JPS6133760B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はヘリコプタプレードに係り、更に詳細
にはブレードのトレーリングエツジに於る失速
（後縁失速）の問題を解消すべく選択的な形状に
形成された断面形状を有するヘリコプタプレード
に係る。 本発明に最も近い周知の従来技術である米国特
許第3728045号に開示されたヘリコプタブレード
（以下ブレードSC1095と呼ぶこととする）は、前
記米国特許に記載された従来技術のブレードに勝
る利点を有している。 本発明の主要な目的は、ブレードの翼部の上面
の圧力ピークの大きさを低減し且つかかる圧力ピ
ークをブレードのより大きな翼弦断面を有する部
分に分布せしめてそれによる空気の流れの分離や
抗力を低減するようブレードの断面形状を選択的
に決定することにより、ブレードSC1095に勝る
利点を有する改良されたヘリコプタプレードを提
供することである。 本発明の他の一つの目的は、揚力／抗力（Ｌ／
Ｄ）比（揚抗比）が高く、ブレードの上面の空気
流速をブレードのトレーリングエツジに於て亜音
速に低減するのに過度の衝撃波の発生を利用しな
いかかるブレードを提供することである。かかる
目的は圧力ピークの発生の後徐々に空気流を圧縮
するようブレードの上面の曲線を選択的に形状決
定することにより達成される。 本発明によるブレードは米国特許第3728045号
に開示されたブレードSC1095を改良したもので
あり、従来技術のブレードに勝るブレード
SC1095のすべての利点を達成するものである
が、一方で航空機の運動安定性を増大し、制御ロ
ツドの負荷を低減し、且つ振動を低減するもので
ある。従つて本明細書の説明に於ては前述の米国
特許によるブレードSC1095よりも本発明のブレ
ードが改善されていることを説明するために本発
明によるブレードとブレードSC1095との比較を
行なう。 以下に添付の図を参照しつつ、本発明とその好
ましい実施例について詳細に説明する。 添付の第１図及び第２図に本発明による改良さ
れたヘリコプタプレード１０が図示されており、
ハブ１２と共に回転し得るよう該ハブに接続され
ており、ロータの回転軸線１４の周りに他のブレ
ードもこのハブに接続されている。ブレード１０
は従来の任意の態様にてハブ１２に接続されてよ
い。ブレード１０はリーデイングエツジ（前縁）
２２及びトレーリングエツジ（後縁）２４の他に
ルート部１６と中央部或は動作部１８と先端部２
０（図示の如く後退角を有するように形成されて
いるのが好ましい）とを含んでいる。ブレードの
スパン寸法が符号２６にて示されており、ブレー
ドの翼弦長が符号２８にて図示されている。 前述の米国特許第3728045号に開示されたブレ
ードSC1095は従来技術のブレードに勝る利点を
達成したが運転条件によつてはトレーリングエツ
ジに於て失速を生じるという虞れがあつた。本発
明の目的はブレードSC1095の持つ他の利点を維
持しつつかかるブレードのトレーリングエツジに
於る失速（後縁失速）の虞れを排除することであ
る。本願発明者は、ブレード翼部の上面の圧力ピ
ークの大きさを低減し且つかかる圧力ピークをブ
レードのより大きな翼弦断面を有する部分に分布
せしめるべく翼部の断面形状を選択し、これによ
り最大揚力を増大し空気の流れの分離を排除し抗
力を低減することにより、上述した後縁失速の虞
れを排除し得ることを見出した。 以下に第３図を参照しつ本発明によるブレード
の利点を説明する。尚本発明によるブレードをこ
れ以降ブレードＲ８と呼ぶこととする。第３図は
揚力係数が一定である情況の下に於るブレードの
翼弦に沿つた局部マツハ数を示すグラフである。
ブレードSC1095については翼部の上面に於る負
の圧力ピークは実質的に本発明によるブレードＲ
