JP2003534983A - 水上機及びフロート水上機用の空気力学的補助装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明による水上機及びフロート水上機のフロート用の空気力学的補助装置は、圧索空気の供給され得、フロートに沿ってのびかつ本質的に箱（１）から成るフロートの側面（１１）位置している四つの気密のブラダ（１０）を有している。ブラダ（１０）は、殆ど膨張能力のない可撓性材料又はエラストマー材料で構成され、そして全体が弾性で水密な繊維スキン層（９）で覆われている。圧搾空気が供給される状態において、箱（１）のエッジすなわち側部エッジ（８）及びキールエッジ（７）は平滑化される。従って、航空機が飛行状態となると直ぐに、フロートの抗力係数Ｃ_Ｄは相当に低減される。圧搾空気は航空機が水面から離水し着水する際に解放され、それにより、エッジ（７、８）は、それらの安定性（キールエッジ（７））のため及びコアンダ効果（側部エッジ（８））を防止するためにそれらの効果を発揮し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、請求項1の特徴部分による水上機及びフロート水上機用の補助装置
に関するものである。流体力学的解決手段は、飛行艇、水上機、フロート水上機
及び、離水中と着水中に水中に位置するフロートを備えた離着水航空機のパーツ
に関連して構成されなければならないと言うことである。各々の場合で長く回り
くどい言い方を避けるため、以降、これらのパーツはフロートとする。前記解決
手段は、以下の考察及び要求が基本となっている。 すなわち、 フロートが、航空機を水上で良好な方向に安定させることを意図し、 フロートは、純粋な浮揚状態から、滑走状態へ容易に変わることができなけれ
ばならず、 フロートの空中における、抗力（Ｃ_Ｄ）は、できるだけ少なくなければならな
い。

【０００２】 （背景技術） 特に第一の二つの−流体力学的−要求を考慮した技術的手段は、通常Ｃ_Ｄ値を
悪くして、Ｃ_Ｄ値を改善する手段は、浮揚及び滑走能力を消失させる。

【０００３】 コアンダ効果（Henri Coanda 1886〜1972）が、ここでは中心の役割を演じ、
密接な原理を基に、水が本体上の湾曲面をまわって流れ、その過程で速度が増し
結果的に、Bernoulliの法則により、水面下で圧力降下が生じる。従って、フロ
ートは、力学的に有利な形状をしていれば、水上に着水と離水する間両方で、圧
力降下により通常フロートを水中に引き寄せ、滑走状態にさせることが充分可能
である。

【０００４】 対照的に、フロートが例えばＶ形底面、鋭角エッジが垂直壁に変移した、いわ
ば鋭角ビルジエッジを備えれば、それによって方向安定性を改善するだけでなく
、コアンダ効果をかなり抑える。しかしそれは一貫してＣ_Ｄの数値は数倍に増加
する。従って、流体力学的な最大限度と航空力学的な最大限度との間で達成すべ
き解決手段は、従来流体力学の方を選ばなければならなかった。

【０００５】 それは特に、事実上公知の実施形態であるフロートの底部上のステップまたは
ステップ形エッジに利用されており、それは流体力学的に、水を乱流させるため
、そして空気を流すために必要である。しかし航空力学的に同じように分流を生
じさせるので損失が大きく、この場合は望ましくはない。

【０００６】 不充分な解決手段を克服するための従来の試みは、あまり多くはない。それは
、 エッジを−平面上−後部で丸形にすること、 または、例えばドイツ国特許出願公開明細書DE 38 41 878 A1に示されているよ
うに、航空力学的特徴を改善するため、飛行中に延び、そのプロセスの時にステ
ップ形エッジをカバーする作動フラップを配置すること、 である。

【０００７】 （発明の開示） 本発明の目的は、流体力学的に最適なフロートに、補助具を提供することであ
り、それによって航空機が飛行時に、その様なフロートのＣ_Ｄを大きく改善する
。更なる目的は、その様な補助具を軽量、且つ摩擦を受ける全ての構成要素を簡
単に交換できるように設計することでる。前記目的を達成する方法は、本発明の
主要な特徴に関する請求項１の特徴部分に記載されて、更なる有利な実施形態に
ついては従属の請求項に記載されている。

