JP2009531222A - 連続的かつ制御された方法で変形され得る空気力学的または流体力学的プロファイル - Google Patents

Abstract

本発明は、本質的にインフラストラクチャに取り付けられるシェルから成る、連続的かつ制御された方法で変形され得る空気力学的または流体力学的プロファイル１に関する。このプロファイルは、前記インフラストラクチャがプロファイル１の横断面の長手軸に沿って延在するコア２を備えること、およびこのコア２が、前記複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有する複合材料から作られる少なくとも１つのアクティブ部分を有し、それにより前記アクティブ部分に対応するプロファイル１のシェルの領域内において対応する方向および大きさの変形を生じることを特徴とする。

Description

本発明は、空気力学的または流体力学的プロファイルの分野、および、例えば流体における特定の軌跡またはよりよい浸透を得るように、特に、それらの形状を動作条件に適合させるように変形させることができるプロファイルの分野に関する。もちろん、この流体は気体、蒸気、または液体の状態であることができる。

より詳細には、本発明は、連続的かつ制御された方法で変形され得る空気力学的または流体力学的プロファイルに関する。

その形状が改変され得る多くのタイプのプロファイルがある。すなわち、欧州特許第０９５８ ９９９号明細書は、その後縁が線形機械式アクチュエータによって軸の周りに枢動することができる空気力学的プロファイルを説明している。しかし、このタイプのアクチュエータは扱いにくく、大きく、かつ比較的重いという欠点を有し、したがってその据え付けが薄肉および／または軽量のプロファイルにおいて容易でなく、または最適でない。

国際公開第２００４／０６９６５１号パンフレットは、圧電アクチュエータによって変形されることができる空気力学的プロファイルを説明している。しかし、このタイプのアクチュエータでは大きな移動または重要な変形を実現することが可能でなく、機械的増幅器の一体化を必要とすることが多く、それによりエネルギー入力、およびより重くより嵩張り、また一層高価である構造体を必要とすることになる。

また、空気力学的プロファイルのフラップを移動することできるアクチュエータとして形状記憶合金を用いるデバイスもある。しかし、これらのデバイスは前進しない、すなわちこれらは前進および反転可能な移動、あるいは変形を実現できない。

本発明の目的は、上記の問題を解決すること、より詳細には、連続的かつ制御された方法で変形されることができ、かつ簡単で軽量な構造体を有する空気力学的または流体力学的プロファイル、あるいは断面を提供することである。加えて、プロファイルは消費するエネルギーが少量であるすべきである。そのうえプロファイルはまた、このプロファイルが変形される場合にその外壁が折り目を形成しない、完全に気密の外側表面またはシェルを有するべきである。

この目的を達成するために、本発明の対象は、本質的にインフラストラクチャに取り付けられるシェルから成る、連続的かつ制御された方法で変形され得る空気力学的または流体力学的プロファイルであって、インフラストラクチャはプロファイルの横断面の長手軸に沿って延在するコアを有すること、およびこのコアは、複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有する複合材料から作られる少なくとも１つのアクティブ部分を有し、それによりアクティブ部分に対応するプロファイルのシェルの領域内において対応する方向および大きさの変形を生じることを特徴とするプロファイルである。

本発明は、好適な実施形態に言及する以下の説明のおかげでよりよく理解されるであろうし、この好適な実施形態は非限定的な例として与えられ、添付の概略図面を参照して説明されるものである。

添付図面の図１から図４は、本質的にインフラストラクチャに取り付けられるシェルから成る、連続的かつ制御された方法で変形され得る本発明による空気力学的または流体力学的プロファイル１を示す。これは、インフラストラクチャがプロファイル１の横断面の長手軸に沿って延在するコア２を有すること、およびこのコア２が、複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有する複合材料から作られる少なくとも１つのアクティブ部分を有し、それによりアクティブ部分に対応するプロファイル１のシェルの領域内において対応する方向および大きさの変形を生じることを特徴とする。

