(57)【要約】【課題】翼面を曲げて翼型を変化させる動翼であって、薄翼であっても理想的な空力形状を形成しやすく、空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が容易な動翼を提供する。【解決手段】動翼３は、翼面を形成する可撓性の外板３ａ，３ｂと、外板を内側から支持し、最基端から先端方向に連なって延設され回動自在に連結された複数の可動桁構造１１，１２，１３を備える。可動桁構造の側方の胴体部１に、最基端アクチュエータ１４、トルクレバー１５、動歯車２１，３１、連結部アクチュエータ２２，３２及び定歯車２３．３３が配置され、これらのアクチュエータの協働動作により、複数の可動桁構造をその基端側に連結される構造に対してそれぞれ変角させて、これらの変角に外板を追従させることで、翼面を曲げて翼型を変化させる。【選択図】図１
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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、
前記外板を内側から支持し、最基端が母翼に回動自在に支持され、最基端から先端方向に連なって延設され回動自在に連結された複数の可動桁構造と、
前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造の回動軸に連結され当該最基端の可動桁構造を回動させる最基端アクチュエータと、
前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造を除く可動桁構造に対応して各別々に設けられる動歯車、連結部アクチュエータ及び定歯車と、
を備え、
前記最基端アクチュエータ、前記動歯車、前記連結部アクチュエータ及び前記定歯車は、前記複数の可動桁構造の側方に配置され、
前記動歯車は、対応する可動桁構造の回動軸と同軸に配置され、当該対応する可動桁構造と一体に回動し、
前記連結部アクチュエータは、対応する可動桁構造の回動軸を支持し、
前記定歯車は、前記動歯車に噛合して当該動歯車の軸位置の移動に伴って当該動歯車を回動させ、
前記最基端アクチュエータ及び前記連結部アクチュエータの協働動作により、前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造を母翼に対して変角させると同時に、最基端の可動桁構造を除く可動桁構造をその基端側に連結される可動桁構造に対して変角させて、これらの変角に前記外板を追従させることで、前記翼面を曲げて翼型を変化させる動翼。
【請求項２】
前記最基端の可動桁構造の回動軸と同軸に配置され、前記最基端の可動桁構造と一体に回動するトルクレバーを備え、
前記最基端アクチュエータは、伸縮式のアクチュエータであり、その出力端が前記トルクレバーの入力端に回動自在に連結された請求項１に記載の動翼。
【請求項３】
前記連結部アクチュエータは、伸縮式のアクチュエータであり、その出力端が、対応する可動桁構造の回動軸に回動自在に連結された請求項１又は請求項２に記載の動翼。
【請求項４】
請求項１に記載の動翼を前縁部又は後縁部に有する翼と、前記翼を支持する胴体部とを備えた航空機であって、
前記最基端アクチュエータ、前記動歯車、前記連結部アクチュエータ及び前記定歯車が、前記胴体部に配置された航空機。
【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及びこれを備える航空機に関する。
【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。
例えば、特許文献１にあっては、基端部に配置された回転アクチュエータ（同文献中９６）によって、先端方向へ連なって延びるリンク機構を変形させる動翼が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表昭５９−５０１７４１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、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。
特許文献１のように、アクチュエータや複雑なリンク機構を翼内に配置する場合には、翼厚方向に配置空間を要するため、薄翼化への障害となり、翼面の一部に突出部を生じるなどして理想的な空力形状から逸脱せざるを得なかったり、翼内に配置できるように構成しても十分な駆動力と支持力を発揮することができず、空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が困難となったりという問題がある。
