JPH10194199A - ヘリコプタの回転翼に用いられる制振機構 - Google Patents
ヘリコプタの回転翼に用いられる制振機構Info
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Abstract
を確実に行なえる制振機構を提供する。 【解決手段】 制振機構は、主軸を備える駆動部10と
固定部6と、駆動部10と固定部6とを互いに機能的に
接続するダンピング組立体とを備え、主軸に垂直な少な
くとも一方向における振動を軽減することができる。該
制振機構は流体圧制振機構を含み、それら流体圧制振機
構は、それぞれ積層面が主軸とほぼ垂直に配置される第
1及び第2の積層体40、50を有する。第1及び第2
の積層体40、50は、所定の間隔をもって交互に対向
するように近接配置され、また、互いに隣接する第1の
積層体と第2の積層体との間には粘性制振領域が形成さ
れる。また、上記制振機構は、主軸と平行な向きにおい
て高い剛性を示す弾性部材60を含み、駆動部10と固
定部6との間で生ずる圧縮励振を緩和することができ
る。
Description
翼に好適に使用される制振機構に関するものであり、特
に半硬質翼すなわちベアリングレス翼からなる回転翼に
関する。
うな構成の流体制振機構が開示されている。すなわち、
該流体制振機構は、軸方向に配置された内部部材を含
み、これが駆動部により駆動される。この駆動部は、ヘ
リコプタの回転翼の曲がり(コッキング)動作やピッチ
制御時に生ずるねじり(ツイスティング)動作を防止す
るための可動部及びボールジョイントを有する。
質層と弾性層とを交互に積層して形成された積層体であ
り、次には流体チャンバー内で動くピストンである。該
積層体は上記軸方向と平行な方向には高い剛性を有して
いるが、軸方向と垂直方向の剛性は比較的小さい。
つの現象により、振動振幅の全範囲において制振効果を
生じさせることとなる。その現象の1つは圧縮によるヘ
ッドロスのスロットリング現象であり、もう1つは粘性
制動現象、すなわち粘性オイル中での剪断による制振で
ある。粘性オイルとしては、粘度が10000〜100
000cSt(センチストークス:1St=10-4m2/
s)のシリコンオイルが用いられている。
点がある。 ・第1に、ヘリコプタ回転翼など高振幅の制振力が要求
される環境下では、制振のメカニズムはスロットリング
現象が支配的となる。 ・第2に、ヘリコプタ回転翼等の場合、機構への圧縮励
振の影響が不可避となる。このような圧縮励振はシステ
ムの疲労特性を悪化させる。例えば、ボールジョイント
65はねじり動作や曲がり動作の抑制には有効である
が、圧縮励振に対する抑制効果は有していない。
の線形特性が悪化する問題がある。これは、スロットリ
ングによる制振特性が変位速度の2乗に依存して変化す
るため必然的に非線形となるためである。
5,540,549の構成における上記第2の欠点は、粘
性制動により制振特性が変動する寄生現象を誘発する問
題を生ずる。すなわち、制振特性はピストン38とチャ
ンバー壁との間のクリアランスに大きく依存し、またピ
ストンの軸線位置の精度にも依存する。そして、前述の
圧縮励振が起きると、ピストンはその軸線方向が変化し
たり偏心したりしやすくなるので、制振特性の変動が生
じ、結果としてスロットリング制動は非線形的なものと
なってしまうのである。
の欠点を示すことのない制振機構を与えることにある。
制振機構の主な特徴は、上記スロットリング現象に基づ
く制振機構ではなく、剪断による粘性制動を用いた制振
機構を採用しており、その剪断動作と圧縮励振とを効果
的に分離できる剪断制動機構を備えている点にある。
プタの回転翼に好適に使用される制振機構であって、主
軸を有して、ヘリコプタの回転翼の場合はそのヘリコプ
タの翼に連結される駆動体により駆動される駆動部と、
