Aircraft to control the yaw comprises a spoiler inlaid was front opening

本発明は、一般に航空機に関し、特に航空機を制御するシステム及び方法に関する。

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であることを特徴とする。 これにより、たとえ航空機の対向側でさえ、縁は互いに平行である結果となる。 また、機体は翼に入り込んで、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捕捉されないことが望ましい。 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”と呼ばれる。 空飛ぶ翼の航空機の例は、Ｂ−２爆撃機である。 探知されにくいレーダー断面を有する航空機は、垂直安定器のような如何なる不要な突起物もなく、代わりに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。

尾のない航空機構造の著しく不利な点は、普通は垂直尾部内に組み込まれる航空機の方向舵がないことである。 従来の航空機には方向舵が配備されて、飛行中に左右の、即ち、偏揺れモーメントを航空機に付与する。 従って、方向舵が無ければ、他の手段が配備されて、尾のない航空機に偏揺れモーメントを付与する。 従来は尾のない航空機は、翼の外側にあるスポイラーを用いる。 左側又は右側のスポイラーの何れかが開かれて、横方向の飛行を制御する。 これらのスポイラーは、現行のエレボン、昇降舵、又は開きフラップの形の補助翼の一部であり、又は嵌め込みスポイラーの形の表面の前方に取り付けられる。 全てが翼である航空機上のエレボン、補助翼、昇降舵は、レーダー断面部に最小の影響しか及ぼさない。 スポイラーは見られにくい効果の最大の妨げであり、なぜならスポイラーは鋭角に形成されて表面が突出しているからである。 従来の嵌込みスポイラーは先端側でのみ開いたときは、断面積が小さい。 翼自体は、下方から視られることを隠す。 しかし、上側でのみ開く従来形式のスポイラーでは、下向きの力を生じ、スポイラーが後退翼の先端部の近くであるならば、その結果生じる力は、ピッチングして航空機を上向きに上げる。

そのようにして、上記に基づき、当該技術分野に航空機の空力特性及びレーダー探知特性を略妨げることなく、航空機の偏揺れ制御特性を改善する方法及び装置を求める需要がある。

発明の要約
本発明は、長軸の両側に位置する第１及び第２の翼を具える航空機を提供する。 前方開口した第１の制御面が、第１のヒンジによって第１の翼の上面に取り付けられ、前方開口した第２の制御面が、第２のヒンジによって第２の翼の上面に取り付けられ、各第１及び第２のヒンジは長軸に直交する方向に向けられている。 これらの前方開口した表面の開口は、ドラッグを一方又は他方の翼に生じさせる。 揺力を生じさせるのは、中心線からの側方へ所定距離だけ離れたドラッグである。

ヒンジは、長軸に直交する線に対して、２０度から５０度の間の角度で傾いている。

第１及び第２の前方開口した制御面は、空気を外向き又は内向きに吐出するように斜めにすることができ、空気はスポイラーの前に溜まらずに、側方に逃げる。 空気が前に溜まり得る(built up)ならば、前方開口した制御面は、前にヒンジがある従来のスポイラーと丁度同様に下向きの力を起こさせるであろう。

前方開口した第１の制御面は、略矩形であり、各制御面の後部縁はヒンジによって一方の翼に接続されている。

前方開口した制御面は、ドラッグ及び側方への力を生じて、上向き又は下向きの力を招来することなく、偏揺れを制御する。

本発明は、一般に航空機を構成する一体化された機体／翼構造に適用され得て、第１及び第２の翼は長軸の両側に位置して、各翼は略真っ直ぐな後退前縁、前縁から後部に延びる下面、前縁から後部に延びる上面を具え、制御面は水平面には平行であるが、長軸には直交する方向の横軸に対して傾いたヒンジによって取り付けられ得る。

航空機は更に、一体化された機体／翼の上面上に制御面を追加することができる。

本発明はまた、航空機の偏揺れを制御する方法を含んでおり、該方法は航空機の第１の翼の上面内に、前方開口した第１の傾いたスポイラーを配備する工程と、航空機の第２の翼の上面内に、前方開口した第２の傾いたスポイラーを配備する工程と、第１と第２のスポイラーを互い違いに動かして、偏揺れモーメントを生成する工程を有する。

