JPH04306196A - ヘリコプタの動力伝達装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコンパウンド型ヘリコプ
タの主ロータ回転数を高速飛行時に低下させるための動
力伝達装置、詳しくはその遊星歯車減速装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のヘリコプタにおけるエンジンから
主ロータ（主回転翼）までの駆動系統（含減速装置）の
一例を図５に示す。その作用を概述すると、Ｎｏ　１エ
ンジン、Ｎｏ　２エンジンから、クラッチをなすフリー
ホイール装置を介してスパイラルベベルギヤに動力が入
力され、それによるスパイラルベベルギヤの回転は、同
軸上の太陽歯車、遊星歯車、リングギヤとの作用により
遊星歯車が自転しながら公転する作用を生む。その公転
を２重軸の一つである主ロータ駆動軸によって取出し、
図５の上方に位置することとなる図示しない主ロータ（
主回転翼）を回転駆動する。

【０００３】なお、テイルドライブシャフト以端は尾ロ
ータを回転駆動するための機構である。

【０００４】以降、太陽歯車、遊星歯車、リングギヤ等
を総称して遊星歯車機構（装置）、又はメインギヤボッ
クス、等と呼ぶ。従来のヘリコプタでは図示しない主ロ
ータの回転数は飛行中常に一定に保つようコントロール
されている。従って、前進側のロータ・ブレードの先端
速度が音速を超えないような飛行速度が、ヘリコプタの
最大飛行速度の限界とされてきた。従来のヘリコプタで
は、ホバリング時のロータ・ブレードの先端速度が約０
．６５マッハであるため、飛行速度としてとり得る最大
値は０．３５マッハを超えられず、実用上は０．３マッ
ハ（約２００ノット）が純ヘリコプタの速度限界と言わ
れている。ヘリコプタをより速く飛ばせるための工夫の
１つとしてコンパウンド型ヘリコプタが提案されている
。これは純ヘリコプタに主翼と補助推進装置を搭載し、
高速時の揚力及び推力の負担を主ロータから軽減するこ
とによってより高速化を実現しようとする試みである。 コンパウンド型ヘリコプタの一例を図６に示す。 （ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図で
ある。従来のコンパウンド型ヘリコプタでは主ロータ駆
動のエンジンと補助推進装置とは図示のように別のエン
ジンとするが一般的であった。この場合、高速飛行時に
は主ロータ駆動のエンジンの回転数を低下させることに
よってロータ・ブレードの先端速度が音速を超えないよ
うに主ロータ回転数を減速することが可能である。

【０００５】これに対し、最近、図７にその平面図を示
すように主ロータ駆動のエンジンと補助推進装置とを同
一のエンジンで兼用しようとする新しいタイプのコンパ
ウンド型ヘリコプタが提案されている。この場合、高速
飛行時に主ロータの回転数を減速する方法としてエンジ
ンの回転数を低下させる方法は好ましくない。その理由
はエンジンが兼用であるためにどの飛行状態でもそのエ
ンジン固有の最も効率の良い回転数で運転されなければ
実用にならないからである。

【０００６】エンジンの出力回転数を変化させずに主ロ
ータの回転数のみを高速飛行時に低下させるためにはエ
ンジンから主ロータまでの駆動系統にそれが可能な構造
／機構を持たせる以外に方法がない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のヘリコプタ
の動力伝達装置には解決すべき次の課題があった。

【０００８】即ち、エンジンから主ロータまでの駆動系
統に、飛行中に切換え可能な変速機構を設けようとした
場合、解決しておかなければならない技術的課題として
は次の（ア）〜（オ）がある。 （ア）コンパウンド型ヘリコプタのロータを駆動するた
めには数千馬力（２０００〜５０００Ｈｐ　）の大動力
を伝達しなければならない。また、回転速度の切換は動
力の伝達を瞬時といえども切断することなく行わなけれ
ばならない。

