JPS6085202A - ピツチ変更機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 この発明は全般的に航空機用機関［Ｕ、更に具体的に云
えば、軽量のプロペラ用伝動及びピッチ変更機構に関す
る。

発　明　の　背　景 １９７０年代のエネルギ危機の結果として、航空機用機
関の運転効率をよくり゛る目標に向って、かなりの研究
が進められている。特に関心が持たれているのはターボ
プロップ・エンジンである。こういうエンジンは典型的
には圧縮機を駆動する高圧タービンと、プロペラを駆動
する低圧タービン又は動力タービンとを持っている。主
たる推進手段としてのプロペラは、亜音速に於ける性能
及び効率がすぐれている点で望ましいものひある。

従来のプロペラ装置は少なくとも３つの部品、即ち、軸
の回転速度を羽根の回転に変換υ“る減速歯車装置、フ
エイルヒーフ装置を持つ羽根ピツチ変更機構及びプロペ
ラを必要と覆る。これらの部品がターボプロップ・エン
ジンの重量の半分を越えることがあり、維持費　は２／
３にもなる。

従来のプロペラ装置は重量と費用の負担が太きいことの
他に、ピッチの作動とフェイルセーフ制御がかなりの問
題になり、ターボプロップ・エンジンでは、これは特に
痛切である。羽根のビッヂの制御は、異なる運転状態で
エンジンの推力及び性能を最適にＪる上で決定的な因子
である。一般的に羽根のピッチは２つの極限位置、即ら
フェザ・ピッチ又は粗ピツチと水平又は微細ピッチとの
間に設定される。回転する羽根は、この羽根がその回転
方向と略平行になる様な水平ピッチになる傾向がある。

羽根が水平ビッヂに近づくと、暴走状態に加速される傾
向がある。この状態では、エンジンの１Ｉｌｌ力が急激
に減少する。更に、動力タービンは過駆動の惧れがある
。普通の往復動機関と異なり、ターボプロップの動力タ
ービンは暴走に対抗する内部抵抗が殆んどない。この為
、ターボプロップの羽根が水平ピッチにならない様にす
るフェイルセーフ機ｆＭが重要である。

従来、羽根のピッチを変更するｍＵ４は回転形作動装置
を用いており、これは圧力流体を利用するのが典型的で
あった。この様な回転形作動装置に伴う問題は、回転し
ない供給源から流体を伝達りる為に流体圧スリップ・リ
ングを盛装とりることである。スリップ・リングは流体
の漏れを生じで、その結果運転効率を下げる傾向がある
。更に、回転形流体圧作動装置は汚染物の遠心作用を起
り傾向があり、この汚染物が詰まりの原因になり得る。

非回転形作動機構は、１つには、羽根のピッチを変更す
る為に必要な荷重を伝達し得る、回転しない部分から回
転する部分への機械的な界面の司法と重量が比較的大き
くなる為に、人気がない。

発　明　の　目　的 この発明の目的は新規で改良された軽量のプロペラ装置
を提供づることである。

この発明の別の目的は、歯車装置、ピッチ変更機構及び
プロペラを一体にまとめた新規で改良されたプロペラ装
置を提供１−ることである。

この発明の別の目的は、航空機用機関のプロペラの羽根
に対する新規で改良され／ｊピピッ変更機構を提供する
ことである。

この発明の別の目的は、反対廻りのプロペラを持つ新規
で改良された軽量のプロペラ装置を提供することである
。

この発明の別の目的は、運転状態を持つ固有のフェイル
セーフ形式の新規で改良されたプロペラ装置を提供Ｊ°
ることである。

この発明の別の目的は、プロペラのピッチを変えるのに
要する作動用の力が比較的小さくて済む新規で改良され
たプロペラ装置を提供することである。

発　明　の　概　要 この発明の１形式では、ｕｉのプロペラ装置を提供りる
。このプロペラ装置は第１及び第２の反対廻りのプロペ
ラを持ち、その各々が夫々第１及び第２のボールねじハ
ブに装着された複数個の羽根を持って°いる。第１及び
第２の支持部材が第１及び第２のハブに夫々接続される
。支持部材が歯、１段ヶ介、工３ｄ軸１，１接続、□、
６゜歯車手段は外壁によって半径方向の範囲が定められ
ている。この外壁は一方の支持部材で構成される。羽根
のピッチを変える非回転形作動手段が夫々第１及び第２
のスラスト軸受を介して第１及び第２の羽根に作動接続
される。

