JP4583562B2 - aircraft - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機に関し、より詳しくは、機体表面のうち機体後方に向かって細く絞られた部分で境界層が剥離して航空機の空力特性が非線形となることを防止する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
遠心式圧縮機やタービンを採用したジェットエンジンはノズル部分の絞りが大きくなるため、図13に示したように、この種のジェットエンジンを搭載する航空機1においては胴体2の後部をエンジン形状に合わせて絞ることになる。
【0003】
このとき、胴体2の左右両側面2L,2Rの機体前後軸に対する傾斜が所定角度を超えると、境界層剥離3L,3Rが生じる場合がある。
このような境界層剥離3L,3Rは抗力の増加をもたらすばかりでなく、図14中に矢印αで示したように例えば図示右方向に機体に横滑りが生じると気流方向に変化が生じて機体右側2Rにおける境界層が薄くなるため、図14中に矢印βで示したように機体後部を右側に押動する空気力が生じる。
これにより、図15に示したように、航空機の横滑り角に対するヨーイングモーメントの特性が非線形となって好ましくない。
【0004】
全く同様に、機体後部の上下両面に境界層剥離が生じている場合に機体の仰角が変化すると、機体後部を上下いずれかに押動する空気力が生じるため、図16に示したように仰角に対するピッチングモーメントの特性が非線形となって好ましくない。
【0005】
そこで従来、機体後部における絞り込みを緩やかにしたりボルテックスジェネレータを取り付けたりすることによって境界層の剥離を防止し、非線形な空力特性が生じないようにしている。
【0006】
また、水平尾翼や垂直尾翼若しくはベントラルフィン等の安定板の面積を大きくすることにより、境界層の剥離によって生じた非線形な空力特性による安定性の減少を補っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、機体後部における気流剥離を防止するべく機体形状の絞り込みを緩やかにすると、機体外形状および内部構造の大幅な変更が必要となるばかりでなく、ベース面積の増加を招いてしまう。
【0008】
また、ボルテックスジェネレータは、境界層の剥離が生じていない箇所に、かつ気流の流れ方向に対して適切な高さおよび角度を有するように設置することが必要であり、機体後部のように局所的な気流方向が一定しない場合には取り付けが困難である。
【0009】
また、水平尾翼や垂直尾翼の面積増加やベントラルフィンの追加は、非線形な空力特性を若干ながらも残存させるばかりでなく、機体構造やアクチュエータ等の装備品の変更を招く。
【0010】
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、機体の外形状や内部構造および装備品の変更を抑制しつつ、境界層剥離に起因する非線形な空力特性が生じないように空力特性が改善された航空機を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項1に記載の手段は、その胴体の左右両側面の機体幅方向の間隔がその後端側ほど狭くなるように機体後方に向かって細く絞られている航空機であって、平面図で見たときに機体後方に向かって末広がりに延びる左右一対のくさび状の突出部が、前記胴体のうち細く絞られている部分の左右両側面の後端に、機体前後軸に対して左右対称にそれぞれ形成されていることを特徴とする。
なお、前記左右一対の突出部は、前記胴体の左右両側面のうち、機体前後軸と平行に延びる水平面で前記胴体を切断したときに機体前後軸に対して所定角度以上に傾斜し始める位置をその前端として前記左右両側面にそれぞれ形成される。
【0012】
すなわち、機体後方に向かう絞りが大きい機体形状では、境界層が圧力回復に耐えきれずに機体表面から剥離してしまうが、本発明に係る空力特性改善装置を機体表面に取り付けると、局所的に気流が加速されて境界層の剥離が抑制されるので、空力特性が非線形となることを防止することができる。
これにより、航空機の空力特性を改善して機体姿勢にぶれ等が生じない素直な飛行特性を実現することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の航空機の一実施形態および各参考例について、図1乃至図12を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明においては、前述した従来技術と同一の部分には同一の符号を用いてその説明を省略する。
【0014】
一実施形態
