JP2014125065A - フラップの展開装置、及び、航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機におけるフラップ展開装置の配置を最適化し、翼を薄型化することのできるフラップ移動装置を提供する。
【解決手段】フラップ移動装置１０は、航空機の主翼の前縁または後縁に設けられたフラップ３を展開させ、主翼の内部に収納される展開装置であって、駆動源５１と、駆動源の動力により進退移動する移動体を備える移動機構５３と、移動体の進退動作をフラップに伝え、フラップを後退位置と展開位置との間を展開動作させる伝達機構３０と、伝達機構の案内をするレール２３と、を備え、移動機構は、主翼の翼長方向であって、レールの側方に配置されることを特徴とする。上記構成により、アクチュエータ装置の要素である移動機構が、主翼の翼長方向であって、レールの側方に配置されるので、少なくとも移動機構の分だけ、翼の厚さ方向の寸法を抑えることができ、翼の薄型化またはフラップ・トラック・フェアリングの突出高さを抑えることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は航空機の主翼の前縁または後縁に設けられるフラップの展開装置及び航空機に関する。

航空機では、抗力係数の小さい薄い翼型の主翼を採用することにより燃費の向上を図っているが、このような翼型は低速時に揚力係数が低下するため、離着陸性能が悪くなる。しかし、短い滑走路で離着陸するには、主翼の前縁または後縁にフラップを設け、フラップを翼弦方向に展開することにより、本来の翼型が発生し得る揚力係数よりも一時的に著しく大きな揚力係数を得ている。フラップの展開は、主翼内部に収納された移動装置によって行なわれる。
フラップの移動装置は、一般的に、駆動源とその動力をフラップの運動に変換する機構とからなるアクチュエータとにより構成されている。例えば特許文献１は、油圧シリンダを用いたアクチュエータを開示している。また、特許文献２は、回転するピニオンと、このピニオンに噛合う鋸歯状運動要素（ラック）を開示している。また、スクリュジャッキをアクチュエータとして用いたものも知られている。

特表２００８−５３９８７１号公報 特表２０１１−５０４１４９号公報

近年、航空機は、燃費向上が求められており、主翼を一層薄くすることが求められている。しかし、いくつかの制約がある。その一つが上述のフラップの展開装置であり、この装置は主翼の内部で相応のスペースを占有するため、主翼内部に収納されている各種部品との関係によっては薄翼化に支障が生じている。また、フラップ移動装置のうち主翼内部に収納できなかった部分（非収納部）に対しては、フラップ・トラック・フェアリング（Flap Track Fearing，以下、ＦＴＦと省略することがある）でフラップ移動装置を覆い空気抵抗を下げているが、前記非収納部が拡大するとＦＴＦのみでは空気抵抗の緩和（燃費向上）に限界がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、フラップ展開装置の配置を最適化し、翼を薄型化することのできるフラップ移動装置を提供することを目的とする。

かかる目的のもとなされた本発明は、航空機の主翼の前縁または後縁に設けられたフラップを展開させ、主翼の内部に収納される展開装置であって、駆動源と、駆動源の動力により進退移動する移動体を備える移動機構と、移動体の進退動作をフラップに伝え、フラップを後退位置と展開位置との間を展開動作させる伝達機構と、伝達機構の案内をするレールと、を備え、移動機構は、主翼の翼長方向であって、レールの側方に配置されることを特徴とする。
本発明は、アクチュエータ装置の要素である移動機構が、主翼の翼長方向であって、レールの側方に配置されるので、少なくとも移動機構の分だけ、翼の厚さ方向の寸法を抑えることができる。したがって、本発明によると、翼の薄型化、または、ＦＴＦの突出高さを抑えるのに寄与する。

本発明のフラップの展開装置において、駆動源により回転駆動されるスクリュと、スクリュに相対的に回転可能に噛合う移動体と、を備えるスクリュジャッキを移動機構として用いることができる。
また、本発明のフラップの展開装置において、相互に回転可能に連結される第１伝達部と第２伝達部を備え、第１伝達部と第２伝達部は、一体となってレールに沿って移動する伝達機構を用いることができる。
本発明は、以上のフラップの展開装置を備える航空機も提供する。

