JPH09267799A - 多関節空力舵面 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 １つの多関節空力舵面で、複数の機体機能を
発生できる多関節空力舵面の提供。 【解決手段】 第１ヒンジ２３で機体に枢着される第１
舵面２１、第１ヒンジの枢着部と反対側の第１舵面の側
部に、第２ヒンジ２４で枢着される第２舵面２２とから
なり、その延長線上が交叉するように、非平行に配置さ
れた、第１ヒンジおよび第２ヒンジまわりの第１舵面、
および第２舵面の回動、角度設定により、第１舵面に発
生する機体機能と異る機体機能を第２舵面に発生できる
ようにした。これにより、可動舵面の数、および駆動装
置が低減できるとともに、可動舵面の機体への設置位置
の制約がなくなり、設計自由度が増す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速車両、高速翼
船等の陸，海上輸送機器、若しくは飛行体等、航行中に
その姿勢制御等を空気力で行う機体に装備される多関節
空力舵面、特に、航空機の姿勢制御装置、または高揚力
装置として機体に装備するために好適な多関節空力舵面
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、航空機は機体の重量を支えるた
めの揚力を発生する主要構成部分である主翼と、飛行時
の機体の空気力学的な安定を付与する尾翼とを具えてい
る。また、これらの主翼および尾翼の前縁部および／又
は後縁部には、通常可動にされた翼素、いわゆる、可動
舵面がヒンジを介して取付けられており、主翼又は尾翼
に対するその取付角度を変更することにより、主翼およ
び尾翼の翼面上の空気力分布を変化させて、離着陸時に
おいて機体の揚力を増加させたり、飛行中において機体
が機体の３軸回りに必要な運動を行うための姿勢を制御
する力を発生させる、いわゆる、機体高揚力機能若しく
は機体姿勢制御機能（以下、これらの機能を併せて呼称
するときは、機体機能という）を航空機に持たせるよう
にしている。

【０００３】一般的に、これら可動舵面で発生する機体
機能は、各可動舵面で特化されており、機体高揚力機能
を主として発生させる可動舵面として使用されるものを
フラップ、機体姿勢制御機能を発生させる可動舵面とし
て使用されるものを方向舵（ラダー）、補助翼（エルロ
ン）、および昇降舵（エレベータ）等と呼称している。

【０００４】これらの可動舵面のうち、従来から使用さ
れているフラップを、図５にもとづき説明する。図に示
すように、フラップ１は、その前縁部に固着されたヒン
ジ２で主翼３の内弦側後縁部に枢着されており、その主
翼３に対する取付角度を変更するため、ヒンジ２を回転
の中心軸として回動させるようにしている。また、ヒン
ジ２はアクチュエータ４で駆動されるレバー５により、
ヒンジ２に固定されたアーム６が回動し、所定の角度変
更が行なわれる。このヒンジ２の角度変更で回動して設
定される、フラップ１の主翼３に対する取付角度の変更
により、主翼３およびフラップ１の外周面上の空気力分
布が変化し、航空機の離着陸時等に必要とされる高揚力
が機体に生じ、機体高揚力機能を発揮させることができ
る。

【０００５】また、フラップ１に、より大きな機体高揚
力機能を発揮させる必要がある場合には、図６に示すよ
うに、可動舵面であるフラップ１を翼弦方向に、第１フ
ラップ７、第２フラップ８に分割して、各第１フラップ
７、第２フラップ８のそれぞれを、第１ヒンジ９、第２
ヒンジ１０で主翼３の後縁部に取付け、主翼３に対する
取付角度を大きくできるようにして、主翼３、第１フラ
ップ７および第２フラップ８の外周面上の空気力分布を
大きく変化させて、より大きい高揚力を発生させるよう
にすることもできる。

【０００６】このようなフラップでは、一連の複数の可
動舵面である第１フラップ７、第２フラップ８が、第１
ヒンジ９、第２ヒンジ１０まわりに回動して、上述した
ように主翼３に対する取付角度を大きく変えることがで
きるばかりでなく、複雑なリンク機構１１を介して、第
１フラップ７、第２フラップ８を第１のヒンジ９、第２
のヒンジ１０とともに、主翼３の後方側に伸展するとと
もに、第１フラップ７、第２フラップ８の主翼３への取
付角度を別個の角度設定にすることもできる。

