JPH05505578A - 可変ツイスト羽根を備えたプロペラ - 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】 可変ツイスト羽根を備えたブロベラ ロ技術分野］ 本発明は、請求の範囲の請求項１に上位概念として記載した形式のプロペラに関 するものである。

［背景技術］ 航空機の推力を発生させるためにプロペラが運転される場合、可変ツイスト羽根 を備えたプロペラでは、諸飛行状＊＜離陸滑走、上昇飛行、巡航飛行）において 羽根全長にわたて最適の羽根設定角度を維持することが可能であり、これに伴っ て前記の諸飛行状態にとってその都度好ましい推力と効率及び最小限の騒音発　 −生という利点が得られる。ツイスト可能な羽根を有するプロペラを所ｉｌｌ　 ＶＴＯＬ機（垂直離着陸機）に採用した場合プロペラはホバリング飛行状態では 、巡航飛行の場合に対比して９０°旋回した位置でロータとして使用される。ま た、このような場合も羽根の可変ツイストは、設計時点によって規定されたただ １つの運転状態でしか最適の推力と効率及び最小限の騒音発生を伴う最適の設定 位置を有しないような、羽根のツイスト値が固定されたプロペラとは異なって、 前進飛行の諸段階においてもホバリング飛行段階においても共に羽根の全長にわ たって最適の羽根設定角を可能にする。

可変ツイスト羽根を備えたプロペラのための構造上の解決手段は種々提案されて いる。剛性の主桁材及びこれに当接する円錐形の調整管と相俟ってプロペラ羽根 内部のベルト系を介して羽根の可変ツイストを可能にすることは例えばドイツ連 邦共和国特許出願公開第２１６４６４８号明細書に基づいて公知になっている。

またドイツ連邦共和国特許出願公開第１５３１４７５号及びドイツ連邦共和国特 許出願公告第１５３１４７６号の各明細書には可変ツイスト羽根を備えたプロペ ラが記載されており、この場合ツイストは、桁材に設けられた螺旋形溝内をガイ ドされかつ該桁材上を軸方向に摺動可能なリブによって得られる。ドイツ連邦共 和国特許出願公告第１２８１２７１号明細書によれば、種々異なった流体を充填 することによって羽根中空室を羽根軸線を中心として回動させ、これによって羽 根の可変ツイストを可能にすることが記載されている。

可変ツイスト羽根を備えたプロペラを構成するための構造上の公知提案の欠点は 、高い遠心応力下で運転する場合には該可変ツイスト羽根が条件付きでしか適応 せず、またそればかりか、羽根の構造が極めて複雑であることである。

ＩＪ頭で述べた形式のプロペラは米国特許第２６２７９２８号明細書に基づいて 公知になっている。羽根桁材上に回動可能に配置された個々のリブは羽根前縁で は夫々１つの補強部材と、また羽根後縁では夫々１つ特表千５−５０５５７８　 （３） の羽根ばね部材と結合されている。最部位のリブを最内位のリブに対して調整す る場合、両者間に介在しているその他のリブは、羽根を被覆している外皮によっ て連行される。特に前記の羽根ばね部材は、遠心力を受けると予知不能に変形す る一種の連鎖系を形成するので運転中に、撓み振動及び捩じり振動が生じて、調 整可能という利点を再び無比することになる。

［発明の構成］ 本発明の課題は、冒頭で述べた形式のプロペラを改良して、ツイスト可変にする ためには弾性区域を必要とするにも拘らず羽根の高い遠心応力を充分吸収する一 方、遠心力の作用による弾性区域の不都合な調整並びに、これに基づいて生じる 羽根の幾何学形状の不都合な調整を防止するように、特に隣り合ったリプ間の連 結を行なうと共に、羽根の構造を単純化することである。

