JPH0228021B2 - Shindokyushusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、航空機の振動の吸収、ことに作動の
振動数範囲を広げる非線形装置に関する。

或る系統又は物体の振動を減らすのに振動吸収
装置が有効に使われている。或る物体を振動数
ω₁で振動させると、ω₁＝√_{2 2}の同じ振動
数に同調させたW₂は防害力に等しい対抗力を導
入して物体の振動運動を全く抑制する。このよう
な吸収装置は広く使われ一般にFRAHM吸収装
置としてよく知られている。

このFRAHM吸収装置は、マサチユーセツツ
工科大学の機械工学の教授ゼー・ピー・デン・ハ
ルトグ（J.P.Den Hartog）著「機械振動」
（MECHANICAL VIBRATIONS）［西暦1947年
マグローヒル・ブツク・コンパニー・インコ発
行］第112頁ないし第119頁に記載されているよう
に、フラーム（Frahm）氏によつて西暦1909年
に発明された動的振動吸収装置である。

このような装置では質量体を振動体にばねによ
りつり下げ又は連結する。このばね−質量体装置
は、これ自体の共振振動数を持ち、これを取付け
た物体の振動と同じ振動数に同調すると、この物
体の振動を抑制する。

このような装置は、多くの振動モードに耐えな
ければならないヘリコプタの構造及び操縦にとく
に関連がある。たとえばロータ励振に応答して第
１の横方向自由モードにおける航空機胴体の横振
動の抑制に関連がある。ヘリコプタは、たとえば
348RPMのほぼ一定の正常な操縦速度でロータ装
置を作動するようにしてある。5.8Hzのこの振動
数は振動数スケールで胴体の自由振動数から移す
のがよい。このようにして航空機に取付けた
FRAHM吸収装置はロータ装置の作動の振動数
の多重倍振動の振動を通常吸収しなければならな
い。しかしロータ装置は必ずしも精密に同じ振動
数では作動しない。従つて実質的な振動数範囲に
わたつて望ましくない振動を吸収することが望ま
しい。

本発明によれば、振動体に取付けられこの振動
体の振動方向に直交する軸線のまわりに揺動する
ように枢着した振子から成る吸収装置が得られ
る。第１の対の弾性部片は、振子の軸線のまわり
の揺動に対して対抗する予備荷重を加えた関係に
振動体に取付けられてこの振動体の振動の振動数
で共振する。第２の対の弾性部片は所定の限度を
越える振動値でだけ振子に接触するように取付け
られ、振動体及び吸収装置を結合振動数で動かす
ことにより振動体の運動の増幅を防ぎ変動する振
動数又は励振と自由振動数との共振を避けるよう
にする。

以下本発明振動吸収装置の実施例を添付図面に
ついて詳細に説明する。

第１図はヘリコプタの頭部部分１０を示す。頭
部部分１０を横切つて竪方向隔壁１１が横方向に
延びている。振子１２は頭部部分１０の軸線に対
して横方向に揺動するように取付けてある。振子
１２は軸線１３のまわりに揺動するように取付け
てある。

ばね単位１４，１５は、振子１２の揺動に対し
て対向する予備荷重を受けた関係に取付けられ、
一端部はこの航空機のフレームの適当な固定の構
造体に接触し他端部は振子１２に接触する。

本発明によれば第２のばね１６，１７は、振子
１２の揺動がその大きさの所定の前もつて設定し
た限度を越えるときだけ振子１２に接触するよう
に取付けてある。

後述のように第２のばね１６，１７の利用によ
り本吸収装置の振動吸収特性を高めるのに役立
つ。

第２図に示すように振子１２は、枢動軸線１３
のまわりに回動するようにフレーム２１に枢着し
た腕部片２０を備えている。振子腕部片２０には
その下端部に重り部分２２を固定してある。フレ
ーム２１は、後板２３と左右の下降みぞ形部片２
４，２５と下部水平横部片２６とから成つてい
る。みぞ形部片２５（第３図）は、パツド３６を
取付けたウエブ部分２５ａとウエブ部分２５ａに
直角を挾むフランジ２５ｂ，２５ｃとから成つて
いる。カバー板２７は各みぞ形部片２４，２５を
互に結合し内部を開いたままに残し振子腕部片２
０及びその取付けた重り部分２２とを受入れるよ
うにしてある。

重り部分２２は、水平の底面２２ａと軸線１３
に対し半径方向の傾斜側壁面２２ｂ，２２ｃとを
持つ。各側壁面２２ｂ，２２ｃは一般にそれぞれ
みぞ形部片２４，２５の壁に平行である。

弾性つる巻ばね単位１４，１５は、それぞれフ
レームみぞ形部片２４，２５の下端部に納めら
れ、各ばね単位１４，１５が各みぞ形部片２４，
２５と共に重り部分２２の各面２２ｂ，２２ｃに
直交するように角度を挾んで傾いている。各ばね
単位１４，１５は、フレームに対する重り部分２
２の揺動運動に対抗するように予備荷重を加えて
ある。

本発明によれば各補助ばね１６，１７は、それ
ぞれフレームみぞ形部片２４，２５に取付けら
れ、振子１２の揺動が所定の限度を越えると重り
部分２２に接触するように位置させてある。

