JPH11509804A - 可変キャンバーウイング機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 可変キャンバーウィング機構が開示されており、リーディングエッジ（３）を有した主ウィング部分（１）と、少なくとも２体のスイングアーム部材（４）によって主ウィング部分に接続されたスラット部材（２）とを含んでいる。各スイングアーム部材（４）はその第１端部で主ウィング部分（１）に旋回可能に接続されており、その第２端部でスラット部材（２）に接続されている。各スイングアーム部材はウィングのリーディングエッジに設けられた開口部（６）を通過するように配置されている。スイングアーム（４）の周囲で開口部（６）をシールするためのシーリング手段（１０）が提供されており、主ウィング部分内への氷や水の侵入を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】 可変キャンバーウイング機構 本発明は可変キャンバーウィング（camber wing）機構に関し、特に限定はし ないが、航空機や船舶のウィングのための展開用リーディングエッジ（leading edge）のリフト増強ウィング面の機構システムに関する。 空気力学（aerodynamics）は流体力学の分野の１原理に過ぎず、空気力学装置 に関する全ての技術は水力学（hydorodynamic）的な利用に容易に適用すること ができる。よって、以下の記載における航空機ウィングに関する説明は船舶ウィ ングにも適用できるものである。 航空機設計、特に航空機ウィングの設計は、空気力学的ドラッグ、スペース、 及びマス（重量）といったパラメータによる主要な要因によって制約される。さ らに、ウィングのリーディングエッジの設計は氷着という問題によっても制約さ れる。この氷着が極端に発生すると、機械全体の故障の原因となり、内部機材の 破壊につながるからである。 ウィングの形状の変更、すなわちキャンバーの変更は異なるフライト条件、特 に巡航、離陸、及び着陸のためのウィングセクションの空気力学リフト及びドラ ッグの最良化に関して効果的である。 可変キャンバー装置の１つの形態としては可変キャンバークルーガーフラップ システム（Camber Kreuger flap system）として知られている。このシステムに よる空力面はウィングにＤノーズ（Ｄ−nose）を採用し、そのＤノーズの下側背 面部のポジションからウィングの前方下面側のポジションへと広がる。このクル ーガーシステムに対する種々な改良点が提案されてきたが、それらは一般的に多 重リンク構造を必要とするものである。その１従来例は、ボーイング社に譲渡さ れた米国特許第５，１５８，２５２号で説明されており、第１と第２のリ ンクサブアッセンブリー構造を作動させる回転式ドライブアームを有した可変キ ャンバーシステムについて開示している。 可変キャンバー装置の別実施例はスラットシステム（slat system）として知 られている。このスラットシステムはボーイング社に譲渡された米国特許第４， ７５３，４０２号に開示されており、スラットが主ウィングに直接前方部に位置 する収納状態（retract position）から前方で下方に延びた展開状態（deploye d position）にまでスラットを平行移動させて回転させる１対の湾曲トラックを 利用するものである。 以上のような周知なスラット及びクルーガーフラップシステムは欠点を有して いるのである。すなわち、それらの大きさゆえに特定のウィング類の使用に限定 されるのである。例えば、超音速航空機は薄型のウィングを有しているため、ス ラットあるいはクルーガーフラップ機構を適用することができない。さらに、そ れら両発明とも非効率的な荷重耐久特性を有するものである。なぜなら、それら は薄い垂直断面を有していることから、クルーガーフラップシステムも伝統的な スラット技術も高重量及び高コストであるという欠点を持っているからである。 トラックを備えた多様なリーディングエッジシステムの欠点は、スラットを移 動させるペアーのトラックが、アクチュエータ（actuator）に遊びを提供し、バ ランスがとれた配置を提供するように相互に接続されなければならないことであ る。このようなシステム設計には充分な注意が必要であり、機構のロックを引き 起こす可能性がある非対称の配置を避けなければならないものである。 したがって、大気に対するシーリング処理が不十分になるため、このようなス ラットとクルーガーシステムには氷が侵入する可能性が高いものである。 