本発明のおかげで、その変形がそのシェルの領域を同時に対象にするプロファイル１を作ることができ、このシェルの領域はアクティブ部分のレベルに配置される。このことはその使用およびこの使用の状態に応じて、この種のプロファイル１を非常に容易に調整できるという利点を有する。

プロファイル１のコア２のレベルに配置されるアクティブ領域がこのプロファイル１を変形させるのに使用される。コア２にこれらのアクティブ領域を配置するということにより周囲の熱擾乱からこれらのアクティブ領域を隔離することができ、その結果、これらは制御された温度変化の作用のみを受けやすい。

これらのアクティブ領域は、出願人の名義の仏国特許出願第０４ ０２１６３号明細書に説明されている複合材料の構造と同一の構造を有することができる。例えば、これらは積層されることができる。

複合材料は多層タイプであることができ、樹脂および繊維から成る場合もある。

本発明によれば、コア２の各アクティブ部分は、問題のアクティブ部分のアクティブ層または複数のアクティブ層の膨張特性とは異なる膨張特性を有する少なくとも１つのインアクティブ層を有することができる。異なる膨張特性を有する材料を使用すると、アクティブ領域、コア２、およびしたがってプロファイル１の変形を実現することができる。

アクティブ領域を作るのに使用される材料に応じて、およびそれらの膨張係数に応じて、加熱源または冷却源にコア２の少なくとも１つのアクティブ部分を連結することができる。もちろん、プロファイル１がいくつかのアクティブ領域を有する場合には、これらのアクティブ領域は加熱源に全面的に連結され、または冷却源に全面的に連結されることができ、さもなければ、それらのうちのいくつかが加熱源に連結されることができ、その他は冷却源に連結されることができる。また、より微妙でより迅速な変形の調整を実現するように、加熱源と冷却源の双方にコア２の１つまたは複数のアクティブ部分を連結することもできる。

コア２のアクティブ部分は物理的コネクタなしで供給源に連結されることができる。したがって、例えばマイクロ波と同様な高周波などの波を用いて、例えばアクティブ部分をアクティブ化することができる。

物理的コネクタの場合には、導電性材料から作られ、かつ１つまたは複数の調整可能な電力電源にワイヤによって連結される１つまたは複数の導電性のアクティブ層を使用することができ、それによって、インアクティブ層または複数のインアクティブ層が熱伝導性材料を除いた非導電性材料から作られることができる。

冷却源または複数の冷却源に関して、これらは例えば、コア２の１つまたは複数のアクティブ部分の方向に空気の流れを噴霧する１つまたは複数のノズルの形を取ることができる。

両方の場合において、この供給源はそれがプロファイル１の所望の変形に対応する温度変化を生じるように該供給源を制御するために、プロファイル１に加えられる圧力、その配向、または次に来る軌跡などの、いくつかの変数を考慮に入れる制御デバイスによって制御され得る。したがって、プロファイル１はインテリジェント化され、自動的にその形状を調整する。

本発明の１つの利点によれば、および図３に概略的に示されるように、プロファイル１はその変形位置をロックするためのデバイス３を有することができ、その結果、その変形状態にプロファイル１を保つのに必要なエネルギーの節減があり、運転コストが比較的低い。換言すれば、このロックデバイス３によりアクティブ領域に電力を供給することなく変形位置にプロファイル１を固定することができる。

このロックデバイス３はプロファイル１の変形中に自動的かつ連続的にロックするタイプであることができ、作動デバイスによってロックを解かれることができる。

このように、本発明によるプロファイル１を変形させるために、コア２のアクティブ領域または複数のアクティブ領域のアクティブ層あるいは複数のアクティブ層の温度を変えることがまず第１に必要である。プロファイル１が変形するにつれてロックデバイス３は異なるロック位置を取る。プロファイル１が所望の変形に到達してその変形が停止されると、それはロックデバイス３によって変形がこの状態に保たれる。したがってこの段階において、プロファイル１がこの位置を保つために、もはや電源、あるいはアクティブ層または複数のアクティブ層のアクティブ化を維持する必要はない。

