WO2019203229A1

WO2019203229A1 - 降着装置及び補剛部材

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Publication number: WO2019203229A1
Application number: PCT/JP2019/016313
Authority: WO
Inventors: 洋一植木
Original assignee: 川崎重工業株式会社
Priority date: 2018-04-17
Filing date: 2019-04-16
Publication date: 2019-10-24
Also published as: EP3782907A1; US20210024202A1; CA3097329A1; JP2019182354A; EP3782907A4; US11427312B2; JP6998260B2; CA3097329C

Abstract

降着装置(10)は、回転翼航空機(11)の機体(12)の前後軸に平行に配置される一対のスキッド(20)と、前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブ(30)と、前記クロスチューブの扁平化を抑制する補剛部(40)と、を備え、前記クロスチューブは、前記機体との装着部(35)よりも端部(31)側に湾曲管部分(37)、及び、前記装着部よりも前記湾曲管部分(37)側と反対側の中央部(32)を有し、前記補剛部は、前記湾曲管部分(37)及び一対の前記湾曲管部分(37)の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されている。

Description

降着装置及び補剛部材

　本発明は、降着装置及び補剛部材に関する。

　従来の降着装置を用いた例として、たとえば、特許文献１の回転翼航空機の降着装置が知られている。この特許文献１の降着装置では、スキッドチューブに、上方に突出した湾曲部を形成している。当該スキッドチューブにおいても着陸エネルギを吸収できるようにすることにより、急速な沈下速度で着地する場合などでも大きな着陸エネルギを吸収して、機体及び乗員にダメージを与えないようにしている。

　また、従来の降着装置を用いた例として、たとえば、非特許文献１の地上共振対策が知られている。この非特許文献１の降着装置では、機体との間にダンパを追加することにより、地上共振を回避している。

特開平１１－４９０９７号公報日本航空技術協会著、新航空工学講座５　ヘリコプタ

　上記のとおり、特許文献１では大きな着陸エネルギを吸収するようにし、また、非特許文献１では地上共振を回避するようにしている。しかしながら、これらは相反する要求であるが、これらを同時に満たすことが求められている。

　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる降着装置及び補剛部材を提供することを目的としている。

　本発明のある態様に係る降着装置は、回転翼航空機の機体の前後軸に平行に配置される一対のスキッドと、前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブと、前記クロスチューブの扁平化を抑制する補剛部と、を備え、前記クロスチューブは、前記機体との装着部よりも端部側に湾曲管部分を有し、前記補剛部は、前記湾曲管部分及び一対の前記湾曲管部分の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されている。

　この構成によれば、管部分に配置された補剛部がクロスチューブの扁平化を抑制している。このクロスチューブにおける補剛部の配置位置、数量及びクロスチューブ内面の接触状態により、クロスチューブの剛性を任意の値へ増加させるため、地上共振を回避することができる。また、急速な沈下速度で着地する場合などでもクロスチューブの座屈崩壊を防止することにより、大きな着陸エネルギを吸収することができる。

　本発明は、以上に説明した構成を有し、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる降着装置及び補剛部材を提供することができるという効果を奏する。

　本発明の上記目的、他の目的、特徴及び利点は、添付図面を参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。

実施の形態１に係る降着装置を概略的に示す斜視図である。図１のクロスチューブに配置される補剛部を示す分解斜視図である。図２の補剛部を脇部に配した降着装置を示す断面図である。図３の脇部の一方端部を示す断面図である。図３の脇部の他方端部を示す断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図２の補剛部の取り付け方法を説明するための断面図である。図７（ａ）～図７（ｃ）は、図１のクロスチューブの変形を説明するための図である。図１のクロスチューブに対する負荷と装着部の変位との関係を示すグラフである。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、実施の形態２に係る降着装置の一部を概略的に示す断面図である。実施の形態３に係る降着装置の一部を概略的に示す図である。図１０のクロスチューブに対する負荷と装着部の変位との関係を示すグラフである。実施の形態３の変形例に係る降着装置の一部を概略的に示す図である。実施の形態４に係る降着装置におけるクロスチューブに対する負荷と装着部の変位との関係を示すグラフである。図１４（ａ）～図１４（ｃ）は、別の実施の形態に係る降着装置の一部を概略的に示す断面図である。さらに別の実施の形態に係る降着装置が装着されるクロスチューブの一部を概略的に示す図である。

　ある態様に係る降着装置は、回転翼航空機の機体の前後軸に平行に配置される一対のスキッドと、前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブと、前記クロスチューブの扁平化を抑制する補剛部と、を備え、前記クロスチューブは、前記機体との装着部よりも端部側に湾曲管部分を有し、前記補剛部は、前記湾曲管部分及び一対の前記湾曲管部分の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されている。

　この降着装置では、前記補剛部と前記管部分の内面とは無負荷状態で接触していてもよい。この構成によれば、補剛部は、管部分を内側から支持することにより、クロスチューブの扁平化を抑制している。このため、クロスチューブの剛性を増加させて地上共振を回避したり、クロスチューブの座屈を防止して大きな着陸エネルギを吸収したりすることができる。

　この降着装置では、前記補剛部は、無負荷状態で前記管部分の内面との間に隙間を有するように配置され、着地時の負荷によって扁平化した前記管部分の内面が前記補剛部と接触することにより前記負荷と前記装着部の変位との関係を示す曲線の変曲点が、前記管部分の座屈時の変位よりも小さい変位において形成されるように、前記隙間が設定されていてもよい。

　この構成によれば、補剛部は、管部分を内側から支持することにより、クロスチューブの扁平化を抑制している。このため、クロスチューブの剛性を増加させて地上共振を回避したり、クロスチューブの座屈を防止し大きな着陸エネルギを吸収したりすることができる。

