JPH07215296A - 翼の撓み振動低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、変動する空気圧によって生じる、
翼の撓み振動を低減する翼の撓み振動低減装置に関す
る。翼、特に、ヘリコプタのメインロータブレードの場
合、飛行形態が多様にわたり、また、特定の飛行形態に
おいても回転によって、ブレードの位置する方位角によ
って遭遇する条件が異なり、構造的に撓み振動を低減さ
せることは困難であった。 【構成】 本発明は、翼のスパン方向に質量の大きい流
体を流すことにより、翼の慣性力を増大させ、撓みを抑
制して、撓み振動を低減するようにしたものである。こ
れにより、遭遇する条件が多様なヘリコプタのメインロ
ータブレードにおいても、撓み振動を低減することが可
能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、飛行中の翼の撓みによ
り、翼に発生する振動を抑制する翼の撓み振動低減装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機が対気速度を有して飛行する場
合、迎角等の変動に伴い、翼に作用する空気力の変動に
よって翼が撓み振動をすることがある。固定翼機の場合
における、バフェット、フラッタのほか、ヘリコプタの
メイン・ロータ・ブレード（以下ブレードという）の回
転による、相対速度の周期的変動、および迎角変化に伴
う撓み振動が良く知られている。固定翼機の場合、この
ような、たわみ振動は飛行を不能にする致命的な結果を
招くこともあり、また飛行形態がきわめて単純であるこ
とから、飛行形態に合せ、設計段階から翼の剛性、質量
分布等を入念に定め、翼構造を決定して、撓み振動を低
減することが行われている。しかし、ヘリコプタの場
合、翼であるブレードの遭遇する条件が多様で、全ての
条件において、振動を低減するのが困難で、致命的な結
果を招来しないように設計するだけであり、騒音および
機体振動の一因となっている、ブレードの振動を低減す
る方策が講じられていないのが現状である。

【０００３】すなわち、ヘリコプタにおいては、前進飛
行時には、前進側ブレードの対気速度と後退側ブレード
の対気速度には、最大で機体の飛行速度の２倍の速度差
が発生し、しかも、最大の速度差が機体飛行方向の両側
部で生じるため、姿勢保持のためには、後退側ブレード
の発生する揚力を前進側ブレードの発生する揚力を同じ
にする必要があり、ブレードの対気に対する迎角を変え
る必要がある。このため、同一飛行速度における同一ブ
レードにおいても、ブレードに作用する空気力はその位
置（方位角）により異る。さらに、ヘリコプタにおいて
は、飛行速度が零のホバリング時から２００ｋｔを越す
前進飛行時まで飛行速度が多様であり、また、飛行形態
もホバリング、前進飛行ばかりでなく、後退、バンク、
上昇、下降飛行と多岐にわたっており、これらの全て条
件で、ブレードの撓みによる振動をブレード構造の設計
で低減するのは困難である。

【０００４】このことは、一例として示す、シコルスキ
ー（ＳＩＫＯＲＳＫＹ）社製のヘリコプタＨ−３４の、
飛行速度１１２ｋｔにおけるブレード８０％位置におけ
る、方位角０〜３６０°での曲げモーメント（撓み量）
を示す、図２０からも理解できよう。この様に、飛行形
態、若しくは一飛行形態におけるブレードの方位角の違
いに伴い変動する撓みによって生じる振動を低減するの
は、ヘリコプタにおいては困難であり、振動低減対策が
講じられてないのが現状である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、本発明は、
予め撓みが予測される翼に、若しくは翼に撓みが発生し
ていることを検知して当該翼に、質量を持つ流体を流す
ことにより、翼の撓みを抑制し、振動を低減できる翼の
撓み振動低減装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の翼の
撓み振動低減装置は次の手段とした。 （１）機体に設置された圧縮機等で高圧にされ、翼の内
部を通過させることによって、翼の慣性力を増加させる
ことのできる、空気、水、排気ガス等、の高圧流体を供
給する高圧流体供給装置を設けた。 （２）翼の内部を、スパン（翼幅）方向貫通し、高圧流
体供給装置から供給される高圧流体を通過させ、翼端か
ら噴出させ、通過時に翼の慣性力を増加させる流体導管
を設けた。 （３）高圧流体供給装置と流体導管とを連結し、高圧流
体供給装置からの高圧流体を流体導管に流入させる流体
案内管を設けた。 （４）流体案内管の途中に介装され、予め定められた飛
行形態において撓みの発生が予測される翼の流体導管
に、撓み発生時周期的に高圧流体を供給するバルブを設
けた。

