(57)【要約】【課題】強度的に効率的な構造とし、軽量化および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】遠心力を、支持ビーム１５によって支持することができ、ロータマスト１３に遠心力は伝達されない。また、せん断荷重は、ロータマスト１３の近傍に設けられた球面軸受３４からロータマスト１３へ伝達されるため、遠心力支持体である支持ビーム１５にはせん断荷重は伝達されない。このように荷重伝達経路を明確にして、各部材が支持する荷重を明確化することで、前記公報に記載の従来のものと比べて、強度的に効率的な構造となり、軽量化、信頼性向上を実現する。【選択図】　　　図２
2004067053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ回転軸線方向に見て放射形状に形成されて複数のロータブレードが連結され、各ロータブレードから加わる遠心力を支持するロータハブ構造体であって、ロータ回転軸線方向に間隔をあけて配置される２つの遠心力支持部材を有する遠心力支持体と、
各遠心力支持部材間に設けられ、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する、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、
第１のブレード支持用軸受手段と角変位中心を同じくし、ロータマスト円周上またはその近傍に配置され、かつ、第１のブレード支持用軸受手段よりも半径方向外方に配置され、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、ロータマストに伝達する第２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】
遠心力支持体は、各ロータブレードが連結される複数のアーム部を有し、各アーム部が、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつ各ロータブレードの回転軸線方向に見て放射状に配置されて、複合材を用いて一体に形成され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】
各ロータブレードのピッチ角を制御するためのコントロール部の少なくとも一部が、ロータマストまたはロータマストに設けられるフェアリングに収納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。
【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】
回転翼航空機のロータハブ構造体として、ベアリングレス構造がある。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体として、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。このエラストメリックベアリングを用いたロータハブ構造体は、たとえば特表２０００−５１０７９１号公報および特開昭６２−２０７９７号公報に示されている。
【０００５】
図９は、特表２０００−５１０７９１号公報のロータハブ構造体の要部断面図である。このロータハブ構造体においては、ロータブレード９が連結されるエラストメリックベアリング５を、上下のプレート６，７にボルト８を用いて連結している。ロータブレード９からロータハブ構造体に加わる力のうち、半径方向外方Ｒ０に働く遠心力は、プレート６，７によって支持し、回転軸線方向および周方向に働くせん断力は、下プレート７からマスト１０１に伝達してマスト１０１によって支持している。
【０００６】
図１０は、特開昭６２−２０７９７号公報のロータハブ構造体の要部断面図である。このロータハブ構造体においては、環状かつベルト状の補強用ガードル４を設けた円筒状のマスト１００に、フレーム２およびエラストメリックベアリング３を介して、ロータブレード１を連結している。このようにして、ロータブレード１からロータハブ構造体に加わる力がマスト１００に伝達し、マスト１００で支持している。ロータブレード１から加わる力のうち、半径方向外方Ｒ１に働く遠心力は、補強用ガードル４を設けたマスト１００のフープ力で支持している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９に示すロータハブ構造体においては、ロータブレード９が連結された各プレート６，７は、ロータブレード９から加わる遠心力を支持するが、上プレート６は、中央部窪みを有し、下プレート７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、遠心力を支持するのに適した形状ではない。またロータブレード９から加わる回転軸線方向および周方向のせん断力は、マスト１０１に伝達してマスト１０１で支持する構造になっているが、せん断力をマストに伝達するために、各プレート６，７に、せん断力にマスト１０１からボルト８までの寸法を乗じたモーメントが働いてしまう。しかもこのモーメントは大きなモーメントであり、プレート６，７を含む構造を補強する必要がある。したがって、その補強部分の重量増加を招き、強度的に効率が悪くなる。
【０００８】
また、図１０に示すロータハブ構造体では、マスト１００にせん断力を直接伝達する構造であるが、このハブ構造では、たとえば数十トンにも及ぶ非常に大きな荷重である遠心力も、マスト１００に伝達し、このマスト１００のフープ力で支持する必要がある。したがって強度的な効率が悪い。
