JP2012504519A - 飛行機の翼に配置された前方フラップ - Google Patents

Abstract

飛行機の翼に配置された前縁スラット。翼は上面殻（２１）、下面殻（２２）及び側面前縁（２３）を有する主翼（２４）を備え、前縁スラット（１２）は主翼（２４）の前面に配置され、前縁スラット（１２）は前方に配向される側面前縁（１０）及び後方に配向され、かつ主翼（２４）に対向する後縁（１１）を有し、前縁スラット（１２）が後退した巡航設定（Ｉ）から拡張可能であり、この後退した巡航設定（Ｉ）においては前記前縁スラット（１２）が主翼（２４）の前面と接触して平坦状をなすよう配置されるとともに巡航に適した形状を形成するよう主翼（２４）の側面形状を補完し、前縁スラット（１２）が拡張されると翼の側面の湾曲及び長さが翼弦方向に増加されるため揚力が増加され、前縁スラット（１２）が第１の部分的に拡張した設定（ＩＩ）にある場合は前縁スラット（１２）の後縁（１１）が主翼（２４）と接触して平坦状をなすよう配置され、前縁スラット（１２）が第２のさらに拡張した設定（ＩＩＩ）にある場合は前縁スラット（１２）の後縁（１１）が主翼２４の側面前縁（２３）から離間して配置されるため間隙（１４）が形成開けらされ、間隙（１４）が前縁スラット（１２）の下面から主翼（２４）の上面（２１）に高エネルギーの空気を供給する。前縁スラット（１２）は本体（６）と、主翼（２４）に対向する後縁部（２）とを有し、後縁部（２）は前記前縁スラット（１２）の幅方向を基準として本体（６）に対して屈曲され、後縁部（２）に前縁スラット（１２）の後縁（１１）が配置され、前縁スラット（１２）の後縁（１１）と主翼（２４）の側面前縁（２３）とを接触させるために接触力をもたらす機構（４，８，９）が配置される。

Description

本発明は、飛行機の翼に配置される前縁スラットに関する。

空気力学的に効果的な翼の揚力を向上させるための高揚力コンポーネントは数多く知られている。これらのコンポーネントは、翼側面の翼弦方向における湾曲及び／又は長さを増加させることにより、翼の揚力を向上させている。高揚力コンポーネントは、流れ方向を基準にして翼側面の前面に配置され、主翼の前面に切れ目なく連結される前縁フラップとは区別される。前縁スラットにおいては、少なくとも拡張した状態にある場合は、前縁スラットの後縁と主翼の前縁との間に間隙が存在する。この間隙を通じて、高エネルギーの空気、つまり高速で流れる空気が前縁スラットの下面から主翼の上面に供給される。その結果、揚力がさらに増加する。

前縁スラットとして形成される高揚力コンポーネントは、離陸重量の重い最新型の旅客機及び貨物機の揚力を向上させるために用いられる。構造が最も単純であるため好まれている運動システムである前縁スラットは、拡張時に、主翼の前方領域の下方に位置する回転軸を基準とした円軌道上を移動する。後退した巡航設定においては、前縁スラットは主翼の前面に接触して平坦状をなし、巡航に適した形状を形成するべく主翼の側面形状を補完する。揚力を上げるために、前縁スラットは前述の回転軸を基準にして枢動し、全体の翼側面の湾曲及び長さを翼弦方向に増加させながら拡張する。この円弧運動により、前縁スラットの拡張につれて、前縁スラットの後縁と主翼の前縁領域における翼側面との間に徐々に間隙が形成される。この間隙は、前縁スラットの下面から主翼の上面へ高エネルギーの空気を供給する。この間隙は、揚力を向上させ、境界層剥離を遅らせるので、着陸態勢時においては好ましい。しかし、離陸時においては、空気抵抗をもたらすため好ましくない。したがって、第１の部分的に拡張した設定においては後縁が主翼に接触して平坦状をなすため離陸に適し、第２のさらに拡張した設定においては着陸に適するような制御運動をなす前縁スラットの製造が試みられている。この第２のさらに拡張した設定においては、前縁スラットの後縁が、主翼の側面前縁の領域において主翼の表面殻から離間して配置されるため、前縁スラットの下面から主翼の上面に高エネルギーの空気を供給する間隙が開けられる。

