JP2011515277A - スラット展開機構 - Google Patents

Abstract

航空機用のスラット展開機構は、第１枢動点でスラットに連結された第１駆動部材と、前記第１枢動点からオフセットされた第２枢動点で前記スラットに連結された第２駆動部材とを具備する。第１ラックが第１駆動部材上に設けられ、且つ第１ピニオンが駆動軸に保持される。第１ピニオンは、第１ラックを介して機械的動力を駆動軸から第１駆動部材へ伝達すべく配置される。第２ラックが第２駆動部材上に設けられ、且つ第２ピニオンが駆動軸に保持される。第２ピニオンは、第１ピニオンとは異なる半径を有する。第２ピニオンは、第２駆動部材が第１駆動部材とは異なる速度で動作するように、第２ラックを介して機械的動力を駆動軸から第２駆動部材へ伝達すべく配置される。

Description

本発明は、航空機用のスラットを展開するための機構及び斯かる機構を使用して航空機用のスラットを展開する方法に関する。

前縁スラットは、一般的に使用され且つよく理解されている。前縁スラットは、一般的に円弧状トラック機構で駆動される。

単純な円弧状トラックは、離着陸時のスラットの設定を最適化するとき、設計の自由度を制限する。非円弧状トラックは、荷重及び運動力学的な複雑さから一般的に使用されていない。トラックの展開によって提供される以上にスラットに追加的回転を与えることが、設計の自由度をより高めることを可能とする。例えば、これによって抗力特性が重要である離陸時には隙間のない設定を可能にし、且つ揚力係数の最大値が設計要因である着陸時には隙間のある設定を可能にする。

トラックは、一般的に長く且つ格納時には翼前方構造のスパーを介して後方に延在する。このことは、燃料タンクを密封すべく各スラットトラックにスラットトラック「カン」が搭載されることを必要とするので、燃料容積を減少させ且つ翼の製造時間及び製造コストを増加させる。複数の穴部を加えることは、特に複合材ウイングスパーにとって非効率的である。その結果、高リフト機構による翼スパー内の前方スパーへの侵入を防止することへの強い要請が存在することになる。再度スラットに追加的回転を与えることは、同様のスラットの最大展開角度を得つつ、より短いトラックが使用されることを可能とする。

スラットの後端部回りの追加的回転を得る複動式スラット機構が存在する。最も一般的な形態は、スラットがトラックによって展開されると、相補的なレールを通して案内される従動アームの追加を通して追加的回転を発生させる。一例が米国特許第３２７２４５８号明細書に記載される。トラックが、ガイドローラー内に設置され、且つラックアンドピニオン機構によって駆動される。スラットの回転は、トラックに保持されたベルクランクによって駆動されるプッシュプルロッドによって行われる。ベルクランクの一つのアームは、カムトラック内に配置されたカム従動部を保持する。

本発明の第１の態様では、第１枢動点でスラットに連結された第１駆動部材と、第１枢動点からオフセットされた第２枢動点でスラットに連結された第２駆動部材と、駆動軸と、第１駆動部材上の第１ラックと、駆動軸に保持された第１ピニオンであって、第１ラックを介して機械的動力を駆動軸から第１駆動部材へ伝達すべく配置される第１ピニオンと、第２駆動部材上の第２ラックと、駆動軸に保持され且つ第１ピニオンとは異なる半径を有する第２ピニオンであって、第２駆動部材が第１駆動部材とは異なる速度で動作するように第２ラックを介して機械的動力を駆動軸から第２駆動部材へ伝達すべく配置される第２ピニオンとを具備する、航空機用のスラット展開機構が提供される。

本発明は、駆動軸から一対の平行伝達機構を使用することによって、単一（ラックアンドピニオン）の伝達機構のみが設けられた米国特許第３２７２４５８号明細書の機構よりも二つの駆動部材が正確に駆動されることを可能とする。また、二つのラックアンドピニオン式伝達機構間で力を分けることによって、リダンダンシー（redundancy）を有する要素が機構内に構築され得る。また、本機構は、米国特許第３２７２４５８号明細書の機構よりも小型に作られ得る。

