JPS6125598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 本発明は、翼構造に係り、特に、たとえば負荷
体を持ち上げる手段として、また陸地または水
上・水中を行く船または車を綱で引くための原動
機として、またはエネルギー変換手段として使用
する綱で引かれる飛行体（たとえば凧として使用
されるような）のように、制御される飛行動作に
利用される翼構造に関する。 本発明による特殊な翼構造は、常に制御できる
状態で飛ばされることを要求される凧として使用
できるものであり、利用者が水平および方位角に
対する凧の関係位置を調整できる翼構造である。 〔従来の技術〕 本発明者は米国特許第4129272号明細書にて細
長い本体部を成す翼断面を持つた翼状のコンテナ
またはエンベロツプ（以下単に気嚢と呼ぶ）を持
つた空気でふくらますことができる翼構造を開示
している。前記翼構造は柔軟性材料で形作られ、
使用中に空気でふくらませるようにしており、翼
桁が前記気嚢を空気によつてふくらませることが
できるような広げた状態に保持している。 前記翼桁の両端部は、凧の飛行を制御できる２
本の飛行制御綱を固着する結合点を提供してい
る。 〔発明が解決しようとしている問題点〕 前記の既知の凧の構造でさえ前記凧の飛行性能
および特徴は、ふくらむことができる気嚢を結合
した他の“凧”に比較して特別な、またユニーク
なものである。前記他の凧の性能および取り扱い
特性は飛行性能の全体的な分野において性能的な
ギヤツプまたは領域があり、ある種の風の状態で
は不安定な飛行となる。 たとえば、安定した風の中で凧を使つて、最少
風速、約５ノツトが実際的条件における必須なも
のであることは明らかであつた。また、突風状態
においては、凧あげの高度な熟練者は、しばしば
経験と熟練で凧を取り扱うことができる。すなわ
ち、熟練者は凧の持ち前の不安定状態に打ち勝つ
ことができるのに対して、子供または初心者は安
定状態に変化が生じようとしているという視覚的
徴候に対する肉体的反応が、必要な矯正行動をと
るに十分に敏速でない。従つて、凧は制御不可能
な下降を始めてしまうほどに、凧の飛行と制御を
重大に妨害する不安定の度合が生じることは明ら
かである。 このようにして前記構造は、ふくらますことが
できる本体部の構造、すなわち凧に関して本質的
に新しい使用技術を引き起こした。つまり凧の空
気力学的特長は、前述したとおり、全体的飛行性
能及び取り扱いについての特長は、ある種の状態
のもとでは、好ましくない欠点があつた。 前記凧の飛行性能から前記の欠点を解消するた
め、風洞試験および飛行試験を含む注意深い研究
調査が行われ、利用できる好ましい飛行特性を減
少したり、また悪くするとなく、前記欠点を除く
ことができる翼構造が確立された。 〔発明の目的〕 本発明の翼構造は、細長い中空の気嚢を含み、
使用中は前記気嚢のより長い方の端部の間に翼の
断面を提供する。 〔発明の概要〕 細長い手段としての翼桁（強化手段）が前縁を
強化するために設けられ、翼構造の使用中には、
気嚢の両端者が気嚢の残部（中央部）に対して変
形し、気嚢の残部は実質的に変形しないように保
持されている。 本発明によれば、より長い方の端部間に翼断面
を提供することができる細長い本体部と、前記本
体部の長手方向にのびて本体部と協同動作をする
変形可能な強化手段を有し、前記強化手段は前記
翼構造の使用中には、両端部が本体部の残部に対
して偏向できるように構成されている。 本発明の翼構造の好ましい構造においては、前
記変形は次のようになる。すなわち、前記強化手
段が十分に偏向したときには、本体部の残部の軸
心を通過する直線は、強化手段のいずれの先端部
分の同軸線に対して45゜以上の角度で偏向してい
る。 好ましくは、前記線間の角度は、60゜から90゜
の範囲にあり、更に好ましい値は前記範囲の上限
近くである。すなわち70〜90゜が好ましい。 本発明の翼構造の好ましい一実施例では、強化
手段の構造は下記のとおりである。すなわち、本
発明の翼構造が凧として使用され、また前記本体
部が飛行姿勢にあるときには、翼を形成する表面
の大部分は実質的に飛行制御綱に垂直に維持さ
れ、また前記本体部の各端部は前記大部分に対し
て次のようになる角度で位置している。すなわち
前記角度は前記本体部に作用する揚力が前記飛行
制御綱に並行に作用するようになる角度である。
