JP2010509118A - 航空機翼の高揚力システム及びその操作方法 - Google Patents

Abstract

航空機翼の高揚力システム及びその操作方法について記述する。翼（１）に配置される高揚力フラップ（２）は、揚力を増加させるべく後退位置から伸展され、その結果、翼（１）の下面から上面に流れが通過するためのスロット（３）が開く（改良したスラット／フラップのギャップ制御）。本発明によれば、スロット（３）は、高揚力フラップ（２）の位置に関して独立して開く。従って、より良い最大揚力係数（Ｃ_Ｌ）あるいはより良い揚抗比を、低騒音で選択的に達成可能である。

Description

この発明は、航空機翼の高揚力システムに関する。高揚力システムは、翼上に配置された高揚力フラップと、高揚力システムを操作する操作装置とを具備する。操作装置によって、高揚力フラップが後退位置から伸展され、揚力が増加し、スロットが開く。流れはスロット（隙間）を通過して、翼の下面から上面に達する。またこの発明は、このような（改良したスラット／フラップギャップ制御の）高揚力システムの操作方法に関する。

多くの航空機、特に商業用及び輸送用の航空機において、高揚力システムは、離着陸時の揚力を増加させるべく提供及び使用されている。これらの高揚力システムは、翼に配置されるスラットすなわち前縁スラット、または後縁フラップとして設けられる高揚力フラップを有する。

ここで記述する高揚力フラップは、高揚力システムの構成要素である。この場合、考慮中のいかなるフラップも、翼の前縁スラット及び／あるいは翼の後縁フラップとして任意に採用されうる。本発明に従う具体例は、翼幅方向におけるすべてあるいは単一の高揚力フラップに延びうる。

フラップシステムは、飛行速度が減少しても揚力を維持すべく、より大きな範囲で伸展される。対気速度、翼の迎角、あるいは航空機のピッチ角の関数として、フラップの伸展が実行される。フラップ伸展時に、フラップと翼の間においてスロットが開き、そのスロットを通過して空気が、空気力学的に能動的なプロファイル（前縁スラットと主面の間、あるいは主面と後縁フラップの間に存在する）を有する翼上面に達することによって、最大揚力を増加させる。

既知の高揚力システムでは、スロットの開位置は、動作系（fixed kinematics）によって、それぞれフラップ位置に関連付けられる。スロットを通過した空気流れは、最大揚力を増加させる一方で、同時に揚抗比を減少させてしまう。スロット内において大きく加速された流れ中の乱気流は、余分な騒音を発生させてしまう。

揚力係数Ｃ_Ｌは、迎角の関数、すなわち翼型（翼プロファイル）の翼弦と入射空気流の間の角度の関数であり、そして前縁スラットと後縁スラットの個々の位置の関数である。流れが、翼型上において層流（不規則に変動することなく流れる流体）の場合、迎角と揚力係数Ｃ_Ｌの間には、大きな線形関係がある。特定の失速迎角α_{ｓｔａｌｌ}よりも上では、流れは翼型から剥離し始め（すなわち失速）、揚力係数は、迎角が更に増加するにつれて減少してしまう。流れが通過するスロットを有する高揚力システムの翼の場合、失速点は、スロット無しの高揚力システムの場合よりも大きくなる。

この発明の目的は、良い揚抗比を達成するための高揚力システムを提供する一方で、それにもかかわらず失速点から広く安全なマージンを保証することである。更なる目的は、このような高揚力システムを操作するための方法を明確にすることである。

上記目的は、請求項１の特徴を有する高揚力システムによって達成される。目的はまた、請求項１５の特徴を有する高揚力システムの操作方法によっても達成される。
この発明は、航空機の翼上に配置される高揚力システムを提供する。高揚力システムは、翼に配置される高揚力フラップと、高揚力システムを操作する操作装置とを有する。操作装置によって、高揚力フラップは、揚力を増加すべく、後退位置から伸展されうる。流れが翼の下面から上面に通過するスロットは、フラップと翼の間で開く。この発明によれば、高揚力システムの操作装置は、高揚力フラップの位置に関して独立して、スロットを開閉する。例外として、高揚力フラップが後退状態にある場合には、当然スロットは無い。

したがって、この発明によれば、高揚力フラップは伸展され、また後退することによってスロットは閉じる。スロットは、高揚力フラップの位置に関して独立して、開閉される。

ここで使用された専門用語に関して、「開閉」は、初期状態に対しての相対動作に関する。したがって、「閉」は、スロットの大きさが必ずしもゼロである必要はなく、若干のスロットが残っている場合もあることを意味する。反対に「開」は、スロットが大きいことを意味するが、必ずしも開くための限界点までに達している必要はないことを意味する。

特に、この発明による高揚力システムは、制御装置とアクチュエータ装置とを伴う操作装置を含む。制御装置は、第１命令線によって、フラップを駆動するための第１アクチュエータ装置に接続され、第２命令線によって、スロット開閉装置を駆動するための第２アクチュエータ装置に接続される。制御装置は、第１アクチュエータ装置の動作信号と、第２アクチュエータ装置の動作信号とを生成する動作命令機能を含む。

