JP7184562B2 - 航空機用のロータブレード - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、航空機用のロータブレード、航空機及び航空機における騒音防止方法に関する。
回転翼航空機において低減させるべき騒音の1つとしてブレード-渦干渉(BVI:Blade-Vortex Interaction)騒音がある。BVI騒音は、先行するロータブレードの翼端から発生する渦と、後続するロータブレードが干渉することによって発生する騒音である。
回転翼航空機におけるBVI騒音を低減させる技術としては、ロータブレードの翼端に前翼と後翼を設け、前翼から生じた渦と、後翼から生じた渦が互いに干渉しあって弱められるようにする技術が知られている(例えば特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。
特開2001-233295号公報 特開2002-284099号公報 特開平10-316098号公報
本発明は、航空機におけるBVI騒音を一層低減させることを目的とする。
本発明の実施形態に係る航空機用のロータブレードは、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる翼型を有し、一端が前記ロータブレードの第1の翼端を形成するブレード本体と、前記ロータブレードの翼端側における端部に設けられることによって第2の翼端を形成し、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する渦発生用のブレードとを有し、前記渦発生用のブレードを、前記ロータブレードの前進方向に向かって前記ブレード本体よりも前方に配置したものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機は、上述したロータブレードで構成されるロータを備えたものである。
また、本発明の実施形態に係る航空機における騒音防止方法は、航空機用のロータブレードの翼端に、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる翼型を有する第1の翼端とは別に、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する渦発生用の第2の翼端を設け、前記第1の翼端で生じる第1の渦を、前記第2の翼端で生じる第2の渦であって前記第1の渦と逆方向に回転する前記第2の渦で弱めることによってブレード-渦干渉騒音を低減するものである。
本発明の第1の実施形態に係る航空機用のロータブレードの構造を示す上面図。 図1に示すロータブレードの翼端側における右側面図。 図1に示すロータブレードにおいてBVI騒音が低減される原理を説明する斜視図。 図3に示すブレード本体の第1の翼端から生じる第1の渦と副ブレードの第2の翼端から生じる第2の渦の各回転方向を示す図。 図1に示すロータブレードで構成することが可能なロータの例を示す図。 図1に示すロータブレードで構成することが可能なロータの別の例を示す図。
本発明の実施形態に係る航空機用のロータブレード、航空機及び航空機における騒音防止方法について添付図面を参照して説明する。
(構成及び機能)
図1は本発明の第1の実施形態に係る航空機用のロータブレードの構造を示す上面図であり、図2は図1に示すロータブレードの翼端側における右側面図である。
航空機用のロータブレード1は、翼端において互いに回転方向が逆向きの渦を発生させることによってBVI騒音を低減させるブレードである。ロータブレード1は、ブレード本体2に副ブレード3を設けて構成される。
ブレード本体2は航空機に揚力を発生させるためのブレードである。従って、ブレード本体2は、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる翼型を有する。ブレード本体2の一端は、ロータブレード1の第1の翼端2Aを形成する。このため、ロータブレード1を回転させると、第1の翼端2Aからは渦が生じる。
一方、副ブレード3はBVI騒音を低減させるための渦発生用のブレードである。副ブレード3はロータブレード1の翼端側における端部に設けられることによって第2の翼端3Aを形成する。副ブレード3は回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する。すなわち、副ブレード3の翼形状は、ブレード本体2のような揚力等を得るための典型的なブレードの翼形状に対して逆向きの形状となっている。このため、副ブレード3の第2の翼端3Aからは、ブレード本体2の第1の翼端2Aから生じる第1の渦とは回転方向が逆向きの第2の渦が生じる。
