(57)【要約】【課題】振動、騒音を低減可能な固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタを提供すること。【解決手段】上段ローター７、下段ローター８が共通の回転中心軸線６を中心として逆回転する固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ１において、上段ローター７は、回転中心軸線６を中心とする上段内リング７１、上段外リング７２と、上段内リング７１および上段外リング７２の間に、回転中心軸線６を中心として放射状に架け渡された複数枚の上段ローターブレード７３と、回転中心軸線６を中心軸線とする上段ローターシャフト７０に上段内リング７１を連結している上段連結部材７４とを備えている。下段ローター８も同一構造である。上段ローター７による翼端流の発生を抑制でき、振動、騒音の少ないヘリコプタを実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上段ローターおよび下段ローターが共通の回転中心軸線を中心として逆回転する固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタにおいて、
前記上段ローターは、
前記回転中心軸線を中心とする上段内リングおよび上段外リングと、
前記上段内リングおよび前記上段外リングの間に、前記回転中心軸線を中心として放射状に架け渡された複数枚の上段ローターブレードと、
前記回転中心軸線を中心軸線とする上段ローター駆動軸に前記上段内リングを連結している上段連結部材とを備え、
前記下段ローターは、
前記回転中心軸線を中心とする下段内リングおよび下段外リングと、
前記下段内リングおよび前記下段外リングの間に、前記回転中心軸線を中心として放射状に架け渡された複数枚の下段ローターブレードと、
前記回転中心軸線を中心軸線とする下段ローター駆動軸に前記下段内リングを連結している下段連結部材とを備えていることを特徴とする固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ。
【請求項２】
前記上段連結部材および前記下段連結部材のそれぞれは、円盤状部材、または、前記回転中心軸線を中心として放射状に配列した複数本の線状部材である請求項１に記載の固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ。
【請求項３】
前記上段ローターブレードおよび前記下段ローターブレードのそれぞれは、テーパー翼あるいは捩り下げ翼であり、その翼端よりも翼根側に近い位置に揚力の中心が位置している請求項１または２に記載の固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ。
【請求項４】
着陸地点に設置される地上側着陸誘導部材に係合して着陸点にガイドされる機体側着陸誘導部材を有している請求項１、２または３に記載の固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ。
【請求項５】
前記機体側着陸誘導部材には、前記地上側着陸誘導部材に係合する際の衝撃を吸収する衝撃吸収装置が配置されている請求項４に記載の固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下に配置した二つのローターが共通の回転中心軸線回りに逆回転する固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタは、互いに逆方向に回転する二つの同形ローターを上下に配置することでトルクを打ち消し合う。尾部ローターを必要としないので、全体の寸法を小さくできる。一人乗り等の小型ヘリコプタ、薬剤散布などに用いる無線操縦式の小型ヘリコプタとして用いるのに適している。また、高度１５０ｍ以下の「空の渚」と呼ばれる空域を、ＧＰＳで予め決めた経路に沿って飛行する一人乗り、二人乗りの小型ヘリコプタ等として用いるのに適している。この形式のヘリコプタでは、推力はローターのブレードの回転面を水平面に対して傾斜させることにより得られる。ヨーコントロールは２枚のローターのトルク差により行うことができる。
