Aircraft equipped with a spoiler only on the upper surface

本発明は、一般に航空機に関し、特に見えにくくする必要がある航空機の制御に関する。

レーダー探知を避ける目的から建造された航空機は、できるだけ角度が異ならない形状であることを特徴とする。 これにより、たとえ航空機の反対側であっても、縁は互いに平行にする結果となる。 また、翼に一体となる(blended)機体を有し、翼には如何なる小半径の形状のものであっても、翼の上面に配置し、地上のレーダーによっては見えなくすることが望ましい。 この滑らかな一体形状故に、これらの航空機はしばしば“空飛ぶ翼”と呼ばれ、一般に後退翼形状で特徴付けられる。 このような航空機の例は、Ｂ−２爆撃機である。

探知されにくい(low)レーダー断面部を有する航空機は、垂直安定器のような如何なる不要な突起物もなく、垂直安定器の機能は制御面に置換され得て、該制御面は所望時に一方又は他方の翼上にて抗力を増加させ、そうでないときは翼に対して横たわり、翼の一部となる。 全てが翼である尾翼のない航空機の利点は、公知である。 例えば、尾翼のない航空機は、その固有の見られにくい形状故に、人目につかないで動作できる高い特性がある。
更に、全てが翼の航空機は、重量と抗力を軽減したことにより、効率が改善されるという別の利点を有し、従って、パイロットが外を見る為のバルジを設ける必要がない自動航空機(無人)のような広範な用途に用いられるのに良く適している。

尾翼のない航空機構造の著しく不利な点は、普通は垂直尾翼部内に組み込まれる航空機の方向舵がないことである。 方向舵は従来の航空機に配備されて、左右へ、即ち飛行中に航空機に偏揺れ(yaw)モーメントを形成する。 従って、方向舵が無ければ、尾翼のない航空機に偏揺れモーメントを与えるのに他の手段が配備されなければならない。 更に、従来の航空機にあっては、飛行中に航空機の横転(roll)動作を制御するのに、補助翼を配備することが周知である。 一般に方向舵は従来の航空機上にて補助翼と連繋して働き、横転中の逆偏揺れ(adverse yaw)に対抗する。 このようにして、尾翼のない航空機の構成では、方向舵がないと、上記の逆偏揺れに対抗する手段がない。

従って、上記に基づき、航空機の空力特性及びレーダー監視特性を実質的に妨害することなく、あらゆる偏揺れ特性に対抗しつつ、航空機の横転制御特性を改善する、改善された方法及び装置を求めるニーズが存在する。

発明の要約
本発明の一態様は、航空機を略形成する一体化した機体及び第１と第２の後退翼とを有する見えにくい航空機を提供する。 航空機はまた、第１の後退翼の上面上に位置する第１のスポイラと、第２の後退翼の上面上に位置する第２のスポイラとを有する。 例えば、昇降舵のような制御面は、一体化した機体及び翼に一体的に形成されている。 制御面は、第１及び第２のスポイラの略後部に位置し、それが２つの部分で構成されているときは、航空機の長軸の周りに対称に配備されているのが好ましい。 第１及び第２のスポイラは、航空機を横転制御するのに有利なように構造化され配置されている。 これは航空機が余分なスポイラ、又は余分な制御面を有さないことにより達成される。

本発明の他の態様は、一対の後退翼を有する見えにくい航空機の横転を制御するシステムを提供することであり、該システムは各一対の後退翼の上面のみに形成されたスポイラと、一対の後退翼の後部に形成された昇降舵を有する。 昇降舵は、スポイラの略後部に位置し、スポイラ間に略対称に配備される。 有利なことには、スポイラと昇降舵は、後退翼に個々に作動可能に接続されて、後退翼の動作により、偏揺れを横転へ変換することに利用する。

