JP6929809B2 - 高揚力装置、翼及び航空機 - Google Patents

Description

本発明は、高揚力装置、翼及び航空機に関するものである。

飛行機（航空機）の主翼には、巡航飛行中の速度を低下させず、離着陸時の速度を低下させるため、主翼の前縁と後縁に高揚力装置が設置される。主翼の前縁に用いられる高揚力装置のうちクルーガーフラップは、折り畳まれることで主翼前縁の下面に格納され、使用時に前方へ展張される。また、展張時において、フラップの後縁と主翼の前縁に隙間（スロット）が形成されるようにして、隙間を流れる高エネルギーの空気流を主翼の上面に吹き出させる場合がある。

下記の特許文献１では、空気流によってフラップが変形し、フラップと主翼の間の隙間寸法が変化するのを防ぐため、保持部材によってフラップを引っ張り、隙間の間隔を制限する技術が開示されている。

米国特許第９６５６７３９号明細書 米国特許第５１５８２５２号明細書

クルーガーフラップは、回転式アクチュエータとリンク機構によって、折り畳まれたり展張されたりする構成を有している。上記の特許文献２において示されているように、従来、一つの回転式アクチュエータによってリンク機構が駆動されるため、フラップの位置や角度は、リンク機構によって定められてしまう。

ところで、飛行機の離陸時と着陸時とでは、空力的に最適な翼の形状や、スロットの最適な隙間寸法が異なる。しかし、上述したとおり、一つの回転式アクチュエータによってリンク機構が駆動される場合、予め定められた位置や角度でしかフラップを駆動できない。そのため、離陸時又は着陸時に応じてフラップの位置及び角度を異ならせることはできるが、離陸時と着陸時の両方ともにおいて、最適な形状や最適な隙間寸法に設定することができなかった。

なお、特許文献１では、フラップにおいて、前縁の位置は一定のまま傾斜角度を変更して、隙間寸法を所定の距離に調整することが開示されている。しかし、フラップの角度だけでなく、フラップの位置を変更することは記載されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、航空機の飛行状態に応じてフラップの位置及び角度をより適切に設定することが可能な高揚力装置、翼及び航空機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の高揚力装置、翼及び航空機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る高揚力装置は、翼の前縁に設置され、前記前縁の下面に格納され、かつ、前記前縁の前方に展張される構成を有するフラップと、軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された第１回転軸と、軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された第２回転軸と、前記第１回転軸と前記フラップに接続された第１リンク機構と、前記第２回転軸と前記フラップに接続された第２リンク機構とを備え、前記第１回転軸の回転力によって、前記第１リンク機構を駆動させることによって、前記フラップを前記前縁の下面に格納し又は前記前縁の前方に展張し、前記第２回転軸の回転力によって、前記第２リンク機構を駆動させることによって、前記第１リンク機構によって移動した前記フラップの位置又は角度を変更する。

この構成によれば、第１回転軸の回転力によって第１リンク機構を駆動させることで、フラップは、前縁の下面に格納されたり、前縁の前方に展張されたりする。また、第２回転軸の回転力によって第２リンク機構を駆動させることで、第１リンク機構によって移動したフラップの位置又は角度が変更される。したがって、第１回転軸と接続された第１リンク機構のみによって、フラップの位置又は角度を調整する場合と異なり、フラップをより多様な位置又は角度に設定できる。

上記発明において、軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された回転部材と、第１ジョイントを介して一端が前記第１回転軸に接続され、第２ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第１リンク部材と、前記第１ジョイントを介して一端が前記第１回転軸に接続され、第３ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第２リンク部材と、第４ジョイントを介して一端が前記回転部材に接続され、第５ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第３リンク部材と、第６ジョイントを介して一端が前記第２回転軸に接続され、第７ジョイントを介して他端が前記回転部材に接続された第４リンク部材と、第８ジョイントを介して一端が前記第２回転軸に接続され、第９ジョイントを介して他端が前記回転部材に接続された第５リンク部材とを有し、前記第１リンク機構は、前記第１リンク部材、前記第２リンク部材及び前記第３リンク部材によって構成され、前記第２リンク機構は、前記回転部材、前記第１リンク部材、前記第２リンク部材、前記第３リンク部材、前記第４リンク部材及び前記第５リンク部材によって構成されてもよい。