この発明の別の形式では、半径方向内側の軸を持つプロ
ペラの羽根に対するピッチ変更機構が、回転する時のブ
［１ペラの羽根に対りる遠心力をピッチ変更用の力に変
換する変換手段を有する。更にこの機構は、羽根のピッ
チを変える非回転形作動手段を有する。作動手段はスラ
スト軸受を介して羽根の軸に作動接続される。

この発明の更に別の形式では、回転自在の軸によって駆
動される軽量の反対廻りのブ［−ｌペラ装置が、第１及
び第２の反対廻りのブ【］ペラを持ち、その各々が夫々
第１及び第２のハブ集成体に装着された複数個の羽根を
有する。第１及び第２の反対廻りの支持部材が第１及び
第２のハブ集成体に夫々接続される。支持部材が歯車手
段を介して軸に作動接続される。歯車手段は半径り向に
外壁によって範囲が定められる。この外壁は一方の支持
部材によって構成される。

明の詳細な記載 第１図はこの発明の１形式の反対廻りのプロペラ装置を
示す図である。回転軸１０が歯車手段１２に作動接続さ
れている。図示の様に、歯車手段１２は、軸１０の前端
に支持された太陽歯車１４を持っており、この太陽歯車
は軸１０と共に回転する。複数個の遊星歯車１６が太陽
歯車１４の周りに配置されていて、それと係合する。そ
れを取囲むリング歯車１８が各々の遊星歯車１６と噛合
うと共に、後側プロペラ支持部月２０に取付けられてい
て、この為部材２０がリング歯車１８と共に回転する。

複数個の後側プロペラ・ハブ４２が部材２０に取イ４け
られていて、それと−緒に回転１−る。ハブ４２は、第
２図に詳しく示した前側プロペラ・ハブ４０と同様であ
る。

遊星支持体２２が前端にフランジ部分２４を持ち、この
フランジには遊星歯車１６と整合した複数個の孔がある
。前側プロペラ支持体３６がフランジ３８を持ち、この
フランジに遊星歯車１６と整合した孔が設けられている
。この支持体３６が遊星歯車１６に結合される。遊星支
持体２２及び前側プロペラ支持体３６は、遊星歯車１６
及びナツト３４を通抜けるボルト３２によって、遊星歯
車１６に結合されている。支持体２２の後端の近くに配
置された前側プロペラ主スラスト軸受２５が、不動のプ
ロペラ支持構造２６を通゛・　じて、遊星支持体２２及
び前側プロペラ支持体３６を軸方向に支持する。第２図
に詳しく示ず複数個の゛　前側プロペラ・ハブ４０が、
支持体３６の前端に取イ］”　（１，わ、えゎお□、□
７，６゜ 以上説明した歯車手段１２は遊星歯車装置である。

この装置は２種のプロペラに反対廻りの運動を伝達する
ことが出来る。具体的に云うと、前側、プロペラ・ハブ
４０が＠１０と同じ方向に＠星歯車１６ど共゛　に回転
する。後側プロペラ・ハブ４２が軸１０と反対向きに、
リング歯車１８と共に回転りる。歯車手段゛１２は所謂
浮動装置である。即ち、前側及び後側プロペラの間で固
有のトルクの分割が行なわれる。

例えば、後側プロペラ・ピッチの変化によって１、後側
支持体２０の回転抵抗が増加すると、リング歯”車１８
が減速し、それに対応して遊星歯車１６及び前□側支持
体３６の軸方向の回転が増加する。同様に、前側支持体
３６の抵抗が増加づると、それが減速すると同時に、後
側支持体２０が加速される。この様な歯車装置は、リン
グ歯車１８又は遊星歯車１６の何れかを固定することに
より、単独のプロペラにも使える様に容易に改造するこ
とか出来ることは明らかであろう。例えば、後側プロペ
ラ４６を省いて、後側支持部材２０及びリング歯車１８
を固定すれば、前側プロペラ４４に軸トルクが伝達され
る。