図1および図2に示したように、本実施形態の航空機10の胴体2は、その後端2a側ほど左右両側面2L,2Rの機体幅方向の間隔が狭くなるように機体後方に向かって徐々に絞られている。
これにより、胴体2の左右両側面2L,2Rのうち、機体前後軸CLに対する傾斜角度が特定の角度を超える部分に境界層剥離が生じるおそれがある。
【0015】
そこで、胴体2の左右両側面2L,2Rの後端部分には、境界層剥離を防止する左右一対の空力特性改善装置11L,11Rがそれぞれ突設されている。
これらの空力特性改善装置11L,11Rは、図1乃至図3に示したように、機体後方に向かって末広がりに延びるくさび状の突出部として形成され、その前端が符号Aで、かつ後端が符号Bで示されている。
【0016】
左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの前端Aは、図4に示したように機体前後軸CLと平行に延びる水平面で胴体2を切断したときに、胴体2の左右両側面2L,2Rが機体前後軸CLに対して所定角度θ以上の角度で傾斜し始める位置とする。
すなわち、前端Aより機体後方においては、胴体2の左右両側面2L,2Rが機体前後軸CLに対して所定角度θ以上の角度で傾斜する。
なお、所定角度θは、航空機10の機体寸法や飛行高度および飛行速度等の前提条件に基づいて、境界層剥離が予想される条件を算出して求める。
【0017】
左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの後端Bは、図5に示したように、これらの空力特性改善装置11L,11Rを設置しない場合に胴体2の左右両側面2L,2R上に発生する境界層の厚みの1/2の値である寸法Tだけ、左右両側面2L,2Rからそれぞれ離間する点を胴体2の後端2aと同一平面上に求めることにより得ることができる。
【0018】
機体前後軸CLと平行に延びる複数の水平面において上述した作業を行い、各水平面毎にA点およびB点求めるとともに、各水平面上においてA点およびB点を直線で結ぶことにより左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの側面11aを定める。
そして、このようにして得られた複数のA点同士およびB点同士をそれぞれ滑らかに結ぶことにより、左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの前縁および後縁を定めることができる。
すなわち、左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの前縁および後縁Bは、航空機10の胴体2の形状に応じて定まる。
なお、簡易な方法として、最も前方に位置するA点を通過する機体前後軸CLに対して垂直な平面と胴体2の左右の両側面2L,2Rとの交線を、左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの前縁とすることもできる。
【0019】
左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの上下方向の幅は、境界層剥離が予想される領域を覆うように設定するが、空気抵抗の増加を招くため、図6に示したように胴体2の後端2aにおける上下方向寸法H0対して約1/3の値であるH1とすることが好ましい。
【0020】
以上のように左右一対の空力特性改善装置11L,11Rの形状を定めると、それらの側面11aに沿って流れる気流が局所的に加速されるので、境界層の剥離を抑制することができる。
これにより、航空機10の横滑り角と胴体2に生じるヨーイングモーメントとの関係を図7に示したように線形とすることができるから、機体姿勢にぶれ等が生じない素直な飛行特性を実現することができる。
【0021】
また、胴体2の左右両側面2L,2Rに左右一対の空力特性改善装置11L,11Rをそれぞれ装着するだけで良いから、胴体2の外形状や内部構造を大幅に変更することなく航空機10の空力特性を改善することができる。
【0022】
第1参考例
上述した一実施形態の航空機においては、機体後方に向かって末広がりに延びるくさび状の空力特性改善装置を胴体2の左右両側面2L,2Rに設置した。
これに対して、図8に示したように、機体前後軸CLに対して垂直な方向に延びる平板状の左右一対の突出部21L,21Rを、航空機20の胴体2の左右両側面2L,2Rの後端に突設すると、気流の淀み22L,22Rが生じ、上述した一実施形態の航空機と同様の効果を得ることができる。
なお、平板状の左右一対の突出部21L,21Rは、胴体2の左右両側面2L,2Rに対する突出寸法、および上下方向の寸法を、上述した一実施形態の航空機における空力特性改善装置11L,11Rのそれと等しくする。
【0023】
第2参考例