例えば翼の回転を制御するスリーブなどの所定の構造部
に取り付けられる固定部と、それら駆動部と固定部とを
互いに機能的に接続するとともに、主軸に対し垂直とな
る少なくとも一方向において振動を減衰させるダンピン
グ組立体とを備え、該ダンピング組立体は、キャビティ
とこれを満たす粘性流体とを備えた流体圧制振機構と、
主軸と平行方向には高い剛性をもち垂直方向には低い剛
性をもつ可撓性部とを有する。そして、上記制振機構の
特徴部は下記のように構成される。すなわち、流体圧制
振機構は、それぞれ積層面が主軸とほぼ垂直に配置され
る第1及び第2の積層体を有し、第1の積層体は第1の
機械的連結機構を介して駆動部に取り付けられ、第2の
積層体は第2の連機械的連結機構を介して固定部に取り
付けられる。そして、それら第1及び第2の積層体は、
所定の間隔をもって交互に対向するように近接配置さ
れ、互いに隣接する第1の積層体と第2の積層体との間
に粘性制振領域が形成される。さらに、第1及び第2の
機械的連結機構の少なくとも一方が、主軸と平行な方向
において剛性が小さくなるように構成され、駆動部と固
定部との間で発生する圧縮励振を吸収する少なくとも1
つの弾性部材を含む。
特にヘリコプタの回転翼に好適に使用される制振機構で
あって下記のように構成されることを特徴とする。すな
わち、主軸を有し、駆動体により駆動される駆動部と、
所定の構造部に取り付けられた固定部と、それら駆動部
と固定部とを互いに機能的に接続するとともに、主軸に
対し垂直となる少なくとも一方向において振動を軽減す
るダンピング組立体とを備える。該ダンピング組立体
は、キャビティとこれを満たす粘性流体とを備えた流体
圧制振機構と、主軸と平行方向には高い剛性をもち垂直
方向には低い剛性をもつ可撓性部とを有する。流体圧制
振機構は、それぞれ積層面が主軸とほぼ垂直に配置され
る第1及び第2の積層体を有し、第1の積層体は第1の
機械的連結機構を介して駆動部に取り付けられ、第2の
積層体は第2の連機械的連結機構を介して固定部に取り
付けられ、かつそれら第1及び第2の積層体は、所定の
間隔をもって交互に対向するように近接配置され、ま
た、互いに隣接する第1の積層体と第2の積層体との間
に粘性制振領域が形成される。そして、第1及び第2の
積層体の少なくとも一方に、当該積層体が他方の積層体
との間で対向部分を形成しない領域が1以上形成され、
その領域において各積層体は、駆動部と固定部との間で
発生する圧縮励振を吸収するための、主軸と平行な向き
における剛性が低くなる流体圧制振機構を形成する。
で実施することもできるし、互いに組み合わせた形で実
施することもできる。
弾性材料で構成できる。また、所定の形状の弾性ワッシ
ャであってもよい。また、可撓性部は、弾性材料からな
る弾性板状体と、その弾性板状体よりも剛性の高い剛性
板状体とを互いに積層した構成を有するものとするのが
よい。
うな構成を例示できる。すなわち、駆動部を一端側が底
部とされ他端側にカバーをもつ筒状体とする。また、可
撓性部は、主軸と同心的に配置される円筒状をなして、
カバー及び底部の各内面の間に配置されて、流体圧制振
機構と、(自身と)駆動部との間に形成されて流体が満
たされるキャビティと、底部と、カバーと、可撓性部と
を取り囲むものとされる。さらに、固定部は可撓性部の
軸方向中央部に配置する。
に示す実施例により説明する。図1及び図2に示す制振
機構は、その軸が制振機構の主軸を与える硬質の中空円
筒10(駆動部)を備え、駆動体100を経てヘリコプ
タの回転翼と連結され、本制振機構の駆動部を構成して
いる。
1つずつ、計2つずつ設けられており、それぞれその円
筒10は、その軸線が翼に対してほぼ垂直となるように
配置されている
部)はカラー6とされている。このカラー6は、孔4を
経て翼を回転させるスリーブに連結されている。
0及び底部30がそれぞれ設けられ、それらの組立体は
