(57)【要約】 【課題】  ヒンジオフセットをより小さく設定することを可能とし、回転翼航空機の安定性を従来のものより高め得る回転翼航空機のロータハブ構造体を提供する。【解決手段】  インナーループ１４に凹所１４ａを形成し、該凹所１４ａによって、エラストメリックベアリング２５を半径方向内方側に配設することを許容することによって、ロータハブ構造体１０の形状自由度つまり設計自由度が高まり、エラストメリックベアリング２５のいわゆる作動角を確保することができるうえ、ヒンジオフセット位置の制限を緩和する。【選択図】      図１
2006088910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロータブレードが連結されるロータハブ構造体において、
ロータの回転半径方向内方に向けて開放する複数のアーム部を有する遠心力支持体であって、繊維強化材を含む複合材によって複数のアーム部にわたって一体に形成される遠心力支持体と、
各アーム部の半径方向内方側に設けられて各アーム部に支持される第１のブレード支持用軸受手段であって、ロータブレードの半径方向内方側端部に設けられるヨークを半径方向外方側から支持し得るエラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段とを含み、
前記遠心力支持体には、第１のブレード支持用軸受手段を半径方向内方側に配設することを許容する凹所が形成されていることを特徴とする回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項２】
前記遠心力支持体に形成される凹所は、少なくともいずれか一方が半径方向内方側へ湾曲するループ形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項３】
前記遠心力支持体の曲げ変形を防止するように配設される補強手段を、さらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項４】
前記補強手段は、隣接するアーム部間を補強するクロス複合材あるいは一方向繊維複合材から成る第１の補強手段を含み、前記複合材の繊維方向角度を、遠心力支持体の繊維強化材の方向に対し、一定角度以上となるように配設することを特徴とする請求項３に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項５】
前記補強手段は、複数のアーム部の半径方向外方側端部を外囲する繊維強化材を含む複合材から成る第２の補強手段を含むことを特徴とする請求項３または４に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項６】
前記遠心力支持体と一体に設けられ、かつ第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心付近に、少なくとも一部が配設されるマストをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項７】
前記第１のブレード支持用軸受手段は、ヨークを、フラップ、リードラグ、フェザリング方向の角変位をそれぞれ許容する状態で半径方向外方側から支持し、
この第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレードを支持し、各ロータブレードから加わるロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を前記マストに伝達するための第２のブレード支持用軸受手段をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項８】
前記マスト内には、各ロータブレードを制御するためのコントロール部の少なくとも一部が収納されることを特徴とする請求項６または７に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項９】
前記第２の補強手段を、マストの半径方向外方側へ配設することを特徴とする請求項５に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【請求項１０】
前記第１および第２の補強手段の少なくともいずれか一方は、その強度または剛性を冗長性をもたせるべく配分することを特徴とする請求項４または５に記載の回転翼航空機のロータハブ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転翼航空機のロータハブ構造体に関し、たとえば中大型の回転翼航空機に好適に用いられる回転翼航空機のロータハブ構造体に関する。
【０００２】
本発明において、用語「略Ｕ字形状」は「Ｕ字形状」を含み、用語「略上下方向」は「上下方向」を含み、用語「略直交」は「直交」を含み、用語「略平行」は「平行」を含む。
【背景技術】
【０００３】
従来、回転翼航空機のロータハブ構造体としては、ベアリングレス構造およびエラストメリックベアリングを適用した構造のものが実用化されている。ベアリングレス構造は、ロータブレードのフラッピング運動と、ドラッギング運動と、フェザリング運動をロータブレードまたはハブの弾性変形によって行う構造であり、たとえば中小型機に適用されている。この構造では、ロータブレードまたはハブが繰返し弾性変形する必要がある。
【０００４】
ロータブレードまたはハブを弾性変形させないようにするロータハブ構造として、エラストメリックベアリングを用いた構造がある。エラストメリックベアリングは、複数の金属製シム（薄板）と複数のゴム層（弾性層）とを交互に積層し、その積層方向に作用する圧縮荷重を許容することができるとともに、ゴム層の弾性変形によって所定角度範囲の揺動を許容することができ、これを用いたハブ構造は、たとえば大型機に適用されている。
【０００５】
