JPH1059295A - ヘリコプタテールロータのための最適化された複合フレックスビーム - Google Patents

ヘリコプタテールロータのための最適化された複合フレックスビーム

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JPH1059295A
JPH1059295A JP9193527A JP19352797A JPH1059295A JP H1059295 A JPH1059295 A JP H1059295A JP 9193527 A JP9193527 A JP 9193527A JP 19352797 A JP19352797 A JP 19352797A JP H1059295 A JPH1059295 A JP H1059295A
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ディー．フェデリッシ フランシス
N Shiyumaringu David
エヌ．シュマリング デイビィッド
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレックスビームの設計要件を満たしかつ層
間せん断応力を減少させる、最適化フレックスビームを
提供する。 【解決手段】 最適化複合フレックスビーム１０のピッ
チ部ＰＲは、コアラミネート５０と、フェースラミネー
ト５２と、を備える。コアラミネート５０及びフェース
ラミネートは、１０以上のアスペクト比を決定し、面取
り端部面５４Sを形成する。各面取り端部面５４Sは、ピ
ッチ部ＰＲのフラップ方向曲げ中立軸ＸAに対して臨界
鋭角αを形成し、フラップ方向曲げ中立軸ＸAから垂直
距離Ｘに設けられた側面端部５４Eを決定する。臨界鋭
角αは、約１４度から約２２度の間であり、垂直距離Ｘ
は、ピッチ部の厚さ寸法ＴPRの約１２．５％から約３
７．５％である。最適化複合フレックスビーム１０の機
体側遷移部ＩＴＲは、第一及び第二遷移小域ＩＴＲ−１
及びＩＴＲ−２を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリコプタのため
のベアリングレスロータに関し、特にヘリコプタテール
ロータアッセンブリのための最適化された複合フレック
スビームに関する。
【０００２】
【従来の技術】ヘリコプタのロータ設計では、ヘリコプ
タロータブレードをトルク駆動のハブ部に保持するため
に、フレックスビームやフレックスビームコネクタと呼
ばれる弾性構造部材を使用することが多くなっている。
ロータ翼飛行の基本操作において、ロータブレードの多
方向への変位、つまりフラップ方向及びエッジ方向での
曲げ、ねじり及びピッチ変動等を正確に制御する必要性
からロータのフレックスビームの機能は実質的に複雑に
なる。このような構成は、ロータブレードの根端でヒン
ジやジャーナルタイプのベアリングによって変位に対応
する、ベアリングを構成要素とする旧タイプのロータを
代替することから、ベアリングレスロータと呼ばれる。
このフレックスビームは、一般的に繊維強化樹脂マトリ
ックス材で構成され、ロータアッセンブリの軽量化、簡
略化及びそのメンテナンスの単純化に結び付き、更に、
その信頼性及び損傷に対する耐性を向上させる。
【０００３】ヘリコプタテールのロータ装置において、
フレックスビームは、中央トルク駆動ハブ部とテールロ
ータブレードアッセンブリとの間に配置され、それらの
部材と組合さって固定される。フレックスビームは、一
般に、トルクチューブアッセンブリによって包囲され、
このトルクチューブアッセンブリは、フレックスビーム
の外側端と組合さって固定され、フレックスビーム／テ
ールロータアッセンブリへピッチ運動を伝達することが
できる。このようなピッチ運動は、星形形状のピッチビ
ームによってトルクチューブへ伝達される。このピッチ
ビームは、その直線変位がトルクチューブの回転変位を
もたらすようにトルクチューブの機体側端と組合さって
設置される。
【０００４】フレックスビームの設計は、一般的に、選
択された複合マトリックス材、それらの繊維方向、設計
エンベロープ及び製造上の制約を考慮した上で、互いに
関連する多様な設計基準を繰り返し検討することを伴
う。互いに関連する設計基準は、特に以下のフレックス
ビームの要件を含む。
【０００５】１）例えば、遠心荷重３０，０００〜３
５，０００ｌｂｓ（１３３，５００Ｎ〜１５５，７５０
Ｎ）、スラスト負荷４，０００ｌｂｓ（１７，８００
Ｎ）ピッチ運動±１８度、フラップ運動±５度等、予め
定義された範囲の負荷や動作に耐え得る。
【０００６】２）軸方向の及び曲げ、座屈、ねじり等の
安定及び振動の応力／歪みの値を、選択された材料の静
的及び疲労による応力／歪みの最大寛容値以下の値に保
つ。
【０００７】３）ピッチ制御ロッドへかかり、または、
それによって伝達されるインプット制御負荷を寛容値に
保つ。
【０００８】４）共振による不安定性を回避するため
に、所望の剛性特質を提供する。
【０００９】５）最低限の設計エンベロープを満たし、 ６）低コストでの製造を容易にする。
【００１０】以上の設計基準は、競合する、つまり、互
いに両立しないので、フレックスビームを最適化するた
めには、トレードオフに関する検討を繰り返し行う必要
がある。
【００１１】フレックスビームは、一般的に、負荷及び
運動に対応するために種々の領域に区分されており、各
領域は、その領域における主要な機能を果たすように設
計されている。通常、フレックスビームは、ハブ接続
部、機体側遷移部、ピッチ部、機外側遷移部及びブレー
ド接続部を含むこのような領域を最低５つ有する。以下
で説明するように、フレックスビームの特定領域、即ち
機体側遷移部及びピッチ部は、他の領域よりも負荷が高
く、運動が激しい。従って、これらの領域は、フレック
スビームの設計においてより重要である。
【００１２】ハブ接続部は、一般的に、中央ハブ保持部
材の上下クレビスプレートの間に配置されてこれらのプ
レートに固定された厚みのある長方形断面を特徴とす
る。ハブ接続部は、機能的には、フラップ方向及びエッ
ジ方向の遠心荷重及び曲げによるモーメント負荷に反作
用するように、またはそれを伝達するように主として設
計されている。ハブ接続部がハブ保持部材に堅く取り付
けられている限りにおいては、曲げ運動に関しては設計
時に考慮する必要はない。即ち、設計要件ではない。
【００１３】フラップ曲げ部とも呼ばれる機体側遷移部
は、フラップ方向及びエッジ方向の曲げモーメント負荷
に反作用するように、また、ハブ接続部からピッチ部へ
と幅及び厚みが遷移していくように、主に設計されてい
る。後者に関して、翼幅方向におけるこのような幅や厚
みの遷移に要する長さは、通常比較的短くすることが望
ましい。なぜならば、そのことによってフレックスビー
ムの全長は最小化され、ピッチ部の有効な長さは最大に
なるからである。更に、テールロータ装置では、一般的
に、実質的なヒンジオフセットを最小化することが望ま
しい。ヒンジオフセットとは、テールロータアッセンブ
リの回転軸から、フレックスビームの曲げ／剛性特性に
よって決まる実質的なフラッピングヒンジまでの距離で
ある。ヒンジオフセットが小さくなると、ハブ接続部／
ハブ保持部材に働くハブモーメントも小さくなる。
【００１４】通常、フレックスビームが柔軟となるよう
に機体側遷移部の幅及び厚さを最小化し、その結果、ヒ
ンジオフセットを最も機体側の位置にシフトさせること
によってヒンジオフセットが最小化される。上記の目的
に対しては、応力が大きく集中する点が制限となる。即
ち、フレックスビームの自由端に沿って、応力即ち層間
応力が集中する結果、フレックスビームの層剥離または
裂けが起こるおそれがあり、この点が制限要因となって
いる。
【００１５】ピッチ部は、主に、ロータブレードアッセ
ンブリで必要なピッチ運動に対応し、ピッチ制御を行う
ための制御負荷を最小化し、必要なエッジ方向での座屈
安定を提供し、フレックスビーム／ロータブレードシス
テムの翼弦方向の振動数を決定するように設計されてい
る。テールロータ装置のピッチ部では、一般的に、トル
クチューブアッセンブリによって伝達される約１４度か
ら約１８度のピッチ運動に対応しなければならない。上
記に付随して、ピッチ部は、制御負荷を最小化するため
に、ねじれに対して柔軟でなければならない。フレック
スビームをねじるのに必要な力を生み出すのに必要な動
力は、フレックスビームのピッチ部のねじれ剛性の関数
である。更に、このピッチ部は、空気力学的な抗力及び
／またはコリオリの力によって引き起こされる安定及び
振動の機体内曲げモーメントに耐えるために必要なエッ
ジ方向の剛性を有する必要がある。
【００１６】負荷や運動に関する要件に加え、ピッチ部
は、フレックスビームの翼弦方向の一次周波数属性を左
右する。つまり、フレックスビームのピッチ部は、所望
の翼弦方向の周波数レスポンスを発生させるためのエッ
ジ方向の剛性特性を有しなければならない。例えば、テ
ールロータ装置において、（ｉ）リード−ラグダンパの
必要性をなくし、（ｉｉ）ロータブレード／フレックス
ビームアッセンブリの共振調波周波数で負荷の増大を回
避するためには、１．７サイクル／回転(cycles/rev.)