本発明によれば、移動機構を、レールの側方に配置するので、主翼の厚さ方向の寸法を抑えることができる。したがって、本発明によると、主翼の薄型化、または、ＦＴＦの突出高さを抑えるのに寄与する。

航空機の主翼を示す斜視図である。 本実施形態に係るフラップ移動装置を示す図である。 本実施形態に係るフラップが展開位置に移動したときの移動装置を示す図である。 本実施形態に係る移動装置におけるスクリュジャッキの配置を示す図である。 本実施形態に係る移動装置におけるキャリッジアセンブリを示す図である。 本実施形態に係る移動装置におけるトラック・ローラ近傍の拡大断面図である。 図４のジンバル部分の拡大図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
本実施形態は、図１に示すように、航空機の主翼１（主翼本体２）に設けられるフラップ３に関するものである。フラップ３は、主翼本体２の後縁に沿ってスポイラ４よりも後方に配置されており、本実施形態による展開装置１０により、巡航位置と離着陸位置との間を展開動作することができる。航空機が巡航しているときにはフラップ３は主翼本体２の翼面と同一面となる巡航位置（図２ 以下、後退位置ということがある）に置かれ、離着陸時にはフラップ３は展開した離着陸位置（図３ 以下、展開位置ということがある）に置かれる。離陸時と着陸時のフラップ３の位置は同じ場合もあれば、違う場合もある。
以下、展開装置１０の具体的な構成を説明する。なお、航空機の飛行方向を前、その逆を後と定義する。

展開装置１０は、図２に示すように、後退位置にあるときには、可動式のＦＴＦ５の内部に収容される。ＦＴＦ５は、展開装置１０が外部に露出することで受ける空気抵抗を減少させるために設けられている。ＦＴＦ５はフラップ３に追従して変位し、図３に示すように、展開位置になると、ＦＴＦ５は後退位置に対して反時計回りに回転するので、展開装置１０の一部はＦＴＦ５から露出するが、露出した部分は主翼本体２の影に隠れ、空気抵抗の増大を抑制できる。以下では、後縁に設けられるフラップ３について説明するが、前縁に設けられるフラップについて適用できる。

展開装置１０は、図２、図３に示すように、トラックアセンブリ２０と、キャリッジアセンブリ３０と、ＦＴＦ駆動リンク４０と、アクチュエータ５０と、を主たる構成要素として備えている。
展開装置１０は、フラップ３を支持するキャリッジアセンブリ３０を、アクチュエータ５０がトラックアセンブリ２０に沿って移動させることで、フラップ３を後退位置と展開位置との間を移動させる。ＦＴＦ駆動リンク４０はトラックアセンブリ２０及びキャリッジアセンブリ３０とＦＴＦ５とを連結しており、キャリッジアセンブリ３０が移動するのに伴ってＦＴＦ駆動リンク４０が変位することで、ＦＴＦ５を移動させることができる。

トラックアセンブリ２０は、図２，図３に示すように、剛性が確保された支持体２１と、支持体２１の上面に支持されるトラックレール２３と、を備えている。支持体２１は、位置Ｌ１と、位置Ｌ２の二箇所で主翼本体２の下面に固定されている。
トラックレール２３は、前方から所定位置までは直線状に下方に傾斜して延びているが、所定位置から傾斜角度が大きくなっており、キャリッジアセンブリ３０はこの経路に沿って案内される。トラックレール２３は、図４に示すように、Ｈ型の横断面部分からなるガイド溝２５を備え、キャリッジアセンブリ３０のローラ３３は、このガイド溝２５内を転動しながら走行する。
トラックレール２３の後端には、ＦＴＦ駆動リンク４０が連結される連結金具２７が取り付けられている。連結金具２７は、トラックレール２３に対して固定されている。

