JP5302215B2 - 航空機の胴体 - Google Patents

Description

本発明は、航空機の胴体、その中でも特に、乗客を商業輸送するための航空機の胴体に関する。

伝統的に、航空機の胴体は、丸い空気力学的形状の前部と、全体的に円筒形の胴体中央部と、尾翼を取り付ける全体的に円錐台形の後部とを有する。前部には航空機のコックピットが存在する。中央部には特に客室と貨物室が設けられる。航空機の翼は、航空機の胴体のこの中央部に接続される。航空機のエンジンは、一般に、翼に固定されるか、航空機の後部に取り付けられる。

航空機の内部空間を最適化するため、胴体中央部の断面を変更することがすでに知られている。例えば特許文献１では、航空機の胴体として、航空機のヨーイング軸に沿って第１のサイズを持つ第１の部分と、航空機のヨーイング軸に沿って第３のサイズを持つ第３の部分を備えるものが提案されている。胴体の第２の部分に関する航空機のヨーイング軸に沿ったサイズは、胴体の第１の部分に対応する第１のサイズと、第３の部分に対応するヨーイング軸に沿った第３のサイズよりも小さい。このような航空機により、特に面積法則に合致した輪郭を得ることができる。

欧州特許第１４１３５１３号

本発明は、空気力学の有用な特徴を持ちながら航空機の内部空間を広くできる航空機の胴体を提供することを目的とする。胴体は、航空機内部の加圧に起因する制約に耐える上で有利な断面を持つことが好ましい。胴体は、内部設備と、重量のバランスと、空気力学を最適化できることも好ましい。

そこで本発明では、コックピットのある前部と、中央部と、後部を備える航空機の胴体を提案する。

本発明によれば、胴体の中央部は、前部の側に、ピッチング軸に沿って測定した幅が航空機の前方から後方に向かって増大していきある最大幅になる第１の領域と、幅が減少していく第２の領域と、この第２の領域の後ろ側にあって幅がほぼ一定である第３の領域を備えている。

航空機の胴体中央部の前部を広くすることは興味深い。なぜなら、そうすることで、第１に、座席を配置するのに利用できる航空機内のスペースを増やせるからである。胴体の前部が広がっているこの形態は、空気力学的にも有利である。なぜなら、この形態によって航空機の揚力を大きくできるからである。

本発明による胴体の第１の実施形態によれば、胴体の中央部の第２の領域は、胴体の中央部の第１の領域に直接接続されている。しかし航空機の客室内により多くの乗客を収容するため、胴体の中央部の第２の領域を、幅が胴体の最大幅にほぼ対応する胴体部により、胴体の中央部の第１の領域と分離することも考えられる。

乗客がより素早く搭乗または降機できるようにするため、胴体には、胴体中央部の第２の領域の後ろ、または胴体中央部の第３の領域の前に、乗客搭乗用の第１の扉を設けることを提案する。もちろん、胴体の縦軸に鉛直な面に対して対称に配置された第２の扉も設けられるため、上記の第１の扉は実際には一対の扉である。

空気力学上の理由により、翼は、胴体中央部の第３の領域の位置で胴体に接続されることが好ましい。

胴体内部で乗客が利用できるスペースを多くするとともに、胴体の揚力を大きくするため、胴体中央部の横断面は円を平たくした形状になっていて、ピッチング軸に沿って測定した幅が、ヨーイング軸に沿って測定した高さよりも大きいことが有利である。好ましい一変形例では、胴体中央部の横断面は、胴体中央部の上部と下部に対応する大きな半径の２つの円弧を向かい合わせに配置し、その２つの円弧を、胴体中央部の側壁に対応する半径の小さな２つの円弧からなる移行領域を用いて互いに接続した形状にされている。この形状により、構造の補強部材を多くしすぎることも、構造を重くしすぎることもなく、抵抗力のある構造を得ることができる。

ヨーイング軸に沿って測定した胴体中央部の高さは、この胴体とその内部設備の製造が容易になるようほぼ一定であることが好ましい。

本発明の胴体を用いて航空機の重量のバランスがよりよくなるようにするには、エンジンを後部に配置し、胴体の後部に接続することが有利である。こうすると飛行中の客室をより静かにすることもできる。

