(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動シャフト（２）と、駆動シャフト（２）に関して実質的に半径方向に延伸している多数の翼（３）と、前記翼（３）を前記駆動シャフト（２）に操作可能に接続しているトランスミッションとを具備している航空機用ロータであって；
該トランスミッションが、固定ポール（Ｏ）の周囲に調節可能に支持されたハブ（４）と、各々の前記翼（３）を前記ハブ（４）に接続している連結手段（３５，３６）と、前記駆動シャフト（２）を前記ハブ（４）に接続しているトルク伝達手段（６，７，１１）と、を具備している航空機用ロータにおいて；
前記ハブ（４）が平面（α）に位置していて、かつ前記平面（α）に関して対称であり、そしてポール（Ｏ）が前記平面に位置していることと；
前記トルク伝達手段（６，７，１１）が、前記駆動シャフト（２）に回転的に一体化している駆動部材（６）と、前記ハブ（４）に固定的に接続された被駆動部材（７）と、多数のトルクトランスミッタ（１１）とを備えていて、前記トルクトランスミッタ（１１）各々が、それぞれの第一ヒンジ（５９）により前記駆動部材（６）の一部分であるそれぞれの第一アタッチメント（５６）に接続されており、前記トルクトランスミッタ（１１）各々が、それぞれの第二ヒンジ（５８）により前記駆動部材（６）の一部分であるそれぞれの第二アタッチメント（５７）に接続されていて；
前記第一ヒンジ（５９）は前記第一平面（ε）に位置しているそれぞれの第一軸（Ｅ）を有しており、前記第二ヒンジ（５８）は前記第二平面（δ）に位置しているそれぞれの第二軸（Ｄ）を有していて；そして前記第一平面（ε）及び前記第二平面（δ）は分割平面（β）をはさんで対向していて、かつ前記分割平面（β）に対して対称になっており、前記分割平面（β）は、静止した停止状態において前記ハブ（４）の前記平面に一致していて、かつ
前記第一平面（ε）と第二平面（δ）とにより画定された二面角を分割していることとを特徴としている、
航空機用ロータ。
【請求項２】
前記翼（３）を前記ハブ（４）に接続している前記連結手段（３５，３６）が、少なくともそれぞれの回転対（３６）を備えていて、その回転対（３６）はそれぞれの可変ピッチ軸（Ｒ）を画成しており、その可変ピッチ軸（Ｒ）が、前記ハブ（４）の前記平面（α）にあり、かつ、前記ポール（Ｏ）を通っていることを特徴としている、請求項１に記載の航空機用ロータ。
【請求項３】
前記ハブ（４）がプレートであることと；前記被駆動部材（７）が、前記ハブ（４）の対向する両側にあって、かつハブ（４）の前記平面（α）に関して実質的に対称な二つのフランジ（１９，２０）を備えていることと；を特徴としている、請求項１又は２に記載の航空機用ロータ。
【請求項４】
前記トルクトランスミッタ（１１）が、前記翼（３）の数に等しく、さらに前記翼（３）の間に挟さまれていることを特徴としている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航空機用ロータ。
【請求項５】
前記トルクトランスミッタ（１１）が、それぞれの端部アタッチメント（６０）を有しているカンチレバ部材により画成されていて、各々が、それぞれの前記第一アタッチメント（５６）とそれぞれの前記第二アタッチメント（５７）とに接続されていることを特徴としている、請求項４に記載の航空機用ロータ。
【請求項６】
前記カンチレバ部材（１１）各々は多数のプレート（６４）を備えていて、そのプレート（６４）が、接線方向に細長い長方形断面を有し、かつ半径方向に並行して配置されていることを特徴としている、請求項５に記載の航空機用ロータ。
【請求項７】
前記プレート（６４）が、間隙（ｇ）でお互いに離間していることを特徴としている、請求項６に記載の航空機用ロータ。
【請求項８】
前記プレート（６４）が湾曲していて、前記ロータ（１）に対して外側に凸な面を有することを特徴としている、請求項６又は７に記載の航空機用ロータ。
【請求項９】
前記プレート（６４）が、炭素繊維ベースの複合材料で作られていることを特徴としている、請求項６〜８のいずれか一項に記載の航空機用ロータ。
【請求項１０】
