JP2019038483A - 航空機の翼荷重軽減装置及び航空機の翼荷重軽減方法 - Google Patents

航空機の翼荷重軽減装置及び航空機の翼荷重軽減方法 Download PDF

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Abstract

【課題】主翼を支持部材で支持した翼構造の航空機において、主翼に作用する荷重を好適に軽減する装置を提供する。【解決手段】翼荷重軽減装置は、胴体２と、主翼３と、両端が胴体２及び主翼３に固定されて主翼３を支持する長尺なトラス部材４とを備えた航空機１に設けられ、主翼３に作用する荷重を軽減する。この翼荷重軽減装置は、主翼３に作用する荷重を検知する歪ゲージ１１と、トラス部材４に設けられ、当該トラス部材４の長手方向に荷重を作用させるアクチュエータ１２と、制御部とを備える。制御部は、主翼３に作用する荷重が検知された場合に、当該荷重によりトラス部材４に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重を当該トラス部材４に作用させるように、アクチュエータ１２の動作を制御する。【選択図】図４

Description

本発明は、航空機の主翼に作用する荷重を軽減する技術に関する。
航空機においては、突風等により主翼に作用する荷重が問題となる場合がある（例えば、特許文献１参照）。
特に、高アスペクト比の主翼では、従来の片持ち翼構造だと耐荷できなくなるおそれがあり、主翼をトラス部材で下方から支持した翼構造の採用が考えられるところ、このような翼構造では片持ち構造に比べて構造効率が悪く、重量が増加してしまう。そのため、この重量増が、主翼に作用する荷重の問題を顕著化させるおそれがある。
特開昭６２−３１６００号公報
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、主翼を支持部材で支持した翼構造の航空機において、主翼に作用する荷重を好適に軽減することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、胴体と、主翼と、両端が胴体及び主翼に固定されて主翼を支持する長尺な支持部材とを備えた航空機に設けられ、前記主翼に作用する荷重を軽減する航空機の翼荷重軽減装置であって、
前記主翼に作用する荷重を検知する荷重検知手段と、
前記支持部材に設けられ、当該支持部材の長手方向に荷重を作用させるアクチュエータと、
前記主翼に作用する荷重が前記荷重検知手段により検知された場合に、当該荷重により前記支持部材に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重を当該支持部材に作用させるように、前記アクチュエータの動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の航空機の翼荷重軽減装置において、
前記支持部材は、前記主翼側の一端が当該主翼の弾性軸上に固定されていることを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の航空機の翼荷重軽減装置において、
前記支持部材は、前記胴体側の一端が当該胴体のフレーム上に固定されていることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の航空機の翼荷重軽減装置において、
前記荷重検知手段は、前記支持部材に貼付されて当該支持部材の長手方向に沿った変位を検知する歪ゲージであることを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機の翼荷重軽減装置において、
前記主翼は付根部が前記胴体に直接的に固定されていることを特徴とする。
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載の航空機の翼荷重軽減装置と同様の特徴を具備する航空機の翼荷重軽減方法である。
本発明によれば、主翼に作用する荷重が検知された場合に、当該荷重によって主翼を支持する支持部材に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重が、支持部材に設けられたアクチュエータによって当該支持部材に作用される。
これにより、主翼を支持部材で支持した翼構造の航空機において、主翼に作用する荷重を好適に軽減することができる。
本実施形態における翼荷重軽減装置の機能構成を示すブロック図である。 本実施形態における航空機を模式的に示した正面図である。 本実施形態における航空機の主翼の下面図である。 本実施形態における翼荷重軽減装置の動作を説明するための図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
＜翼荷重軽減装置の構成＞
まず、本実施形態における航空機の翼荷重軽減装置（以下、単に「翼荷重軽減装置」という。）１０の構成について説明する。
図１は、翼荷重軽減装置１０の機能構成を示すブロック図であり、図２は、翼荷重軽減装置１０を備える航空機１を模式的に示した正面図であり、図３は、航空機１の主翼３の下面図である。
図１及び図２に示すように、翼荷重軽減装置１０は、航空機１に搭載されて、当該航空機１の主翼３に作用する荷重を軽減するものである。
航空機１は、本実施形態においては、胴体２の上端付近に両主翼３（３Ｒ、３Ｌ）が固定された高翼機である。各主翼３は、比較的に高アスペクト比の細長い形状に形成され、トラス部材４によって支持されている。