【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、薄翼であっても理想的な空力形状を形成しやすく、空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が容易な動翼を提供す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、
前記外板を内側から支持し、最基端が母翼に回動自在に支持され、最基端から先端方向に連なって延設され回動自在に連結された複数の可動桁構造と、
前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造の回動軸に連結され当該最基端の可動桁構造を回動させる最基端アクチュエータと、
前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造を除く可動桁構造に対応して各別々に設けられる動歯車、連結部アクチュエータ及び定歯車と、
を備え、
前記最基端アクチュエータ、前記動歯車、前記連結部アクチュエータ及び前記定歯車は、前記複数の可動桁構造の側方に配置され、
前記動歯車は、対応する可動桁構造の回動軸と同軸に配置され、当該対応する可動桁構造と一体に回動し、
前記連結部アクチュエータは、対応する可動桁構造の回動軸を支持し、
前記定歯車は、前記動歯車に噛合して当該動歯車の軸位置の移動に伴って当該動歯車を回動させ、
前記最基端アクチュエータ及び前記連結部アクチュエータの協働動作により、前記複数の可動桁構造のうち最基端の可動桁構造を母翼に対して変角させると同時に、最基端の可動桁構造を除く可動桁構造をその基端側に連結される可動桁構造に対して変角させて、これらの変角に前記外板を追従させることで、前記翼面を曲げて翼型を変化させる動翼である。
【０００７】
請求項２記載の発明は、前記最基端の可動桁構造の回動軸と同軸に配置され、前記最基端の可動桁構造と一体に回動するトルクレバーを備え、
前記最基端アクチュエータは、伸縮式のアクチュエータであり、その出力端が前記トルクレバーの入力端に回動自在に連結された請求項１に記載の動翼である。
【０００８】
請求項３記載の発明は、前記連結部アクチュエータは、伸縮式のアクチュエータであり、その出力端が、対応する可動桁構造の回動軸に回動自在に連結された請求項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、請求項１に記載の動翼を前縁部又は後縁部に有する翼と、前記翼を支持する胴体部とを備えた航空機であって、
前記最基端アクチュエータ、前記動歯車、前記連結部アクチュエータ及び前記定歯車が、前記胴体部に配置された航空機である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、翼内に配置される構造は、最基端から先端方向に連なって延設され回動自在に連結された複数の可動桁構造であり、アクチュエータや伝動機構（動歯車及び定歯車）は、複数の可動桁構造の側方に配置されるので、薄翼化が容易であり、薄翼化してもアクチュエータや伝動機構が翼面の一部に突出することは生じず、薄翼であっても理想的な空力形状を形成しやすい。
さらに、本動翼は１つのアクチュエータだけでも動作可能であるところ、アクチュエータが各可動桁構造に対応して各別々に設けられ、これらのアクチュエータの協働動作により、翼型変化を実現させるから、高い駆動力と支持力を確保しやすい。
アクチュエータや複雑な伝動機構が翼内に配置されないことから、桁構造を高強度に構成することが容易である。
以上のように、所望の空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が容易である。
また、連結された複数の可動桁構造は、一つアクチュエータによっても動作させ、支持することができるから、一部のアクチュエータに故障や不具合があった時に、必ず動作不能になるのではなく、残りのアクチュエータによって動作させ、支持することができる可能性が残され、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ことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る動翼の胴体内から見た透視斜視図で、動翼が真っ直ぐ伸ばされている状態を示す。
