JPH10503573A - 流体およびエラストマーのハイブリッドダンパ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ヘリコプタ・ロータ用のリード‐ラグダンパとして利用される流体およびエラストマーのハイブリッドダンパは、ロータとブレード（翼）のような一対のコンポーネント間の軸方向、ねじれおよび角度的に伝達される振動をエラストマー（２５）のヒステリシスおよび狭い環状通路（４０）を介して流体の絞りおよびシヤリングによって低減する。このハイブリッドダンパはエラストマーおよび流体ダンパの両方の最良の特徴を捕え、各ダンパの欠点の多くを回避する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体およびエラストマーのハイブリッドダンパ 技術分野 本発明は、ダンパ、等の改良に関する。さらに詳しくは、本発明は、例えば、 ヘリコプタ・ロータ装置用の液圧およびエラストマーのハイブリッドダンパに関 する。 背景技術 被接着エラストマー・コンポーネントはヘリコプタの振動制御装置に長年使用 されてきた。それらの比較的単純さ、軽量、信頼性、エネルギー貯蔵容量、多軸 ばね定数性能および無保守操作が、リード‐ラグダンパ、パイロンアイソレータ 、着陸装置コンポーネント、スタビレータマウント、ドライブカップリングおよ びアビオニックアイソレータのようなヘリコプター用にそれらの用途を広げた。 被接着エラストマー・コンポーネントは自動車の懸架装置および衝撃吸収装置の ような非回転翼用にも使用される。 さらに最近、リード‐ラグダンパおよび着陸装置のコンポーネントを含むヘリ コプタに液圧ダンパが使用されている。これらの装置は典型的に従来の液圧シー ル／軸受（それらは所定の時間を越えると、摩耗して漏れることになる）を使用 している。さらに、それら装置のあるものは高コストの精巧な弁を使用し、閉そ く又は他の故障を生じ、砂やダストの嵌入により摩耗が加速されることがしばし ばある。これらのダンパが破損するのは、典型的に液圧の損失の結果であって、 減衰全体の損失をもたらす。かかる激変破損は航空機の操作を危くする。 被接着コンポーネントは広く使用されて、例外的によく動作しているが、それ らは用途によっては制限がないわけではない。例えば、リード‐ラグダンパは、 必要な運動の制動全てを提供可能にするために高減衰エラストマーから構成され る。しかしながら、これらの高減衰エラストマーは入力外乱に関連した歪レベル の変動の結果として広範囲の剛性および減衰特性を与える。さらに、高減衰エラ ストマーは受ける疲労歪のレベルによって限定され、高振幅におけるそれらの低 剛性および損失係数が不利になる恐れがある。「損失係数」は減衰剛性Ｋ″／弾 性剛性Ｋ′の比として定義される。ある用途の場合には、高減衰エラストマーに 伴う低振幅における低損失係数は許容できないリミットサイクル振動をもたらす 。引張強さ、引裂強さ、せん断疲労およびクリープのような性質の折衷案は高減 衰エラストマーを用いるダンパの実際的損失係数を約０．８に限定する。 発明の開示 本発明は、被接着型ダンパと液圧型ダンパの最良の特徴を単一のハイブリッド ダンパに組み合せることによって２つの型のダンパの問題点を解決する。一対の 環状エラストマー部材を接着して第１および第２の流体含有チャンバを作るよう に第１および第２の同軸円筒形要素を相互に連結する。これらのチャンバは、同 軸シリンダ間の移動がそれぞれのチャンバの弾性壁を変形させる際に流体を絞る 狭い環状通路によって相互に連結される。その設計に体積コンペンセータが組み 込まれる。 エネルギーは次の異なる３モードによって消散（吸収）される： （１）エラストマーのヒステリシス； （２）環状間隙を介して絞られる際の流体の収縮および膨張；および （３）２つの同軸円筒形部材間の流体のカット。 