JP2013216316A - 揚力増大システムおよび関連する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多要素航空機翼の揚力を、航空機翼上の境界層流を制御することによって増加させる方法を提供する。
【解決手段】主翼要素２４と、主翼要素に相互接続されたスラット１２と、主翼要素に相互接続されたフラップ１６と、スラット、主翼要素、およびフラップのそれぞれに規定された複数のポートｍ１〜ｍ３、ｓ１〜ｓ３、ｆ１〜ｆ５とを含む多要素航空機翼２０上で流体流を開始するステップと、スラット、主翼要素、およびフラップの上の境界層流を制御するために、スラット、主翼要素、フラップの各々の少なくとも１つのポートを通る流体流を調整するステップとを含み、調整するステップは、複数のポートを、作動するポートの各々を流体が同時に通って流れるように作動させるように流体手段を作動させるステップを含み、作動させるステップは、スラット、主翼要素、およびフラップのうちの少なくとも１つに関連する複数のポートを作動させるステップを含む。
【選択図】図３

Description

発明の背景
１） 発明の分野
この発明は航空機翼に関し、より特定的には、多要素航空機翼の揚力を、航空機翼上の境界層流を制御することによって増加させるための揚力増大システムに関する。

２） 関連技術の説明
輸送航空機にとって、離陸および着陸性能は２つの主な設計目標である。どの航空機設計も、滑走路長に関連している最大離陸重量に制限される。所与の滑走路長に対し、揚力レベルがより高くなると、最大離陸重量の増加が可能になる。同等に、所与の重量に対し、揚力がより高くなると、失速速度の低下および滑走路長の短縮が可能になる。運行の観点からは、高揚力能力は、より多数の空港へのアクセスをもたらす。要件がより大きな最大積載量についてのものであろうと、より短い滑走路についてのものであろうと、優れた高揚力能力は航空機製造業者らの主要目標である。

所与の航空機重量に対し、翼面積を増加させるかまたは最大揚力係数（Ｃ_Lmax）を増加させることによって失速速度を低減させることが可能である。翼面積の増加は、より高い巡航抗力をもたらすため、望ましくない。したがって、Ｃ_Lmaxの増加がより望ましい。

効率的な高揚力システムは、軍用航空機および商用航空機双方に重要な性能利点を提供する。軍用航空機との関連では、短い滑走路能力を備える軍用輸送が軍事力の世界的到達を効率的に増加させることができるように、遠隔の簡素な場所に着陸する能力が必要とされる。商用輸送については、高揚力システムの経済効果は顕著である。たとえば、Ｃ_Lmaxの増加は固定した接近速度に対する最大積載量容量の増加をもたらし、離陸Ｌ／Ｄの増加は最大積載量の増加または範囲の増加をもたらす。また、一定の迎え角での揚力係数の増加は接近姿勢を低下させて、着陸装置の短縮、すなわち航空機重量の低下をもたらす。

高揚力能力の向上に起因する経済的利点の別の局面は、環境規制に関する。ますます多くの地域社会が空港環境において厳しい騒音制限を実施しており、航空機の運行時間の制限をもたらしている。さらに、許容可能な騒音制限内で運行しない航空機は罰金を課せられ、または或る空港への出入りを禁止されさえする。たとえば、環境規制に準拠するために、航空機の中には、最大積載量の減少、または初期上昇中の離陸速度および離昇速度の低減を強いられるものもあった。しかしながら、搭乗する乗客がより少ない状態では、飛行機の運行はもはや経済的に成り立たなかった。したがって、離陸および着陸性能が向上した航空機を開発しようとする大きな経済的動機が存在する。

