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クローズドウィングとは、実質的に2つの主翼が両端で合流し、従来の翼端が存在しない翼のことです。クローズドウィングの設計には、環状翼（一般的に円筒形またはリングウィングとして知られています）、結合翼、ボックスウィング、およびスパイロイドチップデバイスなどがあります。[ 1 ]
多くの翼端装置と同様に、クローズドウィングは、従来の翼の先端で発生する翼端渦に伴う無駄な影響を軽減することを目的としています。クローズドウィングは、こうした利点に関して特に独自の主張をしているわけではありませんが、多くのクローズドウィング設計は、従来の片持ち式単葉機に比べて構造上の利点を提供します。
翼端渦は後流乱流の主要な構成要素であり、誘導抗力と関連している。誘導抗力は、ほとんどの飛行条件下で総抗力に大きく寄与する。閉じた翼は翼端を必要としないため、翼端抗力の影響を低減できると考えられる。
開いた片持ち翼に比べて構造的に有利な点に加えて、閉じた翼面にはいくつかの独自の空力特性がある。
結論として、閉鎖型システムは従来の平面翼に比べて誘導抗力を大幅に低減できるものの、開放型ではなく閉鎖型であることによる特有の大きな空力的な利点はない。[ 1 ]
様々なタイプの閉鎖翼が記述されている。
閉鎖翼の初期の例としては、1906年にルイ・ブレリオとガブリエル・ヴォワザンによって製作されたブレリオIII型機が挙げられる。揚力面は、2枚の環状翼を直列に配置したものであった。後のブレリオIV型機では、前方の環状翼を複葉機に置き換え、カナード翼を追加して3面翼機とした。この機体は、修復不可能なほど損傷する前に、小刻みなホップ飛行で離陸することができた。
GJA キッチンの研究に基づき、セドリック リーとG. ティルグマン リチャーズは、前部と後部が同じ高さにある環状翼飛行機を数機製作し、飛行させた。最初の機体は複葉機だった。その後、一連の単葉機が製作され、その最後の機体は 1914 年まで使用された。[ 3 ]
1944年、ドイツの設計者エルンスト・ハインケルは、レルヒェと呼ばれる環状翼のVTOL多用途単座機の開発に着手したが、このプロジェクトはすぐに中止された。[ 4 ]
1950年代、フランスのSNECMA社は、一人乗りのVTOL環状翼機であるColéoptèreを開発した。この機体は、いくつかの試作機の開発と試験にもかかわらず、危険なほど不安定であることが判明し、設計は放棄された。[ 5 ]その後、閉鎖翼設計の提案には、コンベア社モデル49先進空中火力支援システム（AAFSS）や、1980年代のロッキード社の「リングウィング」コンセプトなどがあった。
ジュリアン・ウォルコヴィッチ博士は1980年代にこのアイデアを発展させ続け、水平尾翼が翼の構造的サポートを提供すると同時に安定化面としても機能する効率的な構造配置であると主張した。[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]
Aviation Partners社が現在開発中のSpiroidウィングレットは、従来の翼の端に取り付けられた閉じた翼面です。同社は、ガルフストリームIIに装着されたウィングレットにより、巡航段階での燃料消費量が10%以上削減されたと発表しました。[ 9 ] [ 10 ]
フィンランドの企業FlyNanoは、2012年6月11日に、翼が閉じた超軽量航空機のプロトタイプであるFlyNano Nanoを飛行させた。[ 11 ] [ 12 ]
ベラルーシ製のOW-1実験機は、2007年の初飛行以来、安定した水平飛行を維持することに成功した唯一の有人環状閉鎖翼機である。飛行試験では、環状閉鎖翼機は他の翼形状の飛行機よりも横風の影響を受けにくいことが示された。[ 13 ]
その他の現代的な例としては、以下のようなものがある。
密閉型翼は、効率向上による恩恵を最も受けるであろう大型旅客機に使用できる、丈夫で自立型の密閉型翼を開発するという技術的な課題がまだ克服されていないため、依然として研究や概念設計の領域にとどまっている。
