JPH05193580A - ヘリコプタの振動軽減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はヘリコプタ機体のあらゆる部分のどの
方向の振動も極めて小さくすることの出来る振動軽減装
置を提供することを目的とする。 【構成】図１に示すように機体６と主ロータ・ハウジン
グ１００との間にアイソレータ１を挿入し、主ロータ・
ハウジング１００とヘリコプタ機体６のアイソレータ１
との結合部分に変位センサ２を配置し、相対変位を検知
するとともに、微分器３の操作によって、アイソレータ
挿入部の相対速度を感知し、コントローラ４によってア
イソレータ１の減衰力を周期的に変化させることにより
ヘリコプタ機体の振動を大幅に低減することを特徴とす
る。

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のロータに起
因する振動を軽減するための振動軽減装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の振動軽減装置を図１５〜図１８に
示す。

【０００３】図１５に示すものはおもり１２とばね１３
から構成される吸振器１１を１個または複数個、ヘリコ
プタ機体６に取り付けることにより、ロータで発生し、
機体に伝達されてくる振動を吸振器の運動エネルギに変
換し、吸振させようとするものである。

【０００４】図１６は主ロータの上部に主ロータと一緒
に回転する支持架４２とおもり１２を配置し、主ロータ
に発生した主ロータの回転面内の振動成分と回転遠心力
場内のおもり１２の剛体振子としての共振周波数を一致
させることにより、主ロータ回転面内の振動エネルギを
おもり１２の運動エネルギに変換し、振動を吸収させよ
うとするものである。

【０００５】図１７は主ロータの非回転部分である主ロ
ータ・ハウジング１００の下方部分を、支持ロッド８、
ばね１３、ダンパ５２を介してヘリコプタ機体６に結合
することにより、主ロータに発生した振動をばね１３に
よる絶縁作用とダンパ５２による吸収作用でヘリコプタ
機体への伝播を防止するものである。この方法によれば
ヘリコプタ機体に固定した座標系に対し主ロータに発生
する振動のロール方向とピッチ方向成分が軽減される。

【０００６】図１８は主ロータ・ハウジング１００をピ
ボット４５と油圧アクチュエータ４６を介して機体フレ
ーム５１に取付け、主ロータ・ハウジング側と機体フレ
ーム側の両方にセンサ４４を配置し、その信号によって
油圧アクチュエータ４６の運動をコントローラ４によっ
て制御を行なうものである。また、油圧アクチュエータ
４６にはサーボバルブ４８が取付けられており、コント
ローラ４の出力信号に基づいて油圧源４９から供給され
る油圧流量の入切操作をサーボバルブ４８によって行な
うものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上に示した従来の振
動軽減装置については、それぞれ、次に示すような欠点
がある。

【０００８】図１５に示すものは、主ロータに発生した
振動がヘリコプタ機体に伝わった後、機体の各所に取付
けられた吸振器１１によって振動エネルギを吸収するた
め、取付けられた機体部分の振動の状態、すなわち、ど
の程度の大きさで、どちらの方向に振れているかと云う
状態に応じて効果が左右され、ヘリコプタ機体の構造及
び装備品の配置から吸振器１１の取り付け箇所が制限さ
れることが多く、最適位置への配置がむずかしい。その
上、吸振器１１は原理的に１方向の振動を吸収するもの
であり、ヘリコプタ機体に伝達された振動は機体構造が
複雑なため、空間的に３次元のそれぞれの方向に成分を
有することとなり、１方向のみでは効果が小さくなる。
すなわち、この方式の振動軽減装置は、吸振器１１に要
する質量に比して、振動軽減効果は余り大きいものでは
ない。

【０００９】図１６に示すものは、主ロータの回転面内
の振動を吸収させるのみである。その上、主ロータのメ
ーンブレード５から生ずる振動はメーンブレードの回転
角とともに変化するが、吸振器１１は主ロータの回転と
共に一定の回転速度でまわり、おもり１２も等質量のも
のがまわるため、メーンブレードの回転と共に変動する
振動エネルギを完全に吸収し得ない。すなわち、この方
式のものも振動軽減には限度があって良好な効果は期待
できない。

【００１０】また、図１７に示すものは主ロータに生ず
る振動成分のうち、上下方向のものは支持ロッド８を介
してそのまま伝達される上に、ダンパ５２による減衰力
が常に作用するために、ばね１３による振動絶縁効果が
減じられ、主ロータからヘリコプタ機体６に伝達される
加振力を一定値以上にすることができない。そのため、
ある限度以上の振動軽減効果を期待することができな
い。

