(57)【要約】      （修正有）【課題】エンジンナセルに適合させることができる改良された空気力学的プロファイルを備えた小径スピナーを有すると共に、可変及び非可変ピッチプロペラの抗力減少プロファイルを有するような複合材製プロペラを提供する。【解決手段】プロペラハブ１０２と、プロペラ１００を流線形にするためのスピナー１０４と、上記プロペラハブ１０２に取り付けられた複数の複合プロペラ羽根１０６とを備える。プロペラ羽根１０６は、プロペラ１００の回転軸１１２に対して略垂直な少なくとも２つの平行平面１０８，１１０において同じ回転方向に一緒に回転するように配設される。プロペラ１００は、エンジンナセル１１６により良好に適合させることができ、更に抗力を減少させる、改良された空気力学的プロファイルを備えた小径スピナー１０４を有する。【選択図】図１
2012071823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機のプロペラ（１００，３００）であって、
プロペラハブ（１０２，３０２）と、
前記プロペラ（１００，３００）を流線形にするためのスピナー（１０４，３０４）と、
前記プロペラハブ（１０２，３０２）に取り付けられた複数の複合プロペラ羽根（１０６，３０６）であって、前記プロペラ（１００，３００）の回転軸（１１２，３１２）に対して略垂直な少なくとも２つの平行平面（１０８，１１０，３０８，３１０）において同じ回転方向に一緒に回転するように配設される前記プロペラ羽根（１０６，３０６）とを備える、航空機のプロペラ（１００，３００）。
【請求項２】
隣接平面（１０８，１１０，３０８，３１０）において隣接する羽根（１０６，３０６）は、互いに対して円周方向にオフセット（γ）される、請求項１に記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項３】
前記羽根（１０６，３０６）の根元は軸方向にごく接近して充填される、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項４】
少なくとも１つの平面（１０８，１１０，３０８，３１０）における羽根（１０６，３０６）の離間角（θ）は、別の平面（１０８，１１０，３０８，３１０）における羽根（１０６，３０６）の離間角（θ）とは異なる、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項５】
各平面（１０８，１１０，３０８，３１０）の各々には、同じ数の羽根（１０６，３０６）が設けられる、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項６】
いずれか１つの平面（１０８，１１０，３０８，３１０）における各羽根（１０６，３０６）は、同じ離間角（θ）だけ離間される、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項７】
前記羽根（１０６）は可変ピッチ羽根であり、各羽根（１０６，３０６）の根元（１２０，３２０）は、前記プロペラハブ（１０２，３０２）内に収容される各ピッチ変化軸受（１１４，３１４）に保持される、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項８】
特定の平面（１０８，１１０，３０８，３１０）における羽根の数（Ｎ）は、スピナー直径（φ）のピッチ変化軸受直径（ｘ）に対する比（Ｒ）が１≦Ｒ≦２（Ｒ＝φ／ｘ）となるように選択される、請求項７に記載のプロペラ（１００，３００）。
【請求項９】
