JP7514115B2 - 揚力可変機構 - Google Patents
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Description
すなわち、飛行機の場合には、例えば、主翼に可動翼片等からなるフラップ(高揚力装置)が設けられ、可動翼片を上下動させたり伸長させたりすることで揚力を変化させることができる(例えば特許文献1等参照)。
また、ヘリコプタ等の回転翼機の場合には、例えば、メインロータのブレードの迎角(ピッチ角)を変化させることで揚力を変化させるように構成されている場合が多い。
航空機の翼で生じる揚力を変化させることが可能な揚力可変機構において、
前記翼に翼幅方向に延在するように形成され、前記翼の下面側と上面側にそれぞれ開口を有し、前記下面側を流れる気流の一部を前記上面側に流通させることが可能なスリットと、
前記スリットを開閉させるための開閉部材と、
を備え、
前記開閉部材は、前記スリットを開放することで、前記翼に生じる揚力を、前記スリットを閉鎖した場合よりも減少させ、
前記開閉部材は、
棒状に形成されて、前記翼の内部に翼幅方向に延在するように挿通され前記スリットに平行に配置されており、
第1外周面と、当該第1外周面よりも小径の第2外周面と、を有し、
自身の長手方向に延在する軸周りの回転又は回動に伴って、前記第1外周面が前記スリットの内壁面に対向して前記スリットを閉塞させた状態と、前記第2外周面と前記スリットの内壁面との間に隙間を形成して前記スリットを開放させた状態と、を取り得るように構成されていることを特徴とする。
なお、以下では、翼が飛行機の主翼である場合を想定して説明するが、例えば翼が回転翼機のロータのブレード等である場合でも同様に説明される。また、以下では、翼の上面側を上方とし、翼の下面側を下方とし、翼の前縁側を前方とし、翼の後縁側を後方として説明する。
以下、いくつかの実施形態を挙げて説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る揚力可変機構の構成を表す図である。揚力可変機構1は、航空機の翼2に設けられたスリット3と、スリット3を開閉させるための開閉部材4とを備えている。
翼2は、飛行機の主翼や回転翼機のロータのブレード等であり、飛行機が飛行したりロータが回転する際に翼2に揚力が発生するように構成されている。
スリット3は、翼2に翼幅方向に延在するように形成されており、翼2の下面2A側と上面2B側にそれぞれ開口3A、3Bを有している。そして、翼2の下面2A側を流れる気流の一部を翼2の上面2B側に流通させることができるようになっている。
そのため、スリット3が開放されている際には、翼2の下面2A側を流れている気流の一部がスリット3を通ってスムーズに翼2の上面2B側に流通するようになっている(後述する図5(b)参照)。
本実施形態では、開閉部材4は、棒状に形成されており、翼2の内部に翼幅方向に延在するように挿通され、スリット3に平行に配置されている。そして、自身の長手方向に延在する軸4a周りに回転又は回動できるようになっている。そして、開閉部材4は軸4aからの径が一定ではなく、例えば図2の断面図に示すように、その側面が、大径(径R)の円筒面4Aと、小径(径r)の円筒面4Bと、各円筒面4A、4Bの間の2つの略平面状の面4Cとをつなき合わせたような側面になるように形成されている。
また、開閉部材4が回転又は回動して、図3(b)に示すように、径が短い部分(図2の例では小径の円筒面4Bや略平面状の面4Cの部分)がスリット3の所に移動してくると、開閉部材4の側面(円筒面4Bや面4C)とスリット3の内壁面との間に隙間が生じる。そのため、この場合は、開閉部材4はスリット3を開放する。
また、開閉部材4は、断面形状が図4(b)に示すような多角形状であってもよく、以下で説明する作用効果を有効に発揮し得る形状であれば、どのような断面形状であってもよい。
そのため、そのような問題が生じないように、スリット開放時に開閉部材4の側面とスリット3の内壁面との距離が適切な距離になるように開閉部材4の形状を調整することが望ましい。
この場合、例えば、図3(a)の閉鎖状態の開閉部材4を図中で時計回りに回動させて図3(b)に示したようにスリット3を開放させ、スリット3を閉鎖する際は開閉部材4をその状態から反転させて(すなわち反時計回りに回動させて)閉鎖するように構成することが可能である。
この場合、例えば、図3(a)の閉鎖状態の開閉部材4を反時計回り(又は時計回り)に回転させて図3(b)に示したようにスリット3を開放させ、スリット3を閉鎖する際は開閉部材4をその状態からさらに反時計回り(又は時計回り)に回転させて閉鎖するように構成することが可能である。
そして、開閉部材4を高速で回転させれば、スリット3を短い周期で(高い周波数で)開閉させることが可能となる。
また、図示を省略するが、開閉部材4を自身の軸4a周りに回転又は回動させるためのモータ等の駆動装置は、翼2の内部に設けてもよく、飛行機の胴体の内部などに配置してもよい。
開閉部材4で翼2のスリット3を閉鎖した状態で飛行機が飛行すると(あるいは回転翼機のロータが回転すると)、図5(a)に示すように、翼2の下面2Aに沿って気流αが流れ、上面2Bに沿って気流βが流れる。そのため、翼2に所定の揚力が発生する。
この場合、スリット3内には気流が流れず、翼2の下面2A側と上面2B側でのみ気流α、βが流れるため、図5(a)に示した状態は、スリット3が設けられていない翼2で揚力が発生する状態と同じ状態である。
そのため、この場合も翼2に揚力が発生するが、翼2の下面2Aに沿って流れスリット3内を通過する気流α1(気流αの一部)は、翼2のうちスリット3より前側の部分(スリット3の後縁2bを含む部分を仮想的に除去した場合の残りの部分)に作用して揚力を発生させる状態になる。