よって、巡航飛行中にウィングの縦断面を増加させることなく、相互連結して いるトルクシャフトを必要とせず、１つのアクチュエータが作動していないとき にも機能することができるコンパクトで単純な ウィング可変キャンバー機構の存在が必要とされていることは明らかなことであ る。そのようなシステムは最小限の重量で空気力学的な荷重に耐えることができ るように構造的にも効率がよいものでなければならず、その空力ウィング面に最 良な伸展と回転とを達成させるものでなければならない。また、氷の侵入を防止 することができ、さらに低コストでその効果を発揮させるものでなければならな い。 本発明の１つの目的は、少なくとも従来のシステムに付随する欠点の一部を軽 減するような航空機及び船舶用の可変キャンバー装置を提供することである。 本発明によれば、リーディングエッジを有している主ウィング部分と、その主 ウィング部分に少なくとも２体のスイングアーム部材（swing arm member）で接 続されたスラット部材と、氷や水が主ウィング部分に侵入しないようにウィング アーム周囲の開口部をシールするシーリング手段とを含む可変キャンバーウィン グ機構が提供される。この各スイングアームは第１端部で主ウィング部分に回動 自在に接続され、第２端部でスラットに接続されており、ウィングのリーディン グエッジの開口部を通過できるように配置されている。 この可変キャンバーウィング機構はスイングアームを使用してスラット部材を 配置しており、こうして得られた機構は単純でコンパクトなものとなっており、 巡航中のウィングの縦断面を増加させることはない。この機構は１つのアクチュ エータが作動していなくても相互接続トルクシャフト(inteconnecting torque s haft)を必要としないで機能することができる。このシステムは構造的にも効率 的であり、空力ウィング面の最良な伸延と回転とを達成させることができる。こ のシステムはさらに氷や水の侵入が防止できるようにシーリングされている。 好適には、ウィングのリーディングエッジの開口部はスリット形状を有してお り、スイングアーム部材はそのスリットに沿って移動できるように配置されてい る。 好適には、シーリング手段はスイングアーム部材に接続され、共に移動するよ うに配置された開閉装置（shutter member）を含んでいる。 この開閉装置はウィングのリーディングエッジに沿って移動するように配置す ることも可能であり、好適にはウィングのリーディングエッジに沿ってスライド 式に移動するように搭載される。 スイングアーム部材は開閉装置の間隔（aperture）を通過して延びることがで きる。開閉装置はスイングアーム部材の隙間の周囲をシールするための少なくと も１つのシーリング要素を含むことができる。 好適には、スイングアーム部材は、開閉装置の平面で、その断面が実質的に一 定となるように設けられる。これで水に対するシールをスイングアームの周囲に 設けるための問題点が簡略化される。 好適には、各スイングアーム部材はその第１端部の第１回転支持部材（pivot bearing）によって主ウィング部に接続され、その第２端部の第２回転支持部 材によってスラット部材に接続される。第１と第２の回転支持部材は非平行にな っており、第１回転支持部材の周囲での収納状態から展開状態までのスイングア ーム部材の回転は、リーディングエッジの前方でかつ下側へのスラット部材の平 行移動と、飛行方向に対して実質的に垂直な軸周囲でのスラット部材の回転とを 提供する。 好適には、第１と第２の回転支持部の旋回軸はスイングアーム部材の長軸に対 して実質的に垂直である。 第２回転支持部を、例えばスイベルブラケットのような回転部材によってスラ ット部材に接続させることができる。 好適には、その回転部材の回転軸は、スラット部材が収納状態にあるときは飛 行方向と実質的に垂直である。 好適には、この機構は、スイングアームに作用してスラット部材を収納あるい は展開させる回転アクチュエータを含んでいる。 本発明によれば、リーディングエッジを有した主ウィングと、その 主ウィング部分に少なくとも２体のスイングアーム部材によって接続されたスラ ット部材とを含んだ可変キャンバーウィング機構が提供される。各スイングアー ム部材はその第１端部の第１回転支持部よって主ウィング部分に、その第２端部 の第２回転支持部によってスラット部材に接続されている。