の翼弦方向一次周波数を有することが望ましい。前者に
関しては、１．０サイクル／回転以上の周波数レスポン
スを得るために、フレックスビームのピッチ部を硬化す
ることが通常望ましく、それにより、エッジ方向のブレ
ード運動は減少し、その結果リード−ラグダンパ装置の
必要性はなくなる。後者に関しては、負荷増幅による共
振不安定性を回避するために、翼弦方向の一次周波数が
１．０、２．０または３．０サイクル／回転等に対応す
る調波周波数の間の値となるように調整することが通常
必要である。２．０及び３．０サイクル／回転の間の翼
弦方向一次周波数によって上記の基準は満たされるが、
このような動特性は、更に高い剛性を要し、その結果、
更に高い制御負荷が生じる。
【００１７】機外側遷移部及びブレード接続部には、主
に遠心荷重による張力によって負荷がかかり、機体側フ
レックスビーム部に比較して負荷が軽い。更に、機体側
遷移部及びピッチ部がフレックスビーム／ロータブレー
ドアッセンブリのフラップ方向、エッジ方向及びピッチ
のたわみに主に対応できる限り、柔軟な運動即ち柔軟性
に関しては、設計時には問題とはならない。また、機外
側遷移部では、ピッチ及びブレード接続部の間での幅及
び厚さの遷移が行われるが、機外遷移部の応力は、機体
側遷移部の応力レベルの約１／３と比較的低いので、こ
のような幅及び厚さの遷移は、高い層間せん断応力を引
き起こさずに短距離で行うことができる。
【００１８】従来のフレックスビームは、複合フレック
スビームを強化するために自由端に被せた外部複合オー
バラップ（ベノ等による米国特許第４，８９８，５１５
号参照）またはエッジキャップ（シュマリング等による
米国特許第５，４３１，５３８号）の使用によって、機
体側遷移部における層剥離またはささくれに関する問題
に対応する。更に、これらの特許に開示される機体側遷
移部は、幅遷移の角度即ちピッチ部及び機体側遷移部の
側面端によって決定される角度が約１．５から約３度の
間と浅い直線形の幅遷移部を用いている。このような浅
い幅遷移角度は、オーバラップやエッジキャップとの組
合せにより、層間応力を減少させて複合フレックスビー
ムの層間剥離やささくれを回避することができる。これ
により構成上の問題は解決されるが、この構成は、フレ
ックスビームが重くなり、製造も複雑となる点で不利で
ある。更に、浅い遷移角度を有する直線型遷移部を設け
るためには、機体側遷移部の翼幅方向の長さを延長する
必要がある。このように機体側遷移部を長くすると、翼
幅方向の全体が長くなる。逆に言えば、ピッチ部の有効
な長さが短縮されるといった不利な影響がもたらされ
る。上記のピッチ部の有効な長さの短縮により、翼弦方
向一次周波数の必要なレスポンスを得るための性能は複
雑になり、ピッチ部で要求されるねじれ率は増加する。
ピッチ部のねじれ率の増加によって、より高い応力／歪
みが引き起こされ、それにより、ピッチ部の設計が更に
複雑になる。
【００１９】ピッチ部の構成及び性能に関する設計の複
雑化に関しては、ノーハーン等による米国特許第４，７
４６，２７２号及びシュマリング米国特許第５，４３
１，５３８号に開示されているようなマルチローブ及び
十字型断面によって対応がとられてきた。これらのフレ
ックスビーム設計は、一般に約０．７サイクル／回転の
翼弦方向一次周波数レスポンスを発生するので、上記で
説明したような約１．７サイクル／回転という、より高
い翼弦方向周波数による効果が得られるテールロータ装
置に使用することはできない。このようなピッチ部を翼
弦方向の周波数レスポンスが増加する適当な大きさに形
成することができたとしても、そこで使用される構成及
び製造技術によって他の構造及び製造上の困難が発生す
ると予想される。
【００２０】より詳細には、ノーレン米国特許第４，７
４６，２７２号によって、複数の機械加工によるグルー
ブによって形成される複数のローブを有するピッチ部が
開示されている。これら複数のローブは、座屈安定を提
供し、機械加工されたグルーブは、フレックスビームの
ねじり剛性を減少させる。しかし、機械加工されたグル
ーブは、フレックスビームの早期故障につながる高い応
力の集中を引き起こす。更に、所望の断面形状を得るた
めには、精密な機械加工操作が必要であり、結果として
製造コストに不利な影響を与える。
【００２１】シュマリング米国特許第５，４３１，５３
８号は、ファイバーグラス構造のベースと、ベースの一
方に取り付けられた補助黒鉛リブと、を有するピッチ部
を開示している。黒鉛リブは、十字型断面を形成するた
めに、ファイバーグラス構造のベースよりも実質的に狭
い。材料と断面形状との組合せによって、ねじり剛性及
び翼弦方向一次周波数を低くし、エッジ方向の座屈安定
を向上させることができる。この特許で開示しているピ
ッチ部は、上記及びその他の設計上の問題に関して解決
方法を提供しているが、その横断面形状は、どちらかと
いうと、製造が困難でコストも高い。より具体的には、
フレックスビームの製造には、精度の高いプレス成形型
が使用され、このプレス成形型は、高質の複合積層板を
製造するためにフレックスビームの厚みと幅の両方向に
圧縮圧を提供できなくてはならない。このようなプレス
成形装置では、一般に、複合レイアップに均一な圧力が
確実に加わるように、セットアップを正確にし、複合材
のレイアップ厚を制御することが必要となる。
【００２２】この成形工程が成功するか否かは、複合積
層間の大きさの変動の度合、プレス成形型の精度即ち制
御された圧縮圧及び温度を加える性能、そして、勿論オ
ペレータの熟練度などの複数の独立した可変要素によっ
て決まる。更に、一般に堅く合わさった金属成形型を含
むこのようなプレス成形装置は、横方向及び断面方向即
ち複合フレックスビームの幅及び厚さの両方に圧縮圧を
提供することができない。上記の可変要素の内一つでも
軽視された場合、複合積層板の品質は落ちるおそれがあ
り、そのためにフレックスビームは、歪みまたは形成異
常の程度により再加工を必要としたり、スクラップにさ
れたりする。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】従って、特にテールロ
ータアッセンブリで使用されるフレックスビームに関し
て、層間せん断応力を減少させ、必要な座屈安定を提供
し、翼弦方向の一次周波数要件を満たし、複合フレック
スビームのねじり剛性を最小にし、更に、その製造を容
易にするように設計を最適化したフレックスビームが必
要とされている。
【００２４】本発明の目的は、複数の相関するフレック
スビーム設計要件を満たし、かつ層間せん断応力を減少
させる、独自の形状及び素材の組合せを有する最適化フ
レックスビームを提供することである。
【００２５】本発明のもう一つの目的は、高品質の複合
ラミネートを製造することができる製造工程を簡略化す
ることが可能である、上記のような最適化複合フレック
スビームを提供することである。
【００２６】
【課題を解決するための手段】上記及びその他の本発明
の目的は、ハブ接続部、ブレード接続部、ブレード接続
部と隣接する機体側遷移部、ブレード接続部に隣接する
機外側遷移部、機体側及び機外側遷移部の間に配置され
てそれらの部分に隣接するピッチ部を含む複数の隣接部
分を有する最適化複合フレックスビームによって達成さ
れる。
【００２７】ピッチ部は、単方向のファイバーグラス材
料のコアラミネートと、コアラミネートによって形成さ
れるはめあい面に接合した単方向黒鉛材料のフェースラ
ミネートとを含む。コアラミネートは、側面を形成し、
その側面によってピッチ部の幅寸法が決定する。また、
フェースラミネートは、フェース面を形成し、そのフェ
ース面によってピッチ部の厚さ寸法が決定する。幅及び
厚さ寸法のアスペクト比は、１０以上である。更に、コ
ア及びフェースラミネートは、面取り端部面を備える面
取り端部形状を有し、各面取り端部面は、ピッチ部のフ
ラップ方向曲げ中立軸と臨界鋭角を形成し、フラップ方
向曲げ中立軸から垂直距離に設けられた側面端部を決定
する。臨界鋭角は、約１４度から約２２度の間であるこ
とが望ましく、垂直距離は、ピッチ部厚み寸法の約１
２．５％から３７．５％であることが望ましい。
【００２８】機体側遷移部は、厚さ遷移によって定義さ
れる第一遷移小域と、幅及び厚さ遷移によって定義され
る第二遷移小域と、を有する。第二遷移小域は、円錐曲
線部及び臨界幅遷移小域を形成する。臨界幅遷移小域
は、円錐曲線部によって決定される０度から約１０度の
間の円錐曲線の傾斜角に対応する。更に、第一及び第二
機体側遷移部は、単方向及び軸外し複合材の組合せによ
って構成され、該軸外し複合材によって軸外し複合材の
割合が決定し、その臨界遷移小域における割合は、最適
化曲線によって表される。
【００２９】
【発明の実施の形態】図１は、ベアリングレスヘリコプ
タテールロータアッセンブリ２の部分分解説明図であ
る。尚、対応部及び相当部には、同一番号を付してい
る。テールロータアッセンブリ２は、回転軸８を軸に複
数のロータブレード６を駆動する中央ハブ保持部材４を
有する。より詳細に説明すると、本発明による最適化複
合フレックスビーム１０は、ハブ保持部材４と各テール
ロータブレード６との間に配置されて、これらの部材と
組合さって固定される。最適化フレックスビーム１０の
