JP2001010594A - 境界層制御装置および境界層制御方法 - Google Patents
境界層制御装置および境界層制御方法Info
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- Y02T50/10—Drag reduction
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 飛行機等の移動体の種々の運動状態において
抗力を効果的に低減すべく、境界層の遷移点の位置を制
御する。 【解決手段】 飛行機の主翼Ｗの表面に配置したホット
フィルム等のセンサＳの出力に基づいて、遷移点検知手
段Ｍ１が層流境界層ＢＬL から乱流境界層ＢＬTへの遷
移点ｔの位置を検知する。制御手段Ｍ２はフラップＦの
舵角δｆを微小角度変化させ、その結果生じた遷移点ｔ
の移動を監視して舵角δｆを更に微小角度変化させる操
作を繰り返すことにより、遷移点ｔの位置をできる限り
後方に移動させて抗力を低減する。この境界層制御は実
際の遷移点ｔの位置を監視しながら行われるために極め
て効果的であるだけでなく、飛行機の運動状態に関わら
ずに効果を発揮することができる。
抗力を効果的に低減すべく、境界層の遷移点の位置を制
御する。 【解決手段】 飛行機の主翼Ｗの表面に配置したホット
フィルム等のセンサＳの出力に基づいて、遷移点検知手
段Ｍ１が層流境界層ＢＬL から乱流境界層ＢＬTへの遷
移点ｔの位置を検知する。制御手段Ｍ２はフラップＦの
舵角δｆを微小角度変化させ、その結果生じた遷移点ｔ
の移動を監視して舵角δｆを更に微小角度変化させる操
作を繰り返すことにより、遷移点ｔの位置をできる限り
後方に移動させて抗力を低減する。この境界層制御は実
際の遷移点ｔの位置を監視しながら行われるために極め
て効果的であるだけでなく、飛行機の運動状態に関わら
ずに効果を発揮することができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動体の抗力を低
減するための境界層制御装置および境界層制御方法に関
する。
減するための境界層制御装置および境界層制御方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】飛行機が空気中を飛行する際に空気抵抗
により多大のエネルギーが失われ、燃料消費量の増加を
招く原因となっている。特に流れのレイノルズ数が大き
いために飛行機の表面の境界層が乱流に遷移している領
域では、空気の摩擦抵抗によるエネルギー損失は無視で
きない大きさになるため、乱流境界層への遷移を遅らせ
て層流境界層の領域をできるだけ長く保つことにより、
摩擦抵抗の低減を図る工夫がなされている。このような
要請に基づいて開発された翼型として、層流翼が良く知
られている。
により多大のエネルギーが失われ、燃料消費量の増加を
招く原因となっている。特に流れのレイノルズ数が大き
いために飛行機の表面の境界層が乱流に遷移している領
域では、空気の摩擦抵抗によるエネルギー損失は無視で
きない大きさになるため、乱流境界層への遷移を遅らせ
て層流境界層の領域をできるだけ長く保つことにより、
摩擦抵抗の低減を図る工夫がなされている。このような
要請に基づいて開発された翼型として、層流翼が良く知
られている。
【０００３】しかしながら、飛行機は速度、気温、高
度、姿勢等が様々に異なる条件で飛行するため、層流翼
では全ての飛行条件において摩擦抵抗を低減することは
困難である。そこで、飛行機の主翼のような物体表面の
空気流の状態をセンサで検知し、検知した空気流の状態
に応じて物体表面に振動を与えたり、物体表面にノズル
で空気を噴出したりして、境界層の遷移や剥離を防止し
て摩擦抵抗を低減するものが、特開平１０−２８１１１
５号公報により公知である。
度、姿勢等が様々に異なる条件で飛行するため、層流翼
では全ての飛行条件において摩擦抵抗を低減することは
困難である。そこで、飛行機の主翼のような物体表面の
空気流の状態をセンサで検知し、検知した空気流の状態
に応じて物体表面に振動を与えたり、物体表面にノズル
で空気を噴出したりして、境界層の遷移や剥離を防止し
て摩擦抵抗を低減するものが、特開平１０−２８１１１
５号公報により公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記公報
に記載されたものは、物体表面に振動を与える手段や物
体表面に空気を噴出する手段が必要であり、そのために
重量やコストが増大するという問題がある。しかもセン
サは境界層に遷移や剥離が起きる前兆を検知するもので
