JP5585180B2

JP5585180B2 - 移動体

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Publication number: JP5585180B2
Application number: JP2010095238A
Authority: JP
Inventors: 政次石場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-16
Filing date: 2010-04-16
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-04-16
Also published as: JP2011225058A

Description

本発明は、地上走行可能な移動体本体の上部に翼を備えた移動体に関する。

従来、主翼を折り畳み得る飛行機において、主翼を機体の幅方向（Ｘ軸方向）に一定量引き抜き、Ｘ軸廻りに回転して翼弦を略垂直と成し、Ｘ軸線上に設けられた関節部より後方に向かって折り曲げ可能な機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６１−１９６８９９号公報

しかしながら、移動体本体の上部に設けられた翼に対して、上記の機構を採用した場合には、横風によって走行中に移動体が横転してしまうおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、移動体本体の上部に翼を備えた移動体において、横風を受けた場合の横転のおそれを低減することが可能な移動体を提供することを目的とする。

本発明による移動体は、地上走行可能な移動体本体の上部に翼を備えた移動体において、移動体本体から上方に離間した位置で、移動体本体の幅方向に延在する翼と、翼の移動体本体の幅方向の中央部に設けられ、移動体本体の真上に配置されて、上下方向に傾斜可能なフラップと、を備え、翼の移動体本体の幅方向の両端部は下方へ折り曲げ可能であることを特徴としている。

このような移動体によれば、移動体本体の上部に設けられた翼が下方に折り曲げ可能であるため、側面視において移動体本体と重なる位置に翼を折り曲げることができる。これにより、翼を折り畳んで走行している場合において、横風の影響を抑えることができ、移動体の横転のおそれを低減することができる。

これにより、上下方向に傾斜させる駆動機構を翼の中央部に設けることで、移動体本体を挟んで左右両側に駆動機構を配置する必要がなくなる。そのため、移動体の重量増加を抑制することができる。また、移動体の重心近くに駆動機構が設けることができるため、移動体本体に作用するロールモーメントを小さくすることができる。
また、翼の移動体本体の幅方向の両端部を下方へ折り曲げた状態において、翼の両端部は、上から見た場合に、移動体本体の前後方向に対して傾斜可能である構成でもよい。
また、翼の移動体本体の幅方向の両端部を下方へ折り曲げた状態において、翼の移動体本体の幅方向の中央部は、上下方向に傾斜可能とされている構成でもよい。
また、移動体は、移動体本体から幅方向の外側へ斜め上方に張り出す一対の支柱を備え、一対の支柱によって下方から支持された翼の中央部に、フラップが設けられていることが好ましい。

また、翼は移動体本体の幅方向に延在する主翼であり、当該主翼の幅方向の両端部が下方へ折り曲げ可能であることが好適である。

本発明によれば、移動体本体の上部に翼を移動体において、翼を下方へ折り曲げ可能な構成であるため、走行中に横風を受けた場合であっても横風による影響が低減され、移動体の横転のおそれが低減される。

本発明の実施形態に係る飛行機の斜視図である。本発明の実施形態に係る飛行機の正面図である。本発明の実施形態に係る飛行機の平面図である。主翼に設けられたフラップを側方から示す概略図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す斜視図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す正面図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す側面図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す平面図である。本発明および従来の飛行機の揚力／抗力を示すグラフである。本発明の実施形態に係る飛行機に搭載された外乱制御機構のブロック構成図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す平面図であり、上下方向に延在する第２主翼が機幅方向に傾斜した状態を示す図である。飛行機の主翼が格納された状態を示す側面図であり、機幅方向に延在する第１主翼が上下方向に傾斜した状態を示す図である。機幅方向に延在する第１主翼が上下方向に傾斜した状態を側方から示す概略図である。従来の飛行機を示す斜視図である。従来の飛行機を示す平面図である。従来の飛行機を示す正面図である。本発明および従来の飛行機の主翼格納状態を比較するための正面図である。