図１１は、エラストメリックベアリングを用いた従来の技術のロータハブ構造体１を示す断面図である。ロータハブ構造体１は、円筒状のマスト２に、環状かつベルト状の補強用ガードル３が設けられ、この補強用ガードル３にエラストメリックベアリング４が設けられ、エラストメリックベアリング４に支持部材５が設けられて構成される。このようなロータハブ構造体１では、支持部材５に、ロータブレード６が連結される（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
図１２は、先行技術のロータハブ構造体７をロータ回転軸線に直交する平面で部分的に切断して示す断面図である。図１３は、先行技術のループ体８を示す平面図である。図１４は、先行技術のループ体８の主要部を示す平面図である。
【０００７】
ここで本件出願人は、強度的に効率が高い無駄の少ない構造であって、信頼性の高い構造の回転翼航空機のロータハブ構造体７に関する技術を出願している（特許文献２参照）。このロータハブ構造体７は、放射状に配置される複数のアーム部を有し、各アーム部が半径方向内方側の端部で連なるように設けられる遠心力支持体を含む。
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２０７９７号公報
【特許文献２】特願２００３−５８５７２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１１に示すロータハブ構造体では、たとえば数１０トンにもおよぶ非常に大きな力である半径方向外方Ｒ１への遠心力が、マスト２に伝達され、遠心力に対してマスト２のフープ力によって、ロータブレード６を支持しなければならない。このように強度的に効率の低い構造であり、構造に無駄が多くなってしまう。
【００１０】
特許文献２のものでは、前述の遠心力支持体があるので次のような問題がある。つまりエラストメリックベアリング９の作動角を確保するためには、エラストメリックベアリング９の取付け位置をある程度半径方向外方側に配置する必要がある。このことは、ヒンジオフセット位置が制限されるとともに、大口径マストの直径も制限される。
【００１１】
本発明の目的は、ヒンジオフセットをより小さく設定することを可能とし、回転翼航空機の安定性を従来のものより高め得る回転翼航空機のロータハブ構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の本発明は、複数のロータブレードが連結されるロータハブ構造体において、
ロータの回転半径方向内方に向けて開放する複数のアーム部を有する遠心力支持体であって、繊維強化材を含む複合材によって複数のアーム部にわたって一体に形成される遠心力支持体と、
各アーム部の半径方向内方側に設けられて各アーム部に支持される第１のブレード支持用軸受手段であって、ロータブレードの半径方向内方側端部に設けられるヨークを半径方向外方側から支持し得るエラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段とを含み、
前記遠心力支持体には、第１のブレード支持用軸受手段を半径方向内方側に配設することを許容する凹所が形成されていることを特徴とする回転翼航空機のロータハブ構造体である。
【００１３】
本発明に従えば、遠心力支持体は複数のアーム部を有し、複数のアーム部は、ロータの回転半径方向内方に向けて開放する。この遠心力支持体は、繊維強化材を含む複合材によって複数のアーム部にわたって一体に形成される。第１のブレード支持用軸受手段は、各アーム部の半径方向内方側に設けられて各アーム部に支持される。この第１のブレード支持用軸受手段によって、ロータブレードに設けられるヨークが半径方向外方側から支持される。この構成によって一体の遠心力支持体に、ロータブレードに働く遠心力を伝達することができる。これによって強度的に効率が高く無駄の少ない構造として、部品点数が少なく単純であり、軽量かつ信頼性の高いロータハブ構造を得ることができる。
【００１４】
特に、遠心力支持体には凹所が形成され、該凹所によって、第１のブレード支持用軸受手段を半径方向内方側に配設することを許容する。これによってロータハブ構造における形状自由度つまり設計自由度が高まり、エラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段のいわゆる作動角を確保することができるうえ、ヒンジオフセット位置の制限が緩和される。換言すれば、ヒンジオフセットをより小さく設定することが可能となる。
【００１５】
請求項２記載の本発明は、前記遠心力支持体に形成される凹所は、少なくともいずれか一方が半径方向内方側へ湾曲するループ形状を成すことを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、遠心力支持体の凹所は、少なくともいずれか一方が半径方向内方側へ湾曲するループ形状を成す。これによって第１のブレード支持用軸受手段の半径方向内方側への配設を実現する。
【００１７】
請求項３記載の本発明は、前記遠心力支持体の曲げ変形を防止するように配設される補強手段を、さらに含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、補強手段は、遠心力支持体が不所望に曲げ変形することを防止する。つまり補強手段によって、凹所の曲げ変形を防止し得る。
【００１９】
請求項４記載の本発明は、前記補強手段は、隣接するアーム部間を補強するクロス複合材あるいは一方向繊維複合材から成る第１の補強手段を含み、前記複合材の繊維方向角度を、遠心力支持体の繊維強化材の方向に対し、一定角度以上となるように配設することを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、前記クロス複合材あるいは一方向繊維複合材から成る第１の補強手段によって、隣接するアーム部間を補強する。特に複合材の繊維方向角度を、遠心力支持体の繊維強化材の方向に対し、一定角度以上となるように配設することで、凹所が半径方向外方に曲げ変形することを防止する。
