JP2012250705A

JP2012250705A - アクチュエータ負荷を低減した展開可能な空気力学的装置

Info

Publication number: JP2012250705A
Application number: JP2012115006A
Authority: JP
Inventors: Glenn S Bushnell; グレンエス．ブッシュネル，
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2011-06-01
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2012-12-20
Also published as: EP2530011A2; CN102806991A

Abstract

【課題】アクチュエータ負荷を低減した展開可能な空気力学的装置ならびに関連するシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】外部流体２１０と展開可能な装置２２０との間に動作可能に連結されているアクチュエータ装置２５０をさらに含むことができ、該アクチュエータ装置２５０は、収納位置と展開位置との間で動き経路に沿って展開可能な装置２２０を移動させるよう配置されている。動き経路２３２は、展開された装置が展開位置へ向かって移動するにつれてアクチュエータ装置２５０により伝えられる負荷が増大する第１部分２２４と、展開された装置が展開位置へ向かって移動するにつれてアクチュエータ装置２５０により伝えられる負荷が減少する第２部分２２５とを有することができる。
【選択図】図２

Description

関連出願
本願は、２００７年１２月１０日提出の米国特許出願第１１／９５３，６７２の部分継続出願であり、かつ、該出願からの優先権を主張している。

技術背景
本開示の側面は、一般に、アクチュエータ負荷を低減した展開可能な装置（例えば、空気力学的装置）ならびに関連するシステムおよび方法に関する。

展開可能な前縁および後縁装置は、現代の航空機の姿勢および揚力／抗力特性を制御するために長年にわたり用いられてきた。とりわけ、左右の航空機翼上に位置する従来の後縁補助翼は、航空機を横揺れさせるために非対称に展開されている。従来の後縁フラップは、一般に、離着陸に適した高揚力翼構成を作り出すために対称に展開されている。その後、フラップは、巡航状態においてより効率的な操縦のために収納される。従来の前縁装置（例えば、前縁スラット）もまた、離着陸のために展開され、その後、巡航状態において収納されることがある。

数多くの従来の前縁および後縁装置に付随する１つの欠点は、これらの装置に電力供給するアクチュエータが、隣接する気流内に装置が展開される際に装置に反して作用する空力に打ち勝つよう大型である傾向にあるということである。大型装置は、航空機と一体化しづらく、かつ、そのような装置の重量により、航空機の効率が低下する。これに加えて、大型のアクチュエータは、相当量の電力を消費し、よって、航空機の効率をさらに低下させうる。よって、従来の装置より小型かつ／またはより効率的な展開可能な空気力学的装置が必要である。

本開示は、一般に、アクチュエータ負荷を低減した展開可能な装置（例えば、空気力学的装置）ならびに関連するシステムおよび方法に関する。ある特定の実施形態に係る航空機システムは、揚力体と、揚力体により支持された揚力体に対して移動可能かつ展開可能な空気力学的装置とを含む。空気力学的装置は、揚力体に旋回可能に連結されている第１構成部品と、揚力体に移動可能に連結されている第２構成部品とを含むことができる。第１および第２構成部品は、互いに旋回可能に連結されることができる。システムは、展開位置にあるときに空気力学的装置が隣接する気流に晒されている状態で、空気力学的装置と連結され、かつ、収納位置と展開位置との間で揚力体と相対して空気力学的装置を移動させるよう配置されているアクチュエータ装置をさらに含むことができる。

構成部品の上述の配置により、展開可能な装置に作用している空力が、展開可能な装置の展開にアクチュエータ装置が必要とする負荷を低減できるようになる。例えば、別の実施形態において、外部流システムは、外部流体（例えば、翼またはその他の揚力体）と、外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な装置（例えば、空気力学的装置）と、外部流体と展開可能な装置との間に接続されている連結部とを含む。アクチュエータ装置は、外部流体と展開可能な装置との間に動作可能に連結されることができ、かつ、収納位置と展開位置との間で展開可能な装置を移動させるよう配置されることができる。動きは、展開された装置が展開位置へ向かって移動するにつれてアクチュエータ装置により伝えられる負荷が増大する第１部分と、展開された装置が展開位置へ向かって移動するにつれてアクチュエータ装置により伝えられる負荷が減少する第２部分とを有することができる。動きの第１部分は、収納位置と動きの第２部分との間に存在する。さらなる特定の実施形態において、展開位置は、複数の展開位置のうちの１つであり、かつ、アクチュエータ装置は、収納位置と収納位置から最も離れた展開位置との間の動き中の点におけるピーク負荷をもたらす。

本発明の一側面は、外部流体と、外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、外部流体に旋回可能に連結されている第１パネルと、外部流体に移動可能に連結され、かつ、第１パネルに旋回可能に連結されている第２パネルとを含む流体力学的装置と、外部流体と第１および第２パネルの一方とに連結されており、かつ、第１および第２動作状態を有するアクチュエータと、を含む外部流システムである。流体力学的装置は、アクチュエータが第１動作状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータが第２動作状態にあるときに展開構成となる。第２パネルは、流体力学的装置が収納構成にはなく、かつ、外部流体が第２パネルが第１パネルを導くような方向において流体に対して移動するときに該流体により印加される圧力に晒されている。

