(57)【要約】【課題】複雑なリンク機構が不要で薄翼に適用するに好適であり、翼に加わる空力荷重が大きい条件下においても重量増加を招くことなく翼の形状を変更し、その状態で保持できる可変翼構造を提供する。【解決手段】翼形状を変化させる可変翼構造１であって、互いの相対角が可変となるように回動自在に連結された複数の分割翼片２と、隣接する２つの分割翼片２の一方に形成され、内部に作動油が充填される油室３と、隣接する２つの分割翼片２の他方に突設され、油室３内を２つの作動油室４に仕切ると共に、相対角の変化に伴って油室３内を回動する仕切部材５と、２つの作動油室４に作動油を給排することで、各作動油室４内の作動油が仕切部材５に印加する油圧を調節し、仕切部材５を回動させて相対角を変化させる油給排手段とを備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
翼形状を変化させる可変翼構造であって、
互いの相対角が可変となるように回動自在に連結された複数の分割翼片と、
隣接する２つの分割翼片の一方に形成され、内部に作動油が充填される油室と、
隣接する２つの分割翼片の他方に突設され、前記油室内を２つの作動油室に仕切ると共に、前記相対角の変化に伴って前記油室内を回動する仕切部材と、
前記２つの作動油室に作動油を給排することで、各作動油室内の作動油が前記仕切部材に印加する油圧を調節し、前記仕切部材を回動させて前記相対角を変化させる油給排手段と
を備えたことを特徴とする可変翼構造。
【請求項２】
前記油室が、前記分割翼片の他方に対向する開口を有し、
前記仕切部材の先端が、前記開口を通じて前記油室に挿入され、
前記仕切部材の根元が、前記開口を塞ぐことを特徴とする請求項１に記載の可変翼構造。
【請求項３】
前記仕切部材の根元に、隣接する分割翼片同士を回動自在に連結する回動軸と軸受が配設され、
前記油室の前記仕切部材の先端が対向する対向面が、前記回動軸を中心とした弧状に形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の可変翼構造。
【請求項４】
前記仕切部材の先端に、前記相対角の変化に伴って、前記油室の対向面に摺接する先端油圧シールを設けたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の可変翼構造。
【請求項５】
前記仕切部材の根元と前記作動油室の室壁との間をシールする根元油圧シールを備えたことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の可変翼構造。
【請求項６】
前記根元油圧シールは、可撓性を有する板体からなり、その一端が前記仕切部材の根元に固定されると共に、中程が折り曲げられ、他端が前記油室の室壁に固定されたことを特徴とする請求項５に記載の可変翼構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機等に用いられる翼の形状を変化させる可変翼構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、航空機等に用いられる翼構造として、空力特性の向上を目的とし、翼形状を滑らかに変形させる所謂モーフィング翼の研究開発が進められている。この種の可変翼構造として、翼の内部にリンク機構等を収容し、そのリンク機構等を作動させることで翼形状を変化させるようにしたものが知られている（特許文献１〜４等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１７８２９２号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７８２９１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１７８２９０号公報
【特許文献４】ＵＳ２０１０／００１９０９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リンク機構を用いた可変翼構造においては、翼の内部に複雑なリンク機構を収容する必要があるため、その収容スペースとして、ある程度の翼厚が必要であり、翼厚が薄い翼（例えば高速翼）には適用が困難である。
【０００５】