動作命令機能は、航空機システム装置からの操作データを受信する入力モジュールを含んでも良い。動作命令機能は、入力データに基づきフラップ位置と、スロット開閉装置の位置とを計算する機能を含む。更に動作命令機能は、フラップ位置とスロット開閉装置の位置とを、第１アクチュエータ装置と第２アクチュエータ装置に送信する機能を含む。操作データは、飛行状態や、航空機の操作システムモードを定義しても良い。また操作データは、高度、航空機位置、および速度のうちの少なくとも一つを定義しても良い。また操作データは、航空機の安全データ、航空機の安全状態、あるいはシステム安全状況を定義しても良い。また操作データは、第２アクチュエータ装置を閉位置または開位置にする命令を含んでも良い。

更に高揚力システムは、テーブルと、比較機能とを含み得る。
テーブルは、フラップとスロット開閉装置の少なくとも一方の予定通りの位置に関連して設定される既定の操作データを有する。

比較機能は、受信した操作データに基づき、フラップ位置とスロット開閉装置の少なくとも一方の位置としての特定位置を特定する。それら特定位置は、命令されるべきである。比較機能は、フラップとスロット開閉装置の少なくとも一方への伝送のために、命令装置に位置を送信する機能を含むか、あるいはフラップとスロット開閉装置の少なくとも一方に特定位置を送信する機能を含む。

更にこの発明は、航空機の翼に搭載される高揚力システムの操作方法を提供する。翼に配置された高揚力フラップは、操作方法によって、後退位置から伸展される。高揚力フラップと翼の間で、スロットは開くこととなる。空気流れは、スロットを通過して、翼の下面から上面に達する。この発明は、高揚力フラップの位置に関して独立して、スロットを開閉する。例外として、高揚力フラップが後退状態にある場合には、当然スロットは無い。

有利な実施例、本発明に従う高揚力システムの開発、及び操作方法の開発は、それぞれ従属クレームで明記される。
この発明の典型的な実施例は、図面を参照して以下の文章で説明される。

航空機の翼に搭載された高揚力システムの一部の模式断面図。翼の前縁と、翼の前縁スラットとを示す。回転フラップ操作が行われる、本発明の典型的な第１実施形態によって、翼の上に配置される前縁フラットは伸展できる。 航空機の翼に搭載された高揚力システムの一部の模式断面図。翼の前縁と、翼の前縁スラットとを示す。動作追加フラップが存在する、本発明の典型的な第２実施形態によって、翼の上に配置される前縁フラットは伸展できる。 航空機の翼の、揚力係数Ｃ_Ｌと迎角αの間の関係を説明するためのグラフ。 典型的な実施例によって、本発明が揚力増加のために使用される方法を説明するための、図３と同様のグラフ。 典型的な実施例によって、本発明が揚力増加のために使用される方法を説明するための、図３と同様のグラフ。

図１と図２は、それぞれ航空機の翼に搭載された高揚力システムの一部を示す。高揚力システムは、前縁スラット２を含む。前縁スラット２は、揚力増加のために、翼１に対して後退あるいは伸展されうる。前縁スラット２は、破線で示す後退位置から伸展される。後退位置の前縁スラット２は、巡航飛行のための本質的に滑らかで閉じた空気力学的プロファイルを形成する。前縁スラット２は、翼１を、実線で示す位置まで補完する。伸展位置の前縁スラット２は、翼１の翼型（プロファイル）の全体的な空気力学有効距離を、翼弦方向（翼幅方向に関して横方向）に増加させる。更に、空気力学的に有効な全体的プロファイルの曲率を、同時に増加させ、望ましい揚力増加をもたらす。

本発明は、主に、アクチュエータ装置５によって作動するフラップに関する。フラップは、前縁スラットあるいは後縁フラップになりうる。
航空機の翼上で生成される揚力は、揚力の公式によって記述される。

Ｌ＝１／２・ρ_Ａｉｒ・Ｖ^２・Ｓ・Ｃ_Ｌ
ここで、Ｌは揚力、ρ_Ａｉｒは空気密度、Ｓは翼面積、Ｃ_Ｌは揚力係数、Ｖは実際の速度である。

航空機に提供される高揚力システムは、揚力Ｌが一定の場合、揚力係数Ｃ_Ｌを増加させることによって、対気速度Ｖを減少させることを可能にする。揚力係数Ｃ_Ｌは、迎角（翼のプロファイル弦と入射空気流の間の角度）の関数である。更に揚力係数Ｃ_Ｌは、前縁スラット２のフラップ位置、または後縁フラップシステムのフラップ位置の関数である。流れが、翼型上で層流（不規則に変動することなく流れる流体）の場合、迎角と揚力係数Ｃ_Ｌの間には、大きな線形関係が存在する。失速迎角α_{ｓｔａｌｌ}よりも上では、流れは翼のプロファイルから剥離し（すなわち失速）、揚力係数Ｃ_Ｌは、迎角αが更に増加するにつれて減少してしまう。

