JPH0345497A - 循環制御式ロータ装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はＸ翼航空機に使用される循環制御式ロータ装置
に係り、更に詳細にはロータ装置のロータブレード内に
組込まれる空気制御機構に係る。

［従来の技術］ Ｘ翼航空機は対称的な循環制御エーロフォイルを使用す
る剛固なロータが搭載された回転翼航空機である。ロー
タは機械的に駆動され、ロータブレードは実質的に一定
のサイクリックピッチにて作動する。ロータはヘリコプ
タの場合の如く回転し、また固定翼の如く作用するよう
所定の位置に固定される。コレクティブ及びサイクリッ
クの制御はロータブレードのエーロフォイルの周りに於
ける空気の循環を制御することによって達成される。こ
のことはロータブレード内のリーディングエツジダクト
及びトレーリングエツジダクト内へ圧縮空気を吹込み、
リーディングエツジ及びトレーリングエツジに設けられ
たスパン方向の溝を経て放出される圧縮空気の量を調節
することにより行われる。

Ｘ翼航空機用の既存のロータ装置は、ハブと、該ハブに
取付けられた複数個のロータブレードと、個々のロータ
ブレードのリーディングエツジ及びトレーリングエツジ
へ所望の圧力及び質量流量にて空気を個別に供給する圧
縮空気供給装置とを含んでいる。圧縮空気供給装置は圧
縮機と、圧縮空気をブレナム室及びロータへ導く静止空
気供給装置と、回転式の圧縮空気分配供給装置とを含ん
でいる。現在の圧縮空気供給装置に於ては、プレナムよ
り回転式の分配供給装置のダクトへ導かれる空気の流量
を制御するために円形の弁装置が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 循環制御式ロータに於てロータブレードへ供給される空
気の流量を制御する弁装置は比較的複雑であり、従って
信頼性に影響を及ぼす。また弁装置により航空機の重量
が増大される。更に装置の有効性に影響を及ぼす他の二
つの因子があり、その一つはロータブレードへ供給され
る空気の流量がロータブレードの回転方向に平均化され
ることであり、他方の因子は弁式のアクチュエータとス
パン方向の清制御面との間に於ける空気流の輸送遅れで
ある。

流量の平均化の因子については、供給装置内のダクトが
各瞬間毎に三つの弁装置の供給ダクトとそのうちの一つ
については完全に、また他の二つについては部分的に流
体的に連通した状態にある。

最適の空気流の制御は正弦波形の態様によるものである
が、流量の平均化が生じると波形は正弦波形に似たもの
でしかなくなる。従って所望の波形を再現する忠実度が
損われる。

また輸送遅れについては、航空機の制御応答はロータデ
ィスクに作用するサイクリック及びコレクティブの揚力
ベクトル成分の関数である。これらの力制御ベクトルは
ロータブレードのリーディングエツジ及びトレーリング
エツジに沿う循環制御溝により発生されるので、最適の
制御は所望の流量の空気を溝へ瞬間的に・供給すること
により達成される。空気は圧縮性流体であり供給ダクト
内に於て比較的大きい圧力の低下が生じるので、溝へ供
給される空気の輸送遅れが生じ、そのため装置の制御応
答が悪化する。

［発明の概要］ 従って本発明の目、的は、改善された波形の忠実度及び
優れた制御応答を有する循環制御式ロータの空気供給制
御装置を提供することである。

本発明の他の一つの目的は、典型的な循環制御式圧縮空
気供給制御機構に従来より組込まれている弁装置を廃止
し、ロータブレードの循環制御溝へ所望量の空気を瞬間
的に供給することのできる機械式、液圧式、又は電気式
の装置を提供することである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

