(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】無垂直尾翼機
(51)【国際特許分類】
B64C 7/00 20060101AFI20240417BHJP
【FI】
B64C7/00
(21)【出願番号】P 2018091662
(22)【出願日】2018-05-10
【審査請求日】2021-01-29
【審判番号】
【審判請求日】2022-09-30
(73)【特許権者】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】古本 拓也
(72)【発明者】
【氏名】園田 精一
(72)【発明者】
【氏名】柴田 欣幸
(72)【発明者】
【氏名】浅野 宏佳
【合議体】
【審判長】藤井 昇
【審判官】沼生 泰伸
【審判官】久島 弘太郎
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第6068219(US,A)
【文献】中国特許出願公開第103287576(CN,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B64C7/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
機軸方向に延びる前側胴体と、
機体の重心位置より後方に設けられる後側胴体であって、前記機軸方向に延び前記機軸に直交する断面積が後方ほど小さくなるように左右方向において後方に絞られる後側胴体とを有する胴体と、
前記胴体の側面に設けられた主翼と、
前記後側胴体のみに設けられ、横滑りに対して前記後側胴体の側面上に負圧を発生させる負圧発生部と、を備え、
前記後側胴体は、前記後側胴体の前端から所定箇所までにおける前記断面積の変化率よりも、前記所定箇所から前記後側胴体の後端部までにおける前記断面積の変化率の方が大きい、無垂直尾翼機。
【請求項2】
前記負圧発生部は、前記胴体の天面と前記側面との間に形成された上角部と、前記胴体の底面と前記側面との間に形成された下角部とを有する、請求項1に記載の無垂直尾翼機。
【請求項3】
前記後側胴体の前記機軸に直交する断面における前記上角部及び前記下角部の内角が60度以上150度以下である、請求項2に記載の無垂直尾翼機。
【請求項4】
前記後側胴体は、前記機軸に直交する断面が多角形である、請求項1~3のいずれか一項に記載の無垂直尾翼機。
【請求項5】
前記後側胴体の天面及び底面の少なくともいずれか一方の面が平坦面である、請求項1または4に記載の無垂直尾翼機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、垂直尾翼を備えない航空機である無垂直尾翼機に関する。
【背景技術】
【0002】
垂直尾翼を備えない従来の無垂直尾翼機として、特許文献1の無尾翼飛行機が知られている。この無尾翼飛行機の機体は、主胴部の側面から左右の後外側へ斜めに突出する左側胴部及び右側胴部を有している。この左側胴部及び右側胴部のそれぞれの後端部に昇降舵が配設されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記特許文献1の無尾翼飛行機では、横滑り時に機体の上面を流れる気流と下面を流れる気流との速度差を利用して、方向安定性を向上させている。このため、機体の上面及び下面を曲線的な形状とする必要があり、製造コストが低いとは言い難い。
【0005】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、コスト上昇を抑えながら、簡易な構成により方向安定性を向上することができる無垂直尾翼機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のある態様に係る無垂直尾翼機は、機軸方向に延びる胴体と、前記胴体の側面に設けられた主翼と、横滑りに対して前記胴体の後部における側面上に負圧を発生させる負圧発生部と、を備えている。
【0007】
この構成によれば、側面上に発生した負圧によって横滑りによる機軸と飛行方向とのズレを減少する方向に力が発生する。このため、コスト上昇を抑えながら、簡易な構成により方向安定性を向上することができる。
【0008】
この無垂直尾翼機では、前記胴体の後部は、天面又は底面と前記側面との間に形成された角部を有し、前記負圧発生部は前記角部であってもよい。この構成によれば、横滑りにより端面に沿って流れる気流が角部において剥離し、側面上に負圧が効率的に発生し、方向安定性を向上することができる。また、後部の角部を設けることによりここに負圧発生部が形成されるため、構成の簡易化及びコスト上昇の抑制を図ることができる。
【0009】
この無垂直尾翼機では、前記胴体の後部の前記機軸に直交する断面における前記角部の内角が60度以上150度以下であってもよい。この構成によれば、このような角度の角部において負圧が効率的に発生し、方向安定性を向上することができる。
