(57)【要約】【課題】高駆動力で、翼形状の保持性が高い動翼を提供すること、操舵のフィードバック制御を可能とすること、操舵機能の冗長性を備えることを課題とする。【解決手段】動翼１０は、翼面を形成する可撓性の外板２１，２２，３１，３２，４１，４２と、外板を支持するとともに基端から先端方向に連なって互いの相対角を可変にして連結された複数の桁構造１３，２３，３３，４３と、隣接する２つの桁構造の連結部に対して翼面側に設けられ、当該２つの桁構造と外板とに囲まれ、当該２つの桁構造の相対角の変化に伴って容積が変化する油室６１，６２，６３，６４，６５，６６と、油室の油圧を変化させることにより前記相対角を変化させる油圧駆動系８１，８２，８３とを備える。各連結部には舵角センサ５２ａ，５２ｂ，５２ｃが設けられる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性材料からなり、翼面を形成する可撓性の外板と、
前記外板を支持するとともに、基端から先端方向に連なって互いの相対角を可変にして連結された複数の桁構造と、
隣接する２つの桁構造の連結部に対して翼面側に設けられ、当該２つの桁構造と前記外板とに囲まれ、当該２つの桁構造の相対角の変化に伴って容積が変化する油室と、
前記油室の油圧を変化させることにより前記相対角を変化させる油圧駆動系と、
を備える動翼。
【請求項２】
前記油室は、隣接する２つの桁構造の連結部に対して相対する両翼面側にそれぞれ設けられた請求項１に記載の動翼。
【請求項３】
前記外板は、前記桁構造のうち一の桁構造に固定され、当該一の桁構造に隣接する他の桁構造に翼面方向にスライド可能に保持された請求項１又は請求項２に記載の動翼。
【請求項４】
隣接する２つの桁構造の連結部に当該２つの桁構造の相対角を検出するセンサが設けられた請求項１、請求項２又は請求項３に記載の動翼。
【請求項５】
前記油圧駆動系は互いに独立した複数が設けられ、異なる前記油圧駆動系は、異なる前記連結部に設けられた前記油室を駆動する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の動翼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、翼面を曲げて翼型を変化させる動翼に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、翼面を曲げて翼型を変化させる動翼、いわゆるモーフィング翼について種々の形態が提案されている。このような動翼は、主翼の前縁部、後縁部等に適用され、主翼本体から滑らかに連続する翼面を保持しながら、翼型を変化させることができる。
特許文献１−６に、翼型を変化させる動翼が記載されている。
特許文献３−６では、動翼内に圧縮空気を送り込む方式が採用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６３−２４８７８号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７３６４６号公報
【特許文献３】実開平１−１５８９６号公報
【特許文献４】特開平２−２８０９８号公報
【特許文献５】特表２００２−５１６２２３号公報
【特許文献６】米国特許第６０１５１１５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モーフィング翼にあっては、理想的な空力形状から逸脱しない翼外板の形成、空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が課題となる。
また、操舵のフィードバック制御を可能とすることや、一部の故障により全操舵機能を失わない冗長性があることが望ましい。
【０００５】
本発明は以上の従来技術における問題に鑑みてなされたものであって、翼面を曲げて翼型を変化させる動翼であって、高駆動力で、翼形状の保持性が高い動翼を提供することを課題とする。また、操舵のフィードバック制御を可能とすること、操舵機能の冗長性を備えることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以上の課題を解決するための請求項１記載の発明は、弾性材料からなり、翼面を形成する可撓性の外板と、
前記外板を支持するとともに、基端から先端方向に連なって互いの相対角を可変にして連結された複数の桁構造と、
隣接する２つの桁構造の連結部に対して翼面側に設けられ、当該２つの桁構造と前記外板とに囲まれ、当該２つの桁構造の相対角の変化に伴って容積が変化する油室と、
前記油室の油圧を変化させることにより前記相対角を変化させる油圧駆動系と、
を備える動翼である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記油室は、隣接する２つの桁構造の連結部に対して相対する両翼面側にそれぞれ設けられた請求項１に記載の動翼である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記外板は、前記桁構造のうち一の桁構造に固定され、当該一の桁構造に隣接する他の桁構造に翼面方向にスライド可能に保持された請求項１又は請求項２に記載の動翼である。
