(57)【要約】【課題】翼幅方向に対する高い翼形保持能力および翼舷方向に対する高い異可撓性を両立しながら翼舷方向に対する高い可変自在性を有する飛行体用翼を提供する。【解決手段】軸方向に異方性を有するように成形されたＣＦＲＰロッド１と、そのＣＦＲＰロッド１の隙間に充填された弾性部材２とから成る上可撓翼１０Ｕおよび同下可撓翼１０Ｌの各内面に複数の圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌを翼舷方向に沿って離散的に配設する。そして、初期状態において圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌを減圧しておき、翼を上方に変形させる場合は圧力チューブ２０Ｌを加圧し、翼を下方に変形させる場合は圧力チューブ２０Ｕを加圧する。なお、ＣＦＲＰロッド１の軸方向が翼幅方向に一致するように上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌは配向されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの異方性を有する強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性を長軸に一致させて成形された複数の長軸物と前記複数の長軸物の隙間に充填される弾性部材とを有する可撓翼と、該可撓翼に応力を発生させて形状を変化させる翼変形手段とを具備し、前記長軸物は翼の翼幅方向に対し平行または略平行にして配向されて翼幅方向に対して高い剛性を有し且つ翼舷方向に対して高い可撓性および可変自在性を有することを特徴とする飛行体用翼。
【請求項２】
少なくとも１つの異方性を有する第１強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が波方向に対し直交または略直交するように波状に成形された翼内板と、少なくとも１つの異方性を有する第２強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記翼内板の最大異方性と等しくされた翼外板とを有する可撓翼と、前記可撓翼に応力を発生させて形状を変化させる翼変形手段とを具備し、前記翼内板は波方向を翼の翼舷方向に対し平行または略平行にして配向されて翼幅方向に対して高い剛性を有し且つ翼舷方向に対して高い可撓性および可変自在性を有することを特徴とする飛行体用翼。
【請求項３】
前記翼変形手段は、前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に配設されて収縮性を有する少なくとも１つの圧力チューブと該圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する圧力調整手段とから構成されている請求項１又は２に記載の飛行体用翼。
【請求項４】
前記各圧力チューブは、翼幅方向に対し平行に且つ翼舷方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設されている請求項３に記載の飛行体用翼。
【請求項５】
前記各圧力チューブは、翼幅方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設されている請求項４に記載の飛行体用翼。
【請求項６】
前記各圧力チューブは、外径において全同等か又は少なくとも１つが異なる請求項３から５のいずれかに記載の飛行体用翼。
【請求項７】
前記各圧力チューブは、剛性において全同等か又は少なくとも１つが異なる請求項３から６のいずれかに記載の飛行体用翼。
【請求項８】
前記可撓翼の外面に配設されている圧力チューブは、少なくとも１つの異方性を有する第３強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記長軸物の最大異方性と等しくされた滑らかな面を有する薄板フェアリングによって被覆されている請求項３から５のいずれかに記載の飛行体用翼。
【請求項９】
前記各圧力チューブは、前記翼内板内面の山谷部もしくは山頂部または前記翼外板内側であって前記翼内板外面の山谷部に配設されている請求項２又は３に記載の飛行体用翼。
【請求項１０】
前記翼内板内面の山頂部に配設されている圧力チューブは少なくとも２つの翼内板内面の山頂部により弛緩なく固定されている請求項９に記載の飛行体用翼。
【請求項１１】
前記強化材、前記第１強化材、前記第２強化材および前記第３強化材の少なくとも１つは繊維強化材である請求項１、２又は８に記載の飛行体用翼。
【請求項１２】
請求項１又は２に記載の飛行体用翼によって構成されていることを特徴とする飛行体用フラップ。
【請求項１３】
少なくとも１つの異方性を有する強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性を長軸に一致させて成形された複数の長軸物と前記複数の長軸物の隙間に充填される弾性部材とを具備し前記長軸物が翼の翼幅方向に対し平行または略平行にして配向されている可撓翼に対し、前記可撓翼に応力を発生させることによって前記可撓翼を翼舷方向に対して可変自在に変形させることを特徴とする翼の形状制御方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの異方性を有する第１強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が波方向に対し直交または略直交するように波状に成形された翼内板と、少なくとも１つの異方性を有する第２強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記翼内板の最大異方性と等しくされた翼外板とを具備し前記翼内板が波方向を翼の翼舷方向に対し平行または略平行にして配向されている可撓翼に対し、前記可撓翼に応力を発生させることよって前記可撓翼を翼舷方向に対して可変自在に変形させることを特徴とする翼の形状制御方法。
【請求項１５】
前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に配設されて収縮性を有する少なくとも１つの圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させる請求項１３又は１４に記載の翼の形状制御方法。
【請求項１６】
前記各圧力チューブを翼幅方向に対し平行に且つ翼舷方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する請求項１５に記載の翼の形状制御方法。
【請求項１７】
前記各圧力チューブを翼幅方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する請求項１６に記載の翼の形状制御方法。
【請求項１８】
前記各圧力チューブを外径において全同等か又は少なくとも１つが異なるようにして前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する請求項１５から１７のいずれかに記載の翼の形状制御方法。
【請求項１９】
前記各圧力チューブを剛性において全同等か又は少なくとも１つが異なるようにして前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する請求項１５から１８のいずれかに記載の翼の形状制御方法。
【請求項２０】
前記可撓翼の外面に配設されている圧力チューブを少なくとも１つの異方性を有する第３強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記長軸物の最大異方性と等しくされた滑らかな面を有する薄板フェアリングによって被覆する請求項１５から１７のいずれかに記載の翼の形状制御方法。
【請求項２１】
前記各圧力チューブを前記翼内板内面の山谷部もしくは山頂部または前記翼外板内側であって前記翼内板外面の山谷部に配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する請求項１４又は１５に記載の翼の形状制御方法。
【請求項２２】
前記翼内板内面の山頂部に配設されている圧力チューブを少なくとも２つの翼内板内面の山頂部により弛緩なく固定する請求項２１に記載の翼の形状制御方法。
【請求項２３】
前記強化材、前記第１強化材、前記第２強化材および前記第３強化材の少なくとも１つを繊維強化材とした請求項１３、１４又は２０に記載の翼の形状制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、飛行体用翼及びフラップ並びに翼の形状制御方法、特に翼幅方向に対し翼形保持能力が高く且つ翼舷方向に対し高い可撓性および可変自在性を有するモルフィング技術を可能にする飛行体用翼及びフラップ並びに翼の形状制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