［実施例］ 第１図に示された航空機は機体１０を含んでおり、該機
体の上端に四つのブレード１４とハブ部１６とを含むロ
ータ装置１２が取付けられている。

ブレード１４は循環制御式のエーロフォイルであり、各
ブレードはリーディングエツジ溝及びトレーリングエツ
ジ溝を有し、これらの溝を経てブレードへ空気を供給す
る圧縮空気供給装置よりの圧縮空気が放出されるように
なっている。制御は放出される空気の量を周期的にまた
同時に調節することにより達成される。着陸及び離陸の
如きある飛行状況に於てはロータ装置は回転し、前進飛
行の如き他の飛行状況に於てはロータ装置は静止し、図
示の位置に固定される。

典型的な循環制御式航空機に於ては、圧縮空気供給装置
は分配供給構造へ圧縮空気を供給する圧縮機を含んでい
る。第２図に示されている如く、分配供給構造は航空機
の機体構造体２２に取付けられた人口２０を有しロータ
ディスクの平面より下方にてメインロータ駆動軸２４を
囲繞する静止環状室装置１８を含んでいる。また回転環
状室装置２６がフランジ２８に取付けられており、静止
環状室装置１８の上方にてロータ駆動軸２４と共に回転
するようになっている。供給ダクト３０が回転環状室装
置２６よりロータブレード１４のルート端部３２へ、更
にはロータブレードのリーディングエツジ及びトレーリ
ングエツジ内のスパン方向に延在するプレナム（図示せ
ず）内へ圧縮空気を供給するようになっている。構造に
よってはブレードの内部全体がブレードブレナムとして
作用する。空気はスパン方向のプレナムよりリーディン
グエツジ及びトレーリングエツジに沿うスパン方向の溝
を経て排出され、ブレードのコアンダ面上を流れる。本
発明の空気分配供給装置に於ては、リーディングエツジ
及びトレーリングエツジのブレナム内の空気圧が常に実
質的に一定に維持される。

第３図は本発明による電気的アクチュエータにより制御
される空気圧制御装置を示す概略構成図である。飛行制
御コンピュータ３８がパイロットのコレクティブ制御装
置４０及びサイクリック制御装置４２よりの制御入力、
高調和制御コンピュータ４４よりの航空機の振動検出に
関連する制御入力、レートジャイロスコープや加速度計
等の如き飛行安定性に関連する制御入力４５を受ける。

飛行制御コンピュータよりの信号は図には示されていな
いロータ装置の駆動軸内に組込まれたアクチュエータへ
の指令ライン４６．４８及びスリップリング組立体５０
を経てブレード１４のルート端部に組込まれたロータリ
アクチュエータ５２へ伝送される。各ロークリアクチュ
エータは、各ブレード内にてスパン方向に延在しブレー
ドのリーディングエツジ及びトレーリングエツジのブレ
ナム内に支持された軸型部材５４の回転方向の位置又は
スパン方向の位置を制御する。スパン方向に延在する各
軸型部材は、その運動がブレードのリーディングエツジ
又はトレーリングエツジに沿う満の開口面積を変化させ
制御するよう構成されている。制御装置のための電力は
航空機の電源５８より供給される。

スパン方向に延在する軸型部材の制御は好ましい電気ア
クチュエータにより制御されるのではなく液圧アクチュ
エータにより行われてもよい。かかる構造は、静止部材
と回転部材との間を横切って液圧流体や動力が伝送され
ることを回避すべく航空機の回転装置の側に於て液圧動
力が発生される航空機の場合に最も実現性が高い。スパ
ン方向に延在する軸型部材の機械的制御は、現代のロー
タ制御に於けるスウォツシュプレート型の構造と同様の
構造であって、溝のみを制御すればよいことから駆動荷
重が大きく低減されたスウォツシュプレート型の構造に
より行われてもよい。

第４図のロータブレードの断面図に溝を制御する軸及び
カムが図示されている。ロータブレード６０はそのリー
ディングエツジ及びトレーリングエツジ内にスパン方向
に延在する軸６２を有し、軸６２は複数個のカム６４（
そのうちの一つのみが図示されている）を有している。