第１駆動部材および第２駆動部材は湾曲したトラックを具備し得る。或いは、第１駆動部材および／または第２駆動部材は、固定されたガイド、駆動ロッド、またはその他の適切な駆動部材に沿って駆動される湾曲していないキャリッジを具備してもよい。

典型的には、本機構は、第１湾曲軌道に沿って第１駆動部材を案内すべく配置される第１軸受と、第２湾曲軌道に沿って第２駆動部材を案内すべく配置される第２軸受とを更に具備する。軸受は、回転要素付きの軸受（円筒状、球状、またはその他の適切な形状の回転要素を使用し得る）、または回転要素無しのすべり軸受を具備してもよい。

第１軸受及び第２軸受は、両方とも主翼要素に保持され得る。或いは、第２軸受が両駆動部材間の内部軸受を具備してもよい。この場合、第２駆動部材は第１駆動部材によって画成される溝内に少なくとも部分的に嵌め込まれ得る。

本発明の第２の形態では、第１枢動点でスラットに連結された第１駆動部材と、第１枢動点からオフセットされた第２枢動点でスラットに連結された第２駆動部材とを用いた、航空機用スラットの展開方法において、第１駆動部材上の第１ラックと駆動軸に保持された第１ピニオンとによって、機械的動力を駆動軸から第１駆動部材へ伝達することと、第２駆動部材上の第２ラックと駆動軸に保持された第２ピニオンとによって、機械的動力を駆動軸から第２駆動部材へ伝達することとを含み、第２駆動部材が第１駆動部材とは異なる速度で動作し且つ第１枢動点回りでスラットを回転させるように、第２ピニオンが第１ピニオンと異なる半径を有する、方法が提供される。

図１は、スラットがその完全な収縮位置にあるときのスラットを示す、第１スラット展開機構の概略側面図である。 図２は、中間位置における第１スラット展開機構の図である。 図３は、完全な展開位置における第１スラット展開機構の図である。 図４は、トラック及びピニオンを通る断面図である。 図５は、スラットがその完全な収縮位置にあるときの第２スラット展開機構の概略側面図である。 図６は、スラットが中間位置にあるときの第２スラット展開機構の図である。 図７は、スラットが完全な展開位置にあるときの第２スラット展開機構の図である。 図８は、第３スラット展開機構の概略側面図である。 図９は、中間位置にあるスラットを示す。 図１０は、完全な展開位置にあるスラットを示す。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係るスラット展開機構１の概略側面図であり、展開機構１はスラット２と主翼要素３との間で作用する。機構１は、第１枢動点５でスラット２の後端部に連結される湾曲した主トラック４と、枢動駆動リンク８によって第２枢動点７でスラット２に連結される湾曲した副トラック６とを具備する。枢動駆動リンク８は、第３枢動点９で副トラック６の末端に枢動可能に連結される。

翼に沿って翼長方向に延びる駆動軸１０が、第１ピニオン１１及び第２ピニオン１２を保持する。図１の側面図からは明らかではないが、図４でより明瞭に示されるように、ピニオン１１、１２は駆動軸１０に沿って軸線方向に離間される。第１ピニオン１１は、第２ピニオン１２よりも小さい半径を有する。第１ピニオン１１は主トラック４上の歯付きラックに連結され、且つ第２ピニオン１２は副トラック６上の第２歯付きラックに連結される。

主トラック４は、一組のローラー１３によって画成される主軸受によって、湾曲した軌道１５に沿って案内される。ローラー１３は、主翼要素３の一部を形成する、スラットトラックの支持リブ（図示せず）に保持される。ピニオン１１が回転すると、主トラック４は湾曲した軌道１５に沿って駆動される。両トラック４、６及び軌道１５は、図３に１６で近似的に指示される点を円の中心とするほぼ同心の円弧状に形成される。

