JPH06340292A - ヘリコプタの主ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】ロータがアイドル状態のときにブレードを支持
するための可動部材を無くすることができるロータを提
供する。 【構成】ヘリコプタの主ロータが複数のブレード４を有
し、駆動軸が上端のハブ３を支えている。ハブ３は、駆
動軸と一体かつ同軸の強固な環状体５と、弾性的に変形
可能なトロイド状体１４、とを具備する。トロイド状体
１４は、環状体５と共に閉断面のトロイド状組立体１４
ａを区画形成するために、環状体５を取り囲み、かつ、
それと接続されている。各ブレード４は、接続要素２２
によってハブ３に接続されている。接続要素２２は、少
なくとも部分的に環状体５と、トロイド状体１４とを貫
通して延在しており、環状体とトロイド状体にそれぞれ
第一３３及び第二３５の球面弾性軸受によって接続され
ている。

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主ロータに
関する。とくに、本発明は、その軸線のまわりに回るよ
うに設計された駆動軸、駆動軸と一体になったハブ、ハ
ブから実質的に半径方向外向きに伸びていて、それぞれ
をハブに接続するための接続装置を有する複数のブレー
ド、前記各接続装置に接続されたピッチ変更装置、前記
の各接続装置をハブに接続するための手段、を具備する
タイプのロータに関する。前記接続手段は、各接続装置
とハブの間に位置する第一の球面弾性軸受を具備し、各
ブレードの焦点を区画形成する。

【０００２】

【従来の技術】前記タイプの既知のロータは、一般的に
“半剛性”と称されていて、その中で、前記各接続装置
が、ハブと各ブレードの間に位置していて、遠心力とせ
ん断応力の一部による両方の負荷を吸収するように設計
された各弾性要素を具備する。

【０００３】前記タイプの既知のロータの主な欠点は、
その一端でハブと一体になっていて、ハブから半径方向
外側に伸びている金属ブレードを通常具備していて、ロ
ータが動作しているときは比較的低剛性にして、ロータ
がアイドル状態になっていて風を受ける可能性があると
きに比較的高い剛性にするという矛盾した条件に対し
て、前記弾性要素が適応していないことである。必要な
制御モーメントを発生するために、各ブレードに働くせ
ん断力に応じて飛行中に変形できることに加えて、前記
弾性要素は、また、ロータがアイドル状態のときに地面
に対してブレードを正しい位置に保持することが求めら
れる。

【０００４】そのような矛盾し合った条件を、実際的方
法で実現できることは、もしあったとしても稀であるの
で、ロータがアイドル状態のときにブレードを支持する
ために、前記タイプの既知のロータは、通常、いわゆる
“関節付き”のロータで用いられているタイプの可動支
持要素を通常備えている。

【０００５】前記タイプの既知の“半剛性”のロータに
関して、さらに指摘すべき点は、ブレードの周期的およ
び集合的のピッチ制御が前記弾性要素のねじり変形に依
存していて、ピッチ変更制御で生じる応力を許容限度内
に維持するために、前記弾性要素を比較的長くしなけれ
ばならない。

【０００６】上記の結果として、前記タイプの既知のロ
ータのハブの直径とそれによる抗力は通常かなりのもの
になる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ロー
タがアイドル状態のときにブレードを支持するための可
動部材を無くすことができるように設計された前記タイ
プのロータを提供することである。

【０００８】本発明のさらなる目的は、設計目的に比較
的率直に対応することと直径を比較的小さくすることの
両方を満したハブを備えた前記タイプのロータを提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明によれば、前記ハブが、前記駆動軸と一体で、かつ同
軸の環状体と、閉断面のトロイド状組立体を前記の環状
体と共に区画形成するために、前記環状体を取り囲み、
かつ、前記環状体に接続された弾性的に変形可能なトロ
イド状体と、前記トロイド状体を貫通し、前記環状体を
少なくとも部分的に貫通して延在する前記各接続装置
と、各前記接続装置と前記トロイド状体の間に位置する
第二の球面弾性軸受を具備する前記接続手段、とを具備
することを特徴とする前記タイプのロータが提供され
る。