【０００９】
したがって本発明の目的は、強度的に効率的な構造とし、軽量化および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ことである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明は、ロータ回転軸線方向に見て放射形状に形成されて複数のロータブレードが連結され、各ロータブレードから加わる遠心力を支持するロータハブ構造体であって、ロータ回転軸線方向に間隔をあけて配置される２つの遠心力支持部材を有する遠心力支持体と、
各遠心力支持部材間に設けられ、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する、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、
第１のブレード支持用軸受手段と角変位中心を同じくし、ロータマスト円周上またはその近傍に配置され、かつ、第１のブレード支持用軸受手段よりも半径方向外方に配置され、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、ロータマストに伝達する第２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。
【００１１】
本発明に従えば、複数のロータブレードが連結される遠心力支持体は、ロータ回転軸線方向に見て放射形状に形成され、各ロータブレードからロータハブ構造体に加わる遠心力を支持することができる。このように遠心力支持体を放射形状にすることによって、ロータハブ構造体に加わる遠心力を効率良く相殺することが可能となり、遠心力支持体の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。このように、強度的に効率的なロータハブ構造体とし、軽量化および信頼性向上を図ることができる。
【００１２】
エラストメリック形の第１のブレード支持用軸受手段は、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許容する状態で、半径方向外方側から支持する。第１のブレード支持用軸受手段と角変位中心を同じくし、ロータマスト円周上またはその近傍に回転中心部が配置され、かつ、第１のブレード支持用軸受手段よりも半径方向外方に配置される第２のブレード支持用軸受手段は、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、ロータマストに伝達する。
【００１３】
第２のブレード支持用軸受手段によって、各ロータブレードからロータハブ構造体に加わるロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を、ロータマストに伝達することができる。ロータハブ構造体に加わる遠心力は、第１のブレード支持用軸受手段の前記一方および他方に配置される遠心力支持体によって支持される。このように各ロータブレードからロータハブ構造体への力の伝達経路を分離して、ロータハブ構造体を構成する各部材が支持すべき力を分散化することによって、各部材を特定の力に対してだけ耐え得ることができる形状および寸法とすればよい。したがってロータハブ構造体全体として、強度的に効率的な構造とすることができ、軽量化および信頼性向上を確実に実現することができる。
【００１４】
請求項２記載の本発明は、遠心力支持体は、各ロータブレードが連結される複数のアーム部を有し、各アーム部が、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状に形成され、かつ各ロータブレードの回転軸線方向に見て放射状に配置されて、複合材を用いて一体に形成されることを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、遠心力支持体が、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状のアーム部を放射状に配置して一体に形成されるので、遠心力を支持するための構造部分の部品点数を少なくして、信頼性を高くすることができる。また遠心力支持体が、複合材から成るので、遠心力支持体を軽量にすることができる。このようにして、さらに、遠心力支持体の軽量化および信頼性の向上を図ることができる。
【００１６】
請求項３記載の本発明は、各ロータブレードのピッチ角を制御するためのコントロール部の少なくとも一部が、ロータマストまたはロータマストに設けられるフェアリングに収納されることを特徴とする。
【００１７】
本発明に従えば、ロータマストの直径が大きく設定され、コントロール部の少なくとも一部がロータマストの内部またはロータマストに設けられるフェアリングに収納される。せん断力をロータマストに直接的に伝達して、このロータマストでせん断力を支持するので、ロータマストの強度を高くするために、ロータマストの直径を大きくすることが好ましく、このようにロータマストの直径を大きくすることによって、ロータマストまたはフェアリングにコントロール部を収納することができる。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。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１実施形態に係る回転翼航空機１０のロータハブ構造体１１を示す斜視図であり、図２は、ロータハブ構造体１１を部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図であり、図３は、ロータハブ構造体１１を部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である。このロータハブ構造体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ものである。