モルフィング技術により翼の断面や形状を任意に変化させることにより航空機の飛行性能や飛行特性を向上させる研究は米国をはじめとして盛んに行われている。このモルフィング技術が成立するためには、翼構造において高い耐荷能力、高い可撓性および可変自在性等の構造特性が同時に満たされていることが必要である。このうち一部の特性を有する翼構造要素は既に存在するものの、これらの全ての構造特性を十分に満たす翼構造要素は未だ存在しないのが現状である。例えば、従来の圧電アクチュエータを内部に組み込んだ金属や複合材の翼は、翼幅方向および翼舷方向に対して耐荷能力を有している反面、翼舷方向に対して可撓性を有しているとはいえず、従来のフラップのように自由に回転できる機構を用いたとしても、翼の全体にわたる変形の自在性は望めない。また、下記特許文献１から６に記載されているインフレータブル構造をはじめとする可撓性を有する構造は、ガス圧や圧電アクチュエータなどを用いることにより大きな可変能力性は得られるものの、耐荷能力に欠ける。特に、翼のうちフラップなどの補助翼に対しても、翼幅方向には翼にかかる曲げモーメントに耐えうるだけの十分な剛性や強度が求められ、翼幅方向に対して剛性を確保すると翼舷方向にも同時に剛と、すなわち反可撓性になるため、剛性および可撓性との間でトレードオフが生じてしまう。また、翼断面自体が圧力チューブにより構成されている場合、翼舷方向に対し可撓性を有するようになるが翼幅方向に対し十分な剛性を得ることは困難である。さらに、１つでも圧力チューブにき裂等が生じると、飛行が困難になる。別の報告として、特許文献６に記載されているようにゴムのような柔軟構造内に圧力チューブを通し、これに内圧をかけることにより形状を変化させる試みも報告されている。これらも本質的には翼幅方向の剛性を圧力チューブが受け持つ構造となっており、上述の問題の解決にはならない。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第３９５７２３２号明細書
【特許文献２】米国特許第４２６１５３４号明細書
【特許文献３】米国特許第４７２５０２１号明細書
【特許文献４】米国特許第６０１５１１５号明細書
【特許文献５】特表平１１-５１２９９８号公報
【特許文献６】米国特許第６０８２６６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
可動機構と油圧アクチュエータ等から成る従来構造と異なるモルフィング技術が成立する条件としては、上述した通り、翼構造の可撓性、翼形保持能力、可変能力を有することが必須である。特に、翼構造の可撓性と翼形保持能力は相反関係にあり、両立させることは非常に困難である。また、可変自在性を有する可変駆動機構については、小型アクチュエータを分散させることにより、原理的には可能と考えられるが、大変形が可能なアクチュエータは油圧等を用いることとなり重量増につながり、また配線等の煩雑さなど困難な点も多い。
そこで、本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その解決しようとする課題は、翼幅方向に対し翼形保持能力が高く且つ翼舷方向に対し高い可撓性および高い可変自在性を有するモルフィング技術を可能にする飛行体用翼及びフラップ並びに翼の形状制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成する第１の発明では、少なくとも１つの異方性を有する強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性を長軸に一致させて成形された複数の長軸物と前記複数の長軸物の隙間に充填される弾性部材とを有する可撓翼と、該可撓翼に応力を発生させて形状を変化させる翼変形手段とを具備し、前記長軸物は翼の翼幅方向に対し平行または略平行にして配向されて翼幅方向に対して高い剛性を有し且つ翼舷方向に対して高い可撓性および可変自在性を有することを特徴とする。
上記第１の発明の飛行体用翼では、長軸物は翼幅方向に対し平行に配向されているので翼の翼幅方向に対する剛性は長軸物の剛性によって決定される。ところで長軸物は軸方向に対し最大異方性を有するように成形されているため長軸物の最大異方性によって可撓翼の翼幅方向に対する剛性は向上する。その反面、長軸物の隙間には弾性部材が充填されているので翼舷方向に対する剛性は低下して可撓性は向上するようになる。それ故に、可撓翼に応力が生じると可撓翼は剛性の低い翼舷方向に変形してその応力を緩和するようになる。従って、翼変形手段によって、可撓翼は翼舷方向に対して自在に曲げ変形することができるようになる。これにより、従来のインフレータブル翼では不可能であった翼の翼幅方向に対する高い翼形保持能力と翼舷方向に対する高い可撓性および高い可変自在性を同時に満足することが可能となり、モルフィング技術を好適に適用することができる。
【０００６】
前記目的を達成するため第２の発明では、少なくとも１つの異方性を有する第１強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が波方向に対し直交または略直交するように波状に成形された翼内板と、少なくとも１つの異方性を有する第２強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記翼内板の最大異方性と等しくされた翼外板とを有する可撓翼と、前記可撓翼に応力を発生させて形状を変化させる翼変形手段とを具備し、前記翼内板は波方向を翼の翼舷方向に対し平行または略平行にして配向されて翼幅方向に対して高い剛性を有し且つ翼舷方向に対して高い可撓性および可変自在性を有することを特徴とする。
上記第２の発明の飛行体用翼では、翼内板と翼外板の最大異方性は等しく波方向に対し直交しており且つ翼内板の波方向が翼舷方向に対し平行に配向されているので、翼幅方向に対する剛性は翼内板と翼外板の最大異方性によって向上する。さらに、翼内板は波状に成形されているので弾性作用を有し、その結果、翼舷方向に対する剛性は低下し可撓性は向上するようになる。それ故に、可撓翼に応力が生じると可撓翼は剛性の低い翼舷方向に変形してその応力を緩和するようになる。従って、翼変形手段によって、可撓翼は翼舷方向に対して自在に曲げ変形することができるようになる。これにより、従来のインフレータブル翼では不可能であった翼の翼幅方向に対する高い翼形保持能力と翼舷方向に対する高い可撓性および高い可変自在性を同時に満足することが可能となり、モルフィング技術を好適に適用することができる。
【０００７】
第３の発明では、前記翼変形手段は、前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に配設されて収縮性を有する少なくとも１つの圧力チューブと該圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧する圧力調整手段とから構成されていることとした。
上記第３の発明の飛行体用翼では、圧力チューブは伸縮性を有しているので、流体の圧力がその圧力チューブを介して可撓翼に作用する一方、可撓翼の内部ではその圧力に抗する応力が発生する。ところで、可撓翼は翼舷方向に対して高い可撓性を有するので翼舷方向に対して変形することにより、その応力を緩和するようになる。このように、圧力チューブを加圧することにより可撓翼は翼舷方向に対して変形することが可能になる。さらに、圧力チューブの内圧を個別的に調整する圧力調整手段により、可撓翼の各点に発生する応力の大きさを調整することが可能になり、その結果、可撓翼は翼舷方向に対する高い可撓性と相俟って圧力チューブの内圧に比例して自在に曲げ変形ができるようになる。さらに、一部分の圧力チューブが不具合を起こした場合に他の部分の圧力チューブを使用することにより不具合に対する影響を小さくすることができ、ロバスト性が向上するようになる。
【０００８】
第４の発明では、前記各圧力チューブは、翼幅方向に対し平行に且つ翼舷方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設されていることとした。
上記第４の発明の飛行体用翼では、圧力チューブは翼幅方向に対し平行または略平行に且つ翼舷方向に対し離散して配設されている場合は、各圧力チューブがヒンジの如く機能し、可撓翼が翼舷方向に対して略折れ線状に曲げ変形することが可能になる。他方、圧力チューブが翼幅方向に対し平行または略平行に連続密にして配設されている場合は、各圧力チューブがヒンジの如く機能し、可撓翼が翼舷方向に対して略曲線状に曲げ変形することが可能になる。また、圧力チューブが可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設されているので、圧力チューブと可撓翼の作用面積が大きくなり、その結果、可撓翼は翼舷方向に対する高い可撓性と相俟って翼舷方向への自在な曲げ変形ができるようになる。
【０００９】
第５の発明では、前記各圧力チューブは、翼幅方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設されていることとした。