現在の航空機の主要な飛行制御システムは、失速、すなわち航空機の失速をもたらす迎角αを防止すべく、迎角制御を利用している。保護速度Ｖ_ｐｒｏｔ（保護protection）よりも下がり（アンダーシュートし）、対応する保護迎角α_ｐｒｏｔよりも大きな場合に、迎角制御は通常は駆動される。迎角制御は、原則的に、最小操作許容速度Ｖ_ＬＳ（最低選択速度）よりも低い場合、及び原則的に対応する許容迎角α_ＬＳよりも高い場合に、駆動
される。最小操作許容速度Ｖ_ＬＳは、地球の重力１Ｇのもとでは、安定飛行状態における失速に対応する失速速度Ｖ_Ｓ，１Ｇの１．２３倍（着陸）、または１．１３倍（離陸）として定義される。すなわち、
着陸： Ｖ_ＬＳ＞＝Ｖ_ｒｅｆ＝１．２３・Ｖ_Ｓ，１Ｇ
離陸： Ｖ_ＬＳ＞＝Ｖ_ｒｅｆ＝１．１３・Ｖ_Ｓ，１Ｇ
ここで、Ｖ_ｒｅｆは基準速度であり、Ｖ_Ｓ，１Ｇは１．０Ｇを負荷に掛けた場合の失速速度である。

最小操作許容速度Ｖ_ＬＳは、基準速度Ｖ_ｒｅｆよりも大きくなるように選択される。関連する許容迎角α_ＬＳは、対応してより小さい値に選択される。
図３は、揚力係数Ｃ_Ｌと迎角αの関数関係を示す。このグラフから見て取れるように、揚力係数Ｃ_Ｌは、安定状態で到達可能な上限迎角α_ｌｉｍに到達するまで、最初は迎角αの増加につれて本質的に線形に増加する。上限迎角α_ｌｉｍでは、流れは、翼型（翼プロファイル）上で、完全に層状であるとみなすことができる。上限迎角α_ｌｉｍよりも過大な場合、流れは、連続的に翼のプロファイルから剥離し始め、図３に示される上限迎角α_ｌｉｍよりも上で、より平坦な曲線をもたらす。揚力曲線は、失速迎角α_{ｓｔａｌｌ}で最大値に到達し、揚力係数Ｃ_Ｌは、迎角αが更に増加するにつれて、航空機の失速に対応して減少する。上述の上限迎角α_ｌｉｍと保護迎角α_ｐｒｏｔ、及びそれらに対応する揚力係数Ｃ_Ｌｌｉｍと固有揚力係数Ｃ_{Ｌｐｒｏｔ}は、同様に図３に示されている。

ここで使用されたパラメータである保護迎角α_ｐｒｏｔ、許容迎角α_ＬＳ、および上限迎角α_ｌｉｍは、排他的にここで記述された機能性に関連しており、文献や現行のシステムから知られた類似点とは関連していない。

更に例を挙げると、対応する最小操作許容速度Ｖ_ＬＳ、保護迎角速度Ｖ_{αｐｒｏｔ}、および上限迎角速度Ｖ_αｌｉｍ（ノットでの速度）は、図の右側に示されている。薄い斜線部は、この領域で駆動される迎角制御による保護迎角α_ｐｒｏｔと上限迎角α_ｌｉｍの間の迎角に対応して、保護迎角速度Ｖ_{αｐｒｏｔ}と上限迎角速度Ｖ_αｌｉｍの間の速度を示す。一方、上限迎角速度Ｖ_αｌｉｍよりも下で、上限迎角α_ｌｉｍよりも上の、濃い斜線部は、下記の領域を示す。つまりその領域では、流れは、安定状態において対応する上限迎角速度Ｖ_αｌｉｍよりも下で到達されるように、最大の上限迎角α_ｌｉｍよりも上の場合に、翼１から剥離し始める。

もう一度、図１と図２を参照して、この発明は、翼１の上面での流れの速度と揚力を増加させるために空気を前縁スラット２の下面から翼１の上面に通過させるスロット３が、（前縁スラット２が後退状態にない限りは）前縁スラット２の位置に関して独立して選択的に開閉できることを提供する。

スロット３が閉じた、あるいはスロット３がほんのわずかに開く場合には、到達可能な最大揚力係数はより低いが、同時にスロット３起因の騒音は低減され、揚抗比は大きくなる。開いたスロット（通気位置）の揚力係数と、閉じたスロット（密閉位置）での揚力係数とを、それぞれ図４と図５に示す。図に見られるように、上限迎角α_ｌｉｍまで、２つの曲線は本質的に重なっている。一方で、上限迎角α_ｌｉｍを超えると、揚力係数Ｃ_ＬのΔＣ_Ｌだけのいかなる増加も、最大揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}とＣ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}の違いとみなすことができる。

本発明は、低燃費と低騒音発生に関連して、高い揚力係数Ｃ_Ｌ、あるいはより良い揚抗比を用いることを可能にするため、飛行状態を瞬時に得るための要求に応じたスロット３の開閉による効果を用いる。この場合、スロット３は、好ましくは前縁スラット２の伸展速度あるいは後退速度よりも高い速度で、開閉すべきである。（完全に）開いたスロット
３の揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}と、閉じたスロット３の揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}とは、場合によっては適切な中間値を取ることで、それぞれのフラップ位置（開位置、閉位置）で使用可能となりうる。従来の機能性と比較して、スロット３の開きは、フラップ位置の固定形状（fixed form）で既定されたり、フラップ位置の動作系（kinematics）に接続されたりしているわけではなく、例えば、迎角αの関数として、フラップ位置に関して独立して選択することができる。スロット３は、それゆえ、特定のフラップ位置に関連して開閉することができる。このことは、スロット３が高揚力システムの伸展中に、完全にあるいは大きく閉じた状態になることが可能であり、したがって高い揚抗比、低騒音発生、および低燃費を達成できることを意味する。更に、失速のおそれを弱めるべく、高い迎角範囲において翼のプロファイル上の境界層に、より大きなエネルギを供給しなくてはならない時にのみ、スロット３が開いて流れがスロット３を通過することを可能にすることを意味する。スロット３は、したがって、フラップ位置に関して独立して開き、フラップの動作系（kinematics）によっては既定されない。

