(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアプロペラ羽根のための旋回軸（３０、３０′、３０′）であって、
プロペラハブ上に半径方向に取り付けられており且つ旋回軸線（Ｚ）を中心に旋回することに適している回転支持物（３６）と、
羽根根元を受け入れるためのハウジング（４０）と、前記旋回軸線に対して横方向に延び且つ釣合おもりを形成する調速機おもり（３２）を支持する少なくとも１つのアーム（３４）とを備えている、羽根支持物（３８）とを備える旋回軸において、
前記アームとその調速機おもりとが、前記回転支持物（３６）に面しかつ二重曲率を有する概ね球形キャップの幾何学的形状を有し、前記アームと前記調速機おもりが、前記旋回軸線（Ｚ）と、前記アームが延びている方向（Ｙ）とによって画定されている縦方向の平面内において湾曲している第１部分と、前記旋回軸線（Ｚ）と、前記ハウジング（４０）が延びている方向（Ｘ）とによって画定されている横断方向の平面内において湾曲している第２部分とを有することを特徴とする旋回軸。
【請求項２】
前記第１部分及び前記第２部分の各々が、ターボプロッププロペラ羽根の場合に２００ｍｍから４００ｍｍの範囲内に含まれ、二重反転プロペラ羽根を有するターボプロップのプロペラ羽根の場合に７００ｍｍから９００ｍｍの範囲内に含まれる、それぞれの曲率半径（ＲC1、ＲC2）を有する請求項１に記載の旋回軸。
【請求項３】
少なくとも前記羽根支持物は有機マトリックス複合材料で作られている請求項１〜２のいずれか一項に記載の旋回軸。
【請求項４】
前記羽根支持物は、前記旋回軸線に対して横方向に延びており且つ釣合おもりを形成する調速機おもりを各々が支持する、２つの互いに反対側に位置したアームを備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の旋回軸。
【請求項５】
前記羽根支持物の前記アームは、湾曲したプロファイルの部分（４２）を介して前記ハウジングに連結されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の旋回軸。
【請求項６】
前記羽根支持物の前記アームは、直線状のプロファイルの部分（４４）を介して前記ハウジングに連結されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の旋回軸。
【請求項７】
前記羽根支持物の前記ハウジングは、前記アームに対して概ね垂直である方向（Ｘ）に方向配置されているソケット（４０）である請求項１〜６のいずれか一項に記載の旋回軸。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一項に記載の旋回軸（３０、３０′、３０′）内に各々が取り付けられている複数の羽根（２６）を備えるエアプロペラ（２４ａ、２４ｂ）。
【請求項９】
請求項８に記載の少なくとも１つのプロペラ（２４ａ、２４ｂ）を含む航空機ターボプロップ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エアプロペラの全般的分野に関する。特に、本発明はプロペラ羽根旋回軸に関する。
【背景技術】
【０００２】
エアプロペラは、航空機を推進させるために航空機産業の分野で特に使用されている。エアプロペラは、特に、単一のプロペラ又は二重反転プロペラを有する航空機ターボプロップにおいて使用される。
【０００３】
典型的には、航空機ターボプロップのプロペラの各々は、複数のアンダクテッドファン（ｕｎｄｕｃｔｅｄ  ｆａｎ）で構成されている。ファン羽根は可変ピッチであり、即ち、各々の羽根が、その前縁の配向をエンジン回転数に対して適合させるためにその羽根の縦軸線（そのピッチ軸）を中心に旋回することが可能である。したがって、ファン羽根の配向（ピッチ設定値（ｐｉｔｃｈ  ｓｅｔｔｉｎｇ）とも呼ばれる）は、ターボプロップの推力が操作されることを可能にするパラメータの１つを構成する。
【０００４】
この目的のために、各々のプロペラ羽根は、概して、その根元を介して、プロペラハブのオリフィス内に半径方向に配置されており且つ羽根の縦軸線を中心にそのオリフィス内で旋回することが可能である回転支持物を備える、旋回軸上に取り付けられている。
【０００５】