また、リンク機構を用いた可変翼構造においては、電動モータ等のアクチュエータによって、リンク機構の各リンクを回動させて翼形状を変更し、各リンクの角度をその位置で固定して翼形状を保つようにしている。このため、翼に加わる空力荷重が増大するに応じて、リンク機構に加わる負荷も大きくなる。よって、翼に加わる空力荷重が大きい条件下（例えば高速飛行中、急旋回中）にて、翼の形状を変形してその形状を保持するためには、リンク機構の剛性を高める必要があり、重量増加を招く。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、複雑なリンク機構が不要で薄翼に適用するに好適であり、翼に加わる空力荷重が大きい条件下においても重量増加を招くことなく翼の形状を変更し、その状態で保持できる可変翼構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために創案された本発明は、翼形状を変化させる可変翼構造であって、互いの相対角が可変となるように回動自在に連結された複数の分割翼片と、隣接する２つの分割翼片の一方に形成され、内部に作動油が充填される油室と、隣接する２つの分割翼片の他方に突設され、油室内を２つの作動油室に仕切ると共に、相対角の変化に伴って油室内を回動する仕切部材と、２つの作動油室に作動油を給排することで、各作動油室内の作動油が仕切部材に印加する油圧を調節し、仕切部材を回動させて相対角を変化させる油給排手段とを備えたことを特徴とする可変翼構造である。
【０００８】
本発明に係る可変翼構造は、油室が、分割翼片の他方に対向する開口を有し、仕切部材の先端が、開口を通じて油室に挿入され、仕切部材の根元が、開口を塞ぐようになっていてもよい。
【０００９】
本発明に係る可変翼構造は、仕切部材の根元に、隣接する分割翼片同士を回動自在に連結する回動軸と軸受が配設され、油室の仕切部材の先端が対向する対向面が、回動軸を中心とした弧状に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明に係る可変翼構造は、仕切部材の先端に、相対角の変化に伴って、油室の対向面に摺接する先端油圧シールを設けてもよい。
【００１１】
本発明に係る可変翼構造は、仕切部材の根元と作動油室の室壁との間をシールする根元油圧シールを設けてもよい。
【００１２】
本発明に係る可変翼構造は、根元油圧シールが、可撓性を有する板体からなり、その一端が仕切部材の根元に固定されると共に、中程が折り曲げられ、他端が油室の室壁に固定されていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る可変翼構造によれば、複数の分割翼片を互いの相対角が可変となるように回動自在に連結し、隣接する分割翼片の一方に形成された油室に他方の分割翼片に突設された仕切部材を挿入して室内を仕切部材で２つの作動油室に仕切り、各作動油室に作動油を給排することで、各作動油室内の作動油が仕切部材に印加する油圧を調節し、仕切部材を油室内で回動させて分割翼片同士の相対角を変化させることができる。
【００１４】
このように、分割翼片に設けた油室および仕切部材に直接油圧を印加し、分割翼片同士の相対角を変化させて翼形状を変形しているので、分割翼片同士の相対角を変化させるために従来必要であった複雑なリンク機構が不要となる。よって、リンク機構を収容するためのスペースが不要となり、翼厚が薄い翼にも適用できる。
【００１５】
また、分割片に設けた油室および仕切部材に直接油圧を印加して翼形状を変形するようにしているため、作動油室内の油圧を高めることで、翼に加わる空力荷重に対抗できる。よって、翼に加わる空力荷重が大きい条件下においても、重量増加を招くことなく、翼の形状を変更し、その状態で保持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る可変翼構造の外観を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る可変翼構造の概略断面図である。
【図３】（ａ）は図２の部分拡大図、（ｂ）は分割翼片の側端面を示す側面図である。
【図４】第１実施形態に係る可変翼構造の油給排手段を示す説明図である。
【図５】第１実施形態に係る可変翼構造の作動状態を示す概略断面図である。
【図６】第１実施形態に係る可変翼構造の部分拡大図であり、（ａ）はストレート状態（図２参照）、（ｂ）は屈曲状態（図５参照）を示す。
【図７】本発明の第２実施形態に係る可変翼構造の断面図である。
【図８】第２実施形態に係る可変翼構造を屈曲させた断面図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る可変翼構造の断面図である。