あって境界層の遷移点の移動を監視するものではないた
め、遷移点をできるだけ後方に移動させて抗力を最小化
する精密な制御を行うのが難しいという問題がある。
に記載されたものは、物体表面に振動を与える手段や物
体表面に空気を噴出する手段が必要であり、そのために
重量やコストが増大するという問題がある。しかもセン
サは境界層に遷移や剥離が起きる前兆を検知するもので
あって境界層の遷移点の移動を監視するものではないた
め、遷移点をできるだけ後方に移動させて抗力を最小化
する精密な制御を行うのが難しいという問題がある。
【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、移動体の種々の運動状態において抗力を効果的に低
減するための境界層制御装置および境界層制御方法を提
供することを目的とする。
で、移動体の種々の運動状態において抗力を効果的に低
減するための境界層制御装置および境界層制御方法を提
供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項１に記載された発明によれば、移動体の表面
に沿う境界層を制御する境界層制御装置において、境界
層が層流境界層から乱流境界層に遷移する遷移点を検知
する遷移点検知手段と、移動体の表面に沿って遷移点の
位置を移動させる遷移点移動手段と、移動体の前端から
遷移点までの距離が最長になるように遷移点移動手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする境界層制
御装置が提案される。
に、請求項１に記載された発明によれば、移動体の表面
に沿う境界層を制御する境界層制御装置において、境界
層が層流境界層から乱流境界層に遷移する遷移点を検知
する遷移点検知手段と、移動体の表面に沿って遷移点の
位置を移動させる遷移点移動手段と、移動体の前端から
遷移点までの距離が最長になるように遷移点移動手段を
制御する制御手段とを備えたことを特徴とする境界層制
御装置が提案される。
【０００７】上記構成によれば、境界層が層流境界層か
ら乱流境界層に遷移する遷移点を遷移点検知手段で検知
し、制御手段で遷移点移動手段を制御して移動体の前端
から遷移点までの距離を最長にするので、移動体の運動
状態に関わらず該移動体の抗力を効果的に低減してエネ
ルギー効率を高めることができる。特に、抗力が小さい
層流境界層の長さに相当する移動体の前端から遷移点ま
での距離を直接監視して制御するので、極めて高い精度
で抗力低減制御を行うことができる。
ら乱流境界層に遷移する遷移点を遷移点検知手段で検知
し、制御手段で遷移点移動手段を制御して移動体の前端
から遷移点までの距離を最長にするので、移動体の運動
状態に関わらず該移動体の抗力を効果的に低減してエネ
ルギー効率を高めることができる。特に、抗力が小さい
層流境界層の長さに相当する移動体の前端から遷移点ま
での距離を直接監視して制御するので、極めて高い精度
で抗力低減制御を行うことができる。
【０００８】また請求項２に記載された発明によれば、
請求項１の構成に加えて、前記移動体は飛行機の主翼で
あり、前記遷移点移動手段は、主翼の後縁に設けられた
可動翼面であることを特徴とする境界層制御装置が提案
される。
請求項１の構成に加えて、前記移動体は飛行機の主翼で
あり、前記遷移点移動手段は、主翼の後縁に設けられた
可動翼面であることを特徴とする境界層制御装置が提案
される。
【０００９】上記構成によれば、遷移点移動手段が飛行
機の主翼の後縁に設けられた可動翼面から構成されるの
で、通常の飛行機の主翼に備えられているフラップやエ
ルロンを遷移点移動手段として利用して重量およびコス
トを削減することができる。
機の主翼の後縁に設けられた可動翼面から構成されるの
で、通常の飛行機の主翼に備えられているフラップやエ
ルロンを遷移点移動手段として利用して重量およびコス
トを削減することができる。
【００１０】また請求項３に記載された発明によれば、
請求項２の構成に加えて、前記可動翼面の操作により発
生する飛行機の揚力の変化あるいはピッチングモーメン
トの変化を補償する補償手段を備えたことを特徴とする
境界層制御装置が提案される。
請求項２の構成に加えて、前記可動翼面の操作により発
生する飛行機の揚力の変化あるいはピッチングモーメン
トの変化を補償する補償手段を備えたことを特徴とする
境界層制御装置が提案される。
【００１１】上記構成によれば、可動翼面の操作により
発生する飛行機の揚力の変化あるいはピッチングモーメ
ントの変化を補償手段により補償するので、境界層制御
