(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータブレードに上面に開口する凹部を設け、前記凹部は、ロータブレードの上面に対して傾斜する軸を有しこの軸に直交する断面が円形であり、円板状のロータリスポイラを前記凹部に前記軸を中心に回転するように設け、前記ロータリスポイラは、その上面が所定の回転位置でロータブレードの翼面になだらかに連なるとともに凹部開口前のロータブレードの翼面の一部を形成し、このロータリスポイラを駆動手段に連結したことを特徴とするロータリスポイラ付ロータブレード。
【請求項２】
ロータブレードに下面に開口する凹部を設け、前記凹部は、上面に開口する凹部に対応して位置し、前記下面に開口する凹部に前記駆動手段を配置したことを特徴とする請求項１に記載のロータリスポイラ付ロータブレード。
【請求項３】
駆動手段が超音波モータであることを特徴とする請求項１または２に記載のロータリスポイラ付ロータブレード。
【請求項４】
ロータリスポイラがロータブレードの中央部から翼端にかけて複数個設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のロータリスポイラ付ロータブレード。
【請求項５】
各ロータリスポイラは、位相をずらして回転し出没することを特徴とする請求項４に記載のロータリスポイラ付ロータブレード。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、翼面の空気流を乱して揚力を変化させることで騒音や振動を制御するロータリスポイラ付ロータブレードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ヘリコプタは、図７に示すように、上部スワッシュプレート１０と下部スワッシュプレート１１とピッチリング１２によるロータ１３の機械的リンク機構１４によって飛行制御されているが、ヘリコプタの振動および騒音低減要求が高まる中で、この機械的リンク機構１４を通してロータ１３のピッチ角をより高周波に渡って能動的に制御することにより解決しようとする研究が進められている。
【０００３】
アメリカ特許第４，５１９，７４３号明細書には、スワッシュプレートによらずに、個々のブレードを付け根で直接油圧制御して、より高次の制御を可能にしようとするＩｎｄｉｖｉｄｕａｌ  Ｂｌａｄｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＩＢＣ）と言う方法が記載されている。
【０００４】
さらに、油圧の応答限界を打開し、高遠心力下で効率的に働く圧電材料を利用したフラップ付きロータの研究も始まっている（アメリカ特許第５，２２４，８２６号明細書参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
スワッシュプレートとピッチリング方式の飛行制御は、ロータが機体に対する加振力を発生し、ブレードはヘリコプタの進行方向とブレードの回転位置関係により回転角に対応した周期的な揚力変化を繰り返し、ブレード１枚の空気力の振動がブレード枚数分合成されて機体に伝わり、複雑な振動環境を作っているという問題がある。
ヘリコプタのロータ１３のロータブレードの回転方向とロータブレードによる揚力分布の関係を図８および図９に示す。
【０００６】
また、スワッシュプレート／ピッチリング方式を直接能動的に制御して振動制御する方式は、機構的に複雑な機械的リンク部を更に複雑にし、重量的にも信頼性の面からも実用的には難点が多くかつ比較的低次に限られ、特に、４翅以上のブレードを有するロータにおいては十分有効な制御ができない。
【０００７】
また、上記ＩＢＣ方法では、ブレードをマスト部で個々に動かすために高出力の油圧アクチュエータを回転系に設ける必要があり、重量増やマスト部の複雑化が避けられず、しかも、ブレード全体をねじり変形させるため必ずしも効率のよい制御とは言えない。
【０００８】
さらに、フラップ付きロータは、スパン方向の有効部を可変または部分的に制御することはできるが、より高い応答を達成するためには、電気的な制御が必要である。特に、ブレード先端部には大きな遠心力がかかるので、油圧アクチュエータ等の重量物を配置することが難しく、圧電材料等のスマート材料の適用が望ましいが、圧電材料自体は非常に小さい歪み変化しかできないことから、歪みを増幅する機構を付設することが必要である。
【０００９】
また、ブレード後縁にフラップを設ける場合には、フラップヒンジを軽量小型でかつ摩擦を低く押えた設計にしなければならないという問題がある。
【００１０】
