JP3916723B2 - 回転翼航空機の回転翼羽根 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉して生じるＢＶＩ騒音の低減を図るようにした回転翼航空機の回転翼羽根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタのような回転翼航空機では、回転翼航空機が着陸する際に、回転翼の後続する回転翼羽根（Blade ）が先行する回転翼羽根（Blade ）の翼端から発生する翼端渦（Vortex）と干渉（Interaction ）して、ＢＶＩ騒音が生じるため、回転翼航空機のＢＶＩ騒音の大きさは、翼端渦を生み出す回転翼羽根の翼端の平面形状によって左右されることが分かっている。
【０００３】
回転翼航空機の回転翼２０は、図１６に示すように、複数枚の回転翼羽根２１を有して構成されるものであり、各回転翼羽根２１は略矩形状をなし、回転中心２２のまわりを回転する。
【０００４】
上記回転翼航空機の回転翼２０は、回転翼航空機の前進方向Ｆに対して回転翼２１の回転方向Ｄに先行する回転翼羽根２１ａの翼端に翼端後縁渦２２が発生する。回転翼航空機の着陸時には、先行する回転翼羽根２１ａの翼端に発生した翼端後縁渦２２はすぐには降下しないので、回転翼羽根２１ａの翼端に発生した翼端後縁渦２２に後続する回転翼羽根２１ｂが干渉してＢＶＩ騒音が発生する。
【０００５】
また、回転翼航空機の空中停止飛行中においては、回転翼羽根により発生する翼端後縁渦がすぐには回転翼羽根より降下しないので、回転翼羽根が自ら流出する渦の吹き下ろしの影響を受けたり、先行する回転翼羽根から流出する渦の吹き下ろしの影響を受ける。回転翼羽根の翼端は空気の動圧が最大となる部位であり、翼端の平面形状によって回転翼航空機の性能が左右される。
【０００６】
また、回転翼航空機の前進高速飛行中においては、回転翼羽根前進側で羽根の回転速度と航空機の前進速度とが加わって超音速流領域が現れる。そのため、回転翼羽根の翼端はパワー損失が最大となりかつ大きな空圧縦揺れモーメントを発生する部位であり、翼端の平面形状によって回転翼航空機の性能、回転翼羽根の空力バランスが左右される。
【０００７】
さらに、回転翼航空機が前進高速飛行（High Speed）を行う時、回転翼羽根の前進側の翼端で顕著となる空気の圧縮性を発生源とした衝撃的（Implusive ）なＨＳＩ騒音が生じるため、翼端の平面形状によって回転翼航空機のＨＳＩ騒音が左右される。
【０００８】
したがって、回転翼羽根翼端の平面形状の高性能、騒音低減、適正空力バランス設計において多くの研究がなされている。
【０００９】
特開昭５６−１６７５９９号公報の回転翼羽根は、空力停止飛行中の性能を改善するように選定された後退角、テーパおよび反り角を備えた翼端を有している。この構造の回転翼羽根によれば、翼端の方向に空気の速度を減じ、それにより翼端の負荷と空中停止飛行中に生じる翼端後縁渦の強さとを減ずるべき後退角を有し、翼端部分面積を減じ、それにより翼端の負荷と空中停止飛行中に生ずる翼端後縁渦の強さとを一層減ずるべくその外側端部における翼弦寸法をその内側端部における翼弦寸法の約１／２とするようなテーパを有し、空中停止飛行中に生ずる翼端後縁渦の位置を後続の回転翼羽根から離れた位置にずらすべく羽根半径の外側４％の部分を通じて下方に反り角を有している。
【００１０】
特公平３−６６１９８号公報の回転翼羽根は、翼端の前縁のスイープに対し、後縁のスイープを羽根の外側に食い違わせるように構成し、前進飛行中の衝撃波と騒音の低減を図っている。
【００１１】
特開平１−１６４９８号公報の回転翼羽根は、回転中心より見て翼端近傍に設けた上反角とこの上反角に近接して設けた下反角とを備え、空中停止飛行時の性能向上と、前進高速飛行時の捩り下げ変形の軽減を図っている。
【００１２】
特開平１−２２６９８号公報の回転翼羽根は、特公平３−６６１９８記載の回転翼羽根と同様な構成であり、翼端の前縁のスイープに対して後縁のスイープを羽根の外側に食い違わせるように構成し、飛行性能の向上を図っている。
【００１３】
特開平２−６０８９８号公報記載の回転翼羽根は、空力縦揺れモーメントを低減若しくは除去する後退翼端縁を有している。この構造によれば、ロータ・ヘッドに取り付けられる付根端と、所定寸法の翼弦の翼断面を有し付根端から延びる中央部分と、付根端の反対側の中央部分の端部に設けられた翼幅を定める後退した翼端と、回転翼羽根の空力縦揺れモーメントを減じるために、翼端縁上での翼幅方向の気流により生ぜられる束縛渦の分布を変更する回転翼羽根ドループとを備えている。
【００１４】
特開平４−１７６７９５号公報の回転翼航空機の回転翼は、後退角効果により抵抗を低減することができ飛行効率をあげることを可能とし、後退角を２段階に亘って設けることによるダブルデルタ効果により、剥離を抑えることを可能にし、後退側翼の失速を遅らせ、より高速における安定した飛行を可能にしている。
【００１５】
特開平４−２６２９９４号公報の回転翼羽根は、羽根中央部の翼弦長さの５０％よりも大きな平均翼弦長さと、中央部の翼弦長さの５０％よりも大きな翼幅長さを有する先端羽根を備え、音響的衝撃とＢＶＩ騒音とを低減するよう作動中に２つのほぼ等しい強さの翼端渦を生じるようにしている。
【００１６】
上記特開平４−２６２９９４号公報の回転翼羽根の翼端部分３０の平面形状を図１７に示す。この回転翼羽根の翼端部分３０は、先端縁３１を有する翼型断面の中央部３２と基準軸心に直角な翼弦長さを決める後端縁３３と、中央部３２に連なる先端羽根３４を有する。この回転翼羽根から流出する渦は、図１８に示すように、先端羽根３４から流出する渦３４ａと、その内側にある後方羽根３５から流出する渦３５ａに２分割され、結果としてＢＶＩ騒音が低減する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平４−２６２９９４号の回転翼羽根は、ほぼ等しい強さの渦を２つ発生させ、これら渦が出来るだけ長く分離している様に、先端羽根のスパン状長さを、中央部の翼弦長さの５０％よりも大きくとることを特徴としており、それがために先端羽根が細長くなり、先端羽根取付根部の強度を特に高める工夫が必要となるという問題点がある。
【００１８】
本発明は上記した点を考慮してなされたもので、新しい原理・工夫により翼端渦を弱めることで、翼端渦の干渉による騒音の低減を図る、回転翼航空機の回転翼羽根を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、略一様な翼弦長を有する中間羽根と、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するように中間羽根に連設された前羽根と、前羽根と同じ下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦が後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する回転翼航空機の回転翼羽根である。
