(57)【要約】航空機制御システムは、エアフレーム、第１のエアフォイル４０、及び、第２のエアフォイル５０を含む。第１のエアフォイル４０の少なくとも一部は、制御可能な態様で偏向可能であり、ロール操縦中に、第１のエアフォイル４０が、増加した揚力及びそれに伴う増加した抗力を生成するようにし、第２のエアフォイル５０が、負の揚力及びそれに伴う増加した抗力を生成するようにし、当該増加した揚力と減少した揚力は、ロールモーメントを生成し、前記第２のエアフォイルの増加した抗力は、前記第１のエアフォイル４０の増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消すヨーモーメントを生成し、航空機に実質的なヨーモーメントの変化を生じさせないようにする。下に向く翼の抗力は、実際に負の揚力を生成する点まで偏向させるような下向きの力を付与する減少した面積を有することによって、上に向く翼の抗力を打ち消すことができる。
2004538212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアフレームと、
エアフレームの第１の側面に結合され、少なくとも一部が航空機のロール操縦を容易化するために制御可能な態様で偏向可能である第１のエアフォイルと、
エアフレームの第２の側面に結合され、少なくとも一部が航空機のロール操縦を容易化するために制御可能な態様で偏向可能である第２のエアフォイルとを含み、
第１のエアフォイルの偏向可能な部位は、第１のエアフォイルの少なくとも一部に対して、増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、第２のエアフォイルの偏向可能な部位は、少なくとも一のロール操縦中に第２のエアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力は、航空機のロールを引き起こすロールモーメントを生成し、第２のエアフォイルの増加した抗力は、第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消して、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようなヨーモーメントを生成する、航空機制御システム。
【請求項２】
第１のエアフォイルの増加した揚力は、ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないように、第２のエアフォイルの減少した揚力と略釣り合う、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項３】
ロール操縦は、航空機のピッチモーメントを実質的に変化させない、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項４】
第１のエアフォイルは、エルロンと前記エルロンより外側にヒンジ式に搭載されたエアフォイルとを有する第１の翼を構成し、
第２のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第２の翼を構成する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項５】
ロール操縦は、第１の翼のエルロンの中心に対して、第２の翼の回転可能に搭載されたエアフォイルの圧力中心を水平に位置合わせすることによって、航空機のピッチモーメントが実質的に変化するのが防止される、請求項４記載の航空機制御システム。
【請求項６】
第２のエアフォイルの偏向可能部位は、航空機が低いロールレートを有するロール操縦を実行しているとき、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するために繰り返し偏向可能であり、前記繰り返しの偏向は、前記ロール操縦に対する第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項７】
第２のエアフォイルは、第１のエアフォイルの大きさの略半分である、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項８】
第２のエアフォイルは、第１のエアフォイルよりも外側に位置する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項９】
第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの偏向可能部位は、ロール操縦を実現するために同時に偏向する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項１０】
第１のエアフォイルは、第１の偏向可能部位より外側に搭載される第２の偏向可能部位を含み、
第２のエアフォイルは、第１の偏向可能部位より内側に搭載される第２の偏向可能部位を含む、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項１１】
第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位及び第１の偏向可能部位は、航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントを生成するように、同時に反対方向に偏向される、請求項１０記載の航空機制御システム。
【請求項１２】
前記第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位及び第１の偏向可能部位の偏向は、航空機のピッチモーメント及び正味の揚力を実質的に変化させない、請求項１１記載の航空機制御システム。
【請求項１３】
第１のエアフォイルの第１及び第２の偏向可能部位、及び、第２のエアフォイルの第１及び第２の偏向可能部位は、航空機の抗力がヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせること無く増加されるように、偏向可能である、請求項１０記載の航空機制御システム。
【請求項１４】
第１のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第２のエアフォイルの第２の偏向可能部位は、一の方向に、第２のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位は、他の方向に同時に偏向可能であり、ヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせること無く航空機の抗力を増加させる、請求項１３記載の航空機制御システム。
【請求項１５】
ロール操縦を容易化するため、第１のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させ、該エアフォイルの少なくとも一部に対して、増加した揚力及びその結果として増加した抗力を生成し、
ロール操縦を容易化するため、第２のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させ、該エアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力及びその結果として増加した抗力を生成することを含み、
前記第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力は、航空機をロールさせるロールモーメントを生成し、前記第２のエアフォイルの増加した抗力は、前記第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消すヨーモーメントを生成して、ロール操縦が、航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようにする、航空機制御方法。
【請求項１６】
前記第１のエアフォイルの増加した揚力は、ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないように、第２のエアフォイルの減少した揚力と略釣り合う、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１７】
ロール操縦は、航空機のピッチモーメントを実質的に変化させない、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１８】
第１のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第１の翼を構成し、
第２のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第２の翼を構成する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１９】
ロール操縦は、第１の翼のエルロンの中心に対して、第２の翼の回転可能に搭載されたエアフォイルの圧力中心を水平に位置合わせすることによって、航空機のピッチモーメントが実質的に変化するのが防止される、請求項１８記載の航空機制御方法。
【請求項２０】
航空機が低いロールレートを有するロール操縦を実行しているとき、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するように第２のエアフォイルの偏向可能部位を繰り返し偏向させることを更に含み、前記繰り返しの偏向は、前記ロール操縦に対する第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２１】
第２のエアフォイルは、第１のエアフォイルの大きさの略半分である、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２２】
第２のエアフォイルは、第１のエアフォイルよりも外側に位置する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２３】
