JP2763689B2 - ヘリコプタの主ロータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はヘリコプタの主ロータに
関する。とくに、本発明は、その軸線のまわりに回るよ
うに設計された駆動軸、駆動軸と一体になったハブ、ハ
ブから実質的に半径方向外向きに伸びていて、それぞれ
をハブに接続するための接続装置を有する複数のブレー
ド、前記各接続装置に接続されたピッチ変更装置、前記
各接続装置をハブに接続するための手段、を具備するタ
イプのロータに関する。前記接続手段は、各接続装置と
ハブの間に位置する第一の球面弾性軸受を具備し、各ブ
レードの焦点を区画形成する。

【０００２】

【従来の技術】前記タイプの既知のロータは、一般的に
“セミリジット型”と称されていて、前記各接続装置
が、ハブと各ブレードの間に位置していて、遠心力とせ
ん断応力の一部による負荷を両方とも吸収するように設
計された各弾性要素を具備する。

【０００３】前記タイプの既知のロータの主な欠点は、
通常、その一端でハブと一体になっていてハブから半径
方向外側に伸びている金属のブレードから成る弾性要素
が、ロータが作動しているときは比較的低剛性にして、
ロータがアイドル状態になっていて風を受ける可能性が
あるときに比較的高い剛性にするという矛盾した条件に
対して適応していないことである。必要な制御モーメン
トを発生するために、各ブレードに働くせん断力に応じ
て飛行中に変形できることに加えて、前記弾性要素は、
さらに、ロータがアイドル状態のときに地面に対してブ
レードを正しい位置に保持することが求められる。

【０００４】そのような矛盾し合った条件を、実際的方
法で実現できることは、もしあったとしても稀であるの
で、ロータがアイドル状態のときにブレードを支持する
ために、前記タイプの既知のロータは、通常、いわゆる
“関節型”のロータで用いられているタイプの可動支持
要素を通常備えている。

【０００５】前記タイプの既知の“セミリジット型”の
ロータに関して、さらに指摘すべき点は、ブレードのサ
イクリック及びコレクティブピッチ制御が前記弾性要素
のねじり変形に依存していて、ピッチ変更制御で生じる
応力を許容限度内に維持するために、前記弾性要素を比
較的長くしなければならないことである。

【０００６】上記の結果として、前記タイプの既知のロ
ータのハブの直径とそれに伴うハブの抗力は通常かなり
のものになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ロー
タがアイドル状態のときにブレードを支持するための可
動部材を無くすことができるように設計された前記タイ
プのロータを提供することである。

【０００８】本発明のさらなる目的は、設計目的に比較
的率直に対応することと直径を比較的小さくすることの
両方を満したハブを備えた前記タイプのロータを提供す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明によれば、前記ハブが、前記駆動軸と一体で、かつ同
軸の環状体と、閉断面のトロイド状組立体を前記の環状
体と共に区画形成するために、前記環状体を取り囲み、
かつ、前記環状体に接続された弾性的に変形可能なトロ
イド状体と、前記トロイド状体を貫通し、前記環状体を
少なくとも部分的に貫通して延在する前記各接続装置
と、各前記接続装置と前記トロイド状体の間に位置する
第二の球面弾性軸受を具備する前記接続手段、とを具備
することを特徴とする前記タイプのロータが提供され
る。

【００１０】本発明の限定しない実施態様を添付図を参
照した例によって説明する。

【００１１】

【実施例】図１及び２の番号１はヘリコプタ（図示せ
ず）の主ロータを示している。ロータ１は実質的に垂直
に延在し、その下端が減速用歯車ケース（図示せず）の
出力側に所定角度で接続されている筒状の駆動軸２を具
備する。減速用歯車ケースはヘリコプタの駆動部（図示
せず）の出力側に接続されている。

【００１２】図２に示すように、駆動軸２の上端をハブ
３に接続することによって、ハブ３から実質的に半径方
向外向きに延在する複数のブレード４を駆動軸２に接続
している。

