JPS5951479B2 - Control method and aircraft for aircraft with twin-rotating hingeless rotor wings - Google Patents
Control method and aircraft for aircraft with twin-rotating hingeless rotor wingsInfo
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- JPS5951479B2 JPS5951479B2 JP51136816A JP13681676A JPS5951479B2 JP S5951479 B2 JPS5951479 B2 JP S5951479B2 JP 51136816 A JP51136816 A JP 51136816A JP 13681676 A JP13681676 A JP 13681676A JP S5951479 B2 JPS5951479 B2 JP S5951479B2
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/54—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement
- B64C27/80—Mechanisms for controlling blade adjustment or movement relative to rotor head, e.g. lag-lead movement for differential adjustment of blade pitch between two or more lifting rotors
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はヘリコプタ−の飛行制御に係り、特に、最適な
性能および操縦性を得るように同軸双反転式回転翼を有
するヘリコプタ−の飛行制御に係る。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the flight control of helicopters, and more particularly to the flight control of helicopters having coaxial twin-rotating rotors for optimum performance and maneuverability.
ヘリコプタ−の揚力発生機構として同軸双反転式ヒンジ
無し回転翼の採用により利点が得られることは以前から
知られていたけれども、その制御上の問題点を含めてい
くつかの問題点があったため、上記のような回転翼シス
テムを採用した実際のヘリコプタ−の開発は最近になっ
て行なわれた。Although it has been known for a long time that advantages can be obtained by adopting a coaxial twin-rotating type hingeless rotor blade as a lift generation mechanism for a helicopter, there were several problems including control problems. The development of actual helicopters employing rotary wing systems such as those described above has only recently occurred.
有名な航空術パイオニアであるIgor I。Igor I, a famous aviation pioneer.
5ikorskyが20世紀の初めに彼の最初のヘリコ
プタ−を製作した時、それが同軸双反転式ヒンジ無し回
転翼を含んでいたことは特筆に値する。It is noteworthy that when Ikorsky built his first helicopter at the beginning of the 20th century, it included a coaxial twin-rotating hingeless rotor.
Glauertはその著書“Aerodynamic
Theory”のなかで、二つの互いに逆方向に回転す
るヒンジ無し回転翼の採用により回転翼のロール・モー
メントを克服し得ることを示唆した。Glauert wrote his book “Aerodynamic
In ``Theory,'' he suggested that the roll moment of the rotor could be overcome by employing two unhinged rotors rotating in opposite directions.
この方法を発展させるものとして、米国特許第3409
248号では、差分的な横方向の周期的ピッチをヘリコ
プタ−の前進速度の関数として選択的に変更することに
より、ロール・モーメントを相殺あるいは減少するとと
もに、各回転翼の揚力ベクトルを最適に方向付けて、最
適な揚力−抗力比特性を得る方法が示唆されている。As an extension of this method, US Pat. No. 3,409
No. 248 selectively changes the differential lateral periodic pitch as a function of the helicopter's forward speed to offset or reduce roll moments and optimally direct the lift vector of each rotor. In addition, a method for obtaining the optimum lift-drag ratio characteristics has been suggested.
この機能を実現するため上記米国特許第3409248
号に開示された機構は、手動もしくは正しい利得を得る
ため計算機を用いた空気速度検出器によって、各回転翼
の制御棒に直接入力を与える簡単なリンク機構であった
。In order to realize this function, the above-mentioned U.S. Patent No. 3,409,248
The mechanism disclosed in that issue was a simple linkage that provided direct input to the control rods of each rotor, either manually or by means of an air velocity detector using a computer to obtain the correct gain.
米国特許第3570786号には、制御システムの差分
的な横方向の周期的入力に同時制御用レバーを結合する
ことによって、同時制御用レバーからの人力の関数とし
ての差分的な横方向の周期的ピッチを得るブチ法が示唆
されている。U.S. Pat. No. 3,570,786 discloses that the differential lateral periodic inputs as a function of human power from the simultaneous control levers are controlled by coupling the simultaneous control levers to the differential lateral periodic inputs of the control system. The Buchi method of obtaining pitch has been suggested.
上記米国特許第3570786号によれば、同時制御用
レバーの位置が一定である高速飛行においては、一定の
差分的な横方向の周期的入力によって適切な効率が得ら
れる。According to US Pat. No. 3,570,786, a constant differential lateral periodic input provides adequate efficiency in high speed flight where the simultaneous control lever position is constant.
米国特許第3521971号では、同軸双反転式ヒンジ
無し回転翼にヘリコプタ−の運動中に加わるジャイロ・
モーメントによって、反対方向に羽根の曲げ応力および
偏位を生ずることが認識されている。U.S. Pat. No. 3,521,971 describes a gyroscopic system applied to coaxial twin-rotating hingeless rotors during helicopter motion.
It has been recognized that moments cause bending stresses and deflections of the vane in opposite directions.
各回転翼に対して固定位相角を大きくして差分的な周期
的ピッチを導入することにより、これらの飛行運動中の
歳差運動によるジャイロ・モーメントを相殺する空気力
学的モーメントが発生される。By increasing the fixed phase angle and introducing a differential periodic pitch for each rotor, aerodynamic moments are created that offset the gyroscopic moments due to precession during these flight motions.
したがって上記米国特許第3409249号には、同軸
双反転式ヒンジ無し回転翼において差分的な横方向の周
期的ピッをヘリコプタ−の前進速度の関数として導入す
れば、回転翼の揚力ベタ1ヘルを選択的に方向付けるこ
とにより定常状態における回転翼の最適な揚力−抗力比
特性を得られることが示唆されている。Therefore, the above-mentioned U.S. Pat. No. 3,409,249 teaches that if a differential lateral periodic pitch is introduced as a function of the forward speed of the helicopter in a coaxial twin-rotating hingeless rotor, the lift of the rotor can be adjusted to a constant 1H. It has been suggested that the optimal lift-drag ratio characteristics of the rotor blade in steady state can be obtained by orienting the rotor directly.
上記米国特許第3409249号自体は歳差運動による
ジャイロ・モーメントの相殺については言及していない
。The above-mentioned US Pat. No. 3,409,249 itself does not mention the cancellation of gyroscopic moments by precession.
運動中に生ずる歳差運動によるジャイロ・モーメンI・
を相殺するため、同軸双反転式ヒンジ無し回転翼におい
て固定位相角を大きくすることは米国特許第35219
71号により知られている。Gyro moment I due to precession that occurs during movement
In order to compensate for
Known by No. 71.
しかし、本願の発明者は、大きな固定位相角によっては
一つの飛行速度においてしか歳差運動モーメントを相殺
できない、との認識に達した。However, the present inventors have come to the realization that a large fixed phase angle can only compensate for precession moments at one flight speed.
本発明は、双反転式ヒンジ無し回転翼において、回転翼
への揚力ベクトルを自動的に最適に方向付けして、これ
らの反対方向の揚力ベクトルによるロール・モーメント
の相殺をも含めて最適な揚力−抗力比を得るとともに、
すべての飛行速度において歳差運動によるジャイロ・モ
ーメントを自動的に相殺あるいは最小化し、それにより
定常状態においても運動状態においてもヘリコプタ−の
最適な性能および操縦性を得ようとするものである。The present invention automatically orients the lift vectors to the rotor in a twin-rotating hingeless rotor blade in an optimal manner to obtain the optimal lift including canceling the roll moment by the lift vectors in opposite directions. - Obtain the drag ratio and
The objective is to automatically cancel or minimize precessional gyroscopic moments at all flight speeds, thereby achieving optimal performance and maneuverability of the helicopter in both steady state and motion conditions.
本発明によれば、双反転式ヒンジ無し回転翼の制御方法
として、各回転翼の位相角がヘリコプタ−の前進速度の
関数として変更されるので、選択された差分的な周期的
ピッチが回転翼への周期的ピッチ人力に応答して発生し
て、最適な揚力−抗力比を得るように回転翼の揚力ベク
トルを選択的に方向付け、また、すべての飛行速度にお
いて回転翼の歳差運動によるジャイロ・モーメントを相
殺あるいは最小化する。In accordance with the present invention, as a control method for a twin-rotating hingeless rotor, the phase angle of each rotor is changed as a function of the forward speed of the helicopter, so that a selected differential periodic pitch can be applied to the rotor. periodic pitch generated in response to human forces to selectively direct the rotor's lift vector to obtain an optimal lift-drag ratio, and also due to the precession of the rotor at all flight speeds. Offset or minimize gyroscopic moments.
本発明の好ましい実施態様によれば、各回転翼の位相角
は飛行中に、ホバリングと160ノットどの間の飛行速
度に対して、約20度と70度との間の位相角範囲を通
じて、ヘリコプタ−速度の関数として変更される。In accordance with a preferred embodiment of the present invention, the phase angle of each rotor is controlled during flight through a phase angle range between about 20 degrees and 70 degrees for flight speeds between hover and 160 knots. -Variable as a function of speed.