図3は図1に示すロータブレード1においてBVI騒音が低減される原理を説明する斜視図であり、図4は図3に示すブレード本体2の第1の翼端2Aから生じる第1の渦V1と副ブレード3の第2の翼端3Aから生じる第2の渦V2の各回転方向を示す図である。
図3に示すようにロータブレード1の翼端には、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる典型的な翼型を有するブレード本体2の第1の翼端2Aとは別に、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する渦発生用の副ブレード3の第2の翼端3Aが設けられる。従って、ロータブレード1の翼端からは、第1の翼端2Aで生じる第1の渦V1と、第2の翼端3Aで生じる第2の渦V2が発生する。
第2の渦V2を発生させる第2の翼端3Aの翼形状は、図2に例示されるように典型的な翼形状を上下方向に逆向きにした形状であるため、第2の渦V2は図4に示すように典型的な翼型を有する第1の翼端2Aで生じる第1の渦V1とは逆方向に回転する渦となる。従って、第2の渦V2で第1の渦V1を弱めることができる。その結果、ロータブレード1の翼端から発生する渦は、第1の渦V1と第2の渦V2を重ね合せて得られる弱い渦となる。これにより、先行するロータブレード1の翼端から発生する渦と、後続するロータブレード1が干渉することによって発生するBVI騒音を低減することができる。
副ブレード3の翼形状は、上下方向に逆向きであるため、回転させると負の揚力が発生する。従って、ロータブレード1全体の揚抗比の劣化を低減する観点からは副ブレード3によって生じる負の揚力をできるだけ小さくすることが望ましい。但し、第1の渦V1を弱めるために十分な逆向きの第2の渦V2を副ブレード3の第2の翼端3Aから発生させることが肝要である。
そこで、副ブレード3の長さについては、ロータブレード1の長さの3%以上10%以下とすることがロータブレード1全体の揚力低下を抑える観点から望ましい。一方、副ブレード3の第2の翼端3Aにおける翼弦長については、ブレード本体2の第1の翼端2Aにおける翼弦長よりも短くすることが好ましい条件となる。
また、副ブレード3を、ロータブレード1の前進方向に向かってブレード本体2よりも前方に配置すれば、副ブレード3の前方には隣接するロータブレード1以外に障害物が無くなるため、ロータブレード1の前進によって翼弦長が相対的に短い副ブレード3から十分な強さを有する第2の渦V2を発生させることができる。
第2の渦V2で第1の渦V1を弱めるためには、図4に示す例のように第1の渦V1の中心と、第2の渦V2の中心が同一直線上となるように、第1の渦V1及び第2の渦V2を発生させることが最適な条件である。従って、図示されるように、第1の翼端2Aの端面の位置と、第2の翼端3Aの端面の位置がロータブレード1の前進方向に平行な同一の直線上となるようにブレード本体2とブレード3の各形状と各配置を決定することがBVI騒音を低減する観点からは適切な条件となる。
BVI騒音を低減する観点からは原因となる第1の渦V1の強さを小さくすることも重要である。そこで、副ブレード3がロータブレード1の前進方向に向かってブレード本体2よりも前方に配置されていない部分におけるブレード本体2の翼弦長よりも、ブレード本体2の第1の翼端2Aにおける翼弦長を短くするようにしても良い。
加えて、揚力を得るためのロータブレード1の翼端となるブレード本体2の第1の翼端2Aを後方に傾斜させることが空力性能を向上させる観点から好ましい。そこで、副ブレード3がロータブレード1の前進方向に向かってブレード本体2よりも前方に配置されていない部分におけるブレード本体2の長さ方向D1に対して、副ブレード3がロータブレード1の前進方向に向かってブレード本体2よりも前方に配置されている部分におけるブレード本体2の長さ方向D2をロータブレード1の前進方向と逆方向に向かって傾斜させることによって、ブレード本体2の形状を空力性能上好ましい形状にすることができる。従って、副ブレード3をブレード本体2よりも前方に配置すれば、ブレード本体2の第1の翼端2Aの形状を空力性能上好ましい形状にできるという効果も得ることができる。
尚、2つ以上の副ブレード3をブレード本体2に取付けるようにしても良い。また、日本国特開2001-233295号公報に記載されている例のように、ブレード本体2の翼弦長を第1の翼端2Aにおいて段階的に短くするようにしても良い。換言すれば、ロータブレード1の翼端に主翼端と副翼端を設けた構造とし、ブレード本体2の第1の翼端2Aを主翼端で構成する一方、副ブレード3を副翼端で構成することもできる。
以上のようなロータブレード1は、翼端において互いに回転方向が逆方向である渦を発生させて干渉させることによって渦を弱めるようにしたものである。そして、このような形状を有するロータブレード1で航空機に備えられるロータを構成することができる。
