JP2020534214A - 航空機のキューポラフェアリングおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本特許出願は、2017年9月20日に出願された米国仮出願62/560,982号に基づく優先権を主張し、その内容は引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
いくつかの第二次世界大戦時代の戦闘機では、パイロットに優れた視認性を与えるためにバブルキャノピーが使用された。Lednicerによる「第二次世界大戦戦闘機の空気力学」と題した記事(1999年1月)のP−51B vs P−51Dで説明されているように、これらは偶然にも、やや良好な翼幅方向の揚力分布をもたらした。この効果は、当時のバブルキャノピーが機尾部での分離を呈したため、業界では探究されなかった。後のモデルのジェット戦闘機もまたバブルキャノピーを使用し、該バブルキャノピーは翼のかなり前方に配置され、翼幅方向の揚力効果を考慮しなかった。
ウィングチップ装置の広範な使用の影響も考慮しなければならない。古典的には誘導抗力はCL2e/πARとして定義され:ここで、CLは基準翼面積のグローバル揚力係数として定義され;「AR」またはアスペクト比は翼幅の二乗を基準翼面積で割ったものであり;πは定数であり;そして、「e」は、スパン効率係数である。
研究により、当業界で広く知られている典型的な輸送機設計の胴体と翼とのインターフェースのさらなる負の効果が示された。これらは全てL/D比、ひいては航空機の効率に悪影響を与える。これらの影響は、以下のものを含むが、これらに限定されるものではない:翼の前縁から胴体の交差部での停滞;翼から胴体への流れの前方翼弦渦エクスチェンジ、および胴体から翼への流れの中央翼弦渦エクスチェンジ。これらは、飛行軸に平行ではない翼根に沿った流れの回転を引き起こし;そして、中央翼弦渦流によって駆動される翼後縁から胴体への分離を引き起こす。
Claims (20)
- 航空機の翼根および胴体に沿って揚力を増加させ、抗力を減少させるためのキューポラフェアリングの製造方法であって、以下のステップ:
前記航空機の翼の基準翼根翼弦を決定するステップと;
使用される前記航空機胴体の断面積を決定するステップと;
使用される前記胴体の断面積の割合を決定するステップと;
前記胴体のクラウン部への前記キューポラフェアリングの位置を決定するステップと;
前記キューポラフェアリングの長手方向のプロファイルを決定するステップと;
前記基準翼根翼弦に関する前記キューポラフェアリングの断面積、位置および長手方向プロファイルに関連するメトリックを最適化するステップと;
前記翼根で前記翼に沿って空気流がよりまっすぐになり、前記胴体の周りに空気流が回り込むのを防ぐように決定するステップよって定義されるような、滑らかな、湾曲した外表面を有する前記キューポラフェアリングを製造するステップ、
とを含む製造方法。 - 前記キューポラフェアリングは、その最大断面積の前方と後方に滑らかに傾斜している、請求項1に記載の方法。
- 前記キューポラフェアリングの前記プロファイルは、前記キューポラフェアリングの長手方向軸に沿った湾曲を滑らかにするための勾配最適化プログラムによって形成されている、請求項2に記載の方法。
- 前記キューポラフェアリングの前記断面積が円形、楕円形、または他の湾曲した形状のいずれかである、請求項1に記載の方法。
- 使用される前記航空機胴体の前記断面積は、前記胴体の中心線と前記翼の前縁とが交差する胴体断面積を含む、請求項1に記載の方法。
- 使用される胴体断面積の割合は、前記胴体の中心線と前記翼の前縁とが交差するところの胴体断面積の5%から25%の範囲内である、請求項1に記載の方法。
- 前記胴体の前記クラウン部の前記キューポラフェアリングの位置決めは、前記キューポラフェアリングの最大断面積を、航空機の中心線における基準翼根翼弦の−50%から25%の範囲内である胴体位置に位置決めすることによって決定される、請求項1に記載の方法。
- 前記最適化ステップはさらに、前記キューポラフェアリングによって生じる抗力を低減するために、各翼の後縁部分を修正するステップを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記各翼の後縁部分の修正は、前記各翼の後縁を形成する構成要素を再配置することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記各翼の後縁部分の修正は、前記各翼の後縁を形成する翼構成要素を交換することを含む、請求項8に記載の方法。
- 前記各翼の後縁部分の修正は、各翼を、異なる構成の翼の後縁部分を有する代替翼と交換することを含む、請求項8に記載の方法。
- 航空機用キューポラフェアリングであって:
長手方向軸に沿って延びる長さと、断面積を有するハウジングであって、前記断面積に沿って湾曲し、前記キューポラフェアリングの長さに沿って湾曲した外表面を有し、前記断面積に沿った湾曲が前記航空機の基準翼根翼弦に基づいて所定の距離で離間された複数の曲線によって定義され、該キューポラフェアリングの前記長さに沿った湾曲が複数の離間された曲線に沿って形成されたスプラインによって定義される、ハウジング;および、
前記航空機の前記基準翼根翼弦に沿った所定の位置に配置された航空機のクラウン部の形状に適合するように構成された下表面を有するハウジング、を含むキューポラフェアリング。 - 航空機の胴体のクラウン部に配置するための航空機用キューポラフェアリングであって:
ハウジングであって、長手方向軸に沿って延びる長さ、および前記長手方向軸に垂直に延びる可変幅を有し、前記幅は可変であり前記キューポラフェアリングの複数の断面積によって定義され、前記キューポラフェアリングは該ハウジングの前記長さと前記可変幅に沿って湾曲する実質的に滑らかな外表面を有する、ハウジング;
前記ハウジングの外表面であって、航空機の基準翼根翼弦、胴体の断面積、前記キューポラフェアリングで覆われる断面積の割合、および前記胴体のクラウン部上の位置に対応するメトリックによって定義される長さ方向および幅方向の湾曲を有する、ハウジングの外表面;
前記キューポラフェアリングが配置される前記クラウン部の形状に適合するように構成された下表面を有する前記ハウジング、を含むキューポラフェアリング。 - 前記下表面は、前記長手方向軸が前記胴体の中心線と整合されるように構成されている、請求項13に記載のキューポラフェアリング。
- 前記ハウジングは、前記長手方向軸に関して対称である、請求項13に記載のキューポラフェアリング。
- 前記ハウジングは、実質的に楕円形である、請求項13に記載のキューポラフェアリング。
- 前記ハウジングは、複合材料および金属のうちの少なくとも1つから製造される、請求項13に記載のキューポラフェアリング。
- 前記外表面は凸状である、請求項13に記載のキューポラフェアリング。
- 前記ハウジングは中空の内部部分を含む、請求項9に記載のキューポラフェアリング。
- 前記内部部分は、前記ハウジングを補強するように構成された複数の離間した支持部材を含む、請求項19に記載のキューポラフェアリング。
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