JPH0735642A

JPH0735642A - ヒンジモーメント計測用天秤

Info

Publication number: JPH0735642A
Application number: JP17666293A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Abeta; 武阿部田; Masao Arakawa; 正夫荒川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1993-07-16
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】よりコンパクトな構造にできて、取付部が翼
外形形状より突出せず、また舵面取付部のシールが容易
で、しかもヒンジの軸心合せがきわめて容易なヒンジモ
ーメント計測用天秤を提供すること。【構成】固定翼２に取付ける固定翼取付部３と舵面１
との間に測定エレメント４を介在させた形で単一素材か
ら一体削り出しでこれらを作成し、測定エレメント４の
両側端が固定翼取付部３および舵面１にそれぞれ連結さ
れた状態になるようにスリット６を入れて、測定エレメ
ント４に捩り量が発生するようにした。また測定エレメ
ント４は両翼の翼厚より薄く形成し、感度を上げるとと
もに翼外形形状より突出しない様に形成した。さらに、
スリット６を入れた部分および翼外形形状との段差部分
にシリコン樹脂からなるシール材１１を充填するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、航空機の下げ翼（フラ
ップ）、補助翼（エルロン）又は操舵翼等のように、固
定翼にヒンジで取付けられ、その作動により機体の姿勢
又は方向制御を行う可動翼（舵面）が、操舵時にヒンジ
まわり発生するモーメントについてのデータを取得する
ために行う、風洞試験用模型のヒンジモーメント計測用
天秤に関する。

【０００２】

【従来の技術】飛行体の開発時、開発を行う飛行体と相
似に製作した模型を使って行う風洞試験に、可動にされ
た翼（舵面）のヒンジモーメント計測試験がある。これ
は舵面を作動させた時（操舵時）の、舵面に働く空気力
に対し強度上問題がないか等舵面の強度を含むヒンジ強
度の確認、油圧で作動させるものについては油圧装置の
設計データの取得、ワイヤー操舵を行うものについては
舵の重さの検討データの取得、およびマスバランス、ト
リムタブ検討のためのデータの取得等を目的としてなさ
れる。この様な風洞試験において、従来行われている舵
面のヒンジモーメントの計測を、図６、図７により説明
する。図６に示すよう風洞内に支持装置４９により設置
された模型５０に固定されている翼本体５１の後縁に、
ヒンジによって取付けられている舵面５２が気流に対し
角度をとった時空気力が発生し、ヒンジ中心回りにヒン
ジモーメントが発生する。

【０００３】このヒンジモーメントを測定するため、従
来装置の一実施例を示す図７（Ａ）に示されるように、
翼本体５１の後端にヒンジまわり回転のみをフリーとし
て舵面５２を複数のフリヒンジ５４で固定して、舵面５
２に作用する空気力によって生じるヒンジまわりのモー
メントを、フリヒンジ５４と同軸心上に配置されたヒン
ジモーメント計測用の天秤５３で測定するようにしてい
る。すなわち、図７（Ａ）の矢視Ｂ−Ｂを示す図７
（Ｂ）に示されるように、翼本体５１に固定された軸受
ボックス５５に支軸５６，５９を、前後方向に２本固着
し、この支軸５６，５９にベアリング５７を介して測定
エレメント５３の前後を枢着して、測定エレメント５３
を舵面５２に固着することにより、舵面５２に作用する
空気力４７によって生じる舵面５２の翼本体５１後端ヒ
ンジまわりに発生するモーメントを、測定エレメント５
３の表面に貼着した、曲げ測定用ストレンゲージ５８に
て曲げ歪量を検出することによって、測定するようにし
たものである。

【０００４】上述の通り、従来の上述ヒンジモーメント
を測定する装置は、測定エレメント５３の両端を軸受構
造にする必要があり、さらには軸受ボックス５５、測定
エレメント５３、支軸５６，５９、ベアリング５７のほ
か図示しない天秤カバー、ヒンジモーメント測定に影響
しない様に設けられるシール等部品の点数が多く、また
構造も非常に複雑なためコンパクト化が困難で、図７に
図示した様に、翼本体５１および舵面５２の外形形状か
らはみ出して設置せざるを得ない。また、モーメントを
分離して測定するためには、舵面５２と翼本体５１の接
続部に構造上隙間を必要とする一方、この接続部がシー
ルされている実際の航空機を模擬するためにはシールを
必要とし、測定データの精度を劣化させずにこの舵面シ
ールを行うのに困難がある。また測定エレメント５３の
支軸５９の軸心とフリヒンジ５４の軸心とを正確に一致
させる必要から、フリヒンジ５４の設置数が加工精度上
から制限され、大きな空気力を受け持つ舵面又は軸心の
長い舵面のヒンジモーメント測定が非常に困難になる不
具合もある。