商品を輸送するため、例えば胴体後部に、ＬＤ３タイプのコンテナを２つ収容できる貨物室を設ける。

本発明は、上に説明したような胴体を備えることを特徴とする航空機にも関する。

本発明の詳細と利点は、添付の概略図を参照して行なう以下の説明からよくわかるであろう。

本発明の胴体を備える航空機の客室の前部の平面図である。 客室の内部設備が異なる場合の図１に対応する図である。 本発明の航空機の斜視図である。 図３の航空機の正面図である。 図３の航空機の平面図である。 図３の航空機の側面図である。 本発明による航空機のバリエーションの斜視図であり、エンジンが航空機の胴体の後部に取り付けられている。 本発明による航空機のバリエーションの斜視図であり、エンジンが航空機の胴体の後部に取り付けられている。 本発明による航空機のバリエーションの斜視図であり、エンジンが航空機の胴体の後部に取り付けられている。 図７の航空機の側面図である。 本発明による航空機の“古典的な”構成の側面図である。 翼が上部位置にある本発明の航空機の斜視図である。 図１２の航空機の正面図である。 図１２の航空機の平面図である。 図１２の航空機の側面図である。 本発明の航空機を鉛直方向に切断した概略図である。 鉛直面で切断して図１６の航空機の内部構造を示した図である。 本発明による航空機の好ましい一変形例の客室全体を拡大した水平断面図である。 例えば図１６〜図１８に対応する好ましい実施形態の胴体の外形の断面図である。

図面は、それぞれ、翼とエンジンを取り付けた胴体を有する航空機に関する。

以下の説明全体を通じ、“前”、“後”という用語は、航空機と、飛行中の移動方向を基準にする。相対的に下の位置および上の位置という概念は、例えば航空機が巡航飛行中、または地上に停止しているときを基準にする。

伝統的に、胴体は、３つの部分、すなわち前部２、中央部４、後部６を有する。

胴体の前部２には、航空機の操縦席を形成するコックピットがある。この操縦席には特に、航空機を操縦するためのあらゆる操縦装置、制御スクリーン、通信手段（航空機内の通信手段と、航空機の外部である管制塔または他の航空機との通信手段）、パイロットの座席などがある。

胴体の中央部４は前部２のすぐ後ろに位置する。胴体のこの部分は、特に、乗客とその人たちの荷物、そして場合によっては商品を収容することを目的としている。そうするため、胴体の中央部４は、特に、デッキを形成する客室の床８の上に設けられた客室を有する（図１６と図１８）。

胴体の後部６は、特に空気力学上の理由で円錐を想起させる形状にされている。この部分には、伝統的に、本発明の航空機の実施形態によって異なる尾翼が取り付けられる。

本発明は、第１に胴体の中央部４に関する。この中央部４は３つの領域を有する。すなわち、中央部４の前部にある第１の領域１０と、第１の領域１０の後ろに配置された第２の領域１２と、胴体の中央部４の後部にある第３の領域１４である。

図３には、本発明の航空機のためにローリング軸（ｘ軸）、ピッチング軸（ｙ軸）、ヨーイング軸（ｚ軸）を示してある。

本発明の好ましい実施形態では、（ヨーイング軸に沿って測定した）中央部４の高さが、この中央部４の全長に沿って一定（または、少なくともほぼ一定）である。そのことは特に、本発明の航空機のいろいろなバリエーションの側面図からわかる。しかし胴体の中央部４の高さが長手方向の軸（ローリング軸）に沿って変化していても本発明の範囲を逸脱することはない。

胴体の中央部４の第１の領域１０は、（ピッチング軸に沿って測定した）幅が、ローリング軸に沿って航空機の前部から後部に向かうにつれて増大している。この第１の領域１０では、航空機の胴体の幅は、ある最大値まで増大する。

中央部４の第２の領域１２では、航空機の胴体の幅は、この幅の最大値から、第３の領域１４の幅に対応するほぼ一定の値まで減少する。

第２の領域１２は、例えば中央部４の幅が最も広い位置での横断面に対して第１の領域１０とほぼ対称にすることができる。

図示していない一変形例では、第１の領域１０と第２の領域１２の間に中間領域を挟み込むことができる。この中間領域は、幅が一定で胴体の中央部４の最大幅に等しくなっており、例えば乗客をより多くすることを目的として長さを延ばした航空機の実施形態を実現するため設けられる。

図１と図２には特に、本発明による航空機の第１の領域１０と第２の領域１２の内部設備の実施形態を２通り示してある。

幅が広くなっているおかげで、航空機の客室内で内部空間を利益をもたらすように利用できることがわかる。図１の実施形態では、航空機の客室に１つのクラスだけが設けられている（例えばエコノミー・クラス）。第３の領域１４の中と第２の領域１２の後部では１列に６つの座席を配置する客室構成になっているのに対し、第１の領域１０と第２の領域１２の幅がより広い領域では、１列に７つの座席を配置することができる。したがってこの広がった形態により、図１に示した例では、８席分“得をする”。航空会社にとってこのような得は非常にありがたい。