さらに本発明によれば、回転翼の位相角が飛行中に前進
速度の関数として自動的に変更され、また、縦方向の周
期的入力を横方向の周期的制御に結び付ける役割をする
ので、周期的ピッチ制御の入力により二つの回転翼の間
に望ましい差分的な周期的ピッチが生ずる。Furthermore, according to the invention, the phase angle of the rotor is automatically changed during flight as a function of forward speed, and also serves to link the longitudinal periodic input to the transverse periodic control, so that The desired pitch control input produces the desired differential periodic pitch between the two rotors.
各回転翼の位相角を変更するための好ましい手段は、回
転斜板機構を主体とするアナログ・ミキサであり、この
回転斜板は任意に選択された傾斜軸線の周りを傾斜する
ことができ、また、それと同期して回転翼の回転斜板を
周期的ピッチ制御用傾斜軸線の周りに傾斜させるようヘ
リコプタ−回転翼の回転斜板と連結されている。A preferred means for changing the phase angle of each rotor blade is an analog mixer based on a rotating swash plate mechanism, the rotating swash plate being able to tilt around an arbitrarily selected tilt axis; It is also connected to the swash plate of the helicopter rotor blade so as to tilt the swash plate of the rotor blade around a periodic pitch control tilt axis in synchronization with the rotor blade.
ここで、周期的ピッチ制御はアナログ・ミキサを通じて
主回転斜板に与えられるが、最も重要なこととして、ア
ナログ・ミキサの傾斜軸線がヘリコプタ−前進速度の関
数として選択的に方向付けられ得るので、ヘリコプタ−
前進速度の関数としての回転翼位相角の変更がアナログ
・ミキサから回転翼の回転斜板へ周期的制御入力を与え
ることなく実現される。Here, periodic pitch control is provided to the main rotary swashplate through an analog mixer, most importantly because the tilt axis of the analog mixer can be selectively oriented as a function of helicopter forward speed. helicopter
Modification of the rotor phase angle as a function of forward speed is accomplished without providing periodic control inputs from the analog mixer to the rotor swashplate.
本発明の開示によれば、ヘリコプタ−回転翼の制御シス
テムにアナログ・ミキサを用いることによって、操縦レ
バーからの周期的ピッチ入力に応答して選択された傾斜
軸線の周りに傾斜するよう作動しかつ回転翼の回転斜板
に同様な傾斜を生じさせることにより回転翼に周期的制
御入力を与え、また、ヘリコプタ−速度の関数として飛
行中に回転翼の位相角を変化させる機能を果たし、さら
に、この位相角変更機能を、回転翼に周期的制御入力を
与えることなく、果たす能力を有する。In accordance with the present disclosure, an analog mixer is used in a helicopter rotor control system to operate and tilt about a selected tilt axis in response to periodic pitch inputs from a control lever. providing a periodic control input to the rotor by creating a similar tilt in the rotor's swashplate, which also serves to vary the phase angle of the rotor during flight as a function of helicopter speed; It has the ability to perform this phase angle changing function without applying periodic control inputs to the rotor.
第1図を参照すると、同軸双反転式ヒンジ無し回転翼お
よびその制御システムが一層して参照文字10で示され
ており、その剛性回転翼12および14は通常の態様で
ヘリコプタ−胴体により支持され、共通の軸線18の周
りを回転することによって揚力を発生する。Referring to FIG. 1, a coaxial twin-rotating unhinged rotor and its control system is further indicated by the reference numeral 10, the rigid rotors 12 and 14 being supported by a helicopter fuselage in a conventional manner. , generate lift by rotating about a common axis 18.
なお回転翼12および14は、図解の便宜上、横に並べ
て示されている。Note that the rotary blades 12 and 14 are shown side by side for convenience of illustration.
各回転翼はそれぞれ固有の制御システムを有し、面制御
システムは同一であることが好ましく、また、固定斜板
部分20aおよび回転斜板部分20bから成る通常の回
転斜板組立体20を含んでいる。Each rotor has its own control system, preferably the same surface control system, and includes a conventional swashplate assembly 20 consisting of a fixed swashplate section 20a and a rotating swashplate section 20b. There is.
回転斜板部分20bは通常のリンク機構によ]り回転翼
12および14の羽根のピッチつのに連結されており、
回転翼軸線18に沿っての斜板20の運動は回転翼羽根
に同時的なピッチ変化を生じさせ、また、軸線18に対
する斜板20の傾斜は羽根に周期的なピッチ変化を生じ
させる。The swash plate portion 20b is connected to the pitch blades of the rotor blades 12 and 14 by a conventional linkage;
Movement of swashplate 20 along rotor axis 18 causes simultaneous pitch changes in the rotor blades, and inclination of swashplate 20 with respect to axis 18 causes periodic pitch changes in the blades.
回転°斜板組立体20は主サーボ機構22により並進も
しくは傾斜あるいはその双方を生ゼしぬられる。The rotating swash plate assembly 20 is translated and/or tilted by a main servo mechanism 22.
サーボ機構22は同時制御用レバー24、周期的制御用
レバー26および足ペダル30からの入力により制御さ
れるようになっており、これらの入□力はミキサ機構2
8を通じてサーボ機構22に与えられる。The servo mechanism 22 is controlled by inputs from the simultaneous control lever 24, the periodic control lever 26, and the foot pedal 30, and these input forces are applied to the mixer mechanism 2.
8 to the servo mechanism 22.
なお、レバー26からの入力はミキサ機構28に入る以
前にアナログ・ミキサ40を経由する。Note that the input from the lever 26 passes through an analog mixer 40 before entering the mixer mechanism 28.
本発明を説明する目的では、回転翼制御システムについ
て第1図に示す概略図で説明するだけで十分であろう。For purposes of describing the invention, it will be sufficient to describe the rotor control system in the schematic diagram shown in FIG.
回転翼およびその制御システム10は米国特許第340
9249号、同第3521971号および同第3570
786号に一層完全に開示されている形式%式%
作動にあたっては、前記特許に一層詳細に記載されてい
るように、周期的制御用レバー26がヘリコプタ−のピ
ッチおよびロールの制御に用いられる。The rotor blade and its control system 10 are disclosed in U.S. Pat. No. 340
No. 9249, No. 3521971 and No. 3570
In operation, a periodic control lever 26 is used to control the pitch and roll of the helicopter, as described in more detail in that patent.
同時制御用レバー24は垂直制御に用いられ、また、ペ
ダル30は方向あるいは偏揺角制御に用いられる。Simultaneous control lever 24 is used for vertical control, and pedal 30 is used for directional or yaw control.
同時制御用レバー24は回転翼推力制御のため各回転翼
の羽根ピツチ角を均等に変化させる。The simultaneous control lever 24 uniformly changes the blade pitch angle of each rotor blade for rotor blade thrust control.
周期的制御用レバー26は回転翼のピッチおよびロール
のモーメントの制御のため各回転翼の羽根角を周期的か
つ均等に変化させる。The periodic control lever 26 periodically and uniformly changes the blade angle of each rotor to control the pitch and roll moment of the rotor.
縦方向の周期的入力によりピッチ運動を生じ、また、横
方向の周期的入力によりロール運動を生ずる。A periodic input in the longitudinal direction produces a pitch motion, and a periodic input in the lateral direction produces a roll motion.
足ペダル30は方向あるいは偏揺制御のため各回転翼の
羽根角を同時的に、しかし、等大逆方向に変化させる。Foot pedals 30 vary the blade angle of each rotor simultaneously, but equally in opposite directions, for directional or yaw control.
すなわち、ペダル30の作用により上側回転翼14の同
時ピッチが増大し、下側回転翼12のそれが減少すると
、上側回転翼14により反時計方向に生ずるトルクが大
きくなるので、機首を左に偏揺するモーメン1〜が機体
に加わる。That is, when the simultaneous pitch of the upper rotor 14 increases and that of the lower rotor 12 decreases due to the action of the pedal 30, the torque generated by the upper rotor 14 in the counterclockwise direction increases, causing the nose to turn to the left. A yawing moment 1~ is added to the aircraft.
ペダル30の作用により下側回転翼12の同時ピッチが
増大し、上側回転翼14の同時ピッチが減少すると、機
首を右に偏揺するモーメントが生ずる。The effect of pedal 30 increases the simultaneous pitch of lower rotor 12 and decreases the simultaneous pitch of upper rotor 14, creating a moment that yaws the nose to the right.
後の説明の目的に対して、回転翼14が上側回転翼であ
り、上から見て反時計方向に回転し、また、回転翼12
が下側回転翼であり、上から見て時計方向に回転するも
のとする。For purposes of the following discussion, rotor 14 is the upper rotor and rotates counterclockwise when viewed from above, and rotor 12
is the lower rotor blade, and it is assumed that it rotates clockwise when viewed from above.