　この降着装置では、前記変曲点が、前記管部分の弾性変形位置に含まれる変位において形成されるように、前記隙間が設定されていてもよい。この構成によれば、地上共振の回避、及び、吸収する着陸エネルギの増加を図ることができる。

　この降着装置では、前記補剛部は、拡径可能であって拡径することにより前記管部分の内面に接触するリングと、前記リングに内嵌すると共に当該リングを軸方向に挟持する第１ディスク及び第２ディスクと、前記第１ディスク及び前記第２ディスクに軸方向の締結力を生じさせるワイヤと、を有し、前記第１ディスクは、前記リングに当接して、前記軸方向の一方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第１係合部を有し、前記第２ディスクは、前記リングを当接して、前記軸方向の他方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第２係合部を有していてもよい。

　この構成によれば、補剛部を既存の降着装置のクロスチューブに装着することができる。また、リング、第１ディスク及び第２ディスク間における摩擦、これらとワイヤとの間の摩擦、リングと管部分の内面との間の摩擦によって、振動が減衰し、地上共振を低減することができる。

　この降着装置では、前記第２係合部は、前記第１ディスクの外側面と前記リングの内周面との間隙に嵌って前記リングを拡径させる突起を有していてもよい。この構成によれば、クロスチューブ、リング、第１ディスク及び第２ディスク間に径方向内力が生じ、内力によって生じる摩擦力によって、補剛部をクロスチューブに固定することができる。

　別の態様に係る補剛部材は、回転翼航空機の機体の前後軸に平行に配置される一対のスキッドと、前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブと、を備える降着装置に用いられる補剛部材であって、前記クロスチューブにおける前記機体との装着部よりも端部側に設けられる湾曲管部分、及び、一対の前記湾曲管部分の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置され、拡径可能であって拡径することにより前記管部分の内面に接触するリングと、前記リングに内嵌すると共に当該リングを軸方向に挟持する第１ディスク及び第２ディスクと、前記第１ディスク及び前記第２ディスクに軸方向の締結力を生じさせるワイヤと、を有し、前記第１ディスクは、前記リングに当接して、前記軸方向の一方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第１係合部を有し、前記第２ディスクは、前記リングを当接して、前記軸方向の他方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第２係合部を有している。

　この構成によれば、補剛部材を既存の降着装置のクロスチューブに装着することができる。また、この補剛部材は、断面２次モーメントの増加を主目的とした他の補剛装置よりも締結箇所が少なくてすみ、クロスチューブに対する補剛部材の装着及び固定が簡便である。また、補剛部材によって、クロスチューブの剛性を増加させて地上共振を回避したり、クロスチューブの座屈を防止し大きな着陸エネルギを吸収したりすることができる。また、リング、第１ディスク及び第２ディスク間における摩擦、これらとワイヤとの間の摩擦、リングと管部分の内面との間の摩擦によって、振動が減衰し、地上共振を低減することができる。

　以下、実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

　（実施の形態１）
　　＜降着装置の構成＞
　実施の形態１に係る降着装置１０は、図１及び図３に示すように、回転翼航空機１１の機体１２に装着され、回転翼航空機１１の着陸の際に用いられる。以下、降着装置１０をヘリコプタに適用した場合について説明するが、回転翼航空機１１はヘリコプタに限定されず、ドローン等の他の航空機にも適用することができる。なお、回転翼航空機１１の降着装置１０に対して機体１２側を「上」とし、その反対側を「下」として説明するが、回転翼航空機１１の方向はこれに限定されない。

　降着装置１０は、一対のスキッド２０と、一対のスキッド２０を連結する一対のクロスチューブ３０を備えている。一対のスキッド２０は、回転翼航空機１１の降着時に接地する部分であって、回転翼航空機１１の機体１２の前後軸Ｌに平行に設けられ、互いに間隔を空けて配置されている。スキッド２０は、管状部材であり、前部分が前方ほど上昇するように傾斜している。なお、スキッド２０はその前部分が傾斜していなくてもよい。

　一対のクロスチューブ３０は、スキッド２０が接地した際のエネルギ（着陸エネルギ）を吸収し機体１２への衝撃を緩和する部分であって、機体１２と一対のスキッド２０との間に設けられている。一対のクロスチューブ３０は、回転翼航空機１１の機体１２の前後軸Ｌに垂直に設けられ、互いに間隔を空けて配置されている。一対のクロスチューブ３０のそれぞれは、両端部３１のうちの一端部３１が一対のスキッド２０の一方のスキッド２０に接続され、他端部３１が他方のスキッド２０の一端に接続されている。

　クロスチューブ３０は、例えば、内部空間を有する管状部材であって、外径が軸方向に沿って一定であり、肉厚が軸方向及び周方向に沿って一定である。また、クロスチューブ３０は、公知の形状を有しており、例えば、円管を曲げ加工することにより製作される。クロスチューブ３０の内部空間に補剛部４０が配置されている。この補剛部４０については後述する。

　クロスチューブ３０は、例えば、中央部３２、一対の脇部３３、一対の伸延部３４、一対の装着部３５及び一対の端部３１を有している。一対の脇部３３、一対の伸延部３４、一対の装着部３５及び一対の端部３１は中央部３２に対して鏡面対称に配置されている。

　中央部３２は、着陸荷重等の外力による撓みで湾曲する部分であり、一対の装着部３５の間であって、クロスチューブ３０の中央に設けられ、一対のスキッド２０を含む面に対して平行に配置されている。脇部３３は、装着部３５よりも端部３１側であって、中央部３２と伸延部３４との間に設けられ、中央部３２に対して下方へ曲がりながら傾斜して伸延部３４と繋がっている。伸延部３４は、脇部３３と端部３１との間に設けられ、脇部３３よりも外側に両端部３１を向けて直線状に下降するように中央部３２に対して傾斜している。