以下、本発明による移動体の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一または相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１〜図３に示す飛行機（移動体）１０は、地上走行可能な移動体本体である胴体２０を備え、この胴体２０の上部に主翼３０を備えている。なお、以下の説明において、胴体２０の前後方向をＸ軸方向、胴体２０の幅方向をＹ軸方向、胴体２０の高さ方向をＺ軸方向と記すこともある。胴体２０内には、車両として地上走行する際の駆動源、および上空を飛行する際の推進源となるエンジンが収容されている。

胴体２０には、操縦者が着席する操縦席２１が設けられている。また、胴体２０は、前輪タイヤ２２及び一対の後輪タイヤ２３を有し、地上走行可能な構成とされている。前輪タイヤ２２は、胴体２０の前部側において幅方向Ｙの中央に設けられ、後輪タイヤ２３は、胴体２０の後部側において幅方向Ｙの外側に張り出した位置に各々設けられている。

胴体２０の前部には、胴体２０の幅方向Ｙの外側に張り出す一対の先尾翼３５が設けられている。一対の先尾翼３５は、胴体２０から例えば水平に延在している。胴体２０の後部には、斜め上方に張り出す一対のラダー支柱３４が設けられている。一対のラダー支柱３４は、胴体２０の操縦席２１より後方の上面側から幅方向Ｙの外側へ斜め上方に延在している。ラダー支柱３４は、例えば翼型に形成されている。なお、ラダー支柱３４の後端側には、ラダー支柱３４の主面に対して傾斜する操舵面が形成されていてもよい。

主翼３０は、一対のラダー支柱３４によって下方から支持され、幅方向Ｙに水平に延在している。主翼３０は、胴体２０から上方に離間した位置に配置されている。主翼３０は、胴体２０の真上に配置された第１主翼（中央部）３１と、第１主翼３１の左右両端から外方に連続する第２主翼（両端部）３２とを有している。高さ方向Ｚにおいて、主翼３０は、先尾翼３５より高い位置に配置されている。

第１主翼３１には、胴体２０のＸＹ平面に対して上下方向に傾斜するフラップ３３が設けられている。フラップ３３は、胴体２０の幅方向Ｙにおいてラダー支柱３４の左右の上端部間に配置されている。なお、図２および図４では、フラップ３３が下方へ傾斜している状態を示している。このように、フラップ３３をＸＹ平面より下方へ傾斜させることで、主翼３０のキャンバーを大きくして揚力を向上させることができる。

ここで、飛行機１０は、図５〜図８に示すように、主翼３０の一部が下方へ折り曲げ可能な構成とされている。具体的には、第１主翼３１の外側に配置された左右の第２主翼３２が下方へ折り曲げ可能とされている。第２主翼３２は、下方に折り曲げられて、例えば、Ｚ軸方向に沿って延在し、格納状態となる。例えば、胴体２０の最大幅に対応する位置で、主翼３０を下方へ折り曲げる構成としてもよい。

第１主翼３１は、図６に示すように、幅方向Ｙにおいて先尾翼３５に対応する長さとされている。また、後輪タイヤ２３は、例えば、第１主翼３１の幅方向Ｙに対応する位置に配置され、第２主翼３２が格納された状態において、左右の第２主翼より内側に配置されている。また、第２主翼３２は、図７に示すように、格納状態において、後輪タイヤ２３を側方から覆うように配置されている。

飛行機１０では、第２主翼３２の格納状態において、例えば、Ｙ軸方向の最大幅である全幅は１．８６ｍ程度とされ、Ｚ軸方向の最大高さである全高さは１．９ｍ程度とされている。なお、第２主翼３２の展開時において、飛行機１０の全幅は５．３ｍ程度とされ、Ｘ軸方向の最大長さである全長３．８ｍ程度とされている。

また、飛行機１０には、第２主翼３２の格納状態において第２主翼３２を傾斜させる外乱制御機構５０が設けられている。図１０に示すように、外乱制御機構５０は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という。）５５を備え、このＥＣＵ５５は、第２主翼３２をＺＸ平面に対し傾斜させるアクチュエータ５６、及び、第１主翼３１をＸＹ平面に対し傾斜させるアクチュエータ５８を備えている。

