JPWO2019117304A1 - ブレードの可変捩り角機構を有する回転翼航空機 - Google Patents

Abstract

比較的シンプルな構成で小出力のアクチュエータであっても適切に駆動して、ブレードの捩り角を変更することができる回転翼航空機を提供する。ヘリコプタ（１０）は、ブレード（１８）の先端部に対して基端部をブレード（１８）の軸心（Ａ）回りへ捩らせる捩り付与機構（４０）を備える。ブレード（１８）は、基端部がハブ（１７）に接続されるスパー（２３）と、スパー（２３）が内挿されて互いの先端部同士で接続され、先端部以外ではスパー（２３）に対して該スパー（２３）の軸心回りに回動自在のスキン（２４）と、を有し、ハブ（１７）は、メインロータシャフト（１６）に取り付けられるハブ本体（２０）と、スパー（２３）をハブ本体（２０）に接続するハブアーム部（２１）と、を有する。

Description

本発明は、回転翼によって揚力を得て飛行する回転翼航空機に関する。

例えば、ヘリコプタ等、有人又は無人の回転翼航空機として現在実用化されているものは、ブレードの形状が固定的に設計されている。一方、旋回時のブレードは、長手方向の各部で空気との相対速度が異なるため、生じる揚力もブレードの位置（ロータ軸からの距離）に応じて異なる。そして、実用機の多くでは、このような揚力差を小さくするため、ブレードの位置に応じて異なる捩り角（捩り下げ角）を付与している。ただし、このような捩り角についても、ブレードの対応位置に対して固定的に設定されている。

しかし、ブレードに要求される性能は、ホバリング時と前進飛行時とでは異なる。更に、航空機が前進飛行しているときであっても、回転するブレードには航空機本体に対して相対的に前進状態のときと後退状態のときとがあり、各状態に応じてブレードに要求される理想的な性能は異なる。そのため、飛行中に要求される様々の性能に対応できるよう、ブレードの捩り角を可変とする技術が提案されている（特許文献１，２）。

特許文献１は、ブレードの先端にウェイトを設け、このウェイトを翼幅方向に適時移動させてブレードの重心位置をずらす構成を開示している。これにより、旋回するブレードに生じる遠心力の作用により、ブレードの捩り角を変更することができる、という技術（ウェイト移動式）が提案されている。

また、特許文献２に開示されているロータの場合、ハブに基端部が接続されたブレード内に、トルクチューブを内挿し、該トルクチューブの先端とブレードの先端とを接続している。そして、該ロータは、トルクチューブの基端部に軸心回りの回動力を付与し、ブレードをその基端部に対して先端部を捩る構成（トルクチューブ式）としている。

その他、ブレードの先端後縁部に可動フラップを設け、このフラップを駆動させることにより、空気力によってブレードを捩る技術（フラップ駆動式）、スキンに埋設したピエゾに通電することによってスキンを強制的に変形させる技術（強制変位式）、などが提案されている。

米国特許第８８７６０３６号明細書 米国特許第９４８７２９１号明細書

しかしながら、特許文献１のウェイト移動式のロータの場合、ブレードの先端にアクチュエータ及びウェイトを内蔵する必要があり、ブレードの重量が増加してしまうため好ましくない。また、ブレードの前進状態と後退状態とは高サイクルで切り替わるが、ウェイトの移動制御をそのような高サイクルで精度よく実現するのは困難である。

特許文献２のトルクチューブ式の場合、ブレードに捩り力が付与される箇所である力点（トルクチューブの基端部）と捩らせようとする箇所である作用点（トルクチューブの先端部）とが大きく離間していることを考慮すると、トルクチューブに要求される捩り剛性は相当大きくなる。しかし、特許文献２で示されるような、従来のブレード構造の内部に付加的に装着されるトルクチューブでは、十分な断面積を確保できない。

そのような断面積の小さいトルクチューブは、ブレードに比べると捩り剛性が小さすぎるため、ブレードを所望の角度だけ捩るために付与した捩り力によって、トルクチューブそのものがその何倍もの角度で捩り変形してしまう。そのためブレードを所望の角度だけ捩るためには、ブレードの捩り角に、その何倍ものトルクチューブの捩り角も合せた大きな角度変位を、トルクチューブの基端部に付与する必要がある。そうした場合、アクチュエータの変位が相当大きくなり、応答性も悪くなる。そのため大ストロークかつ高出力のアクチュエータが必要となり、重量及びコストが増大する。また、トルクチューブそのものにも捩り力による高い捩り剪断応力が発生し、強度的に成立しにくくなる。

