JPH08510706A - ヘリコプターベアリングレス主回転翼アッセンブリ用フレックスビーム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ソフト面内ベアリングレス主回転翼アッセンブリ（１００）は、６つのスパンワイズ領域、すなわちハブ取り付け領域（１２），第１のテーパ領域（１４），第２のテーパ領域（１６），ピッチ領域（１８），テーパ機外移行領域（２０）および主回転翼羽根，トルクチューブ取り付け領域（２２）を持っている。フレックスビームの１つの説明された実施例は０°ファイバ一定位値を有する連続する均一方向ファイバーグラス，０°ファイバー定位置を有する種々な長さの均一方向ファイバーグラスプライ，および±４５°ファイバー定位置を有するグラファイトクロスプライによって作られている。プライ端部の配分されたアレンジメントはフレックスビームにおけるキック荷重をプライ内に相対的に均一に配分する。

Description

【発明の詳細な説明】 ヘリコプターベアリングレス主回転翼アッセンブリ用 フレックスビーム 技術分野 本発明は、ヘリコプター用ベアリングレス主回転翼アッセンブリに係り、特に ヘリコプターベアリングレス主回転翼アッセンブリ用のフレックスビームに関す る。 発明の背景 ヘリコプター用主回転翼は、種々の力−空気力学，慣性，遠心に関連している 。ヘリコプターの主回転翼アッセンブリは、そのような力に反作用するための機 械的な強さを充分に備えていなければならず、しかも各主回転翼羽根に応力を緩 らげるための独立した運動ができるようにコンプライアントでなければならない 。これらの矛盾する条件を調節するために、従来技術の主回転翼アッセンブリは 高強度の金属物質と収納されたヒンジおよび／若しくは回転翼羽根によって製作 されていた。そのような従来の主回転翼アッセンブリは機械的に複雑にして、維 持が難しく、しかも高価なものであった。 サービスの必要性，信頼性および価格の面における改良がヘリコプター主回転 翼アッセンブリにおける弾性ベアリングを使用することによって行われるが、近 年、焦点はベアリングレス主回転翼（ＢＭＲ）アッセンブリに注目が向けられて いる。ＢＭＲアッセンブリ は可撓性の構造部材、例えばフレックスビームを内蔵しており、このフレックス ビームは曲げ荷重（フラップワイズとコードワイズ）、軸方向付加（遠心）およ び捩れ荷重（ピッチ）を伝達および／若しくは反作用するように設計されている 。ハブ取り付け点におけるローリングエレメント又は弾性ベアリングの必要性を 低減させるヒンジレス構造を得るために、各フレックスビームはＢＭＲアッセン ブリのハブに直接取り付けられている。ＢＭＲ用フレックスビームの設計にあた って、複雑な設計を制限しなければならない。 第１にフレックスビームの取り付け点は羽根荷重をＢＭＲハブアッセンブリに 伝達するのに構造的に頑丈でなければならない。フレックスビームは、フラップ ワイズ荷重に反作用する曲げ容力を得るためにフラップヒンジを備えなければな らない。付随的に、フレックスビームのヒンジ部は、高操縦回転翼荷重による高 曲げ応力を備えかつ羽根遠心荷重に反作用するるように構造的に構成されなけれ ばならない。第３に、フレックスビームは、主回転翼羽根の集中的かつ周期的な ピッチ制御すなわ高塑性捩れ変位を生成するための減少した頑丈さを備える羽根 ピッチ部を含んでいなければならない。付随的にピッチ部は、周期的／集中的ピ ッチ入力に起因する高捩れ応力を備えなければならないとともに、羽根遠心荷重 に反作用しかつコードワイズ荷重の捩れ締め付けを防止するために、充分な強さ を与えなければならない。 フレックスビームの主たる利点は捩れ荷重によるフラップワイズの分離であり 、それによりフラップワイズ変位が増し、ハブモーメントオフセットを減少させ る。ヘリコプターの飛行特性と能力は、 主回転翼アッセンブリ、さらに詳しくは、主回転翼ハブアッセンブリとフラップ ワイズヒンジすなわちハブモーメント定数またはヒンジオフセット（回転翼の直 径として表現される）によって決定される。ヒンジオフセットが増加する（さら に「ヒンジ」はハブ中心からの大きなハブモーメント定数）につれて、羽根荷重 は主回転翼アッセンブリを介してより効率的にヘリコプターへ伝達される。すな わち、制御パワーと軽快さは、大きなヒンジオフセットの増加につれて増加する 。振動と突風に対する感度は、もちろん、ヒンジオフセットと共に増加するが、 ヘリコプターピッチの安定度は、同様にして、ヒンジオフセットとともに減少す る。それ故に、ヒンジオフセットは安定度と高速操縦との間の妥協性である。低 ヒンジオフセットを得るのに充分な可撓性にして、かつ高い遠心荷重（３５トン もの）を運ぶのに充分な強さである。ＢＭＲアッセンブリ用のハブアッセンブリ を設計することは困難である。 ＢＭＲアッセンブリ用の複合フレックスビームの設計はヘリコプター設計技術 者が直面している最も挑戦すべき問題の一つである。複合フレックスビームは曲 げ応力，切断応力，締め付けおよび強度，振動的なコードモーメント，およびピ ッチ角から生じるフラップワイズ，捩れおよび遠心荷重に、適合するように設計 しなければならない。臨界荷重条件は始動と停止を含んでおり、低サイクル、高 ひずみフラップ方向とコード方向の荷重と前方飛行を発生し、例えば１サイクル 発振フラップと捩れ変位のような高サイクル，高ひずみ荷重を発生することが出 来る。 一般に、最小断面は主回転翼羽根荷重を伝えるために必要である。 しかしながら、逆に、フレックスビームを構成する所定の複合物質の厚さは、許 容捩れ剪断ひずみ限界を越えないということを確認するために、最小でなければ ならない。