【００１３】ハブ３は、駆動軸２の上端で環状突起６か
ら上方に延在する環状体５を具備する。環状体５は、円
筒形で駆動軸２の軸線７と同軸であり、駆動軸２の端部
の延長部になっていて、駆動軸２と一体になっている。

【００１４】環状体５の底部は、環状突起６から外向き
に延在する環状フランジ８によって区画形成され、上部
は凹面側を下向きに取付けられたカップ状のベル９によ
って閉じられており、このベル９が環状体５の上端に接
している円筒形の側壁10を具備する。とくに、側壁10に
は外側環状フランジ11を設けて、環状体５の上端と共に
溝12を区画形成し、この溝12は、ベル９を環状体５に接
続するためにねじ13が通るのに適する。

【００１５】ハブ３は、環状体５を取り囲む実質的にＣ
形の断面を有し、その凹面側を環状体５に向けているト
ロイド状体14を具備する。トロイド状体14は、好ましく
は、複合合成材料から作られていて、実質的に円筒形で
軸線７と同軸の中間部15と、中間部15の上端と下端から
それぞれ内側に延在する二つの環状のフランジ部16及び
17とを具備する。

【００１６】フランジ部16及び17を環状体５の両端に接
続することによって、トロイド状体14が環状体５と一体
に接続される。とくに、フランジ部16の内側縁が溝12に
係合し、溝12の内側にねじ13によって取付けられてい
る。一方、フランジ部17の内側縁は、フランジ８に当接
し、複数の通しボルト18によってフランジ８に接続され
ている。それで開放断面のトロイド状体14が、環状体５
と共に閉断面のトロイド状組立体14ａを形成する。

【００１７】図２に示すように、ベル９は、軸線７と実
質的に垂直で凸面カバー20が取付けられた上部壁19を有
し、凸面カバー20は、軸線７と同軸であり、縁21によっ
てトロイド状体14の中間部15の外面に当接している。

【００１８】各ブレード４の内側端部は、接続要素22に
よってハブ３に接続されている。接続要素22は、駆動軸
２に対して実質的に半径方向に、各ブレード４の軸線と
一致する各軸線23に沿って延在している。各接続要素22
は、フランジ部16と17の間に位置している。フランジ部
16及び17の少なくとも一方が円錐形でその凹面側が外側
を向いている。いずれの場合も、図２に示すように、ブ
レード４が安定したホバリング時の“円錐形”上を動く
時、軸線23と中心軸７を通る平面内にあるフランジ部16
及び17の母線が軸線23上の点“Ｋ”に集合するようなフ
ランジ部16及び17の形状である。

【００１９】各接続要素22は、その外側端部において、
軸線７と実質的に平行な２本のボルト25によって各ブレ
ード４の内側端部に接続されているフォーク24を具備
し、その内側端部において、フォーク24と一体のロッド
26を具備する。ロッド26には、軸孔27があり、軸線７に
向って軸孔27から突出していて、軸線23上にその中心Ｂ
を有する球面ヘッド29において終端する円筒ロッド28
が、軸孔27に係合する。各接続要素22は、環状体５を貫
通して形成されている実質的に半径方向の孔30と、トロ
イド状体14の中間部15を貫通する実質的に半径方向の孔
31とに係合する。

【００２０】各孔30は、それぞれの球面弾性軸受33の外
側シュー32によって係合される。その内側シューは各球
面ヘッド29によって区画形成され、この各球面ヘッド29
がそれぞれの外側シュー32に強化弾性材料の層34を介し
て接続されている。

【００２１】各接続要素22は、その凹面側を軸線７に向
けて取付けられた別の球面弾性軸受35によってトロイド
状体に固定されている。各軸受35は、トロイド状体14の
内側の各軸線23上にその球面半径中心Ｃを有し、中間部
15と一体に接続され、各孔31と同軸の環状外側シュー36
と、各軸線23と同軸で強化弾性材料の環状層38によって
外側シュー36に接続された環状内側シュー37とを具備す
る。内側シュー37は、カップリング39の端部と一体にな
っている。カップリング39は、各ロッド26に取付けら
れ、互いに垂直な２つの直径方向ボルト40が通るのに適
している。カップリング39、各ロッド26、各ロッド28を
互いに一体にするために、内側シュー37がカップリング
39に沿って軸方向に偏倚している。カップリング39は、
さらに、全体として42として示されているピッチ変更装
置（図２）に各ブレード４を接続するために実質的に半
径方向外向きのフォーク41を有する。