に伴う機体姿勢の変化を最小限に抑えて乗り心地を向上
させることができる。
発生する飛行機の揚力の変化あるいはピッチングモーメ
ントの変化を補償手段により補償するので、境界層制御
に伴う機体姿勢の変化を最小限に抑えて乗り心地を向上
させることができる。
【００１２】また請求項４に記載された発明によれば、
移動体の表面に沿う境界層を制御する境界層制御方法に
おいて、境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移する
遷移点を検知する第１ステップと、遷移点移動手段を操
作して遷移点の位置を後方に移動させる第２ステップ
と、遷移点の後方への移動が停止したときに遷移点移動
手段の操作を停止する第３ステップと、遷移点が移動を
始めたときに前記第２ステップおよび前記第３ステップ
を繰り返す第４ステップとを備えたことを特徴とする境
界層制御方法が提案される。
移動体の表面に沿う境界層を制御する境界層制御方法に
おいて、境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移する
遷移点を検知する第１ステップと、遷移点移動手段を操
作して遷移点の位置を後方に移動させる第２ステップ
と、遷移点の後方への移動が停止したときに遷移点移動
手段の操作を停止する第３ステップと、遷移点が移動を
始めたときに前記第２ステップおよび前記第３ステップ
を繰り返す第４ステップとを備えたことを特徴とする境
界層制御方法が提案される。
【００１３】上記構成によれば、境界層が層流境界層か
ら乱流境界層に遷移する遷移点を検知し、その遷移点が
最も後方位置になるように遷移点移動手段を操作するの
で、移動体の運動状態に関わらず該移動体の抗力を効果
的に低減してエネルギー効率を高めることができる。特
に、抗力が小さい層流境界層の長さに対応す遷移点の位
置を直接監視して制御するので、極めて高い精度で抗力
低減制御を行うことができる。
ら乱流境界層に遷移する遷移点を検知し、その遷移点が
最も後方位置になるように遷移点移動手段を操作するの
で、移動体の運動状態に関わらず該移動体の抗力を効果
的に低減してエネルギー効率を高めることができる。特
に、抗力が小さい層流境界層の長さに対応す遷移点の位
置を直接監視して制御するので、極めて高い精度で抗力
低減制御を行うことができる。
【００１４】また請求項５に記載された発明によれば、
請求項４の構成に加えて、前記移動体は飛行機の主翼で
あり、前記遷移点移動手段は、主翼の後縁に設けられた
可動翼面であることを特徴とする境界層制御方法が提案
される。
請求項４の構成に加えて、前記移動体は飛行機の主翼で
あり、前記遷移点移動手段は、主翼の後縁に設けられた
可動翼面であることを特徴とする境界層制御方法が提案
される。
【００１５】上記構成によれば、遷移点移動手段が飛行
機の主翼の後縁に設けられた可動翼面から構成されるの
で、通常の飛行機の主翼に備えられているフラップやエ
ルロンを遷移点移動手段として利用して重量およびコス
トを削減することができる。
機の主翼の後縁に設けられた可動翼面から構成されるの
で、通常の飛行機の主翼に備えられているフラップやエ
ルロンを遷移点移動手段として利用して重量およびコス
トを削減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、添
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１７】図１〜図６は本発明の一実施例を示すもの
で、図１は飛行機の主翼の境界層制御装置の構成を示す
図、図２はフラップの舵角を種々に変化させたときの迎
角に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ、図３は境
界層制御のフローチャート、図４は境界層制御のシミュ
レーション結果を示すグラフ、図５は水平尾翼のエレベ
ータによるピッチングモーメントおよび揚力の釣合いを
説明する図、図６は水平尾翼のエレベータおよび先尾翼
のエレベータによるピッチングモーメントおよび揚力の
釣合いを説明する図である。
で、図１は飛行機の主翼の境界層制御装置の構成を示す
図、図２はフラップの舵角を種々に変化させたときの迎
角に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ、図３は境
界層制御のフローチャート、図４は境界層制御のシミュ
レーション結果を示すグラフ、図５は水平尾翼のエレベ
ータによるピッチングモーメントおよび揚力の釣合いを
説明する図、図６は水平尾翼のエレベータおよび先尾翼