本願の請求項２に係る発明は、略一様な翼弦長を有する中間羽根と、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するとともに下反角０度で中間羽根に連設された前羽根と、１０度以下の下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦が後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する回転翼航空機の回転翼羽根である。
【００２０】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、後羽根と前羽根との長さの差を中間羽根の翼弦長の４０％以内とすることができる。
【００２１】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方は６０度以下の後退角を有する構成とすることができる。
【００２２】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の先細比が０．７より小さく、後羽根の先細比が０．７より小さくすることができる。
【００２３】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を長さ方向にねじり、基端と先端との間に−５度と＋５度の間のねじり下げ角度を設けることができる。
【００２５】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部で前羽根の２５％翼弦線を中間羽根の２５％翼弦線より前方にすることができる。
【００２６】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部近傍で中間羽根の前縁を前方へ進出することができる。
【００２７】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根をスパン方向の軸回りに回動可能に取付けるとともに駆動手段を設けることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施の形態の概略平面形状を示す。図１に示す回転翼羽根１は図示しないロータハブに複数枚取付けられて回転翼を構成する。
【００２９】
上記回転翼羽根１は、略一様な翼弦長Ｃを有する中間羽根２と、前縁３ａを中間羽根２の前縁２ａに連続する前羽根３と、後縁４ａを中間羽根２の後縁２ｂに連続する後羽根４とを備えている。回転翼羽根１の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ、中間羽根２の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ1 、前羽根３の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ2 とすると、中間羽根２の半径長さＬ1 は、回転翼羽根１の半径長さＬの８０％〜１００％の範囲にある１つの値に設定される。
【００３０】
上記前羽根３は、図２に示すように、長さがＲ1 （Ｌ2 −Ｌ1 ）、翼根の翼弦長がＣ1 、翼端の翼弦長がＣ1 ´、翼弦長Ｃ1 の２５％位置Ｐ1 における後退角がΦ1 である。前羽根３の翼根の翼弦長Ｃ1 は中間羽根２の翼弦長Ｃより短く設定される。前羽根３の後退角Φ1 は、空気の圧縮性を緩和するためであり、後退角Φ1 を過度に大きく設定すると、回転翼羽根の翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントの増大を招くので、回転翼羽根前進側の翼端マッハ数が１程度であることを考慮すると、空気の圧縮性緩和の観点から前羽根３の後退角Φ1 は６０°以下に設定される。
【００３１】
回転翼羽根１は、構造上、翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントが増大すると、フラッターあるいはダイバージェンスのような動力学的不安定現象を励起する。頭下げ方向縦揺れモーメントを軽減させるために、前羽根３は、極力回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％よりも前方にあることが適切である。この目安として、前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 を、中間羽根２の略一様な弦２５％の延長線ｌよりも前方に配置する。
【００３２】
また、翼の翼根から翼端まで滑らかに先細りとしつつ翼端を尖らせることにより翼端渦の緩和を極限まで進めることが可能になる。すなわち、先細比は、翼端渦そのものを緩和させると同時に、より一層ＨＳＩ騒音を低減させる。先細比は翼端の翼弦／翼根の翼弦である。前羽根３の先細比（Ｃ1 ´／Ｃ1 ）は、上記した点を考慮して０から０．７の間に設定される。
【００３３】
前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦強さと後羽根４の翼端渦強さの配分を適切にする必要がある。この配分のために、前羽根に取付角度を付与するが、過度の取付角度は抵抗増加を招く。そのため、前羽根３は、図３に示すように、取付角度θ1 が−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間で中間羽根２で翼端に配置される。
【００３４】
同様に、前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのために、前羽根３および後羽根４に捩り下げ角度が付与されるが、過度の捩り下げは抵抗増加を招くので、前羽根３の捩り下げ角度δ1 は−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間に設定される。
【００３５】
上記後羽根４は、図２に示すように、長さがＲ2 （Ｌ−Ｌ2 ）、翼根の翼弦長がＣ2 、翼端の翼弦長がＣ2 ´、翼弦長Ｃ1 の２５％位置Ｐ2 における後退角がΦ2 である。翼端渦の半径は公開されている実験結果から一般に回転翼羽根の翼弦のおよそ２０％とされる。このことから、後羽根４と前羽根３の長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は、前羽根３の翼端渦と後羽根４の翼端渦を干渉させるために、前羽根と後羽根の半径方向長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は２０％（前羽根翼端渦）＋２０％（後羽根翼端渦）＝４０％までとされる。すなわち、後羽根４と前羽根３の長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は中間羽根２の翼弦長Ｃの０％から４０％の範囲に設定されている。
【００３６】
上記後羽根４の後退角Φ2 も、空気の圧縮性を緩和するためであり、過度に大きく設定すると、回転翼羽根の翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントの増大を招くので適切な上限値が決定される。回転翼羽根前進側の翼端マッハ数はせいぜい１程度であるから、空気の圧縮性緩和の観点から後羽根４の後退角Φ2 は６０°以下に設定される。
【００３７】
翼の翼根から翼端まで滑らかに先細りとしつつ翼端を尖らせることにより翼端渦の緩和を極限まで進めることが可能になる。すなわち、先細比は、翼端渦そのものを緩和させると同時に、より一層ＨＳＩ騒音を低減させる。後羽根４の先細比（Ｃ2 ´／Ｃ2 ）も、上記した点を考慮して０から０．７に設定される。
