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JP4270738B2 - Aircraft blade operating device - Google Patents
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JP4270738B2 - Aircraft blade operating device - Google Patents

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JP4270738B2 JP2000328410A JP2000328410A JP4270738B2 JP 4270738 B2 JP4270738 B2 JP 4270738B2 JP 2000328410 A JP2000328410 A JP 2000328410A JP 2000328410 A JP2000328410 A JP 2000328410A JP 4270738 B2 JP4270738 B2 JP 4270738B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、左右の主翼の後縁にそれぞれ上下動可能に設けた左右の動翼を相互に逆位相で、あるいは同位相で上下動させる飛行機の動翼作動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
かかる飛行機の動翼作動装置は、特公昭60−47156号公報、実公昭53−33360号公報、特開昭49−124800号公報により公知である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来の飛行機の動翼作動装置は、エルロン操作入力およびフラップ操作入力を多数のリンクやレバーを組み合わせた複雑なミキシング機構を介して動翼に伝達しているので、部品点数が多くなって構造が複雑化し、コストの増加、重量の増加、故障の発生の要因となるだけでなく、装置全体が大型化して機体への搭載スペースの確保が難しくなるという問題があった。また上記従来の動翼はエルロン機能やフラップ機能を備えるだけで、抗力の低減機能を備えていなかった。
【0004】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、シンプルで小型軽量な構造であって機体への搭載が容易であり、かつエルロン機能、エレベータ機能あるいはフラップ機能に加えて抗力低減機能を併せ備えた飛行機の動翼作動装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載された発明によれば、左右の主翼の後縁にそれぞれ動翼を上下動可能に設け、前記左右の動翼を相互に逆位相で上下動させてローリングモーメントを制御し、前記左右の動翼を同位相で上下動させて揚力あるいはピッチングモーメントを制御し、かつ前記左右の動翼を同位相で微小舵角だけ上下動させて抗力を制御する飛行機の動翼作動装置であって、機体前後方向に延びるロータ軸まわりに左右回転自在に設けられたロータと、ロータと一体に左右回転し、かつロータ軸に沿って前後動自在に設けられたスライダと、一端がロータ軸に枢支された左第1リンクと、一端がロータ軸に枢支された右第1リンクと、一端がスライダに枢支されて他端が左第1リンクの中間ないし他端に枢支された左第2リンクと、一端がスライダに枢支されて他端が右第1リンクの中間ないし他端に枢支された右第2リンクと、左右方向内端が左第1リンクの前記他端に枢支されて左右方向外端が連結機構を介して左動翼に接続された左第3リンクと、左右方向内端が右第1リンクの前記他端に枢支されて左右方向外端が連結機構を介して右動翼に接続された右第3リンクとを備え、ロータおよびスライダをロータ軸まわりに左右回転させ、左右の第2リンクおよび左右の第1リンクを介して左右の第3リンクを左右同方向に移動させることにより、左右の動翼を相互に逆位相で上下動させるとともに、スライダをロータ軸に沿って前後動させ、左右の第2リンクを介して左右の第1リンクおよび左右の第3リンクを左右逆方向に移動させることにより、左右の動翼を同位相で上下動させることを特徴とする飛行機の動翼作動装置が提案される。
【0006】
上記構成によれば、ロータおよびスライダをロータ軸まわりに左右回転させることにより、左右の第2リンクおよび左右の第1リンクを介して左右の第3リンクを左右同方向に移動させ、左右の動翼を相互に逆位相で上下動させてエルロンとして機能させることができ、またスライダをロータ軸に沿って前後動させることにより、左右の第2リンクを介して左右の第1リンクおよび左右の第3リンクを左右逆方向に移動させ、左右の動翼を同位相で上下動させてフラップあるいはエレベータとして機能させることができ、更に左右の動翼を同位相で微小角度上下動させて主翼の境界層を制御することで抗力を低減することができる。これにより、動翼にフラップ機能を発揮させて最大揚力の増加を図り、あるいは動翼にエレベータ機能を発揮させてピッチングをコントロールしながら、同時にエルロン機能を発揮させてローリングのコントロールを支障なく行うことができ、更に巡航時には主翼の抗力を低減して燃料消費量を節減することができる。しかも共通のロータ軸上に支持したロータおよびスライダにそれぞれ左右の第1リンクの一端および左右の第2リンクの一端を枢支するとともに左右の第1リンクの中間ないし他端に左右の第2リンクの他端を枢支し、かつ左右の第1リンクの他端に枢支した左右の第3リンクで左右の動翼を作動させるので、極めてシンプルな構造で低コストであるばかりか、小型軽量であって機体への搭載も容易である。
【0007】
また請求項2に記載された発明によれば、請求項1の構成に加えて、スライダをロータ軸に沿って前後動させるアクチュエータと、主翼の抗力を最小にする左右の動翼の舵角を算出し、この舵角に基づいて前記アクチュエータの作動を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする飛行機の動翼作動装置が提案される。
【0008】
上記構成によれば、制御手段が主翼の抗力を最小にする左右の動翼の舵角を算出し、この舵角に基づいてアクチュエータが作動して左右の動翼の舵角を制御するので、主翼の抗力を効果的に低減することができる。
【0009】
尚、実施例のフラッペロンFEL,FERは本発明の動翼に対応し、実施例のセンターシャフト11は本発明のロータ軸に対応、実施例のセンタープーリ12は本発明のロータに対応し、実施例のコントロールユニットCUは本発明の制御手段に対応する。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0011】
図1〜図23は本発明の一実施例を示すもので、図1は飛行機の主翼の平面図、図2は図1の要部拡大図、図3はフラッペロンの作動装置の斜視図、図4は図3の要部拡大図、図5は図3の5方向拡大矢視図、図6は5の6−6線拡大矢視図、図7は図5の7−7線拡大矢視図、図8は図3の8方向拡大矢視図、図9は図8の9−9線矢視図、図10はフラッペロンを左に操作したときの作用説明図、図11はフラッペロンを下げたときの作用説明図、図12はフラッペロンを下げた状態から左に操作したときの作用説明図、図13はフラッペロンを微小舵角上げたときの作用説明図、図14は左右のフラッペロンの舵角差を説明する図、図15は飛行機の主翼のプロフィールを示す図、図16は飛行機の抗力低減制御のブロック図、図17は飛行機の縦の運動における揚力L、抗力D、推力Tおよび迎角αの関係を示す図、図18はXYZ座標軸および飛行機の運動状態を表す変数を示す図、図19はフラッペロンの舵角を種々に変化させたときの迎角に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ、図20は飛行制御のブロック図、図21は抗力低減制御のフローチャート、図22はフラッペロンの舵角と抗力との関係を示す図、図23は抗力低減制御のシミュレーション結果を示すグラフである。
【0012】
図1に示すように、飛行機の左右の主翼WL,WRの後縁には、翼根側に位置する左右のフラップFL,FRと、翼端側に位置する左右のフラッペロンFEL,FERとが設けられる。フラップFL,FRは飛行機の離着陸時に最大揚力を増加させるべく、図示した格納位置から後方に迫り出しながら下降する。フラッペロンFEL,FERはエルロン機能と、フラップ機能と、抗力低減機能とを兼ね備えるもので、巡行時に左フラッペロンFELが上がって右フラッペロンFERが下がると左ローリングモーメントが発生し、右フラッペロンFERが上がって左フラッペロンFELが下がると右ローリングモーメントが発生する。また離着陸時には左右のフラッペロンFEL,FERが同位相で下がるとフラップ機能を発揮し、その下げ位置を基準として左右のフラッペロンFEL,FERが相互に逆位相で上下動するとエルロン機能を発揮する。更に、左右のフラッペロンFEL,FERが同位相で微小舵角だけ昇降すると、主翼WL,WRの境界層の遷移点が変化して抗力低減機能を発揮する。
【0013】
次に、フラッペロンFEL,FERの作動装置の構造を図2〜図9に基づいて説明する。
【0014】
図2および図3に示すように、フラッペロンFEL,FERの作動装置は、主翼WL,WRの後縁付近の機体中心線CL上に前後方向に配置されたセンターシャフト11を備えており、このセンターシャフト11に回転自在に支持されたセンタープーリ12は、パイロットにより操作されるコントロールホイール(図示せず)にコントロールケーブル13を介して接続される。センタープーリ12の左右両側には前後方向に延びるプーリシャフト14L,14Rが設けられており、これらプーリシャフト14L,14Rに左ドライブプーリ15Lおよび右ドライブプーリ15Rがそれぞれ回転自在に支持される。また左右のフラッペロンFEL,FERの翼根側端部の近傍にプーリシャフト16L,16Rが設けられており、これらプーリシャフト16L,16Rに左ドリブンプーリ17Lおよび右ドリブンプーリ17Rがそれぞれ回転自在に支持される。そして左ドライブプーリ15Lおよび左ドリブンプーリ17Lが、左フラップFLの前縁に沿って延びるコントロールケーブル18Lで接続され、また右ドライブプーリ15Rおよび右ドリブンプーリ17Rが、右フラップFRの前縁に沿って延びるコントロールケーブル18Rで接続される。
【0015】
図4〜図7を併せて参照すると明らかなように、センタープーリ12には後方に向かって延びる3本のガイドロッド21…が植設されており、このガイドロッド21…にはスライダ22が前後摺動自在に支持される。センタープーリ12の後方に電気モータよりなるアクチュエータ23が設けられる。アクチュエータ23の出力軸24はセンターシャフト11の同軸上に配置されており、その外周に形成された雄ねじがスライダ22に設けたナット部材25に螺合する。従って、アクチュエータ23を駆動すると、ナット部材25と共にスライダ22が3本のガイドロッド21…に案内されて前後動する。アクチュエータ23は、パイロットがフラップ操作レバー(図示せず)を操作した際に出力される電気信号に基づいて作動する。
【0016】
センタープーリ12およびスライダ22間に挟まれたセンターシャト11に、二股になった左第1リンク31Lの一端および二股になった右第1リンク31Rの一端が上下回動自在に枢支される。図6から明らかなように、後面視で左第1リンク31Lはセンターシャト11から左下方に延び、右第1リンク31Rはセンターシャト11から右下方に延びている。またスライダ22の左上に一端をボールジョイント32Lで枢支された左第2リンク33Lの他端は、ボールジョイント34Lで左第1リンク31Lの中間に枢支される。同様に、スライダ22の右上に一端をボールジョイント32Rで枢支された右第2リンク33Rの他端は、ボールジョイント34Rで右第1リンク31Rの中間に枢支される。尚、左右の第2リンク33L,33Rの他端を左右の第1リンク31L,31Rの中間に枢支する代わりに、左右の第1リンク31L,31Rの他端に枢支しても良い。後面視(図6参照)で、左第2リンク33Lは一端側から他端側に向けて左上方から右下方に延びており、また右第2リンク33Rは一端側から他端側に向けて右上から左下に延びている。そして側面視(図7参照)で、左右の第2リンク33L,33Rは一端側から他端側に向けて後上方から前下方に延びている。