第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの偏向可能部位は、同時に偏向されて前記ロール操縦が実現される、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２４】
航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントを生成するため、第１のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位を同時に反対方向に偏向させることを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２５】
前記第２の偏向可能部位及び第１の偏向可能部位の偏向は、航空機のピッチモーメント及び正味の揚力を実質的に変化させない、請求項２４記載の航空機制御方法。
【請求項２６】
第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位を偏向させ、
第２のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの第２の偏向可能部位を偏向させることを更に含み、
ヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせること無く航空機の抗力を増加させるようにした、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２７】
第１の翼及び第２の翼を含むエアフレームと、
第１の翼にヒンジ式に結合され、その偏向が航空機のロール操縦を容易化する第１のエルロンと、
第１の翼に第１のエルロンよりも外側で回転可能に結合され、その偏向が航空機のロール操縦を容易化する第１のエアフォイルと、
第２の翼に回転可能に結合され、その偏向が航空機のロール操縦を容易化する第２のエルロンと、
第２の翼に第２のエルロンよりも外側で回転可能に結合され、その偏向が航空機のロール操縦を容易化する第２のエアフォイルとを含み、
航空機を第１の方向にロールさせるため、第１のエルロンは、第１の翼の少なくとも一部に対して増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、第２のエアフォイルは、第２のエアフォイルに対して負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、
航空機を第２の方向にロールさせるため、第２のエルロンは、第２の翼の少なくとも一部に対して増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、第１のエアフォイルは、第１のエアフォイルに対して負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するために偏向可能であり、
前記第１のエアフォイル及び第２のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントは、夫々、前記第１の翼及び第２の翼の増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消して、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようにする、航空機制御システム。
【請求項２８】
前記第１のエアフォイルの増加した揚力は、ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないように、第２のエアフォイルの減少した揚力と略釣り合う、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項２９】
ロール操縦は、航空機のピッチモーメントを実質的に変化させない、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３０】
ロール操縦は、第１のエルロンの中心に対して、第２のエアフォイルの揚力の中心を水平に略位置合わせし、第２のエルロンの中心に対して、第１のエアフォイルの揚力の中心を水平に略位置合わせすることによって、航空機のピッチモーメントが実質的に変化するのが防止される、請求項２９記載の航空機制御システム。
【請求項３１】
第１のエアフォイルは、航空機が低いロールレートを有する前記第２の方向へのロール操縦を実行しているとき、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するために繰り返し偏向可能であり、前記繰り返しの偏向は、前記ロール操縦に対する第２の翼に対して第２のエルロンの偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成する、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３２】
第１のエアフォイルは、第２の翼の大きさの略半分である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３３】
第１のエルロン及び第１のエアフォイルは、同時に反対方向に偏向することができ、航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントを生成する、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３４】
第１のエルロン及び第１のエアフォイルの偏向は、ピッチモーメント若しくは正味の揚力を実質的に変化させない、請求項３３記載の航空機制御システム。
【請求項３５】
第１のエルロン、第２のエルロン、第１のエアフォイル及び第２のエアフォイルは、航空機の抗力が、ロールモーメント、ヨーモーメント、ピッチモーメント及び正味の揚力を実質的に変化させること無く増加されるように、偏向されることができる、請求項２７記載の航空機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［発明の技術分野］
本発明は、一般的には、航空機の分野に係り、より具体的には、航空機を制御するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
航空機は、一般的に、飛行中の操縦を実行するために偏向可能な多様な制御表面（コントロールサーフェス）を有する。図１は、典型的なコントロールサーフェスを有する航空機８を示す。航空機８は、エアフレーム１０、第１の翼１３、第２の翼１６及びラダー（垂直尾）１９を含む。第１の翼１３に移動可能に結合されるのは、フラップ１４及びエルロン１５であり、第２の翼１６に移動可能に結合されるのは、フラップ１７及びエルロン１８である。フラップ１４，１７は、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６の後縁から延在し、航空機８に対して揚力を増大させ、これにより、航空機８を上昇させることができる。一方、エルロン１５，１８は、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６に回転可能に結合され、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６の後縁に対して回転されることができ、揚力を増減する。航空機８の中心線１１からの距離により、エルロン１５若しくはエルロン１８の回転により生成される増減される揚力は、中心線１１まわりに航空機８を容易に回転させること、即ちロール操縦することができる。例えば、エルロン１５を下方向に回転させることは、揚力を増加させ、エルロン１８を上方向に回転させることは、揚力を減少させ、これらは共に、航空機８を矢印１２の方向にロールさせる。一般に、エルロン１５，１８は、反対方向であるが同時に若しくは独立的に回転されることができ、航空機８をいずれかの方向にロールさせる。尚、エルロン１５，１８は、向きを変えるとき、特にコーディネイテッド・ターン（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  Ｔｕｒｎ）時に使用されうる。更に、ラダー１９は、航空機８を左若しくは右に向きを変化させる、即ちヨー方向の操縦のために偏向されることができる。しかし、ラダー１９は、以下で示す如く、ロール操縦中にも使用されうる。
【０００３】
図２は、各々、エルロン１５，１８の偏向に基づく第１及び第２の翼１３，１６に対する抗力係数と揚力係数との間の関係を示す図である。尚、抗力係数及び揚力係数は、表面の面積及び速度に係数を乗算することによって実際の揚力や抗力に変換される。航空機８が飛行レベルであるとき、エルロン１５，１８は、点１５Ｕ，１８Ｕにより示すように、第１及び第２の翼１３，１６が、各々、略同等の揚力及び抗力係数を有するように、設定され、航空機８がロール及びローモーメントでバランスを取ることを可能とする。しかしながら、航空機８がロール操縦を実行するとき、第１及び第２の翼１３，１６に対する抗力係数及び揚力係数は、各々、エルロン１５，１８の偏向に起因して変化する。例えば、航空機８は、図１の矢印方向１２にロールすることになるとき、エルロン１５は下方に偏向し、点１５ＤＤにより示すように、揚力係数を増加させ、抗力係数を結果として増大させ、エルロン１８は上方に偏向し、点１５ＤＤにより示すように、揚力係数を減少させ、抗力係数を結果として減少させる。エルロン１５の偏向により生成される増大した揚力、及び、エルロン１８の偏向の結果として生成される減少した揚力により、航空機８は矢印方向１２にロールさせられる。しかし、エルロン１５の偏向の結果として生成される増大した抗力、及び、エルロン１８の偏向の結果として生成される減少した抗力は、“逆ヨー（アドバース・ヨー）”と称される、第１の翼１３の方向に、即ちロールから離れる方向に航空機８をヨーさせるモーメントを発生する。
【０００４】
