JP3130783U

JP3130783U - 航空機装着用車輪

Info

Publication number: JP3130783U
Application number: JP2006010096U
Authority: JP
Inventors: 真次松田
Original assignee: Matsuda R&D Co Ltd
Current assignee: Matsuda R&D Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2016-12-13

Abstract

【課題】シンプルな構成でありながら、着陸前の車輪の空転を効率的に実現し、ひいては、車輪のタイヤの寿命を長期化し得るような航空機装着用車輪の構成を提供する。
【解決手段】車輪２の側部にタービン翼を設けずに、航空機に装着される滑走用車輪２のタイヤ２１の略上側半分の領域において、当該タイヤ２１の上部及び側部の周囲を囲む状態にて、風除けフェンダー１を車輪２を支えるアームに設けたことに基づき、製造コストが安価でありながら、タービン翼を設けた場合と略同程度の回転速度を確保することが可能である航空機装着用車輪。
【選択図】図５

Description

本考案は、ジェット機又はプロペラ機などの航空機が離陸及び着陸段階において、不可欠な機能を発揮している航空機装着用車輪に関するものである。

航空機が離陸する以前及び着陸した以後の段階では、車輪による走行を不可欠としているが、着陸に際し、地上に接した車輪は、着陸前の無回転状態から着陸後に直ちに航空機の進行速度に対応した回転状態に至る訳ではない。

即ち、高速（例えば、時速３００ｋｍ／ｈ）にて車輪を介して航空機が地面に接触した場合、車輪が地面接触前の無回転状態から、正常な回転状態に移行するまでには、所定時間（実際には、数秒単位であることが多い）を必要としており、その間、無回転状態から、順次正常な回転状態に移行していくことになる。

前記の移行段階において、航空機の垂直方向（上下方向）の運動量は、着陸の直前と直後とにおいて急激に変化し、かつ車輪は、当該変化に対応して、地面から所定の抗力を受けることになる。

例えば、質量が３９４ｔであり、通常の航空時速を３００ｋｍ／ｈであるＢ７４７型航空機の場合、着陸時において発生する前記抗力は、約３０００ｔであるが、Ｂ７４７型航空機を支えている１０個の車輪に対しては、１個当り約３００ｔの抗力が生じた状態にあり、当該抗力を受けながら、前記１０個の車輪は、地面との間にて大きな摺動摩擦を生じていることに帰する。

上記摺動摩擦を原因として従来の航空機装着用車輪においては、着陸直後に、前記摺動摩擦によって、タイヤに白煙の発生を伴うような異常な高温状態に至り（前記Ｂ７４７型航空機の場合には、約４００℃以上）、タイヤの寿命を極めて短いものとしていた。

このような状況に対処するため、以下の各特許文献１〜１３に示すように、当該車輪の回転方向面に沿った側部に、気流によって車輪を空転させ得るタービン翼を突設する構成が既に周知の技術的事項となっている。

しかしながら、このようなタービン翼を突設する場合には、余分のスペースを要すると共に、タービン翼として相当複雑な設計を要し、製造コストとして多大な負担とならざるを得ない。

しかも、タービン翼の場合には、車輪の上側は、滑走段階における回転方向に対し逆方向の気流によるモーメントを受けており、結局車輪の下側において生ずる前記回転方向に対し、順方向のモーメントとの差によって車輪の回転モーメントが得られることにならざるを得ない。

尤も、特許文献８においては、上側半分を付加することによって、逆方向のモーメントを防止する構成が提唱されているが、前記のように、タービン翼を設けるために多大な製造コストを免れることができない点においては、他の特許文献に係る構成と変わりはない。

特開昭６３−１９９２００号公報実願昭４８−０１６９５８号（実開昭４９−１１６８００号）のマイクロフィルム特開平１０−３０５７９９号公報特開昭６２−２７５８９７号公報特開昭６０−０１２３９６号公報特開昭５９−２２７５９６号公報特開昭５４−１１０５０１号公報実願昭６２−０９２７８９号（実開昭６４−００１１９９号）のマイクロフィルム実願昭６１−１８０２４１号（実開昭６３−０８５４９９号）のマイクロフィルム実願昭６０−１３４１５５号（実開昭６２−０４３８９９号）のマイクロフィルム特開平１１−３１０１９８号公報実願昭４９−８４８６２号（実開昭５１−０１５０００号）のマイクロフィルム特開平０９−２５４８９２号公報

本考案は、簡単な構成でありながら、着陸前の車輪の空転を効率的に実現し、ひいては、当該車輪のタイヤの寿命を長期化し得るような航空機装着用車輪の構成を提供することを課題としている。