本発明の別の側面は、展開可能な流体力学的装置の第１パネルを展開可能な流体力学的装置の第２パネルに旋回可能に連結すること、第１パネルを外部流体に旋回可能に連結すること、第２パネルを外部流体に移動可能に連結すること、および、直線アクチュエータを外部流体と第２パネルとに旋回可能に連結することであって、直線アクチュエータが、第１パネルを外部流体に対して第１位置から第２位置へと移動させ、かつ、第２パネルを外部流体に対して第３位置から第４位置へと移動させるよう伸展可能である、旋回可能に連結することを含む、外部流体に展開可能な流体力学的装置を備えるための方法である。展開可能な流体力学的装置が、第１パネルが第１位置にあり、第２パネルが第３位置にあるときに収納構成となり、かつ、第１パネルが第２位置にあり、第２パネルが第４位置にあるときに展開構成となるように第１および第２パネルならびに直線アクチュエータを配置する。第２パネルは、流体力学的装置が収納構成にはなく、一方、外部流体が第２パネルが第１パネルを導くような方向において流体に対して移動しているときに該流体により印加される圧力に晒されている。

本発明のさらなる側面は、外部流体と、外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、共通軸に沿って外部流体に旋回可能に連結されている第１および第２パネルと、第１パネルと第２パネルとの間に配置され、かつ、外部流体に移動可能に連結されている第３パネルとを含む流体力学的装置と、第１、第２および第３パネルに取り付けられており、かつ、作動状態と非作動状態とを有するアクチュエータ装置であって、作動されると、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させるアクチュエータ装置と、を含む外部流システムである。流体力学的装置は、アクチュエータ装置が非作動状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータ装置が作動状態にあるときに展開構成となる。

本発明のさらに別の側面は、展開可能な流体力学的装置の第１および第２パネルを外部流体に旋回可能に連結すること、第１パネルを展開可能な流体力学的装置の第３パネルに第１回転式アクチュエータを用いて連結すること、第２パネルを第３パネルに第２回転式アクチュエータを用いて連結すること、および、第３パネルを外部流体に移動可能に連結することを含む、外部流体に展開可能な流体力学的装置を備えるための方法である。第１および第２回転式アクチュエータの作動が、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させることにより、展開可能な流体力学的装置を展開するよう第１、第２および第３パネルと第１および第２回転式アクチュエータとを配置する。