【０００７】しかしながら、このようなフラップ１の持
つ機能は、機体高揚力機能に限定され、主翼３に対する
取付角度を変えることにより、機体高揚力機能のほか
に、機体姿勢制御機能のうちの、例えば、ロール姿勢制
御機能を発生させるようにすることはできない。すなわ
ち、航空機のロール姿勢制御を行うためには、従来の航
空機では、左右主翼３に設けたフラップ１の外舷側後縁
部に、新たに補助翼を配設し、この補助翼の主翼３に対
する取付角度を、左と右で符号を逆にした同じ角度に
し、例えば、左翼側の補助翼を後縁下げ側、右翼側の補
助翼を後縁上げ側にして、左右の補助翼を含む主翼に発
生する揚力にアンバランスを発生させて、機体軸回りの
ロールモーメントを発生させるようにしなければならな
い。

【０００８】また、第１フラップ７、第２フラップ８の
持つ機能も、第１フラップ７および第２フラップ８を、
それぞれ主翼３（リンク機構１１）に取付ける第１ヒン
ジ９、第２ヒンジ１０が、図６の紙面にそれぞれ垂直な
方向であるほぼ平行に配設されており、多関節空力舵面
とはなっているものの、その機能はフラップ１と同様
に、機体高揚力機能に限定されるものである。

【０００９】このように、従来の航空機において可動舵
面として具えられる方向舵、昇降舵、補助翼およびフラ
ップは、航空機に必要とされる通常全く別個の機体機能
の１つだけを発生させるものであり、さらに、これらの
特化された機体機能を発揮させるために都合の良い場所
に設置される必要がある。

【００１０】このため、航空機には、離着陸時において
機体の揚力を増加させたり、又は飛行中において機体が
機体の３軸回りに必要な運動を行うための姿勢を制御す
る力を発生させる、いわゆる機体機能毎に、可動舵面を
設ける必要があり、さらに、これらの可動舵面の駆動
に、別個の制御機器、駆動装置が必要となり、機体をコ
ンパクトに設計する上では大きな制約条件となってい
る。

【００１１】さらに、可動舵面で発生させる機体機能の
うち、上述したロール姿勢制御の場合を例にとると、主
翼幅の小さい機体、さらには、主翼を有さない軸対称形
状に近い飛行体では、モーメント・アームが小さいた
め、十分なローリング・モーメントを発生することがで
きず、ロール姿勢制御機能を充分発揮できない等の不具
合があるほか、また主翼幅の大きい機体においても、ロ
ール姿勢制御を行うために行う補助翼作動時には、片側
翼の揚力が低下し、機体揚力機能が損われる等の、他の
可動舵面で発生させる機能を損い、機体全体の空力特性
を低下させる場合がある等の不具合もある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来の可動舵面の不具合を解消するため、可動舵面をヒン
ジで連接した多関節空力舵面において、連接した可動舵
面のそれぞれに作用する空気力によって、異なる機体姿
勢制御機能、若しくは機体高揚力機能からなる、機体機
能の１つを発生させることのできる多関節空力舵面を提
供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の多関
節空力舵面は、次の手段とした。主翼又は胴体等に配設
された第１ヒンジのまわりに回動して、主翼又は胴体等
に対する取付角度が設定される第１舵面、第１舵面の第
１ヒンジが設けられた側と対向する側に配設された第２
ヒンジのまわり回動して、第１舵面に対する取付角度が
設定される第２舵面からなる多関節空力舵面において、
第１ヒンジおよび第２ヒンジを、それらの延長線上が交
叉するような、いわゆる非平行に配設し、これらの第１
ヒンジおよび第２ヒンジまわりに、それぞれ回動自在に
設けられた第１舵面および第２舵面をそれぞれ回動させ
て、取付角度を設定して、第１舵面および第２舵面のそ
れぞれに作用する空気力がそれぞれ異る機体機能、すな
わち機体の３軸回りの運動を行うために必要な機体姿勢
にする機体姿勢制御機能、若しくは機体に高揚力を発生
させる機体高揚力機能のうちの、異る機体機能の１つを
発生させるようにした。

【００１４】なお、第１舵面および第２舵面は、常に、
第１ヒンジおよび第２ヒンジまわりに同時に回動させ、
取付角度がそれぞれ設定されるようにする必要はなく、
一方の舵面のみの取付角度が、設定されるようにしても
良い。このような場合は、勿論取付角度が設定された可
動舵面に作用する、空気力による機体機能のみが発生す
ることとなる。

【００１５】本発明の多関節空力舵面は、上述の手段に
より、第１舵面の機体に対する取付位置、取付角度、お
よび舵面形状、第１舵面に第２舵面を取付けるヒンジ位
置、取付角度、機体に第１舵面を取付ける第１ヒンジの
方向に対する第２ヒンジの傾き角、および第２舵面の形
状等が決まると、作用する空気力により第１舵面および
第２舵面で発生する機体機能が決定される。