また、上述したフラップ駆動式の場合、回転するブレードにフラップを駆動する機構を備える必要があり、構造が複雑化してしまう。更に、強制変位式の場合、ピエゾを駆動するのに比較的大きな電圧を要すると共に、ピエゾの大きさによってはブレードに十分な変位を生じさせることができない。

そこで本発明は、これらの課題の一又は複数を解決することを目的とし、少なくとも、比較的シンプルな構成で小出力のアクチュエータであっても適切に駆動して、ブレードの捩り角を変更することができる回転翼航空機を提供することを目的とする。

本発明に係る回転翼航空機は、回転するロータ軸と、該ロータ軸を中心に旋回する複数のブレードと、前記ブレードを前記ロータ軸に対して連結するハブと、前記ブレードの先端部に対して基端部を前記ブレードの軸心回りへ捩らせる捩り付与機構と、を備え、前記ブレードは、長軸状の骨格部材から成り基端部が前記ハブに接続されるスパーと、該スパーが内挿されて互いの先端部同士で接続され、前記先端部以外では前記スパーに対して該スパーの軸心回りに回動自在のスキンと、を有し、前記ハブは、前記ロータ軸に取り付けられるハブ本体と、前記スパーを前記ハブ本体に接続するハブアーム部と、を有する。

このような構成の回転翼航空機は、スキンの基端部に回動力を付与して該基端部に直接捩り角を付与するものであるため、シンプルな構成で実現できる。また、ブレードのスパーをスキンと分離させてハブに接続しているため、スキンの捩り剛性を従来よりも小さくすることが可能であり、比較的小さな出力のアクチュエータであってもブレードに所望の大きさの捩りを付与することができる。また、スキンの先端でスパーを介して捩り反力を支持する構造であるため、高いスパーの捩り剛性を利用して、スキン以外での好ましくない捩り変形を小さくすることができる。

また、前記ブレードのピッチを変更するピッチ変更機構を更に備え、前記ピッチ変更機構は、スワッシュプレートと、該スワッシュプレートに一端が接続されて前記ハブアームに他端が接続されたピッチリンクと、を有していてもよい。

このような構成とすることにより、ブレードの捩り角の変更とピッチ変更とを、シンプルな構成によってそれぞれ独立に実現できる回転翼航空機を提供することができる。

また、前記捩り付与機構は、前記ハブアーム部に設けられて前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与するアクチュエータを有していてもよい。また、前記捩り付与機構は、前記ハブアーム部以外の箇所に設けられて前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与するアクチュエータを有していてもよい。あるいは、前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与する第二のスワッシュプレートを有していてもよい。

また、前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部の前縁部又は後縁部と前記アクチュエータとを接続するアームを有していてもよい。また、前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部の前縁部又は後縁部と前記第二のスワッシュプレートとを接続するアームを有していてもよい。

このような構成とすることにより、スキンの捩り中心点から離れた前縁部又は後縁部に回動力を付与することができる。そのため、アクチュエータの大型化を抑制することができる。

また、前記スパーは、その長手方向の少なくとも一部の区間で前後方向の寸法が上下方向の寸法よりも大きい平坦な断面形状を成し、前記スキンは、前記先端部以外の少なくとも一部にて、ベアリングを介して前記スパーに回動自在に支持されていてもよい。

このような構成とすることにより、スパーの剛性を確保することができる。また、スパーに対してスキンを回動自在としつつ、スパーに対するスキンの相対変位のうち回動以外の変位を確実に抑制することができる。

また、前記スパーは、その長手方向の所定の位置から先端部に向かって、徐々に前後方向の寸法と上下方向の寸法のいずれか、又は両方が大きくなる断面形状を成していてもよい。

本発明によれば、比較的シンプルな構成で小出力のアクチュエータであっても適切に駆動して、ブレードの捩り角を変更することができる回転翼航空機を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る回転翼航空機の一例としてのヘリコプタの概略構成を示す模式図である。 図２は、メインロータのハブとブレードを示す斜視図である。 図３は、図２のブレード取付け部を拡大して示す斜視図である。 図４は、図２に示した構造を示す平面図である。 図５は、図４中のＶ−Ｖ線での断面図である。 図６は、図４中のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。 図７は、図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。 図８は、図７に示すブレードが軸心回りに捩られて変位する様子を示す模式図である。 図９は、図４中のＩＸ−ＩＸ線での断面図である。 図１０は、ブレード取付け部の別の形態を示す斜視図である。 図１１は、ブレード取付け部の更に別の形態を示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下では回転翼航空機としてヘリコプタを例示して説明するが、本発明の回転翼航空機の適用対象はヘリコプタに限定されるものではなく、推力を発生させる回転翼を有する航空機であれば適用可能であり、また、有人機か無人機かも問わない。

