JPH01257663A - 航洋乗物 - 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、一般に、水中翼とホバークラフトの原理を組
合わせた有人または無人操縦式高性能航洋乗物に関する
。

本凡豆夏鷹Ｉ この明細書に記載の乗物は、既知の設計になる乗物とは
相違するので、この明細書ではｒ　ｈｙｄｒｏｆｏｉｌ
Ｊ　（水中翼）という語とｒｗｉｎｇ　ｉｎｇｒｏｕｎ
ｄ　ｅｆｆｅｃｔ　　（地面効果を受ける翼）　ＷＩＧ
という語とを組合わせて、ｒＷｉｇｆｏｉｌ　Ｊ　　（
ウィグフォイル）という語を使用する。

本発明の乗物は、木屑的に水面に極めて接近して飛ぶと
いう飛行乗物であるから、空気力学的揚力／抗力比の点
で極めて高い輸送効率を得るものである。しかし、この
乗物は常時水面下に位置する翼型部材を含む水中翼の原
理を用いる。完全に水に浸った水中翼は、その翼型部材
の水没深さを制御することが必要であり、したがって、
水面上の乗物の高さを効率よく制御しなければならない
、この特性は、水面上の高さが本盾的な因子であるＷＩ
Ｇの性質と極めてよく適合する。

これについての提案された組合わせによる利点の１つは
、下記の理由による、高速時における水中翼と比べての
高い輸送効率である。現在、全没水中翼は「超空洞現象
」型として知られている翼型を使用している。これらの
翼型は揚／抗比の点で効率が良いと考えられているが、
キャビテーション（空洞現象）の発生とこれに附随する
抵抗増加の理由から、速度は４０〜４５　Ｋｔに制限さ
れている。他の部分は超空洞現象機能型または給気式翼
型として知られる高速度で使用することを目的として開
発されている。特性的には、準空洞現象機能型の翼型よ
りも効率は低い、これに反し、地面効果を受けながら飛
行している空気力学的揚力表面（翼）は、極めて高い揚
／抗比な得る。よって、これらの２つの浮揚システムの
組合わせは水中翼のみの場合よりも優れた揚／抗比なも
つであろう。

ＷＩＧのみの場合に比べてＷＩＧＦＯＩＬの他の有利な
概念は、つぎのとおりであり、地面効果を受けている翼
をもつ乗物は平水面上では優れた性能をあられす、ひと
たび水が可成り波立ってくると、問題が起ってくる。乗
物は一層高く飛行しなけばならないから、その効率を下
げる。不注意の引起し後の降下も困難である。　ＷＩＧ
ＦＯＩＬはその翼型システムのゆえに、水面近くを一層
安全に飛行することができる。とくに大波の場合、実際
の海面形状に従わせることができる。これは水中翼用語
において「カウンタリング」として知られている。また
、低視界の場合、翼型を介して常時、水と物理的に接触
しているので安全である。最後に、船殼／翼が不注意に
水と接触した場合に、ＷＩＧＦＯＩＬは、水中翼船殼と
水との接触の場合のように良好な対応が得られ、一方、
ＷＩＧ乗物のみでは、飛行機が水面と接触した場合のよ
うになって、重大事故につながるのが普通である。

全没式水中翼型は、持上りおよび横揺れモードにおける
自己安定性の欠除を特徴とするが、地面効果を受ける翼
は、地面（または水面）近くの高さに対する揚力の傾斜
が大きいのでこれらの安定性を有する。よって、迅速な
自動的制御の必要性が部分的に緩和される。

ＷＩＧのみの場合に比べてすぐれている他の点は、はぼ
同じサイズの乗物に関して、有効搭載量が一層大きいこ
とである。この理由は得られる空気力学的揚力は翼面積
に密接に関連し、ひいては乗物のサイズに密接に関連す
るが、一方、水力学的揚力は水中翼面積に因らずにこれ
らは極めて僅かであり、乗物の金子面形面積を著しく変
更せずに多くの揚力が付加される。