空気力学的設計は、流体流が粘性効果によって支配される離陸および着陸条件にとって特に手腕を問われるものである。これらの高揚力条件で粘性流構造を変えるための手法は、効率が向上する可能性の増加により、非常に望ましい。長年にわたり、幅広い範囲の空気力学的用途、たとえば、翼上の流れを変えるための、または境界層剥離を遅らせるためのさまざまな能動および受動システム、アクチュエータ、および機構のために、さまざまな流れ制御方策が開発されてきた。たとえば、サマーズ（Somers）への米国特許第６，９０５，０９２号は、前部および後部翼型要素とそれらの間に位置するスロット領域とを含む層流翼型を開示している。前部および後部翼型要素は、前部翼型要素のほぼ全体の上方の層流とスロット領域における層流とを誘発する。

米国特許第６，９０５，０９２号

現在の航空機は、離陸および着陸中にのみ配備されるシステムを採用することによって、高レベルの揚力を達成している。これらのシステムは通常、可動前縁スラットと１つ以上の後縁フラップとからなる。配備時、翼は多要素構成に変わり、キャンバーおよび翼弦長を効率的に増加させて、揚力の追加をもたらす。多要素高揚力システム上の流れは非常に相互作用的である。たとえば、後縁フラップは、主翼に対する揚力によって生じた吹き下ろしにより、強い影響を受ける。

そのような多要素システムによって達成可能な最大揚力は、強い逆圧力勾配がもたらした粘性効果によって制限される。達成された最大揚力レベルは、スラットおよび主翼前縁の近傍の境界層剥離によって、および、主翼の後縁またはフラップ上の境界層厚の増加または境界層剥離によって制限され得る。揚力も、主翼の後縁またはフラップ上の境界層厚の増加または境界層剥離によって制限され得る。加えて、最大揚力レベルは、スラットまたは主翼からの粘性伴流が、フラップによって生じた高い圧力勾配を通過する際に炸裂することによって制限され得る。この場合、高揚力構成要素の各々の上の境界層は付着され得るが、粘性伴流の急速な広がりが、達成可能な最大揚力を制限する。

したがって、多要素翼の空気力学的性能の向上のために多要素航空機翼上の境界層流を制御可能なシステムを提供することが有利であろう。さらに、幅広い範囲の迎え角および飛行条件に適合可能なシステムを提供することが有利であろう。

発明の簡単な概要
この発明の実施例は、多要素航空機翼の揚力を増加させるためのシステムを提供することにより、上述の要望に対処し、他の利点を達成する。このシステムは、航空機翼上の流体流を調整するために複数のポートおよび流体装置を採用している。そのため、ポートおよび流体装置は、翼上の境界層流を制御して粘性効果を低減させるために、多要素航空機翼上のさまざまな場所に位置していてもよい。複数のポートをいくつかの場所で作動させると、Ｃ_Lの増加とはるかにより流線型の流れとが生じることが、計算の結果わかっている。航空機翼の個々の要素上の重要な場所でポートが作動されると、迎え角の範囲にわたってほぼ非粘性の揚力レベルを得ることができる。

この発明の一実施例では、多要素航空機翼から揚力を生成するためのシステムが提供される。このシステムは、主翼要素に相互接続されたスラットおよびフラップを含む。このシステムはまた、スラット、主翼要素、および／またはフラップに規定された少なくとも１つのポートも含む。加えて、このシステムは、スラット、主翼要素、および／またはフラップの上の境界層流を制御するために、ポートを出入りする流体流を調整するよう動作可能な少なくとも１つの流体装置を含む。

この発明のさまざまな局面では、流体装置は、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、燃焼式アクチュエータ、ダイヤフラム、またはピストンであってもよい。流体装置は、ポートを通る流体流を調節するために、ゼロの純質量流を採用してもよい。流体装置は、それぞれのポートまたは複数のポートを、作動されたポートの各々を流体が同時に通って流れるように作動させてもよい。加えて、流体装置は、スラット、主翼要素、および／またはフラップに関連する１つ以上のポートを作動可能である。ポートは、スラット、主翼要素、および／またはフラップの上面に規定されてもよく、スラットおよび／または主翼要素の後部に規定されてもよい。スラットおよびフラップは、スラットおよびフラップの偏向角度が主翼要素に対して調節されるように、主翼要素に動作可能に相互接続されてもよい。