これら３つの減衰モードは、一緒になって、例えば、ヘリコプタのロータとブレ ードのようなダンパによって連結された２つのコンポーネント間の相対的な軸方 向、ねじれおよびスキュー運動を減衰させる。減衰のかなりの部分が２つの流体 モータによって提供されるから、エラストマーはその高減衰よりむしろ強度およ びせん断疲労のような他の特性に対して選択される。 Ｆｌｕｉｄｌａｓｔｉｃ 商標ダンパとして識別されるこのハイブリッドダン パは、従来の液圧ダンパより次の点で優れている： （ａ）摩耗又は漏れの原因となる運動用シールがない； （ｂ）構成要素が少ない； （ｃ）減衰の激変損失がない（徐々に、観察可能な変化をする）； （ｄ）周波数依存性が少ない； （ｅ）極めて精密な製造公差の必要がない； （ｆ）長く、予測可能な運用寿命； （ｇ）流体の損失は減衰の全損失をもたらさない（ばねの拘束およびエラスト マーの減衰が依然として利用できる）から「フェールセーフ」； （ｈ）ヘリコプタの運転によって一般に蹴上げられる砂およびグリットが性能 に悪影響を与えない； （ｉ）ダンパへの曲げモーメントに適応できる。 そのＦｌｕｉｄｌａｓｔｉｃ商標ダンパは従来の被接着エラストマーダンパに 比べて次の利点を有する： （ａ）高損失係数が得られる； （ｂ）長い疲労寿命； （ｃ）高線形性能； （ｄ）等減衰に対して小スペース範囲又は、等スペースに大減衰； （ｅ）動特性（振幅）の変化に対する感度が小さい； （ｆ）高減衰エラストマーより低歪レベルで高損失係数を維持する； （ｇ）クリープ又は永久歪を受けにくい。 このダンパは、広範囲の要求を満たすことができる広範囲の種々の設計性能を提 供するためにその流体およびエラストマー特性を設計製作できる多様性のハイブ リッドダンパを与える。 種々の他の特徴、利点および特性は次の詳細な説明から明白となるであろう。 図面の簡単な説明 図１は、例えば、ヘリコプタのロータとブレードのようなコンポーネントに相 互連結するためのアタッチメントで組み立てたダンパの側面図である。 図２は、本発明の図１に示した実施例の断面側面図である。 図３は、本発明の別の実施例の中心セグメントの拡大断面側面図である。 図４は、中心セグメントの変形で図３に類似する拡大断面側面図である。 図５は、環状通路がハウジングの内部に近接している本発明の第４の実施例の 断面側面図である。 発明を実施するための最良の形態 本発明の流体およびエラストマーのハイブリッドダンパの第１の実施例は図１ および図２に１０で示す。一次円筒形要素のハウジング１２は第１のロッドエン ド１４をボルト止めなどによって連結しているが、第２のロッドエンド１８は第 ２の円筒形要素のインナーチューブ１６（図２参照）にねじ込みなどによって取 り付けられる。第１のエラストマー部材２０および第２のエラストマー部材２２ は第１と第２の円筒形要素１２、１６間に延在してそれらを相互接着している。 各エラストマー部材は各エラストマー部分の外部と内部にそれぞれ接着された外 輪２４と内輪２６を含む。 中心セグメント２８は台形を縦軸の回りに回転させることによって形成された 環状回転体積である。この実施例における台形は等辺台形であって、外円筒形要 素１２の部分を形成する（もちろん、他の形状をとることもできる）。中心セグ メント２８内には、体積コンペンセータ２９が含まれている。この実施例のコン ペンセータ２９はチヤンバ３１内にフロートするように配置された環状ピストン ３０から成る。一対のＯ−リングシール３２がピストン３０の片側から別側へ移 動するのを防止する。ピストン３０の裏面のチヤンバ３１の部分は弁３３（図１ ）によって空気加圧できるが、ピストン３０の前側は環状通路３４によって流体 チヤンバ３６、３８の少なくとも１つの相互接続されている。