JP5906158B2 - フラップ - Google Patents

Description

本発明は、フラップに関し、特に、翼の後部に設けられ、前縁から後縁へ延びる上面および下面により構成されるコンターを有するフラップに関する。

従来のフラップとして、翼面を曲げて翼型を変化させる機構が知られている。たとえば、特許文献１に示された動翼は、弾性材料からなる外表面部材と、外表面部材を内側から支持する複数分割された外板と、隣り合う外板間の内側に配置され、隣り合う外板それぞれにオーバーラップするように外板とは独立して外表面部材に装着されるリテーナと、動翼支持体に固定される固定リブと、固定リブに対して可動自在に連結された可動リブとを備える。各リブはそれぞれ対応する外板と結合される。可動リブが動力機構により駆動されることにより、翼型が変化する。

また、特許文献２に示された動翼は、翼上面部材と翼下面部材との間に内装され、基端が動翼支持体に固定されるとともに当該基端から翼縁への延出方向に延出したリンク機構とを備える。このリンク機構は、翼縁部の形状を保持する第１クランクＬ１と、第１クランクに先端部を連結し、延出方向に長く延在する第２、第３クランクＬ２、Ｌ３を有する。第２、第３クランクの交差角、並びに第２、第３クランクの動翼支持体に対する角度が連動して変化する。

さらに、特許文献３に示された動翼は、可撓性の翼上面部材及び翼下面部材と、翼縁リブと、翼縁リブと動翼支持体との間を回動軸を介して直列に連結する中間リブとを備える。この動翼は、駆動機構をさらに備え、翼縁リブと中間リブと動翼支持体とからなる連結体の各連結点における連結角度を操作する。

特開２０１１−１７８２９０号公報 特開２０１１−１７８２９１号公報 特開２０１１−１７８２９２号公報

しかしながら、これらの従来技術は、単に翼型を変形させる機構を提案するだけであって、空気力学的に所望の圧力分布を達成する翼形状を設計することを前提に、変形可能な翼型の形状を定義することまでは考慮されていない。

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、変形可能であり、且つ、主翼全体における所望の圧力分布を実現し得るフラップの設計に際してコンター形状を容易に定義することができるフラップを提供することを目的としている。

本発明のある態様に係るフラップは、主翼の後部に設けられ、前縁から後縁へ延びる上面および下面により構成されるコンターを有するフラップであって、該フラップの後部に設けられたモーフィング部分を備え、該モーフィング部分は、その基端から後方へ向かう傾斜状態が、前記フラップのキャンバーを変化させるように可変であり、前記モーフィング部分における上面のコンター長さは、該モーフィング部分の傾斜状態にかかわらず一定である。

この構成によれば、モーフィング部分における上面のコンター長さがモーフィング部分の傾斜状態にかかわらず一定のまま、モーフィング部分は、その基端から後方へ向かう傾斜状態がフラップのキャンバーを変化するように変形することができる。これにより、モーフィング部分の傾斜状態に応じたモーフィング部分のコンター形状を容易に定義することができる。従って、この傾斜状態とモーフィング部分を含む主翼の圧力分布との関係を容易に把握し、空気力学的に所望の圧力分布を実現し得るフラップ形状を容易に取得することができる。

前記モーフィング部分における上面が傾斜する角度は、前記モーフィング部分の基端からの距離に応じて線形に変化してもよい。

この構成によれば、モーフィング部分の傾斜状態に応じてコンター形状を、より一層容易に定義することができる。また、モーフィング部分の上面が傾斜しても、その上面における曲率の連続性が影響されない。このため、モーフィング部分の形状変化は空気力学的に主翼全体のコンターに悪影響を与えない。

前記モーフィング部分における上面部材は非伸縮性材料で形成され、前記モーフィング部分における下面部材は伸縮性材料で形成されてもよい。

この構成によれば、モーフィング部分における上面のコンター長さがモーフィング部分の傾斜状態にかかわらず一定のまま維持することができる。

前記モーフィング部分において上面部材と下面部材との間に配されるリンク機構をさらに備え、前記リンク機構は、前記モーフィング部分の基端に設けられた第１ジョイント部に回転可能に前端部が接続される第１ロッドと、前記第１ロッドの後端部に第２ジョイント部により回転可能に上端部が接続される第１連結部と、前記モーフィング部分の基端において前記第１ジョイント部より前記下面側に設けられた第３ジョイント部により回転可能に前端部が接続され、長さが伸縮する伸縮ロッドと、前記伸縮ロッドの後端部に第４ジョイント部により回転可能に下端部が接続され、前記第１ロッドに第５ジョイント部により回転可能に上端部が接続される第２連結部と、前記伸縮ロッドの後端部および前記第２連結部の下端部に前記第４ジョイント部により回転可能に前端部が接続され、前記第１連結部の下端部に第６ジョイント部により回転可能に後端部が接続される第２ロッドと、前記第１連結部に前端部が固定される第３ロッドと、を有していてもよい。

この構成によれば、伸縮ロッドが伸縮することにより、モーフィング部分における上面のコンター長さがモーフィング部分の傾斜状態にかかわらず一定のまま、モーフィング部分は、その基端から後方へ向かう傾斜状態がフラップのキャンバーを変化するように変形することができる。