フラップ方向とコード方向荷重は、曲げ応力を調節するために、追加 の物質を必要とする。しかしながら、そのような追加物質は、フレックスビーム の鋼性を増し、増加したヒンジをオフセットする。ソフトインプレイン回転翼設 計にあたって、コード方向フレックスビームの鋼性は、回転翼コード方向可撓性 を約０．７サイクルの周波数にする必要にせまられる。フレックスビームがコー ド方向に可撓性であれば、ＢＭＲアッセンブリは空気力学と構造的不安定さに影 響されやすい。フレックスビームがあまりにも丈夫であれば、コード方向荷重は １サイクル共振のために増加する。フレックスビームの捩れ剛さは、ピッチアク チュエータパワーを保つために、最小にすべきである。しかしながら、ピッチ部 の捩れ剛さは沿肩荷重のもとでの締め付けの安定性を得るために高くなければな らない。 ヘリコプター設計技術者は、ＢＭＲアッセンブリ用の適正なフレックスビーム を設計する場合に、前述の設計制約を調節するために斗争しているので、製造の 点に注意をはらうべきである。フレックスビーム設計は製造の面から比較的複雑 でないようにすべきである。複合フレックスビームは不適正な断面の変化と急な 断面の変化を避けるように設計されなければならない。所要の設計強度を得るた めに上部および／若しくは下部リブを備えたフレックスビームを設計することは 当業者にとって周知のことである。しかしながら、リブ構造を内蔵する複合フレ ックスビームの製作は相対的に複雑な製作 工程がある。遠心荷重を調節した直角形状のピッチ部を有する従来のフレックス ビームは、所要の捩れピッチゆがみを調節するには強固すぎるものであった。柔 らかい面内ＢＭＲアッセンブリ用の適正化されたフレックスビームは必要なもの である。フレックスビームは、曲げ歪み，剪断応力，締め付けおよびＢＭＲアッ センブリの周波数を調節するために、設計されるべきであり、付随的に製造容易 であるべきである。フレックスビームは、製造面でのリスクを最小にし一方捩れ 効率を最大にするために、直角断面を持っていなければならない。 発明の概要 本発明の目的は、簡単にして低コストで、ヘリコプター用ソフト面内ベアリン グレス主回転翼（ＢＭＲ）アッセンブリ用のフレックスビームを提供することで ある。 本発明の他の目的は、曲げ歪み，剪断応力，締付およびソフト面内ＢＭＲアッ センブリの周波数を調節するための構造であるフレックスビームを、提供するこ とである。 本発明のさらに他の目的は、製造リスクを最小にしかつ捩れ効率を最大にする ための直角断面を有するフレックスビームを、提供することである。 本発明のさらに他の目的は、優れた衝撃抗力特性を持つフレックスビームを提 供することである。 本発明のさらなる目的は、捩れ率が最小になるように可撓部におけるピッチゆ がみ能力を得るために形成されたフレックスビームを 提供することである。 本発明のさらなる目的は、キック荷重が動作の局部ラインに集中することなく 相対的に均一に構築された積層板内に配分される選択された領域におけるプライ ドロップオフを有するプライラミネートによって形成されたフレックスビームを 、提供することである。 本発明のこれらおよび他の目的は、ソフト面内ＢＭＲアッセンブリ用の本発明 によるフレックスビームによって達成される。フレックスビームは６つのスパン ワイズ領域，ハブ取付領域，第１のテーパ領域，第２のテーパ領域，ピッチ領域 ，テーパ機外変化領域，および主回転翼羽根，トルクチューブ（ＢＴ）取付領域 によって構成されている。各領域は、特定の主機能を遂行するように構造的に形 成され、かつ隣接する領域に結合されている。特に、第１と第２のテーパ領域は 、ピッチたわみ能力を与えるとともに、加えて、フレックスビームのピッチ領域 が相対的に低捩れ率を持つように、フラップワイズ荷重を調整するための形状で あるテーパたわみ領域を規定する。 フレックスビームは特定の特性を具現化する複合パイルの混合物によって構成 されている。さらに詳しくは、フレックスビームは、良衝撃許容特性を有する複 合プライからと高強度−荷重比を有する複合プライから、作られる。本発明によ るフレックスビームの好ましい実施例では、フレックスビームは、０°のファイ バー定位置を有する連続する同一方向の複合ファイバーグラスプライ，０°のフ ァイバー定位置を有する種々の長さの同一方向ファイバーグラスおよび±４５° のファイバー定位置を有する種々の長さのグラファイ トクロスプライ、によって構成されている。 上述した実施例によるフレックスビームのハブ取り付け領域は、本質的に、と じ込み組み合わせにおいて、連続的な均一方向のファイバーグラスと種々の長さ にして均一方向のファイバーグラス、および種々の長さのグラファイトクロスプ ライの、５０／５０混合物によって構成されている。第１のテーパ領域を形成す るために、ハブ取り付け領域を形成するプライのとじ込み組み合わせは外方に伸 びている。グラファイトクロスプライの端部は、部分的にテーパを規定するため に、第１のテーパ領域の分配された領域に至る。 第２のテーパ領域は、単に、第１のテーパ領域から外方に伸びる均一方向のフ ァイバーグラスによって構成されている。種々の長さの均一方向ファイバーグラ スの端部は、テーパを規定するために第２のテーパ領域における配分アレンジメ ントに至っている。均一方向のファイバーグラスプライは、テーパたわみ変化領 域における捩れたわみ容量を与える減少した捩れ強度を持っている。 ピッチ領域は第２のテーパ領域から外方に伸びる連続的で均一方向のファイバ ーグラスプライによって形成される。