【００２１】
請求項５記載の本発明は、前記補強手段は、複数のアーム部の半径方向外方側端部を外囲する繊維強化材を含む複合材から成る第２の補強手段を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、前記複数のアーム部の半径方向外方側端部を外囲する繊維強化材を含む複合材から成る第２の補強手段によって、凹所の曲げ変形の防止を実現する。
【００２３】
請求項６記載の本発明は、前記遠心力支持体と一体に設けられ、かつ第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心付近に、少なくとも一部が配設されるマストをさらに含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、マストは、遠心力支持体と一体に設けられる。このマストの少なくとも一部は、第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心付近に配設される。したがって各ロータブレードからロータハブ構造体に加わるせん断力は、マストに直接的に伝達される。
【００２５】
請求項７記載の本発明は、前記第１のブレード支持用軸受手段は、ヨークを、フラップ、リードラグ、フェザリング方向の角変位をそれぞれ許容する状態で半径方向外方側から支持し、
この第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレードを支持し、各ロータブレードから加わるロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を前記マストに伝達するための第２のブレード支持用軸受手段をさらに含むことを特徴とする。
【００２６】
本発明に従えば、第２のブレード支持用軸受手段は、第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレードを支持するうえ、ロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を、この第２のブレード支持用軸受手段によって、マストに伝達することができる。このようにして、遠心力支持体が、主に遠心力を支持する構造として、強度的に効率的な構造とすることができる。またせん断力は、第１のブレード支持用軸受手段によってマストに伝達することも可能であり、複数の伝達経路にせん断力を伝達する構造とすることも可能であり、せん断力支持に関しては冗長性構造とすることができ、信頼性をさらに向上することができる。
【００２７】
請求項８記載の本発明は、前記マスト内には、各ロータブレードを制御するためのコントロール部の少なくとも一部が収納されることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、せん断力をマストに直接的に伝達して、このマストでせん断力を支持するので、マストの強度を高くするために、マストの直径を大きくすることが好ましく、このようにマストの直径を大きくすることによって、マスト内にコントロール部の少なくとも一部を収納する。このようにして、せん断力の支持に対する信頼性向上を図るとともに、コントロール部を外的損傷から保護することができ、これによっても信頼性向上を図ることができる。
【００２９】
請求項９記載の本発明は、前記第２の補強手段を、マストの半径方向外方側へ配設することを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、遠心力支持体に作用する力を、マストを介して、その半径方向外方側の第２の補強手段で効率良く支持する。このようにマストの半径方向外方側に第２の補強手段を配設することで、構造効率を高めることができる。しかも第２の補強手段と遠心力支持体とを一旦、別体構造にしたうえで、これらを最終的に一体にすることが可能となるので、ロータハブ構造体の製造を簡単化することができる。
【００３１】
請求項１０記載の本発明は、前記第１および第２の補強手段の少なくともいずれか一方は、その強度または剛性を冗長性をもたせるべく配分することを特徴とする。
【００３２】
本発明に従えば、このように第１および第２の補強手段の少なくともいずれか一方を冗長性構造とすることができ、ロータハブ構造体の信頼性をさらに向上することができる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、遠心力支持体には凹所が形成され、該凹所によって、第１のブレード支持用軸受手段を半径方向内方側に配設することを許容する。これによって形状自由度つまり設計自由度が高まり、エラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段のいわゆる作動角を確保することができるうえ、ヒンジオフセット位置の制限が緩和される。換言すれば、ヒンジオフセットをより小さく設定することが可能となる。したがって回転翼航空機の安定性をさらに確保することができ、操縦性と安定性の局面から最適化を図ることができる。それ故、中大型の回転翼航空機などに、本発明のロータハブ構造を好適に適用し得る。
【００３４】
本発明によれば、遠心力支持体の凹所は、少なくともいずれか一方が半径方向内方側へ湾曲するループ形状を成すことで、第１のブレード支持用軸受手段の半径方向内方側への配設を実現し得る。
【００３５】
本発明によれば、補強手段は、遠心力支持体が不所望に曲げ変形することを防止する。つまり補強手段によって、凹所の曲げ変形を防止し得る。したがって遠心力支持体と補強手段とによって、遠心力を支持することが可能となる。
【００３６】