各々の羽根旋回軸は、さらに、羽根根元を受け入れるソケットと、旋回軸の旋回軸線対して横方向に延び且つ釣合おもりを形成する調速機おもりを支持する少なくとも１つのアームとを備えている、羽根支持物も有する。したがって、エンジン故障の発生時には、旋回アーム上に配置されている調速機おもり上に作用する遠心力が、羽根が自動的にフェザリングされることと、羽根がそのフェザリング配向に保持されることとを確実なものにする働きをする。
【０００６】
したがって、プロペラ羽根の旋回軸の主要な機能は、（動的空気力及び遠心力に対抗して）羽根を保持することと、（本質的に遠心力に対抗して）羽根をフェザリングするために調速機おもりを保持することと、（主に慣性力に対抗して）羽根に対する配向の誘導を提供することである。
【０００７】
羽根旋回軸は、概して、金属、特に鋼又はチタンで作られている。不幸なことに、特に二重反転プロペラを有するターボプロップにおいて、多数の羽根が旋回軸の数を増大させ、ひいては、機上重量を増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、重量の削減、特に、釣合おもりを形成する調速機おもりに対して遠心力によって及ぼされる力の低減の実現を可能にする、羽根旋回軸のための形状を提供することが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、本発明によって、エアプロペラ羽根のための旋回軸であって、プロペラハブ上に半径方向に配置されており且つ旋回軸線を中心に旋回することに適している回転支持物と、羽根支持物とを備え、この羽根支持物は、羽根根元を受け入れるためのハウジングと、旋回軸線に対して横方向に延び且つ釣合おもりを形成する調速機おもりを支持する少なくとも１つのアームとを含み、このアームとその調速機おもりとが概ね球形キャップの幾何学的形状を有する旋回軸によって実現される。
【００１０】
羽根旋回軸のアームに作用する遠心力がそのアームが湾曲することを生じさせる傾向がある。概ね球形キャップの形状を有する、アームとこのアームの調速機おもりとを有することが、アームの湾曲によって生じさせられる引張応力と圧縮応力とのより適切な分散を実現することによって、アームの構造的効率を増大させることを可能にする。このことが、羽根旋回軸の重量を軽量化することを可能にする。
【００１１】
さらに、羽根支持物のアーチ形天井（ｖａｕｌｔｅｄ）の形状が、（円筒形の形状、又は、二重曲率を有する形状を有することもある）そのナセルの中に羽根旋回軸を一体化することを容易にする。特に、こうした形状によって、羽根旋回軸の半径方向サイズが縮小されることが可能である。
【００１２】
好ましくは、アームとその調速機おもりとが、縦方向の平面内で湾曲している部分と、横断方向の平面内で湾曲している部分とを有する。こうした状態では、この湾曲部分の各々が、ターボプロッププロペラ羽根の場合に２００ミリメートル（ｍｍ）から４００ｍｍの範囲内に含まれ、二重反転プロペラを有するターボプロップのプロペラ羽根の場合に７００ｍｍから９００ｍｍの範囲内に含まれる、それぞれの曲率半径を有してもよい。
【００１３】
さらに、好ましくは、少なくとも羽根支持物が有機マトリックス複合材料で作られている。プロペラ旋回軸の主要部分を複合材料で形成することは、金属で作られている従来技術のプロペラ旋回軸に比較して約３０％から５０％の重量の大きな減少を実現することを可能にする。
【００１４】
この羽根支持物は、旋回軸に対して横方向に延びており且つ釣合おもりを形成する調速機おもりを各々が支持する、２つの互いに反対側に位置したアームを備えてもよい。
【００１５】
一実施態様では、羽根支持物アームは、湾曲プロファイルの一部分を介してハウジングに連結されている。この例では、アームと、凹みを有する旋回軸の中央区域との間の経路が、連続しており、これによって、アームの湾曲によって生じさせられる引張応力と圧縮応力との分散をさらに改善する。特に、羽根支持物が２つの互いに反対側に位置したアームを有する時には、これらのアームがハウジングに連結され、ハウジングから上流側と下流側とに延びる。したがって、複合材料が羽根支持物の形成に使用される場合には、その複合材料の部分が、アームの湾曲によって生じさせられる応力が大きい区域内において最大化される。
【００１６】
別の実施態様では、羽根支持物アームは、直線状プロファイルの一部分を介してハウジングに連結されている。上述の実施態様と比較して、直線状プロファイルの一部分によるこうした連結は、重量の大きな削減を実現することを可能にする。
【００１７】
羽根支持物ハウジングは、アームに対して概ね垂直である方向に方向配置されているソケットであってもよい。