典型的には、逆ヨーモーメントは、問題でない、というのは、航空機は、差動ドラッグフラップのラダーのような、コントロールサーフェスを有し、誘起されたヨーモーメントを補償するからである。航空機８のラダー１９は、例えば、誘起されたヨーモーメントを補償するために偏向されてよい。しかし、かかるコントロールサーフェスを有さない航空機では、若しくは、ラダーの断面の問題に起因してコントロールサーフェスを使用するのが好ましくない航空機では、ロール中における、逆ヨーモーメント若しくはその逆の、即ちプロバース（ｐｒｏｖｅｒｓｅ）ヨーモーメントを補償することはより困難となる。
【０００５】
［発明の概要］
本発明は、従来開発の航空機のコントロールサーフェスに関連した欠点や問題点の少なくとも幾つかを実質的に低減し若しくは無くすシステム及び方法を提供する。従って、ある実施例では、本発明は、ラダーや差動ドラッグフラップを使用することなく、航空機の少なくともある一定のロール操縦中にヨーモーメントを補償するシステム及び方法を提供する。
【０００６】
特定の実施例では、本発明によるシステムは、エアフレーム、第１のエアフォイル、及び、第２のエアフォイルを含む。第１のエアフォイルは、エアフレームの第１の側面に結合され、第２のエアフォイルは、エアフレームの第２の側面に結合され、第１のエアフォイルの少なくとも一部、及び、第２のエアフォイルの少なくとも一部が、航空機のロール操縦を容易化するために制御可能な態様で偏向可能である。第１のエアフォイルの偏向可能部位は、第１のエアフォイルの少なくとも一部に対して、揚力を増加させ、結果として抗力を増加させるために偏向可能であり、第２のエアフォイルの偏向可能部位は、少なくとも一のロール操縦中に第２のエアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力を生成し、結果として抗力を増加させるために偏向可能であり、第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力は、航空機のロールを引き起こし、第２のエアフォイルの増加した抗力は、第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消して、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようなヨーモーメントを生成する。
【０００７】
他の実施例では、本発明による方法は、第１のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させ、エアフォイルの少なくとも一部に対して、増加した揚力、結果として、抗力の増加を生成して、ロール操縦を容易化し、第２のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させ、エアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力、結果として、抗力の増加を生成して、ロール操縦を容易化する。第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力は、航空機のロールを引き起こすロールモーメントを生成し、第２のエアフォイルの増加した抗力は、第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消して、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようなヨーモーメントを生成する。
【０００８】
本発明は、幾つかの技術的な特徴及び効果を有する。例えば、特定の実施例では、本発明は、航空機のヨーモーメントを実質的に変化させること無く航空機がロール操縦を実行することを可能とし、これにより、航空機は、実質的な逆ヨー無しにロール操縦を実行することが可能となる。この能力は、特に、設計の強調が低ラダー断面にある航空機でコーディネイテッド・ターンを実行するときに有用である、というのは、逆ヨーを補償するための差動ドラッグフラップ若しくはラダーの使用はラダー断面を増加するからである。その他の例として、ある実施例では、本発明によれば、航空機は、正味の揚力に実質的な変化を生ずることなくロール操縦を実行することができ、これにより、操縦中に航空機が姿勢を失うのが防止される。更なる例として、幾つかの実施例では、本発明によれば、航空機は、航空機のピッチモーメントを実質的に変化させること無く、ロール操縦を実行することができ、これにより、操縦中に航空機の縦方向の向きが変わるのが防止される。更なる例として、ある実施例では、本発明によれば、航空機は、ロールモーメントを実質的に変化させること無く、ヨーモーメントを生成することができる。これにより、パイロットは、横風の場合でも滑走路に航空機を合わせることができる。更に、これにより、ラダーパネルを用いてヨーを制御するのに慣れたパイロットにより親近感を与えうる。更に、特定の実施例では、ヨー操縦は、航空機のピッチモーメント若しくは正味揚力を実質的に変化させること無く実行されてもよい。尚、幾つかの実施例は、これらの技術的な特徴及び効果及び／又は更なる技術的な特徴及び効果の全て若しくは幾つかを備えているか又は全く備えていない場合もある。
【０００９】
特定の実施例では、航空機は、後方に傾斜する翼を有する。これらの実施例の幾つかでは、本発明による方法及びシステムは、第１のエアフォイルの少なくとも一部に対して増加した揚力及びその結果として増加した抗力を生成するために第１のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させ、第２のエアフォイルの少なくとも一部に対して負の揚力及びその結果として増加した抗力を生成するために第２のエアフォイルの少なくとも一部を偏向させる能力を有し、揚力の前後方向の間隔は、少なくとも一のロール操縦中に対応している。これらの力をアラインすることによって、航空機は、ロール操縦中にピッチのバランスが取られ、コーディネイテッド・ターンを依然として実行することができ、この際、第１のエアフォイルにより生成される増加した揚力及び第２のエアフォイルにより生成される負の揚力は、ロールモーメントを生成する一方、第１のエアフォイルの増加した抗力により生成される増加したヨーモーメントは、第２のエアフォイルの増加した抗力により生成される増加したヨーモーメントにより打ち消される。
【００１０】
本発明の他の技術的な効果は、添付図面、次の説明、添付の請求の範囲から当業者にとって明らかになるだろう。
【００１１】
［発明の詳細な説明］
本発明のより完全な理解や、更なる技術的特徴や効果の説明のため、図面が参照される。
【００１２】
図３は、本発明による航空機２０の一実施例の上面図である。航空機２０は、エアフレーム３０、第１のエアフォイル４０、及び、第２のエアフォイル５０を含む。第１のエアフォイル４０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位４２と第２の偏向可能な部位４４を含み、これら偏向可能部位は、エルロン、フラップ、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、増加及び／又は減少した揚力及び抗力を生成するために制御できる他の如何なる種のエアフォイル部位であってよく、第１のエアフォイル４０に回転可能に取り付けられる。第２のエアフォイル５０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位５２と第２の偏向可能な部位５４を含み、これら偏向可能部位は、エルロン、フラップ、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、増加及び／又は減少した揚力及び抗力を生成するために制御できる他の如何なる種のエアフォイル部位であってよく、第２のエアフォイル５０に回転可能に取り付けられる。第１の偏向可能な部位４２と第２の偏向可能な部位４４の偏向、及び、第１の偏向可能な部位５２と第２の偏向可能な部位５４の偏向は、航空機２０の反対側で増加及び／又は減少した揚力を発生し、これにより、ロール操縦、即ち、航空機２０を中心線２２まわりに回転させることができる。
【００１３】
図３に示すように、第１の偏向可能な部位４２と第２の偏向可能な部位４４は、第１のエアフォイル４０にヒンジ式に結合されたエルロンである。更に、第１の偏向可能な部位５２と第２の偏向可能な部位５４は、第２のエアフォイル５０にヒンジ式に結合されたエルロンである。エルロンを反対方向に回転させることで、航空機２０の一方側に増加した揚力を生成し、航空機２０の反対側に減少した揚力を生成し、これにより、航空機２０をロールさせることができる。
【００１４】
しかし、航空機２０は、ラダーを有していないので、ロール操縦中の大きなヨーモーメントに耐えられない。尚、この問題の解決策として、第２の偏向可能部位４４，５４は、５０％のオーダーで、第１の偏向可能部位４２，５２よりも小さい。一般に、第２の偏向可能部位４４，５４のような、外側の偏向可能部位は、第１の偏向可能部位４２，５２のような内側の偏向可能部位の大きさの２０％から８０％の間であるべきである。従って、一の方向に航空機２０をロールさせるため、第１の偏向可能部位４２を後縁下向きに偏向させ、第２の偏向可能部位５４を後縁上向きに偏向させる場合、若しくは、他の方向に航空機２０をロールさせるため、第１の偏向可能部位５２を後縁下向きに偏向させ、第２の偏向可能部位４４を後縁上向きに偏向させる場合、第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０の関連部位に対して同等の力を生成するため、外側の偏向可能部位は、内側の偏向可能部位よりも大きく偏向されなければならない。実際には、外側の偏向可能部位の上向きの偏向は、負の揚力支配に入るほど非常に大きくてよい。この事実は、航空機２０のロール操縦により生成されるヨーモーメントを緩和するために使用することができる。
【００１５】
