JP5710005B2 - スラット、航空機の翼、航空機の動翼、航空機 - Google Patents

Description

本発明は、航空機の主翼に設けられるスラット、およびそれを備えた航空機の翼等に関する。また本発明は、航空機の主翼または尾翼の一部を構成する動翼、それを備えた航空機の翼等に関する。

航空機が離着陸時等に、高揚力を得るため、主翼にスラットやフラップが付加されているのは周知の通りである（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００９−００６９８７号公報（明細書段落［０００２］）

ここで、スラットは、主翼の前方側に設けられているため、特に低空飛行時において、鳥や氷等が衝突したときに、損傷を受ける可能性がある。これに対し、必要な強度を有するよう、スラットが設計・製作されているのは言うまでもない。しかし、スラットの強度を高めると、その反面、重量が増えることになるため、むやみに強度を高めることはできないのが実情である。
また、主翼の一部を構成するフラップ、エルロン（補助翼）、スポイラ、尾翼の一部を構成するラダー（方向舵）、エレベータ（昇降舵）も、鳥や氷等の衝突、雷による損傷を受ける可能性がある。これらの動翼についても、強度と重量とはトレードオフの関係にある。
そこでなされた本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、鳥や氷が衝突して損傷を受けた場合や雷による損傷を受けた場合にも、必要最小限の機能を維持・発揮できるスラット等の動翼、およびそれを用いた航空機の翼、さらには航空機を提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の第一の形態は、航空機の主翼の前縁部に沿って配置されるスラットであって、スラットの外皮部材と、外皮部材の内部空間に設けられ、外皮部材の骨格となるフレーム材と、を備え、フレーム材は、スラットの短手方向に延び、スラットの長手方向に間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、スラットの長手方向に延びて複数のリブ材を連結するスティフナ材と、複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材とを備え、この連結部材が、一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられているとともに、一対の第１リブ材が、スラットを主翼の前縁部に接近・離間 させるためのレール部材を備えていることを特徴とする。
上記した連結部材は、ワイヤー状またはビーム状であることが好ましい。連結部材の一例としては、ワイヤーケーブルが挙げられる。
また、本発明の第二の形態は、航空機の主翼の前縁部に沿って配置されるスラットであ って、スラットの外皮部材と、外皮部材の内部空間に設けられ、外皮部材の骨格となるフ レーム材と、を備え、フレーム材は、スラットの短手方向に延び、スラットの長手方向に 間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、スラットの長手方向に延びて複数のリブ材を連 結するスティフナ材と、複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材とを 備え、この連結部材が、一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられて いるとともに、連結部材がワイヤー状であることを特徴とする。
第一の形態および第二の形態のいずれにおいても、第２リブ材のそれぞれには、連結部 材が貫通する貫通孔が形成されていることが好ましい。

また、本発明は、上記いずれかに記載のスラットを備えることを特徴とする航空機の翼、具体的には主翼を提供することもできる。さらには、この主翼を備えた航空機を提供することもできる。
スラット以外の動翼、例えば外皮、リブ材、スティフナ材から構成されるフラップ、エルロン、スポイラ、ラダー、エレベータにも、本発明を適用することができる。すなわち、本発明は、航空機の主翼または尾翼の一部を構成する動翼であって、動翼の外皮部材と、外皮部材の内部空間に設けられ、動翼の短手方向に延び、動翼の長手方向に間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、動翼の長手方向に延びて複数のリブ材を連結するスティフナ材と、複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材とを備えた航空機の動翼も提供する。この動翼は、連結部材が、一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられているとともに、（１）上記した第一の形態と同様に、一対の第１リブ 材が、動翼を主翼または尾翼の縁部に接近・離間させるためのレール部材を備えているこ と、および／または、（２）上記した第二の形態と同様に、連結部材がワイヤー状である こと、によって特徴付けられる。