可能な実施形態は以下を含む。
（１）外部流体と、
外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、外部流体に旋回可能に連結されている第１パネルと、外部流体に移動可能に連結され、かつ、第１パネルに旋回可能に連結されている第２パネルとを含む流体力学的装置と、
外部流体と第１および第２パネルの一方とに連結されており、かつ、第１および第２動作状態を有するアクチュエータと、
を含む外部流システムであって、
これにより、流体力学的装置は、アクチュエータが第１動作状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータが第２動作状態にあるときに展開構成となり、第２パネルは、流体力学的装置が収納構成にはなく、かつ、外部流体が第２パネルが第１パネルを導くような方向において流体に対して移動するときに該流体により印加される圧力に晒されている外部流システム。
（２）アクチュエータが、外部流体と第２パネルとに旋回可能に連結されている直線アクチュエータを含み、直線アクチュエータが、第１動作状態において後退させられ、第２動作状態において伸展させられている外部流システム。
（３）アクチュエータが、外部流体と第１パネルとに連結されている回転式アクチュエータを含み、回転式アクチュエータが、第１動作状態において作動されておらず、第２動作状態において作動されている外部流システム。
（４）外部流体が、航空機の揚力体である外部流システム。
（５）揚力体が、翼を含み、かつ、流体力学的装置が、翼により支持されている後縁装置を含む外部流システム。
（６）外部流体が、ヘリコプターの回転翼羽根を含む外部流システム。
（７）外部流体が、潜水艦または船舶の一部である外部流システム。
（８）第２パネルの第１の位置範囲にわたって、アクチュエータにより印加される負荷が増大し、第２パネルの第２の位置範囲にわたって、アクチュエータにより印加される負荷が減少し、第２の位置範囲が、収納構成から展開構成への流体力学的装置の移動中に第１の範囲の後に生じる外部流システム。
（９）外部流体に連結された第２パネルの一部が、収納構成から展開構成への流体力学的装置の移動中に湾曲した案内経路に沿って移動する外部流システム。
（１０）展開構成へ向かう流体力学的装置の動きに対抗するよう配置されている弾性構成要素をさらに含む外部流システム。
（１１）展開可能な流体力学的装置の第１パネルを展開可能な流体力学的装置の第２パネルに旋回可能に連結すること、
第１パネルを外部流体に旋回可能に連結すること、
第２パネルを外部流体に移動可能に連結すること、および、
直線アクチュエータを外部流体と第２パネルとに旋回可能に連結することであって、直線アクチュエータが、第１パネルを外部流体に対して第１位置から第２位置へと移動させ、かつ、第２パネルを外部流体に対して第３位置から第４位置へと移動させるよう伸展可能である、旋回可能に連結すること
を含む、外部流体に展開可能な流体力学的装置を備えるための方法であって、
展開可能な流体力学的装置が、第１パネルが第１位置にあり、第２パネルが第３位置にあるときに収納構成となり、かつ、第１パネルが第２位置にあり、第２パネルが第４位置にあるときに展開構成となるように第１および第２パネルならびに直線アクチュエータを配置し、第２パネルは、流体力学的装置が収納構成にはなく、一方、第２パネルが第１パネルを導くような方向において外部流体が流体に対して移動しているときに該流体により印加される圧力に晒されている方法。
（１２）外部流体に連結されている第２パネルの一部が、収納構成から展開構成への流体力学的装置の移動中に湾曲した案内経路に沿って移動する方法。
（１３）外部流体と、
外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、共通軸に沿って外部流体に旋回可能に連結されている第１および第２パネルと、第１パネルと第２パネルとの間に配置され、かつ、外部流体に移動可能に連結されている第３パネルとを含む流体力学的装置と、
第１、第２および第３パネルに取り付けられており、かつ、作動状態と非作動状態とを有するアクチュエータ装置であって、作動されると、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させるアクチュエータ装置と、
を含む外部流システムであって、
流体力学的装置は、アクチュエータ装置が非作動状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータ装置が作動状態にあるときに展開構成となる外部流システム。
（１４）外部流体が、航空機の揚力体である外部流システム。
（１５）揚力体が、翼を含み、かつ、流体力学的装置が、翼により支持されている後縁装置を含む外部流システム。
（１６）外部流体が、ヘリコプターの回転翼羽根を含む外部流システム。
（１７）外部流体が、潜水艦または船舶の一部である外部流システム。
（１８）外部流体に対する第１、第２および第３パネルの角度が、アクチュエータ装置の作動に応じて増大する外部流システム。
（１９）アクチュエータ装置が、第１パネルを回転させる第１回転式アクチュエータと、第２パネルを回転させる第２回転式アクチュエータとを含み、前記第１および第２回転式アクチュエータが、第３パネルに装着されている外部流システム。
（２０）第１回転式アクチュエータが、トルクチューブ装置または形状記憶合金装置である外部流システム。
（２１）展開可能な流体力学的装置の第１および第２パネルを外部流体に旋回可能に連結すること、
第１パネルを展開可能な流体力学的装置の第３パネルに第１回転式アクチュエータを用いて連結すること、
第２パネルを第３パネルに第２回転式アクチュエータを用いて連結すること、および、
第３パネルを外部流体に移動可能に連結すること
を含む、外部流体に展開可能な流体力学的装置を備えるための方法であって、
第１および第２回転式アクチュエータの作動が、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させることにより、展開可能な流体力学的装置を展開するよう第１、第２および第３パネルと第１および第２回転式アクチュエータとを配置する方法。
（２２）第１回転式アクチュエータが、トルクチューブ装置または形状記憶合金装置である方法。

本発明のその他の側面を下で開示し、かつ、権利請求する。

図１は、下に開示する実施形態のいずれか１つにしたがって実装されたシステムを有する航空機の等角図である。図２は、一実施形態にしたがって構成された展開可能な装置の部分模式等角図である。図３Ａは、ある実施形態に係る平衡点における展開可能な装置に対する力を示す代表的な示力図である。図３Ｂは、ある特定の実施形態にしたがって構成された展開可能な装置用の展開角度の関数でアクチュエータ負荷を示したグラフである。図４Ａは、ある実施形態にしたがって装置を収納位置へ回復する傾向にある力を印加する弾性構成要素を有する展開可能な装置を模式的に示す。図４Ｂは、別の実施形態にしたがって湾曲した案内経路を形成する並進連結部を有する展開可能な装置を模式的に示す。図５は、ある実施形態に係る並進構成要素に連結されている旋回棒を有する展開可能な装置の部分模式等角図である。図６は、別の実施形態に係る並進パネルに連結されている旋回パネルを有する展開可能な装置の部分模式等角図である。図７は、ある実施形態に係る反対方向に回転しているパネルを有する展開可能な装置の部分模式等角図である。図８は、ある実施形態に係る翼型外部流体に設置されている展開可能な装置を模式的に示す。

以下、異なる図における同様の構成要素が同じ参照番号を有する図面に言及する。

本開示の側面は、一般に、アクチュエータ負荷を低減した展開可能な装置ならびに関連するシステムおよび方法に関する。代表的な展開可能な装置を下で航空機設備（例えば、固定翼航空機および回転翼航空機）との関連で説明するが、その他の実施形態では、その他の外部流体に装置を設置可能である。よく知られており、かつ、そのようなシステムおよび方法とよく関連付けられる構造またはプロセスを説明するいくつかの詳細は、簡潔にするために以下の説明には記載しない。そのうえ、以下の開示は、負荷要件を低減したアクチュエータを含むことができるシステムおよび方法のいくつかの代表的な実施形態を記載するが、いくつかのその他の実施形態は、本項において説明されるものとは異なった構成および／または異なった構成部品を有することができる。よって、そのような実施形態は、追加の構成要素を含んでもよく、かつ／または、図１〜図８を参照して下で説明する１つ以上の構成要素を排除してもよい。