図２に示した実施形態では、航空機の客室に２つのクラスが設けられている（例えばエコノミー・クラス（後部）とビジネス・クラス（前部））。ビジネス・クラスは、胴体の中央部４の幅が最も広い位置に配置されている。したがって、ビジネス・クラスの区画にエコノミー・クラスと同数の座席（６席）を設けることができる。これは航空機においてまったく独創的である。実際、乗客輸送用に２つ（または３つ）のクラスを設けた航空機の座席に関して知られているあらゆる設備において、航空機の幅方向に配置する座席の数は、クラスが上がると減少する。航空会社にとって本発明の航空機によって利益がもたらされることは明らかである。図２の実施形態では、胴体の中央部の幅が一定である航空機と比べて得になるのは、少なくともビジネス・クラスの６席分である。

航空機の翼は、第３の領域１４の位置で胴体の中央部４に接続されている。翼としては、図３〜図１１の実施形態に示したような下部位置の翼１６、または例えば図１２〜図１５に示した上部位置の翼１８が可能である。

翼は、中央部４の第３の領域１４に、第２の領域１２から離して接続されていることが好ましい。したがって胴体の第２の領域１２と翼の間に幅が一定の部分２０が存在する。この“まっすぐな”部分２０は、扉２２を設けるのに利用することが好ましい。それは、航空機に搭乗するための扉にできる。したがってこの扉２２は、乗客を収容するための客室の前部に位置することはない。したがって乗客は、航空機に扉２２から搭乗するとき、自分に割り当てられた座席に応じて客室内を左または右に進む。このようにすると、航空機への乗客の搭乗を著しく速くすることができる。

この搭乗用の扉２２は、第２の領域１２の位置、または第２の領域１２と第３の領域１４の接続部の位置に存在していてもよい。“伝統的な”搭乗法も考えられ、それを例えば図１、図２、図１１、図１２〜図１５に示してある。

すでに説明したように中間領域を第１の領域１０と第２の領域１２の間に配置して長さを延ばした胴体の場合には、この中間領域から搭乗することも考えられる。

本発明は、エンジンを後部に備える航空機に特に適している。その場合にはエンジンは航空機の胴体の後部６に搭載される。胴体の幅が第１の領域１０と第２の領域１２の位置で広くなっているため、航空機の前方に向かって“アンバランス”が生じている。エンジンを航空機の後部に配置すると、バランスを回復することができる。重量のこの再分配は、航空機にとって、図１１〜図１５に示したようにして本発明の航空機でも採用できる伝統的な再分配と比べて有利でさえある。これらの実施形態では、エンジンは翼の下に配置される。

エンジンの位置も、航空機の重量がうまくバランスすることに加え、乗客にとってより快適になるという利点を提供する。したがって航空機の客室は、特にエンジンの後方に座る乗客にとって、エンジンが中央にある場合よりも静かになる。

エンジンはジェットエンジン（図１１〜図１５）にできるが、プロップファンを備える航空機（図３〜図８、図１０）により、ジェットエンジンでの性能よりもわずかに低いだけの性能で航空機の燃料消費を少なくすることができる。

図に示した実施形態では、エンジンは航空機の尾翼に取り付けられる（図３〜図６）。図７〜図１０の実施形態では、エンジンは胴体の後部６に直接接続される。図１１〜図１５の実施形態に関しては、エンジンは、翼の下に取り付けられるという伝統的な配置である。

図１６と図１９は、本発明による航空機の胴体の中央部４の好ましい横断面の実施形態を示している。航空機の胴体の横断面が伝統的な円形である場合と比較すると、ここで提案する断面形状は平たくされていて、幅が高さよりも大きい。この形状により、航空機の内部において、乗客を収容するための客室の内部空間を広くすることができる。航空機の外側でもこの形状は有利である。なぜならこの形状は、円形断面を持つ円筒形よりも空気力学的により有利だからである。

航空機を重くするだけでなく航空機内部の利用可能なスペースを狭くする補強部材の数を多くしすぎることなしに抵抗力を有する構造となるようにするため、中央部の位置における航空機の胴体の横断面に関して本発明で提案する外形は、一連の円弧を互いに接続した形態である。

図１９には、航空機の胴体中央部の横断面の形状を規定する４つの円弧に対応する４つの曲率中心を示してある。図１９に示した上側の中心２４は、中央部４の下面に対応する円弧の中心である。この下面は曲率半径がＲである。この図では、下側の中心２６のほうは、航空機の中央部４の上面に対応する円弧の中心に対応している。この円弧も曲率半径が同じＲである。