【００３８】
前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦強さと後羽根４の翼端渦強さの配分を適切にする必要がある。この配分のために、後羽根に取付角度を付与するが、過度の取付角度は抵抗増加を招く。そのため、後羽根３は、図３に示すように、中間羽根２の翼端に取付角度θ2 が−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間になるように配置される。
【００３９】
同様に、前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのために、前羽根３および後羽根４に捩り下げ角度が付与されるが、過度の捩り下げは抵抗増加を招くので、後羽根４の捩り下げ角度δ1 は−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間に設定される。
【００４０】
前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦位置と後羽根４の位置の配置が適切である必要がある。この配置のために後羽根４に下反角ηを付与するが、過度の下反角ηは前進飛行時の振動増加を招くので、後羽根４の下反角ηは、０°から−１０°（先端下げ）の間に設定される。
【００４１】
図５は風洞試験で可視化した前羽根３の空気の流れをスケッチした図である。図５の空気の流れによれば、着陸時において、前羽根３から発生した翼端渦が後羽根と干渉し、前羽根３の翼端渦が後羽根４の翼端渦を弱めていることが分かる。これは、図６に示すように、前羽根３の翼端渦による巻き上げ流Ａの一部流Ａ′が後羽根４の上面４´に沿いつつ翼端側に向かい、形成途上にある後羽根の翼端渦を外側に掃き出すためである。この場合、前羽根からの一部流Ａ′がないと、後羽根翼端を中心とする渦の半径の小さな集中した翼端渦が生成され、前羽根からの一部流Ａ′があると、後羽根翼端を中心とする渦の半径の大きな翼端渦となる。
【００４２】
すなわち、前羽根３があると、その一部流Ａ′による後羽根４の翼端渦の掃き出しに伴い、渦の半径は大きくなり、結果として、接線方向速度が小さくなり、後羽根４の翼端渦が弱まることになる。
【００４３】
図７は本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施の形態の概略平面形状を示す。図７に示す回転翼航空機の回転翼羽根１０は、図１に示す回転翼航空機の回転翼羽根１と比較して中間羽根２に前方張出部１１を設けた点を除いてほぼ同様な構成をなしている。
【００４４】
回転翼羽根１０に設けた前方張出部１１は、張り出し開始位置を回転翼羽根１０の半径位置７０％から１００％の範囲にある１つの値とし、張り出し最大長を回転翼羽根１の翼弦Ｃの０％から５０％の範囲にある１つの値としている。前方張出部１１の前縁１１ａは中間羽根２の前縁２ａおよび前羽根３の前縁３ａに連なっている。
【００４５】
騒音低減を目的として回転翼の回転数を下げて前進高速飛行する際、図８に示すように、回転翼羽根１０の翼端方向に剥離の伝播が生じるが、回転翼羽根１０に設けた前方張出部１１が、図９に示すように、剥離の進行を阻止する渦を翼弦Ｃの方向に発生させることで、回転翼羽根１０の後退側で翼根から翼端方向に進行する失速の発生を翼端で防止する。
【００４６】
【実施例】
以下本発明の回転翼航空機の回転翼羽根の実施例を説明する。
【００４７】
図１０は本発明による回転翼羽根の実施例１を示す。この実施例１においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は２０°、後羽根４のの後退角Φ2 は３０°である。前羽根３の先細比は０．１５、後羽根４の先細比は０．５５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００４８】
図１１は本発明による回転翼羽根の実施例２を示す。この実施例２においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は５０°、後羽根４のの後退角Φ2 は４５°である。前羽根３の先細比は０．２０、後羽根４の先細比は０．２５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００４９】
図１２は本発明による回転翼羽根の実施例３を示す。この実施例３においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は２０°、後羽根４の後退角Φ2 は３０°である。前羽根３の先細比は０．１５であり、後羽根４の先細比は０．５５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前方張出部１１は、張り出し開始位置が回転翼羽根１０の半径位置Ｌの７５％位置であり、張り出し最大長は中間羽根２の略一様な翼弦Ｃの４０％である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００５０】
図１３は本発明による回転翼羽根の実施例４を示す。この実施例４においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は５０°、後羽根４のの後退角Φ2 は４５°である。前羽根３の先細比は０．２０であり、後羽根４の先細比は０．２５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前方張出部１１は、張り出し開始位置を回転翼羽根１０の半径位置Ｌの７５％位置であり、張り出し最大長は回転翼羽根１の翼弦Ｃの４０％である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００５１】
図１４は本発明による回転翼羽根の変形例を示す。この変形例においては、前羽根３は回転翼羽根に取付角度が可変するように取付けられている。すなわち、前羽根３は、図１５に示すように、取付角度可変軸１２に取付けら、この取付角度可変軸１２は電動モータ、油圧アクチュエータ等の作動機構１３に連結することで回転翼羽根の方位角毎に制御可能である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度を可変することで、回転翼航空機の着陸時における前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合うことができる。
【００５２】