この発明のさらに別の局面は、多要素航空機翼から揚力を生成するための追加のシステムを提供する。このシステムは複数の翼要素（たとえば、スラット、主翼要素、および／またはフラップ）を含み、翼要素の各々は互いに作動的に相互接続されている。翼要素は、１つの翼要素の偏向角度が別の翼要素に対して調節可能であるように相互接続されてもよい。このシステムはまた、翼要素のうちの少なくとも１つに規定された少なくとも１つのポートと、翼要素のうちの少なくとも１つの上の境界層流を制御するために、少なくとも１つのポートを出入りする流体流を調整するよう動作可能な少なくとも１つの流体装置とを含む。

この発明の実施例は、航空機の揚力を増加させるための方法も提供する。この方法は、複数の翼要素を含む多要素航空機翼上で流体流を開始するステップと、翼要素上の境界層流を制御するために、翼要素のうちの少なくとも１つに規定された少なくとも１つのポートを通る流体流を調整するステップとを含む。流体流を開始するステップは、翼要素上の流れの始まりが開始されるように航空機の離陸または着陸を始めるステップを含み得る。さらに、この方法は、翼要素のうちの少なくとも１つの偏向角度を別の翼要素に対して調節するステップをさらに含み得る。

この発明のさまざまな局面では、調整するステップは、少なくとも１つのポートに関連する流体装置を作動させるステップを含む。作動させるステップは、複数のポートを同時に作動させるステップを含んでいてもよい。加えて、作動させるステップは、翼要素のうちの１つ以上に関連する少なくとも１つのポートを作動させるステップを含んでいてもよい。調整するステップは、流体をそれぞれのポート内に取込むステップか、または流体をそれぞれのポートから追い出すステップを含み得る。

この発明を一般的な用語で説明してきたが、ここで、必ずしも縮尺通りには描かれていない添付図面を参照する。

図１Ａおよび図１Ｂは、この発明の一実施例に従った多要素航空機翼の斜視図である。 この発明の一実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。 図３Ａは、この発明の別の実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。図３Ｂは、図３Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図３Ｃは、図３Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図３Ｄは、図３Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。 図４Ａは、この発明の別の実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。図４Ｂは、図４Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図４Ｃは、図４Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図４Ｄは、図４Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。 図５Ａは、ベースライン多要素航空機翼上の全圧力場を示す画像である。図５Ｂは、この発明の一実施例に従った流れ制御を有する多要素航空機翼上の全場を示す画像である。 図６Ａはこの発明の一実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。図６Ｂ−Ｆは、図６Ａに示す多要素航空機翼の全圧力プロファイルを示すグラフィック画像である。 図７Ａは、この発明の一実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。図７Ｂは、図７Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図７Ｃは、図７Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図７Ｄは、図７Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。 図８Ａは、この発明の別の実施例に従った多要素航空機翼の断面図である。図８Ｂは、図８Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図８Ｃは、図８Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。図８Ｄは、図８Ａに示す多要素航空機翼の空気力学的特性を示すグラフィック画像である。 図９Ａは、ベースライン多要素航空機翼上の全圧力場を示す画像である。図９Ｂは、この発明の別の実施例に従った流れ制御を有する多要素航空機翼上の全圧力場を示す画像である。

発明の詳細な説明
ここで、この発明のすべてではなくいくつかの実施例を示す添付図面を参照して、この発明を以下により十分に説明する。実際、この発明は多くの異なる形で具現化されてもよく、ここで述べる実施例に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、適用可能な法的要件をこの開示が満たすように提供されている。全体を通し、同じ番号は同じ要素を示す。