【０００５】さらに、図８は上述装置の欠点の解消を図
った、従来装置の他の実施例を示す図である。この実施
例においては、前述装置のフリヒンジ５４の代わりに薄
肉ピボット６０を翼本体５１と舵面５２との間に設け
て、これとモーメント計測用の天秤６１の組み合わせに
よりヒンジモーメントを検出するものである。詳細説明
は省略するが原理的には前述の実施例とまったく同じも
のをただ一体化としたものである。この実施例において
は、前述装置のフリヒンジと測定エレメントの支軸の軸
心合せの困難性が解消する反面、ピボット６０の剛性が
ピボットまわりのモーメントに寄与し、モーメントの完
全分離が出来ないため、舵面５２に作用する空気力によ
って舵面５２に生じる垂直力が、モーメントの計測値に
影響を及ぼすという、垂直力の干渉が出るためヒンジモ
ーメント測定精度が悪くなるという問題点が新たに発生
する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のヒン
ジモーメント計測用天秤が有する問題点を解決するため
次の事項を課題とする。

【０００７】（１）可動翼（舵面）と固定翼（翼本体）
との接続部にシール材を挿入して、実機の舵面シールを
模擬した構成としても、可動翼に発生する垂直力の干渉
がヒンジモーメントとして表われず可動翼のヒンジモー
メントが正確に計測出来ること。

【０００８】（２）可動翼、固定翼の外形形状から突出
することのない様にコンパクト化できる簡単な天秤構造
と出来ること。

【０００９】（３）天秤の軸心とフリヒンジの軸心を容
易に合わせることができ、ヒンジの設置数に制約をなく
すること。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明のヒン
ジモーメント計測用天秤は、次の手段とした。

【００１１】（１）固定翼の一部で構成され、又は固定
翼に固着されて固定翼と一体化される固定翼取付部と可
動翼の一部で構成され、又は可動翼に固着されて可動翼
と一体化される可動翼取付部との間に両側端を連結した
測定エレメントを１つの素材から１体削り出しで作成
し、固定翼と可動翼との間に生じる変位を測定エレメン
トの捩り変位で検出してモーメントを計測できる構造の
ものとした。

【００１２】（２）測定エレメントの厚みは両側端に連
結される固定翼、および可動翼の連結部の翼厚より薄く
した。

【００１３】（３）測定エレメントの周辺はシール材で
包み込み、シール材が固定翼と可動翼の接合部をシール
すると共に、両翼の外表面が滑らかにつながる様に成形
できるようにした。

【００１４】

【作用】天秤エレメント、固定翼取付部、および可動翼
取付部が一体削り出しで作成されるので、ヒンジ中心の
穴明けが正確に、且つ容易に行うことができる。これに
よって、ヒンジの設置数に制約が少なくなり、大きな空
気荷重がかかるものでも計測できるようになるととも、
軸心の長い舵面にも適用できる。また構造が簡単にな
り、可動翼の固定翼への取付角（舵角）を任意に選択で
きる舵面の製作が可能となる。

【００１５】曲げ変位による計測でなく、捩り変位によ
りヒンジモーメントを計測するようにしたため、天秤の
厚みを翼厚より薄くして取付けることができ、薄肉舵面
においても形状を変更することなく設置でき、また外形
形状を実機と相似にすることが出来るので、より精度の
高いヒンジモーメントデータが取得できるようになる。
さらに測定エレメントの周辺をシール材で覆ってもヒン
ジモーメントの計測には影響がないため、固定翼、可動
翼接続部のシールの問題がなくなった。また、フリヒン
ジとの組合せによりヒンジモーメントを計測するので可
動翼に発生する垂直力の干渉を排除でき、より高精度の
ヒンジモーメントの測定が可能となる。

【００１６】

【実施例】本発明のヒンジモーメント計測用天秤の実施
例を図面により説明する。図１は本発明のヒンジモーメ
ント計測用天秤の第一実施例を示す図であって、図１
（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）はシール材による整形前の
図１（Ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図、図１（Ｃ）はシール材
による整形后の図１（Ａ）の矢視Ａ−Ａ断面図である。
可動翼としての舵面１と、固定翼２と１体化される固定
翼取付部３とは１つ素材から切り出され測定エレメント
４とともに１体削り出して製作される。なお、本実施例
の場合可動翼取付部は舵面１自体に構成されている。続
いてヒンジ中心５に穴明けを行い、測定エレメント４に
舵面１と固定翼取付部３との相対変位がねじり荷重とし
て入る様にワイヤカットで、舵面１と固定翼取付部とを
スリット６で切り離す。即ち、測定エレメント４は、舵
面１にかかる空気力によって固定翼取付部３に対する舵
面１の動きが、ねじり荷重により検出されるように、測
定エレメント４の両側端が固定翼取付部３および舵面１
にそれぞれ連結された状態になる様に切り離す。また測
定エレメント４は、前記ねじり荷重に対して適正な歪量
が出る様に固定翼取付部３および舵面１の翼厚より薄く
され、その断面形状も正方形、長方形又は円形の中から
構造に適した形状に選定される。