【００１１】最後に図１８に示すものは原理的には主ロ
ータに生じた振動の上下及び水平方向の成分を絶縁、吸
収し得る機能を有するが、油圧アクチュエータ４６には
主ロータに発生した揚力も推力も直接作用するため、強
度上、頑丈なものにする必要がある。また、振動軽減装
置の故障時にも主ロータが正常に機能し、安全に飛行を
継続できるような配慮が必要であり、振動軽減装置の信
頼性を確保するために、センサ４４、サーボバルブ４
８、コントローラ４等に冗長性を持たせた設計が必要な
ため、振動軽減装置としては非常に複雑で大掛りなもの
となる。そのため装置の質量が過大となり、製造コスト
も整備コストも大になるという問題を有している。本発
明はこれらの問題を解決するヘリコプタの振動軽減装置
を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

（第１の手段）

【００１３】本発明に係るヘリコプタの振動軽減装置
は、主ロータ・ハウジング１００の上部を複数の支持ロ
ッド８により、下部を複数のアイソレータ１を介して機
体６に取り付けたヘリコプタにおいて、アイソレータ１
と変位センサ２と微分器３とコントローラ４を具備し、
前記変位センサ２は、アイソレータ１の取付部の変位を
検出して検出信号をコントローラ４に出力し、前記微分
器３はアイソレータ取付部の相対速度を算出して算出信
号をコントローラ４に出力し、前記コントローラ４はア
イソレータ１に制御信号を出力してアイソレータ１の動
作をコントロールすることを特徴とする。 （第２の手段）

【００１４】本発明に係るヘリコプタの振動軽減装置
は、主ロータ・ハウジング１００を複数の支持ロッド８
により梁９に取付け、該梁９を結合金具１０を介して機
体に取付けたヘリコプタにおいて、吸収器１１を具備
し、

【００１５】前記吸収器１１は、梁９の両端に配置し、
主ロータの軽減したい振動成分の周波数と前記取付状態
における共振用周波数を一致させるとともに、前記支持
ロッド８を前記梁９の共振振動モードの節の位置以外に
取付け、前記結合金具１０を前記梁９の共振振動モード
の節の位置に取付けることを特徴とする。

【００１６】

【作用】最初に、アイソレータ１とこれに関係する構成
装置の作用について説明する。ｘ0 ，ｘ1 、をそれぞれ
主ロータ・ハウジング１００の座標、ヘリコプタ機体６
のアイソレータ１取付部の座標とし、ある周波数におけ
るそれぞれの変位、速度を考え、相対変位と相対速度の
様子を記述したものを図１２に示す。ここで、おもり１
２に作用するばね力は相対変位Δｘに、減衰力は相対速
度に比例し、また、ばね力はΔｘが正の時に上向きに、
減衰力も相対速度が正の時に上向きに作用することに着
目する。区間ａとｃではばね力と減衰力の向きが反対の
ため、それらの力を相殺するためにダンパの減衰が大き
くなるように、また、区間ｂとｄではばね力と減衰力が
同じ向きのため、ダンパの減衰をできるだけ、小さくす
ることによってその和を減らすように作用させる。以上
の操作によって図１２に示すおもり１２に作用する加振
力を大幅に減ずることができるので、図８に示すような
アイソレータを取付け、図１３のブロック線図に示す構
成で上記に示す動作を行なうことにより主ロータの有す
る横方向の振動を効率的に減ずることができる。次に、
梁９を挿入することによる作用を図４を参照しながら説
明する。図４は梁９の力学モデルを示す。

【００１７】梁９の共振周波数と遮断したい主ロータの
振動周波数が一致するように、梁９の諸元と吸振器のお
もり１７、ばね１８の諸元を選ぶ。このように設定した
状態で梁９の節の位置で梁９と機体を結合すれば、ロー
タに発生し支持ロッド８、梁９を伝播してきた加振力は
ヘリコプタ機体に対し仕事をしないので、その加振力は
ヘリコプタ機体に振動を起こさせることができない。な
お、梁９に吸振器１１を取付けるのは、機体との結合金
具１０を取付ける位置を実用的な場所に選ぶため、すな
わち、取付け間隔を余りにも小さくしないことと、梁９
の長さを実用的な範囲に収めるためである。

【００１８】吸振器のおもり１７とばね１８がなけれ
ば、この部分に大きな質量を搭載するか、または、梁を
非常に長くしないと機体結合部２０の間隔を適当な長さ
に選ぶことができない。