図４は、偏向可能部位が矢印３２の方向に航空機２０をロールさせる偏向状態にある航空機２０の正面図である。理解できるように、第１のエアフォイル４０の第２の偏向可能部位４４は、後縁が上向きに偏向され、第２のエアフォイル５０の第１の偏向可能部位５２は、後縁が下向きに偏向されている。特定の実施例では、第１の偏向可能部位５２は、後縁を下向きにしか偏向することができず、第２の偏向可能部位４４は、後縁を上向きにしか偏向することができない。第２の偏向可能部位４４の上向きの偏向は、減少した揚力を生成し、第１の偏向可能部位５２の下向きの偏向は、増加した揚力を生成する。この減少した揚力及び増加した揚力は、航空機２０を矢印３２方向にロールさせる。しかし、第２の偏向可能部位４４は、第１の偏向可能部位５２よりも小さいので、第１のエアフォイル４０の関連部位に対して、ある程度同等の対向力の増分を生成するために、第２の偏向可能部位４４は、第１の偏向可能部位５２よりも大きく偏向しなければならない。第２の偏向可能部位４４の増加した偏向は、第１のエアフォイル４０の関連部位を負の揚力へと移動させ、ロール操縦中にヨーモーメントのバランスのための機会を提供する。
【００１６】
図５は、航空機３０の第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０のような本発明による航空機のエアフォイルに対して、抗力係数と揚力係数との間の関係を示すプロット図である。第２の偏向可能部位４４及び第１の偏向可能部位５２が偏向されていないとき、第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０は、各々、点４４Ｕ，５２Ｕで示すように、略同等の抗力及び揚力係数を有する。しかし、図４に示すような、第１の偏向可能部位５２の下向き偏向は、点５２ＤＤで示すように、第２のエアフォイル５０の関連部位に対して、揚力係数の増加及び結果として抗力係数の増加を引き起こす。この抗力係数の増加は、航空機２０を左に、即ち第２のエアフォイル５０の方向にヨー（横揺れ）させようとする。しかし、この場合、第２の偏向可能部位４４は、点４４ＤＵで示すように、負の揚力及び結果として増加した抗力が、第１のエアフォイル４０の関連部位に対して生成される点まで上向きに偏向されている。特定の実施例では、第２の偏向可能部位４４は、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するため約１０度上向きに偏向し、第１の偏向可能部位は、増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するため約５度下向きに偏向するだろう。第２の偏向可能部位４４の偏向により生成される増加した抗力により、第１のエアフォイル４０の方向に航空機２０をヨーさせようとするヨーモーメントが生成される。従って、第１の偏向可能部位５２の偏向により生成される増加した抗力及び第２の偏向可能部位４４の偏向により生成される増加した抗力を、それらのモーメントアームの相違を考慮しつつ、適切に釣り合わせることによって、航空機２０のロール操縦によりヨーモーメントに実質的な変化が生じないようなヨーモーメントのバランス（釣り合い）が達成できる。
【００１７】
尚、残留の横滑りは、特定の揚力係数で特定のロールコマンドに対してゼロパーセント近くであればよい。したがって、航空機の設計時、この点がステルス性操作の必要とされるロールレート操縦若しくはその近くになるように選択することが好ましく、ラダー若しくはドラッグフラップの使用を制限し若しくは無くす。ロールレートと揚力の如何なる組み合せも妥協を表すだろう。小さすぎるロールコマンドは、不十分な補償、即ち逆ヨーをもたらし、大きすぎるロールコマンドは、過度の補償、即ちプロバースヨーをもたらすだろう。共に望ましくないが、双方は、本発明無しの航空機の逆ヨーよりも小さいだろう。
【００１８】
更に、第２の偏向可能部位４４を適切な大きさにすることによって、第２の偏向可能部位４４の上向き偏向により生成される、減少した揚力、即ち減少した正の揚力＋負の揚力は、第１の偏向可能部位５２の下向きの偏向により生成される増加した揚力と釣り合うようにされてよい。従って、航空機２０は、例えば約２％より少ない変化のような、実質的に正味の揚力に変化をもたらすこと無く、ロール操縦を実行することができる。尚、第１の偏向可能部位５２により生成される増加した揚力は、第２の偏向可能部位４４の偏向により生成される減少した揚力と釣り合わされてよいが、第１の偏向可能部位５２により生成されるロールモーメントは、第２の偏向可能部位４４のより長いモーメントアームに起因して、第２の偏向可能部位４４により生成されるロールモーメントとは同一でないだろう。しかし、この非対称ロールモーメントは、アームフレーム３０がそれに耐えられるほど十分に強度がある限り、航空機２０の性能に影響を及ぼさない。
【００１９】
航空機の設計段階中、第１の偏向可能部位５２よりもどれだけ第２の偏向可能部位４４を小さくするかの決定は、以下のように実行されてよい。特定の設計速度に対して、第１の偏向可能部位５２の最大の偏向により生成される第２のエアフォイル５０に対する揚力増分が先ず決定されるべきである。この際、第２の偏向可能部位４４に対する偏向角度は、第２の偏向可能部位４４に関連する第１のエアフォイル４０の部位が、揚力の減少量に等しい揚力、即ち少ない揚力プラス負の揚力を生成するように、調整されるべきである。次に、第１の偏向可能部位５２の偏向に起因して増加した抗力により生成される増加したヨーモーメントが、第２の偏向可能部位４４の偏向に起因して増加した抗力により生成される増加したヨーモーメントと比較されるべきである。第１の偏向可能部位５２の偏向に起因した増加したヨーモーメントが大きい場合、第２の偏向可能部位４４は、負の揚力の支配まで十分に至っていない。第２の偏向可能部位４４は、その偏向が同一量の揚力を生成するために負の揚力の支配に更に進むように、面積が小さくされるべきである。このプロセスは繰り返されてよい。尚、第１の偏向可能部位４２及び第２の偏向可能部位５４も、同様に大きさが決定されるだろう。他の設計シナリオも当業者にとって容易に提案されるだろう。
【００２０】
エアフレーム３０は、桁、ストラット、リブ、中実断面、中空断面、バルクヘッド、表皮及び／又は他の適切な構造要素により構成されてよい。更に、エアフレーム３０は、スチール、アルミニウム、チタニウム、複合材料、及び／又は他の適切な材料により生成されてよい。第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０は、桁、ストラット、リブ、中実断面、中空断面、バルクヘッド、表皮及び／又は他の適切な構造要素により構成されてよい。更に、第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０は、スチール、アルミニウム、チタニウム、複合材料、及び／又は他の適切な材料により生成されてよい。尚、特定の実施例において、エアフレーム３０は、第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０の一部であってもよい。更に、当業者に知られているあらゆる種のアクチュエータが、第１の偏向可能部位４２、第２の偏向可能部位４４、第１の偏向可能部位５２、第２の偏向可能部位５４を駆動するために使用されてよい。
【００２１】
図６は、航空機２０のような本発明による航空機の少なくとも幾つかの実施例に対するヨーモーメントとロールモーメントとの間の関係を示すプロット図であり、少なくともこれらの実施例に対して、本発明の効果の幾つかを実証している。図６の実線は、図１の航空機８のような典型的な航空機に対するヨーモーメントとロールモーメントとの間の関係を示し、波線は、航空機２０のような本発明による航空機の少なくとも幾つかの実施例に対するヨーモーメントとロールモーメントとの間の関係を示す。図からわかるように、典型的な航空機に対して、ヨーモーメントは、生成されているロールモーメントが最小のときに最小となるが、逆ヨーモーメントは、ロールモーメントが増加するにつれて指数関数的に増加する。航空機２０に対しては、ヨーモーメントは、また、生成されているロールモーメントが最小のときに最小である。また、典型的な航空機と同様、中間レベルのロールモーメントで、中間レベルの逆ヨーモーメントが生成される。この逆ヨーモーメントは、第２の偏向可能部位４４のような、より小さい偏向可能部位が、これらのヨーモーメントに対して依然として正の揚力支配若しくは非常に低い負の揚力支配であることを理由に、発生する。しかしながら、典型的な航空機とは対照的に、航空機２０に対する逆ヨーモーメントは、減少し始め、実際に、ロールモーメントが更に増加した際にゼロとなる。ゼロになった後、ロールモーメントが増加し続けた際、ヨーモーメントは、プロバース、即ちロールになる。
【００２２】
従って、図６は、広範のロールモーメントに対して、本発明による少なくとも幾つかの航空機により生成されるヨーモーメントは、典型的な航空機により生成されるヨーモーメントに略等しいか若しくはそれよりも小さい。従って、低から中間レベルのヨーモーメントに耐えることができる航空機に対して、図６は、ヨーモーメントの優位な性能が、広範なロール操縦に亘って得ることができることを示す。実際に、ヨーモーメントが最もバランスのとれた状態となる操縦は、いくぶん高いロールレートのものである。従って、航空機は、ヨーモーメントが特定の揚力係数に対してゼロか若しくはゼロ付近の時により高いロールレートが発生するように、設計されうる。従って、高いロールレート操縦が実行されるとき、結果として得られるヨーモーメントは、ロールレートが設計ロールレートより小さい場合は逆（アドバース）になり、ロールレートが設計ロールレートより大きい場合はプロバースになるが、何れの場合も、ヨーモーメントは、典型的な航空機のヨーモーメントよりも小さいだろう。従って、この設計を使用することは、航空機の操縦特性を高めることになるだろう。
【００２３】
特定の実施例では、設計点は、航空機のドラッグフラップを開くことが許容されないことを意味するステルス性が必要とされるときの所望のロールレートに対して選択されうる。上述の如く、ロールレートと揚力係数の如何なる他の組み合せも妥協であるだろう。小さすぎるロールコマンドは、ある程度の逆ヨーモーメントをもたらし、大きすぎるロールコマンドは、ある程度のプロバースヨーモーメントをもたらすだろう。共に望ましくないが、双方共に、ロール操縦中に典型的な航空機で生ずる逆ヨーよりはましである。