【００１６】すなわち、気流に対して最上流側で第１ヒ
ンジにより機体に取付けられ、取付角度が設定された第
１舵面で１番目の機体機能を発生させ、さらに、その下
流側で第１ヒンジに対して傾斜して配設された、第２ヒ
ンジにより第１舵面に取付けられ、第１舵面に対する取
付角度が設定された第２舵面で、２番目の機体機能を発
生させるというように、機体の１個所に設置された多関
節空力舵面で、異る複数の機体機能を発生させることが
できる。これは、勿論、同時に第１舵面および第２舵面
のそれぞれを第１ヒンジおよび第２ヒンジの回りに回転
させ、それぞれの取付角度を設定して異る機能を発生さ
せることも、そのうちの一方の舵面のみを回転させ、取
付角度を設定して、１つの機体機能のみを発生させるよ
うにすることもできる。

【００１７】これにより、離着陸時等において機体の揚
力を増加させたり、又は機体が機体の３軸回りに必要な
運動を行うための姿勢を制御する力を発生させる、いわ
ゆる機体機能毎に、可動舵面を設ける必要がなくなると
ともに、機体機能を発生させる可動舵面の駆動のために
設ける制御機器、駆動装置を数を低減できる。さらに、
機体機能を発生させるための可動舵面の設置位置の制約
が少くなり、これらによって、機体をコンパクトに設計
する上での大きな制約条件を回避することができる。

【００１８】さらに、ロール姿勢制御の場合を例にして
説明した主翼幅の小さい機体、さらには主翼を有さない
軸対称形状に近い飛行体での、ロール姿勢制御機能を充
分発揮できない不具合、または主翼幅の大きい機体にお
いても、ロール姿勢制御を行うための補助翼作動時に、
片側翼の揚力が低下し、機体揚力機能が損われる不具合
等、他の可動舵面で発生させる機能を損い、機体全体の
空力特性を低下させる場合がある等の不具合を解消する
ことができる。なお、第１舵面および第２舵面で、それ
それ発生する機体機能は、空気力学的には、完全に独立
にすることはできないため、これらの舵面のそれぞれ
に、目的とする機体機能を発生させるための最適な変角
等の組合せは、相互の干渉効果を考慮して設定する必要
があることを述べておく。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の多関節空力舵面の
実施の一形態を、図面にもとづき説明する。図１は本発
明の多関節空力舵面の実施の第１形態を示す図で、図１
（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図である。本実施の
形態は、主翼を有さない軸対称に近い形状の機体のエレ
ベータ、またはフラップに適用した多関節空力舵面を示
すものである。

【００２０】本実施の形態の多関節空力舵面は、図に示
すように、軸対称に近い形状の機体胴体２０表面の一部
を分割式にして形成された、第１舵面２１、第２舵面２
２、第１舵面２１の１側端を機体胴体２０に枢着する第
１ヒンジ２３、第１ヒンジ２３の配設方向と非平行、す
なわち延長線上が交叉するようにして、第１ヒンジ２３
を設けた側と対向する側の第１舵面２１の他側端に、第
２舵面２２を枢着する第２ヒンジ２４とからなる。

【００２１】また、上述した実施の形態に代えて、第１
ヒンジ２３を機体胴体２０の後端部に設け、機体胴体２
０の後端より後方に、第１舵面２１、および第２舵面２
２を突出させるようにして設けても良い。すなわち、前
者の実施の形態の構成では、第１舵面２１を駆動するア
クチュエータが胴体内に収納できること、また後者の実
施の形態の構成では、第１舵面２１および第２舵面２２
の機体重心からの距離であるモーメントアームが、大き
くとれる利点があるものとすることができる。

【００２２】また、第１舵面２１、若しくは第２舵面２
２をエレベータ、またはフラップとして使用する場合に
は、必要な効き量に応じて第１または第２ヒンジの回り
に角度をとって左右舷の舵面を対称に作動させる。さら
に、第１舵面２１、若しくは第２舵面２２をエルロンと
して使用する場合には、左舷側の正面図に示すように、
第２ヒンジ２４の回りに角度をとることによって、第２
舵面２２の上流側の面を内側に向けて、すなわち、気流
に対向するため下流側の面より高い圧力となる上流側の
面を内側に向けることにより、機体中心軸回りに反時計
回りのローリング・モーメントを発生させることができ
る。

