JP2012500156A - 水平尾翼がない地面効果翼機 - Google Patents

Abstract

本発明は、機体を含む胴体部と、主翼を含む翼部及びエンジンを含む推進装置部でなる地面効果翼機であり、翼部は、地面効果翼機の機体の側面中央部から外向きに突出した主翼と；主翼の外向端から垂直に下向きに設置される下向翼と；主翼から地面効果翼機の進行前方向の機体の先端から外向きに水平に突出した先尾翼と；を含み、下向翼は主翼の末端から下向きに一体固定される下向パネルと、下向パネルの背面と対面設置される可変型方向舵部とからなり、方向舵部を含む下向翼の垂直断面形状は、前縁を含む前面部は流動剥離が発生しないよう適切な厚さを持つラウンド状であり、後面部は頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体下向翼の垂直断面形状はエアフォイル状である。ゆえに縦動揺安全性確保のための水平尾翼の代わりに先尾翼を構成して、地面効果による水平尾翼の設計における難関を解決できる。

Description

本発明は地面効果翼機の翼構造に係り、より詳しくは水平尾翼の代わりに先尾翼を形成して地面効果翼機の翼構造を構成した地面効果翼機の機体及び翼の形状に関する。

一般に、航空機及び地面効果翼機の場合は、縦動揺を抑制するために水平尾翼を使う。このような水平尾翼は、前方の主翼による洗流角（ｄｏｗｎｗａｓｈ ａｎｇｌｅ）を考慮して適切な大きさ及び初期角度を持つように設計する。

ところで、地面効果翼機においては、洗流角の変化が主翼のフラップ変化などの意図的な形状変化だけでなく運航高度によっても発生する。すなわち、低高度では水面によって流れが平行になる傾向があるため洗流角の大きさが小さく、反対に高高度では大きさが元の値に大きくなる。

すなわち、適切な水平尾翼の設計が易しくない状況が発生し、場合によっては実際の運航時に意図しない不安定性が現れることもありうる。

しかし、現在まではこのような水平尾翼を代替することができる装置が開発されていていない実情である。

本発明は前述した従来技術の問題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、水面に沿って低高度で運航する地面効果翼機でひどく発生する洗流角の変化量を減らし、機体縦動揺制御一貫性を確保することにある。
また、地面効果によって水平尾翼の設計における難関及び水平尾翼の設置に必要な構造的補強をなくして、製作容易性の向上及び機体重量の減少をもたらすことにある。

前記のような従来の問題点を解決するためになされた本発明による地面効果翼機の翼構造は、機体を含む胴体部と、主翼を含む翼部及びエンジンを含む推進装置部でなる地面効果翼機において、前記翼部は、地面効果翼機の機体の側面中央部から外向きに突出した主翼と；前記主翼の外向端から垂直に下向きに設置される下向翼と；前記主翼から地面効果翼機の進行前方向である前記機体の先端から外向きに水平に突出した先尾翼（Ｃａｎａｒｄ）と；を含んでなり、前記下向翼は前記主翼の末端から下向きに一体的に固定される下向パネルと、前記下向パネルの背面と対面するように設置される可変型の方向舵部（Ｒｕｄｄｅｒ部）とから構成され、前記方向舵部を含む下向翼の垂直断面形状は、前縁を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状であり、後面部は頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体下向翼の垂直断面形状はエアフォイル状であることを特徴とする。

ここで、前記先尾翼は、固定型水平パネル構造の水平安定板と、前記水平安定板の背面と対面するように設置される可変型の昇降舵部とからなり、前記昇降舵部の側断面形状は、前縁を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状に構成され、頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体水平尾翼の側断面形状はエアフォイル状であることを特徴とする。

また、前記下向翼の下部は、海水及び海面付近の空気との摩擦力を減らすために、アーチ形または流線形“Ｖ”字形に構成されることを特徴とする。

そして、前記下向翼は、材質が炭素纎維アルミニウムであることを特徴とする。

なお、前記主翼内部には、主翼の前縁と後縁を連結するように多数設置されたエアフォイル状のリブと、前記リブを横切って構成される多数のパネル状スパーとを備えることを特徴とする。