円筒10の外側の溝にはめ込まれたガスケット12によ
りシールされている。
の周囲を囲むとともにカラー24に向けて外側に延びる
直円錐状部22とを有している。また、カバー20は円
筒部26を備え、その内面27において円筒10の外周
と接している。さらに、カバー20は、波形環状膜29
からなる膨張吸収チャンバー28を備える。カバー20
の環状面25は、金属ワッシャ5と弾性ワッシャ2との
積層体からなり円筒10と同心的に設けられ円柱状の可
撓性部1の上面に押し付けられている。
周囲を取り囲むとともにカラー34に向かって外側に延
びる直円錐状部32とを有している。また、底部30は
円筒部36を備え、その内面において円筒10の外周に
接している。
吸収チャンバー38を備える。また、底部30の環状面
35は、可撓性部1の下面に押し付けられている。
方向において、特に圧縮に対して高い剛性をもつが、主
軸と垂直方向においてはその剛性は低い。
しない、tanδ<0.3程度の低制振ゴムで構成され
る。本実施例では、可撓性部1は、制振機構の主軸に対
しそれぞれ同軸的に配置された金属ワッシャ5及び弾性
ワッシャ2の積層体として構成されている。
配されている。本実施例では、可撓性部1はこのカラー
6により、対称面Pに関して対称な円筒上部1’と円筒
下部1’’とに分割されている。また、カラー6の上部
には円筒部分8を備えた環状部品7が、該円筒状部分8
がカラー6の補助円筒部分9のほぼ中央に位置するよう
に配置されている。
結リング60の外周環状部分66がはめ込まれている。
本実施例では、図1に示すように、この連結リング60
は、硬質の内周環状部分64、弾性材料で構成された中
央環状部分63及び上記外周環状部分66を備えてい
る。
0,50を備える。このうち積層体40は円筒10を囲
むスリーブ42(第1の機械的連結機構)に固定される
一方、積層体50は、各単位板状物同士の間に積層体4
0とほぼ同じ積層間隔を形成するためのスペーサ57と
ともに、タイロッド55及びナット56で組み立てられ
ている。また、スリーブ42と円筒部26及び36の間
には、スペーサ41が配されている。
内において、これら積層体40及び50は、所定の間隔
をもって交互に対向するように近接配置されて、いわゆ
るインターリーブ構造を形成している。
シート又は積層体からなる。積層体40は例えば円盤状
で、それらの軸が上記主軸をなす一方、積層体50は半
月形状(図5参照)とされる。積層体40及び50の各
単位板状物の厚さは、通常数十分の1mmとされる。ま
た、円柱状領域45では、積層体40及び50の間隔も
また数十分の1mmとされている。なお、積層体40及
び50を、双方ともに円盤形状に形成することもでき
る。
には貫通孔61が形成され、ここにタイロッド55が挿
通されている。また、連結リング60は、各積層体40
及び50の、軸に垂直な面Pに関して対称に位置する上
部積層部58と下部積層部59との間でクランプされて
いる。
及び円筒10により取り囲まれた空間によりキャビティ
3が形成されている。該キャビティ3は、室温で100
000cSt以上の粘度を有するオイル等の粘性流体
(開口部23及び33から注入される)で満たされてい
る。
0〜500000cStの粘度を有するオイルを用いる
ことが望ましい。なお、オリフィス127及び137を
介して外部と連通するチャンバー28及び38は、オイ
ルで満たされているキャビティ3のための膨張吸収チャ
ンバーとして機能する。
及び50の各単位板状物は流体圧制振機構を形成する。
該流体圧制振機構は、円柱状領域45においては、主軸
に対して平行な方向では非常に高い剛性を示す一方、主
軸と垂直な方向ではオイルの粘度及び積層体の間隔に依
存した低い剛性を有するものとなり、全範囲においてt
anδが1以上という良好な制振係数を示す。
緩和・吸収するために、円筒10の軸線、すなわち主軸
と平行な向きには低い弾性係数(すなわち低い剛性)を