【０００９】
請求項４記載の発明は、隣接する２つの桁構造の連結部に当該２つの桁構造の相対角を検出するセンサが設けられた請求項１、請求項２又は請求項３に記載の動翼である。
【００１０】
請求項５記載の発明は、前記油圧駆動系は互いに独立した複数が設けられ、異なる前記油圧駆動系は、異なる前記連結部に設けられた前記油室を駆動する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載の動翼である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、動翼内に設けられた油室を駆動することにより、この油室の油圧を直接動翼可動機構に作用させることができ、高駆動力で、翼形状の保持性が高い動翼を構成することができる。高駆動力を確保するためにクランクアーム等の突出部分を外面に形成する必要も無く、薄翼化も容易となる。
なお、連結部における相対角を検出して、これに基づき操舵のフィードバック制御が可能となる。
また、複数の桁構造は、基端から先端方向に連なって互いの相対角が駆動されるので、一部の連結部において操舵不能又は操舵不十分になっても操舵可能又は操舵良好な他の連結部で操舵することで、本動翼の全操舵機能をできるだけ損なわないという冗長性を備える。
さらに、互いに独立した複数の油圧駆動系が異なる連結部に設けられた油室をそれぞれ駆動する構成をとることで、一部の油圧駆動系の故障や不具合があっても、他の油圧駆動系で補うことにより、本動翼の全操舵機能をできるだけ損なわないという冗長性を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る動翼の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る動翼の分離斜視図である。
【図３】図１に示すＡ−Ａ線についての断面図である。
【図４】図３に示すＢ部の詳細図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る動翼の簡略図と油圧駆動系の回路図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る動翼の簡略図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る動翼の簡略図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る動翼の簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の一実施形態につき図面を参照して説明する。以下は本発明の一実施形態であって本発明を限定するものではない。
【００１４】
本実施形態の動翼は、本発明の動翼が航空機の固定翼を母翼としてその後縁部に取り付けられた例である。
図１、図２及び図３により示すように本実施形態の動翼１０は、母翼１に連結される可動部２、可動部２に連結される可動部３、可動部３に連結される可動部４を備え、母翼１に基端を置いて３つの可動部２〜４が基端から先端方向に連なる。
【００１５】
桁構造１３は、母翼１の後縁部に配置され、母翼１の上下の外板１１，１２の後縁部を支持する。桁構造１３は、桁部１４と、その両端に結合した側壁部１５，１５と、桁部１４の外面に結合した軸受部１６，１６，・・・とを備える。側壁部１５，１５の後縁部は桁部１４より後方に延出しており、ここに軸受部１６と同軸上に配置された孔部１７が形成されている。
【００１６】
可動部２は、桁構造２３と、外板２１，２２とを備える。外板２１，２２は、弾性材料からなり翼面を形成する可撓性外板である。桁構造２３は上下の外板２１，２２を支持する。桁構造２３は、先端側桁部２４ａ及び基端側桁部２４ｂと、これらの両端に結合した側壁部２５，２５と、先端側桁部２４ａの外面に結合した軸受部２６ａ，２６ａ，・・・と、基端側桁部２４ｂの外面に結合した軸受部２６ｂ，２６ｂ，・・・とを備える。側壁部２５，２５の後縁部は先端側桁部２４ａより後方に延出しており、ここに軸受部２６ａと同軸上に配置された孔部２７ａが形成されている。側壁部２５，２５の前縁部は基端側桁部２４ｂより前方に延出しており、ここに軸受部２６ｂと同軸上に配置された孔部２７ｂが形成されている。
【００１７】
母翼１の軸受部１６，１６の間に、可動部２の軸受部２６ｂが配置され、側壁部１５の後縁部と側壁部２５の前縁部とが摺動可能に重なり、軸受部１６、軸受部２６ｂ、孔部１７及び孔部２７ｂが同一軸上に配置されて、これらの孔にヒンジピン５１が挿通されることで、母翼１に可動部２がヒンジ連結される。ヒンジピン５１は外板２１，２２により形成される翼面に平行で母翼１と可動部２との連結方向に垂直な方向に延在する。