図１は、本発明の実施の形態に係る回転翼航空機の一例としてのヘリコプタの概略構成を示す模式図である。図１に模式的に示すように、本実施の形態に係るヘリコプタ１０は、メインロータ１１、テイルロータ１２、エンジン１３、メイントランスミッション１４、及びテールトランスミッション１５を備えており、エンジン１３からの動力がメイントランスミッション１４を介してメインロータ１１に伝達され、さらにテールドライブシャフト１９及びテールトランスミッション１５を介してテイルロータ１２に伝達される。

メイントランスミッション１４からの動力はメインロータシャフト１６を介してメインロータ１１に伝達される。メインロータシャフト１６の一端はトランスミッション１４と接続され、他端はハブ１７と接続される。このハブ１７には、メインロータ１１が有する複数のブレード（回転翼）１８が接続されている。なお、以下の説明では便宜上、メインロータシャフト１６がトランスミッション１４と接続されている側を下側とし、ハブ１７と接続されている側を上側とする。

図２は、メインロータ１１の一部を示す斜視図であり、ハブ１７とこれに接続された1枚のブレード１８とを示している。図３は、図２に示すハブ１７とブレード１８との接続部であるブレード取付け部を拡大して示す斜視図である。図４は、図２に示すメインロータ１１の一部をその内部構造が明らかになるように示した平面図である。また、図５は、図４中のＶ−Ｖ線での断面図である。なお、各図において、ブレード１８の進行方向を前側とし、その反対側を後側とする。

図４に示すように、メインロータ１１はハブ１７及びブレード１８を備えている。このうちハブ１７は、メインロータシャフト１６の上端部に接続されてメインロータシャフト１６と共に回転するハブ本体２０と、このハブ本体２０に対してブレード１８の基端部を接続するハブアーム部（本図の例ではテンションリンク）２１とを有している。

テンションリンク２１は長尺形状を成しており、その長手方向がメインロータシャフト１６を中心とする径方向に一致するよう配設されている。テンションリンク２１の両端部のうち、メインロータシャフト１６に近い方の基端部は、ハブ本体２０に対してエラストメリックベアリング等の、ブレード１８の３軸回りの各運動（フラッピング運動，リードラグ運動，フェザリング運動）を可能とする接続部材２２を介して接続されている。

図５に示すように、メインロータ１１にはピッチ変更機構３０が設けられている（図２〜図４も参照）。ピッチ変更機構３０は、ハブ本体２０の下方にてメインロータシャフト１６に対して同軸状に配置された円板状のスワッシュプレート３１と、テンションリンク２１の長手方向の中央付近から、長手方向に略直交する水平方向（図５では、前方）へ延設されたピッチアーム３２と、該ピッチアーム３２の先端部から下方へ延設されてその下端にてスワッシュプレート３１に連結されたピッチリンク３３と、を有している。

従って、スワッシュプレート３１の上下の動き及び傾きが、ピッチリンク３３及びピッチアーム３２を介してテンションリンク２１に伝達され、該テンションリンク２１に接続されたブレード１８のピッチが変更される。なお、図５に示すようにテンションリンク２１は、短冊状を成して上下に間隔を空けて設けられた上部材２１ａと下部材２１ｂとを有している。そして、上記ピッチアーム３２の基端部は、これら上部材２１ａと下部材２１ｂとによって上下から挟持されるようにして支持されている。

図４に示すように、テンションリンク２１には、ブレード１８のリードラグ運動に減衰を与えるリードラグダンパ３５も取り付けられている。リードラグダンパ３５は、例えば油圧ダンパから成り、その基端部はハブ本体２０においてテンションリンク２１の取付位置の後側近傍に接続され、先端部はテンションリンク２１に接続されている。

