JPH09169300A - ヘリコプタ構造並びにその振動の減少方法及び装置 - Google Patents
ヘリコプタ構造並びにその振動の減少方法及び装置Info
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- JPH09169300A JPH09169300A JP8306614A JP30661496A JPH09169300A JP H09169300 A JPH09169300 A JP H09169300A JP 8306614 A JP8306614 A JP 8306614A JP 30661496 A JP30661496 A JP 30661496A JP H09169300 A JPH09169300 A JP H09169300A
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Abstract
けることがなく、振動をその振動源で或いは直ぐ近くで
吸収する、寄生質量の小さいヘリコプタ構造の振動減少
方法及び装置を提供する。 【解決手段】 ヘリコプタ構造10は、励振周波数で相
対運動が可能な機体12と枠体17間に接続される複数
のアクチュエータ19を有する。このアクチュエータ
は、励振周波数に実質的に相当する周波数で液状加圧流
体の供給源20により連続的に振動される。ロータブレ
ードの所定位置に取り付けられたセンサー21は、所定
位置での動的変化を表す信号を発生し、コンピュータ2
2が、この信号を処理して、アクチュエータにより発生
される付与力の位相及び大きさを制御するために、か
つ、回転系の動的特性の変化を補償して機体の全振動レ
ベルを減少するように前記付与力の位相及び大きさの特
性を変更するために出力信号を発生する。
Description
関し、特に、その振動を減少するための方法及び装置に
関するものである。
は、サステイニング用主ロータの回転系によりブレード
通過周波数で発生される振動である。力及びモーメント
は、通常、トランスミッションを通り機体付属物を経由
して伝達され、機体に振動を生じさせる。
明細書は、励振周波数で相対運動が可能なヘリコプタ構
造のパーツ間に複数のアクチュエータを接続することに
よって、ヘリコプタの機体の振動を減少する方法を開示
している。この構造は、複数の位置でヘリコプタ機体に
取り付けられた複数の加速度計を使用しており、該加速
度計が機体の動的加速度を表す信号を発生する。これら
の信号は搭載処理装置により処理され、該処理装置が、
ヘリコプタ構造の相対運動が可能なパーツ間にあるアク
チュエータによって発生される出力の位相及び大きさを
制御するための出力信号を供給する。
2号明細書に記載のような構造においては、加速度計と
それに関連した配線は偶発的な損傷を受け易いことが分
かった。
れる機械的アブソーバを含む、振動を吸収するための他
の先行技術の提案に優る利点を有する。機械的アブソー
バは、振動をその振動源で或いは振動源の直ぐ近くで吸
収するので、効果的である。しかし、この装置は、受け
入れられないほどの重量ペナルティーをもたらす、かな
りの大きさの寄生質量を必要とする。
支持するか該回転系により支持される機体を含む構造か
らなり、該構造は、励振周波数で相対運動が可能なパー
ツを有すると共に、該パーツ間に接続される複数のアク
チュエータを有するヘリコプタであって、前記励振周波
数に実質的に相当する周波数で前記アクチュエータを連
続的に振動させる振動手段と、選択された位置で前記回
転系に取り付けられ、回転中に前記選択された位置での
動的変化を表す信号を発生するようになっている複数の
センサーと、該センサーからの前記信号を処理して、前
記アクチュエータにより発生される付与力の位相及び大
きさを制御すると共に、前記回転系の動的特性の変化を
補償して前記機体の全振動レベルを減少するように前記
付与力の位相及び大きさの特性を変更するために出力信
号を発生する処理装置とを備えるヘリコプタが提供され
る。
願人の米国特許第4,819,182号明細書に記載され
た利点の多くを有するだけでなく、本発明は、センサー
が回転系上に設けられているために、小さな重量ペナル
ティーでありながら、ロータへッド装着の機械的アブソ
ーバの動作をシミュレートする。
上にセンサーを設けることにより、該センサーは、回転
系、即ち励振源に生ずる振動を検知することができる。
るので、同センサー及びそれに関連した配線が偶発的な