【0017】
左第1リンク31Lの他端がピン35Lを介して左第3リンク36Lの右端に枢支されており、略左右方向に延びる左第3リンク36Lの左端は左ドライブプーリ15Lの下部にピン37Lを介して枢支される。また右第1リンク31Rの他端がピン35Rを介して右第3リンク36Rの左端に枢支されており、略左右方向に延びる右第3リンク36Rの右端は右ドライブプーリ15Rの下部にピン37Rを介して枢支される。
【0018】
図3、図8および図9から明らかなように、左ドリブンプーリ17Lの左端部後面にアーム41Lが突設される。左フラッペロンFELのヒンジラインHL(図8参照)よりも前方位置にコ字状のブラケット42Lが設けられており、このブラケット42Lに上下方向に延びるピン43Lを介してフラッペロンリンク44Lが枢支される。そして左ドリブンプーリ17Lのアーム41Lの先端と、フラッペロンリンク44Lの先端とがボールジョイント45Lで枢支される。
【0019】
このように、左第3リンク36Lと左フラッペロンFELとを、左ドライブプーリ15L、コントロールケーブル18L、左ドリブンプーリ17Lおよびフラッペロンリンク44Lよりなる連結機構を介して連結したので、機体中心線CLから左右に離れた位置にある左フラッペロンFELを、簡単かつ軽量な構造で確実に駆動することができる。
【0020】
尚、右第3リンク36Rと右フラッペロンFERとの連結機構の構造は、上述した左第3リンク36Lと左フラッペロンFELとの連結機構に対して左右対称な同一構造であるため、その重複する説明は省略する。
【0021】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【0022】
図3および図4に示すように、飛行機の巡行時にフラップFL,FRおよびフラッペロンFEL,FERは共に下げ角0°の上げ位置にあり、パイロットがコントロールホイールを左右に操作していないとき、フラッペロンFEL,FERの舵角は共に0°で中立位置にある。従って、機体中心線CLを通る鉛直面に対して、左右の第1リンク31L,31R,左右の第2リンク33L,33R、左右の第3リンク36L,36R、左右のドライブプーリ15L,15Rおよび左右のドリブンプーリ17L,17Rは左右対称な位置にある。
【0023】
この状態から、パイロットがコントロールホイールを例えば左に操作すると、図10に示すように、コントロールホイールにコントロールケーブル13を介して接続されたセンタープーリ12がセンターシャフト11まわりに左に回転し、このセンタープーリ12に3本のガイドロッド21…を介して支持されたスライダ22も一体で左に回転する。するとスライダ22にボールジョイント32Lを介して一端を枢支された左第2リンク33Lが押し下げられ、この左第2リンク33Lの他端にボールジョイント34Lを介して接続された左第1リンク31Lがセンターシャフト11まわりに左に回転するとともに、前記左第1リンク31Lの他端にピン35Lを介して接続された左第3リンク36Lが右方向に移動する。左第3リンク36Lの右方向の移動に伴って、プーリシャフト14Lに支持された左ドライブプーリ15Lが左に回転し、その左ドライブプーリ15Lにコンロールケーブル18Lを介して接続された左ドリブンプーリ17Lがプーリシャフト16Lまわりに左に回転する。
【0024】
その結果、左ドリブンプーリ17Lに設けたアーム41Lがボールジョイント45Lを介してフラッペロンリンク44Lの先端を押し下げる。このとき、フラッペロンリンク44Lの先端は左フラッペロンFELのヒンジラインHLよりも前方に位置しているため、左フラッペロンFELの前縁がヒンジラインHLを支点にして下がり、左フラッペロンFELの後縁がヒンジラインHLを支点にして上がる。このときの左フラッペロンFELの上方向の最大舵角は25°に設定される。
【0025】
またセンタープーリ12およびスライダ22が一体で左に回転すると、スライダ22にボールジョイント32Rを介して一端を枢支された右第2リンク33Rが引き上げられ、この右第2リンク33Rの他端にボールジョイント34Rを介して接続された右第1リンク31Rがセンターシャフト11まわりに左に回転するとともに、前記右第1リンク31Rの他端にピン35Rを介して接続された右第3リンク36Rが右方向に移動する。右第3リンク36Rの右方向の移動に伴って、プーリシャフト14Rに支持された右ドライブプーリ15Rが左に回転し、その右ドライブプーリ15Rにコントロールケーブル18Rを介して接続された右ドリブンプーリ17Rがプーリシャフト16Rまわりに左に回転する。
【0026】
その結果、右ドリブンプーリ17Rに設けたアーム41Rがボールジョイント45Rを介してフラッペロンリンク44Rの先端を押し上げる。このとき、フラッペロンリンク44Rの先端は右フラッペロンFERのヒンジラインHLよりも前方に位置しているため、右フラッペロンFERの前縁がヒンジラインHLを支点にして上がり、右フラッペロンFERの後縁がヒンジラインHLを支点にして下がる。このときの右フラッペロンFERの下方向の最大舵角は20°に設定される。
【0027】
以上のように、コントロールホイールを左に操作すると、左フラッペロンFELの後縁が中立位置から上がって左主翼WLの揚力が減少し、また右フラッペロンFERの後縁が中立位置から下がって右主翼WRの揚力が増加するため、左右の主翼WL,WRの揚力差によって左ローリングモーメントが発生する。
【0028】
以上、コントロールホイールを左に操作して左ローリングモーメントを発生させる場合について説明したが、コントロールホイールを右に操作して右ローリングモーメントを発生させる場合の作用は、左右が逆になるだけで実質的に同一である。
【0029】
ところで、左右のフラッペロンFEL,FERを同じ角度だけ上下逆方向に操舵すると、フラッペロンFEL,FERを下げた方の主翼WL,WRの抗力が増加するのに対し、フラッペロンFEL,FERを上げた方の主翼WL,WRの抗力が減少するため、旋回方向と逆向きのヨーイングモーメントが発生し(アドバースヨー現象)、スムーズな旋回が妨げられてしまう。そこで、フラッペロンFEL,FERをエルロンとして機能させる際に、その上方向の舵角が下方向の舵角よりも大きくなるように設定することにより、左右の主翼WL,WRの抗力差を減少させてスムーズな旋回を可能にしている。
【0030】
図14(A)に示すように、仮に第2リンク33L,33Rと第3リンク36L,36Rとを接続するピン35L,35Rがセンターシャフト11の直下に在り、左右のドライブプーリ15L,15Rのピン37L,37Rがプーリシャフト14L,14Rの直下にあり、センタープーリ12および左右のドライブプーリ15L,15Rの直径が等しく、かつセンターシャフト11の高さと左右のプーリシャフト14L,14Rの高さとが一致していれば、センタープーリ12の回転角が左右のドライブプーリ15L,15Rの回転角と等しくなり、左右のフラッペロンFEL,FERをエルロンとして機能させる際に舵角差を発生させることはできない。
【0031】
それに対して、図14(B)に示すように、センターシャフト11の高さに対して左右のプーリシャフト14L,14Rの高さを異ならせたり、図14(C)に示すように、センタープーリ12の直径に対して左右のドライブプーリ15L,15Rの直径を異ならせたりすると、左右のドライブプーリ15L,15Rの回転角を異ならせて左右のフラッペロンFEL,FERを異なる舵角で上下逆方向に作動させることができる。しかしながら、これらの手法で得られる左右のフラッペロンFEL,FERの舵角差は僅かであるため、アドバースヨー現象を充分に補償することは困難である。
【0032】
一方、図14(D)に示す本実施例では、左第1リンク31Lと左第3リンク36Lとを接続するピン35Lがセンターシャフト11の左下方に在り、また右第1リンク31Rと右第3リンク36Rとを接続するピン35Rがセンターシャフト11の右下方に在るため、例えばセンタープーリ12およびスライダ22がセンターシャフト11まわりに左に回転したとき、左第1リンク31Lと左第3リンク35Lとを接続するピン35Lの右方向への移動量が大きくなり、右第1リンク31Rと右第3リンク36Rとを接続するピン35Rの右方向への移動量が小さくなる。従って、右方向に大きく動く左第3リンク36Lに接続された左フラッペロンFELの上方向の舵角が大きくなり、右方向に小さく動く右第3リンク36Rに接続された右フラッペロンFERの下方向の舵角は小さくなり、左右の主翼WL,WRの抗力差を減少させてアドバースヨー現象を充分に補償することができる。
【0033】
尚、センターシャフト11の高さに対して左右のプーリシャフト14L,14Rの高さを高くすることと、センタープーリ12の直径に対して左右のドライブプーリ15L,15Rの直径を小さくすることとは、アドバースヨー現象を増長させる方向に働くが、ピン35L,35Rの位置をセンターシャフト11の左右下方にずらしたことは、上記アドバースヨー現象を増長させる作用を打ち消して余りある効果を発揮するため、フラッペロンFEL,FERの上方への舵角を下方への舵角よりも充分に大きくし、アドバースヨー現象を確実に補償して旋回性能を高めることができる。
【0034】
さて、離着陸時にフラッペロンFEL,FERを同位相で下げてフラップ機能を発揮させるには、図7および図11に示すように、パイロットのフラップ操作レバーの操作によりアクチュエータ23を駆動し、雄ねじよりなる出力軸24に螺合するナット部材25を牽引することにより、スライダ22をガイドロッド21…に沿って後方に移動させる。図7から明らかなように、スライダ22が後退すると、その左右両端に設けたボールジョイント32L,32Rの位置も後退するため、これらボールジョイント32L,32Rに上端を枢支された左右の第2リンク33L,33Rが、実線の状態から鎖線の状態に傾斜する。これにより左右の第2リンク33L,33Rの下端のボールジョイント34L,34Rが引き上げられ、左右の第1リンク31L,31Rがセンターシャフト11まわりに上方に回動する。
【0035】
その結果、左右の第1リンク31L,31Rの下端にピン35L,35Rを介して接続された左右の第3リンク36L,36Rが、相互に離反するように左右方向外側に等距離だけ移動するため、左ドライブプーリ15Lが右方向に、右ドライブプーリ15Rが左方向に同じ角度だけ回転する。而して、左右のドライブプーリ15L,15Rにコントロールケーブル18L,18Rを介して接続された左右のドリブンプーリ17L,17Rも相互に逆方向に同じ角度だけ回転し、左右のフラッペロンFEL,FERが何れも10°ずつ下がる。尚、フラッペロンFEL,FERの下げ角は任意に設定することが可能である。このフラッペロンFEL,FERの下げ状態から、アクチュエータ23を逆方向に駆動してスライダ22を元の位置まで前進させると、左右のフラッペロンFEL,FERは中立位置まで上がる。
【0036】
上述したフラッペロンFEL,FERの下げ状態において、機体のローリングを制御すべく、パイロットがコントロールホイールを例えば左に操作すると、図12に示すように、センタープーリ12およびスライダ22がセンターシャフト11まわりに左に回転する。するとスライダ22に連結された左第2リンク33Lが押し下げられ、この左第2リンク33Lに接続された左第1リンク31Lがセンターシャフト11まわりに左に回転し、左第1リンク31Lに接続された左第3リンク36Lが右方向に移動する。左第3リンク36Lの右方向の移動に伴って、プーリシャフト14Lに支持された左ドライブプーリ15Lが左に回転し、その左ドライブプーリ15Lにコンロールケーブル18Lを介して接続された左ドリブンプーリ17Lがプーリシャフト16Lまわりに左に回転する。その結果、左ドリブンプーリ17Lに設けたアーム41Lがボールジョイント45Lを介してフラッペロンリンク44Lの先端を押し下げるため、左フラッペロンFELの前縁がヒンジラインHLを支点にして下がり、左フラッペロンFELの後縁がヒンジラインHLを支点にして上がる。このときの左フラッペロンFELの上方向の最大舵角は、前記フラッペロンFELの下げ位置(下向きに10°)を基準として20°に設定される。