カムは本願出願人と同一の譲受人に譲渡された米国特許
節４゜６２６．１７１号及び同第４，７７０，６０７号
に記載された構造と同様の態様にてブレードに取付けら
れていてよい。カムはスパン方向に延在する可撓性パネ
ルの位置をそれを湾曲させることによって変化させる。

図示の構造に於ては、パネル６６はそれらのインボード
側のエツジに沿ってねじ６８によりブレードに取付けら
れており、アウトボード側のエツジはコアンダ面７０に
対し相対的に自由に運動し得るようになっており、コア
ンダ面７０と共働して開口面積可変の溝を郭定している
。ねじ７２によりパネルに対しプレロードが与えられて
いる。ブツシュロッド７４がその上端に於てパネルのア
ウトボード側のエツジに接触し、その他端に於てカム６
４のカム面に接触し且これに対し摺動するようになって
いる。ブツシュロッド７４は戻しばね７６によりカム面
と接触した状態に維持されている。ブレード６０のスパ
ン方向に延在する部分の一部が第５図に図示されている
。

軸６２はブレードのルート端部に於てロークリアクチユ
ニータフ８に取付けられており、その軸線に沿って互い
に隔置された複数個のカム６４を有している。溝を制御
するための二つの可撓性パネル８０及び８２が図示され
ているが、パネルの長さ及び数は必要に応じて自由に設
定されてよいものである。各パネルは軸及びカムが回転
駆動されることにより湾曲される。

可撓性パネルを湾曲させて溝の開口面積を調節するため
の構造として第４図及び第５図に示された軸及びカムの
構造の代りに、第６図及び第７図に示されている如きカ
ム面が使用されてもよい。

この構造によればロータブレードの溝を郭定する構造体
に対し直接カム作用が与えられる。第６図に於て、円筒
形のチューブ８４がブレード８６のリーディングエツジ
又はトレーリングエツジ内に於てスパン方向に延在して
いる。チューブ８４にはその軸線に沿う所定の間隔にて
多数のカム面８８が設けられている。このことが第７図
に図示されている。各カム面はリップ面９２を有する可
撓性パネル９０（第６図）と直接接触しており、リップ
面９２はコアンダ面９４と共働してブレードのプレナム
９８より圧縮空気を放出するための溝９６を郭定してい
る。チューブ及びカム面の回転により溝９２の開口面積
が増減され、これによりコアンダ面を流れる空気の流量
が増減される。

回転軸を使用して溝の制御を行う他の一つの構造が第８
図に図示されている。ロータブレード１００は内部にス
パン方向に延在する軸１０４を、有するエツジ部１０２
を有している。軸１０４はブレードのルート端部に於て
第３図に示されたアクチュエータ５２の如きロークリア
クチュエータに接続されている。また軸には軸受ハウジ
ング１０６によりブレードのスパンに沿う所定の間隔に
て支持されている。カム１０８の如き複数個のカムが軸
の長さに沿って互いに隔置されている。各カムはリンク
１１０によりスパン方向に延在する可撓性パネル１１２
のインナエツジに接続されている。パネルのアウタエツ
ジはパネルの上面がコアンダ面１１６に滑らかに接続さ
れるよう符号１１４にて示された位置に於てコアンダ面
１１６に隣接してロータブレード構造体に固定的に接続
されている。パネル１１２はロータブレードの上面に設
けられたリップ１１８と共働して溝１２０を郭定してい
る。溝の開口面積はカム１０８の位置により決定され、
カムの回転により可撓性パネル１１２の湾曲によってそ
のインナエツジが上下動され、これに応じて溝の開口面
積が増減される。