この構成によれば、第１回転軸が回転することによって、第１回転軸の軸周りに第１ジョイントが移動しながら、第１ジョイントで接続された第１リンク部材と第２リンク部材が、第１ジョイントを支点として回動しフラップが移動する。また、第１回転軸が回転することによって、回転部材の第４ジョイントとフラップの第５ジョイントで接続された第３リンク部材が、第４ジョイントを支点として回動する。その結果、第１回転軸の第１ジョイント、フラップの第２ジョイント、第３ジョイント及び第５ジョイントの位置が変更され、フラップが折り畳まれた位置から展張された位置へ変更される。フラップが展張された状態で、第１回転軸を反対周りに回転させた場合、フラップは、展張された位置から折り畳まれた位置へ変更される。

また、第２回転軸が回転することによって、第２回転軸の軸周りに第６ジョイント及び第８ジョイントが移動する。そして、第６ジョイントで接続された第４リンク部材と、第８ジョイントで接続された第５リンク部材が移動し、第２回転軸の動きに従って、回転部材が軸周りに回転する。また、回転部材が軸周りに回転することによって、回転部材の第４ジョイントの位置が移動する。これにより、回転部材の第４ジョイントで接続された第３リンク部材が移動する。さらに、回転部材が回転することによって、第１リンク部材及び第２リンク部材が、第１ジョイントを支点として回動し、フラップが展張した状態を維持したまま、フラップの位置又は角度が変更される。

本発明に係る翼は、上記の高揚力装置を備える。
また、本発明に係る航空機は、上述した高揚力装置を備える。

本発明によれば、航空機の飛行状態に応じてフラップの位置及び角度をより適切に設定することができ、飛行状態に最適な翼の形状や、フラップの後縁と主翼の前縁の間を飛行状態に最適な隙間寸法に設定することができる。

本発明の一実施形態に係る高揚力装置を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る高揚力装置を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る高揚力装置を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る高揚力装置を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係る高揚力装置の変形例を示す平面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る高揚力装置１について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る高揚力装置１を示す平面図であり、主翼５０の上面のスキンを外して上方から主翼５０を見た図である。図２は、本実施形態に係る高揚力装置１を示す縦断面図であり、フラップ２が折り畳まれた状態を破線で示し、フラップ２が展張された状態を実線で示している。図３は、本実施形態に係る高揚力装置１を示す縦断面図であり、フラップ２が展張された状態を示している。図４は、本実施形態に係る高揚力装置１を示す縦断面図であり、フラップ２が展張された状態を破線で示し、フラップ２が展張された状態でフラップ２の位置及び角度が変更された状態を実線で示している。

本発明の一実施形態に係る高揚力装置１は、図１から図４に示すように、飛行機（航空機）の主翼５０の前縁５０ａに設けられたフラップ２を備え、フラップ２が、図１の破線、図２の実線、図３及び図４の実線及び破線で示すように、離陸時又は着陸時において前方へ展張することによって、揚力係数を高めることができる。飛行機の巡航中、フラップ２は、図２の破線で示すように、主翼５０の前縁５０ａの下面へ折り畳まれて格納される。本実施形態に係るフラップ２は、第１回転軸３と第１リンク機構によって、格納時と最大展張時との間の軌道上を移動するだけでなく、第２回転軸４と第２リンク機構によって、第１リンク機構によって移動したフラップ２の位置及び角度を変更することができる。

高揚力装置１は、フラップ２と、第１回転軸３と、第２回転軸４と、回転部材５と、第１リンク（節）部材６と、第２リンク部材７と、第３リンク部材８と、第４リンク部材９と、第５リンク部材１０などを有する。第１リンク機構は、第１リンク部材６、第２リンク部材７及び第３リンク部材８によって構成され、第２リンク機構は、回転部材５、第１リンク部材６、第２リンク部材７、第３リンク部材８、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０によって構成される。

フラップ２は、翼形状を有する一方向に長い部材であって、主翼５０の前縁５０ａにおいて主翼５０の翼長方向に沿って設置される。
フラップ２には、第１リンク部材６と接続される第１接続部１１と、第２リンク部材７と接続される第２接続部１２が、フラップ２の内側（すなわち、展張時の下面側）に形成されている。第１接続部１１には、ジョイント（関節）Ｐ（第２ジョイント）が設けられ、第２接続部１２には、ジョイントＱ（第３ジョイント）が設けられる。

フラップ２には、第１接続部１１及び第２接続部１２とは別に、第３リンク部材８と接続される第３接続部１３が、フラップ２の内側（すなわち、展張時の下面側）に形成されている。第３接続部１３には、ジョイントＲ（第５ジョイント）が設けられる。