【0037】
またセンタープーリ12およびスライダ22がセンターシャフト11まわりに左に回転すると、スライダ22に連結された右第2リンク33Rが引き上げられ、この右第2リンク33Rに接続された右第1リンク31Rがセンターシャフト11まわりに左に回転し、右第1リンク31Rに接続された右第3リンク36Rが右方向に移動する。右第3リンク36Rの右方向の移動に伴って、プーリシャフト14Rに支持された右ドライブプーリ15Rが左に回転し、その右ドライブプーリ15Rにコンロールケーブル18Rを介して接続された右ドリブンプーリ17Rがプーリシャフト16Rまわりに左に回転する。その結果、右ドリブンプーリ17Rに設けたアーム41Rがボールジョイント45Rを介してフラッペロンリンク44Rの先端を押し上げるため、右フラッペロンFERの前縁がヒンジラインHLを支点にして上がり、右フラッペロンFERの後縁がヒンジラインHLを支点にして下がる。このときの右フラッペロンFERの下方向の最大舵角は、前記フラッペロンFELの下げ位置(下向きに10°)を基準として下方向に10°に設定される。
【0038】
以上のように、フラッペロンFEL,FERが下げ状態にあっても、その下げ状態を基準として左右のフラッペロンFEL,FERを相互に逆方向に作動させることができるので、離着陸時にフラップFL,FRおよびフラッペロンFEL,FERを共に下ろして最大限の揚力を確保しながら、フラッペロンFEL,FERにエルロン機能を発揮させて機体のローリング制御を支障なく行うことができる。このとき、コントロールホイールの操作とアクチュエータ23の作動とは相互に干渉しないため、コントロールホイールの操作がアクチュエータ23によって阻害されたり、アクチュエータ23の作動がコントロールホイールに伝達されたりする虞がない。
【0039】
以上、コントロールホイールを左に操作して左ローリングモーメントを発生させる場合について説明したが、コントロールホイールを右に操作して右ローリングモーメントを発生させる場合の作用は、左右が逆になるだけで実質的に同一である。
【0040】
またフラッペロンFEL,FERが図11に示す下げ状態にあるとき、図3に示す中立位置状態にあるときに比べて、左第1リンク31Lと左第3リンク36Lとを接続するピン35Lの位置が機体中心線CLに対して更に左寄りの位置に移動し、また右第1リンク31Rと右第3リンク36Rとを接続するピン35Rの位置が機体中心線CLに対して更に右寄りに位置に移動する。このように、ピン35L,35Rの位置が左右方向外側に移動すると、センタープーリ12の回転角に対する左右のドライブプーリ15L,15Rの回転角の比率が低下するため、フラッペロンFEL,FERの下げ状態を基準とした上下方向の舵角が減少する。
【0041】
即ち、フラッペロンFEL,FERの中立位置状態での舵角を0°として、エルロン操作による上方向の最大舵角は25°、下方向の最大舵角は20°であるが、フラッペロンFEL,FERの下げ状態での舵角を0°として、エルロン操作による上方向の最大舵角は20°、下方向の最大舵角は10°となる。つまりフラッペロンFEL,FERの中立位置状態では、エルロンの全舵角(左右舵角差)は25°+20°=45°であるのに対し、フラッペロンFEL,FERの下げ状態では、エルロンの全舵角(左右舵角差)は20°+10°=30°である。従って、フラッペロンFEL,FERの下げ状態で最大舵角でエルロン操作を行った場合、フラッペロンFEL,FERの最大下げ角が本来は10°+20°=30°となる筈のところ、10°+10°=20°に抑えることが可能となり、コントロールホイールの操舵力の軽減を図るともに、フラッペロンFEL,FERの過剰な下げ角による翼端失速の発生を回避することができる。
【0042】
またセンタープーリ12、スライダ22およびアクチュエータ23をセンターシャフト11の軸線上に整列して配置し、センタープーリ12およびスライダ22をセンターシャフト11の軸線まわりに回転させるだけでフラッペロンFEL,FERにエルロン機能を発揮させ、またスライダ22をセンターシャフト11の軸線に沿って往復動させるだけでフラッペロンFEL,FERにフラップ機能を発揮させるので、極めてシンプルな構造で低コストであるばかりか小型軽量であり、かつ一つのフラッペロンユニットなので機体への搭載も容易である。
【0043】
また巡航時に左右のフラッペロンFEL,FERを同位相で微小舵角(例えば、最大値で±5°)昇降させて主翼WL,WRの抗力低減機能を発揮させることができる、左右のフラッペロンFEL,FERを同位相で下げるには、図11で説明したように、アクチュエータ23を駆動してナット部材25を牽引することによりスライダ22をガイドロッド21…に沿って後方に移動させれば良い。逆に、左右のフラッペロンFEL,FERを同位相で上げるには、図13に示すように、アクチュエータ23を駆動してナット部材25を押圧することによりスライダ22をガイドロッド21…に沿って前進させれば良い。
【0044】
但し、主翼WL,WRの抗力低減のためのフラッペロンFEL,FERの下げ角および上げ角は微小であるため、図11で説明したフラップ機能を発揮させる場合に比べてアクチュエータ23の作動量は小さくなる。またフラッペロンFEL,FERにフラップ機能を発揮させる場合には、パイロットによるフラップ操作レバーの操作に基づいてアクチュエータ23を駆動していたが、フラッペロンFEL,FERに抗力低減機能を発揮させる場合には、アクチュエータ23は後述するコントロールユニットにより自動的に駆動される。
【0045】
次に、左右のフラッペロンFEL,FERを同位相で微小舵角だけ昇降させて飛行機の抗力を低減する制御の内容を、図15〜図23に基づいて説明する。
【0046】
図15は、主翼WL,WRのプロフィールを示すもので、その後縁にはフラッペロンFEL,FERが舵角δfを下方および上方に可変にして設けられる。主翼WL,WRの表面に沿って形成される境界層は上流側の層流境界層BLL と下流側の乱流境界層BLT とから構成される。層流境界層BLL および乱流境界層BLT の遷移点tの位置は、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させることにより前後に移動する。層流境界層BLL の摩擦抵抗は乱流境界層BLT の摩擦抵抗に比べて大幅に小さいため、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを制御して層流境界層BLL および乱流境界層BLT の遷移点tをできるだけ後縁側に移動させれば、層流境界層BLL の領域を拡大して主翼WL,WRの抗力を低減することができる。
【0047】
図16に示すように、フラッペロンFEL,FERの舵角δfの制御ユニットCUは、飛行機の推力Tを推定する推力推定手段M1と、飛行機の運動状態(速度、角速度、姿勢角、迎角)を検知する運動状態検知手段M2と、推力Tおよび飛行機の前記運動状態に基づいて飛行機の抗力Dを推定する抗力推定手段M3と、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させたことにより発生する抗力Dの変化に基づいて、該抗力Dを最小化するためのフラッペロンFEL,FERの舵角δfの操作量を算出する操作量算出手段M4と、前記操作量に基づいてフラッペロンFEL,FERの舵角δfを操作する操作手段M5とを備える。
【0048】
飛行機の推力Tはパイロットのスロットルレバー操作により変化するもので、推力推定手段M1はエンジン回転数等に基づいて推力Tの大きさを推定する。
【0049】
運動状態検知手段M2により検知される飛行機の運動状態を表す変数は、
φ;ロール姿勢角(X軸まわりのオイラー角)
θ;ピッチ姿勢角(Y軸まわりのオイラー角)
U;X軸方向の速度
V;Y軸方向の速度
W;Z軸方向の速度
P;ロール角速度(X軸まわりの角速度)
Q;ピッチ角速度(Y軸まわりの角速度)
R;ヨー角速度(Z軸まわりの角速度)
α;飛行体の進行方向と飛行体の中心線との成すピッチ角(迎角α)
である。ロール姿勢角φ、ピッチ姿勢角θおよび迎角αは垂直ジャイロ等で検知可能であり、ロール角速度P、ピッチ角速度Qおよびヨー角速度Rはレートジャイロ等で検知可能であり、X軸方向の速度U、Y軸方向の速度VおよびZ軸方向の速度Wはピトー管等で検知可能である。
【0050】
尚、推力推定手段M1による推力Tの推定と、運動状態検知手段M2による飛行機の運動状態の検知との順序は任意であり、推力Tを推定した後に運動状態を検知しても良いし、運動状態を検知した後に推力Tを推定してもも良いし、両者を同時に行っても良い。
【0051】
抗力推定手段M3は、推力推定手段M1で推定した推力Tと、運動状態検知手段M2で検知した運動状態φ,θ,U,V,W,Z,P,Q,R,αとに基づいて、飛行機の抗力Dを推定する。以下、その手順を説明する。
【0052】
図17は、飛行機の機体に固定したXYZ座標軸(X軸を定常釣合い飛行時の機体速度ベクトルの方向に一致させた安定軸)を用いて、機体が外乱を受けている状態での揚力L、抗力D、推力Tおよび迎角αの関係を示したものである。X軸方向およびZ軸方向の力の釣合いから、X軸方向の空気力XaおよびZ軸方向の空気力Zaは、揚力L、抗力D、推力Tおよび迎角αを用いて、
Xa=T+L・ sinα−D・ cosα …(1)
Za=−L・ cosα−D・ sinα …(2)
で与えられる。
【0053】
上記(1)式および(2)式から揚力Lを消去すると、抗力Dは、
D=(T−Xa)・ cosα−Za・ sinα …(3)
で与えられる。(3)式は、X軸方向の空気力Xa、Z軸方向の空気力Za、推力Tおよび迎角αを知れば、抗力Dが推定できることを示している。そして推力Tは前記推力推定手段M1により推定可能であり、迎角αは前記運動状態検知手段M2により検知可能である。残るX軸方向の空気力XaおよびZ軸方向の空気力Zaは、前記運動状態検知手段M2で検知した運動状態から以下のようにして算出可能である。
【0054】
良く知られているように、飛行機のX軸方向およびZ軸方向の運動方程式は、mを機体の質量とし、gを重力加速度として、(4)式および(5)式で表される(図18参照)。ここで、機体の質量mおよび重力加速度gは既知であり、燃料の消費に伴う質量mの変化も算出可能であり、更に飛行機の運動状態φ,θ,U,V,W,Z,P,Q,R,αは運動状態検知手段M2で検知可能である。
【0055】
m・(dU/dt+Q・W−R・V)=−m・g・ sinθ+Xa…(4)
m・(dW/dt+P・V−Q・U)=m・g・ cosθ・ cosφ+Za…(5)
従って、X軸方向の空気力XaおよびZ軸方向の空気力Zaは、(6)式および(7)式で与えられ、これを前記(3)式に代入すれば飛行機の抗力Dを算出することができる。
【0056】
Xa=m・(dU/dt+Q・W−R・V)+m・g・ sinθ…(7)
Za=m・(dW/dt+P・V−Q・U)−m・g・ cosθ・ cosφ…(8)
次に、操作量算出手段M4により、飛行機の抗力Dを最小化するためのフラッペロンFEL,FERの舵角δfの操作量を算出する。以下、その手順を説明する。
【0057】