なお、後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉してＢＶＩ騒音を生じる回転翼羽根の方位角位置と、その時の先行する回転翼羽根の翼端渦発生方位角位置は、回転翼の吹き下ろしに影響を及ぼす回転翼羽根の翼型、捩り下げ、平面形状によりまず異なり、同一回転翼でも回転翼航空機の前進速度、降下角度により、つぎに異なる。最初に設計した回転翼羽根の翼型、捩り下げ、平面形状について、性能の大きな劣化を招くことなく最も効率良く翼端渦を緩和させ、つぎに様々な回転翼航空機の前進速度、降下角度の組み合わせについて平均して効率良く翼端渦を緩和させるため、前羽根および後羽根の配置・平面形状・取付角度・捩り下げ・下反角について多くの変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による回転翼羽根は、略一様な翼弦を有する中間羽根と、前羽根と同じ下反角で中間羽根に取り付けられ、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するように中間羽根に連設された前羽根と、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦で後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する。
【００５４】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の後羽根の長さの差を中間羽根の略一様な翼弦長の４０％以内とすることで、前羽根の翼端渦を後羽根の表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦に干渉させることにより翼端渦を緩和することができる。
【００５５】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方に６０度以下の後退角を設けることでＨＳＩ騒音を低減することができる。
【００５６】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の先細比を０．７より小さく、後羽根の先細比を０．７より小さくすることで、翼端渦の緩和とＨＳＩ騒音の低減をより一層改善することができる。
【００５７】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を−５度と５度の間の前縁上げの取付角で中間羽根に取付ることで、翼端渦の緩和をより効率的に行うたことができる。
【００５８】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を長さ方向にねじり、基端と先端との間に−５度と＋５度の間のねじり下げ角度を形成することで、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００５９】
本発明による回転翼羽根は、前羽根が下反角０度で中間羽根に連設され、後羽根が下反角を１０度以内で中間羽根に連設されたことで、前羽根から発生した翼端渦が後羽根の翼端渦と干渉し、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００６０】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部において、前羽根の２５％翼弦線を中間羽根の略一様な翼弦の２５％翼弦線より前方にすることで、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００６１】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部近傍において、中間羽根の前縁が前方へ進出させることで、騒音低減を目的として回転数を下げて前進高速飛行する際、回転翼羽根後退側で翼根から翼端方向に進行する剥離を阻止することができる。
【００６２】
本発明による回転翼羽根は、前羽根はスパン方向の軸回りに回動可能に取付け、前羽根の取付角度を運動機構により能動的に方位角毎に制御することにより、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施形態の概略平面図。
【図２】図１の回転翼羽根の翼端部分の拡大図。
【図３】図１の回転翼羽根の端面図。
【図４】図１の回転翼羽根の後面図。
【図５】図１の回転翼羽根の前羽根で発生する翼端渦を流れを示す図。
【図６】図５の６−６線に沿った図。
【図７】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施形態の概略平面図。
【図８】回転翼羽根の翼端方向の剥離の伝播を示す図。
【図９】前方張出部による剥離の進行を阻止する渦を示す図。
【図１０】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施例を示す図。
【図１１】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施例を示す図。
【図１２】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第３実施例を示す図。
【図１３】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第４実施例を示す図。
【図１４】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の変形例を示す図。
【図１５】図１４の回転翼羽根の作動装置を示す図。
【図１６】後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉してＢＶＩ騒音を生じる原理を示す図。
【図１７】従来の回転翼航空機の回転翼羽根の翼端部分を示す図。
【図１８】従来の回転翼航空機の回転翼羽根の翼端部分がＢＶＩ騒音を低減する効果を示す図。
【符号の説明】
１ 回転翼羽根
２ 中間羽根
２ａ 中間羽根の前縁
２ｂ 中間羽根の後縁
３ 前羽根
３ａ 前羽根の前縁
４ 後羽根
４ａ 後羽根の後縁
１１ 前方張出部
Ｌ 回転翼羽根の翼端の半径位置
Ｌ1 中間羽根の翼端の半径位置
Ｌ2 前羽根の翼端の半径位置
Ｃ 回転翼羽根の翼弦長
Ｃ1 前羽根の翼根翼弦長
Ｃ1 ´ 前羽根の翼端翼弦長
Ｃ2 後羽根の翼根翼弦長
Ｃ2 ´ 後羽根の翼端翼弦長
Ｐ1 前羽根の翼根翼弦２５％の点
Ｐ2 後羽根の翼根翼弦２５％の点
Φ1 前羽根の翼弦２５％における後退角
Φ2 後羽根の翼弦２５％における後退角
η 後羽根の下反角
θ1 前羽根の中間羽根への取付角度
θ2 後羽根の中間羽根への取付角度
ｌ 回転翼羽根の翼弦２５％の延長線
Ｏ 回転翼羽根の回転中心
【発明の属する技術分野】
本発明は、後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉して生じるＢＶＩ騒音の低減を図るようにした回転翼航空機の回転翼羽根に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘリコプタのような回転翼航空機では、回転翼航空機が着陸する際に、回転翼の後続する回転翼羽根（Blade ）が先行する回転翼羽根（Blade ）の翼端から発生する翼端渦（Vortex）と干渉（Interaction ）して、ＢＶＩ騒音が生じるため、回転翼航空機のＢＶＩ騒音の大きさは、翼端渦を生み出す回転翼羽根の翼端の平面形状によって左右されることが分かっている。
【０００３】
回転翼航空機の回転翼２０は、図１６に示すように、複数枚の回転翼羽根２１を有して構成されるものであり、各回転翼羽根２１は略矩形状をなし、回転中心２２のまわりを回転する。
【０００４】