前記平面（３０８，３１０）の少なくとも１つにおける羽根（３０６）の間に、少なくとも１つのカウンターウェイトアーム（３１８）が設けられる、先行する請求項のいずれかに記載のプロペラ（３００）。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのカウンターウェイトアーム（３１８）は、単一平面（３０８）のみに設けられる、請求項９に記載のプロペラ（３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して航空機のプロペラに関する。より詳細には、本発明は、複数の複合プロペラ羽根を有するプロペラに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空学において、例えば、航空機［１］を推進するための前進スラストを発生させるように機体が反応できる空気流を発生させるために、１つ又は複数のプロペラ羽根を有するプロペラを使用することが知られている。また、そのようなプロペラは、特定の速度で作動する時にプロペラ性能［２−５］を最適化するために空気流に対するプロペラ羽根の迎角を調整できるように可変ピッチであってもよいことが知られている。
【０００３】
近年では、プロペラ羽根設計の改良が、羽根［６］を形成するための複合材料の使用増加につながっており、この複合材料は、従来の金属プロペラ羽根と比べて重量の点で有利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】英国特許第８７２６８７Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複合プロペラ羽根は数多くの利点を有する反面、形成するのに使用される材料は、使用される繊維が機械強度の相当量を失わずに急に方向を変えるように作ることができないので、翼形から支持翼根元までの形状において全般的にスムーズで段階的な移行を提供するように成形しなければならない。これは、金属羽根と対称的であり、一般に、複合羽根の非翼形部分は相当する空力性能を持った金属羽根の場合よりも長さが大きいことを意味する。
【０００６】
更に、可変ピッチプロペラに使用されることになる複合羽根は、既知のピッチ変化軸受と係合する略円形断面根元部分を必要とする。従って、所定の翼形寸法に関して、複合羽根を有する可変ピッチプロペラは、一般的に、翼形から略円形断面根元までの移行部の長さのために、金属羽根の同等物よりも更に大きな直径を有することになる。この結果、複合形式のプロペラは、付随する抗力の増加によって比較的大きなスピナー寸法を必要とするだけでなく、全体的な航空機の空力性能を最適化しようとする時、スピナーを航空機のナセルに適合させる際の設計の難しさを生じることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
従って、本発明は、既知の複合航空機プロペラに関する上述の欠点を念頭に置きながら考案された。
【０００８】
本発明の一態様によれば、航空機のプロペラが提供される。プロペラは、プロペラハブと、プロペラを流線形にするためのスピナーと、上記プロペラハブに取り付けられた複数の複合プロペラ羽根とを備える。プロペラ羽根は、プロペラの回転軸に対して略垂直な少なくとも２つの平行平面において同じ回転方向に一緒に回転するように配設される。
【０００９】
少なくとも２つの平行平面に取り付けられたそのような複数の複合プロペラ羽根を設けることによって、本発明の様々な態様及び実施形態は、エンジンナセルに適合させることができる改良された空気力学的プロファイルを備えた小径スピナーを有すると共に、可変及び非可変ピッチプロペラの抗力減少プロファイルを有するようにして提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
次に、本発明の様々な態様及び実施形態を、添付図面に関連して説明する。
【図１】本発明の実施形態に従ったプロペラを図示する概略図を示す。
【図２】従来のプロペラ装置の断面を示す。
【図３】本発明の実施形態に従ったプロペラ装置の断面を示す。
【図４】図３に示すプロペラ装置の長手方向断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に従った航空機のプロペラ１００を図示する概略図を示す。プロペラ１００は、ナセル１１６に収容された航空機エンジン（図示せず）によって回転可能に駆動されるプロペラハブ１０２を備える。
【００１２】
