JPH05155385A - 航空機の可変尾翼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は水平尾翼を大型化することなしに重
心に対する尾翼荷重モーメントを増大でき、かつ、迎角
時、主翼後流に入った水平尾翼を後流上方へ脱出できる
よう、胴体に基部を枢支して前後に回動可能な垂直尾翼
の頂部に水平尾翼を取付けた、航空機の可変尾翼を提供
することを目的とする。 【構成】 本発明は胴体に基部を枢支され前後方向に回
動可能な垂直尾翼と、同垂直尾翼の頂部近傍に取付けら
れた水平尾翼とを具備してなることを特徴とする航空機
の可変尾翼を構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は航空機の可変尾翼、詳し
くは前後方向に回動する垂直尾翼に水平尾翼を取付けた
可変尾翼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、航空機の水平尾翼は、胴体又は垂
直尾翼に取付けられており、舵を取る為の角度は可変で
あるが、全体的に胴体に対して、上下、前後への移動は
できない。即ち、固定されている。垂直尾翼の胴体への
取付けも同様に固定されていて、胴体に対する前後の移
動又は回転はできない。

【０００３】図１３は従来の航空機の側面図で、重心１
０に働く下向きの力につり合うため、低速（亜音速）で
は主翼揚力は６の位置にあり、重心でのモーメントがつ
り合うよう水平尾翼が下向きの荷重８を生じている。高
速（超音速）になると空気力の中心は後方へ移動して７
の位置になる。重心１０まわりの主翼空気力が作るモー
メントが大きくなるので、これとつり合うための水平尾
翼荷重９は大きくなる。この下向きの力をも主翼揚力が
負担しなければならないので、更に主翼揚力も大きくな
る。荷重が大きくなるとこれに耐荷する為の構造も強く
せねばならず、重い機体になってしまう。

【０００４】図１４は従来の航空機の主翼の後流に水平
尾翼が入った図で、乱れた気流の中に入ってしまうた
め、水平尾翼の舵が効かなくなり、操縦不能になること
がある。このような状態にならぬよう、運動範囲を制限
する必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の航空機には
解決すべき次の課題があった。

【０００６】即ち、一般に航空機は、飛行速度により機
体に働く空気力、とりわけ主翼に働く空気力の中心が前
後に動く。機体構造はすべての飛行条件下での荷重に耐
えるように設計しなければならないが、通常尾翼荷重は
広い速度域のある点で最大となり、他の速度では比較的
小さい。従って、尾翼位置が機体に固定されている従来
の航空機は、ある速度では強度一杯で働いているが、他
の速度域では強度が余る状態となるという構造及び重量
の無駄の問題があった。

【０００７】本発明は、上記課題解決のため、尾翼の胴
体に対する位置を前後に可動にして、従来の航空機で尾
翼荷重が最大になる速度では尾翼位置を後方に移動さ
せ、機体重心からのアーム長さを増し、それによって重
心に対するモーメントを増して尾翼荷重を低減すること
ができると共に、乱れた主翼の後流から逃れ、舵が常に
効くように、水平尾翼の位置を後流に入らぬよう調整で
きる航空機の可変尾翼を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題の解決
手段として、胴体に基部を枢支され前後方向に回動可能
な垂直尾翼と、同垂直尾翼の頂部近傍に取付けられた水
平尾翼とを具備してなることを特徴とする航空機の可変
尾翼を提供しようとするものである。

【０００９】

【作用】本発明は上記のように構成されるので次の作用
をする。

【００１０】即ち、胴体に基部を枢支され、前後方向に
回動する垂直尾翼の頂部近傍に水平尾翼を取付けるた
め、主翼に働く空気力が後方に移動する超音速又は高亜
音速では、垂直尾翼を後方に回転させると、その頂部近
傍にある水平尾翼は機体本体に対し、後方へ移動し、機
体重心との距離が大きくなり、同重心に対し、小さな力
で大きなモーメントを発生させることができる。従っ
て、大きなモーメントが必要な時に、アーム長さを長く
とれるので、水平尾翼荷重を増大させる必要がない。

【００１１】また、機体が大きな迎え角をとった時、主
翼から乱れた気流が発生し、水平尾翼がこの中に入っ
て、舵が効かなくなった場合、垂直尾翼を前方に回転さ
せ、水平尾翼を乱れた気流の外に出して、舵の効きを回
復することができる。

【００１２】

【実施例】本発明の第１〜第４実施例を図１〜図１２に
より説明する。なお、各実施例とも先の実施例と同様の
構成部材には同符号を付し、説明を省略する。

【００１３】（第１実施例）第１実施例を図１〜図６に
より説明する。図１は第１実施例の側面図、図２は第１
実施例を後方より見た図、図３は図２のＡ部を側面から
見た詳細図、図４は図３のＣ−Ｃ矢視断面詳細図、図５
は図２のＢ部の拡大斜視図、図６は図５のＤ−Ｄ矢視断
面拡大図である。