上記回転翼航空機の回転翼２０は、回転翼航空機の前進方向Ｆに対して回転翼２１の回転方向Ｄに先行する回転翼羽根２１ａの翼端に翼端後縁渦２２が発生する。回転翼航空機の着陸時には、先行する回転翼羽根２１ａの翼端に発生した翼端後縁渦２２はすぐには降下しないので、回転翼羽根２１ａの翼端に発生した翼端後縁渦２２に後続する回転翼羽根２１ｂが干渉してＢＶＩ騒音が発生する。
【０００５】
また、回転翼航空機の空中停止飛行中においては、回転翼羽根により発生する翼端後縁渦がすぐには回転翼羽根より降下しないので、回転翼羽根が自ら流出する渦の吹き下ろしの影響を受けたり、先行する回転翼羽根から流出する渦の吹き下ろしの影響を受ける。回転翼羽根の翼端は空気の動圧が最大となる部位であり、翼端の平面形状によって回転翼航空機の性能が左右される。
【０００６】
また、回転翼航空機の前進高速飛行中においては、回転翼羽根前進側で羽根の回転速度と航空機の前進速度とが加わって超音速流領域が現れる。そのため、回転翼羽根の翼端はパワー損失が最大となりかつ大きな空圧縦揺れモーメントを発生する部位であり、翼端の平面形状によって回転翼航空機の性能、回転翼羽根の空力バランスが左右される。
【０００７】
さらに、回転翼航空機が前進高速飛行（High Speed）を行う時、回転翼羽根の前進側の翼端で顕著となる空気の圧縮性を発生源とした衝撃的（Implusive ）なＨＳＩ騒音が生じるため、翼端の平面形状によって回転翼航空機のＨＳＩ騒音が左右される。
【０００８】
したがって、回転翼羽根翼端の平面形状の高性能、騒音低減、適正空力バランス設計において多くの研究がなされている。
【０００９】
特開昭５６−１６７５９９号公報の回転翼羽根は、空力停止飛行中の性能を改善するように選定された後退角、テーパおよび反り角を備えた翼端を有している。この構造の回転翼羽根によれば、翼端の方向に空気の速度を減じ、それにより翼端の負荷と空中停止飛行中に生じる翼端後縁渦の強さとを減ずるべき後退角を有し、翼端部分面積を減じ、それにより翼端の負荷と空中停止飛行中に生ずる翼端後縁渦の強さとを一層減ずるべくその外側端部における翼弦寸法をその内側端部における翼弦寸法の約１／２とするようなテーパを有し、空中停止飛行中に生ずる翼端後縁渦の位置を後続の回転翼羽根から離れた位置にずらすべく羽根半径の外側４％の部分を通じて下方に反り角を有している。
【００１０】
特公平３−６６１９８号公報の回転翼羽根は、翼端の前縁のスイープに対し、後縁のスイープを羽根の外側に食い違わせるように構成し、前進飛行中の衝撃波と騒音の低減を図っている。
【００１１】
特開平１−１６４９８号公報の回転翼羽根は、回転中心より見て翼端近傍に設けた上反角とこの上反角に近接して設けた下反角とを備え、空中停止飛行時の性能向上と、前進高速飛行時の捩り下げ変形の軽減を図っている。
【００１２】
特開平１−２２６９８号公報の回転翼羽根は、特公平３−６６１９８記載の回転翼羽根と同様な構成であり、翼端の前縁のスイープに対して後縁のスイープを羽根の外側に食い違わせるように構成し、飛行性能の向上を図っている。
【００１３】
特開平２−６０８９８号公報記載の回転翼羽根は、空力縦揺れモーメントを低減若しくは除去する後退翼端縁を有している。この構造によれば、ロータ・ヘッドに取り付けられる付根端と、所定寸法の翼弦の翼断面を有し付根端から延びる中央部分と、付根端の反対側の中央部分の端部に設けられた翼幅を定める後退した翼端と、回転翼羽根の空力縦揺れモーメントを減じるために、翼端縁上での翼幅方向の気流により生ぜられる束縛渦の分布を変更する回転翼羽根ドループとを備えている。
【００１４】
特開平４−１７６７９５号公報の回転翼航空機の回転翼は、後退角効果により抵抗を低減することができ飛行効率をあげることを可能とし、後退角を２段階に亘って設けることによるダブルデルタ効果により、剥離を抑えることを可能にし、後退側翼の失速を遅らせ、より高速における安定した飛行を可能にしている。
【００１５】
特開平４−２６２９９４号公報の回転翼羽根は、羽根中央部の翼弦長さの５０％よりも大きな平均翼弦長さと、中央部の翼弦長さの５０％よりも大きな翼幅長さを有する先端羽根を備え、音響的衝撃とＢＶＩ騒音とを低減するよう作動中に２つのほぼ等しい強さの翼端渦を生じるようにしている。
【００１６】
上記特開平４−２６２９９４号公報の回転翼羽根の翼端部分３０の平面形状を図１７に示す。この回転翼羽根の翼端部分３０は、先端縁３１を有する翼型断面の中央部３２と基準軸心に直角な翼弦長さを決める後端縁３３と、中央部３２に連なる先端羽根３４を有する。この回転翼羽根から流出する渦は、図１８に示すように、先端羽根３４から流出する渦３４ａと、その内側にある後方羽根３５から流出する渦３５ａに２分割され、結果としてＢＶＩ騒音が低減する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平４−２６２９９４号の回転翼羽根は、ほぼ等しい強さの渦を２つ発生させ、これら渦が出来るだけ長く分離している様に、先端羽根のスパン状長さを、中央部の翼弦長さの５０％よりも大きくとることを特徴としており、それがために先端羽根が細長くなり、先端羽根取付根部の強度を特に高める工夫が必要となるという問題点がある。
【００１８】
本発明は上記した点を考慮してなされたもので、新しい原理・工夫により翼端渦を弱めることで、翼端渦の干渉による騒音の低減を図る、回転翼航空機の回転翼羽根を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１に係る発明は、略一様な翼弦長を有する中間羽根と、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するように中間羽根に連設された前羽根と、前羽根と同じ下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦が後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する回転翼航空機の回転翼羽根である。
本願の請求項２に係る発明は、略一様な翼弦長を有する中間羽根と、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するとともに下反角０度で中間羽根に連設された前羽根と、１０度以下の下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦が後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する回転翼航空機の回転翼羽根である。
【００２０】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、後羽根と前羽根との長さの差を中間羽根の翼弦長の４０％以内とすることができる。
【００２１】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方は６０度以下の後退角を有する構成とすることができる。
【００２２】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の先細比が０．７より小さく、後羽根の先細比が０．７より小さくすることができる。
【００２３】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を長さ方向にねじり、基端と先端との間に−５度と＋５度の間のねじり下げ角度を設けることができる。