ヘリコプタ−は操縦者による羽根のピッチ角変化(フェ
ザリング)に直ちには応答しない。Helicopters do not respond immediately to feathering changes by the pilot.
最大の羽根曲げモーメントおよびヘリコプタ−制御モー
メントの発生は、回転翼12および14の羽根の可撓性
によって、羽根ピツチ角の変化より遅延する。The development of maximum blade bending moments and helicopter control moments is delayed relative to changes in blade pitch angle due to the flexibility of the rotor blades 12 and 14.
この遅延の意味は第2図から最も良く理解することがで
きる。The meaning of this delay can best be understood from FIG.
いま、ヘリコプタ−の機首に方位角180°でピッチン
グ・モーメントを加え、羽根が方位角180°の位置を
通過したときに羽根ピッチを変更したい、ものと仮定し
よう。Let's now assume that we want to apply a pitching moment to the nose of the helicopter at an azimuth angle of 180 degrees, and change the pitch of the blades when the blades pass a position at an azimuth angle of 180 degrees.
前記のような制御モーメントの発生の遅延によって、ヘ
リコプタ−はその羽根ピッチの変化による最大制御モー
メントを機首あるいは180°方位角位置においては受
けず、むしろ、そこから羽根回転方向にある角度をなす
位置、たとえば180°+θの位置、すなわち第2図の
方位角位置Mにおいて受ける。Due to the delay in the generation of the control moment described above, the helicopter does not experience the maximum control moment due to changes in its blade pitch at the nose or 180° azimuth position, but rather at an angle from there in the direction of blade rotation. For example, at a position of 180°+θ, that is, at an azimuthal position M in FIG.
第2図かられかるように、角度θの遅延の結果として周
期的制御用レバー26の前方(縦方向)変位は各回転翼
にピッチング・モーメン) (MP)とロール・モー
メン) (MR)の両成分を生ずることになる。As can be seen from FIG. 2, as a result of the delay of the angle θ, the forward (longitudinal) displacement of the periodic control lever 26 causes pitching moment (MP) and roll moment) (MR) of each rotor blade. Both components will be produced.
ピッチング・モーメントMpは同時的であり、また、ヘ
リコプタ−に所望のピッチング加速を生ずる。The pitching moment Mp is simultaneous and also produces the desired pitching acceleration in the helicopter.
回転翼12および14は反対方向に回転するので、周期
的制御用レバーの縦方向運動により生ずるロール・モー
メント成分MRは打ち消し合うが、これらの成分は各回
転翼の軸に望ましくない曲げ応力を生ずる。Since the rotors 12 and 14 rotate in opposite directions, the roll moment components MR caused by the longitudinal movement of the periodic control lever cancel out, but these components create undesirable bending stresses in the axis of each rotor. .
遅延角θはこの形式の回転翼羽根に対して約30°であ
る。The retardation angle θ is approximately 30° for this type of rotor blade.
これらの軸間の曲げ応力は、制御モーメントの遅延を補
償するよう各回転翼の回転斜板20を調節することによ
って、最小化される。Bending stresses between these axes are minimized by adjusting the swash plate 20 of each rotor to compensate for the control moment delay.
各回転翼の回転斜板20が回転翼の回転と反対の方向に
、第3図のように、遅延角θと等しい大きさだけ偏位さ
れていれば、最大制御モーメンl−MPは所望の180
°の方位角でのみ発生し、軸間の曲げ応力は減少するこ
とになる。If the swash plate 20 of each rotor blade is deflected in the direction opposite to the rotation of the rotor blade by an amount equal to the delay angle θ, as shown in FIG. 180
The bending stress between the axes will be reduced, occurring only at an azimuth angle of .
第3図から明らかなように、ピッチング・モーメン)M
pのみが、ヘリコプタ−の機首(180°方位角位置)
を通る前後あるいは縦方向の線に沿って、回転翼12お
よび14に発生されている。As is clear from Figure 3, pitching moment) M
Only p is the nose of the helicopter (180° azimuth position)
are generated on the rotor blades 12 and 14 along a longitudinal or longitudinal line passing through the rotor blades 12 and 14.
第3図に図解されているように、ピッチを変化させるこ
とによってロール・モーメント成分MRは生じない。As illustrated in FIG. 3, changing the pitch does not create a roll moment component MR.
しかし、ヘリコプタ−のピッチ加速の結果として、回転
翼のジャイロスコープ的歳差運動特性によQMGで示さ
れているモーメントが付加的に生ずる。However, as a result of the pitch acceleration of the helicopter, the gyroscopic precession characteristics of the rotor create an additional moment designated QMG.
上側回転翼のモーメントのロールを生ずる傾向は下側回
転翼のそれにより打ち消されるが、反面において、不都
合な羽根の曲げ応力および偏位を生ずる。The tendency of the moment of the upper rotor to cause roll is counteracted by that of the lower rotor, but on the other hand creates undesirable blade bending stresses and deflections.
米国特許第3521971号に示されているように、も
し回転斜板20が著しく大きい角度、たとえば゛第2図
および第3図に示されている角度の約2倍の位相角ガン
マ(F)に調節されているならば、第4図および゛第5
図に示されている結果が得られる。As shown in U.S. Pat. No. 3,521,971, if the rotating swashplate 20 is exposed to a significantly large angle, e.g., approximately twice the phase angle gamma (F) as shown in FIGS. If adjusted, Figures 4 and 5
The results shown in the figure are obtained.
すなわち、運動中のヘリコプタ−姿勢の変化により生ず
るジャイロ・モーメントに基づく不都合な羽根曲げモー
メントと平衡するような空気力学的モーメントが自動的
に発生する。That is, an aerodynamic moment is automatically generated that balances the unfavorable blade bending moment due to gyroscopic moments caused by changes in helicopter attitude during motion.
このようにして、回転翼羽根の過大な応力が回避され、
また、必要な羽根先端すきまが運動中にも維持される。In this way, overstressing of the rotor blades is avoided and
Additionally, the necessary blade tip clearance is maintained during movement.
第4図には回転翼12および14の方位角位置Mにおい
て空気力学的な力による羽根曲げモーメン1〜を生ずる
ように方位角位置△Pにおいて制御ピッチ変化入力を加
えることの効果が図解されている。FIG. 4 illustrates the effect of applying a controlled pitch change input at azimuth position ΔP to produce an aerodynamic blade bending moment 1~ at azimuth position M of rotor blades 12 and 14. There is.
第4図において生ずるモーメン)−Mは、羽根にピッチ
運動を生じさせるピッチ変化モーメン)Mpと、第2図
に示されているロール・モーメンl”MRに相当する横
方向空気力学的モーメントMAとにベクトル分解するこ
とができる。The resulting moment)-M in FIG. 4 is the pitch change moment) Mp which causes the blade to pitch, and the transverse aerodynamic moment MA, which corresponds to the roll moment l''MR shown in FIG. It can be decomposed into vectors.
第4図で留意すべきことは、ヘリコプタ−が運動状態に
あること、すなわち、ヘリコプタ−に加えられるモーメ
ントに応答して姿勢を変化しつつあることである。What should be noted in FIG. 4 is that the helicopter is in motion, ie, changing attitude in response to a moment applied to the helicopter.
米国特許第3521971号に完全に説明されているよ
うに、ヘリコプタ−回転翼の特性として、ジャイロ・モ
ーメントが姿勢変化に応答して姿勢変化モーメントMか
ら90°前方の方位角位置Gにおいてヘリコプタ−に作
用する。As fully explained in U.S. Pat. No. 3,521,971, a characteristic of a helicopter rotor is that a gyroscopic moment is applied to the helicopter at an azimuth position G 90 degrees forward of the attitude change moment M in response to an attitude change. act.
位置Gに示されているジャイロ・モーメントは、空気力
学的に加わるピツチ・モーメンl−Mpと共働してヘリ
コプタ−にピッチング運動を生じさせる加算的なジャイ
ロ・モーメン1−GPと、第2図のロール・モーメント
MRに相当する横方向のジャイロ・モーメントMGとに
ペルトル分解される。The gyroscopic moment shown at location G is combined with the aerodynamically applied pitching moment l-Mp to produce an additive gyroscopic moment 1-GP that causes the helicopter to pitch. is Peltle decomposed into a lateral gyroscopic moment MG corresponding to a roll moment MR.
第4図かられかるように、回転翼12および14の各々
において空気力学的に生ずるロール・モーメン)MAが
ジャイロ・モーメントM6を相殺するので、ヘリコプタ
−の運動中に生ずるジャイロ力に起因する羽根曲げモー
メントは相殺される。As can be seen from FIG. 4, the roll moment (MA) aerodynamically generated in each of the rotor blades 12 and 14 cancels the gyroscopic moment M6, so that the blades due to the gyroscopic force generated during the motion of the helicopter The bending moments cancel out.