また、図１３に示すように、第１主翼３１は、ＸＹ平面に対して傾斜可能な構成とされている。例えば、Ｙ軸方向に延在する回転軸５７を有し、第１主翼３１が当該回転軸５７回りに回転可能に支持されている。そして、後縁側が前縁側より高い位置となるように傾斜する。第１主翼３１と第２主翼３２は、一体として動く。

また、第２主翼３２は、ＺＸ平面に対して傾斜可能な構成とされている。例えば、第２主翼３２の前縁側に、Ｚ軸方向に延在する回転軸を有し、当該回転軸回りに第２主翼３２が回転可能に支持されている。後縁側が前縁側よりもＹ軸方向の内側または外側となるように傾斜する。なお、左右の第２主翼３２は、同じ傾斜角となるように駆動される構成としてもよく、左右で異なる傾斜角となるように駆動される構成としてもよい。

ＥＣＵ５５は、演算処理を行うＣＰＵ、記憶部となるＲＯＭ及びＲＡＭ、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。また、ＥＣＵ５５には、飛行機１０の地上走行時の速度である車速を検出する車速センサ５１、飛行機１０に対する横風を検出する横風センサ５２、及び操縦者による操舵操作を検出するステアリングセンサ５３が電気的に接続されている。

車速センサ５１は、飛行機１０の車速を検出し、検出された車速に関する信号をＥＣＵ５５に出力する。横風センサ５２は、横風の大きさ（風速、風向）を検出し、検出された風速、および風向に関する信号をＥＣＵ５５に出力する。ステアリングセンサ５３は、操縦者による操舵操作を検出し、検出された操舵操作に関する信号をＥＣＵ５５に出力する。

ＥＣＵ５５は、入力した各種信号に基づいて、第２主翼３２の駆動制御量、および第１主翼３１の駆動制御量を算出し、アクチュエータ５６，５８に指令信号を出力する。ＥＣＵ５５は、車速Ｖおよび横風の風速Ｗに基づいて、第２主翼３２の傾斜角を演算する。ＥＣＵ５５は、例えば車速Ｖで走行中に、風速Ｗの横風を受けた場合には、傾斜角度θ（＝ｔａｎ^−１（Ｗ／Ｖ））となるように駆動制御量を設定する。また、例えば、操舵操作に連動するように第２主翼３２の駆動制御量を設定してもよい。

第２主翼３２をＺＸ平面に傾斜させるアクチュエータ５６は、例えば電動モータなどにより構成されている。アクチュエータ５６は、ＥＣＵ５５から出力された指令信号に従って作動し、図１１に示すように、Ｚ軸回りに第２主翼３２を回転させて傾斜させる。第１主翼３１をＸＹ平面に傾斜させるアクチュエータ５８は、例えば油圧シリンダなどにより構成されている。アクチュエータ５８は、ＥＣＵ５５から出力された指令信号に従って作動し、Ｙ軸回りに第１主翼３１を傾斜させる。

このような本実施形態に係る飛行機１０では、胴体２０から上方へ離間した位置に主翼３０が配置されているため、主翼３０の面積を確保することができ、飛行機１０に作用する揚力を増大させることができる。また、胴体２０から離間した位置に主翼３０を設けることで、飛行機１０に作用する空気抵抗を減少させることができる。また、飛行機１０に作用する空気抵抗を減らすことで、飛行時における騒音を低下させることが可能となる。

また、飛行機１０によれば、胴体２０の上部に設けられた主翼３０のうち、第２主翼３２が下方に折り曲げ可能であるため、側面視において胴体と重なる位置に第２主翼３２を垂下させることができる。これにより、飛行機１０の横幅（Ｙ軸方向の長さ）を小さくすることができ、飛行機１０を収容するために確保すべき面積を減少させることができる。

