JPS6238200B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は面内の（in―plane）ロータ振動が機
体中に垂直方向の振動を発生するヘリコプタに係
り、更に詳細にはかかる振動を吸収する改良され
た二本吊り吸振器に係る。

1970年11月17日付にてW.F.Paul等に発行され
た米国特許第3540809号には、ロータハブに固定
された半径方向支持アームよりなつており、前記
支持アームの端部には前記支持アーム及び振り子
型質量部材に形成された円形孔を貫通して延在す
る同調ピンにより前記振り子型質量部材が支持さ
れており、前記孔は円形であり且つ前記ピンより
も直径が大きく、これにより前記質量部材が前記
支持アームの振動に応答するとき前記ピンが前記
孔の円弧表面上を自由に転動し得るよう構成され
たヘリコプタのメインロータに装着される二本吊
り吸振器が開示されている。

この特許の二本吊り系はその二本吊り吸振器の
振動伝達性がロータからの力入力の強力な関数で
あり、或る一つの力レベルに於いてのみ効率が最
大になるという欠点を有している。ヘリコプタロ
ータに与えられる力は飛行条件に依存しているの
で、前述の特許の二本吊り系は或る一つの飛行条
件に於いてのみ効率的である。この二本吊り系の
かかる特徴は、主に二本吊り吸振器の応答特性が
振幅に依存するということによるものである。

本発明の主要な目的は、吸振器の振動数応答性
を線形化することにより、全飛行条件に亘つて最
大の効率にて作動するヘリコプタの主ロータ上に
使用される改良された二本吊り吸振器を提供する
ことである。

本発明の他の一つの目的は、実質的に一定の固
有振動数を有する二本吊り吸振器を提供すること
である。

本発明の更に他の一つの目的は、非線形的振幅
回復効果を補償すべく吸振器の重心の運動経路の
曲率半径が振幅の増大と共に減少する二本吊り吸
振器を提供することである。

更に詳細には、本発明の更に他の一つの目的
は、ロータのハブに対する振り子型質量部材の重
心の運動経路がサイクロイドであるよう構成され
た二本吊り吸振器を提供することである。

本発明の他の目的及び利点は、振り子型振幅が
より大きいこと、その吸振系の重量が低減されて
いること、二本吊り吸振器の最適化の問題の複雑
さが低減されていること、過度の飛行試験による
評価が必要でないこと、常に最大効率の吸振器作
動が確保されていること、完全な設計よりも劣る
ことによる振動の可能性が排除されていることな
どである。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明をその好
ましい実施例について詳細に説明する。

添付の第１図乃至第３図に上述した米国特許第
3540809号のロータヘツドが図示されている。第
１図は符号１０にて全体的に示された五枚ブレー
ドのヘリコプタメインロータの部分図であり、前
記ロータは通常のロータ駆動軸（図示せず）の上
端部に装着されている。ロータ１０の中央部はハ
ブ１２であり、このハブはそれと共に回転し得る
ようそれより突出した半径方向アーム或いはプレ
ート部材１４を含んでおり、このプレート部材１
４にはスリーブ及びスピンドル組立体１８を介し
て剛固に或いは関節状にロータブレード１６が取
付けられている。ブレード１６はフエザリング軸
線２０の周りにピツチ変更運動可能であり且つサ
イクリツクピツチ変更及びコレクテイブピツチ変
更をし得るよう装着されているのが好ましい。

吸振器組立体がメインロータ１０と共に回転し
得るようハブ１２上に装着されており、星形支持
部材を含んでいる。この星形支持部材は中央リン
グ部２４と、図示の如くブレードの上方に位置す
るブレード回転面と平行な平面内に位置して前記
中央リング部２４より半径方向に突出した星形突
起部２６とを含んでいる。ラグ２８が中央リング
部２４より下方へ突出しており、ハブ組立体のプ
レート部材１４に直接ボルト締結されている。