図１は、胴体１０１と、翼１１０と、水平安定板１０２と、垂直安定板１０３とを含む航空機１０５の等角図である。翼１１０は、各々が、前縁１１１および後縁１１２を含むことができ、空気力学的装置１２０が、翼１１０により支持された翼１１０から展開されている。空気力学的装置１２０は、後縁装置１２１、後縁装置１２１により支持されている「小型」後縁装置１２２および／または前縁装置１２３を含むことができる。その他の支持構成部品とともに、空気力学的装置１２０は、航空機１０５の空気力学的挙動の制御に用いられる全体システム１００を形成可能である。図２〜図８を参照しつつ、翼１１０および／またはその他の外部流表面（例えば、水平安定板１０２および／または垂直安定板１０３）に適した空気力学的装置および関連付けられた方法の代表的な実施形態を下でさらに説明する。

図２は、外部流体２１０により支持されている展開可能な装置２２０の模式的等角図であり、該外部流体２１０の一部が図２に示されている。外部流体２１０は、外部流２１６、例えば、気流またはその他の流体流に浸らせることができる。展開可能な装置２２０は、第２構成部品２２５に連結されている第１構成部品２２４を含むことができる。収納時に、第１構成部品２２４および第２構成部品２２５は、平らにすることができ、例えば、外部流体２１０の露出表面２１７と概ね平行かつ／またはこれと面一とすることができる。展開時には、図２に示すように、第２構成部品２２５（および、低い程度に第１構成部品２２４）の外側または接液面は、外部流体２１０の上方の流体流を変更して、所望の効果をもたらすことができる。例えば、露出表面２１７が翼の上側表面である場合、第２構成部品２２５は、図２に示す位置においてスピードブレーキとして動作可能である。露出表面２１７が翼の下側表面である場合、第２構成部品２２５は、外部流体２１０の揚力を向上させ、翼として動作し、かつ／またはトリム機能を提供することができる。露出表面２１７がヘリコプターの回転翼羽根である場合、第２構成部品２２５は、ノイズ低減装置として動作可能である。展開可能な装置２２０のこれらおよびその他の代表的設備は、さらに詳細に後述する。

図２に示されているある特定の実施形態において、第１構成部品２２４は、第１地点２２６ａにおいて蝶番接合部２２７を介して外部流体２１０に蝶番で（例えば、旋回可能に）連結されている。第２構成部品２２５は、第２地点２２６ｂにおいて並進（例えば、摺動）連結部２２９を介して外部流体２１０に並進可能に（例えば、摺動可能に）連結されている。並進連結部２２９は、第２構成部品２２５の一部の動きを案内する１つ以上の案内経路２３０（例えば、直線案内経路）を含むことができる。案内経路２３０は、溝、線路またはその他の適切な構造物を含むことができる。第２構成部品２２５の連結されている部分は、案内経路２３０に沿って、摺動するか、（１つ以上のころまたは直線軸受を介して）転がるか、そうでなければ移動することができる。１つ以上の止め具２３１（そのうちの１つが図２において見えている）は、例えば最大展開位置に対応する予め選択された地点において第２構成部品２２５の動きを停止させることができる。

第２構成部品２２５は、第３地点２２６ｃにおいて第２蝶番接合部２２８を介して第１構成部品２２４に蝶番で（例えば、旋回可能に）連結されることができる。第２蝶番接合部２２８は、第１構成部品２２４と第２構成部品２２５との両方の縁部に、または、これら構成部品のその他の地点に位置させることができる。図２に示されている実施形態のある特定の側面において、第１構成部品２２４は、第２構成部品２２５を駆動するよう作用する。よって、第１構成部品２２４は、アクチュエータ装置２５０に連結されることができる。ある特定の実施形態において、アクチュエータ装置２５０は、第１構成部品２２４と外部流体２１０の取り付け点２５２との間に接続されている１つ以上の回転式アクチュエータ２５１（２つが図２に示されている）を含む。作動されると、アクチュエータ装置２５０は、矢印Ａにより示されているように角度αを通して第１構成部品２２４を回転させる。これにより、今度は、第２構成部品２２５の一部を、矢印Ｃにより示されているように左から右へ移動させ、矢印Ｂにより示されているように角度βを通して外部流体２１０に対して回転させる。よって、第２構成部品２２５は、動き経路２３２に沿って移動する。

第２構成部品２２５が動き経路２３２に沿って移動するにつれて、外部流２１６の方向に垂直な平面における第２構成部品２２５の突出領域が増大する。よって、第２構成部品２２５に作用している動圧もまた増大する。動圧によりもたらされる力の成分は、第２構成部品２２５を１つ以上の展開位置へ移動させる際に、動き経路２３２と平行に作用して、アクチュエータ装置２５０が必要とする負荷を低減することができる。