特許文献１乃至３には、高揚力をもたらす前縁スラットが開示されている。これらの前縁スラットは、後退位置、離陸位置、及び中間位置にある場合には前縁スラットと主翼との間に間隙が開かない。間隙が継続的に開くのは、前縁スラットがさらに拡張して着陸体勢になった場合のみである。上記構成は、運動要素を追加することや、主翼の前縁側面形状を、前縁スラットの後縁の湾曲した軌道に適合させること（特許文献２の場合）によりもたらされる。しかし、運動要素の追加は重量を増加させてしまうし、主翼の前縁を適合させると、間隙の形状が空力学的に好ましくないものになってしまう。

さらに、特許文献４には、弓状レールを用いて主翼から拡張される前縁スラットが開示されている。この前縁スラットは、レールに対して小さい角度で回転する。またこの前縁スラットにはリーフスプリング構造がレールに対して設けられており、空力が所定値を超えた場合に前縁スラットと主翼の間の間隙が広められる。後方を向き主翼に対向する後縁は、バネの力に対して前方及び上方にずらされている。前縁スラット自体の側面構造は硬質であり、変化しない。

米国特許第４、３９９、９７０号明細書 米国特許第５、８３９、６９９号明細書 米国特許第６、６８２、０２３号明細書 米国特許第４、７５３、４０２号明細書

本発明の目的は、構成部品が少なく構造が単純であると同時に、空力的効率の良い前縁スラットを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有する、飛行機の翼に配置される前縁スラットにより達成される。本発明による前縁スラットの他の実施形態は従属する請求項に記載される。

本発明の一実施形態は飛行機の翼に配置された前縁スラットに関し、翼は上面殻、下面殻及び側面前縁を有する主翼を備え、前縁スラットは主翼の前面に配置され、前縁スラットは前方に配向される側面前縁及び後方に配向され、かつ主翼に対向する後縁を有し、前縁スラットは後退した巡航設定から拡張可能であり、後退した巡航設定においては前縁スラットが主翼の前面と接触して平坦状をなすよう配置されるとともに巡航に適した形状を形成するよう主翼の側面形状を補完し、前縁スラットが拡張されると翼の側面の湾曲及び長さが翼弦方向に増加されるため揚力が増加され、前縁スラットは第２のさらに拡張した設定（通常の場合は複数の設定）にある場合は前縁スラットの後縁が主翼２４の側面前縁から離間して配置されるため間隙が開けられ、この間隙は前縁スラットの下面から主翼の上面に高エネルギーの空気を供給し、前縁スラットは本体と、主翼に対向する後縁部とを有し、この後縁部は前縁スラットの幅方向を基準として本体に対して屈曲され、後縁部に前縁スラットの後縁が配置され、前縁スラットの後縁と主翼の側面前縁とを接触させるために、前縁スラットが後退設定もしくは部分的に拡張した設定にあるときに接触力をもたらす機構が配置される。

本発明の一実施形態においては、後縁部は継ぎ目を介して前縁スラットの本体に接合されて、後縁部が前縁スラットの幅方向を基準として本体に対して柔軟に屈曲される。

本発明の一実施形態においては、継ぎ目は屈曲に対して弾性を有する要素により形成される。
本発明の一実施形態においては、屈曲に対して弾性を有する要素が、前縁スラットの上面を形成する外殻に配置される。

本発明の一実施形態においては、接触力をもたらす機構が後縁部の下面を前縁スラットの本体に接合するよう配置される。
本発明の一実施形態においては、接触力をもたらす機構は弾性要素により形成される
この弾性要素は並進に対して弾性を有する要素であってもよい。
本発明の別の実施形態による前縁スラットにおいては、接触力をもたらす機構がアクチュエータにより形成される。