本体部は翼型となつており、このような翼型にお
ける空気流は、そのような相対的な空気流の結果
として、翼型構造物の上下面間に生み出される圧
力差の結果として揚力を生ずる。 好ましくは、前記強化手段は、段つき構造、ま
たは複数個の相違したテーパをもつた構造の翼桁
装置から構成し、前記構造は長手方向に沿つてデ
イフエレンシヤル的（応差的）な変形特性となる
ように構成されている。 〔実施例〕 第１〜７図を参照して、従来の翼構造の好まし
い一例を説明すれば、柔軟性で空気をふくらます
ことができる細長い本体部１が翼構造を形作り、
前記本体部１は一般に長方形の上部シートまたは
スキン（以下上部シートと呼ぶ）２、および下部
シートまたはスキン（以下下部シートと呼ぶ）３
を有し、また第３図に示すように翼形断面を形成
する端壁４が両端に設けられている。 前記上部および下部シートは、より長い方の端
部５，６に沿つて結合され、それぞれ本構造の前
縁および後縁となり、より短かい端部に沿つて端
壁４が設けられる。 前記シートの結合方法は、たとえば、縫合、熱
溶接、接着、前記結合方法の各種を組み合わせた
方法または他の従来の結合方法など、どんな方法
でもよい。 前記上部および下部シートおよび端壁を構成す
る材料は、いずれも柔軟性があり、しかも伸びが
なく、空気を通さない材料でなければならない。 前記のような材料の一例は、リツプ・ストツ
プ・スピンナーカ・ナイロン（RiP Stop
Spinnaker Nylon）として知られ、この材料は風
力の引き裂き効果に対して充分な強さをもつてい
る。前記シートおよび端壁が縫合される場合に
は、ポリエステル系が適切な縫い糸である。 前記上部および下部シートおよび端壁を堅固に
結合することにより、中空の気嚢が形成され、こ
の中空の気嚢は使用時には空気を充満させる本体
部となる。 前記気嚢の内部は、内壁８によつて分離された
小室７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…等、に細分され、前記内
壁８は説壁４と同じ翼形である。内壁８は前記の
結合方法のいずれかによりシート２，３に固着さ
れる。全体の寸法が1830mm×620mmであつた凧の
一実施例の構造では、コンテナの内部は９個の内
壁８により10個の小室に細分された。内壁８の位
置は、縫い目ライン９で示される。 気嚢をふくらますための空気取り入れ用の細長
い開口部１０は、一般に長方形で、上部シート２
の前縁５の全長に沿つて設けられ、全部の小室７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ…等、への空気の流入を均一にし
ている。 前記開口部１０は、金網または他の網状材料細
片（以下、金網と呼ぶ）１１によつて有効に限定
され、前記金網１１の上部長手方向の端部１２は
開口部１０の上端に固着され、下部長手方向の端
部１３は同じように下部シート３の前縁に固着さ
れている。金網１１の両端は、それぞれ端壁４に
固着されている。 ポケツトまたはスリーブ（以下、スリーブと呼
ぶ）１５は、柔軟性の翼桁１６を受け入れる部材
で、上部シート３の前縁に沿つて設けられる。前
記スリーブ１５は、前縁１７と、後縁１８を有
し、下部シート３の下側に取り付けられる。代案
として、下部シートの前縁の一部分を折り返し
て、スリーブ用材料とすることができる。 翼桁は、高度の柔軟性を有し、軽量は材料で作
られる。前記翼桁は中空で、ガラスフアイバまた
はカーボンフアイバから成型される。寸法の構成
を明らかにするため前記翼桁を２つのセクシヨン
に分解する。各セクシヨンは、飛行中には、翼桁
が常に平滑に連続して曲るように変形するように
構成されている。前記の平滑に連続して曲る形
は、第５図に示したように、一般的な放物線の形
である。 翼桁の長さは、翼桁端１９，２０が前記本体部
１から突出するような長さとし、飛行制御綱２
１，２２の一端がこの翼桁端に取り付けられ、ま
た翼桁端がシート２，３の近接部をもつれさせな
いようにしている。更に、リング状部材１９Ａ，
２０Ａが気嚢の前縁の両隅に設けられ、制御綱２
１，２２と係合し、翼桁に取り付けられ、コンテ
ナの両隅が翼桁に対して所定の位置に位置するこ
とができる。制御綱２１，２２の他端は、制御バ
ー２３に結合される。制御バー２３は本体部１の
使用者の手によつて保持される。 前記本体部１は、次のように構成されたマルチ