【０００８】 （発明を実施するための最良の形態） 添付図面は、一例として幾つかの実施形態に関連させて、本発明の概念を示し
ている。

【０００９】 図１ａ、ｂ及びｃは、従来技術の例として公知である三つのフロートの断面図
を示している。 図１ａは、頻繁に使用されるフロートの輪郭形状を示している。本質的に矩形
の箱体１は、逆向きの屋根型輪郭形状２を底部に備えている。コアンダ効果(Coa
nda effect)を抑えるために、垂直方向の形状変化はエッジが鋭くなるように形
成されている。点線は円形輪郭形状３を示しており、この円形輪郭形状３は、箱
体１の代わりとして使用され、空気力学的特性を改善する。 図１ｂは、屋根型輪郭形状２がホローキール(hollow keel)４の形態である点
で図１ａとは異なる。このキール型部分４により、水しぶき、指向安定性及び滑
り特性が改善されるが、対照的に空気力学的特性が悪化することは明らかである
。点線は、上方に向けてテーパー状に形成された箱体１の変形例５を示している
。 図１ｃは、ドーニアー輪郭形状(Dornier profile)と呼ばれるものを示してお
り、このドーニアー輪郭形状は、良好な指向安定性及び滑り特性を持ち、同様に
、水しぶきを効果的にするが、両側部に２つのエッジ６があるので、空気力学的
特性が相当乏しくなる。

【００１０】 図２の側面図は、図１ａ、ｂ又はｃのどの断面輪郭形状を選択するかに関係な
く、必ず設けられるエッジ１２を分かり易く示している。既に指摘したように、
エッジ１２の目的は、水中でフローセパレーション(flow separation)を引き起
こすことであり、これは、飛行機を水から離陸させることができる唯一の方法で
ある。しかし、これは、同様に空気中にもフローセパレーションを引き起こし、
その結果、抗力係数Ｃ_Ｄ(drag coefficient C_D)が非常に増大することになる。
フロートが飛行艇の機体であるか、水上機又はフロート水上機のフロートである
かによって、抗力係数Ｃ_Ｄは、そのフロートの抗力係数の２０％から、その数倍
まで増加し得る。本発明は、図３〜８に基づく幾つかの実施例を参照して、より
詳細に説明される。現在、フロートは、実質的に例外なく、金属及び／又はプラ
スチックのような硬質材料で製造されている。従って、本発明の基本は、補助装
置を設けることにある。この補助装置は、もし、必要なら、遡及的に適用され、
また、その形状が圧搾空気を用いることによって変形でき、また、材料の選択や
望みの大きさに切断することによって、その形状を予め決めることができる空気
力学的要素を構成する。

【００１１】 図３は、図１ａに示したフロートに適用し得る本発明による補助装置の断面図
を示している。屋根型輪郭形状２は、二つの表面１１と三つのエッジ７，８とを
備え、前記エッジは、一つのキールエッジ７と二つのサイドエッジ８から成る。
屋根型輪郭形状２は、繊維スキン９によって覆われている。この繊維スキン９は
、膨張することができ、防水コートされており、エッジ７，８の辺りでフロート
に取り付けられる。可撓性ブラダ１０が、屋根型輪郭形状２の表面１１と繊維ス
キン９との間に、フロートに沿って挿入され、不図示のバルブを介して、これら
のブラダ１０に圧搾空気を供給できるように構成されている。フロートの底部は
、曲面形状、好ましくは、箱体１の底部と壁との間の形状変化が滑らかになり、
一方のブラダ１０の湾曲形状から他方のブラダ１０の湾曲形状の形状変化も同様
に滑らかになる形状を取る。しかし、少なくとも、サイドエッジ８の幾何学的形
状や空気力学的効果は弱められる。これは、第１に、僅かな膨張性を持ち、気密
になるようコートされている可撓性材料でブラダ１０を形成することによって達
成され、第２に、ブラダ１０をエラストマーで製造し、一方でブラダ１０内の空
気圧と、他方でスキン９及びブラダ１０の弾性により生じる圧力と共同して湾曲
の範囲を正確に設定することにより達成される。第一に説明した形態は、一定の
空気圧より高い圧力で所望の形状が得られ、もし、空気圧がそれ以上増加しても
、ブラダ１０の形状は、それ以上殆ど変化せず、例えば、ブラダ１０が、少なく
とも、エッジ７，８の範囲で、ブラダ１０の全長に亘って輪郭形状２の表面１１
と密着するという利点を持つ。線や面の形に関する他の形態も、勿論、同様に、
本発明の概念に含まれる。