のエレベータによるピッチングモーメントおよび揚力の
釣合いを説明する図である。
【００１８】図１は飛行機の主翼Ｗのプロフィールを示
すもので、主翼Ｗの表面に沿って形成される境界層は上
流側の層流境界層ＢＬL と下流側の乱流境界層ＢＬT と
から構成される。層流境界層ＢＬL および乱流境界層Ｂ
ＬT の遷移点ｔの位置は、本発明の遷移点移動手段を構
成する可動翼面としてのフラップＦの舵角δｆを変化さ
せることにより前後に移動する。層流境界層ＢＬL の摩
擦抵抗は乱流境界層ＢＬT の摩擦抵抗に比べて大幅に小
さいため、フラップＦの舵角δｆを制御して層流境界層
ＢＬL および乱流境界層ＢＬT の遷移点ｔをできるだけ
後縁側に移動させれば、層流境界層ＢＬL の領域を拡大
して主翼Ｗの抗力Ｄを低減することができる。
すもので、主翼Ｗの表面に沿って形成される境界層は上
流側の層流境界層ＢＬL と下流側の乱流境界層ＢＬT と
から構成される。層流境界層ＢＬL および乱流境界層Ｂ
ＬT の遷移点ｔの位置は、本発明の遷移点移動手段を構
成する可動翼面としてのフラップＦの舵角δｆを変化さ
せることにより前後に移動する。層流境界層ＢＬL の摩
擦抵抗は乱流境界層ＢＬT の摩擦抵抗に比べて大幅に小
さいため、フラップＦの舵角δｆを制御して層流境界層
ＢＬL および乱流境界層ＢＬT の遷移点ｔをできるだけ
後縁側に移動させれば、層流境界層ＢＬL の領域を拡大
して主翼Ｗの抗力Ｄを低減することができる。
【００１９】主翼Ｗの表面には、例えばホットフィルム
よりなる多数のセンサＳ…が設けられる。ホットフィル
ムは境界層内の空気分子の運動状態を放熱量に基づいて
検知するもので、ホットフィルムからの信号が入力され
る遷移点検知手段Ｍ１は、層流境界層ＢＬL および乱流
境界層ＢＬT における空気分子の運動状態の差異に基づ
いて遷移点ｔの位置を検知する。制御手段Ｍ２は、遷移
点検知手段Ｍ１から入力された遷移点ｔの位置に基づい
て主翼ＷのフラップＦの舵角δｆを制御し、遷移点ｔの
位置をできるだけ後方に移動させることにより、主翼Ｗ
の前縁から遷移点ｔまでの距離ｘを最長化して抗力Ｄを
低減する。
よりなる多数のセンサＳ…が設けられる。ホットフィル
ムは境界層内の空気分子の運動状態を放熱量に基づいて
検知するもので、ホットフィルムからの信号が入力され
る遷移点検知手段Ｍ１は、層流境界層ＢＬL および乱流
境界層ＢＬT における空気分子の運動状態の差異に基づ
いて遷移点ｔの位置を検知する。制御手段Ｍ２は、遷移
点検知手段Ｍ１から入力された遷移点ｔの位置に基づい
て主翼ＷのフラップＦの舵角δｆを制御し、遷移点ｔの
位置をできるだけ後方に移動させることにより、主翼Ｗ
の前縁から遷移点ｔまでの距離ｘを最長化して抗力Ｄを
低減する。
【００２０】図２は、フラップＦの舵角δｆを種々に変
化させたときの迎角αに対する抗力係数ＣD の変化特性
を示すもので、迎角αが何れの大きさにあっても、フラ
ップＦの舵角δｆの変化に応じて抗力係数ＣD が変化す
ることを示している。換言すると、フラップＦの舵角δ
ｆを変化させれば抗力係数ＣD を変化させることができ
る。
化させたときの迎角αに対する抗力係数ＣD の変化特性
を示すもので、迎角αが何れの大きさにあっても、フラ
ップＦの舵角δｆの変化に応じて抗力係数ＣD が変化す
ることを示している。換言すると、フラップＦの舵角δ
ｆを変化させれば抗力係数ＣD を変化させることができ
る。
【００２１】次に、図３のフローチャートに基づいて、
制御手段Ｍ２において実行される境界層制御の内容を説
明する。
制御手段Ｍ２において実行される境界層制御の内容を説
明する。
【００２２】先ず、ステップＳ１で遷移点検知手段Ｍ１
により遷移点ｔの位置を検知し、ステップＳ２で遷移点
ｔの前回位置と今回位置とを比較して遷移点ｔが移動し
たか否かを判断する。その結果、遷移点ｔが後方に移動
していれば、ステップＳ３で遷移点ｔを更に後方に移動
させるべくフラップＦの舵角δｆを微小角度だけ前回と
同方向に変化させ、逆に遷移点ｔが前方に移動していれ
ば、ステップＳ３で遷移点ｔを後方に移動させるべくフ
ラップＦの舵角δｆを微小角度だけ前回と逆方向に変化
させる。上記ステップＳ１〜Ｓ３の繰り返しにより、遷
移点ｔの位置が後方に移動するようにフラップＦの舵角
δｆが制御される。
により遷移点ｔの位置を検知し、ステップＳ２で遷移点
ｔの前回位置と今回位置とを比較して遷移点ｔが移動し
たか否かを判断する。その結果、遷移点ｔが後方に移動
していれば、ステップＳ３で遷移点ｔを更に後方に移動
させるべくフラップＦの舵角δｆを微小角度だけ前回と