【０００７】また、他の本発明の翼の撓み振動低減装置
は、上記（１）〜（３）に加え、次の手段とした。 （５）翼に装着され、翼の撓みを検出する撓み検出器を
設けた。 （６）流体案内管の途中に介装され、撓み検出器からの
翼の撓み振動発生の信号を受け、撓み振動が発生した当
該翼の流体導管に、高圧流体供給装置からの高圧流体を
供給するバルブを設けた。

【０００８】

【作用】本発明の翼の撓み振動低減装置は、撓み振動の
発生が予測される翼、若しくは撓み振動が発生している
翼の内部に、質量の大きい流体を撓みが発生すると同時
に流すことにより、翼の慣性力を増加させて、撓み量を
抑制して、撓み振動を低減することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の翼の撓み振動低減装置の実施
例を、図面に基づき説明する。実施例は、何れも本発明
をヘリコプタのブレードの撓み振動低減に適用したもの
を示す。

【００１０】図１〜図５は本発明の第一実施例を示す図
である。図１，図２において、１は翼としてのブレー
ド、２はブレード１内部をスパン（翼幅）方向に貫通さ
せてあけられた流体導管、３は流体導管２へ高圧流体を
導入する流体注入口、４はブレード１の先端５に設けら
れた流体導管からの高圧流体を外部へ噴出する流体噴出
口、６はブレード１の基端が固着されたロータヘッド、
７は上端がロータヘッド６に固着され、ロータヘッド
６、ブレード１と共に回転するロータシャフト、８はロ
ータシャフト７の下端に同軸状に配設され機体に固定さ
れた固定シャフト、９はロータシャフト７と固定シャフ
ト８の間に介装され、バルブを構成するシール装置、１
０は固定側の流体案内管、１１はロータシャフト７、お
よびロータヘッド６に穿設された回転側の流体案内管、
１２は図示しない圧縮機等の高圧流体供給源からの高圧
流体を移送する高圧流体管、１３は高圧流体管１２から
の高圧流体を選択した流体案内管１０に供給し、シール
装置１１とともにバルブを構成する電磁バルブである。

【００１１】シール装置９は、図３に示すように、固定
シャフト８の上端に形成された、図３（Ａ）で示すシー
ル面１４と、ロータシャフト７の下端に形成された、図
３（Ｂ）で示すシール面１５とからなる。シール面１４
には、一端部がそれぞれ電磁バルブ１３に設けられた、
制御弁１３ａ〜１３ｄに連結され、固定シャフト８に穿
設された貫通孔を経由して導通する、流体案内管１０の
他端が開口している。即ち、開口は、高圧流体供給装置
からの高圧流体を分岐するとともに、噴出タイミングを
制御する、電磁バルブ１３内の制御弁１３ａに連結する
流体案内管１０の開口１４ａ、制御弁１３ｂに連結する
開口１４ｂ、制御弁１３ｃに連結する１４ｃ、および制
御弁１３ｄに連結する１４ｄからなる。一方、シール面
１５には、ブレード１の流体導管２の流体注入口３に一
端が連結され、ロータヘッド６およびロータシャフト７
内に穿設した孔で形成される、回転側の流体案内管１１
の他端が開口する。即ち、ブレード１ａ（の流体導管２
ａ）に導通する開口１５ａ、ブレード１ｂに導通する開
口１５ｂ、ブレード１ｃに導通する開口１５ｃ、および
ブレード１ｄに導通する開口１５ｄが、それぞれシール
面１５に開口する。シール面１４，１５は、それぞれ対
向して配置され、接触面から高圧流体が漏れないよう
に、また開口で連通する流体案内管１０，１１以外の流
体案内管１０，１１に、高圧流体の流通が生じないよう
に、シール材が配設されている。

【００１２】本実施例は、上述の様に構成されているの
で、高圧流体を各流体案内管１０に分岐するとともに、
高圧流体の噴出するタイミングを制御する電磁バルブ１
３と、高圧流体の供給先を制御するシール装置１１の組
合せからなる、バルブの制御によって種々の高圧流体の
ブレード１からの噴出、言葉を代えれば、ブレード１に
生じる種々の撓み振動の低減が可能となる。

【００１３】まず、電磁バルブ内の制御弁１３ａ〜１３
ｄの全てを開放すると各ブレード１ａ〜１ｃの先端から
は、図４に示すような高圧流体が噴出する。これによ
り、全てのブレード１の慣性力を増大させ、全てのブレ
ード１に生じる撓み振動を一斉に低減できる。

【００１４】一方、弁１３ａ〜１３ｄのうちの１つ、例
えば、ヘリコプタが図３の矢印方向に飛行しているとし
て、開口１４ａにのみ高圧流体を流すべく、弁１３ａを
開放すると、ブレード１の回転によ開口１４ａに連通す
る開口１５ａ〜１５ｄと導通したブレード１ａ〜１ｄ、
即ち、飛行方向に向って右側に到来したブレード１ａ〜
１ｄにのみ高圧流体が供給され当該ブレードの慣性力を
増加させ、撓みを抑制することができる。