すなわち第4図には、位相角ガンマの適当な選択により
、空気力学的モーメントMAを生ずる差分的ピッチ結合
が自動的に各回転翼に発生して、それがヘリコプタ−の
運動中に発生するジャイロ・モーメン)Mcによる逆方
向作用を相殺することを示している。That is, FIG. 4 shows that by proper selection of the phase angle gamma, a differential pitch coupling resulting in an aerodynamic moment MA is automatically generated on each rotor blade, which in turn generates a gyroscopic coupling occurring during the motion of the helicopter.・Momen) This shows that it cancels out the reverse effect caused by Mc.
第4図の空気力学的モーメントMAが常にジャイロ・モ
ーメントM6の作用を減じ、また、MA”M6のときに
M6を相殺することは当業者に明らかであろう。It will be clear to those skilled in the art that the aerodynamic moment MA of FIG. 4 always subtracts the effect of the gyroscopic moment M6 and also cancels M6 when MA''M6.
第5図はヘリコプタ−の運動中ではなく定常状態飛行中
においても、位相角ガンマを第4図の位相角と等しく選
定することによって、自動的に利点が得られることを図
解している。FIG. 5 illustrates that advantages are automatically obtained by selecting the phase angle gamma equal to the phase angle of FIG. 4 even during steady state flight rather than during helicopter motion.
定常状態飛行において位相角ガンマがやはり遅延角θよ
り実質的に大きく選ばれている第5図を見ると、制御入
力が位置△Pにおいて羽根ピツチ変化を生ずるとき、差
分的なピッチ結合が位置Mにおいて各回転翼に空力学的
モーメンl”MAが発生している。Looking at FIG. 5, where in steady state flight the phase angle gamma is again chosen to be substantially larger than the delay angle θ, when the control input causes a blade pitch change at position ΔP, the differential pitch coupling is An aerodynamic moment l''MA is generated on each rotor blade at .
この空気力学的モーメントは加算的なピッチ・モーメン
トMPと相殺的なロール・モーメン)MRとにベタ1〜
ル分解され得る。This aerodynamic moment is equal to the additive pitch moment (MP) and the countervailing roll moment (MR).
can be decomposed.
発生したロール・モーメン)MRは回転翼12および]
4への差分的な横方向の周期的制御入力を生じて各回転
翼12および14への揚力ベクトルを選択的に方向付け
る空気力学的モーメントであり、したがって、最適な・
揚力−抗力比を生じて、回転翼の効率を最適化する。The generated roll moment) MR is the rotor blade 12 and]
4 to selectively direct the lift vector to each rotor blade 12 and 14, thus achieving the optimal
Creates a lift-drag ratio to optimize rotor efficiency.
したがって、第4図および゛第5図かられかるように、
選択された位相角ガンマの利用によって、ヘリコプタ−
の運動中には、空気力学的モーメンイトMAが発生して
運動中のヘリコプタ−あるいは回転翼の姿勢変化により
生ずるジャイロ・モーメン1〜M6を相殺あるいは減少
し、また、定常状態飛行中には、差分的な横方向の周期
的ピッチを生じて各回転翼の揚力ベク)ヘルを最適に方
向付けし、回転翼の最適な揚力−抗力比を生ずる。Therefore, as can be seen from Figures 4 and 5,
By utilizing the selected phase angle gamma, the helicopter
During the motion of the aircraft, an aerodynamic moment MA is generated which cancels out or reduces the gyroscopic moments 1 to M6 caused by attitude changes of the helicopter or rotor during the motion, and during steady state flight, the aerodynamic moment MA is lateral periodic pitch to optimally orient the lift vector of each rotor, resulting in an optimal lift-to-drag ratio for the rotor.
第4図によって説明したジャイロ・モーメントM6の相
殺の意義は第6図から最も良く理解されよう。The significance of the cancellation of the gyro moment M6 explained with reference to FIG. 4 can be best understood from FIG.
第6図は、同軸双反転式ヒンジ無し回転翼を用いたヘリ
コプタ−の正面図であり、ジャイロ・モーメン)MGが
回転翼12および14を実線の位置から点線のようにジ
ャイロ力を受けた位置に移動させており、したがって、
回転翼120羽根Aの先端と回転翼14の羽根Rの先端
とが接近している。FIG. 6 is a front view of a helicopter using coaxial twin-rotating type unhinged rotor blades, in which the gyro moment (MG) moves the rotor blades 12 and 14 from the solid line to the position where the gyro force is applied as shown by the dotted line. , and therefore,
The tip of the blade A of the rotor blade 120 and the tip of the blade R of the rotor blade 14 are close to each other.
縦方向ピッチ入力の関数としての差分的な横方向のピッ
チ結合を自動的に導入することによって、歳差運動によ
り生ずるジャイロ・モーメン1〜M6と等大逆方向に作
用する空気力学的モーメントが発生される。By automatically introducing differential lateral pitch coupling as a function of longitudinal pitch input, an aerodynamic moment is created that is equal and opposite to the gyroscopic moments 1 to M6 caused by precession. be done.
この作用によって二つの回転翼は第6図に実線で示す位
置を保ち、先端すきまの問題を生ぜず、また、羽根と軸
間に加わる応力は最小となる。This action keeps the two rotor blades in the position shown by the solid line in FIG. 6, eliminating the problem of tip clearance and minimizing the stress applied between the blades and the shaft.
第6図は、最適な揚力−抗力比特性を生ずるオフセット
揚力ベクトルが実線□のような回転翼の傾斜を生ずるこ
とを図解しており、このことが、特に高速において適正
な先端すきまを保つためにジャイロ・モーメントの相殺
が非常に重要であることの理由である。Figure 6 illustrates that the offset lift vector that produces the optimal lift-drag ratio characteristics produces a tilt of the rotor blade as shown by the solid line □, and this is particularly important for maintaining appropriate tip clearance at high speeds. This is why gyro moment cancellation is so important.
米国特許第3521971号には、ヘリコプタ−の運動
中に生ずるジャイロ・モーメントを相殺するため固定位
相角を用いることが開示されているけれども、本願の発
明者は飛行中に位相角をヘリコプタ−前進速度Vの関数
として変化させることが、すべての速度において最適の
揚力−抗力比および失速余裕を得るため、また、特に高
速においてジャイロ・モーメントを相殺するため、さら
に、差分的な横方向の周期的制御入力を別個に要しない
ようにするために好ましいことを見い出したのである。Although U.S. Pat. No. 3,521,971 discloses the use of a fixed phase angle to offset the gyroscopic moments created during helicopter motion, the inventor of the present application has determined that the phase angle can be adjusted during flight to compensate for the helicopter's forward speed. V as a function of V to obtain optimal lift-drag ratio and stall margin at all speeds, and to offset gyroscopic moments especially at high speeds, as well as differential lateral periodic control. We have found that this is preferable because it eliminates the need for separate input.
この必要性は第7図、第8図および第9図からも最も良
く理解される。This need is best understood from FIGS. 7, 8, and 9.
第7図ないし第9図は、ヘリコプタ−の所与の運動、た
とえばl rad/s2の運動、に対して、ヘリコプタ
−の前進速度Vが変化するにつれて、この運動中に生ず
るジャイロ・モーメントを相殺あるいは最小化するため
の空気力学的モーメントを発生するのに種々の回転翼位
相角を用いる必要があることを図解している。Figures 7 to 9 show that for a given motion of the helicopter, e.g. a motion of l rad/s2, as the forward speed V of the helicopter changes, the gyroscopic moments occurring during this motion are offset. Alternatively, the need to use various rotor phase angles to generate the aerodynamic moment to be minimized is illustrated.
まず、ヘリコプタ−が150ノツ1−(k)で飛行して
いるときの運動を考えてみる。First, let us consider the motion of a helicopter when it is flying at 150 knots 1-(k).
第7図に示されているように、縦方向の順次制御入力A
1(150k)が運動を開始するためのピッチング・モ
ーメントあるいはピッチング加速度Mp (150k)
を発生するのに必要である。As shown in FIG. 7, vertical sequential control input A
Pitching moment or pitching acceleration Mp (150k) for 1 (150k) to start motion
is necessary for the occurrence of
第8図を見ると、第7図で求めたピッチング・モーメン
l=Mp(150k)はジャイロ・モーメントM。Looking at Figure 8, the pitching moment l=Mp (150k) obtained in Figure 7 is the gyro moment M.
(150k)を生ずる。(150k).
さて第9図を見ると、大きな位相角F1が用いられてい
るとき、第7図と同一の縦方向周期的入力A、 (15
0k)か゛ジャイロ・モーメントMc(150k )と
等しい空気力学的モーメン)MA(150k)を生ずる
ことがわかる。Now looking at Figure 9, we see that when a large phase angle F1 is used, the same longitudinal periodic input A as in Figure 7, (15
0k) yields an aerodynamic moment)MA(150k) which is equal to the gyroscopic moment Mc(150k).