テンションリンク２１の先端部には、ブレード１８の骨格部材を成す長軸状のスパー２３の基端部が接続されている。また、ブレード１８は、このスパー２３が内挿されると共に長手方向に直交する断面が所定の翼型コンター形状を成すスキン２４を有している。これらスパー２３とスキン２４とは、互いの先端部（メインロータシャフト１６から遠い方の端部）２３ａ，２４ａ同士で接続され、且つ、この先端部２３ａ，２４ａ以外ではスパー２３に対してスキン２４は固定的には接続されていない。従って、スキン２４は、その先端部２４ａ以外では、スパー２３の軸心Ａ回りに回動自在となっている。換言すれば、スキン２４の先端部２４ａ以外の部分は、軸心Ａ回りへの捩り方向の変位が、スパー２３によって直接的には拘束されない構成となっている。

図６は、ブレード１８の先端部の断面図であり、具体的には図４中のＶＩ−ＶＩ線での断面図である。

図６に示すように、ブレード１８の先端部では、スキン２４に対してスパー２３は隙間なく内挿されて固定されている。詳述すると、スキン２４はブレード１８の外皮を成し、例えば繊維強化複合材等で形成されている。そして、その断面はブレード１８の長手方向の位置に応じた所定のコンター形状を有し、図６に示すブレード１８の先端位置では、前後寸法が上下寸法より大きい平坦な翼型形状となっている。このスキン２４内の前部空間２４１にはスパー２３が内挿され、後部空間２４２には発泡プラスチックコア又はハニカムコア等の軽量且つ高強度の充填材５０が収容されている。

そして、図６に示す箇所でのスパー２３の外面は、スキン２４の前部空間２４１の内面形状とほぼ整合する形状となっており、且つ、スパー２３とスキン２４とは接着剤やファスナ等の締結手段によって固定的に接続されている。このように、ブレード１８の先端部では、スパー２３とスキン２４とは一体化されている。なお、スキン２４内の前部空間２４１と後部空間２４２との間には、両空間を仕切る隔壁２４３が設けられている。

図７は、ブレード１８の途中部分の断面図であり、具体的には図４中のＶＩＩ−ＶＩＩ線での断面図である。

図７に示すように、ブレード１８の途中部分では、スキン２４に対してスパー２３は隙間を有して内挿されている。詳述すると、スキン２４の後部空間２４２には、ブレード１８の先端部（図６参照）と同様に、充填材５０が収容されている。一方、スキン２４の前部空間２４１を通るスパー２３は、前部空間２４１よりも小さい断面寸法となっており、前部空間２４１の内面全てに対して離隔する位置に通されている。

また、図７に示す例の場合、スパー２３は前後寸法が上下寸法よりも大きい楕円形の断面形状を成している。そして、図８に示すように、スパー２３に対してスキン２４が相対的に上下方向へ回動した場合であっても、所定の回動角度θ（軸心Ａを中心とする角度）の範囲内では、スパー２３はスキン２４の内面と接触しないよう、スパー２３の断面形状及び断面寸法が規定されている。

図９は、ブレード１８の基端部の断面図であり、具体的には図４中のＩＸ−ＩＸ線での断面図である。

図９に示すように、ブレード１８の基端部では、スキン２４に対してスパー２３は隙間を有して内挿されている。しかし、スキン２４は、スパー２３に対してベアリング５１を介して支持されている。詳述すると、ブレード１８の基端部において、スパー２３はほぼ円形又は楕円形の断面形状を成し、スキン２４は前後寸法が上下寸法より大きい楕円形の断面形状を成している。そして、スキン２４は、上述したブレード１８の先端部や途中部分とは異なり、内部が前部空間２４１と後部空間２４２とに仕切られておらず、単一の内部空間２４４が形成されている。この内部空間２４４において、スキン２４の内面の何れにも接触しない位置に、スパー２３は配置されている。

このように、離隔して位置するスパー２３とスキン２４との間に、円環状のベアリング５１が介在している。ベアリング５１は、例えば玉軸受、コロ軸受、あるいは、すべり軸受等の公知のベアリングを使用でき、互いに相対的に回転自在の内輪５２と外輪５３とを有する。このうち内輪５２はスパー２３に（必要であれば所定の支持部材を介して）外嵌して支持され、外輪５３はスキン２４の内部空間２４４に位置してスキン２４の内面に所定の支持部材を介して支持されている。従って、スパー２３に対してスキン２４は、ベアリング５１の回転軸（軸心Ａと一致）を中心にして、回転中心が位置ズレしないようにして回動自在になっている。なお、図４に示す例では、このようなベアリング５１は、軸心Ａ方向に離れてブレード１８の基端部に２か所設けられているが、設計に応じて何か所設けてもよい。