例を挙げると、スロット３は、図１に記載されるように、翼幅方向に延びる軸線周りにフラップを回転あるいは傾斜させることで、制御されても良い。ここで、フラップは、スロット３が閉じた状態での位置と、スロット３が開いた状態でのより遠い位置として図示されている。

代わりに、スロット３は、第２アクチュエータ装置（図示せず）によって作動するスロット開閉装置によって制御されうる。そのようなスロット開閉装置は、特に、独自のフラップ、例えば、図２に表示されるように翼幅方向に同様に延びる補助フラップ７によって実現されても良い。この場合、補助フラップ７は、スロット３を開閉すべく単に選択的に開閉される。

代わりに、スロット３が、フラップ（３；７）に形成されるレール（トラック）のためのサスペンションの並進動作あるいは回転動作によって開閉するように、あるいは前記サスペンションの構成要素の対応する動作によって開閉するように、操作装置は設計されても良い。この動作は、好ましくは第２アクチュエータ装置５ｂによって発生させられる。

機能的補完のための様々な選択肢があり、そのうちの２つが、図４と図５に記載されている。設計ポイントの選択に依存して、差異を、２つの状態の間で表示することができる。

状態１）開いた状態のスロット３での揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}は、証明のため、すなわち、固有の速度の定義のために使用される。しかしながらスロット３は、操作上、様々なフラップ位置で閉じられていて、そして定義された迎角、例えばα_ｐｒｏｔに到達あるいはオーバーシュートした時にのみ、すばやく開く。揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}は、したがって、必要な時のみに、この保護機能（改善したスラット／フラップのギャップ制御）を駆動させることによって、生成される。このことは、図４に記載されるような、固有の迎角と、揚力係数における変化とに関連している。

状態２）代わりに、閉じたスロット３の揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}は、操作上及び証明のために使用される。スロット３の開きは、図５に記載されるように、特に最大揚力係数を、Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}からＣ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}まで増加させることによって、揚力の追加安全マージンを作り出す。

上記２つの状態、あるいは他の異なる選択の混在させることも、言うまでもなく実現可能である。
状態１）の結果として、航空機は、常により高い揚抗比及び低騒音で、操作される。そ
の際、スロット３は、従来の高揚力システムでの状態に対応する例外的状況においてのみ、開かれる。例を挙げると、離陸のための揚抗比の増加は、より厳しい急上昇角（生成される騒音で、小さい追加改良となる）を選択することや、推力を早期にあるいはより大きく減らすことを可能にする。後者はまた、エンジンからの排気ガスや騒音排出における削減だけでなく、燃費改善をもたらすこととなる。低推力レベルは、着陸のために使用され、したがって排気ガス低減及び低騒音に関連している。高揚力騒音における低減は、閉じた状態のスロット３の結果であり、そして、低減されたエンジン騒音は、改善された揚抗比による推力レベルの低減の結果である。

状態２）は、保証のために閉じたスロット３での低減された揚力係数Ｃ_{Ｌ，ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}に基づいている。対応する方法において、全揚力を維持するために、翼面積は、増加させられなければならないし、対気速度は、適切に増加されなくてはならない。揚抗比は、両方の場合に改善される。騒音発生に寄与するスロット３がないために、より大きな翼面積にもかかわらず、高揚力システムからの騒音は、低減される。要求に応じて、スロットの開きは、失速前に安全マージンを増加させる。

高揚力システムを操作するための可能な方法は、いくつもある。フラップは、スロット３が閉じるとともに、伸展または後退でき、そしてスロット３は、フラップの位置に関して独立して、選択的に開閉できる（フラップが完全に後退している時、定義としてスロット３が存在しない時を除く）。

主に、この発明によれば、制御装置６、第１アクチュエータ装置５ａ、および第２アクチュエータ装置５ｂを含む操作装置４が、提供される。操作装置４は、航空機システムに統合されている機能的モジュールであり、すなわちソフトウェアモジュールによって、（ＡＳＩＣのような）ハードウェア実行機能によって、あるいはそこで実行されるソフトウェアモジュールとしてのこれらの機能を含むコンピュータモジュールによって、実現される。制御装置６を有する操作装置４は、航空機電子システムの一部として、翼中あるいは機体中に統合されても良い。

制御装置６は、好ましくは第１アクチュエータ装置５ａの作動のための信号を生成するための第１アクチュエータ装置５ａと、第２アクチュエータ装置５ｂの作動のための信号を生成するための第２アクチュエータ装置５ｂとに通信するために機能的に接続される動作命令機能を含む。第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂは、一つのアクチュエータ装置５に統合されても良い。したがって、制御装置６は、第１命令線８ａによって、フラップを駆動させるための第１アクチュエータ装置５ａに接続され、また第２命令線８ｂによって、スロット開閉装置を動かすための第２アクチュエータ装置５ｂに接続される。