【００２５】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部で前羽根の２５％翼弦線を中間羽根の２５％翼弦線より前方にすることができる。
【００２６】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部近傍で中間羽根の前縁を前方へ進出することができる。
【００２７】
本発明の回転翼航空機の回転翼羽根は、前羽根をスパン方向の軸回りに回動可能に取付けるとともに駆動手段を設けることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施の形態の概略平面形状を示す。図１に示す回転翼羽根１は図示しないロータハブに複数枚取付けられて回転翼を構成する。
【００２９】
上記回転翼羽根１は、略一様な翼弦長Ｃを有する中間羽根２と、前縁３ａを中間羽根２の前縁２ａに連続する前羽根３と、後縁４ａを中間羽根２の後縁２ｂに連続する後羽根４とを備えている。回転翼羽根１の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ、中間羽根２の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ1 、前羽根３の回転翼羽根の回転中心Ｏから先端までの半径長さをＬ2 とすると、中間羽根２の半径長さＬ1 は、回転翼羽根１の半径長さＬの８０％〜１００％の範囲にある１つの値に設定される。
【００３０】
上記前羽根３は、図２に示すように、長さがＲ1 （Ｌ2 −Ｌ1 ）、翼根の翼弦長がＣ1 、翼端の翼弦長がＣ1 ´、翼弦長Ｃ1 の２５％位置Ｐ1 における後退角がΦ1 である。前羽根３の翼根の翼弦長Ｃ1 は中間羽根２の翼弦長Ｃより短く設定される。前羽根３の後退角Φ1 は、空気の圧縮性を緩和するためであり、後退角Φ1 を過度に大きく設定すると、回転翼羽根の翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントの増大を招くので、回転翼羽根前進側の翼端マッハ数が１程度であることを考慮すると、空気の圧縮性緩和の観点から前羽根３の後退角Φ1 は６０°以下に設定される。
【００３１】
回転翼羽根１は、構造上、翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントが増大すると、フラッターあるいはダイバージェンスのような動力学的不安定現象を励起する。頭下げ方向縦揺れモーメントを軽減させるために、前羽根３は、極力回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％よりも前方にあることが適切である。この目安として、前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 を、中間羽根２の略一様な弦２５％の延長線ｌよりも前方に配置する。
【００３２】
また、翼の翼根から翼端まで滑らかに先細りとしつつ翼端を尖らせることにより翼端渦の緩和を極限まで進めることが可能になる。すなわち、先細比は、翼端渦そのものを緩和させると同時に、より一層ＨＳＩ騒音を低減させる。先細比は翼端の翼弦／翼根の翼弦である。前羽根３の先細比（Ｃ1 ´／Ｃ1 ）は、上記した点を考慮して０から０．７の間に設定される。
【００３３】
前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦強さと後羽根４の翼端渦強さの配分を適切にする必要がある。この配分のために、前羽根に取付角度を付与するが、過度の取付角度は抵抗増加を招く。そのため、前羽根３は、図３に示すように、取付角度θ1 が−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間で中間羽根２で翼端に配置される。
【００３４】
同様に、前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのために、前羽根３および後羽根４に捩り下げ角度が付与されるが、過度の捩り下げは抵抗増加を招くので、前羽根３の捩り下げ角度δ1 は−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間に設定される。
【００３５】
上記後羽根４は、図２に示すように、長さがＲ2 （Ｌ−Ｌ2 ）、翼根の翼弦長がＣ2 、翼端の翼弦長がＣ2 ´、翼弦長Ｃ1 の２５％位置Ｐ2 における後退角がΦ2 である。翼端渦の半径は公開されている実験結果から一般に回転翼羽根の翼弦のおよそ２０％とされる。このことから、後羽根４と前羽根３の長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は、前羽根３の翼端渦と後羽根４の翼端渦を干渉させるために、前羽根と後羽根の半径方向長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は２０％（前羽根翼端渦）＋２０％（後羽根翼端渦）＝４０％までとされる。すなわち、後羽根４と前羽根３の長さの差（Ｒ2 −Ｒ1 ）は中間羽根２の翼弦長Ｃの０％から４０％の範囲に設定されている。
【００３６】
上記後羽根４の後退角Φ2 も、空気の圧縮性を緩和するためであり、過度に大きく設定すると、回転翼羽根の翼弦２５％の延長線まわりの頭下げ方向縦揺れモーメントの増大を招くので適切な上限値が決定される。回転翼羽根前進側の翼端マッハ数はせいぜい１程度であるから、空気の圧縮性緩和の観点から後羽根４の後退角Φ2 は６０°以下に設定される。
【００３７】
翼の翼根から翼端まで滑らかに先細りとしつつ翼端を尖らせることにより翼端渦の緩和を極限まで進めることが可能になる。すなわち、先細比は、翼端渦そのものを緩和させると同時に、より一層ＨＳＩ騒音を低減させる。後羽根４の先細比（Ｃ2 ´／Ｃ2 ）も、上記した点を考慮して０から０．７に設定される。
【００３８】
前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦強さと後羽根４の翼端渦強さの配分を適切にする必要がある。この配分のために、後羽根に取付角度を付与するが、過度の取付角度は抵抗増加を招く。そのため、後羽根３は、図３に示すように、中間羽根２の翼端に取付角度θ2 が−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間になるように配置される。
【００３９】
同様に、前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのために、前羽根３および後羽根４に捩り下げ角度が付与されるが、過度の捩り下げは抵抗増加を招くので、後羽根４の捩り下げ角度δ1 は−５°（前縁下げ）から＋５°（前縁上げ）の間に設定される。
【００４０】
前羽根３および後羽根４の翼端渦が効率よく弱め合わせるのに、前羽根３の翼端渦位置と後羽根４の位置の配置が適切である必要がある。この配置のために後羽根４に下反角ηを付与するが、過度の下反角ηは前進飛行時の振動増加を招くので、後羽根４の下反角ηは、０°から−１０°（先端下げ）の間に設定される。
【００４１】