第１の流体チヤン バ３６は外円筒形要素１２、内円筒形要素１６および第１のエラストマー部材２ ０によって形成されるが、第２のチヤンバ３８は外円筒形要素１２、内円筒形要 素１６および第２のエラストマー部材２２によって形成される。 通路３４は、液圧流体を加熱して膨張させる際に初空気チヤージの偏倚に対し て液体流体をチヤンバ３１に流入させながらチヤンバ３１をチヤンバ３６および ３８から動的に固定させる寸法になっでいる。チヤンバ３１、３６、３８内の流 体を保持するのに必要なＯ−リングシールを設ける。環状通路４０は流体通路３ ６、３８を相互に接続する。ローリングダイアフラム、金属ベロー、等を含む他 のタイプの体積コンペンセータも使用できる。さらに、圧力変化を容易にさせる ためにピストン３０を偏倚させるには空気ばね圧力が望ましいが、かかる柔軟性 が必要ない場合には他の型式のばねも使用できる。 第２の円筒形要素１６の端部にねじ込まれた固定ナット４２は、内輪２６をイ ンナーチューブ１６と一体に成形されたように挙動させる肩部４４へ内輪２６を 捕捉させる。同様に、外輪２４および中心セグメント２８の外周部はハウジング １２の部分によって一緒により一体的に締めつけられる。外輪２４および内輪２ ６の使用によってエラストマー部材２０、２２の製造および組立が促進される。 操作において、ダンパ１０はブレード（翼）およびロータのような一対の構成 要素を連結するために使用する。ダンパ１０のハウジング端部は、例えば、ロッ ドエンド１４によってブレードに連結され、インナーチューブ１６はロッドエン ド１８によってロータに取り付けられる。構成要素（ブレードとロータ）が相対 的に軸方向ねじれ移動する際に、これらの運動が次の異なる３つのモードによっ て減衰される： （１）その移動がエラストマーから熱の形でエネルギー消費をさせる（ヒステ リシス減衰）； （２）狭い環状通路４０を介した流体の絞りは、流体がチヤンバ３６からチヤ ンバ３８へおよびその逆に加速および減速される際にエネルギー損失を もたらす；および （３）流体が外円筒形部材１２と内円筒形部材１６間に分けられて、さらにエ ネルギー消費（減衰）をもたらす。 エラストマー部分２５のたわみはチヤンバ３６、３８の大きさを効果的に変え て流体を環状通路４０を介して前後に流がす。ダンパ１０は約０．８５の損失係 数を有する。 図３および図４は、中心部分１２８、２２８がユニークな形をもった本発明の 第２および第３の実施例を示す。もちろん、摩耗を防ぐために相対移動要素間の 接触を回避することが望ましい。このために、図３の実施例では、一般に円筒形 チューブ１１６にバルジ１４６が形成し、そのバルジはその端部１４８、１５０ にテーパを付けている。これによって、チューブ１１６とその外円筒部材間の相 対ねじれ運動を２つの要素を接触させることなく大きくすることができる。テー パはダンパガ曲げモーメントを受け入れることを可能にする。図４の第３の実施 例では、中心セグメント２２８の外要素にテーパ部分２４８と２５０が設けられ ている。 図５は、流体通路３４０がチヤンバ３３６、３３８を相互接続する外ハウジン グに隣接する第４の実施例を示す。この実施例では回転品を形成する台形が等辺 形ではなくて、通路をハウジングに近接して配置している外側でなく内側の一般 に円筒形部材に取り付けられている。 以上、本発明のダンパ１０が間節式ヘリコプタ・ロータ装置のリードーラグ・ ダンパのような厳しい環境下における振動、移動および回転エネルギーの吸収（ 消散）に極めて有効であることを示した。本発明は、ヒンジレス回転装置、着陸 装置、懸架装置およびエネルギー吸収装置を含む種々の他の用途に利用できるこ とがわかる。 以上の詳細な説明を読むことによっで当業者には種々の変化、代替および改良 がありうることは明らかである。例えば、内および外部材は一般に円筒形として 説明したが、丸い非同心形、四角、三角および卵形を含む他の形状も実施するこ とができる。請求の範囲内のかかる変化、代替および改良は全て本発明の一部で ある。