連続的で均一方向のファイバーグラスプラ イは、充分な強度を有するピッチ領域に対して一定の直角断面を規定し、遠心荷 重を伝達するとともに捩れ締め付けを防ぐ。 テーパ機外転換領域は、ピッチ領域から外方に伸びる連続する均一方向のファ イバーグラスと、とじ込み組み合わせにおける種々の長さの均一方向ファイバー グラスプライとグラファイトクロスプライによって形成される。組み合わせにお ける均一方向のファイバー グラスプライとグラファイトクロスプライは、テーパ機外転換領域のテーパを規 定する配分されたアレンジメントを規定する。テーパ機外転換領域を形成するプ ライのとじ込み組み合わせは、ＢＴ取り付け領域を形成するために、外方に伸び ている。 本発明によるフレックスビームのプライ端部の各配分されたアレンジメントは 、フレックスビームを構成するプライ構築におけるキック荷重に帰因する。結局 、プライ構築の終端によるフレックスビームにおける強度が減少する。 図面の簡単な説明 本発明の付随的な特徴および利点は、次の詳細な説明と添付図面を参照するこ とによって、より完全に理解することが出来る。 第１図はヘリコプター用の模範的なベアリングレス主回転翼ハブアッセンブリ の斜視図である。 第２図は本発明によるフレックスビームの斜視図である。 第３Ａ図は第２図のフレックスビームの機外端の部分断面図である。 第３Ｂ図は第２図のフレックスビームの機外端の部分断面図である。 第４Ａ図は一般のプライドロップオフ装置を示す部分断面図である。 第４Ａ図は本発明によるフレックスビームの配分されたプライオフ装置を示す 第３Ａ図の部分断面図である。 好ましい実施例の詳細な説明 図面を参照すると、図を通して同様な素材には同一の符号が付されており、第 １図と第２図はヘリコプター用ベアリングレス主回転翼（ＢＭＲ）アッセンブリ 用の本発明によるフレックスビーム１０を示す。ＢＭＲアッセンブリの模範的な 主回転翼ハブアッセンブリ１００は第１図に示されている。ＢＭＲハブアッセン ブリ１００は、エンジントルクを主回転翼羽根（図示せず）に伝達するための主 回転翼クイルシャフトと、回転はさみ、および回転斜板（スワッシュプレート） １０６によって構成されている。ＢＭＲアッセンブリ１００は、さらに、クレビ スを形成する上部および下部板１０８，１１０を含んでいる。 本発明による各フレックスビーム１０は、対応する主回転翼羽根（機内端）を フレックスビーム１０（機外端）に機械的に結合するトルクチューブ１１２内に 収納されている。トルクチューブ１１２は、周期的および／若しくは集中的なピ ッチ入力を、対応するフレックスビーム１０の捩れによって調節される主回転翼 羽根に結合するための手段を与えるものである。ピッチ制御ロッド１１４はトル クチューブ１１２の機内端に接続されており、ピッチ入力は、回転はさひ１０４ ，回転斜板１０６，ピッチ制御ロッド１１４およびトルクチューブ１１２によっ て、主回転翼羽根に連結されている。本発明によるフレックスビーム１０は、第 ２図でさらに詳しく述べるように、６つのスパンワイブ領域，ハブ取り付け領域 １２，第１のテーパ領域１６，ピッチ領域１８，テーパ機外移行領域２０，およ び主回転翼羽根，トルクチューブ取り付け領域２２によって構成 されている。第１と第２のテーパ領域１４，１６はフレックスビーム１０のテー パたわみ伝達領域２４を規定する。ハブ取り付け領域１２はＢＭＲハブアッセン ブリ１００との連結時に（上，下板１０８，１１０を介して）フレックスビーム １０を固定するための孔２６を含んでいる。 本発明によるフレックスビーム１０は曲げ応力，剪断応力，締め付け，および 予め規定されたＢＭＲアッセンブリ（例えばハブモーメント強度）を同時に満足 させるように適正化されている。フレックスビーム１０は、主回転翼羽根の各フ ラップワイズ，コードワイズ，捩れ，および遠心力に反作用するような構造にな っている。さらに、フレックスビーム１０は、高操縦から起こる周期および／若 しくは集中ピッチ入力による曲げ応力と高い歪みを調節するように作られている 。フレックスビーム１０は特定の機能を遂行するような構造になっており、さら に各領域は他の領域とその機能に組み合わされている。 ハブ取り付け領域１２は、ハブアッセンブリ１００との組み合わせ時にフレッ クスビーム１０の固定を調節するような構造になっている。機能的に、ハブ取り 付け領域１２は主にフレックスビームモーメントをＢＭＲハブアッセンブリ１０ ０に移送する。コードワイズ曲げモーメントと遠心力はハブ取り付け領域１２の ボルト連結を通して作用される。フラップワイズモーメントは、（ｉ）上，下板 １０８，１１０における軸方向の引張と圧縮を生じる差動曲げ荷重、および（ii ）上，下板１０８，１１０における曲げ応力、によって作用される。第１のテー パ領域１４はＢＭＲハブアッセンブリ １００に対する効果的なフラップヒンジオフセットを成し遂げるように構造的に 形成されている。 第２のテーパ領域１６は、ピッチ領域１８に移行し、ＢＭＲアッセンブリの第 １の遅れ周波数に対する能力を例えば約０．７サイクル／回転にする。テーパた わみ移行領域１６および特に第２のテーパ領域１６は、フレックスビーム１０の 塑性捩れ変位（減少ピッチ）の部分に作用するように構造的に形成されている。 ピッチ領域１８は、羽根ピッチ変位の主たる部分、すなわちピッチ入力による捩 れ変位を調節するように構造的に形成されているとともに、第１の遅れモード周 波数に役立つ。機外移行領域２０はピッチ領域１８とＢＴ取り付け領域２２との 間の移行を提する。ＢＴ取り付け領域２２は、対応するトルクチューブ１１２と 主回転翼羽根とを連結する場合に、フレックスビーム１０の固定を調節するよう に形成されている。主回転翼羽根の遠心力はＢＴ取り付け領域２２を通して作用 される。 