(57)【要約】【課題】遠心力をループ体３５により支持し効率良く相殺する構造にすることにより、重量軽減、低コスト、信頼性向上を図ることができ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】ループ体３５を構成する略Ｕ字形状のアーム部３７の半径方向内側に、エラストメリックベアリング４５が配設され、これを介してブレード２４が連結される。ループ体３５は、一方向材繊維がループ状に配置されて形成される構造であり、遠心力をループ体３５において、効率良く相殺することができる。このような構造によって、荷重伝達構造を単純化し、重量軽減、低コスト、信頼性向上を実現する。【選択図】      図１
2004268623.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であって、
ロータ回転軸線に直交する面内において、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつロータの回転軸線方向に見て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、少なくとも一部の繊維強化材が複数のアーム部にわたって延びてループ状に配置される繊維強化材を含む複合材によって、一体に形成されることでループ状となる遠心力支持体と、
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り、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、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、弾性体と剛体とを積層して成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む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】
各アーム部は、滑らかに湾曲する略Ｕ字形状である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】
原動機から回転力が伝達される筒状のロータマストをさらに含み、
第１のブレード支持用軸受手段は、ロータマストが配置される仮想筒状面付近かつ前記仮想筒状面よりも内方側に配置される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】
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３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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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。
【０００３】
【従来の技術】
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のヨーク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、ロータブレードのヨークが繰返し弾性変形されてしまう。
【０００４】
ロータブレードのヨーク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１６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、上下２枚のプレート３，４が、連結ボルト５によって連結され、連結ボルト５に、支持部材２が設けられ、支持部材２にエラストメリックベアリング７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、エラストメリックベアリング７に、ロータブレード８が連結される（たとえば特許文献１参照）。
【０００６】
図１７は、エラストメリックベアリングを用いた他の従来の技術のロータハブ構造体１０示す断面図である。ロータハブ構造体１０は、円筒状のマスト１１に、環状かつベルト状の補強用ガードル１２が設けられ、この補強用ガードル１２にエラストメリックベアリング１３が設けられ、エラストメリックベアリング１３に支持部材１４が設けられて構成される。このようなロータハブ構造体１０では、支持部材１４に、ロータブレード１５が連結される（たとえば特許文献２参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特表２０００−５１０７９１号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２０７９７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１６にロータハブ構造体１では、ロータブレード８が連結された各プレート３，４は、ロータブレード８から加わる半径方向外方Ｒ０への遠心力に抗してロータブレード８を支持するが、上プレート３は、中央部窪みを有し、下プレート４は、中央部が下方に突出する切頭円錐台に形成されているので、遠心力に抗するのに適した形状ではない。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。また大きな遠心力が加わる部分に、プレート３，４と支持部材２とを締結するボルト５を用いる必要がある。このボルト５は大きな遠心力に耐え得る強度が必要であり、ボルト５の大形化およびそれに伴う周辺部品の大形化を招き、重量が増加する。またボルト５を用いる構成では、部品点数が多くなることによって、信頼性が低くなってしまう。