機外側端１０OEと、個々のテールロータブレード６と
は、接続ボルト１２によって固定され、フレックスビー
ム１０の機体側端１０IEと、ハブ保持部材４の上下のク
レビスアーム４ａ及び４ｂと、それぞれ接続ボルト１６
によって固定される。
【００３０】最適化した各フレックスビーム１０は、ト
ルクチューブ２０内に配置される。このトルクチューブ
は、フレックスビームと組合さって、フレックスビーム
／テールロータブレードの接続に使用されるものと同じ
接続ボルト１２によって取り付けられる。更に、トルク
チューブ２０は、スナッバーベアリングアッセンブリと
も呼ばれるエラストマーベアリングアセッンブリ２２に
よって機体側端２０IEに関節を形成するように取り付け
られる。このエラストマーベアリングアセンブリ２２
は、トルクチューブ２０を最適化フレックスビーム１０
を中心にその周囲に固定し、トルクチューブ２０と最適
化フレックスビームとの間で起こる相対的なピッチ、フ
ラップ及びリードラグ運動に対応し、それらの部材間で
ピッチ制御及びその他の負荷を伝達する機能を果たす。
このようなスナッバーベアリングアッセンブリ２２は、
周知であり、米国特許第５，０９２，７３８号及び第
５，４９９，９０３号に更に詳しく説明されている。
【００３１】トルクチューブ２０は、対応するテールロ
ータブレードアッセンブリ６にピッチ運動を伝達するこ
とができ、このピッチ運動は、ブレードの他のたわみと
ともに最適化フレックスビーム１０のねじり弾性によっ
て調節される。より具体的には、各トルクチューブ２０
の機体側端２０IEと組合さってピッチ制御ロッド２６及
びピッチホーンフィッティング２８によって取り付けら
れる星形のピッチビーム２４によって、ピッチ運動は、
トルクチューブ２０に伝達される。作動時には、ピッチ
ビーム２４の直線変位により各トルクチューブ２０に回
転変位が起こり、この回転変位によって、対応するテー
ルロータブレード６にピッチ制御インプットが伝達され
る。
【００３２】最適化複合フレックスビーム１０を詳細に
説明する前に、以下で説明する実施例は、予め定義され
た付加及び運動要件を備えるテールロータアッセッブリ
に基づいていることを確認しておきたい。ここで説明す
る最適化フレックスビーム１０は、 ａ）各テールロータブレードアッセッブリによって生じ
る遠心荷重３３，０００lbs（１４６，７８４Ｎ）に反
作用し、 ｂ）ロータブレードスラストによって発生する安定フラ
ップ方向曲げ負荷約１５，０００in-lbs（１，６９５Ｎ
−ｍ）及び振動フラップ方向曲げ負荷約±３８，０００
in-lbs（４，２９３Ｎ−ｍ）に反作用し、 ｃ）ロータトルクに関連する安定エッジ方向曲げ負荷約
８，０００in-lbs（９０４Ｎ−ｍ）及び振動エッジ方向
曲げ負荷約±２１，０００in-lbs（２，３７３Ｎ−ｍ）
を伝達し、 ｄ）±５度の機外側フラップ方向運動に対応し、 ｅ）ピッチ制御負荷を±２００lbs（±８９０Ｎ）以下
に維持しながら±１８度のピッチ運動に対応し、 ｆ）１，２５０ft-lbs／deg（９７，１０６Ｎ−ｍ／ra
d）のハブモーメント定数を生じさせ、 ｇ）約１．７サイクル／回転の翼弦方向一次周波数を生
じさせる。
【００３３】最適化した複合フレックスビーム１０の長
さ、断面積、幅及び／または厚さの遷移の程度等の種々
の改良は、本発明の趣旨及び範囲内で行うことができ
る。
【００３４】最適化フレックスビーム１０の形状に更に
影響を与える可変要素には、材料の選択及びその材料の
力学的性質がある。これらの力学的性質には、繊維の強
さを示す弾性係数、その繊維方向、樹脂マトリックスの
せん断弾性係数、複合材の応力及び歪みの許容値等があ
る。説明する実施例では、最適化した複合フレックスビ
ームは、繊維強化樹脂マトリックス材料より構成され
る。この材料の強化繊維は、黒鉛繊維及びファイバーグ
ラス繊維の両方を含み、また、樹脂マトリックスは、強
化されたエポキシドマトリックスである。
【００３５】より詳しくは、最適化フレックスビーム１
０は、複数の黒鉛及びファイバーグラスの複合層より構
成される。これらの層は、積み重なって、異方性／直交
異方性強度特性を有する積層複合構造を形成するように
配置される。異方性／直交異方性強度特性を有する構造
とは、即ち、繊維強化の方向の関数として、直交軸に沿
って予め定義された剛性特性を有する構造である。この
ような強度特性は、単方向及び／または軸外し(off-axi
s)複合材の選択された組合せによって決まる。ここでい
う単方向材料とは、繊維方向が最適化複合フレックスビ
ームの縦軸１０Lに実質的に平行即ち縦軸との相対的角
度が約０度であることを特徴とする。
【００３６】また、軸外し複合材は、繊維方向と縦軸１
０Lとの相対的角度が＋４５度または−４５度であるこ
とを特徴とする。更に、単方向及び／または軸外し材料
に関して、複合ラミネートの直接的な強度を示すため
に、材料という表現に代えて繊維または層を使用するこ
ともある。結果としてできる黒鉛／ファイバーグラス複
合ラミネートの相対的配置及び繊維方向は、とりわけ本
発明の重要な形態であるが、同様の力学的性質を有する
他の複合マトリックス材料を使用することもできる。力
学的性質とは、例えば弾性係数及びせん断弾性係数、応
力／歪み許容等である。
【００３７】図２ａ及び図２ｂでは、本発明に係るフレ
ックスビーム１０は、特定の構造属性及び機能属性を有
する領域を区分して明示するために、複数の隣接領域に
セグメント化されている。詳しく説明すると、複合フレ
ックスビーム１０は、ハブ接続部ＨＡＲ、ブレード接続
部ＢＡＲ、ピッチ部ＰＲ、機体側及び機外側遷移部ＩＴ
Ｒ及びＯＴＲを含む。以下の説明は、各部分の主要な機
能、構造属性及び複合構成についてである。最適化フレ
ックスビーム１０即ちその全部分の主要機能は、ブレー
ドによって引き起こされる遠心荷重に対して反作用する
ことであるが、以下では各部分の個別な主要機能に関し
て説明する。
【００３８】ハブ接続部ＨＡＲは、ハブ保持部材と組合
さって複合フレックスビーム１０を固定する形状となっ
ている。詳細には、図１で示されているボルト接続部を
形成する取付開口部４０の離間パターンを含む。バブ接
続部ＨＡＲは、機能的には第一にフレックスビームのモ
ーメント即ちフラップ方向曲げモーメント、エッジ方向
の曲げモーメント及び遠心荷重をハブ保持部材へ伝達す
るように設計される。ハブ接続部ＨＡＲがハブ保持部材
に堅く固定される限り、実質的な曲げ運動は設計要件で
はない。ハブ接続部ＨＡＲは、一定の幅及び厚さ寸法Ｗ
HAR及びＴHARを特徴とし、主に５０対５０の軸外し及び
単方向黒鉛材料の混合材であるが、ピッチ部ＰＲ及び機
体側遷移部ＩＴＲで所望の複合レイアップが容易に得ら
れるように、単方向及び軸外し材料の両方のファイバー
グラス材料が数パーセント含まれる。軸外し及び単方向
複合材は、フレックスビーム負荷を接続ボルトに最適に
伝達する異方性複合ラミネートを形成する。
【００３９】ブレード接続部ＢＡＲは、図１に示される
機外側ボルト接続部を形成する取付開口部４２によっ
て、最適化した複合フレックスビーム１０を各テールロ
ータアッセンブリに固定する形状となっている。フレッ
クスビームの固定に伴って、トルクチューブ２０も固定
される。機能的には、ブレード接続部ＢＡＲは、第一に
遠心負荷に反作用してロータブレードアッセンブリにト
ルクを伝達するように設計されている。曲げモーメント
が小さい限り、ブレード接続部ＢＡＲは、最適化された
複合フレックスビーム１０の他の部分に比較して負荷は
小さい。ブレード接続部の複合構造即ちその幅及び厚さ
ＷBAR及びＴBAR、混合材における軸外し及び単方向複合
材の割合等は、ハブ接続部ＨＡＲと同様である。
【００４０】ピッチ部は、ハブ接続部ＨＡＲ及びブレー
ド接続部ＢＡＲの間に位置し、構造的に（ｉ）テールロ
ータアッセンブリで必要なピッチ運動即ちピッチインプ
ットによる弾性ねじり変位に対応し、（ｉｉ）ピッチを
制御するために必要な制御負荷を最小化し、（ｉｉｉ）
必要な座屈安定を提供し、（ｉｖ）フレックスビーム／
テールロータブレードシステムの翼弦方向一次周波数レ
スポンスを決定する形状となっている。
【００４１】より具体的には、ピッチ部ＰＲは、上記の
設計要件を満たすために複合材の選択された組合せ及び
固有の断面形状を有する。
【００４２】ピッチ部ＰＲは、その長さＬPRに沿って実
質的に一定の断面形状寸法であることを特徴とする。図
３では、ピッチ部は、単方向ファイバーグラス材料のコ
アラミネート５０及びコアラミネートによって形成され
る上下のはめあい面５０Mに接合された単方向黒鉛のフ
ェースラミネート５２を有する。黒鉛材料のフェースラ
ミネートは、望ましくはコアラミネート５０の側面５０
Lによって規定されるピッチ部の実質的全長にわたって
伸びる。更に、フェースラミネート５２の上下面５２F
の間を計測した幅ＴPRは、以下でピッチ部３４のアスペ
クト比として言及する幅及び厚さ率ＷPR／ＴPRを決定す
る。アスペクト比は、１０以上であることが望ましく、
更に１０から２０の間の範囲であることが望ましい。説
明する実施例では、アスペクト比は約１６．２である。
このような複合材及びアスペクト比の重要性は、以下で
説明する。
【００４３】コア及びフェースラミネート５０及び５２