フレックスビーム１０の製作にあたって直角断面構造を得るために、ピッチゆ がみ能力はテーパたわみ移行領域２４の第２のテーパ領域１６とピッチ領域１８ によって与えられる。塑性捩れ変位の部分を調節するフレックスビームの領域数 を拡大することによって、相対的に低い捩れ率は、構造的に適正にする、すなわ ち受け入れ可能な捩れ応力レベルを持っている間、捩れ締め付けに充分な厚さに すべき、フレックスビーム１０のピッチ領域１８において成し遂げられる。第１ のテーパ領域１４は捩れ強度とたわみ容量の双方を提するように構成されている 。第２のテーパ領域１６は捩れ強さを減 少させかつ付随的に曲げ荷重に作用するように構成されている。フレックスビー ム１０は、製造リスクを最小にするとともに付随的に捩れ効率を最大にする直角 断面を、持っている。 本発明によるフレックスビーム１０は、上述した特性を有し、後述するような 所定方法で積層されている特定の特性を具現化する複合プライの合成物によって 構成されている。フレックスビーム１０が、軍事的に適用されるヘリコプターの ＢＭＲアッセンブリにおいて使用される限り、衝撃的に安全なものであった。良 好な衝撃耐力特性例えば破壊，丈夫さおよび故障モードを有する複合プライの使 用にあたって、この設計は一定である。良好な衝撃耐力を有する複合物質の一つ としてファイバーグラスがある。良好な衝撃耐力特性に加えて、ファイバーグラ スは良好なストレイン許容性を持っている。しかしながら、ファイバーグラスは 低重量／強度比である。逆に、グラファイトは、悪い衝撃耐久特性すなわち分裂 ，丈夫さ，および故障モードを有しているが、良好な応力許容性を有するととも に、高重量／硬度比を備えている。グラファイトプライは、本発明によるフレッ クスビーム１０のハブ取り付け領域１２，第１のテーパ領域１４，テーパ機外移 行領域２０，およびＢＴ取り付け領域２２に必要な高捩れ強度を与える。 ここに述べたフレックスビーム１０の実施例はファイバーグラス強化エポキシ 複合プライおよびグラファイト強化エポキシ複合プライを用いて作られた。特に 、ファイバーグラスはシバーゲェイ（Ｃｉｂａ−Ｇｅｉｇｈｙ）７３７６／Ｓ− ２ファイバーグラスであり、グラファイトは６３７６／グラファイｈであった。 ファイバ ーグラスプライは０°定位置（スパンワイズ）を有する均一方向のプライであり 、グラファイトプライは±４５°定位置ファイバーを有するグラファイトプライ である。次のパラグラフで述べられるフレックスビーム１０は上述のタイプのフ ァイバーグラスとグラファイトプライによって作られているが、フレックスビー ム１０は他のタイプのファイバーグラスおよび／若しくはグラファイトで作るこ とができるとともに、上述のファイバーグラスおよびグラファイト物質と比較で きる特性を有する他のタイプ複合物質から作ることができることは、当業者にと って明白である。 フレックスビーム１０のハブ取り付け領域１２は本質的に均一方向ファイバー グラスプライ３０と±４５°グラファイトクロスプライ３２（プライ３０，３２ は第３Ａ図と第３Ｂ図に示されている）の５０／５０添加物によって構成されて いる。均一方向のファイバーグラスプライ３０と±４５°グラファイトプライ３ ２は、ハブ取り付け領域１２を形成するために、とじ込み組み合わせにおけるモ ールドＯＭＬから積層される。均一方向のファイバーグラスプライ３０と±４５ °グラファイトクロスプライ３２は高捩れ強度と良たわみ強度を備えている。 フレックス１０の説明された実施例に対して、ハブ取り付け領域１２は同一方 向グラファイトの７６プライ３０と±４５°グラファイトの１６８プライ３２に よって構成されている。ハブ取り付け領域１２の外側面において、断面プライ配 分は８つの均一方向ファイバクラスプライ３０が突き合わせ組み合わせ積層され ているフレックスビーム１０の中心線を除いて、２つの均一方向ファイバーグラ スプライ３０，−４５°グラファイトクロスプライ３２Ａおよび＋４５°グラフ ァイトクロスプライ３２Ｂ（フレックスビーム中心線の各側における５２プライ シークエンス３４）の繰り返しによって構成されている。 第１のテーパ領域１４は、ファイバーグラスプライ３０と、ハブ取り付け領域 １２から外方へ伸びる±４５°グラファイトクロスプライ３２のとじ込み組み合 わせによって形成されている。プライ３０，３２の組み合わせによって、第１の テーパ領域１４に捩れ強度とたわみ容量が与えられる。 本質的に、全てのファイバーグラスプライ３０は第１のテーパ領域１４に伸び るハブ取り付け領域１２によって構成される。プライシークエンスの最内側均一 方向ファイバーグラスプライ３０は種々の長さとなっている。フレックスビーム １０の説明した実施例に対して、３２の均一方向ファイバーグラスプライ３０（ 最後の１６プライシークエンス３４の各々はフレックスビーム中心線の各側面に 隣接している）は、テーパ移行と第１のテーパ領域１４のテーパを部分的に規定 するために、ハブ取り付け領域１２と第１のテーパ領域１４における配分された アレンジメント３０Ｅを持っている。 逆に、ハブ取り付け領域１２を形成する全ての±４５°グラファイトクロスプ ライは異なる長さである。中心線に隣接する±４５°グラファイトクロスプライ ３２は最短長であり、ハブ取り付け領域１２すなわちＯＭＬの外表面に近づくに つれて長さが増加している。フレックス中心線に最も近い少数の±４５°グラフ ァイトクロスプライ３２は、ハブ取り付け領域１２と第１のテーパ領域１４間に テ ーパ移行を部分に規定するために、ハブ取り付け領域１２に至るエンディングを 持っている。