８よりも実質的に高く、これにより点Ａと点Ｂ間
の非常に急激な圧力勾配（これにより実質的な衝
撃波が発生される）が郭定されていることが理解
されよう。かかる衝撃波はブレードの上面を横切
る流速を、ブレードのトレーリングエツジ２４に
於る亜音速の点にまで低減する作用をなす。ブレ
ードSC1095について第３図に示されたかかる負
の圧力パターンはブレードの揚力発生性能に重要
であるが、後に説明する如く本発明によるブレー
ドＲ８の形状を選択することにより、圧力ピーク
を低減し従つて衝撃波を生じる圧力勾配の大きさ
を低減し、ブレードのより大きな翼弦断面を有す
る部分に亘つて圧力ピークを分布せしめ、これに
より圧力ピークが臨界値を越えた後にブレード
SC1095の上面に極端な衝撃波が発生するのを回
避することができた。更に本発明によるブレード
Ｒ８に於る負の圧力はその下流側の翼弦部分に於
てはブレードSC1095に於る負の圧力よりも大き
いので、後に説明する如く本発明によるブレード
Ｒ８の構造に伴う空気の流れの分離及びその付随
的な抗力を除去或は大きく低減し、これによりそ
の揚抗比（Ｌ／Ｄ）がブレードSC1095よりもか
なり改善される。第３図のグラフを理解する上
で、翼部の上面に作用する図示の圧力が実際に負
の圧力となるよう局部マツハ数を圧力係数Ｃ_Pに
変換可能でありその正負の符号も変換可能である
ことを理解することは重要である。 第３図より本発明によるブレードに於る最大負
圧力は翼弦のリーデイングエツジより10％の範囲
内に於て発生することが理解されよう。 更にブレードSC1095に対する本発明によるブ
レードＲ８の優位性を説明するために、最大揚力
係数Ｃ_Lnaxに対しブロツトされた自由流れのマツ
ハ数を示す第４図のグラフを参照する。第４図よ
り高いマツハ数の領域に於てはそうではないが小
さいマツハ数の領域に於ては本発明によるブレー
ド８はブレードSC1095よりも実質的に高い最大
揚力係数Ｃ_Lnaxを生ずることが理解されよう。 第５ａ図及び第５ｂ図は更にこれら二つのブレ
ードの性能を比較するためのものである。このう
ち第５ａ図はブレードSC1095上の抗力が与えら
れたマツハ数範囲全体に亘つて実質的に一定であ
ること、及び本発明によるブレードＲ８の抗力が
小マツハ数に於てブレードSC1095の抗力と実質
的に等しいが大マツハ数域に於てそれよりも増大
していることを示している（この第５ａ図はブレ
ードの先端部に於る如0.1に等しい非常に小さな
揚力係数Ｃ_Lについてブロツトされたものであ
る）。ブレード先端部はより高いマツハ数にて作
動するので、本発明によるブレーに於てブレード
先端部にブレードSC1095の断面形状を使用する
ことが提案されたのはかかる理由による。 もしピツチモーメントが問題ならば、ピツチモ
ーメントを排除すでく本発明によるブレードＲ８
に従来のトレーリングエツジタブ３０が使用され
てよい。 第５ｂ図にブレードの先端部とブレードのルー
ト部との間のブレードの動作部に於る如く0.9に
等しい遥かに高い揚力係数Ｃ_Lについてブロツト
された抗力とマツハ数との関係を示すグラフであ
る。問題のブレード空気流のマツハ数範囲（ほぼ
0.3と0.5との間）に於ては二つのブレードの抗力
は実質的に同一であることが理解されよう。 第６図はマツハ数に対しブロツトされた最大揚
力／抗力比（Ｌ／Ｄ）_naxのグラフであり、マツハ
数0.3と0.5との間の問題の運転範囲に於るブレー
ドSC1095に勝る本発明によるブレードＲ８の改
善された性能を示している。本発明によるブレー
ドＲ８によれば設計点に於てＣ_naxが0.3増大する
が、高い抗力及びピツチモーメントに於てはほと
んど犠性を払うことはない。 一般に本発明によるブレードはその内方に於て