【００１０】本発明の限定しない実施態様を添付図を参
照した例によって説明する。

【００１１】

【実施例】図１及び２の番号１はヘリコプタ（図示せ
ず）の主ロータを示している。ロータ１は実質的に垂直
に延在し、その下端が減速用歯車ケース（図示せず）の
出力側に所定角度で接続されている筒状の駆動軸２を具
備する。減速用歯車ケースはヘリコプタの駆動部（図示
せず）の出力側に接続されている。

【００１２】図２に示すように、駆動軸２の上端をハブ
３に接続することによって、ハブ３から実質的に半径方
向外向きに延在する複数のブレード４を駆動軸２に接続
している。

【００１３】ハブ３は、駆動軸２の上端で環状突起６か
ら上方に延在する環状体５を具備する。環状体５は、円
筒形で駆動軸２の軸線７と同軸であり、駆動軸２の端部
の延長になっていて、駆動軸２と一体になっている。

【００１４】環状体５の底部は、環状突起６から外向き
に延在する環状フランジ８によって区画形成され、上部
は凹面側を下向きに取付けられたカップ状のベル９によ
って閉じられており、このベル９が環状体５の上端に接
している円筒形の側壁１０を具備する。とくに、側壁１
０には外側環状フランジ１１を設けて、環状体５の上端
と共に溝１２を区画形成し、この溝１２は、ベル９を環
状体５に接続するためにねじ１３が通るのに適する。

【００１５】ハブ３は、また、環状体５を取り囲み、実
質的にＣ形の断面を有し、その凹面側を環状体５に向け
ているトロイド状体１４を具備する。トロイド状体１４
は、好ましくは、複合合成材料から作られていて、実質
的に円筒形で軸線７と同軸の中間部１５と、中間部１５
の上端と下端からそれぞれ内側に延在する二つの環状の
フランジ１６及び１７とを具備する。

【００１６】フランジ１６及び１７を環状体５の両端に
接続することによって、トロイド状体１４が環状体５と
一体に接続される。とくに、フランジ１６の内側縁が溝
１２に係合し、溝１２の内側にねじ１３によって取付け
られている。一方、フランジ１７の内側縁は、フランジ
８に当接し、複数の通しボルト１８によってフランジ８
に接続されている。それで開放断面のトロイド状体１４
が、環状体５と共に閉断面のトロイド状組立体１４ａを
形成する。

【００１７】図２に示すように、ベル９は軸線７と実質
的に垂直で、凸面カバー２０が取付けられた上部壁１９
を有し、凸面カバー２０は、軸線７と同軸で、縁２１に
よってトロイド状体１４の中間部１５の外面に当接して
いる。

【００１８】各ブレード４の内側端部は、接続要素２２
によってハブ３に接続されている。接続要素２２は、駆
動軸２に対して実質的に半径方向に、各ブレード４の軸
線と一致する各軸線２３に沿って延在している。各接続
要素２２は、フランジ１６と１７の間に位置している。
フランジ１６及び１７の少なくとも一方が円錐形でその
凹面側が外側を向いている。いずれの場合も、図２に示
すように、ブレード４が安定した浮上の“円錐形”上を
動く時、軸線２３と中心の軸線７を通る平面内にあるフ
ランジ１６及び１７の母線が軸線２３上の点“Ｋ”に集
まるようなフランジ１６及び１７の形状である。

【００１９】各接続要素２２は、その外側端部におい
て、軸線７と実質的に平行な２本のボルト２５によって
各ブレード４の内側端部に接続されているフォーク２４
と、その内側端部において、フォーク２４と一体のロッ
ド２６とを具備する。ロッド２６には、軸孔２７があ
り、軸線７に向って軸孔２７から突出していて、軸線２
３上にその中心Ｂを有する球面ヘッド２９において止め
られている円筒ロッド２８が、軸孔２７に係合する。各
接続要素２２は、環状体５貫通して形成されている実質
的に半径方向の孔３０と、トロイド状体１４の貫通部１
５を形成している実質的に半径方向の孔３１とを係合す
る。

【００２０】各孔３０は、それぞれの球面弾性軸受３３
の外側シュー３２によって係合される。その内側シュー
は各球面ヘッド２９によって区画形成され、この各球面
ヘッド２９がそれぞれの外側シュー３２に強化弾性材料
の層３４を介して接続されている。