長い±４５°グラファイトクロスプライ３２は、第１のテーパ領域 １４における配分されたアレンジメント３６Ｂに至るエンディング３２Ｅを有し 、第１のテーパ１４のテーパを部分的に規定する。最長の−４５°グラファイト クロスプライ３２Ａ（第１のテーパ領域１４すなわちＯＭＬの上下面に隣接する ）は、第１のテーパ領域１４と第２のテーパ領域１６間の接続点に至るエンディ ング３２Ｅを持っている。 第２のテーパ領域１６は第１のテーパ領域１４を通して伸びる均一方向のファ イバーグラスプライ３０のみによって構成されている。第１のテーパ領域１４と 第２のテーパ領域１６間の接続点に始まって、選択された均一方向のファイバー グラスプライ３０は、第２のテーパ領域１６における配分されたアレンジメント ３８に至るエンディング３０Ｅを有し、第３Ａ図に示すようにテーパを規定する 。説明した実施例に対して、８０の均一方向ファイバーグラスプライ３０は、第 ２のテーパ領域１６（フレックスビームの各側±の４０のプライ３０）に終わる エンディング３０Ｅを持っている。第２のテーパ領域１６によって構成されてい る均一方向ファイバーグラスの厚さは、フレックスビーム１０のテーパ曲げ荷重 に作用するのに充分である。付随的に、均一方向ファイバーグラスプライ３０は 、捩れ強さを減少させ、第２のテーパ領域１６は、フレックスビーム１０のテー パ可撓移行領域２４におけるピッチかたまりを提する。 ピッチ領域１８は第２のテーパ領域１６から外方に伸びる連続的な均一方向フ ァイバーグラスプライ３０によって構成されている。 説明した実施例においては、ピッチ領域１８は連続する均一方向ファイバーグラ スの６４のプライ３０によって構成されている。連続する均一方向ファイバーグ ラスプライ３０は、一定の直角な断面をスパンにわたって規定し、そのスパンは 捩れ強さを減少させ、高塑性捩れ変位を調節する。加えて、ピッチ領域１８を形 成する連続する均一方向プライ３０は遠心荷重を伝達するとともに捩れ締め付け を防止するのに充分な強さを提供する。 ピッチ領域１８を構成する連続する均一方向のファイバーグラス３０はテーパ 機外移行領域２０とＢＴ取り付け領域２２内に外方に伸びる。種々の長さの他の 均一方向のファイバーグラスプライ３０と種々の長さの±４５°グラファイトク ロスプライ３２は連続する均一方向のファイバーグラスプライ３０との組み合わ せにおいてとじ込まれており、テーパ機外移行領域２０とＢＴ取り付け領域２２ を形成する。第３Ｂ図に示されているように、そのようなレイアップ構造によっ て、ハブ取り付け領域１２と第１のテーパ領域１４を形成するエンディング３０ と同じようにエンディング３０Ｅ，３２Ｅを有するプライ３０，３２のアレンジ メント４０を提する。説明したフレックスビーム１０の実施例に対して、均一方 向ファイバーグラス（フレックスビーム中心線の各サイド上の１６のプライ３０ ）は、均一方向ファイバーグラス（フレックスビーム中心線の各サイド上の合計 ４８のプライ３０）の総計９６のプライ３０が加えられるとともに、±４５°グ ラファイト（フレックスビーム中心線の各サイド上の４４クロスプライ３２）が 加えられる。ＢＴ取り付け領域２２すなわちＯＭＬの外表面から始まって、断面 部のプライ配分 はハブ取り付け領域１２のものと同じである。接合組み合わせにおいて、８つの 均一方向ファイバーグラスプライ３０が積層されているフレックスビーム１０の 中心線を除いて、均一方向ファイバーグラスプライ３０のプライシークエンス３ ２，−４５°グラファイトクロスプライ３２Ａ，および＋４５°グラファイトク ロスプライ３２Ｂ（フレックスビーム中心線の各サイド上の２２のプライシーク エンス）の繰り返しである。テーパ機外移行領域１２のプライ３０，３２の構築 とＢＴ取り付け領域２２は、それぞれ領域２０，２２を構成するとじ込みプライ ３０，３２の数が減少しているのを除いて、ハブ取り付け領域１２と第１のテー パ領域１４のプライ３０，３２の構築と同じである。 前出のパラグラフで述べたように、本発明によるフレックスビーム１０を構成 する均一方向ファイバーグラスの選択されたプライ３０と全ての±４５°グラフ ァイトクロスプライ３２は変化する長さを有し、これにより配分されたプライド ロップオフアレンジメント３６Ａ，３６Ｂ，３８，４０、すなわち、ハブ取り付 け領域１２，第１のテーパ領域１４，第２のテーパ領域１６，テーパ機外移行領 域２０およびＢＴ取り付け領域２２におけるプライエンディング３０Ｅ，３２Ｅ が得られる。本発明によるフレックスビーム１０の積層構造はプライ３０，３２ に沿って配分されているキック荷重に起因する。第４Ａ図はテーパ部における一 般のプライドロップオフアレンジメントを示し、第４Ｂ図は本発明によるフレッ クスビーム１０の第１のテーパ領域１４のドロップオフアレンジメントの拡大図 である。 第４Ａ図を参照すると、個々の複合プライＰは一般のプライレイアップ技術に おけるＯＭＬに向かうモールド中心線によってレイアップされている。選択され たプライＰは、第４Ａ図に示されているプライドロップオフアレンジメントか端 部ＰＥに至っている。最高の組み合わせ剪断（コードワイズ剪断と、プライエン ディングＰＥによる中間の剪断）の点ＰＳは、複合プライＰの終端ＰＥの結果と して、第４Ａ図に示すように、プライエンディングＰＥに隣接している。 一般のプライレイアップの結果としての最高引っ張り応力は最内側複合プライ Ｐである。一般のプライレイアップ技術とエンディングＰＥのアレンジメントは 、第４Ａ図に示すように、動作のシングルラインを通して作動するキック荷重Ｋ Ｌによる引張応力を通して加えられる。キック荷重ＫＬの効果はビルドアップを 形成する個々のプライＰを分離することである。 