溝を制御するための幾分か異なる構造が第９図及び第１
０図に図示されている。この構造に於ては溝のジオメト
リ−を変化させる傾斜面が使用されている。第９図に示
されている如く、ロータブレード１２４のスパン方向に
延在する駆動ストリップ１２２がロータブレードのルー
ト端部に配置されたアクチュエータ１２６よりの制御入
力に応答してスパン方向に往復動されるようになってい
る。駆動ストリップ１２２はカム式の作用により可撓性
パネル１２８の内面を上下動させ、これにより空気流の
制御の必要に応じてブレードの溝の開口面積を変化させ
るようになっている。駆動ストリップは実質的にＵ形を
なし、ブレード内のトラック１３０上に載置されている
。駆動ストリップはトラック１３０に設けられたカム形
の孔１３４に挿通された一連のビン１３２によりトラッ
クに固定されている。

駆動ストリップには遠心力が作用し、これにより駆動ス
トリップはブレードの先端へ向けて駆動される。従って
図示の構造はその作動中には常に引張り状態にあり、逆
方向の荷重が存在しないので撓みやヒステリシスは存在
しない。また軽量の構造が採用される。カム形の孔１３
４は遠心荷重が作用する状況に於て駆動ストリップを上
昇させる形状に形成されてもよく、また駆動ストリップ
を下降させる形状に形成されてもよいが、何れの態様が
好ましいかは任意の特定の装置に於ける遠心荷重と空気
荷重との間の差の分析により決定される。図示の孔１３
４は、駆動ストリップがロータブレードの先端へ向けて
移動するとストリップが下降してブレードの溝が開き、
逆に駆動ストリツブがブレードのルート端部へ向けて移
動するとストリップが上昇してブレードの溝が閉じられ
るよう構成されている。

第１０図は第９図のロータブレード１２４の断面図であ
り、ブレードの溝を開いた位置及び閉じられた位置の両
方について示している。ブレードの図にて右側に於ては
駆動ストリップ１２２がブレードの内部構造体の一部で
あるトラック１３０上の所定の位置に位置している。駆
動ストリップは可撓性パネル１２８に設けられたリップ
１３８により実質的に囲繞されたヘッド部１３６を有し
ている。パネルはロータブレードのエツジ面の一部であ
り、コアンダ面である。可撓性パネルの他端はブレード
のエツジ面１４０に剛固に固定されている。駆動ストリ
ップがリップ１３８内にてトラック１３０に沿って摺動
することによりスパン方向に運動すると、リップの位置
が変化して溝１４２の開口面積が変化する。図示の位置
に於てはブレードの溝は開いた状態にある。

ブレードの図にて左側に於ては、駆動ストリップ１４４
がトラック１４６上の所定の位置に位置している。駆動
ストリップのヘッド部１４８が可撓性パネル１５２のリ
ップ１５０により実質的に囲繞されている。可撓性パネ
ルの他端はブレードのエツジ面１５４に剛固に固定され
ている。図示の位置に於ては溝１５６は閉じられた状態
にある。

本発明のブレード構造によれば、リーディングエツジ及
びトレーリングエツジのブレナム内の空気圧が常に実質
的に一定になり、これにより装置の信頼性が改善される
。過剰の圧力上昇を防止すべく、例えばブレードの先端
の如き装置の所定の位置に圧力解放構造が設けられても
よい。

溝はブレードのスパンに沿って有限の距離の範囲に延在
しているので、空気が溝を経て排出されると空気の圧力
はブレードの先端へ向うにつれて低下する。溝を制御す
る可撓性パネル６６．９０．１１２．１２８．１５２を
駆動するカム面を適宜な形状に設定することにより上述
の如き圧力低下を補償することができる。かかるカム面
の設定により空気を一様に分配供給したり、空気力学的
必要特性に応じて空気を他の任意のパターンにて分配供
給することができる。またブレード内に於けるプレナム
の断面積の変化を使用して、空気流の特性やブレードの
溝を経て行われる空気の放出が調整されてもよい。