これまで述べた様に、後側支持部材２０は歯車手段１２
と同軸に配置されていて、歯車手段１２の半径方向の境
昇を定める。この為、支持部材２０はその壁内の潤滑流
体に対する外壁又は回転だめとして作用する。プロペラ
の支持体及び歯車ケーシングがこの様な２重の作用を持
つことは、別々の支持体とケーシングを用いる従来のプ
ロペラ装置に較べて、著しく重量を節約する。歯車手段
１２は軸方向には前側プロペラ４４及び後側プロペラ４
６の間に配置されている。この独特な配置が可能になっ
たのは、１つには、後側支持部材２０を回転だめとして
用いた為である。更に、トルク負荷を伝達しなりればな
らない、歯車手段１２とプロペラ４４．４６の間の軸方
向の距離が短くなったことにＪ、す、史に重量が節約さ
れる。

第１図の説明を続けると、複数個の前向きのフィンガ３
０を持つスパイダ〜２８が歯車手段１２の後方に取付け
られる。各々のフィンガ３０は中空ホル１〜３２に軸支
されていて、遊星歯車１６を通抜りる。フィンガ３０の
前端に前側作動アーム４８が取イ」りられ、これがフィ
ンガ３０を前側プロペラ・ハブ軸５２０半径方向内面に
設（プられた偏心ビン５０に接続Ｊる。

スパイダ２８は遊星歯車１６と共に回転りるが、それと
滑り接触をしていて、それが遊星歯車１６の中で軸方向
に移動出来る様になっている。軸方向の移、勅は非回転
形作動手段５４によって第１の作動部材５６を介して行
なわれる。回転づるスパイダ２８の後端と非回転形の第
１の作動部’＋Ｊ５［ｉの前端の間の接続界面が複数個
の第１のスラス］−軸受５８によって構成されている。

非回転形作動手段５４は後側ブ［−１ペラ４（つに対り
る作動力をも供給する。各々の後側プロペラ・ハブ軸６
２の半径方向内面に設けられた偏心ビン６０が回転自在
の後側作動アーム６４に接続される。第２の非回転形作
動部材６６が非回転形作動手段５４に取付けられる。回
転アーム６４及び回転しない第２の部材６６の間の界面
が複数個の第２のスラスト軸受６８にＪ：って構成され
る。非回転形作動手段５４は、前側及び後側プロペラ羽
根７４．７６のピッチを夫々変える１次非回転形作動手
段７０、及び前側プロペラ。

羽根７４のピッチを変える２次非回転形作動手段７２を
含む。

前に説明した様に、１次非回転形作動手段７０が夫々用
１のスラスト軸受５８、第２のスラスト軸受６８を介し
て、前側プロペラ羽根７４及び後側プロペラ羽根７６に
作動接続される。２′次非回転形作動手段が第１のスラ
スト軸受５８を介して前側プロペラ羽根７４に作動接続
される。図示の実施例では、１次手段７０が不動の壁部
材８２によって隔てられた前側及び後側環状室７８．８
０を有する。各室が圧力流体を送出す供給手段（図に示
してない）に接続されている。室７８．８００問に差圧
が発生すると、１次手段７０が軸方向に並進し、こうし
て第１の作動部材５６及び第２の作動部材６６を動かし
”Ｃ１前側プロペラ羽根７４及び後側プロペラ羽根７６
のピッチを変える。作動部材５６．６６を含む２次手段
７２が、１次手段７０に応答して移動する。更に２次手
段７２が２次前側及び後側環状室８４．８６を含む。こ
れらの室７８．８０と大体同じ様に作用する。室８４．
８６の間ｉ　に差圧が加えられると、第１の作動部材５
６が応答して、前側羽根７４のピッチを変える。

以上の説明から、１次作動手段７０が前側及び後　−側
の羽根を設定する初期値を定め、各々の羽根の相互のピ
ッチを大まかに設定Ｊることが理解されよう。２次作動
手段７２が前側羽根のピッチに対する一層の制御をし、
前側及び後側の羽根の間の相対的なピッチを微細に調整
する。当業者であれば、この発明が以上説明した実施例
に制約されないことは明らかであろう。この発明は１個
のプロペラに対する非回転形作動部材にも同じ様に用い
られる。更に、２次作動手段は後但１ブ［１ペラに作動
接続してもよい。こ）で説明した流体）■作動装置の代
りに、電気作動装置の様な他の作動手段を用いてもよい
。