損傷を受ける可能性が、センサーが機体上に設けられる
場合よりも、低くなる。
おける主な振動源である同ヘリコプタのサステイニング
用主ロータである場合に特に適当である。
コプタ構造の別のパーツに関して相対運動が可能であっ
て、回転系のエンジン、トランスミッション及び支持構
造のうちの1つから、或いは1つ以上の組み合わせから
なる。
トマーユニットのような複数の弾性取付手段によりヘリ
コプタ構造の別のパーツに取り付けられるのが好都合で
ある。
が等しいことが好ましく、また、所望ならば、各アクチ
ュエータは弾性取付手段と一体のユニットでよい。
間に力を付与しうるアクチュエータなら任意の種類のも
のを使用しうるが、各アクチュエータは電気油圧式のア
クチュエータであることが好ましい。
ードが取り付けられるロータヘッドを備え、センサーの
うちの少なくとも1つは、このロータヘッドに装着され
ているが、代替的に、通常ほぼ垂直のロータ駆動軸に設
けたり、ほぼ水平のロータブレードに設けてもよい。
センサーを用いてもよいが、加速度計がコンパクトで信
頼性があり、かつ容易に装着されるので、センサーは加
速度計であることが好ましい。
持するか該回転系により支持される機体を含むと共に、
励振周波数で相対運動が可能なパーツを有するヘリコプ
タ構造の振動を減少する方法であって、前記ヘリコプタ
構造の相対運動が可能な前記パーツ間に複数のアクチュ
エータを接続し、該アクチュエータを前記励振周波数に
実質的に相当する周波数で振動させ、回転中に前記回転
系上の複数の位置での動的変化を表す信号を発生し、該
信号を処理装置に送って、該処理装置において、前記ア
クチュエータにより発生された付与力の位相及び大きさ
を制御するために、かつ前記回転系の動的特性の変化に
対して補償して前記機体の全振動レベルを減少するよう
に前記力の位相及び大きさの特性を変更するために、出
力信号を発生するようになっている、ヘリコプタ構造の
振動減少方法が提供される。
系を支持するか該回転系により支持される機体を含むヘ
リコプタ構造であって、該ヘリコプタ構造のパーツが励
振周波数で相対運動が可能である前記ヘリコプタ構造の
振動を減少するために、前記ヘリコプタ構造の前記相対
運動が可能なパーツ間に接続されるようになっている複
数のアクチュエータと、使用時に、前記励振周波数に実
質的に相当する周波数で前記アクチュエータを連続的に
振動させる振動手段と、前記回転系上の選択された位置
で前記回転系に取り付けられ、回転中に前記選択された
位置での動的変化を表す信号を使用時に発生するように
なっている複数のセンサーと、該センサーからの前記信
号を処理して、前記アクチュエータにより発生される付
与力の位相及び大きさを制御すると共に、前記回転系の
動的特性の変化を補償するように前記付与力の位相及び
大きさの特性を変更するために出力信号を発生するよう
になっている処理装置とを備える、ヘリコプタ構造の振
動減少装置が提供される。
10で総括的に示されたヘリコプタの構造は、筏状の枠
体17からなる支持構造によって支持されたさサステイ
ニング用の主ロータ11と、トルク平衡ロータ14を支
持して後方に延びる尾部13を有するヘリコプタ機体1
2とを備える回転系を含んでいる。
はそれ以上のエンジン16によりトランスミッション
(ギアボックス)15を介して駆動され、該トランスミ
ッション15及びエンジン16は筏状の枠体17上に装
着されている。この実施形態では、枠体17はほぼ矩形
であって、例えば4つの弾性取付部もしくは手段18に
より機体12に取り付けられる。各弾性取付部18は矩
形の隅部に隣接配置されたエラストマーユニットからな
り、該取付部を通じて、操作力が枠体17から機体12
へ伝達される。
波数に実質的に対応する周波数で相対的に運動可能なヘ
リコプタ構造のパーツを構成する。4つの弾性取付部1
8の各々の近傍で機体12及び枠体17の間に接続され
ているのは電気油圧式のアクチュエータ19であり、各
アクチュエータ19は、運転中、機体12に力を付与す
るようになっている。この付与力は、枠体17にかかる
等しい反対方向の力の反作用である。
タ19は、各弾性取付部18と一体のユニットであるの
で、該アクチュエータ19の数は弾性取付部18の数に
等しい。また、各アクチュエータ19には振動手段とし
て液状加圧流体の供給源20が接続されている。
タ11に接続されている。この実施形態においては、図
面には2個だけ示されているが、主ロータ11の4枚の
