JP2013063769A - 航空宇宙機ヨー発生システムおよび関連方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の1つの態様は、第1の部分111と第2の部分112を備えた胴体101を有する航空宇宙機を含み得るヨー発生システムに向けられている。システムは、胴体に連結され、水平面上に概ね延びる可動制御表面142a、142bをさらに含み得る。制御表面は、航空宇宙機が流れ場に位置すると、制御表面が胴体に隣接して流れパターンを引き起こすように位置付けられ得る偏向位置に移動可能であり得る。流れパターンは、胴体の第1の部分111と胴体の第2の部分112との間に圧力差を引き起こすように位置付けられ得る。第1および第2の部分は、航空宇宙機上にヨーイングモーメントRmrを生成するように位置し得る。
【選択図】図1
Description
航空機は概ね、一定の方向安定性および制御特性を有することが求められる。これらの特性を達成するために、航空機は概ね垂直安定板および方向舵を有する。大型の複数エンジン航空機の垂直安定板のサイズ、方向舵(単数、複数)のサイズ、および方向舵アクチュエータのパワー(関連油圧システム(単数、複数)のサイズおよび/または動作圧力を含む)は一定のエンジンアウト可制御性必須条件により決定されることが多い。例えば航空機認可時に、政府機関(例えば、連邦航空局)は、選択状態におけるエンジン不具合に対する地上および飛行中の最低制御速度を決定するように製造業者に求めていることが多い。
本開示は、スポイラ表面を使用して航空宇宙機の胴体の第1の部分と第2の部分との間に圧力差を発生させて、ヨーイングモーメントを引き起こすことを含む、航空宇宙機ヨー発生システムおよび関連方法を記載する。本発明のある実施形態の徹底した理解を提供するように、本発明のいくつかの特定の詳細が以下の説明および図1乃至図7において述べられる。しかしながら、当業者は、本発明がさらなる実施形態を有し、本発明の他の実施形態は下記に記載される特定の特徴のいくつかがなくても実践され得ることを理解するであろう。
き起こして航空宇宙機101上にヨーイングモーメントを生成するように構成される少なくとも1つの制御表面を含む制御装置(単数、複数)140とを含む。図示される実施形態では、胴体110は、第1の側面111と、図1におけるX−Z面(例えば、ロールおよびヨー軸によって定義される胴体に対する垂直平面)に対して第1の側面111に概ね対向する第2の側面113とを含む。第1のウィングセクション120aは胴体110の第1の側面111に隣接して位置し、第2のウィングセクション120bは胴体110の第2の側面113に隣接して位置する。
は尚、推力Tを生成している。推力Tは航空宇宙機101のc.g.から側方に幾分離れて位置するので、推力Tは航空宇宙機101上に推力ヨーイングモーメントYmtを引き起こす。共に流れ体102に連結される上部方向舵表面141aおよび下部方向舵表面141bは偏向されていて、航空宇宙機101のc.g.後方に方向舵横力Srを引き起こし、それにより概ね推力ヨーイングモーメントYmtに対向する方向舵ヨーイングモーメントYmrを生成する。
答して、またはその両方に応答して、偏向位置に移動され得る。他の実施形態では、第1および/または第2の制御表面142a、142bは、飛行制御システム130により自動的に制御されるだけで、選択状態時においてのみ(例えば、航空宇宙機が選択対気速度範囲で動作していて、飛行中および/または地上にあるときの非対称推力状態時においてのみ)動作する。さらに他の実施形態では、第1および第2の制御表面142a、142bは、インセプタ131による操作者入力を介してのみ偏向位置へ移動される。
/または偏向位置を有し得る。例えば、図5は図3に示すシステム100の一部の等角図であり、第1の制御表面142aは第2の偏向位置(例えば、図4に示されるものより大きな偏向を有する偏向位置)にあり、第2の制御表面142bは第2の選択位置(例えば、非収縮または揃っていない位置)にある。図6は、線6−6に沿った図5に示されるシステム100の一部の部分的概略断面図である。図7は、線7−7に沿った図5に示されるシステム100の一部の部分的概略断面図である。第2の偏向位置では、第1の制御表面142aは第1のウィングセクション120aに対して第1の量144aだけ偏向される(図6)。第2の選択位置では、第2の制御表面142bは第2のウィングセクション120bに対して第2の量144bだけ偏向される(図7)。第2の制御表面142bが第2の選択位置にあり、第1の制御表面142aが第2の偏向位置ある状態で、第1の制御表面142aはやはり胴体110に隣接する流れパターンを引き起こし、圧力差を引き起こす。延いては、圧力差は航空宇宙機101上にヨーイングモーメントを生成する。
)時において、または種々のシステム故障に関して方向制御を提供し得る。サイズを低減するか、または種々の安定性表面または制御装置を無くすことにより、航空機重量および抗力が低減され、作業コストの節約を提供し得る。
揃えられる。第1および第2の制御表面1042a、1042bは胴体に対して対称的に位置付けられるので、流れ場Fにより引き起こされる流れ線1060は、胴体1010および流れ体1002(例えば、垂直尾翼)に隣接した流れパターンが少なくともおおよそX−Z面に対して対称的であることを示す。
Claims (25)
- ヨー発生システムであって、
第1の部分と第2の部分を備える胴体を有する航空宇宙機と、