【００１７】固定翼取付部３は、図１（Ｂ）に示される
ように固定翼２の後端部に取付ねじ７により取り付けら
れ固定翼２と一体化されている。さらに固定翼取付部３
の後端と舵面１の前端部のヒンジ５中心にあけられた穴
には支軸８が回動自在に挿入され、フリヒンジ９がスリ
ットの組合わせにより作製され、また、舵面１の撓み量
がヒンジモーメント計測精度に問題とならない様に複数
設けられている。なお測定エレメント４が１つでは歪量
が大き過ぎる場合には、後述する様に複数設けるように
すれば良い。この様にして舵面１と固定翼取付部３との
間に測定エレメント４が設置された後、図１（Ｂ）に示
すように測定エレメント４の上面、下面にそれぞれトル
クゲージ（ストレンゲージ）１０を貼着して、測定エレ
メント４の捩れ歪量が検出できるようにし、次いで図１
（Ｃ）に示すように、スリット６及び測定エレメント４
の上面、下面にシール材としてのシリコン樹脂１１を充
填して固定翼２と舵面１の接合部をシールするととも
に、両翼２，１の外表面が滑らかに連結するようにす
る。

【００１８】次に、本実施例の作用について説明する
と、舵面１が気流１２に対して角度を取ることにより、
舵面１に作用する空気力１３の垂直成分はフリヒンジ部
９が吸収し、ヒンジ中心５まわりのモーメントが分離さ
れ、測定エレメント４にねじり荷重として作用し、測定
エレメント４に歪が生ずる。この捩り歪量を測定エレメ
ント４に貼り付けたトルクゲージ１０で計測する。この
測定エレメント４に生じる歪はヒンジ中心５回りの対称
歪として表われる空気力１３の垂直成分による荷重の影
響はほとんど受けない。この点について概略図である図
２を用いて若干説明すると、同図において、Ｆ₁＝Ｆ₂
＝Ｆ₃とし、ヒンジモーメント測定用天秤はヒンジ中心
５、回りのモーメントを測定するためのもので、Ｍ（kg・mm）＝１／２（Ｆ₁＋Ｆ₂）ｌ＝ｌ×Ｆ₁ 但し、Ｍはヒンジモーメント、Ｆ₁，Ｆ₃は舵面１に働
く垂直力、Ｆ₂はヒンジに作用する反力、Ｆ₃の大きさ
に左右されない測定エレメントにする必要がある。その
ためヒンジ中心４の軸８がＦ₃を受け持ち、Ｍ（モーメ
ント）はエレメントが受け持つ構造として、モーメント
受感素子としてはトルク方向に感度の良いトルクゲージ
で受感し、フリヒンジ９はモーメントは受け持たず垂直
力（Ｆ₃）のみ受け持つようにして、ヒンジモーメント
が精度良く計測できる。

【００１９】次に、図３は本発明の第２実施例を示す平
面図で、本実施例は主翼の翼端近くに設けられる補助翼
（エルロン）に適用した例で、可動翼として舵面１が翼
幅方向に長くなるために、第一実施例に示す計測用天秤
に近接したフリヒンジ９のほかに、翼幅方向にフリヒン
ジ９１を設けて舵面１にかかる大きな空気力にも耐える
ようにしたものである。本実施例においても固定翼取付
部３、舵面１および測定エレメントを１体削り出しで作
成して、スリット６を入れる前にヒンジ中心５に穴を全
通できるのでフリヒンジ９，９１、と測定エレメント４
の軸心を容易に合わせることができ、翼幅方向に長い舵
面と固定翼の連結部を持つにも拘わらずヒンジモーメン
トの計測を容易に行うことができる。なお図３の矢視Ａ
−Ａ断面図は図１（Ｂ）、図１（Ｃ）と同様のものであ
る。

【００２０】次に、図４は飛しょう体、ロケット等の操
舵翼に適用される本発明の第３実施例を示す図で、胴体
２０に固着された固定翼２を包囲して可動翼（舵面）１
が形成され、ヒンジ（支軸８）および測定エレメント４
が、舵面１の翼根部翼弦方向中心付近に設けられている
点を除き第１実施例と同じ構造のものである。