第２図及び第３図に示すように各補助ばね１
６，１７は、円形のエラストマー質の巻枠の形を
持ち取付けブラケツト３３，３４の口に取付けて
ある。ブラケツト３３，３４はそれぞれみぞ形部
片２４，２５に固定してある。各ばね１６，１７
の周辺は各ブラケツト３３，３４の円形の穴に固
定され又は接着してある。スリーブ１６ａのよう
な中心の金属質スリーブは各エラストマー質スリ
ーブを貫いて延びている。ボルト１６ｂは、スリ
ーブ１６ａを貫いて再び両端部にナツトをはめ調
節自在にしてある。ボルト１６ｂの頭部１６ｃと
重り部分２２の向き合い面との間隔３５を選定す
ることができる。

図示のような各ばね単位１４，１５はそれぞれ
互に同軸のばねから成つている。とくにばね単位
１５は、互に同軸に取付けられ共に一端部はフレ
ームウエブ部分２５ａに他端部は重り部分２２の
向き合い面２２ｂに接触する外側つる巻ばね１５
ａ及び内側つる巻ばね１５ｂから成つている。ば
ね単位１４及びばね１６のばね率は本吸収装置の
自由共振振動数を選定するように選定することが
できる。

第３図は、第２図の３−３線に沿う断面図であ
り、フランジ２５ｃにボルト２７ａにより締付け
たカバー板２７を持つみぞ形部片２５を示す。補
助ばね１７を取付ける作用をする長方形の取付け
ブラケツト３４は、これを貫いて延びる中央ボル
トと共に示してある。この中央ボルトはその頭部
を内方に向け重り部分２２（第２図）の傾斜２２
ｃに接触するようにしてある。

パツド３６はフレームみぞ形部片２５の下端部
に取付けられ外側環状面を設けてばね単位１５の
外側ばね１５ａの端部を受けるようにしてある。
組合つた小さい方の内側ばねはパツド３６の中央
壁に設ける。ばね単位１４は同様に取付けてあ
る。

本発明によれば第２図及び第３図の吸収装置は
適当な手段により隔壁１１（第１図）のような構
造体に取付けられ第４図ないし第６図の線図に反
映するような効果を生ずる。

第４図は振動数領域で胴体の振動の第１の横振
動モードにおける共振を示す。胴体及び協働する
部品は通常曲線４１のピーク４０により表わす第
１の横振動数が問題の振動数から下方にずれるよ
うに構成する。この例ではＦはロータ作動速度の
２倍である。振動吸収装置がないと、重力により
測つた出力加速度は垂直線Ｆと曲線４１の高い振
動数のすそ部分との交点にある。加速度の大きさ
は比較的高いレベルの点４２から点４３のような
低レベルの点に減らすことが望ましい。このこと
は振動数下の主共振を持つ本発明吸収装置を利用
することによりできる。

第５図は拡張した尺度による第４図の範囲PQ
の拡大図を示す。吸収装置の設置により共振曲線
４１を第５図の点Ａ，Ｃ間で主として修正し深い
谷４４を点Ａ，Ｂ間の振動数Ｆで生じさせこれに
次で振動数Ｆより高い振動数で高いピーク４５す
なわち点Ｈを生じさせ次で振動数Ｆ以上の点Ｃで
曲線４１に漸次にもどる。

本発明によれば補助ばね１６，１７を使い深い
谷４４を保持できるが、これと同時に高いピーク
４５の振動数を増加点に点４５ａで表わした点に
移す。このようにして本吸収装置の振動数応答は
非直線形になりロータ速度が振動数Ｆを越えると
高いピーク４５により表わしたような望ましくな
い応答が生じない。その理由は、高いピーク４５
はロータ装置の作動時に予期されるロータ速度振
動の正常な範囲を越えて増加側に移るからであ
る。

第６図には前記したような本吸収装置の性能を
さらに例示してある。曲線４１は吸収装置を設け
てない場合に第１図ないし第３図に示したような
系の応答を表わす。曲線５１は第１図に示したよ
うな大体の配向で吸収装置を取付け加速度の測定
を操縦者のかかとの位置で行うヘリコプタで測つ
た実際の応答を表わす。この効果として作動範囲
を実質的に広げることができた。第６図に示すよ
うに所望の成績を実質的に越えている。

本発明をヘリコプタの第１の横振動モードを吸
収装置により制御する場合を述べた。本発明によ
る非線形吸収装置は航空機又はその他の構造の他
の振動体に取付け他のモードの振動を吸収し利用
できる作動範囲を延ばすようにしてもよいのはも
ちろんである。

本発明の代表的実施例では振子は中心軸線１３
から振子の質量中心まで約6.25in（約15.88cm）の
長さを持つ。振子の全質量は約25lb（約11.34Kg）
であつた。各ばね単位１４，１５はそれぞれ約
120lb／in（約54.43／2.54Kg／cm）のばね率を持つ
外側つる巻ばねを備えている。各外側ばね内には
約35lb／in（約15.38／2.54Kg／cm）のばね率を持
つ内側つる巻ばねを組込んである。緩衝ばね１
６，１７は約300lb／in（約136／2.54Kg／cm）の
ばね率を持つ。第２図の間隔３５は振動数Ｆより
高い第５図の応答曲線の離れ値を制御して実際上
谷４４は乱さないでピーク応答４５をなくすよう
に調節自在にした。