【０００９】
図１７に示すロータハブ構造体１０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１１に伝達され、遠心力に対してマスト１１のフープ力によって、ロータブレード１５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】
したがって本発明の目的は、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を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
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であって、
ロータ回転軸線に直交する面内において、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつロータの回転軸線方向に見て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、少なくとも一部の繊維強化材が複数のアーム部にわたって延びてループ状に配置される繊維強化材を含む複合材によって、一体に形成されることでループ状となる遠心力支持体と、
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り、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、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、弾性体と剛体とを積層して成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む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。
【００１２】
本発明に従えば、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、遠心力支持体は、複合材によって複数のアーム部が一体に形成される。各アーム部に、エラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段が設けられる。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。
【００１３】
特に、遠心力支持体の複数のアーム部は、ロータ回転軸線に直交する面内において、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつ放射状に配置される。しかも遠心力支持体は、繊維強化材を含む複合材から成り、少なくとも一部の繊維強化材が、複数のアーム部にわたって延びてループ状に配置される。このような繊維強化材が含まれるので、ロータブレードからアーム部に伝達される遠心力を、マスト構造に伝達することなく他のアーム部に効率良く伝達し、ロータハブ構造体に加わる遠心力を、遠心力支持体において高効率で相殺することができる。したがって遠心力支持体を、遠心力荷重に対して高効率な構造とすることで、寸法および重量を可及的に小さくし、かつその強度的な信頼性を高くすることができる。また各アーム部がロータ回転軸線に直交する面内でＵ字状に形成されるので、強度部材である遠心力支持体が、ロータ回転面付近に配置されることになり、ロータ回転面付近に配置されるダンパ、具体的には、ロータブレードのドラッギング運動を減衰させるためのダンパなどの取付位置の確保が容易になる。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、各アーム部は、滑らかに湾曲する略Ｕ字形状であることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、各アーム部が、たとえば半円形状、半楕円形状および放物線形状などの滑らかに湾曲する略Ｕ字形状に形成されるので、各アーム部に局所的に過大な応力が生じることを防止することができる。このようにして遠心力支持体をさらに強度的に効率の良い形状に最適化して、さらに軽量化を図ることができる。
【００１６】
請求項３記載の本発明は、原動機から回転力が伝達される筒状のロータマストをさらに含み、
第１のブレード支持用軸受手段は、ロータマストが配置される仮想筒状面付近かつ前記仮想筒状面よりも内方側に配置されることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、第１のブレード支持用軸受手段をロータマスト付近かつロータマスト内方側に配置することによって、ロータブレードから加わるせん断力を、第１のブレード支持用軸受手段から直接ロータマストに伝達することができる。これによって、ロータマストは、主にせん断力を支持し、遠心力支持体は、主に遠心力を支持する構造として荷重経路を分離でき、強度的に効率の良いロータハブ構造体を実現することができる。したがって、ロータハブ構造体の強度および信頼性を向上させることができるとともに、ロータハブ構造体の軽量化を図ることができる。