図19は、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを種々に変化させたときの迎角αに対する抗力係数CD の変化特性を示すもので、迎角αが何れの大きさにあっても、フラッペロンFEL,FERの舵角δfの変化に応じて抗力係数CD が変化することを示している。換言すると、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させれば抗力係数CD を変化させることができる。
【0058】
図20はフラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させることで飛行機の抗力Dを低減するシステムを示すものである。抗力低減制御によりフラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させるとピッチングモーメント係数CM が変化し、このピッチングモーント係数CM に動圧ρ(U2 +W2 )/2および翼面積Sの積を乗算して算出したピッチングモーメントMは、エレベータ等の操舵翼の制御により更に変化する。このピッチングモーメントMを積分することにより、飛行機のピッチ姿勢角θが算出される。
【0059】
抗力低減制御によるフラッペロンFEL,FERの舵角δfの変化および前記ピッチ姿勢角θの変化により揚力係数CL が変化し、この揚力係数CL に動圧ρ(U2 +W2 )/2および翼面積Sの積を乗算して算出した揚力Lは、操舵翼の制御により更に変化する。この揚力Lを機体重量mgで除算した値を積分することにより、Z軸方向の速度Wが算出される。
【0060】
抗力低減制御によるフラッペロンFEL,FERの舵角δfの変化および前記ピッチ姿勢角θの変化により抗力係数CD が変化し、この抗力係数CD に動圧ρ(U2 +W2 )/2および翼面積Sの積を乗算して算出した抗力Dは、エンジン制御により変化した推力Tと加算され、その加算した値を積分することにより、X軸方向の速度Uが算出される。
【0061】
このようにして算出された抗力Dは推力Tと共に繰り返し抗力低減制御に用いられ、飛行機の抗力Dを最小にすべくフラッペロンFEL,FERの舵角δfが更新される。
【0062】
次に、図21のフローチャートに基づいて抗力低減制御の内容を説明する。
【0063】
先ず、ステップS1でフラッペロンFEL,FERの舵角δfを予め設定された初期値Δaだけ増加させた後、ステップS2で前記(3)式に基づいて抗力Dを推定する。続くステップS3で抗力Dの前回値および今回値の偏差Δdを算出する。ステップS1で舵角δfを初期値Δaだけ増加させた結果、ステップS3で前記偏差Δdが正値であれば、つまり舵角δfを増加させた結果として抗力Dが増加していれば、ステップS4で舵角δfを減少させ、逆に前記ステップS3で前記偏差Δdが負値であれば、つまり舵角δfを増加させた結果として抗力Dが減少していれば、ステップS4で舵角δfを更に減少させる。而して、前記ステップS2〜ステップS4を繰り返すことにより、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを抗力Dが最小になる舵角に収束させることができる。
【0064】
前記ステップS4で、フラッペロンFEL,FERの舵角δfの操作量は、前記初期値Δaではなく、Kを定数として−Δa×(Δd/K)に設定される。その理由は、図22に▲1▼で示すように操舵角Δfの変化量に対する抗力Dの変化量が大きい領域では舵角δfの操作量を大きくし、また図22に▲2▼で示すように操舵角Δfの変化量に対する抗力Dの変化量が小さい領域では舵角δfの操作量を小さくするためであり、これにより舵角δfを抗力Dが最小になる目標舵角に収束させる制御の応答性および収束性を高めることができる。
【0065】
以上のように、フラッペロンFEL,FERの舵角δfを操作手段M5で微小角度変化させ、その結果生じた抗力Dの増減を監視して前記舵角δfを更に微小角度変化させる操作を繰り返すことにより、前記舵角δfを飛行機の抗力Dが最小になる目標舵角に収束させることができる。また、この抗力低減制御は実際の抗力Dを監視しながら行われるので極めて効果的であるだけでなく、飛行体の運動状態に関わらずに効果を発揮することができる。しかも飛行機の主翼WL,WRに元々備えられているフラッペロンFEL,FERを抗力可変手段として利用しているので、特別の抗力可変手段が不要になって重量およびコストが削減される。
【0066】
図23には、前記抗力低減制御をシミュレートした計算結果が示されており、フラッペロンFEL,FERの舵角δfの変化によって抗力Dおよび抗力係数CD が減少していることが確認される。
【0067】
尚、抗力低減制御によりフラッペロンFEL,FERの舵角δfを変化させて抗力を低減するとき、それに伴ってピッチングモーメントおよび揚力も変化してしまい、飛行機の姿勢や運動状態が望ましくない方向に変化する可能性がある。例えば、フラッペロンFEL,FERを下げ方向に操作すると、機首上げ方向のピッチングモーメントが発生するとともに主翼WL,WRの揚力も増加する。そこで、水平尾翼や先尾翼に設けたエレベータをトリムすることにより機首下げ方向のピッチングモーメントを発生させてピッチ軸まわりの釣合いを保つことができる。このエレベータの操作に伴う抗力の増加は無視できる程度であるため、全機の抗力は確実に減少する。
【0068】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0069】
例えば、実施例では動翼としてエルロン機能およびフラップ機能を発揮するフラッペロンFEL,FERを例示したが、本発明はデルタ翼の後縁に設けられてエルロン機能およびエレベータ機能を発揮するエレボンに対しても適用することができる。
【0070】
また実施例ではセンタープーリ12をコントロールホイールで作動させているが、それをコントロールコラムで作動させても、電気アクチュエータあるいは油圧アクチュエータで作動させても良い。
【0071】
またスライダ22を前後動させるアクチュエータ23を電気モータで構成する代わりに油圧シリンダで構成することができ、またスライダ22をマニュアルで前後動させることも可能である。
【0072】
【発明の効果】
以上のように請求項1に記載された発明によれば、ロータおよびスライダをロータ軸まわりに左右回転させることにより、左右の第2リンクおよび左右の第1リンクを介して左右の第3リンクを左右同方向に移動させ、左右の動翼を相互に逆位相で上下動させてエルロンとして機能させることができ、またスライダをロータ軸に沿って前後動させることにより、左右の第2リンクを介して左右の第1リンクおよび左右の第3リンクを左右逆方向に移動させ、左右の動翼を同位相で上下動させてフラップあるいはエレベータとして機能させることができ、更に左右の動翼を同位相で微小角度上下動させて主翼の境界層を制御することで抗力を低減することができる。これにより、動翼にフラップ機能を発揮させて最大揚力の増加を図り、あるいは動翼にエレベータ機能を発揮させてピッチングをコントロールしながら、同時にエルロン機能を発揮させてローリングのコントロールを支障なく行うことができ、更に巡航時には主翼の抗力を低減して燃料消費量を節減することができる。しかも共通のロータ軸上に支持したロータおよびスライダにそれぞれ左右の第1リンクの一端および左右の第2リンクの一端を枢支するとともに左右の第1リンクの中間ないし他端に左右の第2リンクの他端を枢支し、かつ左右の第1リンクの他端に枢支した左右の第3リンクで左右の動翼を作動させるので、極めてシンプルな構造で低コストであるばかりか、小型軽量であって機体への搭載も容易である。
【0073】
また請求項2に記載された発明によれば、制御手段が主翼の抗力を最小にする左右の動翼の舵角を算出し、この舵角に基づいてアクチュエータが作動して左右の動翼の舵角を制御するので、主翼の抗力を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】飛行機の主翼の平面図
【図2】図1の要部拡大図
【図3】フラッペロンの作動装置の斜視図
【図4】図3の要部拡大図
【図5】図3の5方向拡大矢視図
【図6】図5の6−6線拡大矢視図
【図7】図5の7−7線拡大矢視図
【図8】図3の8方向拡大矢視図
【図9】図8の9−9線矢視図
【図10】フラッペロンを左に操作したときの作用説明図
【図11】フラッペロンを下げたときの作用説明図
【図12】フラッペロンを下げた状態から左に操作したときの作用説明図
【図13】フラッペロンを上げたときの作用説明図
【図14】左右のフラッペロンの舵角差を説明する図
【図15】飛行機の主翼のプロフィールを示す図
【図16】飛行機の抗力低減制御のブロック図
【図17】飛行機の縦の運動における揚力L、抗力D、推力Tおよび迎角αの関係を示す図
【図18】XYZ座標軸および飛行機の運動状態を表す変数を示す図
【図19】フラッペロンの舵角を種々に変化させたときの迎角に対する抗力係数の変化特性を示すグラフ
【図20】飛行制御のブロック図
【図21】抗力低減制御のフローチャート
【図22】フラッペロンの舵角と抗力との関係を示す図
【図23】抗力低減制御のシミュレーション結果を示すグラフ
【符号の説明】
CU コントロールユニット(制御手段)
FEL,FER フラッペロン(動翼)
WL,WR 主翼
11 センターシャフト(ロータ軸)
12 センタープーリ(ロータ)
22 スライダ
23 アクチュエータ
31L,31R 第1リンク
33L,33R 第2リンク
36L,36R 第3リンク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an aircraft moving blade actuating device for moving up and down left and right moving blades provided on the rear edges of left and right main wings in opposite phases or in the same phase.
[0002]
[Prior art]
Such an aircraft moving blade operating device is known from Japanese Patent Publication No. 60-47156, Japanese Utility Model Publication No. 53-33360, and Japanese Patent Publication No. 49-124800.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above-described conventional aircraft moving device for aircraft transmits aileron operation inputs and flap operation inputs to the moving blades through a complex mixing mechanism in which a large number of links and levers are combined. There is a problem that the structure becomes complicated, which not only causes an increase in cost, an increase in weight, and a failure, but also makes it difficult to secure a space for mounting on the airframe due to the overall size of the apparatus. In addition, the above-described conventional moving blade only has an aileron function and a flap function, and does not have a drag reduction function.