前記上面部材の尾端、前記下面部材の尾端および、前記第３ロッドの後端部が接続される固定部をさらに備え、前記固定部は、後方に向かって厚みが小さくなる傾斜体で形成されてもよい。

この構成によれば、上面部材の尾端、下面部材の尾端および、第３ロッドの後端部が固定部に接続されることにより、モーフィング部分が形成される。

本発明は、以上に説明した構成を有し、主翼全体における所望の圧力分布を実現し得るフラップであって、且つ、そのコンター形状を容易に定義し得るフラップを提供することができるという効果を奏する。

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。

本発明の実施形態に係るフラップを備える主翼全体の翼型を示す図である。 図１のフラップを展開した状態を示す図である。 図１のフラップのモーフィング部分を示す図である。 図３のモーフィング部分の上面のコンターを示すグラフである。 平面を傾斜した際の形状を示すグラフである。 図３の傾斜していないモーフィング部分および固定部を示す図である。 図３のモーフィング角度まで傾斜したモーフィング部分および固定部を示す図である。 図３の傾斜していないモーフィング部分のリンク機構および固定部を示す図である。 図３のモーフィング角度まで傾斜したモーフィング部分のリンク機構および固定部を示す図である。 図１の主翼全体の圧力分布を示す図である。 本発明の実施形態２に係るフラップにおいて、傾斜していないモーフィング部分および固定部を示す図である。 図１１のモーフィング角度まで傾斜したモーフィング部分および固定部を示す図である。

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。また、各図に示すＸ方向はコード方向を表す。Ｙ方向（各図の紙面に対して垂直な方向）はスパン方向を表す。Ｚ方向はＸ方向およびＹ方向に対して垂直な方向を表す。また、スパン方向に垂直な面は、縦断面を示す。フラップなどのコンター（外形線）は、この縦断面におけるフラップなどの形状を示す。

（実施の形態１）
（主翼）
図１は、実施の形態１に係るフラップ１０を備える主翼１４の翼型を示した図である。航空機の主翼１４は、図１に示すように、主翼本体１２と、主翼本体１２の前部に取り付けられる前縁スラット１６と、主翼本体１２の後部に取り付けられるフラップ１０とを備える。フラップ１０および前縁スラット１６は、離着陸時などの主に低速時に展開して航空機の揚力を高める高揚力装置を構成する。主翼本体１２は、その後部の下面側にコーブ１８を有する。コーブ１８は、フラップ１０の格納時にその前縁部２２を格納するための空間である。

（フラップ）
図２は、主翼本体１２のコーブ１８に格納および展開されているフラップ１０を示した図である。図３は、フラップ１０におけるモーフィング部分２４を示す図である。フラップ１０は、前縁２０が主翼本体１２の後部の内壁（図１の例では、コーブ１８の前壁）に対して間隔を隔てて取り付けられる。この主翼本体１２の後部の内壁は、コーブ１８を形成する面である。フラップ１０は、図２に示すように、主翼本体１２のコーブ１８に対して格納および展開可能に主翼本体１２に取り付けられている。

フラップ１０は、コーブ１８に格納された状態で露出するか否かの観点から、露出しない前縁部２２と、前縁部２２以外の露出する部分（後方部２５）とを有する。また、フラップ１０は、その形状が変化するか否かの観点から、前側から順に不変部３２と、傾斜（湾曲）するモーフィング部分２４と、固定部４０とを有する。このうち不変部３２は、前縁部２２から後方部２５の途中（モーフィング部分２４の基端）までの範囲を有し、固定部４０は後方部２５の後端部分に位置し、モーフィング部分２４は、後方部２５において不変部３２と固定部４０との間の範囲を有している。

前縁部２２は、フラップ１０に固有の一定形状のコンター（外形線）を有する。この前縁部２２のコンターは、フラップ１０が格納された状態において、主翼１４の全体のコンターと共通しない。前縁部２２は、フラップ１０の格納時に、主翼本体１２のコーブ１８の中に納まって露出しない。

フラップ１０が格納された状態において、その後方部２５のコンターは、主翼１４の全体のコンター（外形線）の一部を構成する。即ち、後方部２５のコンターは、主翼１４全体に所望される空気力学的な圧力分布を満たすように、主翼１４の全体のコンターの一部を成し、その形状は主翼本体１２のコンターにより拘束される。そのため、この後方部２５のコンターは、主翼本体１２のコンターと連続性を有し、後方部２５は主翼本体１２と一体となって滑らかな外表面を形成する。

フラップ１０は、図３に示すように、前縁２０から後縁２３へ延びる上面２６および下面２８により構成されるコンターを有する。前縁２０は、格納された状態のフラップ１０において、コード方向（Ｘ方向）の最前位置である。後縁２３は、格納された状態のフラップ１０において、コード方向（Ｘ方向）の最後位置である。

フラップ１０の上面２６は、不変部３２の上側外板３３の外面（以下、「不変部の上面」と言う。）３４と、モーフィング部分２４の上面部材３６の外面（以下、「モーフィング部分の上面」と言う。）３８と、固定部４０の上側表面（以下、「固定部の上面」と言う。）４２とにより構成される。これら不変部３２の上面３４と、モーフィング部分２４の上面３８と、固定部４０の上面４２とは、互いに連続し、フラップ１０の上面２６を形成する。このフラップ１０の上面２６のコンターは、前縁２０から後縁２３に向かって上方に（外側に）膨らむように湾曲する流線形を有する。