最も厚くその外方に於てできるだけ薄くなるよう
テーパがかけられる。ブレード先端部を厚くする
必要はなくブレード先端部を薄くすれば高マツハ
数域に於る抗力が低減される。 経験によれば、ブレードの中央部或は動作部が
ほぼすべての所要の揚力を発生するのでブレード
の先端部はほとんど揚力発生機能を果す必要がな
いことが分つている。かかる理由で、又ブレード
SC1095が発生する抗力は小さいので、第１図に
図示された本発明によるブレードの好ましい実施
例に於ては、ブレードＲ８の翼部断面がほぼ40％
と80％のスパン位置の間に於て使用され、ブレー
ドSC1095の断面形状がブレードの先端部とルー
ト部とに於て使用される。 第７図に於てこれら二つのブレードが更に比較
されており、この第７図はピツチモーメントを補
償した場合の揚力係数Ｃ_Lに対する揚抗比の関係
を示すグラフであり、このグラフも本発明による
ブレードＲ８の構造が優れていることを示してい
る。 第４図及び第６図は本発明によるブレードＲ８
の揚抗比（Ｌ／Ｄ）性能及び最大揚力係数（Ｃ_na
ｘ性能がブレードSC1095よりも改善されているこ
とを示している。このことはブレードSC1095が
後縁失速及びこれに付随する航空機の運動安定性
が小さいこと、制御負荷が大きいこと、振動が大
きいこと等の問題に遭遇する環境の下に於て、か
かる後縁失速や上述した付随的問題が本発明のブ
レード構造によれば低減或は除去されるので、非
常に重要である。 本発明によるブレードＲ８をこれ以降座標や数
式の形で説明するが、第２図に図示されている如
く本発明によるブレードＲ８は翼弦長の約9.4％
の厚さと、最大キヤンバーが翼弦長の約１％であ
り且つ翼弦のリーデイングエツジより30％の位置
より前方に配置されたキヤンバーとを有してお
り、0.75以下のすべてのマツハ数に於てモーメン
ト発散前±0.03の範囲内にてブレードピツチモー
メント係数を有するような形状とされており、こ
れにより高い最大揚力係数や抗力発散を犠性にす
ることなく低ブレードピツチモーメントを発生す
るようになつている。 ブレードの翼弦に沿つた一連の位置に於る翼部
の上面及び下面を郭定し次いでリーデイングエツ
ジの半径（前縁半径）を郭定することにより翼部
の形状を郭定することは従来より行われている手
法である。例えばかかる手法は1959年アメリカ合
衆国ニユーヨーク所在のDover Publications，
Inc.により出版された「Theory of Wing
Selections」（Abbott及びVon Doenhoff著）に於
て説明されており、かかる標準的な翼部郭定方法
の説明がその412ページに掲載されている。 本発明によるブレードは任意のブレード厚につ
いて以下の表１により郭定される。

【表】 ここにＸはブレードの翼弦に沿つた位置であ
り、Ｃはブレードの翼弦長であり、Yuは位置Ｘ
に於るブレードの翼弦からの翼部の上面の座標或
は位置であり、Ylは位置Ｘに於る翼弦線からの
翼部の下面の座標或は位置であり、ｔは最大ブレ
ード厚である。 表１の理解を容易ならしめるためには、或る選
択された厚さ及び或る選択された翼弦長を有する
ブレードについて或る特定の翼弦位置Ｘに於る翼
部の上面Yu及び下面Ylの位置を郭定するために
この表が使用される情況を仮定する（例を挙げ
る）のが有用である。以下の例は２インチ（58
cm）の最大厚及び20インチ（58cm）の翼弦長を有
するブレードについてそのリーデイングエツジよ
り翼弦に沿つて0.0125の翼弦距離の位置に於る
Yu及びYlの位置を決定するための表１の使用法
を説明している。 Yuを決定する際に必要な唯一の工程は、
0.0125の翼弦位置の数値に対応するYu／ｔの数
値、即ち0.26709にブレードの最大厚、即ち２イ
