JPH04287798A

JPH04287798A - 減衰積層物、緩衝器軸受、及びヘリコプタロータ

Info

Publication number: JPH04287798A
Application number: JP35276191A
Authority: JP
Inventors: Francis E Byrnes; フランシス　イー．バイルンズ
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: RTX Corp
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1991-12-16
Publication date: 1992-10-13
Also published as: ES2065659T3; CA2055202A1; EP0491647B1; DE69105473D1; EP0491647A1; CA2055202C; DE69105473T2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘリコプタロータにつ
いての緩衝器に係り、さらに詳細には、緩衝器軸受内の
減衰積層物に関する。

【０００２】

【従来の技術】米国特許第４，２４４，６７７号に示さ
れた偶数翼のクロスビーム変化のヘリコプタロータでも
、ここに開示された奇数翼のフレックスビームヘリコプ
タロータにおいても、可撓性円材とそれを包囲するトル
ク間の間に位置付け及び荷重支持手段を設け、ピッチ変
化制御及びそれらの間に他の荷重を与えるために、そし
てそれらの間の相対運動を受け入れるため、ピッチ変化
及びピッチ変化とフラッピング軸の交差回りのフラッピ
ング運動に対して円材を位置付けする機能を実行するこ
とが必要である。

【０００３】緩衝器軸受すなわち緩衝器は、ヘリコプタ
ロータの可撓性円材と強固なトルク管との管の制御荷重
に反応し、さらに円材とトルク管との間に適切な関係を
維持するために、支持アタッチメントとして働く。緩衝
器は、典型的には、ゴムすなわち積層物材料から作られ
る。それは、トルク管のピッチ運動、円材のフラップ方
向曲げ、及び翼の面内端方向曲げ（進み遅れ）を受け入
れるようになっている。

【０００４】ノエレン（Ｎｏｅｈｒｅｎ）他の米国特許
第４，２４４，６７７号においては、積層物の交互積層
物及び金属シムを持つ緩衝器の使用を開示している。こ
の緩衝器は、高形状率の有利さを持つ。その形状率は、
一連の複数の薄層対単一の厚層の圧縮面積対湾曲面積の
比である。より大きな形状率は、緩衝器の圧縮強度及び
堅さを増加させる。その緩衝器は、ピッチ変化及びフラ
ッピング運動を受け入れる球状積層物と、翼の進み遅れ
運動を減衰させる平板積層物とを含んでいる。

【０００５】積層物緩衝器の設計及び使用の制限率は、
最大せん断ひずみが発生する箇所である平板積層物の自
由端で出会うせん断ひずみの大きさである。高ヘッドモ
ーメント及び対応する高弦方向荷重を持つ主ロータに対
して、自由端におけるせん断ひずみは、受け入れ可能な
損失率すなわち減衰能力を有する積層物の許容せん断ひ
ずみを越え得る。この結果は、許容せん断ひずみ及び積
層物材料の損失率間の逆転関係によっている。

【０００６】積層物のせん断強度を増すための共通の方
法は、緩衝器に圧縮荷重を受けさせることによって、組
み込み前に緩衝器に「予荷重」を与えることにある。積
層物強度は、圧縮荷重下で増大し、引張荷重を受ける場
合には減少する。米国特許第４，２４４，６７７号にお
いては、内側レースを外側レース方向へ引張るためにボ
ルトを利用して、予圧縮が与えられる。この予荷重ボル
トは、内側及び外側レース間に取り付けられ、従って、
そのボルトを受け入れるために積層物に穴を開ける必要
があった。その開口付近の自由面は、大きな応力集中領
域を創り出す。

【０００７】米国特許出願第Ｇ５０５，８６５号（「ト
ルク管と可撓性円材部材との間に改善された緩衝器振動
減衰器を有するフレックスビームヘリコプタロータ（Ｂ
ｙｒｎｅｓｅｔ　ａｌ）」には、連続的な、すなわち開
口のない積層物に予荷重を与える方法が開示されている
。その発明では、外側積層物に結合されていて、かつト
ルク管にボルト締めされた予荷重板を位置付けすること
によって、予荷重が与えられる。予荷重ボルト及び開口
の必要性、それによって応力集中領域がなくなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】不幸にも、連続であろ
うとなかろうと、積層物の径方向端は、今なお自由端の
ままであり、圧縮荷重を与えられない。積層物の予荷重
積層物に対して、その結果は、許容せん断ひずみが中心
部で最大になり、径方向に端部に向かってそれが減少す
るということである。前述の如く、せん断ひずみが最大
である端部においては、積層物の許容せん断ひずみが最
小（ほぼ積層物の無荷重の許容せん断ひずみに等しい）
であり、従って、端部のせん断ひずみが、積層物の選択
を支配する。