同方向に変化させ、逆に遷移点ｔが前方に移動していれ
ば、ステップＳ３で遷移点ｔを後方に移動させるべくフ
ラップＦの舵角δｆを微小角度だけ前回と逆方向に変化
させる。上記ステップＳ１〜Ｓ３の繰り返しにより、遷
移点ｔの位置が後方に移動するようにフラップＦの舵角
δｆが制御される。
【００２３】遷移点ｔの位置が限界位置まで後退して主
翼Ｗの前縁から遷移点ｔまでの距離ｘが最大になると、
つまり層流境界層ＢＬL の長さが最大になって抗力Ｄが
最小になると、前記ステップＳ２で遷移点ｔが実質的に
移動しなくなるため、ステップＳ４でフラップＦの舵角
δｆをその位置に固定する。飛行機の運動状態を含む全
ての条件が変化しなければフラップＦの舵角δｆは前記
ステップＳ４の位置に保持され、遷移点ｔの位置も固定
されるが、条件の変化により前記ステップＳ２で遷移点
ｔの位置が移動すると、再びステップＳ３で遷移点ｔを
後方に移動させるべくフラップＦの舵角δｆを微小角度
だけ変化させる。
翼Ｗの前縁から遷移点ｔまでの距離ｘが最大になると、
つまり層流境界層ＢＬL の長さが最大になって抗力Ｄが
最小になると、前記ステップＳ２で遷移点ｔが実質的に
移動しなくなるため、ステップＳ４でフラップＦの舵角
δｆをその位置に固定する。飛行機の運動状態を含む全
ての条件が変化しなければフラップＦの舵角δｆは前記
ステップＳ４の位置に保持され、遷移点ｔの位置も固定
されるが、条件の変化により前記ステップＳ２で遷移点
ｔの位置が移動すると、再びステップＳ３で遷移点ｔを
後方に移動させるべくフラップＦの舵角δｆを微小角度
だけ変化させる。
【００２４】その結果、新たに固定された遷移点ｔの位
置は前回の固定位置に対して後方になる場合も前方にな
る場合もあるが、少なくとも、そのときの飛行機の運動
状態を含む条件の範囲内で最も後方位置に制御される。
而して、飛行機の運動状態が種々に変化しても、層流境
界層ＢＬL から乱流境界層ＢＬT への遷移点ｔの位置を
常に可能な限り後方に移動させ、抗力Ｄを効果的に低減
してエネルギーの節減に寄与するこができる。
置は前回の固定位置に対して後方になる場合も前方にな
る場合もあるが、少なくとも、そのときの飛行機の運動
状態を含む条件の範囲内で最も後方位置に制御される。
而して、飛行機の運動状態が種々に変化しても、層流境
界層ＢＬL から乱流境界層ＢＬT への遷移点ｔの位置を
常に可能な限り後方に移動させ、抗力Ｄを効果的に低減
してエネルギーの節減に寄与するこができる。
【００２５】以上のように、フラップＦの舵角δｆを微
小角度変化させ、その結果生じた遷移点ｔの移動を監視
して前記舵角δｆを更に微小角度変化させる操作を繰り
返すことにより、前記舵角δｆを飛行機の抗力Ｄが最小
になる目標舵角に収束させることができる。また、この
境界層制御は実際の遷移点ｔの位置を監視しながら行わ
れるので極めて効果的であるだけでなく、飛行機の運動
状態に関わらずに効果を発揮することができる。しかも
飛行機の主翼Ｗに元々備えられているフラップＦを遷移
点移動手段として利用するので、特別の遷移点移動手段
が不要になって重量およびコストが削減される。
小角度変化させ、その結果生じた遷移点ｔの移動を監視
して前記舵角δｆを更に微小角度変化させる操作を繰り
返すことにより、前記舵角δｆを飛行機の抗力Ｄが最小
になる目標舵角に収束させることができる。また、この
境界層制御は実際の遷移点ｔの位置を監視しながら行わ
れるので極めて効果的であるだけでなく、飛行機の運動
状態に関わらずに効果を発揮することができる。しかも
飛行機の主翼Ｗに元々備えられているフラップＦを遷移
点移動手段として利用するので、特別の遷移点移動手段
が不要になって重量およびコストが削減される。
【００２６】図４には、前記境界層制御をシミュレート
した計算結果が示されており、フラップＦの舵角δｆの
変化によって抗力Ｄおよび抗力係数ＣD が減少している
ことが確認される。
した計算結果が示されており、フラップＦの舵角δｆの
変化によって抗力Ｄおよび抗力係数ＣD が減少している
ことが確認される。
【００２７】ところで、図５に示すように、境界層制御
によりフラップＦの舵角δｆを変化させて抗力Ｄを低減
するとき、それに伴ってピッチングモーメントＭおよび
揚力Ｌも変化してしまい、飛行機の姿勢や運動状態が望
ましくない方向に変化する可能性がある。例えば、フラ
ップＦを下げ方向に操作すると、機首上げ方向のピッチ
ングモーメントＭが発生するとともに主翼Ｗの揚力Ｌｗ
も増加する。そこで、補償手段としての水平尾翼Ｈに設
けたエレベータを下げ方向にトリムすることにより揚力
