(57)【要約】【課題】従来のヘリコプタの主ロータブレードは、上部スワッシュプレートの昇降で全ブレードのピッチが等量増減する機構であり、ピッチアップして高速飛行すると巨大な遠心力によって捩られブレード先端がフラットピッチ化し、揚力の減衰・遺失があり、加えてブレード根元近傍のピッチ角が小さいために風車ブレーキ状態に陥り、揚力が遺失し、失速するため高速飛行が困難であった。失速防止対策としての「捩り下げ」が行われているが事実誤認があり、その効果がないばかりか、全く逆の効果になり失速を加速していた。【解決手段】主ロータブレード四枚一組、六枚一組、八枚一組の内、それらの半分ずつのピッチ角を変えることにより、フラットピッチ状態からピッチアップすると異ピッチになる機構とし、ブレード根元近傍のピッチ角を増大させ、風車ブレーキ状態にならないようにして失速を防止し、高速飛行を可能にする。また、ピッチダウンでは全ブレードがピッチ角ゼロになるために良好なオートローテーションができる。【選択図】図１３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリコプタの主ロータブレードにおいて、図１２に示す四枚一組のブレード排列では、二枚一組Ａａと残る二枚一組Ａｂに装着する主ロータブレードビッチ操作ホーン相互の長さを長・短に違えた構造にし、上部スワッシュプレートの昇降で当該主ロータブレードが全ブレードフラットピッチ状態からピッチアップさせた時に、Ａａのピッチが小でＡｂのピッチが大、あるいはＡａのピッチが大でＡｂのピッチが小、の異ピッチになる主ロータブレード。
【請求項２】
図１２の六枚一組のブレード排列では、三枚一組Ｂａと残る三枚一組Ｂｂに装着する主ロータブレードビッチ操作ホーン相互の長さを長・短に違えた構造にし、上部スワッシュプレートの昇降で当該主ロータブレードが全ブレードフラットピッチ状態からピッチアップさせた時に、Ｂａのピッチが小でＢｂのピッチが大、あるいはＢａのピッチが大でＢｂのピッチが小、の異ピッチになる請求項１のヘリコプタの主ロータブレード。
【請求項３】
図１２の八枚一組のブレード排列では、四枚一組Ｃａと残る四枚一組Ｃｂに装着する主ロータブレードビッチ操作ホーン相互の長さを長・短に違えた構造にし、上部スワッシュプレートの昇降で当該主ロータブレードが全ブレードフラットピッチ状態からピッチアップさせた時にＣａのピッチが小でＣｂのピッチが大、あるいはＣａのピッチが大でＣｂのピッチが小、の異ピッチになる請求項１のヘリコプタの主ロータブレード。
【請求項４】
図１２の四枚一組、六枚一組および八枚一組の異ピッチ主ロータブレードの内、小ピッチ主ロータブレードでは付け根部を長くし、大ピッチ主ロータブレードでは付け根部を短くした請求項１のヘリコプタの主ロータブレード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、回転翼航空機ヘリコプタの高速飛行時の失速防止を図った主ロータブレードに関する。
【背景技術】
【０００２】  従来のヘリコプタの主ロータブレードは、図１におけるコレクティブピッチレバーの操作で主ロータブレード５の回転軸６に嵌っているコレクティブピッチスリーブ７を摺動する上部スワッシュプレート３を天地方向に昇降させて当該上部スワッシュプレート３と主ロータブレード５に装着された主ロータブレードピッチ操作ホーン２を連結するアッパリンク４を介して複数枚数の主ロータブレードのピッチ角８を「等量増減」操作している。【０００３】  この処置は、主ロータブレード二枚一組、三枚一組、４枚一組あるいはその他の複数枚一組にあっても同様であり、主ロータブレードの回転機能に何ら支障を来すものではない。【０００４】  しかし、ヘリコプタが高速で飛行する場合には、当該主ロータブレードのピッチ角の等量増減操作が必ずしも最良のものでは無くなってくる。その理由は、従来の理論では解明されていないので、その理論を以下に述べる。【０００５】  ヘリコプタの構造上の宿命、天地方向揚力と水平方向に飛行する揚力を兼用している回転翼特性の為に飛行方向前方が頭上げ、後方が尻下げになり、高速水平飛行に連れて当該頭上げ・尻下げが更に大きくなる。