前記課題は、本発明によれば請求の範囲の請求項１に記載した構成手段によって 解決される。

本発明によれば桁材上に回動可能に配置されたリプ相互を、夫々少なくとも３個 のリブにわたって係合する単数又は複数のバーエレメントよって連結し、該パー エレメントを、桁材とバーエレメントとを通る平面内では曲げ弱さを有している のに対して、前記平面に対して垂直な平百内では曲げ剛さを有するように成形し たことによって、ツイスト可変のプロペラ羽根の基本構造が構造的に著しく単純 になる。外力の導入によって２個のリブを互いに相対的に回動させる場合、本発 明のように構成されかつ組込まれたバーエレメントは１本の螺線に沿って変形さ れ、その際、すべてのリブは、単数又は複数のバーエレメントによって桁材上で 回動され、これに基づいて、リブによって規定された羽根基本構造の連続的なツ イストが生じることになる。

リブの調整をどのように行なうかは請求項２に記載した通りである。重要な点は 、１本のバーエレメントによって覆われる２個のリブが相対的に調整されること である。特に有利には、羽根基根部に位置している最内位のリブと羽根先端部に 配置された最部位のリブとが相対的に回動される。最内位のリブと最部位のリブ との間に介在するその他のリブは、前記の単数又は複数のバーエレメントによっ て所望の中間位置へ強制的に調整される。

本発明の有利な実施態様は請求項４から明らかである。構造的に規定された遊び の範囲内でバーエレメントがパーエレメント縦軸線に沿ってリブに対して摺動で きるように、リブとバーエレメントとの連結部位を構成することによって、２個 のリブの相対回動時にバーエレメントに対する引張り力又は圧縮力が生じること はない。この構成によって、並びに桁材上での側方移動不能にリブを位置決めし たことによってプロペラ運転時に、リブに対して作用する遠心力を前記バーエレ メントによって吸収する必要がなくなり、従ってバーエレメントに対する遠心力 、ひいては調整装置に対する間接的な遠心力の作用を僅かにすることが有利に保 証される。

このような構成では羽根ツイスト時に、隣接し合ったリブ間で羽根の表面には、 桁材から羽根前縁又は羽根後縁の方へ向かって増大する小さな高さ段差が必然的 に生じる。この高さ段差は請求項５に記載した構成手段を使用することによって 特に有利な形式で均すことができる。

本発明の有利な実施態様は、請求項６に記載したように、リブが複数のリプセグ メントに分割されており、これらのリブセグメントが、桁材に対して直角な方向 に延びるリプ縦軸線を中心として相対的に回動可能である点にある。これによっ てリブは一層良好にツイストに適合することが可能になるので、羽根ツイスト時 の羽根間の前記高さ段差は有利に無視できるほど小さくなる。羽根のツイストに 対する個々のリブセグメントの適合は、請求項７に記載したようにリブセグメン トと、該リブセグメントに配設されたバーエレメントとを回動不能に機械的に結 合することによって、或いは請求項１６に記載したようにプロペラ羽根を被覆す る弾性層の力作用によって、或いはまた請求項１５に記載したようにリブ間の間 隙を粘稠弾性材料によって埋めることによって行なうことができる。

リブセグメントの相対的な回動、要するに個々のリブの捩じれは、請求項８乃至 １３に記載したような調整装置をもってリブを構成した場合にも有利に発生させ ることができる。

本発明では羽根のツイストと同時に個々のリブの捩じれも生じるように調整装置 を構成することによって、比較的簡単な形式で大きな高さ段差のない連続的な羽 根表面が得られるので有利である。桁材に対比して僅かに異なった回動を導入さ せる調整装置の少なくとも２つの係合部位を並列的に位置させることによってリ ブの捩じれは比較的簡単に得られる。本発明では、羽根断面影輪郭に適合して非 弾性材料から成形されたフラットエレメントをリブの基本構造として使用するこ とが可能であるので、これによって一方では回転するプロペラ羽根は高い遠心力 に耐えることができ、また他方では、要求される僅がな範囲の捩じれ可能性が得 られる。捩じれ可能性のために必要なフレキシビリティを高めるために本発明で は、フラットエレメントにスリットを設けることも可能である。場合によっては 該フラットエレメントは単数又は複数の部位で、羽根断面形を変化させる変形力 に抗して支持されていてもよい。本発明の特に有利な実施！！１様では、各リブ 毎に、リブ縦軸線の方向、要するに桁材に対して直角な方向に延在していて桁材 上で回動可能な複数本のリブロッドが設けられており、該リブロッドは、羽根断 面影輪郭に従ったフラットエレメントを支持している一方、該リブロッドには調 整装置つまりバーエレメントが係合しており、この場合、１個のリブの２本の隣 り合ったりプロットにおいて導入される回動は僅かに異なっているので、これに よってリブの捩じれが同時に生じる。殊に有利なことには、２本のバーエレメン トは羽根前縁側と羽根後縁側とで桁材に対して平行に延在しており、従って前記 係合部位は桁材の両側で配置されている。リブロッドは支承リングによって桁材 上で回動可能に支承されており、この場合の支承リングは、羽根断面影輪郭を変 化させる変形力に抗してフラットエレメントを支持するために使用できるように 構成されている。