【００１８】
本発明は、さらに、上記定義の通りの旋回軸の中に各々が取り付けられている複数の羽根を備える、エアプロペラも提供する。本発明は、さらに、少なくとも１つのこうしたプロペラを含む航空機ターボプロップも提供する。
【００１９】
本発明の他の特徴と利点とが、限定的な特徴を持たない実施形態を示す、添付図面を参照して示されている以下の説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明が特に適用される２つのアンダクテッドプロペラ（ｕｎｄｕｃｔｅｄ  ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ）を有するターボプロップの縦方向の片面断面図の形の略図である。
【図２】プロペラ羽根旋回軸の動作を示す略図である。
【図３】上方から見た、本発明の第１の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸の斜視図である。
【図４】下方から見た、本発明の第１の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸の斜視図である。
【図５】図３と図４の旋回軸の縦断面図である。
【図６】図３と図４の旋回軸の横断面図である。
【図７】上方から見た、本発明の第２の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸の斜視図である。
【図８】下方から見た、本発明の第２の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸の斜視図である。
【図９】本発明の第３の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、可変ピッチ羽根を有する少なくとも１つのプロペラを有する任意の航空機ターボプロップに適用され、図１に示されているターボプロップのような、二重アンダクテッド反転プロペラを有する航空機ターボプロップに特に適用される。
【００２２】
このようなターボプロップ１０は公知であり、したがって、詳細には説明しない。典型的には、ターボプロップ１０は、縦軸線１２と、この縦軸線を中心に同軸に配置されている環状ナセル１４とを備える。ターボプロップ１０は、さらに、上流側から下流側に、圧縮機１６と、二重反転ロータ２２ａ、２２ｂを有するタービン２０とを備え、これらの様々な要素も、ターボプロップの縦軸線１２を中心として同軸的に配置されている。
【００２３】
ターボプロップ１０は、さらに、可変ピッチのファン羽根２６を有する、上流（即ち、前方）プロペラ２４ａと下流（即ち、後方）プロペラ２４ｂとを有する。より明確に述べると、各プロペラ２４ａ、２４ｂのファン羽根２６は、ターボプロップの縦軸線１２上に心合わせされたそれぞれの回転リング２８ａ、２８ｂ上に取り付けられている。タービン２０の各ロータ２２ａ、２２ｂは、その回転リング上に取り付けられているプロペラ２４ａ、２４ｂの１つを有する回転リング２８ａ、２８ｂのそれぞれ１つを支持し且つ回転駆動する。あるいは、代替案として、プロペラ２４ａ、２４ｂは、減速歯車伝達装置（ｓｔｅｐｄｏｗｎ  ｇｅａｒｉｎｇ）を介してタービンの単一のロータによって回転駆動されることも可能である。
【００２４】
２つのプロペラ２４ａ、２４ｂのファン羽根２６は可変ピッチであり、即ち、これらのプロペラの各々は、その前縁の配向をエンジン速度及び／又はパイロットの操作に適合化させるように、そのプロペラの縦軸線を中心に旋回することが可能である。
【００２５】
このために、図２に示されているように、各々のファン羽根２６は、対応する回転リング２８ａ、２８ｂ上に半径方向に取り付けられる旋回軸３０上に取り付けられていると同時に、旋回軸の旋回軸線Ｚを中心としてこのオリフィス内で旋回することに適している。したがって、回転リング２８ａ、２０ｂに対する相対的な旋回軸３０の旋回が、対応するファン羽根の前縁の配向の変化を生じさせる。この旋回は、油圧タイプ又は電気タイプの従来のアクチュエータ装置によって得られる。
【００２６】
エンジン故障の発生時には、自動的に、即ち、実質的にゼロである相対風ＶRに対する迎え角を有するように、ファン羽根２６の各々がフェザリングされることが可能であることが有利である。さらに、旋回軸３０を旋回させるためのアクチュエータ装置の故障の場合にさえ、ファン羽根２６をフェザリング状態に保つために、受動手段が備えられる。詳細に述べると、各々の羽根の推力軸Ｌが、旋回軸３０の旋回軸線Ｚに対してオフセットしており、これによって、羽根が旋回することを生じさせる傾向がある空気力学的トルクＭAを発生させてもよい。さらに、重心Ｇが旋回軸線Ｚに対してオフセットしている結果として、慣性トルクＭiも発生させられる。