図５は風洞試験で可視化した前羽根３の空気の流れをスケッチした図である。図５の空気の流れによれば、着陸時において、前羽根３から発生した翼端渦が後羽根と干渉し、前羽根３の翼端渦が後羽根４の翼端渦を弱めていることが分かる。これは、図６に示すように、前羽根３の翼端渦による巻き上げ流Ａの一部流Ａ′が後羽根４の上面４´に沿いつつ翼端側に向かい、形成途上にある後羽根の翼端渦を外側に掃き出すためである。この場合、前羽根からの一部流Ａ′がないと、後羽根翼端を中心とする渦の半径の小さな集中した翼端渦が生成され、前羽根からの一部流Ａ′があると、後羽根翼端を中心とする渦の半径の大きな翼端渦となる。
【００４２】
すなわち、前羽根３があると、その一部流Ａ′による後羽根４の翼端渦の掃き出しに伴い、渦の半径は大きくなり、結果として、接線方向速度が小さくなり、後羽根４の翼端渦が弱まることになる。
【００４３】
図７は本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施の形態の概略平面形状を示す。図７に示す回転翼航空機の回転翼羽根１０は、図１に示す回転翼航空機の回転翼羽根１と比較して中間羽根２に前方張出部１１を設けた点を除いてほぼ同様な構成をなしている。
【００４４】
回転翼羽根１０に設けた前方張出部１１は、張り出し開始位置を回転翼羽根１０の半径位置７０％から１００％の範囲にある１つの値とし、張り出し最大長を回転翼羽根１の翼弦Ｃの０％から５０％の範囲にある１つの値としている。前方張出部１１の前縁１１ａは中間羽根２の前縁２ａおよび前羽根３の前縁３ａに連なっている。
【００４５】
騒音低減を目的として回転翼の回転数を下げて前進高速飛行する際、図８に示すように、回転翼羽根１０の翼端方向に剥離の伝播が生じるが、回転翼羽根１０に設けた前方張出部１１が、図９に示すように、剥離の進行を阻止する渦を翼弦Ｃの方向に発生させることで、回転翼羽根１０の後退側で翼根から翼端方向に進行する失速の発生を翼端で防止する。
【００４６】
【実施例】
以下本発明の回転翼航空機の回転翼羽根の実施例を説明する。
【００４７】
図１０は本発明による回転翼羽根の実施例１を示す。この実施例１においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は２０°、後羽根４のの後退角Φ2 は３０°である。前羽根３の先細比は０．１５、後羽根４の先細比は０．５５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００４８】
図１１は本発明による回転翼羽根の実施例２を示す。この実施例２においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は５０°、後羽根４のの後退角Φ2 は４５°である。前羽根３の先細比は０．２０、後羽根４の先細比は０．２５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００４９】
図１２は本発明による回転翼羽根の実施例３を示す。この実施例３においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は２０°、後羽根４の後退角Φ2 は３０°である。前羽根３の先細比は０．１５であり、後羽根４の先細比は０．５５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前方張出部１１は、張り出し開始位置が回転翼羽根１０の半径位置Ｌの７５％位置であり、張り出し最大長は中間羽根２の略一様な翼弦Ｃの４０％である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００５０】
図１３は本発明による回転翼羽根の実施例４を示す。この実施例４においては、前羽根３の翼端の半径位置Ｌ2 と後羽根４の翼端の半径位置Ｌは中間羽根２の略一様な翼弦の比にして２５％に設定してずれ、前羽根３の翼端が後羽根４の翼端の半径位置内側（Ｌ−Ｌ2 ）に配置される。前羽根３の後退角Φ1 は５０°、後羽根４のの後退角Φ2 は４５°である。前羽根３の先細比は０．２０であり、後羽根４の先細比は０．２５である。前羽根３の翼根翼弦２５％点Ｐ1 は回転翼羽根１の翼根の翼弦２５％の延長線より前方に配置される。前方張出部１１は、張り出し開始位置を回転翼羽根１０の半径位置Ｌの７５％位置であり、張り出し最大長は回転翼羽根１の翼弦Ｃの４０％である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度は約０度であり、後羽根４の回転翼羽根に対する取付角度も約０度である。前羽根３と後羽根４は捩り下げが翼根から翼端にわたって約０度である。後羽根４の前羽根３に対する下反角は約０度である。
【００５１】
図１４は本発明による回転翼羽根の変形例を示す。この変形例においては、前羽根３は回転翼羽根に取付角度が可変するように取付けられている。すなわち、前羽根３は、図１５に示すように、取付角度可変軸１２に取付けら、この取付角度可変軸１２は電動モータ、油圧アクチュエータ等の作動機構１３に連結することで回転翼羽根の方位角毎に制御可能である。前羽根３の回転翼羽根に対する取付角度を可変することで、回転翼航空機の着陸時における前羽根３および後羽根４の翼端渦を効率よく弱め合うことができる。
【００５２】
なお、後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉してＢＶＩ騒音を生じる回転翼羽根の方位角位置と、その時の先行する回転翼羽根の翼端渦発生方位角位置は、回転翼の吹き下ろしに影響を及ぼす回転翼羽根の翼型、捩り下げ、平面形状によりまず異なり、同一回転翼でも回転翼航空機の前進速度、降下角度により、つぎに異なる。最初に設計した回転翼羽根の翼型、捩り下げ、平面形状について、性能の大きな劣化を招くことなく最も効率良く翼端渦を緩和させ、つぎに様々な回転翼航空機の前進速度、降下角度の組み合わせについて平均して効率良く翼端渦を緩和させるため、前羽根および後羽根の配置・平面形状・取付角度・捩り下げ・下反角について多くの変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による回転翼羽根は、略一様な翼弦を有する中間羽根と、前羽根と同じ下反角で中間羽根に取り付けられ、翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するように中間羽根に連設された前羽根と、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有し、前羽根から発生した翼端渦が後羽根の翼端渦と干渉し、前羽根の翼端渦で後羽根の翼端渦を弱めることで、ＢＶＩ騒音を低減する。
【００５４】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の後羽根の長さの差を中間羽根の略一様な翼弦長の４０％以内とすることで、前羽根の翼端渦を後羽根の表面上にまだ拘束されている状態にある後羽根の翼端渦に干渉させることにより翼端渦を緩和することができる。
【００５５】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方に６０度以下の後退角を設けることでＨＳＩ騒音を低減することができる。