ブレードの各々に1つずつ、合計4個のセンサー21が
設けられている。この実施形態においては、センサー2
1は、主ロータ11が回転するときに各選択された位置
での動的変化を表す信号を発生するようになっている加
速度計である。主ロータ11が4枚以外のブレードを有
する別の構造においても、1つのセンサーを各ロータブ
レードに設ければよい。
ンピュータ22からなる処理装置に電気的に接続され
る。該コンピュータ22は、アクチュエータ19によっ
て発生され付与される振動力の位相及び大きさを制御す
ると共に、この付与力もしくは振動力の位相及び大きさ
の特性を変化するために、出力信号を出すようになって
いる。運転中、例えば、前進飛行の際の非対称な空気流
のために、振動力が主ロータ11によって発生される。
主ロータ11が回転するときに生ずるこの振動力は、補
償系が設けられていない場合には、枠体17から機体1
2に伝達される。これらの振動力とそれに関連したモー
メントは、ブレード通過周波数及びその調和周波数で主
として生じる。ブレード通過周波数とは、主ロータ11
の回転速度とロータブレードの枚数の積である。
コプタについては、ブレード通過周波数は、21Hz程
度であり、5枚のブレードを有するヘリコプタについて
は17Hzである。
転により枠体17に生ずる振動を相殺するために機体1
2及び枠体17間に1組の力を付与するように、コンピ
ュータ22によって制御された周波数で振動される。従
って、ブレード通過周波数が21Hzである場合、電気
油圧式のアクチュエータ19は約21Hzの周波数で連
続的に振動される。
タ11に生ずる動的変化は、コンピュータ22からの出
力信号の位相及び大きさの調節を行う。
け取る振動の信号を、ブレード通過周波数及び位相情報
についての離散フーリエ変換理論に基づいて、例えばデ
ィジタル信号処理装置23により解析するようになって
いる。次に、この測定された周波数領域の振動データは
パラメータ推定関数24に送られ、該パラメータ推定関
数は情報を利用して、アクチュエータ19から出る力と
振動応答について一次伝達関係を構築する。伝達関係推
定値の演算は離散的カルマン・フィルタ理論に基づいて
いる。
25に送られ、該コントローラ25が、測定信号の二乗
とアクチュエータが出す力の加重和である二次特性関数
を最小にする最適制御力を演算すると共に、アクチュエ
ータ19を作動するための出力信号26を発生する。
行われている間、1サイクル中、一定組の振動力が機体
12に付与される。
ラメータ推定関数24を使用することにより、アクチュ
エータ19への出力信号26の位相及び大きさの応答特
性、即ちアクチュエータが出す力が絶えず変化して、主
ロータ11又は機体12の変化する動的特性に確実に適
応する。従って、一次伝達関係に変化があった場合、パ
ラメータ推定関数24は、予測振動レベルと測定振動レ
ベルとの間の誤差を検出する。この関係についての推定
値はそれに応じて調整されて最適制御コントローラ25
に入れられ、該最適制御コントローラ25が新たな1組
のアクチュエータ出力信号26を演算する。
圧式アクチュエータ19の励振周波数での振動の位相及
び大きさに変化を生じさせ、同時に、枠体17から機体
12に伝達される振動のレベルを無効にするか或いは少
なくとも実質的に減少させて、ヘリコプタ機体12の全
振動レベルに有意な改善をもたらすものである。
21から機体12内のコンピュータ即ち処理装置22に
信号を伝達するためには、スリップリングのようなある
種の手段が必要であろう。
によって、加速度計21は励振源で振動を検知するの
で、ロータヘッド装着の機械的アブソーバに寄生質量が
与えられている構造をシミュレートする。勿論、加速度
計21が与える重量ペナルティーはもっと小さい。
起され枠体17から機体12へ伝達される、例えばブレ
ード通過周波数の高調波のような振動を減少することが
できる。
改変が可能である。例えば、枠体17と機体12の間に
設けられるアクチュエータ19の数は変更することがで
きる。この実施形態では、アクチュエータ19は、(ヘ
リコプタが水平面内で飛行している状態で)ほぼ垂直に
方向付けられているが、その他の仕方で方向付けられて
いてもよい。装着される加速度計21の数は必要に応じ
て変更しうるが、アクチュエータ19の数よりも少なく
ないことが好ましい。加速度計21の1つ以上又は全て
は、上に述べたように主ロータ11に設けるのではな
く、例えば、主ロータのロータヘッドHや、(通常ほぼ