【００１９】
ロータハブ構造体（以下、単に「ハブ」という場合がある）１１は、回転翼航空機の原動機の回転力が、伝導軸によって与えられ、この回転力を複数のロータブレード１２に伝達し、各ロータブレード１２をロータ回転軸線Ｌ１回りに回転させるための構造体である。本実施の形態では、ロータブレード１２は４枚である。このハブ１１は、矢符Ａ１で示すロータ回転軸線Ｌ１に沿う軸線方向一方が上方となり、矢符Ａ２で示す軸線方向他方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。
【００２０】
回転翼航空機１０の胴体の上端部には、中空円筒状のロータマスト（以下、単に「マスト」という場合がある）１３がロータ回転軸線Ｌ１回りに回転可能に連結され、ロータマスト１３の上端部には、４枚のロータブレード１２を支持するための支持構造体１１０が設けられ、この支持構造体１１０を介して、フェアリングであるアッパーケース１６が設けられている。支持構造体１１０は、支持部材群１４と、遠心力支持体としての支持ビーム１５とを有する。これらロータマスト１３、支持部材群１４、支持ビーム１５およびアッパーケース１６を含んでハブ１１が構成される。
【００２１】
４枚のロータブレード１２は、周方向一定間隔毎に配設、すなわち配置して設けられている。各ロータブレード１２の半径方向内方Ｒｋの端部には、連結部材１７を介して、たとえばガラス繊維を主体とした平面視における形状が略Ｕ字形状の複合材製ヨーク１８が、一対のボルト１９によって連結される。ヨーク１８は、その両端部がロータブレード１２に連結される。このように各ロータブレード１２には、連結部材１７、ヨーク１８およびボルト１９を含んで環状に構成される連結部１１１が設けられ、この連結部１１１、特にヨーク１８が支持構造体１１０に連結されて、各ロータブレード１２が支持構造体１１０に支持される。
【００２２】
支持ビーム１５は、２つの遠心力支持部材であるクロスビーム片２０，２１を有し、これらクロスビーム片２０，２１は、支持部材群１４を介し上下方向に間隔を隔てて平行に、ロータ回転軸線Ｌ１に垂直な仮想平面に沿って配置される。また各クロスビーム片２０，２１は、ロータブレード１２の枚数と同数であり、周方向一定間隔毎に半径方向に延びて放射状に配置されるアーム部が、一体に設けられて、平面視において放射形状、具体的には略十文字形状の板状に形成され、中央部には、貫通孔が形成されている。
【００２３】
また各クロスビーム片２０，２１の各アーム部は、周方向に関して各ロータブレードと一致する位置に設けられ、アーム部とロータブレード１２とが一半径線に沿って延びるように設けられる。また各クロスビーム片２０，２１は、各アーム部の半径方向外方Ｒｓの端部である先端部が、平面視において、半径方向に関してロータマスト１３が配置される領域に配置されるように、形成されている。
【００２４】
支持部材群１４は、４つの外周支持部材２２と、１つのセンター支持部材２３とを含んで構成され、これら各支持部材２２，２３によって、各クロスビーム片２０，２１を連結する。上下のクロスビーム片２０，２１は、各アーム部が軸線方向に対向するように設けられ、この各アーム部の対向する先端部同士が、各外周支持部材２２によってそれぞれ連結される。
【００２５】
具体的には、上側のクロスビーム片２０の各アーム部における先端部が、アッパーケース１６のフランジ部１６ａと外周支持部材２２との間に挟持され、かつ下側のクロスビーム片２１の各アーム部における先端部が、ロータマスト１３と外周支持部材２２との間に挟持された状態で、マスト１３、アッパーケース１６、各クロスビーム片２０，２１および外周支持部材２２が、ボルト２４で締結されて連結される。この状態で、各外周支持部材２２の外周面は、ロータマスト１３の上端の外周面、アッパーケース１６の下端の外周面、各クロスビーム片２０，２１の先端部における外周面と、略面一状となる。
【００２６】
上下のクロスビーム片２０，２１は、貫通孔を外囲する内周部間にフランジ付円筒状に形成されるセンター支持部材２３を挟み、各クロスビーム片２０，２１とセンター支持部材２３とボルトによって締結して連結される。この状態で、各クロスビーム片２０，２１の内周面と、センター支持部材２３の内周面とは、略面一となっており、これら半径方向内方側の空間に、コントロールロッド２５が挿通されて配設されている。
【００２７】
各外周支持部材２２は、各ロータブレード１２に設けられる環状の連結部１１０を挿通して、具体的にはヨーク１８の内側を挿通して設けられる。このように支持構造体１１０において、上下のクロスビーム片２０，２１のアーム部、外周支持部材２２およびセンター支持部材２３によって、ロータ回転軸線Ｌ１を含む面に沿って環状となる部分と、各ロータブレード１２に設けられ、ロータ回転軸線Ｌ１と交差する面に沿って環状となる連結部１１１とが、互いに挿通嵌合し合う状態で設けられる。
【００２８】
