JP2003104294A - 翼 形 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】飛行機その他の流体機械に用いられる翼の翼
形、特に翼の後端の形状に関し、翼後縁角τ≒０°とな
るように、板厚が一定で、しかもできるだけ薄い板とす
ることで、後縁近傍に生じる急激な圧力上昇を抑え、翼
の失速特性の改善を図る。 【解決手段】各種用途の翼５において、その反り曲線５
ｆの延長線上において、翼後縁２と一体に、板厚が一定
で、しかもできるだけ薄い板４を後方に向けて有してい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、飛行機その他の流体機
械に用いられる翼の翼形、特に翼の後端の形状に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１は飛行機などの通常の翼の断面形状
を示す図である。翼の前縁１と後縁２との翼弦３の長さ
すなわち翼弦長さをｃとした場合、翼の後縁２の位置に
よって、翼弦長さｃも決まってしまう。また、翼の厚み
は、翼の最も膨らんだ部分から後縁２に至るまで、Ｔma
x からＴmin へと、連続的に減少していくのが常であ
る。したがって、後縁２において、最小厚Ｔmin とな
る。

【０００３】飛行機などの翼に関し、その翼形性能に対
する要求として、最大揚力係数Ｃ_L を大きくすること、
広い迎角範囲で高い揚抗比を維持すること、広い迎角範
囲でモーメント係数Ｃ_M を小さく維持すること、などが
挙げられ、各種前縁形状、翼の厚み、反りｂについて、
迎角αおよびレイノルズ数Ｒｅを種々変化させるといっ
た研究が行われてきた。

【０００４】特に米国ＮＡＣＡ(National Advisory Com
mittee for Aeronautics, 現在のＮＡＳＡ）等において
は、迎角αおよびレイノルズ数Ｒｅを種々変化させ、翼
の厚み、反りｂ等を系統的に変化させて調べ、所定の翼
性能を満たす翼形が多数発表されている。

【０００５】翼性能の改善を図り、翼の前縁形状や翼の
厚みおよび反りｂの分布については詳細に調べられてい
るが、従来、後縁２の形状については、強度および製作
上の問題により、翼後縁２では厚みＴmin をもたせ、翼
後縁角度τを有限にしたため、翼面上の境界層が大きく
影響し、理論値と実験値が一致しないにも関わらず、翼
後縁２の近傍の流れについては、あまり研究がなされて
いないという状況にあった。

【０００６】すなわち、従来は翼後縁の翼性能に対する
流体力学的影響についてあまり研究がなされておらず、
翼後縁の形状はさほど重要視されていなかった。翼５の
形状は翼の最大厚みＴmax 位置から後縁に向かって次第
に薄くなっているが、連続的に後縁を薄く尖らすことは
製作可能であっても強度の問題がある。そこで、一般的
な翼形は後縁角度を有限にし、ある程度の厚みを有する
形状となっている。

【０００７】先行技術調査をした結果、特開平４−１９
３６９７号は唯一、翼後縁の形状について述べている
が、「翼後縁にフレキシブルな膜状体を取り付けること
を特徴とする翼」であって、力学的に実現性に欠ける。

【０００８】これに対し、本発明は、剛性を有するもの
であり、しかも後縁角τ≒０°となるように、板厚一定
で、できるだけ薄い板にしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、翼後縁２
において、翼形データの実験値と理論解析値が一致しな
いことに着目し、翼後縁２に厚みＴmin がある場合、す
なわち翼後縁角τが有限値を持つ場合に、理論的に翼後
縁２近傍において急激な圧力上昇が生じているという新
しい知見を得た。

【００１０】本発明の技術的課題は、このような問題に
着目し、翼後縁角τ≒０°となるように、板厚が一定
で、しかもできるだけ薄い板とすることで、後縁近傍に
生じる急激な圧力上昇を抑え、翼の失速特性の改善を図
ろうとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の技術的課題は次
のような手段によって解決される。請求項１は、各種用
途の翼において、反り曲線の延長線上において、翼後縁
と一体に、板厚が一定で、しかもできるだけ薄い板を後
方に向けて有していることを特徴とする翼形である。な
お、本発明の翼は、空中飛行体の翼だけでなく、エンジ
ンや水車などのブレードなど、あらゆる流体装置に適用
可能である。

【００１２】このように、翼後縁角τが有限値をもつ通
常の翼後縁から、該後縁と一体に、板厚が一定で、しか
もできるだけ薄い板を後方に向けて有していることによ
り、実質的に、翼後縁角τ≒０°にすることができる。
その結果、後縁近傍に生じる急激な圧力上昇を抑えるこ
とが可能となり、翼の失速特性の改善を図ることができ
る。