【００１８】
請求項４記載の本発明は、第１のブレード支持用軸受手段とは別に異なる位置に設けられ、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。
【００１９】
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。
【００２０】
【発明の実施の形態】
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２０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２０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（以下「ハブ」という場合がある）１１は、たとえば中大型の回転翼航空機に好適に用いられる。
【００２１】
ハブ２０は、基本的に、支持構造体２２およびロータマスト（以下「マスト」という場合がある）２３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。支持構造体２２には、複数、本実施の形態では４枚のロータブレード（以下「ブレード」という場合がある）２４が連結され、マスト２３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２０は、伝導軸を介して伝達される回転力を、各ブレード２４に伝達し、各ブレード２４をロータ回転軸線（以下「回転軸線」という場合がある）Ｌ１回りに回転させる。
【００２２】
このハブ２０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。
【００２３】
回転翼航空機の胴体の上端部には、中空略円筒状であり、上方になるにつれて拡開する錘台状のマスト２３が、ロータ回転軸線Ｌ１回りに回転可能に設けられる。マスト２３の上端部には、４枚のブレード２４を支持するための支持構造体２２の一部を成すループ体３５が設けられる。マスト２３とループ体３５とは、一体成形されてもよいし、別体に形成した後、リベット止めされてもよいが、最終的に一体に形成される。マスト２３およびループ体３５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。図１には、構造の理解を容易にするために、マスト２３とループ体３５とを異なるハッチングで示す。
【００２４】
４枚のブレード２４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２４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２７が設けられている。各ヨーク２７は、上下２枚のプレート２８，２９の半径方向内方Ｒｋの端部が連結体３０によって連結されて構成される。
【００２５】
ヨーク２７は、各プレート２８，２９の半径方向外方Ｒｓの端部がブレード２４に連結される。このように各ブレード２４に、ヨーク２７を設けることによって、ブレード２４およびヨーク２７が協働して構成する環状の連結部３３が設けられる。この連結部３３、特にヨーク２７がループ体３５に連結されて、各ブレード２４がループ体３５に支持される。
【００２６】
図３は、ループ体３５を示す平面図である。図４は、ループ体３５の主要部を示す平面図である。フレーム体２５は、遠心力支持体であるループ体３５と、補強連結体であるスティフナ３６とを有する。ループ体３５およびスティフナ３６は、前述の複合材料によって一体に形成される。
【００２７】
ループドテンションエレメントとも呼べるループ体３５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３７を有し、これらアーム部３７は、ブレード２４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。このループ体３５は、十文字が４枚のブレード２４の長手方向に沿うように、つまり平面視においてループ体３５の各アーム部３７が、各ブレード２４と周方向に同間隔となるように配設されている。
【００２８】
各アーム部３７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、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３７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３７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３７が、協働して略楕円形の閉ループを成すように連結され、相互に９０度ずれて配置される２つの閉ループが組み合わされて、略十文字形状のループ体３５が形成される。
【００２９】