それぞれのファイバーグラス及び黒鉛材料が単方向に方
向づけられていることで、直交特性を有するラミネート
が形成される。ねじり剛性は、主に樹脂マトリックのせ
ん断係数（Ｇ）の関数であり、軸方向即ち曲げ剛性は、
主に繊維の弾性係数（Ｅ）の関数であるので、ピッチ部
ＰＲは、樹脂マトリックの比較的低いせん断係数（Ｇ）
による複合フレックスビームの縦軸１０Ｌに沿う低いね
じり剛性と、単方向繊維（特に黒鉛繊維）の高い弾性係
数（ＥG）による高い軸方向剛性と、を特徴とする。前
者に関して、低いねじり剛性は、制御負荷を最小化す
る、ねじりに素直な（ねじれやすい）ピッチ部ＰＲを形
成する。制御負荷の最小化とは、即ち縦軸１０Lに沿っ
て最適化フレックスビームをねじるのに必要な力の減少
をいう。後者に関して、円で囲まれた領域ＲCを参照す
ると、その部分に含まれる黒鉛繊維は、フラップ方向中
立軸及び曲げ中立軸ＸA及びＹAから離れて配置されてい
る。その結果、フラップ方向及びエッジ方向の曲げ剛性
を提供するのに大変効果的である。このようなフラップ
方向及びエッジ方向での高い曲げ剛性は、エッジ方向中
立軸ＹAに沿って面内座屈安定を提供する。
【００４４】黒鉛フェースラミネート５２、特にそのエ
ッジ方向剛性の構成要素は、最適化フレックスビーム１
０の翼弦方向一次周波数レスポンスに主に影響し、ファ
イバーグラスコアラミネート５０の低い弾性係数（Ｅ）
は、黒鉛フェースラミネート５２の剛性作用の改善に寄
与する。具体的には、ピッチ部ＰＲにおけるファイバー
グラス材料の割合は、全材料の約５０％から約７０％の
範囲の間であることが望ましく、更に、全材料の約５０
％から６０％の間であることがより望ましい。説明する
実施例に関しては、ファイバーグラスの割合は、約５９
％である。
【００４５】ラミネート５０及び５２の幅寸法ＷPRが本
質的に等しい限りにおいて、コアの厚さ寸法ＴCからピ
ッチ部厚さ寸法ＴPRへの比率によってもファイバーグラ
ス材料の割合が決まる。このような材料または厚みの範
囲は、上記で説明したアスペクト比とともに約１．７サ
イクル／回転の翼弦方向一次周波数レスポンスを発生さ
せる。規定した範囲以下即ち５０％以下の材料、つまり
厚さによって決まる割合は、約１．９サイクル／回転の
一次翼弦方向周波数レスポンスを発生し、従来の技術で
述べたように、例えば２．０サイクル／回転である負荷
増幅値の近くに配置された場合、共振による不安定性に
結び付くおそれがある。また、例えば２，０及び３．０
サイクル／回転の間等の負荷増幅値間に配置された場合
には、高い制御負荷を生じるおそれがある。材料即ち厚
み割合の範囲の上限、即ち７０％は、ファイバーグラス
によって許容される機内疲労せん断応力によって決定さ
れる。
【００４６】上記で説明した、材料の組合せ、材料の厚
さ及びアスペクト比に加えて、ピッチ部ＰＲは、コアラ
ミネートの側面５０Lに沿った層間せん断応力を減少さ
せるための面取り端部面５４Sを有することを特徴とす
る。このような層間せん断応力は、ピッチ部ＰＲのアス
ペクト比及び黒鉛フェースラミネート５２のフェース面
５２Fに沿って発達する最大面内せん断応力の結果生じ
る。
【００４７】図４及び図５では、直角端部形状を有する
ベースラインピッチ部ＰＲBLは、本発明の最適化したピ
ッチ部ＰＲと比較対照されている。図４では、最大面内
せん断応力及び層間せん断応力がそれぞれ点Ａ及び点Ｂ
で生じる、ベースラインピッチ部ＰＲBLの例示的な部分
説明図が示されている。点Ａは、ベースラインピッチ部
ＰＲBLのフェース面５２FBLに沿って位置し、エッジ方
向の曲げ中立軸ＹABLと共直線上に整列される。点Ｂ
は、ベースラインピッチ部ＰＲBLの側面５０LBLに沿っ
て位置し、フラップ方向曲げ中立軸ＸABLと共直線上に
整列される。長方形のベースラインピッチ部ＰＲBLは、
上記で最適化フレックスビーム１０のピッチ部ＰＲにつ
いて規定したものと同じ材料、材料厚、アスペクト比を
それぞれ有するコアラミネート５０BL及びフェースラミ
ネート５２BLを含む。上記で説明したものと同じピッチ
部要件を適用することによって、フェース面５２FBL沿
いに位置する点Ａで生じる面内せん断応力τIP Aは、式
１．０によって表される。
【００４８】
【数２】 τIP A≒（θ／Ｌ）ＧＴ （１．０） この式において、θはピッチ比例配分、Ｌはピッチ部Ｐ
ＲBLの長さ、Ｇは樹脂マトリックスに広く用いられてい
るラミネートのせん断弾性係数、Ｔは全体の厚さであ
る。Ｌ、Ｇ、及びＴは改めて説明する必要はないが、ピ
ッチ比例配分とは、材料が使用範囲に基づいて、その構
造特性を損なわないで複数の周期的なねじり負荷に耐え
ることができる最大ピッチ角θであり、材料の耐久強度
である。
【００４９】側面５０LBL上に生じる点Ｂの層間せん断
応力τIL Bは、実質的に直交異方特性を有する長方形断
面即ちねじり軸の周囲でのせん断弾性係数Ｇが均一であ
る長方形断面のねじりせん断応力は、セントベナントの
トーション理論を利用することによって求めることがで
きる。単方向ファイバーグラス材料及び黒鉛材料のねじ
りせん断弾性係数Ｇが実質的に等しい限り、樹脂マトリ
ックスが両者に共通していることから、ベースラインピ
ッチ部ＰＲBL及び最適化したピッチ部ＰＲの両方でこの
理論を利用することができる。ここでいう、実質的に等
しいせん断弾性係数とは、約±１０％の範囲内である。
セントベナントによると、上記で説明したような長方形
断面は、長方形断面の幅及び厚さ即ちアスペクト比に基
づいて、互いに直交する方向に沿って最大ねじりせん断
応力をそれぞれ生じる。各方向のねじりせん断応力は、
互いに比例関係にある。１０から２０の間のアスペクト
比を有する長方形断面に関して、以下の式が最大面内(i
n plane)せん断応力と最大層間(interlaminar)せん断応
力即ち最大面外(out of plane)せん断応力との関係を表
している。
【００５０】
【数３】 τIL≒．７３τIP （２．０） ここでは、τIPは、最大面内せん断応力であり、τ
ILは、最大層間せん断応力である。
【００５１】従って、式１．０及び２．０より、点Ａの
最大面内せん断応力τIP Aが４，０００lbs／in2（２
７．６＊１０6Ｎ／ｍ2）であるアスペクト比が１０から
２０の間である長方形直交異方性構造において、点Ｂの
最大層間せん断応力は、２，９６８lbs／in2（２０．５
＊１０6Ｎ／ｍ2）である。単方向ファイバーグラス材料
の層間せん断応力による最大疲労許容値が約２，０００
psi（１３．８＊１０6Ｎ／ｍ2）である限り、ベースラ
インピッチ部ＰＲBLは、上述した層間せん断応力を解決
することはできない。
【００５２】図５では、最適化ピッチ部ＰＲは、特定の
アスペクト比及び最大面内せん断応力に対して、各面取
り端部面５４Sがフラップ方向曲がり中立軸ＸAに対して
臨界鋭角αを形成し、各面取り端部面５４Sがフラップ
方向曲がり中立軸ＸAと垂直距離Ｘに配置されるよう
に、ピッチ部ＰＲの端部を面取りすることで層間せん断
応力を解決する。この臨界鋭角αは、約１４度から約２
２度の範囲内であることが望ましく、更に、約１６度か
ら約２０度の範囲内であることが望ましい。更に、垂直
距離Ｘは、ピッチ部の厚さ寸法ＴPRの約１／８から約３
／８の範囲内であることが望ましい。
【００５３】使用状況に応じて、適当な臨界角を正確に
決定するには、内接円解析を使用することができ、その
時、側面５０L及び面取り端部面５４Sは、内接円ＩＮ
CIRに正接するように配置され、その内接円によって面
取り端部形状ＣＨEの境界が決定される。具体的には、
内接円ＩＮCIRの最大直径ＤMAXの値を計算し、規定範囲
内でＸの値を選択することによって、臨界角αを求める
ことができる。続く解析によって明らかとなるように、
点Ｂにおける最大層間せん断応力は、内接円ＩＮCIRの
最大直径ＤMAXの関数であり、ピッチ部厚さ寸法ＴPRの
関数である点Ａの最大面内せん断応力に比例する。従っ
て、単方向ファイバーグラスで構成されたコアラミネー
ト５０の層間せん断応力が確実に許容範囲内のレベルで
あるように、内接円ＩＮCIRの直径を調整することもで
きる。
【００５４】最大直径ＤMAXは、上記の式１．０及び
２．０から導くことができ、黒鉛及びファイバーグラス
の最大疲労せん断応力の許容値と、それらの材料のピッ
チ比例配分に基づいている。内接円ＩＮCIRの最大直径
ＤMAXの導き方は、以下の通りである。
【００５５】
【数４】 τ(Gr・F・ALLOW)≒（θPG／Ｌ）ＧＴPR （３．０）
【００５６】
【数５】 τ(Fi・F・ALLOW)≒．７３（θPF／Ｌ）ＧＤMAX （４．０）
【００５７】
【数６】 τ(Gr・F・ALLOW)≒２．６５τ(Fi・F・ALLOW) （５．０）
【００５８】
【数７】 θPG≒１．３３θPF （６．０） ここでは、τ(Gr・F・ALLOW)は、複合黒鉛材料の最大疲労
許容せん断応力、τ(Fi・ F・ALLOW)は、複合ファイバーグ
ラス材料の最大疲労許容せん断応力、θPGは、黒鉛複合
材のピッチ比例配分、θPFは、ファイバーグラス複合材
のピッチ比例配分、Ｇは、複合材の縦軸の周囲のねじり
せん断弾性係数であり、樹脂マトリックスの共通性によ
り黒鉛及びファイバーグラス材料においてほぼ等しく、
ＴPRはピッチ厚さ寸法である。また、式３．０〜６．０