上述した一実施形態および第1参考例においては、航空機の胴体2が幅方向に絞られる場合について説明したが、本発明は、胴体2が機体後方に向かって上下方向に細く絞られる場合にも適用することができる。
【0024】
すなわち、図9および図10に示した航空機30においては、胴体2の左右両側面2L,2Rに沿って、主翼4および水平尾翼5の付け根部分で前後方向に延びる左右一対の張出部6L,6Rが設けられている。
そして、これらの張出部6L,6Rは、その上面6Uおよび下面6Sの上下方向間隔が狭くなるように機体後方に向かって徐々に絞られている。
これにより、左右一対の張出部6L,6Rの上面6Uのうち、機体前後軸CLに対する傾斜角度が特定の角度を超える部分に境界層の剥離が生じるおそれがある。
【0025】
そこで、左右一対の張出部6L,6Rの上面6Uの後端部分に、境界層の剥離を防止する左右一対の空力特性改善装置31L,31Rがそれぞれ突設されている。
これらの空力特性改善装置31L,31Rは、図11に示したように、機体後方に向かって末広がりに延びるくさび状の突出部として形成されているが、その形状は前述した第1実施形態の空力特性改善装置11L,11Rと同様に設定することができる。
これにより、航空機30の仰角と胴体2に生じるピッチングモーメントとの関係を図12に示したように線形とすることができるから、機体姿勢にぶれ等が生じない素直な飛行特性を実現することができる。
【0026】
以上、本発明の航空機の一実施形態および各参考例について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した一実施形態および各参考例においては、いずれも胴体2若しくは張出部6L,6Rの後端に各空力特性改善装置を配設しているが、境界層剥離の防止が必要な箇所であれば、胴体2若しくは張出部6L,6Rのいずれの部分にも設けることができる。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の航空機においては、局所的に気流が加速されて境界層の剥離が抑制されるので、空力特性が非線形となることを防止できる。
これにより、航空機の空力特性を改善して機体姿勢にぶれ等が生じない素直な飛行特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の航空機を示す平面図。
【図2】 図1に示した航空機の左側面図。
【図3】 図1に示した航空機の機体後部を示す斜視図。
【図4】 空力付加物の形状設定方法を説明する機体後部平面図。
【図5】 空力付加物の形状設定方法を説明する機体後部平面図。
【図6】 図1に示した航空機の後面図。
【図7】 機体の横滑り角とヨーイングモーメントとの関係を示すグラフ図。
【図8】 本発明に係る第1参考例の航空機の機体後部平面図。
【図9】 本発明に係る第2参考例の航空機を示す左側面図。
【図10】 図9に示した航空機の平面図。
【図11】 図9に示した航空機の機体後部を示す斜視図。
【図12】 機体の仰角とピッチングモーメントとの関係を示すグラフ図。
【図13】 従来の航空機の機体後部における空気の流れを模式的に示す平面図。
【図14】 機体が右側に横滑りしたときの機体後部における空気の流れを模式的に示す平面図。
【図15】 従来の航空機において境界層剥離が生じたときの機体の横滑り角とヨーイングモーメントとの関係を示すグラフ図。
【図16】 従来の航空機において境界層剥離が生じたときの機体の仰角とピッチングモーメントとの関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
A 空力付加物の前端
B 空力付加物の後端
1 従来の航空機
2 胴体
2L 左側面
2R 右側面
3L,3R 境界層剥離
4 主翼
5 水平尾翼
6L,6R 張出部
6U 上面
6S 下面
10 一実施形態の航空機
11L,11R 突出部(空力特性改善装置)
20 第1参考例の航空機
21L,21R 突出部(空力特性改善装置)
22L,22R 気流の淀み
30 第2参考例の航空機
31L,31R 突出部(空力特性改善装置)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aircraft, and more particularly relates to a technique to prevent the aerodynamic characteristics of the aircraft boundary layer is peeled off by finely focused portion towards the body rearward of the body surface becomes non-linear.