ここで図面、特に図１Ａ〜図１Ｂを参照すると、多要素航空機翼１０の揚力を増加させるためのシステムが示されている。航空機翼１０は一般に、複数の翼要素１２、１４および１６を含む。翼要素１２、１４および１６の各々は、そこに規定された複数のポート１１を含む。翼要素１２、１４および１６の各々の上の境界層流を制御するよう、ポート１１を出入りする流体の流れを調整するために、流体装置（図示せず）が利用される。一般に、流体装置は、離陸および着陸中、航空機翼１０の性能を高めるために、ポート１１を通る流体流を制御するよう選択的に動作可能である。そのため、航空機翼１０の空気力学的特性、特に揚力が、迎え角の範囲にわたって、かつさまざまな飛行条件の下で改良され得る。

多要素航空機翼１０または翼型は通常、複数の翼要素、つまりスラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６を含む。多要素翼１０は、当業者には公知であるように、さまざまな構成を有していてもよい。たとえば、図１Ａ〜図１Ｂにはスラット１２とフラップ１６との双方が示されているが、多要素翼１０は、主翼要素１４および１つ以上のスラッ
ト１４、および／または１つ以上のフラップ１６を有し得る。さらに、スラット１２は、クルーガー（Krueger）スラット、通風スラット、密封スラット、またはドループノーズスラットといったさまざまな構成であり得る。また、フラップ１６は、スロットのないもの、すなわち単純なヒンジモードの偏向を用いたものであり得る。スロット１２は、航空機翼のノーズ近くの圧力ピークを、ノーズキャンバーを変えることによって低減させるために使用されてもよい。フラップ１６も、ファウラー（Fowler）フラップ、またはシングル、ダブル、もしくはトリプルスロッテッドフラップといったさまざまな構成であってもよい。フラップ１６は、航空機翼のキャンバーを増加させて揚力の大半が翼の後部上に伝わるようにすることによって圧力分布を変えるために使用されてもよい。さらに、主翼要素１４は、航空機のタイプまたは所望の空気力学的特性に依存して、さまざまな構成（すなわち、キャンバー、翼弦長、前縁半径など）であり得る。そのため、多要素航空機翼１０は、多要素航空機翼が最大揚力係数といった所望の空気力学的特性を達成するためのさまざまな翼型プロファイルを有するように、スラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６のさまざまな構成を含んでいてもよい。多要素航空機翼１０が示されているが、空気力学的性能を高めるために、任意の数の多要素揚力面上で流れが調整されてもよいことが理解される。たとえば、ポートは、スポイラーまたはエルロン、もしくは揚力を生成可能な他の多要素翼型体に規定されてもよい。

スラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６の各々は、多要素航空機翼１０の表面に沿った境界層を制御するための１つ以上のポートを含む。特に、図２は、スラット１２が１対のポートｓ１〜ｓ２を含み、主翼要素１４が複数のポートｍ１、ｍ２、ｍ３、ｍ４、およびｍ５を含み、フラップ１６が複数のポートｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、およびｆ５を含むことを示している。ポートの各々は、それぞれのスラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６の上面に規定される。しかしながら、ポートは、多要素航空機翼１０の下面上に、または上面および下面の双方上に規定され得る。ポートは一般に、流体がポートを通って取込まれるかまたは追い出されるように、それぞれのスラット１２、主翼要素１４、またはフラップ１６内に延在するよう規定される。このため、ポートは一般に、スラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６の表面に近接してスラット、主翼要素、およびフラップ内にそれぞれさらに延在するオリフィスまたは開口部を含む。さらに、それぞれのスラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６に規定されたポートは、ある場所では１つのポートがそのポートへの流体を容易にし、一方、異なる場所では第２のポートがそのポートからの流れを容易にするように、相互接続されていてもよい。しかしながら、流体はまた、第１のポートから一時的保持区域内に流れて、流体が第１のポートを通って、または１つ以上の追加ポートから追い出されるようになっていてもよい。通常、ポートｓ１〜ｓ２およびｍ１〜ｍ５は、それぞれのスラット１２および主翼要素１４の後部にそれぞれ規定されるが、所望の空気力学的特性を達成するために、ポートはスラット、主翼要素、またはフラップ上のさまざまな場所に規定され得る。さらに、多要素航空機翼１０の断面図が示されているが、ポートが翼に沿ったさまざまな翼幅方向構成（たとえば、整列した構成、互い違いの構成、非整列の構成など）で規定されてもよいことが理解される。さらに、ポートは、円形、楕円形、または任意の他の所望の形状といったさまざまな大きさおよび構成であってもよい。