【0010】
この無垂直尾翼機では、前記胴体の後部は、前記機軸に直交する断面が多角形であってもよい。この構成によれば、負圧発生部において負圧が効率的に発生し、方向安定性を向上することができる。また、後部の形状により負圧発生部が形成されるため、構成の簡易化及びコスト上昇の抑制を図ることができる。
【0011】
この無垂直尾翼機では、前記胴体の後部は、前記機軸に直交する断面の面積が後方ほど小さくなる形状を有していてもよい。この構成によれば、負圧発生部においてより効率的に負圧が発生し方向安定性を向上することができる。
【0012】
この無垂直尾翼機では、前記胴体の後部の天面及び底面の少なくともいずれか一方の面が平坦面であってもよい。この構成によれば、平坦面の天面及び/又は底面に沿って流れる気流が角部において剥離し易いため、これにより発生する負圧によって方向安定性を向上することができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明は、以上に説明した構成を有し、コスト上昇を抑えながら、簡易な構成により方向安定性を向上することができる無垂直尾翼機を提供することができるという効果を奏する。
【0014】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本発明の実施の形態に係る無垂直尾翼機を上側から視た図である。
【
図2】
図1の無垂直尾翼機を左側から視た図である。
【
図3】
図1のA-A’線に沿って切断した無垂直尾翼機の断面図である。
【
図4】本発明の実施の形態の変形例に係る無垂直尾翼機を示す断面図である。
【
図5】
図5(a)及び
図5(b)は、本発明の実施の形態のその他の変形例に係る無垂直尾翼機を示す断面図である。
【
図6】
図6(a)及び
図6(b)は、本発明の実施の形態のその他の変形例に係る無垂直尾翼機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下では全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【0017】
(実施の形態)
実施の形態に係る無垂直尾翼機10は、
図1~
図3に示すように、水平尾翼及び垂直尾翼を有さない全翼機等の飛行機であって、機体11及び動力装置(図示せず)を備えている。なお、以下では、水平尾翼を有さない無垂直尾翼機について説明するが、無垂直尾翼機10は垂直尾翼を有していなければ水平尾翼を有していてもよい。
【0018】
機体11は、胴体20、主翼30及び負圧発生部40を有している。なお、前後方向に延びる機体11の機軸12に平行な方向を機軸方向と称し、機軸方向に対して互いに直交する方向を上下方向及び左右方向と称する。ただし、無垂直尾翼機10の向きはこの方向に限定されない。
【0019】
胴体20は、略筒形状であって、機軸方向に延びている。胴体20は、機軸方向において、前部(前側胴体21)及び後部(後側胴体50)を有している。機軸方向における後側胴体50の寸法は、胴体20の寸法に対して少なくとも5%以上60%以下であり、より好ましくは20%以上50%以下である。
【0020】
前側胴体21は、機軸12に直交する断面が円形状又は楕円形状であって、周方向において曲線で形成されている。前側胴体21は、機軸12に直交する断面の面積が前方ほど小さくなるように機軸方向において曲線状に傾斜し、前端部22が閉じている。
【0021】
後側胴体50は、例えば、胴体20の上下方向の寸法に対して50%以上である。また、後側胴体50は、上下方向の寸法が左右方向の寸法よりも短い。ただし、後側胴体50は、上下方向の寸法が左右方向の寸法と同じ又は左右方向の寸法より長くてもよい。
【0022】
後側胴体50は、機軸12に直交する断面の面積が後方ほど小さくなるように絞られ、後端部51は、無垂直尾翼機10の動力装置であるジェットエンジンのノズル出口として開口している。機軸方向において、後方ほど絞られる後側胴体50の寸法は、前方ほど絞られる前側胴体21の寸法よりも長く、例えば、後側胴体50の全体に亘っている。ただし、この絞り形状は後側胴体50の一部に形成されていてもよく、典型的には後側胴体50において後端部51を含む後部に形成する。
【0023】
この実施の形態では、上下方向における後側胴体50の寸法が後方ほど短くなるように、天面56及び底面57が機軸方向に直線状に傾斜している。機軸方向において後側胴体50が傾斜する角度は2箇所52、53で角度が変化し、この傾斜角度は後方ほど大きくなっている。なお、上下方向における後側胴体50の寸法が後方ほど短くなるように、天面56及び底面57が機軸方向に曲線状に傾斜していてもよい。また、後側胴体50は、断面の面積が後方ほど小さくなるように、左右方向における寸法が後方ほど短くなっていてもよい。
【0024】