フラップ１０の下面２８は、不変部３２の下側外板４４の外面（以下、「不変部の下面」と言う。）４６と、モーフィング部分２４の下面部材４８の外面（以下、「モーフィング部分の下面」と言う。）５０と、固定部４０の下側表面（以下、「固定部４０の下面」と言う。）５２とにより構成される。これら不変部３２の下面４６と、モーフィング部分２４の下面５０と、固定部４０の下面５２とは、互いに連続し、フラップ１０の下面２８を形成する。このフラップ１０の下面２８のコンターは、前縁２０から後縁２３に向かって上方に（内側に）くぼむように湾曲する流線形を有する。なお、フラップ１０の下面２８のコンターは、この形状に限定されない。たとえば、前縁２０から後縁２３に向かって下方に（外側に）膨らむように湾曲する流線形を有していてもよいし、直線状またはほぼ直線状であってもよい。

次に、フラップ１０を構成する不変部３２、固定部４０、及びモーフィング部分２４の詳細について順に説明する。

不変部３２は、それ自体の翼型を変形しない部分である。不変部３２はフラップ１０の前縁２０とモーフィング部分２４の基端２４ａとの間に形成され、不変部３２の最先端にフラップ１０の前縁２０が配される。不変部３２は、外板３３、４４と、これら外板３３、４４を支える骨材（図示せず）で構成される。骨材は、スパー、リブおよびストリンガーなどを含む。不変部３２の上側外板３３および下側外板４４は、非伸縮性材料の平板で形成される。この非伸縮性材料には、軽量で剛性を有する材料、たとえば、アルミニウム又はその合金などの金属が用いられる。

固定部４０は、それ自体の翼型は変形しないが、モーフィング部分２４の変形に応じて前縁２０に対する位置を移動させることにより、フラップ１０の翼型を変形させる部分である。固定部４０は、モーフィング部分２４の終端２４ｂとフラップ１０の後縁２３との間に形成され、固定部４０の最後尾にフラップ１０の後縁２３が配される。固定部４０には、図６および図７に示すように、モーフィング部分２４の上面部材３６の尾端、モーフィング部分２４の下面部材４８の尾端および、後述するモーフィング部分２４のリンク機構５６の第３ロッドＲ３の後端部が接続される。

固定部４０は、図６〜図９に示すように、後方に向かって厚みが小さくなる傾斜体で形成される。固定部４０は、後面４０ａ、前面４０ｂ、上面（上側表面）４２、下面（下側表面）５２および２つの側面を含む。後面４０ａおよび前面４０ｂは矩形状であって、後面４０ａが前面４０ｂより小さい。２つの側面は、後面４０ａ側の辺が前面４０ｂ側の辺より短い台形状である。上面４２および下面５２は、矩形状であって、上面４２および下面５２は互いに向かい合い、それらの間隔は前面４０ｂから後面４０ａに向かって小さくなる。このため、固定部４０の上面４２は、後方に向かって下側に傾斜する。この固定部４０の上面４２がモーフィング部分２４の上面３８とフラットになるように、固定部４０の上面４２にモーフィング部分２４の上面部材３６が接続されている。固定部４０の下面５２がモーフィング部分２４の下面５０とフラットになるように、固定部４０の下面５２にモーフィング部分２４の下面部材４８が接続されている。なお、固定部４０の形状は、上面部材３６、下面部材４８およびモーフィング部分２４を接合するものであれば、その形状は限定されない。

（モーフィング部分）
図４は、モーフィング部分２４の上面３８のコンターを示すグラフである。図５は、平板を傾斜した際の形状を示すグラフである。図６は、傾斜していないモーフィング部分２４および固定部４０を示す図である。図７は、傾斜したモーフィング部分２４および固定部４０を示す図である。図８は、傾斜していないモーフィング部分２４のリンク機構５６および固定部４０を示す図である。図９は、傾斜したモーフィング部分２４のリンク機構５６および固定部４０を示す図である。

モーフィング部分２４は、それ自体が変形することにより、フラップ１０の翼型を変形させる部分である。モーフィング部分２４は、フラップ１０の後方部２５（図２）に設けられ、不変部３２と固定部４０との間に形成される。

モーフィング部分２４は、前方に位置する基端２４ａから後方に位置する終端２４ｂに向かうに従ってＺ方向の下側に傾斜する。モーフィング部分２４の基端２４ａは、図３に示すように、たとえば、前縁２０から０．５０C_flap〜０．９０C_flapに位置する。好ましくは、基端２４ａは、たとえば、前縁２０から０．６０Ｃ_flapの位置に配される。モーフィング部分２４の終端２４ｂは、後縁２３から０．０５C_flap〜０．１０C_flapの間に位置する。好ましくは、終端２４ｂは、たとえば、後縁２３から０．０５Ｃ_flapの位置に配される。このＣ_flapは、モーフィング部分２４が傾斜していない状態において前縁２０と後縁２３とを結ぶ直線（翼弦線）の長さ（翼弦長）を示す。