【０００９】従って、自動車の変速機構のようなクラッ
チ、ギヤのシフトといった機構を用いることは適切でな
い。 （イ）機体の自重及びスペースの関係から、できるだけ
小型かつ軽量な装置でなければならない。 （ウ）回転翼装置（ロータ・ブレード及びロータ・ハブ
等）の強度及び空力弾性的な不安定現象などの点から、
高速飛行時におけるロータ回転数の低下は、低速飛行時
のそれに比べて７０％以下にすることはできない。 （エ）回転翼装置及び駆動系統の強度上、並びにヘリコ
プタの飛行安定性及び操縦性、乗り心地などの点から回
転数の切換えはショックが無く滑らかに行われなければ
ならない。 （オ）ロータの回転速度は飛行安全そのものに直結して
いるため、万一、部品が故障しても駆動系統が切断され
たり、元の回転数にもどらないという現象が生じてはな
らない。

【００１０】本発明は、このような新しいタイプのコン
パウンド型ヘリコプタの要求に対応して、飛行中、エン
ジンの回転速度を変えることなく、自由にかつショック
や伝達機構の瞬断を伴うことなく、主ロータの回転速度
のみを安全に変えることのできるヘリコプタの動力伝達
装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として次の（１），（２）に記載のヘリコプタの動
力伝達装置を提供しようとするものである。 （１）エンジンからの入力可能な太陽歯車とその外周に
噛合う遊星歯車と同遊星歯車の外周に内歯によって噛合
うと共に太陽歯車と同軸上に中心を有するリングギヤと
よりなる遊星歯車装置の太陽歯車にエンジンの動力を回
転入力し遊星歯車に公転出力して主ロータの駆動軸を回
転駆動するヘリコプタの動力伝達装置において、上記リ
ングギヤをその軸心まわりに回転・停止するブレーキ手
段を具備してなることを特徴とするヘリコプタの動力伝
達装置。 （２）上記（１）に記載のヘリコプタの動力伝達装置に
おいて、太陽歯車の軸にフリーホイール装置を介して連
結される変速用太陽歯車と、同変速用太陽歯車の外周に
噛合う変速ギヤと、枢支された軸を介して上記変速ギヤ
に同軸上で連結されると共に上記リングギヤに噛合う変
速ピニオンとを具備してなることを特徴とするヘリコプ
タの動力伝達装置。

【００１２】なお、上記（２）中、フリーホイール装置
とは駆動回転方向が一方向に限られる一方向クラッチで
、駆動回転方向が逆になると、滑って回転を伝達できな
い公知の装置を云う。即ち、本構成の場合、太陽歯車の
軸が変速用太陽歯車を回転駆動しようとすると滑って回
転は伝達できないが、変速用太陽歯車が太陽歯車の軸を
駆動しようとするとクラッチが噛み込んで太陽歯車の軸
と連結する。従って変速用太陽歯車は太陽歯車の軸に拘
速を受ける。

【００１３】また、枢支された軸とはハウジングその他
を介して機体側に枢支された軸を云う。

【００１４】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の（１
），（２）の作用を有する。 （１）上記（１）の構成にあっては遊星歯車装置のリン
グギヤをその軸心まわりに回転・停止するブレーキ手段
を備えるので、ブレーキ手段によってリングギヤを停止
（固定）させると遊星歯車装置は通常の遊星歯車減速装
置として作用し、ブレーキ手段を解放し、リングギヤの
回転を許すと、リングギヤは遊星歯車の回転反力で遊星
歯車の公転方向とは逆方向に回転し、相応して主ロータ
の駆動回転速度が低下する。 （２）上記（２）の構成にあっては、上記（１）の構成
に加え、太陽歯車の軸にフリーホイール装置を介して連
結される変速用太陽歯車と、それに噛合う変速ギヤと、
同変速ギヤと枢支された軸を介して連結され、かつ、リ
ングギヤに噛合う変速ピニオンを備えるので、ブレーキ
手段を解放したとき、リングギヤが反力で無制限に回転
するのを規制する。即ち、リングギヤが回転するとそれ
に噛合う変速ピニオンが回転し、変速ギヤが共廻りする
。

【００１５】すると変速用太陽歯車が回転し、その回転
が太陽歯車の軸を駆動する値に達すると、即ち、軸の回
転を越えようとするとフリーホイール装置が働いて変速
用太陽歯車の回転は拘束され、それ以上に速く回転する
ことはできなくなる。この結果、主ロータの回転の低下
が歯止めされる。