本発明による翼構造を地面効果翼機に装着の時には、水面に沿って低高度で運航する地面効果翼機でひどく発生する洗流角の変化量を減らして機体縦動揺制御一貫性を確保することができる効果がある。

また、水平尾翼設置に必要な構造的補強をなくして製作容易性の向上及び機体重さの減少をもたらすことができることになる。

図１は水平尾翼がない地面効果翼機の側断面図である。 図２は本発明による地面効果翼機の翼構造の第１実施例を示す図である。 図３は図２の主翼と下向翼の切断斜視図である。 図４は主翼の内部にリブとスパーを備えた内部の斜視図である。 図５は下向翼の結合部を示す結合斜視図である。 図６は下向翼の下部形状の実施例を示す図である。 図７はさらに他の実施例による下向翼構造を示す図である。 図８は図７の構造において下向翼の下部形状の実施例を示す図である。 図９は図７の構造において下向翼の下部形状の実施例を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明による地面効果翼機の翼構造を詳細に説明する。

図１は水平尾翼がない地面効果翼機の側断面図、図２は本発明による地面効果翼機の翼構造の第１実施例を示す図、図３は図２の主翼と下向翼の切断斜視図、図４は主翼の内部にリブとスパーを備えた内部の斜視図、図５は下向翼の結合部を示す結合斜視図、図６は下向翼の下部形状の実施例を示す図、図７はさらに他の実施例による下向翼構造を示す図、図８及び図９は図７の構造において下向翼の下部形状の実施例を示す図である。

以下、添付図面に基づいて説明される地面効果翼機の翼構造は、地面効果翼機の機体軸を中心に左右側が対称の構造である。よって、一側翼の構造を説明しても、この場合には他側翼の構造も同様であると見なすのはいうまでもない。

図１は水平尾翼がない地面効果翼機の側断面図である。まず、図２〜図６を参照して第１実施例による翼構造を説明する。

図２に示すように、本発明の第１実施例による地面効果翼機１００の全体翼の構造は、地面効果翼機の機体の側面中央部から外向きに突出した主翼２００と、前記主翼２００の外向端で継ぎ目なしに垂直下向きに伸びて固定される構造である下向翼３００と、前記主翼２００から地面効果翼機の進行前方向である前記機体１００の先端から外向きに水平に突出した先尾翼（Ｃａｎａｒｄ）６００とを含んでなり、前記下向翼３００は前記主翼２００の末端から下向きに一体的に固定される下向パネル３１０と、前記下向パネル３１０の背面と対面して設置される可変型の方向舵部（Ｒｕｄｄｅｒ部）３２０とからなり、前記方向舵部３２０を含む下向翼３００の垂直断面形状は、前縁３２１を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状であり、後面部は頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁３２９はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体下向翼３００の垂直断面形状はエアフォイル状に構成される。

すなわち、従来の下向翼が垂直方向に一定厚さを持つ一字型パネル形状であったが、第１実施例の下向翼の構造はエアフォイルのような流線形翼の断面形状に構成することで渦流を抑制して推進力を増加させる役目をすることになる。より詳細に説明すれば、一般的に翼の下側では内側から外側に流体が流れる。この場合、翼端の部分に末端板または下向翼が垂直方向に配置されれば、翼の下側の流体の流れは末端板に対して一定の入射角（迎え角）を持つことになり、このような配置によって末端板で揚力（ｌｉｆｔ）を発生させることになる。このような揚力は地面効果翼機進行方向成分と水平方向成分に分けられることができ、このうち進行方向成分が推進力（ｔｈｒｕｓｔ）を増加させる役目をすることになる。よって、末端板が一般的な翼の断面であるエアフォイル断面を持てばこのような揚力発生を最大化することができる。