垂直方向に向いている)ロータ駆動軸Dに設けてもよ
い。
ヘリコプタと類似したパーツについては同一の参照数字
が付されているが、主なものにはダッシュ記号が付され
ている。図3の実施形態は、図1の筏状の枠体17は設
けられていない。むしろ、ヘリコプタ構造10’は、ギ
アボックス15’を支持する機体12’を備え、このギ
アボックスがサステイニング用の主ロータ11’からな
る回転系に駆動力を伝達して、軸心Aの回りに主ロータ
11’を駆動する。ギアボックス15’は、複数の弾性
支柱組立体(弾性取付手段)18’によって機体12’
に取り付けられており、各弾性支柱組立体がアクチュエ
ータ19’を含んでいる。このアクチュエータ19’は
図1のアクチュエータ19と同様に電気油圧式のもので
あり、機体12’内に搭載された処理装置22’から出
力信号26’を受ける。処理装置22’は、センサー2
1’から入力信号を受け、アクチュエータ19’により
供給される励振力の位相及び大きさを変更する。このセ
ンサー21’も、主ロータ11’のブレードに装着した
り、或いは主ロータ11’のその他のところに装着され
る加速度計からなる。
対運動が可能なヘリコプタ構造のパーツはギアボックス
15’と機体12’であり、弾性支柱組立体18’は、
ヘリコプタが水平飛行している状態で、垂直に対して約
45°をなして配列されている。
動が可能なヘリコプタ構造の任意のパーツ間に符号1
9,19’で示すようなアクチュエータを接続すること
によって、機体12,12’における振動レベルを減少
させるのに使用できることが分かる。
1,21’であることが好ましいが、1つ以上又は全て
のセンサーを例えば、主ロータ11,11’のロータ駆
動軸D(図1),D’(図3)に装着されて同駆動軸
D,D’の例えば曲がりを測定する歪ゲージ、或いは変
位変換器とすることができる。加速度計は、コンパクト
であり、信頼性が高く、しかも設置が容易であるので好
ましいが、反対に、歪ゲージは実施可能なセンサーとす
るには外力や疲労に対して損傷し易く、一方、変位変換
器は使用中における摩耗や信頼上の問題がある。
プタの機体12,12’に追設して、機体の動的加速度
を表す信号を発生し、コンピュータ22,22’に送っ
てもよい。該信号は、コンピュータにおいて演算に使用
され、その結果、ヘリコプタ構造の関連振動パーツ間に
アクチュエータ19,19’により発生される出力の位
相及び大きさを制御するための出力信号になる。
力は主ロータ11,11’だけでなく機体の変化する動
的特性に適応する。
に加えて或いは代えて、ヘリコプタ構造10のトルク平
衡ロータ14からなる回転系に適用してもよい。その場
合、センサーはトルク平衡ロータ14の回転系に取り付
けられる。
図面において開示され、特定の形態で表現され、或いは
開示した機能を遂行する手段により又は開示した結果を
達成するための方法又はプロセスにより表現された種々
の特徴は、本発明を種々の形態で実施するために、単独
で使用したり、組み合わせて使用したりすることができ
る。
タを説明するための概略側面図である。
ための簡略ブロック図である。
側面図である。
ータ、12,12’…機体(パーツ)、14…トルク平
衡ロータ(回転系)、15,15’…トランスミッショ
ン(ギアボックス)、16…エンジン、17…枠体(パ
ーツもしくは支持構造)、18,18’…弾性取付部も
しくは弾性支柱組立体(弾性取付手段)、19,19’
…アクチュエータ、20…振動手段(液状加圧流体の供
給源)、21,21’…センサー(加速度計)、22,
22’…コンピュータ(処理装置)、26,26’…出
力信号、D,D’…ロータ駆動軸、H,H’…ロータへ
ッド。
Claims (18)
- 【請求項1】 回転系を支持するか該回転系により支持
される機体を含む構造からなり、該構造は、励振周波数
で相対運動が可能なパーツを有すると共に、該パーツ間
に接続される複数のアクチュエータを有するヘリコプタ
であって、前記励振周波数に実質的に相当する周波数で
前記アクチュエータを連続的に振動させる振動手段と、
選択された位置で前記回転系に取り付けられ、回転中に
前記選択された位置での動的変化を表す信号を発生する
ようになっている複数のセンサーと、該センサーからの
前記信号を処理して、前記アクチュエータにより発生さ
れる付与力の位相及び大きさを制御すると共に、前記回
転系の動的特性の変化を補償して前記機体の全振動レベ
ルを減少するように前記付与力の位相及び大きさの特性