示し、好ましくは主軸と垂直な方向には高い弾性係数
(すなわち高い剛性)を示すものとして構成する。この
ような圧縮励振の緩和・吸収機構は、単一の手段によっ
ても実現できるし、複数の手段を組み合わせることによ
って実現することもできる。
この例では、連結リング60は、流体圧制振機構(タイ
ロッド55とナット56)の外部とカラー6との間の機
械的連結機構を形成するとともに、それ自体が主軸と平
行な向きの弾性自由度を有して、上記制振要部機構を形
成している。本実施例では、具体的には図2に示すよう
に、弾性材料で構成された中央環状部分63が該機構の
主体をなしている。これによれば、主軸と平行な方向に
は低剛性の弾性自由度が生ずるが、半径方向の剛性は高
いままとなる。
置き換えた場合を考えると、上記2組の積層体40及び
50間に部分的な重なりを生じさせること、すなわち、
幅r2の円柱状領域45(粘性制振非領域)において、
積層体40のみからなる幅r1の非重なり領域54と、
積層体50のみを含む幅r3の非重なり領域52との間
での重なりを生じさせるか、あるいはr1とr3との各
値をいずれも0とすることで、上記圧縮励振の緩和・吸
収が可能となる。
行な向きに充分な曲げ弾性を生じ、ひいては圧縮力に対
する所望の緩和・吸収能が付与できるように、積層体を
構成する単位板状物の厚み及び積層数の関数として決定
される。
の全てを担う場合は、制振効果が最大となるように、積
層体40と積層体50間の重なりは可能な限り大きくす
ることが望ましいといえる。
緩和・吸収を効果的に図ることができ、また制振機構の
寿命も延ばすことができる。
なわれることから、振動減衰後においてダンピング組立
体は常に中立位置に弾性的に復帰することとなる。一
方、圧縮励振により引き起こされる弾性変形は制振に何
の影響も及ぼさない。また、前述の円柱状領域45での
重なり部分(以下、重なり領域45ともいう)では剪断
による制振が主体となるため、主軸にのみ平行な向きに
上記緩和・吸収の力を生ずることとなる。さらに、オイ
ルが高い粘性を有しているために重なり領域45の剛性
は非常に高く、主軸と平行な方向においては重なり領域
45は剛体ブロックのように挙動すると推定できる。駆
動部10からの圧縮力あるいは圧縮励振は、重なり領域
45においては、該圧縮力にさらされる積層体40と積
層体50との間のオイル膜が圧縮される傾向となる。一
方、非重なり領域において圧縮力は、オイル膜はそれほ
ど圧縮されず、むしろ積層体が曲げられる傾向となり、
弾性曲げの挙動を生じさせることとなる。さらに本発明
の機構においては通常、キャビティ3において熱の消散
も起きる。
分断面図である。図においてはr1=0であるが、r3
=0としてもよい。
おいては制振機構の周囲に向かって傾斜した輪郭71を
有する弾性金属ワッシャ70で置き換えられている。
の例に示すものと同じように、制振機構は対称軸(すな
わち主軸)と、対称面(すなわち中間面P)とを有して
いる。
な実施例を示している。この例では、圧縮力の緩和・吸
収を行なう部材は、主軸に沿って生ずる力の作用線の外
側に配されている。その結果、緩和・吸収の対象となる
圧縮力はカバー20及び底部30によって伝達されるこ
ととなる。圧縮励振に伴い発生する力はかなり大きく、
その値は1000daN以上であり、振幅は1〜10m
mとなる。
59間でタイロッド55により支持される積層機構80
が、圧縮励振の緩和・吸収を行なう。積層機構80は円
筒状の金属部81と同じく円筒状の弾性材料部82とを
交互に積層した構造を有し、その軸線が主軸になるとと
もに、該主軸と平行な方向においては低い弾性係数を、
垂直方向においては高い弾性係数を示す。この積層機構
80はカラー6及び環状部品7の間の所定位置85にお
いて保持される。一方、図6は、図2の連結リング60
と置換可能な環状連結部材90の例を示している。この
