JP2009149278A - 表面効果翼艇の翼およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
翼が水および空気の圧力に耐え、軽量でかつ安価にできるようにした表面効果翼艇の翼、およびその製造方法を提供することにある。
【解決手段】
艇体（１）の側面板から横に突出する前翼（２）および後翼（３）が表面効果を奏する、タンデム翼表面効果翼艇に使用される荷重多経路伝達構造を備えた翼において、前記前翼（２）および前記後翼（３）の翼の前部分（１２）、翼両側板（９）、翼底面外板（８）がＦＲＰを用いて一体に形成されていること、前記前翼（２）および前記後翼（３）の各翼内部に、複数の縦桁材（４）と横桁材（５）を備えており、この縦桁材（４）と横桁材（５）とが互いに格子状に設けられている荷重多経路伝達構造を成すことを解決策手段とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、耐圧性があり、軽量かつ安価に製造でき、表面効果の作用を有するタンデム翼表面効果翼艇に使用される翼に関する。さらに本発明はこのような翼の製造方法に関する。

従来の表面効果翼艇の翼の構造としては、図４に示したものが一般的であるが、アルミ二ウムまたはジュラルミン製であり、航空機の翼製造方法がとられている。この構造は軽量ではなく、かつ高価なものである。

特許文献１には、胴体に進行方向で見て相互間隔をおいてほぼ同じ高さに配置された前翼と後翼および、垂直尾翼安定板と方向舵との間に設けられた推進プロペラ用ギャップを備えたエアフォイル艇が記載されている。

特許文献２は、タンデム翼型地面効果翼艇において、胴体と、同胴体に取付けられた前主翼及び後主翼ならびに垂直尾翼と、上記の前主翼および後主翼の各左右翼端間に各々取付けられた左右の端板と、推進機とを備え、上記推進機が上記前左翼上に取付けられるとともに、エレベータを備えた水平尾翼が上記後主翼の後部上方でかつ地面効果の作用を受けない位置に取付けられていることを開示している。

特許文献３には、胴体、及び対向翼端部及び各々の前記翼端部から前記胴体及び水上飛行の間の水中浸漬用の翼構造の下に下方に伸長する一対のスーパーキャビティを発生させる端板を有する翼構造の地面効果翼ビークルが開示されている。

上述のような従来行われた表面（地面／水面）効果艇の翼の製造方法では、タンデム艇、あるいは一枚翼の場合においても重量のバランスまたは空気力学的バランスをとるために設計に工夫を要する向きがあった。さらに、表面効果艇は翼が艇体より両舷に突出しており、艇体全体の総幅が大きくなるので、翼を脱着して輸送するためには、翼を軽量にしなければならない。

また従来の表面効果翼艇は、離水または離水に至る過程において、表面効果翼艇が艇前方より翼の下面に流入する空気による浮力および海面の波および艇体の水を切ることによる水飛沫が翼の下面に激突するという問題点を有していた。

翼の強度について、空気及び艇の揺動により絶えず上下に羽ばたいているが、柔軟で粘り強い翼が求められる。これには航空機構造力学によるフェールセーフより多経路荷重伝達構造が良いとされている。

また構造を航空力学の張力場の理論から見ると、この張力場の理論は、横桁材２５の上下フランジ２７とそれを繋ぐ薄いウェブ２３で構成される（図６ａ右図参照）。この構造は、日本の襖、障子の構造とよく似ている。障子骨は細く弱く、障子紙は破れ易いが総合すると剛性のある構造体となる。図６ｂにおいて、下面から翼の揚力Ｌが作用すると、下面のフランジ２７は圧縮力Ｃを、上面のフランジ２７は引張力Ｔ１を受ける。また中間の薄いウェブ２３は張力場に於ける引張力Ｔ２を受ける。また翼に配置された縦桁材２４と横桁材２５の交差する十字部分（図６ｃ丸印部参照）は、桁材の支柱として圧縮力を受ける。表面効果艇では、翼面荷重は１平方米当たり４０ｋｇまでであるので、軽重量の翼を製作するには適した翼構造である。
欧州特許第００２３３４０号明細書 特開平４−１７３４６５号公報 特表２００４−５１２９９８号公報

本発明の課題は、従来技術の問題点を解決し、翼が水および空気の圧力に耐え、軽量でかつ安価にできるようにした表面効果翼艇の翼、およびその製造方法を提供することにある。さらに、本発明の別の課題は、上述の航空力学における張力場の理論を本発明の構造に応用することである。

この課題は、請求項１に記載の発明によると、艇体の側面板から横に突出する前翼および後翼が表面効果を奏する、タンデム翼表面効果翼艇に使用される荷重多経路伝達構造を備えた翼において、前記前翼および前記後翼の翼の前部分、翼両側板および翼底面外板がＦＲＰを用いて一体に形成されていること、前記前翼および前記後翼の各翼内部に、複数の縦桁材と横桁材を備えており、この縦桁材と横桁材とが互いに格子状に設けられている荷重多経路伝達構造を成すことにより解決される。

