JPH01101297A - ヘリコプターの二重反転ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、ヘリコプタ−に装着されるメインロータに関
し、特に、機体の上部に同軸に配置され互いに逆方向に
回転駆動される、小型ヘリコプタ−に適した二重反転ロ
ータに関するものである。

（従来の技術） 現在、最も一般的に使用されているヘリコプタ−は単一
のメインロータを備えたシングルロータ型ヘリコプタ−
である。この形式のヘリコプタ−は、第４図に示すよう
に、機体０１の上部に単一のメインロータｏ２を備える
とともに、機体０１後部に延びるテールブームｏ３の先
端にテールロータ０４を備えており、メインロータ０２
の回転によって発生するトルクをこのテールロータ０４
の推力で打ち消し、同時にテールロータｏ４のピッチコ
ントロールによって機体０１の方向制御を行うようにし
たものである。

上述のようなシングルロータ型ヘリコプタ−は、メイン
ロータの駆動機構及びそのピッチ制御機構が比較的シン
プルであるという大きな長所を有する反面、揚力の発生
に寄与しないテールロータに貴重なエンジン出力の一部
を供給する必要があり、しかも、その長大なテールブー
ムのために機体の最大寸法の小型化が困難であるという
欠点を有している。このようなテールロータに起因する
問題点を回避するために、テールロータを廃止したヘリ
コプタ−の−形式として、二重反転ロータ型ヘリコプタ
−が知られている。

この二重反転ロータ型ヘリコプタ−は、第５図に示すよ
うに、機体ｏｌ上に同軸に上側ロータ０２ａと下側ロー
タ０２ｂとを配置して、両ロータ０２ａ、０２ｂを互い
に逆方向に回転させることにより、揚力の発生とトルク
の相殺を同時に実現するようにしたものである。そして
、テールロータに代わる方向制御手段としては、両ロー
タ０２ａ、０２ｂのピッチを同時に逆方向に変化させて
両ロータ０２ａ、０２ｂの揚力の総和を一定に保ちなが
らトルクのバランスを崩す方法が一般に採用されている
が、他の簡便な方法として、ロータの吹き下ろし中にヒ
ンジ０５に枢着されたベーンｏ６を配置し、このベーン
０６に作用する空気力により偏揺れモーメントを発生さ
せる方法も採用されている。

以上の説明から明らかなように、二重反転ロータ型ヘリ
コプタ−は、テールブーム及びテールロータが不要であ
るために、機体の最大寸法がメインロータの直径によっ
て決定され、しかも、そのメインロータは二重反転式で
あるために、シングルロータと比較して同一揚力を得る
ための直径を小さくすることができる。またエンジンの
出力をすべてメインロータの駆動に利用することができ
るので、小型のエンジンを採用することが可能であり、
しかもテールブーム、テールロータ、及びその駆動機構
の重量も節減することが可能である。このように、小型
ヘリコプタ−として二重反転型ヘリコプタ−は多くの利
点を有しているということができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、二重反転ロータは、上下のロータが所定
の距離をおいて重ね合わされた状態で配置されているの
で、下側ロータが上側ロータの吹き下ろしの中に位置す
ることになり、効率的な揚力発生が妨げられるという問
題点があった。このことは、ロータの直径の小型化が困
難であることを意味しており、シングルロータ型ヘリコ
プタ−と比較して小型のロータを採用することが可能で
あるという二重反転ロータ型ヘリコプタ−の特性を十分
に生かすことができないばかりでなく、上下のロータの
回転によって発生するトルクが不均衡になるために方向
安定の制御をも困難にしていた。

本発明はこのような諸事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、ヘリコプタ−の二重反転ロータの下側
ロータに対する吹き下ろしの影響を緩和し、下側ロータ
に上側ロータと同等の揚力トルクを発生させることによ
り、ヘリコプタ−のロータの小型化と飛行性能の向上と
を実現することである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するために、本発明では、機体の上部に
同軸に配置されて互いに逆方向に回転駆動される上側ロ
ータと下側ロータとから成る二重反転ロータにおいて、
下側のロータブレードのピッチ角を上側のロータブレー
ドのピッチ角よりも所定角度大きく設定するとともに、
上記所定角度を保ちながら前記両ロータブレードのピッ
チ角を連動制御するコレクティブピッチ制御機構を備え
ている。