本発明の実施例によれば、空飛ぶ翼の尾のない航空機は、航空機を略形成する一体化された機体／翼及びそこに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後方に延びた航空機(10)を示す斜視図である。 航空機(10)は、長軸(12)を有し、長軸に沿って位置する中央部機体(14)を具えている。 対向して後方に延びた一対の翼(16)(18)は側方に広がり、機体(14)から船尾の方向に延びる。 翼(16)(18)は機体(14)の外形に滑らかに且つ連続して一体融合する外形を有する。
本実施例にて、機体(14)は翼(16)(18)と完全に一体化している。 この滑らかな一体化により、航空機(10)全体に単一の翼の外観と機能が付与されると考えられる。 このようにして、一体化された機体／翼の構造は、航空機(10)を略形成する。 従って、航空機(10)は比較的低い縦横比を有する平面視が略三角形、即ちデルタ形の輪郭平面形状であることによって特徴付けられる。

航空機(10)は、上面と下面を具える。 上面及び下面は、機体(14)及び翼(16)(18)を取り囲む。 図１は、下面(20)を示している。 更に、翼(16)(18)は夫々前縁(22)(24)を具えている。 前縁(22)(24)は例えば、連続した直線状の外観を形成するように構成される。 そのような直線状の外観は、レーダーの痕跡を抑える観点から望ましく、見えにくいデルタ形状の航空機を形成している。 航空機(10)の上面に沿う翼(16)(18)の前縁(22)(24)は、航空機(10)の空力的揚力面を略形成している。 従って、空力的揚力面は、機体(14)及び翼(16)(18)の周りに略配備されている。 翼(16)(18)はまた、夫々後縁(26)(28)を有する。

図２は、図１の航空機の平面図を示す。 図２に示すように、航空機(10)はまた、機体／翼構成の上面(42)と一体に形成された制御面(30)(32)(34)(36)(38)(40)を有する。 特に、制御面は例えば、当該技術分野で周知のエレボン、補助翼、昇降舵、方向舵、姿勢タブ、又は同様の要素を有する。

本発明に従って、幾つかの制御面が航空機の上面に位置して、地上レーダーによって発見されることを防いでいる。 上面のみにあるべき特定の制御面は、ドラッグを生成するように広がった面である。 他の面、昇降舵及び補助翼は、ヒンジ接続されて、上下動し、レーダー断面にて損失が殆ど無い。 頂点側の制御面のみが嵌込みスポイラーと呼ばれ、航空機の偏揺れを制御すべく操作される。 従来の嵌込みスポイラーは、風上側にヒンジを具えて、ハッチドアのように開く。 それによってドラッグのみならず、翼内への力を生成する。 本発明に於いて、偏揺れを制御する嵌込みスポイラーは、後部がヒンジ接続されている。 一実施例に於いて、少なくとも幾つかの制御面は、この後部がヒンジ接続された嵌込みスポイラータイプであり、開位置と引き込み位置との間を作動され得る。 引き込み位置に於いて、スポイラーの面は翼の面と同一面内にある。

航空機の前面にて、一対の従来の嵌込みスポイラー(30)(32)(前面がヒンジ接続された)を作動させることにより、下向きのモーメントが生成される。 後部の一対の従来の嵌込みスポイラー(34)(36)は上向きのモーメントを付与する。 このようにして、嵌込みスポイラー(30)(32)(34)(36)は対で作動し得て、縦揺れ制御ができる。 嵌込みスポイラーは非常に高いドラッグを生む装置であるから、縦揺れ調整は燃料移動によって成すことができる。 ４つの同じ嵌込みスポイラーを対で側方に作動させることにより、横揺れ制御が成され得る。 即ち、嵌込みスポイラーの対(30)(34)又は(32)(36)は作動して、横揺れを制御する。 翼先端部(44)(46)近傍の嵌込みスポイラー(38)(40)は偏揺れ制御する。

嵌込みスポイラー(38)(40)は、前方開口した嵌込みスポイラーである。 偏揺れ制御用の前方開口した嵌込みスポイラーは、ヒンジが空気流れに対して斜めに配置されているなら、純粋に偏揺れ制御して、如何なる縦揺れ又は横揺れモーメントもない。 前部に空気が蓄積されることができるならば、丁度従来の前部にヒンジ接続されたスポイラーと同様に、制御面は下向きの力を生成するであろう。