ポートを出入りする流体流を調整するために、複数の流体装置（図示せず）が採用されている。流体装置は通常、ポートを通る流体流を調整するためにゼロの純質量流（すなわち、外部流体源が必要とされない）を採用しており、１つ以上のポートを作動させるためにさまざまなタイプの機構を使用してもよい。たとえば、ポートを作動させるために、電磁アクチュエータ、圧電アクチュエータ、燃焼式アクチュエータ、ダイヤフラム、ピストン、またはポンプが使用可能である。流体装置は、多要素航空機翼１０上の境界層流に影響を与えるために、単一のポートを作動させてもよく、または複数のポートを作動させるよう動作可能であってもよい。加えて、いくつかのポートが同時に作動されてもよい。こ
こで使用されているように、作動とは、ポートを開くこと、および／または、ポートを通して流体を取込むかまたは排出することなどによってポートに流体を強制的に出入りさせることを含む。このため、流体装置は、１つ以上のポート内に流体を取込むか、または１つ以上のポートから流体を追い出すことによって、ポートを通る流体流を調整可能である。流体を取込み、排出するための例示的な一システムのさらなる説明については、この発明の譲受人に譲渡され、ここに引用により援用されている、この出願と同時に出願された「空気力学的な流れのためのシステムおよび関連する方法」（System for Aerodynamic Flows and Associated Method）と題された米国特許出願第■を参照されたい。加えて、この発明の実施例は、コンプレッサなどの流体源を採用してもよく、または航空機エンジンから抽気してもよい。

さらに、流体装置は、スラット１２、主翼要素１４、またはフラップ１６に関連するポートを作動可能である。しかしながら、流体装置はまた、より高い揚力レベルを達成するための流体流の相乗制御を達成するよう、スラット１２、主翼要素１４、およびフラップ１６の各々に関連するポートも作動可能である。ポートは一般に、高揚力の達成が重要である航空機の離陸または着陸中に作動される。加えて、作動は通常連続的であるが、ポートは、離陸および着陸中、性能の向上を達成するために選択的に調整され得る。

図３Ａは、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６の各々に規定されたポートを含む多要素航空機翼２０を示している。スラット２２はポートｓ１〜ｓ２を含み、主翼要素２４はポートｍ１〜ｍ３を含み、フラップ２６はポートｆ１〜ｆ５を含む。図３Ｂ〜図３Ｄは、多要素航空機翼２０についてのさまざまな空気力学的特性を示すグラフを提供している。これらのグラフは二次元シミュレーションに基づいているため、誘発される抗力が勘案されていなかった。離陸条件をシミュレートするために、スラット２２は伸ばされ、フラップは２４°の角度で偏向される。

