JPS58168909A - 回転物体の一部の変形の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転物体の一部の変形を検出する方ｍＫ関し
、％にヘリコプタのロータの不平衡度全検出するのを応
用するために開発されたものであるが、勿論本発明の方
法はその他の回転体への応用も存在する。

本性をヘリコプタロータ翼の検出に応用する場合、試験
の結果から計算された結果を非常に容易に理解される方
法で表示されると便利なので、本発明の別の特徴は計算
され穴情報を表示する方法に調する。

本発明によれば、回転物体の一部の変形を検出する方法
に−おいて、送４Ｉ＠射ビームがこれらが回転する時順
次前記の一部に向けられ、これらから反射後受信され九
輻射はその距離を決定するのに使用される。　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　′ヘリコプタロータ
は、その回転中心に対して質量に関してまた各翼からの
揚力の均等度に関して、これが主浮上ロータであるとｊ
［ロータであるとに拘わらず平衡しているべきである。

平衡し九〇−タとは、翼が回転軸のまわりに等角度で保
持され、ロータの先端が相互に同一水平面内で回転し。

て各速度範囲で岬しい揚力を発生するものである、この
平向は各飛行速力で相違するであろうが、重要なことは
与えられた速力ですべての先端がＸ　一平面内で回転し
岬しい揚力を発生することである。

各員が違った速力において他の翼に対してどの程度変形
するかは知られておシ、過去においてこの種の変形は肉
眼で、或いは経験的Ｖｒ測測定れており、その結果は信
頼性に欠けるのみでなく評価に相当の時間を要していた
、 送受信機からの各ロータ翼の先端までの距離を例えば当
骸翼が回転路の特定点で測定する本発明は、驚ぐべき正
確な結果を生じることを示したが、この結果は受信信号
を計算器に入力後ごく短時間で計算器から得られるもの
である。

好ましい形式の送受信機は、相互間でわずかに違う周波
数を送信する、ごく近接した２送受信器會有し、反射信
号の位相差が反射した面の距離の尺度となる２重ドツプ
ラレーダ方式である。周波数音ｗｉｉ＊送波パルスを使
用する単一パルス形送受信機を使うこともできる。この
様な各方式においては、送受信機から翼の先端までの距
離の表示を生じ得るので、送受信機を適当な位置におく
と、測定した距離は平均平部からの翼の変形の尺度とし
て使用し得る。送受信１ｍは一般にこの平面から通常６
０度程度、相当に離しておくべきである、受信−射の検
出時Ｓｔ周期的な基準パルスと関係付けることによって
、回転軸の周シの水平面内での興の任意の角度的変形も
また決定することができる。

別の方法においては送信様はレーザその他の輻射平行ビ
ームでよく、この場合反射ビームは各ロータ翼の変形に
応じて変移し、例えば反射ビームが受信器列に肉うとす
ると、受信器列中の反射ビームを受信すゐ特定の受信器
が費形量に伴って皆化しこの餐形を示す信号を送出する
、この種の方式は、通常回転軸を中心とする相互運動が
視野内に無い尾部ａ−夕の場合に特別の価ｇＩｉを有す
る。

受信した情報を適当にプログラムした計３１Ｌ器に入力
することによって、試験を行つ九のち非常な短時間で測
定した蜜形量が得られ、事実、主ロータ翼先亀の替形を
測定するためヘリコプタ上に塔載された送受信機、尾部
ロータ真の肇形の測定用に尾部ブームに塔載したレーザ
ビーム送受信機および両方式からの信号を受信する機室
内の計算器を有すること、および飛行中に得られる各飛
行速力で行われた試験の完成結果を得ることが実ｗＩＫ
可能である。試験後ヘリコプタが着地すると整備員は直
ちに翼堆付に関する必要な調整を行うことができる、本
発明はこの種の装置とこれを使用する方法を含むもので
ある。

関連する発明は、上述の方法で得られた結果を表示する
方法であるが、この場合、本性は多翼へりコブタロータ
の個々の翼の肇形に応用されるもので、この関連発明に
よれば１翼または各員に対して回転サイクル中の肇形が
１種または各種の飛行速力に対してグラフ表示される。

％に、特定の速力の場合の全部の翼の平均り形位置を決
定することができ、表示はこの平均変形にグラフ的に関
連させ得る。

その他の可能性としては、所定の飛行速力に対する平均
変形に調して回転平面に直角な、および相互間の角度的
な方向的な全部の翼のｔ形を示すことである。

各種の速力のそれぞれＫおける翼の肇形を列状に示す各
翼に対する１纏を示す傾同図を表示することもでき、ま
た、この種の表示に対して、表示に沿ってそれぞれ離隔
し九全部の興に対して曲線を作ることも、一つの翼に対
して曲線を表示することも可能である。