モーフィング部分２４は、その基端２４ａから後方へ向かう傾斜状態が、フラップ１０のキャンバーを変化させるように可変である。すなわち、フラップ１０の上面２６の曲率が大きくなる方向に、モーフィング部分２４が基端２４ａから下方へ傾斜する。これにより、翼厚の変化がないまたは小さいのに対し、上面３８が大きく上方に膨らむ。このため、キャンバーラインに比べて翼弦線が下がり、これらの間の距離を表すキャンバーが大きくなるように変化する。

モーフィング部分２４の上面３８が傾斜する角度δ（ｘ_u）は、図４に示すように、モーフィング部分２４の基端２４ａからのＸ方向の距離ｘに応じて線形に変化する。図４の横軸は、モーフィング部分２４の上面３８における基端２４ａからの距離ｘを示し、縦軸は、上面３８における高さ方向の変位ｙを示す。また、δ_morphは、終端２４ｂの位置ｘ_uEにおけるモーフィング部分２４の上面３８の傾斜角度（以下、「モーフィング角度」と言う。）を示す。ここでは、モーフィング部分２４の上面３８を実線で表し、下面５０を破線で表す。

モーフィング部分２４が傾斜せず、モーフィング部分２４の上面３８の傾斜角度δ_morphが０度であるときの、基端２４ａから終端２４ｂまでの距離を１（このときｘ_uE＝１）とする。即ち、モーフィング部分２４における上面３８の変形領域を、基端２４ａから終端２４ｂに至る０≦ｘ≦１の区間と定義する。このとき、終端２４ｂの変位はｙ＝０となる。そして、このときのモーフィング部分２４の上面３８のコンターは、下記式（１）で表される。

ｙ_u0＝ｆ（ｘ_u0） （１）
モーフィング部分２４の上面３８の傾斜角度δ（ｘ_u）は、モーフィング部分２４の基端２４ａからの距離ｘ_ｕに応じて線形に変化する。このＸ方向の距離ｘ_uにおける上面３８の傾斜角度δ（ｘ_u）は下記式（２）で表される。そして、終端２４ｂの位置ｘ_uEにおける上面３８の傾斜角度、つまり、モーフィング角度δ_morphは下記式（３）で表される。ここで、δａは、後述するように所望のモーフィング角度δ_morphに応じて適宜決定される係数（定数）である。

δ（ｘ_u）＝δａ・ｘ_u （２）
δ_morph＝δａ・ｘ_uE （３）
モーフィング角度δ_morph＝０のモーフィング部分２４の上面３８のコンター長さｓ₀は、下記式（４）で表される。これに対し、終端２４ｂでの傾斜角度をモーフィング角度δ_morphとした場合の、モーフィング部分２４の上面３８のコンターの各位置における傾斜は、下記式（５）で表される。このため、この時の上面３８のコンター長さｓ₁は、下記式（６）で表される。これらのモーフィング部分２４における上面３８のコンター長さｓ₀、ｓ₁は、モーフィング部分２４の傾斜状態にかかわらず一定である。このため、ｓ₀＝ｓ₁の関係を維持しつつ、モーフィング部分２４は傾斜する。これにより、所望のモーフィング角度δ_morphを実現し得る一組の［δａ、ｘ_uE］が定まる。

ｓ₀＝∫ｄｓ₀＝∫（ｄｘ_u0 ^２＋ｄｙ_u0 ^２）^１／２＝∫（ｙ_u0´^２＋１）^１／２・ｄｘ_u （４）
ｙ_u1´＝ｆ´（ｘ_u）＋ｔａｎ（δａ・ｘ_u） （５）
ｓ₁＝∫ｄｓ₁＝∫（ｙ_u1´^２＋１）^１／２・ｄｘ_u （６）
図４の斜線で示されるモーフィング部分２４の下面５０のコンター形状は、モーフィング部分２４の上面３８のコンター形状および翼厚により拘束される。モーフィング部分２４の下面５０における基端２４ａからの距離ｘ_Ｌは下記式（７）で表され、下面５０における高さ方向の変位ｙ_Ｌは下記式（８）で表される。なお、式中のｔは翼厚であってｘ_uの関数として定義される。また、下記の（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）で表される下面５０上の地点は、ｘ_uで表される上面３８上の地点に対応する箇所である。即ち、翼弦線上のある箇所に対して翼厚方向の上側に位置するのが上面３８上の距離ｘ_uの地点である場合に、（ｘ_Ｌ，ｙ_Ｌ）で表される下面５０上の地点は、翼弦線上の当該箇所に対して翼厚方向の下側に位置している。

ｘ_Ｌ＝ｘ_u−ｔ・ｓｉｎ（δａ・ｘ_u） （７）
ｙ_Ｌ＝ｙ_u−ｔ・ｃｏｓ（δａ・ｘ_u） （８）
たとえば、図５に示すように、長さ１に対して厚み０．１の平板を傾斜させたとする。図５の横軸は、平板におけるコード方向（Ｘ方向）の位置を示し、縦軸は、平板の高さ方向（Ｚ方向）の変位ｙを示す。この平板の上面のコンター長さｓは下記式（９）で表され、モーフィング角度δ_morphは下記式（１０）で表される。これらの式（９），（１０）により、所望のモーフィング角度δ_morphに対応する係数δａ及び終端までの距離ｘ_uEが求められる。その結果、この平板の上面のコンターｙ_uは、下記式（１１）によって算出することができる。即ち、任意のモーフィング角度δ_morphを選択した場合に、それを実現することのできるモーフィング部分２４の上面３８のコンター形状を、式（１１）によって定義することができる。なお、式（１１）中のｘ_uは、０からｘ_uEまでの値をとる。