図５は、繊維ループ８０を示す平面図である。図６は、ループ体３５を分解して示す斜視図である。図７は、図６の切断面線Ｓ７−Ｓ７から見て示す断面図である。図８は、図６の切断面線Ｓ８−Ｓ８から見て示す断面図である。ループ体３５は、たとえば前記２つの略楕円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８０を形成し、複数の繊維ループ８０を、同軸に配置して交互に９０度ずらして積層して形成される。
【００３０】
詳細に説明すると、複数の繊維ループ８０を前述のように積層すると、繊維ループ８０同士が重なり合う４カ所のオーバーラップ部８１が形成される。繊維ループ８０だけを積層したのでは、１層おきに同一の方向に配置される繊維ループ８０間に、繊維ループ８０を各オーバーラップ部８１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８２，８３が設けられる。したがって１つの層には、繊維ループ８０と、２つの直線状のパッド材８２と、２つの略Ｕ字状のパッド材８３とを含む４つのパッド材が、隣接する層の繊維ループ８０に沿うようにして設けられる。
【００３１】
各パッド材８２，８３は、繊維ループ８０から４つのオーバーラップ部８１に対応する部分を除去することによって、繊維ループ８０が４つに分割されたものと同一の構造を有する。つまり同様の複合材料によって、それぞれ対応する部分と同一の形状に形成される。
【００３２】
このように繊維ループ８０と、各パッド材８２，８３とが、たとえば数十層、積層されて、中央の中央孔と、その周囲に９０度毎に配置される４つの連結孔との計５つの軸線方向に挿通する孔を有するループ体３５が形成される。このようにして連続したループ状の繊維材が、含有される繊維材のうち約５０％を占めるループ体３５を形成することができる。本実施の形態における連続したループ状の繊維材は、繊維ループ８０の繊維材である。
【００３３】
本実施の形態では、ループ状の繊維材が約５０％含まれ、ロータブレード２４からの遠心力を相殺しやすくなる。これによって遠心力に抗するために、強度的に効率の良い構造を実現することができる。したがって小形かつ大きな強度を得ることができるループ体３５を実現することができる。少なくとも一部の繊維材がループ状の繊維材であれば、このループ状の繊維材によって、遠心力を効率良く相殺することができるようになるので、必ずしも５０％以上の繊維材がループ状である必要はなく、これよりも少なくてもよいが、できるだけ高い強度を得るために、少なくとも約５０％程度含まれることが好ましい。もちろん５０％よりも多く含んでよい。図７および図８には、理解容易にするために各層毎にハッチングを変えて示すが、実際には一体成形される。
【００３４】
また各アーム部３７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。また本実施の形態では、各アーム部３７のＵ字の底部に相当する半径方向外方Ｒｓの端部は、平面状であって、その平面に垂直かつ前記アーム部の端部の中心位置を通る直線が軸線Ｌ１と直交するように形成される。
【００３５】
このようなループ体３５に対して、アーム部３７と同数、したがって４つのスティフナ３６が設けられ、周方向に隣接する２つのアーム部３７間に配置される。各スティフナ３６は、平面視で略二等辺三角形状であり、互いに等しい２つの辺を各アーム部３７にそれぞれ沿わせ、他の一辺を各アーム部３７の半径方向外方Ｒｓの端部間にわたって延びるように配置される。ループ体３５と各スティフナ３６とが一体に形成されて、略八角形状のフレーム体２５が形成される。
【００３６】
このようなフレーム体２５は、略円筒状に形成されるマスト２３の上端部４７に同軸に嵌まり込み、その外周部においてマスト２３に連結される状態で、一体に形成される。スティフナ３６は、フレーム体２５とマスト２３との連結に寄与するとともに、ループ体３５とマスト２３との補強に寄与する。マスト２３の周方向に関してアーム部３７が配置される位置における上端部４７付近には、この上端部を除いて半径方向に貫通する透孔５０が形成されている。このようなループ体３５に対して、各アーム部３７と各ヨーク２７とが、互いに挿通嵌合し合う状態で、各ブレード２４が連結される。
【００３７】
各アーム部３７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３７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２７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４５が設けられる。各ブレードは、エラストメリックベアリング４５を介して支持構造体２２に半径方向Ｒｓ側から支持されている。
【００３８】
各アーム部３７の半径方向外方Ｒｓ側の端部である底部４０には、各アーム部３７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４１が設けられている。この荷重伝達部材４１は、各アーム部３７の底部に臨む面が、アーム部３７の底部内表面部に面接触の状態で設けられている。
【００３９】