回転毎のマーカーに対する所定の点を通過する個々のロ
ータ真の通過の時間的不規則性を検出するととＫよって
不良真向ダンパを検出し見わけることにより、その結果
を操縦者に表示することが可能で６６・従来・０ｔ′″
はど″程度０確実度にゝ　　１いても可能ではなかった
。

本発明は各種の方法で実施し得ようが、例示として１実
施例を添付図面を参照して説明する、ヘリコプタのロー
タは製造した時もその後も、ロータ翼が平面図で見た場
合等角度間隔で隔てられ、またロータ翼端がすべて回転
軸にす１ぼ垂直な同一平面内で動く様に常に平衡してい
ることが要求される。この平衡ｆ得るために翼の取付を
調整する方法は各員の不平負度が判明しておれは完全に
明らかとなるが、現在まで個々の翼の不平衡量を正１ｉ
ＩＶＣ検出する満足すぺ妻方法は発見されていない。

本発明によれば、２重ドツプラ送受信機が０１で示す様
に４ｍ！呈の開側に扉＠のすぐ下にその送信中心軸が約
３５度の角で上方に傾斜してロータが回転するとロータ
翼（２）の先端で遮断される様に取付けられている。第
２図は、送信機ａ◆の中心軸が、好ましい配置法におい
ては、上方に向けて傾斜しているのみならず内１１に回
かつても傾斜していることを示すが、略式平向図である
第４図によると、送信機の中心軸を中心とする錘形卿か
上回きの角度を有すると共にヘリコプタのｖＩｋ菫−翅
端軸と角度を作って方向ぎめされていることを示す。回
転翼の先端がドツプラ受信器に反射信号を与え得る限り
、正確な位置は問題ではない。その他の可能な配列を＄
　４＃ＡＫ　（１１’）で示す。ロータ翼の先端は良好
な反射信号を得るためにこれに固着された小金属反射面
を有する、 第１図はロータが一転していない時、ａ−夕翼（至）が
たれ下っている状況を示すが、ロータが回転を始めると
、翼は持上って外側に水平に伸びる傾向を示し、ヘリコ
プタを浮上させ始めると第５和Ｉ／Ｃｏ４で略示する４
ＩＫ上向円錐状になる、１８５図はロータ軸を含む垂直
面内の略図であシ、送受信機αυを有する。ロータが停
止状態のときおよびこれが最大揚力を出している時にそ
れぞれ翼がその面内で取る極限位置管「Ｓ」およびｒＬ
Ｊで示すが、第５＠はハブ的を通る水平面以下にある送
受信器の移動のためｒ８Ｊと「Ｌ」との間の翼端の移動
が送受信ｌＩから翼端への距離（Ｒｇ）’ｔた１ｊ（Ｒ
Ｌ）’に相当な差異が生じる様子を示す、送受信器は［
イントロダクション　トウ　レーダ　システムズＪ（Ｉ
ｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｒａｄａｒ　Ｓｙａｔ
ｅｍｓｌ第１０６頁にスコルニク（８ｋｏｌｎｉｋ　＋
が記載している種類の多周波数搬送波レーダ方式を使用
しているが、これによれば第３図に（財）および四で示
す２送受信機が連続的に周波数（ｆｌ）および（ｆｌ）
の電波を送信する。翼端から受信器への反射信号は（ｆ
１＋ｆｄｌ）および（ｆｓ＋ｆｄ鵞）であるが、ｆｄｌ
およびｆｄ、は送受信器に向っての翼端の速度成分から
鋳導されるドツプラ周波数成分である。反射信号間の位
相差は送受信機からの翼端の距離の直接の尺度であり、
従って軌跡外状態のｔｌは直接な尺度となる。各翼端は
各受信器に反射信号を与えるのでロータ回転毎に６対の
反射信号があること、第６図に勾で一般的に示す通）で
ある。

今、周波数（ｆｌ）と（ｈ）の差が（ｆ凰）Ｋ比較して
非常に小さいとすると、（ｆｄ、）は（ｆｄ茸）Ｋ勢し
いと考えることができ、商方／アが翼端の距離に正比例
するが、ここで方は第６図に示す様に反射信号間の位相
差であり、Ｔは２信号間の周波数差で、共に時間の巣位
で表示される。