【図１０】第３実施形態に係る可変翼構造を屈曲させた断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１８】
（可変翼構造１：第１実施形態）
図１に本発明の第１実施形態に係る可変翼構造１の外観を示し、図２にその可変翼構造１の概略断面図を示す。本実施形態に係る可変翼構造１は、航空機の主翼の後縁に適用され、互いの相対角が可変となるように回動自在に連結された複数の分割翼片２と、隣接する２つの分割翼片２の一方に形成された油室３と、隣接する２つの分割翼片２の他方に突設されて油室３内を２つの作動油室４に仕切る仕切部材５とを備えている。
【００１９】
（分割翼片２）
図１、図２に示すように、隣接する分割翼片２同士は、回動軸（ヒンジピン）６とその軸受によって、互いの相対角が可変となるように、回動自在に連結されている。各回動軸６には、隣接する分割翼片２同士の相対角を検出するための舵角センサ（角度センサ）７が配設されている。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、各分割翼片２には、翼面を成すアウタープレート（スキンプレート）８が夫々取り付けられている。隣接する一方（図中左側）の分割翼片２には、他方（図中右側）の分割翼片のアウタープレート８が差し込まれる凹部９が形成されている。アウタープレート８は、少なくとも、分割翼片２の端部から凹部９に差し込まれた先端までの部分８ａが、可撓性を有する材質（バネ鋼等）から成っている。
【００２１】
（油室３）
図２に示すように、互いに隣接する一方の分割翼片２には油室３が形成されている。油室３は、隣接する他方の分割翼片２に対向する開口３ａを有し、内部に作動油が充填されるものである。油室３は、翼スパン方向に沿って形成されており、一つの分割翼片２について一つ或いは翼スパン方向に間隔を隔てて複数配設されている。
【００２２】
（仕切部材５）
図３（ａ）に示すように、隣接する他方（図中右側）の分割翼片２には、一方（図中左側）の分割翼片２の油室３の開口３ａに対向する位置に、仕切部材５が突設されている。仕切部材５は、先端が開口３ａを通じて油室３に挿入され、根元が開口３ａを塞ぐように、断面テーパー状に形成されている。仕切部材５の根元には、隣接する分割翼片２同士を回動自在に連結する回動軸６とその軸受が配設されている。仕切部材５の先端が対向する油室３の面（対向面）３ｂは、回動軸６を中心とした弧状に形成されている。仕切部材５は、油室３を２つの作動油室４に仕切ると共に、隣接する分割翼片２同士の相対角が回動軸６を中心として変化するに伴って油室３内を回動する。
【００２３】
（先端油圧シール１０）
図３（ａ）に示すように、仕切部材５の先端には、油室３の対向面３ｂに接する先端油圧シール１０が設けられている。先端油圧シール１０は、分割翼片２同士の相対角の変化に伴って仕切部材５が油室３内を回動する際に、油室３の対向面３ｂに摺接する。先端油圧シール１０は、ゴム等の弾性材から翼スパン方向に沿って形成されており、作動油が一方の作動油室４から仕切部材５と対向面３ｂとの間を通って他方の作動油室４に漏洩することを抑える。なお、先端油圧シール１０は、一段ではなく、回動方向に間隔を隔てて二段以上配設してもよい。
【００２４】
（根元油圧シール１１）
図３（ａ）に示すように、仕切部材５の根元と油室３の室壁（開口３ａ）との間には、それらの間をシールする根元油圧シール１１が設けられている。根元油圧シール１１は、可撓性を有する板体（例えばゴム板）からなり、その一端が仕切部材５の根元に固定（接着、溶着、ボルト止め等）されると共に、中程が折り曲げられ、他端が油室３の室壁（開口３ａ）に固定されている。根元油圧シール１１は、作動油室４内の作動油が仕切部材５と開口３ａとの間から外部に漏れ出ることを防止する。
【００２５】
（側面油圧シール１２、１３）
図３（ｂ）は、分割翼片２の翼スパン方向の側端面を示す側面図である。図３（ｂ）に示すように、仕切部材５の側端面には、翼コード方向に沿って先端から根元にかけて第１側面油圧シール１２が設けられており、仕切部材５の側端面の根元には、回動軸６を囲繞するようにリング状に形成された第２側面油圧シール（Ｏリング等）１３が設けられている。これら第１、第２側面油圧シール１２、１３は、油室３の側壁部分（図示せず）によって、或いは、分割翼片２の端面に装着した側壁板１４（図１参照）によって、覆われ、シール状態が維持されている。