Ｌｈを発生させ、この揚力Ｌｈで機首下げ方向のピッチ
ングモーメントＭを発生させてピッチ軸まわりの釣合い
を保つことができる。しかも、エレベータの操作に伴う
抗力Ｄの増加は無視できる程度であるため、全機の抗力
Ｄは確実に減少する。但し、フラップＦの下げ操作に伴
って主翼Ｗの揚力Ｌｗが増加し、更にエレベータの下げ
操作に伴って水平尾翼Ｈの揚力Ｌｈも増加するため、全
機の揚力Ｌは増加してしまう。
によりフラップＦの舵角δｆを変化させて抗力Ｄを低減
するとき、それに伴ってピッチングモーメントＭおよび
揚力Ｌも変化してしまい、飛行機の姿勢や運動状態が望
ましくない方向に変化する可能性がある。例えば、フラ
ップＦを下げ方向に操作すると、機首上げ方向のピッチ
ングモーメントＭが発生するとともに主翼Ｗの揚力Ｌｗ
も増加する。そこで、補償手段としての水平尾翼Ｈに設
けたエレベータを下げ方向にトリムすることにより揚力
Ｌｈを発生させ、この揚力Ｌｈで機首下げ方向のピッチ
ングモーメントＭを発生させてピッチ軸まわりの釣合い
を保つことができる。しかも、エレベータの操作に伴う
抗力Ｄの増加は無視できる程度であるため、全機の抗力
Ｄは確実に減少する。但し、フラップＦの下げ操作に伴
って主翼Ｗの揚力Ｌｗが増加し、更にエレベータの下げ
操作に伴って水平尾翼Ｈの揚力Ｌｈも増加するため、全
機の揚力Ｌは増加してしまう。
【００２８】図６には先尾翼Ｃ（カナード）を備えた飛
行機の例が示される。例えば、フラップＦの下げ方向に
操作に伴って機首上げ方向のピッチングモーメントＭが
発生し、かつ主翼Ｗの揚力Ｌｗが増加したとき、補償手
段としての水平尾翼Ｈに設けたエレベータを下げ方向に
トリムすることにより揚力Ｌｈを発生させるとともに、
補償手段としての先尾翼Ｃに設けたエレベータを上げ方
向にトリムすることにより負の揚力Ｌｃを発生させる。
その結果、水平尾翼Ｈが発生する揚力Ｌｈおよび先尾翼
Ｃが発生する下向きの揚力Ｌｃで機首下げ方向のピッチ
ングモーメントＭを発生させてピッチ軸まわりの釣合い
を保つことができ、しかも水平尾翼Ｈが発生する揚力Ｌ
ｈおよび先尾翼Ｃが発生する下向きの揚力Ｌｃを相殺さ
せて全機の揚力Ｌの変化を最小限に抑えることができ
る。この場合にも、水平尾翼Ｈのエレベータおよび先尾
翼Ｃのエレベータの操作に伴う抗力Ｄの増加は無視でき
る程度であるため、全機の抗力Ｄは確実に減少する。
行機の例が示される。例えば、フラップＦの下げ方向に
操作に伴って機首上げ方向のピッチングモーメントＭが
発生し、かつ主翼Ｗの揚力Ｌｗが増加したとき、補償手
段としての水平尾翼Ｈに設けたエレベータを下げ方向に
トリムすることにより揚力Ｌｈを発生させるとともに、
補償手段としての先尾翼Ｃに設けたエレベータを上げ方
向にトリムすることにより負の揚力Ｌｃを発生させる。
その結果、水平尾翼Ｈが発生する揚力Ｌｈおよび先尾翼
Ｃが発生する下向きの揚力Ｌｃで機首下げ方向のピッチ
ングモーメントＭを発生させてピッチ軸まわりの釣合い
を保つことができ、しかも水平尾翼Ｈが発生する揚力Ｌ
ｈおよび先尾翼Ｃが発生する下向きの揚力Ｌｃを相殺さ
せて全機の揚力Ｌの変化を最小限に抑えることができ
る。この場合にも、水平尾翼Ｈのエレベータおよび先尾
翼Ｃのエレベータの操作に伴う抗力Ｄの増加は無視でき
る程度であるため、全機の抗力Ｄは確実に減少する。
【００２９】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことが可能である。
明は前記実施例に限定されるものでなく、種々の設計変
更を行うことが可能である。
【００３０】例えば、実施例では移動体として飛行機の
主翼Ｗを例示したが、本発明は飛行機の主翼Ｗ以外の任
意の移動体に対して適用することができる。また実施例
では遷移点検知手段Ｍ１に信号を出力するセンサＳ…と
してホットフィルムを例示したが、遷移点ｔにおける圧
力、温度、音等の変化を検知可能な他の任意のセンサを
用いることができる。また遷移点移動手段は実施例のフ
ラップＦに限定されず、エルロンであっても良い。
主翼Ｗを例示したが、本発明は飛行機の主翼Ｗ以外の任
意の移動体に対して適用することができる。また実施例
では遷移点検知手段Ｍ１に信号を出力するセンサＳ…と
してホットフィルムを例示したが、遷移点ｔにおける圧
力、温度、音等の変化を検知可能な他の任意のセンサを
用いることができる。また遷移点移動手段は実施例のフ
ラップＦに限定されず、エルロンであっても良い。
【００３１】
【発明の効果】以上のように請求項１に記載された発明
によれば、境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移す