定法は、驚異的に正確であることが判明し、受信信号の
解析から、送受信機からの錘体（至）が遭遇する回転位
置での全ロータ翼端の平均回転向からの各翼端の上また
は下への蜜移量を非常に正確に知ることができる。

更に、ＩＩ！６図を精査すると、解析によって各員が水
平に等角度間隔で位置しているが、或いは１つの翼とこ
れに先行する翼の間の間隔が、その翼と後続する翼との
間の間隔よシ多いか少いかが明白になる橡ＫＩＩ射の反
射バーストの中心が基準繰返しパルス（２）と関連付は
得ることを示している。

いつ九んこの情報が得られれば、任意の軌跡外状園ある
いは前進後退エラーを補正するために翼の取付を如何に
調節すべきかは充分に明確となる。

翼の作用は各種のロータ速力ないし飛行速力において＠
轟に皆化するので、ロータが着地状態で（ロ）転′する
とき、およびへりコックが浮揚ないし各　　　１樵の速
度で飛行中に行った試験結果を記録するために、本発明
はヘリコプタ上に電子記録及計算装置を乗せることを企
図している。

記録装置中の計算機は容易に読取可能の要領で情報を表
示する橡にプログラムすることができる。

例えば、第７図はそれぞれ１００ノツト、１２０ノツト
および１４０ノツトの速力における特殊な４翼形ヘリコ
プタに対してのＶＤＵ表示を示す。

（財）で示す水平な直線はロータ翼端が送信錘体を横切
るロータ翼端の平均高さとして計算されたもので、各翼
端の高さはこの平均値に対して表示されている。縦坐標
は（２）で示す様にインチで目盛ってあ）４個の翼の番
号を（２）で示している。１２０ノツトの時の表示はこ
の速力ではＩＩ２翼が高いことを示し、一方１００ノッ
トではこれが低くなっている。第７図の表示ではすべて
の翼が角度的に正１１に位置しているが、　纂８１ＶＫ
示す６０ノツトでの別の表示では、第２翼は角度的に正
確に位置してはいるが纂１および第４翼はその正規角位
置から進んでおり、一方Ｊｌｌ！３翼は遅れていること
が見られる。この表示を見た整備員は翼の取付に適切か
調整を容易に行うことができる。

計算機は壇九、４重金部の翼の各種速力での結果を集め
てｌｌ９ｍ！！ｌに示す総合表示としてこれらを表示す
る橡にプログ２ムすることもできる。４本の翼のそれぞ
れに対して試験速力のそれぞれに対する読取を各種直線
に沿って、線上にあるか線のｍ個を九は他側にあるかを
翼端が対応する試験中に平均レベルにあるかこのレベル
の上ま九は下にあるかに応じて表示する。例えば第９図
はＩ！１翼が浮揚特低位置にあるが、飛行速力が１２０
ないし１４０ノツトの範囲で確実に平均レベルのすぐ下
になる壕で、速力が増加するのに伴って平均レベルＫ１
１ｉＪつて上昇してゆくことを示す。

１ＩＫ１０図は特定の翼（この場合第４翼であるが）の
１１９図に対応する表示であるが、ただ１つの翼に対す
る「傾向」−線を示しているので、−に示す様に縦軸を
皆形のインチ数で目盛ることが可能である。

試験中にロータは多数の回転があるので、各回転毎の読
取が記録、蓄積されて、平均読取が集められる。

各種のヘリコプタ設計の数々に対して回転物体の複合特
徴を明らかにしてそのヘリコプタ設計の特徴を得るため
に試験を行うことが可能である。

即ち、成るヘリコプタ設計に対する特定の対９気速力で
の固有の特徴的振動の表示Ｉｒｉ第１１図にだす様なも
のである。この特性は記録し、特定のヘリコプタで行っ
た測定の表示に先立って計算機に入力することもでき、
次いでその％足のヘリコプタで実際に測定した振動を第
１２図に示す様に表示することもできる、例えに−の様
Ｋ１１ｌ！Ｉみプログラミングを行うことによって各部
品の計算上の振動最大許容振幅を示して測定特性を見て
いる使用者に直ちＫこの様に明示されている或いは明示
されていないロータその他の部品が満足すべきであるか
否かを直ちに判断可能と、することも可能である１例え
ば四での振動尖頭値は囲み弼の上迄伸びており、これは
受入不可であるが、−刃尖＊　１１０１）はその囲み（
ハ）以上には伸びていす、主ロータ真に対する振動振幅
が受入可能レベルにあることを示している。