【００２２】とくに図２に示すように、ピッチ変更装置
42は、駆動軸２内に組込まれ、その下端（図示せず）で
前記駆動部のケース（図示せず）と一体に接続されてい
る筒状で実質的に円筒形の軸43を具備する。軸43の上部
は、ハブ３を越えて延在し、軸受45を介して、ベル９の
上部壁19の中央突起47を貫通して形成されている孔46に
係合している。

【００２３】ピッチ変更装置42は、さらに、軸43の上端
部分において、回転可能で、かつ、軸方向に摺動できる
ように取付けられた円筒カップリング49を具備する。カ
ップリング49の上部は、球状クラウン形の表面51によっ
て外側に区画形成された拡大部またはヘッド50から成っ
ている。一方、カップリング49の下部は、外側半径タブ
52を有する。

【００２４】カップリング49の下において、軸43に別の
円筒カップリング53が一体に取付けられている。円筒カ
ップリング53は、リンク55によってタブ52に接続された
外側半径方向タブ54を有している。リンク55によって、
カップリング49が軸43に沿って軸方向に移動できる。同
時に、カップリング49が軸43の軸線まわりに回転しない
ようにしている。

【００２５】ピッチ変更装置42は、さらに、ベル９の下
側で軸43に支持されて表面51に接続された球状中央取付
座57を有する既知の“搖動板”組立体56を具備する。と
くに図２に示すように、組立体56は、以後“固定リン
グ”と称する内側リング58を具備している。固定リング
58は、既知の方法（図示せず）でヘッド50に所定角度で
固定され、ヘッド50に関してどの方向にも、また、表面
51の半径中心まわりに搖動できるが、軸43の軸線まわり
に回転ができない。固定リング58は、以後“回転リン
グ”と称する外側のリング60に軸受59の介在によって回
転できるように取付けられている。

【００２６】ブレード４と同数の球面ジョイント62（そ
のうちの１つだけが図示されている）によって、固定リ
ング58の底部は、各ピッチ変更制御ロッド63の上端に接
続されている。ロッド63は、駆動軸２の内面と軸43の外
面の間の環状空間64の内側で下向きに延在している。

【００２７】回転リング60の外面からブレード４と同数
の複数のアーム65（そのうちの１つだけが図示されてい
る）と、フォーク66（そのうちの１つだけが図示されて
いる）が半径方向外向きに突出している。フォーク66
は、各リンク67によって回転リング60を円筒状の側壁10
に接続するためのものである。

【００２８】各アーム65が、環状体５の上端を越えて、
環状体５の半径方向外向きに延在し、各接続ロッド68に
よって各フォーク41に接続されている。各接続ロッド68
は、トロイド状体14のフランジ部16を貫通して形成され
ている各開口部69を通って延在している。

【００２９】ブレード４のサイクリック及びコレクティ
ブピッチを変えるために、ロッド63、搖動板の組立体5
6、アーム65、接続ロッド68、フォーク41を用いる方法
は既知であるので、さらに説明する必要はない。

【００３０】言うまでもないが、ここで述べたいわゆる
“内部伝達”の装置42、すなわち、実質的に駆動軸２の
内部に、内部固定軸43、ロッド63、搖動板の組立体56を
備えた装置42を、既知のいわゆる“外部伝達”のピッチ
変更装置（図示せず）で置換することは、この特定分野
の技術者であれば行える。

【００３１】しかしながら、ブレード４とハブ３との間
の接続についてある種の構造上の、そして、動作上の特
徴について若干の言及をすべきである。

【００３２】本明細書で述べているロータ１の第一の構
造上の特徴は、極端にコンパクトで空力的に“障害物の
ない”ロータを実現するために用いられているトロイド
状体14にある。