本発明によれば、クロス複合材あるいは一方向繊維複合材から成る第１の補強手段によって、隣接するアーム部間を補強することで、凹所の曲げ変形の防止を実現することができる。特に複合材の繊維方向角度を、遠心力支持体の繊維強化材の方向に対し、一定角度以上となるように配設することで、凹所が半径方向外方に曲げ変形することを防止することができる。
【００３７】
本発明によれば、複数のアーム部の半径方向外方側端部を外囲する繊維強化材を含む複合材から成る第２の補強手段によって、凹所の曲げ変形の防止を実現することができる。
【００３８】
本発明によれば、マストは、遠心力支持体と一体に設けられる。このマストの少なくとも一部は、第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心付近に配設される。したがって各ロータブレードからロータハブ構造体に加わるせん断力は、マストに直接的に伝達される。それ故、遠心力支持体を主に遠心力を支持する構造とすることができる。
【００３９】
本発明によれば、第２のブレード支持用軸受手段は、第１のブレード支持用軸受手段の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレードを支持するうえ、ロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を、この第２のブレード支持用軸受手段によって、マストに伝達することができる。このようにして、遠心力支持体が、主に遠心力を支持する構造として、強度的に効率的な構造とすることができる。またせん断力は、第１のブレード支持用軸受手段によってマストに伝達することも可能であり、複数の伝達経路にせん断力を伝達する構造とすることも可能であり、せん断力支持に関しては冗長性構造とすることができ、信頼性をさらに向上することができる。
【００４０】
本発明によれば、せん断力をマストに直接的に伝達して、このマストでせん断力を支持するので、マストの強度を高くするために、マストの直径を大きくすることが好ましく、このようにマストの直径を大きくすることによって、マスト内にコントロール部の少なくとも一部を収納する。このようにして、せん断力の支持に対する信頼性向上を図るとともに、コントロール部を外的損傷から保護することができ、これによっても信頼性向上を図ることができる。
【００４１】
本発明によれば、遠心力支持体に作用する力を、マストを介して、その半径方向外方側の第２の補強手段で効率良く支持する。このようにマストの半径方向外方側に第２の補強手段を配設することで、構造効率を高めることができる。しかも第２の補強手段と遠心力支持体とを一旦、別体構造にしたうえで、これらを最終的に一体にすることが可能となるので、ロータハブ構造体の製造を簡単化することができる。
【００４２】
本発明によれば、第１および第２の補強手段の少なくともいずれか一方を冗長性構造とすることができ、ロータハブ構造体の信頼性を一層向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。なお各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。また構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。また実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００４４】
図１は、本発明の実施の一形態の回転翼航空機のロータハブ構造体１０をロータ回転軸線Ｌ１に直交する平面で部分的に切断して示す断面図である。図２は、ロータハブ構造体１０を部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で部分的に切断して示す断面図である。ロータハブ構造体１０（以下「ハブ１０」という場合がある）は、たとえば中大型の回転翼航空機に好適に用いられる。
【００４５】
ハブ１０は、基本的に、支持構造体１１およびロータマスト１２を含んで構成され、予め定めるロータ回転軸線Ｌ１まわりに回転自在に設けられる。前記ロータマスト１２は、「マスト１２」と同義である。支持構造体１１には、複数、本実施の形態では４枚のロータブレード１３（以下「ブレード」という場合がある）が連結され、マスト１２は、回転翼航空機に搭載される原動機からの回転力を導く伝導軸に固定される。ハブ１０は、伝導軸を介して伝達される回転力を、各ブレード１３に伝達し、各ブレード１３をロータ回転軸線（以下「回転軸線」という場合がある）Ｌ１まわりに回転させる。
【００４６】
このハブ１０は、ロータ回転軸線Ｌ１に沿う軸線方向一方Ａ１が上方となり、軸線方向他方Ａ２が下方となる状態で、回転翼航空機に設けられる。以下の説明において、軸線方向一方Ａ１を上方といい、軸線方向他方Ａ２を下方という場合がある。また以下の説明において「平面視」は、「軸線方向に見ること」を意味する。
【００４７】
回転翼航空機の胴体の上端部には、中空略円筒状のマスト１２がロータ回転軸線Ｌ１まわりに回転可能に設けられる。マスト１２の上端部には、４枚のブレード１３を支持するための支持構造体１１の一部を成すループ体１４が設けられる。マスト１２とループ体１４とは、一体成形されてもよいし、別体に形成した後、接着または、リベットなどの固定具を用いて固定されてもよいが、最終的に一体に形成される。マスト１２およびループ体１４は、繊維強化材料を含む複合材、具体的には、繊維強化材料として少なくとも一方向材繊維、すなわち連続的に連なって線状体となる繊維材であって、予め合成樹脂を含浸させた繊維材を用いて形成される。本実施の形態では、このような繊維材を用いて一体成形される。
【００４８】
４枚のブレード１３は、周方向一定間隔毎に配設、すなわち配置して設けられる。各ブレード１３の半径方向内方Ｒｋの端部には、回転軸線Ｌ１を含む面内で半径方向外方Ｒｓに向けて開放する略Ｕ字形状のヨーク１５が設けられている。各ヨーク１５は、上下２枚のプレート１６，１７の半径方向内方Ｒｋの端部が連結体１８によって連結されて構成される。