【００２１】各接続要素２２は、その凹面側を軸線７に
向けて取付けられた別の球面弾性軸受３５によってトロ
イド状体に固定されている。各軸受３５は、トロイド状
体１４の内側の各軸線２３上にその中心Ｃを有し、環状
部１５と一体に接続され、各孔３１と同軸の環状外側シ
ュー３６と、各軸線２３と同軸で強化弾性材料の環状層
３８によって外側シュー３６に接続された環状内側シュ
ー３７とを具備する。内側シュー３７は、カップリング
３９の端部と一体になっている。カップリング３９は、
各ロッド２６に取付けられ、互いに垂直な２つの直径方
向ボルト４０が通るのに適している。カップリング３
９、各ロッド２６、各ロッド２８を互いに一体にするた
めに、内側シュー３７がカップリング３９に沿って軸方
向に偏倚している。カップリング３９は、さらに、全体
として４２として示されているピッチ変更装置（図２）
に各ブレード４を接続するために実質的に半径方向外向
きのフォーク４１を有する。

【００２２】とくに図２に示すように、ピッチ変更装置
４２は、駆動軸２内に組込まれ、その下端（図示せず）
で前記駆動部のケース（図示せず）と一体に接続されて
いる筒状で実質的に円筒形の軸４３を具備する。軸４３
の上部は、ハブ３を越えて延在し、軸受４５を介して、
ベル９の上部壁１９の中央突起４７を貫通して形成され
ている孔４６に係合している。

【００２３】ピッチ変更装置４２は、さらに、軸４３の
上端部分において、回転可能で、かつ、軸方向に摺動で
きるように取付けられた円筒カップリング４９を具備す
る。カップリング４９の上部は、球状クラウン形の表面
５１によって外側に区画形成された拡大部またはヘッド
５０から成っている。一方、カップリング４９の下部
は、外側半径タブ５２を有する。

【００２４】カップリング４９の下において、軸４３に
別の円筒カップリング５３が一体に取付けられている。
円筒カップリング５３は、リンク５５によってタブ５２
に接続された外側半径方向タブ５４を有している。リン
ク５５によって、カップリング４９が軸４３に沿って軸
方向に移動できる。同時に、カップリング４９が軸４３
の軸線まわりに回転しないようにしている。

【００２５】ピッチ変更装置４２は、さらに、ベル９の
下で軸４３に支持され、表面５１に接続された球状中央
取付座５７を有する既知の“搖動板”組立体５６を具備
する。とくに図２に示すように、組立体５６は、以後
“固定リング”と称する内側リング５８を具備してい
る。固定リング５８は、既知の方法（図示せず）でヘッ
ド５０に所定角度で固定され、ヘッド５０に関してどの
方向にも、また、表面５１の中心まわりに描動できる
が、軸４３の軸線まわりの回転ができない。固定リング
５８は、以後“回転リング”と称する外側のリング６Ｏ
に軸受５９の介在によって回転できるように取付けられ
ている。

【００２６】ブレード４と同数の球面ジョイント６２
（そのうちの１つだけが図示されている）によって、固
定リング５８の底部は、各ピッチ変更制御ロッド６３の
上端に接続されている。ロッド６３は、駆動軸２の内面
と軸４３の外面の間の環状空間６４の内側で下向きに延
在している。

【００２７】回転リング６０の外面からブレード４と同
数の複数のアーム６５（そのうちの１つだけが図示され
ている）と、フォーク６６（そのうちの１つだけが図示
されている）が半径方向外向きに突出している。フォー
ク６６は、各リンク６７によって回転リング６０を筒状
側壁１０に接続するためのものである。

【００２８】各アーム６５が、環状体５の上端を越え
て、環状体５の半径方向外向きに延在し、各接続ロッド
６８によって各フォーク４１に接続されている。各接続
ロッド６８は、トロイド状体１４のフランジ１６を貫通
して形成されている各開口部６９を通って延在してい
る。

【００２９】周期的および集合的にブレード４のピッチ
を変えるために、ロッド６３、搖動板の組立体５６、ア
ーム６５、接続ロッド６８、フォーク４１を用いる方法
は既知であるので、さらに説明する必要はない。