キャリッジアセンブリ（伝達機構）３０は、フラップ３を支持するとともに、トラックレール２３に沿って移動することで、フラップ３を後退位置と展開位置との間を移動させる。キャリッジアセンブリ３０は、前側キャリッジ（第１伝達部）３１と、後側キャリッジ（第２伝達部）３５とを備えている（図４，５も参照）。前側キャリッジ３１と後側キャリッジ３５は、連結ピンＰ１により、相互に回転可能に連結されている。したがって、前側キャリッジ３１と後側キャリッジ３５は一体となってトラックレール２３に沿って移動するが、後側キャリッジ３５がトラックレール２３の傾斜角度が大きい部分に達すると、後側キャリッジ３５は前側キャリッジ３１に対する相対的な角度を変えて移動することができる。

前側キャリッジ３１は、図４，図６に示すように、横断面がＵ字状のフレーム３２を備え、フレーム３２を構成する一対の側壁３２ａ，３２ｂがトラックレール２３を挟んで配置される。フレーム３２の各々の側壁３２ａ，３２ｂの内側には、一対のローラ３３が固定ピンＰ２により回転可能に取り付けられており、ローラ３３はトラックレール２３のガイド溝２５の内部を転動、走行する。ローラ３３は、前後方向に並んで２組設けられている。フレーム３２は、底壁３２ｃを備えており、側壁３２ａ，３２ｂ及び底壁３２ｃで取り囲まれる領域に、トラックレール２３を含むトラックアセンブリ２０が配置される。底壁３２ｃに対向する上部には連結ピンＰ１が側壁３２ａ，３２ｂを貫通して設けられ、この連結ピンＰ１には、フラップ３の下面に取り付けられている連結金具３ａが、回転可能に連結されている。
図６に示すように、側壁３２ａとトラックレール２３の間、また、側壁３２ｂとトラックレール２３の間には、パッド３４が介在している。パッド３４は、前側キャリッジ３１が移動する際に、トラックレール２３との摺動が円滑に行われるようにするために設けられる。したがって、パッド３４は、摩擦係数の低い材質、例えばポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene, PTFE)を含む素材で構成することが望ましい。後側キャリッジ３５についても同様である。

後側キャリッジ３５は、図５に示すように、前側キャリッジ３１と同様に、横断面がＵ字状のフレーム３６とトラックレール２３のガイド溝２５の内部を転動、走行するローラ（図示省略）とを備える。
フレーム３６には、２つの連結金具３７及び連結金具３８が間隔をあけて、各々が時計回り及び反時計回りに回転可能に取り付けられている。図３に示すように、連結金具３７には、フラップ３の下面に取り付けられている連結金具３ｂが、回転可能に連結さられている。また、連結金具３８には、フラップ３の下面に取り付けられている連結金具３ｃが、両者の金具が相互に進退可能に連結されている。
フレーム３６の後端には、ＦＴＦ駆動リンク４０が連結される、連結金具３９が取り付けられている。連結金具３９は、フレーム３６に対して固定されている。

ＦＴＦ駆動リンク４０は、キャリッジアセンブリ３０とＦＴＦ５を繋ぎ、キャリッジアセンブリ３０の移動に伴ってＦＴＦ５を移動させるためのリンク機構を構成している。
ＦＴＦ駆動リンク４０は、ＦＴＦ５に固定される連結金具５ａに回転可能に連結される第１リンク４１と、第１リンク４１の端部に中間部が回転可能に連結される第２リンク４２と、第２リンク４２の一方端に回転可能にその一方端が連結される第３リンク４３と、を備える。第２リンク４２は中間部で屈曲しており、他方端がトラックレール２３の連結金具２７に回転可能に連結される。また。第３リンク４３は、他方端が後側キャリッジ３５の連結金具３９に回転可能に連結されている。