第１と第２の回転支 持部の旋回軸は非平行であり、第１回転支持部周囲での収納状態から展開状態へ のスイングアーム部材の回転は、リーディングエッジの前方でかつ下側へのスラ ット部材の平行移動と、飛行方向に実質的に垂直な軸周囲でのスラット部材の回 転とを提供する。 本発明の実施例を添付図面に沿って、その１例を説明する。 図１は、４体の可動面あるいはスラットをリーディングエッジに有したウィン グの平面概略図である。 図２は、収納状態にあるスラットを表した図１のＩＩ−ＩＩ線の断面概略図で ある。 図３は、展開状態にあるスラットの図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面概略図であ る。 図４は、スラット収納機構の平面概略図であり、トップウィングスキン（top wing skin）は外されており、収納状態と展開状態にあるスイングアームを表し ている。 図５は、図４の矢印Ｖで示される方向からウィング内を見た開閉機構の側面概 略図である。 図６はウィングの前方部の拡大断面概略図であり、図４の矢印ＶＩの方向から 見たスラット展開機構の一部を示している。 図１はそのリーディングエッジ３に沿って４体のスラット２ａ−２ｄを有した 航空機ウィング１を示している。最も内側にあるスラット２ａは完全展開状態に ある場合を示しており、次のスラット２ｂは半展開状態にある場合であり、他の 外側スラット２ｃと２ｄの２体は完全に収納状態にある場合を示している。実際 には、全てのスラットが 同時に展開されたり収納される。スラットは一般的に航空機が離陸したり着陸す るときに展開され、巡航時に収納される。 ウィング１は湾曲された形状であり、スラットが展開されたときにはこれらは 内側方向、すなわちウィングの根元方向に多少ずれる。この内側方向へのずれに よって、スラットが展開されたとき（スラットがリーディングエッジ３に垂直方 向に展開されるとき）にスラット２ａとウィング１の根元との間にはギャップが なくなる。ウィングの根元のギャップを消滅させることは重要である。なぜなら 、ウィングによって発生されるリフトはそこで最大となるからである。図１では 全展開状態と半展開状態のスラット２ａと２ｂとの間と、半収納状態のスラット ２ｂと全収納状態のスラット２ｃとの間に存在するギャップが示されている。こ れらギャップは図面では誇張されており、実際には全部のスラットは同時的に展 開されるので問題とはならない。 スラット２とその関連する展開機構が、図２から図４にかけて示されている。 ２体またはそれ以上のスイングアーム４によって主ウィング表面１のリーディン グエッジ（Ｄノーズ）３に取り付けられた流線形部材である。スラット２は一体 のみが図示されている。スラット２は凸状外表面と、Ｄノーズ３の輪郭と適合し て、収納状態にあるときに密着する凹状内表面とを有している（図２）。スラッ ト２が展開状態にあるとき（図３）、スラット２はウィングの前方でかつ下側に 平行移動し、ウィングのリーディングエッジ３の下の軸周囲を約２４°から２７ °だけ前方に回転する。この展開状態によって、スラット２はウィングのキャン バーを効果的に増加させて、低空気速度と高アタック角とで失速する危険を回避 させる。 スラット２は主ウィング１のリーディングエッジ（Ｄノーズ）３に２体のスイ ングアーム４で接続されており、その１体が図示されている。スイングアーム４ は主ウィング表面１に第１回転支持部５で接続されており、その旋回軸５ａは飛 行方向に実質的に平行な垂直平面内に存在し、その平面に対し約２２°だけ前方 に傾斜している。スイン グアームの長軸は旋回軸５ａに実質的に垂直である。スイングアーム４は旋回軸 ５ａに垂直な円面内で回転するように搭載されており、ウィングのリーディング エッジ３を横断する。 スイングアーム４の外端部はウィングのリーディングエッジ３の水平スリット ６を通過する。このスリット６は図５、図６とでさらに明瞭に図示されている。 図４に示すように、スイングアーム４は収納状態Ａから回転支持部５の周囲で回 転が可能である。その場合、アームの長軸はリーディングエッジ３に対して鋭角 に存在し、アーム４の自由端のみがリーディングエッジ３を超えて展開状態Ｂに まで延び出る。その場合、アーム４の長軸はリーディングエッジ３に対して実質 的に垂直であり、アーム４の約半分の長さの外部分４ａがリーディングエッジ３ から延び出る。 図２に示すようにスイングアーム４が収納状態にあるとき（図４のポジション Ａ）、アーム４は主ウィング１の高さ方向と幅方向の内側に実質的に収容されて おり、スラット２に接続された先端部のみがウィングのリーディングエッジ３の 前方に延び出している。