【００１６】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図４により説明す
る。図１は本実施例に係るヘリコプタの動力伝達装置、
詳しくは遊星歯車減速装置の縦断面図、図２は図１を分
り易く説明するための模式的原理図、図３は本実施例を
ヘリコプタに適用した場合の具体的数値例を示す模式的
原理図、図４は本実施例の要部ではないが、本実施例に
も用いられている公知のフリーホイール装置を太陽歯車
３の入力軸の横断面に沿って示した原理図（説明図）で
ある。

【００１７】なお、図１が本実施例の実体に近い図であ
るが、煩雑を避けるため図１では構成部品の呼び出しは
符号のみに留め、図２で符号に主要部品の名称を併記し
た。

【００１８】説明は理解を容易にするため、原理図であ
る図２によって行なう。なお、本実施例の装置は、従来
例の図５とはスパイラルベベルギヤとメインギヤボック
スとの上下関係が逆になっている。

【００１９】図１，２において、１はエンジンからの入
力軸（複数）、２はスパイラルベベルギヤ、３はスパイ
ラルベベルギヤ２と入力軸３ａで直結された太陽歯車、
４はスパイラルベベルギヤ２と入力軸３ａとを直結する
回転軸、５は太陽歯車３の外周に噛み合ってそのまわり
を、太陽歯車３の回転により自転しながら公転する複数
の遊星歯車、６は遊星歯車５の外周に内歯によって噛み
合い、かつ、中心を太陽歯車３と同軸に有してブレーキ
７により回転、固定自由に支持されたリングギヤ、７は
リングギヤ６の回転を停止、解放するためのブレーキ、
８はリングギヤ６の軸受、９はハウジングの下部、１０
は同じく中部、１１は同じく上部、１２は中部１０の内
側に軸受によってその回転軸１３を支持されリングギヤ
６の内歯に噛み合った複数の変速ピニオン、１３は変速
ピニオン１２と変速ギヤ１４を両端に固設して中部１０
の内側に枢支された回転軸、１４は回転軸１３の下端に
あって変速用太陽歯車１５と噛み合う複数の変速ギヤ、
１５は太陽歯車３の入力軸３ａを同心状にフリーホイー
ル装置１６を介して抱持し、その外歯が上記変速ギヤ１
４と噛み合う変速用太陽歯車、１６はクラッチの作用を
果たし、変速用太陽歯車１５と入力軸３ａとを連結、解
放するためのフリーホイール装置、１８は遊星歯車５の
公転を上方の図示しない主ロータへ伝達するためのメイ
ンロータ駆動軸、１９はメインロータ駆動軸１８のフラ
ンジに固設され、変速ピニオン１２を回転自由に支持す
ると共にその公転をメインロータ駆動軸１８に伝えるキ
ヤリヤ、２０はブロックである。

【００２０】次に上記構成の作用について説明する。先
ず、従来例と本実施例との相違を説明すると、従来用い
られる通常の遊星歯車減速装置はたとえば図２の太陽歯
車３、複数の遊星歯車５及び固定されたリングギヤ６と
からなり太陽歯車３からの入力を自転しながら公転する
遊星歯車５により減速してメインロータ駆動軸１８に出
力する。

【００２１】これに対し、本実施例の遊星歯車減速装置
はリングギヤ６が回転できるようになっていること、リ
ングギヤ６をブレーキ７で止めたり回転させたりできる
こと、変速ピニオン１２、変速ギヤ１４及びフリーホイ
ール装置１６付の変速用太陽歯車１５を備えたことが従
来の遊星歯車減速装置と異なる点である。

【００２２】図２において、ヘリコプタが低速で飛行す
る時はブレーキ７を作動させる。するとリングギヤ６は
回転せず、装置は通常の遊星歯車減速装置と同じように
働く。この場合、変速ピニオン１２、変速ギヤ１４、変
速用太陽歯車１５は回転しない。回転しない理由は太陽
歯車３の軸側から変速ギヤ１４を駆動しようとする力の
方向になるためフリーホイール装置１６がすべるからで
ある。