【００２７】
これらのトルクＭA、Ｍiに対抗するために、かつ羽根をフェザリング状態に保つために、典型的には、釣合おもりを形成する調速機おもり３２が、旋回軸線Ｚに対して横方向に延びるアーム３４の自由端部に取り付けられている。プロペラがその旋回軸線Ｏを中心に回転している時に、調速機おもり３２に作用する遠心力ＦCが、アーム３４の主方向Ｙをプロペラの接線方向Ｙ′に整合させる傾向があり、これによって、空気力学的トルクＭAと慣性トルクＭiとに対抗して、羽根を相対風ＶRの方向に再び整合させるように、これらのアームは、羽根３０の圧力側と吸込み側とに対して実質的に垂直に方向配置されている（角度αは、羽根の根元を受け入れる旋回軸のソケットに対して垂直な平面に対して±３０°の範囲内にある）。
【００２８】
図３と図４は、本発明の第１の実施形態におけるプロペラ羽根旋回軸３０の斜視図である。
【００２９】
この実施形態では、プロペラ羽根旋回軸３０は、回転支持物３６と羽根支持物３８とを備える。この回転支持物３６は、旋回軸の旋回軸線Ｚを中心とした中空の円筒の形状である。この回転支持物３６は、ターボプロップのそれぞれの回転リング上に半径方向に取り付けるためのものであり、且つ、旋回軸線Ｚを中心に旋回することが可能である。
【００３０】
羽根支持物３８は、特に、例えばスロットの形状のソケット４０ような、羽根根元を受け入れるためのハウジングと、そのソケットから旋回軸線Ｚに対して横方向に延びる２つの互いに反対側に位置したアーム（即ち、圧力側アーム３４ａと吸込み側アーム３４ｂ）とを備える。
【００３１】
図に示されている例では、羽根根元のためのハウジングはスロットの形状である。当然であるが、選択された用途に応じて、他のタイプのハウジング、特に羽根根元が円筒形である時の円筒形ハウジングを想定することが可能である。
【００３２】
アーム３４は旋回軸線Ｚに対して垂直である方向Ｙに延び、ソケット４０は、旋回線軸Ｚとアーム３４ａ、３４ｂの方向Ｙとに対して垂直である方向Ｘに延びる。さらに、各々のアームは、その自由端部に、釣合おもりを形成する調速機おもり３２を有する。
【００３３】
本発明では、各々のアーム３４ａ、３４ｂは、その調速機おもり３２と共に、概ね球形キャップの幾何学的形状を有する。
【００３４】
本明細書では、術語「球形キャップの形状」は、その球形キャップの形状が有する各々のアームと調速機おもりとが、（中央平面ではない）平面によって切頭されている球体の一部分の形状を有するということを意味する。
【００３５】
言い換えると、アームとその調速機おもりとが、二重曲率を有する内向きの（即ち、回転支持物３６に面する）アーチ形天井を有する。
【００３６】
したがって、旋回軸３０の縦断面図（即ち、旋回軸線Ｚとアーム３４の方向Ｙとによって画定されている平面における図）である図５に示されているように、各々のアーム３４ａ、３４ｂとその調速機おもり３２は、第１の曲率半径ＲC1で湾曲している部分を有する。
【００３７】
同様に、図６は、横断面図の形で第１の実施形態のプロペラ羽根旋回軸を示し、即ち、旋回軸線Ｚとソケット４０の方向Ｘとによって画定されている平面における図を示す（図６は、さらに、図５の平面ＶＩ−ＶＩにおける断面図でもある）。
【００３８】
この横断平面では、吸込み側アーム３４ｂとその調速機おもり３２は、同様に、第２の曲率半径ＲC2で湾曲している部分を有する。これらの図には示されていないが、圧力側アーム３２ｂとその調速機おもりも、さらに、この横断面平面において湾曲している部分を示す。
【００３９】
調速機おもり３２の重心と旋回軸線Ｚとの間の距離が１００ｍｍから３００ｍｍの範囲内にある旋回軸の場合には、曲率半径ＲC1、ＲC2は、（ターボプロッププロペラ羽根の場合に）２００ｍｍから４００ｍｍの範囲内であり、（二重反転プロペラを有するターボプロップのプロペラ羽根の場合に）７００ｍｍから９００ｍｍの範囲内である。
【００４０】
調速機おもりを備えた２つのアームを旋回軸が有する場合には、旋回軸線Ｚに対するこの２つの調速機おもりの重心の半径方向距離の間の差が最小化されるべきであるということに留意されたい。
【００４１】