言い換えれば、末端揚力面の前縁（Ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）は流動剥離（ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状であり、後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）はシャープで、剥離の際に揚力が極大化し、これにより渦流抑制による抵抗減少だけでなく推進力を増加させる役目もすることができることになる。また、このような下向翼の形状は既存の末端板に比べてずっと大きな体積を持つので、離着水時の衝撃力吸収及び横動揺安全性の確保にも利点を得ることができるので、地面効果翼機及び水上飛行機においてフロート（ｆｌｏａｔ）に代わることができる。すなわち、水上飛行機の場合、着水補助装置としてスキー状のフロートを備えることになるが、下向翼の断面及び下部形状をこのような流線形に構成することでフロートに代わるようにして構造をもっと単純に構成するようにしたものである。

前記下向翼３００において、固定型の下向パネル３１０の構造とこれと対面して結合される可変型の方向舵部３２０の構造は、地面効果翼機１００において垂直尾翼の代わりに下向翼３００を機首動揺の制御に使うようにするためである。これをより詳細に説明すれば、地面効果翼機１００において翼を胴体の上端部に配置する場合、地面効果を極大化するために、相対的に大きな下向翼３００を付着する。この場合、揚力面形状を応用し、揚力面の背面に垂直尾翼の方向舵のような駆動部３２０を設置する。この駆動部３２０を作動して機首動揺に対する安全性を確保し、左右推進力の非対称性を補正する役目をするようにするものである。

ここで、前記下向パネル３１０は継ぎ目なしに主翼２００の末端から垂直に下向きに連結される固定式であり、前記方向舵部３２０は前記機体を左側または右側に起動するために前記下向パネル３１０の背面に装着される可変式である。

前記先尾翼６００は、前記地面効果翼機の機体１００の主翼２００から進行方向機体前端部に形成され、外向きに水平に突出して前方に固定された水平安全板６１０と前記機体１００を上昇または下降させるために前記水平安全板６１０の背面に装着された昇降舵部６２０とを含んでなる。

前記下向翼３００及び先尾翼６００構造をより詳細に説明すれば次のようである。

まず、地面効果翼機の起動の際、前記主翼２００、前記下向パネル３１０及び水平安全板６１０は固定型に構成され、駆動部の操作によって前記機体１００を左右に回転させる方向舵部３２０または機体を上昇／下降させるための昇降舵部６２０は可変型構造である。

すなわち、前記方向舵部３２０の後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）３２９は左右方向に回転し、前記昇降舵部の後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）６２９は上下方向に回転可能になるようにすることで、機首の動揺に対する安全性及び左右推進力の非対称性を補正することができることになる。

したがって、機首動揺の制御が目的である垂直尾翼の構成を除去した地面効果翼機の翼構造が可能になるものである。

前記主翼２００は、地面効果翼機の側面中央部から外向きに従来航空機のエアフォイル（Ａｉｒｆｏｉｌ）と同一形状の側面上エアフォイル状の緩やかなパネルが順次に連結されて構成され、前縁２０１と後縁２０９の間隔が狭くなって突出する。すなわち、前記エアフォイル状は、前記前縁２０１の左右形状は水平な一直線状であり、上下形状は緩やかにラウンド状に形成し、前記前縁２０１から前記後縁２０９までのうち、前記前縁２０１の頂点から“（３〜４）／１０”の位置までは前記ラウンド部の上下側流線形の高さを増やし、前記“（３〜４）／１０”の位置から前記後縁２０９までは上下側流線形の高さを減らし、前記後縁２０９の頂点でシャープな形状に収斂するようにする。この際、前記主翼２００は、側面がエアフォイル状で、材質は炭素纎維アルミニウムで構成することが好ましい。

前記下向パネル３１０は、前縁３１１の左右形状は緩やかにラウンド状に形成され、後縁３１９は二つの剥離が発生するように鋭く形成される。この際、前記二つの剥離を平面上で説明すれば、剥離の間を凹むように垂直な一直線状に溝３１５を形成したものである。