を変更するために出力信号を発生する処理装置とを備え
るヘリコプタ。 - 【請求項2】 前記回転系はサステイニング用の主ロー
タである請求項1記載のヘリコプタ。 - 【請求項3】 前記構造の1つのパーツは、前記構造の
別のパーツに関して相対運動が可能であって、前記回転
系のエンジン、トランスミッション及び支持構造のうち
の1つから、或いは1つ以上の組み合わせからなる請求
項1又は2記載のヘリコプタ。 - 【請求項4】 前記構造の1つのパーツは、複数の弾性
取付手段により前記構造の別のパーツに取り付けられて
いる請求項3記載のヘリコプタ。 - 【請求項5】 前記弾性取付手段と前記アクチュエータ
は数が等しい請求項4記載のヘリコプタ。 - 【請求項6】 各アクチュエータは弾性取付手段と一体
のユニットである請求項5記載のヘリコプタ。 - 【請求項7】 前記アクチュエータの各々は電気油圧式
のアクチュエータである請求項1〜6のいずれか1つに
記載のヘリコプタ。 - 【請求項8】 前記回転系は複数のブレードが取り付け
られるロータヘッドを備え、前記センサーのうちの少な
くとも1つは前記ロータヘッドに装着される請求項1〜
7のいずれか1つに記載のヘリコプタ。 - 【請求項9】 前記回転系は複数のブレードが取り付け
られたロータヘッドを備え、前記センサーのうちの少な
くとも1つはブレードに装着される請求項1〜7のいず
れか1つに記載のヘリコプタ。 - 【請求項10】 前記回転系の各ブレードについてセン
サーが設けられている請求項9記載のヘリコプタ。 - 【請求項11】 前記センサーのうちの1つは前記回転
系のロータ駆動軸に装着されている請求項1〜10のい
ずれか1つに記載のヘリコプタ。 - 【請求項12】 前記センサーは加速度計である請求項
1〜11のいずれか1つに記載のヘリコプタ。 - 【請求項13】 前記回転系にある前記センサーに加
え、1つ以上のセンサーが前記ヘリコプタの機体に設け
られていて、該機体の動的加速度を表す信号を発生する
請求項1〜12のいずれか1つに記載のヘリコプタ。 - 【請求項14】 回転系を支持するか該回転系により支
持される機体を含むと共に、励振周波数で相対運動が可
能なパーツを有するヘリコプタ構造の振動を減少する方
法であって、前記ヘリコプタ構造の相対運動が可能な前
記パーツ間に複数のアクチュエータを接続し、該アクチ
ュエータを前記励振周波数に実質的に相当する周波数で
振動させ、回転中に前記回転系上の複数の位置での動的
変化を表す信号を発生し、該信号を処理装置に送って、
該処理装置において、前記アクチュエータにより発生さ
れた付与力の位相及び大きさを制御するために、かつ前
記回転系の動的特性の変化に対して補償して前記機体の
全振動レベルを減少するように前記力の位相及び大きさ
の特性を変更するために、出力信号を発生するようにな
っている、ヘリコプタ構造の振動減少方法。 - 【請求項15】 前記回転系は、複数のロータブレード
を有する前記機体のサステイニング用主ロータを備え、
前記励振周波数は前記ロータブレードの通過周波数に実
質的に対応している請求項14記載の振動減少方法。 - 【請求項16】 回転系を支持するか該回転系により支
持される機体を含むヘリコプタ構造であって、該ヘリコ
プタ構造のパーツが励振周波数で相対運動が可能である
前記ヘリコプタ構造の振動を減少するために、前記ヘリ
コプタ構造の前記相対運動が可能なパーツ間に接続され
るようになっている複数のアクチュエータと、使用時
に、前記励振周波数に実質的に相当する周波数で前記ア
クチュエータを連続的に振動させる振動手段と、前記回
転系上の選択された位置で前記回転系に取り付けられ、
回転中に前記選択された位置での動的変化を表す信号を
使用時に発生するようになっている複数のセンサーと、
該センサーからの前記信号を処理して、前記アクチュエ
ータにより発生される付与力の位相及び大きさを制御す
ると共に、前記回転系の動的特性の変化を補償するよう
に前記付与力の位相及び大きさの特性を変更するために
出力信号を発生するようになっている処理装置とを備え
る、ヘリコプタ構造の振動減少装置。 - 【請求項17】 前記アクチュエータは電気油圧式アク
チュエータである請求項16記載の振動減少装置。 - 【請求項18】 前記センサーは加速度計である請求項
16又は請求項17記載の振動減少装置。
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