【００４９】
ヨーク１５は、各プレート１６，１７の半径方向外方Ｒｓの端部がブレード１３に連結される。このように各ブレード１３に、ヨーク１５を設けることによって、ブレード１３およびヨーク１５が協働して構成する環状の連結部１９が設けられる。この連結部１９、特にヨーク１５がループ体１４に連結されて、各ブレード１３がループ体１４に支持される。
【００５０】
図３は遠心力支持体および補強手段２０などを示す平面図である。図１および図２も参照しつつ説明する。支持構造体１１の一部を構成するフレーム体２１は、遠心力支持体であるループ体１４と、補強手段２０とを有する。前記補強手段２０は、隣接するアーム部２２間を補強する第１の補強部材２３と、複数のアーム部２２の半径方向外方側端部を外囲する一方向材の第２の補強部材２４とを有する。この第２の補強部材２４がアウターループに相当する。前記ループ体１４をインナーループ１４という場合がある。第２の補強部材２４をアウターループ２４という場合がある。
【００５１】
インナーループ１４は、周方向一定間隔毎に半径方向に延びて配置されるアーム部２２を有する。これらアーム部２２は、ブレード１３の枚数と同数であり、一体に連結されて、平面視において放射形状、具体的には略十文字形状に形成されている。このインナーループ１４は、十文字が４枚のブレード１３の長手方向に沿うように、つまり平面視においてインナーループ１４の各アーム部２２が、各ブレード１３と周方向に同間隔となるように配設されている。
【００５２】
各アーム部２２は、ロータ回転軸線Ｌ１に直交する面内において湾曲し、半径方向内方Ｒｋに向けて開放する略Ｕ字形状に形成されている。さらに各アーム部２２は、半径方向内方Ｒｋの端部で相互に一体に連なっている。さらに詳細に述べると、各アーム部２２は、内方側の端部が、軸線まわりに１８０度ずれた位置に、換言すれば軸線Ｌ１を挟んで反対側に配置されるアーム部２２に連結されている。このようにして相互に軸線Ｌ１を挟んで反対側に配置される２つのアーム部２２が、協働して平面視略落花生形の閉ループを成すように連結されている。前述のような２つの閉ループが組み合わされて（図４および図５参照）、略十文字形状のインナーループ１４が形成される。
【００５３】
インナーループ１４には、後述するエラストメリックベアリング２５を半径方向内方側に配設することを許容する凹所１４ａが形成されている。このインナーループ１４に形成される凹所１４ａは、軸線Ｌ１を挟んで反対側に配置される２つのアーム部２２を繋ぐ凹所１４ａであって、軸線Ｌ１を挟む位置に配設される両方の凹所１４ａが半径方向内方Ｒｋ側へそれぞれ湾曲するループ形状を成す。このループ形状を成す前記２つの凹所１４ａと、略Ｕ字形状にそれぞれ形成される２つのアーム部２２とによって、平面視落花生形の閉ループを成すようになっている。
【００５４】
図４は積層前の一の繊維ループを示す平面図であり、図５は積層前の他の繊維ループを示す平面図であり、図６は、一の繊維ループと他の繊維ループとが積層された遠心力支持体を示し、図６（ａ）は遠心力支持体の斜視図、図６（ｂ）は遠心力支持体の要部の断面図、図６（ｃ）はパッド材２６ａを具体的に示す平面図である。インナーループ１４は、たとえば前記２つの平面視落花生形に沿うように予め合成樹脂を含浸させた一方向材繊維などの繊維材を配置して、厚みが一様な繊維ループ２６を形成する。これとともに、複数のアーム部２２の半径方向外方側端部を外囲する一方向材繊維などの繊維材を配置してアウターループ２４の前駆体となる繊維アウターループ２７を形成する。これら繊維ループ２６および繊維アウターループ２７の厚みは、一様となるように形成する。複数の繊維ループ２６および繊維アウターループ２７を、同軸に配置して交互に９０度位相をずらして積層して形成される。各繊維ループ２６および各繊維アウターループ２７の厚みは、たとえば２ｍｍ以下に設定されている。
【００５５】
複数の繊維ループ２６および繊維アウターループ２７を前述のように積層すると、繊維ループ２６同士が重なり合う４カ所の図示外のオーバーラップ部が形成される。つまり繊維ループ２６および繊維アウターループ２７だけを積層したのでは、１層おきに同位相に配置される繊維ループ２６間に、繊維ループ２６を各オーバーラップ部で分割した形状の４つの空間が形成されてしまうので、これら空間を埋めるように、パッド材２６ａが設けられる。
【００５６】
しかも繊維ループ２６および繊維アウターループ２７を積層していく間に、第１の補強部材２３が設けられている。この第１の補強部材２３をクロス材２３という場合がある。つまり一層目の繊維ループ２６および繊維アウターループ２７を積層後、これらの厚みと略一様となるように、パッド材としてクロス材２６ａ（布材）の前駆体でもって前記空間を埋めていく。その後、二層目の繊維ループ２６および繊維アウターループ２７を同軸に配置して９０度位相をずらして積層後、同様にパッド材２６ａで空間を埋めていく。その後に、インナーループ１４と交互積層されて図３の矢印方向（Ｆ１にて表記する）の剛性を増加して曲率のあるインナーループ１４の曲げ変形を防止する機能を有するクロス材２３を積層する。前記矢印方向とは、アウターループ２４の直線部分２４ａに平行な方向と同義である。逆に言えば、このようにクロス材２３の繊維方向角度を、インナーループ１４の繊維材の方向に対し一定角度以上となるように適切に配設することによって、インナーループ１４の曲げ変形防止を図ることができる。なおクロス材２３については、前述の曲げ変形を防止する方向の繊維材として一方向材としてもよい。
【００５７】
アウターループ２４は、クロス材２３と同様に、インナーループ１４の曲げ変形を防止するためのものであり、前記複数の繊維アウターループ２７を積層して形成される。このアウターループ２４は、４つの直線部分２４ａと４つの曲線部分２４ｂとを有し、これら直線および曲線部分２４ａ，２４ｂによって矩形枠状に連続して形成されている。各曲線部分２４ｂは、各アーム部２２の半径方向外方側端部と同一曲率に形成されて該外方側端部に外接されている。直線部分２４ａは、曲線部分２４ｂの一端部と、前記曲線部分２４ｂに隣接する曲線部分２４ｂの一端部とを連続的に繋ぐ。