【００２３】ヘリコプタが高速で飛行する時はブレーキ
７を解放する。するとリングギヤ６は反力でメインロー
タ駆動軸１８と反対方向に回転する。この結果、主ロー
タの回転はリングギヤ６が反対方向に回転する分だけ回
転速度が落ちる。

【００２４】リングギヤ６が回転すると、それとかみ合
っている変速ピニオン１２が回され、それと一体になっ
ている変速ギヤ１４を介して変速用太陽歯車１５が駆動
される。

【００２５】変速用太陽歯車１５の回転数が太陽歯車３
の入力軸３ａの回転数を越えそうになると、図４に示す
ようにフリーホイール装置が結合するためそれ以上回転
数は上らず平衡状態になる。その場合のメインロータ回
転軸１８の回転数は上述の低速飛行時の回転数より低い
。

【００２６】ヘリコプタを高速飛行から低速飛行に戻す
場合には、ブレーキ７を作動させる。するとリングキヤ
６が除々に回転数を下げると同時にメインロータ駆動軸
１８の回転数が上り、元の回転数に戻すことができる。

【００２７】以上の操作は、ブレーキ７のＯＮ，ＯＦＦ
だけでできるため飛行中にも容易に操作でき、衝撃もな
い。

【００２８】以上の基本的な原理を、ある実在のヘリコ
プタの遊星歯車減速装置に適用した場合、実際に主ロー
タの回転数を１００％から７０〜８０％に下げるにはど
んな歯車を組み合わせれば可能になるかを示したものが
図３（ａ）及び図３（ｂ）である。次にこの例に従って
説明を行なう。

【００２９】元の遊星歯車減速装置は太陽歯車３が５４
の歯数を持ち、５個の遊星歯車５の歯数がそれぞれ７１
、リングギヤ６の歯数が１９６である。

【００３０】変速機構として追加する歯車の歯数を次の
ようにする。なお、図３中、歯数は符号との混同を避け
るためＺを添えて示す。

【００３１】１）変速ピニオン１２の歯数を３０とする
。（噛み合うリングギヤ６の歯数は１９６で変らない）
２）変速ギヤ１４の歯数は１１２とする。

【００３２】３）変速用太陽歯車の歯数は５４とする。 （ただし、モジュールは太陽歯車３、遊星歯車５、リン
グギヤ６と同じとする。）図３（ａ）でブレーキ７（図
示省略）を作動させた状態では、入力軸３ａの回転９４
０ｒｐｍ　に対してメインロータ駆動軸１８の回転は２
０３ｒｐｍ　となる。

【００３３】また、図３（ｂ）で、ブレーキ７（図示省
略）を解放した状態では、入力軸３ａの回転９４０ｒｐ
ｍ　に対してメインロータ駆動軸１８の回転は１４９ｒ
ｐｍ　となり、約７３％に出力回転数が下がる。この場
合、変速ギヤ１４及び変速ピニオン１２は４５３ｒｐｍ
　で入力軸３ａと逆方向に回転する。また、リングギヤ
６も６９ｒｐｍ　で同じく逆方向に回転する。

【００３４】以上説明した構成を具体的、かつ実用的に
構成した例が図１である。同図に於て、ギヤボックスハ
ウジングの中部１０と上部１１は、リングギヤ６のフラ
ンジによって切られざるを得ないため、一旦、切断し、
切断された上下の両方をつなぐためにブロック２０を円
周数ケ所に配置して結合してある。ただし、ブレーキン
グ時に発生する熱を逃がすため、ブロック２０は適当な
間隔をあけて配置するのが望ましい。

【００３５】以上の通り、本実施例によればヘリコプタ
の速度の増減に伴う主ロータの回転の減増をブレーキ７
の緩緊のみによって行なうことができるのできわめて簡
便に主ロータの回転を変更できるという利点がある。ま
た、エンジンの回転及び出力は一定のまま、主ロータの
回転を変更できるという利点がある。また、エンジンか
ら主ロータに至る動力伝達系統の如何なる部位の切断を
も行なわずに主ロータの回転のみを変更できるという利
点がある。また、変速ピニオン１２、変速ギヤ１４、変
速用太陽歯車１５及びフリーホイール装置１６等のギヤ
比を適切に選択することにより高速飛行時のロータ回転
数の低下を確実に所要の一定の限度以内に留めることが
できるという利点がある。また、主ロータの回転の変更
にあたって、何らの衝撃も振動も発生しないという利点
がある。