本発明は上記した点に鑑みてなされたもので、ブレードに設けたロータリスポイラを回動することで、翼面の空気流を乱して揚力を変化させることにより騒音や振動を制御するロータリスポイラ付ロータリブレードを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のロータリスポイラ付ロータブレードは、上面がロータブレードの翼面の一部を形成するロータリスポイラをロータブレードに回転自在に設け、このロータリスポイラを駆動手段に連結し、ロータブレードの翼面の一部を形成するロータリスポイラを回動することで、ロータリスポイラを翼面より上方に突き出し、突出したロータリスポイラにより翼面に沿って流れる空気流を乱し揚力を変化させて、空気力により発生する騒音や振動を制御する。
【００１２】
本発明のロータリスポイラ付ロータブレードは、ロータリスポイラの回転軸線をロータブレードの翼弦に垂直な線に対して傾斜することで、ロータリスポイラの翼面より上方に突出する高さが変更でき、空気力により発生する騒音や振動のより強い制御が可能になる。
【００１３】
本発明のロータリスポイラ付ロータブレードは、駆動手段を超音波モータとすることで、超音波モータへエネルギを導く方法もロータ部へスリップリングを設け、導線を配置するだけでよいので、スポイラ部分の構造が簡単になる。
【００１４】
本発明のロータリスポイラ付ロータブレードは、ロータリスポイラをロータブレードの中央部から翼端にかけて複数個設けることで、複数個のロータリスポイラを同時あるいは別々に制御することにより、ロータリスポイラを突出させるタイミングを適切に制御でき、より大きい空気力の制御と空気力を変化させたい翼位置でのきめ細かい制御ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図１ないし図６を用いて説明する。
図１はヘリコプタのロータに用いられるロータリスポイラ付ロータブレードを示す。このロータリスポイラ付ロータブレード１は、ロータブレードの後縁部に複数のロータリスポイラ２を有する。これらロータリスポイラ２は、空力的な効果が期待できるロータブレードの中央から翼端の部位に長手方向に等間隔または任意間隔を置いて複数個配置されている。各ロータリスポイラ２は、図２に示すように、ロータブレード１に設けた取付部３の翼面１ａ側に開口する上側凹部４に回動自在に配置されている。
【００１６】
上記ロータリスポイラ２は、図３に示すように、断面が略テーパー状で上面２ａがロータブレード１の翼面１ａになだらかに連なるように形成した円板により構成されている。ロータリスポイラ２は、図３に示す位置にある時、上面２ａがロータブレード１の翼面１ａの一部を形成する。本実施例では、ロータブレード１の翼断面長さが４００ｍｍであり、ロータリスポイラ２は、直径が約４０ｍｍである。
【００１７】
上記ロータブレード１に設けた取付部３は、上側凹部４に対応して下側凹部５を有する。取付部３の下側凹部５には超音波モータ６が配置されている。超音波モータ６の回転軸７は、取付部３の上側凹部４と下側凹部５を区画する仕切り壁３ａを通して上側凹部４に延び、上側凹部４に設けたロータリスポイラ２に連結されている。この超音波モータ６の中心軸は、軸線がロータブレード１の翼面１ａに対して傾斜するように位置している。この超音波モータ６はたとえば圧電材料を用いて構成されるものであり、応答性がよく強い遠心力に耐える特性を有する。
【００１８】
しかして、ロータブレード１に設けたロータリスポイラ２は、超音波モータ６の作動により、図３に示す非出現状態と図４に示す出現状態に位置する。
【００１９】
ロータリスポイラ２が図３に示す非出現状態にある時、ロータリスポイラ２は上面２ａがロータブレード１の翼面１ａに連なり翼面１ａの一部を形成し、ロータブレード１は通常の翼面形状となる。
【００２０】
一方、ロータリスポイラ２が図４に示す出現状態にある時、ロータリスポイラ２は上面２ａがロータブレード１の翼面１ａより上方に突出し、スポイラとして作用する。
【００２１】
このように、ロータリスポイラ２を回転させて、ロータリスポイラ２の一部をロータブレード１の翼面１ａより上方に突出させ、ロータブレード１にスポイラを出すことで、ロータブレード１の揚力面上の気流が乱れ、ロータブレード１に発生する揚力は直接的に変化し、ロータブレード１に発生する空気力が制御されることになる。
【００２２】
ロータブレード１に発生する空気力を制御するためには、ロータリスポイラ２をロータブレード１の回転角位置に対応させて、複数個同時にまたは位相をずらし、連続もしくはステップ回転させる。
【００２３】
ロータブレード１に発生する空気力の制御方法の一例として、２翅ロータをロータ回転数の倍の周波数で制御する場合には、ロータリスポイラ２を２翅ロータと同じ回転数で用い、２個のロータリスポイラ２を１８０度位相をずらし、ロータブレード１の回転角位置に対応して連続的に回転させる。ヘリコプタの進行方向に対してロータブレード１の位置が前方と後方にある時にロータリスポイラ２を出現するようにするロータリスポイラ２を出し入れのタイミングを図６に示す。この場合、ロータブレード１に設けた２個のロータリスポイラ２は１８０度位相をずらし、ロータブレード１の１回転に対して１回出現する。このようにして、ロータブレード１の１回転当たり、２回スポイラが立ち、ロータブレード１を回転数の２倍の周波数で制御することができる。ロータリスポイラ２の設置位置およびロータリスポイラ２の出し入れのタイミングを問題となる振動数におけるロータブレード１の振動モード形を予め調査することで決定する。