それぞれの星形突起部２６の先端には二本吊り
吸振器３０が配置されている。星形突起部２６は
その先端に並べて形成されブツシング３４（第２
図参照）が設けられた二つの円形孔３２（第３図
参照）を有しており、又断面がＵ字形の振子部材
３６が取付けられている。この振子部材３６は並
べて形成されブツシング４４，４６が設けられた
二つの円形孔４２を有している。又振子部材３６
は星形突起部２６及びサイドプレート３８，４０
に形成された孔を貫通して延在する二つのロール
ピン４８により星形突起部２６に接続されてい
る。それぞれのロールピン４８はボルト部材５０
を含んでおり、このボルト部材にはナツト５２が
捩込まれてそれらの間に円筒状スペーサ５４，５
６，５８及び環状ワツシヤ６０，６２を位置決め
している。環状ワツシヤ６０，６２はそれらのハ
ブ部に於いて厚くそれらの周縁に向かうにつれて
薄く形成されており、これにより二本吊り吸振器
に於ける内部摩擦を低減するようになつている。
上述した構造は前述の米国特許第3540809号に開
示されている。

かかる従来技術の円形型二本吊り吸振器の作動
に於いては、部材３６の振子運動によりピン４８
の両側に位置する星形突起部２６及びサイドプレ
ート３８，４０に形成された円形孔の対向縁部上
をピン４８が転動するが、かかる運動は円形孔の
比較的小さな円弧部分に制限される。かかる従来
技術の構造は面内振動による機体の垂直方向振動
を大きく低減するには有効であつた。しかし二本
吊り吸振器の伝達性は力入力（ブレード荷重）の
強力な関数であり、二本吊り吸振器の応答特性が
振幅に依存するので一つの力レベルに於いてのみ
効率が最大となる。ロータヘツドに加えられる力
は飛行条件に依存するので、このことはかかる二
本吊り吸振系が或る一つの飛行条件に於いてのみ
有効であることを意味する。二本吊り錘の振幅が
変化すると共振振動数も変化する。二本吊り吸振
器の効率を決定するのは共振振動数と力入力の振
動数との相対関係であり、最大の効率は二本吊り
吸振器の固有振動数が力入力の振動数に等しい時
にのみ達成される。従つて二本吊り吸振器はロー
タ力が高精度にては分らないので或る範囲の振幅
にて作動しなければならない。かくして従来技術
の円形型二本吊り吸振器を正確に設計するには複
雑な問題を解決しなければならず、一般に最終の
デザインを決定する為にはそれぞれのヘリコプタ
について種々の二本吊り吸振器の広範囲に亘る飛
行試験を行うことが余儀無くされる。

第４図に解図的に図示された本発明の改良され
た二本吊り吸振器は、星形突起部２６に形成され
た孔７０及び振子部材３６に形成された孔７２の
形状の点で第３図の円形型吸振器とは異つてい
る。円形ではないこれらの孔は、振子部材の重心
の運動経路が円弧ではなくサイクロイドとなるよ
う形成されている。このことは、ロールピン４８
の長手方向中心線が第４図に於いて破線にて解図
的に図示されている如くサイクロイドの経路にて
移動するよう、二本吊り吸振器の星形突起部２６
及び振子部材３６の孔７０，７２を機械加工する
ことによつて達成される。ロールピン４８の中心
線がサイクロイド経路にて運動し従つて振子部材
３６の重心の運動もサイクロイドの経路を経るよ
うに孔７０，７２を機械加工することは、第１０
図に関連して以下の如く行われてよい。

形状Ｂ（ブツシングの形状） Ｘ＝ａ（φ−sinφ−π）−ｄ／２cosφ／２ Ｙ＝ａ（１−cosφ）＋ｄ／２sinφ／２ 形状Ａ（ロールピンの中心線の運動経路） Ｘ＝ａ（φ−sinφ−π） Ｙ＝ａ（１−cosφ） ここにａはロールピンの長手方向軸線がサイク
ロイド運動をする為の形状の所要の大きさであ
り、φはサイクロイド形状を郭定する円の回転角
であり、ｄはロールピンの直径である。