つぎに、ヘリコプタ−が150ノツトではなく50ノツ
トの前進速度で飛行しており、また、操縦士が先と同じ
1rad/S2の運動を行なうことに決めたと仮定する
。Now assume that the helicopter is flying at a forward speed of 50 knots instead of 150 knots, and that the pilot decides to make the same 1 rad/S2 motion as before.
50ノットの前進速度においては、この運動を生ずるた
めに一層大きな縦方向周期的ピッチA、 (5Qk)が
加えられなけれは゛ならない。At a forward speed of 50 knots, a larger longitudinal periodic pitch A, (5Qk) must be applied to produce this motion.
第7図にはこのA、 (5010によって150ノツト
のときと同一のピッチング・モーメントMP(50k)
を生ずることが示されている。Figure 7 shows this A, (the same pitching moment MP (50k) as at 150 knots due to 5010)
It has been shown that this occurs.
同一の運動が行なわれているので、MP(150k)が
MP (50k)に等しいことは理解されよう。It will be appreciated that MP(150k) is equal to MP(50k) since the same motion is being performed.
さて第8図に進んで、ピッチング・モーメン)Mp (
50k)を加えると、Ma (150k)に等しいジャ
イロ・モーメンI・MG (50k)を生ずることがわ
かる。Now, proceeding to Figure 8, pitching moment) Mp (
50k) yields the gyro moment I.MG (50k), which is equal to Ma (150k).
第9図を見ると、第7図と同一の縦方向周期的ピッチ入
力A、 (50k)を加えるときは、ジャイロ・モーメ
ン)Mc (50k)を相殺するための空気力学的モー
メン)−MA (50k)を生ずるのに、一層小さな位
相角P3を用いる必要があることがわかる。Looking at Figure 9, when applying the same longitudinal periodic pitch input A, (50k) as in Figure 7, the aerodynamic moment )-MA ( 50k), it is found that it is necessary to use a smaller phase angle P3.
もしも150ノツトの運動中にも50ノツトの運動中に
も位相角をPlに保ったとすれば、50ノツトの運動に
おいてはジャイロ・モーメントより著しく大きい空気力
学的モーメントが発生することになり、両モーメントの
相殺が行なわれないことは第9図から明らかである。If the phase angle were kept at Pl during both the 150-knot motion and the 50-knot motion, an aerodynamic moment significantly larger than the gyroscopic moment would occur during the 50-knot motion, and both moments would be It is clear from FIG. 9 that no cancellation occurs.
本願の発明者は、この形式の回転翼システムを用いたヘ
リコプタ−の特性として、第10図に最も良く示されて
いるように、縦方向周期的入力の変化度がヘリコプタ−
の抗力に打ち勝ち、ヘリコプタ−をすべての前進速度に
おいて平衡状態にお・く必要があることを見い出した。The inventor of the present application has found that, as a characteristic of a helicopter using this type of rotary blade system, the degree of change in longitudinal periodic input is
It was discovered that it was necessary to overcome the drag forces and keep the helicopter in equilibrium at all forward speeds.
米国特許第3409248号から、最適な揚力ベクトル
のオフセットを生ずるのに必要な差分的な横方向の周期
的ピッチ入力の大きさは実質的に第12図で表わされる
ことか知られている。It is known from U.S. Pat. No. 3,409,248 that the magnitude of the differential lateral periodic pitch input required to produce an optimal lift vector offset is substantially as represented in FIG.
同軸双反転式ヒンジ無し回転翼により推進されるヘリコ
プタ−についての解析および開発を通じて、本願の発明
者は、ジャイロ・モーメントの相殺あるいは最小化のた
めに、回転翼12および14の位相角Pが飛行速度範囲
を通じて最適な性能および操縦性を得るように変化され
る必要があることを確めた。Through analysis and development of helicopters propelled by coaxial twin-rotating unhinged rotors, the inventors have determined that the phase angle P of rotors 12 and 14 is adjusted to It was determined that the speed range needed to be varied to obtain optimal performance and maneuverability throughout the speed range.
第11図の曲線は三つの速度範囲にわけて望ましい位相
角の大きさを示すものである。The curves in FIG. 11 indicate desirable phase angles in three speed ranges.
すなわち、ホバリン;グから約80ノツトまでの飛行速
度に対しては約20°の位相角が用いられ、また、約8
0ノツI・から約140ノツトまでの飛行速度に対して
は位相角が約20°から約70° まで次第に増大され
、さらに、約140ノツトから約160ノツI〜までの
飛行速度に対しては約70°の位相角が用いられる。That is, for flight speeds from hovering to about 80 knots, a phase angle of about 20° is used;
For flight speeds from 0 knots I to about 140 knots, the phase angle is gradually increased from about 20° to about 70°, and for flight speeds from about 140 knots to about 160 knots I. A phase angle of approximately 70° is used.
第11図は本件において好ましい位相角変化を示すもの
であるが、その両側においても位相角を変化させてもよ
いことは明らかである。Although FIG. 11 shows preferred phase angle changes in this case, it is clear that the phase angles may also be changed on both sides.
第11図の曲線は、上記の結果と特徴を得られるよう、
振動および平衡を考慮に入れた本件において好ましい曲
線である。The curve in Figure 11 is designed to obtain the above results and characteristics.
This is the preferred curve in this case, taking vibration and balance into account.
このようにヘリコプタ−前進速度の関数としての位相角
の変化は、第5図で説明したように、縦方向周期的ピッ
チと横方向周期的ピッチを結合する作用をするので、ヘ
リコプタ−の抗力に打ち勝ちヘリコプタ−をすべての前
進飛行速度において平衡状態に保つために必要な縦方向
周期的ピッチ入力(第10図に示す)を加えると、回転
翼12および14に差分的な横方向周期的ピッチか1動
的に発生する。This change in phase angle as a function of helicopter forward speed acts to combine the longitudinal periodic pitch and the lateral periodic pitch, as explained in FIG. Applying the longitudinal periodic pitch input (shown in FIG. 10) necessary to keep the winning helicopter in equilibrium at all forward flight speeds causes the rotors 12 and 14 to have a differential lateral periodic pitch. 1. Occurs dynamically.
この差分的な横方向周期的ピッチは第12図の望しい曲
線にしたがってヘリコプタ−速度に応じたオフセラ1〜
揚力ベクI・ルを生ずるので、最適な揚力−抗力比特性
が得られ、回転翼12および14の効率および操縦性を
最適にすることか゛できる。This differential lateral periodic pitch is determined according to the desired curve of FIG.
By creating a lift vector I, an optimum lift-to-drag ratio characteristic can be obtained, thereby optimizing the efficiency and maneuverability of the rotors 12 and 14.
加えて、第4図に示されているように、ジャイロ・モー
メントの相殺あるいは減少が前記のように行なわれる。In addition, as shown in FIG. 4, gyroscopic moment cancellation or reduction occurs as described above.
回転翼位相角は飛行中にヘリコプタ−速度■の関数とし
て、第1図に各回転翼の回転斜板20に結び付けて概略
を示されているアナログ・ミキサ40により変更される
のが好ましい。Preferably, the rotor phase angle is varied during flight as a function of helicopter speed by an analog mixer 40, shown schematically in FIG. 1 associated with each rotor's swashplate 20.
このアナログ・ミキサは回転翼12および14に対して
同一のものが用いられるので、回転翼14に対するもの
のみを第13図および第14図に詳細に示すことにする
。Since the same analog mixer is used for the rotors 12 and 14, only the analog mixer for the rotor 14 will be shown in detail in FIGS. 13 and 14.
アナログ・ミキサ40は回転斜板組立体20の固定斜板
部分20aと結合されており、回転斜板部分20bは固
定斜板部分に支持されて軸線41の周りを回転する。Analog mixer 40 is coupled to fixed swashplate portion 20a of rotary swashplate assembly 20, and rotary swashplate portion 20b is supported by the fixed swashplate portion for rotation about axis 41.
この回転斜板部分20bは通常の態様で押し棒部材44
により回転翼14の各羽根50のピッチつの46に結合
されている。This rotary swash plate portion 20b is connected to the push rod member 44 in a normal manner.
is connected to the pitch 46 of each blade 50 of the rotor blade 14.
回転斜板20が軸線41に関して並進すると、すべての
羽根50に同時ピッチ変化を生ずる。Translation of the rotating swash plate 20 with respect to the axis 41 causes a simultaneous pitch change in all vanes 50.
他方、回転斜板20が軸線41と交わる任意の水平軸線
の周りに枢動すると、羽根50に周期的ピッチ変化を生
ずる。On the other hand, pivoting the swashplate 20 about any horizontal axis that intersects the axis 41 causes periodic pitch changes in the blades 50.