そのため、発生する揚力は、翼2の下面2Aに沿って流れ続ける気流α(すなわちスリット3を通らない気流α。図5(a)参照)が発生させる揚力よりも小さくなる。
そのため、翼2の下面2Aに沿って流れる気流αにより翼2に所定の揚力が発生する。
そして、翼2の下面2Aに沿って流れスリット3を通る気流α1が発生させる揚力は、スリット3を通らずに翼2の下面2Aに沿って流れ続ける気流α2が発生させる揚力より小さい。
本実施形態に係る揚力可変機構1では、このように、開閉部材4によりスリット3を開放することで、翼2に生じる揚力を、スリット3を閉鎖した場合よりも減少させることが可能となり、スリット3の開閉により翼2に生じる揚力を変化させることが可能となる。
また、スリット3の開閉により翼2における気流αの流れを変えることで翼2に生じる揚力を変化させるように構成されている点にも特徴がある。
そして、開閉部材4によるスリット3の開閉は、例えば本実施形態に示したように、棒状の開閉部材4を翼2の内部で自身の軸4a周りに回転又は回動させることで実現することができる。
そのため、本実施形態では、大きな部材を動かすことなく、航空機の翼で生じる揚力を変化させることが可能となる。
そのため、本実施形態に係る揚力可変機構1は、耐久性や信頼性に優れたものとなる。
揚力可変機構1を設ける翼2の位置は適宜決められる。
また、着陸時に左右のスリット3を同時に開放して揚力を減少させることも可能である(スポイラとしての機能)。
なお、飛行機に揚力可変機構1を設けるとともに、フラップ(可動翼片)やスポイラ、補助翼等を設けるように構成することも可能である。
上記の第1の実施形態では、開閉部材4を、翼2のうちスリット3より前側の部分に設ける場合について説明したが、図7に示すように、翼2のうちスリット3より後側の部分(スリット3の前縁2a(図1や図5(b)参照)を含む部分を仮想的に除去した場合の残りの部分)に設けるように構成することも可能である。
このように構成しても、棒状の開閉部材4を回転又は回動させることでスリット3を開閉させることができ、上記の第1の実施形態と全く同様の有益な作用効果を奏することが可能となる。
また、開閉部材4を、上記のように回転又は回動する部材とする代わりに、例えば図8に示すように、開閉部材4が、翼2の内部で、スリット3に向かう方向に移動してスリット3を閉鎖し、スリット3から離れる方向に移動してスリット3を開放するように構成することも可能である。
この場合、例えば、翼2の内部に棒状の開閉部材4を翼幅方向に延在するように配置し、かつ、スリット3に平行に配置し、開閉部材4をスリット3の方向に往復移動させるようにしてスリット3を開閉するように構成することができる。
そして、この第3の実施形態のように構成しても、開閉部材4でスリット3を的確に開閉させることが可能となり、上記の第1の実施形態等と全く同様の有益な作用効果を奏することが可能となる。
また、例えば図9(a)、(b)に示すように、開閉部材4を蓋状の部材とし、スリット3の、翼2の下面2A側の開口3A及び上面2B側の開口3Bのうちのいずれか一方又は両方に設けるように構成することも可能である。
この場合、例えば、開閉部材4は平板状に形成され、スリット3の開口3Aや開口3BでヒンジHを介して揺動するようにしてスリット3を開閉するように構成することができる。
そして、この第4の実施形態のように構成しても、開閉部材4でスリット3を的確に開閉させることが可能となり、上記の第1の実施形態等と全く同様の有益な作用効果を奏することが可能となる。
また、以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明が、上記の各実施形態等に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜変更可能であることは言うまでもない。
2 翼
2A 下面
2a 翼の前縁
2B 上面
3 スリット
3A 翼の下面側の開口
3B 翼の上面側の開口
4 開閉部材
4A 円筒面(径が長い部分)
4a 軸
4B 円筒面(径が短い部分)
4C 略平面状の面(径が短い部分)
R、r 径
α 下面側を流れる気流
α1 気流の一部
Claims (3)
- 航空機の翼で生じる揚力を変化させることが可能な揚力可変機構において、
前記翼に翼幅方向に延在するように形成され、前記翼の下面側と上面側にそれぞれ開口を有し、前記下面側を流れる気流の一部を前記上面側に流通させることが可能なスリットと、
前記スリットを開閉させるための開閉部材と、
を備え、
前記開閉部材は、前記スリットを開放することで、前記翼に生じる揚力を、前記スリットを閉鎖した場合よりも減少させ、
前記開閉部材は、
棒状に形成されて、前記翼の内部に翼幅方向に延在するように挿通され前記スリットに平行に配置されており、
第1外周面と、当該第1外周面よりも小径の第2外周面と、を有し、
自身の長手方向に延在する軸周りの回転又は回動に伴って、前記第1外周面が前記スリットの内壁面に対向して前記スリットを閉塞させた状態と、前記第2外周面と前記スリットの内壁面との間に隙間を形成して前記スリットを開放させた状態と、を取り得るように構成されている、
ことを特徴とする揚力可変機構。 - 前記スリットは、前記翼の下面側の開口が、前記翼の上面側の開口よりも前記翼の前縁寄りに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の揚力可変機構。
- 前記開閉部材は、前記軸周りに一定の方向に連続して回転することで前記スリットを周期的に開閉させることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の揚力可変機構。
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