JP4635012B2

JP4635012B2 - 空気ガイドフラップに加わる圧力を制御する制御装置を有する航空機の空気ガイドフラップ、および空気ガイドフラップの位置を調整する方法、およびこのような空気ガイドフラップを含むラムエア装置

Info

Publication number: JP4635012B2
Application number: JP2006546120A
Authority: JP
Inventors: シュミットリューディガー; ゾルントセヴアレクサンダー
Original assignee: エアバスオペラツィオンスゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: JP2007516892A; DE602004009473D1; DE10361644B4; DE602004009473T2; CN100484836C; RU2006122214A; WO2005063564A3; CA2551932C; RU2375261C2; CN1902093A; DE10361644A1; WO2005063564A2; CA2551932A1; US7543777B2; EP1699697B1; BRPI0418197A; EP1699697A2; US20070145186A1

Description

本発明は、航空機、特に飛行機の空気ガイドフラップ、およびこのような空気ガイドフラップを含むラムエア装置に関する。特に、本発明はラムエア排気フラップに関するが、本発明の基本原理はすべての空気ガイドフラップに適応できる。

航空機の空気ガイドフラップは、特に、空気ガイドフラップが航空機の外部に配置され、および飛行機を通過する相対気流の風圧にさらされるとき、強い空力学的な力にさらされる。これは、例えば、航空機の新鮮な空気（フレッシュエア）を生成する装置の一部であるラムエア装置のラムエア排気フラップに関連する。

航空機キャビンに送り込む新鮮な空気（フレッシュエア）は、通常、ブリードエアとして知られている熱いエンジン空気を、冷却用の空調ユニットに導入し、この後所要温度および所要圧力にして飛行機キャビンに供給することによって生み出される。空調ユニットの冷却媒体として外気を使用し、この外気は、飛行中に航空機に配置したラムエア吸気フラップからラムエアダクトに流入させ、このラムエアダクトからラムエアを空調ユニットに通過させ、最終的にラムエア排気フラップに至らしめ、このラムエア排気フラップから温度がより暖かくなったラムエアを航空機から排出させる。ラムエア排気フラップの位置を変化させることにより、空調ユニットを通過する冷却空気の量を制御する。より多くの冷却空気が必要である場合には、これに応じてラムエア排気フラップを強制的により多く開く。この後、ラムエア吸気フラップの強制開放により、ラムエアダクトの吸気口を拡大させる。ラムエアダクトの吸気口における流路断面の拡大により、より多くの冷却空気がラムエアダクトに流入し、空調ユニットに達する。より少ない冷却空気しか必要としない場合、まず、これに応じてラムエア排気フラップを強制的に閉じ、これに続いてラムエアダクトのラムエア吸気フラップを強制的に閉じる。このように、これは、いわゆるマスタースレーブ制御であり、ラムエア排気フラップが「マスター」、ラムエア吸気フラップが「スレーブ」となる。

このようなラムエア排気フラップの動作には、応力が大きく変化するという特徴がある。ラムエア排気フラップを強制的に大きく開く場合、相対気流の空力学的圧力によってもたらされる外力（引張力）により応力が加わる。反対に、もしラムエア排気フラップが強制的にほんの少しだけ開放すべき場合、それは冷却空気の流れによってもたらされる内力（圧力の力）によって、僅かな応力しか加わらない。航空機の運行中におけるこれらの絶えず変化する強い応力は、ラムエア排気フラップの機能に繰返し問題を引き起こし、定期的に点検をし、頻繁に修復しなければならなくなる。

この問題を解決するために、最近はラムエア排気フラップを単に省くようになってきており、これにより、航空機の製造コストを抑え、また、メンテナンスの問題を回避している。しかし、このやり方で能力を維持するには、空調ユニットをより強力にしなければならず、そのため空調ユニットは重くなり、実際にラムエア排気フラップを必要とするときよりも、一層費用がかかるという結果に陥ってしまう。更に、ラムエア排気フラップを省くと、運行中の航空機に対する空気抵抗を増大させ、また、これに応じて好ましくない燃料消費量の増大を招く。