以上の構成を備える展開装置１０は、フラップ３を駆動するためのアクチュエータ５０を備えている。
アクチュエータ５０は、図２，図３に示すように、回転力を出力する電動モータ（駆動源）５１と、電動モータ５１の出力によって動作するスクリュジャッキ（移動機構）５３と、を主たる構成要素として備えており、スクリュジャッキ５３が前後方向に動作することで、フラップ３は後退位置と展開位置の間を移動する。
スクリュジャッキ５３は、図４，図７に示すように、棒状のスクリュ５３ａと、スクリュ５３ａに相対的に回転可能に噛合う移動体５３ｂと、を備える。スクリュ５３ａの周囲にはおねじが形成されており、また、移動体５３ｂはスクリュ５３ａのおねじに適合するめねじが形成されている。移動体５３ｂは、スクリュ５３ａが回転すると、回転方向にしたがった向き（前・後）に進退移動する。
スクリュ５３ａは、前端側に配置される変速機５５に回転可能に支持される（図２，図３）とともに、移動体５３ｂを介して前側キャリッジ３１に固定されるジンバル機構５７に回転可能に支持され（図７）ており、軸線周りの回転は許容されるが、軸線方向の移動は規制される。なお、変速機５５は、電動モータ５１の出力をスクリュ５３ａに必要な回転に合うように変速するとともに、また、移動体５３ｂは、ジンバル機構５７の構成要素となる。

ジンバル機構５７は、図４及び図７に示すように、前側キャリッジ３１のフレーム３２から側方に延びる上下一対のアーム５２ｄ，５２ｅに取り付けられている。
ジンバル機構５７は、前側キャリッジ３１が水平方向Ｈ及び鉛直方向Ｖに変位しても、スクリュ５３ａの姿勢を一定に保つために設けられている。そのためにジンバル機構５７は、ジンバル５７ａと、ジンバル５７ａの内側に配置される移動体５３ｂと、を備えている。ジンバル５７ａは、鉛直方向に沿った回転軸を有しており、アーム５２ｄ，５２ｅを各々貫通して固定される支持ピンＰ３に回転可能に支持されている。また、ジンバル５７ａの内側でジンバルを構成する移動体５３ｂは、水平方向に沿った回転軸を有しており、ジンバル５７ａに水平方向に沿って固定される支持ピンＰ４に回転可能に支持されている。移動体５３ｂは、このようにジンバル５７ａに支持されるので、スクリュ５３ａの軸線周りの回転が規制されるとともに、前側キャリッジ３１が水平方向Ｈ及び鉛直方向Ｖに変位したとしても、その変位はジンバル５７ａ、移動体５３ｂの各々が所定の向きに回転することで吸収され、スクリュ５３ａの姿勢は一定に保たれる。こうして、ジンバル機構５７は、スクリュ５３ａと移動体５３ｂの噛合いを円滑に保つことができる。

さて、以上の構成を有する展開装置１０によりフラップ３を移動させるときの動作を説明する。
後退位置（図１）において、電動モータ５１を駆動して、スクリュジャッキ５３のスクリュ５３ａを所定の向きに回転させると、移動体５３ｂは後方に向けて移動する。移動体５３ｂはジンバル機構５７を介して前側キャリッジ３１のアーム５２ｄ，５２ｅに取り付けられているので、移動体５３ｂが後方に移動するのに同期してキャリッジアセンブリ３０はトラックレール２３に案内されながら後方に移動する。そうすると、キャリッジアセンブリ３０に取り付けられているフラップ３もまた後方に向けて移動する。また、後側キャリッジ３５にＦＴＦ駆動リンク４０の第３リンク４３が連結されているので、第３リンク４３が後方に向けて押され、これに伴って第３リンク４３に連結される第２リンク４２及び第２リンク４２に連結される第１リンク４１が反時計回りに回転することで、ＦＴＦ５を反時計回りに移動させる。
キャリッジアセンブリ３０がトラックレール２３に沿って終点まで移動すると、フラップ３は図３に示す展開位置まで移動するとともに、ＦＴＦ５も図２に示す位置まで移動する。
展開位置にあるフラップ３を後退位置に戻すには、展開位置に移動させるときと電動モータ５１を逆回転させればよい。