アナログ・ミキサ40は回転斜板20と結合されており
、回転斜板20が周期的制御用レバー26からの縦方向
および横方向周期的制御入力により傾斜を生ずるさいの
水平軸線を確立することにより、回転翼位相角ガンマ(
I’ )を変更する機能を果たす。Analog mixer 40 is coupled to rotary swashplate 20 by establishing a horizontal axis as rotary swashplate 20 tilts with longitudinal and lateral cyclic control inputs from cyclic control lever 26. , rotor phase angle gamma (
I').
アナログ・ミキサ40と回転斜板20との間に、周期的
および同時入力を組み合わせるための通常の設計のミキ
シング・ユニット28を配置するのが好ましく、それに
より、ミキサ40の周期的制御出力は任意の必要な結合
、利得などで回転斜板20に加えられて、前記速度■の
関数としての必要な位相角の変化を生ずる。A mixing unit 28 of conventional design for combining periodic and simultaneous inputs is preferably arranged between the analog mixer 40 and the rotary swashplate 20, so that the periodic control output of the mixer 40 is arbitrary. is applied to the rotating swashplate 20 with the necessary coupling, gain, etc., to produce the required change in phase angle as a function of said speed.
アナログ・ミキサ40の上側非回転部材56は係合部材
58によりミキサ軸線42の周りに回転しないよう機体
その他の部分に係合されている。The upper non-rotating member 56 of the analog mixer 40 is engaged by an engagement member 58 to the fuselage or other parts so as not to rotate about the mixer axis 42.
下側の回転可能な板部材60は、第14図からよくわか
るように、摩擦の小さい内部軸受62により非回転部材
56に連結されているので、非回転部材56に対して軸
線42の周りを回転することができる。As best seen in FIG. 14, the lower rotatable plate member 60 is connected to the non-rotating member 56 by a low-friction internal bearing 62, so that the lower rotatable plate member 60 rotates about the axis 42 relative to the non-rotating member 56. Can be rotated.
この下側の板部材60は自在継手部材66の1〜ラニオ
ン64に連結されており、この自在継手部材66はミキ
サ軸線42 (好ましくは垂直)の周りに自由に回転し
得るように摩擦の小さい軸受68を介して機体その他の
固定部材により支持されている。This lower plate member 60 is connected to runners 1 to 64 of a universal joint member 66, and this universal joint member 66 has a low friction so as to be able to freely rotate around the (preferably vertical) mixer axis 42. It is supported by the fuselage body and other fixed members via bearings 68.
自在継手66により部材56および60は制御入力によ
る指令にしたがって軸線42と交わる任意の水平軸線の
周りに一致して枢動することができる。Universal joint 66 allows members 56 and 60 to pivot in unison about any horizontal axis intersecting axis 42 as commanded by control inputs.
さらに、自在継手66が軸線42の周りを回転すると、
板60は板56に対して軸線42の周りに回転を生ずる
。Furthermore, when the universal joint 66 rotates around the axis 42,
Plate 60 undergoes rotation about axis 42 relative to plate 56.
これらの板部材56および60は、操縦レバーからの横
方向周期的ピッチ入力部材70もしくは縦方向周期的入
力部材72により加えられる制御入力運動によって、選
択された水平軸の周りに傾斜あるいは枢動を生ずる。These plate members 56 and 60 are tilted or pivoted about a selected horizontal axis by control input movements applied by a lateral periodic pitch input member 70 or a longitudinal periodic input member 72 from a steering lever. arise.
部材70および72はベルクランク74および76を軸
線78および80の周りに枢動させ、それにより、入力
棒82あるいは84に回転斜板部材56および60への
横方向あるいは縦方向周期的制御入力運動を与えさせる
ので、これらの斜板部材は選択された水平軸線の周りに
枢動あるいは傾斜することになる。Members 70 and 72 pivot bellcranks 74 and 76 about axes 78 and 80, thereby providing input rods 82 or 84 with lateral or longitudinal cyclic control input movement to rotating swashplate members 56 and 60. , so that these swashplate members pivot or tilt about a selected horizontal axis.
入力棒82および84は玉軸受を介してベルクランク7
4および76と回転斜板部材60とに連結されている。The input rods 82 and 84 are connected to the bell crank 7 via ball bearings.
4 and 76 and the rotating swash plate member 60.
棒82および84は90°の間隔をおいた方位角位置で
回転斜板部材60と結合されている。Rods 82 and 84 are coupled to swashplate member 60 at azimuthal positions spaced 90 degrees apart.
。非回転部材56は通常の態様でミキサ・ユニット28
を介して主回転斜板の非回転部材20aに結合されてい
るので、アナログ・ミキサの回転斜板部材56および6
0が選択された傾斜軸線の周りに傾斜運動を行なうと、
それが正確に主回転斜板20に伝達されて、羽根50の
選択された周期的ピッチ変化が確立される。. The non-rotating member 56 is connected to the mixer unit 28 in a conventional manner.
is coupled to the main swashplate non-rotating member 20a through the analog mixer swashplate members 56 and 6.
Performing a tilting motion around the tilting axis where 0 is selected,
It is accurately transmitted to the main rotary swashplate 20 to establish the selected periodic pitch change of the vanes 50.
アナログ・ミキサ部材40は、第13図に概略を示され
ているように、棒部材8’6.88および90によりミ
キサ・ユニット28を介して回転斜板20と結合されて
いる。Analog mixer member 40 is coupled to swashplate 20 via mixer unit 28 by rod members 8'6, 88 and 90, as schematically shown in FIG.
作動にあたっては、アナログ・ミキサ40が駆動機構9
2の使用により回転翼14の位相角をヘリコプタ−の飛
行速度Vの関数として変化させる。In operation, the analog mixer 40 is connected to the drive mechanism 9.
2 causes the phase angle of the rotor 14 to vary as a function of the flight speed V of the helicopter.
すなわち、飛行速度検出機構94からの指令により駆動
機構92が自在継手66、したがってまた回転斜板60
、を軸線42の周りに回転斜板部材56に対して回転さ
せ、それにより、回転斜板56〜60、したがってまた
主回転斜板20、が操縦レバーからの制御棒70および
72を介しての周期的入力に応答して傾斜するさいの水
平軸線を確立する。That is, in response to a command from the flight speed detection mechanism 94, the drive mechanism 92 operates the universal joint 66 and therefore also the rotating swash plate 60.
, relative to the swashplate member 56 about the axis 42, thereby causing the swashplates 56-60, and thus also the main swashplate 20, to rotate through the control rods 70 and 72 from the steering levers. Establishing a horizontal axis for tilting in response to periodic inputs.
この主回転斜板が傾斜するさいの水平軸線の選択によっ
て、周期的制御用レバーからの入力の結果として羽根ピ
ツチ変化が生ずる回転翼の方位角位置△Pが定まり、し
たがってまた、回転翼の位相角ガンマ(I’ )が定ま
る。This selection of the horizontal axis during tilting of the main swashplate determines the azimuthal position ΔP of the rotor at which the blade pitch change occurs as a result of the input from the periodic control lever, and therefore also determines the phase of the rotor. The angle gamma (I') is determined.
飛行速度検出機構94からの指令により所定の関数関係
をもって駆動機構92を駆動することによって、回転翼
の位相角は飛行中にヘリコプタ−前進速度Vの関数とし
て変化することになる。By driving the drive mechanism 92 with a predetermined functional relationship in response to commands from the flight speed detection mechanism 94, the rotor phase angle will change as a function of the helicopter's forward speed V during flight.
本発明の重要な開示として、ベルクランク74および7
6の作動半径がアナログ・ミキサの軸線42と一致して
いるので、飛行速度検出機構92〜94による部材60
の位相変化回転は制御棒82および84に円錐の表面に
沿っての転位をほとんど生起させず、それにより、アナ
ログ・ミキサ40の位相変化回転中に回転翼へ不都合な
制御入力か加わるのを回避できる。As an important disclosure of the present invention, bell cranks 74 and 7
Since the working radius of 6 coincides with the axis 42 of the analog mixer, the member 60 by the flight speed detection mechanisms 92-94
The phase change rotation causes little displacement of the control rods 82 and 84 along the surface of the cone, thereby avoiding the application of undesirable control inputs to the rotor during phase change rotation of the analog mixer 40. can.
アナログ・ミキサ40はこの応用においてはヒンジ無し
回転翼とともに用いられるものとして示されているけれ
ども、位相角変化の可能なヒンジ結合その他の形式の回
転翼とともに同様に応用され得ることは当業者に明らか
であろう。Although analog mixer 40 is shown in this application as being used with an unhinged rotor, it will be apparent to those skilled in the art that it may be similarly applied with hinged or other types of rotors capable of varying phase angles. Will.