（作用） 本発明によるヘリコプタ−の二重反転ロータは前述の構
成を備えているので、上下のロータを互いに逆方向に回
転駆動すると、下側ロータは上側ロータの吹き下ろし内
に位置することになるが、このとき、下側のロータブレ
ードのピッチ角は上側ロータブレードのピッチ角よりも
所定角度大きく設定されているので、上記吹き下ろしに
よる有効迎え角の減少が相殺されて、下側ロータも上側
ロータと同じ揚力を発生することができる。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

図中、第１〜３図は本発明によるヘリコプタ−の二重反
転ロータの一実施例を示すもので、第１図はその上下の
ロータブレードのピッチ角を示す図であり、第２図はそ
の駆動装置の側面図、第３図はそのピッチ制御機構を示
す概略側面図である。

第２図から明らかなように、機体１の上部に設けられた
ロータのマスト２は、機体１に回転自在に支持された中
空の外軸３と、その内部に相対回転自在に挿通された同
じく中空の内軸４とから成っており、この内軸４と外軸
３の上端部には、それぞれ上側ロータ５ａと下側ロータ
５ｂが装着されている。そして、この上側ロータ５ａと
下側ロータ５ｂは、内軸４及び外軸３に固着されるハブ
６ａ、６ｂを有しており、各ハブ６ａ、６ｂにはロータ
ブレード７ａ、７ｂがピッチ角変更自在に支持されてい
る。また、上記内軸４と外軸３の下端部には、同一の直
径を有する従動傘歯車８ａ、８ｂが固着されており、こ
の一対の従動傘歯車８ａ、８ｂは上下両側から共通の駆
動傘歯車９に噛合している。

一方、エンジン１０のクランク軸１１は、小径スプロケ
ット１２、タイミングチェーン１３、大径スプロケット
１４から成る減速機構１５を介してクラッチ１６の入力
軸１７に接続されている。そして、このクラッチ１６の
出力軸１８に、前記駆動傘歯車９が一体に固着されてい
る。

次に、第１図に基づいて上下のロータブレード７ａ、７
ｂのピッチ角の説明をする。上側のロータブレード７ａ
はピッチ角αｂでマストの中心線ＣＬを中心に速度Ｖで
矢印Ｘ方向に回転し、その下側には速度Ｖの吹き下ろし
が発生する。一方、下側のロータブレード７ｂは同一の
速度Ｖで矢印Ｙ方向に回転する。このとき、下側のロー
タブレード７ｂは、速度Ｖと速度Ｖの和であるＶ′の方
向から相対風を受けるので、下側のロータブレード７ｂ
が破線で示すように上側のロータブレード７ａと同一の
ピッチ角αｂに設定されていると、有効迎え角がΔαだ
け減少してしまい、下側ロータ５ｂは上側ロータ５ａと
同一の揚力を発生し得なくなる。このために、本発明の
二重反転ロータは、下側のロータブレード７ｂのピッチ
角αゎを上側のロータブレード７ａのピッチ角αｂより
も上記有効迎え角の減少分Δαだけ大きく設定している
。このように、下側のロータブレード７ｂのピッチ角α
ｂを大きく設定することにより、上側ロータ５ａの吹き
下ろしの影響で下側のロータブレード７ｂの有効迎え角
が減少しても、なお上側のロータブレード７ａのピッチ
角αｂに相当する有効迎え角が確保され、上下のロータ
５ａ、５ｂは同一の揚力を発生することができる。