さらに、この隣接する２つの桁構造１３，２３の連結部に当該２つの桁構造１３，２３の相対角を検出する舵角センサ５２ａが取り付けられる。舵角センサ５２ａは、その外周部が側壁部１５に固定され、この外周部に対して相対回転する内周部がヒンジピン５１に固定され、ヒンジピン５１が桁構造２３に対して一体回転するように固定されることで、桁構造１３，２３の相対角を検出可能に装備される。舵角センサ５２ａ、その外周部と内周部との相対位相に相当する信号を出力する構成である。
【００１８】
以上の母翼１と可動部２との連結により、上方油室６１及び下方油室６２が形成される。
上方油室６１は、隣接する２つの桁構造１３，２３の連結部に対して上方翼面側、すなわち、上方の外板２１側に設けられる。上方油室６１は、２つの桁構造１３，２３の桁部１４、２４ｂ及び側壁部１５，２５と、外板２１とに囲まれて形成される。従って２つの桁構造１３，２３の相対角の変化に伴って容積が変化する。
下方油室６２は、隣接する２つの桁構造１３，２３の連結部に対して下方翼面側、すなわち、下方の外板２２側に設けられる。下方油室６２は、２つの桁構造１３，２３の桁部１４、２４ｂ及び側壁部１５，２５と、外板２２とに囲まれて形成される。従って２つの桁構造１３，２３の相対角の変化に伴って容積が変化する。但し、上方油室６１の容積と下方油室６２の容積とは相補的に変化する。すなわち、上方油室６１の容積が増大し下方油室６２の容積が減少して可動部２が下に操舵され、一方、上方油室６１の容積が減少し下方油室６２の容積が増大して可動部２が上に操舵される。
【００１９】
以上の母翼１と可動部２との連結に際しては、油室間シール部材５３が連結部に配置される。これにより、上方油室６１と下方油室６２との間の隔絶性を良好にすることができる。
【００２０】
外板２１、２２は、桁構造２３には固定されるが、桁構造１３に対しては翼面方向にスライド可能に保持される。そのために、スライド保持部７が設けられている。これにより、円滑な翼型を形成し保持する。
スライド保持部７は、外板２１、２２の内側に凸にされた端部が、桁構造２３の上下面それぞれに形成された溝に落とし込まれ、その上を母翼１の外板１１，１２が覆って保持される構造で構成される。さらに、桁構造１３と外板２１（２２）との間にシール部材７１が、外板２１（２２）と外板１１（１２）との間にシール部材７２が設けられる。この二重のシール部材７１，７２により、油室６１（６２）の外側の密閉性を良好にすることができる。
図４の部分詳細部に示すように、外板２１、２２の内側に凸にされた端部７３が、溝７４に保持されており、図４（ｂ）に示すように端部７３が溝７４の後方内壁７４ａ、前方内壁７４ｂで規制されることで、スライド範囲が制限されている。これにより、翼の外側の負圧によって外板２１，２２が局所的に膨出するなどの翼の空力特性に有害な影響を与える変形を抑制する。
【００２１】
以上説明した母翼１と可動部２との連結構造、舵角センサ構成及び油室形成構造と同様の構成が、可動部２と可動部３との連結部、可動部３と可動部４との連結部に採用される。
可動部３に関し、上下の可撓性外板を３１，３２、桁構造を３３、先端側桁部を３４ａ、基端側桁部を３４ｂ、側壁部を３５、軸受部を３６ａ，３６ｂ、側壁部３５の孔部を３７ａ，３７ｂとし、可動部２と可動部３との連結部に関し、舵角センサを５２ｂ、上方油室を６３と下方油室を６４とする。
可動部４に関し、上下の可撓性外板を４１，４２、桁構造を４３、先端側桁部を４４ａ、基端側桁部を４４ｂ、側壁部を４５、軸受部を４６、側壁部４５の孔部を４７とし、可動部３と可動部４との連結部に関し、舵角センサを５２ｃ、上方油室を６５と下方油室を６６とする。
【００２２】
図５に示すように、本動翼１０には、油室の油圧を変化させることにより相対角を変化させる油圧駆動系８１，８２，８３が装備される。
油圧駆動系８１，８２，８３の基本構成は同様であり、代表して油圧駆動系８１は、リザーバ８１ａと、油圧ポンプ８１ｂと、サーボバルブ８１ｃとを備えて構成される。リザーバ８１ａに貯留された作動油が、油圧ポンプ８１ｂによりサーボバルブ８３ｃへ圧送され、サーボバルブ８３ｃは、（１）遮断、（２）上方油室６１に作動油を圧入するとともに下方油室６２をリザーバ８１ａへの戻り路に接続、（３）下方油室６２に作動油を圧入するとともに上方油室６１をリザーバ８１ａへの戻り路に接続、の３状態を切り替えるとともに、（２）（３）の状態にあっては、圧入量を調整する。（２）の状態にあっては、上方油室６１の圧力が高まることによって舵角の変化に伴い上方油室６１の容積が増大すると、下方油室６２の容積が縮小して下方油室６２の作動油の一部がリザーバ８１ａへ排出される。（３）の状態にあっては、下方油室６２の圧力が高まることによって舵角の変化に伴い下方油室６２の容積が増大すると、上方油室６１の容積が縮小して上方油室６１の作動油の一部がリザーバ８１ａへ排出される。
【００２３】