本発明はヘリコプタ−用の同軸双反転式ヒンジ無し回転
翼に関連して説明されてきたが、任意の双反転式ヒンジ
無し回転翼システムおよびヘリコプタ−の分野以外に用
いられる回転翼に対しても同様に応用され得ることは当
業者に明らかであろう。Although the present invention has been described in connection with a coaxial twin-rotating hingeless rotor for a helicopter, it may also be applied to any twin-rotating hingeless rotor system and rotor used outside the helicopter field. It will be clear to those skilled in the art that similar applications can be made.
以上の説明を通じて、モーメントの相殺につい/
て述べてきたが、モーメントの完全な相殺は特別な条件
においてのみ達成され、それ以外の条件では不都合なモ
ーメントの影響を最小化するようモーメントの部分的相
殺が達成されることは当業者に明らかで゛あろう。Throughout the above discussion, we have talked about moment cancellation; however, complete moment cancellation can only be achieved under special conditions; under other conditions, partial moment cancellation is required to minimize the effects of unfavorable moments. It will be clear to those skilled in the art that this can be achieved.
本発明の範囲は以上に図解と説明を行なった構造の細部
に限定されることなく、当業者により種々の変更が行わ
れ得よう。The scope of the invention is not limited to the details of construction shown and described above, and various modifications may be made by those skilled in the art.
第1図は本発明による制御システムの概要図であり、二
つの回転翼は図解と説明の便宜上、横に並べて示されて
いる。
第2図は上側および下側回転翼における縦方向入力への
応答に対する遅延角の影響を無補償状態で示す。
第3図は遅延角の影響が補償された状態を示す。
この図にはピッチ加速度により生じたジャイロ・モーメ
ントのベクトルも示されている。
第4図は位相角を利用して上側および下側回転翼に空気
力学的モーメントを発生させることにより、ヘリコプタ
−の運動中に生ずるジャイロ・モーメントを相殺あるい
は減少するベクトル関係を示す。
第5図は定常状態で飛行中に位相角を利用して両回拡翼
の間に差分的な横方向周期的ピッチを発生させることに
より、ロール・モーメントを相殺し、また、最適な揚力
−抗力比特性を得るよう各回転翼の揚力ベクトルを方向
付けるベク)・ル関係を示す。
第6図は同軸双反転式ヒンジ無し回転翼を用いたヘリコ
プタ−の正面図であり、運動中に回転翼に生ずるジャイ
ロ・モーメントの影響を示し、また、空気力学的モーメ
ントの発生によりジャイロ・モーメンI・を補償して安
定化した結果を示す。
第7図は種々のヘリコプタ−前進速度に対して縦方向周
期的ピッチA1とピッチング・モーメントMpとの関係
を示すグラフで゛ある。
第8図はピッチング・モーメン)へMpとジャイロ・モ
ーメントM、との関係を示すグラフである。
第9図は種々の回転翼位相角に対して縦方向周期的ピッ
チA1と空気力学的モーメン1”MAとの関係を示すグ
ラフである。
第10図は、同軸双反転式ヒンジ無し回転翼を有するヘ
リコプタ−に対し、ホバリングと150ノットとの間の
前進飛行速度において、抗力に打ち勝ってヘリコプタ−
に安定な飛行姿勢を与えるのに必要な縦方向周期的ピッ
チA1を示すグラフである。
第11図は、差分的な横方向周期的ピッチを別個に加え
ることなく、ホバリングと160ノツトとの間で最適な
回転翼特性および操縦性を得るのに必要な回転翼位相角
を示すグラフである。
第12図は、ロール・モーメントを相殺することと、定
常状態飛行中に最適な揚力−抗力比を得るため揚力ベク
I・ルを選択的に方向付けることとを含めて、ホバリン
グ150ノツトとの間で最適な特性および操縦性を得る
のに必要な差分的な横方向周期的ピッチ入力を示すグラ
フである。
第13図は回転翼位相角をヘリコプタ−前進速度の関数
として変化させるのに用いられるアナログ・ミキサの概
略斜視図で゛ある。
第14図は第13図のアナログ・ミキサの自在継手の部
分の断面図である。
10〜回転翼および制御システム(一括)、12.14
〜回転翼、18〜回転翼軸線、20〜回転斜板、203
〜同固定部分、20b〜同回転部分、22〜サ一ボ機構
、24〜同時制御用レバー、26〜周期的制御用レバー
、28〜ミキサ機構、40〜アナログ・ミキサ、41〜
主回転斜板の軸線、42〜アナログ・ミキサの回転斜板
の軸線、44〜押し棒、46〜ピツチつの、50〜羽板
羽根6〜回転斜板の非回転部材、60〜同回転板部材、
58〜係合部材、62〜軸受、64〜I・ラニオン、6
6〜自在継手、68〜軸受、70〜横方向周期的ピッチ
入力部材、72〜縦方向周期的入力部材、74.76〜
ベルクランク、78゜80〜同軸線、82.84〜入力
棒、86,88.90〜棒部材、92〜駆動機構、94
〜飛行速度検出機構。FIG. 1 is a schematic diagram of a control system according to the invention, with two rotors shown side by side for convenience of illustration and explanation. FIG. 2 shows the effect of delay angle on the response to longitudinal inputs at the upper and lower rotors in an uncompensated condition. FIG. 3 shows a state in which the influence of the delay angle has been compensated for. This figure also shows the vector of the gyroscopic moment caused by the pitch acceleration. FIG. 4 illustrates a vector relationship that uses phase angle to generate aerodynamic moments in the upper and lower rotors, thereby canceling out or reducing the gyroscopic moments that occur during helicopter motion. Figure 5 shows that during steady-state flight, the phase angle is used to generate a differential lateral periodic pitch between the two expansions to offset roll moments and optimize lift. The vector/le relationship that directs the lift vector of each rotor to obtain the drag ratio characteristics is shown. Figure 6 is a front view of a helicopter using coaxial twin-rotating hingeless rotors, showing the effect of the gyroscopic moment on the rotor during motion, and the gyroscopic moment due to the generation of aerodynamic moments. The results are shown after stabilizing by compensating for I. FIG. 7 is a graph showing the relationship between longitudinal periodic pitch A1 and pitching moment Mp for various helicopter forward speeds. FIG. 8 is a graph showing the relationship between pitching moment Mp and gyro moment M. FIG. 9 is a graph showing the relationship between longitudinal periodic pitch A1 and aerodynamic moment 1"MA for various rotor phase angles. FIG. 10 shows a coaxial twin-rotating hingeless rotor. At forward flight speeds between hover and 150 knots, the helicopter can overcome drag and
3 is a graph showing the longitudinal periodic pitch A1 required to provide a stable flight attitude to the aircraft. FIG. 11 is a graph showing the rotor phase angle required to obtain optimal rotor characteristics and maneuverability between hover and 160 knots without adding separate differential lateral periodic pitches. be. Figure 12 shows how to hover at 150 knots, including canceling roll moments and selectively directing the lift vector I to obtain an optimal lift-drag ratio during steady-state flight. 2 is a graph showing the differential lateral periodic pitch input required to obtain optimal characteristics and maneuverability between FIG. 13 is a schematic perspective view of an analog mixer used to vary rotor phase angle as a function of helicopter forward speed. FIG. 14 is a sectional view of the universal joint portion of the analog mixer of FIG. 13. 10~Rotor blade and control system (collective), 12.14
~Rotor blade, 18~Rotor blade axis, 20~Rotary swash plate, 203
~Same fixed part, 20b~Same rotating part, 22~servo mechanism, 24~simultaneous control lever, 26~periodic control lever, 28~mixer mechanism, 40~analog mixer, 41~
Axis of main rotating swash plate, 42 - Axis of analog mixer rotating swash plate, 44 - Push rod, 46 - Pitch, 50 - Feather blade 6 - Non-rotating member of rotating swash plate, 60 - Rotating plate member ,
58~Engagement member, 62~Bearing, 64~I/Runion, 6
6 ~ Universal joint, 68 ~ Bearing, 70 ~ Horizontal periodic pitch input member, 72 ~ Vertical direction periodic input member, 74.76 ~
Bell crank, 78° 80 ~ coaxial line, 82.84 ~ input rod, 86, 88.90 ~ rod member, 92 ~ drive mechanism, 94
~Flight speed detection mechanism.