上記課題を解決するため、本考案の基本構成は、車輪の側部にタービン翼を設けずに、航空機に装着される滑走用車輪のタイヤの略上側半分の領域において、当該タイヤの上部及び側部の周囲を囲む状態にて、風除けフェンダーを車輪を支えるアームに設けたことに基づく航空機装着用車輪からなる。

本考案は、タービン翼を設ける構成に比し、極めて構成がシンプルであり、かつこのようなシンプルな構成を反映して製造コストが安価でありながら、航空機の着陸前段階の走行速度に対応して、従前のタービン翼を設けた場合と概略同程度の空転速度を確保することができ、ひいては、着陸直後の異常な摺動摩擦を受けることを軽減又は防止し、当該軽減又は防止によって、前記車輪におけるタイヤの寿命を飛躍的に向上させることができる。

前記基本構成からも明らかなように、本考案においては、図４に示すように、タービン翼を使用せずに車輪２のタイヤ２１の略上側に位置している部分における上部及び側部の周囲を囲むようなフェンダー１を設けることのみによって、着陸直前の飛行段階において、タイヤ２１のうち専ら略下側部分が接触した気流との衝突によって回転モーメントを受け、ひいては発想段階において車輪２が空転した状態にて地面と接触することによって、前記効果を発揮させることを基本的技術思想としている。

前記のような気流との衝突に基づく回転モーメントは、タイヤ２１の凹凸部分の形状、ホイール２２の側部の形状等によって左右されるが、前記各特許文献に示されるような公知技術においては、車輪２と気流との衝突に基づく回転モーメントは、略上側半分と略下側半分とが殆どキャンセルし合っているのに対し、本考案においては、前記基本構成によって着陸時に有用な空転を発生させることを特徴としている。

ここに、車輪２の空転速度がどの程度に至るかについては、現時点では、厳密な計算は確立されている訳ではない。
但し、以下のとおり、概略の空転速度を算定する。

一般に、流体中に置かれた物体が受ける抗力（摩擦抗力＋形状抗力）Ｆは、流体の密度ρ、及び速度をｕとした場合の流体の動圧ρｕ²／２と物体の基準面積（流体の方向に直角な平面に当該物体を投影して形成される面積）Ａに比例しており、
Ｆ＝Ｃ_ＤＡρｕ²／２
によって表現されている。
但し、Ｃ_Ｄは所謂抗力係数であって、その数値はレイノルズ数（Ｒ_ｅ）によって変化するが、航空機の着陸前の速度（約６０〜９０ｍ／ｓｅｃ）の場合には、概略０．６〜０．７である。

航空機の車輪２の幅をｔとし、半径Ｒとした場合には、車輪２全体の基準面積Ａは、Ａ＝２Ｒｔであるが、本考案の場合には、流体である空気流は、車輪２の略下方部分に衝突することから、Ｆ＝Ｃ_Ｄ（Ｒｔ）ρｕ²／２と表現することができる（但し、飛行中の車輪２の場合には、前記ρは、空気流の密度であり、ｕは、滑走前の航空機の速度を表すことになる。）。

ここで、基準面積につき単位面積当りの抗力ｆとした場合、車輪２が抗力Ｆによって受ける回転モーメントＭ’は、図６に示すように、中心が車輪２の移動方向と直交する方向の距離がｘである位置において、微小幅ｄｘに生ずる抗力はｆ（ｔｄｘ）であることから、前記位置における微小幅ｄｘの部分の受ける回転モーメントはｆｘ（ｔｄｘ）である。

したがって、車輪２の略下側半分の領域において、前記単位面積当りの抗力ｆによって生ずる回転モーメントＭ’は、

を得ることができる。

２次元の渦なし流体において、所謂ブラジウスの第１及び第２公式を採用したことによって、密度ρ、速度ｕの流体が流体の進行方向に受ける抗力は、ρｕＱとされており（但し、Ｑは流体中における物体の単位長さ当りの湧き出し量である。）、上方向に受ける抗力はρｕΓとされている（但し、Γは当該物体における循環定数である。）。

他方、前記流体において前記物体が受ける回転モーメントＭは、
Ｍ＝ρＱΓ／２π−２πρｕｂ_１ …… （ａ）
とされている。
尚、ｂ_１は前記ブラジウスの第１及び第２公式において使用されている複素速度ポテンシャルに関する一般式ｆにおけるパラメーターをｚとした場合の、
ｆ＝ｕｚ＋（ａ_０＋ｉｂ_０）ｌｏｇｚ＋（ａ_１＋ｉｂ_１）／ｚ＋…における係数ｂ_１
とされている（以上につき、佐野理著「連続体の力学」≪株式会社裳華房２００５年２月２０日第３版第３刷発行≫の１９７〜２００頁の（５）項参照）。