【００２４】
しかし、ロール操縦中にヨーモーメントが殆ど許容されない航空機に対しては、他の解決策が必要とされうる。一の解決策は、ロール操縦が必要とされる時はいつもヨーモーメントがゼロとなる最大のロールモーメントのみを使用することであるだろう。図７は、解決策を示す。図７は、本発明の一実施例によるロール操縦中における、第１のエアフォイル４０の第２の偏向可能部位４４のようなエアフォイルの偏向可能部位の偏向を示すプロット図である。図からわかるように、偏向可能なエアフォイルは、最初は小さな偏向を有するが、次にディーティーサイクルを用いて、一秒間に数回、エアフォイルを負の揚力支配まで偏向させ、クルーズ姿勢に復帰させる。このジャンプは、穏やかな角度変化に亘って、例えば正の数度から負の数度までであってよい。より大きいロールが指令されるに従って、負の揚力支配での滞留時間は、偏向可能なエアフォイルがそこに留まることができるまで、どんどん長くなる。より大きいロールが指令される場合、偏向可能なエアフォイルは、更に負の揚力支配へと偏向される。図７は、コントロールホイールのゆっくりとした回転（ターニング）、及び、ロール角度が確立した後の急な中立への復帰の結果を示す。第１の偏向可能部位５２のような、対応するより大きな偏向可能部位も類似のシーケンスで偏向されてよい。この“ディーティーサイクル”プロセスは、普通のエルロンには利用可能ではない、というのは、当該サイクルの一部が過度の補償に必要とされるからである。
【００２５】
図８は、本発明によるその他の航空機６０の上面図である。航空機２０と同様、航空機６０は、エアフレーム７０、第１のエアフォイル８０、及び、第２のエアフォイル９０を含む。第１のエアフォイル８０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位８２を含み、第２のエアフォイル９０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位９２を含む。第１の偏向可能な部位８２及び第１の偏向可能な部位９２は、エルロン、フラップ、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、増加及び／又は減少した揚力及び抗力を生成するために制御できる他の如何なる種のエアフォイル部位であってよい。図示のように、第１の偏向可能な部位８２及び第１の偏向可能な部位９２は、夫々、第１のエアフォイル８０及び第２のエアフォイル９０の後縁に対して上向き若しくは下向きに回転できるエルロンである。第１のエアフォイル８０に対して回転可能に結合されるのは、第３のエアフォイル１００であり、第２のエアフォイル９０に対して回転可能に結合されるのは、第４のエアフォイル１１０である。第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０は、可動のスタビライザー、可動の翼端、捩じり適応型翼構造、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、負の揚力及び増加した抗力を生成するように制御可能な如何なる他の種のエアフォイルであってよい。図示のように、第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０は、夫々、そのスパーライン８６，９６まわりに回転する翼部である。第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０を回転させるためのアクチュエータは、当業者に公知である。理解できるように、航空機６０は、図３の航空機２０と同様の構造要素及び材料からなってよく、第１のエアフォイル８０及び第２のエアフォイル９０が後方に傾斜して延びることと、第２の偏向可能部位４４及び第２の偏向可能部位５４が第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０により夫々置換されること以外は、航空機２０と同様である。
【００２６】
図９は、第２のエアフォイル９０の第１の偏向可能部位９２が後縁下向きに偏向された状態にあり、且つ、第３のエアフォイル１００が後縁上向きに偏向された状態にあり、これにより、航空機６０が矢印７２の方向にロールさせられる航空機６０の正面図である。第１の偏向可能部位９２の下向きの偏向は、第２のエアフォイル９０の関連部位に対して増加した揚力を生成し、第３のエアフォイル１００の上向きの偏向は、第１のエアフォイル８０の関連部位に対して負の揚力を生成する。この増加した揚力及び減少した揚力は、航空機６０を矢印７２の方向にロールさせる。しかし、第１の偏向可能部位９２の下方向の偏向は、結果として増加した抗力を生成し、第３のエアフォイル１００の上向きの偏向は、結果として増加した抗力を生成する。第３のエアフォイル１００には、そのより小さな面積が揚力曲線の負の側へと深く入ることを要求するため、抗力の増分が生ずる。第１の偏向可能部位９２の偏向に起因して増加した抗力により生成されるヨーモーメントの増加、及び、第３のエアフォイル１００の偏向に起因して増加した抗力により生成されるヨーモーメントの増加は、相互にバランスが取られて、航空機６０の少なくとも特定のロール操縦が、ヨーモーメントの有意な変化を生成しないようにしてよい。尚、航空機６０は、図６に示すように、航空機２０と類似するヨーモーメント対ロールモーメント特性を有し、従って、ロール中のヨーモーメントを制御する上述の技術のいずれも使用できる。
【００２７】
特定の実施例では、第１の偏向可能部位９２の偏向により生成される増加した揚力は、第３のエアフォイル１００の偏向により生成される減少した揚力、即ち、正の揚力＋負の揚力における減少分に等しくされてよい。従って、航空機６０は、正味の揚力に有意な変化が生ずることなくロール操縦を実施することができる。
【００２８】
しかし、第１のエアフォイル８０及び第２のエアフォイル９０のスイープ（ｓｗｅｅｐ）は、ロール操縦中に更なる問題点、即ち航空機６０のピッチモーメントの生成を誘起する。ピッチモーメントは、ロール操縦中に生成されうる、というのは、第２のエアフォイル９０の増加した揚力は、第３のエアフォイル１００の増加した揚力とは重心の後方に同じ距離離れていないからである。この問題点は、図３の航空機２０にはさほど重要でない、というのは、第１のエアフォイル４０及び第２のエアフォイル５０の偏向可能部位は、重心から同一距離だけ後方に位置するからである。
【００２９】
この問題の航空機６０に対する解決策は、第３のエアフォイル１００の圧力中心を、第１の偏向可能部位９２の中心に合わせて、それらが、重心から同一距離だけ後方に位置するようにする。従って、第１の偏向可能部位９２の偏向により生成される揚力の増分は、第３のエアフォイル１００の偏向により生成される揚力の減分と水平に位置合わせされ、揚力増分及び揚力減分の双方に対して同一のピッチモーメントを生成する。同一のピッチモーメントアームを有することによって、揚力増分及び揚力減分は、ピッチモーメントに有意な変化が生じないように調整することができる。同様に、第４のエアフォイル１１０の圧力中心は、第１のエアフォイル８０の第１の偏向可能部位８２の中心に位置合わせされてよい。
【００３０】
この点までの議論において、第１の偏向可能部位９２及び第４のエアフォイル１１０のような、航空機の同一側のエアフォイルの偏向可能部位は、相互に独立して動作し、即ち一の部位が作動されているときは、他の部位は偏向されない状態であった。これは、常にというわけでない。例えば、同一のエアフォイルの内側の偏向可能部位を下側に、外側の偏向可能部位を上側に偏向させることで、純粋なヨーモーメントが生まれうる。更なる例として、全ての４つの偏向可能部位を一度に作動させることで、空気ブレーキとして機能しうる。
【００３１】
設計段階では、第３のエアフォイル１００のサイズは、第２のエアフォイル９０のサイズ及び構成、及び、航空機６０のフライトレジームに依存する。一般的に、第３のエアフォイル１００は、第１の偏向可能部位９２により作用される第２のエアフォイルの部位のサイズの２０〜８０％の間であるべきである。低姿勢の、高度な操縦アプリケーションでは、全ての空気力学的表面は、抗力対揚力係数曲線上の比較的低い位置に来るだろう。高姿勢及び／又はヘビーリフトアプリケーションでは、全ての空気力学的表面は、抗力対揚力係数曲線上の比較的高い位置に来るだろう。抗力対揚力係数曲線上で低いアプリケーションでは、それ故に、第３のエアフォイル１００は、負の揚力支配に入るために第１の偏向可能部位９２よりも非常に大きく偏向する必要は無く、その結果、第３のエアフォイル１００の面積は、場合によっては６０〜８０％の範囲で、第１の偏向可能部位９２により作用される第２のエアフォイル９０の部位の面積に近づくだろう。限度内で、航空機６０が揚力無しで飛行する場合、第３のエアフォイル１００は、第１の偏向可能部位９２により作用される第２のエアフォイル９０の部位と同一の大きさとなり、偏向ゲインは、略同一となるだろう。しかし、抗力対揚力係数曲線上で高いアプリケーションでは、第３のエアフォイル１００は、対向ヨーモーメントを生成するために負の揚力支配の深くまで偏向されねばならず、結果として、第３のエアフォイル１００の面積は、場合によっては２０〜４０％の範囲で、第１の偏向可能部位９２により作用される第２のエアフォイル９０の部位よりも実質的に小さくなるだろう。第４のエアフォイル１１０も同様に大きさが決定されてよい。
【００３２】