外周支持部材２２と、半径方向に対応するヨーク１８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、ロータブレード１２の半径方向内方側端部に設けられるヨーク１８を、フラップ、リードラグ、フェザリング方向の動き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１３０が設けられる。またエラストメリックベアリング１３０は、クロスビーム片２０，２１間に設けられる。各ロータブレード１２は、エラストメリックベアリング１３０を介して支持構造体１１０に半径方向外方Ｒｓ側から支持されている。球面形のエラストメリックベアリング１３０は、積層体としてのベアリング本体２６と、外輪部材２７と、内輪部材２８とを有する。
【００２９】
ベアリング本体２６は、半径方向外方Ｒｓに向けて開放する凹状の球面形状を成す複数の剛体としての金属製シム２６Ａ（薄板）と複数の弾性体としてのゴム層２６Ｂ（弾性層）とを半径方向に交互に積層し、その積層方向に作用する圧縮力を支持することができるとともに、ゴム層２６Ｂ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る。揺動方向は、金属製シム２６Ａおよびゴム層２６Ｂが成す球の中心を角変位中心とする直交３軸まわりの角変位方向である。このベアリング本体２６を、積層方向両側から挟むようにして、外輪部材２７および内輪部材２８が設けられている。
【００３０】
外輪部材２７は、ヨーク１８の底部における半径方向外方Ｒｓ側端部に連結され、内輪部材２８は、外周支持部材２２の半径方向内方Ｒｋ側に連結される。このようなエラストメリックベアリング１３０によって、ロータブレード１２のフラッピング、ドラッギングおよびフェザリングを許容できる状態で、ロータブレード１２の回転によって半径方向外方Ｒｓに働く遠心力を、外輪部材２７、ベアリング本体２６、内輪部材８７および外周支持部材２２を介して各クロスビーム片２０，２１に伝達するように構成される。
【００３１】
ベアリング本体２６の半径方向内方Ｒｋ側の端部である部分球状凸部２６ａに、外輪部材２７がその半径方向内方側の端部である部分球状凹部２７ａを当接させた状態で配設されている。外輪部材２７の部分球状凹部２７ａと反対側には、エラストメリックベアリング１３０から離反する方向となる半径方向内方へ所定小距離突出する上下一対のブラケット２７ｂが形成され、これら一対のブラケット２７ｂ間にヨーク１８にＵ字の内側に突出して形成される被係合部１８ａが係合された状態で一対のボルト２９によって連結されている。またヨーク１８の半径方向内方側の端部に、ロータブレード１２の回転停止時における垂れ落ちを防止するドループストップ機構３０が設けられている。
【００３２】
ベアリング本体２６の半径方向外方Ｒｓ側の端部である部分球面凹部２６ｂに、内輪部材２８が、その半径方向内方側の端部である部分球面凸部２８ａを当接させた状態で配設されている。内輪部材２８の部分球面凸部２８ａと反対側には、フランジ部２８ｂが形成され、このフランジ部２８ｂが外周支持部材２２の半径方向内方側の端部に連結されている。
【００３３】
外周支持部材２２には、半径方向内方Ｒｋに開放する嵌合孔３１と、嵌合孔３１に連通しこの嵌合孔３１よりも小径に形成された止まり孔３２と、止まり孔３２に連通し半径方向外方Ｒｓに向かうに従って大径となり、半径方向外方Ｒｓに開放するテーパ孔３３が形成されている。半径方向に関して、ロータマスト１３の円周上またはその近傍となる領域に配置される外周支持部材２２の嵌合孔３１に、第２のブレード支持用軸受手段としてのブレード支持用球面軸受３４が内嵌され、止め輪３５でもって外周支持部材２２に保持されている。
【００３４】
各ロータブレード１２の半径方向内方Ｒｋ側の端部に設けられる略矩形状の連結部材１７（フィッティングともいう）は、その半径方向内方Ｒｋ側端部には、半径方向内方Ｒｋに向けて突出する軸状凸部片３６が設けられている。軸状凸部片３６は、半径方向外方Ｒｓ側に配置され、半径方向内方Ｒｋになるにつれて縮径するテーパ軸部３６ａと、半径方向内方Ｒｓ側に配置される、テーパ軸部３６ａの半径方向内方側の端部と同一外径の円柱状軸部３６ｂとを有し、円柱状軸部３６ｂが第２のブレード支持用軸受手段であるブレード支持用球面軸受３４に、ロータブレード１２の長手方向に変位可能に、かつエラストメリックベアリング１３０と同一点となる角変位中心をおいて、直交３軸まわりに角変位可能に支持されている。これによってロータブレード１２は、その長手方向に変位可能に、かつ直交３軸まわりに角変位可能に支持されている。
【００３５】
ロータブレード１２がフラッピングおよびドラッギングするときに、ロータ回転軸線Ｌ１に沿う方向および周方向にロータブレード１２に働くせん断力を、このブレード支持用球面軸受３４から、外周支持部材２２、支持ビーム１５をマスト１３に押し付けるようにして、マスト１３に伝達するようになっている。このせん断力をマスト１３に伝達するとき、球面軸受３４を上述のようにマスト円周上またはその近傍に配置されているので、少なくとも支持ビーム１５には、圧縮力だけが働き、曲げモーメントが働かないようして、マスト１３にせん断力を伝達することができる。
【００３６】
ロータブレード１２のフラッピングまたはドラッギング時、外周支持部材２２に形成されたテーパ孔３３によって、軸状凸部片３６が外周支持部材２２に干渉するのを防止することができる。このようにしてロータブレード１２は、支持構造体１１０に、フラッピング、ドラッギングおよびフェザリング可能に連結される。
【００３７】