【００５６】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の先細比を０．７より小さく、後羽根の先細比を０．７より小さくすることで、翼端渦の緩和とＨＳＩ騒音の低減をより一層改善することができる。
【００５７】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を−５度と５度の間の前縁上げの取付角で中間羽根に取付ることで、翼端渦の緩和をより効率的に行うたことができる。
【００５８】
本発明による回転翼羽根は、前羽根と後羽根の少なくとも一方を長さ方向にねじり、基端と先端との間に−５度と＋５度の間のねじり下げ角度を形成することで、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００５９】
本発明による回転翼羽根は、前羽根が下反角０度で中間羽根に連設され、後羽根が下反角を１０度以内で中間羽根に連設されたことで、前羽根から発生した翼端渦が後羽根の翼端渦と干渉し、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００６０】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部において、前羽根の２５％翼弦線を中間羽根の略一様な翼弦の２５％翼弦線より前方にすることで、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【００６１】
本発明による回転翼羽根は、前羽根の中間羽根への取付部近傍において、中間羽根の前縁が前方へ進出させることで、騒音低減を目的として回転数を下げて前進高速飛行する際、回転翼羽根後退側で翼根から翼端方向に進行する剥離を阻止することができる。
【００６２】
本発明による回転翼羽根は、前羽根はスパン方向の軸回りに回動可能に取付け、前羽根の取付角度を運動機構により能動的に方位角毎に制御することにより、翼端渦の緩和をより効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施形態の概略平面図。
【図２】図１の回転翼羽根の翼端部分の拡大図。
【図３】図１の回転翼羽根の端面図。
【図４】図１の回転翼羽根の後面図。
【図５】図１の回転翼羽根の前羽根で発生する翼端渦を流れを示す図。
【図６】図５の６−６線に沿った図。
【図７】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施形態の概略平面図。
【図８】回転翼羽根の翼端方向の剥離の伝播を示す図。
【図９】前方張出部による剥離の進行を阻止する渦を示す図。
【図１０】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第１実施例を示す図。
【図１１】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第２実施例を示す図。
【図１２】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第３実施例を示す図。
【図１３】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の第４実施例を示す図。
【図１４】本発明による回転翼航空機の回転翼羽根の変形例を示す図。
【図１５】図１４の回転翼羽根の作動装置を示す図。
【図１６】後続する回転翼羽根が先行する回転翼羽根の翼端から発生する翼端渦と干渉してＢＶＩ騒音を生じる原理を示す図。
【図１７】従来の回転翼航空機の回転翼羽根の翼端部分を示す図。
【図１８】従来の回転翼航空機の回転翼羽根の翼端部分がＢＶＩ騒音を低減する効果を示す図。
【符号の説明】
１ 回転翼羽根
２ 中間羽根
２ａ 中間羽根の前縁
２ｂ 中間羽根の後縁
３ 前羽根
３ａ 前羽根の前縁
４ 後羽根
４ａ 後羽根の後縁
１１ 前方張出部
Ｌ 回転翼羽根の翼端の半径位置
Ｌ1 中間羽根の翼端の半径位置
Ｌ2 前羽根の翼端の半径位置
Ｃ 回転翼羽根の翼弦長
Ｃ1 前羽根の翼根翼弦長
Ｃ1 ´ 前羽根の翼端翼弦長
Ｃ2 後羽根の翼根翼弦長
Ｃ2 ´ 後羽根の翼端翼弦長
Ｐ1 前羽根の翼根翼弦２５％の点
Ｐ2 後羽根の翼根翼弦２５％の点
Φ1 前羽根の翼弦２５％における後退角
Φ2 後羽根の翼弦２５％における後退角
η 後羽根の下反角
θ1 前羽根の中間羽根への取付角度
θ2 後羽根の中間羽根への取付角度
ｌ 回転翼羽根の翼弦２５％の延長線
Ｏ 回転翼羽根の回転中心
Claims (10)
- 略一様な翼弦長を有する中間羽根と、
翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するように中間羽根に連設された前羽根と、
前羽根と同じ下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有することを特徴とする回転翼航空機の回転翼羽根。 - 略一様な翼弦長を有する中間羽根と、
翼弦長が中間羽根の翼弦長より短く前縁が中間羽根の前縁に連続するとともに下反角０度で中間羽根に連設された前羽根と、
１０度以下の下反角で中間羽根に取り付けられ、羽根長さが前羽根長さより長く後縁が中間羽根の後縁に連続するように中間羽根に連設された後羽根とを有することを特徴とする回転翼航空機の回転翼羽根。 - 後羽根と前羽根との長さの差が、中間羽根の略一様な翼弦長の４０％以内であることを特徴とする請求項１または２に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根と後羽根の少なくとも一方は、６０度以下の後退角を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根は先細比が０．７より小さく、後羽根は先細比が０．７より小さいことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根と後羽根の少なくとも一方は、−５度と５度の間の前縁上げの取付角で中間羽根に取付られていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根と後羽根の少なくとも一方は、長さ方向にねじれ、基端と先端との間に−５度と＋５度の間のねじり下げ角度を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根の中間羽根への取付部において、前羽根の２５％翼弦線が中間羽根の略一様な翼弦の２５％翼弦線より前方にあることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根の中間羽根への取付部近傍において、中間羽根の前縁が前方へ進出していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の回転翼航空機の回転翼羽根。
- 前羽根はスパン方向の軸回りに回動可能に取付けるとともに駆動手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし９記載のいずれか１項に回転翼航空機の回転翼羽根。
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