さらに、２つのアームが存在する場合には、好ましくは、調速機おもりの半径方向位置が、旋回軸が回転している時に互いに対して衝突することを避けるために、互いに異なっていなければならない。言い換えると、任意の特定の旋回軸の圧力側アーム３４ａのための曲率半径ＲC1と吸込み側アーム３４ｂのための曲率半径ＲC1は互いに異なっている。
【００４２】
第１の実施形態では、羽根支持物３６の２つのアーム３４ａ、３４ｂは、湾曲したプロファイルの部分４２によってソケット４０に連結されている。
【００４３】
したがって、アーム３４ａ、３４ｂと、ソケット４０を備えた旋回軸の中央区域との間の経路は、連続しており、これによって、湾曲するアームによって生じさせられる引張応力と圧縮応力とをより適切に分散させる。特に、これらのアームはソケットに連結されており、さらには、（平面Ｘ−Ｚと平面Ｙ−Ｚとにおける）その二重湾曲を維持しながら、ソケットから上流側と下流側に延びる。
【００４４】
この結果として、複合材料が羽根支持物の生産に使用される場合に、その複合材料の部分が、アームの湾曲によって生じさせられる応力が大きい区域内において、最大化させられる。
【００４５】
アームが、例えば、ボルト留めタイプの組立手段を使用して又は雄型の形状と雌型の形状との間の協働を含むことによって羽根支持物に付加される要素であることが可能であるということに留意されたい。
【００４６】
図７と図８は、本発明の第２の実施形態のプロペラ羽根旋回軸３０′の斜視図である。
【００４７】
旋回軸３０′は、羽根支持物３８の２つのアーム３４ａ、３４ｂが直線状プロファイルの部分４４によってソケット４０に連結されているという点で、上述の旋回軸とは異なっている。言い換えると、ソケット４０を有する旋回軸の中央区域は、図５と図６に示されている中央区域に比較して、上部が切り取られている。したがって、上述の実施形態に比較して、羽根旋回軸３０′の重量が減少させられている。
【００４８】
図９は、本発明の第３の実施形態のプロペラ羽根旋回軸３０"の縦断面図である。この実施形態では、羽根支持物３８は１つのアーム３４だけを有する。他の特徴は、上述した２つの実施形態のどちらかを参照して説明した特徴と同一である。特に、この実施形態では、アーム３４とその調速機おもり３２は、同様に、概ね球形キャップの幾何学的形状を有する。
【００４９】
上述した実施形態のすべてに共通している有利な対応策では、少なくとも羽根支持物（及び、恐らくは、さらに、回転支持物）が、有機マトリックス複合材料で作られている。
【００５０】
典型的には、使用される有機マトリックス複合材料は、有機マトリックス内に埋め込まれている繊維、さらに詳細には、ポリマーマトリックス内に埋め込まれている繊維を含む。この繊維は、特に、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、又は、ポリエチレン繊維等であってもよい。これらの繊維は、単一方向である層の形に配置されているか、２次元的又は３次元的に織られているか、及び／又は、編組み（ｂｒａｉｄｅｄ）されていてもよい。これらの繊維は、有機マトリックス内に埋め込まれており、さらに詳細には、ポリマーマトリックス内に埋め込まれており、このポリマーマトリックスは、特に、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂によって、又は、より適切に高温度に適合化されている他の熱硬化性樹脂によって、形成されてもよい。
【００５１】
本明細書中にその内容が参照として援用されている、本出願人によって２０１３年５月１７日付で出願されたフランス特許出願公開第１３／５４４２７号明細書とフランス特許出願公開第１３／５４４２８号明細書とを参照されたい。これらの特許出願は、有機マトリックス複合材料で少なくとも部分的に作られるプロペラ羽根旋回軸の様々な具体例を説明する。
【符号の説明】
【００５２】
１０    ターボプロップ
１２    縦軸線
１４    環状ナセル
１６    圧縮機
１８    燃焼室
２０    タービン
２２ａ    二重反転ロータ
２２ｂ    二重反転ロータ
２４ａ    プロペラ
２４ｂ    プロペラ
２６    ファン羽根
２８ａ    回転リング
２８ｂ    回転リング
３０    旋回軸
【図１】
0006453866.tif 000002
【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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