前記トルクトランスミッタは、各々が二つのロッド（６５，６６）で画成されたそれぞれのコンパス機構（１１′）を備えていて、そのロッド（６６）は前記第一アタッチメント（５６）と、そのロッド（６５）前記第二アタッチメント（５７）とに蝶番取りつけされ、かつそのロッド（６５，６６）は球形連結ジョイント（６７）によりお互いに接続されていることを特徴としている、請求項４に記載の航空機用ロータ。
【請求項１１】
第一エラストマーベアリング（３０）及び第二エラストマーベアリング（３1）を有していて；前記第一エラストマーベアリング（３０）及び第二エラストマーベアリング（３１）が前記ポール（Ｏ）に中心を有していて、そして前記フランジ（１９，２０）の一方のフランジ（１９）の環状ベース（２２）の軸に対して軸対称に配置されており；前記第一エラストマーベアリング（３０）は、前記被駆動部材（７）から前記駆動シャフト（２）へ下向きの軸荷重を伝達し；前記第二エラストマーベアリング（３１）は、前記被駆動部材（７）から前記駆動シャフト（２）へ上向きの軸荷重を伝達することを特徴とする、請求項３〜１０のいずれか一項に記載の航空機用ロータ。
【請求項１２】
前記翼（３）を前記ハブ（４）に接続している前記連結手段（３５，３６）が、各々の翼（３）に対し、それぞれの前記可変ピッチ軸（Ｒ）に沿っている中心（Ｃ）を有している球形連結ジョイント（３５）を備えていることを特徴としている、請求項２〜１１のいずれか一項に記載の航空機用ロータ。
【請求項１３】
各々の翼（３）に対し、前記可変ピッチ軸（Ｒ）周囲において、前記翼（３）に固定的に取りつけられ、かつ前記翼（３）と一体で回転する、可変ピッチレバを具備していることを特徴としていて；前記球形連結ジョイント（３５）が前記可変ピッチレバ（４０）と前記ハブ（４）との間に挟さまれているところの、請求項１２に記載の航空機用ロータ。
【請求項１４】
前記ハブ（４）は、それぞれの翼（３）が前記連結手段（３５，３６）により接続された、翼（３）に等しい数の半径方向アーム（１４）と、前記アーム（１４）の間に挟まれ、かつ前記被駆動部材（７）に固定的に取りつけられた、翼（３）に等しい数の中間駆動部分（１５）と、を有することを特徴としている、請求項３〜１３のいずれか一項に記載の航空機用ロータ。
【請求項１５】
前記アーム（１４）各々が、二つのビーム部材（１６）により隣接している前記中間駆動部分（１５）へ一体的に接続されていることを特徴としている、請求項１４に記載の航空機用ロータ。
【請求項１６】
前記ハブ（４）が中央開口部（１３）を備えていることと；前記被駆動部材（７）が実質的にかご状形状の中空部を有していることと；を特徴としている、請求項１５に記載の航空機用ロータ。
【請求項１７】
前記可変ピッチレバ（４０）が、実質的に接線方向に延在していて、かつ前記駆動部材（７）と前記ハブ（４）の前記開口部とに収納されていることを特徴としている、請求項１６に記載の航空機用ロータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、定速トランスミッションを有する航空機用ロータに関する。本発明は、好ましくは傾斜ロータ式航空機（ｔｉｌｔ−ｒｏｔｏｒ  ａｉｒｃｒａｆｔ）あるいは転換式飛行機（ｃｏｎｕｅｒｔ：ｐｌａｎｅｓ）に適用するものであるが、従来のヘリコプタ例えば尾部回転翼に使用してもよい。
【０００２】
【従来の技術】
固定翼式ターボプロペラ航空機における速度、飛行距離及び性能と、ヘリコプタにおけるオーバリング及び垂直離着陸能力とを組合わせるために、転換可能な航空機（ｃｏｎｕｅｒｔｉｂｌｅ  ａｉｒｃｒａｆｔ）いわゆる転換式飛行機が発明されてきた。その転換式飛行機は、ターボプロペラ航空機の外面構造と同一であるけれど、ロータを備えていて、そのロータが、上向きに傾斜しヘリコプタにおける揚力を提供し、さらに前方に傾斜し航空機における推力を提供していて、航空機はヘリコプタと同様に限られたスペースで離着陸でき、さらに航空機と同様に高速度かつ高高度で巡航することができる。従来のヘリコプタに関連してそのような組合わせの利点は：ほぼ二倍の巡航速度（３００km／ｈに対して５００km／ｈ）と；所定の積載量及び燃料容量に対して実質的に二倍の飛行距離と時間、従って航空機の有効利用率の増大と；そのほとんどの飛行時間において航空機が天候状態（雲、乱気流）の影響を受けないような、二倍を上廻る巡航高度と；である。その一方で、従来の航空機に比較されるように、本航空機はホーバリング可能であり、かつ限られたスペースでの離着陸が可能である。