で、直径ＤMAXの項を導くことができ、ＤMAXの値は以下
のようになる。
【００５９】
【数８】 ＤMAX≒．６９ＴPR （７．０） 従って、予め定義されたピッチ部の厚さ寸法ＴPRによっ
て内接円ＩＮCIRの最大直径が求められる。この直径寸
法ＤMAXは、予め定義された値Ｘとの組合せにより、側
面端部５４E及び正接点Ａ′の２点を決定することで臨
界角αを求めることができる。
【００６０】図６では、曲線６０及び７０は、それぞれ
ベースラインピッチ部ＰＲBL及び最適化ピッチ部ＰＲに
関して、それぞれの最大層間せん断応力（点Ｂでの値）
のそれぞれの最大面内せん断応力（点Ａでの値）に対す
る比率をグラフで表している。図４〜６を参照すると、
これらの各比率は、側面５０LBLまたは５０Lから、それ
ぞれのピッチ部図の重心ＣBLまたはＣへの距離である正
規化された端部距離の関数として表されている。曲線６
０及び７０を検討することにより、層間せん断応力は、
点Ｂに対応する側面５０LBL、５０Lに沿って最大であ
り、正規化された端部距離の約２０％で無視できる値ま
で急激に減少する。更に、これらの曲線を比較してみる
と、最適化したピッチ部ＰＲの面取り端部形状ＣＨEを
使用した場合、最大層間せん断応力は実質的に、約．７
３から約．３８へと減少する。即ち、最大面内せん断応
力の約７３％から約３８％へと減少する。
【００６１】図７ａ及び図７ｂでは、ピッチ部ＰＲの他
の実施例を示しており、その実施例では、コアラミネー
ト５０は、最適化フレックスビームの軸方向強度を増強
し、結果としてその遠心荷重耐性を高めるために、単方
向の黒鉛層ＵG及びファイバーグラス層ＵFの交互層を有
する中央ゾーン８０を含む。より詳細には、中央ゾーン
８０は、最適化フレックスビームの曲げ剛性への寄与を
最小にし、特にその翼弦方向の剛性への寄与を最小にす
るように、フラップ方向及びエッジ方向の曲げ中立軸Ｘ
A及びＹAに隣接して配置されている。個々の単方向黒鉛
層ＵGは、互いに交差して、千鳥状の関係で配置される
ことが望ましく、または、層端部が揃ってしまうことの
ないように、その端部が不揃いになっていることが望ま
しい。このように不揃いにすることで、個々の黒鉛層Ｕ
Gの翼弦方向のアライメントの結果生じる部分的な応力
の集中が避けられ、コアラミネート５０の強度が増強さ
れる。
【００６２】図８は、複合層レイアップ及びその厚さ変
動を示す、最適化フレックスビーム１０の部分断面側面
図である。図示を容易にするため、フレックスビーム１
０の上半分のみ即ちその中央平面から下半分が実質的に
確認できる領域までを示している。よって、厚さ寸法に
関しては、実際に図示されている寸法の２倍即ち２Ｘと
考える必要がある。更に、実線間の間隙は、単方向複合
材Ｕを示しており、実線と点線との間隙は、軸外し複合
材Ｏを示している。単方向複合材Ｕ即ちフェース及びコ
アラミネート５０及び５２のファイバーグラス層ＵF及
び黒鉛層ＵGは、ピッチ部ＰＲの全長Ｌにわたって伸び
（図２ｂ参照）、最適化複合フレックスビーム１０の翼
幅方向長さＬFの全長にわたって伸びることが望まし
い。説明する実施例では、これらの層Ｕには、機体側及
び機外側遷移部ＩＴＲ及びＯＴＲで必要な厚さの遷移が
行われるように、隣接する領域に付加的な単方向及び軸
外し材料Ｏ及びＵが差し込まれる。
【００６３】図８、９ａ及び９ｂでは、機体側遷移部Ｉ
ＴＲでハブ接続部ＨＡＲ及びピッチ部ＰＲの間での幅と
厚さの遷移が行われる。このような幅及び厚みの遷移
は、（ｉ）ピッチ部ＰＲの低いねじり剛性及び一次翼弦
方向周波数要件と、（ｉｉ）ハブ接続部ＨＡＲでの負荷
伝達要件によって通常決定される。前者に関して、ピッ
チ部ＰＲの剛性及び周波数における要求を満たすため、
特に、ピッチ部ＰＲのねじり剛性（１／３ＷPRＴPR 3＊
Ｇ）及びエッジ方向曲げ剛性（１／１２ＷPR 3ＴＰＲ＊
Ｅ）を減少させるために、ピッチ部の幅及び厚さ寸法Ｗ
ＰＲ及びＴPRを最小化することが必要である。そして、
後者に関しては、フレックスビームの全負荷を差動曲げ
(differential bending)によってハブ接続部ＨＡＲが接
続ボルトを通じて伝達する必要があることから、端部長
さを予め定められた最低値以上に維持する必要がある。
ここでいう端部長さとは、ハブ接続部ＨＡＲの取付開口
部４０からその自由端までの長さのことである。
【００６４】従って、ハブ接続部ＨＡＲの厚さＴHAR、
そして特にその幅寸法ＷHARは、通常ピッチ部ＰＲの比
較寸法ＷPR及びＴPRよりも大きい。説明される実施例で
は、３．８in（９．７ｃｍ）から６．０in（１５．２ｃ
ｍ）への遷移である幅遷移（遷移量５８％）及び．２３
４in（０．５９ｃｍ）から１．４１０in（３．５８ｃ
ｍ）への遷移である厚さ遷移（遷移量５０３％）がピッ
チ部ＰＲからハブ接続部ＨＡＲの間で起こる。その形状
及び機能をより正確に規定するために、機体側遷移部Ｉ
ＴＲは、第一及び第二遷移小域ＩＴＲ−１及びＩＴＲ−
２を含む複数の小域にさらに分割される。第一遷移小域
ＩＴＲ−１では、厚さの遷移が起こるが、第二小域ＩＴ
Ｒ−２では、幅及び厚さの両者ともに遷移が起こる。第
一遷移小域ＩＴＲ−１は、スラストによって引き起こさ
れるフラップ方向の変位に対応し、フラップ方向及びエ
ッジ方向の曲げ負荷に反作用し、最適化フレックスビー
ムのピッチ変位の一部（ピッチ部ＰＲに比較して少な
い）を負担する、という複数の機能を有する。その機能
性は、単方向複合材Ｕの漸進的な付加によって影響を受
ける。
【００６５】この複合材Ｕは、ねじり及びエッジ方向で
の剛性を実質的に増加させることなく、フレックスビー
ム１０の厚さが増加するように、ピッチ部ＰＲの幅寸法
ＷPRと等しい一定幅を有している。従って、漸進的な厚
さの遷移により、フラップ方向の変位が調節され、一
方、曲げ負荷に反作用するためのフラップ方向の曲げ剛
性も増加する。更に、複合材Ｕが単方向の方向性を有す
ることから、幅が制約されていることとあいまって、小
さい角度のピッチ運動が可能となるので、ピッチ部ＰＲ
のねじれ率に対する要求が緩和される。説明する実施例
では、単方向複合材Ｕは、ピッチ部ＰＲの単方向黒鉛層
ＵG及びファイバーグラス層ＵFを間に挿入した複数の単
方向黒鉛層ＵGを含む。
【００６６】第二遷移小域ＩＴＲ−２は、第一に、フラ
ップ方向及びエッジ方向の曲げ負荷に反作用し、スラス
トによって誘発されるテールロータブレードのフラップ
方向の変位に対応するように設計されている。これらの
機能要件に加えて、第二小域ＩＴＲ−２は、最適化フレ
ックスビームの自由端に沿う領域でのせん断応力を減少
させる。より具体的には、第二遷移小域ＩＴＲ−２は、
曲線部、例えばそれぞれ実質的に円錐曲線形状である側
面９０Lを画定する。この円錐曲線形状は、放物線形
状、双曲線形状、楕円形状、円形状など多様な湾曲形状
を有することができる。どちらの側面９０Lに関して
も、以下で円錐曲線部(width conic)といっているこの
円錐曲線の一部となっている幅の部分は、点ＡLから始
まり、点ＢLで終わる。点ＡLは、第一及び第二遷移小域
ＩＴＲ−１及びＩＴＲ−２の接続部に対応し、点Ｂ
Lは、第二遷移小域とハブ接続部ＨＡＲの接続部に対応
する。更に、図９ｂを参照すると、円錐曲線部は、その
傾斜に沿う点で円錐曲線の傾斜角θWCが決定され、この
傾斜角は、標準的な超越関数で表される。
【００６７】
【数９】θWC＝Ｔａｎ-1（ＤＹ／ＤＸ） ここでは、ＤＹ／ＤＸは、ＸＹ座標のある特定点での円
錐曲線傾斜である。そのＸ軸は、最適化フレックスビー
ム１０（図９ｂでは図示省略）の縦軸に平行であり、Ｙ
軸は、点ＡLで円錐曲線部と交差している。円錐曲線の
点ＡLでの傾斜角θWCは、０度であり、終点ＢLで約３０
度から約５０度までに増える。
【００６８】発明者は、上記の円錐曲線の傾斜角θWCの
関数として、軸外し複合材Ｏを単方向複合材Ｕと組合せ
て使用することで、層間せん断応力が格段に減少するこ
とを発見した。この関係は、黒鉛やファイバーグラス等
といった繊維構成とは無関係であるが、実施例では、熱
によって誘発される応力を緩和するために軸外し黒鉛層
ＯG及びファイバーグラス層ＯFが使用される。このよう
な応力は、硬化処理する過程で、単方向ファイバーグラ
ス及び黒鉛の層ＵF及びＵGと、軸外し黒鉛層ＯGと、の
間での温度のずれによって発生するおそれがある。従っ
て、単方向層ＵF及びＵGと軸外し黒鉛層ＯGとの適合性
が高い熱膨張係数を有する軸外しファイバーグラス層Ｏ
Gを挿入することが望ましい。
【００６９】これらの関係を決定する際に、軸外し材料
Ｏの割合は、ピッチ部ＰＲからハブ接続部ＨＡＲまでの
間で最低５０％増加する必要がある。この増加の割合
は、上記で説明したように、ピッチ部が単方向複合材Ｕ
のみによって構成され、一方、ボルト取付部を通して最
適に負荷を伝達するようにハブ接続部が軸外し及び単方
向の材料Ｏ及びＵの５０対５０の混合材であることを要
する場合に必要である。更に、軸外し複合材Ｏの積層が
第一遷移小域ＩＴＲ−１から始まり、第二遷移小域ＩＴ
Ｒ−２で最大即ち５０％であるが、予め定義された割合
は、浅い円錐曲線の傾斜角θWC即ち円錐曲線の傾斜の約
０度から約１０度に対応する部分ＣＲwtで最も臨界的で
重要である。第二遷移小域ＩＴＲ−２の機外側部に対応