また、左右方向における天面56及び底面57の寸法が後方ほど短くなるように、後側胴体50が後方ほど絞られている。例えば、天面56及び底面57の両端は機軸12に対して直線状に傾斜している。この傾斜角度は、後側胴体50において前側胴体21に接続される前端50aから後方へ所定距離にある所定箇所50bで変化している。この後側胴体50において前端50aから所定箇所50bまでの前側部分50cにおける傾斜角度よりも、所定箇所50bから後端部51までの後側部分50dにおける傾斜角度は大きい。なお、機軸方向においてこの前側部分50cの寸法は後側部分50dの寸法よりも大きい。
【0025】
後側胴体50は、機軸12に直交する断面の形状が、例えば、多角形であって、端面54、側面55及びこれらの間の角部を有している。この実施の形態では、後側胴体50は六角形であって、2つの端面54及び4つの側面55を有している。2つの端面54は、天面56及び底面57である。4つの側面55は、右上側面58、右下側面59、左上側面60及び左下側面61であり、天面56と底面57とを接続する。
【0026】
底面57は、天面56に略平行に設けられ、天面56よりも下側に配置されている。この実施の形態では、天面56は左右方向に直線状に延びる平坦面であって、底面57は機軸12から離れるように左右方向に曲線状に延びる湾曲面である。ただし、天面56は湾曲面であってもよい。また、底面57は平坦面であってもよい。なお、平坦面は、左右方向において直線状に延びていても、機軸方向においては曲線状に湾曲したり、直線状に傾斜したりしていてもよい。
【0027】
右上側面58は、上端部が天面56の右端部に接続され、かつ、下端部が右下側面59の上端部に接続されており、右下側面59は下端部が底面57の右端部に接続されている。左上側面60は、上端部が天面56の左端部に接続され、かつ、下端部が左下側面61の上端部に接続されており、左下側面61は下端部が底面57の左端部に接続されている。
【0028】
機軸12を通る上下方向の線に対して右上側面58と左上側面60とが互いに線対称であって、かつ、右下側面59と左下側面61とも互いに線対称である。各側面55は、機軸12に直交する所定の方向において直線状に延びる平坦面である。ただし、各側面55は、機軸方向においては曲線状に湾曲したり、直線状に傾斜したりしていてもよい。
【0029】
右上側面58及び左上側面60のそれぞれは、天面56に接続される端と主翼30に接続される端との間の寸法が、後側胴体50の前側部分50cでは後方ほど大きくなり、後側胴体50の後側部分50dでは後方ほど小さくなる形状を有している。右下側面59及び左下側面61のそれぞれは、底面57に接続される端と主翼30に接続される端との間の寸法が、後側胴体50の前側部分50cでは後方ほど大きくなり、後側胴体50の後側部分50dでは後方ほど小さくなる形状を有している。
【0030】
角部は、右上側面58と天面56との間の右上角部62、左上側面60と天面56との間の左上角部63、右下側面59と底面57との間の右下角部64、及び、左下側面61と底面57との間の左下角部65を有している。この右上角部62の角度θ1、左上角部63の角度θ1、右下角部64の角度θ2、及び、左下角部65の角度θ2は、150度以下であって、負圧を発生させる観点から、より好ましくは90度以上150度以下の角度である。なお、角部の角度というときは、後側胴体50の機軸12に直交する断面における角部の内角を意味している。
【0031】
主翼30は、胴体20の側面55に設けられており、胴体20から左右方向に直線状に延びている。主翼30は、左右方向における寸法が後方ほど大きくなる形状であって、例えば、略三角形のデルタ翼である。主翼30は、胴体20に接続する翼根31、及び、左右方向において翼根31から最も離れた翼端32を有している。なお、主翼30はデルタ翼に限定されない。
【0032】
前端部22と翼端32との間の主翼30の前縁は、機軸方向において後方ほど翼根31から離れるように略直線状に傾斜し、翼端32は、後側胴体50の所定の位置から機軸方向に直線状に延びている。また、主翼30の後端は、機軸方向の主翼30の寸法が翼端32から翼根31に近づくほど長くなるように曲線状に形成されている。
【0033】
翼根31は、前側胴体21から後側胴体50の後端に亘って設けられ、機軸方向に延びている。この実施の形態では、上下方向において、翼根31は、右上側面58と右下側面59との間、及び、左上側面60と左下側面61との間に配置されている。
【0034】
負圧発生部40は、後側胴体50における側面55上に横滑りに対して負圧NPが生じる部分であって、例えば、後側胴体50の角部により構成されている。負圧発生部40を成す各角部は機体11の重心位置より後方に設けられ、その機軸方向寸法は、胴体20の機軸方向寸法の少なくとも5%以上60%以下であり、より好ましくは20%以上50%以下である。
【0035】
例えば、
図1の二点鎖線で示す無垂直尾翼機10の飛行方向FDと破線で示す機軸12とが一致しない横滑り状態では、この間に横滑り角θsが発生する。この場合、飛行方向FDと反対方向に向かって気流AFが胴体20に対して流れる。