【００２４】
具体的には、ロータブレード１の振動モード形の腹にロータリスポイラ２を配置し、振動モードが一番大きくなるロータブレード１の回転角位置でロータリスポイラ２の突出量が最大となるような出し入れのタイミングとする。
【００２５】
また、別の例として、４翅ロータをロータ回転数の４倍の周波数で制御する場合には、ロータブレード１に設けた４個のロータリスポイラ２を９０度位相をずらし、ロータブレード１の１回転に対してロータリスポイラを４回立つようにする。ロータリスポイラ２の設置位置およびロータリスポイラ２の出し入れのタイミングは２翅ロータと同様な方法により決定する。
【００２６】
また、ヘリコプタの騒音で一番問題となるのは、１枚のロータブレード１が作った空気の渦をつぎにつづくロータブレード１が切る時に発生する音であることが分かっている。
【００２７】
そこで、空気の渦を切るロータブレード１の位置を予め調査し、ロータリスポイラ２をその位置に配置し、ロータブレード１が渦を切るタイミングにロータリスポイラ２を突出し、突出するロータリスポイラ２によりロータブレード１の翼面１ａに形成される渦流を局部的に変化させ、空気力により発生する騒音や振動を制御することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、ロータリスポイラ２を、ロータブレードの中央から翼端の部位に長手方向に等間隔または任意間隔を置いて複数個配置したが、ロータブレードの低次数の振動の最大位置に１個設けても空力的な効果が期待できる。
【００２９】
図５は本発明によるロータリスポイラ付ロータブレードの別の実施の形態を示し、この実施の形態においては、ロータリスポイラ２は、取付け角を前縁方向に倒すように配置され、ロータリスポイラ２のロータブレードの翼面からの突出量を増すようにしている。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、上面がロータブレードの翼面の一部を形成するロータリスポイラをロータブレードに回転自在に設け、このロータリスポイラを駆動手段に連結したので、駆動手段によりロータリスポイラを回転してロータリスポイラをロータブレードの翼面より上方に突出すことで、ロータブレードの翼面に沿う空気流を乱してロータブレードに発生する揚力を直接的に変化させ、ロータブレードに発生する空気力を制御し、空気力により発生する騒音や振動の低減を図ることができる。
【００３１】
本発明はまた、ロータリスポイラの回転軸をロータブレードの翼弦に垂直な線に対して傾けたので、ロータリスポイラのロータブレードの翼面より上方に突出する高さを容易に変更することができ、空気力のより強い制御が可能になる。
【００３２】
本発明はまた、駆動手段を超音波モータとしたので、精度の高い制御が可能になり、超音波モータへエネルギを導く方法もロータ部へスリップリングを設けるほかは単に導線を配置するだけでよいので、スポイラ部分の構造が簡単になる。
【００３３】
本発明はまた、ロータリスポイラをロータブレードの中央部から翼端にかけて複数個設けたので、複数個のロータリスポイラを同時あるいは別々に制御することにより、ロータリスポイラを突出させるタイミングを適切に制御でき、より大きい空気力の制御と空気力を変化させたい翼位置でのきめ細かい制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるロータリスポイラ付ロータブレードの平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図。
【図３】本発明によるロータリスポイラ付ロータブレードのロータリスポイラの非出現状態を示す図。
【図４】本発明によるロータリスポイラ付ロータブレードのロータリスポイラの出現状態を示す図。
【図５】本発明によるロータリスポイラ付ロータブレードの別の実施形態を示す図。
【図６】ロータブレードの回転角とロータリスポイラとの関係を示す図。
【図７】従来のヘリコプタのロータ部分を示す図。
【図８】従来のヘリコプタのロータの作用を示す図。
【図９】従来のヘリコプタのロータのロータブレード揚力分布を示す図。
【符号の説明】
１  ロータリスポイラ付ロータブレード
１ａ  ロータブレードの翼面
２  ロータリスポイラ
２ａ  ロータリスポイラの上面
３  取付金具
４  上側凹部
６  超音波モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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