本発明の別の実施形態による前縁スラットにおいては、屈曲に対して弾性を有する要素が後縁部自体により形成され、少なくとも前縁スラットの本体に近接する領域が弾性及び可撓性を有する材料により形成される。

本発明の一実施形態においては、継ぎ目を形成する、屈曲に対して弾性を有する要素が前縁スラットの全幅長にわたって延びる。
本発明の一実施形態においては、接触力をもたらす機構を形成する、並進に対して弾性を有する要素が前縁スラットの全幅長にわたって延びる。

本発明の一実施形態においては、アクチュエータが形状記憶アクチュエータ又は圧電アクチュエータにより形成される。
本発明の一実施形態においては、アクチュエータが制御のために制御装置に連結され、前縁スラットが部分的に拡張した設定にある場合、可能な最大揚力係数を増加させるべく主翼の上面に空気を供給する間隙を開けるために、前縁スラットの後縁が主翼から任意で持ち上げられるべく同制御装置がアクチュエータを制御する。

本発明の別の実施形態による前縁スラットにおいては、前縁スラットの本体に対する後縁部の屈曲を制限するためにストップ要素が配置されている。
このストップ要素は接触力をもたらす要素に配置してもよい。
本発明の実施形態を、図面を参照して以下に説明する。

飛行機の翼に配置された、本発明の一実施形態による前縁スラットを示す概略断面図。 本発明の一実施形態による前縁スラットを示す拡大断面図。 本発明の一実施形態による前縁スラットを示す拡大断面図。 本発明の一実施形態による前縁スラットを示す拡大断面図。 本発明のさらに別の実施形態による前縁スラットの一部を示す拡大図。 飛行機の翼に配置された、従来の前縁スラットを示す概略断面図。

図１に、飛行機の翼に配置された前縁スラット１２を示す。この翼は、上面殻２１、下面殻２２、及び側面前縁２３を有する主翼２４を備える。翼桁２６が、主翼２４の構造的負荷を支える内部コンポーネントとして配置されている。前縁スラット１２は主翼２４の前面に配置され、前方に配向される側面前縁１０と、後方に配向され、かつ主翼２４に対向する後縁１１とを有する。

前縁スラット１２は、後退された巡航設定Ｉから拡張可能である。巡航設定Ｉにおいては、前縁スラット１２は主翼２４の前面と接触して平坦状をなすよう配置され、巡航速度での飛行に適した形状を形成するように主翼２４の側面形状を補完している。拡張により、翼側面の湾曲及び長さが翼弦方向に増加するため、揚力を増加させることができる。第１の、部分的に拡張した設定ＩＩにおいては、前縁スラット１２の後縁１１が主翼２４と接触して平坦状をなすよう前縁スラット１２が配置される。この設定は、離陸時に適した翼側面構造をもたらすので、離陸設定とも称される。

第２の、さらに拡張した設定ＩＩＩにおいては、前縁スラット１２の後縁１１が主翼２４の側面前縁２３から離間して配置されるため、間隙１４が形成されている。この間隙１４により、高エネルギーの空気、すなわち流速の速い空気が、前縁スラット１２の下面から主翼２４の上面に供給される。この設定は着陸体勢において揚力を強力に増加することができるため、着陸体勢設定とも称される。図においては、単一の、部分的に拡張した設定ＩＩが「第１の」拡張設定として示され、単一の、さらに拡張した設定ＩＩＩが「第２の」拡張設定として示されている。しかし、前縁スラット１２が完全に後退されて主翼２４の前面に接触して平坦状をなすよう配置される巡航設定Ｉと、前縁スラット１２の後縁１１が側面前縁２３に接触して主翼２４と平坦状をなすよう配置される第１の拡張設定ＩＩとの間には、多くの設定を設けることができる。また、設定ＩＩと、間隙１４が開けられる設定ＩＩＩとの間にも多くの設定を設けることができる。前縁スラット１２は巡航設定Ｉから設定ＩＩＩ、すなわち完全に拡張した設定に連続的に拡張し得る。