各連結部材１７の一側面部とサイドカバー４２との間にわたって、回転翼航空機１０の不安定現象である地上共振と空中共振を防止するためのリードラグダンパー４３が設けられている。サイドカバー４２は、アッパーケース１６とロータマスト１３との間において、外周支持部材２２に隣接して適当間隔おきに配設されている。このリードラグダンパー４３によって、ロータブレード１２のドラッギング運動に対してダンピングを付与し、地上共振と空中共振を防止するようになっている。
【００３８】
また各ロータブレード１２のピッチ角を制御するために設けられるコントロール部であるロータコントロールシステム４４は、操縦士によって入力操作される操縦入力部の変位を、ロータブレード１２のフェザリング運動に変換する機構である。このロータコントロールシステム４４は、スワッシュプレート４５、４つのピッチリンク４６、コントロールロッド２５、ガイドピン４７、ガイドピン支持用球面軸受４８、ドライブシザーズ４９を含んで構成されている。
【００３９】
ロータハブ構造体１１の内部において、つまりマスト１３、アッパーケース１６および支持構造体１１の内側において、回転軸心Ｌ１に沿って延びるコントロールロッド２５が、上下移動可能に配設され、コントロールロッド２５の上端部に平面視十文字状のスワッシュプレート４５が連結されている。なお、スワッシュプレート４５の半径方向外方側部分４５ａは、アッパーケース１６に部分的に形成された切欠部１６ｂを通して部分的に突出するようになっている。
【００４０】
アッパーケース１６の上端部には、そのアッパーケース１６内部に下方に突出するガイドピン４７が、コントロールロッド２５と略同軸に、すなわちロータ回転軸線Ｌ１に沿って連結支持されている。スワッシュプレート４５の中央部には、ガイドピン支持用球面軸受４８が内嵌されて保持され、ガイドピン４７がこのガイドピン支持用球面軸受４８によって支持されている。このようにして、スワッシュプレート４５とガイドピン４７とが、ロータ回転軸線Ｌ１と平行にスライド変位可能に、かつ直交３軸まわりに角変位可能に連結される。
【００４１】
アッパーケース１６から突出するスワッシュプレート４５の半径方向外方側部分４５ａと、連結部材１７の他端部とにわたってピッチリンク４６が、略上下方向に配設されている。コントロールロッド２５を上下方向にスライド変位駆動およびロータ回転軸線Ｌ１に垂直である直交２軸まわりに角変位駆動することによって、このコントロールロッド２５と一体に変位するスワッシュプレート４５によってピッチリンク４６を介して各ロータブレード１２を、コントロールロッド２５およびスワッシュプレート４５の変位に応じて、ピッチ角を変化させるフェザリング運動させることができる。スワッシュプレート４５はドライブシザーズ４９を介してアッパープレート１６に連結され、したがって、ロータコントロールシステム４４はロータブレート１２とともに一体回転するようになっている。
【００４２】
以上説明した回転翼航空機１０のロータハブ構造体１１によれば、支持ビーム１５は、ロータ回転軸線Ｌ１を中心とする放射形状に形成され、しかも各アーム部が半径方向に、各ロータブレード１２の長手方向に沿って延びており、各ロータブレード１２からロータハブ構造体１１に加わる遠心力を、効率よく好適に相殺させて支持することができる。これによって、支持ビーム１５の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。
【００４３】
また半径方向に関して、マスト円周上またはその近傍に、ブレード支持用球面軸受３４が設けられ、このブレード支持用球面軸受３４によって、各ロータブレード１２からロータハブ構造体１１に加わる回転軸線方向および周方向のせん断力を、マスト１３に伝達することができる。これによって、ロータハブ構造体１１に加わる遠心力は、支持ビーム１５によって支持され、マスト１３に伝達されることがなく、ロータハブ構造体１１に加わるせん断力は、ブレード支持用球面軸受３４からマスト１３へ伝達されてマスト１３で支持され、支持ビーム１５に伝達されることがない。このように各ロータブレード１２からロータハブ構造体１１への力の伝達経路を明確に分離して、ロータハブ構造体１１を構成する各部材が支持すべき力を明確化することによって、各部材を特定の力に対してだけ耐え得ることができる形状および寸法とすればよい。したがってロータハブ構造体１１全体として、強度的に効率的な構造とすることができ、軽量化および信頼性向上を確実に実現することができる。
【００４４】
またマスト１３の直径が大きく設定され、ロータコントロールシステム４４の少なくとも一部、すなわちコントロールロッド２５、スワッシュプレート４５の内周部分、ガイドピン４７およびガイドピン支持用球面軸受４８などが、マスト１３およびマスト１３に設けられるアッパーケース１６の内側に収納される。上述のようにせん断力をマスト１３に直接的に伝達して、このマスト１３でせん断力を支持するので、マスト１３の強度を高くするために、マスト１３の直径を大きくすることが好ましく、このようにマスト１３の直径を大きくすることによって、マスト１３およびアッパーケース１６にロータコントロールシステム４４の少なくとも一部を収納することができる。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、ロータコントロールシステム４４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。
【００４５】
さらにエラストメリックベアリング１３０には、せん断力がほとんど作用しないので、エラストメリックベアリング１３０の耐久性の向上を図り、信頼性の向上を図ることができる。また、ロータハブ構造体１１は上述したドループストップ機構３０を有するので、ロータブレード１２が、回転停止時に垂下がってしまうことを防止することができる。