【００１９】また、吸振器をおもり１７とばね１８で構
成し、梁９の共振周波数でこのおもりのとばねからなる
系も共振状態とすることにより、おもり１７に大きな慣
性力を生じさせ梁９の力をバランスさせる。

【００２０】そのため、本発明の振動軽減装置は主ロー
タを振動源とする振動をヘリコプタ機体６に伝達しない
ようにするとともに、あらゆる方向の振動成分に対処で
き、振動絶縁度合いも大きいためヘリコプタ機体６の振
動軽減が効率良くできる。別の見方をすれば、同一の振
動軽減を達成させるための装置の質量を従来のものに比
し小さく抑えることができる。したがって、製造コス
ト、整備コストも小さくて済み、信頼性も高くできる。

【００２１】

【実施例】本発明の実施例を図１〜図１４に示す。 （第１実施例）本発明の第１実施例を図１、図２、図
８、図９及び図１４に示す。図１は第１実施例に係る振
動軽減装置のアイソレータ部の構成図を示す。

【００２２】図１に示すように主ロータ・ハウジング１
００をアイソレータ１及び支持ロッド８を４本介してヘ
リコプタ機体６に取付ける。そして、アイソレータ１の
取付部分の主ロータ・ハウジング側と機体側の相対変位
を感知するために、それぞれの側に変位センサ２を取付
ける。前記アイソレータ１と変位センサ２を組み合わせ
て４か所に配置し、主ロータにより主ロータ・ハウジン
グ１００の横方向に生ずる振動を変位センサ２による相
対変位と微分器３の操作による相対速度信号を用いて検
出し、コントローラ４によりアイソレータ１の動作を制
御する。

【００２３】次に、アイソレータ１の構造と動作を図８
を用いて説明する。図８に示すアイソレータは中央にピ
ストン３２を有し、シリンダ５３とアイソレータ・ケー
シング３６内にはシリコン・オイル３５が充填されてい
る。また、シリンダ５３の上方と下方の２箇所にはシリ
コン・オイル３５の流通口があけられている。アイソレ
ータ・ケーシング３６とシリンダ５３の中間部分にはバ
ルブ２６が配置されており、ピストン３２の円板部分に
は流体抵抗を生じさせるためのオリフィス３１が多数あ
けられている。また、ばね力を得るためにアイソレータ
・ケーシング３６の外側にコイルばね２１が取付けられ
ており、ピストン３２につながる結合端子Ａとアイソレ
ータ・ケーシング３６及びシリンダ５３に結合している
結合端子Ｂにコイルばね２１の両端が取付けられてい
る。図８のアイソレータの原理を模式的に説明したもの
が図９である。すなわち、バルブ２６の閉状態ではピス
トン３２の運動に伴うシリコン・オイル３５の移動はオ
リフィス３１を通過せねばならないため、抵抗が大き
い。従って大きな減衰力が得られる。一方、バルブが開
となるとバルブ部分がバイパス流路となるためシリコン
オイルの移動は容易となり、ピストン３２の運動に伴う
抵抗は非常に小さくなる。その結果、非常に小さな減衰
力しか得られないことになる。また、バルブ２６の開閉
動作は図１４のように、相対変位と相対速度の正負の符
号の組み合わせにより行なう。

【００２４】なお、図１に示すように、微分器３とコン
トローラ４はアイソレータ１とは別に離れた機体の機器
搭載区画等に配置される。次に共振梁による後半部分を
図２を参照しながら説明する。主ロータ・ハウジング１
００は４本の支持ロッド８により梁９に結合されてい
る。梁９は２本あり、それぞれの両端には吸振器１１が
取付けられており、吸振器１１はおもり１２、ばね１３
及びストッパ１４とそれらを収納支持する吸振器ケーシ
ング１０１から構成されている。そして、梁９の共振振
動モード形の節の位置に機体との結合金具１０を配置
し、ここでヘリコプタ機体６に結合させる。

【００２５】なお、図２ではアイソレータ１とこれに関
連する構成機器については図を繁雑化させないために省
略している。また、図２は梁９に対し上下方向の振動を
遮断することを前提にしたものとなっているが、梁９に
対し左右方向の振動を遮断する場合についても吸振器１
１の取付方向が変わるのみであり、まったく、同様の構
成によって対処することができる。 （第２実施例）

【００２６】本発明の第２実施例を図３に示す。第２実
施例は第１実施例の図２において、梁９のかわりにカー
ボン・エポキシ複合材梁１５を置き、両端の吸振器のう
ち、片端をエンジン１６に置換えたものである。この場
合、エンジンは通常かなりの質量を有し、わざわざ吸振
器のばね１８を配して振動に伴って発生する慣性力の増
幅工作を実施する必要が無いためエンジン１６は複合材
梁１５に直接取付けられている。 （第３実施例）本発明の第３実施例を図５及び図６に示
す。