【００２３】このように、左右舷の２つの第１舵面２
１、および第２舵面２２の、それぞれの第１ヒンジ２３
および第２ヒンジ２４回りの角度設定を組み合わせるこ
とによって、上記のエレベータ、またはフラップとして
の機能と、エルロンとしての機能を、１つの多関節空力
舵面である第１舵面２１、および第２舵面２２で同時に
実現することができる。また、第１ヒンジ２３、および
第２ヒンジ２４の回りに、第１舵面２１および第２舵面
２２を同時に回転させた場合には、機体胴体２０下方部
を流れる気流が、機体胴体２０上方部に回り込みにくく
なり、これらの第１舵面２１および第２舵面２２の効き
が増すという効果も期待できる。

【００２４】次に、図２は尾翼を有さない軸対称に近い
形状の機体胴体２０のラダーに適用した、本発明の多関
節空力舵面の実施の第２形態を示す図である。一般的に
は、ラダーとしての機能を持たせる場合には、右舷側正
面図に示すように、第２ヒンジ２４回りには第２舵面２
２を回動させず、第１舵面２１に対する第２舵面の取付
角度をとらずに、第１舵面２１のみ第１ヒンジ２３回り
に回動させて、機体胴体２０に対する第１舵面２１のみ
の取付角度を持たせるようにする。

【００２５】さらに、第１舵面２１、第２舵面２２をエ
ルロンとして利用する場合には、左舷側正面図に示すよ
うに、第２ヒンジ２４の回りに第２舵面２２を回転さ
せ、第１舵面２１（機体胴体２０）に対する取付角度を
設けて、機体中心軸回りに反時計回りのローリング・モ
ーメントを発生させるようにする。この際には、同時に
頭下げ方向のピッチング・モーメントを発生し、この方
法で左右同時に第２舵面２２を作動させることによっ
て、エレベータ舵面としての機能を兼ね備えることもで
きる。これらの機能の分担は、機体胴体２０の姿勢角、
すなわち、気流に対する角度を、飛行速度に応じて第２
ヒンジ２４の機軸に対する角度を調整することにより設
定可能である。

【００２６】次に、図３は本発明の多関節空力舵面の実
施の第３形態を示す図である。図に示すように、通常の
飛行機のフラップとエレベータに、本実施の形態の多関
節空力舵面を適用した、フラップ第１ヒンジ２５の回り
に第１フラップ２６および第２フラップ２７を回転させ
ることによって、第１フラップ２６、およびフラップ第
２ヒンジ２８まわりに回動せず、第１フラップ２６に対
する取付角度が設けられてない第２フラップ２７に、主
翼２９に対する同一の取付角度を設定し、通常のフラッ
プとしての機能を果たすことができる。

【００２７】さらに、フラップ第２ヒンジ１２の回りに
第２フラップ２７を回転させ、設定することによって、
図３（ｄ）に示すように、主翼２９、第１フラップ２
６、第２フラップ２７上方の断面揚力分布は、第２フラ
ップ２７の部分での揚力を増加させることができるの
で、片舷のみの第２フラップ２７を作動させることによ
って、機体中心軸回りのローリング・モーメントを発生
させることができる。勿論、第２フラップ２７のみの変
角設定で、同様の効果を得ることができるものである。

【００２８】さらに、この第１フラップ２６及び第２フ
ラップ２７の取付角度の設定を組み合わせることによっ
て、フラップ外舷側の端部での下方気流の上面側への回
り込みを抑え、揚力増加装置としての第１フラップ２
６、第２フラップ２７の効きを高める効果も期待できる
ものである。

【００２９】さらに、水平尾翼３０に設けるエレベータ
についても、第１エレベータ３１、第２エレベータ３２
を、第１フラップ２６、第２フラップ２７と同様に、エ
レベータ第１ヒンジ３３、エレベータ第２ヒンジ３４で
水平尾翼３０に取付け、エレベータ部分についても、フ
ラップの場合と全く同様に、エルロンとしての機能を付
加し、さらには、エレベータ自身の効きを高めることが
可能となる。

【００３０】次に、図４は本発明の多関節空力舵面の実
施の第４形態を示す図である。図に示すように、本実施
の形態の多関節空力舵面は、通常の飛行機の後部胴体４
０に立設する垂直尾翼３５に設けるラダーに適用した。

