(57)【要約】【課題】  ヘリコプタにおいて、ホバリング時のアンチトルク用推力及び高速前進飛行時の前進推力を効率的に発生させ、さらに重心調整も可能にすること。【解決手段】  機体の垂直尾翼４上に回転可能に支持されたテールロータ５と、テールロータ５を回転駆動する駆動機構６と、垂直尾翼４上でテールロータ５を回動させテールロータ５の向きを少なくとも側方及び前方の２方向に変更可能な方向可変機構７とを備えている。【選択図】図４
2005186881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機体の尾翼上に回転可能に支持されたテールロータと、
該テールロータを回転駆動する駆動機構と、
前記尾翼上で前記テールロータを回動させ前記テールロータの向きを少なくとも機体側方及び前方の２方向に変更可能な方向可変機構とを備えていることを特徴とするヘリコプタ。
【請求項２】
前記方向可変機構が、前記テールロータの向きを上方に傾斜可能であることを特徴とする請求項１に記載のヘリコプタ。
【請求項３】
前記駆動機構が、前記機体に設けられた回転駆動源と、
該回転駆動源の回転軸に連結され垂直方向の回転軸を有する第１の傘歯車と、
水平方向の回転軸を有して前記第１の傘歯車と噛み合う第２の傘歯車と、
該第２の傘歯車に噛み合い前記テールロータの回転軸に固定された第３の傘歯車とを備え、
前記方向可変機構が、前記第２の傘歯車を前記第１の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持すると共に、前記第３の傘歯車を前記第２の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持していることを特徴とする請求項２に記載のヘリコプタ。
【請求項４】
前記方向可変機構が、前記尾翼に回転可能に支持され前記第１及び第２の傘歯車を回転可能に支持して収納する第１のハウジングと、
該第１のハウジングに回転可能に支持され前記第３の傘歯車を回転可能に支持して収納する第２のハウジングと、
前記第１のハウジングを前記第１の傘歯車の回転軸周りに回動させる水平チルト機構と、
前記第２のハウジングを前記第２の傘歯車の回転軸周りに回動させる上下チルト機構とを備えていることを特徴とする請求項３に記載のヘリコプタ。
【請求項５】
前記第１、第２及び第３の傘歯車が、前記テールロータの回転数を前記回転駆動源の回転数より下げるギヤ比にそれぞれ設定された減速機構とされていることを特徴とする請求項３又は４に記載のヘリコプタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速飛行に好適なテールロータ機能を有するヘリコプタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヘリコプタには、揚力を得るためのメインロータの他に、該メインロータの発生するトルクを打ち消すためのテールロータが搭載されているものがある。このテールロータは、機体の側方に向けられて回転駆動され、特にホバリング時などでアンチトルク用の推力を発生させている。
このようなヘリコプタで高速前進飛行を行う場合、垂直尾翼自体である程度のアンチトルクが得られるため、テールロータによるアンチトルクの発生は不要となるが、側方を向いたテールロータが抵抗体となり、高速化の妨げになってしまう。このため、従来、例えば、特許文献１に示すように、テールロータをダクトファン構造にしてテールロータの推力の向きを変える推力偏向機構を設けたヘリコプタが提案されている。すなわち、テールロータからの空気の流れ方向をホバリング時や高速前進飛行時で適宜変えることで、高速前進飛行時にはテールロータの推力を前進推力に利用することができる。
また、例えば、「ロッキード社製ＡＨ−５６シャイアン」では、アンチトルク用のテールロータと前進推力用のテールロータとの２つのテールロータを備え、これらを切り替え駆動することができる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第5,123,613号明細書（Fig.3,4,8参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のヘリコプタには、以下の課題が残されている。すなわち、上記テールロータにダクトファン構造を有するヘリコプタの場合、テールロータの推力方向を変えるために推力偏向機構によりテールロータからの流れの向きだけを変えるため、大きく流れ方向を変えるほど効率的に推力を得ることができない不都合があった。また、ダクトファン構造の大掛かりな推力偏向機構を設ける必要があり、機体の重心が後方に移動するため、重心位置に対して自由度が少なくなるという不都合があった。