他の解決法としては、ラムエア排気フラップを、発生する全ての圧力に耐えるように、十分堅固に実現化する手法がある。しかしこの場合、ラムエア排気フラップは従来のものより著しく重く、また高価になり、このことは、運用コストおよび製造コストの増大を招くことになる。

本発明の目的は、ラムエア排気フラップとして実現化した空気ガイドフラップを使用することにより、ラムエア排気フラップの存在の利点すなわち、航空機の空気抵抗減少および空調ユニットの潜在的な性能の向上という利点が、製造コストおよび運用コストに悪影響を与えることなしに、得られるようにして、上述の問題を解決するにある。

この目的を達成するため、本発明は、エアダクトに対面し、かつこのエアダクトに発生する圧力に曝される一方の側面と、航空機を通過する相対気流の圧力に曝される反対側の側面とを有する航空機のエアガイドフラップであって、エアガイドフラップを自動的に開閉するアクチュエータを備え、このアクチュエータを前記エアガイドフラップの位置を制御する制御装置に連係動作させるようにした該エアガイドフラップにおいて、前記エアダクト内に発生する圧力と、前記航空機を通過する相対気流の圧力との差に基づいて前記アクチュエータに加わる力を検出する力検出装置を設け、前記制御装置により前記エアガイドフラップの位置を調整し、アクチュエータに加わる前記力がほぼ少なくともゼロになるようにしたことを特徴とする。換言すると、本発明によるエアガイドフラップは、このエアガイドフラップに加わる過剰な力を回避するよう常に調整し、またエアガイドフラップの両側の側面に加わる圧力、すなわち、一方の側で相対気流によってもたらされる動力学的圧力と、他方の側でダクトに生ずる動力学的圧力とが、相互にほぼ相殺し合うようにする。このようにして、すべての動作時点で、アクチュエータに加わる力は僅かとなるか、もしくは全く存在しないことになる。アクチュエータ、およびこのアクチュエータに加わる力は重要ではなく、アクチュエータに加わる力の測定のみ、エアガイドフラップの応力に直接関連する測定値として使用するものと理解されたい。したがって、本発明によれば、エアガイドフラップの位置を、空力学的に平衡した力の原理によって制御する。

従って、このように実施したエアガイドフラップを、航空機用のフレッシュエア生成装置のラムエア排気フラップとして使用する場合、このような装置につき説明した上述の問題は解決する。したがって、本発明の好適な実施例においては、エアガイドフラップをラムエア排気フラップとし、また、エアダクト内の圧力を動力学的圧力とする。前記航空機を通過する相対気流により前記ラムエア排気フラップに加わる圧力が、前記エアダクト内の動力学的圧力により前記ラムエア排気フラップに加わる圧力よりも大きくなった場合に、前記双方の圧力が少なくともほぼ平衡状態になるまで、前記ラムエア排気フラップを強制的に閉じるようにする。

上述の好適な実施例に関してより好適な実施例では、この場合もやはり前記エアガイドフラップをラムエア排気フラップとし、前記エアダクト内の圧力を動力学的圧力とする。前記航空機を通過する相対気流により前記ラムエア排気フラップに加わる圧力が、前記エアダクト内の動力学的圧力により前記ラムエア排気フラップに加わる圧力よりも小さくなった場合に、前記双方の圧力が少なくともほぼ平衡状態になるまで、前記ラムエア排気フラップを強制的に開くようにする。

さらに、上述の問題を解決するため、本発明は、航空機の補助装置にラムエアを供給するラムエア装置であって、給気口およびおよび排気口を有するラムエアダクトを有し、このラムエアダクトから前記補助装置に必要なラムエアを取り込むようにし、さらに、前記給気口の流路断面を制御するラムエア給気フラップと、前記排気口の流路断面を制御するラムエア排気フラップとを備えたラムエア装置において、前記ラムエア給気フラップを開閉することによって、前記保持装置に必要なラムエアの量を制御し、また前記ラムエア排気フラップを上述の実施例のうちいずれか一方のエアガイドフラップとしたことを特徴とする。