上記第５の発明の飛行体用翼では、圧力チューブは翼幅方向に対し離散して又は連続密にして配設されているので、各圧力チューブの内圧の上昇によって可撓翼を翼幅方向に対して曲げようとするモーメントが可撓翼に作用するが、可撓翼は翼幅方向に対して高い剛性を有するため、そのモーメントは剛性の低い翼舷方向に逃げることとなり、可撓翼は翼幅方向に対する翼形を保持したまま翼舷方向に対して捻ることが可能になる。
【００１０】
第６の発明では、前記各圧力チューブは、外径において全同等か又は少なくとも１つが異なることとした。
上記第６の発明の飛行体用翼では、可撓翼に作用する曲げモーメントの大きさ又は可撓翼に発生する応力の大きさは圧力チューブの取付面積に比例するため、外径の大きい圧力チューブでは取付面積が大きいため可撓翼に発生する応力は大きくなり、可撓翼はその応力を緩和するために翼舷方向に対して大きく変形するようになる。他方、外径の小さい圧力チューブでは取付面積が小さいため可撓翼に発生する応力は小さくなり、可撓翼はその応力を緩和するために翼弦方向に対して小さく変形するようになる。このように、各圧力チューブの外径を色々と変えることによって、可撓翼に作用する曲げモーメントの大きさ又は発生する応力の大きさが局所的に異なり可撓翼は高分解能の連続的な自在変形が可能になる。
【００１１】
第７の発明では、剛性において全同等か又は少なくとも１つが異なることとした。
上記第７の発明の飛行体用翼では、可撓翼に作用する曲げモーメントは圧力チューブが変形することによるため、剛性の高い圧力チューブでは変形の程度が小さくなり、その結果、可撓翼に発生する応力は小さくなり可撓翼の変形も小さくなる。他方、剛性の低い圧力チューブでは変形の程度が大きいため可撓翼に発生する応力は大きくなり可撓翼の変形も大きくなる。このように、圧力チューブの剛性を色々と変えることによって、可撓翼に作用する曲げモーメントの大きさ又は発生する応力の大きさが局所的に異なり可撓翼は高分解能の連続的な自在変形が可能になる。
【００１２】
第８の発明では、前記可撓翼の外面に配設されている圧力チューブは、少なくとも１つの異方性を有する第３強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記長軸物の最大異方性と等しくされた滑らかな面を有する薄板フェアリングによって被覆されていることとした。
上記第８の発明の飛行体用翼では、薄板フェアリングは最大異方性が長軸物と等しくされているため、可撓翼と同じく翼幅方向に対し高い剛性を有しながら翼舷方向に対し高い可撓性を有する。これにより、薄板フェアリングは可撓翼と共に翼舷方向に変形しながら可撓翼の外面に配設されている圧力チューブを好適に保護する。さらに、薄板フェアリングの表面は滑らかであるから空気抵抗の増大を低減することができる。
【００１３】
第９の発明では、前記各圧力チューブは、前記翼内板内面の山谷部もしくは山頂部または前記翼外板内側であって前記翼内板外面の山谷部に配設されていることとした。
上記第９の発明の飛行体用翼では、圧力チューブが上部の翼内板内面の山谷部に配設されている場合は、圧力チューブを加圧することにより、上部の可撓翼は上方へ変形することができる。他方、圧力チューブが上部の翼内板内面の山頂部または翼内板外面の山谷部に配設されている場合は、圧力チューブを加圧することにより、可撓翼は下方へ変形することができる。このように、波面を有する可撓翼に対して各圧力チューブが適切に配設されているので高分解能の連続的な自在変形が可能になる。
【００１４】
第１０の発明では、前記翼内板内面の山頂部に配設されている圧力チューブは少なくとも２つの翼内板内面の山頂部により弛緩なく固定されていることとした。
上記第１０の発明の飛行体用翼では、翼内板内面の山頂部を介して可撓翼に曲げモーメントが好適に作用し、可撓翼は大きく変形することができる。
【００１５】
第１１の発明では、前記強化材、前記第１強化材、前記第２強化材および前記第３強化材の少なくとも１つは繊維強化材であることとした。
上記第１１の発明の飛行体用翼では、繊維強化材は繊維方向に対して最大異方性を有しているため、その特性が長軸物、翼内板、翼外板または薄板フェアリングの少なくとも１つの成形に適用されて、翼構造において翼幅方向に対する高い剛性と翼舷方向に対する可撓性が好適に両立している。これにより、モルフィング技術を好適に適用することが可能になる。
【００１６】
上記目的を達成するための第１２の発明では、第１の発明又は第２の発明に記載の飛行体用翼によって構成されていることを特徴とする。
上記第１２の発明の飛行体用フラップでは、第１の発明又は第２の発明に記載の飛行体用翼によって構成されているため、翼幅方向に対する翼形を保持したまま翼舷方向に対して高分解能の連続的な自在変形することが可能になる。
【００１７】
上記目的を達成するための第１３の発明では、少なくとも１つの異方性を有する強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性を長軸に一致させて成形された複数の長軸物と前記複数の長軸物の隙間に充填される弾性部材とを具備し前記長軸物が翼の翼幅方向に対し平行または略平行にして配向されている可撓翼に対し、前記可撓翼に外力を作用させることによって前記可撓翼を翼舷方向に対して可変自在に変形させることを特徴とする。
上記第１３の発明の翼の形状制御方法では、上記第１の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００１８】
上記目的を達成するための第１４の発明では、少なくとも１つの異方性を有する第１強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が波方向に対し直交または略直交するように波状に成形された翼内板と、少なくとも１つの異方性を有する第２強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記翼内板の最大異方性と等しくされた翼外板とを具備し前記翼内板が波方向を翼の翼舷方向に対し平行または略平行にして配向されている可撓翼に対し、前記可撓翼に外力を作用させることよって前記可撓翼を翼舷方向に対して可変自在に変形させることを特徴とする。
上記第１４の発明の翼の形状制御方法では、上記第２の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００１９】
第１５の発明では、前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に配設されて収縮性を有する少なくとも１つの圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第１５の発明の翼の形状制御方法では、上記第３の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２０】
第１６の発明では、前記各圧力チューブを翼幅方向に対し平行に且つ翼舷方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第１６の発明の翼の形状制御方法では、上記第４の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２１】
第１７の発明では、前記各圧力チューブを翼幅方向に対し離散して又は連続密にして前記可撓翼の外面もしくは内面の一の面または両面に弛緩なく配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第１７の発明の翼の形状制御方法では、上記第５の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２２】
第１８の発明では、前記各圧力チューブを外径において全同等か又は少なくとも１つが異なるようにして前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第１８の発明の翼の形状制御方法では、上記第６の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２３】
第１９の発明では、前記各圧力チューブを剛性において全同等か又は少なくとも１つが異なるようにして前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第１９の発明の翼の形状制御方法では、上記第７の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２４】
第２０の発明では、前記可撓翼の外面に配設されている圧力チューブを少なくとも１つの異方性を有する第３強化材から成り且つ前記異方性の中で最大異方性が前記長軸物の最大異方性と等しくされた滑らかな面を有する薄板フェアリングによって被覆することとした。
上記第２０の発明の翼の形状制御方法では、上記第８の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２５】
第２１の発明では、前記各圧力チューブを前記翼内板内面の山谷部もしくは山頂部または前記翼外板内側であって前記翼内板外面の山谷部に配設して前記各圧力チューブの内圧を個別的に加圧または減圧することによって前記可撓翼に応力を発生させて翼舷方向に対して可変自在に変形させることとした。
