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公開番号2024114648
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-23
出願番号2024017589
出願日2024-02-08
発明の名称回転翼航空機及びその可変負ねじれブレード
出願人南京航空航天大学
代理人個人
主分類B64C 27/473 20060101AFI20240816BHJP(航空機;飛行;宇宙工学)
要約【課題】飛行性能を向上させる可変負ねじれブレード、および回転翼航空機を提供する。
【解決手段】本発明は、可変負ねじれブレード及びその操縦アセンブリを開示する。ブレード100は、剛性の第1のブレード5及び柔軟な第2のブレード6を含む。駆動装置がブレードの翼根後縁を駆動すると、第1のブレードには柔軟な変形はなく、第2のブレードにはブレード格子間の積層弾性体構造を利用してねじれ変形し、第2のブレードの両端で相対回転変形を生じることで柔軟な外皮は翼型の外形を維持し、ブレード全体のねじれの程度を変化させる。本発明はまた、上記可変負ねじれブレードを含む回転翼航空機を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
可変負ねじれブレードであって、
操縦アセンブリ及び複合ブレードを含み、前記操縦アセンブリは、主軸及び駆動装置を含み、前記主軸は、プロペラハブに接続でき、前記駆動装置は、前記主軸に接続され、前記主軸は、スワッシュプレートのプルロッドにも接続でき、
複合ブレードであって、前記主軸は、前記複合ブレードの前縁に接続され、前記駆動装置の出力端は、前記複合ブレードの後縁に伝動接続され、前記駆動装置は、前記複合ブレードの後縁を推進でき、前記複合ブレードは、第１のブレード及び第２のブレードを含み、前記第１のブレードは、前記第２のブレードに接続され、前記操縦アセンブリから最も遠い前記第１のブレード又は前記第２のブレードは、前記主軸に固定接続され、残りの前記第１のブレード、前記第２のブレードはすべて、前記主軸に回転可能に接続され、前記第１のブレードは、剛性構造であり、前記第２のブレードは、変形層、ブレード格子及び柔軟な外皮を含み、前記変形層は、弾性材料で製造され、前記変形層の数量は、多層であり、前記変形層は、前記主軸の方向に沿って平行に配列され、隣接する前記変形層は、前記ブレード格子を利用して間隔接続され、前記ブレード格子は、前記第１のブレードの断面形状と一致し、前記柔軟な外皮は、前記変形層及び前記ブレード格子の外部に被覆され、且つ前記柔軟な外皮は、前記第１のブレードに接続できることを特徴とする可変負ねじれブレード。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第１のブレードと前記第２のブレードは、交替に設置され、前記操縦アセンブリから最も遠いの、及び最も近いのはすべて前記第１のブレードであり、前記駆動装置の出力端は、前記操縦アセンブリから最も近い前記第１のブレードの後縁に接続されることを特徴とする請求項１に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項３】
前記操縦アセンブリに近い前記第２のブレードの長さは、前記操縦アセンブリから遠く離れる前記第２のブレードの長さより長いことを特徴とする請求項２に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項４】
前記変形層は、中空円柱状構造であり、前記変形層及び前記ブレード格子はすべて、前記主軸に嵌着されることを特徴とする請求項１に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項５】
前記変形層は、ゴム材料で製造され、前記ブレード格子は、金属材料で製造され、前記変形層は、前記ブレード格子に硫化で接続されることを特徴とする請求項１に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項６】
前記操縦アセンブリはまた、合板を含み、前記合板には、前記主軸に適合する突起を有し、前記合板の数量は、２つであり、２つの前記合板は、前記主軸の軸線を対称軸として、対称に設置され、２つの前記合板は、ボルトで接続され、且つ前記主軸を固定し、且つ２つの前記合板の間に当て板が設置され、前記プルロッドは、前記合板に回転可能に接続され、前記駆動装置は、前記合板に固定されることを特徴とする請求項１に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項７】
前記プルロッドはＴ形であり、前記合板には、切り欠きがあり、前記プルロッドと前記合板との間にベアリングが設置されることを特徴とする請求項６に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項８】
前記駆動装置は、線形サーボであり、前記駆動装置の出力端は、コンロッドを利用して前記複合ブレードに接続されることを特徴とする請求項６に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項９】
前記コンロッドの一端は、球状のヒンジを利用して前記駆動装置の出力端に接続され、前記コンロッドの他端は、前記複合ブレードにスライド可能に回転して接続され、前記コンロッドは、前記複合ブレードの回転軸線に対して、前記主軸の軸線方向に平行であり、前記コンロッドは、前記複合ブレードのスライド軸線に対して、前記主軸の軸線方向に平行であることを特徴とする請求項８に記載の可変負ねじれブレード。
【請求項１０】