図４を参照すると、副トラック６は主トラック４の溝内に嵌め込まれ、且つ主トラック４はピニオン１２を収容するために主トラック４の低い側で開いている。具体的には、主トラック４は、断面において、副トラック６を受容する溝を画成する一対の離間された壁２０、２１を備えるＵ字状である。一組のローラー２２が、トラック４、６間の内部軸受として作用する。斯かるローラー２２のうちの三つが図４の断面図に示され、且つ更なるローラー（図示せず）がトラックの長さに沿って分配される。ローラー２２は、副トラック６または主トラック４に保持されてもよく、または両トラック４、６間の空間内で移動すべく自由であってもよい。

副トラック６は、副トラック６の低い側から延在する一連の歯を具備するラックを有し、これら歯２３の一つが図４に示されており、歯の底部と頂部との間の中間地点が破線２４で指示されている。ピニオン１２は、副トラック６の湾曲した軌道に沿って副トラック６を駆動するように、副トラック６のラックと係合する一組の歯を有する。同様に、小さい方のピニオン１１は、主トラック４の低い側でラックと係合する一組の歯を有し、ラックの歯の一つが図４に２５で指示される。

ピニオン１２のより大きい半径は、図２及び図３に示される合成運動を与える両トラック４、６間の異なる速度をもたらす。図２に示される中間位置において、副トラック６のより高い速度は、枢動点５回りでのスラット２の反時計回りの小さい回転をもたらす。この回転によるスラットの位置は図２に実線で示され、且つ斯かる差動運動のない場合にスラットが取るであろう位置が破線３０によって示される。

スラットの完全な展開位置が図３に示される。同様に、（両トラック間の差動運動を織り込んだ）スラットの本来の位置が実線で示され、且つ破線３１がこの差動回転のない場合にスラットが取るであろう位置を示す。

図５〜図７は、図１のスラット展開機構が、展開中に異なる運動を与えるべく、どのように調整され得るかを示す。分かりやすくするために、両トラック４、６の末端のみが示されている。また、分かりやすくするために、図５〜図７で両トラック４、６は概略的に直線であるものとして示されるが、実際には両トラック４、６は、図１〜図３で示されるように湾曲しているであろう。

図５の収縮位置においてリンク８は副トラック６と整列され、且つスラットが図７の展開位置へ回転すると、図示されるようにリンク８は副トラック６に対して回転する。

図８〜図１０の別の配置の場合、図８の収縮位置において、リンク８は、枢軸９が枢軸７の後方に配置された状態で、副トラック６に対して所定の角度をなす。その結果、図９の中間設定において、スラット２は主翼要素から離れるように移動しており、且つ矢印３２によって指示されるように枢動点５回りで時計回りに僅かに回転している。スラットが図１０の展開位置に移動すると、枢軸９は枢軸７の前方に移動し、且つスラットは矢印３３によって指示されるように反時計回りに回転する。

図４に示される嵌込み式配置において、主トラック４がローラー１３によって案内される湾曲した軌道１５に沿って駆動されると、トラック６は、内部軸受２２によって案内されたピニオン１２によって主トラック４に沿って駆動される駆動部材として機能する。両トラック４、６は同じ翼長方向の位置にあり、且つ一組のローラー１３によって主翼要素に設置される。別の実施形態（図示せず）では、トラック６は、トラック４に沿って駆動される代わりに、各スラットトラックの支持リブ上で各組のガイドローラーによって各トラックが保持された状態で、翼長方向にトラック４から離間されてもよい。この場合、スラットは三つのトラックに保持されてもよく、三つのトラックのうちの一つ（通常は真ん中の一つ）は副トラック６に対応し且つ残りの二つは主トラック４に対応する。

この非嵌込み式配置は入れ子式伸縮運動の複雑さを低減し、且つ図４の嵌込み式配置では必要とされる内部軸受２２を必要としない。また、このことは、両トラックが異なる曲率半径を有することを可能にし、その結果、更なる設計自由度を提供する。

図１〜図１０に記載された例において、副トラック６は、枢軸７と枢軸９との間の距離を変化させるために追加のリンク８を必要とする。この変化は小さいであろうから、枢動リンク８を使用する代わりに、枢軸９をスラット構造内の短い垂直スロット内に嵌合することによって、枢軸９が代わりに収容されてもよい。或いは、展開軌跡の観点から、トラック６が斯かる改良の必要性を回避すべく設計されてもよい。