プロファイル１が２つの方向に変形することができるアクティブ層を有する場合、プロファイル１に２つのロックデバイス３を備えることが好ましく、この場合、そのそれぞれは、２つの方向のうちの１つに変形中にプロファイル１をロックするように設計される。

図示されていない本発明の実施形態によれば、本発明は、ロックデバイス３が歯付きのフリーホイールの歯に係合するラックを備え得ることによって特徴付けられる。このように、プロファイル１が変形されるにつれて他の歯が係合され、対応する変形位置がロックされる。

図示されていない他の別形によれば、ロックデバイス３はつめ車およびキャッチを備えることができる。

本発明によれば、作動デバイスは、複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有する複合材料から作られるアクティブ部分であることができ、それによって、このアクティブ部分は温度変化に応じてロックデバイス３の制御された変形を生じ、その結果、そのロック位置から他のロック位置まで、またはそのアンロック位置までこのロックデバイス３を押し進める。

したがって、作動デバイスの変形の速度を制御することによって、プロファイル１の初期または非変形位置への復帰、あるいは中間位置への復帰を制御することもできる。

別形として、作動デバイスは形状記憶合金、あるいは圧電要素または磁歪要素などの在来のアクティブ材料から作られることができる。

すべての場合において、ロックデバイス３の剛性はコア２の阻止および摩擦によって生じる応力に耐えるように設計されるべきである。

図４に示される本発明の特性によれば、プロファイル１のシェルは、並行して配置されるいくつかの被膜４によって被覆されることができ、それによって、シール５がこれらの被膜４の下にこれらの被膜４の間の界面のレベルにおいて配置される。このシール５は弾力的に変形可能なプレストレスが付与された膜の形を取り得ることが有利である。この種のデバイスによりプロファイル１の変形を改善し、増幅することができ、また被膜４が互いに関して摺動することができ、このプロファイルが気密であることを保証する。

プロファイル１の変形による応力（上側表面の引っ張り応力、下側表面の圧縮応力）の問題を解決するために、インフラストラクチャはコア２に、およびコア２のいずれの側にもこのコア２に垂直に取り付けられ、かつプロファイル１のシェルまで延在する支持片６から成ることができ、被膜４は２つの連続する支持片６の間にそれぞれ配置される。

２つの被膜４の間のスペーシングは約１ミリメートルであることができ、このことはプロファイル１について僅かな距離であることを表し、したがってプロファイル１の上方に流体の流れを乱す効果を有さない。加えて、シールは物体が気密であることを確保する。

このようにコア２は支持片６と共に骨格として役立つ。支持片６の数は設計段階中に決定され、動作条件（構造体のサイズ、流量、および翼の場合には予想される飛行高度）に応じて変化する。

一般のプロファイル１および翼の寸法は可変である。これらは空気力学的特性および主構造体に関連する。

本発明のおかげで、その形状またはジオメトリが動作条件、すなわち速度、流れの性質等に適合するように改変され得るプロファイル１を作ることができる。

したがって、航空学の分野では、飛行機の翼の後縁に見られる枢動格納式フラップのような現存する機構は取り除かれることができ、もはや、それらの変形を確実にするようにプロファイル１に制御装置、油圧システム、またはモータを備える機構を据え付ける必要はなく、その結果、簡単化された軽量な構造体が得られる。

軽量で変形可能な構造体を備える本発明によるこのタイプのプロファイル１は、低速度で飛行し同時に目立たないままであることが可能でなければならないドローン、すなわち無人航空機の翼に使用されることができる。それはまた、ますますより軽量な構造体を求めることに関連して標準民間機または軍用機にも適することができる。

この種のプロファイル１はまた、その変形が下側表面および上側表面の圧力計数Ｃ_Ｐを変えることができる翼を作るのに使用されることもできる。後縁の圧力はアクティブコア２の変形により作り出される力に比して低いことが計算によって立証されている。このことは翼が外部圧力変動に耐えるのに十分な抵抗力を有することを意味する。