【００５８】
このアウターループ２４は、その強度または剛性が冗長性をもたせるべく配分されている。具体的には、損傷模擬解析結果から、半径方向外方Ｒｓへの遠心力に対する荷重負担のたとえば２０％以上３０％未満の荷重を許容し得る強度または剛性をもつアウターループ２４に設計することで、冗長性を高めることが可能となる。したがってインナーループ１４の故障時であっても、アウターループ２４で耐荷可能なロータハブ構造にすることができる。逆に、アウターループ２４の故障時でもインナーループ１４で荷重を負担することができるロータハブ構造にすることも可能である。このようにアウターループ２４を冗長性構造とすることができ、ロータハブ構造体１０の信頼性を一層向上することができる。前記２０％以上３０％未満の荷重は一例であり、必ずしもこの値に限定されるものではない。
【００５９】
各アーム部２２は、ロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断した形状が、滑らかに湾曲する形状である。この形状は、具体的には、略半円形状（半円形を含む）、略半楕円形状（半楕円形状）および略放物線形状（放物線形状を含む）であってもよく、本実施の形態では、略半楕円形状である。
【００６０】
このようなフレーム体２１は、略円筒状に形成されるマスト１２の上半部に同軸に嵌まり込み、その外周部においてマスト１２に連結される状態で一体に設けられる。マスト１２の周方向に関して、アーム部２２が配置される位置に臨む部分には、半径方向に貫通する透孔２８が形成されている。このようなインナーループ１４に対して、各アーム部２２と各ヨーク１５とが、互いに挿通嵌合し合う状態で、各ブレード１３が連結される。
【００６１】
各アーム部２２のＵ字の両端部間の中央部に位置する底部、したがって各アーム部２２の半径方向外方Ｒｓ側の端部と、この端部に半径方向に対向するヨーク１５におけるＵ字の両端部間の中央部に位置する底部との間には、エラストメリック形である第１のブレード支持用軸受手段としてのエラストメリックベアリング２５が設けられる。各ブレード１３は、エラストメリックベアリング２５を介して支持構造体１１に半径方向Ｒｓ側から支持されている。
【００６２】
各アーム部２２の半径方向外方Ｒｓ側の端部である底部には、各アーム部２２の内側となる半径方向内方Ｒｋ側の表面部分である底部内表面部に、荷重伝達部材２９が設けられている。この荷重伝達部材２９は、各アーム部２２の底部に臨む面が、アーム部２２の底部内表面部に面接触の状態で設けられている。各荷重伝達部材２９の半径方向内方Ｒｋ側の表面部に、エラストメリックベアリング２５が設けられる。エラストメリックベアリング２５は、球面エラストメリックベアリングであって、複数の金属シム（薄板）と複数のゴム層（弾性層）とが積層される構造、つまり複数の剛体と複数の弾性体とが積層される構造である。各金属シムおよび各ゴム層は、球の一部である部分球面形状であり、共通な１つの基準点を中心とする部分球面形状に形成されている。
【００６３】
エラストメリックベアリング２５は、各金属シムと各ゴム層との積層方向の圧縮力に抗して支持することができるとともに、ゴム層の弾性変形によって、前記球の中心となる基準点を角変位中心として、この中心まわりの角変位を許容することができる。角変位方向は、角変位中心を通る直交３軸まわりの方向である。このエラストメリックベアリング２５はマスト１２の円筒内に配置されるうえ、エラストメリックベアリング２５の角変位中心付近に、前記マスト１２の外周面が配設される。
【００６４】
またエラストメリックベアリング２５は、その積層方向がハブ１０の半径方向と一致し、このエラストメリックベアリング２５の半径方向外方Ｒｓ側の一端部が荷重伝達部材２９に連結されている。エラストメリックベアリング２５の半径方向内方Ｒｋ側の他端部は、ヨーク１５の連結体１８に連結されている。このようにしてアーム部２２の底部に設けられる荷重伝達部材２９と、この荷重伝達部材２９に半径方向内方Ｒｋ側から対向する連結部１９とが、これらの間に介在されるエラストメリックベアリング２５によって、連結される。
【００６５】
荷重伝達部材２９の半径方向外方Ｒｓ側の端部には、軸受取付け金具３０を介して、インナーループ１４およびアウターループ２４が連結されている。軸受取付け金具３０は、分割可能な２つ割り構造であり、インナーループ１４およびアウターループ２４の一部を半径方向内方Ｒｋ側と外方Ｒｓ側から挟持可能な構造に構成されている。軸受取付け金具３０は、マスト１２の透孔２８付近に該マスト１２に干渉することなく配設されるうえ、他の部材を介してこのマスト１２に連結されている。
【００６６】
フレーム体２１、荷重伝達部材２９、エラストメリックベアリング２５および軸受取付け金具３０を含んで支持構造体１１が構成される。エラストメリックベアリング２５は、ヨーク１５を、フラップ（フラッピング）、リードラグ（ドラッギング）、フェザリング方向の角変位をそれぞれ許容する状態で半径方向外方Ｒｓ側から支持する。各ブレード１３は、若干の半径方向変位が許容されるとともに、前記角変位中心まわりに、フラッピング、ドラッギングおよびフェザリングできるように直交３軸まわりに角変位自在に、支持構造体１１に連結され、支持されている。フラッピングは、ブレード１３の長手方向および軸線Ｌ１方向に直交する軸線まわりの角変位であり、ドラッギングは、軸線Ｌ１に平行な軸線まわりの角変位であり、フェザリングは、ブレード１３の長手方向に平行な軸線まわりの角変位である。
【００６７】