【００３０】言うまでもないが、ここで述べたいわゆる
“内部伝達”装置４２、すなわち、実質的に駆動軸２の
内部に、内部固定軸４３、ロッド６３、搖動板の組立体
５６を備えた装置４２を、既知のいわゆる“外部伝達”
のピッチ変更装置（図示せず）で置換することは、この
特定分野の技術者であれば行える。

【００３１】しかしながら、ブレード４とハブ３との間
の接続についてある種の構造上の、そして、操作上の特
徴について若干の言及をすべきである。

【００３２】本明細書で述べているロータ１の第一の構
造上の特徴は、極端にコンパクトで空力的に“障害物の
ない”ロータを実現するために用いられているトロイド
状体１４にある。

【００３３】比較的小さな直径のハブ３を用いて、各ブ
レードの焦点Ｂと軸線７の間が比較的小さな距離（以後
“距離Ｂ−７”と称する）になり、それゆえ、理論的に
制御モーメントが比較的小さくなるけれども、実際に
は、トロイド状体１４の局部的な軸方向の変形のため
に、ロータ１は、比較的大きな実際の制御モーメントに
対応するように提供されている。

【００３４】一定の制御モーメントに対して、前記距離
Ｂ−７の減少によって、ロータ、結果としてヘリコプタ
自体の振動を相当に減少する。実際、距離Ｂ−７は、さ
らに、ブレードによって伝達される、およびブレードに
加えられる動的および空力的な力の連続的非対称性から
生じる交番せん断力によって生じるモーメントに比例す
る。

【００３５】さらに、前記安定浮上の円錐形での各ブレ
ード４の軸線２３がポイント“Ｋ”で交差するという構
造上の特徴によって、フラッピング中の、各ブレード４
の重心と軸線７の間の距離における変化を最小にする。
この変化は、関節付きのロータの場合と実質的に等し
い。同じ構造上の特徴は、さらに、軸受３５のフラッピ
ング（軸線７の方向における外側シュー３６に関する内
側シュー３７の動き）を最小限にする。

【００３６】応力伝達については、弾性軸受３３が、環
状体５に揚力と抗力の両方によって生じたせん断力の一
部を伝える。他方、ブレード４に加えられた遠心力は、
弾性軸受３５によってトロイド状体１４に伝えられる。
トロイド状体１４は、実質的に閉じた環の形状になって
いて、内部の補償によって遠心力を吸収する。

【００３７】前述と関連して、弾性軸受３５を球面にす
る設計を選んだことで、トロイド状体１４に遠心力を伝
達できるだけでなく、同様に重要なこととして、ブレー
ド４の周期的および集合的なピッチ変更制御が行え、フ
ラッピングが行え、軸線７に垂直な平面内のブレード４
のリードラグの動きを減衰し、ロータがアイドル状態の
ときにブレード４を支えることができる。それで、ロー
タ１は、外部減衰器とブレード支持装置の両方を省略で
きる。これらの装置は、ロータ１の全体構造を複雑にす
ることに加えて、空力的抗力をかなり増加させる。

【００３８】言うまでもないが、多機能軸受３５には必
然的に構造上の妥協が求められる。実際に、一定サイズ
のロータ１にとって、距離Ｂ−Ｃが増加すると、ロータ
がアイドル状態のときにブレードを支持するための抵抗
モーメントが増加するだけでなく、軸受３５の半径の減
少になる。それにより、遠心力をトロイド状体１４に伝
え、かつ、それに耐える能力を低下させる。大切なこと
で最後に述べることとして、トロイド状体１４が、ブレ
ード４を相互接続することによって地上での動的不安定
性を生じる危険性を無くすことを指摘すべきである。

【００３９】図３及び４は、ロータ１と実質的に同じロ
ータ７０を示している。そして、その対応部分は同じ番
号系を用いて示されている。

【００４０】環状体５の構造に関して、ロータ７０は、
ロータ１とは実質的に異なっている。ロータ７０の場
合、環状体の全体は７１によって示されていて、駆動軸
２の上端の環状突起６から上方に延在している環状体７
２を具備する。環状体７２は、円筒形で軸線７と同軸で
あり、駆動軸２の端部の延長になっていて、駆動軸２と
一体になっている。