【０００３】
本発明者等は、特許文献１において、手軽に使用することのできる一人乗り用の小型ヘリコプタを提案している。当該特許文献１に開示の小型ヘリコプタでは、座席部を備えた下部機体が、２枚のローターを備えた駆動部から、前後方向および左右方向にスライド可能なスライドユニットおよび揺動自在継手を介して、吊り下げられている。座席に座ったパイロットが操縦用スティックを前後左右に操作することにより、上下の２枚のローターを前後左右に傾けることができる。また、操縦用スティックの操作に連動して、スライドユニットが駆動する。これにより、ローターおよび、その駆動部を備えた駆動ユニットが、前後左右にスライドして、ローターによる揚力中心がヘリコプタの重心に一致する方向に移動する。小さな操作力で操縦用スティックを操作して、目標とする方向に向かって飛行することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１２／０２６１１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、同軸２重反転型ヘリコプタの上ローターおよび下ローターのそれぞれは、一般に、それらの駆動軸を中心として放射状に延び、翼端が自由端となっている複数枚のローターブレードから構成されている。
【０００６】
飛行中などにおいては、対気速度のある状態で上下のローターブレードが回転する。この状態では、ローターブレードが１回転する間に、当該ローターブレードに作用する回転負荷トルクが変動し、これに伴って大きな振動、騒音が発生する。
【０００７】
また、下段側のローターブレードは、その両側の翼端が、上段側のローターブレードの回転に伴って発生する翼端流を横切りながら、回転する。このため、翼端流を通過しながら回転する下段側のローターブレードに振動が発生する。このような振動を抑制するために、従来においては、ローターブレードをテーパー翼にし、その翼弦長を短くすることで、翼端流の発生を抑制している。
【０００８】
本発明の課題は、このような点に鑑みて、振動、騒音を低減可能な固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、上段ローター（７）および下段ローター（８）が共通の回転中心軸線（６）を中心として逆回転する固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタにおいて、上段ローターは、回転中心軸線を中心とする上段内リングおよび上段外リングと、上段内リングおよび上段外リングの間に、回転中心軸線を中心として放射状に架け渡された複数枚の上段ローターブレードと、回転中心軸線を中心軸線とする内側ローターシャフトに上段内リングを連結している上段連結部材とを備えている。同様に、下段ローターは、回転中心軸線（６）を中心とする下段内リングおよび下段外リングと、下段内リングおよび下段外リングの間において、回転中心軸線を中心として放射状に架け渡された複数枚の下段ローターブレードと、回転中心軸線を中心軸線とする外側ローターシャフトに下段内リングを連結している下段連結部材とを備えている。
【００１０】
ここで、上段連結部材および下段連結部材のそれぞれは、円盤状部材（第１形態）、あるいは、回転中心軸線を中心として放射状に配列した線状部材（第２形態）とすることができる。また、円盤状部材と放射状に配列した線状部材との組み合わせ（第３形態）とすることもできる。さらに、上下の段の連結部材を、上下の段の外リングに外周縁が連結され、半径方向の内方に向かって所定の幅を備えた円盤状部材と、この円盤状部材の内周縁から上下の段の内リングまで放射状に延びる複数本の線状部材とから構成すること（第４形態）ができる。逆に、上下の段の連結部材を、上下の段の内リングに内周縁が連結され、半径方向の外方に向かって所定の幅を備えた円盤状部材と、この円盤状部材の外周縁から上下の段の外リングまで放射状に延びる複数本の線状部材とから構成すること（第５形態）ができる。さらに、上下の段の連結部材を、上下の段の外リングに外周縁が連結され、半径方向の内方に向かって所定の幅を備えた外側円盤状部材と、上下の段の内リングに内周縁が連結され、半径方向の外方に向かって所定の幅を備えた内側円盤状部材と、外側円盤状部材の内周縁と内側円盤状部材の外周縁の間に放射状に配列した複数本の線状部材とから構成すること（第６形態）もできる。これに加えて、上段連結部材および下段連結部材を同一形態とすること、および、双方を異なる形態とすることも可能である。