［図面の簡単な説明］ 図１は本発明の第１実施例によるプロペラの一部断面して示した図である。

図２はＮ２実施例によるプロペラの部分的な斜視図である。

図３は図２のＩ　Ｉ　Ｉ−Ｉ　Ｉ　Ｉ断面線に沿った断面図である。

［発明を実施するための最良の形態コ 次に、２つの実施例を示した図面に基づいて本発明及びその有利な構成並びに利 点を詳説する。

図１には本発明のプロペラの一部分が図示されている。該プロペラは、捩じり剛 さ・曲げ剛さ並びに引張り強さを有する円筒形に構成された桁材１を備え、該桁 材には、羽根基板部２から羽根先端部３に至るまで複数のリブ４，５．６が前記 桁材１を中心として回動可能に配置されている。前記の各リブは夫々第１と第２ のリブセグメント７．８．９．　１ｏ＋１ｉ、１２がら構成されており、しかも 各リブ４，５．６の第１リブセグメント７．９．１１は、桁材ｌの外周面に設け られたスリーブ１３において（特にリブセグメント９を参照のこと）桁材軸線を 中心として回動可能に支承されている。また桁材の外周にはリング１４．１５が 固定されており、該リングによって第１リブセグメントは、運転時に矢印Ｆの方 向に作用する遠心力に基づいて桁材１上で使方にずれるのを防止されている。各 リブの第２リブセグメント８，１０．１２は夫々１本の円筒ビン１６，１７．１ ８によって第１リブセグメント７．９．１１と連結されている。第１リブセグメ ント７．９．１１の各々は、桁材から離反した方の終端区分内に１つの凹設部を 有している。但し図面ではリブセグメント９の凹設部９ａだけが例示されている にすぎない、Ｍ凹設部内には、円筒ビン１６，１７゜１８を回転可能に軸支した スリーブ１９が嵌装されている。第２リブセグメント８，１０．１２は円筒ビン １６．１７．１８と固着結合されているので、第２リブセグメント８，１０．１ ２は円筒ビン１６〜１８を介して第１リブセグメント７．９．１１と回動可能に 連結されている。

３個のリブ４，５．６には１本のバーエレメント２０が被さっており、該バーエ レメントは、羽根後縁寄りの側で桁材１に平行に延在している。バーエレメント ２０は各円筒ビン１６〜１８の区域で夫々リブ４゜５．６と連結されており、し かも円筒ビン１６，１７゜１８は、バーエレメント２０内に穿設した長大（図１ では図示せず）を貫通してガイドされている。バーエレメント２０は、例えば図 ２及び図３に示した実施例の相当のバーエレメントから判るように細長い長方形 横断面を有する扁平帯材として構成されており、図１では該扁平帯材の狭幅辺が 図示されているにすぎない。

バーエレメントはその横断面形状に基づいて、本発明によればプロペラ羽根の張 設平面内では曲げ軟性であり、該張設平面に対して垂直な平面内では曲げ剛さを 有している。換言すれば該バーエレメントは、因子面に対して垂直に延びる軸線 を中心としては湾曲し易くかつ僅かな曲げ剛さを有しているのに対して、因子面 内に位置していて円筒ビン１７の回転軸線に相当しかつ桁材の縦軸線に対して垂 直方向に方位づけられた軸線を中心としては高い曲げ剛さを有している。