ロール中にヨーモーメントを制御する能力は、ヨーモーメントを単独で制御する方法があるべきことを示唆する。これは、例えば横風で着陸するときに望ましいだろう。ヨーモーメントを制御する一方法は、航空機６０の第１の偏向可能部位８２及び第３のエアフォイル１００のような航空機の同一側のコントロールサーフェスを共に、反対方向に駆動することであるだろう。例えば、第１の偏向可能部位８２を下向きに偏向させることは、第１のエアフォイル８０の関連部位に対して、増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成し、第３のエアフォイル１００を後縁に対して上向きに偏向させることは、第１のエアフォイル８０に対して、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成する。しかし、偏向部位は、航空機６０の左側にあるので、双方により生成される抗力は、第１のエアフォイル８０の方向にヨーモーメントを生成する。適切な設計によって、上述と同様、偏向可能部位の偏向は、ヨー操縦中に正味揚力、ロールモーメント及びピッチモーメントの変化を生成しないようにすることができる。しかし、ゲインは、コントロールサーフェスが航空機をロールさせるために使用されるとき以外は異ならなければならない。これは、制御ソフトウェアをより複雑化するが、確かに追加の偏向可能部位が必要とならない。尚、本発明のある実施例によりロール操縦の実行中に、非対称的なロールモーメントが、ヨーモーメントがバランスの保たれた状態で、各々のエアフォイルにより生成されるが、状況が逆になり、ロールモーメント及びピッチモーメントはバランスを取らなければならず、各々のエアフォイルにより生成されるヨーモーメントは非対称である。また、航空機の一方若しくは双方側での抗力の印加は、端部の前縁が下向きに移動するので、航空機を端部失速に直面させることはない。従って、それらは中立下にある。即ち、先端は、決して上への増分を生成しない。
【００３３】
本発明は、航空機２０及び航空機６０のような、ラダーやドラッグフラップの無い飛行翼航空機に対して言及されているが、本発明は、好ましい使用ではないだろうが、少なくともある程度の回数で、例えば開きフラップを有する既存の飛行翼航空機のような、他のステルス性意識航空機にも適用可能である。更に、本発明は、尾翼航空機やミサイルのような、種々の他の航空機、若しくは、鉛直表面や開きフラップを用いないヨーコントロールを必要とする如何なる他の種の航空機に対しても適用可能である。
【００３４】
本発明の幾つかの実施例が言及されてきたが、本発明への多くの付加、削除、代替及び／又は置換は、添付した請求の範囲から逸脱することなく当業者に容易に示唆されるだろう。それ故に、添付した請求の範囲は、かかる付加、削除、代替及び／又は置換を内包することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】典型的なコントロールサーフェスを有する航空機を示す図である。
【図２】エルロンの偏向に基づく図１の航空機の翼に対する抗力係数と揚力係数の関係を示すプロット図である。
【図３】本発明による航空機の一実施例の上面図である。
【図４】偏向可能部位が航空機に特定方向にロールを生じさせる偏向状態にある図３の航空機の正面図である。
【図５】本発明による航空機のエルロンに対する抗力係数と揚力係数の関係を示すプロット図である。
【図６】本発明による航空機の少なくとも幾つかの実施例に対するヨーモーメントとロールモーメントとの間の関係を示すと共に、本発明の効果の幾つかを実証するプロット図である。
【図７】本発明の一実施例によるロール操縦中のエアフォイルの偏向可能部位の偏向を示すプロット図である。
【図８】本発明による第２の航空機の上面図である。
【図９】偏向可能部位が航空機に特定方向にロールを生じさせる偏向状態にある図８の航空機の正面図である。
【図１】
2004538212.tif 000003
【図２】
2004538212.tif 000004
【図６】
2004538212.tif 000005
【図７】
2004538212.tif 000006
【国際公開パンフレット】
2004538212.tif 000007
2004538212.tif 000008
2004538212.tif 000009
2004538212.tif 000010
2004538212.tif 000011
2004538212.tif 000012
2004538212.tif 000013
2004538212.tif 000014
2004538212.tif 000015
2004538212.tif 000016
2004538212.tif 000017
2004538212.tif 000018
2004538212.tif 000019
2004538212.tif 000020
2004538212.tif 000021
2004538212.tif 000022
2004538212.tif 000023
2004538212.tif 000024
2004538212.tif 000025
2004538212.tif 000026
2004538212.tif 000027
2004538212.tif 000028
2004538212.tif 000029
2004538212.tif 000030
2004538212.tif 000031
2004538212.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月12日(2003.2.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアフレームと、
エアフレームの第１の側面に結合され、少なくとも一部が航空機のロール操縦を容易化するために制御可能な態様で偏向可能である第１のエアフォイルであって、該偏向可能部位が、少なくとも一のロール操縦中に第１のエアフォイルの少なくとも一部に対して、増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するように動作可能である、第１のエアフォイルと、
エアフレームの第２の側面に結合され、少なくとも一部が航空機のロール操縦を容易化するために制御可能な態様で偏向可能である第２のエアフォイルであって、該偏向可能部位が、少なくとも一のロール操縦中に第２のエアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するように動作可能である、第２のエアフォイルと、
コンピューター上で実行される制御ソフトウェアであって、第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置及び第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能であり、第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力が、航空機のロールを引き起こすロールモーメントを生成し、第２のエアフォイルの増加した抗力が、第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消すヨーモーメントを生成して、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようにする、制御ソフトウェアと、
各偏向可能部位に接続され、前記決定された偏向位置まで関連の偏向可能部位を偏向させるようにそれぞれ動作可能な一若しくはそれ以上のアクチュエータとを含む、航空機制御システム。
【請求項２】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないような第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置及び第２のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項３】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロール操縦が航空機のピッチモーメントを実質的に変化させないような第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置及び第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項４】
第１のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第１の翼を構成し、
第２のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第２の翼を構成する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項５】
第２の翼の回転可能に搭載されたエアフォイルの圧力中心と第１の翼のエルロンの中心とが、ロール操縦が航空機のピッチモーメントを実質的に変化させることが無いように、水平に位置合わせされる、請求項４記載の航空機制御システム。
【請求項６】
前記制御ソフトウェアは、更に、航空機が低いロールレートを有するロール操縦を実行しているときに第２のエアフォイルの偏向可能部位が負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するように第２のエアフォイルの偏向可能部位に対して偏向位置を繰り返し決定するように動作可能であり、前記制御ソフトウェアは、アクチュエータを指示して前記決定した偏向位置まで偏向可能部位を繰り返し偏向させ、前記繰り返しの偏向が、前記ロール操縦に対する第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成するようにする、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項７】
第２のエアフォイルの偏向可能部位は、第１のエアフォイルの偏向可能部位の大きさの略半分である、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項８】