セル形装置と考えるのが便利である。すなわち、
前記マルチセル形装置は、横にならんだ一連の小
室７Ａ，７Ｂ…（これらの小室は一連の通風筒を
構成している）を構成し、これらの小室には空気
が金網１１を通つて流入し、各小室を充分に膨脹
させ、充分な剛性、すなわち、堅い状態を有し、
空気力学的特性を有する翼構造を構成している。 前記論議された連続的に湾曲する従来の飛行外
形は、前記した好ましくない特長を持つている。 本発明の翼構造の一実施例を、第８〜１１図に
示した。本発明の翼構造は前に論議した欠点に打
ち勝つものである。 本発明の翼構造と発明者が前述した凧構造との
間の微細な、基本的高度な技術的相違点を都合よ
く明らかにするため、本発明の翼構造を凧として
説明する。また、第１〜７図に使用した同じ符号
を、第８〜１１図の装置の相対的な部材に使用す
ることにする。 第５図および第８図は、それぞれ飛行姿勢にあ
る既知の凧構造（第５図）および同じく飛行姿勢
にある本発明の凧構造を説明するための図面であ
る。 本発明の翼構造の本体部（気嚢）１の構造は、
一般的には、第１〜７図に示したものと同様であ
る。すなわち、本発明の細長い本体部（気嚢）１
は、上部および下部シート２，３、端壁４、前縁
５、後縁６、小室７Ａ，７Ｂ，７Ｃ…等、内壁
８、縫い目ライン９、開口部１０、金網１１、端
部１２，１３、スリーブ１５、リング状部材１９
Ａ，２０Ａを含んでいる。上記各部材は、第１〜
７図に示したものと同じであるから、詳細な説明
を省略する。 第８図に示した翼構造と第５図に示した翼構造
との比較は、傾斜した飛行姿勢においては、第８
図に示した翼構造の形または外形は、第５図に示
したものとは、完全に相違している。この特長
は、本発明の翼構造の凧洞試験結果の重大な特長
であり、本発明の翼構造の改善された飛行性能を
示す重要な要因である。 前述のとおり、第５図に示した凧の形状は、実
質的に連続して平滑に曲る放物線の形状であり、
この形状は中央部分における曲率半径の変化する
率が変化するような連続した湾曲であることが特
長である。第５図に示した構造に比較して、第８
図に示した構造は、次の特長をもつている。すな
わち、第８図に示した構造は長手方向の大部分に
わたつて実質的な長方形となり、従つて構造の長
手方向のさらに大きい部分が全く変形しないこと
になり、構造の中央部分と一直線にない比較的短
い端部だけが変形する。 第５図および第８図に示した本体部の飛行外形
を、他の観点から考察すれば、次のこをが言え
る。 すなわち、第５図の翼構造は、飛行中は突然の
不連続部なしに平滑に湾曲する前縁外形となり、
これに対して第８図に示した本体部は、非常に大
きい半径の曲率を有し一般に偏平または直線的な
中央部分を有し、各端部では突然のコーナ部を有
し、このコーナ部は一般に下方に方向づけられた
側壁またはフラツプ部を発生している。前記コー
ナ部は小さい曲率半径を持つている。前記特別な
形状は、第５図の構造の飛行特性に比較して優れ
た飛行特性であることを発見された。 第５図に示した従来の翼構造の外形に比較し
て、第８図に示した本発明の翼構造の外形が非常
に重要であることは、第９図から簡単に理解でき
る。 第９図は翼構造を凧に使用した場合の飛行中に
おいて前記凧の気嚢に作用する力を図式的に示し
たものである。すなわち、第９図は翼桁の端部
（図示せず）が、制御綱２１，２２（図示せず）
と翼桁（図示せず）との結合点を通る直線CL−
CLを実質的に限定している状態の気嚢を図式的
に示したものである。 前記本体部に作用する力は、下記の揚力Ｌと抗
力Ｄとみなすことが便利である。すなわち、揚力
ＬはラインCL−CLから距離“ａ”を隔てて翼形
中心に作用する力であり、この揚力はＬライン
CL−CLに対して“Ｌ×ａ”のモーメントを生じ
させる。抗力Ｄは、ラインCL−CLから距離
“ｂ”を隔てて作用する力であり、この抗力Ｄ
は、ラインCL−CLに対して“Ｄ×ｂ”のモーメ
ントを発生する。後者のモーメントは、前記本体
部が飛行中には、前記揚力モーメントに平衡する
とが望ましい。換言すれば、モーメント“Ｌ×
ａ””はモーメント“Ｄ×ｂ”に等しくなければ
ならない。 第９図において、破線で示したものが第５図に
示すたものを表示するとすれば、気嚢の長手方向
に沿つた各位置におけるそれぞれの抗力要素（例
えば、単位長さ当りの抗力）に対する距離“ｂ”