各荷重伝達部材４１の半径方向内方側の表面部に、エラストメリックベアリング４５が設けられる。第１のブレード支持用軸受手段であるエラストメリックベアリング４５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。
【００４０】
エラストメリックベアリング４５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４５は、マスト２３が配置される仮想筒状面付近かつ仮想筒状面よりも半径方向内方側に配置される。仮想筒状面は、詳細に説明すると、マスト２３の外周面に沿う筒状の面であって、マスト２３の厚み内に含まれる面であり、略円筒状でありかつ上方になるにつれて拡開する錐台状である。
【００４１】
またエラストメリックベアリング４５は、その積層方向がハブ２０の半径方向と一致し、角変位中心がアーム部３７の半径方向外方Ｒｓにあるマスト２３の上端部４７中に配置される状態で、荷重伝達部材４１に連結されている。またエラストメリックベアリング４５の荷重伝達部材４１に連結される側と反対側の端部は、ヨーク２７の連結部３０に連結される。このようにしてアーム部３７の底部４０に設けられる荷重伝達部材４１と、この荷重伝達部材４１に半径方向内方Ｒｋ側から対向する連結部３０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４５によって、連結される。
【００４２】
またマスト２３の周方向に関してアーム部３７が配置される位置における上端部４７には、半径方向に貫通する嵌合孔５１が形成され、この嵌合孔５１に、第２のブレード支持用軸受手段である球面軸受５３が内嵌されて保持されている。このように球面軸受５３は、前記仮想筒状面を含むように配置される。さらに詳しくは、角変位中心が、仮想筒状面に配置される。球面軸受５３は、マスト２３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４５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。
【００４３】
ヨーク２７の各プレート２８，２９間には、マスト２３の半径方向外方Ｒｓ側の位置に、補助ヨーク５５が設けられており、この補助ヨーク５５には、ブレード２４の長手方向に延び、半径方向内方Ｒｋに突出する嵌合軸５６が形成されている。この嵌合軸５６が、この嵌合軸５６の軸線に沿って変位自在に球面軸受５３の内輪に挿入されて支持されている。
【００４４】
フレーム体２５、荷重伝達部材４１、エラストメリックベアリング４５および球面軸受５３を含んで支持構造体２２が構成される。このようなエラストメリックベアリング４５および球面軸受５３を含む構成によって、各ブレード２４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２２に連結され、支持されている。フラッピングは、ブレード２４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２４の長手方向に平行な軸線まわりの角変位である。
【００４５】
このようなハブ２０では、支持構造体２２に連結されるブレード２４が軸線Ｌ１まわりに回転駆動されるときにブレード２４に働く遠心力は、ヨーク２７、エラストメリックベアリング４５および荷重伝達部材４１を介してループ体２５のアーム部３７の底部４０に伝達される。ループ体３５では、前述のような構造によって、加わる遠心力をループ体３５内で相殺し、マスト２３などに働かないようにして、遠心力に抗してブレード２４を支持している。またハブ２０では、ブレード２４がフラッピングおよびドラッギングするときに、軸線Ｌ１に沿う方向および周方向にブレード２４に働くせん断力を、球面軸受５３から、マスト２３に伝達し、ループ体３５に働かないようにして、マスト２３によってせん断力に坑してブレード２４を支持している。
【００４６】
このように支持される各ブレード２４をフェザリングさせてピッチ角を変化させるために、マストの外側には、ブレード操作手段６０が設けられている。このブレード操作手段６０は、マスト２３の下部を外囲して、軸線Ｌ１まわりに回転自在に支持される環状のスワッシュプレート６１と、各ブレード毎に設けられ、下端部がスワッシュプレート６１に共通に角変位自在に連結されるピッチリンク６２とを有する。補助ヨーク５５には、周方向一方に突出する連結腕６３が形成されており、この連結腕６３にピッチリンク６２の上端部が角変位自在に連結されている。このブレード操作手段６０を用いて、スワッシュプレート６１を駆動手段によって、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２４をフェザリングさせることができる。
【００４７】
また各ブレード２４にそれぞれ対応してダンパ６５が設けられている。ダンパ６５は、一端部がマスト２３の上端部４７に連結され、他端部が補助ヨーク５５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６５は、ブレード２４の回転面に沿って、言い換えるならばブレード２４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。
【００４８】