ｓ＝［ｓｉｎｈ^-1（ｔａｎδａ・ｘ_uE）］／δａ＝１ （９）
δ_morph＝δａ・ｘ_uE （１０）
ｙ_u＝［ｌｎ（ｓｅｃδａ・ｘ_u）］／δａ （１１）
次に、上記のように数式によって各変形後のコンター形状を特定し得るモーフィング部分２４の具体的な構成について、以下に一例を示す。

モーフィング部分２４は、図６および図７に示すように、非伸縮性材料で形成される上面部材３６と、伸縮性材料で形成される下面部材４８と、上面部材３６と下面部材４８との間に配されるリンク機構５６とを備える。これらの上面部材３６、下面部材４８およびリンク機構５６により、上面３８のコンター長さが変化せずに、下面５０がコンター長さを伸縮させて、モーフィング部分２４が傾斜することができる。

モーフィング部分２４の上面部材３６を形成する非伸縮性材料には、軽量で剛性を有する材料、たとえば、アルミニウムやその合金などの金属が用いられる。この上面３８のコンターの長さを一定に維持したまま、上面部材３６を繰り返し変形させる必要があるため、上面部材３６には優れた疲労強度が要求される。また、負圧による引きはがす力に対抗し、上面３８のコンター形状を維持する機械的強度が上面部材３６に要求される。上面部材３６の先端は、たとえば、フラップ１０の前縁２０に位置し、上面部材３６の尾端は、たとえば、固定部４０の上面４２に接続される。この上面部材３６の尾端と固定部４０の上面４２とは所定の長さだけ重なった面で接続されるため、後述するように、上面部材３６の形状は固定部４０の上面４２の傾きに影響される。

なお、モーフィング部分２４の上面部材３６は、先端から尾端まで連続する１枚の非伸縮性材料で形成されていてもよいし、複数の非伸縮性材料が先端から尾端まで一連に連結されて形成されてもよい。また、モーフィング部分２４の上面部材３６は、不変部３２の上側外板３３と一体的に形成されていてもよいし、別個に形成されていてもよい。

モーフィング部分２４の下面部材４８を形成する伸縮性材料には、軽量で柔軟性を有する材料、たとえば、シリコンゴムなどが用いられる。モーフィング部分２４の下面部材４８は、モーフィング部分２４の基端２４ａと終端２４ｂとの間で湾曲しながら伸縮する。この下面部材４８の先端は、たとえば、モーフィング部分２４の基端２４ａに位置するスパー５４に固定される。下面部材４８の尾端は、たとえば、固定部４０の下面５２に接続される。

リンク機構５６は、上面部材３６および下面部材４８を複数の骨部材５７により支えながら変形させる。リンク機構５６は、図６〜図９に示すように、第１〜第３ロッドＲ１〜Ｒ３と、伸縮ロッドＲ０と、第１および第２連結部Ｃ１、Ｃ２と、第１〜第６ジョイント部Ｊ１〜Ｊ６とを有する。リンク機構５６は、モーフィング部分２４の基端２４ａに位置するスパー５４に固定されている。以下、このリンク機構５６の詳細を説明する。

第１ジョイント部Ｊ１は、スパー５４に対して第１ロッドＲ１の前端部を揺動可能に接続する。第３ジョイント部Ｊ３は、スパー５４に対して伸縮ロッドＲ０の前端部を揺動可能に接続する。また、第１ジョイント部Ｊ１は相対的に上面部材３６側に配され、第３ジョイント部Ｆ３は相対的に下面部材４８側に配されている。

第１および第３ジョイント部Ｊ１、Ｊ３は、取付座Ｊａ、支持部Ｊｂおよび棒状の軸部Ｊｃを有する。取付座Ｊａはモーフィング部分２４の基端２４ａに位置するスパー５４に固定される。支持部Ｊｂは、取付座Ｊａに垂直に設けられた板状部材である。図８に示すように、本実施の形態では、第１ジョイント部Ｊ１として１つの支持部Ｊｂを有するものを例示し、第３ジョイント部Ｊ３として２つの支持部Ｊｂを有するものを例示している。これらの支持部Ｊｂには、それぞれＹ方向に延びる貫通孔が設けられる。

伸縮ロッドＲ０は、その長さを主にＸ方向に伸縮し、たとえば、油圧シリンダなどのアクチュエータで構成される。伸縮ロッドＲ０の伸縮（開始タイミングおよび伸縮距離など）は、制御部（図示せず）から出力される信号により制御される。伸縮ロッドＲ０の前端部は、Ｙ方向に延びる貫通孔を有し、第３ジョイント部Ｊ３の２つの支持部Ｊｂの間に挟み込まれる。伸縮ロッドＲ０の前端部の貫通孔および第３ジョイント部Ｊ３の支持部Ｊｂの貫通孔に第３ジョイント部Ｊ３の軸部Ｊｃが差し入れられる。これにより、伸縮ロッドＲ０の前端部は、第３ジョイント部Ｊ３によりＸＺ面において回転可能にスパー５４に接続される。伸縮ロッドＲ０の後端部は窪みを有し、その窪みに第２ロッドＲ２の前端部が挿入され、枢支される。