上記第２１の発明の翼の形状制御方法では、上記第９の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２６】
第２２の発明では、前記翼内板内面の山頂部に配設されている圧力チューブを少なくとも２つの翼内板内面の山頂部により弛緩なく固定することとした。
上記第２２の発明の翼の形状制御方法では、上記第１０の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【００２７】
第２３の発明では、前記強化材、前記第１強化材、前記第２強化材および前記第３強化材の少なくとも１つを繊維強化材とした。
上記第２３の発明の翼の形状制御方法では、上記第１１の発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の飛行体用翼によれば、従来のインフレータブル翼の問題点であった翼幅方向に対する高い耐荷能力および翼舷方向に対する高い可撓性ならびに高い可変自在性の並立を同時に達成することができるようになる。特に、翼舷方向への自在な曲げ変形や、翼幅方向への自在な捻れ変形など多彩な変形を可能にし、その結果、飛行性能や飛行特性が大幅に向上するようになる。さらに、収縮性を有する圧力チューブは荷重を受け持つ翼構造としての機能ではなく、翼の形状を変形させるアクチュエータとして機能しているため、可変翼としてのロバスト性も向上する。そして、飛行体用翼には多数の圧力チューブが配設されているため、一部分にき裂等の不具合が発生した場合であっても他の圧力チューブで好適に代用することが可能であるため、アクチュエータとしてのロバスト性も向上する。また、航空機のフラップや舵面など、比較的飛行荷重のかからない場所に本発明の飛行体用翼を使用することにより、駆動システムの簡略化、駆動源の騒音低減、効率的な飛行性能変化などが可能になり、航空機の環境性や快適性に大きく貢献することが可能と考えられる。
また、本発明の翼の形状制御方法によれば、本発明の飛行体用翼を好適に形状制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明の飛行体用翼の実施例１にかかるインフレータブル可変翼１００を示す要部断面斜視図である。
このインフレータブル可変翼１００は、強化材である炭素繊維強化プラスチック材（以下、「ＣＦＲＰ」という。）で軸方向に異方性を有するように成形された長軸物である複数のＣＦＲＰロッド１と、そのＣＦＲＰロッド１の隙間に充填される弾性部材２とから成る上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌと、後述するように可撓翼１０Ｕ,１０Ｌを曲げ変形または捻れ変形させる翼変形手段を構成する圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌとを具備して構成されている。
【００３１】
ＣＦＲＰロッド１は軸方向を翼幅方向に一致させて配向されている。従って、上記インフレータブル可変翼１００は翼幅方向に対して高い剛性を有する一方、翼舷方向に対しては弾性部材２の弾性作用により高い可撓性を有する。このように、インフレータブル可変翼１００は、従来相反する関係にあった翼幅方向に対する高い翼形保持能力と翼舷方向に対する高い可撓性の両立を達成するものである。さらに、後述するように圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの圧力を加圧または減圧するという簡易な制御方法を適用することにより、インフレータブル可変翼１００は翼舷方向に対する自在な曲げ変形あるいは捻れ変形をすることが可能になり、航空機の飛行性能および飛行特性を向上させることができる。
【００３２】
図２は、翼変形手段の構成例を示す説明図である。
ここでは、上可撓翼１０Ｕを曲げ変形または捻れ変形させる翼変形手段について説明する。この翼変形手段は、上可撓翼１０Ｕの翼内面において円筒形状に変形することができる気密性を有する圧力チューブ２０Ｕと、圧力を調整する調圧弁２１と、高圧ガスが充填される気蓄器２２と、圧力チューブ２０Ｕの内圧を減圧するベント弁２３とを有している。その圧力チューブ２０の材質は、例えばシリコンゴム、ポリエステル等である。そして、気蓄器２２には例えばヘリウム、窒素又は空気等が充填されている。このように、調圧弁２１およびベント弁２３によって圧力チューブ２０Ｕの内圧は自由に調整し得ることとなる。なお、下可撓翼１０Ｌを曲げ変形または捻れ変形させる翼変形手段についても同一の構成となる。
【００３３】
なお、図示の都合上、１つの圧力チューブ２０Ｕが表されているが、実際は翼舷方向に沿って複数の圧力チューブ２０Ｕが配設されている。このように、多数の圧力チューブ２０Ｕで構成することにより、何個かの圧力チューブ２０Ｕにき裂等が生じる場合に、１つあたりのシステムに与える影響度が小さくなる。また、他の圧力チューブで代用することで、不具合に対する影響を少なくすることができ、ロバスト性および冗長性を有するようになる。
【００３４】
さらに、各圧力チューブ２０Ｕは、調圧弁２１、気蓄器２２およびベント弁２３を有しているので、個別に加圧または減圧される。従って、後述するように、選択された一部分の圧力チューブ２０が種々の圧力によって加圧あるいは減圧されたりすることによってインフレータブル可変翼１００は翼舷方向に対して可変自在な曲げ変形または捻れ変形が可能となる。
【００３５】
図３は、圧力チューブ２０Ｕの接着状態および内圧負荷時の動作を示す説明図である。なお、図３の（ａ）は接着状態を示し、図３の（ｂ）は内圧負荷時の動作を示す。
図３の（ａ）にて示されるように、圧力チューブ２０Ｕは内圧がかからないように（大気圧とつり合う状態で）上可撓翼１０Ｕの内面１０Ｓに沿ってたるみのないように接着剤Ｓによって取り付けられている。接着剤は、例えばエポキシ等である。なお、下可撓翼１０Ｌ（図示せず）の内面に対しても同様な方法で圧力チューブ２０Ｌ（図示せず）が取り付けられている。
【００３６】
図３の（ｂ）にて示されるように、圧力チューブ２０Ｕにガスが供給され内圧が上昇すると、圧力チューブ２０Ｕは円形に近づこうと膨張するが、上部は接着剤Ｓで固着されているので、圧力チューブ２０Ｕは可撓翼１０Ｕに曲げモーメントを作用し円形に近づこうとする。その結果、可撓翼１０Ｕにはそのモーメントに抗する応力が発生する。可撓翼１０Ｕは翼幅方向に対して高い剛性を有するので、剛性の低い翼舷方向に対し変形することによりその応力を緩和するようになる。そして、可撓翼１０Ｕは圧力チューブ２０Ｕを中心にして図示の方向に変形するようになる。このように、圧力チューブ２０Ｕを加圧することにより、あたかも可撓翼１０Ｕがヒンジ等のベント機構を備えているが如く曲げ変形することが可能となる。また、その曲げ変形量は圧力チューブ２０Ｕの内圧に比例する。なお、当然のことではあるが、圧力チューブ２０Ｕを減圧すると、可撓翼１０Ｕは図３の（ａ）の状態に戻ることになる。
【００３７】
また、これとは逆に、初期形状時に圧力チューブ２０Ｕに内圧を既に与えておいて、圧力チューブ２０Ｕの内圧を減圧することにより可撓翼１０Ｕを変化させることも可能である。
【００３８】
従来のインフレータブル可変翼では、圧力チューブにて翼の荷重を受け持つ構造となっていた為、翼幅方向に対して翼形保持能力を保持したまま翼舷方向に対して可撓性を持たせることは殆ど不可能であった。あるいは、圧力チューブは荷重を受け持つ構造ではない場合であっても、翼の基本構造において翼幅方向に対する剛性および翼舷方向に対する可撓性の両立が不十分なために、自由度の高い翼の自在変形は殆ど不可能であった。しかしながら、上記インフレータブル可変翼１００は、翼の基本構造である可撓翼１０Ｕ,１０Ｌが翼幅方向に対する高い翼形保持能力と翼舷方向に対する高い可撓性を有しているために、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの内圧を加圧または減圧することにより、あたかも可撓翼１０Ｕ,１０Ｌがヒンジ等のベント機構を備えているが如く自在に変形することが可能となる。
【００３９】
一般的に、インフレータブル可変翼１００の変形は、圧力チューブ２０の内圧、材質の厚み、外径、弾性率ならびに可撓翼１０Ｕ,１０Ｌの厚みや弾性率に依存しているため、これらの因子を適切に設計ないし制御することにより目的の形状に変形することが可能となる。
【００４０】
図４は、圧力チューブ２０Ｕが翼舷方向に沿って連続密にして配設されたインフレータブル可変翼２００を示す要部断面図である。なお、図示の都合上、上可撓翼１０Ｕのみを示している。
このインフレータブル可変翼２００は、インフレータブル可変翼１００では圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌが翼舷方向に離散して可撓翼１０Ｕ,１０Ｌの内面に配設されているのに対し、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌが翼舷方向に連続密にして可撓翼１０Ｕ,１０Ｌの内面に配設されている。