また、この頭上げ・尻下げ現象は、主ロータブレード回転面の前傾度が増すほど大きくなる。このために、許容飛行速度を超えると主ロータブレードの後方部が揚力減衰・揚力遺失に陥って失速し、飛行不能となり、延いては墜落する（例えば、図２参照）。【０００６】  この回転翼航空機ヘリコプタの失速現象については、１９４０年のヘリコプタ実用化以来解明されていず、主ロータブレードのピッチ角を根元から先端にかけて減少させる「捩り下げ」をしている。しかし、この失速防止策は、真の理論に基づかない当てずっぽうな誤った判断であり、従って効果がない。何故に誤った判断なのかを以下に示す。【０００７】  イ．従来の理論は、図３のＡ−Ａ断面の図４における主ロータブレードの前進側迎え角を「小」とし、図４のＢ−Ｂ断面の図５における後退側迎え角を「大」としているが、迎え角を特定する要因の飛行速度、主ロータブレードの周速度およびピッチ角のベクトル線図が正しく認識されていないために誤作図になっていて、真っ当な迎え角の主ロータブレードの前進側迎え角「大」および後退側迎え角「小」と正反対になっている。【０００８】  ロ．また、従来の理論は、回転翼の特性「ジャイロの摂動」が脱落しているために前記の「イ」の誤理論、つまり主ロータブレードの前進側迎え角「小」、後退側迎え角「大」に辻褄合わせをしなければならず、錯誤の上塗りになっている。【０００９】  前記の「イ」・「ロ」の関係は、前記の主ロータブレード「前方頭上げ、後方尻下げ」になる実際の現象に照らして比較すると、従来の理論の錯誤が明らかになる。公開特許公報「特開平９−２５４８９４」に記載されている図面中の「図９」および社団法人日本航空技術協会発行の機関誌「航空技術２００４年５月号」ｐ．８３に記載の迎え角分布図は、本明細書の図６のａに見える如く、前進方向左側の迎え角が「大」、右側が「小」になっている（例えば、特許文献および非特許文献１参照）。【００１０】  一方、通常の固定翼航空機の場合、図７に見る如く、失速しない範囲で迎え角が大きければ発生する揚力が大きく、迎え角が小さければ揚力も小さい。しかも、その揚力は、発生位置と作用位置が同一位置になる。しかし、ヘリコプタの回転翼では図８に見る如く、大きな迎え角の位置に「発生」した大きな揚力は、回転方向に９０度移動した位置に「作用」する。従って、「特開平９−２５４８９４」および「航空技術２００４年５月号」ｐ．８３の迎え角分布図における作用揚力は、反時計回りに９０度回転した位置の迎え角、つまり揚力として「作用」する。図６ａの迎え角分布図右側の小さな揚力が回転ブレード前方に「作用」し、同図左側の大きな揚力が回転ブレード後方に「作用」することになる。これは「頭下げ・尻上げ」であり、真実の現象「頭上げ・尻下げ」と矛盾する。【００１１】  ジャイロの摂動は真実の現象であるから、「特開平９−２５４８９４」および「航空技術２００４年５月号」ｐ．８３の迎え角分布図は、ジャイロの摂動が考慮されていないし、迎え角分布も錯誤していることになる。したがって、従来の理論、主ロータブレードの前進側迎え角が「小」と後退側迎え角が「大」としている理論は間違っていることが証明される。【００１２】  更に脱落していることがある。回転翼の巨大な遠心力によって主ロータブレードの先端ピッチがピッチゼロ側に捩られる現象、つまり高速飛行で主ロータブレードの回転数がアップして、巨大な遠心力が更に巨大になり、主ロータブレードの先端ピッチが捩られてピッチゼロになって揚力が大きく減衰あるいは遺失する（例えば、非特許文献２参照）。【００１３】  この現象は、図９のｂに示す薄板塩ビプレートを使用したブレード先端ピッチ角大の薄板塩ビとんぼで実験すると図９のａに示す飛行特性、つまり回転初期の高速回転で大きな遠心力が働いている間は、ブレード先端の大きなピッチ角がフラットになり、経過時間とともに回転数と遠心力が減衰し、スプリングバックして元々のブレード先端ピッチ角大に戻り、急上昇することが確認できる。【００１４】  言い替えれば、ただでさえ「頭上げ・尻下げ」でヘリコプタの尾部が下がるのに加えて巨大な遠心力によるブレード先端ピッチ角のフラット化の為に更に揚力が減衰あるいは遺失することになり、失速を加速させる。