本実施の形態では、ループ体３５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３７と軸線Ｌ１方向に関して同一位置に、アーム部３５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２３に容易に確保することが可能になり、このマスト２３にダンパ６５を設けることが可能になっている。つまり別途にダンパ６５を取り付けるための部材を設ける必要がない。
【００４９】
またブレード２４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２４毎に、ドループストップ機構７０が設けられている。ドループストップ機構７０は、ブレード２４の長手方向に略直交する軸線まわりに支持軸７１によって中間位置で支持される操作部材７２と、操作部材７２の支持位置に関して一方側に設けられる重錐７３と、重錐７３を半径方向内方Ｒｋへ変位させる方向のばね力を与えるばね手段７５とを有する。このドループストップ機構７０は、ヨーク２７に半径方向内方Ｒｋから臨む位置に配置されている。
【００５０】
このドループストップ機構７０は、ブレード２４の回転停止時には、ばね手段７５のばね力によって操作部材７２の重錐７３が設けられる側と反対側の部分である係止部７７が半径方向外方Ｒｓへ突出した係止位置に配置され、係止位置にある状態で、ヨーク２７の連結部３０に半径方向内方Ｒｋに突出して形成される係止突起７４を、上方側から係止できる。このように係止することによってブレード２４の垂れ落ちが防止される。ブレード２４の回転時には、重錐７３に働く遠心力によって、係止部７７が半径方向内方Ｒｋに変位して退避位置に配置されるように操作部材７２が角変位され、退避位置にある状態で、係止突起７４の係止が解除される。
【００５１】
このようなハブ２０は、マスト２３に連結されるフェアリング２１を有している。このフェアリング２１によって支持構造体２２、ブレード操作手段６０およびダンパ６５などが覆われ、外的要因による損傷を防ぐことができるように構成されている。
【００５２】
以上説明した回転翼航空機のロータハブ構造体２０によれば、ループ体３５は、複合材によって一体に形成され、このループ体３５のアーム部３７に、荷重伝達部材４１を介してエラストメリックベアリング４５が設けられ、このエラストメリックベアリング４５によって、ブレード２４を半径方向外方側から支持する。このようにアーム部３７で荷重伝達部材４１を介してエラストメリックベアリング４５を支持し、ボルトなどの締結部品など、圧縮荷重以外の曲げ力などが働く部材を介さずに、面接触によりループ体３５に遠心力を伝達することができる。このように主要な構成部材だけで遠心力を支持できる構造とすることができ、これによって構造を単純化し、部品点数を少なくして、軽量化および信頼性向上を図ることができる。
【００５３】
特に、ループ体３５の複数のアーム部３７は、ロータ回転軸線Ｌ１に直交する面内において、半径方向内方に向けて開放するＵ字形状にループする形状に形成され、かつ放射状に配置され、ロータハブ構造体に加わる遠心力を、遠心力支持体において高効率で相殺することができる。したがって遠心力支持体を、遠心力荷重に対して高効率な構造とすることで、寸法および重量を可及的に小さくし、かつその強度的な信頼性を高くすることができる。
【００５４】
また各アーム部３７を、たとえば半円形状、半楕円形状および放物線形状などの滑らかに湾曲するＵ字形状とすることによって、各アーム部３７に局所的に過大な応力が生じることを防止することができる。このように形状を最適化することによって、ループ体３５は、さらに軽量化を図ることができる。
【００５５】
またロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を、エラストメリックベアリング４５とは異なる別の球面軸受５３によって、マスト２３に伝達することができる。このようにして、ループ体３５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４５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。また球面軸受５３の角変位中心がマスト２３の厚み内に配置されるので、マスト２３にせん断力によって曲げ力が働かないようにして、せん断力をマスト２３に伝達することができる。
【００５６】
またエラストメリックベアリング４５をマスト２３付近かつマスト２３の内方側に配置することによって、ブレード２４から加わるせん断力を、エラストメリックベアリング４５から直接マスト２３に伝達することができる。これによって、マスト２３は、主にせん断力を支持し、ループ体３５は、主に遠心力を支持する構造として荷重経路を分離でき、強度的に効率の良いハブ１１を実現することができる。したがって、ハブ１１の強度および信頼性を向上させることができるとともに、ハブ１１の軽量化を図ることができる。
【００５７】
またループ体３５は、スティフナ３６と一体でフレーム体２５を構成し、さらにマスト２３と一体に形成に形成されるので、構造をさらに単純にすることができる。このようにフレーム体２５とマスト２３とを一体にするにあたって、フレーム体２５は、ロータ回転軸線Ｌ１に直交する面内で略八角形状に形成されるので、フレーム体２５がマスト２３に嵌まり込むように配置し、複合材によって容易に一体に形成することができる。