図３Ａは、ある特定の実施形態にしたがって、角度αおよび角度βが３０度であるときの第２構成部品２２５にかかる力を示している。図３Ｂは、図３Ａに示した展開角度βの関数で、アクチュエータ装置２５０により印加される負荷（線２６０により示す）を示したグラフである。負荷は、（回転式アクチュエータに対する）トルクとして図３Ｂに表されており、アクチュエータの種類によっては他の実施形態において他の寸法を有しうる。比較のために、第２構成部品２２５と同じ寸法を有する従来の装置に必要なアクチュエータ負荷もまた、図３Ｂにおいて線２６１により示している。従来の装置は、蝶番線の回りを回転可能であり、かつ、該蝶番線に位置する回転式アクチュエータにより駆動される単一の平坦なパネルにより表される。図３Ｂにおいて提供されているデータは、外部流２１６の動圧によりもたらされる空気力学的負荷が第２構成部品２２５の中央において作用していること、および、空気力学的負荷が第２構成部品２２５により与えられる突出した正面領域（例えば、まっすぐ上流に面している領域）に比例して増大することを想定している。この計算のために、第１構成部品２２４が相当量の空気力学的荷重を受けることはないこともまた想定されている。

図３Ｂに示されているように、従来の装置は典型的に、展開範囲全体を通じて増大し続ける直線的に増大するアクチュエータ負荷を要する（線２６１参照）。対照的に、ある実施形態に係る展開可能な装置２２０は、その動きの一部のみにわたって（例えば、図３Ｂに示されているように約０度から約１７度まで）増大するアクチュエータ負荷を要することがあるが、その後、アクチュエータ装置２５０が要する負荷は、外部流２１６により第２構成部品２２５上に付される増大した空気力学的負荷の一部が動き経路２３２（図２）に沿って作用するため、減少する。この特定の配置構成において、必要とされるアクチュエータ負荷は、３０度の展開においてゼロまで減少し、この点において、第２構成部品２２５は平衡位置にある。第２構成部品２２５が（破線２６０ａにより示されているように）さらに展開された場合、アクチュエータ装置２５０は、マイナス負荷に晒されるだろう。換言すれば、３０度を超えると、アクチュエータ装置２５０は、展開位置へ向かう第２構成部品２２５のさらなる動きに抵抗するよう作用する。あるいは、アクチュエータ装置２５０は、外部流２１６により印加される空力により作動しないようにすることにより、第２構成部品２２５が３０度を超えた完全展開位置へ迅速に移動（例えば、カチっと動くことが）できるようにするよう構成可能である。

上で触れたように、図３Ａは、平衡点において（例えば、展開角度βが３０度であるとき）第２構成部品２２５に作用している力を示している。第２構成部品２２５に作用している力は、第２構成部品２２５に垂直に作用している空力ＦＡと、第２地点２２６ｂおよび第３地点２２６ｃにそれぞれ作用している反力Ｆ_１および反力Ｆ_２とを含む。反力Ｆ_２は、第１構成部品２２４の平面にまっすぐに沿って作用するので、第１地点２２６ａにおいてモーメントを生みださず、よって、アクチュエータ２５０により出力モーメントは必要とされない。第２地点２２６ｂにおける連結部は、並進（例えば、摺動）連結部２２９であるので、第２地点２２６ｂにおいてもまたモーメントは生じない。（第２構成部品２２５に垂直に作用しているＦ_１ｙおよびＦ_２ｙとして示す）Ｙ方向における第１および第２の力のベクトル成分は、空力ＦＡにより与えられる反対方向の力に逆らうよう加算される。（第２構成部品２２５に平行に作用しているＦ_１ｘおよびＦ_２ｘとして示す）Ｘ方向における第１および第２の力のベクトル成分は、互いに等しく、かつ、反対向きであるので、相殺される。よって、第２構成部品２２５は、３０度の展開角度βにおいて平衡状態にある。

いくつかの場合において、平衡状態に達する前に３０度より大きい量だけ第２構成部品２２５を展開させることが望ましいことがある。例えば、展開角度βが完全展開位置においてより大きくなるようにするために、平衡状態に達する点を遅らせることが望ましいことがある。またさらなる特定の配置構成において、例えば、印加された空力ＦＡにより容易にアクチュエータ装置２５０を作動しないようにする場合、第２構成部品２２５がその完全展開位置へ「カチっと動く」ことができないようにしつつ、遅らせることが望ましいことがある。この結果を達成するための１つの手法は、アクチュエータ装置２５０を選択して、第２構成部品２２５をその完全展開位置へカチっと動かす傾向にある空力ＦＡに抵抗することである。２つのその他の代表的な手法を、図４Ａおよび図４Ｂにそれぞれ模式的に示す。図４Ａにおいて、弾性構成要素４３３（例えば、ばねまたはその他の適切な装置）は、外部流体２１０と第２構成部品２２５との間に接続されて示されている。弾性構成要素４３３は、収納位置へ向かって第２構成部品２２５を押しやるよう構成されている。よって、アクチュエータ装置２５０は、第１構成部品２２４および第２構成部品２２５を（点線で示されている）展開位置へ移動させる際に、弾性構成要素４３３の回復力に打ち勝たねばならない。これにより、今度は、平衡点がより大きい展開角度へ移る。よって、第２構成部品２２５は、平衡点に達する前に、図４Ａで破線により示されているように、より大きい角度βへと展開可能である。その他の実施形態において、弾性構成要素４３３は、別の位置、例えば、平衡位置、展開位置またはその他の位置へ第２構成部品２２５を移動させる傾向にある可能性がある。