本発明では、底側スポイラーの必要を無くすることにより、航空機のレーダー断面を小さくし、航空機の底部にて不連続な面が最小となり得る。 レーダー痕跡に関するスポイラーの特有の問題点は、スポイラーが、開口によってスポイラーが突出してきた面に対し鋭角を成すことである。 これにより、レーダーが跳ね返る逆反射構造(retro-reflecting)が生成される。

図３は、航空機(50)の平面図を示し、偏揺れ制御スポイラー(52)(54)を示す。 スポイラーは前方に開口するように、縁(56)(58)に沿ってヒンジ接続されている。 スポイラーは航空機の長軸に対して角度θ ₁及びθ ₂だけ傾いている。 θ ₁及びθ ₂は同じ角度であり得る。 矢印(60)(62)(64)(66)は、スポイラー近傍の空気流れの方向を示している。 スポイラーは外向きに傾いているから、空気は翼の先端部(68)(70)に向けられる。

傾き角度(嵌込みスポイラーのアジマス位置)を調整することにより、上向き又は下向きの力はゼロとなり、純粋に偏揺れ制御ができる。 先端部はこれまでは尾部であるから、このことは後退翼に於いて重要なことである。 縦形スポイラーさえ、機械的な複合構造は、下向きの力を生じる。 図４は、翼(72)の一部、及び翼の上面(76)に位置する縦形スポイラー(74)の側面図である。 矢印(78)(80)(82)(84)は、スポイラー(74)近傍の空気流れを示し、空気が如何にして上向きにそらされ、その結果下向きの力となるかを示している。

図５は、翼(86)の一部、及び翼の上面(90)に位置する前方開口したスポイラー(88)の側面図である。 矢印(92)(94)(96)は、スポイラー(88)近傍の空気流れを示している。

図４は、縦形スポイラー(74)がモーメントの上向きの正味の変化を示しており、一方、図５に示す傾斜面については、大量の空気が上昇することなく引き出される。 これは図５に示され、矢印(94)は空気が水平に逃げることを示している。
ドラッグはなおも生成されているが、面が傾いていることにより、空気流れはスポイラーの前でせき止められ、縦形スポイラーと同様に空気を押し上げる。 側方への偏りは、外向き又は内向きであり得る。 外向きの偏りを選択することにより、側方に流れる空気はモーメントを生成する内向きの力を生じ、該モーメントはドラッグによるモーメントと同じ向きである。 傾き角を調整することにより、前方開口したスポイラーにより生成される下向きの力は、スポイラーの前で蓄積する空気の上向きの力と釣り合い得る。

本発明は特に、後退飛行翼の航空機に適用可能である、なぜなら翼内に下向きの力が無いからである。 普通の嵌込みスポイラー(前部にヒンジ接続された)は、航空機をピッチして上向きに押す下向きの力を付与する。 本発明は上向き又は下向きの力のない偏揺れモーメントを付与するから、先端部が重力中心の後側にある翼に用いられる。

モデルにて、前方開口したスポイラーの純粋な偏揺れ動作を示すべく、後退翼の可変上反角(dihedral)効果は打ち消されなければならない。 そうでなければ、偏揺れは横揺れを生じ、該横揺れは下向きの力によって生成される望ましくない横揺れを消す。 後退翼の効果は、翼の重量がないモデルを飛行させることにより打ち消される。 モデルが建造され、リフト力がゼロ、即ち自由弾道で試験飛行する。 これにより、偏揺れが横揺れに影響を与えることなく生じることができた。 モデルがリフト力がゼロで横揺れすれば、それは望ましくない上向き又は下向きの力の為であるに違いない。

テストを実行すべく、頂部のみに１つの前面開口があるスポイラーを具えた遠隔操作カタバルトモデルが作成された。 これは通常の制御面を具えた現行のモデルに加えられた。 通常の制御面は弾道飛行後に飛行機を正常な状態に戻し、安全に着陸させる。 発射時の航空機の軌道は、目視によって弾道であると判断され得る。 発射機(transmitter)の縦揺れ姿勢は、軌道が普通の円弧になるまで、調整される。 地面に達する直前に制御スティックが引かれて着陸を穏やかにした。