　また、クロスチューブ３０は、直線状に延びる直管部分、及び、略円弧状に湾曲する湾曲管部分により構成されている。この実施の形態では、中央部３２及び伸延部３４は直管部分により形成され、脇部３３は直管部分３６及び湾曲管部分３７により形成されている。この直管部分３６は、湾曲管部分３７よりも中央部３２側に設けられており、中央部３２と装着部３５を挟んで互いに連続する１本の直線状に並ぶ。なお、脇部３３は、直管部分３６を含まず、湾曲管部分３７により形成されていてもよい。

　装着部３５は、機体１２に装着される部分であって、この装着部３５でクロスチューブ３０は機体１２を支持している。１本のクロスチューブ３０に一対の装着部３５が設けられている。これにより、機体１２は、一対のクロスチューブ３０の４点で降着装置１０により支持されている。

　また、クロスチューブ３０において装着部３５は、機体１２の前後軸Ｌ及びこれに対して互いに直交する２軸に沿った並進３方向の力を機体１２に伝達する。これに対し、装着部３５は、前後軸Ｌまわりの回転を拘束せず、前後軸Ｌまわりのモーメントを機体１２へ伝達しない。このため、クロスチューブ３０は４点曲げ梁モデルと等価と言える。

　この４点曲げ梁モデルでは、一対の装着部３５間の中央部３２において曲げモーメントが最大であって、且つ、一定となる。このため、着陸エネルギは、主に曲げモーメントが最大となる中央部３２の塑性曲げにより吸収される。また、４点曲げ梁モデルに相当するクロスチューブ３０では塑性領域（体積）を大きく採ることができ、クロスチューブ３０による着陸エネルギの吸収性が優れる。

　例えば、従来技術の降着装置のように、スキッド及びクロスチューブが弾性変形し、着陸エネルギを吸収する。この場合、一旦吸収したエネルギは、弾性変形によりほとんど消費されることなく解放されるため、地面への大きな反発力となる。これにより、降着装置に装着された機体が上方へ跳ね返るおそれがある。

　これに対し、クロスチューブ３０は、塑性変形することにより、弾性変形よりも多くの着陸エネルギを消費することができる。しかも、この塑性領域が大きいため、着陸エネルギをより効率的に消費することができる。よって、降着時の安全性の向上を図ることができる。

　なお、クロスチューブ３０の曲げ剛性（ＥＩ）は、断面によらず一定である。このＥは縦弾性係数であって、Ｉは断面２次モーメントである。このクロスチューブ３０全体の曲げ剛性により地上共振に係る剛性は決まる。

　　＜補剛部の構成＞
　図２～図５に示すように、補剛部４０は、クロスチューブ３０内に配置され、クロスチューブ３０の扁平化を抑制する補剛部材であって、拡径部及び締結部を有している。クロスチューブ３０において、補剛部４０は、湾曲管部分３７、及び、一対の湾曲管部分３７の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されている。この実施の形態では、補剛部４０は、脇部３３の湾曲管部分３７、及び、一対の湾曲管部分３７の間の脇部３３の直管部分３６の両管部分に配置されている。なお、補剛部４０は、直管部分３６に配置されておらず、湾曲管部分３７に配置されていてもよい。又は、補剛部４０は、直管部分３６に配置され、湾曲管部分３７に配置されていなくてもよい。

　拡径部は、締結部による軸方向の締結力によって拡径する部材であって、リング４１、リング４１に内嵌すると共にリング４１を軸方向に挟持する第１ディスク４２及び第２ディスク４３を有し、これらは金属等の剛性を有する材料で形成されている。なお、第１ディスク４２よりも第２ディスク４３側を上と称し、その反対側を下と称するが、補剛部４０の配置方向はこれに限定されない。

　リング４１は、環形状であって、周方向の一部に切断部４４が設けられている。この切断部４４によってリング４１の周方向の一端と他端との間隔が広がることにより、リング４１は拡径可能である。また、リング４１の中心軸を通る断面における形状は、半円形状である。この円弧形状の曲面がリング４１の内周面を構成し、平面がリング４１の外周面を構成する。

　第１ディスク４２は、円柱形状の本体４５、並びに、本体４５に設けられる孔（第１貫通孔４８）及び係合部（第１係合部４９）を有している。本体４５は、円形状の上面（第１上面）及び下面（第１下面）、並びに、第１上面の外周縁と第１下面の外周縁とを繋ぐ側面（第１側面）を有している。

　本体４５は、第１上面及び第１下面がクロスチューブ３０の中心軸３０ａに対して直交し、第１側面がクロスチューブ３０の中心軸３０ａに平行又は略平行になるような形状を有している。このため、クロスチューブ３０において直管部分３６では、第１上面と第１下面は互いに平行であって、第１側面が第１上面及び第１下面に対して直交して設けられている。これに対し、湾曲管部分３７では、第１上面に対して第１下面が傾斜し、第１側面が第１上面及び第１下面に対して傾斜して設けられている。

　１つ以上（この実施の形態では、８つ）の第１貫通孔４８が本体４５に設けられており、これらは本体４５において周方向に均等な間隔を空けて配置されている。第１貫通孔４８は、補剛部４０を脇部３３内に取り付ける際のワイヤ６０が通る孔であり、本体４５の中心軸に沿って第１上面と第１下面との間を貫通している。

　第１係合部４９は、本体４５の一端（この実施の形態では、下端）に設けられている。第１係合部４９は、円環形状であって、本体４５の第１側面から拡径するように外側へ突出し、外径がクロスチューブ３０の内径よりも小さい。第１係合部４９の上面は、リング４１の内周面に沿うように下方ほど拡径する傾斜面で形成されている。第１係合部４９の下面は、本体４５の第１下面に対して面一になるように平面で形成されている。また、第１係合部４９の上端４９ａにより形成される仮想面４９ｂがクロスチューブ３０の中心軸３０ａに対して直交するように、第１係合部４９が形成されている。