本発明の更なる態様は、一対の後退翼を有する見えにくい航空機の横転を制御する方法を提供することである。 特に、方法は各一対の後退翼の上面のみにスポイラを位置決めする工程と、一対の後退翼の後部に昇降舵を位置決めする工程を有する。 方法は更に、各スポイラと昇降舵を個々に作動させて、見えにくい航空機の横転を制御する工程を有する。 更に、方法は、後退翼の動作により、偏揺れを横転に利用するために、スポイラと昇降舵を個々に作動させる工程を含む。

本発明のこれらの及び他の態様は、以下の記載から一層明白となるだろう。

詳細な説明
本発明の実施例によれば、空飛ぶ翼の尾翼のない航空機は、航空機を略形成する一体化された機体／翼及びそこへ一体に形成された制御面を具える。 図１は、本発明に従って構成され得る航空機(10)の後退翼の底面側の斜視図である。 航空機(10)は長軸(12)を具え、長軸に沿って位置する中央機体(14)を具える。 対向する一対の後退翼(16)(18)は側方及び中央機体(14)から後方に延びる。 翼(16)(18)は、中央機体(14)の外形と滑らかに且つ連続して一体となる外形を具える。 この点に於いて、中央機体(14)は翼(16)(18)と完全に一体化する。 この滑らかな一体化により、航空機(10)全体に、湾曲に不連続がない外形線が付与されると考えられる。 このようにして、一体化した胴体/翼構成は、航空機(10)を略構成する。 従って、航空機(10)は比較的低い縦横比を有し、略菱形、即ち凧形状の平面形を有するものとして特徴付けられる。

航空機(10)は、上面と下面を具える。 上面と下面は、機体(14)と翼(16)(18)を囲む。 図１は、下面(20)を示す。 更に、翼(16)(18)は、夫々前縁(22)(24)を具える。 前縁(22)(24)は例えば、連続した直線外形を形成するように構成される。 そのような直線外形はレーダー探知(signature)されにくい点から好ましく、即ち、見えにくい航空機を形成する。 翼(16)(18)の前縁(22)(24)は、航空機(10)の上面とともに、航空機(10)の空力学的な揚力表面を略形成する。 従って、空力揚力表面は、機体(14)及び翼(16)(18)の回りに略配備される。 翼(16)(18)はまた、後縁(26)(28)を夫々有する。

図２は、図１の航空機の平面図である。 図２に示すように、航空機(10)はまた、胴体/翼構成の上面(36)と一体に形成された制御面(30)(32)(34)を有する。 特に、制御面は、航空機の上側、即ち、胴体/翼構成の上面(36)に形成されたスポイラ(30)(32)を含む。 スポイラ(30)(32)は、夫々翼(16)(18)の後縁(26)(28)に隣接して形成されるのが好ましい。 各スポイラ(30)(32)は、夫々後縁(26)(28)に平行に延びるのが好ましい長軸(38)(40)を有する。

一組の制御面はまた、航空機(10)の後部上、又は後部に隣接して形成された昇降舵(34)を有し、特に昇降舵は後縁(26)(28)の前である翼(16)(18)の後部上、又は後部に隣接して形成される。 昇降舵(34)は後縁(26)の終点である第１端部、及び後縁(28)の終点である第２端部を有する。

有利なことに、本発明は上面にスポイラ(30)(32)のみを配備し、航空機の底面に形成されるスポイラ又は同様な制御面は配備しないことにより、レーダー断面部を小さくすることができ、航空機の底の不連続となる面を、最小とすることができる。 レーダー痕跡に関するスポイラ又は他の制御面、特に航空機の底に形成されるスポイラ又は他の制御面についての特有の問題は、これらが開いているとき、それらは立ち上がった表面に対して、鋭角をなすことである。 これにより、レーダーを反射する逆反射構造を生成する。

有利なことに、スポイラ(30)(32)及び昇降舵(34)は、一対の後退翼(16)(18)上に個々に動作可能に接続され又は形成されて、後退翼の動作によって偏揺れを横転に変換することを利用して横転を制御する。 これは、航空機が如何なる余分なスポイラ又は制御面をも有しないことにより達成される。