【図２】本発明の一実施形態に係る動翼の部分平面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る動翼の部分平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る動翼の胴体内から見た透視斜視図で、動翼が曲げられている状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本実施形態の動翼を、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動翼を例として説明する。前縁部に同様に実施できることはもちろんである。
図１に示すように、胴体部１に母翼２が固定され、母翼２の後縁の動翼取付端２ａに動翼３が取り付けられている。図１は、動翼３が真っ直ぐ伸ばされている状態を示す。図１に示す状態における動翼３の部分平面図を図２、図３に示す。図４は、動翼３が曲げられている状態を示す。
また、図１及び図４に直交３軸Ｘ−Ｙ−Ｚを示す。Ｘ方向を母翼２の基端（固定端）から先端への方向とし、Ｙ方向を動翼３の基端（固定端）から先端への方向とする。図２及び図３は、Ｘ−Ｙ平面における平面図である。
【００１４】
動翼３は、母翼２に固定された固定リブ１０ａ，１０ｂに回動自在に連結される。
動翼３の翼面は、弾性材料からなる可撓性の外板３ａ，３ｂにより形成されている。
動翼３は、外板３ａ，３ｂを内側から支持する３つの可動桁構造１１，１２，１３を備える。
可動桁構造１１は、可動リブ１１ａ，１１ｂ及び軸部材１１ｃを備えて構成される。可動リブ１１ａは、最も胴体部１側に配置される可動リブである。可動リブ１１ｂは、動翼３のＸ方向の長さを考慮した数だけ設けられる。可動リブ１１ａと，可動リブ１１ｂとが軸部材１１ｃを介して結合することで、これらの部分からなる可動桁構造１１は一体化されている。
同様に可動桁構造１２は、可動リブ１２ａ，１２ｂ及び軸部材１２ｃを備えて構成される。可動リブ１２ａは、最も胴体部１側に配置される可動リブである。可動リブ１２ｂは、動翼３のＸ方向の長さを考慮した数だけ設けられる。可動リブ１２ａと，可動リブ１２ｂとが軸部材１２ｃを介して結合することで、これらの部分からなる可動桁構造１２は一体化されている。
同様に可動桁構造１３は、可動リブ１３ａ，１３ｂ及び軸部材１３ｃを備えて構成される。可動リブ１３ａは、最も胴体部１側に配置される可動リブである。可動リブ１３ｂは、動翼３のＸ方向の長さを考慮した数だけ設けられる。可動リブ１３ａと，可動リブ１３ｂとが軸部材１３ｃを介して結合することで、これらの部分からなる可動桁構造１３は一体化されている。
【００１５】
以上の可動リブ１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ，１３ａ，１３ｂ、さらに固定リブ１０ａ，１０ｂによって表裏の外板３ａ，３ｂが支持されて、所望の翼型が形成される。固定リブ１０ａ及び可動リブ１１ａ，１２ａ，１３ａは、Ｙ方向に延在して連なっている。これとはＸの正の方向に離れた位置で、固定リブ１０ｂ及び可動リブ１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、Ｙ方向に延在して連なっている。
以上の構成に対し、さらに可動桁構造の剛性を高めたり、表裏の外板３ａ，３ｂを支持する部品を増やしたりするために、例えば、Ｘ方向に延在する桁などを加えてもよい。
軸部材１１ｃ，１２ｃ，１３ｃは、胴体部１に一端が配置され、Ｘ方向に長く延在して動翼３のＸの正方向の端まで構成されている。
【００１６】
これらの可動桁構造１１，１２，１３は、最基端から先端方向（＝Ｙ方向）に連なって延設され回動自在に連結されている。本実施形態においては、可動桁構造がＹ方向に３つ連なるものとするが、これは説明に適した一例であり、可動桁構造がＹ方向に２つ連なるもの、可動桁構造がＹ方向に４つ以上連なるものを実施してもよい。可動桁構造がＹ方向に２つ連なるものを実施する場合には、中間の可動桁構造１２が省略され、最基端の可動桁構造１１と、先端の可動桁構造１３とが直接連結される。可動桁構造がＹ方向に４つ以上連なるものを実施する場合には、中間の可動桁構造１２を２以上に増設すればよい。
【００１７】
固定リブ１０ａと、可動リブ１１ａとが、軸部材１１ｃを連結軸として回動自在に連結され、固定リブ１０ｂと、可動リブ１１ｂとが、軸部材１１ｃを連結軸として回動自在に連結される。これにより、複数の可動桁構造１１，１２，１３の最基端が母翼２に回動自在に支持される。
可動リブ１１ａと、可動リブ１２ａとが、軸部材１２ｃを連結軸として回動自在に連結され、可動リブ１１ｂと、可動リブ１２ｂとが、軸部材１２ｃを連結軸として回動自在に連結される。これにより、最基端の可動桁構造１１と中間の可動桁構造１２とが回動自在に連結される。