　第２ディスク４３は、円筒形状の係合部（第２係合部５４）及び円盤形状の平面部５１を有している。第２係合部５４は、一方開口が塞がれるように基端が平面部５１に接続され、他方開口が開放されている。この他方開口の周囲を取り囲む第２係合部５４の先端５４ａは、リング４１の内周面に沿うように下方ほど縮径する傾斜面で形成されている。

　第２係合部５４の内径は、第２係合部５４内に第１ディスク４２の本体４５が挿入され、第２係合部５４の内側面が本体４５の第１側面が接するように、本体４５の外径よりも少し大きく設定されている。また、第２係合部５４の外径は、第１ディスク４２の第１係合部４９の直径と同じになるように設定されている。

　第２係合部５４は、平面部５１、及び、先端５４ａにより形成される仮想面５４ｂがクロスチューブ３０の中心軸３０ａに対して直交し、外側面がクロスチューブ３０の中心軸３０ａに平行になるような形状を有している。このため、クロスチューブ３０の直管部分３６では、平面部５１と仮想面５４ｂが互いに平行であって、外側面が平面部５１及び仮想面５４ｂに対して直交して設けられている。これに対し、湾曲管部分３７では、平面部５１に対して仮想面５４ｂが傾斜し、外側面が平面部５１及び仮想面５４ｂに対して傾斜して設けられている。

　平面部５１には、１つ以上（この実施の形態では、８つ）の孔（第２貫通孔５３）が設けられており、これらは平面部５１において周方向に均等な間隔を空けて配置されている。第２貫通孔５３は、補剛部４０を脇部３３内に取り付ける際のワイヤ６０が通る孔であり、平面部５１の上面（第２上面）と下面（第２下面）との間を貫通している。第２ディスク４３が第１ディスク４２との間にリング４１を挟んで脇部３３内に配置された際に、第２貫通孔５３は、第１貫通孔４８を通過したワイヤ６０が通るように配置されている。

　締結部は、拡径部に軸方向の締結力を生じさせる部材であって、ワイヤ６０、第１支持具６１及び第２支持具６４を有している。ワイヤ６０は、例えば、図３に示すように、一端に球状の第１端末金具６３が取り付けられ、他端にネジ部が設けられた第２端末金具６６が取り付けられている。ただし、補剛部４０をクロスチューブ３０に固定できれば、ワイヤ６０の端の形状はこれに限定されない。

　第１支持具６１は、例えば、円盤形状であって、第１支持具６１をその厚み方向に貫通する第１挿通孔６２が設けられている。第１挿通孔６２は、補剛部４０の第２貫通孔５３に相当する位置に設けられ、ワイヤ６０の直径よりも大きく且つ第１端末金具６３の直径よりも小さな内径を有している。

　第２支持具６４は、例えば、円柱形状であって、第２支持具６４をその軸方向に貫通する第２挿通孔６５が設けられている。第２挿通孔６５は、補剛部４０の第１貫通孔４８に相当する位置に設けられている。第２挿通孔６５は、ワイヤ６０及び第２端末金具６６の直径よりも大きく、且つ、第２端末金具６６に取り付けるナット６７の直径よりも小さな内径を有している。また、第２支持具６４には、径方向に貫通する第３貫通孔６８が設けられている。

　＜補剛部の取り付け方法＞
　まず、図４に示すように、ワイヤ６０を第１支持具６１の第１挿通孔６２に通す。これにより、第１支持具６１の一方面にワイヤ６０の第１端末金具６３が係止され、ワイヤ６０が第１支持具６１に固定される。この一方面側から第１支持具６１をクロスチューブ３０内に挿入する。

　続いて、補剛部４０の第２ディスク４３の平面部５１の第２上面が第１支持具６１の他方面に当接するようにして、第２貫通孔５３にワイヤ６０を通して、第２ディスク４３をクロスチューブ３０内に挿入する。これにより、第１支持具６１側と反対側へ第２係合部５４の先端５４ａが突出している。

　それから、リング４１をクロスチューブ３０に挿入してから、第１上面が平面部５１の第２下面に対向するように、第１ディスク４２をクロスチューブ３０に挿入する。これにより、第１ディスク４２と第２ディスク４３との間にリング４１を挟んだ状態になり、補剛部４０がクロスチューブ３０内に配置される。

　同様の方法で、複数の補剛部４０をクロスチューブ３０に挿入していき、クロスチューブ３０の脇部３３内に配置する。それから、図５に示すように、端部３１に最も近い補剛部４０の第１ディスク４２の第１下面に第２支持具６４を当接し、第２支持具６４の第２挿通孔６５にワイヤ６０を通す。

　そして、第２挿通孔６５から突出したワイヤ６０の第２端末金具６６にナット６７を取り付ける。この第２支持具６４にナット６７が係止され、ワイヤ６０が第２支持具６４に固定される。また、第２支持具６４の第３貫通孔６８にボルト（図示せず）を締結することにより、第２支持具６４、及び、補剛部４０が脇部３３に固定される。

　この際、第２端末金具６６にナット６７を締結すると、ワイヤ６０は第１支持具６１と第２支持具６４との間の距離を縮める力（軸方向の締結力）を拡径部に生じさせる。このため、図６（ａ）に示すように、リング４１内に第１ディスク４２の本体４５が嵌り、リング４１は、軸方向において第１ディスク４２の第１係合部４９と第２ディスク４３の第２係合部５４との間に挟まっている。そして、図６（ｂ）に示すように、ワイヤ６０を締結すると、本体４５が第２係合部５４内に嵌り、第１上面が第２下面に当接する。