はラインCL−CLの長手方向に沿つて大きく変化
しており、そのため、揚力の各モーメントは本体
部（気嚢）１の幅を横切すて様々な係数となるこ
とがわかる。また、実際の揚力は、前記気嚢の実
際の中心点以外において、外方向に方向づけられ
た横方向分力（ラインCL−CL方向）を有し、前
記横方向部分は、実際に有用な揚力を効果的に減
少し、従つて、制御綱２１，２２に作用する引き
を減少することは明らかである。前記のように、
第５図に示した放物線形状の場合には、発生され
る揚力の相当量がむだに消費される。 第９図において、実線で示したものは、第８図
に関するものである。この場合、距離ｂは実質的
に一定である。 第５図に示した構造について行つた多くの試験
及び評価は、次のことを示している。すなわち、
気嚢の大きな偏向の結果は、距離ｂが常に次のよ
うになる。すなわち、抗力によるモーメントは揚
力によるモーメントよりも大きく、そのため抗力
は常に翼構造の前縁を、ラインCL−CLを通過す
る垂直平面に対して、過度に後方へ移動させる傾
向がある。これによつて迎角（気嚢の中心部の平
面と前記気嚢に流入する空気流の平面とのなす角
度）が最適の値とならない。この状態は、抗力を
過度に増加させ、その結果比較的高速の風の状態
において失速状態に向かう好ましくない空気力学
的挙動を引き起す。更に前述したような前記高速
の失速要因は、風速４ノツトおよびそれ以下のよ
うな低風速時における比較的不充分な感応（飛行
制御性）を伴う。 実際に第５図に示した単純な平滑な放物線形状
は、飛行中に満足な揚力を発生させるに充分に高
い迎角に翼構造を移動させるには不充分であるこ
とがわかつた。 長い試験は、充分曲つた外形形状を保持するこ
とは、次の状態を維持することを証明した。すな
わち、その状態においては、揚力モーメントに非
常に望ましくない不利な変化を誘発することなし
に、抗力モーメントを減少させることはできな
い。すなわち、全体にわたる揚力のレベルを保持
することができない。 本発明によれば、前記の困難は、第８図に示し
た外形を持つた前縁の偏向または曲率を十分に調
整する翼桁または類似の手段を設けることによ
り、効果的に解決することができた。 前述のとおり、気嚢の前縁部分は、偏向に関し
て翼構造の幅の大部分にわたり距離ｂが実質的に
一定値となるように制御される。前述のように、
これは第９図において実線で示されている。これ
により特定の抗力に対する抗力モーメントは、そ
の抗力モーメントに関する距離ｂの値の変化の減
少により、減少される。換言すれば、翼構造の長
さの大部分が実質的に偏向しないため、翼構造は
柔軟な構造において、下方に方向づけられる翼先
端上反角（wing tip dihedral）によつて航空機
翼のような剛性体構造によつて発生する状態に近
くなる。 第１０図、第１０図Ａおよび第１１図は、それ
ぞれ必要とする飛行外形を与える翼桁構造の各実
施例を説明している。 第１０図は変形しない状態の翼桁を示し、第１
１図は充分に変形した状態の翼桁を示している。 前記各図面から見られるように、翼桁は中心部
２５から両側の先端部２６方向に行くに従つて細
くなつている。また翼桁の中心の増強部は、フエ
ルール２８で、フエルール２８は翼桁２７を構成
する２個の半分の部分２７Ａ，２７Ｂを結合して
いる。 翼桁のテーパは、不変のテーパではなく、テー
パの程度は翼桁の長さに沿つて変化する。翼桁
は、望みの湾曲外形を得るため、段付き構造、ま
たは次第にテーパが変化する構造のものである。
この状態を、第１０図Ａにおいて、翼桁の右半分
２７Ｂが異つたテーパ部L₁，L₂，L₃を持つてい
ることを示した。前記実施例において翼桁の各半
分の寸法は、単位長さ当りの翼桁の直径の変化に
よつて定義され、しかも翼桁の中心部から端部の
方向で測定した翼桁の長さのパーセントで定義さ
れている。 下記表は、翼桁の一実施例のテーパの変化を表
示し、図示した翼桁の外形の特性を表示しようと
するものである。

〔発明の効果〕

前述のとおり、本発明によれば、簡単な構造の
翼構造により、広い風速の範囲において安定した
飛行性能を持つたたとえば凧のような飛行体が得
られ、船の牽引用、その他の負荷移動用等の原動
機として使用でき、省エネルギ用機械としての効
果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は既知の翼構造が凧を形成し、前記翼構