逆に、本発明によるフレックスビーム１０に対して、個々のプライ３０，３２ はＯＭＬからモールド中心線に向けて配置されている。プライ３０および若しく は３２の終端エンディング３０Ｅおよび／若しくは３２Ｅは本発明によるフレッ クスビーム１０の各配置されたプライドロップオフアレンジメント３６Ａ，３６ Ｂ，３８，４０を形成するために配設されている。第４Ｂ図を参照すると、各グ ラファイトクロスプライ３２Ａの終端エンディング３２Ｅは隣接するグラファイ トクロスプライ３２Ｂの終端エンディング３２Ｅに渡って伸びている。本発明に よる終端エンディング３２のプライ配置構造と配分されたアレンジメント３６Ｂ から生じる最高曲げ歪み点は 第４Ｂ図において符号４８で示すものと同一である。これは、キックオフ荷重５ ０（３つのみが示されている）の無添加配置によるものである。このキック荷重 は第１のテーパ領域１４を構成するプライ構築３０，３２内に均一に存在する。 結局、プライエンディング３２の結果として、本発明によるフレックスビーム１ ０の第１のテーパ領域１４を構成するプライ構築における強度減少はない。上述 した他のアレンジメント３６Ａ，３８，４０は、フレックスビーム１０の他の領 域１２，１６，２０，２２の効果と同様な効果を奏する。 本発明の種々の変更および変形例は上述のことから可能である。それ故に、本 発明は、特許請求の範囲の範囲内において、上述の詳細な説明のもののほかにも 実施可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クラウス，ティモシー エイ. アメリカ合衆国，コネチカット 06791, ハーウィントン，ヒル ロード 711 (72)発明者 シュマリング，デイヴィッド エヌ. アメリカ合衆国，コネチカット 06483, オックスフォード，パインズブリッジ ロ ード 55

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．差し込み組み合わせにおいて、本質的に、複数の第１の複合プライと複数の 第２の複合プライの５０／５０混合によって形成されたハブ取り付け領域と、 前記第１の複合プライと、前記ハブ取り付け領域から外方に伸びる前記第２の 複合プライの差し込み組み合わせによって形成された第１のテーパ領域と、 前記第１のテーパ領域から外方に伸びる前記第１の複合プライによって形成さ れた第２のテーパ領域と、 前記第２のテーパ領域から外方に伸びる前記第１の複合プライの連続する１つ によって形成されたピッチ領域と、 前記ピッチ領域から外方に伸びる前記連続する第１の複合プライ，種々の長さ を有する複合第１のプライ，および差し込み組み合わせにおいて種々の長さを有 する複数の第２の複合プライによって形成されたテーパ機外移行領域，および 前記連続する第１のプライと前記複数の第１の複合プライの前記差し込まれた 組み合わせの本質的に５０／５０混合と、前記テーパ機外移行領域から外方に伸 びる前記複数の第２の複合プライによって形成されたＢＴ取り付け領域、からな り、 本質的に前記第２の複合プライの全ての端部が部分的にテーパを規定するため に第１のテーパ領域における配分されたアレンジメントに至るように、前記第２ の複合プライが種々の長さを有し、 選択された第１の複合プライの１つが、テーパを規定するために 前記第２のテーパ領域における前記選択された第１の複合プライが配分されたア レンジメントに至るように、種々の長さを有するとともに、 前記テーパ機外移行領域のテーパを規定するために、前記第１と第２の複合プ ライの種々の長さが、前記テーパ機外移行領域における終端の配分されたアレン ジメントを規定する、ことを特徴とする、 ベアリングレス主回転翼アッセンブリ用フレックスビーム。 ２．前記複数の第１の複合プライと前記種々の長さを有する複数の第１の複合プ ライが０°のファイバー位置を有し、さらに、種々の長さを有する前記複数の第 ２の複合プライと前記複数の第２の複合プライが±４５°のファイバー定位置を 有する、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフレックスビーム。 ３．前記複数の第１の複合プライと前記種々の長さを有する複数の第１の複合プ ライが良好な衝撃耐性特性を有する複合物質によって形成されているとともに、 前記複数の複合プライと前記種々の長さを有する複数の第２の複合プライが、高 強度／重量比を有する複合物質によって構成されている、ことを特徴とする特許 請求の範囲第１項記載のフレックスビーム。 ４．前記複数の第１の複合プライと複数の長さを有する前記複数の第１の複合プ ライが０°のファイバー定位置を有するファイバーグラスであるとともに、前記 複数の第２の複合プライと種々の長さを 有する前記複数の第２の複合プライが±４５°のファイバー定位値を有するグラ ファイトである、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のフレックスビー ム。 ５．前記複数の第１の複合プライが前記ハブ取り付け領域を形成するとともに、 前記第１の複合プライの選択された１つが前記第１のテーパ領域に至り前記選択 された第１の複合プライと前記第２の複合プライの端部が組み合わせにおいて前 記第１のテーパ領域の前記配分されたアレンジメントを規定するように、前記第 １のテーパ領域が種々の長さを有する、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項 記載のフレックスビーム。 ６．