第２のエアフォイルの偏向可能部位は、第１のエアフォイルの偏向可能部位よりも外側に位置する、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項９】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロール操縦を実現するためにアクチュエータを指示して第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの偏向可能部位を同時に偏向させるように動作可能である、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項１０】
第１のエアフォイルは、第１の偏向可能部位より外側に搭載される第２の偏向可能部位を含み、
第２のエアフォイルは、第１の偏向可能部位より外側に搭載される第２の偏向可能部位を含む、請求項１記載の航空機制御システム。
【請求項１１】
前記制御ソフトウェアは、更に、偏向可能部位が同時に反対方向に偏向された時に該偏向が航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントを生成するような第１のエアフォイルの第１及び第２の偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１０記載の航空機制御システム。
【請求項１２】
前記制御ソフトウェアは、更に、前記偏向が航空機のピッチモーメント及び正味の揚力を実質的に変化させないような第１及び第２の偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１１記載の航空機制御システム。
【請求項１３】
前記制御ソフトウェアは、更に、前記偏向がヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせることなく航空機の抗力を増加させるような第１のエアフォイルの第１及び第２の偏向可能部位の偏向位置及び第２のエアフォイルの第１及び第２の偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１０記載の航空機制御システム。
【請求項１４】
前記制御ソフトウェアは、更に、第１のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第２のエアフォイルの第２の偏向可能部位が一の方向に、第２のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位が他の方向に同時に偏向される時に航空機の抗力がヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせることなく増加するような第１及び第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を決定するように動作可能である、請求項１３記載の航空機制御システム。
【請求項１５】
第１のエアフォイルの少なくとも一の偏向可能部位が、ロール操縦を容易化するため、第１のエアフォイルの少なくとも一部に対して、増加した揚力及びその結果として増加した抗力を生成し、第２のエアフォイルの少なくとも一の偏向可能部位が、ロール操縦を容易化するため、第２のエアフォイルの少なくとも一部に対して、負の揚力及びその結果として増加した抗力を生成し、前記第１のエアフォイルの増加した揚力及び第２のエアフォイルの減少した揚力が、航空機をロールさせるロールモーメントを生成し、前記第２のエアフォイルの増加した抗力が、航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないように、前記第１のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消すヨーモーメントを生成するように、第１及び第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を決定し、
前記決定した偏向位置に第１及び第２のエアフォイルの偏向可能部位を偏向させることを含む、航空機制御方法。
【請求項１６】
ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないような第１及び第２のエアフォイルの偏向位置を決定することを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１７】
ロール操縦が航空機のピッチモーメントを実質的に変化させないような第１及び第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を決定することを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１８】
第１のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第１の翼を構成し、
第２のエアフォイルは、ヒンジ式に搭載されたエルロンと前記エルロンより外側に回転可能に搭載されたエアフォイルとを有する第２の翼を構成する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項１９】
ロール操縦により航空機のピッチモーメントが実質的に変化されるのを防止するため、第１の翼のエルロンの中心に対して、第２の翼の回転可能に搭載されたエアフォイルの圧力中心を水平に位置合わせすることを更に含む、請求項１８記載の航空機制御方法。
【請求項２０】
航空機が低いロールレートを有するロール操縦を実行しているときに負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するような第２のエアフォイルの偏向可能部位の偏向位置を繰り返し決定し、第２のエアフォイルの偏向可能部位を繰り返し偏向させることを含み、前記繰り返しの偏向は、前記ロール操縦に対する第１のエアフォイルの偏向可能部位の偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２１】
第２のエアフォイルの偏向可能部位は、第１のエアフォイルの偏向可能部位の大きさの略半分である、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２２】
第２のエアフォイルの偏向可能部位は、第１のエアフォイルの偏向可能部位よりも外側に位置する、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２３】
前記ロール操縦を実現するため第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの偏向可能部位を同時に偏向させることを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２４】
航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントを生成するため、第１のエアフォイルの第１の偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位の偏向位置を決定し、同時に反対方向に偏向させることを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２５】
航空機のピッチモーメント及び正味の揚力に実質的な変化がないように前記第１の偏向可能部位及び第２の偏向可能部位を偏向させることを更に含む、請求項２４記載の航空機制御方法。
【請求項２６】
ヨーモーメント、ロールモーメント、ピッチモーメント及び正味揚力に実質的な変化を生じさせること無く航空機の抗力を増加させるように、第１のエアフォイルの偏向可能部位及び第１のエアフォイルの第２の偏向可能部位の偏向位置を決定し第２のエアフォイルの偏向可能部位及び第２のエアフォイルの第２の偏向可能部位の偏向位置を決定することを更に含む、請求項１５記載の航空機制御方法。
【請求項２７】
第１の翼及び第２の翼を含むエアフレームと、
第１の翼にヒンジ式に結合され、航空機のロール操縦を容易化するために第１の翼の少なくとも一部に対して増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するように偏向可能な第１のエルロンと、
第１の翼に第１のエルロンよりも外側で回転可能に結合された第１のエアフォイルであって、航空機のロール操縦を容易化するために第１のエアフォイルに対して負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するように偏向可能な第１のエアフォイルと、
第２の翼にヒンジ式に結合され、航空機のロール操縦を容易化するために第２の翼の少なくとも一部に対して増加した揚力及び結果として増加した抗力を生成するように偏向可能な第２のエルロンと、
第２の翼に第２のエルロンよりも外側で回転可能に結合された第２のエアフォイルであって、航空機のロール操縦を容易化するために第２のエアフォイルに対して負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するように偏向可能な第２のエアフォイルとを含み、
第１のエルロン及び第２のエアフォイルは、航空機を第１の方向にロールさせるように動作可能であり、
第２のエルロン及び第１のエアフォイルは、航空機を第２の方向にロールさせるように動作可能であり、
コンピューター上で実行される制御ソフトウェアであって、第１のエアフォイル、第１のエルロン、第２のエアフォイル及び第２のエルロンの偏向位置を決定するように動作可能であり、前記第１及び第２のエアフォイルの増加した抗力により生成されるヨーモーメントが、夫々、第１及び第２の翼の増加した抗力により生成されるヨーモーメントを打ち消し、ロール操縦が航空機のヨーモーメントを実質的に変化させないようにする、制御ソフトウェアと、
第１のエアフォイル、第１のエルロン、第２のエアフォイル及び第２のエルロンの夫々に接続され、前記決定された偏向位置まで第１のエアフォイル、第１のエルロン、第２のエアフォイル及び第２のエルロンを偏向させるように動作可能な一若しくはそれ以上のアクチュエータとを更に含む、航空機制御システム。