【００４６】
図４は、本発明の第２実施形態に係る回転翼航空機１０Ａのロータハブ構造体１１Ａを示す斜視図であり、図５は、ロータハブ構造体１１Ａを部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図であり、図６は、ロータハブ構造体１１Ａを部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である。このロータハブ構造体１１Ａは、図１〜図３に示す前記実施形態と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
回転翼航空機１０Ａの胴体の上端部には、中空円筒状のロータマスト５０がロータ回転軸線Ｌ１回りに回転可能に連結され、ロータマスト５０の上端部には、４枚のロータブレード１２を支持するための支持構造体の一部を成すフレーム体５１が一体形成され、ロータマスト５０の外周部には、フェアリング５２が連結されている。ロータマスト５０、フレーム体５１およびフェアリング５２を含んでハブ１１Ａが構成され、フレーム体５１とセンター支持部材２３とを含んで支持構造体が構成される。
【００４８】
遠心力支持体としてのフレーム体５１（ループドテンションエレメントともいう）は、複合材製の一体の支持体であって、平面視において略十文字状に形成され、十文字が４枚のロータブレード１２の長さ方向に沿うように、つまり平面視においてフレーム体５１の十文字と４枚のロータブレード１２とが、同位相となるように配設されている。
【００４９】
フレーム体５１は、ロータブレード１２の枚数と同数であり、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５４が、一体に設けられて、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、中央部には、貫通孔が形成されている。各アーム部５４は、ロータ回転軸線Ｌ１を含む平面に沿って、略上下方向にＵ字状にループ、すなわち湾曲し、両端部を半径方向内方Ｒｋに配置して、その両端部で一体に連なっている。このようにＵ字状のアーム部５４を一体に連ねることによって、ロータ回転軸線Ｌ１を通る一直径線に沿って対向する２つのアーム部５４が、協働して閉ループ形状を成すように形成される。
【００５０】
各アーム部５４の半径方向内方側の端部には、センター支持部材２３が設けられ、各アーム部５４のＵ字の両端部が連結されている。各アーム部５４と、各ロータブレード１２に設けられる連結部１１１とが、互いに挿通嵌合し合う状態で連結され、ロータブレード１２の回転によって半径方向外方に作用する遠心力を支持している。
【００５１】
各アーム部５４のＵ字における両端部間の中央部に位置する底部である半径方向外方Ｒｓ側の端部には、半径方向に貫通する貫通孔５４ａが形成されるとともに、各アーム部５４の内側となる半径方向内方Ｒｋ側の部分である曲面状凹部５４ｂに、荷重伝達部材５５が面接触した状態で設けられている。荷重伝達部材５５は、半径方向外方Ｒｓに臨み、曲面状凹部５４ｂの内表面と略同一の外表面を成す曲面状凸部５５ａが形成されるとともに、この曲面状凸部５５ａから半径方向外方Ｒｓへ突出する円筒部５５ｂが形成されている。
【００５２】
この荷重伝達部材５５は、円筒部５５ｂが、貫通孔５４ａを貫通し、アーム部５４よりもさらに半径方向外方Ｒｓに部分的に突出させて設けられ、この状態で、曲面状凸部５５ａがアーム部５４の曲面状凹部５４ｂに、全領域にわたって面接触している。円筒部５５ｂの半径方向外方Ｒｓの端部には雄ねじが形成され、曲面状凸部５５ａを曲面状凹部５４ｂに当接させるとともに、この円筒部５５ｂを貫通孔５４ａに通し半径方向外方に突出させ、この突出した円筒部５５ｂの端部にスペーサ５６を外装させ雌ねじが形成されるナット５７を螺着し、荷重伝達部材５５がアーム部５４に連結される。
【００５３】
荷重伝達部材５５には、半径方向内方に開放する嵌合孔５８と、嵌合孔５８に連通しこの嵌合孔５８よりも小径に形成された止まり孔５９、止まり孔５９に連通し半径方向外方に開放する連通孔６０が形成され、嵌合孔５８にブレード支持用球面軸受３４が内嵌され、止め輪３５でもって保持されている。このブレード支持用球面軸受３４に、軸状部材３６の軸部３６ｂが支持されている。このようにして、ロータブレード１２は、支持構造体１１０に、フラッピング、ドラッギングおよびフェザリング可能に支持される。
【００５４】
ロータブレード１２が、フラッピングおよびドラッギングするときに働くせん断力を、このブレード支持用球面軸受３４、荷重伝達部材５５、およびフレーム体５１を介して、ロータマスト５０に伝達するようになっている。このとき、ブレード支持用球面軸受３４は、半径方向に関してマスト５０の円周上またはその近傍に配置されており、フレーム体５１には、曲げモーメントが働かないようにせん断力としてロータマスト５０に伝達することができる。
【００５５】
内輪部材２８のフランジ部２８ｂは、荷重伝達部材５５の半径方向内端部にボルトでもって連結され、ロータブレード１２の回転によって半径方向外方Ｒｓ向きに作用する遠心力を、ヨーク１８から順次、外輪部材２７、エラストメリックベアリング１３０、内輪部材２８、荷重伝達部材５５を介してフレーム体５１のアーム部５４に伝達するようになっている。フェアリング５２は、フレーム体５１、ブレード支持用球面軸受３４、外輪部材２７、エラストメリックベアリング１３０、内輪部材２８および荷重伝達部材５５を、外方から覆うことができる。