図４Ｂは、第２構成部品２２５の一部が湾曲した（例えば、弓形の）案内経路４３０に沿って移動する増大した最大展開角度βを達成するための別の配置構成を示す。本配置構成において、第２構成部品２２５は、湾曲した案内経路４３０の結果として平衡状態に達する前により大きい展開角度β（例えば、約６０度のβ）へ移動させることもできる。図示のために、図４Ｂに示されているアクチュエータ４５１は、第２構成部品２２５に旋回可能に連結されている直線上で変位するアクチュエータ部の終端と、第２構成部品２２５を湾曲した案内経路４３０に連結する構成部品の非直線移動を可能とするための、良く知られている手法で外部流体に旋回可能に連結されているその他のアクチュエータ部の一部とを有する直線アクチュエータである。その他の実施形態によれば、図２を参照しつつ上で説明したように、回転式アクチュエータを使用することができる。案内経路４３０は、特定の設計要件によって、図４Ｂに示すような単純な弓形形状、またはその他、他の実施形態では場合によってはより複雑な形状を有することができる。

図５は、別の実施形態にしたがって構成される展開可能な装置５２０を示す。本実施形態において、展開可能な装置５２０は、第２構成部品５２５の後方ではなく前方へ延在する第１構成部品５２４に連結されている第２構成部品５２５を含む。例えば、第１構成部品５２４は、各々が第１蝶番接合部５２７において外部流体２１０に連結されており、かつ、各々が第２蝶番接合部５２８において第２構成部品５２５に連結されている、２本の棒５３４を含むことができる。第２構成部品５２５は、並進連結部５２９により外部流体２１０に連結されており、かつ、一方が図５において見られる対応する止め具５３１に達するまで、展開時に案内経路５３０に沿って並進（例えば、摺動）する。第１構成部品５２４は、２つの回転式アクチュエータ５５１を含む（上記アクチュエータ装置２５０と概ね同様の）アクチュエータ装置５５０により駆動することができる。回転式アクチュエータ５５１は、第１構成部品５２４にモーメントを印加するトルクチューブ装置、形状記憶合金（ＳＭＡ）装置および／またはその他の装置を含むことができる。第２構成部品５２５がその展開角度βを増大させるにつれて、外部流２１６により第２構成部品５２５上にもたらされる力が増大し、これにより、アクチュエータ装置５５０により必要とされる負荷を低減し、展開可能な装置５２０をさらに展開させる。

図６は、図５を参照しつつ上で説明した展開可能な装置５２０と概ね同様に動作するが、棒５３４の代わりにパネル６３５を含む別の展開可能な装置６２０を模式的に示す。外部流２１６によりパネル６３５上にもたらされる空力は、収納位置へ向かって下向きにパネル６３５を（したがって、第２構成部品５２５を）駆動するよう作用することができる一方、第２構成部品５２５自体に作用する空力は、第２構成部品５２５を展開させるよう作用することができる。よって、パネル６３５は、（図３Ａおよび図３Ｂを参照しつつ上で取り上げた）平衡状態に達する点を遅らせ、かつ、平衡状態前の第２構成部品５２５に対するより大きい展開角度を可能とすることができる。第２構成部品５２５に対するパネル６３５の大きさと、蝶番接合部５２８および／またはその他の設計構成要素の地点とは、平衡点におけるより大きいまたは小さい角度を提供するよう選択可能である。

図７は、さらに別の実施形態にしたがって構成された展開可能な装置７２０を示す。本実施形態において、展開可能な装置７２０は、２つのパネル７３５を含む第１構成部品７２４を有する。各パネル７３５は、（破線で示されている）第１蝶番線７３６に沿って配列された対応する蝶番接合部７２７において外部流体２１０に蝶番で（例えば、旋回可能に）連結されている。第２構成部品７２５は、並進連結部７２９により外部流体２１０に並進可能に連結されており、かつ、（破線で示されている）第２蝶番線７３７に沿って配列された対応する第２蝶番接合部７２８を介して第１パネル７３５に蝶番で（例えば、旋回可能に）連結されている。回転式アクチュエータ７５１は、第２構成部品７２５と第１構成部品７２４のパネル７３５との間で接続されている。回転式アクチュエータ７５１は、作動されている際、矢印Ａで示すように第１パネル７３５を回転させ、これにより、第２構成部品７２５を矢印Ｂで示すように反対方向に回転させ、かつ、矢印Ｃで示すように案内経路７３０に沿って摺動、またはそうでなければ移動させる。回転式アクチュエータ７５１は、第１構成部品７２４（すなわち、パネル７３５）にモーメントを印加するトルクチューブ装置、（その開示全体がここに参照により含まれる、米国特許第７，８７８，４５９号明細書において開示されているＳＭＡアクチュエータのような）形状記憶合金（ＳＭＡ）装置および／またはその他の装置を含むことができる。本配置構成において、第２構成部品７２５に作用し、これを展開位置へ向かって駆動している空力は、第１構成部品７２４にも作用して、第１構成部品７２４と第２構成部品７２５との間の相対的角度、したがって、第２構成部品７２５の展開角度をさらに増大させる。よって、本配置構成は、比較的小さい展開角度で平衡点に達することが望ましい場合、および／または、第２蝶番線７３７にアクチュエータ７５１を位置させることが望ましい場合に用いることができる。