【００３３】比較的小さな直径のハブ３を用いて、各ブ
レードがそれ回りに揺動する点である各ブレードの焦点
Ｂと軸線７の間が比較的小さな距離（以後“距離Ｂ−
７”と称する）になり、それゆえ、理論的に制御モーメ
ントが比較的小さくなるけれども、実際には、飛行時に
トロイド状体14に作用する軸力によるトロイド状体14の
局部的な軸方向の変形、すなわち、前述の点Ｋ回りにト
ロイド状体14の一部が回転するような変形のために、ロ
ータ１は、比較的大きな実際の制御モーメントに対応す
るように提供されている。ブレード４のフラッピング動
作中において、トロイド状体１４は、その中間部１５が
局部的に各焦点Ｂ回りを略垂直に回動するように変形す
る。また、ブレード４のリードラグ動作中において、ト
ロイド状体１４は、その中間部１５が局部的に各焦点Ｂ
回りを略水平に回動するように変形する。

【００３４】一定の制御モーメントに対して、前記距離
Ｂ−７の減少は、ロータ、結果としてヘリコプタ自体の
振動を相当に減少する。実際、距離Ｂ−７は、さらに、
ブレードによって伝達され、ブレードに加えられる動的
および空力的な力の連続的非対称性から生じる交互のせ
ん断力によって生じるモーメントに比例する。

【００３５】さらに、前述の安定したホバリング時の円
錐形での各ブレード４の軸線23がポイント“Ｋ”で交差
するという構造上の特徴によって、フラッピング中の、
各ブレード４の重心と軸線７の間の距離における変化が
最小とされる。この変化は、関節型のロータの場合と実
質的に等しい。同じ構造上の特徴は、さらに、軸受35の
フラッピング（軸線７の方向における外側シュー36に関
する内側シュー37の動き）を最小限にする。

【００３６】応力伝達については、弾性軸受33が、環状
体５に揚力と抗力の両方によって生じたせん断力の一部
を伝える。他方、ブレード４に加えられた遠心力は、弾
性軸受35によってトロイド状体14に伝えられる。トロイ
ド状体14は、実質的に閉じた環の形状になっていて、内
部的な相殺によって遠心力を吸収する。

【００３７】前述と関連して、弾性軸受35を球面にする
設計を選んだことで、トロイド状体14に遠心力を伝達で
きるだけでなく、同様に重要なこととして、ブレード４
のサイクリック及びコレクディブピッチ変更制御が行
え、フラッピングが行え、軸線７に垂直な平面内のブレ
ード４のリードラグの動きを減衰し、ロータがアイドル
状態のときにブレード４を支えることができる。それ
で、ロータ１は、外部減衰器とブレード支持装置の両方
を省略できる。これらの装置は、ロータ１の全体構造を
複雑にすることに加えて、空力的抗力をかなり増加させ
る。

【００３８】言うまでもないが、多機能軸受35には必然
的に構造上の妥協が求められる。実際に、一定サイズの
ロータ１にとって、距離Ｂ−Ｃが増加すると、ロータが
アイドル状態のときにブレードを支持するための抵抗モ
ーメントが増加するだけでなく、軸受35の半径の減少に
なる。それにより、遠心力をトロイド状体14に伝え、か
つ、それに耐える能力を低下させる。大切なことで最後
に述べることとして、トロイド状体14が、ブレード４を
相互接続することによって地上での動的不安定性を生じ
る危険性を無くすことを指摘すべきである。

【００３９】図３及び４は、ロータ１と実質的に同じロ
ータ70を示している。そして、その対応部材は同じ参照
番号を用いて示されている。

【００４０】環状体５の構造に関して、ロータ70は、ロ
ータ1 とは実質的に異なっている。ロータ70の場合、環
状体の全体は71によって示されていて、駆動軸２の上端
の環状突起６から上方に延在している環状体72を具備す
る。環状体72は、円筒形で軸線７と同軸であり、駆動軸
２の端部の延長部になっていて、駆動軸２と一体になっ
ている。

