JP6228394B2 - 航空機の主脚室、及び、航空機 - Google Patents

Description

本発明は、航空機の主脚を収納する主脚室に関し、特に主脚室における空力抵抗を低減できる技術に関する。

航空機の降着装置として、車輪を備えた主脚装置が広く用いられている。この主脚装置には、機体の下部に設けられる空隙である主脚室に収納可能とされ、離着陸時に主脚室から外部に主脚装置を展開するものがある。
主脚装置が収納される主脚室には、主脚装置を収納した状態において空力抵抗を減らすため、主脚室の開口を塞ぐ扉を備えるタイプ（例えば、特許文献１）と、扉を設けることなく、主脚装置が主脚室の開口を介して外部に露出するタイプのものがある。

特開２００４−５０８５６号公報

主脚装置が外部に露出するタイプは、扉を備えていないので、扉及び扉を駆動する装置の分だけ、機体を軽量化できる利点がある。ただし、このタイプは飛行中に主脚室が開放されることになるので、扉を備えるタイプのものに比べて相対的に空力抵抗が大きくなる傾向にある。
近時、燃費を向上させることが航空機に強く求められており、そのためにエンジン自体の燃費を向上すること、あるいは、機体を軽量化することに加えて、機体に生ずる空力抵抗を低減することが重要な課題として掲げられている。本出願の発明者による鋭意研究の結果、特に、主脚室の開口部に生ずる空力抵抗は、航空機の全機抵抗の数％を占めることが推算された。したがって、飛行中に主脚室が開放されるタイプの航空機では、主脚室で発生する空力抵抗を一層低減することが、航空機の燃費向上のために大きく期待されている。
そこで本発明は、飛行中に開放される主脚室の空力抵抗を低減することを目的とする。

本発明は、航空機の胴体の表面に設けた開口部から胴体の内部に向けて形成され、航空機の主脚を収容する主脚室であって、航空機の機体軸方向に沿って、開口部の周縁と胴体表面の間に連なる傾斜領域を備え、傾斜領域は、その深さが開口部の周縁に向けて深くなるように傾斜していることを特徴とする。
開口部と胴体表面の間の傾斜領域が開口部の周縁に向けて深くなるように傾斜していることにより、主脚室に作用する空力抵抗を低減することができる。したがって、本願発明の主脚室は、航空機の燃費向上に寄与する。

また、本発明の主脚室において、傾斜領域は、航空機の機体軸方向の前側および後側の一方、又は、双方に形成されることが好ましい。
航空機の機体軸方向の前側に傾斜する傾斜領域を備えることにより、飛行中に主脚室の前方側に低圧領域が生じることに起因する、航空機を機体軸方向の後側に引く力を低減し、主脚室に作用する空力抵抗を低減することができる。また、本発明の主脚室は、機体軸方向の後側に傾斜する傾斜領域を備えることにより、飛行中に主脚室の後方側に高圧領域が生じることに起因する、航空機を進行方向の後側に押す力を低減し、主脚室に作用する空力抵抗を低減することができる。
なお、ここでいう前側、後側とは、航空機の飛行方向を規準として定義されるものとする。以下も同様である。

本発明の主脚室において、傾斜領域は、主脚室の開口部が機体軸方向に直交する方向に占める範囲内に形成されることが好ましい。
本発明の主脚室は、当該範囲を超えてその外側まで連なる傾斜領域を設けることもできる。しかし、当該範囲の外側に傾斜する傾斜領域を設けても、主脚室に作用する空力抵抗の低減に寄与することがないのに加えて、場合によっては、胴体に生ずる空力抵抗を劣化させかねないので、傾斜領域（前側の傾斜領域、及び、後側の傾斜領域の一方又は双方を含む）、当該範囲内に形成することが好ましい。

さらに、本発明の主脚室において、傾斜領域は、連続的に深くなることが好ましい。
傾斜領域が、連続的に深くなることによって、例えば階段状のように断続的に傾斜するのに比べて、空力抵抗となる面を極力少なくすることができるため、空力抵抗の低減に効果的である。

本発明は、以上説明した主脚室を備える航空機を提供する。この航空機は、主脚室の空力抵抗が低減されているので、燃費が向上する。

本発明の主脚室は、胴体表面から開口部の周縁に向けて深くなる傾斜領域が設けられていることで、飛行中に作用する空力抵抗を低減することができるので、航空機の燃費向上に寄与する。

