航空学において、スワッシュプレートは、ヘリコプターの飛行制御装置からの入力をメインローターブレードの動きに変換する機械装置です。メインローターブレードは回転しているため、スワッシュプレートは、回転しない胴体から回転するローターハブとメインブレードに パイロットの3つの指示を伝達するために使用されます。
歴史
スワッシュプレートは、1907年にジュール・コルニュとポール・コルニュ兄弟によって初めて実験されました。彼らはこの装置の特許を取得しました（フランス特許第398,545号、1909年6月7日）。[1]その原理は、他のねじ発明者による以前の特許にも記載されています。スワッシュプレートの最初の実用化は、1922年にデ・ラ・シエルバがオートジャイロに搭載した際に成功しました。[2]
しかし、スワッシュプレートは1911年にロシアのボリス・ユーリエフによって初めて提案されたと広く信じられています。[3]これを直接裏付ける情報源はありません。既知のヘリコプターのモックアップにはそのような装置は搭載されておらず、図面も残っておらず、特許出願もされていません。
今日では、ほとんどの最新鋭航空機ではスワッシュプレートがトランスミッションの上に配置され、プッシュロッドは胴体の外側から見えるようになっていますが、初期の設計、特にエンストロム・ヘリコプター社製の軽ヘリコプターでは、スワッシュプレートをトランスミッションの下に配置し、回転するプッシュロッドをメインシャフト内に収めていました。これにより、露出したリンケージがなくなるため、ローターハブの抵抗が低減されます。
他のスワッシュプレートと制御設計も採用されています。例えば、カマン・エアクラフト社のヘリコプターは従来のスワッシュプレートを使用せず、ローターブレードのサーボフラップを操作してブレードの迎え角を調整しています。
組み立て
スワッシュプレートは、固定スワッシュプレートと回転スワッシュプレートの 2 つの主要部分で構成されています。固定 (外側) スワッシュプレートはメイン ローター マストに取り付けられ、一連のプッシュロッドによってサイクリック コントロールおよびコレクティブ コントロールに接続されています。全方向に傾けることができ、垂直に移動できます。回転 (内側) スワッシュプレートはベアリングによって固定スワッシュプレートに取り付けられ、メイン ローター マストとともに回転できます。回転防止リンクは、内側スワッシュがブレードから独立して回転してアクチュエータにトルクを加えるのを防ぎます。外側スワッシュプレートには通常、回転防止スライダーも付いており、回転を防止します。両方のスワッシュプレートは 1 つのユニットとして上下に傾きます。回転スワッシュプレートはピッチ リンクによってピッチ ホーンに接続されています。固定 (外側) スワッシュプレートの代わりの機構としては、ヘキサポッドとユニバーサル ジョイントがあります。同じシャフトに 2 つのローターが取り付けられたヘリコプターのスワッシュプレートは、単一ローターのヘリコプターよりもはるかに複雑です。
サイクリックブレード制御
サイクリック制御は、ヘリコプターのロールとピッチを変化させるために使用されます。プッシュロッドまたは油圧アクチュエータは、パイロットの指示に応じて外側のスワッシュプレートを傾けます。スワッシュプレートは直感的に予想される方向に動き、例えば前方への入力に応じて前方に傾きます。しかし、ブレード上の「ピッチリンク」は、ピッチ情報をブレードの実際の位置よりもはるかに早く伝達するため、ブレードが目的の位置に到達するまでに「上昇」または「下降」する時間があります。つまり、ヘリコプターを前方に傾けるには、ブレード周りの揚力差が左右平面に沿って最大になる必要があり、ジャイロ効果により、ローターディスクを横方向ではなく前方に傾けるトルクが発生します。
集合ブレード制御
メインローターブレードのコレクティブピッチを制御するには、サイクリックコントロールの向きを変えずに、スワッシュプレート全体をその軸に沿って上下に動かす必要があります。従来、ロール、ピッチ、コレクティブの各制御機構には、それぞれ個別のアクチュエータが動作を担っていました。ピッチの場合、スワッシュプレート全体が1つのアクチュエータによってメインシャフトに沿って移動します。しかし、一部の新型ヘリコプターでは、スワッシュプレート全体をそれぞれ動かすことができる3つの相互依存型アクチュエータを使用することで、この機械的に複雑な機能分離を解消しています。これはサイクリック/コレクティブピッチミキシング（CCPM）と呼ばれています。CCPMの利点は、小型のアクチュエータを連携させることでスワッシュプレートを制御範囲全体にわたって動かすことができるため、アクチュエータを小型軽量化できることです。[4]
アニメーション
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スワッシュ プレートは休止位置にあります。 -
スワッシュプレートが上昇すると、ブレードのコレクティブピッチが負になり、ダウンフォースが発生します。コントロールアームはブレードの後側にあるため、スワッシュプレートが上昇するとブレードピッチが減少することに注意してください。
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傾斜したスワッシュプレートが循環的なブレード制御を実現します。回転中のブレードのピッチの変化に注目してください。
参考文献
- ^ Leishman, Gordon; Johnson, Bradley (2007-11-17). 「1907年式コルニュ・ヘリコプターの工学解析」(PDF) .アメリカヘリコプター協会誌. 54 (3): 34001– 3400116. doi :10.4050/JAHS.54.034001.
- ^ ハリソン、ジャンピエール (2015 年 3 月)。 「Cierva Autodynamic Rotor」(PDF)。
- ^ J. Gordon Leishman (2002). 『ヘリコプターの空気力学の原理』 ニューヨーク: ケンブリッジ大学出版局. p. 13.
- ^ 「RCヘリコプターにおけるCCPMとは一体何なのか」RCHelicopterFun.com . 2022年3月31日閲覧。