アクチュエータ装置５、第１アクチュエータ装置５ａ、および第２アクチュエータ装置５ｂにおいて実行される機能に依存して、第１命令線８ａと第２命令線８ｂは、デジタル命令信号を送信するためのバスラインでも良い。あるいは、アナログ信号線でも良い。

制御装置の命令に基づき、アクチュエータ装置５、第１アクチュエータ装置５ａ、および第２アクチュエータ装置５ｂは、フラップとスロット開閉装置をそれぞれ作動させる。アクチュエータ装置は、電気的にあるいは油圧（水圧）的に動作しても良い。

航空機は、一つあるいは複数のフラップ、及び一つあるいは複数のスロット開閉装置を、各翼に含んでも良い。両翼のフラップとスロット開閉装置が、第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂによってそれぞれ制御されるように、制御装置６、第１アクチュエータ装置５ａ、および第２アクチュエータ装置５ｂは、両翼の一つのフラッ
プ、あるいは複数のフラップに関連していても良い。第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂは、機能的に、
・ 一つの翼に搭載された一つのフラップと一つのスロット開閉装置、あるいは一群のフラップとスロット開閉装置；あるいは
・ 対称に両翼に提供された一つのフラップと一つのスロット開閉装置、あるいは一群のフラップと一群のスロット開閉装置に連結するように、更に操作装置４は構成されても良い。

後者の場合、複数の第１アクチュエータ装置５ａと複数の第２アクチュエータ装置５ｂは、両翼上で複数のフラップと複数のスロット開閉装置を作動させるために、あるいは両翼上で一群のフラップと一つのスロット開閉装置を作動させるために、提供されても良い。

以下では、一つのスロット開閉装置と、ただ一つのフラップの作動を例として記述する。上述の例では、具体例は類似手法にも適用されるべきである。
第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂの作動のための信号は、他の航空機システム装置から受信した操作データ、あるいは自身の動作命令機能によって生成された操作データに対しての、制御装置６の動作命令機能によって生成され、測定され、あるいは計算されても良い。これらの操作データは、例えば、飛行状態、あるいは着陸、接近、あるいは開始のような操作システムモードを、記述あるいは定義するデータでも良い。特に、これらの操作データ、あるいはこれらの操作データの一部は、制御装置６によって、あるいは他の航空機システムによって、生成、測定あるいは計算され、他のシステム装置から機能的に制御装置６に送信される。また、これらの操作データ、あるいはこれらの操作データの一部は、他の航空機システム装置、自動パイロット、あるいは手動入力装置のような操作装置４に関しては、外部に配置される。手動入力装置は、例えばマン−マシンインターフェイス（ＭＭＩ）、パイロット制御装置、主要飛行システム、第２飛行システム、またはナビゲーションシステムである。

アクチュエータ装置５の一実施例では、操作データは、制御装置６の動作命令機能に送信される。動作命令機能は、これら入力データに基づいて、フラップとスロット開閉装置の位置を計算し、計算した位置データを、第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂに送る。第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂは、フラップとスロット開閉装置を、それぞれ作動させる。また、操作システムが、望ましいあるいは予定通りのフラップ位置とスロット開閉装置位置を受信し、フラップとスロット開閉装置を作動させるための第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂへの変化の有無とともに、これらの位置を転送するように、動作命令機能は、操作装置４の外部に存在する他の航空機システム装置の中に統合されても良い。

更なる実施例では、制御装置６は、航空機システム装置から操作データ、例えば飛行状態、操縦あるいは、着陸、接近、開始のような操作システムモードや、その様相を記述あるいは定義するデータを受信するように構成された、動作命令機能を含む。動作命令機能は、望まれるあるいは予定通りのフラップあるいはスロット開閉装置の位置を生成する。この目的のために、動作命令機能は、予め定義された操作データが、望まれるあるいは予定通りのフラップあるいはスロット開閉装置の位置に関連して設定されているテーブルを含んでいても良い。入力としての操作データとともに、命令機能は、即時飛行状態あるいはシステム状態のための望まれる、あるいは予定通りのフラップあるいはスロット開閉装置の位置を生成あるいは特定する。更に動作命令機能は、これらの位置データを、フラップとスロット開閉装置をそれぞれ作動させる第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂに送る。

更になる機能が、命令機能の中に統合されても良い。命令機能は、高度あるいは速度のような飛行データに基づき、あるいは安全関連データ（例えば、スラット、フラップシステム、あるいは他のシステム中の故障劣化）のような航空機システムのデータに基づき、即時飛行状態のために更に、フラップあるいはスロット開閉装置の予定通りの位置を生成する。生成された位置は、フラップとスロット開閉装置をそれぞれ作動させる第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂに送信される。