【００４１】環状体７２の上側には、環状内側フランジ
７３があり、その上面にねじ７４によってトロイド状体
１４の上側フランジ１６の内側端部が接続されている。
そしてフランジ１６はベル９を支えていて、ベル９の下
側フランジ１１が、フランジ１６に複数のねじ７５によ
って接続されている。

【００４２】図４に示すように、ねじ７４がフランジ７
３と１６の間に、環状弾性軸受７７の上部内側フランジ
７６を保持している。環状弾性軸受７７の上部内側フラ
ンジ７６は環状体７２と同軸で、環状体７２と共に環状
体全体７１を構成している。軸受７７には、下部外側フ
ランジ７８があって、このフランジ７８が環状突起６の
上面に接触している。さらにこのフランジ７８が突起６
のフランジ１８と共に溝７９を区画形成している。溝７
９は、ねじ８０がフランジ１７の内側縁を間にはさん
で、フランジ７８をフランジ１８に接続するために通る
のに適している。

【００４３】軸受７７のフランジ７６及び７８は、それ
ぞれ同軸のリング８１及び８２と一体になっている。リ
ング８１及び８２は、軸受７７の外側シューを構成して
いて、対応する数の弾性材料のブロック８３によって、
中間リング８４の反対側に接続されている。中間リング
８４は、各ブレード４のために、各軸線２３と同軸の球
面リング形の貫通孔８５を有している。リング８４は、
軸受７７の内側シューおよびブレード４と同数の複数の
球面弾性軸受８６の共通外側シューの両方を構成してい
る。そして、それぞれが弾性材料の環状層８７を具備し
ている。弾性材料の環状層８７は、それぞれの孔８５の
内面と一体で、かつ、各接続要素２２の球面ヘッド２９
の外面と一体になっている。それぞれの接続要素２２
は、環状体７２を貫通して形成されたそれぞれの半径方
向の孔８８に対向するように配置されている。

【００４４】それゆえ、ロータ７０は、軸受７７の事項
に関して、ロータ１と実質的に異っている。軸受７７の
主な機能は、軸受３５がブレードの水平方向の動きを減
衰するためのダンパとして機能するときに、軸受３５の
負担を部分的に軽くすることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヘリコプタのロータの第１の好適
な実施態様の簡単化のために一部を取り除いた断面図で
ある。

【図２】図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。

【図３】本発明によるヘリコプタのロータの第２の好適
な実施態様の簡単化のために一部を取り除いた断面図で
ある。

【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った半分の断面図であ
る。

【符号の説明】

１，７０…ロータ ２…駆動軸 ３…ハブ ４…ブレード ５，７１…環状体 １４…トロイド状体 １４ａ…トロイド状組立体 ２２…接続要素 ３３，８６…第１球面弾性軸受 ３５…第２球面弾性軸受