[0004]
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, has a simple, small and light structure, can be easily mounted on a fuselage, and has a drag reduction function in addition to an aileron function, an elevator function or a flap function. An object of the present invention is to provide a moving blade operating device for an airplane.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the moving blades can be moved up and down at the rear edges of the left and right main wings, and the left and right moving blades move up and down in opposite phases. Control the rolling moment, move the left and right moving blades up and down in the same phase to control lift or pitching moment, and move the left and right moving blades up and down in the same phase by a small rudder angle to control drag A rotor blade operating device for an airplane, wherein the rotor is provided so as to be able to rotate left and right around a rotor shaft extending in the longitudinal direction of the fuselage, and can be moved left and right integrally with the rotor and can be moved back and forth along the rotor shaft. The left first link whose one end is pivotally supported by the rotor shaft, the right first link whose one end is pivotally supported by the rotor shaft, the one end pivotally supported by the slider and the other end of the left first link. Left left pivoted at the middle or other end A link, a right second link having one end pivotally supported by the slider and the other end pivotally supported by the middle or the other end of the right first link, and a laterally inner end pivotally supported by the other end of the left first link. The left third link in which the left and right direction outer ends are connected to the left moving blade via the coupling mechanism, and the left and right direction inner ends are pivotally supported by the other end of the right first link, and the left and right direction outer ends are connected to the coupling mechanism. A right third link connected to the right moving blade via the rotor, and the rotor and the slider are rotated left and right around the rotor axis, and the left and right third links are connected via the left and right second links and the left and right first links. The left and right moving blades are moved up and down in opposite phases by moving in the same direction in the left and right direction, and the slider is moved back and forth along the rotor axis, and the left and right first links and the left and right links via the left and right second links. By moving the third link of Blades actuating device is proposed blades of aircraft, characterized in that to move vertically in phase.
[0006]
According to the above configuration, by rotating the rotor and the slider left and right around the rotor axis, the left and right third links are moved in the same direction in the left and right directions via the left and right second links and the left and right first links. The wings can be moved up and down in opposite phases to function as ailerons, and the slider can be moved back and forth along the rotor axis so that the left and right first links and the left and right first links The three links can be moved in opposite directions, and the left and right moving blades can be moved up and down in the same phase to function as flaps or elevators. Drag can be reduced by controlling the layer. As a result, the flap function is exerted on the moving blade to increase the maximum lift, or the moving function is exerted on the moving blade to control the pitching, and at the same time, the aileron function is exerted to control the rolling without any trouble. In addition, during cruise, the drag of the main wing can be reduced to reduce fuel consumption. In addition, one end of the left and right first links and one end of the left and right second links are pivotally supported by a rotor and a slider supported on a common rotor shaft, respectively, and the left and right second links are provided in the middle or the other end of the left and right first links. The left and right moving blades are actuated by the left and right third links that are pivotally supported by the other ends of the left and right first links. And it can be easily mounted on the aircraft.
[0007]
According to the second aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect, the actuator for moving the slider back and forth along the rotor shaft and the rudder angles of the left and right moving blades that minimize the drag of the main wing are provided. There is proposed a moving blade operating device for an airplane, comprising control means for calculating and controlling the operation of the actuator based on the steering angle.
[0008]
According to the above configuration, the control means calculates the steering angle of the left and right moving blades that minimizes the drag of the main wing, and the actuator operates based on this steering angle to control the steering angle of the left and right moving blades. The drag of the main wing can be effectively reduced.
[0009]
The flaperons FEL and FER of the embodiment correspond to the rotor blade of the present invention, the center shaft 11 of the embodiment corresponds to the rotor shaft of the present invention, and the center pulley 12 of the embodiment corresponds to the rotor of the present invention. The example control unit CU corresponds to the control means of the present invention.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0011]
1 to 23 show an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a plan view of a main wing of an airplane, FIG. 2 is an enlarged view of a main part of FIG. 1, and FIG. 3 is a perspective view of an operation device of a flaperon. 4 is an enlarged view of the main part of FIG. 3, FIG. 5 is an enlarged view of the direction 5 of FIG. 3, FIG. 6 is an enlarged view of the line 6-6, and FIG. 7 is an enlarged view of the line 7-7 of FIG. FIG. 8, FIG. 8 is an enlarged view in the direction of arrow 8 in FIG. 3, FIG. 9 is a view in the direction of arrow 9-9 in FIG. 8, FIG. 10 is an explanatory diagram of the action when the flaperon is operated to the left, and FIG. FIG. 12 is an operation explanatory diagram when the flapperon is operated to the left from the lowered state, FIG. 13 is an operation explanatory diagram when the flaperon is slightly raised, and FIG. 14 is a rudder of the left and right flaperons. FIG. 15 is a diagram illustrating the profile of the main wing of an airplane, FIG. 16 is a block diagram of airplane drag reduction control, and FIG. FIG. 18 is a diagram showing the relationship between lift L, drag D, thrust T, and angle of attack α in the longitudinal motion of an airplane, FIG. 18 is a diagram showing XYZ coordinate axes and variables representing the motion state of the airplane, and FIG. 19 shows various flaperon steering angles. FIG. 20 is a block diagram of the flight control, FIG. 21 is a flowchart of the drag reduction control, and FIG. 22 shows the relationship between the steering angle of the flaperon and the drag. FIG. 23 and FIG. 23 are graphs showing simulation results of drag reduction control.
[0012]
As shown in FIG. 1, left and right flaps FL and FR located on the wing root side and left and right flaperons FEL and FER located on the wing tip side are provided at the rear edges of the left and right main wings WL and WR of the airplane. It is done. The flaps FL and FR descend while being pushed backward from the illustrated storage position in order to increase the maximum lift when the airplane takes off and landing. The flaperons FEL and FER have both an aileron function, a flap function, and a drag reduction function. When the left flaperon FEL is raised and the right flaperon FER is lowered during a cruise, a left rolling moment is generated and the right flaperon FER is raised and left. When the flaperon FEL is lowered, a right rolling moment is generated. When taking off and landing, the flap function is exhibited when the left and right flaperons FEL, FER are lowered in the same phase, and the aileron function is exhibited when the left and right flaperons FEL, FER are moved up and down in opposite phases with respect to the lowered position. Further, when the left and right flaperons FEL and FER are moved up and down by a small rudder angle in the same phase, the transition point of the boundary layer between the main wings WL and WR changes to exert a drag reduction function.
[0013]
Next, the structure of the operation device of the flaperons FEL and FER will be described with reference to FIGS.
[0014]
As shown in FIGS. 2 and 3, the flapperons FEL and FER are provided with a center shaft 11 disposed in the front-rear direction on the fuselage centerline CL near the trailing edges of the main wings WL and WR. A center pulley 12 rotatably supported on the shaft 11 is connected to a control wheel (not shown) operated by a pilot via a control cable 13. Pulley shafts 14L, 14R extending in the front-rear direction are provided on the left and right sides of the center pulley 12, and the left drive pulley 15L and the right drive pulley 15R are rotatably supported by the pulley shafts 14L, 14R, respectively. Also, pulley shafts 16L and 16R are provided in the vicinity of the blade root side ends of the left and right flaperons FEL and FER, and the left driven pulley 17L and the right driven pulley 17R are rotatably supported by the pulley shafts 16L and 16R, respectively. The The left drive pulley 15L and the left driven pulley 17L are connected by a control cable 18L extending along the front edge of the left flap FL, and the right drive pulley 15R and the right driven pulley 17R are connected along the front edge of the right flap FR. They are connected by an extended control cable 18R.
[0015]
4 to 7, the center pulley 12 is provided with three guide rods 21 extending rearward. The guide rods 21 are provided with a slider 22 in the front-rear direction. It is slidably supported. An actuator 23 made of an electric motor is provided behind the center pulley 12. The output shaft 24 of the actuator 23 is arranged coaxially with the center shaft 11, and a male screw formed on the outer periphery thereof is screwed into a nut member 25 provided on the slider 22. Accordingly, when the actuator 23 is driven, the slider 22 is guided by the three guide rods 21 together with the nut member 25 to move back and forth. The actuator 23 operates based on an electric signal output when a pilot operates a flap operation lever (not shown).
[0016]
One end of the bifurcated left first link 31L and one end of the bifurcated right first link 31R are pivotally supported by the center shut 11 sandwiched between the center pulley 12 and the slider 22 so as to be vertically rotatable. As is clear from FIG. 6, the left first link 31L extends from the center shut 11 to the lower left and the right first link 31R extends from the center shut 11 to the lower right as seen from the rear. The other end of the left second link 33L, which is pivotally supported at the upper left of the slider 22 by the ball joint 32L, is connected to the left first link 31L by the ball joint 34L. Middle It is supported by. Similarly, the other end of the right second link 33R, one end of which is pivotally supported at the upper right of the slider 22 by the ball joint 32R, is pivotally supported by the ball joint 34R in the middle of the right first link 31R. Instead of pivoting the other ends of the left and right second links 33L and 33R in the middle of the left and right first links 31L and 31R, the other ends of the left and right first links 31L and 31R may be pivoted. In the rear view (see FIG. 6), the left second link 33L extends from the upper left side to the lower right side from one end side toward the other end side, and the right second link 33R extends from the one end side toward the other end side. It extends from the upper right to the lower left. In the side view (see FIG. 7), the left and right second links 33L and 33R extend from the rear upper side to the front lower side from one end side to the other end side.
[0017]
The other end of the left first link 31L is pivotally supported by the right end of the left third link 36L via a pin 35L. The left end of the left third link 36L extending substantially in the left-right direction is pinned to the lower portion of the left drive pulley 15L. It is pivoted through. The other end of the right first link 31R is pivotally supported by the left end of the right third link 36R via a pin 35R, and the right end of the right third link 36R extending substantially in the left-right direction is pinned to the lower portion of the right drive pulley 15R. It is pivoted via 37R.
[0018]
As is apparent from FIGS. 3, 8, and 9, an arm 41L projects from the rear face of the left end of the left driven pulley 17L. A U-shaped bracket 42L is provided in front of the hinge line HL (see FIG. 8) of the left flaperon FEL, and the flaperon link 44L is pivotally supported by a pin 43L extending in the vertical direction on the bracket 42L. . The tip of the arm 41L of the left driven pulley 17L and the tip of the flaperon link 44L are pivotally supported by a ball joint 45L.
[0019]
In this way, the left third link 36L and the left flaperon FEL are connected via the connecting mechanism including the left drive pulley 15L, the control cable 18L, the left driven pulley 17L, and the flaperon link 44L. The left flaperon FEL located at a distance from each other can be reliably driven with a simple and lightweight structure.
[0020]
Note that the structure of the connection mechanism between the right third link 36R and the right flaperon FER is the same structure that is symmetrical with respect to the connection mechanism between the left third link 36L and the left flaperon FEL described above, and therefore overlapping description thereof. Is omitted.
[0021]
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described.
[0022]
As shown in FIG. 3 and FIG. 4, when the airplane is cruising, the flaps FL and FR and the flaperon FEL and FER are both at the raised position of 0 ° and when the pilot is not operating the control wheel to the left and right, the flaperon FEL , The steering angle of FER is 0 ° and is in the neutral position. Therefore, with respect to the vertical plane passing through the machine centerline CL, the left and right first links 31L and 31R, the left and right second links 33L and 33R, the left and right third links 36L and 36R, the left and right drive pulleys 15L and 15R, and the left and right links The driven pulleys 17L and 17R are in symmetrical positions.