以上本発明をその実施例について詳細に説明し
たが本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の
変化変型を行うことができるのはもちろんであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はヘリコプタ胴体の横振動を吸収する本
発明振動吸収装置の１実施例を取付けたヘリコプ
タ頭部を一部を切欠いて示す斜視図、第２図は第
１図の振動吸収装置の拡大正面図、第３図は第２
図の３−３線に沿う拡大正面図である。第４図は
ヘリコプタローラ速度の関数としての胴体加速度
の線図、第５図は本発明吸収装置を利用して得ら
れる機能を示す線図、第６図は本吸収装置の使用
の結果を示す線図である。 １２……振子、１３……軸線、１４，１５……
ばね単位、１６，１７……ばね、２１……フレー
ム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ (イ)物体の振動の方向に直交する軸線のまわり
   に振動するように、この物体に取付けた振子と、
   (ロ)前記物体の前記軸線のまわりの振子の振動に対
   して対抗する予備荷重を加えた関係でこの振子に
   接触するように、前記物体に取付けられ、前記物
   体の振動の振動数において共振する第１の１対の
   弾性部片と、(ハ)所定の限度を越える振幅を持つ振
   動時だけ前記振子に接触するように、前記物体に
   取付けられた第２の１対の弾性部片とを包含する
   振動吸収装置。 ２ (イ)フレームに、或る軸線のまわりに振動する
   ように取付けられ、前記軸線の反対側の振子端部
   に前記軸線に対し半径方向に末広がりの表面を持
   つ振子と、(ロ)前記軸線のまわりの前記振子の振動
   に対して対抗する予備荷重を加えた関係で前記各
   表面に接触するように、前記フレームに取付けら
   れ、前記振子の共振振動数を調整するようにする
   第１の１対のばねと、(ハ)前記振子だけに接触して
   所定の限度を越える前記振子の振動に対抗して前
   記フレームの加速度を、前記共振振動数以上の振
   動数で低減するように、前記フレームに取付けた
   第２の１対の弾性部片とを包含する振動吸収装
   置。 ３ (イ)それぞれウエブ部分と、前部及び後部のフ
   ランジとを持つ１対のみぞ形部片と、(ロ)これ等の
   みぞ形部片を互いに対向して向き合う末広がりの
   関係に支えるように、前記各みぞ形部片の後部の
   フランジに連結された後板と、(ハ)前記各みぞ形部
   片の先細まりの領域内に位置する軸線のまわりに
   振動するように取付けられ、前記各みぞ形部片の
   ウエブ部分に向き合う末広がりの表面を持つ振子
   と、(ニ)前記各みぞ形部片に取付けられ、前記振子
   の各表面に対抗する予備荷重を加えた関係で、前
   記各表面に接触するばね部片と、(ホ)前記振子の振
   動が所定の限度を越えるときに、この振子に接触
   するように、前記各みぞ形部片内において、前記
   振子の各側部に１個ずつ取付けられると共にこの
   振子の前記各表面に向き合つて取付けられた１対
   の弾性体と、(ヘ)前記各みぞ形部片の前部のフラン
   ジに取付けたカバー板とを包含する振動吸収装
   置。 ４ (イ)下方に末広がりの関係に互いに対向して向
   き合う１対のみぞ形部片を持つ構造体と、(ロ)この
   構造体に取付けられ、前記みぞ形部片の内部に向
   く下方に末広がりの上面を持つ振子と、(ハ)前記各
   みぞ形部片内に取付けられ、前記振子の上面に対
   抗する予備荷重を加えた関係に、前記上面に接触
   する圧縮ばねと、(ニ)前記振子の振動が所定の限度
   を越えるときに、前記振子に接触するように、前
   記振子の反対側においてこの振子の表面に向き合
   つて取付けられた１対の弾性体と、(ホ)前記振子の
   振動の軸線が吸収しようとする振動の方向に直交
   するようにして振動吸収装置を取付ける取付け手
   段とを包含する振動吸収装置。 ５ (イ)１対のみぞ形部片と、(ロ)これ等のみぞ形部
   片を、互いに対向して向き合い下方に末広がりの
   関係に支える後板と、(ハ)この後板に取付けられ、
   対抗する予備荷重を加えた関係に、下方に末広が
   りの上面を持つ振子と、(ニ)この振子の振動が所定
   の限度を越えるときに、この振子に接触するよう
   に、前記振子の互いに対向する側において前記振
   子の各表面に向き合つて取付けられた１対の弾性
   体と、(ホ)前記各みぞ形部片の前面に取付けたカバ
   ー板と、(ヘ)吸収装置本体を振動体に前記振子の振
   動の軸線が、吸収しようとする振動の方向に直交
   するようにして、振動吸収装置を振動体に取付け
   る取付け手段とを包含する振動吸収装置。