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その軸線まわりに回転するように設計さ
   れた駆動軸（２）と、駆動軸（２）に一体のハブ（３）
   と、ハブ（３）から実質的に半径方向外側へ延在し、そ
   れぞれがハブ（３）への接続のための接続装置（２２）
   を有する複数のブレード（４）と、前記各接続装置（２
   ２）に接続されたピッチ変更装置（４２）と、前記各接
   続装置（２２）をハブ（３）に接続するための手段、と
   を具備し、 前記接続手段が、各接続装置（２２）とハブ（３）の間
   に位置していて、各ブレード（４）の焦点（Ｂ）を区画
   形成する第１球面弾性軸受（３３）（８６）を具備する
   タイプのヘリコプタの主ロータにおいて、前記ハブ
   （３）が、前記駆動軸（２）と一体かつ同軸の環状体
   （５）（７１）と、前記環状体と共に閉断面のトロイド
   状組立体（１４ａ）を区画形成するために、前記環状体
   （５）（７１）を取り囲み、かつ前記環状体に接続され
   ている弾性的に変形可能なトロイド状体（１４）とを具
   備し、各前記接続装置（２２）が、前記トロイド状体
   （１４）を貫通し、かつ、前記環状体（５）（７１）を
   少なくとも部分的に貫通して延在し、前記接続手段が、
   前記各接続装置（２２）と前記トロイド状体（１４）の
   間に位置する第２球面弾性軸受（３５）を具備すること
   を特徴とするヘリコプタの主ロータ。
2. 【請求項２】 前記トロイド状体（１４）が、前記軸線
   （７）に面している凹面側を有する実質的にＣ形の断面
   を有し、実質的に円筒形の中間環状部（１５）と、前記
   中間環状部（１５）の上端および下端からそれぞれ実質
   的に半径方向内向きに延在する第１及び第２の環状フラ
   ンジ（１６，１７）、とを具備し、前記環状体（５）
   （７１）の上端部及び下端部が、前記閉断面のトロイド
   状組立体（１４ａ）を区画形成するために、それぞれ、
   前記第１及び第２の環状フランジ（１６，１７）と一体
   になっていることを特徴とする請求項１に記載のロー
   タ。
3. 【請求項３】 前記環状フランジ（１６，１７）の少な
   くとも一方が凹面側が外側を向いた円錐形であることを
   特徴とする請求項１又は２に記載のロータ。
4. 【請求項４】 前記環状フランジ（１６，１７）の形状
   は、前記ブレード（４）の軸線（２３）を通り、かつ前
   記駆動軸（２）の軸線（７）を通る平面内にある母線
   が、前記ブレード（４）がいわゆる安定浮上円錐形に位
   置している時に、前記ブレード（４）の前記軸線（２
   ３）上に位置する点（Ｋ）に集まるようになっているこ
   とを特徴とする請求項３に記載のロータ。
5. 【請求項５】 前記トロイド状体（１４）が、複合合成
   材料で作られていることを特徴とする請求項１から４の
   いずれかに記載のロータ。
6. 【請求項６】 前記各第２球面弾性軸受（３５）の中心
   （Ｃ）が、前記各焦点（Ｂ）と前記トロイド状体（１
   ４）の間に位置していることを特徴とする請求項１から
   ５のいずれかに記載のロータ。
7. 【請求項７】 前記各第１球面弾性軸受（３３）（８
   ６）が、前記各接続装置（２２）と前記環状体（５）
   （７１）の間に位置していることを特徴とする請求項１
   から６のいずれかに記載のロータ。
8. 【請求項８】 前記各接続装置（２２）のために、前記
   環状体（５）に孔（３０）があり、前記各孔（３０）
   が、前記各第１球面弾性軸受（３３）を収納しているこ
   とを特徴とする請求項７に記載のロータ。
9. 【請求項９】 前記環状体（７１）が、互いに同軸でか
   つ一体の内側環状体（７２）と、外側環状弾性軸受（７
   ７）とを具備し、前記内側環状体（７２）が前記駆動軸
   （２）と一体であり、前記環状弾性軸受（７７）が、前
   記内側環状体（７２）の外側に位置し、前記各接続装置
   （２２）に前記各第１球面弾性軸受（８６）を介して接
   続されいることを特徴とする請求項１から６のいずれか
   に記載のロータ。
10. 【請求項１０】 前記環状弾性軸受（７７）が、前記内
    側環状体（７２）と同軸の環状の内側シュー（８４）
    と、前記環状の内側シュー（８４）を前記内側環状体
    （７２）に接続するための弾性手段（８３）、とを具備
    し、前記の第１弾性軸受（８６）が、前記接続装置（２
    ２）と、前記環状の内側シュー（８４）とを相互接続し
    ていることを特徴とする請求項９に記載のロータ。
11. 【請求項１１】 前記第１球面弾性軸受（８６）は、前
    記環状弾性軸受（７７）の前記内側シュー（８４）から
    成る共通の外側シューを有することを特徴とする請求項
    １０に記載のロータ。
12. 【請求項１２】 前記環状弾性軸受（７７）が、前記内
    側シュー（８４）の反対側にあり、前記内側環状体（７
    ２）と一体の二つの環状の外側シュー（８１，８２）
    と、前記各外側シュー（８１，８２）と前記内側シュー
    （８４）の間に位置している複数の弾性材料のブロック
    （８３）を具備する前記弾性手段、とを具備することを
    特徴とする請求項１０又は１１に記載のロータ。