　ここで、リング４１が第１係合部４９に当接し、軸方向の一方（下方）への変位が規制される。そして、リング４１と本体４５との間に第２係合部５４の先端５４ａが挿入されて、リング４１が拡径する。このように、締結部による軸方向の締結力が、軸方向に直交する径方向への荷重に置換される。これにより、リング４１が第２係合部５４に当接し、軸方向への他方（上方）への変位が規制される。また、リング４１の外周面がクロスチューブ３０の内面に当接して、補剛部４０がクロスチューブ３０に固定される。なお、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、補剛部４０の一部及びクロスチューブ３０の一部だけを表し、それ以外を省略している。また、図６（ａ）及び図６（ｂ）では、クロスチューブ３０について直管形状で表しているが、湾曲管形状であっても同様である。

　このように、補剛部４０を既存の降着装置１０のクロスチューブ３０に装着することができる。よって、降着装置１０の大幅な設計変更を必要としない。また、この補剛部４０の取り付けは、断面２次モーメントの増加を主目的とした他の補剛装置よりも締結箇所が少なくてすむ。このため、クロスチューブ３０に対する補剛部４０の装着及び固定が簡便である。

　さらに、クロスチューブ３０に対して着陸荷重等が負荷されていない状態（無負荷状態）であって、クロスチューブ３０が扁平していない状態において、補剛部４０のリング４１がクロスチューブ３０の内面と接触している。このため、降着装置１０の降着時における衝撃がクロスチューブ３０に作用しても、互いに接触したリング４１とクロスチューブ３０との摩擦によって衝撃によるクロスチューブ３０の振動を低減することができる。よって、振動による降着装置１０の地上共振を抑制することができる。

　また、着陸荷重は、クロスチューブ３０、補剛部４０のリング４１、第１ディスク４２及び第２ディスク４３、ワイヤ６０という順で伝わる。この際、ワイヤ６０が張力を変動させる。そして、補剛部４０においてリング４１、第１ディスク４２及び第２ディスク４３間における摩擦、これらとワイヤ６０との間の摩擦、リング４１とクロスチューブ３０の管部分の内面との間の摩擦によって、振動が減衰し、さらに地上共振を低減することができる。

　＜降着装置の特性＞
　図１及び図７（ａ）に示すように、回転翼航空機１１が着地すると、降着装置１０のスキッド２０が接地する。これにより、スキッド２０に接続するクロスチューブ３０の端部３１に、上向きの負荷（着陸荷重）Ｐが作用する。

　これに伴い、図７（ｂ）に示すように、機体１２の装着部３５に負荷Ｐが端部３１に対する負荷Ｐと反対側へ作用する。この装着部３５に対する負荷Ｐによりクロスチューブ３０の中央部３２及び脇部３３は、断面が楕円形に変形して、扁平化する。また、これと共に、一対の端部３１の間隔が拡がるように脇部３３が変形しながら、中央部３２が下方へ湾曲するように撓む。これにより、装着部３５が変位δ、下方へ移動する。

　例えば、図７（ｃ）に示すように、装着部３５が最大変位δmaxまで移動すると、中央部３２が接地する。

　図７（ａ）～図７（ｃ）の負荷Ｐと装着部３５の変位δとの関係を図８に示す。図８のグラフでは、縦軸が負荷Ｐを示し、横軸が変位δを示している。また、破線が、補剛部４０を装着していない従来の降着装置に関する負荷Ｐと変位δとの関係を示し、実線が補剛部４０を装着した本実施の形態の降着装置１０に関する負荷Ｐと変位δとの関係を示している。

　図８の破線に示す従来の降着装置では、負荷Ｐが増加するに伴い、装着部３５の変位δもほぼ直線的に増加する。変位δが０からδ１まで増加する（０≦δ＜δ１）間、クロスチューブ３０は弾性域にて弾性変形する。その後、変位δがδ１以上（δ≧δ１）では、クロスチューブ３０は塑性域にて塑性変形し、この塑性域では変位δがδ２において負荷Ｐが最大負荷Ｐmaxに達する。そして、クロスチューブ３０の変形により変位δが最大変位δmaxになると、クロスチューブ３０の中央部３２が接地する。

　これに対して、図８の実線に示す本実施の形態の降着装置１０では、装着部３５の変位δが０からδ２の間（０≦δ＜δ２）において、変位δの増加に伴って負荷Ｐも増加する。これにより、下記式（１）に示す、降着装置１０の降着時の衝撃に対する降着装置１０の吸収エネルギＥは、図８の実線と破線との差の網掛けで表す範囲分、従来よりも増加する。また、変位δがδ２以上（δ≧δ２）では、クロスチューブ３０の座屈を防止している。このため、降着装置１０は一層大きな着陸エネルギを吸収し、降着時の安全性の向上を図ることができる。

　また、脇部３３が補剛部４０により支持されて、脇部３３の扁平化が制限されているため、一対の脇部３３で挟まれた中央部３２は下方への撓みが低減される。これにより、０≦δ＜δ１の弾性域において、クロスチューブ３０の弾性域における剛性が向上し、変位δの増加に対して上昇する負荷Ｐの傾きが従来よりも大きくなる。これにより、クロスチューブ３０のばね定数ｋ［Ｎ／ｍ］が変化することにより、下記式（２）に示すクロスチューブ３０の固有振動数Ｆｎが変化する。このため、降着装置１０の降着時の地上共振を回避し、降着時の安全性の向上を図ることができる。