【０００９】１つの解決策は、せん断に対する要求に合
う積層物を選択し、その後、所望量の減衰が得られるま
で積層物数を増加させることである。不幸にも、この解
決策は、緩衝器の大きさ及び重量を増加させるとともに
、その緩衝器を含んでいる包囲物の大きさを増大させる
。そのことは、ロータの空力抵抗の望ましくない増加を
もたらす。別の解決策は、減衰要求に合う積層物を選択
し、その後各積層物の厚さを低減させ、それによって許
容せん断ひずみよりも下側に滞在させるために大きな形
状率の利点を持たせることにある。この解決策の欠点は
、積層物数の増加が、シム数の対応する増加を必要とさ
せることである。この解決策もまた、緩衝器の大きさ及
び重量並びに空力の増加をもたらす。

【００１０】米国特許第４，８８６，４１９号（Ｍｃ　
Ｃａｆｆｅｒｔｙ）には、テイルロータすなわちハブに
対するファン翼の充分大きな保持力の球状軸受が開示さ
れている。その球状軸受は、中心部に形成された特別の
形状及び方向を持つ開口、及び金属シムから構成されて
いる積層物で使用された積層物よりも大きな減衰特性を
持つ積層物のクーポン（ｃｏｕｐｏｎｓ）が、開口内に
適合させられ、その保持システムに対して進み遅れ減衰
を与えている。不幸にも、開口周囲に自由端を持つこと
は、積層物及びクーポン内の圧力及びせん断ひずみ分布
をひずませ、高ひずみ許容材料が積層物及びクーポンの
双方に対して使用されることを必要とさせる。それによ
って、このせん断ひずみ許容要求が、クーポンに対して
高減衰材料を使用する可能性を除去する。

【００１１】本発明の目的は、緩衝器の大きさ及び重量
を増加させることなく、緩衝器の損失率を増加させる緩
衝器用の改善された連続積層物減衰積層物を提供するこ
とにある。

【００１２】本発明の他の目的は、ロータの空力抗力を
増加させることなく、進み遅れ減衰を増大させるヘリコ
プタロータ用の改善された緩衝装置を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、緩衝器
の平坦な減衰積層物は、高減衰の連続中心部、最適せん
断積層物、及び最適減衰、高せん断積層物の環状周辺部
分から構成されている。２つの部分は、同一の厚さ、実
質的に同一のずれ弾性率を有し、積層物が連続性を持つ
ように結合されている。

【００１４】

【作用】上記積層物の中心部分は、低せん断で高圧縮の
領域にあるので、その部分は、許容せん断ひずみ要求に
適合しながら、最大減衰を与える。周辺部分は、せん断
ひずみが最大でかつ圧縮予荷重が最小である自由端に、
せん断強度を与える。この方法では、各積層物の損失率
が増され、緩衝器の全体損失率は、緩衝器の大きさを増
す必要なしに増加させられ得る。さらに、必要な積層物
数が減少され、それに対応して、必要なシム数が減じら
れる。そのことは、緩衝器の大きさ及び重量を低減させ
る。

【００１５】

【実施例】図１を参照する。ヘリコプタフレックスビー
ムロータ１０は、胴体（図示せず）に取り付けられ、か
つ駆動シャフト１７によってエンジン１５に接続されて
いるハブ部材１８に配置された複数個の翼装置１２（そ
の１つのみが示されている）から構成されている。各翼
装置１２は、径方向に伸びている可撓性円材２０によっ
て、ハブ部材１８に接続されている。ハブ部材１８は、
翼装置に遠心力負荷、ねじれ負荷、及び曲げ負荷に反応
するようになっている。また、各翼装置１２は、外側端
にエアフォイル部２２を、そして内側端に長円形のトル
ク管部分２４を有する翼１４を含んでいる。そして、そ
れらの部分は、直接的にあるいは間接的に円材２０に接
続されている。トルク管部分４は、円材２０を包囲し、
翼１４のピッチ変化を収容するために円材２０のねじれ
を許可するためのクリアランスを有している。ピッチ変
化は、トルク管２４に接続されているピッチ制御ロッド
２６から伝えられる。

【００１６】次に図２を参照する。円材２０及びトルク
管２４の間に配置された緩衝装置３０は、トルク管２４
と円材２０の適切な相対整列を保ち、ピッチ運動、フラ
ップ方向曲がり及び端方向曲がり（進み遅れ運動）を受
け入れるようになっている。緩衝装置３０は、上部緩衝
器４０及び同等の下部緩衝器４２から構成されている。上部緩衝器４０及び下部緩衝器４２は同一であるので、
上部緩衝器のみを詳細に説明し、単に緩衝器と呼ぶこと
にする。緩衝器４０は、内側レース４４、中間レース４
５、トルク管２４に取り付けられている予荷重板４６、
内側部分４８、及び外側部分５０から構成されている。緩衝器４０は、緩衝器４０を圧縮する予荷重板４６をト
ルク管２４に向かって下方へ締め付けることによって、
組み込み中に予荷重を与えられる。その圧縮によって、
緩衝器４０の許容せん断ひずみが増大される。