【００１２】 図４は、本発明の別の実施例を示している。この場合、フロートは、少なくと
も、その長さの大部分に亘って設けられている４つのブラダ１０を有する。ブラ
ダ１０の構造、材料及び付属品は、図３におけるブラダ１０に関して説明したも
のに対応する。図３に示したブラダ１０に付加されるブラダ１０は、側面１１に
おかれる。４つのブラダ１０を用いることにより、弾性スキン９の僅かな変形で
、エッジ７，８に亘って滑らかな表面変化を生み出すことを可能にしている。図
１ｂに示した箱体１の変形例５、即ち、側面１１が上方に向けてテーパー状に形
成され、表面１７がホロースキン４の形態である箱体を有するフロートを用いる
場合には、図４に示した実施例が好ましい。

【００１３】 図５は、図１ｃに示したドーニアー輪郭形状に、本発明の実施例を適用した例
を示している。この場合、図面に示すように二つのブラダ１０、又は図４に示す
ように４つのブラダが設けられ得る。重要な特徴は、この図面では符号６を用い
て示す複数のエッジに亘ってスキン９が平滑に変化することであり、また、既に
説明したが、これらは弱められる。

【００１４】 図６は、本発明の第４の実施例を示している。この第４の実施例は、図１ａに
対応する断面輪郭形状を示す例によって示されている。ここで用いられる長手方
向に伸びるブラダ１０は、二つの側面１１を、サイドエッジ８から（本図面では
点として現れている）長手方向線１４までを部分的に覆っている。この領域にお
いて、ブラダ１０は、それらの全ての領域に亘って、又は、例えば、線の形態で
側面１１に接着される。本図では、その断面が示されているフロートの底面全体
が、弾性繊維スキン９によって覆われている。二つのブラダ１０に圧搾空気が用
いられると、スキン９は、キールエッジ７及びサイドエッジ８の領域だけでフロ
ートに接触する。従って、この実施例により、サイドエッジ８を平滑に変化させ
ることが可能になる。

【００１５】 図７は、図２に示した横方向に伸びるエッジ１２を詳細に示している。このエ
ッジ１２は、離陸及び着陸の間に、ここで水流をセパレートし、フロートを滑走
可能にするので、流体力学的な目的が要求される。空気力学的には、言い換えれ
ば、飛行機が離陸すると直ぐに、エッジ１２は、既に説明したように非常に不安
定な影響をもたらす。従って、図７は、どのようにして、本発明により、この不
安定な影響を解決するか、又は、少なくとも、充分に低減させるかを説明してい
る。本発明による補助装置は、断面輪郭形状に対応しているエッジ１２の伸張部
１３も含んでいる。ブラダ１０が膨張していない時、弾性スキン９は、本質的に
伸張部１３の裏側にあるステップ１６内に、ブラダ１０を押し付ける。この場合
、ブラダ１０は、勿論、フロートに、例えば、少なくとも、そのフロートとの接
触面の境界線に沿って接着される。圧搾空気が用いられると、ブラダ１０は図７
に示す形態を取り、再び、エッジ１２の前方のフロートの表面と、その尾翼との
間の変化を滑らかにする。前記表面からブラダ１０を覆うスキン９にかけての変
化も滑らかになる。これにより、フロートの周辺を流れる空気におけるフローセ
パレーションは防止される。

【００１６】 エッジ１２の伸張部１３は、好ましくは、接着することによってフロートに取
り付けられる。伸張部は、この目的のために適当な形状に形成される。このよう
な接着は従来技術であるので、ここでは詳細に説明しない。例えば、ドーニアー
輪郭形状のフロートを用いる時のように、フロートの形状によっては、一つのブ
ラダ１０ではなく、ステップ１６を満たす二つのブラダ１０を設けるほうが好ま
しい。