可動リブ１２ａと、可動リブ１３ａとが、軸部材１３ｃを連結軸として回動自在に連結され、可動リブ１２ｂと、可動リブ１３ｂとが、軸部材１３ｃを連結軸として回動自在に連結される。これにより、中間の可動桁構造１２と先端の可動桁構造１３とが回動自在に連結される。
以上のようにして、複数の可動桁構造１１，１２，１３が最基端から先端方向（＝Ｙ方向）に連なって延設され回動自在に連結されている。
【００１８】
以上の説明したように、動翼の翼面構成及びこれを内部で支持する可動桁構造が構成される。これを動作対象構造とした駆動機構として、本動翼３には、最基端アクチュエータ１４と、トルクレバー１５と、動歯車２１，３１と、連結部アクチュエータ２２，３２と、定歯車２３，３３とが装備される。この駆動機構は、複数の可動桁構造１１，１２，１３の側方に配置され、胴体部１に配置されて装備される。これにより、動翼３の薄翼化が容易である。
【００１９】
最基端アクチュエータ１４及び連結部アクチュエータ２２，３２は、伸縮式のアクチュエータである。
トルクレバー１５は、一端が軸部材１１ｃに固定されることで、最基端の可動桁構造１１の回動軸（Ｘ方向軸）と同軸に配置され、最基端の可動桁構造１１と一体に回動する。最基端アクチュエータ１４は、その出力端１４ａがトルクレバー１５の入力端１５ａにＸ方向軸回りに回動自在に連結されている。最基端アクチュエータ１４の固定端１４ｂは、Ｘ方向軸回りに回動自在にして胴体部１に固定されている。
以上の機構により、最基端アクチュエータ１４は、その伸縮により最基端の可動桁構造１１を回動させる。
【００２０】
動歯車、連結部アクチュエータ及び定歯車は、複数の可動桁構造１１，１２，１３のうち最基端の可動桁構造１１を除く可動桁構造１２，１３に対応して各別々に設けられる。連結部アクチュエータは、最基端アクチュエータ１４とは別に設けられるものである。
動歯車２１、連結部アクチュエータ２２及び定歯車２３は、中間の可動桁構造１２に対応して設けられたものである。したがって、中間の可動桁構造１２の省略、増設に伴って同様に省略、増設される。
動歯車２１は、軸部材１２ｃを軸として固定されることで、中間の可動桁構造１２の回動軸と同軸に配置される。動歯車２１は、中間の可動桁構造１２と一体に回動する。
連結部アクチュエータ２２は、その出力端２２ａが軸部材１２ｃにＸ方向軸回りに回動自在に連結され、その固定端２２ｂがＸ方向軸回りに回動自在にして胴体部１に固定されている。これにより、連結部アクチュエータ２２は可動桁構造１２の回動軸を支持する。
定歯車２３は、胴体部１に固定された歯車で、動歯車２１に噛合する。定歯車２３は、動翼３の動作に伴う動歯車２１の移動軌道に沿った歯列を有し、動歯車２１の軸位置の移動に伴って動歯車２１を回動させる。
【００２１】
動歯車３１、連結部アクチュエータ３２及び定歯車３３は、先端の可動桁構造１３に対応して設けられたものである。
動歯車３１は、軸部材１３ｃを軸として固定されることで、先端の可動桁構造１３の回動軸と同軸に配置される。動歯車３１は、先端の可動桁構造１３と一体に回動する。
連結部アクチュエータ３２は、その出力端３２ａが軸部材１３ｃにＸ方向軸回りに回動自在に連結され、その固定端３２ｂがＸ方向軸回りに回動自在にして胴体部１に固定されている。これにより、連結部アクチュエータ３２は可動桁構造１３の回動軸を支持する。
定歯車３３は、胴体部１に固定された歯車で、動歯車３１に噛合する。定歯車３３は、動翼３の動作に伴う動歯車３１の移動軌道に沿った歯列を有し、動歯車３１の軸位置の移動に伴って動歯車３１を回動させる。
【００２２】
以上説明し、また図１から図３に示したとおりに駆動機構が構成される。したがって、動翼３は次のように動作し、図１に示す形態から図４に示す形態へ変化する。
最基端アクチュエータ１４が伸びると、可動桁構造１１はその先端をＺ軸の負の方向に移動させるように母翼に対して変角する。これに伴い軸部材１２ｃが移動する。
この軸部材１２ｃの移動に合わせて連結部アクチュエータ２２が伸びる。
軸部材１２ｃが移動したので、動歯車２１の軸位置も移動している。
この動歯車２１の軸位置の移動に伴って動歯車２１がＸ軸の正の方向に向って時計回りに回動する。
動歯車２１が回動したので、可動桁構造１２も動歯車２１と一体に回動し、その基端側に連結される可動桁構造１１に対して変角する。  
軸部材１２ｃの移動と可動桁構造１２の回動により、軸部材１３ｃがＺ軸の負の方向に移動する。
この軸部材１３ｃの移動に合わせて連結部アクチュエータ３２が伸びる。
軸部材１３ｃが移動したので、動歯車３１の軸位置も移動している。