例では、該環状連結部材90は金属円盤とされ、その中
央に開口部92を有するとともに、その周囲には複数の
開口部91が貫通形態で形成されている。
部をなす剛体的なスペーサ41(図2)をコイルばねや
皿ばね(積層されたばねワッシャ)で置き換えることに
より、これに圧縮励振の緩和・吸収機能を付与すること
もできる。この態様では、スリーブ42は円筒に沿って
スライドし、上記コイルばねあるいは皿ばねにより弾性
復帰させられる。
結機構の周辺部のみを囲む複数の弾性部材を含むものと
して構成することもできる。図7(a)(平面図)及び
(b)(縦断面図)に示す例では、圧縮励振の緩和・吸
収を担うのは、主に例えば2以上の金属部品95であ
る。これら金属部品95は、それぞれカラー6と環状部
品7との間で把持される被把持部96と、可撓性板状部
を形成する中央部分97と、例えば台形状の外形を有し
て、該部品95を内側から保持するためのタイロッド5
5の挿通孔99が形成された部分98とを備える。
状体110により構成した例である。該膜状体110に
は、主軸Zに関して円形対称にコルゲーション111が
形成されている
2の積層体は制振機構に対し、それぞれ主軸と垂直な2
つの方向において互いに異なるクリアランス(j1,j
2)が形成されるか(これは、主に該制振機構内に激し
い動作を生じさせるためのものである)、及び/又は上
記2つの方向において重なり距離(r2,r2’)を与
えるように、個々の積層物が交互に対向するように配置
される。
なっている。図9では、積層体40及び50は円盤形状
であるが、積層体50は半径方向に延びる長孔状の中央
開口部51を有し、j1≠j2となっている。
コプタ回転翼に用いられる本発明の振動制振機構の好例
を示す斜視図。
Claims (11)
- 【請求項1】 制振機構、特にヘリコプタの回転翼に好
適に使用される制振機構において、 主軸を有し、駆動体(100)により駆動される駆動部
(10)と、 所定の構造部に取り付けられる固定部(6)と、 それら駆動部(10)と固定部(6)とを互いに機能的
に接続するとともに、前記主軸に対し垂直となる少なく
とも一方向において振動を減衰させるダンピング組立体
とを備え、 該ダンピング組立体は、キャビティ(3)とこれを満た
す粘性流体とを備えた流体圧制振機構と、前記主軸と平
行方向には高い剛性をもち垂直方向には低い剛性をもつ
可撓性部(1)とを有するとともに、 前記流体圧制振機構(40、50)は、それぞれ積層面
が前記主軸とほぼ垂直に配置される第1及び第2の積層
体(40、50)を有し、第1の積層体(40)は第1
の機械的連結機構(42)を介して前記駆動部(10)
に取り付けられ、第2の積層体(50)は第2の機械的
連結機構(60)を介して前記固定部(6)に取り付け
られ、かつそれら第1及び第2の積層体(40、50)
は、所定の間隔をもって交互に対向するように近接配置
され、また、互いに隣接する第1の積層体(40)と第
2の積層体(50)との間に粘性制振領域(45)が形
成される一方、 前記第1及び第2の機械的連結機構(42、60)の少
なくとも一方が、前記主軸と平行な方向において剛性が
小さくなるように構成され、前記駆動部(10)と前記
固定部(6)との間で発生する圧縮励振を吸収する少な
くとも1つの弾性部材(60、70、80、90、9
5)を含むことを特徴とする制振機構。 - 【請求項2】 制振機構、特にヘリコプタの回転翼に好
適に使用される制振機構において、 主軸を有し、駆動体(100)により駆動される駆動部
(10)と、 所定の構造部に取り付けられる固定部(6)と、 それら駆動部(10)と固定部(6)とを互いに機能的
に接続するとともに、前記主軸に対し垂直となる少なく
とも一方向において振動を減衰させるダンピング組立体
とを備え、 該ダンピング組立体は、キャビティ(3)とこれを満た