要するに、図１〜図１０で示される実施形態は、異なる半径の二つの円弧状トラックの差動展開を通して非円弧状のスラット展開を実現する。二つの異なる半径のピニオンが二つのトラックを駆動する。その結果、両トラックは、僅かに異なる程度に駆動され、両トラックがスラットの後端部にヒンジによって連結される最端部で回転を発生させる。有用な量のスラットの追加的回転を提供するのに少量の差動運動のみが必要とされる。この機構は、より短いトラックでのスラットの追加的回転を可能とし、よって本機構による前方スパーへの侵入がなくなる。

二つのピニオン１１、１２は、同一の駆動軸及びギアボックスから離れて駆動され、且つその結果、平行な伝達経路によって機械的動力を駆動軸から二つのトラック４、６へ伝達する。ピニオン１２のより大きな半径は、トラック６がトラック４よりも高い速度で動作することを確実なものとする。

本発明が、一つ以上の好ましい実施形態に関して上述されたが、添付の特許請求の範囲において定義された発明の範囲を逸脱することなく種々の変更または修正がなされ得ることが理解されるであろう。

Claims (11)

1. 第１枢動点でスラットに連結された第１駆動部材と、
   前記第１枢動点からオフセットされた第２枢動点で前記スラットに連結された第２駆動部材と、
   駆動軸と、
   前記第１駆動部材上の第１ラックと、
   前記駆動軸に保持された第１ピニオンであって、前記第１ラックを介して機械的動力を前記駆動軸から前記第１駆動部材へ伝達すべく配置される第１ピニオンと、
   前記第２駆動部材上の第２ラックと、
   前記駆動軸に保持され且つ前記第１ピニオンとは異なる半径を有する第２ピニオンであって、前記第２駆動部材が前記第１駆動部材とは異なる速度で動作するように、前記第２ラックを介して機械的動力を前記駆動軸から前記第２駆動部材へ伝達すべく配置される第２ピニオンとを具備する、航空機用のスラット展開機構。
2. 前記第１駆動部材および／または前記第２駆動部材が湾曲したトラックを具備する、請求項１に記載の機構。
3. 第１湾曲軌道に沿って前記第１駆動部材を案内すべく配置された第１軸受と、第２湾曲軌道に沿って前記第２駆動部材を案内すべく配置された第２軸受とを更に具備する、請求項１または２に記載の機構。
4. 前記第１軸受および／または前記第２軸受が一以上の回転要素を具備する、請求項３に記載の機構。
5. 主翼要素を更に具備し、
   前記第１軸受および前記第２軸受が両方とも前記主翼要素に保持される、請求項３または４に記載の機構。
6. 前記第１駆動部材および前記第２駆動部材が翼長方向に互いに離間された、請求項１〜５のいずれか１項に記載の機構。
7. 前記第２軸受が前記両駆動部材間の内部軸受を具備する、請求項３に記載の機構。
8. 前記第２駆動部材が、前記第１駆動部材によって画成される溝内に少なくとも部分的に嵌め込まれる、請求項７に記載の機構。
9. 前記第１軸受および／または前記第２軸受が一以上の回転要素を具備する、請求項３に記載の機構。
10. 前記第２駆動部材が枢動リンクによって前記スラットに連結される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の機構。
11. 第１枢動点でスラットに連結された第１駆動部材と、前記第１枢動点からオフセットされた第２枢動点で前記スラットに連結された第２駆動部材とを用いた、航空機用スラットの展開方法において、
    前記第１駆動部材上の第１ラックと駆動軸に保持された第１ピニオンとによって、機械的動力を前記駆動軸から前記第１駆動部材へ伝達することと、
    前記第２駆動部材上の第２ラックと前記駆動軸に保持された第２ピニオンとによって、機械的動力を前記駆動軸から前記第２駆動部材へ伝達することとを含み、前記第２駆動部材が前記第１駆動部材とは異なる速度で動作し且つ前記第１枢動点回りで前記スラットを回転させるように、前記第２ピニオンが前記第１ピニオンと異なる半径を有する、方法。

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