この動歯車３１の軸位置の移動に伴って動歯車３１がＸ軸の正の方向に向って時計回りに回動する。
動歯車３１が回動したので、可動桁構造１２も動歯車３１と一体に回動し、その基端側に連結される可動桁構造１２に対して変角する。
【００２３】
以上の動作が同時に起こることで動翼３を変形させることができる。すなわち、母翼に対する可動桁構造１１の変角、可動桁構造１１に対する可動桁構造１２の変角、可動桁構造１２に対する可動桁構造１３の変角が同時に起こり、これらの変角に外板３ａ，３ｂを追従させることで、動翼３はその翼面を曲げて翼型を変化させる。
【００２４】
可動桁構造１１に対する可動桁構造１２の変角量は動歯車２１の歯数により設定でき、可動桁構造１２に対する可動桁構造１３の変角量は動歯車３１の歯数により設定できる。また、最基端アクチュエータ１４の伸縮量に伴う軸部材１２ｃ及び軸部材１３ｃの移動量も予め計算できる。したがって、最基端アクチュエータ１４及び連結部アクチュエータ２２，３２を制御する制御装置は、これらのアクチュエータを同期させて互いに対応する伸縮量に制御することで、動翼３の変形を制御する。
【００２５】
このような制御下において、最基端アクチュエータ１４及び連結部アクチュエータ２２，３２は、協働関係にある。
例えば、最基端の可動桁構造１１が動作するために、最基端アクチュエータ１４のみならず、連結部アクチュエータ２２，３２も働いている。中間の可動桁構造１２、先端の可動桁構造１３についても、それぞれ動作させるために最基端アクチュエータ１４のみならず、連結部アクチュエータ２２，３２も働いている。動翼３のどの部分をどのアクチュエータが担当しているなどの分担はなく、動翼３の全体を動作させることを目的に、すべてのアクチュエータ１４，２２，３２が対等の立場で協力して共に働いている。
このようなアクチュエータ１４，２２，３２の協働動作により動翼３は変形する。
【００２６】
したがって、本動翼３によれば、高い駆動力と、一定の翼型に保持する高い支持力を達成することができ、より大きな空力荷重に耐えて動作し、翼型を保持することができる。
仮に、アクチュエータ１４，２２，３２、トルクレバー１５及び歯車２１，２３．３１．３３、又はこれに代わる動力装置と伝動機構を動翼内、例えば、可動リブ１１ｂ、１２ｂ、１３ｂに隣接して設けようとすると、中間や先端のアクチュエータを設置することができず、最基端のアクチュエータのみとならざるを得ないために、駆動力及び支持力が低下するとともに、最基端のアクチュエータが翼面から突出して、理想的な空力形状を形成することができないおそれがある。また、最基端のアクチュエータの駆動力を先端方向へ伝動するための機構を薄い動翼内に配置しようとすると、動翼の剛性が低下するおそれがある。
本実施形態の動翼３によれば、動力装置と伝動機構が胴体部１内に配置されるから、薄翼化の支障とならず、高剛性、高い駆動力及び支持力を達成することができる。すなわち、薄翼であっても理想的な空力形状を形成しやすく、空力荷重に耐え得る駆動機構及び構造の実現が容易である。
また、本実施形態の動翼３によれば、動力装置と伝動機構が胴体部１内に配置されるから、機体内でのこれらの動力装置と伝動機構の点検やメンテナンスが容易であり、例えば、連結部アクチュエータ２２が故障しても、これを機構から切り離すことにより、残った、アクチュエータ１４，３２によって動翼３は動作することができ、また、予備のアクチュエータがあれはそれに交換することができる。すなわち、一部のアクチュエータに故障や不具合があった時に、必ず動作不能になるのではなく、残りのアクチュエータによって動作させ、支持することができる可能性が残され、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ことができる。
【符号の説明】
【００２７】
１     胴体部
２     母翼
３     動翼
３ａ，３ｂ    外板
１０ａ，１０ｂ固定リブ
１１   可動桁構造
１１ａ，１１ｂ可動リブ
１１ｃ 軸部材
１２   可動桁構造
１２ａ，１２ｂ可動リブ
１２ｃ 軸部材
１３   可動桁構造
１３ａ，１３ｂ可動リブ
１３ｃ 軸部材
１４   最基端アクチュエータ
１５   トルクレバー
２１   動歯車
２２   連結部アクチュエータ
２３   定歯車
３１   動歯車
３２   連結部アクチュエータ
３３   定歯車
【図１】
2013119364.tif 000003
【図２】
2013119364.tif 000004
【図３】
2013119364.tif 000005
【図４】
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