例えば、命令機能は、以下のように設計されても良い。操作システムモード、開始あるいは着陸中に航空機が予め定義された位置、あるいは速度、あるいは高度のような予め定義された飛行状態に到達する時に、もし、実際の飛行状態値が、比較機能によって決定される予め定義された値に、到達あるいはその値を超えるのであれば、命令機能は、命令をフラップあるいはスロット開閉装置に生成する。この機能は、危機的飛行段階において安全を確保するために実行されても良い。フラップは、その位置にとどまる一方で、特に、スロット開閉装置は、接近あるいは着陸中に閉じるよう命令されても良い。

更に、機能は、もし対応する値が、他の航空機システム装置の操作装置によって受信された場合は、フラップあるいはスロット開閉装置の作動を停止する動作命令機能中に提供されても良い。

命令機能は、上述の状態によれば、離散的ステップ、あるいは連続的に命令信号を発生するように設計されても良い。
第１アクチュエータ装置５ａ、および任意の第２アクチュエータ装置５ｂは、概して、フラップの位置を測定するための少なくとも一つの位置センサによって、そして任意にスロット開閉装置の位置センサに連結されていても良い。位置センサは、フラップあるいはスロット開閉装置の実際の位置をそれぞれ測定し、その実際の位置をフィードバックとして第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂに送る。故障検出のためには、予定通りのあるいは望まれる値及び実際の値は、対応する第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂにおいて、あるいは制御装置６において、あるいは操作装置４の他のモジュールにおいて、あるいは他の航空機システム装置において、比較される。この比較結果に基づき、例えば、フラップあるいはスロット開閉装置を作動させないように、制御装置６は、フェイルセーフ命令を受信、あるいは生成しても良い。

制御装置６は、第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂの近傍に配置されても良い。この場合、制御装置６、あるいは動作命令機能のような制御装置６の一部は、それぞれ第１作動命令信号と第２作動命令信号（高性能アクチュエータ装置）を送信するために、機能的に第１アクチュエータ装置５ａと第２アクチュエータ装置５ｂに接続されても良い。この場合、好ましくはデジタルバスラインは、アクチュエータ装置を、望まれる値あるいはそれぞれフラップ及びスロット開閉装置の予定通りの位置を生成する制御装置６の制御機能に、接続する。

上述してきたように、命令機能は、以下のような命令信号を生成するように、構成されても良い。その信号によって、フラップ自身の伸展速度よりも、少なくとも１．５倍よりも速い速度でスロット３が開く。

スロット３は、例えば図１に示されるように、翼幅方向に延びる軸線周りにフラップを回転又は傾斜させることによって、開いても良い。あるいは、スロット３は、例えば図２で示されるように、フラップ上に配置されて翼幅方向に延びる補助フラップ７を操作することによって、開いても良い。補助フラップはまた、スロット３内に提供されてスロット３を少なくとも部分的に開かせるような小型フラップ（ミニフラップ）によって形成されても良い。

スロット３は、フラップの位置に関して独立して操作されるアクチュエータ装置５によって、開いても良い。
アクチュエータ装置５は、単一のモータあるいは複数のモータによって、操作されても良い。

例を挙げると、アクチュエータ装置５は、バネの力によって、あるいはそれに含まれる構成要素の弾性変形によって、操作されても良い。スロット３はまた、空気力学的な力によって開いても良い。

スロット３の開き動作は、外部から供給された信号によって、例えばキャッチを開放すること、あるいはいくつかの他のロック（例えば、脚の固定）を開放することによって、使用可能としても良く、そしてスロット３は、単一あるいは複数のモータによって、閉じられても良い。

スロット３は、翼１の迎角αの関数として、開いても良い。この動作は、図１及び図２において示した制御装置６を用いて、なされても良い。例えば、飛行制御システムの構成要素、あるいは航空機のフラップ制御システム（スラット／フラップ制御システム）の構成要素であっても良い。制御システムは、例えばスロット３が既定の迎角α_ｐｒｏｔに到達するまでスロット３を閉じた状態にするように、そしてこの迎角に到達あるいは超えた時に連続的あるいは完全にスロット３が開くように、設計されても良い。この場合、スロット３が開く迎角α_ｐｒｏｔは、最低操作（あるいは選択操作）可能な速度Ｖ_ＬＳに関連する迎角α_ＬＳと、スロット３が閉じている時の安定状態で達成されうる上限迎角α_ｌｉｍとの間になるように、選択されても良い。

スロット３は、既定の開き範囲において、連続的に変化しても良い。あるいは、閉位置から開位置までの間で、離散的に変化しても良い。
スロット３は、既定の迎角α_ｐｒｏｔを超える更に大きな範囲まで、開くようにすることも可能である。

高揚力フラップは、図１と図２に記載された具体例の場合のように、スラットあるいは前縁スラット２であっても良い。あるいは、後縁フラップであっても良い。しかしながら、空気力学的特質における物理と変化は、後縁フラップを用いる場合は、いくらか異なる。後縁フラップの伸展は、概して、前縁スラットでのケースと同じようには（α_{ｓｔａｌｌ，ｓｅａｌｅｄ}からα_{ｓｔａｌｌ，ｖｅｎｔｅｄ}まで、図４参照）、迎角範囲を増加させることはない。その代わりに、揚力曲線（Ｃ_Ｌ対α）は、平行に上方にシフトされる（α＝０度で揚力が増加し、Ｃ_{Ｌ，ｍａｘ}の対応する状態）。このことは操作としては、同じ揚力での迎角αの減少、あるいは同じ迎角αでの追加負荷というメリットを意味している。