【００５８】
図９は、本発明の他の実施の形態のループ体３５Ａの一部を示す斜視図である。図１０は、図９の切断面線Ｓ１０−Ｓ１０から見て示す断面図である。前記実施の形態と同一の部分は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１〜図８の実施の形態の繊維ループ８０は、厚みが一様に形成されたけれども、本実施の形態では、繊維ループ８０Ａは、オーバーラップ部８１に対応する重なり部分８９が、残余の部分８８に比べて厚みが小さくかつ幅寸法が大きく形成されている。
【００５９】
本実施の形態では、残余の部分８８は、重なり部分８９に近づくにつれて、除々に厚みが小さくなりかつ幅寸法が大きくなるようにテーパ状に形成され、残余の部分８８のうちのテーパ状に形成される部分以外は、一様な厚みであり、重なり部分８９の厚みの２倍の厚みを有する。繊維ループ８０Ａは、前記実施の形態の繊維ループ８０と同一の複合材料から成る。
【００６０】
このように形成される繊維ループ８０Ａだけを積層すると、重なり部分８９と、残余の部分８８における厚みが一様な部分では、繊維ループ８０Ａ間に隙間は形成されないが、残余の部分８８のテーパ状となる部分に挟まれて隙間が形成される。この隙間を埋めるように、この隙間と同一形状のテーパ状のパッド材９０が設けられる。パッド材９０は、ループ体８０Ａと同様の複合材料によって形成される。
【００６１】
このような構成にすると、ループ体３５Ａに含まれる繊維材料のうち、ループ状の繊維材料の含有率が、たとえば９０％を超えるなど、高くなる。したがってより遠心力に対する強度上の効率の良い構造とすることができる。図１０には、理解容易にするために各層毎にハッチングを変えて示すが、実際には一体成形される。
【００６２】
図１１は、本発明の実施のさらに他の形態のハブ２０Ｄを示す平面図である。図１２は、ハブ２０Ｄのフレーム体２５Ｄを示す平面図である。図１３は、フレーム体２５Ｄのループ３５Ｄを示す平面図である。前記実施の形態と同一の部分は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１〜図１０のハブ２０では、４枚のブレード２４を支持する構成であったけれども、本実施の形態のハブ２０Ｄは、５枚のブレード２４を支持する構造である。
【００６３】
異なる点は、フレーム体２５Ｄの形状が異なる点である。フレーム体２５Ｄでは、ループ体３５Ｄに、５つのアーム部３７が設けられる。このようなループ体３５Ｄの各アーム部３７は、半径方向内方側の２つの端部の周方向一方の端部が、軸線Ｌ１を挟んで反対側に配置される２つのアーム部３７のうち前記主方向一方側に配置されるアーム部３７の周方向他方側の端部に延びるように、予め合成樹脂を含浸させた一方向材繊維などの繊維強化材料を一筆書きになるようにループさせた繊維ループ８０Ｄを配置し、形成される。このようなハブ２０Ｄであっても同様の効果を得ることができる。
【００６４】
図１４は、本発明の実施のさらに他の形態のハブ２０Ｅのフレーム体２５Ｅを示す平面図である。図１５は、フレーム体２５Ｅのループ３５Ｅを示す平面図である。前記実施の形態と同一の部分は同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。本実施の形態のハブ２０Ｅは、５枚のブレード２４を支持する構造である。
【００６５】
図１１〜図１３のハブ２０Ｄと異なる点は、フレーム体２５Ｅの繊維強化材料の配置が異なる点である。フレーム体２５Ｅのループ体３５Ｅは、各アーム部３７の両端部が、軸線Ｌ１を挟んで反対側に配置される２つのアーム部３７の両端部に連なって大略的に楕円形の閉ループを形成するように、予め合成樹脂を含浸させた一方向材繊維などの繊維強化材料を配置した繊維ループ８０Ｅを順次周方向にずらしながら積層して形成される。このようなハブ２０Ｅであっても同様の効果を得ることができる。
【００６６】
ループ体は、前述の例の構成に限定されることはなく、翼枚数に応じて形状を変更すればよい。つまりアーム部が、ロータブレードの長手方向に対して平面視でラップするように配設され、各アーム部がロータ回転軸線Ｌ１に垂直（直交する）仮想平面にほぼ沿ってループする形状に形成すればよい。図６〜図１０を参照して一例を説明したように、繊維ループが厚み方向にオーバーラップするので、各繊維ループを対応する仮想平面から多少オフセットすることによって、ループ状に形成することができる。
【００６７】
本発明の実施の他の形態として、本発明のロータハブ構造体を、小中型の回転翼航空機に適用することも可能である。またロータブレードの翼枚数は４枚および５枚に限定されるものではない。その他、本発明から逸脱しない範囲内において種種の部分的構成の変更をすることができる。
【００６８】
【発明の効果】
本発明によれば、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、遠心力支持体は、複合材によって複数のアーム部が一体に形成される。各アーム部に、エラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段が設けられる。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。
【００６９】