【００３６】また、主ロータの回転は万一、たとえばブ
レーキ７が故障してフィックスしても通常の回転を維持
することができるし、あるいはブレーキ７が利かなくな
っても上述の通り、変速用太陽歯車１５等の作用によっ
て高速飛行時の回転を割り込むことがないという利点が
ある。また、図１に示すようにきわめて小型、軽量にで
きるという利点がある。

【００３７】なお、本実施例中、変速ピニオン１２はリ
ングギヤ６の内歯と係合させたが、内歯に限定されるも
のではない。

【００３８】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。 （ア）ロータ回転数の飛行中での変更が大馬力を伝達し
つつ行うことが可能となる。又主ロータ回転数の切換時
、動力伝達の瞬断がない。 （イ）ヘリコプタが従来から持っている遊星歯車減速装
置にわずかな機構を付加するだけで、目的の装置が得ら
れるため、全機のアレンジメント（全機形状及び装備品
配置計画）に与えるインパクトが小さい。 （ウ）回転数の低下率を７０〜８０％にすることが容易
にできる。 （エ）回転数の切換えは、ブレーキをすべらせて行うこ
とができるため、ショックがなく滑らかである。 （オ）変速のために付加する機構は、多重構造となって
いる（例えば変速ギヤ１４と変速ピニオン１２の組は複
数個持たせ得る）ため、負荷経路が分散されて冗長性が
ある。又、ブレーキも複数個持たせることができる。唯
一冗長性を持たせ得ない部品はフリーホイール装置であ
るが、これが万一故障してもロータ回転数は上る方向で
あるため安全側である。このため、飛行安全上の問題が
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るヘリコプタの動力伝達
装置、即ち遊星歯車減速装置の縦断面図である。

【図２】図１の模式的原理図である。

【図３】図１の装置に具体的に歯車の数値を当嵌めてそ
の作用を説明した説明図で、（ａ）はブレーキにより、
リングギヤ６を固定した場合を、（ｂ）はブレーキを解
放してリングギヤ６を回転した場合を、それぞれ示す図
である。

【図４】上記実施例（及び従来例）に用いられる公知の
フリーホイール装置の説明図である。

【図５】従来例の斜視図である。

【図６】従来のヘリコプタの３面図で、（ａ）は平面図
、（ｂ）は正面図、（ｃ）は左側面図である。

【図７】従来のヘリコプタの平面図である。

【符号の説明】

１　　　　入力軸 ２　　　　スパイラルベベルギヤ ３　　　　太陽歯車 ３ａ　　入力軸 ４　　　　回転軸 ５　　　　遊星歯車 ６　　　　リングギヤ ７　　　　ブレーキ ８　　　　軸受 ９　　　　下部 １０　　中部 １１　　上部 １２　　変速ピニオン １３　　回転軸 １４　　変速ギヤ １５　　変速用太陽歯車 １６　　フリーホイール装置 １８　　メインロータ駆動軸 １９　　キャリヤ ２０　　ブロック

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　エンジンからの入力可能な太陽歯車と
   その外周に噛合う遊星歯車と同遊星歯車の外周に内歯に
   よって噛合うと共に太陽歯車と同軸上に中心を有するリ
   ングギヤとよりなる遊星歯車装置の太陽歯車にエンジン
   の動力を回転入力し遊星歯車に公転出力して主ロータの
   駆動軸を回転駆動するヘリコプタの動力伝達装置におい
   て、上記リングギヤをその軸心まわりに回転・停止する
   ブレーキ手段を具備してなることを特徴とするヘリコプ
   タの動力伝達装置。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載のヘリコプタの動力伝
   達装置において、太陽歯車の軸にフリーホイール装置を
   介して連結される変速用太陽歯車と、同変速用太陽歯車
   の外周に噛合う変速ギヤと、枢支された軸を介して上記
   変速ギヤに同軸上で連結されると共に上記リングギヤに
   噛合う変速ピニオンとを具備してなることを特徴とする
   ヘリコプタの動力伝達装置。