次に、第３図に基づいて、上記駆動装置を備えたヘリコ
プタ−のピッチ制御機構を説明する。機体１に枢着され
たコレクティブピッチ制御レバー１９は、図示せぬリン
ク機構を介してマスト２下方の機体１下部に枢着された
ベルクランク２ｏの一端に連結されており、更に、この
ベルクランク２０の他端には、中空の内軸４内に挿通さ
れた上側ロータ５ａのコレクティブピッチ制御ロッド２
１が枢着されている。このコレクティブピッチ制御ロッ
ド２１の上端は、内軸４から上方に突出してスパイダー
２２のインナーリング２３を支持するようにされている
。そして、このインナーリング２３に対して相対回転自
在なアウターリング２４は、ロッド２５を介して上側の
ロータブレード７ａのピッチアーム２６に連結されてい
る。

一方、外軸３の中間にはスワッシュプレート２７が上下
動及び傾動可能に装着されており、前記上側ロータ５ａ
のコレクティブピッチ制御ロッド２１と一体に結合され
た下側ロータ５ｂのコレクティブピッチ制御ロッド２８
がスワッシュプレート２７のカラー２９に結合されてい
る。そして、スワッシュプレート２７のアウターリング
３０は、ロッド３１を介して下側のロータプレート７ｂ
のピッチアーム３２に連結されており、更に、図示せぬ
リンク機構を介してサイクリックピッチ制御レバーに連
結されるロッド３３がインナーリング３４に連結されて
いる。

次に、このように構成されたヘリコプタ−の二重反転ロ
ータの作用について説明する。

ヘリコプタ−の飛行に際して、エンジン１０を起動する
と、クランク軸１１の回転は小径スプロケット１２、タ
イミングチェーン１３、大径スプロケット１４を介して
クラッチ１６の入力軸１７に伝達される。エンジン１０
の回転が所定の速度に達するとクラッチ１６が自動的に
接続され、クラッチ１６の出力軸１８が駆動傘歯車９を
回転させる。すると、この駆動傘歯車９に噛合する一対
の従動傘歯車８ａ、８ｂは同速度で互いに逆方向に回転
し、この回転力は内軸４及び外軸３を介して上側ロータ
５ａと下側ロータ５ｂに伝達される。このようにして、
上側ロータ５ａと下側ロータ５ｂは常に′同速度で反転
し、飛行に必要な揚力を発生する。

このとき、下側のロータブレード７ｂは上側のロータブ
レード７ａの吹き下ろし中に位置するので、有効迎え角
がΔαだけ減少してしまうが、下側のロータブレード７
ｂのピッチ角αゎは上側のロータブレード７ａのピッチ
角αａよりも予め上記有効迎え角の減少分Δαだけ大き
く設定されているので、上下のロータ５ａ。

５ｂは同じ揚力を発生する。同時に上下のロータ５ａ、
５ｂのトルクも均一化され、機体１の方向安定が好適に
保たれる。

飛行中に機体１を上昇させるには、エンジン１０の出力
を増大させると同時にコレクティブピッチ制御レバー１
９を矢印Ａ方向に引く。すると、ベルクランク２０が矢
印Ｂ方向に回動し、上下ロータのコレクティブピッチ制
御ロッド２１，２８が押し上げられる。それによってス
パイダー２２とスワッシュプレート２７が同時に押し上
げられ、ロッド２５，３１及びピッチアーム２６．３２
を介して上側のロータブレード７ａ及び下側のロータブ
レード７ｂのピッチ角が増加される０反対にコレクティ
ブピッチ制御レバー１９を前述と逆の方向に押すと、上
側のロータブレード７ａと下側のロータブレード７ｂの
ピッチ角は同時に減少して機体１は降下する。