失速防止策である筈の「捩り下げ」が意図に反して失速、延いては墜落に荷担する。故に「捩り下げ」は、見当違いの錯誤であり、失速防止の対策にはならない。【００１５】  更に「捩り下げ」は、ヘリコプタの天与の安全機能、オートローテーションを阻害する。オートローテーションは、飛行中のヘリコプタが不可避のエンジントラブルで主ロータブレードの回転停止となった場合、エンジン動力を切り離し、ピッチをゼロに操作することでオートローテーションが維持され、機首を風上に向けて操縦し、墜落を回避することができる。【００１６】  そのオートローテーション利用の条件は、動力回転時の主ロータブレードのプラスピッチをピッチゼロにすることであり、「捩り下げ」はその必須条件を殺ぐことになる。ましてや、主ロータブレード先端のピッチゼロ化、つまりフラットピッチ化に対処するために主ロータブレード根元のピッチ角を更に大きくする「捩り下げ」にすることは、オートローテーションの回転力発生を担う主ロータブレード根元のピッチ角が大ききなプラスピッチになるために回転力が遺失し、オートローテーションの安全装置としての機能が全く働かなくなる。【００１７】  以上、従来の技術では、ヘリコプタ主ロータブレードの失速の原因が解明されていず、従って、正当な理論の根拠がない失速防止対策のためにヘリコプタの高速飛行を困難にしている。ヘリコプタの飛行状態における主ロータブレードの失速並びに主ロータブレード根元と先端のピッチとの関連性について図１０と図１１に挙げる。図１０と図１１に挙げた失速要素に照らす限り、高速飛行時の失速防止対策は、捩り下げでは全く逆効果であり、かといって一枚のブレードでブレード先端付近の揚力を得、更にブレード根元でも揚力を得るのには限界がある。なぜならば、ブレードに飛行機の翼に採用されている補助翼相当の装備をしてもブレード根元の風車ブレーキ状態改善には全く効果がない。因みにヘリコプタの高速飛行を達成するためには別途の理論と技術があるが、本発明と直接の関係がないので触れない。【００１８】
【特許文献】特開平９−２５４８９４号公報
【非特許文献１】「航空技術  ２００４年５月号」、社団法人  日本航空技術協会発行、ｐ．８３
【非特許文献２】「週間ワールド・エアクラフト  Ｎｏ．５９」、株式会社デアゴスティーニ・ジャパン、２０００年１１月２１日発行、ｐ．５９−１３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】  以上述べた従来のヘリコプタの主ロータブレードに対し、オートローテーションの安全装置としての機能を維持し、巨大な遠心力で主ロータブレード先端のフラットピッチ化に対処し、ブレード根元近傍が風車ブレーキ状態にならない対策を講じ、失速を防止して高速飛行を成し遂げるにはどうすればよいか。従来の回転翼理論ではその解決手段が見当たらない。【００２０】  本発明は、このような従来の構造・形状・機能が有していた問題を解決しようとするものであり、オートローテーションの安全装置としての機能を確保し、巨大な遠心力で主ロータブレード先端のフラットピッチ化に対処し、ブレード根元近傍のピッチ角を大きくして風車ブレーキ状態にならないようにして揚力を確保し、高速飛行では不可避とされている失速を防止してヘリコプタの高速飛行を実現することを目的とする。
【発明を解決するための手段】
【００２１】  そして、本発明は、上記の目的を達成するために、巨大な遠心力で主ロータブレード先端のフラットピッチ化を防止する容易に捩れない剛構造にし、且つ、図１２に示すように四枚一組、六枚一組あるいは八枚一組の主ロータブレードにおいて、全部のフラットピッチ状態からピッチ角をピッチアップした場合、四枚一組の内の二枚一組Ａａと残る二枚一組Ａｂ、六枚一組の内の二枚一組Ｂａと残る一組Ｂｂ、あるいは八枚一組の内の四枚一組Ｃａと残る四枚一組Ｃｂとが異ピッチになる構造にする。
【００２２】  つまり、主ロータブレードのピッチ操作ホーンの長さを上記のＡａとＡｂ、ＢａとＢｂあるいはＣａとＣｂで長・短として、主ロータブレードの回転軸に嵌っているコレクティブピッチスリーブ上を摺動する上部スワッシュプレートの天地方向の昇降で上部スワッシュプレートとに連結するアッパリンクを介して両者のピッチを異量増減させる。