前記円筒ビン１６，１７．１８は殊に有利には、バーエレメント２０の長穴を通 ってガイドされている区域では方形横断面に構成されている。これによってバ− エレメント２０と第２リプセグメント８，１０．１２との間で捩じれのない機械 的な結合が得られる。

羽根先端部３に配置された部位リブ６は、第１リプセグメント１１と桁材ｌとを 直角に貫通するビン２１によって該桁材１上に相対回動不能に固定されている。

羽根基根部に配置された内位リブ４は調整装置を介して桁材ｌに対して相対回動 可能である。図１では、調整装置のうち、調整力を伝達するビン２２だけが図示 されているにすぎないが、該ビン２２はリブ４の第１リブセグメント７と固定的 に結合されている。リブ４〜６の相互間に位置している間＋１１２３．２４，２ ５゜２６並びに第１と第２のリブセグメント間に位置している間隙２７，２８． ２９は有利には弾性材料で埋められているのに対して、リブセグメント自体は、 高い遠心力の作用を受けても全（か又は僅かしか弾性変形しない硬質材料から成 っている。

プロペラ羽根は、リブ４〜６又はリブセグメント７〜１２上に載設された弾性薄 層３０によって被覆されている。

本発明の別の実施例は図２及び図３から明らかである。

図２に示したプロペラ羽根は、捩じれ剛さと曲げ剛さを有する桁材４０を備え、 該桁材上にリブ４１，４２が回動可能に支承されている。各リブは、断面輪郭に 相応して成形されたフラットエレメント４３，４４゜４５を有している。これら のフラットエレメントのうち、フラットエレメント４３はプロペラ羽根の羽根前 縁を、またフラットエレメント４５は羽根後縁を形成している。従ってフラット エレメント４３と４５は、箱状に事実上閉じられて成形されており、しかも該フ ラットエレメント４３．４５の桁材寄り内位壁は、各フラットエレメント４３． ４５の両端部４６と４７；５２と５３をオーバーラツプさせることによって形成 されている。中央のフラットエレメント４４は２つのＵ形部分エレメント５４と ５５から構成されており、各Ｕ形部分エレメントの両脚片４８，４９　；５０， ５１もやはりオーバーラツプしており、これによって、両Ｕ形部分エレメント５ ４．５５は１つの閉じた箱を形成する。桁材４０上のリブ４１，４２を回動する ための調整装置としては、桁材４ｏに平行に延在する本発明の２本のバーエレメ ント５６及び５７が使用される。

各リブ４１，４２は、リブ縦軸線方向で桁材４０に対して垂直に延在する２本の 並列配置されたりプロット６０．６１を有し、各リブロッドは、夫々１つの支承 リング５８．５９と固定的に結合されており、かつ該支承リングによって桁材４ ０の外周面に相対回動可能に支承されている。支承リング５８及び５９は桁材４ ０を内包している。桁材４０の両側で該桁材に平行に延在していて図１のバーエ レメント２０と同等の形式で構成・配置されたバーエレメント５６と５７はりプ ロット６０．６１によって貫通係合されており、この場合バーエレメント５６． ５７は長穴６２，６３；６４．６５を有し、該長穴は、羽根ツイスト変化時にリ ブロッド６０．６１に対してバーエレメント５６゜５７の成る程度の可動を許容 する。

リブロンドロ０．６１を介して個々のリブ４１，４２は所属のリブ縦軸線を中心 として回動される。換言すれば長大６２，６３．６４．６５を介してバーエレメ ント５６．５７はりプロット６０．６１と連結されており、かつ該リブロッドに 、ひいてはリブに調整力を導入する訳である。

リブロッド６０．６１は、フラットエレメント４３゜４４．４５のオーバーラツ プした両端部を貫通して延在しているので、フラットエレメント４３〜４５もリ ブロッド６０．６１と連結されている。

該リブロッド６０．６１が桁材４０上でパーニレメン１−５６．５７によって異 なった角度で回動されて、バーエレメント５６．５７が１つの螺線に合わせて調 整され、かつ、リブロッド６０．６１がこの調整に追従せねばならない場合には 、リブセグメントとしてのフラットエレメント４３〜４５は、互いに相対的にか つ独自に回動するので、平滑な全表面が形成される。