本発明の実施形態に係る航空機の主脚室の近傍を示す斜視図である。 車輪および収納室を模式的に示す図であり、（ａ）は収納室に収納された車輪を底面から見た図を、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ方向断面図を示す。 本実施形態に係る主脚室の傾斜領域の作用、効果を説明する図であり、（ａ）は傾斜領域がある場合を示し、（ｂ）は従来の傾斜領域のない場合を示している。 本実施形態の変更例を示す図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる実施の形態を詳細に説明する。
図１に示すように、航空機１０は、胴体１１と主翼１２の接合部近傍に、胴体１１の中心軸（以下、「機体軸」ともいう）に対して左右一対の主脚（降着装置）１３を備えている。
各主脚１３は、図示しない回動軸を介し、その基端部１３ａが主翼１２内に設けられた構造部材に回動自在に連結されている。また、主脚１３は、その先端部（下端部）に地上走行用の車輪１４が備えられている。
この主脚１３は、胴体１１から主翼１２にわたって形成された主脚室１５の内部に収納可能とされている。そして、図示しない油圧シリンダユニットにより、主脚１３は、飛行中においては主脚室１５に収納され、離着陸時には、前記回動軸を中心として回動することで、主脚室１５から展開され、先端部（下端部）の車輪１４が下方に位置する。

主脚室１５は、胴体１１の表面から胴体１１の内部に向けて形成され、車輪１４を除く主脚１３に対応する第１収納室１５ａと、車輪１４に対応する第２収納室１５ｂとからなる。図２（ａ）に示すように、第２収納室１５ｂは、開口形状が楕円形をなし、その長軸と短軸の交点が車輪１４のタイヤ１４２の回転軸１４１の回転中心と一致している。また、第２収納室１５ｂは、周囲の胴体１１と、回転軸１４１に対して航空機１０の機体軸方向Ｘ側に形成された前壁１５ｃと、回転軸１４１を回転中心に対し前壁１５ｃと対称的に形成された後壁１５ｄにより区画される。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＺ−Ｚ方向断面図を示す。
本実施形態は、第２収納室１５ｂを取り囲む胴体１１の表面の形態に特徴を有している。つまり、第２収納室１５ｂは、胴体１１から前壁１５ｃに連なる前側傾斜領域１６（以下、単に傾斜領域１６ともいう）と、胴体１１から後壁１５ｄに連なる後側傾斜領域１７（以下、単に傾斜領域１７ともいう）の２つのなだらかな傾斜領域が形成されている。

傾斜領域１６，１７は、周縁１６ｅ，１７ｅと前壁１５ｃ，後壁１５ｄによってそれぞれ区画されている。周縁１６ｅ，１７ｅは、楕円弧状をなしており、この周縁１６ｅ，１７ｅで取り囲まれる内側の領域が、その周囲の胴体１１の表面よりも窪んでいることにより傾斜をなしている。
すなわち、傾斜領域１６は、機体軸方向Ｘの最前方に位置する周縁１６ｅ上の先端１６ｔから第２収納室１５ｂの周縁に向けて窪みの深さが連続的に深くなるように形成されている。また、傾斜領域１７は、機体軸方向Ｘの最後方に位置する周縁１７ｅ上の先端１７ｔから第２収納室１５ｂの周縁に向けて窪みの深さが連続的に深くなるように形成されている。
傾斜領域１６と傾斜領域１７は、傾斜の程度（傾斜角度）が同等となるよう形成され、前壁１５ｃ，後壁１５ｄと同様に、車輪１４のタイヤ１４２の回転軸１４１を中心にして対称の位置に設けられている。
また、傾斜領域１６は、機体軸方向Ｘに直交する方向Ｙにおいては、周縁１６ｅから傾斜領域１６の中央にかけて深くなるようなだらかに形成されている。同様に、傾斜領域１７は、方向Ｙにおいて、周縁１７ｅから傾斜領域１７の中央にかけて深くなるようなだらかに形成されている。そうすることで、空力抵抗の増加を抑制することができる。

航空機１０が飛行中には、図２（ｂ）に示すように、機体軸方向Ｘに対向して流れる空気流Ａは、傾斜領域１６の先端１６ｔから進入し、傾斜領域１６、第２収納室１５ｂ及び傾斜領域１７を通過して、傾斜領域１７の先端１７ｔから抜け出る。本実施形態の主脚室１５は、第２収納室１５ｂに傾斜領域１６，１７を設けることで、空気流Ａにより発生していた空力抵抗を低減することが可能となる。