第１ロッドＲ１は、たとえば、断面が矩形の棒状部材で形成され、前端部および後端部を含む。前端部および後端部のそれぞれにＹ方向に延びる貫通孔が設けられる。第１ロッドＲ１の前端部は窪みを有し、この窪みに第１ジョイント部Ｊ１の支持部Ｊｂが入れられる。この第１ロッドＲ１の前端部の貫通孔および第１ジョイント部Ｊ１の支持部Ｊｂの貫通孔に第１ジョイント部Ｊ１の軸部Ｊｃが差し込まれる。これにより、第１ロッドＲ１の前端部は、第１ジョイント部Ｊ１によりＸＺ面において回転可能にスパー５４と接続される。

第１ロッドＲ１の後端部は窪みを有し、その窪みに第１連結部Ｃ１の上端が差し入れる。第１ロッドＲ１の後端部の貫通孔および第１連結部Ｃ１の上端の貫通孔に第２ジョイント部Ｊ２の軸部が挿入される。これにより、第１連結部Ｃ１の上端は、第２ジョイント部Ｊ２によりＸＺ面において回転可能に第１ロッドＲ１の後端部と接続される。

第１ロッドＲ１は、接続部として第５ジョイント部Ｊ５をさらに備える。第１ロッドＲ１の接続部は、挿入孔およびＹ方向に延びる貫通孔を有する。挿入孔内に第２連結部Ｃ２の上端が挿入される。第５ジョイント部Ｊ５の軸部が第１ロッドＲ１の接続部の貫通孔および第２連結部Ｃ２の上端の貫通孔に挿入される。これにより、第２連結部Ｃ２の上端は、第５ジョイント部Ｊ５によりＸＺ面において回転可能に第１ロッドＲ１と接続される。

第２ロッドＲ２は、たとえば、断面が矩形の棒状部材で形成され、前端部および後端部を含む。前端部および後端部のそれぞれにＹ方向に延びる貫通孔が設けられる。第２ロッドＲ２の前端部は、伸縮ロッドＲ０の後端部の窪みに挿入される。また。第２ロッドＲ２の前端部は窪みを有し、伸縮ロッドＲ０の窪みと第２ロッドＲ２の窪みにより挿入孔が形成され、この挿入孔に第２連結部Ｃ２の下端部が差し込まれる。第２ロッドＲ２の前端部の貫通孔と、伸縮ロッドＲ０の後端部の貫通孔と、第２連結部Ｃ２の下端部の貫通孔とに、第４ジョイント部Ｊ４の軸部が差し込まれる。これにより、第２ロッドＲ２の前端部および第２連結部Ｃ２の下端部は、第４ジョイント部Ｊ４によりＸＺ面において回転可能に伸縮ロッドＲ０の後端部と接続される。

第２ロッドＲ２の後端部は窪みを有し、その窪みに第１連結部Ｃ１の下端部が差し入れられる。第２ロッドＲ２の後端部の貫通孔および第１連結部Ｃ１の下端部の貫通孔に第６ジョイント部Ｊ６の軸部が差し込まれる。これにより、第１連結部Ｃ１の下端部は、第６ジョイント部Ｊ６によりＸＺ面において回転可能に第２ロッドＲ２の後端部に接続される。

第２連結部Ｃ２は、たとえば、矩形状の肉厚の平板状部材で形成される。また、第１連結部Ｃ１は、たとえば、略三角形状の肉厚の平板状部材で形成される。第１連結部Ｃ１の接合部は第３ロッドＲ３の前端部に接合されている。

第３ロッドＲ３は、たとえば、断面が矩形の棒状部材で形成され、前端部および後端部を含む。第３ロッドＲ３の前端部は第１連結部Ｃ１の接合部に固定され、第３ロッドＲ３は第１連結部Ｃ１と一体的に形成されている。第３ロッドＲ３の後端部は固定部４０の前面４０ｂに固定され、第３ロッドＲ３と固定部４０とは所定の角度を成している。

このモーフィング部分２４のリンク機構５６において、図６および図８に示す伸縮ロッドＲ０が伸びている状態では、伸縮ロッドＲ０、第２ロッドＲ２および第３ロッドＲ３は直線またはほぼ直線状に延びる。このとき、モーフィング角度δ_morphは０であって、モーフィング部分２４の上面３８と固定部４０の上面４２とは直線またはほぼ直線状に一連に延びる。そして、骨部材５７は、第１ロッドＲ１および第３ロッドＲ３と上面部材３６との間で、これらに対して垂直またはほぼ垂直に上面部材３６を支える。