【００１３】請求項２は、請求項１に記載の通常の翼の
後端に、別体のできるだけ薄い板が取り付けられている
翼形である。このように、前記のできるだけ薄い板が翼
後縁とは別体になっており、この別体の薄板を、通常の
翼の後端に、後付けによって一体化し、取り付け固定さ
れている。そのため、比較的容易に製造でき、実現でき
る。

【００１４】請求項３は、請求項１に記載の翼の翼後縁
ができるだけ薄く後方に延ばされている翼形である。こ
のように、前記のできるだけ薄い板が、翼後縁をできる
だけ薄く延ばした構成になっている。そのため、通常の
翼の製造工程において、翼と一緒に製造できる。

【００１５】請求項４は、請求項１、請求項２または請
求項３に記載の翼から後方に補強リブが延びており、こ
の補強リブの上面または下面に、前記のできるだけ薄い
板が取り付け固定されている翼形である。このように、
翼から後方に補強リブが延びており、この補強リブの上
面または下面に、前記のできるだけ薄い板が取り付け固
定されているので、薄くて機械的強度に欠ける薄板を翼
後縁に確実に固定でき、しかも耐久性が増し、寿命も維
持できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明による翼形が実際上ど
のように具体化されるか実施形態を説明する。図２は、
本発明による翼形を示すものであり、翼後縁２から、後
方に向けて、できるだけ薄い板４を一体に有している。

【００１７】この薄板４は、翼５の後縁２寄りの位置の
反り曲線５ｆの延長線上に設けられている。より正確に
表現すると、反り曲線５ｆの接線方向の延長線上に設け
られている。したがって、前記薄板４は平板となる。な
お、反り曲線５ｆの接線方向は、翼後縁角τの２等分線
と等しいことになる。

【００１８】そして、この薄板４は、板厚が一定で、し
かも板厚ができるだけ薄いことが必要である。このよう
な薄板４が、翼後縁２と一体に、後方に向けて設けられ
ている。

【００１９】図３に、この翼形の翼表面５ｕにおける圧
力分布を示す。縦軸は翼表面５ｕの圧力係数であり、横
軸は翼弦長さｃを１とした場合の翼弦方向距離である。
翼形にはカルマン・トレフツ翼を一例として用い、後縁
角τを０°、10°、30°の場合を、それぞれ実線、破
線、１点鎖線で示した。

【００２０】図４は図３を翼後縁２近傍について拡大し
たものであり、翼弦0.９〜１.0までの圧力分布を詳細に
示している。図示のように、翼後縁角τが大きくなるに
従い、翼後縁２近傍における圧力係数Ｃｐは急激に大き
くなり、翼後縁２では理論的に１となる。この急激な圧
力上昇が、翼５の失速パターンの代表的なものの一つで
ある後縁失速の開始に大きく影響を与えるものと考えら
れる。

【００２１】そこで、本発明は、後縁角τ≒０°となる
ように、翼の反り曲線５ｆの延長線上において、翼後縁
２に薄い板４を取り付け固定し、後縁２近傍における急
激な圧力上昇を抑えることで、後縁失速の開始を遅らせ
るようにしている。その結果、翼性能の改善を図ること
が可能となる。

【００２２】図５に、図３、図４で用いた翼の形状をそ
れぞれ示した。すなわち、後縁角τが０°、１０°、３
０°の場合の翼形状を示すと、それぞれ実線、破線、１
点鎖線のようになる。このように、τ≒０°では、実線
で示すように翼後縁は極めて鋭利に尖った形状となる。

【００２３】ところが、本発明は、このように翼後縁を
尖らすのではなく、薄く延ばす、あるいは薄板４を取り
付けることによって、翼性能の改善を図るものである。
翼後縁を尖らすことは後縁角が有限で、厚み無しにする
ことであり、それに対して本発明では、後縁角τ≒０
°、厚みが有限となっている。

【００２４】本発明では、強度上の問題を解決するため
に、厚みを有することになるが、翼前縁近傍から発達し
た境界層の翼後縁における境界層厚み程度であれば、薄
板の厚みの影響は無視できるものと考えられる。

【００２５】このように、前記の薄板４は厚みを有する
が、翼後縁角τ≒０°とみなしうるように、できるだけ
薄い方がよい。つまり、板厚は種々の条件に左右される
が、強度が十分に確保できれば、できるだけ薄い方が良
い。

【００２６】薄板４の板厚は、翼５の大きさにも左右さ
れる。つまり、翼５の面積が大きければ、薄板４を厚く
できる。薄板４の延長長さＬは翼弦長さｃの１割程度が
適しているが、薄板４の板厚は、この延長長さＬに対
し、0.001L〜0.1L程度が適している。