フラップ２において第１接続部１１と第２接続部１２は、主翼５０の翼弦方向に沿って間隔をあけて配置される。また、第２接続部１２と第３接続部１３は、主翼５０の翼長方向に沿って、間隔をあけてほぼ同一直線上に配置される。

第１回転軸３は、軸方向が主翼５０の翼長方向に沿って設置される。第１回転軸３は、一つの主翼５０に対して１本設置される。第１回転軸３は、例えばリブ５１を介して主翼５０に支持される。リブ５１と第１回転軸３の間には軸受（図示せず。）が設けられる。なお、複数のリブ５１は、主翼５０の翼長方向に沿って設置されたスパー（桁）５２と接続される。

第１回転軸３は、モータ（図示せず）を駆動源として軸周りに回転する。第１回転軸３には、第１リンク部材６と接続される接続部１４が外周に形成されている。接続部１４は、第１回転軸３と一体的に形成されており、第１回転軸３の回転とともに、第１回転軸３の回転軸周りに回転する。接続部１４には、ジョイントＡ（第１ジョイント）が設けられる。接続部１４は、第１回転軸３の軸方向に沿って複数箇所に設置される。

第２回転軸４は、軸方向が主翼５０の翼長方向に沿って設置される。第２回転軸４は、一つの主翼５０に対して１本設置される。第２回転軸４は、例えばリブ５１を介して主翼５０に支持される。リブ５１と第２回転軸４の間には軸受（図示せず。）が設けられる。

第２回転軸４は、モータ（図示せず。）を駆動源として軸周りに回転する。第２回転軸４には、第４リンク部材９と接続される接続部１８と、第５リンク部材１０と接続される接続部１９が外周に形成されている。接続部１８と接続部１９は、いずれも第２回転軸４と一体的に形成されており、第２回転軸４の回転とともに、第２回転軸４の回転軸周りに所定角度の範囲内で回転する。接続部１８には、ジョイントＣが設けられ、接続部１９には、ジョイントＤが設けられる。接続部１８及び接続部１９は、第２回転軸４の軸方向に沿って複数箇所に設置される。

回転部材５は、軸状部材であって、例えば、図１に示すように、主翼５０のリブ５１に回転支持部材２０を介して設置され、軸周りに所定角度の範囲内で回転する。回転支持部材２０は、リブ５１に設置される。回転支持部材２０には、回転部材５を支持する軸受（図示せず。）が収容される。回転部材５は、第２リンク機構が設置される箇所ごとに一つずつ設けられる。

回転部材５には、第３リンク部材８と接続される接続部１５、第４リンク部材９と接続される接続部１６、第５リンク部材１０と接続される接続部１７が外周に形成されている。接続部１５、接続部１６及び接続部１７は、いずれも回転部材５と一体的に形成されており、回転部材５の回転とともに、回転部材５の回転軸周りに回転する。接続部１５には、ジョイントＢが設けられ、接続部１６には、ジョイントＥが設けられ、接続部１７には、ジョイントＦが設けられる。回転部材５の軸方向長さは、接続部１５、接続部１６及び接続部１７が回転部材５の外周面に形成される長さがあればよく、第１回転軸３や第２回転軸４に比べて短い。

第１リンク機構及び第２リンク機構は、主翼５０のリブ５１の近傍に設置される。また、一つの第１リンク機構及び一つの第２リンク機構を１組とする第１リンク機構及び第２リンク機構のセットは、主翼５０の翼長方向に沿って間隔をあけて複数箇所に設けられる。なお、第１リンク機構及び第２リンク機構のセットは、全てのリブ５１に設けられる必要はない。

第１リンク機構は、第１回転軸３とフラップ２を接続する。第１リンク機構は、第１リンク部材６、第２リンク部材７及び第３リンク部材８によって構成される。第１リンク機構が第１回転軸３によって駆動することによって、フラップ２が格納時と最大展張時との間の軌道上を移動する。

第２リンク機構は、第２回転軸４とフラップ２を接続する。第２リンク機構は、回転部材５、第１リンク部材６、第２リンク部材７、第３リンク部材８、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０によって構成される。第２リンク機構が第２回転軸４によって駆動することによって、第２リンク機構によって移動したフラップ２の位置や角度が変更される。

第１リンク部材６は、棒状部材であり、一端がジョイントＰを介してフラップ２の第１接続部１１に接続され、他端がジョイントＡを介して第１回転軸３の接続部１４と接続される。第２リンク部材７は、棒状部材であり、一端がジョイントＱを介してフラップ２の第２接続部１２に接続され、他端がジョイントＡを介して第１回転軸３の接続部１４と接続される。