　仮に、破損等により補剛部４０がクロスチューブ３０を支持する機能が奏しない状態であっても、降着装置１０の形状は従来通りである。このため、降着装置１０は、吸収エネルギＥ及び最大負荷Ｐmaxにより定める着陸エネルギ吸収性を従来と同等に維持することができる。

　また、降着装置１０の大幅な設計変更を必要とせずに、降着時の安全性の向上を図ることができる。

　すなわち、既存の設計手順では、設計初期段階において、クロスチューブ３０の管材料、管外径、装着部３５の位置（座標）、及び、スキッド２０の位置（座標）を決める。その後の特性を調整する方法は、クロスチューブ３０の肉厚の増減により制限される。

　例えば、クロスチューブ３０の肉厚を増やすと、弾性域の剛性（ばね定数）が増加すると共に、着陸エネルギの吸収性が変わる。総吸収エネルギ量は増える傾向があり、また、最大荷重が増加する。このため、機体１２の強度検討をやり直す必要があり、所望の着陸時の吸収エネルギ等を得るために降着装置の大幅な設計変更が必要になる。

　一方、クロスチューブ３０の肉厚を減らすと、弾性域の剛性（ばね定数）が低下すると共に、着陸エネルギの吸収性が変わる。総吸収エネルギ量は減る傾向がある。また、薄肉化によって変位δが最大変位δmaxになる前にクロスチューブ３０の座屈が発生し、総吸収エネルギ量はさらに減少する可能性がある。これにより、総吸収エネルギ量がその要求下限を下回り、設計初期段階の検討を見直さなければならなくなり、降着装置の大幅な設計変更が必要になる。

　さらに、クロスチューブ３０の肉厚の変更以外の安全性向上を図る方法として、例えば、ダンパを装着部３５に取り付けることが考えられる。この場合も、降着装置の大幅な設計変更が必要になる。

　これに対して、４点曲げ梁モデルと等価のクロスチューブ３０では、ブラジール効果により同じモーメントに対して曲率の小さいほど撓みが大きく、剛性が低くなる。このため、モーメントが高く、且つ、曲率が小さい湾曲管部分３７に楕円変形（扁平化）を拘束する補剛部４０を装着することにより、地上共振発生に係る剛性を向上させることができる。図８に示すとおり、最大荷重Pmax0の増加及びエネルギの吸収量を減らさずに、クロスチューブ３０の剛性が増加する。よって、降着装置１０の大幅な設計変更を要せずに、降着時の安全性の向上を図ることができる。

　（実施の形態２）
　実施の形態２に係る降着装置１０では、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、第２ディスク４３の第２係合部５４は、第１ディスク４２に外嵌し、第１ディスク４２の外側面とリング４１の内周面との間隙に嵌ってリング４１を拡径させる突起５５を有している。なお、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、補剛部４０の一部及びクロスチューブ３０の一部だけを表し、それ以外を省略している。また、図９（ａ）及び図９（ｂ）では、クロスチューブ３０について直管形状で表しているが、湾曲管形状であっても同様である。

　突起５５は、第２係合部５４の伸延方向に沿って第２係合部５４から延びている。突起５５は、円筒形状であって、内径が円筒形状の第２係合部５４の内径と等しく、内周面は第２係合部５４の内周面と面一になるように第２係合部５４と同軸に設けられている。突起５５は、外径が第２係合部５４の外径よりも小さいため、径方向の厚みが第２係合部５４よりも薄い。

　また、突起５５は、内周面と外周面とが互いに平行であり、先端５５ａ面が内周面と外周面との間で湾曲する曲面で形成されている。この場合、第２係合部５４は、平面部５１、及び、先端５５ａにより形成される仮想面５５ｂがクロスチューブ３０の中心軸３０ａに対して直交し、外側面がクロスチューブ３０の中心軸３０ａに平行になるような形状を有している。

　このような突起５５を有する第２ディスク４３を用いて補剛部４０を、図９（ａ）に示すように、クロスチューブ３０の脇部３３に配置する。この場合、ワイヤ６０を締結すると、突起５５が第１ディスク４２の本体４５の外側面に沿って下方へ移動し、リング４１の内周面と本体４５の外側面との間に差し込まれる。これにより、リング４１が拡径することにより、リング４１の外周面が脇部３３の内面と接する。

　ここで、リング４１の内周面と本体４５の外側面との間に突起５５が介在するため、第２ディスク４３が第１ディスク４２から離れることが防止され、補剛部４０が脇部３３に対し固定される。よって、図５に示す第２支持具６４におけるボルト等で固定してなくてもよい。ただし、第２支持具６４におけるボルト等で固定してもよい。

　実施の形態２に係る降着装置１０においても、クロスチューブ３０の剛性を増加させて地上共振を回避したり、クロスチューブ３０の座屈を防止して大きな着陸エネルギを吸収したりすることができる。また、実施の形態２に係る降着装置１０において、実施の形態１に係る降着装置１０の構成と同じ構成を有する点については、実施の形態１に係る降着装置１０と同様の作用、効果を奏する。

　（実施の形態３）
　実施の形態３に係る降着装置１０では、図１０に示すように、補剛部４０が、着陸荷重等が負荷されていない状態（無負荷状態）でクロスチューブ３０の内面との間に隙間５６を有するように配置されていてもよい。なお、図１０では、補剛部４０の一部及びクロスチューブ３０の一部だけを表し、それ以外を省略している。また、図１０では、クロスチューブ３０について直管形状で表しているが、湾曲管形状であっても同様である。

　クロスチューブ３０に対して着陸荷重等が負荷されていない状態（無負荷状態）では、クロスチューブ３０が扁平していない。この状態において、第１上面が第２下面に当接した補剛部４０についてリング４１とクロスチューブ３０の内面との間に隙間５６が設けられるように、補剛部４０が形成されている。