回転翼航空機であって、請求項１～９のいずれか一項に記載の可変負ねじれブレードを含むことを特徴とする回転翼航空機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機及びその周辺の支援施設の技術分野に関し、特に回転翼航空機及びその可変負ねじれブレードに関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ティルトローター機は、固定翼航空機とヘリコプターを一体に統合する新型の航空機であり、ヘリコプターの垂直方向の離陸と着陸、及び空中静止の能力を備えているだけでなく、プロペラ航空機の高速巡航飛行能力も備え、将来、軍事および民間の分野には、非常に大きな利用可能性がある。しかしながら、回転翼は異なる飛行モードで異なる設計ニーズを持ち、ヘリコプターモードの場合、負ねじれが流れ場での誘導速度の分布を変化させ、ヘリコプターモードでの空中静止時の効率を改善することができるが、回転翼の過大な負ねじれは、根部失速を引き起こし、固定翼モードで、高速で前に飛行している場合、回転翼の流れが大きく、各翼型断面がより高い迎角を持ち、さらに十分な揚力を生成するために、より大きなブレードの負ねじれが必要である。同じ回転翼は、明らかに、ティルトローター機の、２種類モードでの性能を発揮できない。
【０００３】
ティルトローター機の設計難しさの１つは、回転翼／プロペラの設計であることがわかる。回転翼はヘリコプターモードで揚力を提供し、航空機モードで前進する動力を提供する。回転翼の性能及び飛行効率の観点から見ると、両者は、回転翼のブレードの設計要件について矛盾がある。さまざまなモードでの回転翼／プロペラシステムの作業効率を改善するために、現在、２種類の技術的ルートがある。現在達成しやすいのは、異なる飛行モードでの回転翼の作業速度を変更することにより、空気圧効率を改善することである。ヘリコプターモードでは、回転翼速度が高く、垂直離陸を実現するのに十分な揚力があり、固定翼モードでは、回転翼の速度を低下させ、飛行中の抵抗と消費を減らす。ただし、該方法は、両方の作業速度がエンジンの性能範囲内であり、さらにはエンジンの優れた速度に近いことを保証しにくい。
【０００４】
さらに、回転翼の可変技術は、ティルトローター機の効率を改善するための実現方法である。可変直径技術はその１つである。ヘリコプターモードでの回転翼の半径が大きく、それにより、より大きな張力を生成して飛行を実現し、固定翼モードで、回転翼の半径を短縮させ、回転翼の翼端速度及び断面積を減少させ、この時の推進性能がより優れる。しかしながら該方法は、ブレードの構造を大きく変更し、特に回転部品にとって、回転翼の半径、構造特性等の変更は、予測不可能な動力学の問題をもたらす可能性がある。
【０００５】
したがって、回転翼の可変ねじれは、回転翼の性能を向上させる実行可能な方法である。現在では、多くの学者は、理論レベルで回転翼／プロペラの可変速度及び可変直径技術の詳細な分析を実施したが、理論分析が、機械装置を介して達成する方法は、解決する必要がある重要な問題である。
【０００６】
可変速度技術を例として、エンジンタービンの出力軸回転速度を変更し、伝動機構が変化しないままで、回転翼の回転速度を直接変化させることができ、又は、エンジンの出力軸から回転翼までの伝達比を変更し、単一出力軸速度での回転翼の異なる速度を達成する。前者は、伝動中に、回転翼速度のスムーズな変化を実現することができ、伝動機構への過負荷及び衝撃が低いが、ただし、一方で、エンジンの速度の変化は、燃料消費量や推力重量比などの特性パラメーターの変化を引き起こす可能性があり、特にエンジンの効率低下をもたらす可能性がある。後者は可変伝動比の形を採用して、エンジンが最適な作業速度であることを保証するが、伝動機構の伝動比の変化は、伝動リンクの変化によって引き起こされなければならず、これにより、伝達機構が衝撃負荷を生成し、構造寿命に影響を与える。直径技術は、回転翼の３次元構造の変化に関し、これには、回転翼の伸びまたは短縮機械機構、駆動装置などを含み、作業プロセス中に回転翼の剛性、品質分布、および構造的特性を変化させる。同時に、各ブレードの追加の可変伸長機構及び駆動機構はすべて、回転部品の追加負担になり、飛行中に隠された安全性の危険になる可能性がある。
【０００７】
北方工業大学と清華大学は、形状記憶合金を使用してトルクチューブを作成し、２つの温度でのブレードの異なるねじれ分布を実現した。複雑な回転翼の流れ場の場合、空気の気流速度が高く、気流によって熱がすぐに取り除かれ、回転翼の部分領域で温度変化を実現し維持しにくく、かつ形状記憶合金の価格が高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、回転翼航空機及びその可変負ねじれブレードを提供し、上記従来技術に存在する問題を解決して、機械構造を利用してブレードの可変ねじれを実現し、回転翼航空機の飛行性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の解決手段を提供する：本発明は、操縦アセンブリ及び複合ブレードを含む可変負ねじれブレードを提供し、
前記操縦アセンブリは、主軸及び駆動装置を含み、前記主軸は、プロペラハブに接続でき、前記駆動装置は、前記主軸に接続され、前記主軸は、スワッシュプレートのプルロッドにも接続でき、
複合ブレードであって、前記主軸は、前記複合ブレードの前縁に接続され、前記駆動装置の出力端は、前記複合ブレードの後縁に伝動接続され、前記複合ブレードは、第１のブレード及び第２のブレードを含み、前記第１のブレードは、前記第２のブレードに接続され、前記操縦アセンブリから最も遠い前記第１のブレード又は前記第２のブレードは、前記主軸に固定接続され、残りの前記第１のブレード、前記第２のブレードはすべて、前記主軸に回転可能に接続され、前記第１のブレードは、剛性構造であり、前記第２のブレードは、変形層、ブレード格子及び柔軟な外皮を含み、前記変形層は、弾性材料で製造され、前記変形層の数量は、多層であり、前記変形層は、前記主軸の方向に沿って平行に配列され、隣接する前記変形層は、前記ブレード格子により間隔に接続され、前記ブレード格子は、前記第１のブレードの断面形状と一致し、前記柔軟な外皮は、前記変形層及び前記ブレード格子の外部に被覆され、且つ前記柔軟な外皮は、前記第１のブレードに接続できる。
【００１０】
好ましくは、前記第１のブレードと前記第２のブレードは、交替に設置され、前記操縦アセンブリから最も遠いの、及び最も近いのはすべて前記第１のブレードであり、前記駆動装置の出力端は、前記操縦アセンブリから最も近い前記第１のブレードの後縁に接続される。
（【００１１】以降は省略されています）

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