[0023]
From this state, when the pilot operates the control wheel to the left, for example, as shown in FIG. 10, the center pulley 12 connected to the control wheel via the control cable 13 rotates around the center shaft 11 to the left. The slider 22 supported by the pulley 12 via the three guide rods 21... Then, the left second link 33L pivotally supported at one end by the slider 22 via the ball joint 32L is pushed down, and the left first link 31L connected via the ball joint 34L to the other end of the left second link 33L While rotating to the left around the center shaft 11, the left third link 36L connected to the other end of the left first link 31L via a pin 35L moves in the right direction. As the left third link 36L moves in the right direction, the left drive pulley 15L supported by the pulley shaft 14L rotates to the left, and the left driven pulley 17L connected to the left drive pulley 15L via the control cable 18L. Rotates counterclockwise around the pulley shaft 16L.
[0024]
As a result, the arm 41L provided on the left driven pulley 17L pushes down the tip of the flaperon link 44L via the ball joint 45L. At this time, since the tip of the flapperon link 44L is located in front of the hinge line HL of the left flaperon FEL, the front edge of the left flaperon FEL is lowered with the hinge line HL as a fulcrum, and the trailing edge of the left flaperon FEL is hinged Go up with the line HL as a fulcrum. At this time, the upper maximum steering angle of the left flaperon FEL is set to 25 °.
[0025]
When the center pulley 12 and the slider 22 are integrally rotated to the left, the right second link 33R pivotally supported at one end by the slider 22 via the ball joint 32R is pulled up, and the ball is connected to the other end of the right second link 33R. The right first link 31R connected via the joint 34R rotates to the left around the center shaft 11, and the right third link 36R connected to the other end of the right first link 31R via the pin 35R Move in the direction. As the right third link 36R moves in the right direction, the right drive pulley 15R supported by the pulley shaft 14R rotates to the left, and the right driven pulley 17R connected to the right drive pulley 15R via the control cable 18R. Rotates counterclockwise around the pulley shaft 16R.
[0026]
As a result, the arm 41R provided on the right driven pulley 17R pushes up the tip of the flaperon link 44R via the ball joint 45R. At this time, since the tip of the flapperon link 44R is located in front of the hinge line HL of the right flaperon FER, the leading edge of the right flaperon FER rises with the hinge line HL as a fulcrum, and the trailing edge of the right flaperon FER hinges Go down with the line HL as a fulcrum. At this time, the maximum downward steering angle of the right flaperon FER is set to 20 °.
[0027]
As described above, when the control wheel is operated to the left, the trailing edge of the left flapperon FEL rises from the neutral position and the lift of the left main wing WL decreases, and the trailing edge of the right flaperon FER falls from the neutral position and the right main wing WR. Therefore, the left rolling moment is generated by the difference in lift between the left and right main wings WL and WR.
[0028]
As described above, the case where the control wheel is operated to the left to generate the left rolling moment has been described. However, the operation when the control wheel is operated to the right to generate the right rolling moment is substantially the same when the left and right are reversed. Are identical.
[0029]
By the way, when the left and right flaperons FEL, FER are steered in the opposite direction by the same angle, the drag of the main wings WL, WR on which the flaperon FEL, FER is lowered increases, whereas the flaperon FEL, FER is raised. Since the drag of the main wings WL and WR is reduced, a yawing moment opposite to the turning direction is generated (adverse yaw phenomenon), and smooth turning is prevented. Therefore, when the flaperons FEL and FER function as an aileron, the drag difference between the left and right main wings WL and WR is reduced by setting the upper rudder angle to be larger than the lower rudder angle. Smooth turning is possible.
[0030]
As shown in FIG. 14A, the pins 35L and 35R that temporarily connect the second links 33L and 33R and the third links 36L and 36R are directly below the center shaft 11, and the pins of the left and right drive pulleys 15L and 15R. 37L and 37R are directly below the pulley shafts 14L and 14R, the diameters of the center pulley 12 and the left and right drive pulleys 15L and 15R are equal, and the height of the center shaft 11 and the heights of the left and right pulley shafts 14L and 14R are the same. If so, the rotation angle of the center pulley 12 becomes equal to the rotation angles of the left and right drive pulleys 15L and 15R, and a steering angle difference cannot be generated when the left and right flaperons FEL and FER function as ailerons.
[0031]
On the other hand, as shown in FIG. 14 (B), the heights of the left and right pulley shafts 14L and 14R differ from the height of the center shaft 11, or the center pulley as shown in FIG. 14 (C). If the diameters of the left and right drive pulleys 15L and 15R are made different from the diameter of 12, the left and right drive pulleys 15L and 15R are made different in rotation angle so that the left and right flaperons FEL and FER are turned upside down at different steering angles. Can be operated. However, since the difference in steering angle between the left and right flaperons FEL and FER obtained by these methods is small, it is difficult to sufficiently compensate for the adverse yaw phenomenon.
[0032]
On the other hand, in the present embodiment shown in FIG. 14D, the pin 35L that connects the left first link 31L and the left third link 36L is located on the lower left side of the center shaft 11, and the right first link 31R and the right first link Since the pin 35R connecting the three links 36R is located on the lower right side of the center shaft 11, for example, when the center pulley 12 and the slider 22 rotate to the left around the center shaft 11, the left first link 31L and the left third link The amount of movement in the right direction of the pin 35L that connects 35L increases, and the amount of movement in the right direction of the pin 35R that connects the right first link 31R and the right third link 36R decreases. Accordingly, the upward rudder angle of the left flapperon FEL connected to the left third link 36L that moves greatly in the right direction increases, and the downward direction of the right flaperon FER connected to the right third link 36R that moves small in the right direction decreases. The rudder angle becomes smaller, and the difference in drag between the left and right main wings WL, WR can be reduced to sufficiently compensate the adverse yaw phenomenon.
[0033]
Note that increasing the heights of the left and right pulley shafts 14L and 14R with respect to the height of the center shaft 11 and reducing the diameters of the left and right drive pulleys 15L and 15R with respect to the diameter of the center pulley 12 are as follows. Although it works in the direction of increasing the Adverse Yaw phenomenon, shifting the positions of the pins 35L and 35R to the lower left and right of the center shaft 11 cancels out the above-mentioned action of increasing the Adverse Yaw phenomenon, and exhibits a surplus effect. , The steering angle to the upper side of the FER can be made sufficiently larger than the steering angle to the lower side, the adverse yaw phenomenon can be reliably compensated and the turning performance can be improved.
[0034]
Now, to lower the flapperons FEL and FER in the same phase at the time of takeoff and landing, as shown in FIGS. 7 and 11, the actuator 23 is driven by the operation of the pilot flap operation lever, and the output consisting of male screws is output. By pulling the nut member 25 screwed onto the shaft 24, the slider 22 is moved rearward along the guide rods 21. As is clear from FIG. 7, when the slider 22 is retracted, the positions of the ball joints 32L and 32R provided at the left and right ends are also retracted. Therefore, the left and right second links whose upper ends are pivotally supported by these ball joints 32L and 32R. 33L and 33R are inclined from a solid line state to a chain line state. Thereby, the ball joints 34L and 34R at the lower ends of the left and right second links 33L and 33R are pulled up, and the left and right first links 31L and 31R are rotated upward around the center shaft 11.
[0035]
As a result, the left and right third links 36L and 36R connected to the lower ends of the left and right first links 31L and 31R via pins 35L and 35R move by an equal distance outward in the left and right direction so as to be separated from each other. The left drive pulley 15L rotates in the right direction and the right drive pulley 15R rotates in the left direction by the same angle. Thus, the left and right driven pulleys 17L and 17R connected to the left and right drive pulleys 15L and 15R via the control cables 18L and 18R also rotate in the opposite directions by the same angle, and the left and right flaperons FEL and FER Also go down 10 degrees. The lowering angle of the flaperons FEL and FER can be arbitrarily set. When the actuator 23 is driven in the reverse direction from the lowered state of the flaperons FEL and FER to advance the slider 22 to the original position, the left and right flaperons FEL and FER are raised to the neutral position.
[0036]
When the pilot operates the control wheel to the left, for example, to control the rolling of the fuselage in the state where the flaperons FEL and FER are lowered as described above, the center pulley 12 and the slider 22 are moved around the center shaft 11 as shown in FIG. Rotate to. Then, the left second link 33L connected to the slider 22 is pushed down, the left first link 31L connected to the left second link 33L rotates to the left around the center shaft 11, and is connected to the left first link 31L. The left third link 36L moves in the right direction. As the left third link 36L moves in the right direction, the left drive pulley 15L supported by the pulley shaft 14L rotates to the left, and the left driven pulley 17L connected to the left drive pulley 15L via the control cable 18L. Rotates counterclockwise around the pulley shaft 16L. As a result, the arm 41L provided on the left driven pulley 17L pushes down the tip of the flapperon link 44L via the ball joint 45L, so the front edge of the left flaperon FEL falls with the hinge line HL as a fulcrum, and the trailing edge of the left flaperon FEL Goes up with hinge line HL as a fulcrum. At this time, the maximum upward steering angle of the left flaperon FEL is set to 20 ° with reference to the lowering position of the flapperon FEL (10 ° downward).
[0037]
When the center pulley 12 and the slider 22 rotate to the left around the center shaft 11, the right second link 33R connected to the slider 22 is pulled up, and the right first link 31R connected to the right second link 33R is centered. The right third link 36R connected to the right first link 31R rotates to the left around the shaft 11 and moves to the right. As the right third link 36R moves in the right direction, the right drive pulley 15R supported by the pulley shaft 14R rotates to the left, and the right driven pulley 17R connected to the right drive pulley 15R via the control cable 18R. Rotates counterclockwise around the pulley shaft 16R. As a result, since the arm 41R provided on the right driven pulley 17R pushes up the tip of the flapperon link 44R via the ball joint 45R, the front edge of the right flaperon FER rises with the hinge line HL as a fulcrum, and the trailing edge of the right flaperon FER Falls with the hinge line HL as a fulcrum. The maximum downward steering angle of the right flaperon FER at this time is set to 10 ° downward with reference to the lowered position of the flapperon FEL (10 ° downward).
[0038]
As described above, even when the flaperons FEL and FER are in the lowered state, the left and right flaperons FEL and FER can be operated in opposite directions with respect to the lowered state, so that the flaps FL, FR and flaperon can be taken off during landing and landing. While keeping the FEL and FER down to ensure the maximum lift, the flaperons FEL and FER can exert the aileron function to perform rolling control of the aircraft without any trouble. At this time, since the operation of the control wheel and the operation of the actuator 23 do not interfere with each other, there is no possibility that the operation of the control wheel is hindered by the actuator 23 or the operation of the actuator 23 is transmitted to the control wheel.
[0039]
As described above, the case where the control wheel is operated to the left to generate the left rolling moment has been described. However, the operation when the control wheel is operated to the right to generate the right rolling moment is substantially the same when the left and right are reversed. Are identical.
[0040]
Further, when the flaperons FEL and FER are in the lowered state shown in FIG. 11, the position of the pin 35L connecting the left first link 31L and the left third link 36L is larger than that in the neutral position state shown in FIG. The position of the pin 35R that connects the right first link 31R and the right third link 36R moves further to the right with respect to the machine center line CL. . As described above, when the positions of the pins 35L and 35R move outward in the left-right direction, the ratio of the rotation angle of the left and right drive pulleys 15L and 15R to the rotation angle of the center pulley 12 decreases, so the flapperons FEL and FER are lowered. The reference steering angle in the vertical direction decreases.