本発明の上記別の課題は、請求項２に記載の発明によると、前記横桁材は、各々カバーリング部と芯材と補強材とから成っていることによって解決される。図６ａにおいて本発明による横桁材のカバーリング部１３はウェブ２３に、補強材７はフランジに各々相当している（図６ａ参照）。

請求項３に記載の発明によると、補強材には丸パイプ、角パイプあるいは角丸パイプが使用されている。

請求項４に記載の発明によると、艇体の側面板から横に突出する前翼および後翼が表面効果を奏する、タンデム翼表面効果翼艇に使用される荷重多経路伝達構造を備えた翼を製造する方法において、翼雌型の内側に、手積成形にて、翼の前部分、翼両側板および翼底面外板を一体でＦＲＰ成形を行う工程と、上記ＦＲＰ成形で成形されたＦＲＰ成形部材の上に縦桁材及び横桁材を形成する工程とを備えている。

請求項５に記載の発明によると、横桁材の上下部部分に補強材を埋め込む工程を備えている。

請求項１に記載の発明によると、翼は荷重多経路伝達構造であることから、荷重伝達接合部分が柔結合であるので、荷重経路伝達点での破断、切断を防止することができる。

請求項２に記載の発明によると、翼構造をさらに強化することができる。実際に製造した翼の寸法、厚さで数値計算を行った結果、十分強度を有することが判明した。一部で心配された内部の芯材が座掘を起こす心配は全くなかった。

請求項３に記載の発明によると、横桁材の設計の自由度が広がり、かつ強度も高くすることが可能である。

請求項４に記載の発明の製造方法によると、翼の構造的な長所を得ると共に、翼を軽量かつ安価に製造することが可能になる。

請求項５に記載の発明の補強パイプ埋め込みの製造方法によると、翼構造をさらに強化することができる。

本発明を実施例に基づき図を用いて詳しく説明する。

図１ａはタンデム翼表面効果翼艇の概略正面図を示しており、艇体の左右に突出した前後計４枚の翼を有している。図１ｂは図１ａの側面図を示しており、符号１，２および３は、各々艇体、前翼および後翼を示している。

本発明のタンデム翼表面効果艇に使用される翼は、翼外板と翼上面外板１１（図３ａ〜３ｃ参照）とから成り、この翼外板は図２に示すように、翼の前部分１２、翼の両側板９および翼底面外板８から成り、かつＦＲＰを用いて一体に形成されている。このＦＲＰは繊維材料として炭素繊維とアラミド系合成繊維ケブラーとの混紡の材料を使用し、樹脂には通常用いられているポリエステル樹脂を使用するのが好ましい。

本発明による表面効果翼艇の翼の内部構造を図２に示す。翼内部には、多数の縦横桁材４，５が設けられており、各々互いに格子状に設けられている。これらの縦横桁材は、各々翼面荷重を支えている。艇体１に平行な桁材を縦桁材４とし、艇体１に直角な桁材を横桁材５とすると、横桁材５は翼面荷重を支える主要桁の機能を果し、縦桁は補助桁の機能を果す。

横桁材５は芯材６に合成樹脂発泡体を使用し、カバーリング部１３で接着し、横桁材５の上下部分には補強材としての補強パイプ７が埋め込まれて、接着されている。合成樹脂発泡体にはウレタン樹脂を、補強パイプにはジュラルミンを使用するのが好ましい。カバーリング部にはＦＲＰを使用するのが好ましい。

同様に縦桁材４は芯材に合成樹脂発泡体を使用し、カバーリング部１３で接着されて補強されている。

縦横桁材は翼底外面板８および翼側板９に接着されている。

横桁材５の上下部分に接着された補強パイプ７の両端にはボルト１０が固着されていて、横桁材５は表面効果翼の翼側板９および艇体１とナット１４で固定されている。

補強パイプとして、丸パイプだけではなく、角パイプおよび角丸パイプを使用してもよい。

図２には示していない翼上面外板１１は、ＦＲＰの単板として別に製作し、縦横格子状になっている部分に取付け、接着剤あるいはボルト等の固定部材で固定されている。

翼に浮力を生じるのは、翼下面からの揚力荷重であり、また波、水飛沫による圧力も翼下面からの荷重である。揚力に関して言えば翼上面は負の荷重となる。

翼の下面からの荷重は面荷重として、翼下面に伝達し、主要桁材である横桁材５に伝達するこの荷重は、翼の翼側板９を通じて上下の補強パイプ７に伝達する。また主要桁材である横桁材５の内部芯材６であるウレタン発泡体からも補強パイプ７に荷重が伝達される。これはいわゆる、“荷重多経路伝達構造”に他ならない。

また荷重を分担する上において、ＦＲＰ構造も横桁材５の構造強度が単独で十分余裕があり、かつまた補強材である上下の補強パイプ７が桁材として働き、これまた単独で十分余裕があるものであれば、航空機の要求する構造力学におけるフェールセーフに適合するものである。

