然的に必要になるが、これに高速飛行時の揚力を負担させることでロータ12、14が負担する揚力を軽減させることができる。主翼41は重心位置に近くに位置するため燃料タンク格納のスペース確保のためにも装備が好ましい。 Fixed wings are inevitably required for retracting the main landing gear, but by making them bear the lift during high-speed flight, the lift burden on the rotors 12 and 14 can be reduced. Since the main wing 41 is located near the center of gravity, it is preferable to equip it to secure a space for storing the fuel tank.

低速域ではロータブレード15の先端速度VTIPを200m/s(ヘリコプタの絶対最低速度)とし、飛行速度が80m/sから130m/sにかけて漸減させ、飛行速度130m/s以上ではVTIPを160m/sと一定にする。 In the low speed range, the tip speed VTIP of the rotor blade 15 is set to 200 m / s (absolute minimum speed of the helicopter), the flight speed is gradually reduced from 80 m / s to 130 m / s, and the VTIP is 160 m / s at the flight speed of 130 m / s or higher. Make it constant with s.

更に、低速域ではロータブレード15は全方位角で一様に揚力を負担するが、飛行速度が80m/sから120m/sにかけて徐々にロータ回転面を後傾させる。ここではロータ回転面の傾きを表すために慣例的に使われるブレードフラッピング角βの1次のフーリエ級数展開式、
β=a-acosΨ-bsinΨ (式1)
のコサインの係数aを徐々に大きくしていく。ここでΨは方位角である。
Further, in the low speed range, the rotor blade 15 uniformly bears the lift in all azimuth angles, but the rotor rotating surface is gradually tilted backward from the flight speed of 80 m / s to 120 m / s. Here, the first-order Fourier series expansion formula of the blade flapping angle β, which is customarily used to express the inclination of the rotor surface of revolution,
β = a 0 -a 1 cosΨ-b 1 sinΨ (Equation 1)
Gradually increased the coefficient a 1 of the cosine. Where Ψ is the azimuth.

ロータ回転面の前後の傾きを表すaは低速域では0とするが、飛行速度が80m/sから120m/sにかけて漸増させ、飛行速度120m/s以上では1.8度と一定にする。また左右の傾きを表すbは常に0とする。この制御を図5にグラフで示した。 A 1 representing the anteroposterior inclination of the rotor rotating surface is set to 0 in the low speed range, but the flight speed is gradually increased from 80 m / s to 120 m / s, and is constant at 1.8 degrees at a flight speed of 120 m / s or more. Also, b 1 representing the left-right inclination is always 0. This control is shown graphically in FIG.

一般にブレード取付角θは慣例に基づいて次式で表される。 Generally, the blade mounting angle θ is expressed by the following equation based on the convention.

θ=θ-AcosΨ-BsinΨ (式2)
ここでθ、A、Bが制御量である。また通常のこれら制御量に加え、実施例では水平尾翼30を全遊動式とし、その取付角θも制御量となる。
θ = θ 0 -A 1 cosΨ-B 1 sinΨ (Equation 2)
Here, θ 0 , A 1 , and B 1 are control quantities. Further, in addition to the usual control amounts, in the embodiment, the horizontal stabilizer 30 is a fully floating type, and the mounting angle θ T thereof is also a control amount.

表1の諸元を持つ図1から図4に示した形態の機体の数学モデルをつくり、速度0から飛行速度を徐々にあげていったところ、150m/s(540km/h)まで釣り合い飛行が可能であった。この時の制御量の変化を図6に示した。低速時に水平尾翼取付角θが大きな値をとっているが、これはメインロータが作る吹き下ろしのため水平尾翼30に斜め上から風が当たるためであり、低速時には水平尾翼30は揚力を発生していない。高速時にはロータヘッドが作る頭上げモーメント、及びロータヘッドに作用する抵抗、揚力の合力がつくる頭上げモーメントが増加し、これを水平尾翼30の揚力による頭下げモーメントでキャンセルしている。 When a mathematical model of the aircraft of the form shown in FIGS. 1 to 4 having the specifications of Table 1 was created and the flight speed was gradually increased from 0 speed, balanced flight was achieved up to 150 m / s (540 km / h). It was possible. The change in the controlled variable at this time is shown in FIG. The horizontal stabilizer attachment angle θ T has a large value at low speeds, because the wind hits the horizontal stabilizer 30 from diagonally above due to the blow-down created by the main rotor, and the horizontal stabilizer 30 generates lift at low speeds. Not done. At high speeds, the head-raising moment created by the rotor head, the resistance acting on the rotor head, and the head-raising moment created by the combined force of lift increase, and this is canceled by the head-lowering moment created by the lift of the horizontal stabilizer 30.

ロータ12、14を回すために必要なパワPROTOR、ロータ12、14と機体の抵抗に釣り合う推力をプロペラ20で発生させるために必要なパワPPROP、そしてこれらの合計PTOTALの推移を図7に示す。PROTORが漸減するのはロータが影響をおよぼす領域に流入する単位時間あたり空気量が増えるため、吹き下ろし速度が低下することと、回転数が飛行速度80m/sから減少するためである。またロータ回転面が後傾しているため、オートジャイロのように自転する力がロータブレード15に加わるためでもある。プロペラ20が吸収するパワPPROPが飛行速度とともに急増するが、それでも150m/sにおいても合計パワは1150kWと最大出力を下回った。最大速度は釣り合い飛行可能かで決定され150m/s(540km/h)となった。 FIG. 7 shows changes in the power PROTOR required to rotate the rotors 12 and 14, the power P PROP required to generate the thrust commensurate with the resistance of the rotors 12 and 14 and the airframe with the propeller 20, and the total P TOTAL of these. Shown in. The reason why PROTOR gradually decreases is that the amount of air flowing into the region affected by the rotor increases per unit time, so that the blow-down speed decreases and the rotation speed decreases from the flight speed of 80 m / s. Further, since the rotor rotating surface is tilted backward, a rotating force like an autogyro is applied to the rotor blade 15. The power P PROP absorbed by the propeller 20 increased sharply with the flight speed, but the total power was still below the maximum output of 1150 kW even at 150 m / s. The maximum speed was determined by the ability to fly in a balanced manner and was 150 m / s (540 km / h).