ヘリコプタの尾部ロータの平衡を得ることを可能にする
ために、１種壕九はそれ以上の飛行速力で試験を行って
翼端ｏｖｉｔ転平均面に対する各員の変形を一定するこ
とが必畳である。１１１３図に、２本の翼（１１１）を
有するものとしてロータを示しているが、殆んどのヘリ
コプタ尾部ロータに共通して、翼は回転軸（１１２）の
Ｉｉｌシの移動自由度は々いので、ロータの生じ得る軌
跡外れは尾部ブーム（１１３）への戚−はこれからはな
れる翼端の変形としてのみ表示し得る。

本発明によればロータの回転中の翼端変形はレーザビー
ムと感光ダイオード列によって測定される。これらはブ
ームの上に取付けられたライトボックス（１１４）中に
収納されておシ、レーザダイオード（１１６）からのレ
ーザビーム（１１５）は翼の回転につれてＷＬｌ　４１
１Ｋ　（１１７）で略示する様に翼で遮断される。各員
（１１１）はその端部近くに反射ストリップ（１１８）
を有するが、これは貼付アルミニウム箔でも、例えは反
射性ガラスピーズのある領域でもよい。領域（１１Ｂ）
から反射された光はライトボックス内に取付けられた感
光ダイオード列（１１９）の１つに入射するが、このダ
イオード列は２本の矢印（１２１）で定まる範囲内に延
在している。

非質形ロータ翼（１１１）　、即ち正常な理−的平山内
にあるものを第１４図に実線で示しているが、反射レー
ザビーム（１２２）がダイオード列の中心にある感光ダ
イオードに入射していることが見られ得る。

一方において、翼がブーム（１１３）の方に距離ｒｄＪ
丈け！形して（１１１’）で鎖線で示す様になったとす
ると、反射レーザビーム（１２３）はダイオード列（１
１９）の一端に近い感光ダイオードに受光されよう。こ
れは単に反射ａ　（１２４）が非費形翼（１１１）に対
する反射点（１２５）よりもライトホックスの近くにあ
ること、或いは変形ｒｄＪがノ・ブ軸（１１２）を中心
とする角度的変形で、そのため反射面（１１８）の平面
が非変形翼の平面に対して角度を有するためでもあり得
る。

第１４図の実施例において、若干の数値例を示す。ロー
タ翼端はノ・ブ軸（１１２）から半径１８５国の所にあ
シ、非肇形翼向はライトボックス（１１４）の表面から
３００個の距離にあり、ブーム＋１１３）０１１面から
おそら（１０ｍ＋の所にある。経験されるであろう変形
量は壕ず３ないし４ｃｔａ以上ではないが、光学装置の
配列は、反射ビーム（１２２）ｔたは（１２３）を受光
するダイオード列（１１９）中の特定ＯＷ＆党ダイオー
ドが真の質形量の正確な表示を生じ得る様な畳領である
べきである。

各ロータの回転を定めるための基準信号として作用する
ために信号をロータ上の黒色被覆その他の反射面からの
反射で得ることができ、従って感光ダイオードからの出
力をこれらの基準信号に相関させ得、信号を生じる翼の
同定を行い得る、加速度針（１２７）ｔハブ軸受に取付
け、それｔｌらの出力を回転基木馬波数以上および以下
の成分を除去のためｖ波し九のち、黒色被覆その他の基
準向からの周期性パルス信号に相関させ得る基本正弦波
を作るＯＫ使用し畳、次いで正弦波頂点と墨色被覆信号
間の位相角のチェックによって公知の方法で尾部ロータ
の動的不平衡度の表示を作υ得る。

尾部ロータの不平衡度を測定するこの装置は、第１図な
いし第６図の１艶である装置と組合わせて使用して主へ
りコブタロータの不平衡の測定および結果を観察可能に
表示するのに使用し得る、上述し喪計算機は従ってライ
トボックス（１１４）および加速度針（１２７）から入
力を受取り得る。

本発明はロータ上の翼端の蜜形の測定に応用されるもの
として説明してきたが、任意の回転物体の各点の肇形の
測定に応用可能のことは云う着でも危い。例えば信号は
プロペラ、ファン或いは回転中のタービン回転子から受
取り得、ま九、旋転して臨界速力費形をしている回転シ
ャフトにそった位置からも得ることが可能とされる。

再言すると、本発明は、反射を生じる部品の距離を示す
位相差信号を得る二重ドンブラ法を使用するものとして
第３図および第６図について説明してき九が、各パルス
中で８ｒｉｊ数がパルスの初まりから終抄にかけてｔａ
され、振幅も同様蒙満されているパルス化周波数肇調搬
送波信号を使用することも可靜であろう。反射パルスか
らパルスの禎めおよび終シで選定された信号を使用する
ことＫよシ、同様に距離を定め得る。