また、２つのテールロータを切り替え駆動するヘリコプタでは、２つのテールロータを有するために、やはり機体重心が後方に移動してしまうと共に、高速前進飛行時にはアンチトルク用のテールロータがやはり抵抗体となってしまう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ホバリング時のアンチトルク用推力及び高速前進飛行時の前進推力を効率的に発生させることができ、さらに重心調整も可能なテールロータ機能を有するヘリコプタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明のヘリコプタは、機体の尾翼上に回転可能に支持されたテールロータと、テールロータを回転駆動する駆動機構と、尾翼上でテールロータを回動させテールロータの向きを少なくとも機体側方及び前方の２方向に変更可能な方向可変機構とを備えていることを特徴とする。
このヘリコプタでは、方向可変機構によりテールロータの向きを少なくとも側方及び前方の２方向に変更可能であるので、テールロータ自体をホバリング時にはメインロータのアンチトルクを発生させる側方向きに設定することができると共に、高速前進飛行時には前進推力が得られる前方向きに設定することができる。
【０００７】
また、本発明のヘリコプタは、方向可変機構が、テールロータの向きを上方に傾斜可能であることが好ましい。
すなわち、このヘリコプタでは、方向可変機構によりテールロータをさらに上方に向けてチルトさせることにより、揚力となる推力も得ることができると共に重心の調整が可能になる。
【０００８】
また、本発明のヘリコプタは、駆動機構が、機体に設けられた回転駆動源と、回転駆動源の回転軸に連結され垂直方向の回転軸を有する第１の傘歯車と、水平方向の回転軸を有して第１の傘歯車と噛み合う第２の傘歯車と、第２の傘歯車に噛み合いテールロータの回転軸に固定された第３の傘歯車とを備え、方向可変機構が、第２の傘歯車を第１の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持すると共に、第３の傘歯車を第２の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持していることを特徴とする。
このヘリコプタでは、方向可変機構が、第２の傘歯車を第１の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持すると共に、第３の傘歯車を第２の傘歯車の回転軸周りに旋回可能に支持しているので、テールロータを回転駆動させながらその向きを垂直軸及び水平軸の２軸を中心に回動させることができる。
【０００９】
また、本発明のヘリコプタは、方向可変機構が、尾翼に回転可能に支持され第１及び第２の傘歯車を回転可能に支持して収納する第１のハウジングと、第１のハウジングに回転可能に支持され第３の傘歯車を回転可能に支持して収納する第２のハウジングと、第１のハウジングを第１の傘歯車の回転軸周りに回動させる水平チルト機構と、第２のハウジングを第２の傘歯車の回転軸周りに回動させる上下チルト機構とを備えていることを特徴とする。
このヘリコプタでは、水平チルト機構により第１のハウジングを第１の傘歯車の回転軸周りに回動させることにより、第１及び第２のハウジングごとテールロータを水平方向に回動させることができると共に、上下チルト機構により第２のハウジングを第２の傘歯車の回転軸周りに回動させることにより第２のハウジングごとテールロータを上下に回動させてチルトさせることができる。
【００１０】
また、本発明のヘリコプタは、第１、第２及び第３の傘歯車が、テールロータの回転数を回転駆動源の回転数より下げるギヤ比にそれぞれ設定された減速機構であることを特徴とする。
このヘリコプタでは、第１、第２及び第３の傘歯車がテールロータの回転数を下げる減速機構とされているので、別途減速機構を設ける必要がなく、部品の兼用により部品点数を削減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係るヘリコプタによれば、テールロータの向きを少なくとも側方及び前方の２方向に変更可能な方向可変機構を備えているので、テールロータ自身の向きの変更により、ホバリング時のアンチトルク用推力及び高速前進飛行時の前進推力を効率的に発生させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係るヘリコプタの一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。
【００１３】
本実施形態のヘリコプタは、図１及び図２に示すように、機体１と、機体１内のエンジン（回転駆動源）２により回転駆動され揚力及び水平方向推力を発生させるメインロータ３と、機体１の垂直尾翼４上に回転可能に支持されたテールロータ５とを備えている。なお、前記メインロータ３は、その回転軸３ａに複数のロータブレード３ｂが固定されている。また、前記テールロータ５は、その回転軸５ａに複数のロータブレード５ｂが固定されている。