【請求項２８】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロール操縦が航空機の正味の揚力を実質的に変化させないような第１のエルロン及び第２のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項２９】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロール操縦が航空機のピッチモーメントを実質的に変化させないような第１のエルロン、第１のエアフォイル、第２のエルロン及び第２のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３０】
第２のエアフォイルの圧力中心と第１のエルロンの中心とが水平に略位置合わせされ、第１のエアフォイルの圧力中心と第２のエルロンの中心とが水平に略位置合わせされて、ロール操縦により航空機のピッチモーメントが実質的に変化するのが防止される、請求項２９記載の航空機制御システム。
【請求項３１】
前記制御ソフトウェアは、更に、航空機が低いロールレートを有する前記第２の方向へのロール操縦を実行しているときに第１のエアフォイルが負の揚力及び結果として増加した抗力を生成するような第１のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能であり、前記制御ソフトウェアは、アクチュエータを指示して第１のエアフォイルを前記決定した位置に繰り返し偏向させて、該繰り返しの偏向が、前記ロール操縦に対する第２の翼に対して第２のエルロンの偏向により生成されるヨーモーメントを打ち消す繰り返しのヨーモーメントを生成するようにする、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３２】
第１のエアフォイルは、第２の翼の大きさの略半分である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３３】
前記制御ソフトウェアは、更に、第１のエルロン及び第１のエアフォイルが同時に反対方向に偏向された時に該偏向により航空機のロールモーメントを実質的に変化させないヨーモーメントが生成されるような第１のエルロン及び第１のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【請求項３４】
前記制御ソフトウェアは、更に、ピッチモーメント若しくは正味の揚力を実質的に変化させないような第１のエルロン及び第１のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項３３記載の航空機制御システム。
【請求項３５】
前記制御ソフトウェアは、更に、ロールモーメント、ヨーモーメント、ピッチモーメント及び正味の揚力を実質的に変化させること無く航空機の抗力を増加するような第１のエルロン、第２のエルロン、第１のエアフォイル及び第２のエアフォイルの偏向位置を決定するように動作可能である、請求項２７記載の航空機制御システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
［発明の背景］
航空機は、一般的に、飛行中の操縦を実行するために偏向可能な多様な制御表面（コントロールサーフェス）を有する。図１は、典型的なコントロールサーフェスを有する航空機８を示す。航空機８は、エアフレーム１０、第１の翼１３、第２の翼１６及びラダー（垂直尾）１９を含む。第１の翼１３に移動可能に結合されるのは、フラップ１４及びエルロン１５であり、第２の翼１６に移動可能に結合されるのは、フラップ１７及びエルロン１８である。フラップ１４，１７は、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６の後縁から延在し、航空機８に対して揚力を増大させ、これにより、航空機８を上昇させることができる。一方、エルロン１５，１８は、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６にヒンジ式に結合され、各々に第１の翼１３及び第２の翼１６の後縁に対して偏向されることができ、揚力を増減する。航空機８の中心線１１からの距離により、エルロン１５若しくはエルロン１８の偏向により生成される増減される揚力は、中心線１１まわりに航空機８を容易に回転させること、即ちロール操縦することができる。例えば、エルロン１５を下方向に偏向させることは、揚力を増加させ、エルロン１８を上方向に偏向させることは、揚力を減少させ、これらは共に、航空機８を矢印１２の方向にロールさせる。一般に、エルロン１５，１８は、反対方向であるが同時に若しくは独立的に偏向されることができ、航空機８をいずれかの方向にロールさせる。尚、エルロン１５，１８は、向きを変えるとき、特にコーディネイテッド・ターン（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ  Ｔｕｒｎ）時に使用されうる。更に、ラダー１９は、航空機８を左若しくは右に向きを変化させる、即ちヨー方向の操縦のために偏向されることができる。しかし、ラダー１９は、以下で示す如く、ロール操縦中にも使用されうる。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
図２は、各々、エルロン１５，１８の偏向に基づく第１及び第２の翼１３，１６に対する抗力係数と揚力係数との間の関係を示す図である。尚、抗力係数及び揚力係数は、表面の面積及び速度の二乗に係数を乗算することによって実際の揚力や抗力に変換される。航空機８が飛行レベルであるとき、エルロン１５，１８は、点１５Ｕ，１８Ｕにより示すように、第１及び第２の翼１３，１６が、各々、略同等の揚力及び抗力係数を有するように、設定され、航空機８がロール及びローモーメントでバランスを取ることを可能とする。しかしながら、航空機８がロール操縦を実行するとき、第１及び第２の翼１３，１６に対する抗力係数及び揚力係数は、各々、エルロン１５，１８の偏向に起因して変化する。例えば、航空機８は、図１の矢印方向１２にロールすることになるとき、エルロン１５は下方に偏向し、点１５ＤＤにより示すように、揚力係数を増加させ、抗力係数を結果として増大させ、エルロン１８は上方に偏向し、点１５ＤＤにより示すように、揚力係数を減少させ、抗力係数を結果として減少させる。エルロン１５の偏向により生成される増大した揚力、及び、エルロン１８の偏向の結果として生成される減少した揚力により、航空機８は矢印方向１２にロールさせられる。しかし、エルロン１５の偏向の結果として生成される増大した抗力、及び、エルロン１８の偏向の結果として生成される減少した抗力は、“逆ヨー（アドバース・ヨー）”と称される、第１の翼１３の方向に、即ちロールから離れる方向に航空機８をヨーさせるモーメントを発生する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
図３に示すように、第１の偏向可能な部位４２と第２の偏向可能な部位４４は、第１のエアフォイル４０にヒンジ式に結合されたエルロンである。更に、第１の偏向可能な部位５２と第２の偏向可能な部位５４は、第２のエアフォイル５０にヒンジ式に結合されたエルロンである。エルロンを反対方向に偏向させることで、航空機２０の一方側に増加した揚力を生成し、航空機２０の反対側に減少した揚力を生成し、これにより、航空機２０をロールさせることができる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
図８は、本発明によるその他の航空機６０の上面図である。航空機２０と同様、航空機６０は、エアフレーム７０、第１のエアフォイル８０、及び、第２のエアフォイル９０を含む。第１のエアフォイル８０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位８２を含み、第２のエアフォイル９０は、翼、スタビライザー、若しくは、制御可能な他の種のエアフォイルであってよく、第１の偏向可能な部位９２を含む。第１の偏向可能な部位８２及び第１の偏向可能な部位９２は、エルロン、フラップ、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、増加及び／又は減少した揚力及び抗力を生成するために制御できる他の如何なる種のエアフォイル部位であってよい。図示のように、第１の偏向可能な部位８２及び第１の偏向可能な部位９２は、夫々、第１のエアフォイル８０及び第２のエアフォイル９０の後縁に対して上向き若しくは下向きに偏向できるエルロンである。第１のエアフォイル８０に対して回転可能に結合されるのは、第３のエアフォイル１００であり、第２のエアフォイル９０に対して回転可能に結合されるのは、第４のエアフォイル１１０である。第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０は、可動のスタビライザー、可動の翼端、捩じり適応型翼構造、コンフォーマル・ワーピング・サーフェス、若しくは、負の揚力及び増加した抗力を生成するように制御可能な如何なる他の種のエアフォイルであってよい。図示のように、第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０は、夫々、そのスパーライン８６，９６まわりに回転する翼部である。第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０を回転させるためのアクチュエータは、当業者に公知である。理解できるように、航空機６０は、図３の航空機２０と同様の構造要素及び材料からなってよく、第１のエアフォイル８０及び第２のエアフォイル９０が後方に傾斜して延びることと、第２の偏向可能部位４４及び第２の偏向可能部位５４が第３のエアフォイル１００及び第４のエアフォイル１１０により夫々置換されること以外は、航空機２０と同様である。




【国際調査報告】
2004538212.tif 000033
2004538212.tif 000034
2004538212.tif 000035