本発明によれば、スラット等の動翼に設けられた一対の第１リブ材には、１本以上の連結部材が固定されて設けられている。これにより、航空機の飛行時に鳥等がスラット等の動翼に衝突し、動翼の外皮のみならずフレーム部材（スティフナ材、リブ材）までもが変形するような損傷を受けても、一対の第１リブ材が連結部材で連結されており、かつ連結部材が第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通するので、スラット等の動翼がバラバラに離散してしまうのを防ぐことができる。

本実施の形態における翼を示す斜視図である。 翼に設けられたスラットの動作を示す断面図である。 翼に設けられたスラットを示す一部断面斜視図である。 スラットのフレーム材を示す斜視図である。 フレーム材の一部拡大図である。 スラットが破損した場合の例を示す図である。

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。
図１に示すように、航空機の主翼（翼）１には、主翼本体２と、スラット３と、が設けられている。

スラット３は、主翼本体２の前縁部２ａに沿って配置されている。主翼本体２の内部・外部にはスラット３を移動可能にする駆動機構（図示せず）が設けられている。
なお、主翼本体２の後縁にフラップ９等の他の高揚力発生装置が通常配置される。
また、主翼１には、通常、エルロンＥやスポイラＳが設けられている。エルロンＥが上下に移動することによって機体を傾け、航空機を旋回させることができる。スポイラＳを可動することで、機体を傾けたり減速させることができる。

主翼１を備えた航空機が巡航状態にある場合には、図２（ａ）に示すように、スラット３は主翼本体２の前縁部２ａに近接する。この状態では、主翼本体２とスラット３とがほぼ一体となって翼１を構成する。
主翼１を備えた航空機が着陸態勢に入ると、着陸時に必要となる空力特性を実現するため、主翼本体２からスラット３が、図２（ｂ）に示すように展開される。具体的には、スラット３は、主翼１の失速迎角を増大させる、つまり大きな迎角まで失速させないように展開される。スラット３が展開された場合には、スラット３は主翼本体２の前縁部２ａから斜め前方に下がり、主翼本体２とスラット３との間に間隔が形成される。なお、離陸時と着陸時とではスラット３を展開する程度が異なり、離陸時と比較して着陸時の方がスラット３はより大きく展開されることもある。

このようなスラット３は、その外殻が外皮４と、ＣＯＶＥ（凹部）５とから形成されている。
外皮４には、気流の上流側端部である前縁４ａに連続して、気流が沿って流れる上面４ｂおよび下面４ｃが形成されている。上面４ｂは、前縁４ａから滑らかに繋がる面であり、下面４ｃよりも主翼本体２側に突出して延びるように形成されている。下面４ｃは前縁４ａから滑らかに繋がる面を形成し、下流側の端部には下流側に向けて突出する下面板７が一体に形成されている。

ＣＯＶＥ５は、スラット３における主翼本体２と対向する領域に形成された凹部である。スラット３が主翼本体２の前縁部２ａに近接するときに、主翼本体２の前縁部２ａがＣＯＶＥ５に収納される。ＣＯＶＥ５は、中心軸線ＣＬに対して直交する面５ａと、主翼本体２の上面に対向し、外皮４の上面４ｂに漸次近づく対向面５ｂとから構成されている。なお、ＣＯＶＥ５は、上述の構成に限られることなく、一つの曲面から構成されたものであってもよく、特に限定するものではない。

下面板７は、下面４ｃとＣＯＶＥ５とが交わる稜線部８から主翼本体２に向かって延びる板状の部材であり、下面４ｃに連続して外皮４と一体に固定状態で形成されている。この下面板７は、例えば、アルミニウム合金、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ステンレス鋼等によって形成することができる。

図３および図５に示すように、このようなスラット３は、外皮４およびＣＯＶＥ５により外殻が形成され、その内部空間には、骨格をなすフレーム材として、翼１の翼長方向（スラットの長手方向）に間隔を隔てて配置された複数枚のリブ材１０と、翼１の翼長方向（スラットの長手方向）に延び、複数枚のリブ材１０を連結するスティフナ材１１とが設けられている。