【0036】
ここで、
図3の点線で示す気流AFは、機軸12に対して交差する方向へ天面56に沿って流れ、右上角部62において剥離する。これにより、右上角部62を挟んで天面56と接続される右上側面58上において負圧NPが発生する。また、同様に、気流AFは、機軸12に対して交差する方向へ底面57に沿って流れ、右下角部64において剥離する。これにより、右下角部64を挟んで底面57と接続される右下側面59上において負圧NPが発生する。
【0037】
このように、
図1に示すように、飛行方向FDに対して機首(前端部22)が向いている側と同一側の側面55上であって、機軸12よりも気流AFの下流側の側面55に負圧NPが発生する。この負圧NPによって機軸12の向きを気流AFの方向に向けようとする力が発生する。このため、横滑り角θsが減少し、機軸12が飛行方向FDへ近づくように向きを変える。よって、ヨーイングが制御されることにより、方向の安定性を向上させることができる。
【0038】
上記実施の形態では、無垂直尾翼機10には尾翼が設けられないことにより、飛行時の空気抵抗の低減化、重量の低減化、及び、部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。
【0039】
また、尾翼がないことによる方向の安定性の低下を、負圧発生部40により発生する負圧によって低減することができる。さらに、側面55及び天面56が平坦面で形成されていることにより、負圧NPが発生し易く、方向の安定性の低下をさらに低減することができる。
【0040】
しかも、負圧発生部40を構成する角部の角度θ1、θ2が150度以下であることにより、負圧NPが発生し易く、方向の安定性の低下をさらに低減することができる。また、4つの角部により複数の負圧発生部40が後側胴体50に設けられることにより、方向の安定性の低下をさらに低減することができる。
【0041】
機軸12に直交する後側胴体50の断面積が後方ほど小さくなるように、左右方向において後側胴体50が後方に絞られているため、より効率的に負圧が発生する。さらに、左右方向において後側胴体50が後方に絞られていることにより、負圧の発生領域が拡大し、方向の安定性の低下をさらに低減することができる。
【0042】
また、方向安定性を向上する負圧発生部40に隣接する側面55及び天面56が平面で構成されており、これらが曲面で構成されているものに比べて製造性に優れている。
【0043】
<変形例>
変形例に係る無垂直尾翼機10では、
図4に示すように、機軸12に直交する後側胴体150の断面は四角形であってもよい。この場合、後側胴体150は、端面54、側面55及びこの間の角部を備えている。端面54は天面56及び底面57を有し、側面55は右側面156及び左側面157を有している。
【0044】
上下方向において、右側面156は、上端部が天面56の右端部に接続され、かつ、下端部が底面57の右端部に接続されている。左側面157は、上端部が天面56の左端部に接続され、かつ、下端部が底面57の左端部に接続されている。この右側面156及び左側面157において、上下方向の中心に翼根31が設けられている。
【0045】
角部は、右側面156と天面56との間の右上角部162、左側面157と天面56との間の左上角部163、右側面156と底面57との間の右下角部164、及び、左側面157と底面57との間の左下角部165を有している。この右上角部162の角度θ3、左上角部163の角度θ3、右下角部164の角度θ4、及び、左下角部165の角度θ4は、90度である。
【0046】
天面56は左右方向に直線状に延びる平坦面であり、右側面156及び左側面157は上下方向に直線状に延びる平坦面であり、底面57は左右方向に曲線状に延びる湾曲面である。なお、天面56、右側面156及び左側面157の少なくともいずれかの面は湾曲面であってもよい。また、底面57は平坦面であってもよい。これらの面が湾曲面で形成されている場合よりも、これらの面が平坦面で形成されている場合は、負圧発生部40による方向安定性に優れている。
【0047】
負圧発生部40は、右上角部162、左上角部163、右下角部164及び左下角部165により構成されている。例えば、右上角部162及び右下角部164が気流AFの下流側にある場合、右側面156上に負圧NPが発生する。一方、左上角部163及び左下角部65が気流AFの下流側にある場合、左側面157上に負圧NPが発生する。これにより、方向の安定性を向上することができる。
【0048】
機軸12に直交する後側胴体150の断面積は、機軸方向において変化せず一定である。この場合であっても、尾翼がないことによる方向の安定性の低下を低減することができる。ただし、後側胴体150は、上下方向及び左右方向の少なくともいずれか一方の寸法が後方ほど短くなり、機軸12に直交する断面積が後方ほど小さくなるように絞られていてもよい。