【手続補正書】特許法第１８４条の７第１項 【提出日】１９９５年９月４日 【補正内容】 １．請求の範囲を次のように補正する。 「１．（ａ）細長い一般に円筒形の一次要素； （ｂ）該円筒形一次要素内に受け入れる一般に円筒形の二次要素； （ｃ）軸方向に間隔をおいて前記一次および二次円筒形要素を相互連結 する第１および第２の環状エラストマー部材、該各環状エラストマー部材はその 直径に対してかなりの厚さを有する ； （ｄ）前記一次および二次円筒形要素および前記第１のエラストマー部 材によって少なくとも部分的に画定される第１の流体含有チヤンバ； （ｅ）前記一次および二次円筒形要素および前記第２のエラストマー部 材によって少なくとも部分的に画定される第２の流体含有チヤンバ； （ｆ）前記第１および第２の流体含有チヤンバを相互に連結する狭い環 状通路、該環状通路はその幅の数倍の長さを有する； （ｇ）前記一次円筒形要素を一対のコンポーネントの一つに作動的に連 結させる第１の連結手段； （ｈ）前記二次円筒形要素を前記一対のコンポーネントの別のものに作 動的に連続させる手段； から成り、前記一対のコンポーネント間の相対運動が前記エラストマー部材を変 形させて、前記エラストマー部材に著しいヒステリシス減衰をさせると共に；流 体を前記狭い環状通路を介して前記第１および第２の流体含有チヤンバ間に流が して、前記相対運動が前記エラストマーおよび前記流体によって生じる合成力に よって減衰されるように前記流体を絞るおよびシヤリングすることを特徴とするロータとブレード間、等を作動的に相互連結させるリード‐ラグ・ダンパを有す るヘリコプタ・ロータ装置 。 ２．さらに、前記一次および二次の円筒形要素の最初の１つに形成され、該 最初の１つから該一次および二次の円筒形要素の第２の１つの方向へ近接して延 在して前記環状通路を部分的に画定する環状突出部から成る請求の範囲第１項記 載の装置。 ３．さらに、前記環状突出部内に含まれた体積コンペンセータから成る請求 の範囲第２項記載の装置。 ４．前記環状突出部が、台形を前記第１および第２の円筒形要素の縦軸回り に３６０°回転させることによって形成される回転体積から成る請求の範囲第２ 項記載の装置。 ５．前記台形環状突出部のベース部分が前記一次円筒形要素に取り付けられ る請求の範囲第４項記載の装置。 ６．前記台形が等辺形台形から成る請求の範囲第５項記載の装置。 ７．前記ベース部分の反対側の平行面が前記環状通路を画定する２つの表面 の１つを画定する請求の範囲第６項記載の装置。 ８．前記環状突出部は前記体積コンペンセータの第１チヤンバと前記流体含 有チヤンバとを接続する貫通オリフイスを有し、該オリフイスは前記体積コンペ ンセータの第１チヤンバを前記一次円筒形要素を前記流体含有チヤンバから動的 に分離する寸法を有し、該体積コンペンセータが第２の流体を含有する第２のチ ヤンバを有する 請求の範囲第７項記載の装置。 ９．前記体積コンペンセータが、前記一次円筒形要素の縦軸を囲みかつ該縦 軸 に沿って移動するように配置された環状ピストン要素から成る請求の範囲第８ 項記載の装置。 １０．前記台形環状突出部のベース部が前記二次円筒形要素に取り付けられる 請求の範囲第４項記載の装置。 １１．前記台形が非等辺台形である請求の範囲第１０項記載の装置。 １２．前記体積コンペンセータが、前記一次円筒形要素の縦軸を囲みかつ該縦 軸 に沿って移動するように配置された環状ピストン要素から成る請求の範囲第１ ０項記載の装置。 １３．前記狭い環状通路を形成する２つの面の少なくとも１つが、その少なく とも一端が前記反対側の面から外側へ傾斜して前記一次および二次円筒形要素間 のアキシアル・ミスアラインメントをさせ、該両者を接触させることなく流体流 を増大させる 請求の範囲第１項記載の装置。 １４．前記２つの面の少なくとも１つが、その両端で前記反対側の面が外側へ 傾斜している請求の範囲第１３項記載の装置。 １５．前記２つの面の少なくとも１つが、前記２つの面の最外側から成る請求 の範囲第１４項記載の装置。 １６．前記２つの面の少なくとも１つが、前記２つの面の最内側から成る請求 の範囲第１４項記載の装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．（ａ）一般に円筒形の一次要素； （ｂ）該円筒形一次要素内に受け入れる一般に円筒形の二次要素； （ｃ）軸方向に間隔をおいて前記一次および二次円筒形要素を相互連結 する第１および第２の環状エラストマー部材； （ｄ）前記一次および二次円筒形要素および前記第１のエラストマー部 材によって少なくとも部分的に画定される第１の流体含有チヤンバ； （ｅ）前記一次および二次円筒形要素および前記第２のエラストマー部 材によって少なくとも部分的に画定される第２の流体含有チヤンバ； （ｆ）前記第１および第２の流体含有チヤンバを相互に連結する狭い環 状通路； （ｇ）前記一次円筒形要素を一対のコンポーネントの一つに作動的に連 結させる第１の連結手段； （ｈ）前記二次円筒形要素を前記一対のコンポーネントの別のものに作 動的に連続させる手段； から成り、前記一対のコンポーネント間の相対運動が前記エラストマー部材を変 形させて流体を前記狭い環状通路を介して前記第１および第２の流体含有チヤン バ間に流がして、前記相対運動が前記エラストマーおよび前記流体によって生じ る合成力によって減衰されるように前記流体を絞るおよびシヤリングすることを 特徴とする一対のコンポーネントを相互接続させるダンパ。 ２．さらに、前記一次および二次の円筒形要素の最初の１つに形成され、該 最初の１つから該一次および二次の円筒形要素の第２の１つの方向へ近接して延 在して前記環状通路を部分的に画定する環状突出部から成る請求の範囲第１項記 載のダンパ。 ３．さらに、前記環状突出部内に含まれた体積コンペンセータから成る請求 の範囲第２項記載のダンパ。 ４．前記環状突出部が、台形を前記第１および第２の円筒形要素の縦軸回り に３６０°回転させることによって形成される回転体積から成る請求の範囲第２ 項記載のダンパ。 ５．前記台形環状突出部のベース部分が前記一次円筒形要素に取り付けられ る請求の範囲第４項記載のダンパ。 ６．前記台形が等辺形台形から成る請求の範囲第５項記載のダンパ。 ７．前記ベース部分の反対側の平行面が前記環状通路を画定する２つの表面 の１つを画定する請求の範囲第６項記載のダンパ。 ８．前記環状突出部は前記体積コンペンセータと前記流体含有チヤンバとを 接続する貫通オリフイスを有し、該オリフイスは前記体積コンペンセータを前記 一次円筒形要素を前記流体含有チヤンバから動的に分離する寸法を有する請求の 範囲第７項記載のダンパ。 ９．前記体積コンペンセータが、前記一次円筒形要素の縦軸に沿って移動す るように配置された環状ピストン要素から成る請求の範囲第８項記載のダンパ。 １０．前記台形環状突出部のベース部が前記二次円筒形要素に取り付けられる 請求の範囲第４項記載のダンパ。 １１．前記台形が非等辺台形である請求の範囲第１０項記載のダンパ。 １２．前記体積コンペンセータが、前記一次円筒形要素の縦軸に沿って移動す るように配置された環状ピストン要素から成る請求の範囲第１０項記載のダンパ 。 １３．前記狭い環状通路を形成する２つの面の少なくとも１つがその少なくと も一端が前記反対側の面から外側へ傾斜している請求の範囲第１項記載のダンパ 。 １４．前記２つの面の少なくとも１つが、その両端で前記反対側の面が外側へ 傾斜している請求の範囲第１３項記載のダンパ。 １５．前記２つの面の少なくとも１つが、前記２つの面の最外側から成る請求 の範囲第１４項記載のダンパ。 １６．前記２つの面の少なくとも１つが、前記２つの面の最内側から成る請求 の範囲第１４項記載のダンパ。