さらに詳しく言えば、本発明はつぎの航洋乗物を提供し
、該乗物は、 主中央胴体と、 前詰中央胴体に固定されかつ該中央胴体から両側に向っ
て概ね水平に張出した２つの翼と、前記中央胴体から遠
い方の６翼の部分に固定されかつ駆動力を受けていない
ときはこの乗物を浮かしてその重量を支持するための双
胴型船殼と、６翼は前縁部および後縁部を有しかつ後縁
部は、この乗物が駆動力を受けているときは一般に前縁
部より水面に近く位置し、それによりこれらの翼が揚力
を発生する地面効果を受けている翼となり、 各船殼に固定されかつ該船殼から下方へ延びる水中翼お
よび前記胴体に固定されかつ該胴体から下方に延びる第
３の水中翼と、 この乗物を推進する装置とを含む・ 剛固に示された本発明の２つの実施例について、以下に
本発明を説明し、なお各図を通して類似部分には同一参
照数字が付記されている。

夫皿鮭ｑ１阻ｆ註用 第１図〜第４図に示されるように、乗物ｌＯは中央船室
または胴体１６から各双胴型船殼１８まで外方へ延びる
２つの弯曲した翼面１２および１４を含む。

翼１２および１４の後縁部２０は、第１図および第３図
から明らかなよう前進角をもって延びる。第２図および
第４図からとくに明らかなように、この形態は翼１２お
よび１４の下側に空所を形成し、この空所は飛行方向に
は開口しているが反飛行方向には比較的閉じられている
。この形態をもつことによって、空気は飛行する乗物の
下側に滞留することになり押込み圧力が揚力を付加させ
る。空気力学的に、この効果はよく知られかつ従来でも
ＷＩＧ型乗物に利用されている。

本発明に係るこの乗物の空気力学的部分は、横風成分に
対して、実盾的に中立の、横（上反角）安定性と方向（
風見）安定性をもつことを目的とする。これらの安定性
の第１のものは、翼の前縁部の後退角とその上反角との
間の釣合い状態によって達成され、一方、第２のものは
垂直安定板をもたないことによって達成される。この理
由は、一方において十分な方向および横安定性とコンピ
ュータ制御式翼型システムからの制御が存在し、他方に
おいて、もし危険でないにしても擾乱を起こすおそれの
ある種々の方向からの突風に反応しないように空気力学
的部分を構成することが望まれているからである。

乗物１０が静止状態にあるときは、２つの双胴船殼１Ｂ
と、（場合により）翼の後縁部の最後方点−ヒで浮く、
この最後方点を２２で示す、この乗物の重心は、上述の
支点で形成された三角形内に適切に位置する。浮汗姿勢
では、翼は頭下げ縦揺れの頌向をもち、乗物が強い正面
からの突風を受けて転倒しないことを保証する。

双胴型船殼１８はそれぞれ、飛行機の翼端タンクと類似
した燃料タンクを有している。各船殼は、高速での、と
くに無人操縦時の波形への追従ができるというこの乗物
への要求を基にした特別の内部構造をもつ。一般に、波
頭部分は波の谷部分よりも大きい曲率なもち、この理由
から乗物は、急速の連続（正負のｒｇＪの値の）時の正
の加速値を随伴させる相対的に高い負の垂直加速度を受
けなければならない。

正負の航空機用の構造に用いられる典型的な燃料タンク
は、燃料にポンプを浸漬させないので、本発明において
中断を起こさずに燃料を供給するのには十分ではない１
本発明の概念として、第５図に示されるように、燃料は
常時、可撓性袋型の容器２４内に収容されている。こ０
可撓性袋体は、上方部分２５と下方部分２６とから造ら
れ、これらの画部分は、幾胴型船殼１８をその側部な攬
って延びる内向きに突出するフランジ２８の上方および
下方に固定されている。船殼１８の内側面、どくに上面
と底面は通常のマツトレスの装着要領で、ばね組３２を
用いて支持されたライニング３０で覆われている。ライ
ニング３０の機能は、袋体２４を緩衝して船殼１８との
固い接触から袋体を保護することである。船殼は、その
上方の後側部に設けられた取入部３４から引入れられた
空気によって内圧が与えられており、この取入部３４は
海水の進入を最小にするように位置づけられている。他
の装置はすべて、それらも水との接触が少ない船殼の後
部に配設されている。燃料ポンプ３６は袋体２４の後端
に配設され、ここにおいて船殼ｌＢの剛性部分に取りつ
けられている。燃料流量および燃料圧力センサ４２が燃
料圧カライン３８に配置されている。燃料圧力の読取値
は船殼与圧コンピュータによって使用され、このコンピ
ュータは燃料圧力読取値が成る規定の最低レベル以下に
低下しないために袋体に十分な空気圧力を発生させるよ
うに空気圧縮機を操作する。何等かの理由で燃料圧力が
高過ぎる場合には、コンピュータは船殼圧力逃し弁を一
時的に開くように指示する。