【００１４】これらの図において、１は胴体４の尾部近
傍に基部を結合点３で枢支され、前後方向に回動可能な
垂直尾翼、２は垂直尾翼１の頂部に取付けられた水平尾
翼、３は垂直尾翼１の結合点、４は胴体、５は主翼、６
は低速時の空力中心、７は高速時の空力中心、９は水平
尾翼２に負荷される荷重、１０は航空機の重心、１１は
中央翼、１２は結合点３まわりに垂直尾翼１を回動させ
るためのアーム状の金具、１３は金具１２を介して垂直
尾翼１を回動させる駆動力を生じるためのアクチュエー
タ、１４は結合点３まわりに垂直尾翼１の枢支軸として
設けられた金具、１５は水平尾翼２を垂直尾翼１に取付
けるため、垂直尾翼１の頂部近傍にベアリング２０を介
して片持ち状に支持された回転軸金具、１６は回転軸金
具１５の軸芯をなす回転軸、１７は回転軸金具１５にア
ーム状に付設されて回転軸金具１５を回転（回動）させ
るための金具、１８は金具１７を介して水平尾翼２を回
転軸１６まわりに回動させるためのアクチュエータ、１
９は垂直尾翼１の頂部に水平尾翼２の支基として、従っ
て回転軸金具１５の支基として固設された金具、２０は
金具１９の左右端にそれぞれ嵌入され、回転軸金具１５
を回転可能に支持するベアリングである。なお、図１の
ア、イ、ウの文字は、垂直尾翼１と水平尾翼２の回動位
置を説明するため、便宜的に付した記号である。

【００１５】次に上記構成の作用について説明する。

【００１６】低速飛行時、主翼５に働く空力中心を６と
し、この時の垂直尾翼１の回転位置をイの位置とする。
また、この時の水平尾翼２の荷重を８とする。飛行速度
が高速になると、主翼５に働く空気力の中心は空力中心
７に移動するのが普通である。航空機の重心１０のまわ
りの回転モーメントがつりあうよう、水平尾翼２の空気
力は、位置がイのままであれば、荷重８の状態より大き
くなければならない。この水平尾翼荷重の増大を抑制す
るため、垂直尾翼１を回転させ、ウの位置に動かす。位
置イに比べると、水平尾翼２と重心１０の距離が長くな
っているので、相応して重心１０に対する荷重９のモー
メントが大きくなり、荷重９は荷重８から増さずにすま
せることができる。ア、イ、ウの各位置における水平尾
翼２の回動はアクチュエータ１８によって行なう。

【００１７】図２に示すように垂直尾翼１は胴体４の両
側にあり、この先端に水平尾翼２が左右各１枚取付てあ
る。第１実施例では、左右の垂直尾翼１の上部は中央翼
１１で左右の垂直尾翼１を結合し、門型ラーメン構造と
してあり、詳細Ａ部に垂直尾翼１を回転させる機構を搭
載したが、この構成に限定されるものではない。

【００１８】次に迎角をとって、主翼５の後流内に水平
尾翼２が入り、操舵不能に陥った場合は図１にアで示す
位置に垂直尾翼１を動かす。すると水平尾翼２は図の位
置にくるので主翼５の後流の上方に出ることとなって操
舵性を回復する。これについては各実施例を纏めて図１
１により詳しく後述する。

【００１９】（第２実施例）次に第２実施例を図７によ
り説明する。

【００２０】図７は第２実施例の水平尾翼近傍の斜視図
で、図において、２ａは左右一体の水平尾翼で、左右の
垂直尾翼１の頂端に、ほぼ水平な回転軸２１まわりに回
動可能に枢支されている。２２は回転軸２１より少し後
方で水平尾翼２ａに上下方向に連結されたアクチュエー
タで、それによって水平尾翼２ａを回動させる。その他
の構成及び作用等は第１実施例と同様である。

【００２１】（第３実施例）次に第３実施例を図８によ
り説明する。

【００２２】図８は第３実施例の水平尾翼近傍の斜視図
で、左右の垂直尾翼１の頂端には左右別々に水平尾翼２
ｂが回転軸２１まわりに回動可能に枢支され、それぞれ
アクチュエータ２２によって回動されるようになってい
る。その他の構成及び作用等は第１実施例と同様であ
る。水平尾翼２ｂ自身については左右独立に操舵できる
のでエルロンと併用することによってロール性能が高ま
るという利点がある。