スポイラ(30)(32)のような差動スポイラ(differential spoilers)は、多くの方法で横転制御に影響を与える。 例えば、スポイラは、航空機(10)の片側又は反対側に直に揚力を及ぼし、及び／又は航空機(10)の片側又は反対側にドラッグを生じさせる。
特に、上面のスポイラが開くとき、空気は上向きに偏向されて、下向きの力を招来する。 例えば、図３は、翼の上面(46)に位置する翼(42)及びスポイラ(44)の一部の側面図である。 矢印(48)(50)(52)(54)は、スポイラ(44)の近傍の空気流れを示しており、如何にして、空気が上向きに偏向されて、下向きの力を生じるかを示している。 これの別の見方は、揚力のダンピングである。 力は下向きのみである。 たとえ他方の翼が他の向きに押していなくとも、横転モーメントが生成される。 この横転モーメントは、速度のみの関数である。 これは航空機(10)が速く進むとき、即ち低い迎え角のとき、スポイラは公称横転速度に影響を与えるほど、引き上げられる必要はないことを意味する。

更に、スポイラ(44)はドラッグを引き起こす。 スポイラが配置された翼が後退翼であるときは、ドラッグの差は横転に変換される。 開いたスポイラは、一方の前縁を更に風に向けて横転させ、航空機は後退翼であるが故に、横転モーメントを招来する。 後退翼は偏揺れを横転に変換する。 横転モーメントはこのようにして、航空機の片側に対してドラッグを間接的に生じる結果となる。 スポイラ(44)が翼(22)の上面(46)にあるとき、上記した２つの異なるタイプの横転モーメントは、同じ方向であり、それらの力が合わさる。 １つのタイプの横転モーメントは、高速で、即ち揚力係数が低い状態で更に加わり、他のタイプのモーメントは、低速で、即ち揚力係数が高い状態で更に加わる。
上記した間接的な横転モーメントは、後退翼と関係があり、変換量は迎え角に関係する。 偏揺れを横転に変換する効果は、迎え角を改善する。 揚力が低いと、ドラッグの差が横転を生じさせる現象は、直接力がモーメントを生じさせることよりも大きい。 迎え角が大きいと、航空機がゆっくりと動くときに、直接力の方が強くなる。 一方が強いと、他方が弱い。 モデルによるテストでは、基本的に逆偏揺れがなかった。 それ故、この意義は見えにくさが最小となる制御、即ち方向制御をなくすることができることである。

迎え角が大きくなると、偏揺れを横転に変換する後退翼の能力は、同様に増加する。 例えば、着陸及び離陸に対応した、かなり迎え角が大きい状態では、スポイラはドラッグ装置としての役割を失い始めるが、偏揺れの横転への変換は、より効率的になる。 非常に大きな迎え角では、ドラッグの差は小さくなるが、直接的に揚力をダンピングする効果(direct lift dumping effect)は残る。 この効果はまた、補助翼を具えた翼上のスポイラに利用可能であるが、スポイラは普通は補助翼の逆偏揺れをなくすのに全面的に用いられ、直接的な揚力をダンピングする効果は通常は無視されている。 しかし、側方の制御が上記のスポイラ(30)(32)のようなスポイラのみであれば、上に向かって行く翼はない。 即ち、ドラッグの唯一の変化はドラッグの増加であり、これは下に向かって行く翼面側にある、即ち戻っていく翼の内側である。 制御装置としての揚力スポイリングは、空気がもはや表面を流れなくなるまで、増加することができる。 この後、横転及びドラッグの制御は減少する。

差動スポイラは逆偏揺れを生じず、むしろ補助翼が逆偏揺れを生じることが理解されるだろう。 従来の航空機については、補助翼が偏向したときは、航空機の迎え角に変化はない。 唯一の変化は補助翼の偏向であり、翼の反りに影響を与える。 片側上では、翼がより揚力を生じるように、反りは変更され、他の側では揚力が低下するように変更される。 ドラッグの差を招来するのは、片側の減少した揚力、及び反対側の増加した揚力である、即ち、揚力曲面のどこにいようと、揚力が増加すると、常にドラッグを増加させることに繋がるからである。
これに対して、上面側にのみ設けられたスポイラが起立したときは、スポイラは常にドラッグ装置となる。 一方の面が作動するとき、他方の翼は制御面が動かない。 変化のない側は実際には上昇せず、むしろ他方の翼が下降する。 機体の傾き角(bank angle)にあらゆる変化を伴った状態で、航空機の重心が落下するものの１つが横転である。