ンチ（5.8cm）を乗算して積0.53418インチ（1.357
cm）を得ることである。かかる手続により翼部の
上面位置、即ちYuが郭定される。従つて翼弦位
置0.0125に於る翼部の上面位置Yuは翼弦線上
0.53418インチ（1.357cm）であることが決定され
た。 同様の手続が翼弦位置0.0125に於る距離Ylを求
めるために行われらるがYl／ｔの欄の数値は負
の値であるので、かくして求められる数値は
0.0125の翼弦位置に於て翼弦線の下方何インチで
あるかを示していることになる。かかる手続の後
Ｘ／Ｃの欄のすべての翼弦位置についてYu及び
Ylが郭定される。 次に翼部の上面のリーデイングエツジ半径Pu
及び下面のリーデイングエツジ半径Plを決定しな
ければならない。この場合二工程の手続により求
める。第一の工程に於てはブレードの最大厚／翼
弦長比（ｔ／Ｃ＝2in／20in＝0.1）の二乗に数値
1.108を乗算し、即ち0.1²を1108倍し0.01108を得
る。かかる第一の工程による積は翼弦長Ｃにより
除算された翼部の上面のリーデイングエツジ半径
Puを表わしている。第二の工程は第一の工程に
より得られた積に翼弦長を乗算すること、即ち
0.01108に2.0インチを乗算することであり、これ
により翼弦の単位即ちインチ単位で表わされ且つ
翼弦上の点より測定した場合の翼部の上面のリー
デイングエツジ半径である第二の積0.2216が得ら
れる。下面のリーデイングエツジ半径Plは同様の
要領にて計算される。 以上の説明よりYu／ｔ及びYl／ｔの欄に記載
されたすべての数値は１の翼弦長についての数値
であることは明らかであろう。もし１以外の翼弦
長を有するブレードについて上述した如き座標を
決定する必要がある場合には、これら二つの欄の
数値に翼弦長を乗算しなければならない。 上述した表１を使用することにより問題のブレ
ードの翼部の断面形状の座標を決定することがで
きる。その表の数値が±３％の範囲で変化する場
合でもかかるブレードの翼部により先に列挙した
利点が得られることが分つた。 本発明によるブレードＲ８には標準的なNACA
表示にて説明することができないので、ブレード
の翼弦に沿つたそれぞれの翼弦位置Ｘ／Ｃに於る
翼部の上面位置Yu及び下面位置Ylを郭定するた
めに以下の表２が使用されてもよい。

【表】 ここにＸはブレードの翼弦に沿つた位置であ
り、Ｃはブレードの翼弦長であり、Yuは翼部の
上面の位置であり、Ylは翼部の下面の位置であ
る。 上掲した表２はそれが9.4％の翼厚／翼弦長
（ｔ／Ｃ）比を有する本発明によるブレードＲ８
について特定の座標を郭定している点で表１と異
なつている。表１はより融通性があり、表１につ
いて説明した手続を使用することにより翼部の上
面位置及び下面位置が任意の翼厚／翼弦長比につ
いて決定され得る。 又本発明によるブレードＲ８の翼部の断面形状
は以下の数式によつても表現可能である。 上 面 下 面 ここにＸはブレードの翼弦に沿つた位置であ
り、Ｃはブレードの翼弦長であり、Yuは翼弦位
置Ｘに於る翼部の上面の翼弦からの距離であり、
ｔはブレードの最大厚であり、Ylは翼弦位置Ｘ
に於るブレードの翼部の下面の翼弦からの距離で
ある。 表１及び表２と同様に、上述の数式を使用して
すべての所要の座標Yu及びYlを各翼弦位置Ｘに
ついて確認し又それらがYu及びYlの値の±３％
の範囲内であることを確かめることにより、本発
明の開示内容の利点を有する翼部断面形状が求め
られる。 以上に於ては本発明をその特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はかか実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
修正並びに省略が可能であることは当業者にとつ