上述の展開可能な装置のいずれも、図１および図２を参照しつつ上で取り上げたように、前縁装置または後縁装置として航空機翼に設置可能である。また図１を参照しつつ取り上げたように、これらの装置は、航空機のその他の地点、例えば、水平安定板１０２および／または垂直安定板１０３に設置してもよい。またさらなる実施形態において、そのような装置は、その他の揚力体に設置してもよい。例えば、図８は、ヘリコプターの回転翼羽根に相当しうる、かつ、該回転翼羽根の対向する表面上に設置されている２つの展開可能な装置８２０を含みうる外部流体８１０を示す。展開可能な装置８２０の各々は、第１構成部品８２４と第２構成部品８２５とを含むことができる。図示のために、第１構成部品８２４および第２構成部品８２５は、図２を参照しつつ上で説明したものと概ね同様であるが、その他の実施形態では、これらの構成部品は、上で説明した上述の構成のいずれかを有することができる。展開可能な装置８２０は、揚力を高めたり、輸送手段制御を提供するというよりむしろ、回転翼雑音を低減するよう作用することができる。

またさらなる実施形態において、図１〜図８を参照しつつ上で説明したものと概ね同様の装置をさらなる外部流体に適用可能である。一実施例において、そのような装置は、ボディ上に配置され、かつ、該ボディの形状を「変形させる」よう展開されてもよい。別の実施例において、そのような装置は、外部気流に晒されているその他の輸送手段に設置可能である。またさらなる実施形態において、そのような装置は、空気以外の流体流の流れに浸っている潜水艦、船体および／またはその他の表面上に設置可能である。

いくつかの上述の実施形態のうちのいずれかに係る展開可能な装置の１つの特徴は、装置の動き範囲の少なくとも一部にわたって、隣接する流れにより装置に印加される力が、装置を駆動している対応するアクチュエータが必要とする負荷を低減するよう作用するように、装置を構成可能であるということである。これは、装置が展開する際に、外部流により印加される負荷がアクチュエータに必要とされる負荷を典型的に増大させる、典型的な従来の展開可能な装置とは異なる。ここに開示する代表的な実施形態を参照しつつ上で説明した上述の特徴の利点は、展開可能な装置を駆動するアクチュエータの大きさおよび電力要件を低減可能であるということである。この結果、アクチュエータは、より容易に周辺構造物と一体化することができ、かつ、アクチュエータが連結されている装置の展開時の消費電力が削減できる。これに加えて、アクチュエータは、同様の大きさの装置の駆動に用いられる従来のアクチュエータより軽量化でき、よって、航空機全体の重量を低減し、かつ／または、航空機の動作効率を高めることができる。

上記から、例示のために特定の実施形態をここに説明したが、その他の実施形態においてさまざまな変更を行ってもよいことは理解される。例えば、上述の実施形態の多くとの関連で回転式アクチュエータを取り上げたが、その他の実施形態では、その他の種類のアクチュエータ（例えば、直線アクチュエータ）を用いることができる。例えば、図４Ｂにおいて描写した種類の直線アクチュエータは、該直線アクチュエータが並進構成部品２２５の非直線移動に対応するよう旋回可能に装着されていれば、図２の実施形態における回転式アクチュエータの代わりに用いることができる。

さらに、上で取り上げたさまざまな構成部品の相対的な大きさ、および、上で取り上げた連結部の位置は、選択された結果（例えば、選択された最大展開角度および／または平衡角度）を生みだすために選択および／または調節可能である。

ある特定の実施形態との関連で説明したある側面は、その他の実施形態において組み合わせるか、または、排除してもよい。例えば、ある特定の展開可能な装置は、複数の要素の第１構成部品および単一の第２構成部品ではなく、複数の要素の第２構成部品および単一の第１構成部品を含むことができる。別の実施例において、図４Ａにおいて示した弾性構成要素４３３は、図４Ｂにおいて示した湾曲した案内経路４３０が可能であるのと同様に、その他の代表的な装置に適用可能である。

上述の実施形態のいずれにおいても、特定の設計要件に基づいて、相対的な大きさ、位置および連結部配置構成を選択可能である。さらに、ある実施形態に関連付けられた利点は、それら実施形態との関連で説明したが、その他の実施形態もまたそのような利点を示すことがあり、かつ、すべての実施形態が必ずしもそのような利点を示す必要はない。よって、本開示は、上で図示も説明もされていないその他の実施形態を含むことができる。