するこの部分ＣＲwtは、以下では臨界幅遷移小域と呼
ぶ。
【００７０】図１０では、上下の境界１００U及び１０
０Lを有する最適化曲線１００は、円錐曲線の傾斜角θ
WCの関数として、特定の断面での全材料構成の内の軸外
し層ＯG及びＯFの総量の割合である軸外し複合材Ｏの割
合％Ｏを表している。最適化曲線１００は、臨界遷移小
域ＣＲwtの層間せん断応力が最大である、０度から１０
度の間の傾斜角θWCに対応する値を示している。軸外し
複合材Ｏの積層は、臨界幅遷移小域の機体側及び機外側
で重要性が低いが、幾何学的に誘発される即ち急な形状
変化によって生じる高い軸方向での歪みを回避するよう
に、漸進的に積層されることが望ましい。
【００７１】最適化した曲線１００は次の式によって表
される。
【００７２】
【数１０】 ％Ｏ＝Ｃ＋√｛９００−［ｋθWC−３０］2｝ ここでは、定数Ｃは、約１４．４から約２１．６の間で
あり、最適化された曲線１００のＹ切片の範囲を決定し
ている。また、傾斜角θWCの単位は度数であり、式の単
位を統一するために定数ｋは、１．０度-1である。ま
た、定数Ｃが上下の境界１００U及び１００Lを決定する
ことは、上記の式より明らかである。
【００７３】また、上記の式から、傾斜角０度に対応す
る軸外し複合材Ｏの割合％Ｏは、約１４．４％から２
１．６％であり、円錐曲線傾斜角１０度では、約３５．
４％から約４２．６％である。最適化した曲線１００の
Ｙ切片で表される臨界遷移小域ＣＲwtにおいてこのよう
な割合が生じるために必要な軸外し複合材の積層は、第
一遷移小域ＩＴＲ−１の軸方向機外側翼幅位置ＩBU（図
９ａ参照）から始まる。翼幅方向位置ＩBUは、第一及び
第二遷移小域ＩＴＲ−１及びＩＴＲ−２の接合部寸法Ｄ
Sに対応することが望ましく、ＤSの値は第一遷移小域Ｉ
ＴＲ−１の翼幅方向Ｌ1の約１５％から約２５％であ
る。このＩBUの位置は、ねじり率が確実に悪影響を受け
ず、また、軸外し材料Ｏが漸進的に増加して、臨界遷移
小域ＣＲwtが最低限の軸外し材料Ｏを確実に含むことが
できるように設けられている。
【００７４】層間せん断応力が比較的良性であり、結果
的にその部分での厚さ遷移の正確さはそれほど重要でな
い限り、臨界遷移小域を越えた即ちその小域より機体側
の軸外し複合材Ｏの積層は、より急激であってもよい。
最適化曲線１００及びその境界１００U及び１００Lは、
なめらかな曲線関数として表されるが、実際には、曲線
１００は個々の軸外し層ＯG及びＯFの個々の厚さを単位
として増加することから、ステップ関数となっている。
【００７５】図１１では、機体側遷移部ＩＴＲの形状及
び構成の利点を示すために、本発明の最適化複合フレッ
クスビーム１０上に重なるように従来のフレックスビー
ム１１０が点線で示されている。従来のフレックスビー
ム１１０は、直線状の幅及び厚さ遷移部ＴＲ110と、軸
外し複合材の均一積層を特徴とする。後者に関して、こ
のような積層は、通常、点Ａ110で示される幅遷移の起
点の軸方向機体側である翼幅位置Ｉ110で起こる。この
ような軸外し複合材の初期配置は、ピッチ部ＰＲ110の
有効な長さを最長にすることに貢献する。分析によっ
て、従来フレックスビーム１１０の点Ａ110での層間せ
ん断応力は、比較対象となる最適化フレックスビーム１
０の点Ａの層間せん断応力よりも二倍から三倍高くなっ
てしまっている。従来のフレックスビームにおけるこの
ような高い応力レベルは、急な傾斜角及び軸外し複合材
の機体側位置への配置の結果生じる。
【００７６】従来の技術で説明したように、層間せん断
応力を許容レベルまで減少させるために、エッジキャッ
プＣ110または複合オーバラップ（図示省略）が使用さ
れる。最適化フレックスビーム１０の機体側遷移部ＩＴ
Ｒにおける円錐曲線部及び軸外し複合材の最適化積層に
よる構造効果の組合せによって、このような付加構造に
よる重量、コスト及び複雑さを回避することができる。
円錐曲線部は、漸進的な幅遷移を可能にし、軸外し複合
材は、第二遷移小域ＩＴＲ−２の側面９０Lに沿う層間
せん断応力を減少させるのに必要なせん断強度を提供す
る。
【００７７】これらの構造上の利点に加えて、機体側遷
移部ＩＴＲの形状及び構造は、最適化フレックスビーム
のエッジ方向及びねじり剛性を減少させ、同時にピッチ
運動を調整する部分／小域即ちピッチ部ＰＲ及び第一遷
移小域ＩＴＲ−１の有効な長さを延長する。従来のフレ
ックスビーム１１０の平均幅寸法Ｗ110と最適化フレッ
クスビームの平均幅寸法Ｗ10及びそれぞれの個々の位置
とを比較すると、断面慣性モーメント及び慣性極モーメ
ント（Ｉ及びＪ）は、明らかに減少しており、それによ
り、最適化フレックスビーム１０のエッジ方向及びねじ
り剛性の総量は最小で済む。そのため、機体側遷移部Ｉ
ＴＲによって、（ｉ）最適化フレックスビーム１０の所
望の翼弦方向一次周波数を決定し、（ｉｉ）最適化フレ
ックスビーム１０にピッチ運動を伝達するために必要な
制御負荷を減少させ、及び／または、（ｉｉｉ）その長
さ及び／または重量を減少させることに関して、より柔
軟な設計が可能となる。
【００７８】最適化フレックスビーム１０のエッジ方向
及びねじり剛性を更に減少させるには、厚さ遷移部の終
点である厚さ接合部ＴTの軸方向機体側まで円錐曲線部
が続くように、円錐曲線部をできる限りハブ接続部ＨＡ
Ｒ取付開口部４０の近くに配置することが望ましい。よ
り具体的には、円錐曲線部に沿った点ＣLを、Ｓ／ＤAが
約１．６０から約１．８５範囲内に保つことが望まし
い。ここでは、Ｓは、点ＣLから最も近い取付開口部４
０の幾何学的中心点４０Cまでの距離であり、ＤAは、個
々の取付開口部４０の直径である。このような状態によ
って、円錐曲線部の空間位置は、取付開口部４０に向か
って内側に移動し、それにより、平均幅寸法Ｗ10は最も
軸方向機体側に位置する。
【００７９】図１２では、ピッチ部ＰＲとブレード接続
部ＢＡＲとの間に位置する機外側遷移部ＯＴＲで幅及び
厚さ遷移が行われている。機外側遷移部ＯＴＲは、主に
遠心荷重に反作用するように設計されており、機体側遷
移部に比較して負荷が軽いことが特徴であるということ
ができる。即ち、機外側遷移部ＯＴＲにかかる負荷は、
機体側遷移部にかかる負荷の１／３である。負荷が軽度
である限り、高い層間せん断応力を引き起こさずに急な
幅及び厚さ遷移を行うことができる。説明する実施例で
は、軸外し黒鉛層ＯGが、ピッチ部の単方向ファイバー
グラス及び黒鉛層ＵF及びＵGに差し込まれて配置されて
おり、急な円錐曲線形状の厚さ遷移を可能にしている。
更に、ブレード接続部ＢＡＲで単方向及び軸外し複合材
Ｕ及びＯの５０対５０の混合材を形成するように、十分
な軸外し黒鉛層ＯGが挿入されている。
【００８０】図１３では、機外側遷移部は、機体側遷移
部ＩＴＲと多くの同様の特徴を有している。例えば、機
外側遷移部ＯＴＲの側面１２０Lは、円錐曲線形状を形
成し、その円錐曲線形状は、ブレード接続部ＢＡＲの取
付開口部４２に隣接して即ち厚さ接合部ＴTの機体側に
配置される。上記で述べたように、これらの特徴は、と
りわけピッチ部ＰＲの有効な長さを延長し、層間せん断
応力及び重量を減少させる。
【００８１】本発明の最適化複合フレックスビーム１０
は、真空成形、プレス成形及び樹脂トランスファー成形
を含む従来の製造技術で製造することができる。好適実
施例では、最適化フレックスビームの複合材Ｕ及びＯの
硬化処理に真空成形工程が使用される。より具体的に
は、図１４及び図１５を参照すると、複合レイアップＣ
Ｌは、人手により、または、数値制御されたテープレイ
アップヘッドによって、硬化処理されていない樹脂含単
方向及び軸外し複合材を、最適化フレックスビーム１０
のフェース面１４２を形成するベース金型１４０に配置
することによって形成される。更に、単方向及び軸外し
素材は、最適化複合材の厚さ寸法を決定するように配置
される。幅寸法ＷCLは、フレックスビーム１０の最終ネ
ットシェープよりも相対的に大きく、また、幅寸法ＷCL
は、ハブ接続部の幅寸法ＷHARよりも約３０％から約５
０％大きいことが望ましい。
【００８２】半剛性あて板(caul)１４４（図１５参照）
は、露出した複合レイアップＣＬの上面ＣＬSに被さる
ように配置されており、バキュームバックと呼ばれる不
浸透性弾性膜１４６は、あて板１４４に被さって配置さ
れてベース型１４０にシールされている。オートクレー
ブ硬化処理の準備としてバキュームバッグ及び半剛性あ
て板がレイアップＣＬを圧縮するように、真空状態供給
手段１４８は、複合レイアップＣＬが配置される型穴を
真空排気する。型アッセンブリ１５０全体は、オートク
レーブ（図示省略）内に配置され、その中で複合レイア
ップＣＬを硬化処理するための熱及び付加的な圧力がレ
イアップＣＬに加えられる。
【００８３】複合レイアップＣＬが実質的に平面である
限り、圧縮硬化圧Ｐを均一に加えることができ、両方向
の成分を含むことを必要としない。両方向とは、例え
ば、横方向及び断面方向の両方向への圧力をいう。従来
の技術で説明したように、従来の十字型形状は、構成リ
ブのフェース及び側面を形成するに当たって両方向の圧
力を必要とする。更に、真空成形、そして特に半剛性あ
て板１４４によって、繊維のバルクの変位が許容されて
おり、それにより、複合レイアップＣＬ内に圧力が配分