一方、ブレード１８には捩り付与機構４０が設けられている。この捩り付与機構４０は、スキン２４の基端部２４ｂとテンションリンク２１とを接続するようにして設けられており、これにより、ブレード１８（より具体的には、スキン２４）の先端部に対して基端部を軸心Ａ回りへ捩らせることができる。

より詳しく説明すると、捩り付与機構４０は、ロータリアクチュエータ（アクチュエータ）４１と、捩りアーム（アーム）４２とを有している。ロータリアクチュエータ４１は、テンションリンク２１に設けられ、図４及び図５に示す例の場合、上部材２１ａと下部材２１ｂとの間にてピッチアーム３２の基端部（ここでは、リードラグダンパ３５とテンションリンク２１との接続箇所よりもハブ本体２０に近い位置）に支持されている。ロータリアクチュエータ４１は例えば電動モータであって、その出力軸が軸心Ａと一致するように配置されると共に、該出力軸は軸心Ａに沿って外方（メインロータシャフト１６から離れる方向）へ向けられている。

捩りアーム４２は、その基端部がロータリアクチュエータ４１の出力軸に接続されて前方へ延設され、先端部はスキン２４の基端部２４ｂの前縁部２４ｃに接続されている。従って、図示しない制御部からの信号によりロータリアクチュエータ４１が駆動すると、出力軸が回動し、捩りアーム４２は出力軸回りに回動して、スキン２４の基端部２４ｂに捩り力を付与する。なお、捩り付与機構４０の他の形態として、捩りアーム４２をテンションリンク２１から後方へ延設してスキン２４の基端部２４ｂの後縁部と接続してもよい。あるいは、捩りアーム４２をテンションリンク２１から前方及び後方の夫々に延設し、スキン２４の基端部２４ｂの前縁部２４ｃ及び後縁部の夫々と接続することとしてもよい。この際、捩りアーム４２及びリードラグダンパ３５のレイアウトが競合しないよう、リードラグダンパ３５とテンションリンク２１との接続位置を適宜変更してもよい。

このような構成により、本開示に係るヘリコプタ１０のメインロータ１１は、ロータリアクチュエータ４１へ駆動信号を与えると、任意のタイミングで、ブレード１８（スキン２４）の基端部２４ｂを先端部２４ａに対して軸心Ａ回りに所望の角度だけ捩らせることができる。

なお、捩り付与機構４０の別の形態として、図１０に捩り付与機構４０Ａを示す。この捩り付与機構４０Ａは、テンションリンク２１に取付けられたロータリアクチュエータ４１の替わりに、テンションリンク２１以外に設けられたリニアアクチュエータ６１の駆動によって、スキン２４の基端部２４ｂに捩り力を付与する構成となっている。

より詳しく説明すると、図１０に示す捩り付与機構４０Ａは、メインロータシャフト１６と共に回転する所定の部材に立設された、上下方向に伸縮可能なリニアアクチュエータ６１をテンションリンク２１の後方近傍に有している。このリニアアクチュエータ６１の上端部には、棒状のリンク部材（アーム）６２の後端部が回転自在に接続され、該リンク部材６２の前端部には、スキン２４の基端部２４ｂの前縁部２４ｃが回転自在に接続されている。この際、リニアアクチュエータ６１の下端部は、基端部２４ｂに捩り力を付与できれば、どこに固定されていてもよく、例えばテンションリンク２１に取付フィッティング６３を介して固定されていてもよい。その一例として、図１０では、リニアアクチュエータ６１を、取付フィッティング６３を介してテンションリンク２１の下部材２１ｂに固定した構成を示している。また、このリンク部材６２は、テンションリンク２１における上部材２１ａと下部材２１ｂとの間を前後方向に貫通するようにして配設されており、リンク部材６２の長手方向の途中部分がテンションリンク２１により枢支されている。

従って、リニアアクチュエータ６１が伸縮駆動すると、リンク部材６２はテンションリンク２１による枢支箇所を支点にしてテコのように動作する。その結果、スキン２４の基端部２４ｂに捩り力が付与される。なお、図１０の例の場合、リンク部材６２はリードラグダンパ３５とハブ本体２０との間のスペースに配置され、メインロータ１１のハブ１７近傍の構造の小型化に貢献している。