【００１１】
また、上段ローターブレードおよび下段ローターブレードのそれぞれは、テーパー翼あるいは捩り下げ翼とすることができ、これらの翼端よりも翼根側に近い位置に揚力の中心を位置させることが望ましい。
【００１２】
本発明の上段ローターは、複数のローターブレードの翼端に取り付けた上段外リングを備えている。上段外リングを設けることにより、翼端流の発生を抑制できる。この結果、上段ローターの上段ローターブレードが発生させた翼端流を下段ローターブレードの翼端が横切る際に発生する振動、騒音を低減できる。
【００１３】
また、内外のリングの間に放射状に架け渡された状態に複数枚のローターブレードが配置されるので、ローターブレードの枚数を簡単に増やすことができる。ローターブレードの枚数を増加することにより、同一の推力を発生させる場合に生ずるトルク負荷変動を小さくでき、それに伴う振動、騒音が低減する。
【００１４】
さらに、ローターブレードの枚数を増やすことで、同一馬力の駆動源を用いて同一の推力を発生させるために必要なローター外径寸法を小さくできる。よって、ヘリコプタの小型化に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を示す説明図である。
【図２】図１のヘリコプタのローター駆動ユニットの平面配置を示す説明図である。
【図３】図１のヘリコプタのローター駆動ユニットおよびスライドユニットを示す概略側面図である。
【図４】図１の上段ローターを示す平面図および側面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る無人用のヘリコプタの全体構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した固定ピッチ式の同軸２重反転型ヘリコプタの実施の形態を説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を示す説明図であり、図２はヘリコプタのローター駆動ユニットの平面配置を示す説明図であり、図３はヘリコプタのローター駆動ユニットおよびスライド機構を示す概略側面図である。
【００１８】
図１、図２および図３を参照して実施の形態１に係る一人乗り用のヘリコプタの全体構成を説明する。ヘリコプタ１は、上段ローター７および下段ローター８を回転駆動するためのローター駆動ユニット２と、このローター駆動ユニット２の下面に取り付けられているスライドユニット３と、このスライドユニット３の下面から揺動自在継手４を介して吊り下げられている下部機体５とを有している。上段ローター７および下段ローター８は、回転中心軸線６を中心として逆方向に回転する。スライドユニット３の下側には円環状のマフラー１０が取り付けられている。
【００１９】
ローター駆動ユニット２の下面に取り付けられているスライドユニット３には金属製の操縦用スティック１１が取り付けられている。操縦用スティック１１はスライドユニット３におけるヘリコプタ前面側の端から前方に水平に延びた後に湾曲して下方に延びる略Ｌ形状のスティックである。スライドユニット３には、図２、図３に示すように、前後スライドユニット１２および左右スライドユニット１３が搭載されている。これらは、ローター駆動ユニット２を、下部機体５に対して、回転中心軸線６に直交する直交平面方向にスライドさせるためのものである。
【００２０】
図２、図３に示すように、前後スライドユニット１２は、ヘリコプタ前後方向（操縦用スティック１１の位置する方向を前方とする。）に配置されている。この前後スライドユニット１２の前後スライダ１２ａには、これに直交するヘリコプタ左右方向に延びる左右スライドユニット１３が搭載されている。左右スライドユニット１３の左右スライダ１３ａがローター駆動ユニット２の下面に取り付けられている。なお、左右スライドユニット１３に前後スライドユニット１２を搭載し、前後スライドユニット１２をローター駆動ユニット２の下面に取り付けてもよい。