前記複数の第１の複合プライの選択された１つが前記ハブ取り付け領域を形 成し、前記第１のテーパ領域は、前記選択された第１の複合プライの端部が前記 第１のテーパ領域に至るように種々の長さを有するとともに、前記選択された第 １の複合プライと前記第２の複合プライの各端部が前記第１のテーパ領域の前記 配分されたアレンジメントを規定する、ことを特徴とする特許請求の範囲第１項 記載のフレックスビーム。 ７．複数の連続する第１の複合プライと、 種々の長さを有する第１の複数の第１の複合プライと、 種々の長さを有する第２の複数の第１の複合プライと、 種々の長さを有する第１の複数の第２の複合プライ、および 種々の長さを有する第２の複数の第２の複合プライ、からなり、 前記複数の連続する第１の複合プライと、前記第１の複数の第１の複合プライ 、および前記第１の複数の第２の複合プライは、差し込み組み合わせにおいてハ ブ取り付け領域を形成し、 前記複数の連続する第２の複合プライと前記第１の複数の第１の複合プライお よび前記ハブ取り付け領域から外方に伸びる前記第１の複数の第１の複合プライ の前記差し込み組み合わせは第１のテーパ領域を形成し、前記第２の複合プライ の全ての端部は、テーパを規定するために、前記第１のテーパ部における配分さ れたアレンジメントに至り、 前記連続する第１の複合プライと、前記第１のテーパ領域から外方に伸びる前 記第１の複合プライは、第２のテーパ領域を形成し、前記第１の複合プライの端 部は、テーパを規定するために、前記第２のテーパ領域における配分されたアレ ンジメントに至り、 前記第２のテーパ領域から外方に伸びる前記連続する第１の複合プライは、一 定の直角断面を有するピッチ領域を形成し、 前記連続する第１の複合プライ，前記第２の複数の第１の複合プライ，および 前記複数の第２の複合プライは、差し込み組み合わせにおいて、テーパ機外移行 領域を規定し、前記複数の第１と第２の複合プライの端部は、組み合わせにおい て、前記テーパ機外移行領域のテーパを規定する配分されたアレンジメントに至 り、 前記連続する第１の複合プライと、前記第２の複数の第１の複合プライ、およ び前記テーパ機外移行領域から外方に伸びる前記第２の複数の第２の複合プライ は、ＢＴ取り付け領域を形成する、こと を特徴とする、 ベアリングレス主回転翼アッセンブリ用フレックスビーム。 ８．前記複数の連続する第１の複合プライと前記第１と第２の複数の第１の複合 プライは０°のファイバー定位置を有し、前記第１と第２の複数の第２の複合フ ァイバーは±４５°のファイバー定位値を有する、ことを特徴とする特許請求の 範囲第７項記載のフレックスビーム。 ９．前記複数の連続する第１の複合プライと前記第１と第２の複数の第１の複合 プライは、良好な衝撃耐久特性を有する複合物質から形成され、前記第１と第２ の複数の第１の複合ファイバーは高硬度／重量比を有する複合物質から形成され ている、ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のフレックスビーム。 １０．前記複数の連続する第１の複合プライと前記第１と第２の複数の第１の複 合プライは０°のファイバー定位置を有するファイバーグラスであり、前記第１ と第２の複数の第２の複合ファイバーは±４５°のファイバー定位置を有するク ラファイトプライである、ことを特徴とする特許請求の範囲第７項記載のフレッ クスビーム。 １１．前記ハブ取り付け領域を形成する差し込み組み合わせが、本質的に、前記 複数の連続する第１の複合プライと前記第１の複数の第１の複合プライの５０／ ５０混合および前記第１の複数の第２の 複合プライによって構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項記載 のフレックスビーム。 １２．前記ＢＴ取り付け領域を形成する前記差し込み組み合わせが、前記複数の 連続する第１の複合プライと前記第２の複数の第１の複合プライの５０／５０混 合および第２の複数の第２の複合プライである、ことを特徴とする特許請求の範 囲第７項記載のフレックスビーム。 １３．前記ハブ取り付け領域を形成する前記差し込み組み合わせが、本質的に前 記複数の第１の複合プライと前記第１の複数の連続するプライおよび前記第１の 複数の第２の複合プライの５０／５０混合によって、構成されていることを特徴 とする特許請求の範囲第７項記載のフレックスビーム。 １４．０°のファイバー定位値を有する連続した均一方向ファイバーグラスプラ イと、 ０°のファイバー定位値を有しかつ種々の長さを有する複数の連続する均一方 向ファイバーグラスプライと、 ０°のファイバー定位値を有しかつ種々の長さを有する複数の均一方向ファイ バーグラスプライと、 ±４５°のファイバー定位値を有しかつ種々の長さを有する第１の複数のグラ ファイトクロスプライ、および ±４５°のファイバー定位値を有しかつ種々の長さを有する第２ の複数のグラファイトクロスプライ、からなり、 前記複数の連続する均一方向ファイバーグラスプライと前記第１の複数の均一 方向ファイバーグラスプライおよび前記第１の複数のグラファイトクロスプライ が、差し込み組み合わせにおいて、ハブ取り付け領域を形成し、 前記複数の連続する均一方向ファイバーグラスプライ，前記第１の複数の均一 方向ファイバーグラスプライ，および前記ハブ取り付け領域から外方へ伸びる前 記複数の均一方向ファイバーグラスプライの差し込み組み合わせが第１のテーパ 領域を形成し、前記グラファイトクロスプライの全ての端部が、テーパを規定す るために、前記第１のテーパ領域における配分されたアレンジメントに至り、 前記連続する均一方向のファイバーグラスプライと、前記第１のテーパ領域か ら外方に伸びる前記均一方向ファイバーグラスプライが第２のテーパ領域を形成 