図３Ｂは、非粘性の流れ、ベースライン多要素航空機翼上の流れ（すなわち、どのポートも作動されていない）、および、スラット２２、主翼要素２４、またはフラップ２６のうちの１つにおけるポートが作動されている多要素航空機翼上の流れについての、迎え角αに対して描かれた揚力係数Ｃ_Lを示す（作動されるポートを識別するために、図３Ｂに関連して示された説明文を参照されたい）。図３Ａに示すように、約１５°未満の迎え角では、フラップ２６のポートｆ１〜ｆ５の作動はＣ_Lの最大の増加を提供し、一方、スラットのポートｓ１〜ｓ２の作動は、主翼要素のポートｍ１〜ｍ５の作動よりも若干良好に機能する。さらに、１７°よりも大きい迎え角では、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６の各々はほぼ同様に機能し、一方、ほぼ１４°よりも大きい迎え角では、スラット、主翼要素、およびフラップはすべて、ベースラインよりも良好に機能する。図３Ｃ（ドラッグポーラー）および図３Ｄも、スラット２２、主翼要素２４、またはフラップ２６のいずれかにおけるポートの作動が一般に、ベースライン翼と比較して、Ｃ_LおよびＬ／Ｄの増加をもたらすことを示している。図３Ｃに示すように、多要素航空機翼２０におけるポートの作動は、所与の抗力係数（Ｃ_D）に対し、ベースライン航空機翼と比較して、Ｃ_Lの増加をもたらす。上述のように、Ｃ_Lmax、すなわちＣ_Lの達成可能最大値の増加は失速速度を減少させ、それにより、より短い離陸および着陸距離を容易にする。さらに、最大積載量容量が増加されてもよく、接近姿勢が低くされてもよい。

図４Ａも、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６に規定されたポートを有する多要素航空機翼２０を示している。加えて、図４Ｂ〜図４Ｃは、図３Ｂ〜図３Ｃに示したものと同じ空気力学的特性を示している。しかしながら、図４Ｂ〜図４Ｃは、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６におけるポートの組合せの作動が、約６°未満の迎え角では非粘性流に達し、約６°を上回る迎え角ではほぼ非粘性流に達することを示している。さらに、図４Ｂは、ｍ１〜ｍ３かｆ１〜ｆ５のみの作動が、ベースライン多
要素航空機翼と比較して、Ｃ_Lの明白な増加をもたらさないことを示している。しかしながら、ｍ１〜ｍ３およびｆ１〜ｆ５双方の作動、またはｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ３およびｆ１〜ｆ５の作動は、迎え角の線形範囲全体にわたって、ベースライン翼と比較してＣ_Lの顕著な増加をもたらす。このため、ｍ１〜ｍ３の作動は、主翼要素２４の後部の抑制された粘性層にエネルギーを与え、多要素航空機翼２０全体にわたって負荷を増大させる。さらに、図４Ｃ〜図４Ｄは、スラット２２、主翼要素２４、またはフラップ２６におけるポートを個々に作動させる場合に対する、ポートの同じ組合せが作動される場合のＣ_LおよびＬ／Ｄの増加を示している。

図５Ａ〜図５Ｂは、フラップ２６が２４°で偏向され、迎え角が１９°である離陸条件を表わしている。図５Ａは、ベースライン多要素航空機翼上の全圧力場を示しており、一方、図５Ｂは、ポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ３およびｆ１〜ｆ５が作動されている図４Ａに示す多要素航空機翼２０を示している。これらの画像は、境界のある粘性層と、さまざまな要素から放たれる伴流とを示しており、ここでＣ_Lは、ベースライン翼については約４．０６に等しく、多要素航空機翼２０上の流れ制御については５．１２に等しい。図５Ｂは、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６の伴流のサイズおよび強度の減少を示している。図５Ｂに示すスラット伴流は、流れの質の顕著な劣化（すなわち、表面を離れた逆流の傾向の減少）なく、主翼要素２４およびフラップ２６の逆圧力勾配領域を横断している。全圧力損失は、空気力学的非効率の１つの目安であり、作動された流れの場合におけるレベルの低下は、性能の向上を示す。特に、作動された流れは、より高い揚力およびより低い抗力をもたらす。作動は、より流線型の流れ、多要素航空機翼２０の前部および後部におけるより大きな回転角度（より高度の循環）、および増加した揚力レベルをもたらす。