る遷移点を遷移点検知手段で検知し、制御手段で遷移点
移動手段を制御して移動体の前端から遷移点までの距離
を最長にするので、移動体の運動状態に関わらず該移動
体の抗力を効果的に低減してエネルギー効率を高めるこ
とができる。特に、抗力が小さい層流境界層の長さに相
当する移動体の前端から遷移点までの距離を直接監視し
て制御するので、極めて高い精度で抗力低減制御を行う
ことができる。
によれば、境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移す
る遷移点を遷移点検知手段で検知し、制御手段で遷移点
移動手段を制御して移動体の前端から遷移点までの距離
を最長にするので、移動体の運動状態に関わらず該移動
体の抗力を効果的に低減してエネルギー効率を高めるこ
とができる。特に、抗力が小さい層流境界層の長さに相
当する移動体の前端から遷移点までの距離を直接監視し
て制御するので、極めて高い精度で抗力低減制御を行う
ことができる。
【００３２】また請求項２に記載された発明によれば、
遷移点移動手段が飛行機の主翼の後縁に設けられた可動
翼面から構成されるので、通常の飛行機の主翼に備えら
れているフラップやエルロンを遷移点移動手段として利
用して重量およびコストを削減することができる。
遷移点移動手段が飛行機の主翼の後縁に設けられた可動
翼面から構成されるので、通常の飛行機の主翼に備えら
れているフラップやエルロンを遷移点移動手段として利
用して重量およびコストを削減することができる。
【００３３】また請求項３に記載された発明によれば、
可動翼面の操作により発生する飛行機の揚力の変化ある
いはピッチングモーメントの変化を補償手段により補償
するので、境界層制御に伴う機体姿勢の変化を最小限に
抑えて乗り心地を向上させることができる。
可動翼面の操作により発生する飛行機の揚力の変化ある
いはピッチングモーメントの変化を補償手段により補償
するので、境界層制御に伴う機体姿勢の変化を最小限に
抑えて乗り心地を向上させることができる。
【００３４】また請求項４に記載された発明によれば、
境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移する遷移点を
検知し、その遷移点が最も後方位置になるように遷移点
移動手段を操作するので、移動体の運動状態に関わらず
該移動体の抗力を効果的に低減してエネルギー効率を高
めることができる。特に、抗力が小さい層流境界層の長
さに対応す遷移点の位置を直接監視して制御するので、
極めて高い精度で抗力低減制御を行うことができる。
境界層が層流境界層から乱流境界層に遷移する遷移点を
検知し、その遷移点が最も後方位置になるように遷移点
移動手段を操作するので、移動体の運動状態に関わらず
該移動体の抗力を効果的に低減してエネルギー効率を高
めることができる。特に、抗力が小さい層流境界層の長
さに対応す遷移点の位置を直接監視して制御するので、
極めて高い精度で抗力低減制御を行うことができる。
【００３５】また請求項５に記載された発明によれば、
遷移点移動手段が飛行機の主翼の後縁に設けられた可動
翼面から構成されるので、通常の飛行機の主翼に備えら
れているフラップやエルロンを遷移点移動手段として利
用して重量およびコストを削減することができる。
遷移点移動手段が飛行機の主翼の後縁に設けられた可動
翼面から構成されるので、通常の飛行機の主翼に備えら
れているフラップやエルロンを遷移点移動手段として利
用して重量およびコストを削減することができる。
【図１】飛行機の主翼の境界層制御装置の構成を示す図
【図２】フラップの舵角を種々に変化させたときの迎角
に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ
に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ
【図３】境界層制御のフローチャート
【図４】境界層制御のシミュレーション結果を示すグラ
フ
フ
【図５】水平尾翼のエレベータによるピッチングモーメ
ントおよび揚力の釣合いを説明する図
ントおよび揚力の釣合いを説明する図
【図６】水平尾翼のエレベータおよび先尾翼のエレベー
タによるピッチングモーメントおよび揚力の釣合いを説
明する図
タによるピッチングモーメントおよび揚力の釣合いを説
明する図
ＢＬL 層流境界層 ＢＬT 乱流境界層 Ｃ 先尾翼（補償手段） Ｆ フラップ（可動翼面、遷移点移動手段） Ｈ 水平尾翼（補償手段） Ｌ 揚力 Ｍ ピッチングモーメント Ｍ１ 遷移点検知手段 Ｍ２ 制御手段 ｔ 遷移点 Ｗ 主翼（移動体） ｘ 距離