トラス部材４は、長尺な棒状又は板状に形成され、平面視で翼長方向に略沿った状態で、基端が胴体２の下部に固定され、先端が主翼３下面の翼長方向における略中央部に固定されている。より詳しくは、トラス部材４の基端は、胴体２のうち、図示しないフレーム上に固定されている。また、トラス部材４の先端は、図３に示すように、翼幅方向（機体前後方向）では、主翼３の弾性軸Ａｘ上に固定されている。
なお、以下の説明では、右主翼３Ｒに対応して機体右側に設けられたトラス部材４には「Ｒ」を、左主翼３Ｌに対応して機体左側に設けられたトラス部材４には「Ｌ」を、それぞれの符号に付すこととする。また、後述の歪ゲージ１１とアクチュエータ１２についても同様とする。
具体的に、翼荷重軽減装置１０は、図１及び図２に示すように、歪ゲージ１１と、アクチュエータ１２と、制御部１３とを備えて構成されている。
このうち、歪ゲージ１１は、本実施形態においては、各トラス部材４の先端側に貼付されている。この歪ゲージ１１は、トラス部材４の長手方向に沿った変位量を、図示しないブリッジ回路等を通じて計測可能に設けられており、この計測により、主翼３に作用する荷重を間接的に検知する。
なお、歪ゲージ１１は、主翼３に作用する荷重を検知可能な他の荷重検知手段に替えてもよい。例えば、歪ゲージ１１を主翼３に設ける代わりに、主翼３の撓みを計測してもよいし、航空機１に搭載された重力計の測定値から主翼３に作用する荷重を推算してもよい。
アクチュエータ１２は、直動式のものであり、各トラス部材４にその長手方向に沿って作動するように設けられている。このアクチュエータ１２は、トラス部材４をその長手方向に沿って伸縮させ、荷重を発生させる。
なお、アクチュエータ１２の種類等は、トラス部材４に取り付け可能であって所望の荷重を得られるものであれば特に限定されない。
制御部１３は、翼荷重軽減装置１０の各部を統合制御するものである。具体的に、制御部１３は、歪ゲージ１１から出力されるトラス部材４の変位量に基づいて、この歪ゲージ１１に対応するアクチュエータ１２の動作を制御する。
＜翼荷重軽減装置の動作＞
続いて、主翼３に作用する荷重を軽減する際の翼荷重軽減装置１０の動作について説明する。
図４は、この翼荷重軽減装置１０の動作を説明するための図である。
図４に示すように、飛行中の航空機１において、例えば突風等を受けて主翼３に上向き荷重Ｆが作用した場合、トラス部材４には長手方向への引張り荷重が作用する。
すると、制御部１３は、この引張り荷重によるトラス部材４の変位量を歪ゲージ１１により検知する。そして、制御部１３は、トラス部材４に生じる引張り荷重の方向とは逆向きの荷重であって、当該引張り荷重に応じた大きさの荷重Ｓをこのトラス部材４に作用させるように、アクチュエータ１２の動作を制御する。これにより、主翼３に作用する上向き荷重Ｆを軽減することができる。
このとき、トラス部材４の先端が主翼３の弾性軸Ａｘ上に固定されているため、アクチュエータ１２を動作させてトラス部材４を伸縮させた場合でも、主翼３が捩れて迎角が変わるといった事態は生じない。また、トラス部材４の基端は胴体２のうち強固なフレーム上に固定されているため、アクチュエータ１２を動作させてトラス部材４を伸縮させた場合でも、胴体２を変形させたりすることがない。
またこのとき、制御部１３は、胴体２に不均一な荷重を作用させないように、機体左右の２つのアクチュエータ１２Ｒ，１２Ｌを同様に動作させることが好ましい。ただし、機体左右でアンバランスな翼荷重が生じた場合に、これを相殺するために、２つのアクチュエータ１２Ｒ，１２Ｌを個別に動作させることはあり得る。
＜効果＞
以上のように、本実施形態によれば、主翼３に作用する荷重が検知された場合に、当該荷重によってトラス部材４に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重が、トラス部材４に設けられたアクチュエータ１２によって当該トラス部材４に作用される。
これにより、主翼３をトラス部材４で支持した翼構造の航空機１において、主翼３に作用する荷重を好適に軽減することができる。ひいては、トラス部材４による重量増のデメリットを好適に抑制することができる。
また、トラス部材４の先端が主翼３の弾性軸Ａｘ上に固定されているため、アクチュエータ１２を動作させてトラス部材４を伸縮させた場合でも、主翼３が捩れて迎角が変わるといった事態は生じない。
さらに、トラス部材４の基端は胴体２のうち強固なフレーム上に固定されているため、アクチュエータ１２を動作させてトラス部材４を伸縮させた場合でも、胴体２を変形させたりすることがない。
＜変形例＞
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では主翼３に上向き荷重が作用した場合について説明したが、主翼３に下向き荷重が作用した場合においても同様の効果が得られるのは言うまでもない。さらに、主翼３のフラッタを抑制する効果なども期待できる。
また、主翼３の構造については特に限定はされない。ただし、例えばセスナ１７２のような付根部の曲げモーメントが抑制されるピン支持構造の主翼よりも、付根部が胴体に直接的に固定されて曲げモーメントが生じる単純な片持ち構造の主翼の方が、翼荷重を低減する効果が高い。
１ 航空機
２ 胴体
３ 主翼
４ トラス部材（支持部材）
１０ 翼荷重軽減装置
１１ 歪ゲージ
１２ アクチュエータ
１３ 制御部（制御手段）
Ａｘ 弾性軸
Ｆ 荷重（主翼に作用する荷重）
Ｓ 荷重（アクチュエータが作用させる荷重）