胴体に連結されて概ね水平面上に延びる可動制御表面であって、該制御表面は、航空宇宙機が流れ場に位置すると、胴体に隣接した流れパターンを引き起こすように位置付けられる偏向位置に移動可能であり、流れパターンは胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こすように位置付けられ、第1および第2の部分は、圧力差が航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように位置する、可動制御表面と、
を具備する、ヨー発生システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、胴体に連結されるウィングセクションをさらに具備し、制御表面はウィングセクションに連結される、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、ヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントを含み、制御表面は胴体の第2の側面に対向する胴体の第1の側面に隣接して位置する第1のスポイラ表面を含み、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間の圧力差が、第1のヨーイングモーメントを生成する横力を引き起こし、横力は胴体から外側に向かって胴体の第2の側面から離れて延びる方向を有し、該システムは、
胴体に連結された第1のウィングセクションであって、第1のスポイラ表面がウィングセクションに連結される、第1のウィングセクションと、
胴体に隣接して位置し、概ね胴体に対して第1のウィングセクションに対向して位置付けられる第2のウィングセクションと、
第2のウィングセクションに連結される第2の可動スポイラ表面であって、第1および第2のスポイラ表面は、少なくともおおよそ胴体に対して水平面上に対称的に位置しており、第2のスポイラ表面は、第1の制御表面が偏向位置に置かれた際に選択位置に位置付け可能である、第2の可動スポイラ表面と、
1つ以上の選択動作状態において非対称推力状態が航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを引き起こす際に、制御表面を偏向位置に移動させるように制御表面に操作的に連結された機械的飛行制御システムおよび電子的飛行制御システムのうちの少なくとも1つであって、第1のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ第2のヨーイングモーメントに対向する、機械的飛行制御システムと電子的飛行制御システムのうちの少なくとも1つと、
胴体に連結された垂直安定板であって、該垂直安定板は第3のヨーイングモーメントを生成するように移動可能である方向舵表面を有し、第3のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ第2のヨーイングモーメントに対向する、垂直安定板と、
をさらに具備する、システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、制御表面は胴体の第2の側面に対向した胴体の第1の側面に隣接して位置し、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間の圧力差がヨーイングモーメントを生成する横力を引き起こし、横力は胴体から外側に向かって胴体の第2の側面から離れて延びる方向を有する、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、制御表面に対するコマンドを決定するようにプログラミングされたコンピュータを有する電子的飛行制御システムをさらに具備し、電子的飛行制御表面は、コマンドに応答して1つ以上の選択動作状態において偏向位置に制御表面を移動させるように制御表面に操作的に連結される、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、胴体に隣接した流れパターンは第1の流れパターンを含み、圧力差は第1の圧力差を含み、ヨーイングモーメントは第1のヨーイングモー
メントを含み、システムは第1の部分と第2の部分とを有する流れ体をさらに具備し、偏向位置にある制御表面は、航空宇宙機が流れ場に位置すると、流れ体に隣接する第2の流れパターンを引き起こすように位置付けられ、第2の流れパターンは流れ体の第1の部分と流れ体の第2の部分との間に第2の圧力差を引き起こすように位置付けられ、流れ体の第1および第2の部分は、第2の圧力差が第1のヨーイングモーメントと同じ方向に、航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを生成するように位置する、システム。 - 請求項1に記載のシステムであって、偏向位置にある制御表面は、胴体に隣接した流れパターンを引き起こし、航空宇宙機が1つ以上の選択動作状態において流れ場に位置すると、航空宇宙機上に少なくともおおよそバランスの取れたネットローリングモーメントを引き起こしつつ、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こすように位置付けられる、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、制御表面は第1の制御表面を含み、システムは、胴体に連結されて概ね水平面上に延びる第2の可動制御表面をさらに具備し、第1および第2の制御表面は少なくともおおよそ胴体に対して対称的に位置し、第2の制御表面は第1の制御表面が偏向位置に置かれた場合、選択位置に位置付け可能である、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、ヨーイングモーメントは航空宇宙機上の第1のヨーイングモーメントを含み、偏向位置にある制御表面は航空宇宙機上の第2のヨーイングモーメントを生成する流体抵抗を引き起こすように位置付けられ、第2のヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントより小さい、システム。