【０００３】
ヘリコプタのロータにおける主な動的な問題の一つで、転換式航空機において転換時における変則的な運転状態のためにさらに複雑化している問題の一つは、ロータに作用する振動力の制御である。この振動力は主にジャイロ作用によるものであって、そのジャイロ作用は、トランスミッションシャフトの軸に関してロータのシャフトを傾斜することと、ロータトランスミッションがトランスミッション主軸からロータハブへの完全な定速トランスミッションを保証することに失敗した際の角速度における振動と、により共同的に発生する。
【０００４】
種々のタイプの航空機用ロータトランスミッションが公知である。ある解決方法において、ハブが、ポール周囲を回転するべく球形ベアリングに枢支され、さらに、トランスミッション部材により主シャフトと一体に駆動部材に接続されていて、そのトランスミッション部材は、実質的にトロイダル形状であり、フレキシブルな部材であり、複合材料で作られている。構造的には比較的簡単であるが、トランスミッション部材が荷重で変形する際、前述の動的問題がハブのボビングをもたらし、そのボビングはさらに翼に対して貫性力及び動的空気力をもたらす。
【０００５】
他の公知な解決方法において、ハブが、多数のコンパスあるいは接線ロッドによる連結方法でトランスミッションシャフトと一体的に駆動部材に接続されている。そのような解決方法は多かれ少なかれ、採用した運動装置にもとずく振動問題があって、複雑になり、摩耗を受け、信頼性に欠け、さらに異なる設計仕様への適応性に欠けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、公知のロータに伴なう前述の欠点を回避するべく構成された航空機用ロータを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は以下の航空機用ロータを提供していて、
駆動シャフトと、駆動シャフトに関して実質的に半径方向に延伸している多数の翼と、前記翼を前記駆動軸に接続しているトランスミッションとを具備している航空機用ロータであって；
該トランスミッションが、固定ポールの周囲に調節可能に支持されたハブと、各々の前記翼を前記ハブに接続している連結手段と、前記駆動シャフトを前記ハブに接続しているトルク伝達手段と、を具備している航空機用ロータにおいて；
前記ハブがポールを通過するそれ自身の平面に関して対称であることと；前記トルク伝達手段が、前記駆動シャフトに回転的に一体化している駆動部材と、前記ハブに固定的に接続された被駆動部材と、各々が、駆動部材により担持された第一アタッチメントと、被駆動部材により担持された第二アタッチメントとに、それぞれ第一ヒンジと第二ヒンジとにより接続された多数のトルクトランスミッタとを備えていることと；を特徴としていて；
前記第一ヒンジ及び第二ヒンジがそれぞれ軸を有していて、その軸は、分割平面に関して対向する両側でありかつ対称な、第一平面及び第二平面にそれぞれあって、その分割平面は静止した停止状態において前記平面に一致している；
ところの航空機用ロータである。
【０００８】
例を用いて添付図面を参考にして、本発明における好適な限定されることのない実施の形態を説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜３において、符号１は航空機特に転換式飛行機用ロータ全体を示めしている。
ロータ１は、軸がＡである主シャフト２と；ハブ４に支持された四枚の翼３と；ハブ４をシャフト２に接続しているトランスミッション５とを備えている。
【００１０】
トランスミッション５は、シャフト２に取りつけられた環状駆動部材６と；ハブに固定的に接続され、かつハブ４が周囲で傾くことのできる固定ポールＯを画成している球形連結ジョイント８によりシャフト２に接続されたハブ４用サポート７（以下サポート７と呼ぶ）と；駆動部材６をサポート７に接続している多数のトルクトランスミッタ１１と；を備えていて、駆動部材を画成している。