【００２７】第３実施例は第１実施例の図２に示す吸振
器１１の他の構成を示すものである。吸振器１１は図５
に示すようにガイド棒１０２におもり１２を通し、上下
円滑に動くように作られており、おもりの上下両端にコ
イルばね２１を配し、これによって１自由度の振動系と
し、図２の梁９の共振周波数とほぼ等しい共振周波数に
なるようにコイルばね２１とおもり１２の諸元を選定す
る。また、図６はおもり１２を４枚の板ばね２２によっ
て支持したものであり、おもり１２の大振幅時の衝突防
止にストッパ・ゴム２３を配置したものである。 （第４実施例）本発明の第４実施例を図７に示す。

【００２８】図７は第１実施例の図１のアイソレータ１
の別の構成を示したもので、オリフィス付円板２５がド
ーナツ状板ばね２４によって支持され、内部にダンピン
グ・オイル２７が充填される。シリンダ５３にはバルブ
収納部３０が取付けられており、バルブ２６の開操作に
よってダンピング・オイル２７が連結孔２８を通ってバ
イパスできるようになっている。 （第５実施例）本発明の第５実施例を図１０に示す。

【００２９】図１０は第１実施例の図１のアイソレータ
１の別の構成を示したものであり、２重シリンダ内にオ
リフィス付円板４０とバルブ２６、ダンピング・オイル
２７があり、バルブの開操作によってダンピング・オイ
ルがバイパスできるように作られている。シリンダ５３
の周囲には、より線コイルばね３７が円周上に計８個配
置されており、より線コイルばね３７はばね結合棒Ａ３
８とばね結合棒Ｂ３９に取付けられて結合端子Ａ３３と
結合端子Ｂ３４の相対変位に対応してばね力が得られる
ようになっている。バルブ２６の開閉操作は図１４に示
す条件により行なわれる。

【００３０】

【発明の効果】本発明は前述のように構成されているの
で、以下に記載するような効果を奏する。 （１）ヘリコプタ機体の振動を大幅に低減させることが
できる。

【００３１】図１１は本発明の振動軽減装置を適用した
場合と適用しない場合のヘリコプタ機体床面での振動の
様子を振動の周波数パルス図として模式的に示したもの
である。ヘリコプタの振動は主ロータの回転に伴って生
ずるものであるため、振動の周波数パルスは主ロータの
回転周波数の高調波成分で構成され、更にメーンブレー
ド５の枚数に関与した成分がその最大の大きさを与える
特徴を有する周期振動である。そのため図１４に示すア
イソレータのバルブ開閉操作も周期的で簡単であり、ま
た、梁９の共振周波数の選定も容易なため、本発明の装
置は大きな振動軽減効果を有し、図１１に示したように
ヘリコプタ機体の振動の大きさを大幅に低減させること
ができる。 （２）ヘリコプタ機体のあらゆる部分の、どの方向の振
動も極めて小さくすることができる。

【００３２】本発明の装置は振動源である主ロータから
ヘリコプタ機体６に振動が伝わらないようにしたもので
あり、さらに、空間的なあらゆる方向の振動にも適確に
対処することができるため、ヘリコプタ機体６のあらゆ
る部分のどの方向の振動も極めて小さくすることができ
る。すなわち、従来の技術と対比すると、図１５及び図
１６に示す従来装置の欠点すなわち対処できる振動の方
向が限定され、軽減効果も余り大きなものが得られない
と云う欠点が全て解消される。

【００３３】また、図１７の従来装置と対比してもアイ
ソレータ１による振動絶縁効果は従来の装置よりかなり
大きく、その上、梁９によって上下方向の振動成分も遮
断するため振動の著しい軽減が得られる。次に、図１８
のものと対比した場合、装置の可動部であるアイソレー
タ１には主ロータに発生する揚力や推力のような大きな
力が入っていないので、すなわち、本発明の装置ではこ
れらは支持ロッド８で受持つので、アイソレータ１の強
度を図１８の油圧アクチュエータ４６のように頑強に作
る必要がない。 （３）軽量で製造コスト、整備コストも安価にできる。

【００３４】アイソレータ１の作動システムが故障して
も単に減衰力の伝達量が固定されるか、変動するのみで
あり、すなわち振動軽減効果が低下するのみであり、ヘ
リコプタの飛行安全を左右するような事態を生じさせな
い。従って、図１３に示すアイソレータ１の作動システ
ムに高度の冗長性を持たせる必要もなく、また、油圧源
４９も必要としない。そのため、軽量で製造コストと整
備コストが小で信頼性の高い振動軽減装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る振動軽減装置のアイ
ソレータ部の構成図。