翼は荷重多経路伝達構造であることから、荷重伝達接合部分が柔結合であるので、荷重経路伝達点での破断、切断を防止することができる。したがって、上記課題に挙げたように、翼が水および空気の圧力に耐え、軽量でかつ安価にできるようにした表面効果翼艇の翼が得られる。

尚、本発明において、翼外板に使用されるＦＲＰ、補強材に使用される材料、芯材に使用される合成樹脂材料およびカバーリング部の材料に関しては、本発明の実施例で紹介した材料に限ったわけではなく、各々について物性的に同等のものを使用してもよい。

本発明のタンデム翼表面効果翼艇の翼の製造方法は以下の工程で行われる（図５参照）。
（１）翼型の型作成（第一工程）
翼形状の雄型を作成し、その雄型より雌型を作成するか、または直接型を作成する。型作成の材料は前者の場合には、プラスチック材料を使用し、後者の場合にはプラスチックまたは合板材料を使用する。
（２）翼外板の成形（第二工程）
翼雌型の内側に手積成形にて、翼の前部分１２、翼の両側板９、翼底面外板８を一体でＦＲＰ成形を行う。
（３）内部縦横桁材の形成（第三工程）
凹型をしたＦＲＰ成形部の上に発泡体を芯材６とした縦桁材４および横桁材５を接着し、その芯材６をＦＲＰにオーバーレイ方式にて固着する（図３ａ〜３ｃ参照）。
（４）補強パイプの埋め込み（第四工程）
横桁材５の上下には、横桁材の補強材として補強パイプ７を埋め込み、この補強パイプは接着剤にて芯材と接着する。
（５）翼上面外板１１の取付け（第五工程）
翼２，３の縦横桁材４，５の頂面に、翼上面外板１１を取付け、上から締め付ける。
（６）パイプ補強材の端末処理（第六工程）
補強パイプ７の両端部分には、ネジを切ったボルト１０を、パイプ７に強固に取付け、翼の外側部にある翼側板９および艇体１の側面板にナット１４で固定する。

このような工程を有する製造方法により、先の従来技術の問題を解決し、翼が水および空気の圧力に耐え、軽量でかつ安価にできるようにした表面効果翼艇の翼を製造することができる。

タンデム翼表面効果翼艇の正面概観図である。 図１の側面図である。 翼のＦＲＰ構造を示す図であるが、翼上面外板を取付ける前の状態を示している。 ＦＲＰ製の横桁材部分の翼端部分の断面図である。 ＦＲＰ製の横桁材部分の翼中央部分の断面図である。 ＦＲＰ製の横桁材部分の翼と艇体取付け部分の断面図である。 航空機の翼内部の構造を示す図であり、一般の表面効果艇の翼内部は類似の構造をしている。 翼の製造工程を示すフローチャートである。 張力場の理論による翼の横桁材の構造と本発明の翼の横桁材の構造を示す図である。 張力場の理論からみた翼の断面図である。 翼の縦横桁材を上から見た図である。

符号の説明

１ 艇体
２ 前翼
３ 後翼
４ 縦桁材
５ 横桁材
６ 芯材
７ 補強材
８ 翼底面外板
９ 翼側板
１０ ボルト
１１ 翼上面外板
１２ 翼の前部分
１３ カバーリング部
１４ ナット
２３ ウェブ
２４ 縦桁材
２５ 横桁材
２７ フランジ
ＷＬ ウィングライン
ＢＭ ボトムライン
Ｌ 揚力
Ｃ 圧縮力
Ｔ１ 引張力
Ｔ２ 引張力

Claims (5)

1. 艇体（１）の側面板から横に突出する前翼（２）および後翼（３）が表面効果を奏する、タンデム翼表面効果翼艇に使用される荷重多経路伝達構造を備えた翼において、
   前記前翼（２）および前記後翼（３）の翼の前部分（１２）、翼両側板（９）および翼底面外板（８）がＦＲＰを用いて一体に形成されていること、
   前記前翼（２）および前記後翼（３）の各翼内部に、複数の縦桁材（４）と横桁材（５）を備えており、この縦桁材（４）と横桁材（５）とが互いに格子状に設けられている荷重多経路伝達構造を成すことを特徴とする翼。
2. 前記横桁材（５）が、各々カバーリング部（１３）と芯材（６）と補強材（７）とから成っていることを特徴とする請求項１に記載の翼。
3. 補強材が丸パイプ、角パイプまたは角丸パイプから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の翼。
4. 艇体（１）の側面板から横に突出する前翼（２）および後翼（３）が表面効果を奏する、タンデム翼表面効果翼艇に使用される荷重多経路伝達構造を備えた翼を製造する方法において、
   翼雌型の内側に、手積成形にて、翼の前部分（１２）、翼両側板（９）および翼底面外板（８）を一体でＦＲＰ成形を行う工程と、
   上記ＦＲＰ成形で成形されたＦＲＰ成形部材の上に縦桁材（４）及び横桁材（５）を形成する工程とを備えていることを特徴とする翼を製造する方法。
5. 横桁材（５）の上下部分に補強材（７）を埋め込む工程を備えていることを特徴とする請求項３に記載の翼を製造する方法。
   

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