この乗物が高い値の垂直加速度運動を行うと、燃料盾量
は袋体２４とともに船殼１８内で上昇下降運動を行う。

船殼内の圧縮空気はこれらの運動に対して緩衝効果を提
供する。圧力は一方の側では極めて高くなりかつ他方の
側では極めて低くなるので、船殼の上部と底部との間に
圧力均衝弁が船殼まわりの種々の個所に配設されて、ひ
とたび成る圧力差が生じると両側間で空気を流動させる
。これらの弁はまた、空気圧縮機が上方の半部内にのみ
排出するので必要である。

燃料充填ライン（不図示）はポンプ３６の位置に近く袋
体に入り、かつこのラインは密封接続部、燃料を充填方
向のみに流動させる一方弁、および燃料流量変換器から
成る。

この形式の燃料タンクにおいて、燃料量測定用の機械的
形式の装置は実施できないので、燃料の使用可能量は燃
料量コンピュータ内の電子手段によってのみ決定される
。充填段階および運転段階での燃料量読取値は使用量を
与久るために積算および減算される。タンク内には成る
量の最小燃料が存在し、これ以下の燃料ではこの袋体の
形状から保証できず、燃料はポンプに達しない。

つぎに第６図において、第１図に示された前方の伸長可
能な支柱４４をとおる部分垂直断面が示されている。第
６図において、支柱４４は回転可能に取りつけられた板
４６の下方に装着され、かつ液圧式舵作動器４８、およ
び一対のトルクアーム５０を含む、６対のトルクアーム
は板４６に５２において枢着されかつ下方アームの一端
に５４において枢着された他端をもつ上方アームを含む
、下方アームの他端は５６において伸長可能な支柱５８
に枢着されている。この伸長可能な支柱は支柱液圧作動
器６０を具備し、該作動器内には作動器６０から上方へ
かつ軸方向に延びるピストンロッド６４に取りつけられ
たピストン６２が滑動可能に配置されている。ピストン
ロッド６４は板４６の頂部に取りつけられている。

第６図には乗物の表皮部材６７が示され、この部材は空
気力学的整形部材７０と合体するように下向きに先細る
ハウジング６８を形成し、この整形部材は海水シールド
部材にもなる。支柱５８はその下端に翼型７２をもち、
この翼型は超空洞現象型、または、給気型のような別の
高速技術分野における翼型を用いることができる。

上記の構造は、乗物の集中飛行制御システムからの指示
にもとすいて、支柱の長さを変更できることが考えられ
る。この能力は前方支柱に関してのみ記述したが、３つ
以上のすべての支柱にこの能力を持たせることができる
と考えられる。

さらに、この構造は航空機の降着装置に一般に使用され
ている緩衝支柱と混同すべきではない。

この伸長可能な支柱５８は、衝撃緩衝機能を提供するも
のではなく、飛行制御システムによって定められた速度
で速やかにその長さを正確に変更することを意味する。

この概念の理由および利点はっぎのとおりである。

ａ〕　静檀で平ｊ旦な水面上を飛行するときは翼型はで
きる限り表面に接近されて翼型に向って該表面から受け
る空気の進入を最小限に押えることが望ましい、これは
支柱の抵抗を最小限にすることで重要である。また、翼
は高い揚／抗比を得るためにできる限り表面に接近して
飛行すべきである。これら２つの要求事項は、静穏海面
において支柱は短かくなければんらないことを示す。こ
のことは正に、乗物が水中翼およびＷＩＧ飛行機として
実用する際に旋回を行うために乗物を横揺れさせる必要
をなくす、ゆえに、傾斜旋回を実施するために、ＷＩＧ
は支柱を延ばすことによって水面から持上げられる。

ｂ）海が波立つときは、翼型な幾分海中に下げることが
全没型水中翼乗物運転者の実施方法であり、この方法は
翼型な水から不注意に水から離脱しないように維持する
。この現象は、ブローチング（海面離脱）として知られ
、揚力の損失および船殼と水との可能な接触を起すから
望ましくない、正規の水中翼型乗物において、翼型の降
下は水面上のキール高さを犠牲にして行われる。この場
合、支柱は通常短かいので、支柱を伸長することによっ
て実施され、この方法は乗物が波頭の上方にある状態で
翼型な一石深く走行させる０乗物の重心はこの飛行モー
トにおいて真直ぐな、平らな線に近い１つの経路に従い
、これは「ブラットフォーミング」という水中翼技術分
野での用語で知られている。