【００４１】環状体72の上側には、環状内側フランジ73
があり、その上面にねじ74によってトロイド状体14の上
側フランジ16の内側端部が接続されている。そしてフラ
ンジ部16はベル９を支えていて、ベル９の下側フランジ
11が、フランジ部16に複数のねじ75によって接続されて
いる。

【００４２】図４に示すように、ねじ74がフランジ73と
フランジ部16の間に、環状弾性軸受77の上部内側フラン
ジ76を保持している。環状弾性軸受77の上部内側フラン
ジ76は環状体72と同軸で、環状体72と共に環状体全体71
を構成している。軸受77には、下部外側フランジ78があ
って、このフランジ78が環状突起６の上面に接触してい
る。さらにこのフランジ78が突起６のフランジ18と共に
溝79を区画形成している。溝79は、ねじ80がフランジ部
17の内側縁を間にはさんで、フランジ78をフランジ18に
接続するために通るのに適している。

【００４３】軸受77のフランジ76及び78は、それぞれ同
軸のリング81及び82と一体になっている。リング81及び
82は、軸受77の外側シューを構成していて、対応する数
の弾性材料のブロック83によって、中間リング84の対向
する側に接続されている。中間リング84は、各ブレード
４のために、各軸線23と同軸の球面リング形の貫通孔85
を有している。リング84は、軸受77の内側シューおよび
ブレード４と同数の複数の球面弾性軸受86の共通外側シ
ューの両方を構成している。そして、それぞれが弾性材
料の環状層87を具備している。弾性材料の環状層87は、
それぞれの孔85の内面と一体で、かつ、各接続要素22の
球面ヘッド29の外面と一体になっている。それぞれの接
続要素22は、環状体72を貫通して形成されたそれぞれの
半径方向の孔88に対向するように配置されている。

【００４４】それゆえ、ロータ70は、軸受77の事項に関
して、ロータ１と実質的に異っている。軸受77の主な機
能は、軸受35がブレードの水平方向の動きを減衰するた
めのダンパとして機能するときに、軸受35の負担を部分
的に軽くすることである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヘリコプタのロータの第１の好適
な実施態様の簡単化のために一部を取り除いた断面図で
ある。

【図２】図１の線II−IIに沿った断面図である。

【図３】本発明によるヘリコプタのロータの第２の好適
な実施態様の簡単化のために一部を取り除いた断面図で
ある。

【図４】図３の線IV−IVに沿った半分の断面図である。

【符号の説明】

１，70…ロータ ２…駆動軸 ３…ハブ ４…ブレード ５，71…環状体 14…トロイド状体 14ａ…トロイド状組立体 22…接続要素 33，86…第１球面弾性軸受 35…第２球面弾性軸受