Claims (5)
- 【請求項１】 移動体（Ｗ）の表面に沿う境界層を制御
する境界層制御装置において、 境界層が層流境界層（ＢＬL ）から乱流境界層（Ｂ
ＬT ）に遷移する遷移点（ｔ）を検知する遷移点検知手
段（Ｍ１）と、 移動体（Ｗ）の表面に沿って遷移点（ｔ）の位置を移動
させる遷移点移動手段（Ｆ）と、 移動体（Ｗ）の前端から遷移点（ｔ）までの距離（ｘ）
が最長になるように遷移点移動手段（Ｆ）を制御する制
御手段（Ｍ２）と、を備えたことを特徴とする境界層制
御装置。 - 【請求項２】 前記移動体は飛行機の主翼（Ｗ）であ
り、前記遷移点移動手段（Ｆ）は、主翼（Ｗ）の後縁に
設けられた可動翼面であることを特徴とする、請求項１
に記載の境界層制御装置。 - 【請求項３】 前記可動翼面の操作により発生する飛行
機の揚力（Ｌ）の変化あるいはピッチングモーメント
（Ｍ）の変化を補償する補償手段（Ｈ，Ｃ）を備えたこ
とを特徴とする、請求項２に記載の境界層制御装置。 - 【請求項４】 移動体（Ｗ）の表面に沿う境界層を制御
する境界層制御方法において、 境界層が層流境界層（ＢＬL ）から乱流境界層（Ｂ
ＬT ）に遷移する遷移点（ｔ）を検知する第１ステップ
と、 遷移点移動手段（Ｆ）を操作して遷移点（ｔ）の位置を
後方に移動させる第２ステップと、 遷移点（ｔ）の後方への移動が停止したときに遷移点移
動手段（Ｆ）の操作を停止する第３ステップと、 遷移点（ｔ）が移動を始めたときに前記第２ステップお
よび前記第３ステップを繰り返す第４ステップと、を備
えたことを特徴とする境界層制御方法。 - 【請求項５】 前記移動体は飛行機の主翼（Ｗ）であ
り、前記遷移点移動手段（Ｆ）は、主翼（Ｗ）の後縁に
設けられた可動翼面であることを特徴とする、請求項４
に記載の境界層制御方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11185910A JP2001010594A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 境界層制御装置および境界層制御方法 |
| US09/606,010 US6390417B1 (en) | 1999-06-30 | 2000-06-29 | Drag control system for flying machine, process for estimating drag of flying machine, boundary layer control system, and boundary layer control process |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11185910A JP2001010594A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 境界層制御装置および境界層制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001010594A true JP2001010594A (ja) | 2001-01-16 |
Family
ID=16179029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11185910A Pending JP2001010594A (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 境界層制御装置および境界層制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001010594A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112857762A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种半椭球结构强度试验的过渡段 |
-
1999
- 1999-06-30 JP JP11185910A patent/JP2001010594A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112857762A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种半椭球结构强度试验的过渡段 |
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