[0002]
[Prior art]
In a jet engine that employs a centrifugal compressor or turbine, since the nozzle portion has a large aperture, as shown in FIG. 13, in the
[0003]
At this time, if the inclination of the left and
Such
Thereby, as shown in FIG. 15, the characteristic of the yawing moment with respect to the side slip angle of the aircraft becomes non-linear, which is not preferable.
[0004]
Exactly the same, when boundary layer separation occurs on both the upper and lower sides of the rear part of the aircraft, if the elevation angle of the aircraft changes, an aerodynamic force that pushes the rear part of the aircraft upward or downward will be generated. The characteristic of the pitching moment with respect to the non-linear is not preferable.
[0005]
Therefore, conventionally, the boundary layer is prevented from being peeled off by reducing the narrowing of the rear part of the fuselage or attaching a vortex generator so that nonlinear aerodynamic characteristics do not occur.
[0006]
In addition, by increasing the area of the stabilizer such as the horizontal tail, vertical tail or bentral fin, the reduction in stability due to nonlinear aerodynamic characteristics caused by the separation of the boundary layer is compensated.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the airframe shape is narrowed down to prevent airflow separation at the rear of the airframe, not only the external shape and internal structure of the airframe will need to be significantly changed, but also the base area will increase.
[0008]
In addition, the vortex generator must be installed where there is no separation of the boundary layer and at an appropriate height and angle with respect to the flow direction of the airflow. If the air flow direction is not constant, it is difficult to install.
[0009]
Further, the increase in the area of the horizontal and vertical tails and the addition of bentar fins not only leave a slight amount of non-linear aerodynamic characteristics, but also changes the equipment structure such as the airframe structure and actuators.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to eliminate the problems of the above-described conventional technology and prevent nonlinear aerodynamic characteristics due to boundary layer separation while suppressing changes in the outer shape, internal structure, and equipment of the fuselage. It is to provide an aircraft having improved aerodynamic characteristics.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, the means described in
The pair of left and right projecting portions has a position at which the left and right side surfaces of the fuselage start to be inclined at a predetermined angle or more with respect to the machine longitudinal axis when the fuselage is cut by a horizontal plane extending in parallel with the machine longitudinal axis. The front end is formed on each of the left and right side surfaces.
[0012]
That is, in the airframe shape with a large throttle toward the rear of the aircraft, the boundary layer cannot withstand pressure recovery and peels off from the aircraft surface, but when the aerodynamic characteristic improvement device according to the present invention is attached to the aircraft surface, Since the air flow is accelerated and the separation of the boundary layer is suppressed, it is possible to prevent the aerodynamic characteristics from becoming nonlinear.
As a result, it is possible to improve the aerodynamic characteristics of the aircraft and realize the straight flight characteristics that do not cause fluctuations in the body posture.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an aircraft of the present invention and each reference example will be described in detail with reference to FIGS.
In the following description, the same reference numerals are used for the same parts as those in the conventional technology described above, and the description thereof is omitted.