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 その軸線（７）まわりに回転するように
   設計された駆動軸（２）と、駆動軸（２）に一体のハブ
   （３）と、ハブ（３）から実質的に半径方向外側へ延在
   し、それぞれがハブ（３）への接続のための接続装置
   （22）を有する複数のブレード（４）と、前記各接続装
   置（22）に接続されたピッチ変更装置（42）と、前記各
   接続装置（22）をハブ（３）に接続するための接続手
   段、とを具備し、 前記接続手段が、各接続装置（22）とハブ（３）の間に
   位置していて、各ブレード（４）の焦点（Ｂ）を区画形
   成する第１球面弾性軸受（33)(86）を具備し、前記各ブ
   レードはそれぞれの前記焦点（Ｂ）回りに揺動するタイ
   プのヘリコプタの主ロータにおいて、前記ハブ（３）
   が、前記駆動軸（２）と一体かつ同軸の環状体（５)(7
   1）と、前記環状体と共に閉断面のトロイド状組立体（1
   4ａ）を区画形成するために、前記環状体（５)(71）を
   取り囲み、かつ前記環状体に接続されている弾性的に変
   形可能なトロイド状体（14）とを具備し、各前記接続装
   置（22）が、前記トロイド状体（14）を貫通し、かつ、
   前記環状体（５)(71）を少なくとも部分的に貫通して延
   在し、前記接続手段が、前記各接続装置（22）と前記ト
   ロイド状体（14）の間に位置する第２球面弾性軸受（3
   5）を具備することを特徴とするヘリコプタの主ロー
   タ。
2. 【請求項２】 前記トロイド状体（14）が、前記軸線
   （７）に面している凹状側面を有する実質的にＣ形の断
   面を呈し、実質的に円筒形の環状の中間部（15）と、前
   記中間部（15）の上端および下端からそれぞれ実質的に
   半径方向内向きに延在する第１及び第２の環状フランジ
   部（16, 17）、とを具備し、前記環状体（５)(71）の上
   端部及び下端部が、前記閉断面のトロイド状組立体（14
   ａ）を区画形成するために、それぞれ、前記第１及び第
   ２の環状フランジ部（16, 17）と一体になっていること
   を特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 【請求項３】 前記環状フランジ部（16, 17）の少なく
   とも一方が凹面側が外側を向いた円錐形であることを特
   徴とする請求項２に記載のロータ。
4. 【請求項４】 前記環状フランジ部（16, 17）の形状
   は、前記ブレード（４）が安定したホバリング時の円錐
   状を呈する時に、前記ブレード（４）の軸線（23）及び
   前記駆動軸（２）の軸線（７）を通る平面内にある前記
   第１及び第２の環状フランジの母線が、前記ブレード
   （４）の前記軸線（23）上に位置する点（Ｋ）に集合す
   るようになっていることを特徴とする請求項３に記載の
   ロータ。
5. 【請求項５】 前記トロイド状体（14）が、複合合成材
   料で作られていることを特徴とする請求項１から４のい
   ずれかに記載のロータ。
6. 【請求項６】 前記各第２球面弾性軸受（35）の球面半
   径中心（Ｃ）が、前記各焦点（Ｂ）と前記トロイド状体
   （14）の間に位置していることを特徴とする請求項１か
   ら５のいずれかに記載のロータ。
7. 【請求項７】 前記各第１球面弾性軸受（33)(86）が、
   前記各接続装置（22）と前記環状体（５)(71）の間に位
   置していることを特徴とする請求項１から６のいずれか
   に記載のロータ。
8. 【請求項８】 前記各接続装置（22）のために、前記環
   状体（５）に孔（30）があり、前記各孔（30）が、前記
   各第１球面弾性軸受（33）を収納していることを特徴と
   する請求項７に記載のロータ。
9. 【請求項９】 前記環状体（71）が、互いに同軸でかつ
   一体の内側環状体（72）と、外側環状弾性軸受（77）と
   を具備し、前記内側環状体（72）が前記駆動軸（２）と
   一体であり、前記環状弾性軸受（77）が、前記内側環状
   体（72）の外側に位置し、前記各接続装置（22）に前記
   各第１球面弾性軸受（86）を介して接続されていること
   を特徴とする請求項１から６のいずれかに記載のロー
   タ。
10. 【請求項１０】 前記環状弾性軸受（77）が、前記内側
    環状体（72）と同軸の環状の内側シュー（84）と、前記
    環状の内側シュー（84）を前記内側環状体（72）に接続
    するための弾性手段（83）、とを具備し、前記第１球面
    弾性軸受（86）が、前記接続装置（22）と、前記環状の
    内側シュー（84）とを相互接続していることを特徴とす
    る請求項９に記載のロータ。
11. 【請求項１１】 前記第１球面弾性軸受（86）は、前記
    環状弾性軸受（77）の前記内側シュー（84）から成る共
    通の外側シューを有することを特徴とする請求項10に記
    載のロータ。
12. 【請求項１２】 前記環状弾性軸受（77）が、前記内側
    シュー（84）の対向する側に位置する前記内側環状体
    （72）と一体の二つの環状の外側シュー（81,82）と、
    前記各外側シュー（81, 82）と前記内側シュー（84）の
    間に位置している複数の弾性材料のブロック（83）を具
    備する前記弾性手段、とを具備することを特徴とする請
    求項10又は11に記載のロータ。