機体１の縦揺れ及び横揺れの制御は、下側ロータ５ｂの
サイクリックピッチコントロールによって行われる。す
なわち、図示せぬサイクリックピッチ制御レバーの操作
によってロッド３３を上下動させてスワッシュプレート
２７を前後左右に傾動させると、下側のロータブレード
７ｂのピッチ角が周期的に変化して下側ロータ５ｂの回
転面が傾斜し、機体１をその傾斜方向に進行させる。な
お、本実施例では、下側ロータ５ｂのみをサイクリック
ピッチ制御しているが、上下動のみで傾動しないスパイ
ダー２２に代えてスワッシュプレートを装着し、上側ロ
ータ５ａのサイクリックピッチ制御を同時に行うように
することも可能である。しかしながら、そのためには、
上側ロータ５ａのサイクリックピッチ制御用のロッド等
をマスト２内に装着しなければならず、構造が複雑化す
るので、小型ヘリコプタ−用としてはむしろデメリット
が大きい。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、二重
反転ロータの下側のロータブレードのピッチ角を上側の
ロータブレードのピッチ角よりも大きく設定したので、
上側ロータの吹き下ろしによる下側のロータブレードの
有効迎え角の減少が相殺され、下側ロータに上側ロータ
と同一の揚力とトルクを発生させることができる。した
がって、ロータ全体として揚力の発生が効率的に行われ
ることになり、ロータの直径を小型化することができる
ばかりでなく、上下のロータの間隔を小さくできるので
、機体の全高を減少させることも可能である。

また、上下のロータブレードのピッチ角は同期して増減
されるので、そのピッチ角度差は機体の上昇、下降、ホ
バリングの間を通して常に保持される。したがって、下
側ロータはどのような飛行状態においても効率的な揚力
の発生を行うことができる。

更に、実施例の如く、上下のロータのコレクティブピッ
チ制御ロッドな一体に連結するとともに、上側のロータ
のコレクティブピッチ制御ロッドをロータのマスト内に
挿通するようにすれば、簡単な構造で上下のロータのコ
レクティブピッチ制御を同期させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例によるヘリコプタ−の二重
反転ロータのロータブレードのピッチ角を示す説明図、 第２図は、その駆動装置の側面図、 第３図は、そのピッチ制”御機構の概略側面図、第４図
は、シングルロータ型ヘリコプタ−の概略図、 第５図は、二重反転型ヘリコプタ−の概略図である。 αａ・・・上側ロータブレードのピッチ角αａ・・・下
側ロータブレードのピッチ角１・・・機体　　　　　　
　２・・・マスト３・・・外軸　　　　　　　４・・・
内軸５ａ・・・上側ロータ６　５ｂ・・・下側ロータ７
ａ、７ｂ・・・ロータブレード １０・・・エンジン　　　　１５・・・減速機構１６・
・・クラッチ １９・・・コレクティブピッチ制御レバー２１・・・コ
レクティブピッチ制御ロッド２２・・・スパイダー　　
　　２６・・・ピッチアーム２７・・・スワッシュプレ
ート ２８・・・コレクティブピッチ制御ロッド２９・・・カ
ラー ３０・・・アウターリング ３２・・・ピッチアーム ３４・・・インナーリン・グ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）機体１の上部に同軸に配置されて互いに逆方向に
   回転駆動される上側ロータ５ａと下側ロータ５ｂとから
   成る二重反転ロータにおいて；下側のロータブレード７
   ｂのピッチ角α＿ｂを上側のロータブレード７ａのピッ
   チ角α＿ａよりも所定角度Δα大きく設定するとともに
   、上記所定角度Δαを保ちながら前記両ロータブレード
   ７ａ、７ｂのピッチ角α＿ａ、α＿ｂを連動制御するコ
   レクティブピッチ制御機構を備えたことを特徴とする、
   ヘリコプターの二重反転ロータ。
2. （２）前記コレクティブピッチ制御機構が、一体に連結
   された上側ロータ５ａのコレクティブピッチ制御ロッド
   ２１と下側ロータ５ｂのコレクティブピッチ制御ロッド
   ２８とを備えている、特許請求の範囲第１項記載のヘリ
   コプターの二重反転ロータ。
3. （３）前記上側ロータ５ａのコレクティブピッチ制御ロ
   ッド２１がロータのマスト２内に挿通されている、特許
   請求の範囲第２項記載のヘリコプターの二重反転ロータ
   。
4. （４）前記下側ロータ５ｂのみがサイクリックピッチ制
   御機構を備えている、特許請求の範囲第１項記載のヘリ
   コプターの二重反転ロータ。