嵌込みスポイラーの前に覆いが配備されて、新たなスポイラーの前縁を表面と同一平面内に保った。 覆い及びスポイラーは、方位角内で回転されて、更なるテスト飛行に備えて翼上に再配置される。 実際には、表面は必ずしも翼上の同じ場所を共有しない。

数回の弾道発射、及びその後の復旧操作の後に、軌道の頂上近傍で飛行し、前方開口したスポイラーが急に開く。 飛行がなされた航空機が横揺れし又は縦揺れすることなく、表面が開くのを見て、成功したことが判る。 約５０度の斜め角にて純粋な偏揺れを生じた。

本発明に於いては、航空機の上面の嵌込みスポイラーは、底面上のあらゆるものと対応しない。 以前は、嵌込みスポイラー及び頂部の制御面が用いられてきたが、それらは前部にヒンジ接続され、又は垂直に立っている。 従来のこれらの嵌込みスポイラーが後退翼、即ちデルタ状の翼の上側に取り付けられている場合、それらは底面上の嵌込みスポイラーによって釣り合いが採られねばならない。 後部の釣り合いが採られない表面は、縦揺れ及び横揺れの両方に影響を及ぼす。 しかし、本発明に関し、偏揺れ制御スポイラーは自身でバランスを採る。 底面は如何なる制御面をも有する必要はなく、このようにして更に容易にレーダー断面が小さくなる。

本発明は、偏揺れ制御装置を取り付けた翼を提供する。 偏揺れ制御装置を取り付けた翼は、上面にヒンジ接続され、航空機の長軸に対して傾いたスポイラーを有する。 展開機構が配備されて、スポイラーを開く。 動作時に、スポイラーは選択的に展開され、１の翼にバランスの採れていないドラッグ力を与え、それによって、飛行中の飛行機に所望の偏揺れモーメントを付与する。

如何なる下向きの力を生じることなく、偏揺れモーメントを生成することは、先端が航空機の重力中心の後方にある後退翼に適用される。 本発明は、上側のスポイラーによって生成される下向きの力に対抗するために、底側に１つのスポイラーがなければならない従来のスポイラー(前部がヒンジ接続され、後方が開口した)に比して、レーダー断面が小さいとの利点を有する。 しかし、本発明は如何なる翼の輪郭平面にも用いられ得る。

後退翼上にて本発明を用いることは、傾いたヒンジ線を上手に利用する。 ヒンジ線が空気流れに直交した方向から傾いている限り、前方開口したスポイラーは、縦揺れモーメントに変化を生じること無く、ドラッグ力を生成する現象が発見された。
傾き角は、空気を中心線から離れるように放出する、又は中心線に向けて放出するような角度であってもよい。 表面が起立すると、この傾き角によってまた、中心線に向けて或いは中心線から離れるような側方への力を生成する。 この力が後退角を基準にして近づくか離れるかを注意深く選択することは重要である。 後退翼に於いて、制御面は重力中心よりも後部にあり、側方への力が内向きであるようにヒンジ線が傾いていれば、ドラッグにより生成されるモーメントと同様に、モーメントが生成される。 同様の理由から、翼が前進翼ならば、空気を内向きに放出すべく、表面のヒンジ線が傾いている点に利点がある。 翼が直線状であれば、ヒンジ線は尚、傾いていなければならないが、空気を何れの方向に放出するかの利点はない。 ドラッグ要素のみが有用である。

本発明はまた、航空機の偏揺れを制御する方法を含み、該方法は航空機の第１の翼の上面内に、前方開口した第１の傾いたスポイラーを配備する工程と、航空機の第２の翼の上面内に、前方開口した第２の傾いたスポイラーを配備する工程と、第１と第２のスポイラーを互い違いに動かして、偏揺れモーメントを生成する工程を有する。

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斜視図である。

図１の航空機の平面図であり、嵌込みスポイラーを示している。

航空機の平面図であり、偏揺れ制御スポイラーを示している。

翼の一部及び縦型スポイラーの側面図である。

翼の一部及び前方開口したスポイラーの側面図である。