【００２３】  図１３において、図１２のＡａとＡｂを例にすれば、主ロータブレードのピッチ操作ホーンの長さがＡａとＡｂ、ＢａとＢｂあるいはＣａとＣｂで長・短と異なるために、上部スワッシュプレートＥの天地方向の昇降でピッチ操作ホーンＨの長さが長い主ロータブレードＡａのピッチθＳは小さくなり、ピッチ操作ホーンｈの長さが短い主ロータブレードＡｂのピッチθＬは大きくなる。
【発明の効果】
【００２４】  上述したように本発明の主ロータブレードは、ピッチアップしてのヘリコプタの高速飛行では主ロータブレード内側近傍でピッチが大きくなり、風車ブレーキ状態を回避し、大きな揚力が出るために失速し難くなり、それに相俟って剛構造の主ロータブレードのためにブレード先端のフラットピッチ化も低減されて揚力の減衰が緩和され、失速し難くなる。
【００２５】  一方、オートローテーション時には、主ロータブレードの全ピッチが同時にゼロピッチになるために良好なオートローテーションを確保できる主ロータブレードを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】  以下、本発明の実施の形態を図１３に基づいて説明する。【００２７】  図１３においては、Ａａはピッチ操作ホーンの長さが長い主ロータブレードであり、Ａｂはピッチ操作ホーンの長さが短い主ロータブレードであり、それらのいずれもが巨大な遠心力で捩られにくい剛構造にする。【００２８】  Ｅは上部スワッシュプレートであり、回転軸Ｃに嵌合するコレクティブピッチスリーブＤに沿って摺動昇降し、ピッチ操作ホーンとを連結するアッパリンクＵＬを介してピッチ操作ホーンＨおよびピッチ操作ホーンｈを等ピッチで昇降させる。【００２９】  この等ピッチ昇降は、ピッチ操作ホーンの長さが短い主ロータブレードＡｂのピッチを大きく、長さが長い主ロータブレードＡａのピッチを小さくして、両者を異ピッチにする。また、この形態において、図１２の四枚一組、六枚一組および八枚一組の異ピッチ主ロータブレードの内、小ピッチ主ロータブレードでは付け根部を長くしてブレードの風車ブレーキ状態が起きないようにし、大ピッチ主ロータブレードでは付け根部を短くして大ピッチによって正常な揚力を確保する。以上のように本実施形態によれば、上部スワッシュプレートＥの昇降によって主ロータブレードを異ピッチに操作でき、従来の単一ピッチの主ロータブレードでは不可避だった失速しない主ロータブレードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】  従来の主ロータブレードの図
【図２】  主ロータブレードの揚力の発生と作用の図
【図３】  ヘリコプタを上から見た図
【図４】  同ヘリコプタを上から見た図３におけるＡ−Ａ線断面図
【図５】  同ヘリコプタを土から見た図３におけるＢ−Ｂ線断面図
【図６】  主ロータブレードにおける従来の迎え角分布図
【図７】  飛行機の揚力発生と作用図
【図８】  ヘリコプタの揚力発生と作用図
【図９】  遠心力による薄板塩ビとんぼの飛行特性図
【図１０】  飛行状態における主ロータブレードの失速図
【図１１】  飛行状態における主ロータブレードのピッチ図
【図１２】  異ピッチ主ロータブレードの排列図
【図１３】  主ロータブレードの異ピッチ機構図
【符号の説明】
【００３１】Ａａ  主ロータブレード（小ピッチ）
Ａｂ  主ロータブレード（大ピッチ）
Ｃ    回転軸
Ｄ    コレクティブピッチスリーブ
Ｅ    上部スワッシュプレート
Ｆ    ブレード
Ｇ    付け根
Ｈ    主ロータブレードピッチ操作ホーン（長）
ｈ    主ロータブレードピッチ操作ホーン（短）
ＵＬ  アッパリンク
θＬ  ピッチ角（大）
θＳ  ピッチ角（小）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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