また、飛行機１０によれば、第２主翼３２を下方へ折り曲げて走行することが可能であるため、従来の翼を上方へ折り曲げて走行する場合と比較して、横風の影響を抑えることができ、走行中に横転するおそれを低減することができる。また、飛行機１０では、幅方向Ｙの中央部に形成された第１主翼３１に、フラップ３３を設置することで、胴体２０を挟んで左右両側にフラップを配置しない構成としている。そのため、飛行機１０の重量増加を抑制することができる。また、飛行機１０の重心近くにフラップ３３を設けることができるため、飛行機１０に作用するロールモーメントを小さくすることができる。

ここで、比較のために図１４〜図１７を参照して、従来の飛行機１００について説明する。従来の飛行機１００では、操縦席が設けられた胴体１２０を備え、この胴体１２０の左右両側の側面には、外方へ延びる主翼１３１，１３２が設けられている。また、胴体１２０の前部には、左右両側へ延びる先尾翼１３５が設けられている。また、主翼１３１，１３２および先尾翼１３５は、略同じ高さに設けられ、左右両側の主翼１３２にフラップ１３２が設けられている。

このように構成された従来の飛行機１００では、干渉抵抗（胴体１２０、後輪１２３、先尾翼１３５）が大きくなり、主翼大型化による抵抗が大きくなる。本発明の飛行機１０では、主翼３０が胴体２０と離れた位置に設けられているため、従来の飛行機１００と比較して干渉抵抗を２０％に低減することが可能である。また、飛行機１０では、主翼２０の小型化が図られているため、抵抗を小さくすることができる。

このように構成された従来の飛行機１００では、フラップ１３２は左右均等に飛行機１００の重心Ｇから離れた位置にしか配置することができなかった。飛行機１００に対して斜め前方からの気流を受けた場合には、風下側のフラップ１３２による揚力が減少することで、左右の主翼１３２で不均等になるロールモーメントが発生する。一方、本発明の飛行機１０では、胴体２０の真上に配置された第１主翼３１にフラップ３３が設けられ、重心Ｇの近くに配置されているため、飛行機１００に作用するロールモーメントを小さくすることができる。

また、従来の飛行機１００では、フラップ１３３が左右両側に設けられているため、フラップ１３３を駆動させるための機構により重量が増加する。本発明の飛行機１０では、フラップ３３を一つのみ備える構成であるため、従来の飛行機１００と比較して重量増加が抑制されている。

また、従来の飛行機１００では、フラップ１３３の下方への傾斜角が増大した場合に、フラップ１３３の両端で発生した渦によって揚力が減少する。本発明の飛行機１０では、フラップ３３が一つであるともに、ラダー支柱３４によって流れが分離されるため、フラップ３３で発生した渦による揚力の減少を抑えることができる。

図９は、本発明の飛行機１０および従来の飛行機１００の揚力／抗力を示すグラフである。図９に示すように、本実施形態の飛行機１０の揚力／抗力は、１８程度であり、通常の従来の飛行機の揚力／抗力は、９程度である。

図１７は、本実施形態に係る飛行機１０、および従来の飛行機１００の主翼格納状態を比較するための正面図である。従来の飛行機１００では、胴体１２０の左右両方の側面から外側へ延びる主翼１３１，１３２が設けられている。従来の飛行機１００では、流れの干渉により離陸着陸時に確保すべき揚力が増大するため、主翼１３１，１３２を大型化する必要があった。このため、外側の主翼１３２を上方へ折り曲げる方式の従来の飛行機１００では、全高も高くなってしまい、主翼１３２を折り畳んで走行する場合には、横風の影響が大きくなるという問題があった。本発明の飛行機１０は、主翼３０が胴体２０から離れて設置され、第２主翼３２が下方へ折り曲げ可能な構成であるため、横風の影響を抑え、走行時の横転のおそれを低減することができる。

また、飛行機１０では、従来の飛行機１００と比較して、主翼の小型化、主翼折り曲げ機構の重量の低下、フラップの駆動機構の重量の低下、重量減少によるエンジン必要馬力減少、省エネルギ化などの有利な点がある。