スピナー１０４は、プロペラ１００を流線形にするためのプロペラハブ１０２を覆うようにして設けられる。本実施形態では、スピナー１０４は、プロペラハブ１０２が航空機エンジンによって駆動される時に一緒に回転するように、プロペラハブ１０２に固定される。スピナー１０４は、φで示される最大直径を有する略円錐形であり、可回転プロペラ１００と定位置ナセル１１６の間に流線形のインターフェースを形成する。
【００１３】
複数の複合プロペラ羽根１０６は、プロペラハブ１０２に取り付けられ、スピナー１０４が羽根１０６の根元１２０の近くを流れる空気の流線形化を行なうように、スピナー１０４から突出する。例えば、羽根１０６は、織り繊維材料、例えば１つ又は複数の炭素繊維及びガラス繊維からなる。特定の好適な実施形態は、それらの強度特性のために、炭素繊維強化エポキシ樹脂複合材料を使用する。
【００１４】
本実施形態では、羽根１０６の根元１２０（明確にするためそのうちの２つのみが示される）は、ピッチ変化軸受１１４によってプロペラハブに取り付けられる。例えば、Ｂｏｍｂａｒｄｉｅｒ  Ｄａｓｈ（登録商標）８−Ｑ４００用に設計された現行のプロペラは６枚羽根設計であり、翼形に対して、ハブ径を減少し、半径方向移行部をより急速にするためにこの技術を適用できる。しかしながら、様々な軸受１１４、例えば、ＲＰＰ（Ｒｅｖｏｌｖｏ（登録商標）社）によって製造された軸受等を使用してもよい。或いは、内部推力レースに対して様々なアンギュラコンタクト型軸受を使用してもよく、ラジアル型ころ軸受は外側レースでの使用に適している。
【００１５】
ピッチ変化軸受１１４は、付随するプロペラ羽根１０６と共に、２つの隣接する平面、即ち、ｄで示される軸方向離間距離だけ離間した第１平面１０８及び第２平面１１０に設けられる。第１平面１０８はナセル１１６から遠くに設けられ、第２平面１１０はナセル１１６に長手方向により近づいて位置している。ピッチ変化軸受１１４は、形状が略円筒状であり、図１においてｘとして示される直径を有する。従って、プロペラ羽根１０６は、第１及び第２平面１０８，１１０において同じ回転方向に一緒に回転するように配設されており、平面１０８，１１０は、プロペラ１００の回転軸１１２に対して略垂直である。
【００１６】
様々な好適な実施形態において、平面１０８，１１０の数は２つである。これは、比較的維持及び検査が容易である簡略化されたプロペラ構造を提供するので好ましい。しかしながら、本発明の実施形態は、２つのそのような平面の使用のみに限定されず、２つ以上を使用してもよい。
【００１７】
本発明の様々な実施形態がどのように軸方向に羽根の充填密度を増加させることができるかを概略的に示すために、明確にする目的のみで５つのピッチ変化軸受１１４が図１に示されている。隣接平面１０８，１１０において隣接する羽根１０６は互いに対して円周方向にオフセットできるので、羽根１０６の根元１２０は、例えばｄ＜ｘとなるように、ごく接近して軸方向に充填できる。そのような羽根の充填密度の増加によって、小径のプロペラハブ１０２を使用することが可能になり、その結果、そのプロペラハブ１０２を流線形にするために、それに対応した小径のスピナー１０４を使用することもできる。
【００１８】
各平面１０８，１１０の各々には、同じ数の羽根１０６を設けることができる。これにより、プロペラ設計を簡略化し、不均一摩耗及び振動を最小化するように最適均衡を保証する。
【００１９】
特定の平面１０８，１１０における羽根の数Ｎは、スピナー直径φの羽根根元１２０又はピッチ変化軸受直径ｘに対する比Ｒが１≦Ｒ≦２（Ｒ＝φ／ｘ）となるように選択できる。しかしながら、小直径スピナー１０４を備えたプロペラ１００によって最適な推力発生を提供できるように、１≦Ｒ≦√２及びＮ＝２，３又は４が好ましい。
【００２０】
図２は、従来のプロペラ装置２００の断面を示す。プロペラ２００は、同一平面上の六角形形状で配設された６つのプロペラ羽根２０６を含む。明確にするために、羽根２０６の３つのみが示されている。
【００２１】
プロペラ羽根２０６は、ピッチ変化軸受２１４を用いてプロペラハブ２０２に取り付けられる。スピナー２０４はプロペラハブ２０２の周囲に設けられ、その半径方向外側には、プロペラ性能を最適化できる翼形プロファイルを備えた羽根２０６が設けられる。羽根２０６は、各羽根の移行領域２０７において翼形プロファイルに移行する、ピッチ変化軸受２１４内に設けられた円形断面端部を有する。