なお、捩り付与機構４０Ａの配置を前後反対にしてもよい。つまり、リニアアクチュエータ６１をテンションリンク２１の前方近傍に配置し、その上端部をリンク部材６２の前端部に接続し、リンク部材６２の後端部をスキン２４の基端部２４ｂの後縁部と接続してもよい。

また、捩り付与機構４０のさらに別の形態として、図１１に捩り付与機構４０Ｂを示す。この捩り付与機構４０Ｂは、テンションリンク２１に取付けられたロータリアクチュエータ４１の替わりに、ブレード１８にピッチ変更を付与するスワッシュプレート３１とは別に設けた第二のスワッシュプレート７１とリンク部材７２（アーム：第１リンク部材７２ａ及び第２リンク部材７２ｂ）の駆動によって、スキン２４の基端部２４ｂに捩り力を付与する構成となっている。

より詳しく説明すると、図１１に示す捩り付与機構４０Ｂは、上述したスワッシュプレート３１とは別に（と共に）、第二のスワッシュプレート７１（図１１ではスワッシュプレート３１の図示を省略）を備えている。この第二のスワッシュプレート７１は、スワッシュプレート３１と同様に上下動及び傾きが制御可能であって、周縁部には上下方向に延びる第１リンク部材７２ａの下端部が回転自在に接続されている。第１リンク部材７２ａはテンションリンク２１の後方近傍に配置され、その上端部には、前後方向へ延びる第２リンク部材７２ｂの後端部が回転自在に接続され、第２リンク部材７２ｂの前端部はスキン２４の基端部２４ｂの前縁部２４ｃが回転自在に接続されている。更に、第２リンク部材７２ｂは、テンションリンク２１における上部材２１ａと下部材２１ｂとの間を前後方向に貫通するようにして配設されており、第２リンク部材７２ｂの長手方向の途中部分がテンションリンク２１により枢支されている。

従って、第二のスワッシュプレート７１が変位すると、その変位に応じて、第２リンク部材７２ｂはテンションリンク２１による枢支箇所を支点にしてテコのように動作する。その結果、スキン２４の基端部２４ｂに捩り力が付与される。なお、図１１の例の場合も、リンク部材７２はリードラグダンパ３５とハブ本体２０との間のスペースに配置され、メインロータ１１のハブ１７近傍の構造の小型化に貢献している。

なお、捩り付与機構４０Ｂの配置を前後反対にしてもよい。つまり、第１リンク部材７２ａをテンションリンク２１の前方近傍に配置し、その上端部に、前後方向に延びる第２リンク部材７２ｂの前端部を回転自在に接続し、第２リンク部材７２ｂの後端部にはスキン２４の基端部２４ｂの後縁部を回転自在に接続することとしてもよい。

また、スパー２３とスキン２４とは、互いの先端部同士が直接的に接続されているだけであるが、互いの基端部ではスキン２４はスパー２３に対してベアリング５１を介して回動自在に支持されている。従って、ロータリアクチュエータ４１が駆動した場合、あるいは、メインロータ１１の回転によりスキン２４が空気力を受けた場合に、スキン２４に予期せぬ変位が生じるのを防止することができる。

ところで、図４に示すように、平面視したときのスパー２３とスキン２４の内部空間２４４との離隔寸法は、基端部に近い部分の方が先端部に近い部分よりも大きくなっている。これにより、捩り付与機構４０（４０Ａ，４０Ｂ）が駆動した場合、スキン２４は基端部２４ｂに近い部分ほど大きく回転変位するが、それでもスキン２４とスパー２３との接触を回避することができる。

なお、図４に示す例のブレード１８の場合、長手方向の所定位置（図４ではＶＩＩ−ＶＩＩ線付近）から先端側で、断面形状が翼形を成すように構成されている。そして、スキン２４において基端部２４ｂからこのＶＩＩ−ＶＩＩ線付近までは、スパー２３の前後寸法は先端側へ向かうほど徐々に小さくなっており、同様に、スキン２４の内部空間２４４の前後寸法も先端側へ向かうほど徐々に小さくなるように設計されている。一方、このＶＩＩ−ＶＩＩ線付近より更に先端側では、スパー２３の前後寸法及び上下寸法が徐々に大きくなり、スキン２４の内部空間２４４に対してその隙間が徐々に小さくなっている。