特に、遠心力支持体の複数のアーム部は、ロータ回転軸線に直交する面内において、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつ放射状に配置される。しかも遠心力支持体は、繊維強化材を含む複合材から成り、少なくとも一部の繊維強化材が、複数のアーム部にわたって延びてループ状に配置される。このような繊維強化材が含まれるので、ロータブレードからアーム部に伝達される遠心力を、マスト構造に伝達することなく他のアーム部に効率良く伝達し、ロータハブ構造体に加わる遠心力を、遠心力支持体において高効率で相殺することができる。したがって遠心力支持体を、遠心力荷重に対して高効率な構造とすることで、寸法および重量を可及的に小さくし、かつその強度的な信頼性を高くすることができる。また各アーム部がロータ回転軸線に直交する面内でＵ字状に形成されるので、強度部材である遠心力支持体が、ロータ回転面付近に配置されることになり、ロータ回転面付近に配置されるダンパ、具体的には、ロータブレードのドラッギング運動を減衰させるためのダンパなどの取付位置の確保が容易になる。
【００７０】
また本発明によれば、各アーム部が、たとえば半円形状、半楕円形状および放物線形状などの滑らかに湾曲する略Ｕ字形状に形成されるので、各アーム部に局所的に過大な応力が生じることを防止することができる。このようにして遠心力支持体をさらに強度的に効率の良い形状に最適化して、さらに軽量化を図ることができる。
【００７１】
また本発明によれば、第１のブレード支持用軸受手段をロータマスト付近かつロータマスト内方側に配置することによって、ロータブレードから加わるせん断力を、第１のブレード支持用軸受手段から直接ロータマストに伝達することができる。これによって、ロータマストは、主にせん断力を支持し、遠心力支持体は、主に遠心力を支持する構造として荷重経路を分離でき、強度的に効率の良いロータハブ構造体を実現することができる。したがって、ロータハブ構造体の強度および信頼性を向上させることができるとともに、ロータハブ構造体の軽量化を図ることができる。
【００７２】
また本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【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２０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２０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】ループ体３５を示す平面図である。
【図４】ループ体３５の主要部を示す平面図である。
【図５】繊維ループ８０を示す平面図である。
【図６】ループ体３５を分解して示す斜視図である。
【図７】図６の切断面線Ｓ７−Ｓ７から見て示す断面図である。
【図８】図６の切断面線Ｓ８−Ｓ８から見て示す断面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態のループ体３５Ａの一部を示す斜視図である。
【図１０】図９の切断面線Ｓ１０−Ｓ１０から見て示す断面図である。
【図１１】本発明の実施のさらに他の形態のハブ２０Ｄを示す平面図である。
【図１２】ハブ２０Ｄのフレーム体２５Ｄを示す平面図である。
【図１３】フレーム体２５Ｄのループ３５Ｄを示す平面図である。
【図１４】本発明の実施のさらに他の形態のハブ２０Ｅのフレーム体２５Ｅを示す平面図である。
【図１５】フレーム体２５Ｅのループ３５Ｅを示す平面図である。
【図１６】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１７】エラストメリックベアリングを用いた他の従来の技術のロータハブ構造体１０示す断面図である。
【符号の説明】
２０，２０Ａ，２０Ｄ，２０Ｅ  ロータハブ構造体
２２  支持構造体
２３  マスト
２４  ロータブレード
２５，２５Ｄ，２５Ｅ  フレーム体
２７  ヨーク
３５，３５Ａ，３５Ｄ，３５Ｅ  ループ体
３７  アーム部
４１  荷重伝達部材
４５  エラストメリックベアリング
５３  球面軸受
８０，８０Ａ，８０Ｄ，８０Ｅ  繊維ループ
【図１】
2004268623.tif 000003
【図２】
2004268623.tif 000004
【図３】
2004268623.tif 000005
【図４】
2004268623.tif 000006
【図５】
2004268623.tif 000007
【図６】
2004268623.tif 000008
【図７】
2004268623.tif 000009
【図８】
2004268623.tif 000010
【図９】
2004268623.tif 000011
【図１０】
2004268623.tif 000012
【図１１】
2004268623.tif 000013
【図１２】
2004268623.tif 000014
【図１３】
2004268623.tif 000015
【図１４】
2004268623.tif 000016
【図１５】
2004268623.tif 000017
【図１６】
2004268623.tif 000018
【図１７】
2004268623.tif 000019