　これに対し、着地時の負荷によってクロスチューブ３０が扁平化すると、リング４１がクロスチューブ３０の内面に接触する。これにより、補剛部４０がクロスチューブ３０の扁平化を抑制する。このため、図１１に示すように、負荷と装着部３５の変位との関係を示す曲線（負荷－変位曲線）においてδ３で変曲点が生じる。この変曲点が、クロスチューブ３０の座屈時の変位よりも小さい変位において形成されるように、隙間５６が設定されていてもよい。

　例えば、図１１の実線に示すように、変位δがδ３の位置の変曲点は、脇部３３の弾性変形位置に含まれる変位（弾性域：０≦δ＜δ１）において設けられる。このため、０≦δ＜δ３では、補剛部４０がクロスチューブ３０の内面と接触せず、クロスチューブ３０の扁平化を抑制していない。よって、この範囲では、実線に示す補剛部４０を装着した降着装置１０の負荷－変位曲線は、破線に示す補剛部４０を装着しない従来の降着装置の負荷－変位曲線と一致、又はほぼ一致する。

　これに対し、δ３＜δ＜δ２の範囲では、実線に示す降着装置１０の変位δに対する負荷Ｐは、破線に示す降着装置１０の変位δに対する負荷Ｐよりも大きくなる。このような非線形挙動により、上記式（１）に示す、降着装置１０の降着時の衝撃に対する降着装置１０の吸収エネルギＥは、図１１の網掛けで表す範囲分、増加する。

　また、δ３＜δ＜δ１の弾性域において、補剛部４０の降着装置１０への装着によりクロスチューブ３０の剛性が向上している。これにより、クロスチューブ３０のばね定数ｋ［Ｎ／ｍ］が変化することにより、上記式（２）に示すクロスチューブ３０の固有振動数Ｆｎが変化するため、降着装置１０の降着時の地上共振を回避することができる。

　このように、実施の形態３に係る降着装置１０においても、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる。また、実施の形態３に係る降着装置１０において、実施の形態１に係る降着装置１０の構成と同じ構成を有する点については、実施の形態１に係る降着装置１０と同様の作用、効果を奏する。

　なお、変曲点が負荷－変位曲線の塑性域（δ１≦δ＜δmax）に設けられていてもよい。この場合、クロスチューブ３０の座屈を防止することにより降着時の着陸エネルギの低下を低減し、補剛部４０によって降着時の安全性の向上を図ることができる。

　また、図１２に示すように、第２ディスク４３の第２係合部５４は、第１ディスク４２に外嵌し、第１ディスク４２の外側面とリング４１の内周面との間隙に嵌ってリング４１を拡径させる突起５５を有している。この突起５５は実施の形態２に係る突起５５と同様であるため、その説明を省略する。なお、図１２では、補剛部４０の一部及びクロスチューブ３０の一部だけを表し、それ以外を省略している。また、図１２では、クロスチューブ３０について直管形状で表しているが、湾曲管形状であっても同様である。

　（実施の形態４）
　実施の形態４に係る降着装置１０では、クロスチューブ３０の中央部３２の内部空間に補剛部４０が配置されている。この中央部３２は、一対の湾曲管部分３７の間の管部分である。この補剛部４０によって、ブラジール効果を抑制し、座屈の防止により着陸エネルギの吸収低下を低減することができる。

　すなわち、装着部３５間の中央部３２は、着陸の際の曲げモーメントが大きく、座屈が発生し易い。このため、図１３の負荷Ｐと装着部３５の変位δとの関係のグラフにおいて破線で示すように、変位δがδ４に至ると、クロスチューブ３０が座屈し機体１２を支持できなくなり、負荷Ｐが急速に低下する。これにより、クロスチューブ３０により吸収する着陸エネルギが低下する。

　これに対して、中央部３２内に補剛部４０を装着することにより、中央部３２、延いては、クロスチューブ３０の座屈を防止することができる。このため、図１３の実線で示すように、変位δがδ４以上（δ≧δ４）においても、クロスチューブ３０は機体１２を支持し続け、装着部３５に負荷Ｐが作用する。そして、変位δの増加に伴い負荷Ｐが徐々に減少し、最大変位δmaxでクロスチューブ３０の中央部３２が接地する。このように、この結果、上記式（１）に示す降着装置１０の吸収エネルギＥは、図１１の網掛けで表す範囲分、増加する。

　このように、実施の形態４に係る降着装置１０においても、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる。また、実施の形態４に係る降着装置１０において、実施の形態１に係る降着装置１０の構成と同じ構成を有する点については、実施の形態１に係る降着装置１０と同様の作用、効果を奏する。

　また、実施の形態４において、補剛部４０は、クロスチューブ３０の中央部３２の内部空間に加えて、実施の形態１と同様に、湾曲管部分３７、及び、一対の湾曲管部分３７の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されていてもよい。

　実施の形態２に係る突起５５を有する補剛部４０が、実施の形態４の場合と同様に、クロスチューブ３０の中央部３２の内部空間に配置されていてもよい。また、実施の形態３に係る着陸荷重等が負荷されていない状態（無負荷状態）でクロスチューブ３０の内面との間に隙間５６を有する補剛部４０が、実施の形態４の場合と同様に、クロスチューブ３０の中央部３２の内部空間に配置されていてもよい。これらの場合も、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる。

　（その他の実施の形態）
　上記全ての実施の形態に係る降着装置１０では、補剛部４０を配置するクロスチューブ３０の形状に応じて、第１ディスク４２及び第２ディスク４３の形状を変化させた。ただし、補剛部４０が湾曲管部分３７及び一対の湾曲管部分３７の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置され、クロスチューブ３０の扁平化を抑制する形状であれば、形状はこれに限定されない。