図１、さらに具体的には拡大図である図２、３Ａ及び３Ｂに示すように、前縁スラット１２は、本体６、及び主翼２４に対向する後縁部２を備える。後縁部２は、前縁スラット１２の翼幅方向を基準にして柔軟に曲げることができる。つまり、本体６に対して、翼の前縁にほぼ平行する方向又は軸を基準としてその周囲方向に湾曲させることができる。

前縁スラット１２の後縁１１は主翼２４に対向し、後縁部２の末端に設けられる。後縁部２が翼幅方向を基準として柔軟に湾曲され得るので、前縁スラット１２が巡航設定Ｉから部分的に拡張した設定ＩＩへ拡張する際に、後縁１１が主翼２４の前側領域の輪郭をたどることでき、図１に示すように主翼２４に接触して平坦状をなすように配置され得る。後縁１１が主翼２４の前側領域すなわち側面前縁２３の輪郭を所望の様態にてたどり得るようにするために、接触力をもたらす機構が設けられる。したがって、前縁スラット１２が後退設定もしくは部分的に拡張するように設定されているときには、前縁スラット１２の後縁１１は主翼２４と接触して平坦状をなすよう配置され、間隙１４は存在しない。

図２に示す実施形態においては、屈曲に対して弾性を有する要素３が、前縁スラット１２の上面を形成する外殻１に配置される。この要素３は継ぎ目として機能する。図２に示す実施形態において、前縁スラット１２の下面には並進に対して弾性を有する要素４が配置される。この要素４の、前縁スラット１２の下面殻又は後面殻に平行する方向における長さは、弾性力又はバネの力により可変である。要素４の弾性剛性は、設定Ｉと設定ＩＩの間の所望領域において、後縁１１が主翼２４の側面前縁２３と接触して平坦状をなすよう配置可能であるように設定される。これにより、後縁部２に空力的負荷がかけられた場合、すなわち翼の上面と下面とで圧力が異なる場合でも間隙１４が存在しない。並進に対して弾性を有する要素４は、屈曲に対して弾性を有する要素３の弾性剛性を適宜考慮して構成される。

図１に示すように前縁スラット１２が設定ＩＩから設定ＩＩＩの方向にさらに拡張すると、間隙１４が継続的に増大し、後縁１１が主翼２４の側面前縁２３と接して平坦状をなすよう配置されなくなる。部分拡大図である図４に示されるようなストップ要素を配置してもよいし、さらに／もしくは、弾性要素３及び４の剛性を適宜に設定してもよい。巡航設定においては、並進に対して弾性を有する要素４にかかる負荷が大きいため、後縁１１が確実に主翼２４と接触して平坦状をなすよう配置される。つまり、図１に示されるように、主翼２４の側面前縁２３から上面殻２１への移行領域において主翼２４と接触して平坦状をなす。巡航設定Ｉから離陸設定ＩＩへ前縁スラット１２が拡張する間、並進に対して弾性を有する要素４の長さが短くなる。これは、前縁スラット１２の拡張につれて、後縁部２が側面前縁２３の方向に徐々に曲げられるからである。

比較のため、図１に似た概略図である図５に硬質の後縁コンポーネントを有する前縁スラット１２を示す。この図に示されるように、前縁スラット１２の拡張時において、前縁スラット１２と側面前縁２３の間に間隙１４が継続的に存在している。これは、前縁スラット１２が拡張する軌道であり一般的には円軌道である軌道の半径が、側面前縁２３の対応領域の湾曲の半径よりも大きいためである。

接触力をもたらす機構を形成する、屈曲に対して弾性を有する要素は、後縁部２自体として形成してもよい。この場合、後縁部２が、少なくとも前縁スラット１２の本体６に隣接する領域である移行領域９において、適宜な復元性を有するとともに弾性及び可撓性を有する材料、つまり適宜な弾性剛性を有する材料により形成される。このような弾性材料を図３Ａに示す（斜線の領域）。