前記の抗力Ｆは、幅ｔのρｕＱと等しいことから、
Ｆ＝ρｕＱｔ
から
Ｑ＝Ｆ／（ρｕｔ）
を得ることができる。

他方、前記流体において、角速度ωにて回転している半径Ｒの円柱が上方向に受ける抗力は、単位長さ当り２πρｕωＲ^２とされている（例えば、今井功著「流体力学(前編)」≪株式会社裳華房２００５年２月１５日第３０版発行≫の３８０頁のＦ_０の式参照）。

したがって、Γ＝２πωＲ^２ｔが成立する。

前記（ａ）式によるＭのうち、第１項のρＱΓ／２πは、回転円柱による角速度ωの寄与が生じている部分であり、第２項である２πρｕｂ_１は、角速度ωの寄与が生じていない部分であり、当該部分は前記Ｍ’によって既に算定されている。

したがって、（ａ）式にＱ、Γ、及び前記Ｍ’を代入することによって、
Ｍ＝（ωＲ^２Ｆ）／ρｕ−ＦＲ／２
を得ることができる。

回転円柱において生じている前記回転モーメントは、車輪２が回転する段階における空気による粘性抵抗及び回転中心におけるボールベアリングの摩擦抵抗に費消されていることに帰する。

空気の粘性係数をμとした場合、角速度ωにて回転している半径Ｒの円柱が受ける単位長さ当りの粘性抵抗によるモーメントは、４πμＲ^２ωである。

他方、ボールベアリングの外側径（回転ボールと接する位置における中心からの距離）をｒとし、ボールベアリングにおける摩擦係数をλとし、車輪２の質量をｍとした場合、ボールベアリングが支えている抗力は、前記空気流方向の抗力Ｆと当該抗力と概略直交している車輪２の重力ｍｇとのベクトル和の大きさ、即ち

であることから、ボールベアリングによる支持に伴う摩擦抵抗によって費消されている回転モーメントは、

である。

したがって、既に生じている抗力と前記のように各費消されている回転モーメントとの総和は零であることから、

が成立する。

しかしながら、空気の粘性率は極めて小さく、２５℃の場合にμ＝１８．２×１０^−６（ｐａ・ｓｅｃ）であり（前記のｐａは「パスカル」の圧力単位を表わす。）、しかも、ボールベアリングにおける抵抗係数λ＝０．００２であって、これまた極めて小さな数値である（この点は典型的な車輪２として、Ｒ＝０．６ｍ、ｍ＝１８０ｋｇ、ρ＝１．２９ｋｇ／ｍ^３、ｒ＝０．０６ｍ、ｕ＝８０ｍ／ｓｅｃ等を代入することによって確認することができる。）。

したがって、Ｍ≒０であることから、ω≒ｕ／（２Ｒ）を得ることができる。

即ち、流体力学の基本原理による理論上の空転速度は、滑走前の速度ｕを車輪２の半径Ｒによって除した数値の１／２に概略等しく、滑走時に必要な角速度であるｕ／Ｒの約１／２に等しいというのが理論上の帰結である。

何れにせよ、このような概略の計算によっても、本考案においては、滑走段階における車輪２の回転に対し、比肩し得る程度の空転による回転数に至っているため、タイヤ２１の寿命を十分延長することが可能である。

本発明の典型的な実施形態においては、図５に示すように、滑走用車輪２の回転中心を基準とする風除けフェンダー１を設ける角度範囲として、滑走に向けて飛行する方向に基づく平均下降角度に対する上側角度範囲と概略等しいことを特徴としている。

即ち、航空機が着陸する段階では、航空機自体は、水平方向を基準として進行方向に対し所定の角度を以って下降するが、実施例１においては、このような略下降方向の平均角度をθとした場合、車輪２の回転中心を基準としてフェンダー１を図５に示すように、θ〜−θの角度範囲にてフェンダー１を設けている。

通常、５°≦θ≦１５°の範囲内にあるが（大抵は１０℃程度が多い）、前記実施形態においては、このような傾斜角度の上側の角度範囲にフェンダー１を設けることによって、更に逆方向の回転モーメントを防止し、効率的に空転に必要なに回転モーメントを発生させている。

実施例１は図１に示すように、風除けフェンダー１が、タイヤ２１の周囲だけでなく、その内側のホイール２２の部分をもカバーしていることを特徴としている。

即ち、気流との衝突に基づく回転モーメントが単にタイヤ２１だけでなく、ホイール２２の領域においても発生することを考慮し、実施例１においては、単にタイヤ２１だけでなく、ホイール２２の部分もカバーしている。