上述のラムエア装置に関して、本発明の好適な実施例においては、前記補助装置を航空機のフレッシュエア生成装置とする。このようなフレッシュエア生成装置は、新鮮な空気を航空機のコックピットおよびキャビンに送り込み、キャビン圧力および温度を所定値にするのに使用し、この場合、好ましくは、ラムエア吸気フラップの位置のための制御パラメータを、フレッシュエア生成装置におけるコンプレッサ（エアウォッシュボックスまたはターボクーラーとして称されることもある）の出力の温度とする。好適な実施例においては、この制御は、前記フレッシュエア装置の前記コンプレッサの出力における温度が所定温度値を越える場合に、前記ラムエア給気フラップを強制的に開放するようにする。前記フレッシュエア装置の前記コンプレッサの出力における温度が所定温度値以下の場合に、前記ラムエア給気フラップを強制的に閉じるようにする。上述の所定温度値は１個の同一温度値とすることができるが、一つの温度値を超えた場合にラムエア吸気フラップを強制的に開放し、他の温度値よりも低下した場合に強制的にラムエア吸気フラップを閉じるようにすることもできる。従って、従来の標準的な手順と違い、必要とされるラムエアの量は、ラムエアダクト吸気口の流路断面を変化させることによって調整もしくは制御する。ラムエアの量を増加するためラムエアダクト吸気口の流路断面を拡大する（ラムエア吸気フラップの強制開放により）場合、ラムエア排気フラップのラムエアダクトに対向する側の表面に加わる圧力の力を増大させることになる。ラムエア排気フラップに加わる力に関してラムエア排気フラップを平衡状態にするため、ラムエア排気フラップを強制的に開き、ラムエアダクトを通過すの気流抵抗を減少する。ラムエア排気フラップの強制的な開放は、ラムエア排気フラップに加わる力に関してラムエア排気フラップが平衡状態となるまで、すなわち、少なくとも、ラムエアダクト内の動力学的圧力と外部からの相対気流によりラムエア排気フラップに加わる動力学的圧力とが少なくともほぼ均衡するまで開くようにする。

一方で、ラムエアダクト内を通過するラムエアの量が減少するならば、それに従い強制的に、ラムエア吸気フラップを閉じる。これにより、ラムエアダクト内の動力学的圧力は減少し、それに伴いラムエア排気フラップの内側面に加わる力も減少する。ラムエア排気フラップに加わる空力学的圧力の均衡がとれるまで、強制的にラムエア排気フラップは閉じる。強制的なラムエア排気フラップの閉鎖は航空機の気流抵抗を減らし、これにより燃料節約に貢献する。

このように本発明のもっとも一般的な実施形態は、航空機のエアガイドフラップの位置を制御する方法において、前記エアガイドフラップの前記内側面および外側面の双方に加わる空力学的気流の力が少なくとも平衡状態になるよう前記エアガイドフラップの位置を制御する。

以下に、図面につき、本発明の実施例をより詳細に説明する。

図１に示すように航空機のための新鮮な空気（フレッシュエア）発生するフレッシュエア生成装置を示す。このフレッシュエア装置１０は航空機キャビンに供給する空気を用意するのに使用する。この目的のため、航空機の一基もしくはそれ以上の個数のエンジンからの熱い空気（もしくは、さらに航空機の補助タービンからの空気）を吸気口１２を介して抽気し、フレッシュエア生成装置１０に導入する。抽気した空気（ブリードエア）は約２００゜の温度を有し、フレッシュエア生成装置１０で減圧して冷却する。冷却する目的で飛行中にラムエアとして利用できる外気を使用し、この外気をラムエア装置１４によりフレッシュエア生成装置１０に供給することができる。

ラムエア装置１４は、ラムエアダクト１６とラムエアダクト吸気口１８と、ラムエアダクト排出口２０とを有する。図示の実施例の場合、ラムエアダクト１６の側方に配置したディフューザー２２により、、冷却空気として使用するラムエアをフレッシュエア生成装置１０の熱交換器の表面に分配し、熱いブリードエアを冷却する。

ラムエアダクト１６で発生した航空機の追加的な空気抵抗を少なくするため、飛行中にラムエアダクト１６を通過する冷却空気量は、常にできるだけ少量に維持する。冷却空気量の調節は新鮮なフレッシュエア生成装置１０の温度調節器の一部である。コントロールパラメータはフレッシュエア生成装置１０のコンプレッサ出力における温度であり、飛行中、コンプレッサは、所定値、例えば１８０゜Ｃに制御する。コンプレッサ出力温度がこの所定値を上回った場合、ラムエアダクト１６を流れる冷却空気量は増加しなくてはならない。コンプレッサ出力温度がこの値を下回った場合、冷却空気量は減少しなくてはならない。