この際、前記下向パネル３１０は、材質は炭素纎維アルミニウムで構成し、下部形状はアーチ形または流線形の“Ｖ”字形に形成することで、水面または地面摩擦力を最小化させることが好ましい。

前記方向舵部３２０は、前記下向パネル３１０の溝３１５から所定距離だけ離隔させることにより、駆動部として方向性を持って動くように装着される。さらに、前縁３２１がラウンド状であり、後縁３２９は一つの剥離が発生するように鋭く形成される。この際、平面がエアフォイル状である垂直な一直線状パネルで構成し、材質は炭素纎維アルミニウムで構成することが好ましく、下部はアーチ形または流線形“Ｖ”字形に構成することが好ましい。

また、前記方向舵部３２０は、前記駆動部の操作によって方向舵部３２０の後縁３２９を左右側方向に回転させる場合、前記方向舵部３２０の前縁３２１のラウンド部が前記溝と摩擦を発生させずに回転する。

そして、前記先尾翼６００は固定型水平パネル構造である水平安定板６１０と、前記水平安定板６１０の背面と対面するように設置される可変型昇降舵部６２０とから構成し、前記昇降舵部６２０の側断面形状は、前縁６２１を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状に構成し、頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁６２９はシャープに一字状に収斂するように構成し、全体先尾翼６００の側断面形状はお玉じゃくし状のエアフォイル状に構成する。

前記水平安全板６１０は、主翼の前面方向である機体１００の前端部から外向きに従来の航空機のエアフォイル（Ａｉｒｆｏｉｌ）と同一形状の側面上エアフォイル状の緩やかなパネルが順次に前縁（Ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）６１１と後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）６１９の間隔が狭くなるように突出し、前縁６１１の形状は上下側を緩やかにラウンド状に形成し、後縁６１９は二つの剥離が発生するように鋭く形成する。この際、前記二つの剥離を平面上で説明すれば、剥離の間を凹むように垂直な一直線状に溝６１５を形成したものである。さらに、前記水平安全板６１０は、材質を炭素纎維アルミニウムで構成することが好ましい。

ここで、前記昇降舵部６２０は、前記水平安全板６１０の溝６１５から所定距離だけ離隔させて装着する。この際、前記昇降舵部６２０は、前縁（Ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）６２１がラウンド状で、後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）６２９は一つの剥離が発生するように鋭く形成する。さらに、前記昇降舵部６２０は、側面がエアフォイル状で、材質は炭素纎維アルミニウムで構成することが好ましい。

また、前記昇降舵部６２０は、前記駆動部の操作によって前記後縁（Ｔｒａｉｌｉｎｇ ｅｄｇｅ）６２９を上下側方向に回転させる場合、前記前縁６２１のラウンド部が前記溝６１５と摩擦を発生しないながら回転するように、所定空間を形成して前記昇降舵部６２０を装着させることが好ましい。

以下、下向パネル３１０と方向舵部３２０から構成された下向翼３００と水平安定板６１０及び昇降舵部６２０から構成された先尾翼６００の形状をより詳細に説明すれば次のようである。

同図に示すように、前記下向パネル３１０の前縁３１１の上下側が垂直な一直線状で、左右側を緩やかにラウンド状に形成し、前記前縁３１１から前記下向翼３００の後縁３２９までの長さにおいて、前記前縁３１１の頂点から“（３〜４）／１０”の位置まで前記ラウンド部の左右側流線形の長さを増やし、前記“（３〜４）／１０”の位置から前記下向翼の後縁３２９まで左右側の流線形長さを減らし、前記下向パネル３１０の後縁３１９において左側流線形末端と右側流線形末端がそれぞれシャープに形成された第１及び第２シャープ部でなり、前記第１及び第２シャープ部の間の空間を内側に垂直に凹むように溝３１５を形成したものである。