【００２１】次に、図５は本発明の第４実施例を示す図
で、本実施例では前記第１〜第３実施例と異り測定エレ
メント４が、固定翼２と一体化される固定翼取付部３
と、可動翼である舵面１と別体に形成され取付ねじ７で
舵面１と一体化される可動翼取付部１７との一体削り出
して作製されている。即ち、本実施例のヒンジモーメン
ト計測用天秤は固定翼２、可動１とは別体の素材で１体
削り出しで作製され、それぞれの取付部３，１７を介し
て固定翼２、可動翼１と一体化されるものである。この
場合、測定エレメント４に近接して設けられているフリ
ヒンジ９以外の、翼幅方向に配置されてフリヒンジ９２
の軸心と測定エレメント４との軸心は調整する必要はあ
るが、フリヒンジ９の軸心は調整の必要がなく従来のも
のに比較して、軸心合せは容易となる。

【００２２】なお上記第１〜第４実施例において、可動
翼と固定翼との接合部に充填するシリコン樹脂によっ
て、ヒンジモーメントの零点がドリフトすることがある
が、これは風洞試験前に行われる天秤検定を行うことに
よって容易に補正できることを付加しておく。

【００２３】

【発明の効果】本発明のヒンジモーメント計測用天秤に
よれば、特許請求の範囲に示す構成により次の効果が得
られる。

【００２４】（１）可動翼（舵面）ヒンジモーメント計
測で一番大切な固定翼と可動翼との接続部のシールの問
題が完全に解決される。即ち固定翼と舵面の接続部の上
下面の圧力差による空気の流通は、シリコン樹脂により
完全にシールされ、舵面表面はシリコン樹脂により整形
され、模型の舵面形状は、実機と相似性の高いものとす
ることができる。

【００２５】（２）測定エレメントとフリヒンジの組み
合わせにより垂直力の干渉がなくなり高精度のヒンジモ
ーメントの測定が可能となる。即ち舵面に発生した空気
力の垂直成分はフリヒンジのシャフトの剪断力により受
け持ち、分離されたモーメントは測定エレメントのねじ
りにより受け持ち、測定エレメントに貼着されたトルク
ゲージ（ストレンゲージ）により検出されるので高精度
のヒンジモーメントの測定ができる。

【００２６】（３）薄肉舵面の形状を変更する事なく天
秤構造が成立する。

【００２７】（４）一体削り出しが可能で、構造がシン
プルとなり、固定翼、可動翼の外形形状より突出させる
ことなく取付けでき、希望通りの舵角の舵面を作る事が
出来る。

【００２８】（５）フリヒンジとの組合せにより、測定
エレメントを配置でき、両軸心の合せが容易となりヒン
ジの設置数の少なくなり大きな荷重のかかるもの又は固
定翼と可動翼の接続部の長いものでも簡単にヒンジモー
メント計測が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のヒンジモーメント計測用天秤の第１実
施例を示す図で、図１（Ａ）は平面図、図１（Ｂ）は図
１（Ａ）矢視断面図でシール材によるシールおよび成形
前、図１（Ｃ）は図１（Ｂ）の成形後を示す断面図。

【図２】舵面に作用する垂直力とヒンジモーメントとの
関係を説明する概略図。

【図３】本発明の第２実施例を示す平面図、なお矢視Ａ
−Ａ断面図は図１（Ｂ）、図１（Ｃ）と同様のものであ
る。

【図４】本発明の第３実施例を示す平面図、なお矢視Ａ
−Ａ断面図は図１（Ｂ）、図１（Ｃ）と同様のものであ
る。

【図５】本発明の第４実施例を示す平面図、なお矢視Ａ
−Ａ断面図は図１（Ｂ）、図１（Ｃ）と同様のものであ
る。

【図６】ヒンジモーメント計測用の風洞模型を示す側面
図。

【図７】従来のヒンジモーメント計測用天秤を示す斜視
図。

【図８】従来のヒンジモーメント計測天秤の他の例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１可動翼としての舵面２固定翼３固定翼取付部４測定エレメント５ヒンジ中心６スリット７取付ねじ８支軸９，９１，９２フリヒンジ１０ストレンゲージ１１シール材１２気流１３空気力１５ヒンジ孔２０胴体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】翼幅方向に配設された固定翼にヒンジを
介して取付けられた可動翼に発生する前記ヒンジまわり
のモーメントを計測する天秤において、前記固定翼と一
体化される固定翼取付部および前記可動翼と一体化され
る可動翼取付部のそれぞれに少なくとも両側端が連結さ
れて一体削り出しで前記固定翼および可動翼の連結部翼
厚より薄く形成され、前記固定翼および前記可動翼の接
合部を滑らかに形成しシールするシール材で被包され、
前記ヒンジと同軸上に配設されて、前記モーメントをそ
の捩り歪量で測定する測定エレメントを具えたことを特
徴とするヒンジモーメント計測用天秤。