本発明に係るコンパウンドヘリコプタ1は、旅客用ヘリコプタ、観測用ヘリコプタ、救助用ヘリコプタなどとして用いることができる。 The compound helicopter 1 according to the present invention can be used as a passenger helicopter, an observation helicopter, a rescue helicopter, or the like.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態にのみ限定され
るものではなく種々変更を加え得ることは勿論である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that various modifications can be made.

1 コンパウンドヘリコプタ
10 交差式二重反転ロータ
11 右ロータマスト
12 右ロータ
13 左ロータマスト
14 左ロータ
15 ロータブレード
16 サイクリックピッチをコントロールする機構
20 プッシャー式プロペラ
30 水平尾翼
1 Compound helicopter 10 Cross-type counter-rotor 11 Right rotor mast 12 Right rotor 13 Left rotor mast 14 Left rotor 15 Rotor blade 16 Mechanism for controlling cyclic pitch 20 Pusher type propeller 30 Horizontal tail

Claims (9)

交差式二重反転ロータと、
前記交差式二重反転ロータのそれぞれのロータ以外で推力を発生する推力発生部と、
前記ロータの回転のためのパワが最小となるロータブレードの方位角において、ロータブレードで発生する揚力が最大となるようにサイクリックピッチをコントロールする機構と、
前記ロータブレードで発生する揚力により生じる頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生する水平尾翼と
を具備し、
前記水平尾翼は、前記推力発生部よりも前方に位置するコンパウンドヘリコプタ。
Cross-rotating rotor and
Thrust generating parts that generate thrust other than the respective rotors of the cross-rotating rotor,
A mechanism that controls the cyclic pitch so that the lift generated by the rotor blades is maximized at the azimuth angle of the rotor blades that minimizes the power for rotation of the rotor.
It is equipped with a horizontal stabilizer that generates lift that cancels the lift moment generated by the lift generated by the rotor blades .
The horizontal stabilizer is a compound helicopter located in front of the thrust generating portion .
請求項1に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記サイクリックピッチをコントロールする機構は、速度50m/s又はこれ以上の速度で、前記ロータの回転のためのパワが最小となるロータブレードの方位角において、ロータブレードで発生する揚力が最大となるようにサイクリックピッチをコントロールする
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to claim 1.
The mechanism for controlling the cyclic pitch maximizes the lift generated by the rotor blades at a speed of 50 m / s or higher at the azimuth angle of the rotor blades, which minimizes the power for rotating the rotor. A compound helicopter that controls the cyclic pitch in this way.
請求項1又は2に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記ロータブレードの先端速度が音速を超えないよう、高速飛行時には前記ロータブレードの回転数を下げる
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to claim 1 or 2.
A compound helicopter that lowers the rotation speed of the rotor blade during high-speed flight so that the tip speed of the rotor blade does not exceed the speed of sound.
請求項1から3のうちいずれか1項に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記水平尾翼は、全遊動式水平尾翼であり、当該全遊動式水平尾翼を構成する水平安定板の取付け角の増加又はエレベータを下げ舵にすることで、前記頭あげモーメントをキャンセルする揚力を発生する
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to any one of claims 1 to 3.
The horizontal stabilizer is a fully floating horizontal stabilizer, and lift is generated to cancel the head-raising moment by increasing the mounting angle of the horizontal stabilizer constituting the fully floating horizontal stabilizer or lowering the elevator. Compound helicopter.
請求項1から4のうちいずれか1項に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記推力発生部は、尾部に配置された一基のプッシャー式プロペラである
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to any one of claims 1 to 4.
The thrust generating portion is a compound helicopter which is a pusher type propeller arranged at the tail.
請求項1から5のうちいずれか1項に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記ロータは、ヒンジオフセットあるいは等価ヒンジオフセットが3%から20%である全関節式、セミリジッド式、またはリジッド式である
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to any one of claims 1 to 5.
The rotor is a fully articulated, semi-rigid, or rigid compound helicopter with a hinge offset or equivalent hinge offset of 3% to 20%.
請求項1から6のうちいずれか1項に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
それぞれの前記ロータのロータブレードの枚数は、前記ロータの片側につき2枚から4枚である
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to any one of claims 1 to 6.
The number of rotor blades of each of the rotors is 2 to 4 per side of the rotor compound helicopter.
請求項7に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
それぞれの前記ロータの前記ロータブレードの枚数は、前記ロータの片側につき3枚である
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to claim 7.
The number of the rotor blades of each of the rotors is three per side of the rotor compound helicopter.
請求項1から8のうちいずれか1項に記載のコンパウンドヘリコプタであって、
前記交差式二重反転ロータのそれぞれの前記ロータが配設されたロータマストの交差角は、5度から40度である
コンパウンドヘリコプタ。
The compound helicopter according to any one of claims 1 to 8.
A compound helicopter in which the intersecting angle of the rotor mast on which each of the cross-rotating rotors is arranged is 5 to 40 degrees.
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