ラムエアダクト１６を流れる冷却空気量を制御する目的で、ラムエア吸気フラップ２４とラムエア排気フラップ２６とを設ける。ラムエア吸気フラップ２４でラムエアダクト吸気口１８の流路断面は０の値（ラムエア吸気フラップの閉鎖位置）から最大の値（ラムエア吸気フラップの開放位置）まで変化できる。同様に、ラムエア排気フラップ２６を介して、ラムエアダクト排気口２０の流路断面も調整できる。

ラムエア排気フラップ２６は航空機体外板の中もしくは近くに配置され、ラムエアダクト１６に対面する側面であって、ラムエアダクト１６内に生ずる空力学的圧力にさらされる内側である一方の内側面２８と、さらに、は航空機を通過する相対気流の圧力にさらされる外側表面としての反対側の外側面３０とを有する。

アクチュエータ３２は、ラムエア給気フラップ２４の位置を変化させるのに使用するとともに、ラムエア排気フラップ２６の位置をアクチュエータ３４によって変化させることができる。

コンプレッサ出力温度が所定値以上になってより多くの冷却空気を必要とする場合、アクチュエータ３２によりラムエア給気フラップ２４を強制的に僅かに開放し、ラムエア給気口１８の流路断面を拡大する。この拡大した給気口流路断面を経てラムエアダクト１６に流入するより多くの冷却空気量は、ラムエアダクト１６内の動力学的圧力、およびラムエア排気フラップ２６の内側面２８に作用する力を増大する。アクチュエータ３４を有するラムエア排気フラップ２６の応力をできるだけ小さく維持するため、このアクチュエータ３４には力検出装置３６を設け、この力検出装置３６によってラムエアダクト１６に発生している圧力と航空機を通過する相対気流の圧力との差によって、アクチュエータ３４に加わる力を検出する。力検出装置３６を制御装置に接続し、高い応力が発生するのを防止するようラムエア排気フラップ２６を常時調節し、ラムエア排気フラップ２６の内側面２８および外側面３０に加わる空力学的流れの圧力が少なくとも均衡状態になるようにする。したがって、一層開放したラムエア給気フラップ２４を介して得られるより多くの冷却空気はラムエアダクト１６内の動力学的圧力になり、この動力学的圧力が、ラムエア排気フラップ２６の外側面３０に加わる相対気流圧力よりも大きくなる場合、ラムエア排気フラップ２６を、アクチュエータ３４に加わる力がゼロになるまで、すなわち、ほぼ力が平衡した状態になるまで、強制的に開くよう制御する。ラムエア排気フラップ２６の強制的開放により、ラムエアダクト１６、およびより正確にはラムダクト排気口２０の流れの抵抗を減少し、ラムエアダクト１６の動力学的圧力が低下する。同時に、ラムエア排気フラップ２６を強制開放する場合、ラムエア排気フラップ２６の外側面３０に加わるようラムエア排気フラップ２６を通過する相対気流の圧力が増大する。

他方、コンプレッサ出力温度が所定値よりも低下する場合、ラムエアダクト１６を流れる冷却空気量を減少しなければならない。このことは、ラムエア給気フラップ２４を閉鎖するよう制御することによって生じ、これにより、ラムエアダクト給気口１８の流路断面を減少する。ラムエアダクト１６の動力学的圧力も低下し、したがって、ラムエア排気フラップ２６の内側面２８に加わる力も低下する。このようにして、ラムエア排気フラップ２６は、強制的に閉じられ、アクチュエータ３４に加わる力が少なくともほぼゼロに達することになり、このことは、ラムエア排気フラップ２６の内側面２８および外側面３０の双方に加わる空力学的圧力に少なくともほぼ力の平衡状態となることを意味する。ラムエア排気フラップ２６を閉じることにより、航空機の流れの総抵抗も減少する。