図６Ａ〜図６Ｆは、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６に対応している伴流を追跡するための位置Ａ〜Ｅでの全圧力プロファイルのグラフィック画像を提供している。図６Ｂに示すように、スラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６の各々におけるポートの作動を採用している多要素翼２０についてのスラット伴流は、多要素翼上の場所Ａでの全圧力損失を減少させる。伴流強度および幅における減少は、空気力学的効率の増加を示す。同様に、図６Ｃ〜図６Ｆは、場所Ｂ〜Ｅでの伴流についての全圧力プロファイルをそれぞれ示しており、図の各々は、ベースライン多要素翼に対応している伴流が、流れ制御を利用している多要素翼２０よりも幅が広く、より長い距離離れていることを示している。

図７Ａ〜図７Ｄは、１３°および２４°のフラップ偏向を有するベースライン多要素航空機翼と、同じフラップ偏向を有するものの、ポート（ｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ３およびｆ１〜ｆ５）がスラット２２、主翼要素２４、およびフラップ２６の各々においてそれぞれ作動されている多要素航空機翼２０との比較を示している。図７Ｂは、多要素航空機翼２０におけるポートの作動が、より大きいＣ_Lを生成するだけではなく、より高い迎え角でより高いＣ_Lを生成することを示している。たとえば、δ＝２４°のフラップ偏向では、ポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ３およびｆ１〜ｆ５の作動は約２２°の迎え角で約５．２のＣ_Lmaxをもたらし、一方、ベースライン翼は約１９°の迎え角で約４．１のＣ_Lmaxを有する。そのため、揚力は増加され、失速はより高い迎え角まで遅延され、流れはより低い迎え角でほぼ非粘性となる。さらに、図７Ｂは、フラップ偏向の増加（すなわちδ＝２４°）がＣ_Lの増加をもたらすものの、１３°のフラップ偏向よりも早く、粘性流から流れを分岐させるということを示している。図７Ｃ〜図７Ｄはさらに、ポートの作動によってＣ_Lが増加すること、および抗力Ｃ_Dが実質的に減少することを示している。したがって、Ｌ／Ｄは流れの作動とともに増加する。

図８Ａは、この発明の別の実施例に従った多要素航空機翼３０を示す。この特定の実施
例では、多要素航空機翼３０は例示的な輸送翼である。多要素航空機翼３０は、クルーガースラット３２と、主翼要素３４と、ファウラー運動を有する３５％フラップ３６とを含む。さらに、スラット３２はポートｓ１〜ｓ２を含み、主翼要素３４はポートｍ１〜ｍ５を含み、フラップ３６はポートｆ１〜ｆ５を含む。低い迎え角ででもフラップの大半上で流れが剥離されている着陸条件を表わすために、フラップ３６は５０°偏向されている。前述と同様に、図８Ｂは、ポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ５、またはｆ１〜ｆ５を単独で／個々に作動させることが、ポートｍ１〜ｍ５およびｆ１〜ｆ５の双方、またはポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ５およびｆ１〜ｆ５のすべてを作動させることほど、Ｃ_Lを増加させる上で効果的ではないことを示している。一般に、多要素航空機翼３０のすべてのポートの作動は、より低い迎え角（すなわち、１６°未満）で非粘性流に近づき、ベースライン多要素航空機翼（すなわち、ポートが作動されていない）よりもより高いＣ_Lを達成する。さらに、ポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ５およびｆ１〜ｆ５を組合せた作動がＣ_Lの最大の増加をもたらすことが明らかである。また、図７Ｃおよび図７Ｄには、顕著な抗力の減少およびＬ／Ｄの増加がそれぞれ示されている。

図９Ａおよび図９Ｂは、ベースライン多要素航空機翼（Ｃ_L＝４．４２）、および、ポートｓ１〜ｓ２、ｍ１〜ｍ５およびｆ１〜ｆ５の各々が作動されている図８Ａに示す多要素航空機翼３０（Ｃ_L＝６．６１）の上での、δ＝５０°かつα＝２２°についての全圧力場の画像をそれぞれ示している。図示されているように、図９Ｂはまた、多要素航空機翼３０上の、特に主翼要素３４の後部およびフラップ３６に近接した部分上のより流線型の流れも示している。逆流も、フラップ３６の近傍で取り除かれている。したがって、多要素航空機翼３０のポートの作動は、揚力特性の向上を容易にし、翼上のさまざまな領域での粘性効果を軽減する。