【図２】本発明の第１実施例に係る振動軽減装置の共振
梁部の構成図。

【図３】本発明の第２実施例に係る振動軽減装置の共振
梁部の構成図。

【図４】本発明の振動軽減装置の共振梁部の原理説明
図。

【図５】本発明の第３実施例の吸振器（その１）を示す
図。

【図６】本発明の第３実施例の吸振器（その２）を示す
図。

【図７】本発明の第４実施例のアイソレータを示す図。

【図８】本発明の第１実施例のアイソレータの詳細構成
図。

【図９】図８のアイソレータの原理説明図。

【図１０】本発明の第５実施例のアイソレータを示す
図。

【図１１】ヘリコプタの機体振動の周波数スペクトルを
示す説明図。

【図１２】アイソレータの運動とバルブの開閉の関係を
示す説明図。

【図１３】アイソレータの制御ブロック線図。

【図１４】アイソレータの運動とバルブの開閉操作の関
係を示す図。

【図１５】従来の振動軽減装置の例１を示す図。

【図１６】従来の振動軽減装置の例２を示す図。

【図１７】従来の振動軽減装置の例３を示す図。

【図１８】従来の振動軽減装置の例４を示す図。

【符号の説明】

１…アイソレータ、２…変位センサ、３…微分器、４…
コントローラ、５…メーンブレード、６…ヘリコプタ機
体、７…主ロータシャフト、８…支持ロッド、９…梁、
１０…結合金具、１１…吸振器、１２…おもり、１３…
ばね、１４…ストッパ、１５…カーボン・エポキシ複合
材梁、１６…エンジン、１７…吸振器のおもり、１８…
吸振器のばね、１９…梁上部に積載されたメーンブレー
ド等の質量、２０…機体結合部、２１…コイルばね、２
２…板ばね、２３…ストッパ・ゴム、２４…ドーナツ状
板ばね、２５…オリフィス付円板、２６…バルブ、２７
…ダンピング・オイル、２８…連結孔、２９…結合端
子、３０…バルブ収納部、３１…オリフィス、３２…ピ
ストン、３３…結合端子Ａ、３４…結合端子Ｂ、３５…
シリコン・オイル、３６…アイソレータ・ケーシング、
３７…より線コイルばね、３８…ばね結合棒Ａ、３９…
ばね結合棒Ｂ、４０…オリフィス付円板、４１…アイソ
レータ本体、４２…支持架、４３…ギア・ボックス、４
４…センサ、４５…ピボット、４６…油圧アクチュエー
タ、４７…油圧アクチュエータ・ピストン、４８…サー
ボバルブ、４９…油圧源、５０…ギア・ボックス、５１
…機体フレーム、５２…ダンパ、５３…シリンダ、１０
０…主ロータ・ハウジング、１０１…吸振器ケーシン
グ、１０２…ガイド棒。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主ロータ・ハウジング（１００）の上部
   を複数の支持ロッド（８）により、下部を複数のアイソ
   レータ（１）を介して機体（６）“に取り付けたヘリコ
   プタにおいて、アイソレータ（１）と変位センサ（２）
   と微分器（３）とコントローラ（４）を具備し、 前記変位センサ（２）は、アイソレータ（１）の取付部
   の変位を検出して検出信号をコントローラ（４）に出力
   し、 前記微分器（３）はアイソレータ取付部の相対速度を算
   出して算出信号をコントローラ（４）に出力し、 前記コントローラ（４）はアイソレータ（１）に制御信
   号を出力してアイソレータ（１）の動作をコントロール
   することを特徴とするヘリコプタの振動軽減装置。
2. 【請求項２】 主ロータ・ハウジング（１００）を複数
   の支持ロッド（８）により梁（９）に取付け、該梁
   （９）を結合金具（１０）を介して機体に取付けたヘリ
   コプタにおいて、吸収器（１１）を具備し、 前記吸収器（１１）は、梁（９）の両端に配置し、主ロ
   ータの軽減したい振動成分の周波数と前記取付状態にお
   ける共振用周波数を一致させるとともに、前記支持ロッ
   ド（８）を前記梁（９）の共振振動モードの節の位置以
   外に取付け、前記結合金具（１０）を前記梁（９）の共
   振振動モードの節の位置に取付けることを特徴とするヘ
   リコプタの振動軽減装置。