上述のフレッシュエア生成装置１０によれば、この装置に必要な冷却空気量を広い限界範囲内に制御することができ、航空機の流れの総抵抗を少なくする効果をもたらす。さらに、上述のように制御するラムエア排気フラップ２６は、応力が小さいことにより、動作の信頼性をよくし、また寿命を長くする。

本発明による方法に基づいて位置制御する本発明によるエアガイドフラップをエア排気フラップとして使用した航空機のフレッシュエア生成装置の斜視図である。図１のフレッシュエア生成装置の線図的断面図である。

Claims

エアダクトに対面し、かつこのエアダクトに発生する圧力に曝される一方の側面（２８）と、航空機を通過する相対気流の圧力に曝される反対側の側面（３０）とを有する航空機のエアガイドフラップであって、エアガイドフラップを自動的に開閉するアクチュエータ（３４）を備え、このアクチュエータ（３４）を前記エアガイドフラップの位置を制御する制御装置に連係動作させるようにした該エアガイドフラップにおいて、
- 前記エアダクト内に発生する圧力と、前記航空機を通過する相対気流の圧力との差に基づいて前記アクチュエータ（３４）に加わる力を検出する力検出装置（３６）を設け、
- 前記制御装置により前記エアガイドフラップの位置を調整し、アクチュエータ（３４）に加わる前記力がほぼゼロになるようにした
ことを特徴とする飛行機のエアガイドフラップ。
請求項１記載のエアガイドフラップにおいて、前記エアガイドフラップをラムエア排気フラップ（２６）とし、前記エアダクト内の圧力を動力学的圧力とし、前記航空機を通過する相対気流により前記ラムエア排気フラップ（２６）に加わる圧力が、前記エアダクト内の動力学的圧力により前記ラムエア排気フラップ（２６）に加わる圧力よりも大きくなった場合に、前記双方の圧力がほぼ平衡状態になるまで、前記ラムエア排気フラップ（２６）を強制的に閉じるようにしたエアガイドフラップ。
請求項１または２記載のエアガイドフラップにおいて、前記エアガイドフラップをラムエア排気フラップ（２６）とし、前記エアダクト内の圧力を動力学的圧力とし、前記航空機を通過する相対気流により前記ラムエア排気フラップ（２６）に加わる圧力が、前記エアダクト内の動力学的圧力により前記ラムエア排気フラップ（２６）に加わる圧力よりも小さくなった場合に、前記双方の圧力がほぼ平衡状態になるまで、前記ラムエア排気フラップ（２６）を強制的に開くようにしたエアガイドフラップ。
航空機の補助装置にラムエアを供給するラムエア装置であって、給気口およびおよび排気口を有するラムエアダクト（１６）を有し、このラムエアダクトから前記補助装置に必要なラムエアを取り込むようにし、さらに、前記給気口の流路断面を制御するラムエア給気フラップ（２４）と、前記排気口の流路断面を制御するラムエア排気フラップとを備えたラムエア装置において、
- 前記ラムエア給気フラップ（２４）を開閉することにより、前記保持装置に必要なラムエアの量を制御し、また
- 前記ラムエア排気フラップ（２６）を請求項２または３記載のエアガイドフラップとした
ことを特徴とするラムエア装置
請求項４記載のラムエア装置において、前記補助装置を、航空機のフレッシュエア生成装置としたラムエア装置。
請求項５記載のラムエア装置において、前記ラムエア給気フラップ（２４）の位置を制御するための制御パラメータを、前記フレッシュエア生成装置のコンプレッサの出力における温度としたラムエア装置。
請求項６記載のラムエア装置において、前記フレッシュエア装置の前記コンプレッサの出力における温度が所定温度値を越える場合に、前記ラムエア給気フラップ（２４）を強制的に開放するようにしたラムエア装置。
請求項６または７記載のラムエア装置において、前記フレッシュエア装置の前記コンプレッサの出力における温度が所定温度値以下の場合に、前記ラムエア給気フラップ（２４）を強制的に閉じるようにしたラムエア装置。
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の内側面および外側面を有する航空機のエアガイドフラップの位置を制御する方法において、前記エアガイドフラップの前記内側面および外側面の双方に加わる空力学的気流の力が少なくとも平衡状態になるよう前記エアガイドフラップの位置を制御することを特徴とする航空機エアガイドフラップの位置制御方法。