定義によるサイクロイドは円ｙの周縁に配置さ
れた点ｘ（第４図参照）がその円が平面ｚに沿つ
て転動する時にとる経路である。かかるサイクロ
イド形状は、非線形的振幅回復力効果を補償する
為に、吸振器の重心の運動経路の曲率半径が徐々
に減少する曲率半径を与えるべく本発明に於いて
使用されている。或る与えられた振幅に於ける特
定の固有振動数はサイクロイドに於ける固有振動
数とは異つているかもしれないが、曲率半径が減
少する任意の形状によつてもこれと同様の効果が
得られるので、本発明はそのより広い局面に於い
ては正確なサイクロイド形状に限定されるもので
はない。

それぞれの孔７０は二つの対向したサイクロイ
ド形曲線部７０ａ，７０ｂより成つており、それ
ぞれの孔７２は二つの同様の対向したサイクロイ
ド形曲線部７２ａ，７２ｂより成つていることが
理解されよう。曲線部７０ｂ，７０ｂ（この上を
振子部材３６の振子運動中ピン４８が移動する）
のみが吸振器の作動中に使用される。かかる配列
に於いては、振子部材３６の重心は第４図に図示
されている如く振子部材の零振幅位置にＤ―ｄの
半径を有するサイクロイド曲線７４に沿つて運動
する。勿論サイクロイド曲線７４の大きさはピン
４８が転動する曲線の２倍である。

サイクロイド型即ち定振動数型のロータヘツド
吸振器の主要な利点は、吸振器の固有振動数はそ
の振幅が増大しても比較的一定のままであるこ
と、及び初期（零振幅）の同調より逸れる場合に
も吸振器の固有振動数が振幅と共に増大するよう
逸れることによるものである。かかる特徴は、吸
振器には(1)吸振器の固有振動数が抑制されるべき
励振源の振動数に等しい時にその有効性が最適状
態となり、(2)吸振器の固有振動数が励振源の振動
数以下になるとその吸振器は振動抑制装置として
作動するのではなくその系の振動レベルを隔離さ
れていない系の振動レベル以上に増大し始めると
いう二つの基本的特性が有るので、有益である。

この固有振動数がその初期即ち零振幅の固有振
動数により近い状態のままであるサイクロイド型
即ち定振動数型の吸振器は、その固有振動数が励
振振動数に近い標準の円形型吸振器よりも遥かに
効率よく作動する。

第９図より、実際的な振幅域に於いて適正に作
動する為には、円形型吸振器は初期に励振振動数
よりも高い振動数に同調されなければならない。
従つて低振幅域に於いては標準の円形型吸振器は
適正に同調されたサイクロイド型吸振器よりも効
率が悪い。高応答振幅域に於いては、サイクロイ
ド型吸振器の固有振動数は励振振動数以上のまま
であり、これにより連続的に励振源より隔離する
が、標準の円形型吸振器の固有振動数は励振振動
数以下に低下し、従つてもはや吸振器としては作
動しなくなる。

従つてサイクロイド型吸振器はより効率的な振
動抑制装置として作動し、吸振器の作動範囲全体
に亘つて航空機の振動レベルをより低い値に維持
し、また航空機の振動を隔離されていないレベル
以上に増大することはない。

第９図のグラフよりその固有振動数が振幅と共
に低下する標準型即ち円形型の吸振器を最高の励
振力が作用する条件に於いて或る限られた振幅に
て作動させる為には、その吸振器は低振幅域に於
いてオーバチユーニングされなければならず、従
つてその吸振器の有効性は低力レベル域に於いて
は低下する。他方サイクロイド型の吸振器はかか
るオーバチユーニングを必要とせず、従つて低振
幅域に於いても最大の有効性にて作動する。

高振幅域に於いては、標準型の吸振器の振幅は
その固有振動数を励振振動数以下に低下させ、そ
の吸振器は隔離するのではなく実際には振動を増
幅してしまう。他方サイクロイド型の吸振器は高
振幅域に於いても固有振動数が低下せず、従つて
高荷重レベル域に於いても隔離し続ける。もしサ
イクロイド型の吸振器が全然離調することがなけ
ればその吸振器は常に最大の有効性にて作動す
る。サイクロイド型の吸振器も実際には僅かに離
調するが、それでも最大の有効性に近い有効性に
て作動する。