【００１７】内側部分４８は、積層物５２の交互層のス
タックと、球形状の金属シム５４を含んでいる。それら
積層物は、中心部分５６回りに同心の球状軸受を形成し
、翼１４のピッチ及びフラップ運動について制御させる
。外側部分５０もまた、積層物５８の交互層のスタック
及び金属シム６０を含んでいるが、それらは、構造的に
平坦である。それらの平板積層物は、翼面内の進み遅れ
運動について減衰制御を与える。これらの平板積層物が
、本発明が関係するものである。

【００１８】従来の緩衝器においては、積層物が単一材
料から構成され、それは緩衝器の減衰及びせん断強度要
求の双方に適合する材料である必要があった。減衰とせ
ん断は、逆の関係にあるので、両方の要求に合わせるた
めには、積層物数を増大させる必要があった。積層物数
及び対応のシム数を増大させると、緩衝器の大きさが増
し、ロータの空力損失や緩衝器重量が増加する。

【００１９】模範的な実施例においては、本発明にかか
る平板積層物５８は、図３及び図４に示される如く、同
じ厚さｔの連続の、円形中心部分６１及び環状周辺部分
６２から構成されている。中心部分６１は、主として減
衰特性に注目して選ばれた材料から作られ、周辺部分６
２は、主としてせん断強度特性に注目して選ばれた材料
から作られる。中心部分及び周辺部分の各部分が両立し
て変形し、それにより２つの部分間の接合部６４におけ
る不連続性及び応力を低減させるために、中心部分６１
及び周辺部分６２は同一またはほとんど同一の材料ずれ
弾性率をもっている。接合部６４は、積層物５８が周辺
部分６２の径方向外側端以外に自由端を持たずに連続で
あるようにして、２つの部分６１，６２間を接合してい
る。高減衰能力を持つ中心部分材料と高せん断強度を持
つ周辺部分材料を結合することによって、緩衝器全体の
減衰能力は、緩衝器全体の大きさを大きくせずに増大さ
せられる。その結合された積層物は、中心部分のせん断
強度を許容レベルまで増加させる圧縮予荷重、及び積層
物の径方向端近くのせん断ひずみ要求に合う周辺部分の
固有のせん断強度を利点として持つ。

【００２０】積層物用の積層物材料の選択及び中心部分
の半径または周辺部分の内径の決定は、それら積層物の
横断面におけるせん断分布に依存する。例えば、図５は
、圧縮荷重が２２５０ｐｓｉである１．５”半径、０．
１５”厚みの積層物に対して、せん断ひずみに直接関係
づけられるせん断応力分布を表すグラフである。この例
では、中心部分に対しては、シリコン積層物（損失率＝
０．６５，許容せん断ひずみ＝８％、ずれ弾性率＝２０
０ｐｓｉ）が選択された。また、周辺部分に対しては、
ポリブタジエン積層物（損失率＝０．４、許容せん断ひ
ずみ＝１６％、ずれ弾性率＝２００ｐｓｉ）が選択され
た。

【００２１】これらの大きさ及び材料の積層物に対して
、中心部分（高減衰、最適せん断強度）の半径、または
周辺部分（最適減衰、高せん断強度）の内径は、ほぼ１
．１２５”である。

【００２２】ここでは、本発明の減衰積層物が円形構造
のものとして説明したが、他の幾何学形状のものであっ
てもよい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、緩衝器の大きさ及び重
量を増加させることなく、緩衝器の損失率を増加させる
緩衝器用の改善された連続積層物減衰積層物が得られる
。また、ロータの空力抗力を増加させることなく、進み
遅れ減衰を増大させるヘリコプタロータ用の改善された
緩衝装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる弾性重合体積層物を包含してい
るヘリコプタロータの側面図である。