図３に示すようにスラットが展開状態にあるとき（図４ のポジションＢ）、スイングアーム４は主ウィング１の前方でかつ下側に延び出 している。 スイングアーム４の外部分４ａはアームの自由端に向かって幅が次第に細くな っているが、高さは実質的に一定である。アームのこの外部分４ａは、リーディ ングエッジ３の平面におけるアームの断面が実質的に一定となるように形成され ている。スイングアームの外部分４ａがこの形状の理由は以下で詳述する。 スイングアーム４は第２回転支持部７、スイベルブラケット８及びスイベルベ アリング９によってその外端部でスラット２に接続されている。スイングアーム ４をスイベルブラケット８に接続する第２回転支持部７の軸７ａはスイベルアー ムの長軸に対して実質的には垂直であるが、その軸周囲で約１０°だけ第１回転 支持部５の軸５ａに対して角度的にずれている。 スイングアーム４をスラット２に接続するスイベルブラケット８は、第２回転 支持部７の軸７ａに対して実質的に垂直であり、スラット２が図２に示す収納状 態にあるときには、飛行方向に対して実質的に平行な旋回軸９ａの周囲でスイベ ルベアリング９の内部で回転が可能である。 第２回転支持部７の軸７ａはスイベルアームの長軸の周囲で第１中枢支持軸５ の軸５ａに関して角度的にずれ、スラット２は、スイングアーム４が図２に示す 収納状態から図３に示す展開状態にまで第１中枢支持軸５の周囲で回転するとき に約２４°から２７°だけ前方に傾斜する。 スラット２が収納状態にあるとき、第２回転支持部７の軸７ａは飛行方向と実 質的に垂直な平面に存在し、垂直に対して鋭角に外側に傾斜する（航空機が水平 飛行している場合）。回転支持部９の旋回軸９ａは飛行方向と実質的に垂直とな る。スラット２が展開状態に移動すると、第１回転支持部５の周囲におけるスイ ベルアーム４の回転は、第２回転支持部７の軸７ａを飛行方向と、実質的に平行 になるように垂直平面内に存在する位置にまで進行させ、約２４°から２７°だ けその平面内で前方に傾斜させる。回転支持部９の旋回軸９ａは約２４°から２ ７°だけ飛行方向に対して下側に傾斜する。 第１旋回軸５の周りをスイベルアーム４を回転させ、飛行方向に平行でスラッ ト２が展開状態のとき、それは、第１回転支持部５の作用でウィング１のリーデ ィングエッジ３の前方でかつ下側に平行移動し、第２回転支持部７とスイベルブ ラケット８の作用で飛行方向に垂直である想像水平線の周囲で回転する。 図５と図６で示したように、スイングアーム４は主ウィング１のリーディング エッジあるいはＤノーズのスリット６を通過して延びる。Ｄノーズ内への雪や氷 の侵入を防止するため、スリット６は開閉要素１０で閉じられる。この開閉要素 １０は間隔１１を含んでおり、そこを通ってスイングアーム４が延び出す。この 間隔１１はリーディング エッジ３の平面におけるスイングアームの断面に実質的に適応しており、スイン グアーム４の周囲に密接的なシールを提供するシーリング部材（例えば、ラバー シーリング）が提供されている。 前述したように、スイングアーム４の外部分４ａはその外端部方向に傾斜され ており、リーディングエッジ３の平面におけるスイングアームの断面は実質的に 一定である。これでアーム４と間隔１１の縁部との間のギャップは容易にシーリ ングされる。これで雪や氷のＤノーズ３内への侵入は阻止される。 開閉装置１０は、スリット６の上下に搭載されたガイド１２内でウィングのリ ーディングエッジ３に沿って移動するように搭載される。ガイド１２と開閉装置 １０はＤノーズの内側（図４と図６）か外側（図示せず）のいずれかに搭載が可 能である。 ガイド１２はローラーベアリングであっても、単純なスライド具であっても構 わない。後者の場合には、スライド具は、例えば、ＰＴＦＥのような摩擦防止剤 でコーティングすることができ、開閉装置１０のスライド移動を滑らかにする。 スイングアーム４の回転は従来方式によって提供が可能である。例えば、アー ム４はウィングとスイングアームとの間で作用するロータリアクチュエータで回 転させることができる。あるいは、リニアアクチュエータを使用し、ウィング１ とスラット２との間、あるいはウィング１とスイングアーム４との間で作用させ ることもできる。 もちろん、本発明の多様な改良は可能である。例えば、第２回転支持部７、ス イベルブラケット８、及びスイベルベアリング９はボールベアリングで代用させ ることも可能であり、１端でスラット２と接続され、多端でスイングアームと接 続された支柱をさらに提供して、スラット２の回転を制御することもできる。 