【００２７】そして、後縁角τ≒０とするには、薄板４
の板厚が一定であることが必要である。すなわち、板厚
を一定にすると、実質的に後縁角τ≒０にできる。しか
し、板厚が一定ということは、薄板４の殆ど全面におい
て板厚が一定ということであって、薄板４の後縁などの
ような一部分の形状まで含むものではない。したがっ
て、後縁を尖らせたり、Ｒを付けたりすることは自由で
ある。

【００２８】板厚一定であることが必要ではあるが、境
界層の影響を考慮すると、厚みは実質的にゼロと見なせ
る。したがって、できるだけ薄いことも必要となる。す
なわち、図５におけるτ≒０°を示す実線の翼後縁のよ
うに極めて鋭利に尖った形状が必要であるが、そのため
には、厚みもゼロとなる。

【００２９】翼後縁における境界層（の厚み）により薄
板４の厚みの影響は無視できると考えられる。前記のよ
うに、大きな翼では、薄板４の厚みが大きくなるが、前
縁から後縁までの翼表面距離も長くなり、境界層も発達
し、境界層の厚みも大きくなるので、薄板４の厚みは無
視できる。

【００３０】薄板４の材質は翼５と同じものを考えてい
るが、アルミニウム材やＦＲＰ材等の軽量で丈夫なもの
が適している。例えば、翼弦長さ１５０ｍｍのＮＡＣＡ
００１８対称翼を考えると、後縁２に、Ｌ＝１５ｍｍ、
厚さ0.３ｍｍ程度のアルミニウム板を、薄板４として取
り付けることで、翼性能の向上が図られるものと考え
る。なお、前記のように、薄板４の後方への延長長さＬ
は、翼弦長さｃの１割程度を想定している。

【００３１】薄い板４の延長長さＬが大きい場合、ある
いは板厚が極めて薄くなると、薄板４だけでは、耐久性
の上で問題がある。そこで、翼から後方に補強リブを延
ばし、この補強リブの上面または下面に、反り曲線５ｆ
の延長線上の薄板４を取り付け支持する構造が好まし
い。

【００３２】また、翼５のスパンに対する薄板４の設置
位置や薄板４のスパン方向の長さは特に限定されない。
つまり、翼５のスパン全長にわたって設けてもよいし、
スパンの一部だけに設けてもよい。後者の場合の設置位
置も任意でよい。

【００３３】

【発明の効果】請求項１のように、翼後縁角τが有限値
をもつ通常の翼後縁から、反り曲線の延長線上におい
て、翼後縁と一体に、できるだけ薄い板を後方に向けて
有していることにより、実質的に、翼後縁角τ≒０°に
することができる。その結果、後縁近傍に生じる急激な
圧力上昇を抑えることが可能となり、翼の失速特性の改
善を図ることができる。

【００３４】請求項２のように、前記のできるだけ薄い
板が翼後縁とは別体になっており、この別体の薄板を、
通常の翼の後端に、後付けによって一体化し、取り付け
固定されている。そのため、比較的容易に製造でき、実
現できる。

【００３５】請求項３のように、前記のできるだけ薄い
板が、翼後縁をできるだけ薄く延ばした構成になってい
る。そのため、通常の翼の製造工程において、翼と一緒
に製造できる。

【００３６】請求項４のように、翼から後方に補強リブ
が延びており、この補強リブの上面または下面に、前記
のできるだけ薄い板が取り付け固定されているので、薄
くて機械的強度に欠ける薄板を翼後縁に確実に固定で
き、しかも耐久性が増し、寿命も維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 飛行機などの通常の翼の断面形状を示す図で
ある。

【図２】 本発明による翼形を示す図である。

【図３】 通常の翼の翼表面の圧力分布を示すグラフで
ある。

【図４】 図３の翼後縁近傍の部分を拡大したグラフで
ある。

【図５】 図３、図４で用いた翼の断面形状をそれぞれ
示す図である。

【符号の説明】

１ 翼の前縁 ２ 翼の後縁 ３ 翼弦 ｂ 翼の反り ｃ 翼弦長さ α 迎え角 τ 翼後縁角 ４ 薄板 ４ｒ 薄板の後端 ５ 翼 ５ｕ 翼表面 ５ｆ 反り曲線

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各種用途の翼において、反り曲線の延長
   線上において、翼後縁と一体に、板厚が一定で、しかも
   できるだけ薄い板を後方に向けて有していることを特徴
   とする翼形。
2. 【請求項２】 前記の翼の後端に、別体のできるだけ薄
   い板が取り付け固定されていることを特徴とする請求項
   １に記載の翼形。
3. 【請求項３】 前記の翼の翼後縁ができるだけ薄く後方
   に延ばされていることを特徴とする請求項１に記載の翼
   形。
4. 【請求項４】 前記の翼から後方に補強リブが延びてお
   り、この補強リブの上面または下面に、前記のできるだ
   け薄い板が取り付け固定されていることを特徴とする請
   求項１、請求項２または請求項３に記載の翼形。