【図２】本発明にかかる弾性重合体積層物を包含してい
る緩衝装置を示している図であって、図１の線分２−２
に沿って切り取られた断面図である。

【図３】本発明にかかる弾性重合体積層物の斜視図であ
る。

【図４】図３の線分４−４に沿って切り取られた弾性重
合体積層物の断面図である。

【図５】示された低せん断及び高せん断の領域に関して
、せん断応力径方向位置の関数として表しているグラフ
図である。

【符号の説明】

１０　　ヘリコプタロータ１２　　翼装置１４　　翼１８　　ハブ部材２０　　可撓性円材２２　　エアフォイル部分２４　　トルク管部分

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　せん断ひずみを許容可能な特性を有す
る連続積層物中心部分、及び上記中心部分を包含し、か
つせん断ひずみを許容可能な特性を有する積層物中心部
分からなる減衰積層物において、せん断ひずみを許容可
能な上記周辺部分が、せん断ひずみを許容可能な上記中
心部分よりも大きく、さらに、上記中心部分及び上記周
辺部分が、連続積層物を形成するように結合されている
ことを特徴とする減衰積層物。
【請求項２】　　請求項１に記載の減衰積層物において
、上記中心部分が円形であり、上記周辺部分が環状であ
り、上記中心部分及び上記周辺部分が同心であって、上
記中心部分及び上記周辺部分が、直径方向連続する積層
物を形成するように結合されていることを特徴とする減
衰積層物。
【請求項３】　　請求項１に記載の減衰積層物において
、上記中心部分の厚さと、上記周辺部分の厚さが同一で
あることを特徴とする減衰積層物。
【請求項４】　　請求項１に記載の減衰積層物において
、上記中心部分のずれ弾性率と、上記周辺部分のずれ弾
性率が実質的に同一であることを特徴とする減衰積層物
。
【請求項５】　　積層物の平板積層物及び非展延性材料
を交互に有する緩衝器軸受において、積層物の上記積層
物が、せん断ひずみを許容可能な特性を有する連続中心
部分と、上記中心部分を包含し、かつせん断ひずみを許
容可能な特性を有する周辺部分とから構成され、せん断
ひずみを許容可能な上記周辺部分が、せん断ひずみを許
容可能な上記中心部分よりも大きく、さらに、上記中心
部分及び周辺部分が連続積層物を形成するように結合さ
れていることを特徴とする緩衝器軸受。
【請求項６】　　請求項５に記載の緩衝器軸受において
、上記緩衝器軸受が、圧縮の予荷重を与えられている緩
衝器軸受。
【請求項７】　　請求項５に記載の緩衝器軸受において
、上記中心部分が円形であり、上記周辺部分が環状であ
り、上記中心部分及び上記周辺部分が同心であって、上
記中心部分及び上記周辺部分が、直径方向連続する積層
物を形成するように結合されていることを特徴とする緩
衝器軸受。
【請求項８】　　請求項５に記載の緩衝器軸受において
、上記中心部分の厚さと、上記周辺部分の厚さが同一で
あることを特徴とする緩衝器軸受。
【請求項９】　　請求項５に記載の緩衝器軸受において
、上記中心部分のずれ弾性率と、上記周辺部分のずれ弾
性率が実質的に同一であることを特徴とする緩衝器軸受
。
【請求項１０】　　ハブ部材及び上記ハブ部材に取り付
けられた翼装置を有するヘリコプタロータであって、上
記翼装置が、上記ハブ部材に取り付けられ、かつその部
材から径方向に伸びている可撓性円材と、上記円材に接
続された翼であって、径方向外側端にあるエアフォイル
部及び径方向内側端にあるトルク管であって、上記円材
と空間的に離れた関係で、その円材を包囲しているトル
ク管から構成されている翼と、上記トルク管の径方向内
部端に配置された、上記円材の上面及び上記トルク管の
間に伸びている上部緩衝器部分、及び上部円材の下面と
上記トルク管の間に伸びている下部緩衝器部分から構成
された緩衝装置とを含んでおり、上記緩衝器部分のそれ
ぞれは、内部レース、中間レース、予荷重板、及び交互
の平板積層物及び非展延性材料から構成されており、上
記積層物が、せん断ひずみを許容可能な特性を有する連
続中心部分、及び上記中心部分を包含し、かつ上記中心
部分のせん断ひずみを許容可能な上記特性よりも大きな
せん断ひずみを許容可能な特性を有する周辺部分から構
成されており、上記中心部分及び上記周辺部分が、連続
積層物を形成するように結合されていることを特徴とす
るヘリコプタロータ。
【請求項１１】　　請求項１０に記載のヘリコプタロー
タにおいて、上記ヘリコプタロータが、圧縮の予荷重を
与えられているヘリコプタロータ。
【請求項１２】　　請求項１０に記載のヘリコプタロー
タにおいて、上記中心部分が円形であり、上記周辺部分
が環状であり、上記中心部分及び上記周辺部分が同心で
あって、上記中心部分及び上記周辺部分が、直径方向連
続する積層物を形成するように結合されていることを特
徴とするヘリコプタロータ。
【請求項１３】　　請求項１０に記載のヘリコプタロー
タにおいて、上記中心部分の厚さと、上記周辺部分の厚
さが同一であることを特徴とするヘリコプタロータ。