【００４１】
図４の（ａ）は、圧力チューブ２０Ｕに圧力が付与されていない状態を示している。この状態では、圧力チューブ２０Ｕは上可撓翼１０Ｕに何も作用せず、従って、上可撓翼１０Ｕは変形しない。
図４の（ｂ）は、全ての圧力チューブ２０Ｕに等しい圧力が付与された状態を示し、上可撓翼１０Ｕの全面が付与された圧力に応じて変形する。このように、全ての圧力チューブ２０Ｕに等しい圧力が付与されることによって曲率が一定になる曲げ変形が可能となる。また、内圧の大きさが大きくなるに従って上可撓翼１０Ｕの曲率は小さくなる一方、内圧の大きさが小さくなるに従って上可撓翼１０Ｕの曲率は大きくなる。
図４の（ｃ）は、選択された圧力チューブ２０Ｕのみに圧力が付与された状態を示している。このように、選択された圧力チューブ２０Ｕのみに圧力が付与されることによって、部分的に曲率を異ならせての変形が可能になる。
【００４２】
このように、上記インフレータブル可変翼２００では、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌが可撓翼１０Ｕ,１０Ｌに連続密にして配設されているので、従来のフラップのようにヒンジ点による変形だけでなく、可撓翼１０Ｕ,１０Ｌのあらゆる点においてヒンジ等のベント機構を備えているが如く自在に曲げ変形または捻れ変形することが可能となる。
【００４３】
また、局所的に曲げ変形を制御したい場合は、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの外径を小さくして配設すれば良く、更に各圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの外径を色々と変えることにより、より自在な曲げ変形または捻れ変形制御が可能となる。
【００４４】
また、上記インフレータブル可変翼２００では、何個かの圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌがき裂発生などにより不具合を起こした場合に、１つあたりの全体のシステムに与える影響度が小さくなる。また、選択した圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌのみを使用している場合、内圧を付与する圧力チューブを切り換えることで、不具合に対する影響を少なくすることができ、ロバスト性および冗長性を有するシステムとなる。さらに、多数の圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌを用いても配管等の煩雑さはなく、簡易なシステムで駆動可能である。
【００４５】
図５は、圧力チューブ２０Ｕが翼幅方向に沿って離散して配設されたインフレータブル可変翼３００を示す要部斜視図である。なお、図示の都合上、上可撓翼１０Ｕのみを示している。
このインフレータブル可変翼３００は、インフレータブル可変翼１００,２００では圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌ（図示せず）が翼幅方向に沿って連続一体となって可撓翼１０Ｕ,１０Ｌ（図示せず）の内面に配設されているのに対し、軸方向に分割された多数の圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌ（図示せず）が翼幅方向に沿って離散して可撓翼１０Ｕ,１０Ｌ（図示せず）の内面に配設されている。
【００４６】
このように、多数の圧力チューブ２０Ｕが翼幅方向に離散して上可撓翼１０Ｕの内面に配設され、各圧力チューブ２０Ｕに圧力が付与されると、圧力チューブが円形に変形しようとすることに起因して上可撓翼１０Ｕに曲げモーメントを作用し、上可撓翼１０Ｕにはその曲げモーメントに抗する応力が発生するが、可撓翼１０Ｕは翼幅方向に対し高い剛性を有するため、翼舷方向に対して変形することによりその応力を緩和する。その結果、上可撓翼１０Ｕは翼舷方向に対してねじり変形するようになる。また、異なる圧力が各圧力チューブ２０Ｕに付与されることにより、あるいは各圧力チューブ２０Ｕの剛性を変えることにより、局所的から全体的にわたる可変自在な捻り変形をすることができるようになる。
【００４７】
図６は、実施例１に係るインフレータブル可変翼１００のフラップ１１０への適用例を示す要部断面説明図である。
このフラップ１１０は、インフレータブル可変翼１００によって構成されている。従って、各圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの内圧を制御することにより、翼舷方向に対する自在な曲げ変形が可能となる。
図６の（ａ）は、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌに圧力が付与されていない状態を示している。この状態では、各圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌは上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌに何も作用せず、従って、フラップ１１０は中立の状態を維持する。
図６の（ｂ）は、圧力チューブ２０Ｌに圧力が付与された状態を示し、フラップ１１０は付与された圧力に応じて上方に変形する。
図６の（ｃ）は、圧力チューブ２０Ｕに圧力が付与された状態を示し、フラップ１１０は付与された圧力に応じて下方に変形する。
【００４８】
このように、初期状態において圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌを減圧しておいて、圧力チューブ２０Ｌを加圧することにより、フラップ１１０は上方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０Ｕを加圧することにより、フラップ１１０は下方に変形することができる。
【００４９】
また、初期状態において圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌを加圧しておいて、圧力チューブ２０Ｌを減圧することにより、フラップ１１０は下方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０Ｕを減圧することにより、フラップ１１０は上方に変形することができる。
【００５０】
一般的に、フラップ１１０の変形は、圧力チューブ２０Ｕ,２０Ｌの内圧、材質の厚み、外径、弾性率ならびに上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌ等の厚みや弾性率に依存しているため、これらの因子を適切に設計ないし制御することにより目的の形状に変形することが可能となる。
【００５１】
また、上記フラップ１１０は、インフレータブル可変翼１００に代えてインフレータブル可変翼２００またはインフレータブル可変翼３００を用いて構成しても良い。インフレータブル可変翼２００の場合は、フラップは翼舷方向に対するより自在な曲げ変形をすることができるようになる。他方、インフレータブル可変翼３００の場合は、フラップは翼舷方向に対する曲げ変形に加え捻り変形をすることができるようになる。
【実施例２】
【００５２】
図７は、本発明の飛行体用翼の実施例２に係るインフレータブル可変翼４００を示す要部断面説明図である。
このインフレータブル可変翼４００は、強化材であるＣＦＲＰで軸方向に異方性を有するように成形された長軸物である複数のＣＦＲＰロッド１と、そのＣＦＲＰロッド１の隙間に充填される弾性部材２とから成る上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌと、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌを翼舷方向に対して変形させる翼変形手段としての圧力チューブ２０と、圧力チューブ２０を被覆する薄板フェアリング３０とを具備して構成されている。なお、圧力チューブ２０は、上可撓翼１０の外面に配設されている圧力チューブ２０ＯＵと、同内面に配設されている圧力チューブ２０ＩＵと、下可撓翼１０の外面に配設されている圧力チューブ２０ＯＬと、同内面に配設されている圧力チューブ２０ＩＬとから構成される。
【００５３】
実施例１のインフレータブル可変翼１００,２００,３００では、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの各内面に圧力チューブ２０が配設されているが、上記インフレータブル可変翼４００では、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの各両面において圧力チューブ２０が配設されている。そして、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの各外面に配設された圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＯＬが上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの外面を流れる空気流に対して抵抗とならないように、これらの圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＯＬは表面の滑らかな薄板フェアリング３０によって被覆されている。なお、薄板フェアリング３０は、ＣＦＲＰロッド１と異方性を同じくして例えば強化材のＣＦＲＰで成形されている。