本実施形態の展開装置１０は、スクリュジャッキ５３が、トラックレール２３の側方に配置されているところに特徴を有している。ここでいう側方とは、主翼本体２の翼長方向における側方を意味するものであり、上下方向、つまり主翼本体２の厚さ方向の側方と異なる。
スクリュジャッキ５３は、トラックレール２３の下方又は上方に置くこともできるが、この場合、主翼１の厚さ方向に大きなスペースを占有する。そうすると、主翼本体２を厚くするか、または、ＦＴＦ５を当該方向に拡大しなければならない。これに比べて、スクリュジャッキ５３をトラックレール２３の側方に配置すれば、その分だけ主翼本体２を薄くできるか、または、ＦＴＦ５の鉛直方向の寸法を小さくできる。このことは、航空機が飛行中に受ける抵抗が減り、飛行性能を向上できることを意味する。

また、スクリュジャッキ５３をトラックレール２３の側方に配置することは、フラップ３を含めた主翼１の設計の自由度を広げることを意味する。つまり、スクリュジャッキ５３を含むアクチュエータ５０は、新しい機種の航空機を製造する場合に、当該航空機に適合したアクチュエータを新たに設計する場合もあるが、既存のアクチュエータを利用する場合もある。前者の場合は、配置場所も考慮して新たな設計がなされるが、後者の場合にはそうはいかない。したがって、トラックレールの下方又は上方に加えて、側方にスクリュジャッキを配置することを許容すれば、主翼１の設計の自由度を広げることができる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明はアクチュエータ５０のスクリュジャッキ５３をトラックレール２３の側方に配置することが主旨であり、この主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
例えば、トラックアセンブリ２０の形態はあくまで一例であり、キャリッジアセンブリ３０を所定の範囲で案内できる機能を備えていればよい。また、キャリッジアセンブリ３０、ＦＴＦ駆動リンク４０、アクチュエータ５０についても同様である。

１ 主翼
２ 主翼本体
３ フラップ
３ａ，３ｂ，３ｃ，５ａ，２７，３７，３８，３９ 連結金具
４ スポイラ
１０ 展開装置
２０ トラックアセンブリ
２１ 支持体
２３ トラックレール
２５ ガイド溝
３０ キャリッジアセンブリ
３１ 前側キャリッジ
３３ ローラ
３４ パッド
３６ フレーム
４０ 駆動リンク
４１ 第１リンク
４２ 第２リンク
４３ 第３リンク
５０ アクチュエータ
５１ 電動モータ
５２ｄ，５２ｅ アーム
５３ スクリュジャッキ
５７ ジンバル機構
Ｐ１ 連結ピン
Ｐ２ 固定ピン
Ｐ３，Ｐ４ 支持ピン

Claims (4)

1. 航空機の主翼の前縁または後縁に設けられたフラップを展開させ、前記主翼の内部に収納される展開装置であって、
   駆動源と、
   前記駆動源の動力により進退移動する移動体を備える移動機構と、
   前記移動体の進退動作を前記フラップに伝え、前記フラップを後退位置と展開位置との間を展開動作させる伝達機構と、
   前記伝達機構の案内をするレールと、
   を備え、
   前記移動機構は、前記主翼の翼長方向であって、前記レールの側方に配置される、
   ことを特徴とするフラップの展開装置。
2. 前記移動機構は、
   前記駆動源により回転駆動されるスクリュと、前記スクリュに相対的に回転可能に噛合う前記移動体と、を備えるスクリュジャッキからなる、
   請求項１に記載のフラップの展開装置。
3. 前記伝達機構は、
   相互に回転可能に連結される第１伝達部と第２伝達部を備え、
   前記第１伝達部と前記第２伝達部は、一体となって前記レールに沿って移動する
   請求項１または２に記載のフラップの展開装置。
4. 主翼の前縁または後縁にフラップを備える航空機であって、
   前記フラップは、請求項１〜３のいずれか一項に記載の展開装置により駆動されること、
   を特徴とする航空機。

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