【００５６】
またフレーム体５１、ロータマスト５０およびフェアリング５２内に、コントロールシステム４４Ａが収納されて設けられる。マスト５０およびフレーム体５１の中央部、したがって貫通孔およびセンター支持部材２３を挿通して、ロータ回転軸線Ｌ１に沿って、コントロールロッド２５が配設されている。フレーム体５１の上端部において回転軸心Ｌ１付近部には、上方に延びるフレームマウント６１が複数のボルト６２でもって連結され、このフレームマウント６１の上端部にフェアリング５２の頂部が連結され、フェアリング５２内におけるフレームマウント６１の上半部にドライブシザーズ４９が連結されている。さらに本実施の形態では、スワッシュプレート４５の全体およびピッチリンク４９も含めて、コントロールシステム４４Ａ全体が、ロータマスト５０およびフェアリング５２内に収納されている。その他前記実施形態と略同一構造となっている。本実施形態におけるコントロールシステム４４Ａによれば、コントロールシステム４４Ａ全体が、ロータマスト５０およびフェアリング５２内に収納されているので、コントロールシステム４４Ａは、ロータマスト５０およびフェアリング５２の外方に突出する部分がなくなって、耐候性および空力特性に優れ、使用環境に左右されることなく安定してロータブレード１２のフェザリング運動を実現することができる。
【００５７】
以上説明した回転翼航空機１０Ａのロータハブ構造体１１Ａもまた、図１〜図３の前記実施形態と同様の効果を達成することができる。つまり遠心力は、放射形状のフレーム体５１に伝達されて、好適に相殺されて支持され、せん断力は、ロータマスト５０に伝達されて支持される。このようにロータハブ構造体１１Ａ全体として、強度的に効率的な構造とすることができ、軽量化および信頼性向上を確実に実現することができる。またその他の効果についても同様に達成することができる。
【００５８】
さらに本実施の形態では、遠心力支持体としてのフレーム体５１を、複合材製でかつアーム部５４を有するループ形状にすることで、遠心力を支持するための構造部分の部品点数を少なくして、信頼性を高くすることができる。またフレーム体５１が、複合材から成るので、遠心力支持体を軽量にすることができる。このようにして、さらに、遠心力支持体の軽量化および信頼性の向上を図ることができる。
【００５９】
図７は、第３実施形態に係る回転翼航空機１０Ｂのロータハブ構造体１１Ｂを部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図であり、図８は、ロータハブ構造体１１Ｂを部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である。このロータハブ構造体１１Ｂは、図１〜図３に示す前記実施形態と類似しており、異なる構成についてだけ説明し、同様の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】
このロータハブ構造体１１Ｂにおいては、ロータコントロールシステム４４Ｂの主要部分が、回転翼航空機１０Ｂの胴体の上端部に設けられる中空円筒状のマスト７０の内部に配設された構造になっている。ロータコントロールシステム４４Ｂは、スワッシュプレート７１、４つのピッチリンク７２、コントロールロッド７３、ガイドピン７４、ガイドピン支持用球面軸受７５、ドライブシザーズ７６を含んで構成されている。
【００６１】
ロータマスト７０内部において、ロータ回転軸線Ｌ１に沿って延びるコントロールロッド７３が、上下移動可能に配設され、このコントロールロッド７３の上端部に平面視十文字状のスワッシュプレート７１が連結されている。なお、スワッシュプレート７１の半径方向外方Ｒｓ側部分７１ａは、ロータマスト７０に部分的に形成された切欠部７０ａを通して部分的に突出するようになっている。
【００６２】
ロータマスト７０の上端部には、ロータマスト７０内部に下方に突出するガイドピン７４が、コントロールロッド７３と略同軸、すなわちロータ回転軸線Ｌ１に沿って連結支持されている。スワッシュプレート７１の中央部には、ガイドピン支持用球面軸受７５が内嵌されて保持され、ガイドピン７４がこのガイドピン支持用球面軸受７５に支持されている。このようにして、スワッシュプレート７１とガイドピン７４とが、ロータ回転軸線Ｌ１と平行にスライド変位可能に、かつ直交３軸まわりに角変位可能に連結される。
【００６３】
ロータマスト７０から突出するスワッシュプレート７１の半径方向外方側部分７１ａと、連結部材１７の他端部とにわたってピッチリンク７２が略上下方向向きに配設されている。コントロールロッド７３を上下方向にスライド変位駆動およびロータ回転軸線Ｌ１に垂直な直交２軸まわりに角変位駆動することによって、コントロールロッド７３と一体に変位するスワッシュプレート７１によって、ピッチリンク７２を介して各ロータブレード１２を、コントロールロッド７３およびスワッシュプレート７１の変位に応じて、ピッチ角を変えるフェザリング運動させることができる。スワッシュプレート７１はドライブシザーズ７６を介してクロスビーム片２１に連結され、したがって、ロータコントロールシステム４４Ｂはロータブレード１２とともに一体回転するようになっている。
【００６４】
以上説明した回転翼航空機１０Ｂのロータハブ構造体１１Ｂでも、図１〜図３に示す実施形態と同様の効果を達成することができる。
【００６５】