【００５４】
上記インフレータブル可変翼４００では、圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＯＬ,２０ＩＬによって上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌが制御されるので、形状制御性に優れると共に、また、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌに作用する曲げモーメントをこれら多数の圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＯＬ,２０ＩＬが受け持つために、各圧力チューブの負荷は軽減され、更にき裂等の不具合が発生した場合には他の圧力チューブが不足した曲げモーメントを好適に補うことができロバスト性がさらに向上するようになる。
【００５５】
図８は、実施例２に係るインフレータブル可変翼４００のフラップ４１０への適用例を示す要部断面説明図である。
このフラップ４１０は、インフレータブル可変翼４００によって構成されている。従って、各圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＯＬ，２０ＩＬの内圧を制御することにより、自在な曲げ変形が可能となる。
【００５６】
図８の（ａ）は、各圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＯＬ，２０ＩＬに圧力が付与された状態を示している。この場合、上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌは各圧力チューブから各々曲げモーメントを受けることになるが、各曲げモーメントは打ち消し合い見かけ上フラップ４１０は曲げモーメントを受けていない。従って、フラップ４１０は中立の状態を保つている。
【００５７】
図８の（ｂ）は、上可撓翼１０Ｕの内面に配設されている圧力チューブ２０ＩＵおよび下可撓翼１０Ｌの外面に配設されている圧力チューブ２０ＯＬの内圧が減圧された状態を示している。この場合、上可撓翼１０Ｕは圧力チューブ２０ＯＵからの曲げモーメントを受けると共に下可撓翼１０Ｌは圧力チューブ２０ＩＬからの曲げモーメントを受ける。従って、フラップ４１０は付与された圧力に応じて上方に変形する。また、曲げモーメントの大きさは実施例１のフラップ１１０の約２倍であるから、上方への変形量は実施例１のフラップ１１０に比較して大きくなる。
【００５８】
図８の（ｃ）は、上可撓翼１０Ｕの外面に配設されている圧力チューブ２０ＯＵおよび下可撓翼１０Ｌの内面に配設されている圧力チューブ２０ＩＬの内圧が減圧された状態を示している。この場合、上可撓翼１０Ｕは圧力チューブ２０ＩＵからの曲げモーメントを受けると共に下可撓翼１０Ｌは圧力チューブ２０ＯＬからの曲げモーメントを受ける。従って、フラップ４１０は付与された圧力に応じて下方に変形する。また、曲げモーメントの大きさは実施例１のフラップ１１０の約２倍であるから、下方への変形量は実施例１のフラップ１１０に比較して大きくなる。
【００５９】
このように、初期状態において圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＩＬ,２０ＯＬを加圧しておいて、圧力チューブ２０ＩＵおよび圧力チューブ２０ＯＬを減圧することにより、フラップ４１０は上方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＯＵおよび圧力チューブ２０ＩＬを減圧することにより、フラップ４１０は下方に変形することができる。
【００６０】
また、初期状態において圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＩＬ,２０ＯＬを減圧しておいて、圧力チューブ２０ＩＵおよび圧力チューブ２０ＯＬを加圧することにより、フラップ４１０は下方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＯＵおよび圧力チューブ２０ＩＬを加圧することにより、フラップ４１０は上方に変形することができる。
【００６１】
一般的に、フラップ４１０の変形は、圧力チューブ２０ＯＵ,２０ＩＵ,２０ＩＬ,２０ＯＬの内圧、材質の厚み、外径、弾性率ならびに上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌ等の厚みや弾性率に依存しているため、これらの因子を適切に設計ないし制御することにより目的の形状に変形することが可能となる。
【実施例３】
【００６２】
上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌは、図９にて示す翼複合材５０で成形しても良い。
この翼複合材５０は、ＣＦＲＰで軸方向に異方性を有するように成形されたＣＦＲＰロッド１と、該ＣＦＲＰロッド１の隙間に充填される弾性部材２と、該ＣＦＲＰロッド１を固縛する編み糸３とを具備して構成されている。なお、弾性部材２は、例えばシリコンゴムであり、編み糸３は、例えばアラミド繊維を撚った糸である。
【００６３】
ＣＦＲＰロッド１は編み糸３ですだれ状に編み上げ固縛されているので、ＣＦＲＰロッド１と弾性部材２との剥離が好適に防止されて上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの断裂強度が向上する。
【実施例４】
【００６４】
上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌは、図１０にて示す翼複合材５１で成形しても良い。  
この翼複合材５１は、ＣＦＲＰで軸方向に異方性を有するように成形されたＣＦＲＰロッド１と、該ＣＦＲＰロッド１の隙間に充填される弾性部材２と、該ＣＦＲＰロッド１をすだれ状に固縛する編み糸３と、該編み糸３を結合する編み止め糸４とを具備して構成されている。なお、弾性部材２は、例えばシリコンゴムであり、編み糸３は、例えば炭素繊維を撚った糸であり、編み止め糸４は、例えばアラミド繊維を撚った糸である。
【００６５】
ＣＦＲＰロッド１は編み糸３ですだれ状に編み上げ固縛され且つＣＦＲＰロッド１は複数層を形成しながら層間は編み止め糸４によって結合されているので、ＣＦＲＰロッド１と弾性部材２との剥離が好適に防止されて上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの断裂強度がより向上する。
【実施例５】
【００６６】
上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌは、図１１にて示す翼複合材５２で成形しても良い。
この翼複合材５２は、ＣＦＲＰで成形されたＣＦＲＰロッド１と、該ＣＦＲＰロッド１の隙間に充填される弾性部材２と、該ＣＦＲＰロッド１と共にインターロック３次元織物を形成するインターロック糸５とを具備して構成されている。なお、弾性部材２は、例えばシリコンゴムであり、インターロック糸５は、例えば炭素繊維の糸である。
【００６７】
ＣＦＲＰロッド１とインターロック糸５はインターロック３次元織物状に編み上げ固縛されているので、ＣＦＲＰロッド１と弾性部材２との剥離を好適に防止する。これにより、翼舷方向に対する高い可撓性と翼幅方向に対する高い翼型維持能力に加え高い断裂強度性を有するようになる。
【実施例６】
【００６８】
図１２は、本発明の実施例６に係るインフレータブル可変翼５００を示す要部断面説明図である。
このインフレータブル可変翼５００は、最大異方性が波方向に対し直交するように、強化材であるＣＦＲＰで波状に成形されて翼内板としたＣＦＲＰ上波板１Ｕと同平板に成形されて翼外板としたＣＦＲＰ上薄板２Ｕとから成る上可撓翼１１Ｕと、同波状に成形されて翼内板としたＣＦＲＰ下波板１Ｌと同平板に成形されて翼外板としたＣＦＲＰ上薄板２Ｌとから成る下可撓翼１１Ｌと、上可撓翼１１Ｕおよび下可撓翼１１Ｌを翼舷方向に対して変形させる翼変形手段としての圧力チューブ２０とを具備して構成されている。なお、圧力チューブ２０は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの内面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＵと、同山頂部に配設されている圧力チューブ２０ＰＵと、ＣＦＲＰ下波板１Ｌの内面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＬと、同山頂部に配設されている圧力チューブ２０ＰＬとから構成される。
【００６９】