このようなカバーする領域を拡大することによって、実施例１においては、更に効率的に空転に必要な回転モーメントを発生させている。

実施例２は図２に示すように、風除けフェンダー１の進行方向前側の位置の上部に、水平方向と垂直上側方向の中間の斜方向を向く傾斜板３を設け、当該傾斜板３に衝突し、かつ反射した気流を、車輪２の内の下方のタイヤ２１部分に衝突させ得ることを特徴としている。

即ち、前記のような各位置及び角度による傾斜板３を設けている実施例２においては、当該傾斜板３に衝突し、かつ反射する気流は、図２に示すように、相対的には進行方向の逆方向でありながら下方に向って流動し、必然的にタイヤ２１の下方部分と接触し、かつ当該接触に伴う抵抗に基づいて車輪２を着陸段階の回転方向の順方向に空転させるような回転モーメントの発揮に寄与し、当該寄与によって更に効率的に空転に必要な回転モーメントを発生させている。

実施例３は、図３に示すように、風除けフェンダー１の進行方向前側の位置の側部に、水平方向と垂直上側方向の中間の斜方向を向く傾斜板３を設け、当該傾斜板３に衝突し、かつ反射した気流を、車輪２の内の下方のホイール２２及びタイヤ２１の側部に衝突させ得ることを特徴としている。

即ち、前記のような各位置及び角度による傾斜板３を設けている実施例３においては、当該傾斜板３に衝突し、かつ反射する気流は、図３に示すように、相対的には進行方向の逆方向でありながら下方に向って流動し、必然的にタイヤ２１及び車輪２の下方部分と接触し、かつ当該接触に伴う抵抗に基づいて車輪２を着陸段階の回転方向の順方向に空転させるような回転モーメントの発揮に寄与し、当該寄与によって更に効率的に空転に必要な回転モーメントを発生させている。
尚、実施例３においては、傾斜板３の両側が図３（ｂ）に示すように、フェンダー１から離れるに従って下方に位置するような状態に設定した場合には、当該傾斜板３に衝突しかつ反射する気流は、ホイール２２及びタイヤ２１の双方に衝突した状態にて接触することから、より効率的な回転モーメントの発生が可能となる。

本考案は、着陸及び離陸のために滑走を行う全ての航空機において利用可能である。

実施例１の構成を示す側面図である。実施例２の構成を示す側面図である（点線の矢印は気流の移動方向を示す。）。実施例３の構成を示しており（点線の矢印は気流の移動方向を示す。）、（ａ）は側面図を示しており、（ｂ）はフェンダーの部分上面図及び傾斜板の上面方向の断面図を示す。本考案の基本構成に基づく実施形態を示す側面図である。本考案の好ましい実施形態を示す側面図である。抗力Ｆによって微小幅ｄｘにおいて生ずる回転モーメントを説明するための側面図である。

符号の説明

１フェンダー
２車輪
２１タイヤ
２２ホイール
３傾斜板
３１傾斜板の取付を補強するための補強板

Claims

車輪の側部にタービン翼を設けずに、航空機に装着される滑走用車輪のタイヤの略上側半分の領域において、当該タイヤの上部及び側部の周囲を囲む状態にて、風除けフェンダーを車輪を支えるアームに設けたことに基づく航空機装着用車輪。
滑走用車輪の回転中心を基準とする風除けフェンダーを設ける角度範囲として、滑走に向けて飛行する方向に基づく平均下降角度に対する上側角度範囲と概略等しいことを特徴とする請求項１記載の航空機装着用車輪。
下降角度が水平方向に対しθだけ下方に傾斜している場合、５°≦θ≦１５°であることであることを特徴とする請求項２記載の航空機装着用車輪。
風除けフェンダーが、タイヤの周囲だけでなく、その内側のホイールの部分をもカバーしていることを特徴とする請求項１、２、３記載の航空機装着用車輪。
風除けフェンダーの進行方向前側の位置の上部に、水平方向と垂直上側方向の中間の斜方向を向く傾斜板を設け、当該傾斜板に衝突し、かつ反射した気流を、車輪の内の下方のタイヤ部分に衝突させ得ることを特徴とする請求項１記載の航空機装着用車輪。
風除けフェンダーの進行方向前側の位置の側部に、水平方向と垂直上側方向の中間の斜方向を向く傾斜板を設け、当該傾斜板に衝突し、かつ反射した気流を、車輪の内の下方のホイール及びタイヤの側部に衝突させ得ることを特徴とする請求項１記載の航空機装着用車輪。
傾斜板の両側がフェンダーから離れるに従って下側となるように設計したことを特徴とする請求項６記載の航空機装着用車輪。
請求項１〜７の航空機装着用車輪を設置した航空機。