- 請求項1に記載のシステムであって、可動制御表面は第1の制御表面を含み、圧力差は第1の圧力差を含み、胴体は第3の部分と第4の部分と第1の側面と第1の側面に対向する第2の側面とを含み、該システムは、
胴体に連結され、収納位置と偏向位置との間で移動可能である第2の制御表面であって、収納位置では第2の制御表面は概ね胴体の表面に揃えられ、偏向位置では第2の制御表面は胴体の第1の側面から外側に向かって胴体の第2の側面から離れて延び、航空宇宙機が流れ場に位置すると、胴体に隣接した流れパターンを引き起こすように位置付けられ、流れパターンは胴体の第3の部分と胴体の第4の部分との間に第2の圧力差を引き起こすように位置付けられ、胴体の第3および第4の部分は第2の圧力差が航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように位置する、第2の制御表面をさらに具備する、システム。 - ヨー発生システムを作る方法であって、該方法は、
航空宇宙機の胴体に隣接して可動制御表面を位置させ、胴体は第1の部分と第2の部分とを有する工程と、
可動制御表面を胴体に連結する工程であって、制御表面は概ね水平面上に延び、偏向位置に移動可能であり、偏向位置において、航空宇宙機が流れ場に位置すると、制御表面は流れパターンを引き起こすように位置付けられ、流れパターンは胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こすように位置し、胴体の第1および第2の部分は圧力差が航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように位置する工程と、
を含む、方法。 - 請求項11に記載の方法であって、
可動制御表面を連結する工程は、第1のスポイラ表面を第1のウィングセクションに連結する工程と、第1のウィングセクションを胴体の第2の側面に対向する胴体の第1の側面に連結する工程とを含み、
流れパターンが圧力差を引き起こすように位置する工程は、流れパターンが胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こし、横力を引き起こすように位置し、横力はヨーイングモーメントを生成し、横力は胴体から外側に向かって胴体の第2の側面から離れて延びる方向を有し、ヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントを含む工程を含み、該方法は、
胴体に対して第1のウィングセクションと概ね対向して、第2のウィングセクションを胴体に連結する工程と、
第2のスポイラ表面を第2のウィングセクションに連結する工程であって、第1および第2のスポイラ表面は、少なくともおおよそ胴体に対して水平面上に対称的に位置し、第2のスポイラ表面は第1の制御表面が偏向位置に置かれると、選択位置に位置付け可能である工程と、
非対称推力状態が航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを引き起こす場合、偏向位置に制御表面を移動させるように制御システムを構成する工程であって、第1のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ第2のヨーイングモーメントに対向する工程と、
航空宇宙機上に第3のヨーイングモーメントを引き起こすように方向舵を位置付けする工程であって、第3のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ第2のヨーイングモーメントに対向する工程と、
をさらに含む、方法。 - 請求項11に記載の方法であって、偏向位置において、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こし、航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように位置する流れパターンを引き起こすように、制御表面が位置付けされる工程は、第1の流れパターンを引き起こして第1の圧力差を引き起こし、第1のヨーイングモーメントを生成し、かつ流れ体に隣接した第2の流れパターンを引き起こして流れ体の第1の部分と流れ体の第2の部分との間に第2の圧力差を引き起こし、第1のヨーイングと同じ方向に航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを生成するように、制御表面が位置付けられる工程を含む、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、偏向位置において、航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように制御表面が位置付けられる工程は、偏向位置において、航空宇宙機上に第1のヨーイングモーメントを生成するように制御表面が位置付けられる工程を含み、該方法は、方向舵表面が航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを引き起こすように位置付けられる場合、制御表面を偏向位置に移動させるように制御システムを構成し、第1のヨーイングモーメントと第2のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ同じ方向である工程をさらに含む、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、該方法は制御表面に対するコマンドを決定するようにプログラミングされたコンピュータを有する電子的飛行制御システムを制御表面に操作的に連結し、電子的飛行制御システムはコマンドに応答して1つ以上の選択動作状態において偏向位置に制御表面を移動させるように構成される工程をさらに含む、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、該方法は、航空宇宙機が1つ以上の選択動作状態において流れ場に位置すると、航空宇宙機上に少なくともおおよそバランスの取れたネットローリングモーメントを引き起こしつつ、圧力差を引き起こすように制御表面を構成する工程をさらに含む、方法。