【図面の簡単な説明】

ＷＬ１図は本発明による軌跡及び不平衡検出器を取付け
たヘリコプタロータ図、第２図は第１図に対応する平面
図、ｍＳ図、纂４図および第５図は軌跡および不平衡検
出器の動作の説明に有用な図、第６図は本方式に使用さ
れた信号特性、ｌ！７図ないし１１１２ｆＥ］は試験に
よって決定された軌跡及び不平衡情報の各種の表示、＄
１３図は尾部ロータを示すヘリコプタの尾部の立面図、
また、第１４図は第１３ＷＪの矢印Ｉの方向から見た図
である。 １１・・・送費信機、１２・・・ヘリコプタ扉、１３゜
１１１・・・ヘリコプタロータ、翼、１４・・・送信輻
射ビーム、１８．１９・・・２重送受信機、１１３・・
・尾部プーム、１１４・・・ライトボックス、１１５・
・・レーずビーム、１１６・・・レーザダイオード、１
１８　　　ｌ・・・ビーム反射部分、（反射ストリップ
）　１１９・・検出器列、ダイオード列、１２２．１２
３・・・し第５ｇ 第６図 第７図 速力　　＋００　　　　へソト 第１２閂

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　回転中のヘリコプタロー夕またはこれに類似
   の物体の一部（至）の蜜形の検出方法において、送信さ
   れ九輻射ビームα◆が物体の回転によって順次その部分
   に向けられ、一体からの反射後に受信された輻射はその
   距離、従ってその垂直位置を決定するのに使用されるこ
   とを特徴とする回転物体の一部のｔ形の検出方法。 （２）拡が如輻射形の送受信機Ｃ１１ｌを使用し、反射
   した輻射の位相特性が皺反射を起した部分の距離を決定
   するのに使用される特許請求の範囲第１寝に記載の方法
   。 （３）２重送受信機（１８，１９）が使用され、各送受
   信機は別の周波数（ｆｔ、ｆｔ）で動作し、前記周波数
   はその周波数自体に比較して小周波数Ｉで相互間が肇位
   している％許請求の範囲第２項に記載の方法。 （４）局波数蜜調書送波パルス輻射を送信する単一送受
   信機を使用する特許請求の範囲第２項に記載の方法。 （５）　　レーザ（ロ）からの輻射平行線ビームを使い
   、反射ビーム（１２２，１２３）の位置がこの反射を生
   じた部分の距離を決定するのに使用される特許請求の範
   ＠ｌ第１項に記載の方法。 （６）検出器列（１１ｍ）を使用し、反射ビームを受信
   した列中の特定の検出−が反射ビームの位置を表示し、
   従ってビームを反射した部分（１１８）の替形を表示す
   る特許請求の範ｓｒｓ項に記載の方法。 （７）違った速力で試験が行われ、違った速力で行つ良
   試験の結果が記録される前出特許請求の範囲の任意１項
   に記載の方法。 （８）　　輻射の送、受信は真回転の通常面から離れ九
   位置にある前出特許請求の範囲各項中の任意１項に記載
   の方法。 （９）回転部から離れた位置からロータ先端へ向けた輻
   射ビームα４Ｊ＠送受信機αやと、受信輻射の配録と、
   受信鵬射から鱒導され＋ｒ形を計算シよび表示する装置
   とを有する回転中のヘリコプタロータ或いはこれに類似
   の物体の一部（２）の変形の検出を行うための装置。 （２）　１翼または各員に対し回転基準面からの変形が
   １種または複数種の回転速度に対してグラフ表示される
   、回転に伴って回転中のヘリコプタロータ或いは類似の
   物体の各ｊｌ！（２）から反射され九幅射から誘導され
   た情報から作られた計算結果を表示する方法。 （ロ）特定Ｑｏ−タ速度での全部の翼の変形が同時に表
   示される特許請求の範囲ｌ！１０項に記載の方法。 （２）　１個またはすべての翼に対して数Ｓ類の相違し
   たロータ速力での変形が同時にグラフ表示される％計請
   求の範囲第１０項または第１１項に記載の方法。 （２）　ロータ興瞑論からの輻射の受信器と、輻射を受
   信しこれから翼の不規則性に関する情報を導出する計算
   器と、導出された情報をグラフ状に表示する様に配列さ
   れた表示ａｍとを含む回転中のへする装置。