【００２３】（第４実施例）次に第４実施例を図９、図
１０により説明する。

【００２４】図９は第４実施例の側面図、図１０は第４
実施例を後方から見た図である。

【００２５】第１〜第３実施例が垂直尾翼１を左右に有
する双垂直尾翼型であったのに対し、第４実施例は胴体
４の中央に垂直尾翼１を１個のみ備えた単垂直尾翼型で
ある以外は、たとえば第２実施例と基本的構成及び作用
は同様である。

【００２６】次に上記第１〜第４実施例の迎角時の作用
について図１１の側面図により代表的に第４実施例を用
いて説明する。

【００２７】図において、機体の迎角が大きくなり、主
翼５の失速流０１は、後流がイの位置の水平尾翼２にか
かり、操縦不能になっても、水平尾翼２をアの位置に移
動させる事により、水平尾翼２を後流の外に出し、操縦
能力を回復できる。

【００２８】図１２は第１〜第４実施例の垂直尾翼１及
び水平尾翼２〜２ｂの操作フローチャートを示した図で
ある。垂直尾翼１は、マッハ数と航空機の迎角で、回転
角（回動角）を制御し、水平尾翼２〜２ｂは垂直尾翼１
の回転角と操縦者による操縦舵角で制御する。

【００２９】以上の通り、第１〜第４実施例によれば、
胴体４に基部を枢支され前後方向に回動可能な垂直尾翼
１の頂部近傍に水平尾翼２〜２ｂを備えるので、高速飛
行時、大きな後下げモーメントを必要とする場合は垂直
尾翼１を後方に回動し、機体重心から水平尾翼２〜２ｂ
の距離を遠くすることによってモーメントを大きくする
ことができる。このため、従来であれば必要とした水平
尾翼２〜２ｂの大型化が不要となり、水平尾翼２〜２ｂ
自身を比較的小さくできるのみならず、水平尾翼大型化
に伴う下向き荷重を相補するための主翼大型化（揚力増
大化）も不要となり、航空機の高速化に比して高強度及
び大重量を必要としないという利点がある。

【００３０】また、大きな迎角時、主翼後流に水平尾翼
２〜２ｂが入って操縦不能に陥った場合、垂直尾翼１を
前方に回動し、水平尾翼２〜２ｂを主翼後流の上方に出
すことによって、容易に操縦性を回復できるという利点
がある。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので次
の効果を有する。

【００３２】即ち、本発明によれば、機速に比し、水平
尾翼荷重を小さくできる。水平尾翼荷重を低減できれ
ば、水平尾翼を取付けている胴体荷重も減少する。更
に、水平尾翼は通常下向きであるので、主翼はこの分の
揚力を発生させねばならないが、水平尾翼荷重が減少す
ることにより、主翼荷重も減少する。従って、これに耐
える構造を軽くできる。軽量な機体は高性能であり、か
つ燃料消費が減少する等の経済性を向上する。

【００３３】また、本発明によれば水平尾翼の前後位置
を変更できる。水平尾翼位置が可変である事は、高迎角
での引起し時に主翼の後流に水平尾翼又は垂直尾翼が入
り、操縦困難となる場合にも、尾翼位置を変えて主翼後
流に入るのを防ぐことができ、失速防止、又は失速から
の回復が可能となり、安全性を高められると共に、運用
範囲を広めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の側面図、

【図２】第１実施例を後方から見た図、

【図３】図２のＡ部を側面から見た詳細図、

【図４】図３のＣ−Ｃ矢視断面図、

【図５】図２のＢ部の拡大斜視図、

【図６】図５のＤ−Ｄ矢視断面拡大図、

【図７】本発明の第２実施例の水平尾翼近傍の斜視図、

【図８】本発明の第３実施例の水平尾翼近傍の斜視図、

【図９】本発明の第４実施例の側面図、

【図１０】第４実施例を後方から見た図、

【図１１】第４実施例で代表的に示した、主翼後流から
水平尾翼を上方へ脱した状態の側面図、

【図１２】第１〜第４実施例の操作フローチャート図、

【図１３】従来例の空力バランスを説明した側面図、

【図１４】従来例の主翼後流へ水平尾翼が入った状態の
側面図である。

【符号の説明】

１ 垂直尾翼 ２，２ａ，２ｂ 水平尾翼 ３ 結合点 ４ 胴体 ５ 主翼 ６，７ 空力中心 ８，９ 荷重 １０ 重心 １１ 中央翼 １２ 金具 １３ アクチュエータ １４ 金具 １５ 回転軸金具 １６ 回転軸 １７ 金具 １８ アクチュエータ １９ 金具 ２０ ベアリング ２１ 回転軸 ２２ アクチュエータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体に基部を枢支され前後方向に回動可
   能な垂直尾翼と、同垂直尾翼の頂部近傍に取付けられた
   水平尾翼とを具備してなることを特徴とする航空機の可
   変尾翼。