2011年、NASAの航空研究ミッション局の環境責任航空プロジェクトは、将来の航空機の燃料消費量を1998年比で50%削減するというNASAの目標を達成するための研究提案を募集した。ロッキード・マーティンは、他の先進技術とともにボックス翼設計を提案した。[ 16 ] [ 17 ]
1924年、ドイツの空気力学者ルートヴィヒ・プラントルは、特定の条件下では、箱型翼が所定の揚力と翼幅に対して最小の誘導抗力を提供する可能性があると示唆した。[ 18 ]彼の設計では、2つのオフセットされた水平翼が垂直翼で先端をつなぎ、横方向の力が直線的に分布するように形作られている。この構成は、さまざまな航空機の効率を向上させると言われている。
1980年代には、リゲティ・ストラトスがこのアプローチを採用した。[ 19 ] [ 20 ]「プラントルプレーン」という名称は、1990年代にピサ大学のアルド・フレディアーニらの研究で考案された。[ 21 ]現在では、一部の超軽量航空機にも使用されている。[ 22 ]
IDINTOS [ 22 ] (IDrovolante INnovativo TOScano) は、トスカーナ州政府 (イタリア) が 2011 年に共同出資した、水陸両用超軽量プラントルプレーンの設計と製造を目的とした研究プロジェクトです。この研究プロジェクトは、ピサ大学土木・産業工学部航空宇宙部門が主導するトスカーナの官民パートナーのコンソーシアムによって実施され、2 人乗り VLA プロトタイプの製造に至りました。[ 23 ]
この構成は、ワイドボディジェット旅客機にとって理論的に効率的であるとも主張されている。最大の商用旅客機であるエアバスA380は、ほとんどの空港で翼幅を80メートル以下に抑えるために効率のトレードオフを行う必要があるが、最適な翼幅を持つ閉じた翼は従来の設計よりも短くなる可能性があり、より大型の航空機でも現在のインフラを利用できる可能性がある。[ 24 ]
C翼は、ボックス翼の上部中央部の大部分を取り除いた理論的な形状で、翼端で折り畳まれて中央部で再び接合されない翼を形成します。C翼は、以下の計算で示されているように、対応するボックス翼とほぼ同じ誘導抗力性能を実現できます。[ 25 ]
図の最初の3行はそれぞれ、翼端を近づけていく一連の理論的な誘導抗力計算を経て、異なるC翼構成を示しています。最終的に、右側の極限ケースでは、隙間がゼロになり、構成が閉じた箱型翼になっています（隙間がゼロになる極限で計算が行われたため、「準閉じたC翼」と呼ばれます）。
パラメータεは最適な空力効率比[ 25 ]であり、与えられた非平面翼の空力効率と、同じ翼幅と総揚力を持つ基準となる古典的な片持ち翼の対応する効率との比を表します。両方の効率は、それぞれの最適な揚力分布について評価されます。ε の値が 1 より大きい場合は、ε = 1となる古典的な片持ち翼よりも誘導抗力が低いことを示します。[ 25 ]
すべてのC翼構成においてεが1より大きく、大きな隙間のある構成（各行の2番目の項目）と対応する閉じた構成（各行の3番目の項目）との間にほとんど差がない（2つのケースでは小数点以下2桁まで差がない）ことに注意してください。これは、準閉じたケースで計算された最適な揚力荷重が上部中央部で非常に小さいため、その部分を取り除いても揚力や抗力にほとんど変化がないためです。
ここで示されている準閉じたケースの揚力分布は、古典的な文献で箱翼について通常示されているものとは異なって見える（たとえば、Durand の図 81 を参照）。[ 2 ] Durand の古典的な解は、たまたま箱の水平パネルに等しい上向き荷重がかかるように定式化された等角写像解析によって得られた。しかし、最適な揚力分布は一意ではない。[ 1 ] Durand が示したような古典的な荷重に一定の内向き荷重（特定の一定の循環に対応）を加えることで、以下の準閉じたケースのような荷重を得ることができる。2 つの解析方法は、根本的に異なるものではない、見た目が異なる最適荷重のバージョンを与える。準閉じたケースに使用される数値計算方法によるわずかな違いを除けば、2 種類の荷重は原理的には互いにシフトしたバージョンにすぎない。
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