同じ図１９において、左側に示した中心２８は、航空機の中央部４の左側壁に対応する円弧の曲率中心である。この円弧は、Ｒよりも小さな曲率半径ｒを持つ。航空機の胴体の中央部４が対称であることから図１９の右側に示した４番目の中心３０は、航空機の胴体の右側壁の曲率に対応しており、対応する円弧は同じ曲率半径ｒを持つ。

特に図１６と図１９からわかるように、胴体の中央部４が上に説明したような平たい形状になっているため、貨物室で利用できるスペースが犠牲になり、乗客を収容する客室内で利用可能なスペースが広くなる。貨物室で利用できるスペースは、航空機の客室で旅行する乗客の荷物を収容するにはまったく問題がない。しかし標準的なコンテナ３２も輸送できることが好ましい。

図１６〜図１８の実施形態では、中央部４の後部、または胴体の中央部４と後部６の接続部、または後部６の前部に、例えばＬＤ３タイプのコンテナを２つ収容するのに十分な収納スペースを設けることを提案している。すると航空機は、この航空機で旅行する乗客に加えていくつかの商品も運ぶことができる。これはもちろん、航空機の商業的利用にとって有利である。

したがって上に示した航空機の胴体は、航空機の伝統的な胴体と比べて多数の利点を有する。内部では、提案した胴体により、第１に胴体の中央部の前部の特別な形状のおかげで、第２にこの中央部の横断面の形状のおかげで、スペースを増やすことができる。さらに、この形状により、航空機の空気力学的性能を改善することができる。

本発明による航空機の胴体を利用すると、航空機の重量をうまくバランスさせることもできる。エンジンが後部にある好ましい実施形態では、航空機内の重量がバランスすることには非常な利益がある。エンジンがこのように後部にあると、乗客をより快適にすることもできる。なぜなら航空機の客室内で認識されるエンジン音がより小さくなるからである。

提案した胴体は、乗客の素早い搭乗と降機を可能にすることに関しても最適化されている。

最後に、考えられるさまざま実施形態や図面に示したさまざま実施形態からわかるように、本発明の胴体により、例えば翼やエンジンの位置に関して非常に多彩な航空機を実現できる。提示した例と図面に示したバリエーションがすべてではないことに注意すべきである。やはりすでに指摘したことだが、より多くの乗客を収容するため、胴体の長さを延ばすことができる。延長するのは、胴体の中央部４の第１の領域１０とこの中央部の第２の領域１２の間であることが好ましい。

本発明が、単なる例として説明したり図示したりした実施形態に限定されることはない。本発明は逆に、以下の請求項の範囲内で当業者が思いつくあらゆるバリエーションにも関する。

Claims (9)

1. コックピットのある前部（２）と、中央部（４）と、後部（６）を備える航空機の胴体であって、
   中央部（４）が、
   前部（２）の側で、ピッチング軸に沿って測定した幅が航空機の前方から後方に向かって増大していきある最大幅になる第１の領域（１０）と、
   幅が減少していく第２の領域（１２）と、
   この第２の領域（１２）の後ろ側にあって幅がほぼ一定である第３の領域（１４）と、を備え、
   ヨーイング軸に沿って測定した中央部（４）の高さがほぼ一定である、
   ことを特徴とする胴体。
2. 中央部（４）の第２の領域（１２）が、中央部（４）の第１の領域（１０）に直接接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の胴体。
3. 中央部（４）の第２の領域（１２）と中央部（４）の第１の領域（１０）とが、幅が胴体の最大幅にほぼ対応する胴体部分を介して隔離されている、ことを特徴とする請求項１に記載の胴体。
4. 中央部（４）の第２の領域（１２）の後部、またはその中央部（４）の第３の領域（１４）の前部に、乗客を搭乗させるための第１の扉（２２）を備える、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の胴体。
5. 翼（１６、１８）が、中央部（４）の第３の領域（１４）の位置で胴体に接続されている、ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の胴体。
6. 中央部（４）の横断面が円を平たくした形状であり、ピッチング軸に沿って測定した幅が、ヨーイング軸に沿って測定した高さよりも大きい、ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の胴体。
7. 中央部（４）の横断面が、その中央部の上部と下部に対応する大きな半径の２つの円弧を向かい合わせに配置し、その２つの円弧を、中央部（４）の側壁に対応する半径の小さな２つの円弧からなる移行領域を用いて互いに接続した形状である、ことを特徴とする請求項６に記載の胴体。
8. エンジンが後方に配置されていて、後部（６）に接続されている、ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の胴体。
9. 請求項１から８のいずれか１項に記載の胴体を備えることを特徴とする航空機。

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