【００３１】本実施の形態では、ラダー第１ヒンジ３６
の回りに第１ラダー３７を回転させ、取付角度を設定す
ることにより、通常のラダーとしての機能を有するほ
か、さらに、ラダー第２ヒンジ３８の回りに第２ラダー
３９を回転させ、取付角度を設定することによって、図
４（ｄ）の右の横力分布図に示すように、垂直尾翼３５
上方部での横力が増加し、機体中心軸回りのローリング
・モーメントを発生させることができる。さらに、ラダ
ー第１ヒンジ３６のまわりの第１ラダー３７のみの変角
設定で、同様の効果を得ることもできるものである。な
お、上述した実施の形態では、２つの可動舵面を持つ多
関節空力舵面について示したが、本発明はこのような実
施の形態に限定されるものではなく、例えば可動舵面を
３つ以上にして、それぞれの可動舵面に機体機能を発生
せるようにすることもできるものである。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の多関節空力
舵面によれば、特許請求の範囲に示す構成により、 （１）航空機の離着陸時等において、機体の揚力を増加
させたり、又は飛行中において、機体が機体の３軸回り
に必要な運動を行うための機体姿勢を制御する力を発生
させる、いわゆる機体機能毎に設ける可動舵面がなくな
るとともに、機体機能を発生させる可動舵面の駆動のた
めに設ける制御機器、駆動装置を数を低減できる。ま
た、機体機能を発生させるための可動舵面の設置位置の
制約が少くなり、これらによって、機体をコンパクトに
設計する上での大きな制約条件が回避でき、秀れた機体
とすることができる。

【００３３】（２）また、主翼幅の小さい機体、主翼を
有さない軸対称形状に近い飛行体に対して、効率的にロ
ーリング・モーメントを発生するエルロンとしての機能
を与えることができる。

【００３４】（３）さらに、他の操縦用舵面（エレベー
タ，ラダー）及び高揚力装置（フラップ）と組み合わせ
ることによって、その機能を損うことなしに、あるいは
機能を増加させる効果を伴って、新しい舵面（エルロ
ン，その他）としての機能を付加することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多関節空力舵面の実施の第１形態を示
す図で、図１（ａ）は側面図、図１（ｂ）は正面図、

【図２】本発明の実施の第２形態を示す図で、図２
（ａ）は側面図、図２（ｂ）は正面図、

【図３】本発明の実施の第３形態を示す図で、図３
（ａ）は機体全体斜視図、図３（ｂ）は図３（ａ）に示
す矢視Ａ−Ａにおける断面図、図３（ｃ）は図３（ａ）
に示す矢視Ｂ−Ｂにおける断面図、図３（ｄ）は第１フ
ラップ、第２フラップの取付角度設定による揚力増加分
を示す図、

【図４】本発明の実施の第４形態を示す図で、図４
（ａ）は機体後部の斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）に
示す矢視Ｃ−Ｃにおける断面図、図４（ｃ）は図４
（ａ）に示す矢視Ｄ−Ｄにおける断面図、図４（ｄ）は
第１ラダー、第２ラダーの取付角度設定による横力増加
分を示す図、

【図５】従来の空力舵面としてのフラップを示す斜視
図、

【図６】従来の多関節空力舵面としてのフラップ断面を
示す図である。

【符号の説明】

１ フラップ ２ ヒンジ ３ 主翼 ４ アクチュエータ ５ レバー ６ アーム ７ 第１フラップ ８ 第２フラップ ９ 第１ヒンジ １０ 第２ヒンジ １１ リンク機構 ２０ 機体胴体 ２１ 第１舵面 ２２ 第２舵面 ２３ 第１ヒンジ ２４ 第２ヒンジ ２５ フラップ第１ヒンジ ２６ 第１フラップ ２７ 第２フラップ ２８ フラップ第２ヒンジ ２９ 主翼 ３０ 水平尾翼 ３１ 第１エレベータ ３２ 第２エレベータ ３３ エレベータ第１ヒンジ ３４ エレベータ第２ヒンジ ３５ 垂直尾翼 ３６ ラダー第１ヒンジ ３７ 第１ラダー ３８ ラダー第２ヒンジ ３９ 第２ラダー ４０ 後部胴体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１ヒンジまわりに回動して設定される
   第１舵面、および前記第１舵面に配設した第２ヒンジま
   わりに回動して設定される第２舵面の、それぞれに作用
   する空気力によって、機体姿勢制御機能、若しくは機体
   高揚力機能を発生させる多関節空力舵面において、前記
   第１舵面および前記第２舵面のそれぞれが、非平行に配
   設された前記第１ヒンジおよび前記第２ヒンジまわりに
   回動して、設定され、前記第１舵面および前記第２舵面
   のそれぞれに作用する空気力によって、異なる前記機体
   姿勢制御機能若しくは前記機体高揚力機能を、それぞれ
   発生させることを特徴とする多関節空力舵面。