実施例１から５のインフレータブル可変翼１００,２００,３００,４００では、軸方向に異方性を有するように成形されたＣＦＲＰロッド１の隙間に弾性部材が充填された複合材にて上可撓翼１０Ｕおよび下可撓翼１０Ｌの翼構造が形成されているのに対して、上記インフレータブル可変翼５００では、波方向に対し直交する向きに異方性を有するようにＣＦＲＰで成形された、いわゆるコルゲート材であるＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌにて上可撓翼１１Ｕおよび下可撓翼１１Ｌの翼構造が形成されている。そして、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌが外面を流れる空気流に対して抵抗とならないように、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌの外面は表面の滑らかなＣＦＲＰ上薄板２ＵおよびＣＦＲＰ下薄板２Ｌによって被覆されている。
【００７０】
なお、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌは波方向に対し直交する向きを翼幅方向に一致させて配向されている。従って、上記インフレータブル可変翼５００は翼幅方向に対して高い剛性を有する一方、翼舷方向に対しては高い可撓性を有する。このように、インフレータブル可変翼５００は、従来相反する関係にあった翼幅方向に対する高い翼形保持能力と翼舷方向に対する高い可撓性の両立を達成するものである。
【００７１】
上記インフレータブル可変翼５００では、圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＰＵ,２０ＶＬ,２０ＰＬによって上可撓翼１１Ｕおよび下可撓翼１１Ｌが制御されるので、形状制御性に優れると共に、また、上可撓翼１１Ｕおよび下可撓翼１１Ｌに作用する曲げモーメントをこれら多数の圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＰＵ,２０ＶＬ,２０ＰＬが受け持つために、各圧力チューブの負荷が軽減され、更にき裂等の不具合が発生した場合には他の圧力チューブが不足した曲げモーメントを好適に補うことができロバスト性がさらに向上するようになる。
【００７２】
図１３は、実施例６に係るインフレータブル可変翼５００の形状制御例を示す部分断面図である。なお、図示の都合上、上可撓翼１１Ｕのみを示している。
図１３の（ａ）は、各圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＰＵに圧力が付与されていない状態を示している。この場合、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは各圧力チューブから曲げモーメントを受けていないので、中立の状態を保つている。
図１３の（ｂ）は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの山頂部に配設されている圧力チューブ２０ＰＵが加圧されて体積が膨張した状態を示している。この場合、圧力チューブ２０ＰＵは円形になろうとしＣＦＲＰ上波板１Ｕに対して曲げモーメントを作用する。ところで、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは翼舷方向に対して高い可撓性を有するので、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは圧力チューブ２０ＰＵに付与された圧力に応じて下方に変形する。
図１３の（ｃ）は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＵが加圧されて体積が膨張した状態を示している。この場合、圧力チューブ２０ＶＵは円形になろうとしＣＦＲＰ上波板１Ｕを翼舷方向に対して拡げようとする。ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは翼舷方向に対して高い可撓性を有するので、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは圧力チューブ２０ＶＵに付与された圧力に応じて上方に変形する。
【００７３】
このように、初期状態において圧力チューブ２０ＶＵおよび圧力チューブ２０ＰＵを減圧しておいて、圧力チューブ２０ＶＵを加圧することにより、インフレータブル可変翼５００は上方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＰＵを加圧することにより、インフレータブル可変翼５００は下方に変形することができる。
【００７４】
また、初期状態において圧力チューブ２０ＶＵおよび圧力チューブ２０ＰＵを加圧しておいて、圧力チューブ２０ＶＵを減圧することにより、インフレータブル可変翼５００は下方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＰＵを減圧することにより、インフレータブル可変翼５００は上方に変形することができる。
【００７５】
一般的に、インフレータブル可変翼５００の変形は、圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＰＵ等の内圧、材質の厚み、外径、弾性率ならびにＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌ等の厚みや弾性率に依存しているため、これらの因子を適切に設計ないし制御することにより目的の形状に変形することが可能となる。
【実施例７】
【００７６】
図１４は、実施例７に係るインフレータブル可変翼６００を示す要部断面図である。
このインフレータブル可変翼６００は、最大異方性が波方向に対し直交するように、強化材であるＣＦＲＰで波状に成形されて翼内板としてのＣＦＲＰ上波板１Ｕと同平板に成形されて翼外板としてのＣＦＲＰ上薄板２Ｕとから成る上可撓翼１１Ｕと、同波状に成形されて翼内板としてのＣＦＲＰ下波板１Ｌと同平板に成形され翼外板としてのＣＦＲＰ上薄板２Ｌとから成る下可撓翼１１Ｌ（図示せず）と、上可撓翼１１Ｕおよび下可撓翼１１Ｌを翼舷方向に対して変形させる翼変形手段としての圧力チューブ２０とを具備して構成されている。なお、圧力チューブ２０は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの内面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＵと、同外面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＯＵと、ＣＦＲＰ下波板１Ｌの内面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＬ（図示せず）と、同外面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＯＬ（図示せず）とから構成される。
【００７７】
図１４の（ａ）は、各圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＶＯＵに圧力が付与されていない状態を示している。この場合、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは各圧力チューブから何も作用を受けていないので、中立の状態を保っている。
一方、図１４の（ｂ）は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの外面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＯＵが加圧されて体積が膨張した状態を示している。この場合、圧力チューブ２０ＶＯＵは円形になろうとしＣＦＲＰ上波板１Ｕを翼舷方向に対して拡げようとする。ところで、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは翼舷方向に対して高い可撓性を有するので、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは圧力チューブ２０ＶＯＵに付与された圧力に応じて下方に変形する。
それに対して、図１４の（ｃ）は、ＣＦＲＰ上波板１Ｕの内面の山谷部に配設されている圧力チューブ２０ＶＵが加圧されて体積が膨張した状態を示している。この場合、圧力チューブ２０ＶＵは円形になろうとしＣＦＲＰ上波板１Ｕを翼舷方向に対して拡げようとする。ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは翼舷方向に対して高い可撓性を有するので、ＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ上薄板２Ｕは圧力チューブ２０ＶＵに付与された圧力に応じて上方に変形する。
【００７８】