図７および図９に示すように、伸縮ロッドＲ０が縮むと、第４ジョイント部Ｊ４が基端２４ａ側に引っ張られる。このとき、第１〜第３ロッドＲ１〜Ｒ３および第１および第２連結部Ｃ１、Ｃ２は長さが一定であるとともに、各ジョイント部Ｊ１〜Ｊ６における各ロッドＲ１〜Ｒ３よび各連結部Ｃ１、Ｃ２の動きが上記のとおり規定されている。これにより、第１ロッドＲ１および第３ロッドＲ３は後側下方へ傾斜する。このとき、モーフィング部分２４の上面３８のコンター長さもモーフィング部分２４の傾斜状態にかかわらず一定であることにより、固定部４０の動きは制限されている。このため、各ロッドＲ１〜Ｒ３および各連結部Ｃ１、Ｃ２は、伸縮ロッドＲ０の長さに応じた所定の動きを行い、固定部４０は所定の角度で傾斜する。このモーフィング部分２４の上面部材３６および固定部４０の上面４２は所定寸法分だけ重なって接続されていることにより、モーフィング部分２４の上面部材３６の形状は固定部４０の位置およびその上面４２の傾斜角度に依存する。つまり、終端２４ｂにおける、モーフィング部分２４の上面部材３６の傾斜角度と固定部４０の上面４２の傾斜角度とが等しくなるように、モーフィング部分２４の上面部材３６は湾曲する。このため、モーフィング部分２４の上面３８は所定の形状を形成する。この所定の形状は、モーフィング部分２４の上面３８が傾斜する角度がモーフィング部分２４の基端２４ａからの距離に応じて線形に変化するように形成される。

一方、モーフィング部分２４の下面５０のコンター長さは、固定部４０の位置およびその下面５２の傾斜角度に応じて伸縮および湾曲する。

（作用、効果）
このように傾斜するモーフィング部分２４は、３つの変数を有する。３つの変数は、モーフィング部分２４の基端２４ａ位置：０．６０Ｃ_flapと、モーフィング部分２４の終端２４ｂ位置：０．０５Ｃ_flapと、モーフィング角度δ_morphとである。これらの変数は、多目的遺伝的アルゴリズムなどの最適化ツールを用いて求められる。揚力係数ｃｌが最大であって負圧ピークＣp_peakが最小になるように変数が求められた結果、図１０に示す圧力分布が得られた。

図１０は、展開状態で主翼１４全体における圧力分布の一例である。縦軸は、前縁スラット１６およびフラップ１０が主翼本体１２から展開した状態における、主翼１４全体の圧力係数Ｃｐを示す。横軸は、主翼１４における位置を示し、ｘ１は前縁スラット１６の前縁を表し、ｘ２は前縁スラット１６の後縁を表し、ｘ３は主翼本体１２の前縁を表し、ｘ４は主翼本体１２の後縁を表し、ｘ５はフラップ１０の前縁２０を表し、ｘ６はフラップ１０の後縁２３を表す。また、モーフィング部分２４が傾斜していない状態における圧力分布は破線で示され、モーフィング部分２４が傾斜している状態における圧力分布が実線で示される。

図１０に示すように、モーフィング部分２４を傾斜することにより、循環効果および放出速度効果によって、フラップ１０だけでなく、主翼１４全体における揚力が増加する。このように、モーフィング部分２４が傾斜した主翼１４のコンターが、空気力学的に所望の圧力分布を実現することができる。

また、上記式（１１）に示すように、モーフィング部分２４のコンター形状を定義することにより、モーフィング部分２４の任意の変形状態（傾斜状態）においても、そのコンター形状を簡単な数式によって定義することができる。従って、最適化ツールなどを用いて、モーフィング部分２４の変形に応じた圧力分布の変化を取得し、所望する圧力分布を実現し得るフラップ１０のコンター形状を数式によって容易に特定することができる。

さらに、モーフィング部分２４の終端２４ｂにおける、モーフィング部分２４の上面部材３６の傾斜角度と固定部４０の上面４２の傾斜角度とが等しくなる。これにより、モーフィング部分２４の上面部材３６が滑らかに湾曲する。また、アルミニウム合金などの金属によりモーフィング部分２４の上面部材３３が形成されることにより、滑らかなモーフィング部分２４の上面３４が維持される。このため、モーフィング部分２４の上面３８のコンターに段差などがなく、上面３８上を流れる気流の乱れ、延いては気流の剥離が抑制される。

さらに、フラップ１０のキャンバーが大きくなることにより、フラップ１０の上面３８上を流れる気流が加速されて、フラップ１０の上面３８上に形成される境界層が薄くなる。このため、フラップ１０を主翼本体１２から離すことができ、主翼１４本体からの気流と、主翼１４本体とフラップ１０前縁部２２との間を流れる境界層と干渉が低減される。この結果、主翼１４全体における空気抵抗が低減されるだけでなく、失速を遅らせることができる。

さらに、リンク機構５６によってモーフィング部分２４の上面３８および下面５０のコンターを再現および保持することができる。

（実施の形態２）
図１１は、傾斜していないモーフィング部分２４の構成を示す図である。図１２は、傾斜しているモーフィング部分２４の構成を示す図である。

実施の形態２に係るフラップ１０は金具５８およびスライド板６０をさらに備える。金具５８は、たとえば、Ｌ字形状を有し、スパー５４に取り付けられる。金具５８の縦辺部はスパー５４に平行に設けられ、横辺部は下面部材４８に平行またはほぼ平行に設けられる。金具５８の横辺部と下面部材４８との間には、スライド板６０の厚みに相当する間隙が設けられている。この間隙にスライド板６０が挿入される。