第２図はプロペラ装置の前側から後側を見た前側プロペ
ラ４４の詳細断面図である。プロペラ４４が複数個の羽
根７４を持ち、各々の羽根がねじ軸５２を持っている。

複数個のプロペラ・ハブ４０が夫々軸５２と合さる様に
なっている。各々のプロペラ・ハブ４０はボールねじ形
であって、その中に螺旋形溝路８４が設けられている。

軸５２に切込んだ対応する螺旋形溝路８６が溝路８４と
整合していて、こうして玉軸受８８がハブ４０及び軸５
２と係合して、軸５２を半径方向に保持する様になって
いる。図示の実施例では、ボールねじハブは２重螺旋で
あって、２番目のねじ山はハブ４０の第２の螺旋形溝路
９０及び軸５２の第２の螺旋形溝路９２で形成される。

然し、当業者であれば、単一の螺旋形のねじ出でも多重
の螺旋形のねＵ出でも右利に用いることが出来ることは
明らかであろう。

羽根７４を含むプロペラ４４及びハブ４０が回転すると
、羽根７４及び軸５２に半径方向外向きの遠心力が作用
する。この力の成分がねじ山に沿った方向にある。この
為、ボールねじハブが遠心力をピッチ変更用の力に変換
する変換手段として作用する。

゛　回転する羽根が水平ピッチになる傾向の為にも、・
　羽根は固有のピッチ変更用の力を受りる。この状態で
は、エンジンの暴走状態が起る慣れがある為、ボールね
じのピッチ角αは、ボールねじハブのピッチ変更用の力
がこのＶＩＩ有のピッチ変更用の力を越える様に選ばれ
る。ボールねじハブをこの様に用いることにより、他の
更に重くてコストのか）るフェイルセーフ装置が避けら
れる。更に、ピッチ変更用の力を送出す為にボールねじ
ハブを使うことにより、羽根のピッチを変える作動手段
は、羽根のピッチを変える為にそれ程大きなトルクを送
出づ必要はない。この為、以上説明した様な一層軽量で
簡単でそれ程高価でない作動手段を使うことが出来る。

当業者であれば、この発明がこ）に図示し且つ説明した
特定の実施例に制約されるものでなく、反対廻りのプロ
ペラ羽根装置に制約されるものでもなく、単一プロペラ
・エンジンにも同じ様に用いられることが理解されよう
。図面に示した寸法、割合及び構造関係は例にづぎずこ
れらの例示がこの発明のプロペラ装置に使われる実際の
寸法、割合又は構造関係を表わすものではないことを承
知されたい。