また、このヘリコプタは、図３及び図４に示すように、テールロータ５を回転駆動する駆動機構６と、垂直尾翼４上でテールロータ５を回動させテールロータ５の向きを側方及び前方の２方向に変更可能で、かつ上方に傾斜可能な方向可変機構７とを備えている。
【００１４】
前記垂直尾翼４は、方向安定等のために機体１のテールコーン８に固定されており、高速前進飛行時には、メインロータ３のアンチトルクを得ることができる。
前記駆動機構６は、エンジン２のドライブシャフト（回転軸）に図示しない連結部材を介して連結され垂直方向の回転軸９ａを有する第１の傘歯車９と、水平方向の回転軸１０ａを有して第１の歯傘車９と噛み合う第２の傘歯車１０と、第２の傘歯車１０に噛み合いテールロータ５の回転軸５ａに固定された第３の傘歯車１１とを備えている。これにより、エンジン２のドライブシャフトの回転は、第１の傘歯車９、第２の傘歯車１０、さらに第３の傘歯車１１を介してテールロータ５に伝達される。
【００１５】
前記方向可変機構７は、中間ハウジング（第１のハウジング）１２と、テールロータハウジング（第２のハウジング）１３と、水平チルト機構１４と、上下チルト機構１５とを備えている。
中間ハウジング１２は、垂直尾翼４の上部孔４ａに、第１の傘歯車９の回転軸９ａに一致した軸線ｘ回りに回転可能に支持されている。この中間ハウジング１２には、その内部に、第１の傘歯車９及び第２の傘歯車１０が、中間ハウジング１２に形成された第１貫通孔１２ａ及び第２貫通孔１２ｂに回転可能に支持されて収納されている。
テールロータハウジング１３は、中間ハウジング１２を両側から挟み込むような形状を有しており、この中間ハウジング１２に、中間ハウジング１２が回転する軸線ｘに直交し、第２の傘歯車１０の回転軸１０ａに一致した軸線ｙ回りに回転可能に支持されている。テールロータハウジング１３には、テールロータ５に連結された第３の傘歯車１１が第３貫通孔（図示略）に回転可能に支持されて収納されている。
【００１６】
水平チルト機構１４は、この中間ハウジング１２を軸線ｘ周りに回動させるものである。これによって、中間ハウジング１２に支持されたテールロータハウジング１３も一体に回動し、テールロータハウジング１３に保持されたテールロータ５が、軸線ｘ周りに旋回させられるようになっている。
上下チルト機構１５は、テールロータハウジング１３を軸線ｙ周りに回動させるものである。これによってテールロータハウジング１３に保持されたテールロータ５が、軸線ｙ周りに旋回させられるようになっている。
前記水平チルト機構１４及び前記上下チルト機構１５は、例えばそれぞれ垂直尾翼４及びテールロータハウジング１３にモータ等の駆動源を設けたものであり、駆動系としてリング式超音波モータや電動モータとウォームギアとの組み合わせ等を用いたものを採用しており、中間ハウジング１２、テールロータハウジング１３を、軸線ｘ周り、軸線ｙ周りに旋回させるとともに、任意の位置（角度）で固定できる機構を有している。なお、第２の傘歯車１０の回転軸１０ａは、テールロータハウジング１３の駆動源には連結されていない。
このように方向可変機構７は、テールロータ５の向きを、軸線ｘ周り、軸線ｙ周りに可変とするものである。
【００１７】
また、第１、第２及び第３の傘歯車９、１０、１１は、テールロータ５の回転数をエンジン２の回転数より下げるギヤ比にそれぞれ設定された減速機構とされている。なお、本実施形態では、第１の傘歯車９、第２の傘歯車１０、第３の傘歯車１１の順に歯車の径を大きくして減速機構としている。
なお、このような駆動機構６及び方向可変機構７の技術は、メインロータ３の向きを必要に応じて変更する技術に採用することも可能である。
【００１８】
次に、本実施形態のヘリコプタにおける飛行方法を、ホバリング時と高速前進飛行時との２つの場合について、図１、図２、図５及び図６を参照して以下に説明する。
【００１９】
〔ホバリング時〕
まず、ホバリング時では、メインロータ３及びテールロータ５を共に回転駆動させると共に、図１、図５（ａ）及び図６（ａ）に示すように、方向可変機構７によりテールロータ５の向きをメインロータ３のアンチトルクが発生する機体１の側方（垂直尾翼４の側面に対して垂直方向）に配する。すなわち、水平チルト機構１４により中間ハウジング１２を回動させてテールロータハウジング１３と共にテールロータ５を側方に向ける。なお、このとき、上下チルト機構１５は動作させずテールロータ５は水平方向に向いた状態としておく。この状態では、テールロータ５により効果的にメインロータ３のアンチトルクを発生させることができる。
なお、ホバリング時だけでなく、低速での前進飛行時でもテールロータ５を同様の向きに設定してメインロータ３のアンチトルクを発生させる。
【００２０】
〔高速前進飛行時〕