- 請求項11に記載の方法であって、可動制御表面を連結する工程は、第1の可動制御表面を第1のウィングセクションに連結する工程と、第1のウィングセクションを胴体に連結する工程とを含み、該方法は、
概ね胴体に対して第1のウィングセクションに対向して第2のウィングセクションを胴体に連結する工程と、
第2の可動制御表面を第2のウィングセクションに連結し、第1および第2の制御表面は、少なくともおおよそ胴体に対して水平面上に対称的に位置し、第1の制御表面が偏向位置に置かれた場合、第2の制御表面は選択位置に位置付け可能である工程と、
をさらに含む方法。 - 請求項11に記載の方法であって、偏向位置にある制御表面が航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成するように位置付けられる工程は、偏向位置にある制御表面が第1のヨーイングモーメントを引き起こすように位置付けられる工程を含み、偏向位置にある制御表面は、航空宇宙機上に第2のヨーイングモーメントを生成する流体抵抗を引き起こすように構成され、第2のヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントよりも小さい、方法。
- ヨーイングモーメントを引き起こす方法であって、該方法は、
流れ場に航空宇宙機を置く工程と、
制御表面を偏向位置に位置付けて、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こす工程であって、圧力差は航空宇宙機上にヨーイングモーメントを生成し、制御表面は胴体に連結され、かつ(a)概ね水平面上に延びるか、(b)第2の制御表面が胴体の表面に概ね揃えられる収納位置と、制御表面が胴体の第1の側面から外側に向かって第1の側面に対向した胴体の第2の側面から離れて延びる偏向位置との間で移動可能であるか、または(c)(a)と(b)の両方である工程と、
を含む、方法。 - 請求項19に記載の方法であって、偏向位置に制御表面を位置付ける工程は、飛行制御コンピュータからのコマンドに応答して偏向位置にスポイラ表面を位置付け、胴体の第1の部分と胴体の第2の部分との間に圧力差を引き起こし、スポイラ表面は胴体の第2の側面に対向する胴体の第1の側面に隣接して位置し、ウィングセクションを介して胴体に連結され、圧力差は第1のヨーイングモーメントを生成するように胴体から外側に向かって胴体の第2の側面から離れて延びる方向を有する横力を引き起こし、第1のヨーイングモーメントは航空宇宙機上の非対称推力状態により引き起こされる第2のヨーイングモーメントに少なくともおおよそ対向する工程を含み、該方法は、
第3のヨーイングモーメントを航空宇宙機上に引き起こすように方向舵表面を位置付けて、第3のヨーイングモーメントは少なくともおおよそ第2のヨーイングモーメントに対向する工程を
さらに含む、方法。 - 請求項19に記載の方法であって、偏向位置に制御表面を位置付ける工程は、制御表面を偏向位置に位置付けて、第1の圧力差を引き起こし、第1のヨーイングモーメントを生成し、かつ流れ体の第1の部分と流れ体の第2の部分との間に第2の圧力差を引き起こし、第1のヨーイングモーメントと同じ方向に第2のヨーイングモーメントを生成する工程を含む、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、第2の制御表面を選択位置に移動させ、第2の制御表面は胴体に連結されて概ね水平面上に延び、第1及び第2の制御表面は、少なくともおおよそ胴体に対して水平面上に対称的に位置する工程をさらに含む、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、該方法は、コンピュータを使用して、いつ制御表面を偏向位置に位置付けるべきかと、偏向位置に関連付けられた制御偏向量と、制御表面が偏向位置に留まる時間量とのうちの少なくとも1つを、動作状態に基づいて決定する工程をさらに含む、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、制御表面を偏向位置に位置付ける工程は、制御表面を偏向位置に位置付けて、圧力差を引き起こし、航空機が1つ以上の選択動作状態において流れ場に置かれると、航空宇宙機上に少なくともおおよそバランスの取れたネットローリングモーメントを引き起こしつつ、ヨーイングモーメントを生成する工程を含む、方法。
- 請求項19に記載の方法であって、ヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントであり、制御表面を位置付ける工程は、第2のヨーイングモーメントを生成する流体抵抗を引き起こし、第2のヨーイングモーメントは第1のヨーイングモーメントよりも小さい工程を含む、方法。
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