または、接触力をもたらす機構は、図３Ｂに示すように、アクチュエータ８（制御可能なアクチュエータ）として形成してもよい。このようなアクチュエータは適宜な方法にて実施可能であり、例としては、形状記憶合金や圧電アクチュエータの使用が挙げられる。このように構成することにより、間隙１４の大きさを能動的に調整できる。

また、このように構成することにより、離陸設定ＩＩにおいて、飛行機の迎え角が通常である場合は間隙１４を縮小し、迎え角が通常よりも高い場合は間隙１４を閉鎖させることができる。その結果、飛行機の最大有効揚力係数を著しく向上させることができる。そのため、飛行安全及び飛行機設計の向上をもたらし得る。

継ぎ目として機能する、屈曲に対して弾性を有する要素３は、通常の場合、前縁スラット１２の翼幅方向の全長にわたって延びる。この要素３は、バネ鋼からなる連続するバネ要素や、屈曲時に適宜な弾性すなわち可撓性を有する、繊維で補強されたプラスチック等として形成可能である。屈曲に対して弾性を有する要素３は、外殻１と一体をなすよう形成してもよい。つまり、前縁スラット１２の外殻１において本体６から後縁部２へ移行するセクションにおいて可撓性を有する領域として形成してもよい。もしくは、別の部品として形成し、前縁スラット１２の外殻１のこの部分に装着してもよい。外殻１への装着は、接着剤やリベット継手を用いて周知の方法にて行うことができる。要素３の形状及び厚さを適宜に構成することにより、必要な剛性及び強度を供することができる。

並進に対して弾性を有する要素４も、連続するバネ要素として形成可能であり、前縁スラット１２の翼幅のほぼ全長にわたって延びる。要素４は、バネ鋼、又は繊維で補強されたプラスチックから形成可能である。特に好適には、要素４はリーフスプリングの形状に構成可能である。この場合、要素４は、互いの上に重ねられるとともに互いに対して移動可能である複数のリーフを有する。リーフの数及び厚さを適宜に設定することにより、必要な強度及び所望の弾性剛性をもたらすことができる。

図２及び４に示す構成ではなく、屈曲に対して弾性を有する要素３と並進に対して弾性を有する要素４とを入れ替え、要素３を下側に配置し、要素４を上側に配置してもよい。さらに、継ぎ目、つまり本体６に対して後縁部２が柔軟に曲げられる際に基準となる回転軸は、前縁スラット１２の内部の高さの中間位置に配置可能である。もしくは、前縁スラット１２の上面殻と下面殻の間のいずれの位置に配置してもよい。この場合、前縁スラット１２の上面殻及び下面殻の長さが適宜に変更される。具体的には、図３Ａに示す実施形態がこの一例であり、ここでは、本体６と後縁部２との間の移行部９に弾性を有する材料が用いられている。

図４に示されるようなストップ要素は、単独で形成してもよいし、接触力をもたらす機構４，８と一体に形成してもよい。これは、接触力をもたらす機構４，８が弾性要素及びアクチュエータのいずれの場合であっても同様である。

Claims (15)