【００２２】
各羽根２０６は、付随するカウンターウェイトアーム２１８と共に設けられる。カウンターウェイトアーム２１８は、各羽根２０６に接続されて、付随する羽根２０６と最も近い隣接羽根２０６との間のプロペラ２００の回転平面内に配置される。各カウンターウェイト２１９は、それらが取り付けられる羽根２０６から遠くのカウンターウェイトアーム２１８に接続されて設けられる。そのようなカウンターウェイト２１９は、例えば、焼結タングステンから製造できる。
【００２３】
作動中、カウンターウェイト２１９及びカウンターウェイトアーム２１８は、制御負荷を最小化し、更に、一次制御システムが故障した場合の空力抵抗を最小化するための羽根の自動結晶粒粗大化用機構を提供するために、羽根２０６に平衡トルク力を与える。発生した平衡トルク力の大きさは、カウンターウェイト２１９とカウンターウェイトアーム２１８の組み合わせの重量配分及び長さによって決まる。
【００２４】
図２にはまた、六角形形状で設けられた各ピッチ変化軸受２１４の６つの接触する羽根根元スリーブを覆う円２２２が示されている。プロペラハブ２０２の寸法はこの形状を収容できる大きさでなければならず、従って、羽根根元スリーブの幾何学的形状は、プロペラハブ２０２、その結果として更にスピナー２０４の最小寸法を効果的に制限する。６つの羽根２０６を備えたこの形状において、円２２２の直径は個々の羽根根元スリーブの直径の２倍であり、従って、プロペラハブ２０２及びスピナー２０４の直径はこの値よりも小さくすることはできない。
【００２５】
図３は、本発明の実施形態に従ったプロペラ３００の第１平面３０８における断面を示す。プロペラ３００は、６つのプロペラ羽根３０６，３０６’を含む。３つのプロペラ羽根３０６は、第１平面３０８に同一平面上の等辺三角形形状で配設され、残りの３つの羽根３０６’は、第１平面３０８から軸方向にオフセットされた第２平面３１０（例えば、更に図４を参照のこと）に同一平面上の等辺三角形形状で配設される。
【００２６】
図３に示す第１平面３０８における羽根３０６は羽根離間角θによって角度的に離間され、本実施形態では、θは１２０°で全ての羽根３０６に対して等しい。第１平面３０８における羽根３０６は、円周方向のオフセットγによって第２平面３１０における羽根３０６’に対して角度的にオフセットされ、本実施形態では、γは全ての羽根３０６’に対して６０°に等しい。
【００２７】
しかしながら、代替実施形態では、θは、様々な調和的唸り現象を排除することによって騒音低減を達成できるように、特定の平面に設けられた羽根の間で変化させることができる。例えば、３つの羽根は、それぞれθ＝１１９°，１２０°及び１２１°だけ離間させて設けてもよい。θ及びγの一方又は両方を使用して、プロペラのノイズプロファイル、空力性能、振動特性等を調整できるように同様の目的で、円周方向のオフセットに対して様々な修正を行なうこともできる。
【００２８】
プロペラ羽根３０６，３０６’は、ピッチ変化軸受３１４を用いてプロペラハブ３０２に取り付けられる。スピナー３０４はプロペラハブ３０２の周囲に設けられ、その半径方向外側には、プロペラ性能を最適化できる翼形プロファイルを備えた羽根３０６，３０６’が設けられる。スピナー３０４は、プロペラハブ３０２に軸方向に取り付けられ、プロペラハブ３０２に取り付けられたプロペラ羽根３０６，３０６’の根元部から離れるように空気流を偏向させることによって、プロペラ３００に対して空気力学的プロファイルを提供するように構成される。
【００２９】
羽根３０６，３０６’は、ピッチ変化軸受３１４の一部を形成する羽根根元スリーブ内に設けられた円形断面端部３２０を有する。羽根根元スリーブは、相当する単一平面プロペラ装置の（例えば、図２に示すもののような）場合よりもプロペラ軸３１２に近づけることができる。これは、根元から翼形への羽根３０６，３０６’の移行領域もまた、プロペラハブ３０２の中心により近づけることができ、半径方向におけるプロペラ３００の更なるコンパクト化が可能になることを意味する。
【００３０】