以上説明したように油圧駆動系８１は、油室６１，６２の油圧を変化させることにより桁構造１３と桁構造２３の相対角を変化させる駆動系である。
同様にして油圧駆動系８２は、油室６３，６４の油圧を変化させることにより桁構造２３と桁構造３３の相対角を変化させる駆動系として構成される。同様にして油圧駆動系８３は、油室６５，６６の油圧を変化させることにより桁構造３３と桁構造４３の相対角を変化させる駆動系として構成される。油圧駆動系のうち油室に接続する配管の一部は本動翼１０内に配置され、他の構成は母翼や機体胴体部等の適所に配置される。
【００２４】
操舵を制御する制御部（図示せず）は、舵角センサ５２ａから検出舵角の入力を受けつつサーボバルブ８１ｃの駆動回路部に制御信号を出力して、桁構造１３と桁構造２３の相対角（＝可動部２の舵角）に割り当てられる目標舵角と舵角センサ５２ａの検出舵角と差がゼロに収束するようにフィードバック制御する。
また、同制御部は、舵角センサ５２ｂから検出舵角の入力を受けつつサーボバルブ８２ｃの駆動回路部に制御信号を出力して、桁構造２３と桁構造３３の相対角（＝可動部３の舵角）に割り当てられる目標舵角と舵角センサ５２ｂの検出舵角と差がゼロに収束するようにフィードバック制御する。
また、同制御部は、舵角センサ５２ｃから検出舵角の入力を受けつつサーボバルブ８３ｃの駆動回路部に制御信号を出力して、桁構造３３と桁構造４３の相対角（＝可動部４の舵角）に割り当てられる目標舵角と舵角センサ５２ｃの検出舵角と差がゼロに収束するようにフィードバック制御する。
【００２５】
例えば、同制御部は、上方油室６１と下方油室６２、上方油室６３と下方油室６４、上方油室６５と下方油室６６のそれぞれの油圧バランスを中立的なバランスにとることで、図６に示すようにノミナル角を形成する。
また例えば図７に示すように同制御部は、上方油室６１，６３，６５を加圧し、下方油室６２，６４，６６を減圧することで舵面を全体的に下に操舵する。
いずれの操舵でも目標の状態となったら（１）の遮断状態として、各油室の油量容積を保持することで、空力荷重による外板変形を抑制する。
また同制御部は、例えば図８に示すように、各可動部２，３，４の舵角を個々に制御することで、高速巡航時等において任意の舵面形状を形成し空力特性の最適化を図る。
【００２６】
また、同制御部は操舵制御にあたって、舵角センサ５２ａ，５２ｂ，５２ｃの検出舵角に基づき可動部２，３，４のうちいずれか１又は２に操舵が効かないか又は不十分であるものがあると判断すれば、残りの可動部に多く舵角を割り当てて、必要な空力特性を可及的に達成するように操舵する。
このように複数の桁構造は、基端から先端方向に連なって互いの相対角が駆動されるので、一部の連結部において操舵不能又は操舵不十分になっても操舵可能又は操舵良好な他の連結部で操舵することで、本動翼１０の全操舵機能をできるだけ損なわないという冗長性を備える。さらに、互いに独立した複数の油圧駆動系８１，８２，８３が異なる連結部に設けられた油室をそれぞれ駆動する構成をとることで、一部の油圧駆動系の故障や不具合があっても、他の油圧駆動系で補うことにより、本動翼の全操舵機能をできるだけ損なわないという冗長性を備える。
【００２７】
以上の実施形態においては、本発明の動翼を母翼の後縁部に設けたが、本発明の動翼の適用部位は限定されるものではなく、本発明の動翼を翼前縁部や翼側縁部、副翼全体等に適用してもよい。
また、以上の実施形態においては、可動部をピンヒンジにより連結したが、互いの相対角を可変にして連結すれば足りる。例えば、上記実施形態のピンヒンジ、油室間シール部材に代え、母翼−可動部間、可動部−可動部間を繋ぐ弾性的に繰り返し屈曲可能な板状等の部材を配置して連結と上下油室間の隔絶を図っても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１    母翼
２-４ 可動部
１１，１２  外板
１３  桁構造
１４  桁部
１５   側壁部
２１，２２    外板
２３   桁構造
２４ａ 先端側桁部
２４ｂ 基端側桁部
２５   側壁部
３１，３２    外板
３３   桁構造
３４ａ 先端側桁部
３４ｂ 基端側桁部
３５   側壁部
４１，４２    外板
４３   桁構造
４４ａ 先端側桁部
４４ｂ 基端側桁部
４５   側壁部
５１   ヒンジピン
５２ａ，５２ｂ，５２ｃ      舵角センサ
５３   油室間シール部材
６１，６３，６５     上方油室
６２，６４，６６     下方油室
７     スライド保持部
７１，７２    シール部材
８１，８２，８３  油圧駆動系
【図１】
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【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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