航空機１０の飛行中には、図３（ｂ）に示すように、第２収納室１５ｂに傾斜領域１６，１７が形成されていない場合、胴体１１の外表面に沿って流れる空気流Ａが第２収納室１５ｂを通過する際に空気が剥離する。そうすると、第２収納室１５ｂの前壁１５ｃの近傍には、圧力の低い低圧領域ＬＰが形成される。空気流Ａによって形成されるこの低圧領域ＬＰは、前壁１５ｃを機体軸方向Ｘに対して後方に引く力Ｆ１ｂとして作用することで、航空機１０に対する大きな空力抵抗となる。また、空気流Ａの一部が後壁１５ｄに突き当たることで、第２収納室１５ｂの後壁１５ｄの近傍には、圧力の高い高圧領域ＨＰが形成される。この高圧領域ＨＰは、航空機１０を後方に押す力Ｆ２ｂとして作用することで、航空機１０に対する大きな空力抵抗となる。

したがって、低圧領域ＬＰ及び高圧領域ＨＰの影響を低減することで、航空機１０に生ずる空力抵抗を低減することができる。本実施形態の主脚室１５（第２収納室１５ｂ）は、低圧領域ＬＰの影響を低減するために傾斜領域１６を設けるとともに、高圧領域ＨＰの影響を低減するために傾斜領域１７を設けている。
図３（ａ）に示すように傾斜領域１６を備えると、空気流Ａの一部は傾斜領域１６に沿って流れるので、空気流Ａの剥離が抑制されるため、傾斜領域を備えていない場合（図３（ｂ））に比べて、低圧領域ＬＰにおける低圧の度合いが小さくなる。また、低圧領域ＬＰによって航空機１０に対して作用する「引く力Ｆ１ａ」は、その作用する対象が、図３（ｂ）の態様に比べて相対的に高さの低い前壁１５ｃと傾斜領域１６となるため、「引く力Ｆ１ａ」の大きさは著しく小さなものとなる。
また、図３（ａ）に示すように傾斜領域１７を備えると、後壁１５ｄの高さが低く抑えられるとともに、空気流Ａの一部はなだらかな傾斜領域１７に沿って通過するので、後壁１５ｄや傾斜領域１７に作用する「押す力Ｆ２ａ」は小さい。すなわち、傾斜領域１７を設けることにより、図３（ｂ）に示す傾斜領域１７を設けない従来の主脚室に比べて、高圧領域ＨＰの影響が相対的に小さくなり、「押す力Ｆ２ａ」の大きさを著しく小さくすることができる。

以上のように、傾斜領域１６，１７を設けることにより、傾斜領域１６，１７を設けない場合に比べて、第２収納室１５ｂにおける空力抵抗を半減させることができる。
さらに、傾斜領域１６，１７は、深さが連続的に深くなるよう形成されているので、空力抵抗となる面が一層少なくなり、空力抵抗の低減に効果的である。
なお、傾斜領域１６は前壁１５ｃの近傍に生じる低圧領域ＬＰの影響を小さくするのに対して、傾斜領域１７は後壁１５ｄの近傍に生ずる高圧領域ＨＰの影響を小さくするものであるから、傾斜領域１６，１７は、それぞれ独立して第２収納室１５ｂに適用することができる。すなわち、傾斜領域１６のみを設ける場合も、傾斜領域１７のみを設ける場合も、主脚室１５に生ずる空力抵抗の一定の低減効果がみられる。ただし、本発明者等による数値解析の結果、傾斜領域１７のみを設けることによる空力抵抗の低減効果は、傾斜領域１６のみを設けた場合に比べ２倍程度になることがわかった。そのため、前側又は後側の一方のみに設ける場合は、後側に傾斜領域１７を設けることが好ましい。

また、傾斜領域１６，１７の機体軸方向Ｘに沿う長さＬ１，Ｌ２、及び、傾斜領域１６，１７の深さＤ１，Ｄ２（図２を参照）は、車輪１４や第２収納室１５ｂなどの航空機の機体仕様に応じて適宜定められる。

以上説明した傾斜領域１６，１７は一例にすぎず、種々の変更を伴うことができる。
例えば、上記実施形態は周縁１６ｅ，１７ｅを楕円弧状にしているが、本発明における傾斜領域の作用が得られる限り、その形状は任意である。すなわち、図４（ａ）に示すように、傾斜領域１６，１７の周縁１６ｅ，１７ｅを、それぞれ、円弧部分１６ｅ１，１７ｅ１と直線部分１６ｅ２，１７ｅ２の組み合わせから形成することもできる。