[0014]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
As a result, boundary layer separation may occur in portions of the left and
[0015]
Therefore, a pair of left and right aerodynamic
As shown in FIGS. 1 to 3, these aerodynamic
[0016]
The front end A of the pair of left and right aerodynamic
That is, on the rear side of the fuselage from the front end A, the left and
Note that the predetermined angle θ is obtained by calculating conditions under which boundary layer separation is expected based on the preconditions such as the aircraft dimensions, flight altitude, and flight speed of the
[0017]
As shown in FIG. 5 , the rear ends B of the pair of left and right aerodynamic
[0018]
A pair of left and right aerodynamic characteristics is obtained by performing the above-described operation on a plurality of horizontal planes extending in parallel with the longitudinal axis CL of the aircraft, and obtaining points A and B for each horizontal plane and connecting points A and B with straight lines on each horizontal plane. A side surface 11a of the
Then, by smoothly connecting the plurality of points A and B obtained in this way, the front and rear edges of the pair of left and right aerodynamic
That is, the front edge and the rear edge B of the pair of left and right aerodynamic
As a simple method, a pair of left and right aerodynamic characteristics is improved by crossing the plane perpendicular to the aircraft longitudinal axis CL passing through the point A located at the foremost position and the left and
[0019]
The vertical width of the pair of left and right aerodynamic
[0020]
As described above, when the shapes of the pair of left and right aerodynamic
As a result, the relationship between the skid angle of the
[0021]
In addition, since it is only necessary to attach the pair of left and right aerodynamic
[0022]
First Reference Example In the aircraft according to the embodiment described above, wedge-shaped aerodynamic characteristic improvement devices that extend toward the rear of the fuselage are installed on the left and right side surfaces 2L and 2R of the
On the other hand, as shown in FIG. 8, the pair of left and
Note that the pair of left and
[0023]
Second Reference Example In the above-described embodiment and the first reference example , the case where the
[0024]
That is, in the
And these overhang |
As a result, the boundary layer may be peeled off at the portion of the
[0025]
Therefore, a pair of left and right aerodynamic
As shown in FIG. 11, these aerodynamic
Thereby, since the relationship between the elevation angle of the
[0026]
Has been described in detail with an embodiment and the reference example of an aircraft of the present invention, the present invention is not intended to be limited to the embodiments described above, it is needless to say various modifications are possible.
For example, Oite to an embodiment and the reference example described above, both the
[0027]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, in the aircraft of the present invention, the air flow is locally accelerated and the separation of the boundary layer is suppressed, so that the aerodynamic characteristics can be prevented from becoming nonlinear.
As a result, it is possible to improve the aerodynamic characteristics of the aircraft and realize the straight flight characteristics that do not cause fluctuations in the body posture.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing an aircraft according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a left side view of the aircraft shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing a rear part of the aircraft shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a rear plan view of the airframe for explaining a method of setting the shape of an aerodynamic addition.
FIG. 5 is a rear plan view of the airframe for explaining a method for setting the shape of an aerodynamic addition.
6 is a rear view of the aircraft shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the sideslip angle of the aircraft and the yawing moment.
FIG. 8 is a rear plan view of the aircraft body of the first reference example according to the present invention.
FIG. 9 is a left side view showing an aircraft of a second reference example according to the present invention.
10 is a plan view of the aircraft shown in FIG. 9. FIG.
11 is a perspective view showing a rear part of the aircraft shown in FIG. 9;
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the elevation angle of the aircraft and the pitching moment.
FIG. 13 is a plan view schematically showing the air flow in the rear part of a conventional aircraft.
FIG. 14 is a plan view schematically showing the air flow in the rear part of the aircraft when the aircraft slides to the right.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the sideslip angle of the airframe and the yawing moment when boundary layer separation occurs in a conventional aircraft.
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the elevation angle of the aircraft and the pitching moment when boundary layer separation occurs in a conventional aircraft.
[Explanation of symbols]
A Front end of aerodynamic addition B Rear end of
20 First
22L,
Claims (2)
平面図でみたときに機体後方に向かって末広がりに延びる左右一対のくさび状の突出部が、前記胴体のうち細く絞られている部分の左右両側面の後端に、機体前後軸に対して左右対称にそれぞれ形成されていることを特徴とする航空機。The aircraft is narrowed toward the rear of the fuselage so that the distance between the left and right sides of the fuselage in the fuselage width direction becomes narrower toward the rear end,
When viewed in plan, a pair of left and right wedge-shaped protrusions extending toward the rear of the fuselage are located at the rear ends of both the left and right sides of the narrowed portion of the fuselage. An aircraft characterized by being formed symmetrically.
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