このようなハブ１０では、支持構造体１１に連結されるブレード１３が軸線Ｌ１まわりに回転駆動されるときにブレード１３に働く遠心力は、ヨーク１５、エラストメリックベアリング２５、荷重伝達部材２９および軸受取付け金具３０を介して、インナーループ１４の底部およびアウターループ２４に伝達される。インナーループ１４には、半径方向内方Ｒｋ側に凹む凹所１４ａが形成されているので、前記遠心力によって、凹所１４ａを曲げ変形する力つまり凹所１４ａが半径方向外方Ｒｓに引張られようとする力が作用するけれども、クロス材２３およびアウターループ２４によって次のような効果を奏する。
【００６８】
アーム部２２とアウターループ２４とが積み重ねられていく間に、クロス材２３が設けられ、クロス材２３の繊維方向角度を、インナーループ１４の繊維材の方向に対し一定角度以上となるように適切に配設することによって、凹所１４ａの曲げ変形防止を図ることができる。またブレード１３に働く遠心力はインナーループ１４だけでなくアウターループ２４にも伝達されるので、これによっても凹所１４ａの曲げ変形防止を図ることができる。アウターループ２４は直線部分２４ａを含むので、特にこの直線部分２４ａによってより効果的に凹所１４ａの曲げ変形防止を図ることができる。このように加わる遠心力をインナーループ１４、アウターループ２４およびクロス材２３で許容し、マスト１２などに働かないようにして、遠心力に抗してブレード１３を支持している。
【００６９】
エラストメリックベアリング２５の角変位中心付近に、マスト１２の外周面が配設され、さらに軸受取付け金具３０がマスト１２の透孔２８付近にて他の部材を介してこのマスト１２に連結されているので、各ブレード１３からロータハブ構造体１０に加わるせん断力は、マスト１２に直接的に伝達される。それ故、インナーループ１４を主に遠心力を支持する構造とすることができる。
【００７０】
せん断力をマスト１２に直接的に伝達して、このマスト１２でせん断力を支持するので、マスト１２の強度を高くするために、マスト１２の直径を大きくすることが好ましく、このようにマスト１２の直径を大きくすることによって、マスト１２内にコントロール部３１の少なくとも一部を収納できる。コントロール部３１は、各ロータブレード１３を制御するためのものであり、ロータコントロールシステム３１とも呼ばれる。
【００７１】
前記コントロール部３１の少なくとも一部である、コントロールロッド３２の大部分、スワッシュプレート３３の内周部分、ガイドピン３４およびガイドピン支持用球面軸受３５などが、マスト１２内に収納される。このようにしてせん断力の支持に対する信頼性向上を図るとともに、コントロール部３１を外的損傷から保護することができ、これによっても信頼性向上を図ることができる。スワッシュプレート３３を図示外の駆動手段によって、軸線Ｌ１に沿ってスライド変位駆動および軸線Ｌ１に直交する軸線まわりに角変位させることによって、各ブレード１３をフェザリングさせることができる。
【００７２】
また各ブレード１３にそれぞれ対応してダンパ３６が設けられている。ダンパ３６は、一端部がマスト１２に連結され、他端部がヨーク１５に連結されていて、その両端部間の変位を抗することによって、ドラッギングのエネルギを吸収できる構造である。このようにダンパ３６は、ブレード１３の回転面に沿って、言い換えるならばブレード１３のドラッギングの変位方向にほぼ沿って配置され、効率よくエネルギを吸収できるように構成されている。
【００７３】
本実施の形態では、インナーループ１４を軸線Ｌ１に直交する面内でループする構成とすることによって、アーム部２２と軸線方向Ｌ１方向に関して同一位置に、アーム部２２に連結されて周方向の外力に対して強度の高い部分を、マスト１２に容易に確保することが可能になり、このマスト１２にダンパ３６を設けることが可能になっている。またブレード１３の回転停止時における垂れ落ちを防止するために、各ブレード１３毎に、ドループストップ機構３７が設けられている。
【００７４】
以上説明した回転翼航空機のロータハブ構造１０によれば、インナーループ１４には半径方向内方Ｒｋ側へ湾曲するループ形状を成す凹所１４ａが形成され、該凹所１４ａによって、エラストメリックベアリング２５を半径方向内方Ｒｋ側に配設することを許容する。これによって形状自由度つまり設計自由度が高まり、エラストメリックベアリング２５の作動角を確保することができるうえ、ヒンジオフセット位置の制限が緩和される。換言すれば、ヒンジオフセットをより小さく設定することが可能となる。したがって回転翼航空機の安定性をさらに確保することができ、操縦性と安定性の局面から最適化を図ることができる。それ故、中大型の回転翼航空機などにこのロータハブ構造１０を好適に適用し得る。
【００７５】
本発明の実施の他の形態として、エラストメリックベアリング２５の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレード１３を支持し、各ロータブレード１３から加わるロータ回転軸線Ｌ１方向および周方向のせん断力をマスト１２に伝達するための球面軸受をさらに含む構造とすることも可能である。つまり前記球面軸受は、マスト１２に保持される外輪と、外輪に対して角変位自在に支持される内輪とを有している。外輪に対する内輪の角変位方向は、エラストメリックベアリング２５の角変位中心と同一の角変位中心を通る直交３軸まわりの方向である。この球面軸受が第２のブレード支持用軸受手段に相当する。
【００７６】
前記球面軸受は、エラストメリックベアリング２５の角変位中心と同一の角変位中心まわりに角変位自在に各ロータブレード１３を支持するうえ、ロータ回転軸線Ｌ１方向および周方向のせん断力を、この球面軸受によって、マスト１２に伝達することができる。このようにして、インナーループ１４が、主に遠心力を支持する構造として、強度的に効率的な構造とすることができる。またせん断力は、エラストメリックベアリング２５によってマスト１２に伝達することも可能であり、複数の伝達経路にせん断力を伝達する構造とすることも可能であり、せん断力支持に関しては冗長性構造とすることができ、信頼性をさらに向上することができる。