【００２１】
ローター駆動ユニット２は、エンジンユニット２５と、ここから出力される回転駆動力を逆向きの回転として、回転中心軸線６を中心に回転する内側ローターシャフト７０および外側ローターシャフト８０に伝達する駆動力伝達機構２０を備えている。エンジンユニット２５は、図２から分かるように、９０度の角度間隔で放射状に配列した４基のエンジンユニット２５を備えている。各エンジンユニット２５はそれぞれクラッチ機構を介して共通の駆動力伝達機構２０に連結されている。内側ローターシャフト７０には上段ローター７が同軸に固定され、外側ローターシャフト８０には下段ローター８が同軸に固定されている。
【００２２】
一方、図１、図３に示すように、下部機体５は上下方向に延びる金属製のパイプフレー
ム１４を中心に構成されている。パイプフレーム１４の上端部１４ａは揺動自在継手４（ユニバーサルジョイント）を介してスライドユニット３の底板１５の下面中心部に連結されている。上端部１４ａおよび揺動自在継手４は、初期位置において、回転中心軸線６の延長線上に中心および揺動中心が一致するように配置されている。
【００２３】
パイプフレーム１４の上端部１４ａには、底板１５から下側に一定の距離の部位に、円盤状フランジ１６が水平に固定されている。これら、底板１５と円盤状フランジ１６の間には、揺動自在継手４を中心として等角度間隔で３本以上の伸縮式の連結具が架け渡されている。本例では、上下方向に延びる４本の伸縮式の連結具１７が同一円上に９０度の角度間隔で配置されている。なお、揺動自在継手４を中心として１８０度未満の角度、例えば、９０度の角度で２本の連結具１７を架け渡しておくこともできる。各伸縮式の連結具１７の伸縮ロッド１７ａの上端部はボールジョイント１７ｂを介して底板１５に連結されており、各連結具１７の固定側ハウジング１７ｃの下端部は、伸縮ロッド１７ａの中心軸線の延長線上の位置において同じくボールジョイント１７ｄを介して円盤状フランジ１６に連結されている。
【００２４】
操縦用スティック１１を操作して、揺動自在継手４を中心として、ローター駆動ユニット２を前方に傾斜させると、揺動自在継手４を挟み前後に位置する連結具１７が伸縮する。また、ローター駆動ユニット２を左右に傾斜させると、左右の連結具１７が伸縮する。操縦用スティック１１の操作力が小さくなる方向にスライドユニット３が駆動制御される。無線操縦等の場合には、操縦用のアクチュエータ（モーター）の電流値が小さくなるようにスライドユニット３が駆動制御される。
【００２５】
次に、図１に示すように、パイプフレーム１４の下側部分には座席部２１が取り付けられている。座席部２１の下側のパイプフレーム１４の部位は例えば三又状に広がったスタンド部分２２となっており、スタンド部分２２の下端には車輪２３が取り付けられている。スタンド部分２２における座席部２１の後側の部位には燃料タンク２４が取り付けられている。操縦用スティック１１の下端の操縦桿部分１１ａは、座席部２１に座ったパイロットＰにより操作可能な高さ位置にある。
【００２６】
（上段ローターおよび下段ローター）
図４は上段ローター７を示す平面図および側面図である。図１および図４を参照してローター駆動ユニット２の上段ローター７および下段ローター８について説明する。
【００２７】
上段ローター７は、回転中心軸線６を中心とする上段内リング７１および上段外リング７２を備えている。上段内リング７１と上段外リング７２の間には、複数枚の上段ローターブレード７３が回転中心軸線６を中心として放射状に架け渡されている。図示の例では８枚の上段ローターブレード７３が等角度間隔で配列されている。すなわち、各上段ローターブレード７３の翼根が上段内リング７１の外周面に固定され、その翼端が上段外リング７２の内周面に固定されている。上段内リング７１は、複数本の線状の上段連結部材７４によって、回転中心軸線６を中心軸線とする内側ローターシャフト７０に取り付けたハブ７５に固定されている。図示の例では４本の線状の上段連結部材７４が、内側ローターシャフト７０を中心として９０度の角度間隔で放射状に配列されている。
【００２８】