【００１１】
特に図３においてハブ４がフラットプレートにより画成されていて、そのフラットプレートは、中央平面αに延在し、かつ実質的に十字形状開口部１３を有している四頂点の星形状をしている。より詳しくはハブ４が；星の頂点を画成し、それぞれの翼３に接続した、等角度で離間した四つのラディアルアーム１４と；アーム１４に交差し、かつサポート７に固定的に取りつけられた四つの中間駆動部分１５と；を備えている。
【００１２】
駆動部分は、接線方向に細長くて、かつアーム１４に対して半径方向内側に配置されており、複数対のビーム１６により一体に接続されている。より詳しくは各々のアーム１４が、軸Ａに面する第一辺と外側に面する第二辺とを有する、実質的に二等辺の台形形状であって、さらに二つのビーム１６により二つの隣接した中間部分１５に接続されており、その二つのビーム１６は、アーム１４から分岐したものであり、アーム１４の斜面の延伸部に沿った方位となっている。中間部分１５とビーム１６とアーム１４の第一辺とはハブ４の開口部１３の周縁を画成している。
【００１３】
ハブ４のサポート７が、中空な実質的にかご状構造体であって、かつ上部フランジ１９と下部フランジ２０（図４）とにより画成されていて、その上部フランジ１９と下部フランジ２０とは、平面αに対して実質的に対称であり、フランジ各々が、平らな環状ベース２２と、等角で離間しベース２２から半径方向及び軸方向に突出している四つのアーム２３とを備えている。
【００１４】
フランジ１９及び２０のベース２２は、平行であって、シャフト２が貫通して取りつけられているそれぞれの円形中心開口部２４を有している。フランジ１９及び２０のアーム２３は、ねじ２６で接続された、それぞれの自由端２５において、平面αで係合していて、かつハブ４の中間部分１５が収納され固定的にロックされている、それぞれのＣ字形シート２７を内部において画成している。
【００１５】
球形連結ジョイント８のポールＯが、軸Ａと平面αとの交差部に画成されていて；球形連結ジョイント８は内部エラストマーベアリング３０と外部エラストマーベアリング３１とにより画成されており、その両方のベアリングは、ポールＯにおける幾何学的中心を有していて、フランジ１９のベース２２における軸方向に対向する両側に配置されており、シャフト２に同軸であり、リングナット３２によりシャフト２の肩３３に対し軸方向にグリップされたアセンブリをベース２２と共に形成している。
【００１６】
ベアリング３０，３１はポールＯ周囲におけるサポート７の回転を可能にすることに加えて、サポート７からシャフト２へそれぞれ下向き軸荷重及び上向き軸荷重の伝達も行なう。
【００１７】
各々の翼３の端部３４が、平面αに中心Ｃを有する球形連結ジョイント３５により、かつ中心ＣとポールＯとを通る半径方向軸Ｒとを有する回転対３６により、ハブ４に接続されている。翼３のハブ４への接続は、一つの翼３に関して以下に詳述する。なお残りの翼については同様に接続されることは、理解されるであろう。
【００１８】
より詳しくは、ハブ４に接続された翼３の端部３４が、垂直壁面３９によりお互いに一体化された二つの平行プレート３７，３８を備えている。端部３４が、実質的にサポート７の内側へ接線方向に延伸するピッチ・コントロール・レバ４０に接続されていて、そのピッチ・コントロール・レバ４０は、翼３のプレート３７及び３８の間に取りつけられた一つの端部４４と、詳細に説明されないが従来のピッチ・コントロール・アセンブリ４７の一部を形成している連接棒４６に接続された他方の端部４５とを有している。
【００１９】
レバ４０の端部４４が、軸Ｒ周囲を翼３と共に一体的に回転するように、プレート３７，３８と軸Ｒとに直交する軸Ｔを有している遠心力トランスミッションピン４８により、プレート３７と３８との間に挿入され接続されていて、さらに球形連結ジョイント３５における、第一部材４９と、ハブ４に固定的に取りつけられた第二部材５０とを収納している。
【００２０】