【００１５】また、撓み振動低減制御の観点から、ある
特定のブレード１が特定の方位角に来た時のみ、高速流
体を流せるようにできれば好ましいが、これは特定のバ
ルブをブレード１の回転周期に合せて開閉することによ
って行うことが出来る。即ち、開口１５ａ〜１５ｄが導
通するブレード１ａ〜１ｄの回転周期は、機体に備え付
けられている計器により知ることができるので、例え
ば、特定のブレード１ａに高圧流体を噴出させたい方位
角、例えば速度が最も遅くなり、分担する揚力を保持す
るために、ブレード１ａの迎角を最も大きくする必要の
ある開口１４ｃの方位角に高圧流体を噴出させる場合
は、ブレード１ａ、に連通する開口１５ａが開口１４ｃ
と連通し始めるとき、電磁バルブ１３の弁１３ｃを開放
することによって、目的を達成することができる。

【００１６】さらに、ブレード１の個々の特性から、特
定ブレード１ａのみ全方位角にわたり高圧流体を噴出さ
せる必要がある場合は、ブレード１の回転速度は同様に
既知であるので、ブレード１ａの回転、即ち開口１５ａ
の回転に追従させて、開口１５ａが開口１４ａと連通す
るときは弁１３ａを開放し、１４ｂと連通する方位角に
ある場合は弁１３ｂを開放するように、電磁バルブ１３
の制御弁１３ａ〜１３ｄを順次作動させることにより、
目的を達成することができる。図５に、上述した本実施
例の高圧流体噴出の制御ブロックを示す。

【００１７】次に、図６は本発明の第二実施例を示す図
である。この実施例においては、第一実施例における固
定シャフト８は設けられてなく、ロータシャフト７に穿
設された流体案内管１４の下端は、高圧流体管１２の先
端が挿入され、相対的な動きを許容するシールドパイプ
構造にしている。また、ロータシャフト７を貫通した流
体案内管１４は、ロータヘッド６に穿設された孔を通っ
て、各ブレード１の流体注入口３に連通する。ロータヘ
ッド６に穿設された流体案内管１４には、バルブとして
の電磁バルブ１８が設けられており、電磁バルブ１８に
は各々のブレード１の流体注入口３を流体案内管１４に
連通する制御弁１８ａ〜１８ｄを具えている。また、ロ
ータシャフト７の外周には電磁バルブ１８制御用の電磁
バルブ電極１６が配設されている。機体側からの電磁バ
ルブ１８を制御する電気信号は導電性のブラシ等を介し
て、電磁バルブ電極１６に伝達され電線１７によって電
磁バルブ１８へ伝えられ、電磁バルブ１８の制御弁１８
ａ〜１８ｄによって、制御を行うブレード１の流体注入
口３と流体案内管１４との高圧流体の導通、遮断が行わ
れる。

【００１８】本実施例は電磁バルブ１８がロータヘッド
６内に配置され、電磁バルブ１８が各々のブレード１の
流体導管４に連結しているだけであるので、高圧流体の
噴出制御は第一実施例に比べ比較的容易である。即ち、
高圧流体を噴出させたいブレードを制御する電磁バルブ
１８の制御弁１８ａ〜１８ｄを作動させる電磁バルブ電
極１６のみに電気を流すだけで、特定のブレード１ａ〜
１ｄに特定の時間だけ高圧流体を流すことができる。第
一実施例で示した、ブレード１ａへの高圧流体を制御す
る電磁バルブ１５ａを作動させる電磁バルブ電極を１６
ａ、ブレード１ｂの電磁バルブ電極を１６ｂ、ブレード
１ｃの電磁バルブ電極を１６ｃ、およびブレード１ｄの
電磁バルブ電極を１６ｄとした場合、図７（Ａ）に示す
ような通電を行うことによって、各ブレード１ａ〜１ｄ
から高圧流体の噴出を、図７（Ｂ）に示すように行うこ
とができる。即ち、第一実施例の場合、特定のブレード
１ａから高圧流体を流しぱなしにする場合、電磁バルブ
１３の制御弁１３ａ〜１３ｄを順次切り換えるスイッチ
ング操作が必要であるのに対して、本実施例において
は、これが不要となる。