このようにブレード１８の翼型区間（図４のブレード１８の場合、ＶＩＩ−ＶＩＩ線より先端側の区間）を構成することにより、スキン２４が所定の捩り変位（先端部に向かうほど小さくなる）を取った時にもその内部においてスパー２３と干渉しないような隙間分だけを確保しつつ、スパー２３の前後寸法及び上下寸法を徐々に大きくすることができる。これにより、スパー２３の閉断面（図７の例の場合、楕円断面）の面積をより大きくでき、スパー２３の捩り剛性を先端側へ向かうに従って徐々に大きくすることができる。

このように、本開示に係るスパー２３は、その断面積を、スキン２４の内部空間（図７に示す前部空間２４１）においてスキン２４の捩り変位を考慮して可能な限り大きくしている。これにより、スパー２３はスキン２４の捩りによる反力をより高い剛性で支持することができ、可変捩り角機構を備える回転翼航空機を実現するにあたり、該回転翼機構が有するブレード機能にとって好ましくないスパー２３の捩り変形を最小に抑えることができる。

本発明は、ブレードの捩り角を変更することができる回転翼航空機に適用することができる。

１０ ヘリコプタ
１１ メインロータ
１６ メインロータシャフト（ロータ軸）
１７ ハブ
１８ ブレード（回転翼）
２０ ハブ本体
２１ ハブアーム部（テンションリンク）
２３ スパー
２４ スキン
３０ ピッチ変更機構
３１ スワッシュプレート
３２ ピッチアーム
３３ ピッチリンク
４０ 捩り付与機構
４０A 捩り付与機構
４０Ｂ 捩り付与機構
４１ ロータリアクチュエータ（アクチュエータ）
４２ 捩りアーム（アーム）
５１ ベアリング
６１ リニアアクチュエータ
６２ リンク部材（アーム）
６３ 取付フィッティング
７１ 第二のスワッシュプレート
７２ リンク部材（アーム）
Ａ 軸心

Claims (9)

1. 回転するロータ軸と、該ロータ軸を中心に旋回する複数のブレードと、前記ブレードを前記ロータ軸に対して連結するハブと、前記ブレードの先端部に対して基端部を前記ブレードの軸心回りへ捩らせる捩り付与機構と、を備え、
   前記ブレードは、長軸状の骨格部材から成り基端部が前記ハブに接続されるスパーと、該スパーが内挿されて互いの先端部同士で接続され、前記先端部以外では前記スパーに対して該スパーの軸心回りに回動自在のスキンと、を有し、
   前記ハブは、前記ロータ軸に取り付けられるハブ本体と、前記スパーを前記ハブ本体に接続するハブアーム部と、を有する、
   回転翼航空機。
2. 前記ブレードのピッチを変更するピッチ変更機構を更に備え、
   前記ピッチ変更機構は、スワッシュプレートと、該スワッシュプレートに一端が接続されて前記ハブアーム部に他端が接続されたピッチリンクと、を有している、
   請求項１に記載の回転翼航空機。
3. 前記捩り付与機構は、前記ハブアーム部に設けられて前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与するアクチュエータを有する、
   請求項１または２に記載の回転翼航空機。
4. 前記捩り付与機構は、前記ハブアーム部以外の箇所に設けられて前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与するアクチュエータを有する、
   請求項１または２に記載の回転翼航空機。
5. 前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部に対し前記スパーの軸心回りへの回動力を付与する第二のスワッシュプレートを有する、
   請求項１または２に記載の回転翼航空機。
6. さらに、前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部の前縁部又は後縁部と前記アクチュエータとを接続するアームを有する、
   請求項３または４に記載の回転翼航空機。
7. 前記捩り付与機構は、前記スキンの基端部の前縁部又は後縁部と前記第二のスワッシュプレートとを接続するアームを有する、
   請求項５に記載の回転翼航空機。
8. 前記スパーは、その長手方向の少なくとも一部の区間で前後方向の寸法が上下方向の寸法よりも大きい平坦な断面形状を成し、
   前記スキンは、前記先端部以外の少なくとも一部にて、ベアリングを介して前記スパーに回動自在に支持されている、
   請求項１〜７の何れかに記載の回転翼航空機。
9. 前記スパーは、その長手方向の所定の位置から先端部に向かって、徐々に前後方向の寸法と上下方向の寸法のいずれか、又は両方が大きくなる断面形状を成している、
   請求項１〜８の何れかに記載の回転翼航空機。

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