【００１７】 図８は、一つのブラダ１０だけを使用する図７の実施例を下方から見た平面図
である。点線は、第１に、伸張部１３から突き出したエッジ１２を示しており、
第２に、ブラダ１０の接着の境界線を示している。もし、目的が、弾性スキン９
を有するブラダ１０によってステップ１６だけを満たすことであれば、弾性スキ
ン９は、フロートの底面に、例えば、接着のように、確実に連結でき、かつ、エ
ッジ１５を持つような範囲でブラダ１０を覆うように設けられる。しかし、本発
明により他のエッジ６，７及び８を滑らかにすることも意図する場合には、弾性
スキン９は、少なくとも、フロートの底面全体を覆うようにするのが好ましい。 圧搾空気用のラインは、本質的に公知なので示していない。これらは、好まし
くは、フロートの内部を通される。 ブラダ１０の空気を素早く抜くために、排気ラインもまたブラダ１０まで設け
られ、離陸前に排気され得る。しかし、圧搾空気用に用いられるラインを、公知
のバルブと排気ポンプを設けることによって、排気のために使用することも可能
である。

【００１８】 本発明による補助装置は、モジュール式の形態であり得、フロートの最も用い
られる種類やサイズに適合され得る。また、本発明による補助装置は、エッジ１
２を滑らかにすることだけを含むが、演じ６，７，８の全てを滑らかにすること
も含む。 本発明による補助装置の使用は、特に、軽量航空機や超軽量航空機のフロート
に対して有効であり、この方法により改善されるフロートのＣ_Ｄ値の影響が顕著
に表れる。

【図面の簡単な説明】

【図１ａ】 従来技術による形状のフロートの断面図。

【図１ｂ】 従来技術による形状のフロートの断面図。

【図１ｃ】 従来技術による形状のフロートの断面図。

【図２】 図１ａによる従来形フロートの側面図。

【図３】 図１ａを参考にした本発明による補助装置の第１実施例の断面図
を示している。

【図４】 図１ａを参考にした本発明による補助装置の第２実施例の断面図
を示している。

【図５】 図１ｃを参考にした本発明による補助装置の第３実施例の断面図
を示している。

【図６】 図１ａを参考にした本発明による補助装置の第４実施例の断面図
を示している。

【図７】 図２を参照した本発明による補助装置の第５実施例の長手方向断
面図を示している。

【図８】 図７の実施例を下方から見た平面図を示している。

【符号の説明】

1 箱体 2 屋根型輪郭形状 3 円形輪郭形状 4 ホローキール 5 箱体１の変形例 6 エッジ 7 キールエッジ 8 サイドエッジ 9 繊維スキン 10 ブラダ 11 表面