下段ローター８は上段ローター７と同一大きさ、同一構造のものであり、回転中心軸線６を中心とする下段内リング８１および下段外リング８２を備えている。下段内リング８１と下段外リング８２の間には、８枚の下段ローターブレード８３が回転中心軸線６を中心として放射状に架け渡されている。下段内リング８１は、４本の線状の下段連結部材８４によって、回転中心軸線６を中心軸線とする外側ローターシャフト８０に取り付けたハブ８５に固定されている。
【００２９】
各下段ローターブレード８３は、図１から分かるように、上段ローターブレード７３とは逆方向に傾く状態に配置されている。ここで、上段ローターブレード７３および下段ローターブレード８３が同一径の場合には、下段ローターブレード８３の迎角を大きくすればよい。上下段ローターブレード７３、８３の迎角を同一にする場合には、下段ローターブレード８３の外径を大きくすればよい。
【００３０】
また、上段ローターブレード７３に対して、下段ローターブレード８３の外径を小さくして速く回転させることで、ホバリング時等において、回転中心付近を吹き上がる風の流れを少なくすることができる。
【００３１】
ここで、上段連結部材７４および下段連結部材８４のそれぞれは、円盤状部材とすることも可能である。また、先に述べたように、上段連結部材７４および下段連結部材８４のそれぞれは、円盤状部材（第１形態）、あるいは、回転中心軸線を中心として放射状に配列した線状部材（第２形態）とすることができる。また、円盤状部材と放射状に配列した線状部材の組み合わせ（第３形態）とすることもできる。さらに、上下の段の連結部材を、上下の段の外リングに外周縁が連結され、半径方向の内方に向かって所定の幅を備えた円盤状部材と、この円盤状部材の内周縁から上下の段の内リングまで放射状に延びる複数本の線状部材とから構成すること（第４形態）ができる。逆に、上下の段の連結部材を、上下の段の内リングに内周縁が連結され、半径方向の外方に向かって所定の幅を備えた円盤状部材と、この円盤状部材の外周縁から上下の段の外リングまで放射状に延びる複数本の線状部材とから構成すること（第５形態）ができる。さらに、上下の段の連結部材を、上下の段の外リングに外周縁が連結され、半径方向の内方に向かって所定の幅を備えた外側円盤状部材と、上下の段の内リングに内周縁が連結され、半径方向の外方に向かって所定の幅を備えた内側円盤状部材と、外側円盤状部材の内周縁と内側円盤状部材の外周縁の間に放射状に配列した複数本の線状部材とから構成すること（第６形態）もできる。これに加えて、上段連結部材および下段連結部材を同一形態とすること、および、双方を異なる形態とすることも可能である。
【００３２】
また、上段ローターブレード７３および下段ローターブレード８３のそれぞれはテーパー翼とされている。これらを捩り下げ翼とすることも可能である。各ローターブレード７３、８３においては、これらの翼端よりも翼根側に近い位置に揚力の中心を位置させることが望ましい。さらに、上段ローターブレード７３および下段ローターブレード８３の間隔を狭くすることにより、効率が良くなることが期待される。上段ローターブレード７３および下段ローターブレードを近接配置すると、これらが干渉するおそれがある。本例の構造では、干渉した場合においても上下の段のローターブレード７３、８３が破損しにくいという利点がある。
【００３３】
［実施の形態２］
次に、図５は本発明の実施の形態２に係るヘリコプタを示す説明図である。実施の形態２のヘリコプタ１００は無人用の無線操縦式のヘリコプタである。ヘリコプタ１００の基本構成は実施の形態１のヘリコプタ１と同様であるので、対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略するものとする。
【００３４】
本例のヘリコプタ１００では、そこに搭載されている制御回路１０１に無線送受信部１０２が搭載されており、地上から、リモコン１０３等を用いて無線操縦できるようになっている。また、操縦機構として、操縦用スティック１１および４本の連結具１７の代わりに、４本の伸縮アクチュエータ１７Ａが取り付けられている。伸縮アクチュエータ１７Ａは油圧式あるいは電動式のものであり、個別に伸縮させることにより、ローター駆動ユニット２を前後左右に傾斜させることが可能である。
【００３５】