て明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による改良されたブレードの解
図的平面図である。第２図は本発明による改良さ
れたブレードの解図的断面図である。第３図は本
発明による改良されたブレードをブレード
SC1095に比較してブレードの翼弦に沿つた局部
マツハ数を示すグラフである。第４図は本発明に
よる改良されたブレードをブレードSC1095に比
較して自由流れのマツハ数に対しブロツトされた
最大揚力係数のグラフである。第５ａ図及び第５
ｂ図は本発明による改良されたブレードをブレー
ドSC1095に比較してそれぞれ0.1と0.9の揚力係数
に於るマツハ数に対しブロツトされた抗力のグラ
フである。第６図は本発明による改良されたブレ
ードをブレードSC1095に比較してマツハ数に対
しブロツトされた最大揚力／抗力比のグラフであ
る。第７図は本発明による改良されたブレードを
ブレードSC1095に比較して揚力係数に対しブロ
ツトされた揚力／抗力比のグラフである。 １０〜ブレード、１２〜ハブ、１４〜回転軸
線、１６〜ルート部、１８〜中央部或は動作部、
２０〜先端部、２２〜リーデイングエツジ、２４
〜トレーリングエツジ、２６〜スパン寸法、２８
〜翼弦長、３０〜タブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 翼弦と厚さとスパンとを有するヘリコプタプ
   レートに於て、 (A) ロータハブに接続されるよう構成されたルー
   ト部と、 (B) 前記ルート部より最も離れたブレード部分を
   郭定する先端部と、 (C) 前記ルート部と前記先端部との間に延在し且
   つそれらに取付けられており、それらと共働し
   てブレードスパンを郭定しており、下記の座標
   系により郭定された断面形状の翼部を郭定する
   如き形状に形成された中央部と、 を有していることを特徴とするヘリコプタプレー
   ド。 【表】 【表】 ここにＸはブレードの翼弦に沿つた位置であ
   り、Ｃはブレードの翼弦寸法であり、Yuは翼部
   の上面の位置であり、Ylは翼部の下面の位置で
   ある。 ２ 特許請求の範囲第１項のヘリコプタプレード
   に於て、前記中央部は少くともブレードの40％ス
   パン位置とブレードの80％スパン位置との間に延
   在していることを特徴とするヘリコプタプレー
   ド。 ３ 特許請求の範囲第１項のヘリコプタプレード
   に於て、ピツチモーメントを排除するよう選択的
   に大きさを定められ且つ配向されたブレードのト
   レーリングエツジタブを含んでいることを特徴と
   するリコプタブレード。 ４ 特許請求の範囲第３項のヘリコプタプレード
   に於て、前記ブレードの上面に作用する最大負圧
   力はブレードの翼弦のリーデイングエツジより10
   ％の位置に於て発生することを特徴とするヘリコ
   プタプレード。 ５ 特許請求の範囲第４項のヘリコプタプレード
   に於て、前記先端部は前記中央部に対し後退角に
   形成されていることを特徴とするヘリコプタプレ
   ード。 ６ 特許請求の範囲第１項のヘリコプタプレード
   に於て、前記中央部は翼弦寸法の約9.4％の厚さ
   と最大キヤンバーが翼弦寸法の約１％であり且つ
   翼弦のリーデイングエツジより30％の位置より前
   方に配置されたキヤンバーとを有しており、0.75
   以下のすべてのマツハ数に於てモーメント発散前
   ±0.03の範囲内にブレードのビツチモーメント係
   数を有しこれにより高い最大揚力係数及び抗力発
   散を犠性にすることなくブレードのビツチモーメ
   ントが小さくなるような形状に形成されているこ
   とを特徴とするヘリコプタプレード。