1. 飛行機の翼に配置された前縁スラットであって、
   前記翼が上面殻（２１）、下面殻（２２）及び側面前縁（２３）を有する主翼（２４）を備え、前記前縁スラット（１２）が主翼（２４）の前面に配置され、前記前縁スラット（１２）が前方に配向される側面前縁（１０）及び後方に配向され、かつ主翼（２４）に対向する後縁（１１）を有し、前記前縁スラット（１２）が後退した巡航設定（Ｉ）から拡張可能であり、同後退した巡航設定（Ｉ）においては前記前縁スラット（１２）が主翼（２４）の前面と接触して平坦状をなすよう配置されるとともに巡航に適した形状を形成するよう主翼（２４）の側面形状を補完し、前記前縁スラット（１２）が拡張されると翼の側面の湾曲及び長さが翼弦方向に増加されるため揚力が増加され、
   前記前縁スラット（１２）が第１の部分的に拡張した設定（ＩＩ）にある場合は前縁スラット（１２）の後縁（１１）が主翼（２４）と接触して平坦状をなすよう配置され、前記前縁スラット（１２）が第２のさらに拡張した設定（ＩＩＩ）にある場合は前縁スラット（１２）の後縁（１１）が主翼（２４）の側面前縁（２３）から離間して配置されるため間隙（１４）が開けられ、同間隙（１４）が前縁スラット（１２）の下面から主翼（２４）の上面（２１）に高エネルギーの空気を供給し、
   前記前縁スラット（１２）が本体（６）と、主翼（２４）に対向する後縁部（２）とを有し、同後縁部（２）が前記前縁スラット（１２）の幅方向を基準として本体（６）に対して屈曲され、後縁部（２）に前縁スラット（１２）の後縁（１１）が配置され、前縁スラット（１２）の後縁（１１）と主翼（２４）の側面前縁（２３）とを接触させるために接触力をもたらす機構（４，８，９）が配置されることを特徴とする前縁スラット。
2. 前記後縁部（２）が継ぎ目（３）を介して前縁スラット（１２）の本体（６）に接合されて、後縁部（２）が前記前縁スラット（１２）の幅方向を基準として本体（６）に対して柔軟に屈曲されることを特徴とする請求項１に記載の前縁スラット。
3. 前記継ぎ目が、屈曲に対して弾性を有する要素（３）により形成されることを特徴とする請求項２に記載の前縁スラット。
4. 前記屈曲に対して弾性を有する要素（３）が、前記前縁スラット（１２）の上面を形成する外殻（１）に配置されることを特徴とする請求項３に記載の前縁スラット。
5. 前記接触力をもたらす機構（４，８）が後縁部（２）の下面を前縁スラット（１２）の本体（６）に接合するよう配置されることを特徴とする請求項４に記載の前縁スラット。
6. 前記接触力をもたらす機構が弾性要素（４）により形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前縁スラット。
7. 前記弾性要素（４）が並進に対して弾性を有する要素であることを特徴とする請求項６に記載の前縁スラット。
8. 前記接触力をもたらす機構がアクチュエータ（８）により形成されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の前縁スラット。
9. 前記屈曲に対して弾性を有する要素が後縁部（２）自体により形成され、少なくとも前縁スラット（１２）の本体（６）に近接する領域（９）が弾性及び可撓性を有する材料により形成されることを特徴とする請求項３に記載の前縁スラット。
10. 前記屈曲に対して弾性を有する要素（３，９）が前縁スラット（１２）の全幅長にわたって延びることを特徴とする請求項３、４及び９のいずれか一項に記載の前縁スラット。
11. 前記並進に対して弾性を有する要素（４）が前縁スラット（１２）の全幅長にわたって延びることを特徴とする請求項６、７及び１０のいずれか一項に記載の前縁スラット。
12. 前記アクチュエータ（８）が形状記憶アクチュエータ又は圧電アクチュエータにより形成されることを特徴とする請求項８に記載の前縁スラット。
13. 前記アクチュエータ（８）が制御のために制御装置に連結され、前縁スラット（１２）が部分的に拡張した設定（ＩＩ）にある場合、可能な最大揚力係数を増加させるべく主翼（２４）の上面に空気を供給する間隙を開けるために、前縁スラットの後縁（１１）が主翼（２４）から任意で持ち上げられるべく前記制御装置がアクチュエータ（８）を制御することを特徴とする請求項８又は１２に記載の前縁スラット。
14. 前記前縁スラット（１２）の本体（６）に対する後縁部（２）の屈曲を制限するためにストップ要素（７）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の前縁スラット。
15. 前記ストップ要素（７）が前記接触力をもたらす要素（４，８）に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の前縁スラット。

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