図5は、図1に示すロータブレード1で構成することが可能なロータの例を示す図である。
図5に示すように回転翼航空機10のメインロータ(回転翼)11を上述したロータブレード1で構成することができる。すなわち、ロータヘッド12に複数のロータブレード1を取付けることによって回転翼航空機10のメインロータ11を構成することができる。
もちろん、回転翼航空機10のテールロータ13についても上述したロータブレード1で構成することができる。また、図5はテールロータ13がファンを環状のケーシングで保護した構造を有するダクテッドファンで構成される場合の例を示しているが、他の構造を有するテールロータ13の各ブレードについても同様に上述したロータブレード1で構成することができる。
図6は、図1に示すロータブレード1で構成することが可能なロータの別の例を示す図である。
図6に示すように固定翼航空機20には、揚力を得るためのロータ(回転翼)としてリフトファン21が備えられるものがある。そこで、固定翼航空機20のリフトファン21の各ブレードをロータブレード1で構成することができる。すなわち、回転シャフト22に複数のロータブレード1を放射状に取付けることによって固定翼航空機20のリフトファン21を構成することができる。尚、図6はリフトファン21が固定翼航空機20の胴体に配置される場合の例を示しているが、リフトファン21が固定翼航空機20の主翼に配置される場合においても同様に上述したロータブレード1で固定翼航空機20のリフトファン21を構成することができる。
(効果)
以上の航空機用のロータブレード1、ロータブレード1で構成されるロータを備えた航空機及び航空機における騒音防止方法によれば、ブレード本体2の端部によって形成される第1の翼端2Aから発生する渦を、副ブレード3の端部によって形成される第2の翼端3Aから発生する回転方向が逆方向である渦によって弱めることができる。その結果、BVI騒音を低減することができる。
(他の実施形態)
以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。
1 ロータブレード
2 ブレード本体
2A 第1の翼端
3 副ブレード
3A 第2の翼端
10 回転翼航空機
11 メインロータ(回転翼)
12 ロータヘッド
13 テールロータ
20 固定翼航空機
21 リフトファン
22 回転シャフト
V1 第1の渦
V2 第2の渦

Claims (5)

  1. 航空機用のロータブレードであって、
    回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる翼型を有し、一端が前記ロータブレードの第1の翼端を形成するブレード本体と、
    前記ロータブレードの翼端側における端部に設けられることによって第2の翼端を形成し、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する渦発生用のブレードと、
    を有し、
    前記渦発生用のブレードを、前記ロータブレードの前進方向に向かって前記ブレード本体よりも前方に配置した航空機用のロータブレード。
  2. 前記渦発生用のブレードが前記ロータブレードの前進方向に向かって前記ブレード本体よりも前方に配置されていない部分における前記ブレード本体の翼弦長よりも前記ブレード本体の前記第1の翼端における翼弦長が短い請求項記載の航空機用のロータブレード。
  3. 前記渦発生用のブレードが前記ロータブレードの前進方向に向かって前記ブレード本体よりも前方に配置されていない部分における前記ブレード本体の長さ方向に対して、前記渦発生用のブレードが前記ロータブレードの前進方向に向かって前記ブレード本体よりも前方に配置されている部分における前記ブレード本体の長さ方向が傾斜している請求項又は記載の航空機用のロータブレード。
  4. 請求項1乃至のいずれか1項に記載のロータブレードで構成されるロータを備えた航空機。
  5. 航空機用のロータブレードの翼端に、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力の方が大きくなる翼型を有する第1の翼端とは別に、回転させた場合に上面の圧力よりも下面の圧力が小さくなる翼型を有する渦発生用の第2の翼端を設け、前記第1の翼端で生じる第1の渦を、前記第2の翼端で生じる第2の渦であって前記第1の渦と逆方向に回転する前記第2の渦で弱めることによってブレード-渦干渉騒音を低減する航空機における騒音防止方法。
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