[0041]
In other words, the steering angle in the neutral position of the flaperons FEL and FER is 0 °, the maximum steering angle in the upward direction by the aileron operation is 25 °, and the maximum steering angle in the downward direction is 20 °, but the flaperons FEL and FER When the steering angle in the lowered state is 0 °, the maximum steering angle in the upward direction by the aileron operation is 20 °, and the maximum steering angle in the downward direction is 10 °. In other words, in the neutral position of the flaperons FEL and FER, the aileron's total rudder angle (the difference between the left and right rudder angles) is 25 ° + 20 ° = 45 °. (Right and left rudder angle difference) is 20 ° + 10 ° = 30 °. Therefore, when the aileron operation is performed at the maximum rudder angle with the flapperons FEL and FER lowered, the maximum lowering angle of the flaperons FEL and FER should be 10 ° + 20 ° = 30 °, but 10 ° + 10 ° = It is possible to suppress the angle to 20 °, and it is possible to reduce the steering force of the control wheel and to avoid the occurrence of blade tip stall due to an excessive lowering angle of the flaperons FEL and FER.
[0042]
Further, the center pulley 12, the slider 22 and the actuator 23 are arranged in alignment on the axis of the center shaft 11, and the flapperons FEL and FER are provided with the aileron function by simply rotating the center pulley 12 and the slider 22 around the axis of the center shaft 11. Since the flapperon FEL and FER exhibit the flap function only by reciprocating the slider 22 along the axis of the center shaft 11, the flap function is exerted on the flapperons FEL and FER. Since it is one flapperon unit, it can be easily mounted on the aircraft.
[0043]
The left and right flaperons FEL and FER can be lifted and lowered by the same rudder angle (for example, ± 5 ° at the maximum) during cruise, and the drag reduction function of the main wings WL and WR can be exhibited. 11 can be lowered in the same phase by driving the actuator 23 and pulling the nut member 25 to move the slider 22 back along the guide rods 21 as described in FIG. Conversely, in order to raise the left and right flaperons FEL and FER in the same phase, as shown in FIG. 13, the actuator 23 is driven and the nut member 25 is pressed to advance the slider 22 along the guide rods 21. Just do it.
[0044]
However, since the lowering angle and raising angle of the flaperons FEL and FER for reducing the drag of the main wings WL and WR are very small, the amount of operation of the actuator 23 is smaller than when the flap function described with reference to FIG. 11 is performed. . Further, when the flapperon FEL and FER have the flap function, the actuator 23 is driven based on the operation of the flap operation lever by the pilot. However, when the flaperon FEL and FER have the drag reducing function, the actuator 23 is driven. 23 is automatically driven by a control unit described later.
[0045]
Next, the contents of control for reducing the drag force of the airplane by raising and lowering the left and right flaperons FEL and FER in the same phase by a small steering angle will be described with reference to FIGS.
[0046]
FIG. 15 shows the profiles of the main wings WL and WR, and flaperons FEL and FER are provided at the rear edges with the steering angle δf being variable downward and upward. The boundary layer formed along the surfaces of the main wings WL and WR is the upstream laminar boundary layer BL. L And downstream turbulent boundary layer BL T It consists of. Laminar boundary layer BL L And turbulent boundary layer BL T The position of the transition point t is moved back and forth by changing the steering angle δf of the flaperons FEL and FER. Laminar boundary layer BL L The frictional resistance of the turbulent boundary layer BL T The frictional resistance of the lapel flow boundary layer BL is controlled by controlling the steering angle δf of the flaperons FEL and FER. L And turbulent boundary layer BL T If the transition point t is moved as far as possible to the trailing edge side, the laminar boundary layer BL L Can be expanded to reduce the drag of the main wings WL and WR.
[0047]
As shown in FIG. 16, the control unit CU for the steering angle δf of the flaperons FEL and FER determines the thrust estimation means M1 for estimating the thrust T of the airplane and the motion state (speed, angular velocity, attitude angle, angle of attack) of the airplane. Motion state detection means M2 for detecting, drag force estimation means M3 for estimating the drag force D of the airplane based on the thrust T and the motion state of the airplane, and the drag force generated by changing the steering angle δf of the flaperons FEL and FER An operation amount calculating means M4 for calculating the operation amount of the steering angle δf of the flaperon FEL, FER for minimizing the drag D based on the change of D, and the steering angle of the flaperon FEL, FER based on the operation amount and operating means M5 for operating δf.
[0048]
The thrust T of the airplane changes depending on the pilot's throttle lever operation, and the thrust estimating means M1 estimates the magnitude of the thrust T based on the engine speed and the like.
[0049]
A variable representing the motion state of the airplane detected by the motion state detection means M2 is:
φ: Roll posture angle (Euler angle around the X axis)
θ: Pitch attitude angle (Euler angle around the Y axis)
U: Speed in the X-axis direction
V: Speed in the Y-axis direction
W: Speed in the Z-axis direction
P: Roll angular velocity (angular velocity around the X axis)
Q: Pitch angular velocity (angular velocity around the Y axis)
R: Yaw angular velocity (angular velocity around the Z axis)
α: Pitch angle formed by the direction of travel of the aircraft and the centerline of the aircraft (attack angle α)
It is. The roll attitude angle φ, the pitch attitude angle θ, and the angle of attack α can be detected by a vertical gyro, etc., and the roll angular velocity P, the pitch angular velocity Q, and the yaw angular velocity R can be detected by a rate gyro, etc. The velocity V in the Y-axis direction and the velocity W in the Z-axis direction can be detected with a Pitot tube or the like.
[0050]
Note that the order of the estimation of the thrust T by the thrust estimation means M1 and the detection of the motion state of the airplane by the motion state detection means M2 is arbitrary, and the motion state may be detected after the thrust T is estimated. After detecting the state, the thrust T may be estimated, or both may be performed simultaneously.
[0051]
The drag estimation means M3 is based on the thrust T estimated by the thrust estimation means M1 and the motion states φ, θ, U, V, W, Z, P, Q, R, α detected by the motion state detection means M2. Estimate the drag D of the airplane. The procedure will be described below.
[0052]
FIG. 17 shows the lift L in a state in which the airframe is subject to disturbance using the XYZ coordinate axes fixed to the aircraft body (stable axes with the X-axis aligned with the direction of the airframe velocity vector during steady-balance flight). The relationship between drag D, thrust T and angle of attack α is shown. From the balance of forces in the X-axis direction and the Z-axis direction, the aerodynamic force Xa in the X-axis direction and the aerodynamic force Za in the Z-axis direction are expressed by using lift L, drag D, thrust T, and angle of attack α.
Xa = T + L · sin α−D · cos α (1)
Za = −L · cosα−D · sinα (2)
Given in.
[0053]
When the lift L is eliminated from the above equations (1) and (2), the drag D is
D = (T−Xa) · cosα−Za · sinα (3)
Given in. Equation (3) indicates that the drag D can be estimated by knowing the aerodynamic force Xa in the X-axis direction, the aerodynamic force Za in the Z-axis direction, the thrust T, and the angle of attack α. The thrust T can be estimated by the thrust estimating means M1, and the angle of attack α can be detected by the motion state detecting means M2. The remaining aerodynamic force Xa in the X-axis direction and aerodynamic force Za in the Z-axis direction can be calculated as follows from the motion state detected by the motion state detection means M2.
[0054]
As is well known, the equations of motion in the X-axis and Z-axis directions of an airplane are expressed by equations (4) and (5), where m is the mass of the aircraft and g is the acceleration of gravity (Fig. 18). Here, the mass m of the fuselage and the gravitational acceleration g are known, the change of the mass m accompanying the consumption of fuel can be calculated, and the aircraft motion states φ, θ, U, V, W, Z, P, Q, R, and α can be detected by the motion state detection means M2.
[0055]
m · (dU / dt + Q · W−R · V) = − m · g · sin θ + Xa (4)
m · (dW / dt + P · V−Q · U) = m · g · cos θ · cos φ + Za (5)
Accordingly, the aerodynamic force Xa in the X-axis direction and the aerodynamic force Za in the Z-axis direction are given by the equations (6) and (7), and if this is substituted into the equation (3), the aircraft drag D is calculated. be able to.
[0056]
Xa = m · (dU / dt + Q · W−R · V) + m · g · sin θ (7)
Za = m · (dW / dt + P · V−Q · U) −m · g · cos θ · cos φ (8)
Next, the operation amount calculation means M4 calculates the operation amount of the steering angle δf of the flaperons FEL and FER for minimizing the drag D of the airplane. The procedure will be described below.
[0057]
FIG. 19 shows the drag coefficient C against the angle of attack α when the steering angle δf of the flaperons FEL and FER is changed variously. D The drag coefficient C according to the change in the steering angle δf of the flaperons FEL and FER, regardless of the magnitude of the angle of attack α. D Indicates a change. In other words, if the steering angle δf of the flaperons FEL and FER is changed, the drag coefficient C D Can be changed.
[0058]
FIG. 20 shows a system for reducing the drag D of the airplane by changing the steering angle δf of the flaperons FEL and FER. When the steering angle δf of the flaperon FEL and FER is changed by drag reduction control, the pitching moment coefficient C M Changes, and this pitching moat coefficient C M To the dynamic pressure ρ (U 2 + W 2 The pitching moment M calculated by multiplying the product of) / 2 and the blade area S is further changed by the control of the steering blade such as an elevator. By integrating the pitching moment M, the pitch attitude angle θ of the airplane is calculated.
[0059]
The lift coefficient C is determined by the change in the steering angle δf of the flaperons FEL and FER and the change in the pitch attitude angle θ by the drag reduction control. L Changes, and this lift coefficient C L To the dynamic pressure ρ (U 2 + W 2 The lift L calculated by multiplying the product of) / 2 and the blade area S is further changed by the control of the steering blade. By integrating the value obtained by dividing the lift L by the body weight mg, the speed W in the Z-axis direction is calculated.
[0060]
The drag coefficient C is determined by the change in the steering angle δf of the flaperons FEL and FER by the drag reduction control and the change in the pitch attitude angle θ. D The drag coefficient C D To the dynamic pressure ρ (U 2 + W 2 ) / 2 and the drag D calculated by multiplying the product of the blade area S is added to the thrust T changed by the engine control, and the value U in the X-axis direction is calculated by integrating the added value. .
[0061]
The drag D calculated in this way is repeatedly used for drag reduction control together with the thrust T, and the steering angles δf of the flaperons FEL and FER are updated in order to minimize the drag D of the airplane.
[0062]
Next, the content of the drag reduction control will be described based on the flowchart of FIG.