【００２６】
第１側面油圧シール１２は、一端が先端油圧シール１０に接続されており、他端が第２側面油圧シール１３に接続されている。第２側面油圧シール１３は、根元油圧シール１１に接続されている。第１側面油圧シール１２は、作動油が一方の作動油室４から仕切部材５の側端面と油室３の側壁部分との間、或いは仕切部材５の側端面と分割翼片２の側壁板１４（図１参照）との間を通って他方の作動油室４に漏洩することを抑える。第２側面油圧シール１３は、作動油室４内の作動油が仕切部材５の側端面と油室３の側壁部分との間、或いは仕切部材５の側端面と分割翼片２の側壁板１４との間を通って外部に漏れ出ることを防止する。
【００２７】
（油給排手段１５）
図４に示すように、本実施形態に係る可変翼構造１は、各作動油室４に作動油を給排する油給排手段１５を備えている。油給排手段１５は、各作動油室４に作動油を給排することで、各作動油室４内の作動油が仕切部材５に印加する油圧を調節するものである。仕切部材５に印加する油圧を調節することにより、仕切部材５を回動させ、隣接する分割翼片２同士の相対角を変化させることができる。
【００２８】
油給排手段１５は、隣接する分割翼片２同士の相対角を変化させるための油室３毎に別々（図４では３個の油室３毎に３系統別々）に設けられており、作動油が貯留されたリザーバ１６と、リザーバ１６の作動油を作動油室４に向けて圧送する油圧ポンプ１７と、油圧ポンプ１７から圧送された作動油の供給先を図４にて上側の作動油室４と下側の作動油室４とに切り替える機能および遮断する機能を有するサーボバルブ１８とを備えている。
【００２９】
サーボバルブ１８は、クロス１８ａ、シャット１８ｂ、パラレル１８ｃの切替機構を有する。サーボバルブをパラレル１８ｃにすると、油圧ポンプ１７から圧送された作動油が下側の作動油室４に供給され、上側の作動油室４内の作動油がリザーバ１６に還流される。サーボバルブ１８をクロス１８ａにすると、油圧ポンプ１７から圧送された作動油が上側の作動油室４に供給され、下側の作動油室４内の作動油がリザーバ１６に還流される。サーボバルブ１８をシャット１８ｂにすると、上下の作動油室４に対する作動油の給排が遮断される。
【００３０】
（作用・効果）
本実施形態に係る可変翼構造１においては、図４に示す油給排手段１５のサーボバルブ１８をクロス１８ａにすることで図５に示すように翼形状が下向きに変形する。このとき、翼形状は、図６（ａ）（翼形状がストレートの状態を表す）から、図６（ｂ）（翼形状が下向きの状態を表す）のように変形し、上側のアウタープレート８の端部の部分８ａが撓みつつ凹部９から引き出され、下側のアウタープレートの端部の部分８ａが撓みつつ凹部９に差し込まれる。サーボバルブ１８をパラレル１８ｃにすると、翼形状が上向きに変形する。各サーボバルブ１８を適宜クロス１８ａ、パラレル１８ｃとすることで、翼形状を蛇行変形させることもできる。そして、各サーボバルブ１８をシャット１８ｂにすることで、各作動油室４内の油圧がロックされ、翼形状をそのとき変形した形状に保持できる。
【００３１】
各サーボバルブ１８は、制御部（図示せず）によって制御される。制御部は、変形させるべき所望の翼形状に応じた各回動軸６の目標角を設定し、各回動軸６に配設された舵角センサ７（図１参照）の出力値（検出角）に基づいて、検出角と目標角との偏差が零に収束するように、夫々のサーボバルブ１８をフィードバック制御する。これにより、翼形状を所望の形状に正確に変形させることができる。また、同一油圧系統における上下の作動油室４の油圧バランスを取ることで、翼のノミナル舵角を形成することができる。なお、制御部は、翼形状を所望の形状に変形した後、各サーボバルブ１８をシャット１８ｂにすることで翼形状を保持・固定する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係る可変翼構造１によれば、複数の分割翼片２を互いの相対角が可変となるように回動軸６で回動自在に連結し、隣接する分割翼片２の一方に形成された油室３に他方の分割翼片２に突設された仕切部材５を挿入して油室３内を仕切部材５で２つの作動油室４に仕切り、各作動油室４に作動油を給排することで、各作動油室４内の作動油が仕切部材５に印加する油圧を調節し、仕切部材５を油室３内で回動させて分割翼片２同士の相対角を変化させている。
【００３３】