【0049】
(その他の変形例)
上記実施の形態では、機軸12に直交する断面が六角形及び四角形の多角形である後側胴体50、150について説明したが、後側胴体50、150の形状はこれに限定されない。
【0050】
例えば、
図5(a)に示すように、
図3に示した機軸12に直交する六角形の断面において、後側胴体250の天面256及び底面257を機軸12側に窪ませた多角形であってもよい。例えば、天面256は、屈曲部256aにおいて2つの平面に屈曲した形状を有し、底面257は、屈曲部257aにおいて2つの平面に屈曲した形状を有している。この場合も、天面256と側面55との間に形成された角部262、263、及び、底面257と側面55との間に形成された角部264、265は、負圧発生部40を構成する。この角部262、263、264、265の角度θ21、θ22は、60度以上150度以下の角度である。
【0051】
例えば、
図5(b)に示すように、
図4に示した機軸12に直交する四角形の断面において、後側胴体350の側面356、357を機軸12側に窪ませた多角形であってもよい。この場合も、天面56と側面356、357との間に形成された角部362、363、及び、底面57と側面356、357との間に形成された角部364、365は、負圧発生部40を構成する。この角部362、363、364、365の角度θ33、θ34は、60度以上90度以下の角度である。
【0052】
なお、
図6(a)に示すように、後側胴体450は、機軸12に直交する多角形の断面において一部に曲線を含んでいてもよい。例えば、天面456は機軸12側に窪むように湾曲する湾曲面により形成され、底面457は機軸12側に窪むように湾曲する湾曲面で形成されている。この場合も、天面456と側面55との間に形成された角部462、463、及び、底面457と側面55との間に形成された角部464、465は、負圧発生部40を構成する。この角部462、463、464、465の角度θ41、θ42は、60度以上150度以下の角度である。
【0053】
また、上記実施の形態では、後側胴体50を多角形状として形成した角部を負圧発生部40としたが、これに限られない。機体11が横滑りした場合に、後側胴体50において機首が向く方の側面上に負圧が生じる構成であれば、他の構成も採用し得る。例えば、
図6(b)に示すように、後側胴体550の側面156、157を機軸12側に窪ませるようにして、天面556の左右の端部556a、556bが側面156、157よりも側方へ突出するように形成されてもよい。この端部556a、556bが負圧発生部40を構成する。なお、天面556と同様に、底面557の左右の端部が側面156、157よりも側方へ突出するように形成されており、負圧発生部40を構成してもよい。また、端部556a、556bが突出する方向は側方に限定されず、上方及び上側左右の斜め方向であってもよい。
【0054】
なお、上記全実施の形態は、互いに相手を排除しない限り、互いに組み合わせてもよい。また、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明は実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなくその構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明の無垂直尾翼機は、コスト上昇を抑えながら、簡易な構成により方向安定性を向上することができる無垂直尾翼機等として有用である。
【符号の説明】
【0056】
10 :無垂直尾翼機
20 :胴体
30 :主翼
40 :負圧発生部
50 :後側胴体(後部)
54 :端面
55 :側面
56 :天面
57 :底面
58 :右上側面(側面)
59 :右下側面(側面)
60 :左上側面(側面)
61 :左下側面(側面)
62 :右上角部(角部)
63 :左上角部(角部)
64 :右下角部(角部)
65 :左下角部(角部)
150 :後側胴体(後部)
156 :右側面(側面)
157 :左側面(側面)
162 :右上角部(角部)
163 :左上角部(角部)
164 :右下角部(角部)
165 :左下角部(角部)
250 :後側胴体(後部)
256 :天面
257 :底面
262 :右上角部(角部)
263 :左上角部(角部)
264 :右下角部(角部)
265 :左下角部(角部)
350 :後側胴体(後部)
356 :右側面(側面)
357 :左側面(側面)
362 :右上角部(角部)
363 :左上角部(角部)
364 :右下角部(角部)
365 :左下角部(角部)
450 :後側胴体(後部)
456 :天面
457 :底面
462 :右上角部(角部)
463 :左上角部(角部)
464 :右下角部(角部)
465 :左下角部(角部)
550 :後側胴体(後部)
556 :右側面(側面)
556a:端部(負圧発生部)
556b:端部(負圧発生部)
557 :左側面(側面)