され、結果としてできるラミネートの質は向上する。
【００８４】硬化処理された複合レイアップＣＬは、高
速及び多軸ミリングマシン等による従来の機械加工装置
を使用して幅が寸法出しされる。最終的な形成ステップ
は、上記で説明した面取り端部面を形成するために、最
適化フレックスビームの端部を機械にかける工程を含
む。面取り端部面は、ピッチ部の長さに限定してもよい
が、製造を容易にしてかつ急な形状変化による応力を避
けるために、この面取り端部面は、隣接部内へ伸びるこ
ともできる。
【００８５】最適化フレックスビーム１０の好適実施例
は、複数の部分及び小域の組合せを有しているが、例え
ばピッチ部ＰＲまたは機体側遷移部ＩＴＲの一部分のみ
に関する具体的な教示を他のフレックスビーム形状に使
用することもできる。即ち、一部分に関する教示は、従
来の技術または使用状況に応じて変更された従来形状を
有する部分と組合せて使用することができる。例えば、
ピッチ部ＰＲは、直線状の幅遷移及び／または軸外し材
料の直線状の積層を有する従来の機体側及び機外側遷移
部と組合せて使用することができる。同様に、機体側遷
移部ＩＴＲは、直角端部形状及び／または単方向材料複
合ラミネート即ち単方向黒鉛のみまたは単方向ファイバ
ーグラス材料のみを有するピッチ部と組合せて使用する
こともできる。更に、機体側及び／または機外側遷移部
ＩＴＲ及びＯＴＲは、他のハブまたはブレード接続装置
に適合させることができるように、それぞれ一定でない
幅及び厚さ寸法を有するハブ接続部及び／またはブレー
ド接続部と組合せて使用することができる。
【００８６】具体的な実施例に基づいて本発明を開示及
び説明してきたが、当業者によって理解されるように、
上記及びその他の変更、省略及び追加は、本発明の趣旨
及び範囲から離れない範囲で行うことができる。
【００８７】また、本発明を要約すると、最適化複合フ
レックスビーム１０はピッチ部ＰＲを有し、該ピッチ部
は、単方向ファイバーグラス材料ＵFのコアラミネート
５０と、コアラミネート５０によって形成される接合面
５０Mに接合された単方向黒鉛材料ＵGのフェースラミネ
ート５２と、を備える。コアラミネート５０及びフェー
スラミネートは、１０以上のアスペクト比を決定し、面
取り端部面５４Sを形成する。各面取り端部面５４Sは、
ピッチ部ＰＲのフラップ方向曲げ中立軸ＸＡに対して臨
界鋭角αを形成し、フラップ方向曲げ中立軸ＸＡから垂
直距離Ｘに設けられた側面端部５４Eを決定する。臨界
鋭角αは、約１４度から約２２度の間であり、垂直距離
Ｘは、ピッチ部の厚さ寸法ＴPRの約１２．５％から約３
７．５％である。
【００８８】最適化複合フレックスビームは、更に、機
体側遷移部ＩＴＲを有し、該機体側遷移部は、第一及び
第二遷移小域ＩＴＲ−１及びＩＴＲ−２を含む。第二遷
移小域ＩＴＲ−２は、円錐曲線部及び臨界幅遷移小域Ｃ
ｒwtを形成する。更に、第一及び第二遷移小域ＩＴＲ−
１及びＩＴＲ−２は、単方向及び軸外し複合材Ｕ及びＯ
の組合せによって構成される。上記に関して、軸外し材
料Ｏは、軸外し複合材の割合％Ｏを決定し、臨界幅移行
小域ＣＲwtでの％Ｏの割合は、最適化曲線１００によっ
て決定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の最適化複合フレックスビーム
を含むヘリコプタテールロータアッセンブリの部分分解
説明図である。
【図２】図２ａ及び図２ｂは、ハブ接続部、機体側遷移
部、ピッチ接続部、機外側遷移部、ブレード接続部を含
む複数の隣接部を示す最適化複合フレックスビームの平
面図及び側面図である。
【図３】図３は、ピッチ部の内部構造及び断面形状を示
す図２ａの実質的３−３断面図である。
【図４】図４は、その端部形状を比較対照するための、
ベースピッチ部の例示的な部分説明図である。
【図５】図５は、その端部形状を比較対照するための、
最適化複合フレックスビームのピッチ部の例示的な部分
説明図である。
【図６】図６は、層間せん断応力／面内せん断応力比率
対ベースラインピッチ部及び最適化複合フレックスビー
ムのピッチ部の正規化した端部距離のグラフである。
【図７】図７ａは、ピッチ部が単方向黒鉛及びファイバ
ーグラス複合層を交互に含む中央ゾーンを有する、最適
化複合フレックスビームの他の実施例の例示的な部分説
明図であり、図７ｂは、単方向黒鉛及びファイバーグラ
ス層がより詳細に示されている、図７ａの拡大図であ
る。
【図８】図８は、特に複合層レイアップ及び厚さ変位を
示す、最適化フレックスビームのピッチ部、機体側遷移
部、ハブ接続部の部分切り欠き側面説明図である。
【図９】図９ａは、特に機体側遷移部の側面によって形
成される円錐曲線部を示す最適化複合フレックスビーム
のピッチ部、機体側遷移部、ハブ接続部の部分平面図で
ある。図９ｂは、円錐曲線部及び円錐曲線の傾斜角によ
って決定される臨界幅遷移小域の部分説明図である。
【図１０】図１０は、円錐曲線の傾斜角の機能を決定す
る臨界幅遷移小域内の軸外し複合材の割合のグラフであ
る。
【図１１】図１１は、両者の種々の特徴を比較対照する
ために、従来の複合フレックスビームを本発明に係る最
適化複合フレックスビーム上に重ねて示した部分切り欠
き平面説明図である。
【図１２】図１２は、特に複合層レイアップ及び厚さ変
位を示した、最適化フレックスビームのピッチ部、機外
側遷移部、ブレード接続部の部分切り欠き側面説明図で
ある。
【図１３】図１３は、最適化複合フレックスビームのピ
ッチ部、機外側遷移部、ブレード接続部の部分平面図で
ある。
【図１４】図１４は、最適化複合フレックスビームを製
造するために使用される型アッセンブリの部分切り欠き
平面図である。
【図１５】図１５は、図１４の実質的な１５−１５断面
図である。
【符号の説明】
ＨＡＲ…ハブ接続部 ＢＡＲ…ブレード接続部 ＰＲ…ピッチ部 ＩＴＲ…機体側遷移部 ＯＴＲ…機外側遷移部 ＷHAR…ハブ接続部の幅 ＴHAR…ハブ接続部の厚さ ＷBAR…ブレード接続部の幅 ＴBAR…ブレード接続部の厚さ ＬPR…ピッチ部の長さ Ｌ10…フレックスビームの長さ １０…フレックスビーム ４０，４２…取付開口部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランシス ディー．フェデリッシ アメリカ合衆国，コネチカット，ブリッジ ポート，ナンシー ドライヴ 80 (72)発明者 デイビィッド エヌ．シュマリング アメリカ合衆国，コネチカット，オックス フォード，パインズ リッジ ロード 55

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ヘリコプタのテールロータアッセンブリ
    用の最適化した複合フレックスビーム（１０）であっ
    て、前記最適化複合フレックスビーム（１０）は、ハブ
    接続部（ＨＡＲ）、ブレード接続部（ＢＡＲ）、前記ハ
    ブ接続部（ＨＡＲ）に隣接する機体側遷移部（ＩＴ
    Ｒ）、及び前記ブレード接続部（ＢＡＲ）に隣接する機
    外側遷移部（ＯＴＲ）をそれぞれ含む複数の隣接領域を
    有し、 前記機体側遷移部（ＩＴＲ）及び前記機外側遷移部（Ｏ
    ＴＲ）に隣接してフラップ方向の曲げ中立軸（ＸA）を
    決定するピッチ部を有し、 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向ファイバーグラス材料
    （ＵF）を含んだコアラミネート（５０）を有し、前記
    コアラミネート（５０）は、一対の側面（５０L）及び
    一対の接合面（５０M）を形成し、前記各側面（５０L）
    によって、それらの側面間の寸法であるピッチ部幅寸法
    （ＷPR）が画定され、 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向黒鉛材料（ＵG）を含
    んだフェースラミネート（５２）を有し、 前記フェースラミネート（５２）は、前記コアラミネー
    ト（５０）の前記各接合面（５０M）にそれぞれ接合さ
    れ、前記各フェースラミネート（５２）は、更に、フェ
    ース面（５２F）をそれぞれ有し、前記各フェース面
    （５２F）どうしの間の寸法は、ピッチ部厚さ寸法（Ｔ
    PR）として定められ、 前記ピッチ部の前記幅寸法（ＷPR）及び前記厚さ寸法
    （ＴPR）のアスペクト比は１０以上であり、 前記コアラミネート（５０）及びフェースラミネート
    （５２）は、更に、面取り端部面（５４S）を有する面
    取り端部形状（ＣＨE）を形成し、前記各面取り端部面
    （５４S）は、前記フラップ曲げ中立軸（ＸA）に対して
    臨界鋭角αを形成し、更に、前記フラップ方向曲げ中立
    軸（ＸA）から垂直距離Ｘに設けられた側面端部（５
    ４E）を決定し、 前記臨界鋭角αは、約１４度から約２２度までの間であ
    り、 前記垂直距離Ｘは、前記ピッチ部の前記厚さ寸法
    （ＴPR）の約１２．５％から約３７．５％までの間であ
    ることを特徴とする最適化複合フレックスビーム。
  2. 【請求項２】 前記アスペクト比は、約１０から約２０
    までの間であることを特徴とする請求項１記載の最適化