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１１，１１Ａ，１１Ｂを、小形の回転翼航空機に適用することも可能である。ロータブレードの翼枚数は４枚に限定されるものではない。この場合、翼枚数に応じて、支持ビームおよびフレーム体のアーム部の個数を変更し、上述の各実施の形態と同様に、周方向に関して、ロータブレードと同一の位置に配置して、半径方向に沿って延びるように配設する。その他、前記実施形態に、特許請求の範囲を逸脱しない範囲において種々の部分的変更を行う場合もある。
【００６６】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、複数のロータブレードが連結される遠心力支持体は、ロータ回転軸線方向に見て放射形状に形成され、各ロータブレードからロータハブ構造体に加わる遠心力を支持することができる。このように遠心力支持体を放射形状にすることによって、ロータハブ構造体に加わる遠心力を効率良く相殺することが可能となり、遠心力支持体の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。このように、強度的に効率的なロータハブ構造体とし、軽量化および信頼性向上を図ることができる。
【００６７】
第２のブレード支持用軸受手段によって、各ロータブレードからロータハブ構造体に加わるロータ回転軸線方向および周方向のせん断力を、ロータマストに伝達することができる。ロータハブ構造体に加わる遠心力は、第１のブレード支持用軸受手段の前記一方および他方に配置される遠心力支持体によって支持される。このように各ロータブレードからロータハブ構造体への力の伝達経路を分離して、ロータハブ構造体を構成する各部材が支持すべき力を分散化することによって、各部材を特定の力に対してだけ耐え得ることができる形状および寸法とすればよい。したがってロータハブ構造体全体として、強度的に効率的な構造とすることができ、軽量化および信頼性向上を確実に実現することができる。
【００６８】
請求項２記載の本発明によれば、遠心力支持体が、半径方向内方に向けて開放する略Ｕ字形状のアーム部を放射状に配置して一体に形成されるので、遠心力を支持するための構造部分の部品点数を少なくして、信頼性を高くすることができる。また遠心力支持体が、複合材から成るので、遠心力支持体を軽量にすることができる。このようにして、さらに、遠心力支持体の軽量化および信頼性の向上を図ることができる。
【００６９】
請求項３記載の本発明によれば、ロータマストの直径が大きく設定され、コントロール部の少なくとも一部がロータマストの内部またはロータマストに設けられるフェアリングに収納される。せん断力をロータマストに直接的に伝達して、このロータマストでせん断力を支持するので、ロータマストの強度を高くするために、ロータマストの直径を大きくすることが好ましく、このようにロータマストの直径を大きくすることによって、ロータマストまたはフェアリングにコントロール部を収納することができる。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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回転翼航空機１０のロータハブ構造体１１を示す斜視図である。
【図２】ロータハブ構造体１１を部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図である。
【図３】ロータハブ構造体１１を部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である
【図４】本発明の第２実施形態に係る回転翼航空機１０Ａのロータハブ構造体１１Ａを示す斜視図である。
【図５】ロータハブ構造体１１Ａを部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図である。
【図６】ロータハブ構造体１１Ａを部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である。
【図７】第３実施形態に係る回転翼航空機１０Ｂのロータハブ構造体１１Ｂを部分的にロータ回転軸線Ｌ１を含む平面で切断して示す断面図である。
【図８】ロータハブ構造体１１Ｂを部分的にロータ回転軸線Ｌ１に垂直な平面で切断して示す断面図である。
【図９】特表２０００−５１０７９１号公報のロータハブ構造体の要部断面図である。
【図１０】特開昭６２−２０７９７号公報のロータハブ構造体の要部断面図である。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ　回転翼航空機
１１，１１Ａ，１１Ｂ　ロータハブ構造体
１２　ロータブレード
１３，５０，７０　マスト
１４　支持部材群
１５　支持ビーム
１６　アッパーケース
２０，２１　クロスビーム
２６　ベアリング本体
３０　ドループストップ機構
３４　ブレード支持用球面軸受
３６　軸状凸部片
５１　フレーム体
５２　フェアリング
５４　アーム部
１１０　支持構造体
１３０　エラストメリックベアリング
【図１】
2004067053.tif 000003
【図２】
2004067053.tif 000004
【図３】
2004067053.tif 000005
【図４】
2004067053.tif 000006
【図５】
2004067053.tif 000007
【図６】
2004067053.tif 000008
【図７】
2004067053.tif 000009
【図８】
2004067053.tif 000010
【図９】
2004067053.tif 000011
【図１０】
2004067053.tif 000012