次に、飛行機１０に搭載された外乱制御機構５０の作用について説明する。飛行機１０の地上走行時には、図１２に示すように、第１主翼３１の後端側を押し上げて前傾させる。これにより、胴体２０を下方に押し付ける逆揚力を発生させることができるので、車輪の接地荷重が増し飛行機１０の走行を安定させることができる。

また、第２主翼３２を下方へ折り曲げて走行する際には、横力を発生させる面となる第２主翼３２が飛行機１０の重心Ｇより後方に配置されるため、飛行機１０に生じるヨーを押さえることができる。そして、タイヤの接地荷重増による摩擦が上り、車両流れを軽減することができる。

また、高速走行中に第２主翼３２の垂直面をＺ軸に対して回転させることにより、横力推力を発生させることができる。

また、飛行機１０の飛行時および地上走行字には、ラダー支柱（支持翼）３４に設けられた操舵面を回転させて、ラダー支柱３４の主面に対して傾斜させることで、飛行機１０の方向機能を作動させて、飛行機１０の進行方向を変更することができる。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の移動体は飛行機に限定されず、例えば、飛行しない車両に、本発明を適用してもよい。地上をわずかに浮く車両、もしくはタイヤに作用する荷重を低減して走行するに、本発明を適用してもよい。これにより、車両重量を減少させタイヤが発生する転がり抵抗を低減することができる。

また、本発明の移動体に、ラダー機能またはエルロン機能となる蛇面を採用した場合には、胴体２０上に別位置に操舵面を用いることが不用となり、胴体２０を小型化することができ重量の増加を抑制することができる。

また、上記実施形態では、主翼を下方に折り曲げる構成としているが、主翼ではないその他の翼を下方に折り曲げる構成としてもよい。例えば、複葉機のような翼構成の移動体に本発明を適用してもよい。

また、上記実施形態では、外乱制御機構５０を備える構成としているが、外乱制御機構５０を備えていない移動体であってもよい。また、第２主翼３２のみが傾斜可能な構成としてもよく、第１主翼３１のみが傾斜可能な構成としてもよい。

１０…飛行機（移動体）、２０…胴体、２１…操縦席、２２…前輪タイヤ、２３…後輪タイヤ、３０…主翼、３１…第１主翼、３２…第２主翼、３３…フラップ、３４…ラダー支柱、３５…先尾翼、４０…操舵面、５０…外乱制御機構、５１…車速センサ、５２…横風センサ、５３…ステアリングセンサ、５５…ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５６，５８…アクチュエータ。

Claims

地上走行可能な移動体本体の上部に翼を備えた移動体において、
前記移動体本体から上方に離間した位置で、前記移動体本体の幅方向に延在する前記翼と、
前記翼の前記移動体本体の幅方向の中央部に設けられ、前記移動体本体の真上に配置されて、上下方向に傾斜可能なフラップと、を備え、
前記翼の前記移動体本体の幅方向の両端部は下方へ折り曲げ可能であることを特徴とする移動体。
前記翼の前記移動体本体の幅方向の両端部を下方へ折り曲げた状態において、
前記翼の前記両端部は、上から見た場合に、前記移動体本体の前後方向に対して傾斜可能であることを特徴とする請求項１に記載の移動体。
前記翼の前記移動体本体の幅方向の両端部を下方へ折り曲げた状態において、
前記翼の前記移動体本体の幅方向の中央部は、上下方向に傾斜可能とされていることを特徴とする請求項１又は２に記載の移動体。
前記移動体本体から前記幅方向の外側へ斜め上方に張り出す一対の支柱を備え、
前記一対の支柱によって下方から支持された前記翼の前記中央部に、前記フラップが設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の移動体。
前記翼は前記移動体本体の幅方向に延在する主翼であり、
前記主翼の前記幅方向の両端部が下方へ折り曲げ可能であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の移動体。