２つの部位６６．６７ではＵ形部分エレメント５４及び５５は、外部から作用し て羽根断面影輪郭を変化させる力に抗して支承リング５９．５８に支持される。

プロペラ羽根は、フラットエレメント４３〜４５上に載設される弾性層６８によ って被覆されている（図２参照）。

も ＼Ｌ 要　約　書 ［要約］ 桁材（１）を有し、該桁材上には、調整装置よって前記桁材（１）の軸線を中心 として相対回動可能な複数個のリプ（４，５，６）を配置しており、かつ、２個 のリブの相対回動時に前記調整装置を介して別のリプを一緒に強制的に調整する 少なくとも１つの連結部材（２０；１６，１７．１８）を有する形式の、可変ツ イスト羽根を備えたプロペラにおける本発明の要旨とするところは、前記連結部 材が、桁材（１）にほぼ平行に延在する少なくとも１本のパーエレメント（２０ ）であり、該バーエレメントが、前記の桁材（１）とパーエレメント（２０）と を通って張られる平面内では比較的曲げ弱さを、また該平面に対して垂直な平面 内では比較的曲げ剛さを有するように構成されておりかつ少なくとも３個のリブ （４，５，６）を互いに連結していて、少なくともバーエレメントが、２個のリ ブの相対回動時に前記桁材をめぐる螺線に沿って変形しかつ別のリプを該螺線上 で連行するようにした点にある。（図１） 国際調査報告 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．桁材（１，４０）を有し、該桁材上には、調整装置によって前記桁材（１， ４０）の軸線を中心として相相対回動可能な複数個のリブ（４，５，６；４１， ４２）を配置しており、かつ、２個のリブの相対回動時に前記調整装置を介して 別のリブを一緒に強制的に調整する少なくとも１つの連結部材（２０；５６，５ ７；１６，１７，１８；６０，６１）を有する形式の、可変ツイスト羽根を備え たプロペラにおいて、連結部材が、桁材（１，４０）にほぼ平行に延在する少な くとも１本のバーエレメント（２０；５６，５７）であり、該バーエレメントが 、前記の桁材（１，４０）とバーエレメント（２０；５６，５７）とを通って張 られる平面内では比較的曲げ弱さを、また該平面に対して垂直な平面内では比較 的曲げ剛さを有するように構成されておりかつ少なくとも３個のリブ（４，５， ６；４１，４２）を互いに連結していて、少なくともバーエレメントが、２個の リブの相対回動時に前記桁材をめぐる螺線に沿って変形しかつ別のリブを該螺線 上で連行するようにしたことを特徴とする、可変ツイスト羽根を備えたプロペラ 。
2. ２．桁材（１）上に配置された第１のリブ（４，５，６）、殊に有利には羽根先 端部（３）に配置された外位リブ（６）が前記桁材上に回動不能に固定されてお り、かつ、該桁材上に配置された第２のリブ、殊に有利には羽根基根部（２）に 配置された内位リブ（４）が調整装置を介して前記桁材上を回動可能である、請 求項１記載のプロペラ。
3. ３．リブ（４〜６）とバーエレメント（２０）との連結部位が、リブの縦方向に 通る軸線を中心として回動可能に構成されている、請求項１又は２記載のプロペ ラ。
4. ４．リブ（４〜６）とバーエレメント（２０；５６，５７）との連結部位は、該 バーエレメントが、該バーエレメントと桁材（１，４０）とを通って張られる平 面内で、バーエレメント縦軸線上で構造的に規定された遊びの範囲内でリブに対 して摺動できるように構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載 のプロペラ。
5. ５．桁材（１，４０）上に配置されたリブ（４〜６；４１，４２）がリブ縦軸線 を中心として捩じリ弱く構成されており、かつリブ相互の調整時には前記リブ縦 軸線を中心として同時に回動される、請求項１から４までのいずれか１項記載の プロペラ。