図４に示すように、リブ材１０のうち、一対のリブ材（第１リブ材）１０Ａ、１０Ｂには、主翼本体２側に延びるレール部材１２が設けられている。一対のリブ材１０Ａ、１０Ｂは、好ましくはスラット３の両端部近傍に設けられる。このレール部材１２には、図示しないラックギヤが設けられており、主翼本体２内には、このラックギヤに噛み合うピニオンギヤと、ピニオンギヤを回転させるモータとが設けられている。そして、モータでピニオンギヤを回転駆動させることで、主翼本体２に対し、機体の飛行方向前方および後方に向けてレール部材１２とともにスラット３が進退駆動されるようになっている。

各リブ材１０には、軽量化、各種配線・配管の挿通のため等を目的とした貫通孔１３が形成されている。

図４、図５に示すように、本実施形態において、リブ材１０Ａ、１０Ｂには、１本以上のワイヤーケーブル（連結部材）１５の両端が固定されている。このワイヤーケーブル１５は、リブ材１０Ａ、１０Ｂ間に位置する各リブ材（第２リブ材）１０に形成された貫通孔１３を通して配置されている。

このようなワイヤーケーブル１５を備えることで、航空機の飛行時に鳥等がスラット３に衝突し、外皮４のみならずリブ材１０までもが変形するような損傷を受け、例え、リブ材１０Ａとリブ材１０Ｂとの間でスティフナ材１１が切断されたり、さらに、図６に示すように、外皮４やＣＯＶＥ５が破断したとしても、ワイヤーケーブル１５によってリブ材１０Ａ、１０Ｂが連結され、さらにこれらリブ材１０Ａ、１０Ｂの間の他のリブ材１０にワイヤーケーブル１５が貫通していることから、リブ材１０Ａ、１０Ｂ間のリブ材１０を貫通孔１３の範囲内で拘束し、スラット３がバラバラに離散してしまうのを防ぐことができる。そして、リブ材１０Ａ、１０Ｂは、レール部材１２を介して主翼本体２に連結されているため、スラット３が主翼本体２からちぎれて飛散してしまうのを防止できる。
その結果、スラット３が変形しながらも、スラット３は、小型の航空機においても、必要最小限の機能を維持・発揮することが可能となる。

なお、上記実施の形態では、スラット３の構造を説明したが、外皮４やＣＯＶＥの形状、リブ材１０やスティフナ材１１の本数や形状、位置等については何ら限定するものではない。また、図４では、レール部材１２間にのみワイヤーケーブル１５を配置したが、スラット３の両端近傍までワイヤーケーブル１５を延長することも可能である。
また、ワイヤーケーブル１５に代えて、鋼製のビーム材等を用いても良い。また、ワイヤーケーブル１５は、リブ材１０の飛行方向前方側に設けても良いし、後方側、あるいは中間部に設けても良く、その本数についても何ら限定するものではない。
また、上記実施の形態ではスラット３を例にして本発明の効果を説明したが、本発明は、外皮、リブ材、スティフナ材から構成されるスラット３以外の動翼にも適用可能である。例えば、主翼の一部を構成するフラップ９、エルロンＥ、スポイラＳに、上記したワイヤーケーブル１５等の連結部材を同様に設けることで、スラット３の場合と同様の効果を得ることができる。水平尾翼の一部を構成するエレベータ（昇降舵）、垂直尾翼の一部を構成するラダー（方向舵）も、外皮、リブ材、スティフナ材から構成される動翼である。エレベータおよびラダーに、上記したワイヤーケーブル１５等の連結部材を同様に設けてもよい。
これ以外にも、本発明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。