す粘性流体とを備えた流体圧制振機構と、前記主軸と平
行方向には高い剛性をもち垂直方向には低い剛性をもつ
可撓性部(1)とを有するとともに、 前記流体圧制振機構(40、50)は、それぞれ積層面
が前記主軸とほぼ垂直に配置される第1及び第2の積層
体(40、50)を有し、第1の積層体(40)は第1
の機械的連結機構(42)を介して前記駆動部(10)
に取り付けられ、第2の積層体(50)は第2の機械的
連結機構(60)を介して前記固定部(6)に取り付け
られ、かつそれら第1及び第2の積層体(40、50)
は、所定の間隔をもって交互に対向するように近接配置
され、また、互いに隣接する第1の積層体(40)と第
2の積層体(50)との間に粘性制振領域(45)が形
成される一方、 前記第1及び第2の積層体(40、50)の少なくとも
一方に、当該積層体が他方の積層体との間で対向部分を
形成しない領域が1以上(52、54)形成され、その
領域(52、54)において前記各積層体は、前記駆動
部(10)と前記固定部(6)との間で発生する圧縮励
振を吸収するための、前記主軸と平行な向きにおける剛
性が低くなる流体圧制振機構を形成することを特徴とす
る制振機構。 - 【請求項3】 前記第1及び第2の機械的連結機構の少
なくとも一方が、前記主軸と平行な方向において剛性が
小さくなるように構成され、前記駆動部と前記固定部と
の間で発生する圧縮励振を吸収する少なくとも1つの弾
性部材(60、70、80、90、95)を含む請求項
2記載の制振機構。 - 【請求項4】 前記弾性部材(60、70、80、9
0、95)は、主軸と垂直な方向において高い弾性係数
を有するものである請求項1又は3に記載の制振機構。 - 【請求項5】 前記弾性部材は、少なくともその1つが
金属ワッシャ(70)、積層構造物(80)、バネ、及
び膜状物の少なくともいずれかを含んで構成される請求
項1又は4に記載の制振機構。 - 【請求項6】 前記制振機構は、前記弾性部材(95)
を複数含み、それら各弾性部材(95)は、前記機械的
連結機構の対応するものの周囲のみを取り囲むように配
置されている請求項1ないし4のいずれかに記載の制振
機構。 - 【請求項7】 前記第1の積層体(40)は円盤状に形
成され、第2の積層体(50)が半月状に形成されてい
る請求項1ないし6のいずれかに記載の制振機構。 - 【請求項8】 交互に配置された前記第1及び第2の積
層体は、前記流体圧制振機構に対し、それぞれ前記主軸
と垂直な2つの方向において、互いに異なるクリアラン
ス(j1、j2)及び/又は重なり距離(r2、r
2’)を与えるように、個々の積層物が交互に対向する
ように配置されている請求項1ないし7のいずれかに記
載の制振機構。 - 【請求項9】 前記可撓性部は、弾性材料からなる弾性
板状体と、その弾性板状体よりも剛性の高い剛性板状体
とを互いに積層した構成(1)を有する請求項1ないし
8のいずれかに記載の制振機構。 - 【請求項10】 前記駆動部は一端側が底部(30)と
され他端側にカバー(20)をもつ筒状体(10)であ
り、 前記可撓性部(1)は前記主軸と同心的に配置される円
筒状をなし、前記カバー(20)及び前記底部(30)
の各内面の間に配置されて、前記流体圧制振機構(4
0、45)と、前記駆動部(10)との間に形成されて
流体が満たされる前記キャビティ(3)と、前記底部
(30)と、前記カバー(20)と、前記可撓性部
(1)とを取り囲むものとされ、 前記固定部(6)は前記可撓性部(1)の軸方向中央部
に配されている請求項1ないし9のいずれかに記載の制
振機構。 - 【請求項11】 前記粘性流体は、室温での粘度が10
0000cSt以上、好ましくは300000〜500
000cStである請求項1ないし10のいずれかに記
載の制振機構。
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