１…翼。
２…高揚力フラップ。
３…スロット。
４…操作装置。
５…駆動機構、アクチュエータ装置。
５ａ…第１アクチュエータ装置。
５ｂ…第２アクチュエータ装置。
６…制御装置。
７…補助フラップ。
８ａ…第１アクチュエータ装置への命令線。
８ｂ…第２アクチュエータ装置への命令線。

Claims (36)

1. 航空機の翼に搭載される高揚力システムであって、前記高揚力システムは、
   前記翼（１）に配置される高揚力フラップ（２）と；
   前記高揚力システムを操作する操作装置（４）と
   を含み、
   前記高揚力フラップ（２）が前記操作装置（４）によって後退位置から伸展されることによって、揚力は増加し、高揚力フラップ（２）と前記翼（１）の間においてスロット（３）が開き、流れは前記スロット（３）を通過することによって前記翼の下面から上面に達し、
   前記高揚力フラップが後退位置の場合には定義として前記スロットが無いという例外があるが、前記操作装置（４）は、前記高揚力フラップ（２）の位置に関して独立して前記スロット（３）を開閉するために、前記高揚力フラップ（２）を、翼幅方向に延びる軸線周りに回転あるいは傾斜させることを特徴とする、高揚力システム。
2. 前記操作装置（４）は、前記高揚力フラップ（２）の伸展速度よりも大きい速度で、前記スロット（３）を開く、請求項１記載の高揚力システム。
3. 前記高揚力システムは更に、前記高揚力フラップ（２）上に配置される補助フラップ（７）を有し、前記補助フラップ（７）は前記翼幅方向に延び、
   前記補助フラップ（７）は、前記スロット（３）を開くために前記操作装置（４）によって操作可能である、請求項１あるいは請求項２記載の高揚力システム。
4. 前記補助フラップ（７）は、前記スロット（３）に設けられる小型フラップによって形成される、請求項３記載の高揚力システム。
5. 前記操作装置は、
   サスペンションの並進動作、あるいは回転動作によって前記スロット（３）が開閉するように、前記サスペンションのレールに前記フラップ（３；７）が備えられるように形成されるか；あるいは
   前記サスペンションの構成要素の適切な動作によって前記スロット（３）が開閉するように形成される、請求項１から請求項４の何れか一項記載の高揚力システム。
6. 前記操作装置（４）は、前記スロット（３）を開閉するためのアクチュエータ装置（５）を含み、
   前記アクチュエータ装置（５）は、前記高揚力フラップ（２）の位置に関して独立して操作される、請求項１から請求項５の何れか一項記載の高揚力システム。
7. 前記アクチュエータ装置（５）は、一つあるいは複数のモータによって操作される、請求項６記載の高揚力システム。
8. 前記アクチュエータ装置（５）は、バネの力あるいは弾性要素変形によって操作される、請求項６記載の高揚力システム。
9. 前記操作装置（４）は、前記スロット（３）は空気力学的な力によって開くように構成されている、請求項１から請求項５の何れか一項記載の高揚力システム。
10. 前記操作装置（４）は、外部から供給される信号に応答して前記スロット（３）を開き、一つあるいは複数の前記モータによって前記スロット（３）を閉じるように構成される、請求項８あるいは請求項９記載の高揚力システム。
11. 前記操作装置（４）は、迎角あるいは速度の関数として、あるいは前記迎角あるいは前記速度に等価なパラメータの関数として、前記スロット（３）を開くために用いられる制御装置（６）を含む、請求項１から請求項９の何れか一項記載の高揚力システム。
12. 前記制御装置（６）は、既定迎角（α_ｐｒｏｔ）に到達するまでは前記スロット（３）を閉じ、前記既定迎角（α_ｐｒｏｔ）に到達するかあるいは前記既定迎角（α_ｐｒｏｔ）を超えた場合に前記スロット（３）を開くか、あるいは
    既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）に到達するまでは前記スロット（３）を閉じ、前記既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）に到達するかあるいは既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）よりも下がった場合に前記スロット（３）を開く、請求項１１記載の高揚力システム。
13. 前記高揚力フラップは前縁スラット（２）である、請求項１から請求項１２の何れか一項記載の高揚力システム。
14. 前記高揚力フラップは後縁フラップである、請求項１から請求項１２の何れか一項記載の高揚力システム。
15. 前記高揚力システムは、制御装置（６）とアクチュエータ装置（５ａ，５ｂ）を備える操作装置（４）を含み、
    前記制御装置（６）は、第１命令線（８ａ）によって、前記高揚力フラップ（２）を駆動させる第１アクチュエータ装置（５ａ）に接続され、第２命令線（８ｂ）によって、スロット開閉装置を駆動させる第２アクチュエータ装置（５ｂ）に接続され、
    前記制御装置（６）は、前記第１アクチュエータ装置（５ａ）の動作信号と、前記第２アクチュエータ装置（５ｂ）の動作信号とを生成する動作命令機能を有する、請求項１から請求項１２の何れか一項記載の高揚力システム。
16. 前記動作命令機能は、航空機システム装置から操作データを受信する入力モジュールを含み、