この発明は特許請求の範囲に記載されたこの発明の範囲
内で種々の変更を加えることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の１形式の反対廻りのプロペラ装置の
断面図、第２図はプロペラ・ハブ及び羽根の軸の部分断
面図である。 主な符号の説明 ４０．４２：ボールねじハブ、 ４４．４６：プロペラ、 ５２：ねじ軸、 ５４：非回転形作動子段、 ５８．６８＋スラスト軸受、 ８６．９２：螺旋形溝路、 ８８：玉軸受。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半径方向内側の軸を持つプロペラ羽根を持つ航空機
   プロペラ装置に用いるピッチ変更・機構に於て、回転し
   ている時の前記プロペラ羽根に加わる遠心力をピッチ変
   更用の力に変換する変換手段と、羽根のピッチを変更す
   る非回転形作動手段とを有し、該作動手段がスラスト軸
   受を介して前記羽根の軸に作動的に接続されているピッ
   チ変更機構。 ２、特許請求の範囲１）に記載したピッチ変更機構に於
   て、前記軸がねじ山を有し、前記変換手段が前記ねじ山
   を持つ軸と係合する様にした回転自在のボールねじハブ
   を持っているピッチ変更機構。 ３）第１及び第２のプロペラを持っていて、該第１のプ
   ロペラが複数個の第１の羽根を持ち、第２のプロペラが
   複数個の第２の羽根を持ち、各々の羽根が半径方向内側
   のねじ軸を持つ航空機推進装置に用いるピッチ変更機構
   に於て、複数個の第１及び第２の回転自在のボールねじ
   ハブを有し、第１のハブの各々は前記第１の羽根のねじ
   軸の１つと合さる様になっており、前記第２のハブの各
   々は前記第２の羽根の軸の１つと合さる様になっており
   、各々のハブが回転する時の各々のプロペラの羽根に対
   する遠心力をピッチ変更用の力に変換し、更に、第１及
   び第２の羽根のピッチを変更する１次非回転形作動手段
   を有し、該１次作動手段は第１絹のスラスト軸受を介し
   て各々の第１の羽根に作動的に接続され、更に１次作動
   手段が第２紺のスラスト軸受を介して第２の羽根に作動
   的に接続されているピッチ変更（幾構。 ４）特許請求の範囲３）に記載したピッチ変更機構に於
   て、前記第１又は第２の羽根の内の何れかのピッチを変
   更する２次非回転形作動手段を有し、該２次作動手段は
   前記第１組又は第２組のスラスト軸受を介して前記羽根
   に作動的に接続されているピッチ変更機構。 ５）特許請求の範囲４）に記載したビッヂ変更ｍｓに於
   て、第１及び第２のプロペラが反対廻りであるピッチ変
   更機構。 ６）回転自在の軸によって駆動される軽量の反対廻りの
   プロペラ装置に於て、第１及び第２の反対廻りのプロペ
   ラを有し、該第１のプロペラは第１のハブ集成体に装着
   された複数個の第１の羽根を持ち、第２のプロペラは第
   ２のハブ集成体に装着された複数個の第２の羽根を持ち
   、更に、前記第１及び第２のハブ集成体に夫々接続され
   た第１及び第２の反対廻りの支持部材と、前記軸を前記
   第１及び第２の支持部材と作動接続する歯車手段とを有
   し、該歯車手段は外壁によって半径方向の境界が定めら
   れており、前記支持部材の内の少なくとも一方が前記壁
   を構成している軽量の反対廻りのプロペラ装置。 ７）特許請求の範囲６）に記載した軽量の反対廻りのプ
   ロペラ装置に於て、前記歯車手段が軸方向には前記第１
   及び第２のプロペラの間に配置されている軽量の反対廻
   りのプロペラ装置。 ８）回転自在の軸ににって駆動される軽量の反対廻りの
   プロペラ装置に於て、第１及び第２の反対廻りのプロペ
   ラを有し、該第１のゾＬ１ペラは複数個の第１の羽根を
   持ら、第２のプロペラは複数個の第２の羽根を持ち、前
   記羽根の各々はねじ軸を持っており、更に、複数個の第
   １及び第２のボールねじハブを有し、該第１のハブの各
   々は前記第１の羽根の軸の１つと合さる様になっており
   、前記第２のハブの各々は前記第２の羽根の軸の１つと
   合さる様になっており、各々のハブは回転づる時の各々
   のプロペラの羽根に対ツる遠心力をピッチ変更用の力に
   変換する様になつ−Ｃおり、更に、前記第１及び第２の
   ハブに夫々接続された第１及び第２の反対廻りの支持部
   材と、前記軸を前記第１及び第２の支持部材に作動接続
   づる歯車手段と″　を有し、該歯車手段は外壁によつ−
   Ｃ半径方向の境界が定められており、前記支持部寄４の
   内の少なくとも一方が前記壁を構成している軽量の反対
   廻りのプロペラ装置。 ９）特許請求の範囲８）に記載した軽量の反対廻りのプ
   ロペラ装置に於て、前記歯車手段が軸方向には前記第１
   及び第２のプロペラの間に配置されている軽量の反対廻
   りのプロペラ装置。 １０）特許請求の範１１１１８）に記載した￥ｌ岸の反
   対廻りのプロペラ装置に於て、前記第１及び第２の羽根
   のピッチを変更する１次非回転形作動手段を有し、該１
   次作動手段は第１組のスラスト軸受を介して前記第１の
   羽根の各々に作動接続されると共に、第２組のスラスト
   軸受を介して前記第２の羽根に作動接続されている軽量
   の反対廻りのプロペラ装置。 １１）特許請求の範囲１０）に記載した軽量の反対廻り
   のプロペラ装置に於て、前記第１又は第２の羽根の内の
   一方のピッチを変更する２次非回転形作動手段を有し、
   該２次作動手段は夫々前記第１組又は第２組のスラスト
   軸受を介して前記羽根に作動接続されている軽量の反対
   廻りのプロペラ装置。