Ｃ）　ひとたび波がブラットフォーミングの実施に対し
ては高すぎれば、水中翼型乗物を、海の姿に従うように
指令する飛行制御システムの別の運転モートに切換える
のが水中翼型乗物における実施方法である。このモード
は「コンタ−リング」として知られている。　　ＷＩＧ
航空機は、そのような状態において水面から押し離され
て一層高く飛行され、または全く飛行されない。支柱伸
長型ＷＩＧＦＯＩＬは別の運転モードが実施できる。翼
型は一定の規定水没深さを保つことによって波形に従う
ように通常「コンタ−リング」モードに制御される。こ
の乗物は波形に従って高速で飛行されるように意図して
いるので、正、負の垂直加速度は、乗客が耐えられるた
めには不可能ではないにしても困難になる。ゆえに、支
柱の長さは、これらの加速度に抗するような方法で操作
される。

ＷＩＧＦＯＩＬは負のｒｇＪを実施しながら波頭に従う
ので、支柱は伸長され、それにより瞬間的に乗物を持上
げかつ人為的正のｒｇＪ成分を加える。波の谷部分にお
いて、支柱は短縮するように指令され、それにより人為
的負ｒｇＪ成分を付加する。

飛行制御システムによって監視された「エレベータ効果
」は乗心地を改善しかっこの乗物の運転範囲を有効に延
ばす。

ｄ）　上述の諸モードを組合わせた混合運転モードもま
た利用できる。

舵作動器４８を用いることによって伸長可能な支柱５８
は、制限範囲まで横方向に旋回、それによって、水中を
走行している支柱の部分において舵効果を与える。これ
は水中翼型乗物の設計において許される実施方法であり
、その−例はボーイング（Ｂｏｅｉｎｇ）　ＪＥＴＦＯ
ＩＬである。

この乗物の推進は、空気プロペラ、水中または水面旋回
プロペラ、または水噴射推進システムによることができ
る。

第８図に示された実施例において、この乗物の推進装置
は、２つの空気プロペラ８１を含む、その他の点では、
第８図に示された乗物の基本設計は、第１図に示された
乗物と極めて類似している。第８図の実施例は窓８３に
にって示されたように長い乗客室をもつ。

五木役肚亘皇杢 設計問題に成る洞察を加えるために、作用する力に関す
る簡単な数学模型を用いよう。

ここに、乗物は定常速度で巡航しかつすべての力とモー
メントは第７図に示されるようにすべて釣合い状態にあ
るものとする。

図において、 Ｌ＝揚力 Ｗ＝總型重 量＝エンジン推力 Ｄ＝抗力 ■＝速度 添字　Ａ＝＝気力学的因子 Ｈ：水力学的因子であられすと、力を綜合すればつぎの
とおりであり、 Ｌ　、、、−ＬＡ＋　ＬＭ＝Ｗ Ｄ＋ｍａｌ＝Ｄえ＋ＤＨ雪Ｔ ここに、水力学的項には前方および後方の翼型な含む、
簡単化のために、１つの代表的翼型から成るものとして
その水中部分について考察を進めると、つぎのように書
ける。

Ｌｊｏｌａｌ　”：ｉ’ｐＡＶ２ＳＡＣＬｔｏｔａｌ　
”ＴｐＡｖ２ＳＡｃＬＡ”１ｐＨ■２Ｓ）（Ｃ’Ｌ）（ ここに、ＦＡ、　ｆＨはそれぞれ空気および水の密度、
ＳＡ、　ｓ６はそれぞれ空気翼型および水中翼型の基準
面積、 ＣＬ　　は揚力係数である。

よって、全揚力係数は、 上式は・ＣＬ４ｏｊａｌ　”　ＣＬＡ　＋Ａ′ＣＬＨと
なる。

いま、空気力学的揚力および水力学的揚力がともに放物
線形の揚抗極線をもつと仮定すれば、ＣＤｌｌｌＣＤ０
＋ＫＣＬ２　　　から、ＣＤｔｏｔａｌ　−ＣＤｏｌｏ
ｌ！、　＋　ＫＡＣＬＡ２＋　Ａ’　ＫＨＣＬ）（２と
なり〜ココニ、ＣＤ０ＩＯ（ａＨ’　ＱＯＡ　”　”　
ＣＤＯＨつぎに、空気力学的に類推して全空気力学的効
率Ｅ　ｔｏｔａｌを求めればつぎのとおりになる。