    前記動作命令機能は、前記入力データに基づき前記フラップの位置と前記スロット開閉装置の位置を計算し、そしてこれら位置を前記第１アクチュエータ装置（５ａ）と前記第２アクチュエータ装置（５ｂ）に送信する機能を含む、請求項１５記載の高揚力システム。前記航空機システム装置中では、
17. 前記操作データは、飛行状態、あるいは前記航空機の操作システムモードを定義する、請求項１６記載の高揚力システム。
18. 前記操作データは、高度、航空機位置、および速度のうちの少なくとも一つを含む、請求項１７記載の高揚力システム。
19. 前記操作データは、航空機の安全データを含む、請求項１７あるいは請求項１８記載の高揚力システム。
20. 前記操作データは、前記第２アクチュエータ装置（５ｂ）を閉位置あるいは開位置にする命令を含む、請求項１８または請求項１９記載の高揚力システム。
21. 前記操作装置は、
    前記フラップと前記スロット開閉装置のうちの少なくとも一方の予定位置に関連して設定した既定の操作データを有するテーブルと；
    受信した操作データに基づき、命令すべき前記フラップと前記スロット開閉装置のうち
    の少なくとも一方の位置としての特定位置を特定する比較機能と
    を含み、
    前記比較機能は、
    前記特定位置を前記フラップと前記スロット開閉装置のうちの少なくとも一方に伝送するために命令装置に送信する機能；あるいは、
    前記特定位置を前記フラップと前記スロット開閉装置のうちの少なくとも一方に送信する機能を含む、請求項１５から請求項２０の何れか一項記載の高揚力システム
22. 航空機の翼に搭載される高揚力システムの操作方法であって、前記操作方法は、
    前記翼（１）に配置される高揚力フラップ（２）を、揚力増加のために後退位置から伸展させることと；
    前記翼（１）の下面から上面に流れを通過させるためのスロット（３）を、前記高揚力フラップと前記翼（１）の間において開くことと
    を備え、前記高揚力フラップが前記後退位置の場合には定義として前記スロットが無いという例外があるが、
    前記操作方法は、前記高揚力フラップ（２）の位置に関して独立に前記スロット（３）を開閉するために、前記高揚力フラップ（２）を、翼幅方向に延びる軸線周りに回転あるいは傾斜させることを特徴とする、高揚力システムの操作方法。
23. 前記スロット（３）は、前記高揚力フラップ（２）の伸展速度よりも速い速度で開く、請求項２２記載の操作方法。
24. 前記翼の前縁には、前記翼幅方向に延びる補助フラップ（７）が配置され、
    前記スロット（３）は、前記補助フラップ（７）の操作によって開けられる、請求項２２あるいは請求項２３記載の操作方法。
25. 前記スロット（３）は、前記高揚力フラップ（２）の位置に関して独立して操作されるアクチュエータ装置（５）によって開く、請求項２２から請求項２４の何れか一項記載の操作方法。
26. 前記アクチュエータ装置（５）は、一つあるいは複数のモータによって操作される、請求項２５記載の操作方法。
27. 前記アクチュエータ装置（５）は、バネの力、あるいは弾性要素変形によって操作される、請求項２５記載の操作方法。
28. 前記スロット（３）は、空気力学的な力によって開く、請求項２２から請求項２４の何れか一項記載の操作方法。
29. 前記スロット（３）は、外部から供給された信号に応答して開けることが実行可能になり、一つあるいは複数のモータによって閉じられる、請求項２７あるいは請求項２８記載の操作方法。
30. 前記スロット（３）は、前記迎角あるいは速度の関数で、あるいは前記迎角あるいは前記速度に等価なパラメータの関数で開けられる、請求項２２から請求項２９の何れか一項記載の操作方法。
31. 前記スロット（３）は、既定迎角（α_ｐｒｏｔ）に到達するまでは閉じた状態にあり、前記既定迎角（α_ｐｒｏｔ）に到達したかあるいは前記既定迎角（α_ｐｒｏｔ）を超えた場合に開き、あるいは
    既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）に到達するまでは閉じた状態にあり、前記既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）に到達したかあるいは前記既定速度（Ｖ_{αｐｒｏｔ}）よりも下がった場合に開く、請求項３０記載の操作方法。
32. 前記スロット（３）は、ヒステリシスを示すように、異なる迎角値および異なる速度値において開閉する、請求項３０あるいは請求項３１記載の操作方法。
33. 前記スロット（３）が閉じた状態となる既定迎角（α_ｐｒｏｔ）は、
    最小操作可能速度（Ｖ_ＬＳ）に関連する迎角（α_ｌｓ）と、前記スロット（３）が閉じている場合の安定状態において許容される上限迎角（α_ｌｉｍ）との間に設定される、請求項３１あるいは請求項３２記載の操作方法。
34. 前記スロット（３）は、既定の開き範囲において連続的に変化する、請求項２２から請求項３３の何れか一項記載の操作方法。
35. 前記スロット（３）は、閉位置から開位置の間で離散的に変化する、請求項２２から請求項３３の何れか一項記載の操作方法。
36. 前記スロット（３）は、既定迎角（α_ｐｒｏｔ）を超える範囲まで大きく開く、請求項３４記載の操作方法。

Images