このように、分割翼片２に設けた油室３および仕切部材５に直接油圧を印加し、分割翼片２同士の相対角を変化させて翼形状を変形しているので、分割翼片２同士の相対角を変化させるために従来必要であった複雑なリンク機構が不要となる。よって、リンク機構を収容するためのスペースが不要となり、翼厚が薄い翼（例えば高速翼）にも適用できる。
【００３４】
また、分割翼片２に設けた油室３および仕切部材５に直接油圧を印加して翼形状を変形するようにしているため、作動油室４内の油圧を高めることで、容易に、翼に加わる空力荷重に対抗できる。よって、翼に加わる空力荷重が大きい使用条件下（例えば高速飛行中、急旋回中）においても、重量増加を招くことなく、翼の形状を変更して保持できる。
【００３５】
また、隣接する分割翼片２同士の相対角を変更するモーメント（ヒンジモーメント）は、油室３内の仕切部材５に印加される油圧によって得ているため、回動軸６から仕切部材５の先端までの長さが長いほど大きくなる。よって、仕切部材５を翼コード方向に長くし、それに応じて油室３を翼コード方向に深くすることで、翼厚を厚くすることなく上記ヒンジモーメントを稼ぐことができる。よって、翼厚が薄い翼に好適な可変翼構造１となる。
【００３６】
さらに、油室３が分割翼片２の内部に形成されているので、本出願人が先に出願した特願２０１１−４１６８５号に係る発明（可撓性の外板によって油室の一部を区画するもの）と比べると、シール構成を簡素化でき作動油の漏洩の可能性を低減できる。
【００３７】
また、複数の分割翼片２を連結しているので、一部の連結部（回動軸６）が損傷・故障しても、残りの連結部によって翼形状を変形できるという冗長性を備える。また、図４に示すように、３個の油室３毎に３系統別々に油給排手段１５を設けたので、一部の油給排手段１５が損傷・故障しても、残りの油給排手段１５によって翼形状を変形できるという冗長性を備える。
【００３８】
（第２実施形態）
図７、図８に、本発明の第２実施形態に係る可変翼構造１ａを示す。第２実施形態に係る可変翼構造１ａにおいては、根元側（翼の前縁側）の２つの油室３がインナースキン（インナープレート）１９と桁２０とによって形成され、先端側（翼の後縁側）の１つの油室３がアウタープレート８と桁２０とによって形成された点を除き、第１実施形態と同様の構成となっている。よって、第１実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。第２実施形態の作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００３９】
（第３実施形態）
図９、図１０に、本発明の第３実施形態に係る可変翼構造１ｂを示す。第３実施形態に係る可変翼構造１ｂにおいては、仕切部材５が回動軸６に対して翼の後縁側に配置されている点が、仕切部材５が回動軸６に対して翼の前縁側に配置された第１および第２実施形態と相違しており、その他は第１および第２実施形態と略同様の構成となっている。よって、第１実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。なお、第３実施形態は、油室３がアウタープレート８と桁２０とによって形成されている点も相違するが、基本的な作用効果は、第１実施形態と同様である。
【００４０】
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。
【００４１】
例えば、本発明に係る可変翼構造は、航空機の主翼の後縁側に適用されるものに限られず、主翼の前縁側、水平尾翼の後縁側および前縁側の少なくとも一方、垂直尾翼の後縁側および前縁側の少なくとも一方、に適用してもよい。また、翼のスパン方向の先端に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、航空機等の翼の形状を変化させる可変翼構造に利用できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  可変翼構造
２  分割翼片
３  油室
３ａ  開口
３ｂ  対向面
４  作動油室
５  仕切部材
６  回動軸
１０  先端油圧シール
１１  根元油圧シール
１５  油給排手段
【図１】
2013173417.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】
2013173417.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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