より詳しくは、玉形連結ジョイント３５の第一部材４９はポールにより画成されていて、そのポールは、ピン４８に直径を貫通して取りつけられ、かつレバ４０の端部４４における内部停止面５２の間で軸方向にロックされている。
玉形連結ジョイント３５の第二部材５０はハブ４のそれぞれのアーム４の第一辺に固定的に取りつけられている（図３）。
【００２１】
ハブ４が軸Ｒを有する四つのラジアルピン５４を有していて、そのラジアルピン５４は、翼３の壁面３９に形成されたそれぞれの座５５を介して角度的に及び軸方向に摺動係合し、かつ壁面３９と共にそれぞれの回転対３６を画成している。
ピン５４及び球形連結ジョイント３５は、トランスミッション・ポイントを画成していて、翼３とハブ４との間で剪断力が伝達されている。
【００２２】
駆動部材６が、従来と同様にサポート７の下方でシャフト２に取りつけられた環状部材５５と；端部においてトルクトランスミッタ１１用のそれぞれの下部アタッチメント５６を画成するために環状部材５５から外向きかつ上向きに突出している四つのアペンディックスと；を具えている。
それぞれのアペンディックスは、トルクトランスミッタ１１用の上部アタッチメント５７を画成するために、サポート７の上部フランジ１９におけるアーム２３から突出している。
【００２３】
トルクトランスミッタ１１はカンチレバ部材により画成されていて、そのカンチレバ部材が端部において、上部ヒンジ５８により上部アタッチメント５７へ、下部ヒンジ５９により下部アタッチメント５６へ取りつけられている。ヒンジ５８及び５９がそれぞれ軸Ｄ及びＥを有していて、その軸Ｄ及びＥは、軸Ａに関して接線的に配置され、かつそれぞれ平面δ及びεにあって、その平面δ及びεは、ハブの平面αが軸Ａに直交している静止した停止状態において、平面αに関して対称である。
【００２４】
図５及び６において各々のトルクトランスミッタ１１が、二つの端部アタッチメント６０と、平行な多数のプレート６４とを具えていて；その二つの端部アタッチメント６０はそれぞれ、上部アタッチメント５７と下部アタッチメント５６とに接続していて、その上部アタッチメント５７と下部アタッチメント５６とは、軸方向に固定され、それぞれの軸Ｄ，Ｅの周囲で相対回転可能であり；そのプレート６４は端部においてアタッチメント６０に取りつけられている。プレート６４は、二つの実質的に直線の端部部分６４ａと、外側に向いた凸面を有する湾曲した一つの中間部分６４ｂとにより湾曲されていて、さらに接線方向に極度に細長い、すなわち巾に対して極度に薄い長方形断面を有している。プレート６４は、半径方向に間隙ｇで並行して配置されていて、従って各々のプレートがそれぞれ荷重を受けて作動しており、さらにプレート６４は、炭素繊維ベースの複合材料で簡便に作られ、プレート６４は好ましくは、外側プレートから内側プレートに向けて厚さが増加しており、すべてのプレート６４において剪断応力が一定値になっていて、材料の抗力を最も良く利用している。
【００２５】
プレート６４は、巾に対して薄いので、軸平面における曲げ強度が弱く、かつねじり剛性も低下していて、運動学的に言えば、トルクトランスミッタ１１はコンパス機構１１′（図７）に相当するもの（あるいは代わるもの）であってもよくて、そのコンパス機構１１′は、上部アタッチメント５７に蝶番取りつけされた上部ロッド６５と、下部アタッチメント５６に蝶番取りつけされた下部ロッド６６と、ロッド６５及びロッド６６における自由端を接続している球形連結ジョイント６７とにより画成されている。この変更した形状が図７及び８に示めされ、荷重を受けるロータ１の運動状態の説明に役立っている。
【００２６】
実際の使用においてねじりトルクは、トルクトランスミッタ１１あるいは１１′により、駆動部材６からサポート７へ伝達される。ハブは、サポート７に固定的に接続されていて、したがってサポート７と一体で回転する。翼３の円錐状配置はハブ４のビーム６におけるフレキシビリティにより可能となっている。
【００２７】