第３リンク部材８は、棒状部材であり、一端がジョイントＲを介してフラップ２の第３接続部１３に接続され、他端がジョイントＢ（第４ジョイント）を介して回転部材５の接続部１５と接続される。

第４リンク部材９は、棒状部材であり、一端がジョイントＣ（第６ジョイント）を介して第２回転軸４の接続部１８に接続され、他端がジョイントＥ（第７ジョイント）を介して回転部材５の接続部１６に接続される。第５リンク部材１０は、棒状部材であり、一端がジョイントＤ（第８ジョイント）を介して第２回転軸４の接続部１９に接続され、他端がジョイントＦ（第９ジョイント）を介して回転部材５の接続部１７に接続される。
第４リンク部材９と第５リンク部材１０は、両者が平行となるように、第２回転軸４と回転部材５に接続される。なお、第２回転軸４の回転によって回転部材５が回転する構成を有していればよく、第４リンク部材９と第５リンク部材１０が平行でなくてもよい。

次に、本実施形態に係る高揚力装置１の動作について説明する。
以下では、第１回転軸３と第２回転軸４が別々のタイミングで駆動される場合、例えば、第１回転軸３を回転させた後、第２回転軸４を回転させる場合について説明する。なお、本発明は、この例に限定されず、第１回転軸３を回転させながら第２回転軸４を同時に回転させてもよい。

フラップ２の展張及び折り畳みは、第１回転軸３を駆動させることによって行われる。フラップ２は、第１リンク部材６、第２リンク部材７及び第３リンク部材８の三つの部材によって構成される第１リンク機構によって移動する。

フラップ２が折り畳まれた状態から展張された状態へ変更する場合、第１回転軸３を回転させて、接続部１４を後縁側から前縁５０ａ側へ移動させる。これにより、図１〜図３に示すように、回転部材５の接続部１５の位置は一定のまま、接続部１５のジョイントＢを支点として第３リンク部材８が回動する。また、第１回転軸３の軸周りに接続部１４のジョイントＡが移動しながら、ジョイントＡを支点として第１リンク部材６と第２リンク部材７が回動する。その結果、第１回転軸３のジョイントＡと、フラップ２のジョイントＰ、ジョイントＱ及びジョイントＲの位置が変更され、フラップ２が折り畳まれた位置から展張された位置へ変更される。

第１リンク機構によって移動したフラップ２の位置又は角度の変更は、第２回転軸４を駆動させることによって行われる。フラップ２は、回転部材５、第１リンク部材６、第２リンク部材７、第３リンク部材８、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０によって構成される第２リンク機構によって移動する。

第１リンク機構によって移動したフラップ２の位置又は角度を変更する場合、第２回転軸４を回転させる。これにより、図４に示すように、第２回転軸４の接続部１８及び接続部１９が移動し、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０が移動する。そして、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０の移動に伴って、回転部材５の接続部１６及び接続部１７が移動し、回転部材５が軸周りに回転する。すなわち、回転部材５は、第２回転軸４の動きに従って回転する。また、回転部材５が軸周りに回転することによって、接続部１５の位置が変更される。

これにより、接続部１５で回転部材５と接続された第３リンク部材８が回動する。また、第１回転軸３の接続部１４の位置は一定のまま、接続部１４のジョイントＡを支点として第１リンク部材６と第２リンク部材７が回動する。その結果、フラップ２が展張した状態を維持したまま、回転部材５のジョイントＢと、フラップ２のジョイントＰ、ジョイントＱ及びジョイントＲの位置が変更され、第１リンク機構によって移動したフラップ２の位置及び角度が変更される。

フラップ２が展張された状態から折り畳まれた状態へ変更する場合、第１回転軸３の回転方向を、フラップ２が折り畳まれた状態から展張された状態へ変更する場合とは反対方向に、第１回転軸３を回転させる。また、展張状態において、第２回転軸４を回転させてフラップ２の位置及び角度を変更している場合は、フラップ２が主翼５０の前縁５０ａの下面に適切に格納されるように、第２回転軸４の回転方向を展張状態の変更時とは反対方向に、第２回転軸４を回転させる。

以上、本実施形態に係る高揚力装置１は、フラップ２を展張させたり折り畳むための第１回転軸３に加え、第１リンク機構によって移動したフラップ２の位置及び角度を変更するための第２回転軸４を備える。これにより、飛行機の離陸時と着陸時のそれぞれにおいて、第１回転軸３に基づく軌道上の位置や角度だけでなく、第２回転軸４に基づいてフラップ２の位置及び角度を適切に設定できる。その結果、離陸時と着陸時のそれぞれにおいて、空力的に最適な翼の形状や、スロットの最適な隙間寸法に設定することができる。よって、高揚力装置１は、離陸時と着陸時それぞれにおいて高い性能を発揮することができる。