図４（ａ）は、円弧部分と直線部分を組み合わせる場合の傾斜領域１６，１７の好ましい実施態様を示している。つまり、直線部分１６ｅ２，１７ｅ２は、第２収納室１５ｂの外周の点Ｃにおける接線である（点Ｃは、機体軸方向Ｘに直交するＹ方向に延びるとともに回転軸１４１の回転中心を通る直線と第２収納室１５ｂの外周との交点である）。そして、直線部分１６ｅ２，１７ｅ２は、円弧部分１６ｅ１，１７ｅ１へとそれぞれ連なっている。
すなわち、図４（ａ）の傾斜領域１６，１７は、第２収納室１５ｂの外周の方向Ｙに占める範囲の全域に亘って連なるように形成されている。したがって、傾斜領域１６は、低圧領域ＬＰが形成されうる前壁１５ｃに沿う全域に対応して設けられることとなり、また、傾斜領域１７は、高圧領域ＨＰが形成されうる後壁１５ｄに沿う全域に対応して設けられることとるため、それぞれ、引く力Ｆ１及び押す力Ｆ２をより効果的に低減できる。
これは好ましい実施形態の一例であり、図２，図４（ｂ）に示すように、傾斜領域１６を前壁１５ｃの一部の領域にのみ連なるよう設けてもよいし、また、傾斜領域１７を後壁１５ｄの一部の領域にのみ連なるよう設けてもよい。なお、本実施形態の効果を得るためには、一部の領域は、全領域の１／２以上とすることが好ましい。
もっとも、本発明は、傾斜領域１６，１７を、第２収納室１５ｂの外周の方向Ｙに占める範囲を越えて設けることもできる。

また、図１〜図３においては、傾斜領域１６，１７を、回転軸１４１の回転中心に対して対称的な形状としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４（ｃ）に示すように、傾斜領域１６と傾斜領域１７とを、回転軸１４１の回転中心に対して非対称の形状にすることもできる。なお、図４（ｃ）の例は、傾斜領域１７が占める表面積を傾斜領域１６が占める表面積よりも大きくすることにより非対称とされているが、表面積の大きさを逆にしてもよい。

以上の説明では、深さが連続的に変化する傾斜領域１６，１７の実施例を示したが、本発明はこれに限られるわけではなく、図３を用いて説明した空力抵抗の低減効果が得られる限り、深さの変化は任意である。例えば、本発明の傾斜領域は階段のように断続的に深さが変化してもよい。また、本発明の傾斜領域は、深さが直線的に変化するものに限らず、例えば、曲率を有する円弧面から形成されてもよい。さらに、傾斜の角度は一定に限定されることはなく、異なる傾斜角度の平面を繋いで傾斜領域とすることもできるし、円弧面を適用する場合には、異なる曲率の円弧面を繋いで傾斜領域とすることもできる。これらの種々の形態の傾斜領域であっても、深さが連続的に変化する傾斜領域１６，１７と同程度の空力抵抗低減効果を得ることができる。

１０ 航空機
１１ 胴体
１２ 主翼
１３ 主脚
１３ａ 基端部
１４ 車輪
１４１ 回転軸
１４２ タイヤ
１５ 主脚室
１５ａ 第１収納室
１５ｂ 第２収納室
１５ｃ 前壁
１５ｄ 後壁
１６ 前側傾斜領域（傾斜領域）
１７ 後側傾斜領域（傾斜領域）
１６ｅ，１７ｅ 周縁
１６ｅ１，１７ｅ１ 円弧部分
１６ｅ２，１７ｅ２ 直線部分
１６ｔ，１７ｔ 先端
Ｆ１，Ｆ１ａ，Ｆ１ｂ 引く力
Ｆ２，Ｆ２ａ，Ｆ２ｂ 押す力
ＨＰ 高圧領域
ＬＰ 低圧領域

Claims (7)

1. 航空機の胴体の表面に設けた開口部から前記胴体の内部に向けて形成され、
   前記航空機の主脚を収容する主脚室であって、
   前記航空機の機体軸方向に沿って、前記開口部の周縁と前記胴体の表面の間に連なる傾斜領域を備え、
   前記傾斜領域は、その深さが前記開口部の前記周縁に向けて深くなるように傾斜している、
   ことを特徴とする航空機の主脚室。
2. 前記傾斜領域は、
   前記機体軸方向の前側および後側の一方、又は、双方に形成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の航空機の主脚室。
3. 前記傾斜領域は、
   前記主脚室の前記開口部が前記機体軸方向に直交する方向に占める範囲内に形成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の航空機の主脚室。
4. 前記傾斜領域は、
   深さが連続的に深くなる、
   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主脚室。
5. 前記傾斜領域は、前記機体軸方向の前側に形成される、
   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主脚室。
6. 前記傾斜領域は、前記機体軸方向の後側に形成される、
   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主脚室。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の主脚室を備える、
   ことを特徴とする航空機。

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