ロータ１の姿勢は公知のピッチコントロール装置４７により調節される。より詳しくは、ハブ４がポールＯの周囲をスリップすると、ハブ４の平面αは、軸Ａに直交しているのと対照するものとして、ポールＯを介してハブ回転軸Ｂに直交し（図８）、トルクトランスミッション１１あるいは１１′の下部アタッチメント５６と上部アタッチメント５７との間における距離が変化する。図８に示めすように、特にコンパス機構１１′を用いた解決方法に関連して、連結ジョイント６７の中心は、平面αと異なる分割平面を画成している平面βにあり、これと関連して平面δとεとが同様の関係にある。この条件を考りょすると、トランスミッション５は完全に一定速度を維持している。すなわち平面αにおける観察者において、軸Ｂ周囲のハブ４の角速度は、一定でかつシャフト２の角速度に等しい。
【００２８】
トルクトランスミッタ１１は、すなわちプレート６４の変形により、構造的に正に同一の前述した運動装置を提供している。この場合、ハブ４のどのようなすべり状態においても、トランスミッタ１１を分割する面βを画成し、これと関連して平面δとεとが同様の関係にあることを可能にしていて、前述したように、トランスミッション５は、ロータ１のどのような運転状態においても完全に一定の速度を維持する。トルクトランスミッタ１１の実施の形態が、実際的にコンパス機構１１′と同一の運動装置を提供していて、そのトランスミッタ１１は、ねじり及び曲げ剛性の弱いプレート６４のために、荷重の下で、平面βが分割平面であることに関連して変形形状をもたらす複雑な曲げ及びねじり歪みを受けている。
【００２９】
本発明におけるロータ１の利点は、前述の説明において明瞭であろう。前述の理由からロータは、どのような運転状態においても完全に一定な速度伝達を維持し、従ってジャイロ作用により誘発される振動を回避あるいは無視出来る程度にまで低減することができ、ボッビングもなく一定で安定したロータの姿勢を達成する。
【００３０】
さらにこれらの利点は、比較的簡単でコンパクトで軽量の、小数の部品からなるトランスミッション５にある。
【００３１】
カンティレバ・トルク・トランスミッション１１を使用している実施の形態は、相対運動における部品数を低減していて、それに伴なう低減効果（摩耗、フレッティング）もあり；さらに、ロータにおけるモーメント及び安定性の制御が、プレート６４の剛性を調節することにより制御することができる。
【００３２】
結局使用される運動装置は、様々な応力成分が伝達される種々の荷重径路のために、最大の信頼性と安定性とを備えている。より詳しくは、平面における軸荷重と剪断荷重とは単独でエラストマーベアリング３０，３１により伝達され、ねじりトルクが単独でトルクトランスミッタ１１又は１１′により伝達され、さらにコントロールモーメントは、その一部がエラストマーベアリング３０，３１により、その一部がトルクトランスミッタ１１又は１１′により伝達されていて、いずれにしてもすべての応力成分に関して冗長性がある。
【００３３】
ここで説明したロータ１において、前述の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく変更してもよいことは明瞭である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明におけるロータの平面図を示めす。
【図２】図２は、図１における線II−IIで切断した断面図を示めす。
【図３】図３は、図２における線 III−III で切断した断面図を示めす。
【図４】図４は、図１におけるロータトランスミッションの被駆動部材の断面図を示めす。
【図５】図５は、図１におけるロータトランスミッションのトルク伝動部材の側面図を示めす。
【図６】図６は、図５における線VI−VIで切断した断面図である。
【図７】図７は、ロータにおける変更した断面を示めす。
【図８】図８は、異なる運転状態における、図７と同一の図を示めす。
【符号の説明】
１…航空機用ロータ
２…駆動シャフト
３…翼
４…ハブ
６…駆動部材
７…被駆動部材
１１…トルクトランスミッタ
【図１】
0004112870.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004112870.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0004112870.tif 000008
【図８】
0004112870.tif 000009