次に、高速前進飛行時では、メインロータ３及びテールロータ５を共に回転駆動した状態で、図２、図５（ｂ）及び図６（ｂ）に示すように、方向可変機構７によりテールロータ５の向きを前方（機体１の前方）に配する。すなわち、水平チルト機構１４により中間ハウジング１２をテールロータハウジング１３と共に回動させてテールロータ５を前方に向ける。これにより、テールロータ５の推力を、前進推力に寄与させることができる。また、テールロータ５が側方に向いたままで高速前進飛行時の抵抗体となることを防ぐことができる。
【００２１】
なお、このとき、上下チルト機構１５は操作せずテールロータ５は水平方向に向いた状態としておいてもよいが、重心調整を行うため、上下チルト機構１５により上方にテールロータ５を傾けてもよい。すなわち、上下チルト機構１５により中間ハウジング１２に対してテールロータハウジング１３を回動させ、テールロータ５を飛行状態に対応した適切な傾斜角度で上方に傾ける。これにより、テールロータ５の推力の一部は、機体１後部の揚力となり、機体１のピッチング方向の重心調整を行うことができる。つまり、飛行状態に応じて機体のピッチ姿勢を適切に変更することが可能となる。なお、図６（ｃ）に示すように、テールロータ５を完全に垂直上方に向けて推力を全て揚力とすることも可能である。
【００２２】
このように本実施形態のヘリコプタでは、方向可変機構７によりテールロータ５の向きを側方及び前方に変更可能であるので、テールロータ５自体をホバリング時にはメインロータ３のアンチトルクを発生させる側方向きに設定することができると共に、高速前進飛行時には前進推力が得られる前方向きに設定することができる。これによって、高速前進飛行時にテールロータ５が抵抗体とならずに前進推力に寄与し、効率的なエンジンパワーの活用が可能となる。
また、方向可変機構７によりテールロータ５をさらに上方に向けてチルトさせることにより、揚力となる推力も得ることができると共に重心の調整が可能になる。
【００２３】
さらに、方向可変機構７が、第２の傘歯車１０を第１の傘歯車９の回転軸９ａ周りに旋回可能に支持すると共に、第３の傘歯車１１を第２の傘歯車１０の回転軸１０ａ周りに旋回可能に支持しているので、テールロータ５を回転駆動させながらその向きを垂直軸及び水平軸の２軸を中心に回動させることができる。
また、水平チルト機構１４により中間ハウジング１２を軸線ｘ周りに回動させることにより、中間ハウジング１２及びテールロータハウジング１３ごとテールロータ５を水平方向に回動させることができると共に、上下チルト機構１５によりテールロータハウジング１３を第２の傘歯車１０の回転軸周りに回動させることによりテールロータハウジング１３ごとテールロータ５を上下に回動させてチルトさせることができる。
【００２４】
このように、３つの歯車を組み合わせることでテールロータ５を回転させながらその方向を左右、上下に偏向させることができ、飛行状態に適切な方向にテールロータ５を向けることで、前進速度の増大や重心移動に応じたバランス調整を行うことができる。
また、第１、第２及び第３の傘歯車９、１０、１１は、そのギア比を適切に選択することで、テールロータ５の回転数を下げる減速機構と併用可能となり、別途減速機構を設ける必要がなく、部品点数の削減を図ることができる。
【００２５】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る一実施形態のヘリコプタを示すホバリング時の斜視図である。
【図２】本発明に係る一実施形態のヘリコプタを示す高速前進飛行時の斜視図である。
【図３】本発明に係る一実施形態のヘリコプタにおいて、第１〜３の歯車の噛み合い状態を示す模式図である。
【図４】本発明に係る一実施形態のヘリコプタにおいて、尾翼上の中間ハウジング内及びテールロータハウジング内を示す断面図である。
【図５】本発明に係る一実施形態のヘリコプタにおいて、テールロータの向きを示すホバリング時及び高速前進飛行時の要部斜視図である。
【図６】本発明に係る一実施形態のヘリコプタにおいて、尾翼上で側方、前方及び上方を向いたテールロータをそれぞれ示す要部正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１…機体、２…エンジン（回転駆動源）、４…垂直尾翼、５…テールロータ、６…駆動機構、７…方向可変機構、９…第１の傘歯車、１０…第２の傘歯車、１１…第３の傘歯車、１２…中間ハウジング（第１のハウジング）、１３…テールロータハウジング（第２のハウジング）、１４…水平チルト機構、１５…上下チルト機構
【図１】
2005186881.tif 000003
【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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