[0063]
First, in step S1, the steering angle δf of the flaperons FEL and FER is increased by a preset initial value Δa, and then in step S2, the drag D is estimated based on the equation (3). In a subsequent step S3, a deviation Δd between the previous value and the current value of the drag D is calculated. As a result of increasing the steering angle δf by the initial value Δa in step S1, if the deviation Δd is a positive value in step S3, that is, if the drag D has increased as a result of increasing the steering angle δf, step S4 If the deviation Δd is negative in step S3, that is, if the drag D has decreased as a result of increasing the steering angle δf, the steering angle δf is decreased in step S4. Further decrease. Thus, by repeating the steps S2 to S4, the steering angle δf of the flaperons FEL and FER can be converged to the steering angle at which the drag D is minimized.
[0064]
In step S4, the operation amount of the steering angle δf of the flaperons FEL and FER is set to −Δa × (Δd / K) with K as a constant, not the initial value Δa. The reason for this is that, as indicated by (1) in FIG. 22, in the region where the amount of change in the drag D with respect to the amount of change in the steering angle Δf is large, the manipulated value of the steering angle δf is increased, and This is because, in the region where the change amount of the drag D with respect to the change amount of the steering angle Δf is small, the operation amount of the steering angle δf is made small. Responsiveness and convergence can be improved.
[0065]
As described above, the steering angle δf of the flaperons FEL and FER is changed by a minute angle by the operating means M5, and the resulting increase and decrease of the drag force D is monitored and the operation for changing the steering angle δf further by a minute angle is repeated. The steering angle δf can be converged to a target steering angle at which the drag D of the airplane is minimized. In addition, since the drag reduction control is performed while monitoring the actual drag D, the drag reduction control is not only extremely effective but also effective regardless of the motion state of the flying object. Moreover, since the flapperons FEL and FER originally provided on the main wings WL and WR of the airplane are used as the drag variable means, no special drag variable means is required, and the weight and cost are reduced.
[0066]
FIG. 23 shows a calculation result simulating the drag reduction control. The drag D and the drag coefficient C depend on the change in the steering angle δf of the flaperons FEL and FER. D Is confirmed to decrease.
[0067]
When the drag force is reduced by changing the steering angle δf of the flaperons FEL and FER by the drag reduction control, the pitching moment and the lift force are also changed accordingly, and the attitude and motion state of the airplane change in an undesired direction. there is a possibility. For example, when the flaperons FEL and FER are operated in the downward direction, a pitching moment in the nose up direction is generated and the lift of the main wings WL and WR is also increased. Therefore, by trimming the elevators provided on the horizontal tail and the leading tail, a pitching moment in the nose-down direction can be generated and the balance around the pitch axis can be maintained. Since the increase in drag caused by the operation of this elevator is negligible, the drag of all aircraft is definitely reduced.
[0068]
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention can perform a various design change in the range which does not deviate from the summary.
[0069]
For example, in the embodiments, the flaperons FEL and FER that exhibit the aileron function and the flap function are exemplified as the moving blades, but the present invention is also applied to the elevon that is provided at the trailing edge of the delta blade and exhibits the aileron function and the elevator function. Can be applied.
[0070]
In the embodiment, the center pulley 12 is operated by the control wheel. However, it may be operated by the control column, or may be operated by an electric actuator or a hydraulic actuator.
[0071]
Further, the actuator 23 for moving the slider 22 back and forth can be constituted by a hydraulic cylinder instead of an electric motor, and the slider 22 can be manually moved back and forth.
[0072]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the left and right third links are moved via the left and right second links and the left and right first links by rotating the rotor and the slider left and right around the rotor axis. The left and right moving blades can be moved up and down in opposite phases to function as an aileron, and the slider can be moved back and forth along the rotor shaft, via the second link on the left and right. The left and right first links and the left and right third links can be moved in opposite directions, and the left and right moving blades can be moved up and down in the same phase to function as flaps or elevators. The drag can be reduced by controlling the boundary layer of the main wing by moving it up and down by a small angle. As a result, the flap function is exerted on the moving blade to increase the maximum lift, or the moving function is exerted on the moving blade to control the pitching, and at the same time, the aileron function is exerted to control the rolling without any trouble. In addition, during cruise, the drag of the main wing can be reduced to reduce fuel consumption. In addition, one end of the left and right first links and one end of the left and right second links are pivotally supported by a rotor and a slider supported on a common rotor shaft, respectively, and the left and right second links are provided in the middle or the other end of the left and right first links. The left and right moving blades are actuated by the left and right third links that are pivotally supported by the other ends of the left and right first links. And it can be easily mounted on the aircraft.
[0073]
According to the second aspect of the present invention, the control means calculates the rudder angle of the left and right moving blades that minimizes the drag of the main wing, and the actuator is operated based on the rudder angle to control the left and right moving blades. Since the rudder angle is controlled, the drag of the main wing can be effectively reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Plan view of the main wing of an airplane
FIG. 2 is an enlarged view of the main part of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of the flaperon actuator.
4 is an enlarged view of the main part of FIG.
FIG. 5 is an enlarged view of five directions in FIG.
6 is an enlarged view taken along line 6-6 in FIG.
7 is an enlarged view taken along line 7-7 in FIG.
8 is an enlarged view of eight directions in FIG.
9 is a view taken along line 9-9 in FIG.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the action when the flaperon is operated to the left.
FIG. 11 is an explanatory diagram of the action when the flaperon is lowered.
FIG. 12 is a diagram for explaining the operation when the flaperon is operated to the left from the lowered state.
FIG. 13 is an explanatory diagram of the action when raising the flaperon.
FIG. 14 is a diagram for explaining the difference in steering angle between the left and right flaperons.
FIG. 15 is a diagram showing the profile of the main wing of an airplane
FIG. 16 is a block diagram of aircraft drag reduction control;
FIG. 17 is a diagram showing the relationship among lift L, drag D, thrust T, and angle of attack α in vertical aircraft motion.
FIG. 18 is a diagram showing XYZ coordinate axes and variables representing the motion state of an airplane.
FIG. 19 is a graph showing the change characteristic of the drag coefficient with respect to the angle of attack when the steering angle of the flaperon is changed variously.
FIG. 20 is a block diagram of flight control.
FIG. 21 is a flowchart of drag reduction control.
FIG. 22 is a diagram showing the relationship between the rudder angle of the flaperon and the drag force
FIG. 23 is a graph showing a simulation result of drag reduction control;
[Explanation of symbols]
CU control unit (control means)
FEL, FER flaperon
WL, WR main wing
11 Center shaft (rotor shaft)
12 Center pulley (rotor)
22 Slider
23 Actuator
31L, 31R 1st link
33L, 33R Second link
36L, 36R 3rd link

Claims (2)

左右の主翼(WL,WR)の後縁にそれぞれ動翼(FEL,FER)を上下動可能に設け、前記左右の動翼(FEL,FER)を相互に逆位相で上下動させてローリングモーメントを制御し、前記左右の動翼(FEL,FER)を同位相で上下動させて揚力あるいはピッチングモーメントを制御し、かつ前記左右の動翼(FEL,FER)を同位相で微小舵角だけ上下動させて抗力を制御する飛行機の動翼作動装置であって、
機体前後方向に延びるロータ軸(11)まわりに左右回転自在に設けられたロータ(12)と、
ロータ(12)と一体に左右回転し、かつロータ軸(11)に沿って前後動自在に設けられたスライダ(22)と、
一端がロータ軸(11)に枢支された左第1リンク(31L)と、
一端がロータ軸(11)に枢支された右第1リンク(31R)と、
一端がスライダ(22)に枢支されて他端が左第1リンク(31L)の中間ないし他端に枢支された左第2リンク(33L)と、
一端がスライダ(22)に枢支されて他端が右第1リンク(31R)の中間ないし他端に枢支された右第2リンク(33R)と、
左右方向内端が左第1リンク(31L)の前記他端に枢支されて左右方向外端が連結機構を介して左動翼(FEL)に接続された左第3リンク(36L)と、左右方向内端が右第1リンク(31R)の前記他端に枢支されて左右方向外端が連結機構を介して右動翼(FER)に接続された右第3リンク(36R)と、を備え、
ロータ(12)およびスライダ(22)をロータ軸(11)まわりに左右回転させ、左右の第2リンク(33L,33R)および左右の第1リンク(31L,31R)を介して左右の第3リンク(36L,36R)を左右同方向に移動させることにより、左右の動翼(FEL,FER)を相互に逆位相で上下動させるとともに、
スライダ(22)をロータ軸(11)に沿って前後動させ、左右の第2リンク(33L,33R)を介して左右の第1リンク(31L,31R)および左右の第3リンク(36L,36R)を左右逆方向に移動させることにより、左右の動翼(FEL,FER)を同位相で上下動させることを特徴とする飛行機の動翼作動装置。
The moving blades (FEL, FER) are provided on the rear edges of the left and right main wings (WL, WR) so that they can move up and down. The left and right moving blades (FEL, FER) are moved up and down in the same phase to control lift or pitching moment, and the left and right moving blades (FEL, FER) are moved up and down in the same phase by a small rudder angle. An aircraft moving blade actuating device that controls drag,
A rotor (12) provided to be rotatable left and right around a rotor shaft (11) extending in the longitudinal direction of the machine body;
A slider (22) that rotates left and right integrally with the rotor (12) and is movable back and forth along the rotor shaft (11);
A left first link (31L) having one end pivotally supported by the rotor shaft (11);
A first right link (31R) having one end pivotally supported by the rotor shaft (11);
A left second link (33L) having one end pivotally supported by the slider (22) and the other end pivotally supported by the middle or the other end of the left first link (31L);
A right second link (33R) having one end pivotally supported by the slider (22) and the other end pivotally supported by the middle or the other end of the right first link (31R);
A left third link (36L) having a left and right inner end pivotally supported by the other end of the left first link (31L) and a left and right outer end connected to the left moving blade (FEL) via a coupling mechanism; A right third link (36R) having a right and left inner end pivotally supported by the other end of the right first link (31R) and a left and right outer end connected to a right moving blade (FER) via a coupling mechanism; With
The rotor (12) and the slider (22) are rotated left and right around the rotor shaft (11), and the left and right third links via the left and right second links (33L, 33R) and the left and right first links (31L, 31R). By moving (36L, 36R) in the left and right direction, the left and right moving blades (FEL, FER) are moved up and down in mutually opposite phases,
The slider (22) is moved back and forth along the rotor shaft (11), and the left and right first links (31L, 31R) and the left and right third links (36L, 36R) via the left and right second links (33L, 33R). ) To move the left and right moving blades (FEL, FER) up and down in the same phase.
スライダ(22)をロータ軸(11)に沿って前後動させるアクチュエータ(23)と、主翼(WL,WR)の抗力を最小にする左右の動翼(FEL,FER)の舵角を算出し、この舵角に基づいて前記アクチュエータ(23)の作動を制御する制御手段(CU)とを備えたことを特徴とする、請求項1に記載の飛行機の動翼作動装置。The actuator (23) for moving the slider (22) back and forth along the rotor shaft (11) and the steering angles of the left and right moving blades (FEL, FER) that minimize the drag of the main wings (WL, WR) are calculated, The aircraft moving blade operating device according to claim 1, further comprising control means (CU) for controlling the operation of the actuator (23) based on the steering angle.
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