第１平面の各羽根３０６は、付随するカウンターウェイトアーム３１８と共に設けられる。カウンターウェイトアーム３１８は、各羽根３０６に接続されて、付随する羽根３０６とそれらの最も近い隣接羽根３０６との間のプロペラ３００の第１回転平面３０８内に配置される。各カウンターウェイト（図示せず）はまた、取り付けられる羽根３０６から遠くのカウンターウェイトアーム３１８に接続させて設けてもよい。
【００３１】
更に、カウンターウェイトアーム３１８は、例えば図２に示すような相当する単一平面プロペラの場合よりも長くできるので、より長いアームは所定の重量に対してより大きなバランストルク力を与えるという理由から、第２平面３１０における羽根３０６’の間にカウンターウェイトを設ける必要性をなくすことが可能である。従って、プロペラ３００は、従来のプロペラに比べて簡略化されるだけでなく、総重量も削減される。更に、そのような簡略化された構造は、プロペラ構成部品を容易にアクセス可能且つ検査可能にするので、動作信頼度が向上し、保守時間／費用が削減されるという利点を有する。
【００３２】
図３には、第１平面３０８に設けられた各ピッチ変化軸受３１４の３つの接触する羽根根元スリーブを覆う円３２２が示されている。プロペラハブ３０２の寸法はこの形状を収容できる大きさでなければならず、従って、羽根根元スリーブの幾何学的形状は、プロペラハブ３０２、その結果として更にスピナー３０４の最小寸法を効果的に制限する。３つの羽根３０６を備えたこの等辺三角形形状において、円３２２の直径は個々の羽根根元スリーブの直径の約１．１６倍であり、従って、この形状は、例えば図２のもののような従来のプロペラに比べて半径方向によりコンパクトである。従って、羽根３０６，３０６’、プロペラハブ３０２及びスピナー３０４の直径は、従来のプロペラと比べて減少させることができ、エンジンナセルへの空気力学的マッチングを良好にするだけでなく、使用中の抗力を低下させることができる。
【００３３】
図４は、線Ａ−Ａに沿った図３のプロペラ３００の長手方向断面を示す。羽根３０６は、第１平面３０８に設けられる。羽根３０６’は、第２平面３１０に設けられる。作動中、プロペラ３００は、プロペラ羽根３０６，３０６’が同じ回転方向に一緒に回転するように、回転軸３１２の周囲を回転する。
【００３４】
そのようなプロペラ３００を設けることによって、羽根３０６，３０６’が空気流に入る場所に、より薄い羽根３０６，３０６’の翼形を設けることができる。これにより、空力効率の更なる向上が得られるだけでなく、低騒音プロペラが提供される。様々な実施形態において、本出願人はまた、そのようなプロペラ装置によって、ナセル直径の３０％の減少を達成できることを発見した。
【００３５】
様々な代替実施形態において、羽根３０６，３０６’は、平面３０８，３１０の間の離間が個々の羽根根元スリーブの直径よりも小さくなるように軸方向に交互配置することができる。
【００３６】
様々な実施形態では、設けられる羽根及び／又は平面の数は制限されていない。例えば、２つの羽根を少なくとも１つの平面に設けて、羽根根元を互いに近接して配設してもよい。しかしながら、実用的な理由から、羽根の総数は、例えば４、６、８、１０又は１２個に制限されることになる。特定の実施形態では、プロペラの空力効率を最適化するために、例えば、２つの平面に６又は８個の羽根を設けるのが好ましい。好都合にも、様々な実施形態はまた、調整及び／又は削減された作動ノイズプロファイルを有して提供される。
【００３７】
当業者は、本発明に従ったプロペラの様々な実施形態を提供できることもまたわかるであろう。例えば、本明細書に記載の好適な実施形態は可変ピッチプロペラ羽根を使用しているが、当業者は、固定ピッチプロペラ羽根もまた使用できることに気づくであろう。そのような固定ピッチプロペラ羽根は、例えば、既知のプロペラ羽根保持機構［６］を用いてプロペラハブに取り付けることができる。
【図１】
2012071823.tif 000003
【図２】
2012071823.tif 000004
【図３】
2012071823.tif 000005
【図４】
2012071823.tif 000006
【外国語明細書】
2012071823000001.pdf