したがって、図２に示されるように、長さが４５０ｍｍ（プロファイル１の約半分）のアクティブ層について試験では先端において４０ｍｍから４５ｍｍの撓みを得ることができることを示した。計算では、２分間で２．５ｋＷ／ｍ^２の電力の場合に最大の撓みを得るために積層体の最適な構成を決定することができる。

本発明によるプロファイル１はもちろん、任意の航空構造体または水力学的構造体（飛行機、シャトル、ドローン、飛翔体、風車ブレード、タービンブレード、ヘリコプタブレード）の中に組み入れられ得る翼またはブレードに関係することができる。

もちろん、本発明は添付の図面で説明されかつ示される実施形態に限定されるものではない。特に、さまざまな要素の構成という観点から、または等価な技術の置換によって本発明の保護の範囲を逸脱することなく改変することができる。

本発明によるプロファイルの概略透視図である。 非変形状態および変形状態における、本発明によるプロファイルのジオメトリの断面図である。 変形状態におけるロックデバイスを備えるプロファイルを示す一部分の破断図である。 本発明によるプロファイルのシェルの詳細の断面図である。

Claims (11)

1. インフラストラクチャに取り付けられるシェルから本質的に成る、連続的かつ制御された方法で変形され得る空気力学的または流体力学的プロファイルであって、
   インフラストラクチャがプロファイル（１）の横断面の長手軸に沿って延在するコア（２）を有すること、およびこのコア（２）が、複合材料から作られる少なくとも１つのアクティブ部分を有し、複合材料が、複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有し、それによりアクティブ部分に対応するプロファイル（１）のシェルの領域内において対応する方向および大きさの変形を生じることを特徴とする、プロファイル。
2. コア（２）の各アクティブ部分が、問題のアクティブ部分のアクティブ層または複数のアクティブ層の膨張特性とは異なる膨張特性を有する少なくとも１つのインアクティブ層を有することを特徴とする、請求項１に記載のプロファイル。
3. コア（２）の少なくとも１つのアクティブ部分が加熱源に連結されることを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のプロファイル。
4. コア（２）の少なくとも１つのアクティブ部分が冷却源に連結されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のプロファイル。
5. プロファイル（１）の変形位置をロックするためのデバイス（３）を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のプロファイル。
6. ロックデバイス（３）がプロファイル（１）の変形中に自動的かつ連続的にロックするタイプであり、作動デバイスによってロックを解かれることができることを特徴とする、請求項５に記載のプロファイル。
7. ロックデバイス（３）が歯付きのフリーホイールの歯に係合するラックを備えることを特徴とする、請求項６に記載のプロファイル。
8. ロックデバイス（３）がつめ車およびキャッチを備えることを特徴とする、請求項６に記載のプロファイル。
9. 作動デバイスが、複合材料の少なくとも１つのアクティブ層において調整可能な温度変化の作用下に連続的かつ制御された変形を有する複合材料から作られるアクティブ部分であり、それによって、アクティブ部分が温度変化に応じてロックデバイス（３）の制御された変形を生じ、その結果、そのロック位置から他のロック位置まで、またはアンロック位置までこのロックデバイス（３）を押し進めることを特徴とする、請求項６から８のいずれかに記載のプロファイル。
10. プロファイル（１）のシェルが並行して配置されるいくつかの被膜（４）によって被覆され、それによって、シール（５）がこれら被膜（４）の下にこれらの被膜（４）の間の界面のレベルにおいて配置されることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載のプロファイル。
11. インフラストラクチャが、コア（２）に、およびコア（２）のいずれの側にもこのコア（２）に垂直に取り付けられ、かつプロファイル（１）のシェルまで延在する支持片（６）から成ること、および被膜（４）が２つの連続する支持片（６）の間にそれぞれ配置されることを特徴とする、請求項１０に記載のプロファイル。

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