以上に於いては説明の目的で好ましいサイクロ
イド形状について詳細に説明したが、かかる形状
に限定されることを意図するものではない。何故
ならば、サイクロイド形状は振幅がその初期即ち
零振幅位置より変化するにつれて吸振器の重心の
経路の曲率半径を減少する一つの数学的曲線にす
ぎないからである。或る与えられた振幅に於ける
固有振動数はサイクロイドにより決定される振幅
とは異つているかもしれないが、曲率半径を低下
する任意の形状を使用しても同様の効果が得られ
る。本発明はそのより広い局面に於いては、振幅
の増大と共に回復力が低下するのを補償して吸振
器の固有振動数が零振幅域に於けるその固有振動
数に近い状態のままであるよう、吸振器の重心の
運動経路の曲率半径を減少させる任意の形状を使
用することを意図するものである。

以上に於いては本発明をヘリコプタロータとの
関連で説明したが、本発明はヘリコプタのエンジ
ンクランク軸や固定翼航空機或いは二本吊り型吸
振器が使用されるのが好ましい任意の位置に使用
される二本吊り吸振器に適用可能であることが理
解されよう。

以上に於いては本発明をその特定の実施例につ
いて詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に
限定されるものではなく本発明の範囲内にて種々
の修正並びに省略が可能であることは当業者にと
つて明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は二本吊り吸振器が組み込まれた典型的
な五枚ブレードヘリコプタロータを示す解図的部
分平面図である。第２図は従来技術の二本吊り吸
振器の垂直断面図である。第３図は二本吊り型質
量部材及びその支持アームに形成された円形孔を
それらを接続する同調ピンと共に示す第２図の従
来技術の二本吊り吸振器の解図的部分図である。
第４図は本発明による二本吊り吸振器を示す第３
図と同様の解図である。第５図は本発明による六
つの二本吊り吸振器が装着されたヘリコプタのロ
ータヘツドを示す解図的平面図である。第６図は
従来技術の円形型二本吊り吸振器及び本発明によ
る改良された二本吊り吸振器の振幅と固有振動数
比との関係を示すグラフである。第７図は従来技
術の円形型二本吊り吸振器及び本発明による改良
された二本吊り吸振器について加えられる力と振
動伝達性との関係を示すグラフである。第８図は
離調のパーセンテージと振動伝達性との関係を示
すグラフである。第９図は離調のパーセンテージ
と吸振器の振幅（単位ラジアン）との関係を示す
グラフである。第１０図はロールピンの重心の運
動経路を示す解図である。 １０…ロータ、１２…ハブ、１４…プレート部
材、１６…ロータブレード、１８…スリーブ及び
スピンドル組立体、２０…フエザリング軸線、２
４…中央リング部材、２６…星形突起部、２８…
ラグ、３０…二本吊り吸振器、３２…円形孔、３
４…ブツシング、３６…振子部材、３８，４０…
サイドプレート、４２…円形孔、４４，４６…ブ
ツシング、４８…ロールピン、５０…ボルト部
材、５２…ナツト、５４，５６，５８…円筒状ス
ペーサ、６０，６２…環状ワツシヤ、７０，７２
…孔、７４…サイクロイド曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 二つの孔を有しヘリコプタのメインロータと
   共に回転する星形突起部と、二つの孔を有する振
   子部材と、前記星形突起部の孔と前記振子部材の
   孔の両者を通つて延在するロールピンとを有し、
   前記メインロータの回転に伴つて前記振子部材に
   遠心力が作用するとき該振子部材が前記ロールピ
   ンを介して前記星形突起部より支持されるよう構
   成されているヘリコプタのメインロータのための
   二本吊り吸振器にして、前記星形突起部及び前記
   振子部材の前記各孔は、前記ロールピンと係合す
   る部分の輪郭形状を、前記振子部材が前記星形突
   起部に対する揺動の中心からその両側へより大き
   く揺動するにつれて曲率半径のより小さい部分に
   て前記ロールピンに係合するサイクロイドの形状
   に形成されていることを特徴とする二本吊り吸振
   器。