１００全体システム
１０１胴体
１０２水平安定板
１０３垂直安定板
１０５航空機
１１０翼
１１１前縁
１１２後縁
１２０空気力学的装置
１２１後縁装置
１２２小型後縁装置
１２３前縁装置
２１０外部流体
２１６外部流
２１７露出表面
２２０展開可能な装置
２２４第１構成部品
２２５第２構成部品
２２６ａ第１地点
２２６ｂ第２地点
２２６ｃ第３地点
２２７蝶番接合部
２２８第２蝶番接合部
２２９並進連結部
２３０案内経路
２３１止め具
２３２動き経路
２５０アクチュエータ装置
２５１回転式アクチュエータ
２５２取り付け点
４３０湾曲した案内経路
４３３弾性構成要素
４５１アクチュエータ
５２０展開可能な装置
５２４第１構成部品
５２５第２構成部品
５２７第１蝶番接合部
５２８第２蝶番接合部
５２９並進連結部
５３０案内経路
５３１止め具
５３４棒
５５０アクチュエータ装置
５５１回転式アクチュエータ
６２０展開可能な装置
６３５パネル
７２０展開可能な装置
７２４第１構成部品
７２５第２構成部品
７２７蝶番接合部
７２８第２蝶番接合部
７２９並進連結部
７３０案内経路
７３５パネル
７３６第１蝶番線
７３７第２蝶番線
７５１回転式アクチュエータ
８１０外部流体
８２０展開可能な装置
８２４第１構成部品
８２５第２構成部品

Claims

外部流体と、
外部流体により支持された、外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、外部流体に旋回可能に連結されている第１パネルと、外部流体に移動可能に連結され、かつ、第１パネルに旋回可能に連結されている第２パネルとを含む流体力学的装置と、
外部流体と第１および第２パネルのいずれか一方とに連結されており、かつ、第１および第２動作状態を有するアクチュエータと
を含む外部流システムであって、
流体力学的装置が、アクチュエータが第１動作状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータが第２動作状態にあるときに展開構成となり、流体力学的装置が収納構成にはなく、かつ、外部流体が流体に対して第２パネルが第１パネルを導くような方向に移動するときに、第２パネルが、流体により印加される圧力に晒されている、外部流システム。
アクチュエータが、外部流体と第２パネルとに旋回可能に連結されている直線アクチュエータを含み、直線アクチュエータが、第１動作状態において後退させられ、第２動作状態において伸展させられている、請求項１に記載の外部流システム。
アクチュエータが、外部流体と第１パネルとに連結されている回転式アクチュエータを含み、回転式アクチュエータが、第１動作状態において作動されておらず、第２動作状態において作動されている、請求項１に記載の外部流システム。
外部流体が航空機の揚力体である請求項１に記載の外部流システム。
外部流体が潜水艦または船舶の一部である請求項１に記載の外部流システム。
第２パネルの第１の位置範囲にわたって、アクチュエータにより印加される負荷が増大し、第２パネルの第２の位置範囲にわたって、アクチュエータにより印加される負荷が減少し、第２の位置範囲が、収納構成から展開構成への流体力学的装置の移動中に第１の範囲の後に生じる、請求項１に記載の外部流システム。
外部流体に連結された第２パネルの一部が、収納構成から展開構成への流体力学的装置の移動中に湾曲した案内経路に沿って移動する、請求項１に記載の外部流システム。
展開構成へ向かう流体力学的装置の動きに対抗する弾性構成要素をさらに含む、請求項１に記載の外部流システム。
外部流体と、
外部流体により支持された外部流体に対して移動可能かつ展開可能な流体力学的装置であって、共通軸に沿って旋回可能に外部流体に連結されている第１および第２パネルと、第１パネルと第２パネルとの間に配置されて、外部流体に移動可能に連結されている第３パネルとを含む流体力学的装置と、
第１、第２および第３パネルに取り付けられた作動状態と非作動状態とを有するアクチュエータ装置であって、作動すると、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させるアクチュエータ装置と
を含む外部流システムであって、
流体力学的装置が、アクチュエータ装置が非作動状態にあるときに収納構成となり、アクチュエータ装置が作動状態にあるときに展開構成となる外部流システム。
外部流体が航空機の揚力体である請求項９に記載の外部流システム。
外部流体がヘリコプターの回転翼羽根を含む請求項９に記載の外部流システム。
外部流体が潜水艦または船舶の一部である請求項９に記載の外部流システム。
外部流体に対する第１、第２および第３パネルの角度が、アクチュエータ装置の作動に応じて増大する、請求項９に記載の外部流システム。
展開可能な流体力学的装置の第１および第２パネルを、外部流体に旋回可能に連結することと、
第１回転式アクチュエータを用いて、展開可能な流体力学的装置の第３パネルに第１パネルを連結することと、
第２回転式アクチュエータを用いて、第３パネルに第２パネルを連結することと、
外部流体に第３パネルを移動可能に連結することと
を含む、外部流体に展開可能な流体力学的装置を備えるための方法であって、
第１および第２回転式アクチュエータの作動が、第１および第２パネルを外部流体に対して一方向に回転させ、同時に、第３パネルを外部流体に対して反対方向に回転させて変位させることにより、展開可能な流体力学的装置を展開するよう第１、第２および第３パネルと第１および第２回転式アクチュエータとを配置する方法。
第１回転式アクチュエータが、トルクチューブ装置または形状記憶合金装置である、請求項１４に記載の方法。