この発明の実施例はいくつかの利点を提供する。特に、多要素航空機翼は、翼上の流体の境界層流を制御するための流体装置およびポートを含む。多要素航空機翼上の重要な場所（すなわち、逆圧力勾配、流れ剥離、または再循環の場所）にポートを配置して、予め定められた飛行条件で特定のポートを作動させることにより、揚力を含む翼の空気力学的特性が、幅広い範囲の迎え角にわたって向上され得る。多要素航空機翼におけるポートの作動は、通常フラップに関連しているものの抗力の低下を有する流れ効果と、失速特性の向上とをもたらし得る。さらに、多要素航空機翼上での作動は、ほぼ非粘性の流れの場をもたらし、それにより、粘性効果を軽減して、翼上のさまざまな場所での境界流剥離の傾向を減少させる。ポートおよび流体装置は、離陸（低下した抗力のための翼幅方向の楕円形の負荷）および着陸（より急な接近角度のための翼幅方向の三角形の負荷）のための誘発された抗力を制御するよう、多要素航空機翼上の負荷を管理するために使用されてもよい。また、作動は、構造励振を低減させて構造疲労を制限するために適正に適用され得る。加えて、流体装置は、外部流体源または複雑な配管接続が必要とされないよう、ゼロの純質量流を採用してもよい。

ここに述べたこの発明の多くの修正および他の実施例が、前述の説明および関連する図面に提示された教示の利益を有する、この発明が属する技術分野の当業者の脳裏に浮かぶであろう。したがって、この発明が開示された特定の実施例に限定されるべきではないことと、修正および他の実施例が添付された特許請求の範囲内に含まれるよう意図されていることとが理解されるべきである。特定の用語がここで採用されているが、それらは限定のためではなく包括的および説明的な意味で使用されている。

Claims (5)

1. 主翼要素（１４）と、主翼要素（１４）に相互接続されたスラット（１２）と、主翼要素（１４）に相互接続されたフラップ（１６）と、スラット（１２）、主翼要素（１４）、およびフラップ（１６）のそれぞれに規定された複数のポート（ｓ、ｍ、ｆ）とを含む多要素航空機翼（１０）上で流体流を開始するステップと、
   スラット（１２）、主翼要素（１４）、およびフラップ（１６）の上の境界層流を制御するために、スラット（１２）の少なくとも１つのポート（ｓ）、主翼要素（１４）の少なくとも１つのポート（ｍ）、及び、フラップ（１６）の少なくとも１つのポート（ｆ）を通る流体流を調整するステップとを含み、
   調整するステップは、複数のポート（ｓ、ｍ、ｆ）を、作動されたポート（ｓ、ｍ、ｆ）の各々を流体が同時に通って流れるように作動させるように流体手段（１８）を作動させるステップを含み、
   作動させるステップは、スラット（１２）、主翼要素（１４）、およびフラップ（１６）のうちの少なくとも１つに関連する複数のポート（ｓ、ｍ、ｆ）を作動させるステップを含む、航空機の揚力を増加させるための方法。
2. 開始するステップは、航空機の離陸または着陸を開始するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 作動させるステップは、複数のポート（ｓ、ｍ、ｆ）を同時に作動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 調整するステップは、流体をそれぞれのポート（ｓ、ｍ、ｆ）内に取込むステップか、または流体をそれぞれのポート（ｓ、ｍ、ｆ）から追い出すステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. スラット（１２）、主翼要素（１４）、およびフラップ（１６）のうちの少なくとも１つの偏向角度をスラット（１２）、主翼要素（１４）、およびフラップ（１６）の他の１つに対して調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。

Images