Claims (6)

  1. 胴体と、主翼と、両端が胴体及び主翼に固定されて主翼を支持する長尺な支持部材とを備えた航空機に設けられ、前記主翼に作用する荷重を軽減する航空機の翼荷重軽減装置であって、
    前記主翼に作用する荷重を検知する荷重検知手段と、
    前記支持部材に設けられ、当該支持部材の長手方向に荷重を作用させるアクチュエータと、
    前記主翼に作用する荷重が前記荷重検知手段により検知された場合に、当該荷重により前記支持部材に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重を当該支持部材に作用させるように、前記アクチュエータの動作を制御する制御手段と、
    を備えることを特徴とする航空機の翼荷重軽減装置。
  2. 前記支持部材は、前記主翼側の一端が当該主翼の弾性軸上に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の航空機の翼荷重軽減装置。
  3. 前記支持部材は、前記胴体側の一端が当該胴体のフレーム上に固定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の航空機の翼荷重軽減装置。
  4. 前記荷重検知手段は、前記支持部材に貼付されて当該支持部材の長手方向に沿った変位を検知する歪ゲージであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の航空機の翼荷重軽減装置。
  5. 前記主翼は付根部が前記胴体に直接的に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の航空機の翼荷重軽減装置。
  6. 胴体と、主翼と、両端が胴体及び主翼に固定されて主翼を支持する長尺な支持部材とを備えた航空機において、前記主翼に作用する荷重を軽減する航空機の翼荷重軽減方法であって、
    前記主翼に作用する荷重を検知する荷重検知手段と、
    前記支持部材に設けられ、当該支持部材の長手方向に荷重を作用させるアクチュエータと、
    を用い、
    前記主翼に作用する荷重が前記荷重検知手段により検知された場合に、当該荷重により前記支持部材に生じる荷重の方向とは逆向きの荷重を当該支持部材に作用させるように、前記アクチュエータを動作させることを特徴とする航空機の翼荷重軽減方法。
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