スライド板６０は、伸縮性材料で形成される下面部材４８を内方から支持し、フラップ１０の形状を保持するための平板である。スライド板６０は、軽量であって剛性を有し、たとえば、アルミニウムやその合金などの金属で形成される。スライド板６０の前端と後端との間の長さは、モーフィング部分２４が傾斜していない状態において、モーフィング部分２４の基端２４ａと固定部４０の底面４０ｂとの間における下面部材２８の長さより短い。スライド板６０の後端は固定部４０の底面４０ｂに結合されている。このため、スライド板６０の前端とスパー５４との間には所定の間隔が設けられる。モーフィング部分２４が傾斜すると、スライド板６０は、下面部材４８の短縮および湾曲に応じて、その前端がスパー５４側に移動するようにスライドしながら、湾曲する。これにより、スライド板６０の前端がスパー５４に当たり、スライド板６０の移動が固定される。このため、スライド板６０は、所定の形状に湾曲し、下面部材４８に接して下面部材４８を支持する。このため、モーフィング部分２４の下面５０の形状が、空気力学的に所望の圧力分布を達成するための形状に沿ったものとなる。なお、モーフィング部分２４が傾斜した際に、スライド板６０の先端がスパー５４に当たらなくてもよい。この場合でも、スライド板６０は金具５８により保持されるため、スライド板６０は下面部材４８を支持することができる。

なお、上記全ての実施の形態では、第１〜第３ロッドＲ１〜Ｒ３と、伸縮ロッドＲ０と、第１および第２連結部Ｃ１、Ｃ２と、第１〜第６ジョイント部Ｊ１〜Ｊ６とを有するリンク機構５６がモーフィング部分２４に用いられた。ただし、リンク機構５６は、空気力学的に所望の圧力分布を達成するコンターを形成するように変形するものであれば、リンク機構の構成はこれに限定されない。

さらに、上記全ての実施の形態では、シングルタイプのフラップ１０にモーフィング部分２４が採用されたが、ダブルタイプなどの別のフラップにモーフィング部分２４が採用されてもよい。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を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。

本発明のフラップは、変形可能であり、且つ、主翼全体における所望の圧力分布を実現し得るフラップの設計に際してコンター形状を容易に定義することができるフラップ等として有用である。

１０ フラップ
１４ 主翼
２０ 前縁
２３ 後縁
２４ モーフィング部分
２４ａ 基端
２６ フラップの上面
３６ 上面部材
３８ モーフィング部分の上面
４０ 固定部
４８ 下面部材
５６ リンク機構
Ｒ１ 第１ロッド
Ｒ２ 第２ロッド
Ｒ３ 第３ロッド
Ｒ０ 伸縮ロッド
Ｃ１ 第１連結部
Ｃ２ 第２連結部
Ｊ１ 第１ジョイント部
Ｊ２ 第２ジョイント部
Ｊ３ 第３ジョイント部
Ｊ４ 第４ジョイント部
Ｊ５ 第５ジョイント部
Ｊ６ 第６ジョイント部

Claims (4)

1. 主翼の後部に設けられ、前縁から後縁へ延びる上面および下面により構成されるコンターを有するフラップであって、
   該フラップの後部に設けられたモーフィング部分を備え、
   該モーフィング部分は、その基端から後方へ向かう傾斜状態が、前記フラップのキャンバーを変化させるように可変であり、
   前記モーフィング部分における上面のコンター長さは、該モーフィング部分の傾斜状態にかかわらず一定であり、
   前記モーフィング部分において上面部材と下面部材との間に配されるリンク機構をさらに備え、
   前記リンク機構は、
   前記モーフィング部分の基端に設けられた第１ジョイント部に回転可能に前端部が接続される第１ロッドと、
   前記第１ロッドの後端部に第２ジョイント部により回転可能に上端部が接続される第１連結部と、
   前記モーフィング部分の基端において前記第１ジョイント部より前記下面側に設けられた第３ジョイント部により回転可能に前端部が接続され、長さが伸縮する伸縮ロッドと、
   前記伸縮ロッドの後端部に第４ジョイント部により回転可能に下端部が接続され、前記第１ロッドに第５ジョイント部により回転可能に上端部が接続される第２連結部と、
   前記伸縮ロッドの後端部および前記第２連結部の下端部に前記第４ジョイント部により回転可能に前端部が接続され、前記第１連結部の下端部に第６ジョイント部により回転可能に後端部が接続される第２ロッドと、
   前記第１連結部に前端部が固定される第３ロッドと、を有する、フラップ。
2. 前記モーフィング部分における上面が傾斜する角度は、前記モーフィング部分の基端からの距離に応じて線形に変化する、請求項１に記載のフラップ。
3. 前記モーフィング部分における上面部材は非伸縮性材料で形成され、前記モーフィング部分における下面部材は伸縮性材料で形成される、請求項１または２に記載のフラップ。
4. 前記上面部材の尾端、前記下面部材の尾端および、前記第３ロッドの後端部が接続される固定部をさらに備え、
   前記固定部は、後方に向かって厚みが小さくなる傾斜体で形成される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフラップ。
   以上