さらに、所与の設計に対し上記の全空気力学的効率を最
大にすることを望むならば、水力学的揚力係数を、 としなければならず、その結果、空気力学的揚力水力学
的および空気力学的揚力発生面の比Ｓ１．ｌ／Ｓ＾を基
本的にあられす因子λに関して、設計上の観点からつぎ
の因子２を考慮しなければならない、すなわち、 もしＺ＜１、これは通常の場合であるが、であれば、Ａ
は他のすべての関連する制約事項を考慮して、できる限
り減少されなければならない、これは空気力学的面積を
増すか、または水力学的面積を減するか、あるいはその
両方を実施することによって達成できる。

照面を参照して本発明の一実施例について述べたが、本
発明の要旨から逸脱せずに種々の変更態様を実施できる
ことは当業者が理解できるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図：よ、本発明による乗物の一実施例の斜視ズ、 第２．３および４図は、第１図の乗物の前面、平面およ
びグリ面図、 第５図は、第１図の乗物の部分を構成する双胴型船殼お
よび燃料タンクをとおる縦断面図、第６図は、翼型を水
中に支持する前方伸長可能支柱をとおる垂直断面図、 第７図は、本発明の別の実施例の側面図で、基本設計に
おいて考慮される諸刃の表示、第８図は、本発明の他の
実施例の斜視図である。 １０・・・乗物　　　　　　　　１２．１４・・・翼面
１６・・・胴体　　　　　　　　１８・・・双胴型船殼
２０・・・後縁部　　　　　　　２２・・・後縁端２４
・・・セル　　　　　　　　２５・・・袋体上方部分２
６・・・袋体下方部分　　　　２８・・・フランジ３０
・・・ライニング　　　　　３２・・・ばね３４・・・
取入部　　　　　　　３６・・・燃料ポンプ３８・・・
燃料圧カライン　　　４０・・・空気圧縮機４２・・・
センサ　　　　　　　４４・・・前方支柱４６・・・取
付板　　　　　　　４８・・・舵作動器５０・・・トル
クアーム　　　　５２．５４．５６・・・枢支点５８・
・・支柱　　　　　　　　６０・・・支柱作動器６２・
・・ピストン　　　　　　６４・・・ピストンロッド６
７・・・乗物表皮部材　　　　６８・・・ハウジング７
０・・・整形部材　　　　　　７２・・・翼型８１・・
・空気プロペラ　　　　８３・・・窓特許出願人　　　
イエラダ　マノル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中央胴体と、 前記中央胴体に固定されかつ該中央胴体から両側に向っ
   て概ね水平に張出した２つの翼と、前記中央胴体から遠
   い方の各翼の部分に固定されかつ浮力を提供するための
   双胴型船殼と、各翼は前縁部および後縁部を有しかつ後
   縁部は、乗物が駆動力を受けた状態では一般に前縁部よ
   りも水面に近く位置し、 各船殼に固定されかつ該船殼から下方へ延びる水中翼お
   よび前記胴体に固定されかつ該胴体から下方へ延びる第
   ３の水中翼と、 この乗物を推進する装置とを含む航洋乗物。 ２、各船殼が燃料室を含む請求項１記載の航洋乗物。 ３、各翼の前縁部が、後退形状をもち、かつ各翼の後縁
   部が前進形状をもつ請求項１記載の航洋乗物。 ４、この乗物に対する各水中翼の垂直位置が調節可能で
   ある請求項１記載の航洋乗物。 ５、すべての水中翼が超空洞現象機能をもつ請求項１記
   載の航洋乗物。 ６、各船殼が、各燃料室を形成する袋体および前記袋体
   の上方および下方の衝撃吸収層を構成する手段を含む請
   求項２記載の航洋乗物。 ７、中央胴体に固定された水中翼が、他の２つの水中翼
   より前方に配設されかつ操向可能である請求項１記載の
   航洋乗物。 ８、中央胴体に固定された水中翼が、他の水中翼より前
   方に配設されかつ操向可能であり、各翼の前縁部が後退
   形状をもち、かつ各翼の後縁部が前進形状をもち、この
   乗物に対する各水中翼の垂直位置が調節可能であり、か
   つすべての水中翼が超空洞現象機能を有する請求項６記
   載の航洋乗物。