航空機(10)の好ましい平面形は菱形であるが、本発明に関して他の形状が利用できることが理解されるだろう。 菱形形状により、昇降舵(34)がスポイラ(30)(32)の後部にあることができ、その一方、同時に見えにくい飛行翼形状を維持することができる。 昇降舵(34)は、スポイラによって生成される上向きのモーメントを無くすために、スポイラ(30)(32)の後部になければならない。 本来ならば、スポイラは翼の上面側及び底面側に配備されて、面が作動するときには、ピッチモーメント力を打ち消す。 ここでスポイラ(30)(32)は上昇するのみである。 このモーメント力を無くすことは、昇降舵(34)によってなされる。

本発明を実証すべく、飛行モデルにつき、実験的な試験が実行された。 １つのモデルの航空機が、図１及び図２に示されるように構成された、即ち、該航空機(10)は上面(36)にスポイラ(30)(32)を有し、昇降舵(34)と関連作動させた。 他のモデルは、性能の基本を実証すべく、従来のエレボンを具え、スポイラは無いように構成された。 従来のエレボンのモデルであれば、高い揚力係数の横転は、強い逆偏揺れを伴い、これは頑丈な(substantial)フィンによって抑制されなければならない。 しかし、上面にのみスポイラを具えたモデルについては、フィンが全く無くして、十分な横転制御が得られた。 両モデルについて、数回の飛行がなされ、上面にのみスポイラを具えたモデルのほうが、簡単に制御され、螺旋状の安定性が維持されることが明白になった。 制御については、基本的に悪い特性を示さなかった。 性能に関して、飛行レベルを維持するのに設定される動力レベルは、従来のモデルとほぼ同じであった。 機体の傾き角を確立するのには、飛行総時間に比して時間は殆ど掛からないから、効率の低下は気付くのが難しい。 しかし、述べたように、フィンは全く不要である。 即ち、後退翼に関して、如何なる方向の安定値が利用可能であれ、横転装置に逆偏揺れがないときは、必要なのはスポイラだけである。 モデル上にて、上向きのピッチをなくすことは(スポイラは上昇のみするという事実により生じる)、何も変更することなく達成された。 送信器はプログラム可能で、昇降舵に側方制御(スポイラに接続された)を組み合わせることにより有利さが得られ、何れのスポイラが上昇しても、昇降舵は僅かに下がった。 試行と過ちにより、正確な合成量が決まる。 この構成は、他の２つの構造で評価された。 それは高い縦横比の直線状翼の飛行翼、及び中間的な縦横比の後退翼の飛行翼である。 ３つの全ての構造は、スポイラの背後に昇降舵を有していた。 これが菱形形状上で最も効を奏した。

本発明は、一対の後退翼(16)(18)を有する見えにくい航空機(10)の横転を制御する方法を含む。 方法は、各一対の後退翼の上面上のスポイラを位置決めし、一対の後退翼(16)(18)の後部上の昇降舵を位置決めする工程を有する。 本発明の実施例に従って、昇降舵はスポイラの略後部に位置決めされ、スポイラ間に略対称に配備される。 方法はまた、各スポイラとエレボンを個々に作動させて、偏揺れモーメントを横転に変える後退翼の能力を利用することにより、見えにくい航空機の横転を制御する工程を有する。

本発明の特定の実施例が、説明の目的から記載されてきたが、当業者には本発明の詳細な数々の変形例が、添付の請求の範囲に規定される発明から離れることなく、成されることが明らかであろう。

本発明に従って構成された航空機の後退翼の底面側の斜視図である。

図１の航空機の平面図であり、スポイラーのみの上面を示している。

翼及びスポイラの側面図である。