ここで、前記方向舵部３２０は、前記機体１００を左側または右側に起動させるための方向舵の役目をし、エアフォイル状に形成され、地面効果翼機の機体の起動の際、駆動部の操作によって左右側の前記主翼２００の左側端と右側端で発生する非対称推進力の補正が可能であるように機能する。

すなわち、前記エアフォイル状は、前記方向舵部３２０の前縁３２１の左右側を緩やかにラウンド状に形成し、前記前縁３２１から後縁３２９までの長さにおいて、前記前縁３２１の頂点から前記下向翼３００エアフォイル状に沿って“（３〜４）／１０”の位置まで前記ラウンド部の左右側流線形の長さを増やし、前記“（３〜４）／１０”の位置から前記後縁３２９まで左右側の流線形長さを減らし、前記後縁３２９の頂点で鋭く収斂するようにする。

そして、前記水平安全板６１０は、前縁６１１の左右側が垂直な一直線状であり、上下側を緩やかにラウンド状に形成し、前記前縁６１１から前記先尾翼６００の後縁６２９までのうち、前記前縁６１１の頂点から“（３〜４）／１０”の位置まで前記ラウンド部の上下側流線形の高さを増やし、前記“（３〜４）／１０”の位置から前記先尾翼６００の後縁６２９まで上下側の流線形高さを減らし、前記水平安全板６１０の後縁６１９において上側流線形末端と下側流線形末端がそれぞれシャープに形成された第４及び第５シャープ部でなり、前記第４及び第５シャープ部の間の空間を内側に垂直に凹むように溝６１５を形成したものである。

ここで、前記昇降舵部６２０はエアフォイル状に形成され、機体を上昇または下降させるための装置である。

このために、前記エアフォイル状は、前縁６２１の上下側を緩やかにラウンド状に形成し、前記前縁６２１から後縁６２９までのうち、前記前縁６２１の頂点から前記先尾翼６００のエアフォイル状に沿って“（３〜４）／１０”の位置まで前記ラウンド部の上下側流線形の高さを増やし、前記“（３〜４）／１０”の位置から前記後縁６２９まで上下側の流線形高さを減らし、前記後縁６２９の頂点で鋭く収斂するようにする。

前述したように、本発明の地面効果翼機の翼構造は、地面効果翼機の機体１００をベースラインを中心に左右側の翼がそれぞれ対称に装着され、前記地面効果翼機の翼構造は、一側翼の構造だけで説明したが、対称な関係で左右側翼の構造が同一なものである。

したがって、本発明の地面効果翼機の翼構造は、航空機と異なり、垂直尾翼及び水平尾翼を別に設置しなく、地面効果翼機の特性である地面（＝海岸線）効果極大化して主翼の外向端で発生する渦流と誘導抗力を最小化し、下向翼が末端板に比べてずっと大きな体積を持つので、離着水時の機体が受ける衝撃力の吸収及び前記機体の横動揺の安全性が確保される。

図７〜図９はさらに他の一実施例を示すもので、下向パネル３１０及び方向舵部３２０の形状は同一であるが結合構造が違う場合を開示している。すなわち、前記方向舵部３２０の上下幅が前記下向パネル３１０の上下幅より小さくし、下向パネル３１０の後面部は方向舵部３２０を収容することができるほどの収容溝３１７を形成している。これにより、前記方向舵部３２０は下向パネル３１０の後面部の収容溝３１７内に装着される。地面効果翼機の翼構造において、各部分の役目及びその他の翼の形状は同一であるので、重複する詳細な説明は省略する。

図８及び図９は、本発明のそれぞれの多様な下向翼構造の実施例において、下向翼３００の下部形状の構造を示している。

同図に示すように、下部形状が丸い円弧状のアーチ形の場合と流線形Ｖ字形を示している。これは、地面効果翼機の起動の際、水面または水面空気層との摩擦を最大限に抑制して揚力及び推進力の効果を一層極大化するためのものである。