本発明の装置に於て得られる主要な利点は低揚力の領域
に於ても揚力を（実質的に０より）制御することができ
るということである。何故ならば必要とされる溝のプレ
ロード（溝を閉じられた状態に維持するに必要なプレロ
ード）によっては溝の初期開口圧に不感帯が形成されな
いからである。

本発明の装置及び従来の装置の何れ於ても速度及び高度
の増大につれてブレードの外圧が低下した場合にリーデ
ィングエツジの溝が不必要に空気力学的に開かれること
を防止すべく溝のプレロードが設けられている。従来の
装置に於ては、第１１図に示されている如く、ブレード
のルート端部に於ける制御圧のレベルが約１．４気圧に
なると溝が開口し、制御圧が約２．４気圧までの範囲に
於ては制御量は空気圧に比例している。かくして従来の
装置に於ては制御圧のみによって溝を開くこと及び溝の
開口量の両方が制御されるので、制御圧が溝を開く圧力
レベルを超えた直後に実質的な揚力が発生する。これに
対しカムによって溝の開口面積が直接制御される場合に
は、第１２図に示されている如く、溝の開口面積と空気
圧とを相互に独立して制御することができ、これにより
揚力を実質的にＯまで調節することができる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であ
ることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図はＸＴＡ形の循環制御式航空機を示す平面図であ
る。 第２図は第１図に示された航空機のロータ装置のハブ領
域を一部破断して示す拡大部分図であり、空気貯溜装置
のブレナムを示している。 第３図は循環制御式航空機のための電気的アクチュエー
タにより制御される空気圧制御装置を示す概略構成図で
ある。 第４図は溝を制御するためのカム駆動機構を示す循環制
御式航空機のロータブレードの断面図である。 第５図は第４図に示されたブレードのスパン方向に延在
する部分の一部を示す部分図である。 第６図は管状の溝アクチュエータが組込まれた循環制御
式ロータブレードの部分断面図である。 第７図は第６図に示された管状の溝アクチュエータを示
す部分図である。 第８図はカム及びリンク型の溝制御装置を示す断面図で
ある。 第９図は傾斜面を使用して溝の制御を行うよう構成され
た循環制御式ロータブレードを一部破断して示す斜視図
である。 第１０図は第９図に示されたロータブレードの断面図で
ある。 第１１図は従来の溝制御装置の揚力と圧力比との間の関
係を示すグラフである。 第１２図は本発明の溝制御装置の揚力と溝の開口面積と
の間の関係を示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ロータブレードが連結されたロータ駆動軸を有する循環
   制御式ロータ装置にして、ロータ制御装置と、前記ロー
   タ駆動軸を囲繞する空気貯溜装置を含み圧縮空気を前記
   ロータブレードへ供給する圧縮空気供給装置と、前記空
   気貯溜装置は圧縮空気を受ける非回転室装置と、前記ロ
   ータ駆動軸及び前記ロータブレードと共に回転し前記ロ
   ータブレードへ圧縮空気を供給する回転室装置とを含ん
   でいることと、各ロータブレードはその少なくとも一つ
   のエッジに沿って設けられた開口面積可変の溝を含んで
   いることと、前記溝は固定された面と可撓性パネル面と
   により郭定されていることと、前記可撓性パネル面に隣
   接して前記ブレード内に長手方向に延在するトラック装
   置と、前記トラック装置上に載置され前記トラック装置
   に沿って摺動可能な駆動装置と、前記ブレードのルート
   端部内に配置され前記ロータ制御装置よりの入力に応答
   して前記駆動装置を往復摺動させる装置と、前記トラッ
   ク装置と前記駆動装置との間に設けられ摺動中前記トラ
   ック装置に対する前記駆動装置の高さを変化させるカム
   装置と、前記可撓性パネル面は前記駆動装置の高さの変
   化が前記可撓性パネル面へ直接伝送されて前記溝の開口
   面積が変化されるよう前記駆動装置に摺動可能に直接接
   続されていることとを含む循環制御式ロータ装置。