なお、上述した実施形態では、離陸時と着陸時のそれぞれに最適な位置及び角度にフラップ２を調整する場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。離陸時と着陸時以外の飛行状態においてフラップ２を使用する場合、その飛行状態に最適な位置及び角度にフラップ２を調整するようにしてもよい。

また、本発明は、第１回転軸３、第２回転軸４及び回転部材５の位置や、第１リンク部材６、第２リンク部材７、第３リンク部材８と、第４リンク部材９及び第５リンク部材１０の長さや、各部材間の接続点の位置などは、上述した実施形態で図示した例に限定されない。さらに、本発明は、第１リンク機構や第２リンク機構を構成する部材の数や組み合わせなども、上述した実施形態に限定されない。第１リンク機構や第２リンク機構を構成する部材は、第１回転軸の回転力によって、第１リンク機構を駆動させることによって、フラップを前縁の下面に格納し又は前縁の前方に展張することができ、第２回転軸の回転力によって、第２リンク機構を駆動させることによって、第１リンク機構によって移動したフラップの位置又は角度を変更することができれば、他の形状や配置関係でもよい。

図１に示した実施形態では、回転支持部材２０の一側のみに回転部材５が延設され、第３リンク部材８と接続される接続部１５が回転部材５の外周に１箇所に形成される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図５に示す変形例のように、リブ５１に貫通して設置された回転支持部材２０において、回転部材５がリブ５１に対して両側に突出して設けられ、接続部１５が２箇所に形成されてもよい。この場合、それぞれの接続部１５に第３リンク部材８が接続され、フラップ２において２箇所の第３接続部１３が互いに近傍に設けられる。これにより、第２リンク機構によるフラップ２の位置及び角度の変更がより安定して行われる。

１ 高揚力装置
２ フラップ
３ 第１回転軸
４ 第２回転軸
５ 回転部材
６ 第１リンク部材
７ 第２リンク部材
８ 第３リンク部材
９ 第４リンク部材
１０ 第５リンク部材
１１ 第１接続部
１２ 第２接続部
１３ 第３接続部
１４，１５，１６，１７，１８，１９ 接続部
２０ 回転支持部材
５０ 主翼
５０ａ 前縁
５１ リブ
５２ スパー
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｐ，Ｑ，Ｒ ジョイント

Claims (4)

1. 翼の前縁に設置され、前記前縁の下面に格納され、かつ、前記前縁の前方に展張される構成を有するフラップと、
   軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された第１回転軸と、
   軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された第２回転軸と、
   前記第１回転軸と前記フラップに接続された第１リンク機構と、
   前記第２回転軸と前記フラップに接続された第２リンク機構と、
   を備え、
   前記第１回転軸の回転力によって、前記第１リンク機構を駆動させることによって、前記フラップを前記前縁の下面に格納し又は前記前縁の前方に展張し、
   前記第２回転軸の回転力によって、前記第２リンク機構を駆動させることによって、前記第１リンク機構によって移動した前記フラップの位置又は角度を変更する高揚力装置。
2. 軸方向が前記翼の翼長方向に沿って設置された回転部材と、
   第１ジョイントを介して一端が前記第１回転軸に接続され、第２ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第１リンク部材と、
   前記第１ジョイントを介して一端が前記第１回転軸に接続され、第３ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第２リンク部材と、
   第４ジョイントを介して一端が前記回転部材に接続され、第５ジョイントを介して他端が前記フラップに接続された第３リンク部材と、
   第６ジョイントを介して一端が前記第２回転軸に接続され、第７ジョイントを介して他端が前記回転部材に接続された第４リンク部材と、
   第８ジョイントを介して一端が前記第２回転軸に接続され、第９ジョイントを介して他端が前記回転部材に接続された第５リンク部材と、
   を有し、
   前記第１リンク機構は、前記第１リンク部材、前記第２リンク部材及び前記第３リンク部材によって構成され、
   前記第２リンク機構は、前記回転部材、前記第１リンク部材、前記第２リンク部材、前記第３リンク部材、前記第４リンク部材及び前記第５リンク部材によって構成される請求項１に記載の高揚力装置。
3. 請求項１又は２に記載の高揚力装置を備える翼。
4. 請求項１又は２に記載の高揚力装置を備える航空機。

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