【００７７】
図７は、本発明の他の実施の形態の遠心力支持体の一の繊維ループを示す平面図であり、図８は、他の実施の形態に係り、積層された遠心力支持体を概略示す平面図である。図９は、本発明のさらに他の実施の形態の遠心力支持体の一の繊維ループを示す平面図であり、図１０は、さらに他の実施の形態に係り、積層された遠心力支持体を概略示す平面図である。前述の実施形態においては、ブレード枚数が偶数枚のロータハブ構造体を示したが、ブレード枚数は奇数枚であってもよい。他の実施の形態、さらに他の実施の形態に係るロータハブ構造体では、奇数枚（たとえば５枚）のブレードに適応する構造が示されている。
【００７８】
図７に示すように、インナーループ３８には、一のインナーループ３８における２つのアーム部２２から等しい距離に配置される他のアーム部２２であって、他のインナーループ３８の１つの前記アーム部２２に配設されるべきエラストメリックベアリング２５を半径方向内方Ｒｋ側に配設することを許容する一つの凹所３８ａが形成されている。この凹所３８ａは、半径方向内方Ｒｋ側へ湾曲するループ形状を成す。図８に示すように、インナーループ３８の前駆体となる繊維ループ３８Ａおよびアウターループ３９の前駆体となる繊維アウターループ３９Ａを、同軸に配置して７２度ずつ順次位相をずらして積層して形成される。このように奇数枚、本他の実施形態において５枚のブレード１３に適応するロータハブ構造体を実現することができる。これによって、たとえば乗員に不快感を与えない振動数に設定し得る。その他前述の実施形態と同様の効果を奏する。
【００７９】
また図９、図１０に示すように、インナーループ４０には、一のインナーループ４０において一定距離以上離隔する２つのアーム部２２から等しい距離に配置される他のアーム部２２であって、他のインナーループ４０の２つの前記アーム部２２に配設されるべきエラストメリックベアリング２５を半径方向内方Ｒｋ側に配設することを許容する二つの凹所４０ａが形成されている。各凹所４０ａは、半径方向内方Ｒｋ側へ湾曲するループ形状を成す。以下前記と同様に５枚のブレード１３に適応するロータハブ構造体を実現することができ、前記と同様の効果を奏する。
【００８０】
本実施形態においては、アウターループは、直線部分を含む矩形枠状に形成されているが、必ずしも直線部分を含むとは限らない。たとえばアウターループを円形枠状に形成する場合もあり得る。アウターループを、マストの半径方向外方側へ配設する構造にすることも可能である。この場合には、インナーループに作用する力を、マストを介して、その半径方向外方側のアウターループで効率良く支持する。このようにマストの半径方向外方側にアウターループを配設することで、構造効率を高めることができる。しかもアウターループとインナーループとを一旦、別体構造にしたうえで、これらを最終的に一体にすることが可能となるので、ロータハブ構造体の製造を簡単化することができる。したがってロータハブ構造体の製造コストの低減を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態の回転翼航空機のロータハブ構造体１０をロータ回転軸線Ｌ１に直交する平面で部分的に切断して示す断面図である。
【図２】ロータハブ構造体１０を部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で部分的に切断して示す断面図である。
【図３】遠心力支持体および補強手段２０などを示す平面図である。
【図４】積層前の一の繊維ループを示す平面図である。
【図５】積層前の他の繊維ループを示す平面図である。
【図６】一の繊維ループと他の繊維ループとが積層された遠心力支持体を示し、図６（ａ）は遠心力支持体の斜視図、図６（ｂ）は遠心力支持体の要部の断面図、図６（ｃ）はパッド材２６ａを具体的に示す平面図である。
【図７】本発明の他の実施の形態の遠心力支持体の一の繊維ループを示す平面図である。
【図８】他の実施の形態に係り、積層された遠心力支持体を概略示す平面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施の形態の遠心力支持体の一の繊維ループを示す平面図である。
【図１０】さらに他の実施の形態に係り、積層された遠心力支持体を概略示す平面図である。
【図１１】エラストメリックベアリングを用いた従来の技術のロータハブ構造体１を示す断面図である。
【図１２】先行技術のロータハブ構造体７をロータ回転軸線に直交する平面で部分的に切断して示す断面図である。
【図１３】先行技術のループ体８を示す平面図である。
【図１４】先行技術のループ体８の主要部を示す平面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１０  ロータハブ構造体
１２  マスト
１３  ブレード
１４  インナーループ
１４ａ  凹所
１５  ヨーク
２２  アーム部
２３  クロス材
２４  アウターループ
２５  エラストメリックベアリング
【図１】
2006088910.tif 000003
【図２】
2006088910.tif 000004
【図３】
2006088910.tif 000005
【図４】
2006088910.tif 000006
【図５】
2006088910.tif 000007
【図６】
2006088910.tif 000008
【図７】
2006088910.tif 000009
【図８】
2006088910.tif 000010
【図９】
2006088910.tif 000011
【図１０】
2006088910.tif 000012
【図１１】
2006088910.tif 000013
【図１２】
2006088910.tif 000014
【図１３】
2006088910.tif 000015
【図１４】
2006088910.tif 000016