Claims (1)
法に於て、各回転翼の位相角ガンマを航空機の前進速度
の増大に応じて互いに等しい角度だけ反対方向へ増大す
るように航空機の前進速度の関数として変化させること
を特徴とする方法。 2、特許請求の範囲第1項の方法に於て、前記位相角ガ
ンマはホバリングに於ける約20° と約150ノツト
の飛行速度に於ける約70° との間にて変化されるこ
とを特徴とする方法。 3 特許請求の範囲第1項の方法に於て、前記位相角ガ
ンマはホバリングから約80ノツトまでの飛行速度に於
ては約20°、約80ノツトから約140ノツ1〜まで
の飛行速度に於ては約20° と約70° との間、約
140ノツトから約160ノツトまでの飛行速度に於て
は約70°に変化されることを特徴とする方法。 4 双反転式ヒンジ無し回転翼を有し、各回転翼に対し
て周期的に羽根ピッチを制御するために一つの軸線の周
りに傾斜可能な回転斜板組立体20及び該回転斜板組立
体に接続されたアナログ・ミキサ40とを有し、更に前
記軸線の周りに於ける回転斜板の角度位置を変える手段
を有することを特徴とする航空機。 5 特許請求の範囲第4項の航空機に於て、前記アナロ
グ・ミキサ40は第一の軸線42の周りに同心に配置さ
れ且回転に対しては保持されているが前記第一の軸線に
交差し該第−の軸線に対し垂直な一つの平面内にある全
ての傾動軸線の周りに傾斜する運動を行う第一の部材5
6と、前記第一の部材と共に傾斜し且前記第−の軸線の
周りに回転する第二の部材60と、前記第一の部材を前
記回転斜板へ接続し該回転斜板を傾動せしめる作用を行
う手段86,88,90とを有し、第一の方位角位置に
て前記第二の部材60に傾動力を及ぼしこれによって前
記傾動軸線のうちの第一の傾動軸線の周りに於ける前記
第−及び第二の部材の傾動運動を生せしめる第一の手段
70. 74. 82と、前記第一の方位角位置より9
0°隔置された第二の方位角位置にて前記第二の部材6
0に傾動力を与えこれによって前記傾動軸線のうちの前
記第一の傾動軸線に垂直な第二の傾動軸線の周りに前記
第−及び第二の部材を傾動せしめる第二の手段72.7
6.84と、前記第二の部材60に接続され飛行速度に
応答して前記第二の部材を前記第一の軸線42の周りに
回動せしぬ前記第−及び゛第二の方位角位置を選定する
手段66、 92. 94とが設けられていることを特
徴とする航空機。 6 特許請求の範囲第5項の航空機に於て、前記第−及
び第二の手段は各々前記方位角位置の一つにて前記第二
の部材60に接続された第一の端部を有する棒部材82
.84と、前記棒部材の他端に接続されたベルクランク
74.76とを有し、前記ベルクランクの制御力入力側
の作動半径は前記第一の軸線42と一致するようになっ
ていることを特徴とする航空機。[Claims] 1. In a method for controlling an aircraft having twin-rotating hingeless rotor blades, the phase angle gamma of each rotor blade is increased by an equal angle in opposite directions as the forward speed of the aircraft increases. as a function of the forward speed of the aircraft. 2. In the method of claim 1, the phase angle gamma is varied between about 20° in hovering and about 70° at a flight speed of about 150 knots. How to characterize it. 3. In the method of claim 1, the phase angle gamma is approximately 20 degrees at flight speeds from hovering to approximately 80 knots, and approximately 20 degrees at flight speeds from approximately 80 knots to approximately 140 knots. between about 20° and about 70°, and to about 70° at flight speeds from about 140 knots to about 160 knots. 4. A rotary swash plate assembly 20 having bi-rotating hingeless rotor blades and tiltable about an axis to periodically control blade pitch for each rotor blade; and the rotary swash plate assembly. an analog mixer 40 connected to the aircraft, and further comprising means for varying the angular position of the rotary swashplate about said axis. 5. In the aircraft of claim 4, the analog mixer 40 is arranged concentrically around a first axis 42 and is held against rotation, but intersecting the first axis 42. and a first member 5 which performs a tilting movement about all tilting axes lying in one plane perpendicular to the second axis.
6, a second member 60 that tilts together with the first member and rotates around the second axis; and an action that connects the first member to the swash plate and tilts the swash plate. means 86, 88, 90 for applying a tilting force to said second member 60 in a first azimuthal position, thereby causing a tilting force about a first of said tilting axes. first means 70 for producing a tilting movement of said first and second members; 74. 82 and 9 from the first azimuth position.
said second member 6 at a second azimuthal position spaced apart by 0°;
second means 72.7 for applying a tilting force to 0, thereby tilting said first and second members about a second of said tilting axes perpendicular to said first tilting axis;
6.84 and the second and second azimuth angles connected to the second member 60 and preventing the second member from rotating about the first axis 42 in response to flight speed; means for selecting a position 66, 92. An aircraft characterized by being provided with 94. 6. In the aircraft of claim 5, said first and second means each have a first end connected to said second member 60 at one of said azimuthal positions. Bar member 82
.. 84 and a bell crank 74, 76 connected to the other end of the rod member, the operating radius of the control force input side of the bell crank being aligned with the first axis 42. An aircraft featuring
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US05/631,599 US4027999A (en) | 1975-11-13 | 1975-11-13 | Analog mixer to vary helicopter rotor phase angle in flight |
US05/631,600 US4008979A (en) | 1975-11-13 | 1975-11-13 | Control for helicopter having dual rigid rotors |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS5262898A JPS5262898A (en) | 1977-05-24 |
JPS5951479B2 true JPS5951479B2 (en) | 1984-12-14 |
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---|---|---|---|
JP51136816A Expired JPS5951479B2 (en) | 1975-11-13 | 1976-11-12 | Control method and aircraft for aircraft with twin-rotating hingeless rotor wings |
Country Status (7)
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IL (1) | IL50878A (en) |
IT (1) | IT1064383B (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6369482U (en) * | 1986-10-24 | 1988-05-10 | ||
JPH0411352Y2 (en) * | 1984-08-13 | 1992-03-19 |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19627869A1 (en) * | 1996-07-11 | 1998-01-15 | Zf Luftfahrttechnik Gmbh | helicopter |
DE102007002586A1 (en) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Rotorfly Ltd. | rotor system |
US9315265B2 (en) | 2013-07-29 | 2016-04-19 | Sikorsky Aircraft Corporation | Adjustable scissor control link |
EP3126225B1 (en) * | 2014-04-02 | 2020-06-03 | Sikorsky Aircraft Corporation | Rotor phasing control |
CN117419885B (en) * | 2023-12-19 | 2024-03-19 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | Scissor type tail rotor wind tunnel test bed |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2427936A (en) * | 1943-09-18 | 1947-09-23 | Jr Nathaniel B Wales | Control mechanism for helicopters having coaxial counterrotating rotors |
FR995459A (en) * | 1945-03-06 | 1951-12-03 | Method and device for improving the maneuverability of articulated rotary wing aircraft | |
US2748876A (en) * | 1951-01-12 | 1956-06-05 | Vertol Aircraft Corp | Means for controlling tip-path of rotors |
US3409248A (en) * | 1965-10-22 | 1968-11-05 | Harvard J. Bryan | Rotary winged aircraft with drag propelling rotors and controls |
US3409249A (en) * | 1966-06-29 | 1968-11-05 | United Aircraft Corp | Coaxial rigid rotor helicopter and method of flying same |
FR1534974A (en) * | 1967-06-28 | 1968-08-02 | United Aircraft Corp | Improvements to helicopters with rigid coaxial rotors and to methods of piloting such helicopters |
US3521971A (en) * | 1968-07-17 | 1970-07-28 | United Aircraft Corp | Method and apparatus for controlling aircraft |
US3570786A (en) * | 1969-08-07 | 1971-03-16 | United Aircraft Corp | Control apparatus and method for operating an aircraft |
JPS5614519B1 (en) * | 1971-04-06 | 1981-04-04 |
-
1976
- 1976-10-26 GB GB44425/76A patent/GB1519380A/en not_active Expired
- 1976-11-10 IL IL50878A patent/IL50878A/en unknown
- 1976-11-11 BR BR7607626A patent/BR7607626A/en unknown
- 1976-11-12 DE DE2651577A patent/DE2651577C2/en not_active Expired
- 1976-11-12 IT IT29285/76A patent/IT1064383B/en active
- 1976-11-12 FR FR7634098A patent/FR2331479A1/en active Granted
- 1976-11-12 JP JP51136816A patent/JPS5951479B2/en not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0411352Y2 (en) * | 1984-08-13 | 1992-03-19 | ||
JPS6369482U (en) * | 1986-10-24 | 1988-05-10 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE2651577C2 (en) | 1986-07-31 |
IL50878A0 (en) | 1977-01-31 |
FR2331479B1 (en) | 1983-02-11 |
IL50878A (en) | 1980-01-31 |
DE2651577A1 (en) | 1977-05-26 |
FR2331479A1 (en) | 1977-06-10 |
GB1519380A (en) | 1978-07-26 |
IT1064383B (en) | 1985-02-18 |
JPS5262898A (en) | 1977-05-24 |
BR7607626A (en) | 1977-09-27 |
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