そして、このような形状は一実施例であるばかりで、翼構造及び結合形状の変形及び応用が図示の形状にだけ限定されないことはいうまでもない。

以上説明したように、本発明の詳細な説明では本発明の好適な実施例について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を持った者であれば本発明の範疇から逸脱しない範囲内でさまざまな変形が可能であるのはいうまでもない。したがって、本発明の権利範囲は前述した実施例に限定されてはいけなく、後述する請求範囲だけでなく、これと同等なものによって決定されなければならない。

一般に、航空機及び地面効果翼機の場合は、縦動揺を抑制するために水平尾翼を使う。このような水平尾翼は、前方の主翼による洗流角（ｄｏｗｎｗａｓｈ ａｎｇｌｅ）を考慮して適切な大きさ及び初期角度を持つように設計する。ところで、地面効果翼機においては、洗流角の変化が主翼フラップの変化などの意図的な形状変化だけでなく運航高度によっても発生する。すなわち、低高度では水面によって流れが平行になる傾向があるので洗流角が小さく、反対に高高度では大きさが元の値に大きくなる。すなわち、適切な水平尾翼の設計が易しくない状況が発生し、場合によっては実際の運航時に意図しない不安定性が現れることもできる。しかし、現在まではこのような水平尾翼を代替することができる装置が開発されていない実情である。これに着目して開発された本発明によるウィングシップ翼構造に対する必要性及び需要は今後のウィングシップ需要増加によって一層拡大されるであろう。

１００ 地面効果翼機の機体
２００ 主翼
２１１ スパー
２１２ リブ
３００ 下向翼
３１０ 下向パネル
３２０ 方向舵部
４００ 水平尾翼
４１０ 水平安定板
４２０ 昇降舵部
５００ 垂直尾翼
６００ 先尾翼
６１０ 水平安定板
６２０ 昇降舵部
６１５ 溝

Claims (5)

1. 機体を含む胴体部と、主翼を含む翼部及びエンジンを含む推進装置部でなる地面効果翼機において、
   前記翼部は、
   地面効果翼機の機体の側面中央部から外向きに突出した主翼と；
   前記主翼の外向端から垂直に下向きに設置される下向翼と；
   前記主翼から地面効果翼機の進行前方向である前記機体の先端から外向きに水平に突出した先尾翼（Ｃａｎａｒｄ）と；を含んでなり、
   前記下向翼は前記主翼の末端から下向きに一体的に固定される下向パネルと、前記下向パネルの背面と対面するように設置される可変型の方向舵部（Ｒｕｄｄｅｒ部）とから構成され、前記方向舵部を含む下向翼の垂直断面形状は、前縁を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状であり、後面部は頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体下向翼の垂直断面形状はエアフォイル状であることを特徴とする、水平尾翼がない地面効果翼機。
2. 前記先尾翼は、固定型水平パネル構造の水平安定板と、前記水平安定板の背面と対面するように設置される可変型の昇降舵部とからなり、前記昇降舵部の側断面形状は、前縁を含む前面部は流動剥離が発生しないように適切な厚さを持つラウンド状に構成され、頂点厚さを持つ部位から厚さが収斂し、後縁はシャープに一字状に収斂するように構成され、全体水平尾翼の側断面形状はエアフォイル状であることを特徴とする、請求項１に記載の水平尾翼がない地面効果翼機。
3. 前記下向翼の下部は、海水及び海面付近の空気との摩擦力を減らすために、アーチ形または流線形“Ｖ”字形に構成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の水平尾翼がない地面効果翼機。
4. 前記下向翼は、材質が炭素纎維アルミニウムであることを特徴とする、請求項３に記載の水平尾翼がない地面効果翼機。
5. 前記主翼内部には、主翼の前縁と後縁を連結するように多数設置されたエアフォイル状のリブと、前記リブを横切って構成される多数のパネル状スパーとを備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の水平尾翼がない地面効果翼機。

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