【００１９】次に、図８は本発明の第三実施例を示す図
である。本実施例においては、ブレード１の撓み検知の
ため、各ブレード１の上下面に歪ゲージ２１、及び２２
を貼り付け、歪ゲージ２１，２２からの電線はブレード
１、及びロータシャフト７の内部を通って、ロータシャ
フト７に設けた歪ゲージ電極２３に接続させている点が
第二実施例と異る。機体側に設置された制御装置が、歪
ゲージ電極２３から得られた、各ブレードの撓みが許容
値以上であることを検知すると、電磁バルブ電極１７を
通して第二実施例と同様に、それぞれのブレード１ａ〜
１ｄに高圧流体を供給する電磁バルブ１８の制御弁１８
ａ〜１８ｄを開けて、高圧流体を撓みが発生したブレー
ド１へ噴出させる。これにより撓みが小さくなり、ブレ
ード１の撓みが許容値以下になると制御装置が電磁バル
ブ１８を閉じる信号を送り高圧流体の噴出を止める。本
実施例における制御ブロックを図９に示す。

【００２０】上記した実施例は、何れもヘリコプタのブ
レードの撓み振動低減に適用したものを示したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、固定翼機の
翼にも適用できるものである。また、バルブが電磁バル
ブ１８だけからなる実施例に、撓み検出器を設けたもの
を示したが、第一実施例のバルブがシール装置および電
磁バルブの組合からなるものに、撓み検出器を設けて制
御するようにしても良いものである。

【００２１】なお、本実施例で示すように翼先端から高
圧流体を噴出させることによって、翼先端に生じる失速
を防止できることは既知のことであるが、この翼先端の
失速を防止することによっても、翼の振動低減には効果
があり、ブレードの性能向上に寄与するものであること
を併せ述べておく。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の翼の撓み振
動低減装置によれば、特許請求の範囲に示す構成によ
り、 （１）撓み振動の発生が予測される翼、若しくは撓み振
動が発生している翼を適宜選択して、また当該翼の位置
（方位角）を指定して、翼の内部に質量の大きい高圧流
体を、撓みが発生する時に合せて流すことにより、翼の
慣性力を増加させ、撓み量を抑制し振動を低減すること
ができる。これにより機体の振動及び騒音レベルを低減
することができる。 （２）さらに、翼の先端から高圧流体を噴出することに
より、翼端失速が低減され、ブレードの性能向上すると
いう、付加的な効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の翼の撓み振動低減装置の第一実施例を
示す斜視図、

【図２】図１のブレードを示す平面図、

【図３】図１のシール装置を示す平面図、

【図４】図１の電磁バルブを全て開放したときの、特定
ブレードにおける流体噴出を示す図、

【図５】図１の実施例の制御を示す図で、図５（Ａ）は
制御ブロック図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の弁の開閉タ
イミングテーブル、

【図６】本発明の第二実施例を示す斜視図、

【図７】図６の電磁バルブの開閉タイミングを示す図
で、図６（Ａ）は電磁バルブ電極の通電タイミングテー
ブル、図６（Ｂ）は各ブレードからの高圧流体の噴出タ
イミングテーブル、

【図８】本発明の第三実施例を示す斜視図、

【図９】図８の制御ブロック図である。

【図１０】ブレードの一周期における曲げモーメントの
一例を示す図である。

【符号の説明】

１ 翼としてのブレード ２ 流体導管 ３ 流体注入口 ４ 流体噴出口 ５ ブレード先端 ６ ロータヘッド ７ ロータシャフト ８ 固定シャフト ９ バルブを構成するシール装置 １０，１１ 流体案内管 １２ 高圧流体管 １３ バルブを構成する電磁バルブ １４ シール面 １４ａ〜１４ｄ 開口 １５ シール面 １５ａ〜１５ｄ 開口 １６ 電磁バルブ電極 １７ 電磁バルブ用電線 １８ 電磁バルブ ２１，２２ 歪ゲージ ２３ 歪ゲージ電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 飛行中の翼の撓みにより生じる振動を抑
   制する装置において、機体側に設けた高圧流体供給装置
   と、前記翼内をスパン方向に貫通し先端から高圧流体を
   外部へ噴出する流体導管と、前記高圧流体供給装置およ
   び前記流体導管と連通する流体案内管と、前記流体案内
   管に介装され前記機体の予め定められた飛行形態で撓み
   振動が発生する前記翼の前記流体導管に高圧流体を供給
   するバルブとからなることを特徴とする翼の撓み振動低
   減装置。
2. 【請求項２】 飛行中の翼の撓みにより生じる振動を抑
   制する装置において、機体側に設けた高圧流体供給装置
   と、前記翼内をスパン方向に貫通し先端から高圧流体を
   外部へ噴出する流体導管と、前記高圧流体供給装置およ
   び前記流体導管と連通する流体案内管と、前記翼の撓み
   を検出する撓み検出器と、前記流体案内管に介装され前
   記撓み検出器からの信号により前記翼の前記流体導管に
   高圧流体を供給するバルブとからなることを特徴とする
   翼の撓み振動低減装置。