し、前記均一方向ファイバーグラスプライが、テーパ領域を規定するため、前記 第２のテーパ領域における配分されたアレンジメントに至り、 前記第２のテーパ領域から外方に伸びる前記連続する均一方向ファイバーグラ スが、一定の直角断面を有するピッチ領域を形成し、 前記連続する均一方向ファイバーグラスプライ，前記第２の複数の均一方向フ ァイバーグラスプライ，および前記第２の複数のグラファイトクロスプライが、 差し込み組み合わせにおいて、テーパ機外移行領域を形成し、前記均一方向ファ イバーグラスプライと前記グラファイトクロスプライの端部が、組み合わせにお いて、前記テーパ機外移行領域のテーパを規定する配分されたアレンジメントを 規定し、 前記連続する均一方向ファイバーグラスプライと、前記テーパ機外移行領域か ら外方向に伸びる前記第２の複数のグラファイトクロスプライが、ＢＴ取り付け 領域を形成する、ことを特徴とする ベアリングレス主回転翼アッセンブリ用フレックスビーム。 １５．前記ハブ取り付け領域を形成する差し込み組み合わせが、本質的に、前記 複数の連続する均一方向ファイバーグラスプライと前記第１の複数の均一方向フ ァイバーグラスプライおよび前記第１の複数のグラファイトプライの５０／５０ 混合によって構成されている、ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載の フレックスビーム。 １６．前記ＢＴ取り付け領域を形成する差し込み組み合わせが、前記複数の連続 する均一方向ファイバーグラスプライと前記第２の複数の均一方向ファイバーグ ラスプライおよび前記第２の複数のグラファイトクロスプライの５０／５０混合 によって構成されている、ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載のフレ ックスビーム。 １７．前記ハブ取り付け領域を形成する前記差し込み組み合わせが、前記複数の 連続する均一方向ファイバーグラスプライと前記第１の複数のグラファイトクロ スプライの本質的に５０／５０混合によって構成され、さらに、前記ＢＴ取り付 け領域を形成する前記差し込み組み合わせが、本質的に、前記複数の連続する均 一方向ファイバ ーグラスプライと前記第２の複数の均一方向ファイバーグラスプライの５０／５ ０混合物と、前記第２の複数のグラファイトクロスプライによって構成されてい る、ことを特徴とする特許請求の範囲第１４項記載のフレックスビーム。 １８．主回転翼ハブアッセンブリを含むベアリングレス主回転翼アッセンブリ用 フレックスビームであって、 前記フレックスを主回転翼ハブアッセンブリに接続するためのハブ取り付け領 域手段と、 前記フレックスビームをベアリングレス主回転翼アッセンブリの主回転翼羽根 に接続するための羽根，トルクチューブ取り付け領域手段と、 主回転翼羽根の捩れ変位を調節するためのピッチ領域手段，および 前記ハブ取り付け領域手段と前記ピッチ領域手段の間に介在し、前記ハブ取り 付け領域手段から前記ピッチ領域手段を通して前記羽根まで伸びる複数の連続す る複合プライとトルクチューブ取り付け領域手段，および前記ハブ取り付け領域 手段から伸びる種々の長さを有する複数の複合プライを含む少なくとも１つのテ ーパ領域からなり、 前記複数の連続する複合プライと、種々の長さの前記複数の複合プライのプラ イが、前記少なくとも１つのテーパ領域を形成するために、差し込み組み合わせ に配置されており、 種々の長さの前記複数の複合プライの端が、前記少なくとも１つ のテーパ領域におけるキック荷重の無添加配置を与えるために、前記少なくとも １つのテーパ領域において配分されたプライドロップオフアレンジメントを形成 する、ことを特徴とする、 ベアリングレス主回転翼アッセンブリ用フレックスビーム。 １９．前記複数の連続する複合プライが０°ファイバー定位値を有する均一プラ イであり、かつ種々の長さを有する前記複数の複合プライが０°ファイバー定位 置を有する均一方向プライである、ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記 載のフレックスビーム。 ２０．前記複数の連続する複合プライが０°ファイバー定位値を有する均一方向 プライであり、種々の長さを有する前記複数の複合プライが±４５°ファイバー 定位値を有するクロスプライである、ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項 記載のフレックスビーム。 ２１．さらに、前記ピッチ領域手段と前記羽根との間に介在し、前記ハブ取り付 け領域手段から前記ピッチ領域手段を介して前記羽根まで伸びる前記複数の連続 する複合プライと、トルクチューブ取り付け領域手段および前記羽根とトルクチ ューブ取り付け領域手段まで伸びる種々の長さの複数の複合プライを含む他のテ ーパ領域によって構成され、 前記複数の連続する複合プライと種々の長さを有する前記複数の複合プライの プライが、前記他のテーパ領域を形成するために、差し込み組み合わせに配置さ れ、 種々の長さの前記複数の複合プライの端部が、前記他のテーパ領域におけるキ ック荷重の無添加配分を与えるために、前記他のテーパ領域において配分された プライドロップオフアレンジメントを形成する、 ことを特徴とする特許請求の範囲第１８項記載のフレックスビーム。 ２２．前記複数の連続する複合プライが０°ファイバー定位値を有する均一方向 プライであり、種々の長さを有する前記複数の複合プライが±４５°ファイバー 定位値を有するクロスプライである、ことを特徴とする特許請求の範囲第２１項 記載のフレックスビーム。