１…主翼、２…主翼本体、３…スラット（動翼）、４…外皮、５…ＣＯＶＥ、９…フラップ（動翼）、１０…リブ材、１１…スティフナ材、１２…レール部材、１３…貫通孔、１５…ワイヤーケーブル（連結部材）、Ｅ…エルロン（動翼）、Ｓ…スポイラ（動翼）

Claims (13)

1. 航空機の主翼の前縁部に沿って配置されるスラットであって、
   前記スラットの外皮部材と、
   前記外皮部材の内部空間に設けられ、前記外皮部材の骨格となるフレーム材と、を備え、
   前記フレーム材は、前記スラットの短手方向に延び、前記スラットの長手方向に間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、
   前記スラットの長手方向に延びて複数の前記リブ材を連結するスティフナ材と、
   前記複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材と、
   を備え、
   前記連結部材は、前記一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられているとともに、
   前記一対の第１リブ材は、前記スラットを前記主翼の前記前縁部に接近・離間させるた めのレール部材を備えていることを特徴とするスラット。
2. 航空機の主翼の前縁部に沿って配置されるスラットであって、
   前記スラットの外皮部材と、
   前記外皮部材の内部空間に設けられ、前記外皮部材の骨格となるフレーム材と、を備え 、
   前記フレーム材は、前記スラットの短手方向に延び、前記スラットの長手方向に間隔を 隔てて配置された複数のリブ材と、
   前記スラットの長手方向に延びて複数の前記リブ材を連結するスティフナ材と、
   前記複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材と、
   を備え、
   前記連結部材は、前記一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられて いるとともに、
   前記連結部材は、ワイヤー状であることを特徴とするスラット。
3. 前記第２リブ材のそれぞれには、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のスラット。
4. 前記一対の第１リブ材は、前記スラットを前記主翼の前記前縁部に接近・離間させるためのレール部材を備えていることを特徴とする請求項２に記載のスラット。
5. 前記連結部材は、ワイヤー状またはビーム状であることを特徴とする請求項１に記載のスラット。
6. 前記連結部材はワイヤーケーブルであることを特徴とする請求項１または２に記載のスラット。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のスラットを備えることを特徴とする航空機の翼。
8. 請求項７に記載の翼を備えることを特徴とする航空機。
9. 航空機の主翼または尾翼の一部を構成する動翼であって、
   前記動翼の外皮部材と、
   前記外皮部材の内部空間に設けられ、前記動翼の短手方向に延び、前記動翼の長手方向に間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、
   前記動翼の長手方向に延びて複数の前記リブ材を連結するスティフナ材と、
   前記複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材と、
   を備え、
   前記連結部材は、前記一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられているとともに、
   前記一対の第１リブ材は、前記動翼を前記主翼または前記尾翼の縁部に接近・離間させ るためのレール部材を備えていることを特徴とする航空機の動翼。
10. 航空機の主翼または尾翼の一部を構成する動翼であって、
    前記動翼の外皮部材と、
    前記外皮部材の内部空間に設けられ、前記動翼の短手方向に延び、前記動翼の長手方向 に間隔を隔てて配置された複数のリブ材と、
    前記動翼の長手方向に延びて複数の前記リブ材を連結するスティフナ材と、
    前記複数のリブ材のうち、一対の第１リブ材を連結する連結部材と、
    を備え、
    前記連結部材は、前記一対の第１リブ材間に位置する第２リブ材を貫通して設けられて いるとともに、
    前記連結部材は、ワイヤー状であることを特徴とする航空機の動翼。
11. 前記動翼は、前記主翼の一部を構成するフラップ、エルロン、スポイラのいずれか１つであることを特徴とする請求項９または１０に記載の航空機の動翼。
12. 前記動翼は、前記尾翼の一部を構成するラダーまたはエレベータであることを特徴とする請求項９または１０に記載の航空機の動翼。
13. 請求項９から１２のいずれか１項に記載の動翼を備えることを特徴とする航空機。

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