アームを通過させる間隔を有した１体の開閉装置１０の代用として、スイング アーム４の各サイドに配置した２体の別々な開閉装置を利用することもできる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．可変キャンバーウィング機構であって、リーディングエッジを有した主ウ ィング部と、その主ウイング部分に少なくとも２体のスイングアーム部材で接続 されたスラット部材と、を含んでおり、 各スイングアーム部材はその第１端部で前記主ウイング部分と旋回可能に接続 されており、その第２端部で前記スラット部材と接続されており、前記ウィング のリーディングエッジの開口部を通過するように配置されており、本機構は、前 記スイングアームの周囲でその開口部をシールし、前記主ウイング部分内への氷 や水の侵入を防止するシーリング手段をさらに含んでいる、ことを特徴とするウ ィング機構。 ２．前記ウィングのリーディングエッジの開口部はスリットであり、前記スイ ングアーム部材はそのスリットの長さ方向に沿って移動するように配置されてい ることを特徴とする請求項１記載の機構。 ３．前記シーリング手段は、前記スイングアーム部材に接続され、共に移動す るように配置された開閉装置を含んでいることを特徴とする請求項１あるいは２ に記載の機構。 ４．前記開閉装置は、前記ウィングのリーディングエッジに沿って移動するよ うに配置されていることを特徴とする請求項２に従属した状態の請求項３に記載 の機構。 ５．前記開閉装置は、前記ウィングのリーディングエッジに沿ってスライドす るように搭載されていることを特徴とする請求項３あるいは４に記載の機構。 ６．前記スイングアーム部材は、前記開閉装置の間隔を通過して延び出ている ことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の機構。 ７．前記開閉装置は前記スイングアーム部材の周囲で前記間隔をシールするた めの少なくとも１体のシーリング要素を含んでいることを特徴とする請求項６記 載の機構。 ８．前記スイングアーム部材は、前記開閉装置の存する平面でのその断面が実 質的に一定であるように形成されていることを特徴とする請求項３から７のいず れかに記載の機構。 ９．前記の各スイングアーム部材は、その第１端部で第１回転支持部によって 前記主ウイング部分に接続されており、その第２端部で第２回転支持部によって 前記スラット部材に接続されており、それら第１と第２の回転支持部は非平行で あり、収納状態から展開状態へのその第１回転支持部の周囲での前記スイングア ーム部材の回転は、前記リーディングエッジの前方でかつ下側への前記スラット 部材の平行移動と、飛行方向に実質的に垂直な軸の周囲での前記スラット部材の 回転とを提供することを特徴とする前記請求項１から８のいずれかに記載の機構 。 １０．前記第１と第２の回転支持部の旋回軸は前記スイングアーム部材の長軸に 実質的に垂直であることを特徴とする請求項９記載の機構。 １１．前記第２回転支持部は、回転部材によって前記スラット部材に接続されて いることを特徴とする請求項９あるいは１０に記載の機構。 １２．前記回転部材の回転軸は、前記スラット部材が収納状態にある 飛行中の飛行方向に実質的に垂直であることを特徴とする請求項１１記載の機構 。 １３．前記スラット部材を展開状態あるいは収納状態にするために前記スイング アーム部材に作用する回転アクチュエータを含んでいることを特徴とする前記請 求項１から１２のいずれかに記載の機構。 １４．可変キャンバーウィング機構であって、リーディングエッジを有した主ウ イング部分と、その主ウイング部分に少なくとも２体のスイングアーム部材で接 続されたスラット部材と、を含んでおり、各スイングアーム部材はその第１端部 で第１回転支持部によって前記主ウイング部分と接続されており、その第２端部 で第２回転支持部によって前記スラット部材と接続されており、それら第１と第 ２の回転支持部の旋回軸は非平行であり、収納状態から展開状態への前記第１回 転支持部の周囲での前記スイングアーム部材の回転は、前記リーディングエッジ の前方で下側への前記スラット部材の平行移動と、飛行方向に実質的に垂直な軸 の周囲での前記スラット部材の回転とを提供することを特徴とするウイング機構 。 １５．可変キャンバーウィング機構であって、添付の図面を基にして本明細書で 実質的に説明した機構であることを特徴とするウィング機構。