6. ６．桁材（１，４０）上に回動可能に配置されたリブ（４，５，６；４１，４２ ）が該リブの縦軸線に沿ってリブセグメント（７，８，９，１０，１１，１２； ４３，４４，４５）に分割されており、該リブセグメントがリブ縦軸線を中心と して相対的に回動可能であり、かつ第１リブセグメント（７，９，１１）が前記 桁材上に回動可能に支承されている、請求項５記載のプロペラ。
7. ７．第１リブセグメント（７，９，１１）と直接又は間接に連結された第２リブ セグメント（８，１０，１２）が、該第２リブセグメントに配設されたバーエレ メント（２０）と回動不能に結合されている、請求項６記載のプロペラ。
8. ８．リブ（４１，４２）又はリブセグメント（４３，４４，４５）が、リブの縦 方向にかつ桁材（４０）に対して垂直方向に延在していて該桁材上に回動可能に 配置された少なくとも１本のリブロッド（６０，６１）に支承されており、該リ ブロッドは最大限でもほぼ羽根断面形深さ全体にわたって延びかつ少なくとも１ 本のバーエレメント（５６，５７）と連結されており、該バーエレメントはリブ の相対回動時に所属のリブロッドを桁材上で異なった度合で回動させてリブの捩 じれ又はリブセグメントの回動を生じさせる、請求項５から７までのいずれか１ 項記載のプロペラ。
9. ９．各リブ毎に少なくとも２本のリブロッド（６０，６１）が設けられており、 該リブロッドが少なくとも１本のバーエレメント（５６，５７）と連結されてお り、調整時に少なくとも１本のバーエレメントによって前記リブロッドを桁材上 で異なった度合で回動させるようにした、請求項８記載のプロペラ。
10. １０．各リブが基本構造として、羽根断面形輪郭に従って成形された非弾性材料 から成る単数又は複数のフラットエレメント（４３，５４，５５，４５）を有し ている、請求項１から９までのいずれか１項記載のプロペラ。
11. １１．非弾性材料から成るフラットエレメントが、リブの基本構造に相応したス リット、殊に有利には縦軸線方向のスリットを有している、請求項１０記載のプ ロペラ。
12. １２．羽根断面形輪郭に従って成形された非弾性材料から成るフラットエレメン トが、単数又は複数の部位（６６，６７）で、羽根断面形を変化させる変形力に 抗して支持されている、請求項１０又は１１記載のプロペラ。
13. １３．羽根断面形輪郭に相応して成形されたフラットエレメントがリブロッド（ ６０，６１）と機械的に連結されている、請求項１０から１２までのいずれか１ 項記載のプロペラ。
14. １４．リブの、羽根前縁を形成するフラットエレメント（４３）並びに羽根後縁 を形成するフラットエレメント（４５）が箱状に構成されており、しかも前記の 各フラットエレメントの両終端区域（４６，４７；５２，５３）がオーバーラッ ブするように構成されており、また前記の両フラットエレメント間に介在する２ つのフラットエレメント（４４，５５）がＵ形状に構成されており、しかもこの 両フラットエレメント（４４，５５）の、相互方向に向い合うＵ形脚片の脚片端 部（４８，４９；５０，５１）が互いにオーバーラッブしており、かつ、リブロ ッド（６０，６１）が、前記のオーバーラッブし合う区域を貫通している、請求 項１３記載のプロペラ。
15. １５．桁材（１，４０）上で回動可能に配置されたリブ（４〜６；４１，４２） 間又はリブセグメント間に間隙が設けられており、該間隙が殊に有利には粘稠弾 性質のプラスチックフォーム又は他の粘稠弾性材料によって埋められている、請 求項１から１４までのいずれか１項記載のプロペラ。
16. １６．プロペラ羽根が弾性層（３０，６８）で被覆されている、請求項１から１ ５までのいずれか１項記載のプロペラ。
17. １７．桁材（１，４０）がその軸線を中心として回動可能である、請求項１から １６までのいずれか１項記載のプロペラ。
18. １８．リブ（４〜６）がバーから成り、かつ、プロペラの羽根断面形が、桁材（ １）とリブとバーエレメント（２０）によって与えられる基本構造をめぐって発 泡成形することによって形成されている、請求項１から１７までのいずれか１項 記載のプロペラ。