造が変形してない状態を示す斜視図、第２図は第
１図に示した翼構造の一部を切り取つたものを示
す斜視図、第３〜４図は第１図に示した翼構造の
構造の一部を拡大して示した説明図、第５図は第
１図に示した翼構造が高速の風に向つて飛行する
場合の飛行姿勢を示す斜視側面図、第６図は第１
図に示した翼構造が比較的低速の風に向つて飛行
する場合の飛行姿勢を示した図式的説明図、第７
図は第１図に示した翼構造が高速の風に向つて飛
行する場合の飛行姿勢を示す図式的説明図、第８
図は本発明の翼構造の一実施例が高速の風に向つ
て飛行する場合の飛行姿勢を示す斜視側面図、第
９図は翼構造の揚力と抗力との理論的関係を示す
図式的説明図、第１０図は第８図に示した翼構造
に使用する強化手段の変形しない状態を示す平面
図、第１０図Ａは第１０図に示した強化手段の一
部拡大平面図、第１１図は第１０図に示した強化
手段の変形状態を示す平面図、第１２図は本発明
の他の実施例を示す説明図である。 図中、１は本体部、２は上部シート、３は下部
シート、４は端壁、５は前縁部、６は後縁部、８
は内壁、１０は開口部、２１，２２は飛行制御
綱、２７は翼桁、２７Ａ，２７Ｂ，３３は翼桁の
端部である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空気によつてふくらむ柔軟な素材で形成さ
   れ、翼形断面を形成する端壁４及び内壁８によつ
   て連結された上部シート及び下部シート２，３を
   有すると共に、細長い前縁部及び後縁部５，６が
   形成され、該前縁部５に沿つて延長させて空気を
   吸い込むための細長い開口部が設けられた細長い
   本体部１と、上記下部シート３に連結されて、前
   縁部５の長手方向に延長され、飛行している時に
   その中心部の曲率半径がその端部２７Ａ，２７
   Ｂ，３３の曲率半径よりも実質的に大きくなるよ
   うにその両端部近くが中央部よりも小さな曲げ剛
   性を有する翼桁２７と、上記本体部からの空気力
   学的合力を伝達するために上記翼桁２７の先端部
   ２６に取り付けられた一対の飛行制御綱２１，２
   ２とを備えたことを特徴とする翼構造。 ２ 上記本体部１の上部シート及び下部シート
   ２，３の構造が、該本体部１のふくらんでいない
   時の形状を、本体部１の飛行外形に一般に適合す
   るように組込まれている前記特許請求の範囲第１
   項記載の翼構造。 ３ 上記本体部の飛行外形における端部の偏向角
   度が、本体部中央部の前縁部の長手方向に対して
   60゜から90゜の範囲である前記特許請求の範囲第
   ２項記載の翼構造。 ４ 上記本体部の飛行外形における端部の偏向角
   度が、本体部中央部の前縁部の長手方向に対して
   75゜から90゜の範囲である前記特許請求の範囲第
   ２項記載の翼構造。 ５ 上記翼桁の構造が、飛行姿勢にある時に、翼
   を形成する表面の大部分が、実質的に飛行制御綱
   ２１，２２に垂直に維持され、また本体部の端部
   が、作用する揚力が実質的に上記飛行制御綱に並
   行な方向に作用するように該飛行制御綱に対して
   斜めの角度になるように位置される前記特許請求
   の範囲第１項記載の翼構造。 ６ 上記翼桁が、翼構造の長手方向に沿つて、変
   形特性を有するように段つき構造によつて形成さ
   れた前記特許請求の範囲第１〜５項のいずれかの
   項に記載の翼構造。 ７ 上記翼桁が、翼構造の長手方向に沿つて、変
   形特性を有するように次第に細くなつていくテー
   パによつて形成された前記特許請求の範囲第１〜
   ５項のいずれかの項に記載の翼構造。 ８ 上記翼桁のテーパが、各半分について翼桁の
   中央部から端部に向つて測定した翼桁の長さのパ
   ーセンテージに対して単位長さあたりの翼桁の直
   径の変化によつて定義され下記に示す値で成る前
   記特許請求の範囲第７項記載の翼構造。 【表】 ９ 上記翼桁が、３つの部分から形成され、その
   中で中心部を形成する部分は実質的に変形せず、
   端部を形成する部分は、飛行状態に入る間は、実
   質的に中心部から直線的に延出された形であり、
   飛行状態に入つてからは、本体部に必要な飛行外
   形を形成させるように変形する弾性を有している
   前記特許請求の範囲第６〜８項のいずれかの項に
   記載の翼構造。