このように、初期状態において圧力チューブ２０ＶＵおよび圧力チューブ２０ＶＯＵを減圧しておいて、圧力チューブ２０ＶＯＵを加圧することにより、インフレータブル可変翼５００は下方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＶＵを加圧することにより、インフレータブル可変翼６００は上方に変形することができる。
【００７９】
また、初期状態において圧力チューブ２０ＶＵおよび圧力チューブ２０ＶＯＵを加圧しておいて、圧力チューブ２０ＶＯＵを減圧することにより、インフレータブル可変翼５００は上方に変形し、あるいは、圧力チューブ２０ＶＵを減圧することにより、インフレータブル可変翼６００は下方に変形することができる。
【００８０】
一般的に、インフレータブル可変翼６００の変形は、圧力チューブ２０ＶＵ,２０ＶＯＵ等の内圧、材質の厚み、外径、弾性率ならびにＣＦＲＰ上波板１ＵおよびＣＦＲＰ下波板１Ｌ等の厚みや弾性率に依存しているため、これらの因子を適切に設計ないし制御することにより目的の形状に変形することが可能となる。
【実施例８】
【００８１】
上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌは、図１５に示す翼複合材５３で成形しても良い。
この翼複合材５３は、ＣＦＲＰで波状に成形されたＣＦＲＰ波板６と、表面の凹部に充填され平滑面を形成する弾性部材２とを具備して構成されている。弾性部材２は、例えばシリコンゴムである。また、ＣＦＲＰ波板６の異方性の向きは翼の翼幅方向に対し平行になっている。
【００８２】
ＣＦＲＰ波板６および弾性部材２の弾性作用によって翼舷方向に対する可撓性は向上すると共に圧縮強度も向上する。特に、圧縮強度が大きいため上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌの可動範囲が大きくなる。
【実施例９】
【００８３】
上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌは、図１６に示す翼複合材５４で成形しても良い。
この翼複合材５４は、ＣＦＲＰで波状に成形されたＣＦＲＰ波板６と、表面および裏面の凹部に空洞を形成しながら平滑面を形成する弾性部材２とを具備して構成されている。弾性部材２は、例えば合成ゴムである。また、ＣＦＲＰ波板６の異方性の向きは翼の翼幅方向に対し平行になっている。
【００８４】
ＣＦＲＰ波板６と弾性部材２の弾性作用および内包する空気の圧縮性によって翼舷方向に対する可撓性は向上すると共に圧縮強度も向上する。特に、圧縮強度が大きいため、上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌの可動範囲が大きくなる。
【実施例１０】
【００８５】
上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌは、図１７に示す翼複合材５５で成形しても良い。
この翼複合材５５は、ＣＦＲＰで波状に成形されたＣＦＲＰ波板６と、表面および裏面の凹部に配設されるＣＦＲＰロッド１と、表面の凹部に充填される弾性部材２とを具備して構成されている。弾性部材２は、例えばシリコンゴムである。また、ＣＦＲＰ波板６およびＣＦＲＰロッド１の異方性の向きは翼の翼幅方向に対し平行になっている。
【００８６】
ＣＦＲＰ波板６および弾性部材２の弾性作用によって翼舷方向に対する可撓性は向上する。
【実施例１１】
【００８７】
上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌは、図１８に示す翼複合材５６で成形しても良い。
この翼複合材５６は、ＣＦＲＰで波状に成形されたＣＦＲＰ波板６と、表面および裏面の凹部に配設されているＣＦＲＰロッド１と、表面および裏面の凹部に空洞を形成すると共に平滑面を形成する弾性部材２とを具備して構成されている。弾性部材２は、例えば合成ゴムである。また、ＣＦＲＰ波板６およびＣＦＲＰロッド１の異方性の向きは翼の翼幅方向に対し平行になっている。
【００８８】
ＣＦＲＰ波板６と弾性部材８の弾性作用および内包する空気の圧縮性によって翼舷方向に対する可撓性はより向上する共に圧縮強度も向上する。
【実施例１２】
【００８９】
上可撓翼１１Ｕおよび上可撓翼１１Ｌは、図１９に示す翼複合材５７で成形しても良い。
この翼複合材５７は、ＣＦＲＰで波状に成形されたＣＦＲＰ波板６と、ＣＦＲＰ波板６の表面および裏面の凹部に配設されるＣＦＲＰロッド１と、表面の平滑面を形成するＣＦＲＰ薄板７とを具備して構成されている。
【００９０】
ＣＦＲＰ波板６、ＣＦＲＰロッド１およびＣＦＲＰ薄板７の異方性の向きは翼の翼幅方向に対し平行になっているため翼幅方向に対する剛性はより向上する。また、ＣＦＲＰ波板の弾性作用によって翼舷方向に対する可撓性は向上すると共に圧縮強度も向上する。
【００９１】
上記インフレータブル可変翼１００,２００,３００,４００,５００,６００によれば、従来のインフレータブル翼の問題点であった翼幅方向に対する高い耐荷能力および翼舷方向に対する高い可撓性ならびに高い可変自在性の並立を同時に達成することができるようになる。特に、翼舷方向への自在な曲げ変形や、翼幅方向への自在な捻れ変形など多彩な変形を可能にし、その結果、飛行性能や飛行特性が大幅に向上するようになる。さらに、収縮性を有する圧力チューブは荷重を受け持つ翼構造としての機能ではなく、翼の形状を変形させるアクチュエータとして機能しているため、可変翼としてのロバスト性も向上する。そして、インフレータブル可変翼１００,２００,３００,４００,５００,６００には多数の圧力チューブが配設されているため、一部分にき裂等の不具合が発生した場合であっても他の圧力チューブで好適に代用することが可能であるため、アクチュエータとしてのロバスト性および冗長性も向上する。また、航空機のフラップや舵面など、比較的飛行荷重のかからない場所に上記インフレータブル可変翼１００,２００,３００,４００,５００,６００を使用することにより、駆動システムの簡略化、駆動源の騒音低減、効率的な飛行性能変化などが可能になり、航空機の環境性や快適性に大きく貢献することが可能と考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明の飛行体用翼は、航空機の主翼または尾翼の一部分、例えばフラップや舵面などの可変翼構造に好適に適用することができ、加えて、エンジンのインレット翼や船のスクリュー、風車などの飛行体以外の翼に対しても好適に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の飛行体用翼の実施例１にかかるインフレータブル可変翼を示す要部断面斜視図である。
【図２】翼変形手段の構成例を示す説明図である。
【図３】圧力チューブの接着状態および内圧負荷時の動作を示す説明図である。
【図４】圧力チューブが翼舷方向に沿って連続密にして配設されたインフレータブル可変翼を示す要部断面図である。
【図５】圧力チューブが翼幅方向に沿って離散して配設されたインフレータブル可変翼を示す要部斜視図である。
【図６】実施例１に係るインフレータブル可変翼のフラップへの適用例を示す要部断面説明図である。
【図７】本発明の飛行体用翼の実施例２に係るインフレータブル可変翼を示す要部断面説明図である。
【図８】実施例２に係るインフレータブル可変翼のフラップへの適用例を示す要部断面説明図である。
【図９】実施例３に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１０】実施例４に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１１】実施例５に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るインフレータブル可変翼を示す要部断面説明図である。
【図１３】実施例６に係るインフレータブル可変翼の形状制御例を示す部分断面図である。
【図１４】実施例７に係るインフレータブル可変翼を示す要部断面図である。
【図１５】実施例８に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１６】実施例９に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１７】実施例１０に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１８】実施例１１に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【図１９】実施例１２に係る翼複合材を示す要部断面斜視図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ＣＦＲＰロッド
２  弾性部材
３  編み糸
４  編み止め糸
５  インターロック糸
１００，２００，３００，４００，５００，６００  インフレータブル可変翼
【図１】
2006248456.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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