　例えば、クロスチューブ３０において図１４（ａ）の直管部分３６及び図１４（ｂ）の湾曲管部分３７のいずれにおいても、同じ形状の補剛部４０を配置してもよい。この場合、図１４（ｃ）に示すように、第１ディスク４２の第１上面と第２ディスク４３の第２下面とが接した固定状態において、第１ディスク４２の第１下面及び第２ディスク４３の第２上面がクロスチューブ３０の中心軸３０ａに対して直交するような形状である。また、補剛部４０のクロスチューブ３０に対する挿入及び通過時に、補剛部４０がクロスチューブ３０に干渉しないように、補剛部４０の寸法が設定される。

　上記全ての実施の形態に係る降着装置１０では、クロスチューブ３０は直管部分３６及び湾曲管部分３７により形成されていた。ただし、クロスチューブ３０の形状はこれに限定されない。例えば、図１５に示すように、湾曲管部分により形成されたクロスチューブ３０に補剛部４０を配置してもよい。

　この場合も、装着部３５よりも端部３１側の脇部３３の湾曲管部分に補剛部４０が配置されれば、剛性の変化によって地上共振を回避することができる。また、一対の装着部３５の間の中央部３２の湾曲管部分に補剛部４０が配置されれば、座屈の防止によって降着時の着陸エネルギの低下を低減することができる。このように、補剛部４０によって降着時の安全性の向上を図ることができる。

　上記全ての実施の形態に係る降着装置１０では、補剛部４０が、クロスチューブ３０に着脱可能な補剛部材であって、クロスチューブ３０とは別に設けられていた。ただし、補剛部４０はクロスチューブ３０に着脱不可能に固定されており、クロスチューブ３０と一体的に形成されていてもよい。

　上記実施の形態１に係る補剛部４０は、脇部３３及び中央部３２の少なくともいずれの管部分に設けられていてもよい。また、実施の形態２に係る突起５５を有する補剛部４０が、脇部３３及び中央部３２の少なくともいずれの管部分に設けられていてもよい。また、実施の形態３に係る着陸荷重等が負荷されていない状態（無負荷状態）でクロスチューブ３０の内面との間に隙間５６を有する補剛部４０が、脇部３３及び中央部３２の少なくともいずれの管部分に設けられていてもよい。これらの場合も、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる。

　なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。また、上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施の形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。

　本発明の降着装置及び補剛部材は、大きな着陸エネルギを吸収しつつ、地上共振を回避することができる降着装置及び補剛部材等として有用である。

１０　　　：降着装置
１１　　　：回転翼航空機
１２　　　：機体
２０　　　：スキッド
３０　　　：クロスチューブ
３１　　　：端部
３５　　　：装着部
３７　　　：湾曲管部分
４０　　　：補剛部（補剛部材）
４１　　　：リング
４２　　　：第１ディスク
４３　　　：第２ディスク
４９　　　：第１係合部
５４　　　：第２係合部
５５　　　：突起
５６　　　：隙間

Claims

　回転翼航空機の機体の前後軸に平行に配置される一対のスキッドと、
　前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブと、
　前記クロスチューブの扁平化を抑制する補剛部と、を備え、
　前記クロスチューブは、前記機体との装着部よりも端部側に湾曲管部分を有し、
　前記補剛部は、前記湾曲管部分及び一対の前記湾曲管部分の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置されている、降着装置。
　前記補剛部と前記管部分の内面とは無負荷状態で接触している、請求項１に記載の降着装置。
　前記補剛部は、無負荷状態で前記管部分の内面との間に隙間を有するように配置され、
　着地時の負荷によって扁平化した前記管部分の内面が前記補剛部と接触することにより前記負荷と前記装着部の変位との関係を示す曲線の変曲点が、前記管部分の座屈時の変位よりも小さい変位において形成されるように、前記隙間が設定されている、請求項１に記載の降着装置。
　前記変曲点が、前記管部分の弾性変形位置に含まれる変位において形成されるように、前記隙間が設定されている、請求項３に記載の降着装置。
　前記補剛部は、
　拡径可能であって拡径することにより前記管部分の内面に接触するリングと、
　前記リングに内嵌すると共に当該リングを軸方向に挟持する第１ディスク及び第２ディスクと、
　前記第１ディスク及び前記第２ディスクに軸方向の締結力を生じさせるワイヤと、を有し、
　前記第１ディスクは、前記リングに当接して、前記軸方向の一方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第１係合部を有し、
　前記第２ディスクは、前記リングを当接して、前記軸方向の他方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第２係合部を有している、請求項１～４のいずれか一項に記載の降着装置。
　前記第２係合部は、前記第１ディスクの外側面と前記リングの内周面との間隙に嵌って前記リングを拡径させる突起を有している、請求項５に記載の降着装置。
　回転翼航空機の機体の前後軸に平行に配置される一対のスキッドと、
　前記機体に装着され、一対の前記スキッドを連結し、且つ、内部空間を有するクロスチューブと、を備える降着装置に用いられる補剛部材であって、
　前記クロスチューブにおける前記機体との装着部よりも端部側に設けられる湾曲管部分、及び、一対の前記湾曲管部分の間のうちの少なくともいずれかの管部分の内部空間に配置され、
　拡径可能であって拡径することにより前記管部分の内面に接触するリングと、
　前記リングに内嵌すると共に当該リングを軸方向に挟持する第１ディスク及び第２ディスクと、
　前記第１ディスク及び前記第２ディスクに軸方向の締結力を生じさせるワイヤと、を有し、
　前記第１ディスクは、前記リングに当接して、前記軸方向の一方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第１係合部を有し、
　前記第２ディスクは、前記リングを当接して、前記軸方向の他方への前記リングの変位を規制し、且つ、前記リングを拡径させる第２係合部を有している、補剛部材。