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気中におけるＣ_Ｄ係数を低減するため、横方向にのびるエッジ（１２）及び
   エッジ（１２）の背後に形成されたステップ（１５）を備えた水上機及びフロー
   ト水上機のフロート用の空気力学的補助装置において、 圧搾空気の供給され得る可撓性で気密のブラダ（１０）と、 繊維材料で作られ、水密であるようにコーティングされる弾性スキン層（９）
   と を有し、 ブラダ（１０）がフロート上に随意に配列されかつ空気中で流れ分離を生じさ
   せ得るフロートのエッジ（６、７、８、１２）の領域の表面遷移がブラダ（１０
   ）に圧搾空気を供給することで平滑化され得るように弾性スキン層（９）で覆わ
   れていること を特徴とする空気力学的補助装置。
2. 【請求項２】 フロートが水に入る部分においてＶ字形の横断面外形をもち、キールエッジ（
   ７）、二つの側部エッジ（７、８）及び二つの側部エッジ（７、８）間にしかも
   それらに隣接した表面（１１）を備え、ブラダ（１０）がフロートに沿ってのび
   、弾性繊維スキン層（９）で覆われそして表面（１１）上に位置していることを
   特徴とする請求項１に記載の空気力学的補助装置。
3. 【請求項３】 フロートが、二つの側部エッジ（７、８）間に位置した表面（１１）上にのみ
   ブラダ（１０）を備えていることを特徴とする請求項２に記載の空気力学的補助
   装置。
4. 【請求項４】 ブラダが表面（１１）全体を覆っていることを特徴とする請求項３に記載の空
   気力学的補助装置。
5. 【請求項５】 ブラダが、エッジ（８）に隣接しかつ表面（１１）に沿ってのびる線（１４）
   で画定される表面（１１）の部分のみを覆っていることを特徴とする請求項３に
   記載の空気力学的補助装置。
6. 【請求項６】 フロートが、二つの側部エッジ（７、８）間に位置された表面（１１）及び側
   部エッジ（８）に隣接した表面（１１）の両方に、ブラダ（１０）を備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の空気力学的補助装置。
7. 【請求項７】 ブラダ（１０）が横方向にのびるエッジ（１２）の前方向にのみ配列されてい
   ることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の空気力学的補助装置。
8. 【請求項８】 ブラダ（１０）が横方向にのびるエッジ（１２）の前後両方向に配列されてい
   ることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載の空気力学的補助装置。
9. 【請求項９】 フロートが四つのエッジ（６）をもつ断面ドルニエ形状をもち、ブラダ（１０
   ）がフロートに沿ってのびるように設けられ、弾性繊維スキン層（９）で覆われ
   、そしてエッジ（６）のうちの側部に位置した二つのエッジの間に各々配置され
   るように配列されていることを特徴とする請求項１に記載の空気力学的補助装置
   。
10. 【請求項１０】 ブラダ（１０）が横方向にのびるエッジ（１２）の前方向にのみ配列されてい
    ることを特徴とする請求項９に記載の空気力学的補助装置。
11. 【請求項１１】 ブラダ（１０）が横方向にのびるエッジ（１２）の前後両方向に配列されてい
    ることを特徴とする請求項９に記載の空気力学的補助装置。
12. 【請求項１２】 少なくとも一つのブラダ（１０）が、横方向にのびるエッジ（１２）の直後に
    設けられ、そして弾性スキン層（９）で覆われ、 横方向にのびるエッジ（１２）がそれをこえて突出する伸張部（１３）を備え
    、そしてフロートの前方向部分に取付けられ、 少なくとも一つのブラダ（１０）が、圧搾空気の供給される時の状態において
    横方向にのびるエッジ（１２）によって形成されたステップ（１５）を補償でき
    るような形状に構成されかつ寸法決めされていること を特徴とする請求項１に記載の空気力学的補助装置。
13. 【請求項１３】 請求項３〜１２のいずれか一項に記載の空気力学的補助装置。
14. 【請求項１４】 ブラダ（１０）が、空気に対して不浸透性であり殆ど弾性をもたないように被
    覆される弾性繊維材料から成り、そして少なくとも適当な部位で、それらの装着
    されるフロートの表面に接合されていることを特徴とする請求項１〜１３のいず
    れか一項に記載の空気力学的補助装置。
15. 【請求項１５】 ブラダ（１０）がエラストマ材料で作られていることを特徴とする請求項１〜
    １３のいずれか一項に記載の空気力学的補助装置。
16. 【請求項１６】 複数の圧搾空気ラインが設けられ、そしてブラダ（１０）がこのような圧搾空
    気ラインの一つに接続されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一
    項に記載の空気力学的補助装置。
17. 【請求項１７】 ブラダ（１０）が排気できるように構成されていることを特徴とする請求項１
    〜１５のいずれか一項に記載の空気力学的補助装置。
18. 【請求項１８】 複数の真空ラインが設けられ、そして各ブラダ（１０）がこのような真空ライ
    ンの一つに接続されていることを特徴とする請求項１７に記載の空気力学的補助
    装置。
19. 【請求項１９】 制御装置を備えた弁が設けられ、そして圧搾空気ライン及び真空ラインが同一
    であり、上記弁を制御することにより作動されることを特徴とする請求項１６又
    は１８に記載の空気力学的補助装置。