ここで、本例のヘリコプタ１００の上段ローター７および下段ローター８も、図４に示す構成のものが使用されている。この場合においても、上記のように上段連結部材、下段連結部材を第１〜第６形態のいずれかにすることが可能である。また、上段連結部材および下段連結部材を同一形態とすること、および、双方を異なる形態とすることも可能である。
【００３６】
下部機体５Ａは、揺動自在継手４および４本の伸縮アクチュエータ１７Ａを介して、スライドユニット３から吊り下げられている。この下部機体５Ａは下方に向けて外方に広がる複数本のパイプからなるスタンド１０４を備えている。また、スタンド１０４の内側には、下方に向けてラッパ状に広がる着陸誘導用パイプ１０５（機体側着陸誘導部材）が同軸に固定されている。着陸誘導用パイプ１０５は下方に開口しており、その内部の上端部分には、ストッパー１０６が取り付けられている。
【００３７】
一方、地上におけるヘリコプタ１００の離着陸点には、円筒状の垂直支柱１０７を備えた着陸誘導装置１０８（地上側着陸誘導部材）が設置されている。この垂直支柱１０７の先端には上方に垂直に延びる衝撃吸収装置１０９が取り付けられている。垂直支柱１０７の上端部分および衝撃吸収装置１０９は、ヘリコプタ１００のパイプ１０５に下側から挿入可能な大きさに設定されている。
【００３８】
ヘリコプタ１００の着陸時には、その着陸誘導用パイプ１０５の中心が、地上に設置されている着陸誘導装置１０８の支柱１０７の上方に位置するように、ヘリコプタ１００を位置決めする。この状態でヘリコプタ１００を降下させる。着陸誘導用パイプ１０５の大きく広がっている下端開口側部分の内周面１１０によってガイドされて、ヘリコプタ１００を支柱１０７上に着陸させることができる。また、着陸時の衝撃は、衝撃吸収装置１０９によって吸収緩和される。横風が強い天候状態等においても、確実かつ容易にヘリコプタ１００を着陸させることができる。
【００３９】
なお、この構成の着陸誘導用パイプ１０５および着陸誘導装置１０８から構成される着陸誘導システムは、実施の形態１のヘリコプタ１にも適用可能なことは勿論である。また、上記の例では、着陸誘導用パイプ１０５をヘリコプタの側に配置し、着陸誘導装置１０８を地上に設置している。逆に、着陸誘導用パイプ１０５を地上に設置し、着陸誘導装置１０８をヘリコプタの側に取り付けることも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１    ヘリコプタ
２    ローター駆動ユニット
３    スライドユニット
４    揺動自在継手
５    下部機体
５Ａ  下部機体
６    回転中心軸線
７    上段ローター
８    下段ローター
１０  マフラー
１１  操縦用スティック
１１ａ  操縦桿部分
１２  前後スライドユニット
１２ａ  前後スライダ
１３  左右スライドユニット
１３ａ  左右スライダ
１４  金属製のパイプフレーム
１４ａ  上端部
１５  底板
１６  円盤状フランジ
１７  連結具
１７Ａ  伸縮アクチュエータ
１７ａ  伸縮ロッド
１７ｂ  ボールジョイント
１７ｃ  固定側ハウジング
１７ｄ  ボールジョイント
２０  駆動力伝達機構
２１  座席部
２２  スタンド部分
２３  車輪
２４  燃料タンク
２５  エンジンユニット
７０  内側ローターシャフト
７１  上段内リング
７２  上段外リング
７３  上段ローターブレード
７４  上段連結部材
７５  ハブ
８０  外側ローターシャフト
８１  下段内リング
８２  下段外リング
８３  下段ローターブレード
８４  下段連結部材
８５  ハブ
１００  ヘリコプタ
１０１  制御回路
１０２  無線送受信部
１０３  リモコン
１０４  スタンド
１０５  着陸誘導用パイプ
１０６  ストッパー
１０７  垂直支柱
１０８  着陸誘導装置
１０９  衝撃吸収装置
１１０  内周面
Ｐ  パイロット
【図１】
2015182744.tif 000003
【図２】
2015182744.tif 000004
【図３】
2015182744.tif 000005
【図４】
2015182744.tif 000006
【図５】
2015182744.tif 000007