    複合フレックスビーム（１０）。
  3. 【請求項３】 前記臨界鋭角αは、約１６度から約２０
    度までの間であることを特徴とする請求項１記載の最適
    化複合フレックスビーム（１０）。
  4. 【請求項４】 前記単方向ファイバーグラス材料
    （ＵF）及び前記単方向黒鉛材料（ＵG）は、それぞれせ
    ん断弾性係数を有し、前記単方向ファイバーグラス材料
    （ＵF）及び前記単方向黒鉛材料（ＵG）のせん断弾性係
    数は、実質的に等しいことを特徴とする請求項１記載の
    最適化複合フレックスビーム（１０）。
  5. 【請求項５】 前記コアラミネート（５０）の前記各接
    合面（５０M）どうしによって、コア厚さ寸法（ＴC）が
    定められ、前記コア厚さ寸法（ＴC）は、前記ピッチ部
    の前記厚さ寸法（ＴPR）の約５０％から約７０％までの
    範囲内であることを特徴とする請求項４記載の最適化複
    合フレックスビーム（１０）。
  6. 【請求項６】 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向ファイ
    バーグラス層（ＵF）及び単方向黒鉛層（ＵG）の交互層
    を有する中央ゾーン（８０）を含むことを特徴とする請
    求項１記載の最適化複合フレックスビーム（１０）。
  7. 【請求項７】 前記単方向黒鉛層（ＵG）は、端部が不
    揃いになるように配置されることを特徴とする請求項６
    記載の最適化複合フレックスビーム（１０）。
  8. 【請求項８】 前記面取り端部面（５４S）は、前記機
    体側遷移部（ＩＴＲ）及び前記機外側遷移部（ＯＴＲ）
    内に伸びることを特徴とする請求項１記載の最適化複合
    フレックスビーム（１０）。
  9. 【請求項９】 ヘリコプタのテールロータアッセンブリ
    （２）用の最適化複合フレックスビーム（１０）であっ
    て、最適化した複合フレックスビーム（１０）は、ハブ
    接続部（ＨＡＲ）、ブレード接続部（ＢＡＲ）、及び前
    記ブレード接続部（ＢＡＲ）に隣接する機外側遷移部
    （ＯＴＲ）をそれぞれ含む複数の隣接領域を有し、 ハブ接続部（ＨＡＲ）に隣接する機体側遷移部（ＩＴ
    Ｒ）を有し、前記機体側遷移部は、単方向複合材（Ｕ）
    及び軸外し複合材（Ｏ）の組合わさった構成を有し、前
    記単方向複合材及び前記軸外し複合材の組合せによって
    総材料構成及びそれに関連した軸外し複合材（Ｏ）の割
    合％Ｏが決定され、 前記機体側遷移部（ＩＴＲ）は、厚さ遷移によって定義
    される第一遷移小域（ＩＴＲ−１）を有し、 前記機体側遷移部（ＩＴＲ）は、幅及び厚さ遷移によっ
    て定義され、円錐曲線部を形成する第二遷移小域（ＩＴ
    Ｒ−２）を有し、前記第二遷移小域（ＩＴＲ−２）は、
    臨界幅遷移小域（ＣＲwt）を含み、 前記円錐曲線部は、円錐曲線の傾斜角θWCを決定し、 前記臨界幅遷移小域（ＣＲwt）は、０度から約１０度ま
    での間の円錐曲線の傾斜角θWCに対応し、 前記軸外し複合材（Ｏ）の割合％Ｏは、最適化曲線（１
    ００）によって表され、前記臨界遷移小域（ＣＲwt）に
    おける前記最適化曲線（１００）は、 【数１】％Ｏ＝Ｃ＋√｛９００−［ｋθWC−３０］2｝ ただし、Ｃは約１４．４から約２１．６までの間の定数 ｋは１．０度-1の定数 によって表され、 機体側遷移部（ＩＴＲ）及び機外側遷移部（ＯＴＲ）に
    隣接するピッチ部（ＰＲ）を有し、前記ピッチ部は、フ
    ラップ方向曲げ中立軸（ＸA）を決定し、 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向ファイバーグラス材料
    （ＵF）を含んだコアラミネート（５０）を有し、前記
    コアラミネート（５０）は、一対の側面（５０L）及び
    一対の接合面（５０M）を形成し、前記各側面（５０L）
    によって、それらの側面間の寸法であるピッチ部幅寸法
    （ＷPR）が画定され、 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向黒鉛材料（ＵG）を含
    んだフェースラミネート（５２）を有し、前記フェース
    ラミネート（５２）は、前記コアラミネート（５０）の
    前記各接合面（５０M）にそれぞれ接合され、前記各フ
    ェースラミネート（５２）は、更に、フェース面（５２
    F）をそれぞれ有し、前記各フェース面（５２F）どうし
    の間の寸法は、ピッチ部厚さ寸法（ＴPR）として定めら
    れ、 前記ピッチ部の前記幅寸法（ＷPR）及び前記厚さ寸法
    （ＴPR）のアスペクト比は、１０以上であり、 前記コアラミネート（５０）及びフェースラミネート
    （５２）は、更に、面取り端部面（５４S）を有する面
    取り端部形状（ＣＨE）を形成し、前記各面取り端部面
    （５４S）は、前記フラップ曲げ中立軸（ＸA）に対して
    臨界鋭角αを形成し、更に、前記フラップ方向曲げ中立
    軸（ＸA）から垂直距離Ｘに設けられた側面端部（５
    ４E）を決定し、 前記臨界鋭角αは、約１４度から約２２度までの間であ
    り、 前記垂直距離Ｘは、前記ピッチ部の前記厚さ寸法
    （ＴPR）の約１２．５％から約３７．５％までの間であ
    ることを特徴とする最適化複合フレックスビーム。
  10. 【請求項１０】 前記第一遷移小域（ＩＴＲ−１）及び
    前記第二遷移小域（ＩＴＲ−２）は、それらの間に接合
    部を有し、前記第一遷移小域（ＩＴＲ−１）は、翼幅方
    向長さ寸法（Ｌ1）を決定し、前記軸外し複合材（Ｏ）
    積層の始点によって決まる翼幅位置（ＩBU）を含み、前
    記翼幅位置（ＩBU）は、前記接合部の軸方向機外側であ
    ることを特徴とする請求項９記載の最適化複合フレック
    スビーム（１０）。
  11. 【請求項１１】 前記翼幅位置（ＩBU）は、前記接合部
    より距離（ＤS）に設けられており、前記距離（ＤS）
    は、前記翼幅方向長さ寸法（Ｌ1）の約１５％から約２
    ５％までの間であることを特徴とする請求項１０記載の
    最適化複合フレックスビーム（１０）。
  12. 【請求項１２】 前記第二遷移小域（ＩＴＲ−２）は、
    厚さ接合部（ＴT）を決定し、前記円錐曲線部は、前記
    厚さ接合部（ＴT）の軸方向機体側まで続くことを特徴
    とする請求項９記載の最適化複合フレックスビーム（１
    ０）。
  13. 【請求項１３】 前記ハブ接続部（ＨＡＲ）は、取付開
    口部（４０）を有し、前記取付開口部は、直径寸法（Ｄ
    A）及び幾何学的中心点（４０C）を有し、前記円錐曲線
    部は、該円錐曲線部に沿う点（ＣL）を決定し、前記点
    （ＣL）は、前記幾何学的中心点（４０C）からの距離寸
    法Ｓを決定し、前記距離寸法Ｓ及び前記直径寸法Ｄは、
    Ｓ／Ｄ比率を決定し、前記Ｓ／Ｄ比率は、約１．６０か
    ら約１．８５までの間であることを特徴とする請求項１
    ２記載の最適化複合フレックスビーム（１０）。
  14. 【請求項１４】 前記アスペクト比は、約１０から約２
    ０の間であることを特徴とする請求項９記載の最適化複
    合フレックスビーム（１０）。
  15. 【請求項１５】 前記臨界鋭角αは、約１６度から約２
    ０度までの間であることを特徴とする請求項９記載の最
    適化複合フレックスビーム（１０）。
  16. 【請求項１６】 前記単方向ファイバーグラス材料（Ｕ
    F）及び前記単方向黒鉛材料（ＵG）は、それぞれせん断
    弾性係数を有し、前記単方向ファイバーグラス材料（Ｕ
    F）及び前記単方向黒鉛材料（ＵG）のせん断弾性係数
    は、実質的に等しいことを特徴とする請求項９記載の最
    適化複合フレックスビーム（１０）。
  17. 【請求項１７】 前記コアラミネート（５０）の前記各
    接合面（５０M）どうしによってコア厚さ寸法（ＴC）が
    定められ、前記コア厚さ寸法（ＴC）は、前記ピッチ部
    の前記厚さ寸法（ＴPR）の約５０％から約７０％までの
    範囲内であることを特徴とする請求項１６記載の最適化
    複合フレックスビーム（１０）。
  18. 【請求項１８】 前記ピッチ部（ＰＲ）は、単方向ファ
    イバーグラス層（ＵF）及び単方向黒鉛層（ＵG）の交互
    層を有する中央ゾーン（８０）を含むことを特徴とする
    請求項９記載の最適化複合フレックスビーム（１０）。
  19. 【請求項１９】 前記単方向黒鉛層（ＵG）は、端部が
    不揃いになるように配置されることを特徴とする請求項
    １８記載の最適化複合フレックスビーム（１０）。
  20. 【請求項２０】 前記面取り端部面（５４S）は、前記
    機体側遷移部（ＩＴＲ）及び前記機外側遷移部（ＯＴ
    Ｒ）内に伸びることを特徴とする請求項９記載の最適化
    複合フレックスビーム（１０）。
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