JP4713160B2 - エーロフォイル、このエーロフォイルを備えた航空機、及びこのエーロフォイルを形成する方法 - Google Patents

Description

この発明は、エーロフォイル及びこのエーロフォイルを形成する方法に係り、特に、固定翼またはヘリコプターのブレードのような回転翼のいずれかでよい航空機の翼に使用されるエーロフォイルに関する。

一般に、空気ジェット渦発生器（air jet vortex generator）、すなわちＡＪＶＧとして知られる流れ制御装置は、エーロフォイル内に通路を有している。この通路はエーロフォイルの上側エーロフォイル表面で開口しており、使用の際に、通路からの空気が開口を通過して、少なくとも迎え角（incidence angle）の範囲にわたって上側エーロフォイル表面上の空気流に影響を及ぼす。したがって、上側エーロフォイル表面の開口の位置及び形状が重要である。

ＡＪＶＧを設けることにより、上側エーロフォイル表面上の境界空気流（boundary airflow）を活発化（energise）することができ、大きい圧力勾配に空気流が打ち勝つようにすることができる。これらは、限定はしないが、特に、高い迎え角で発生する。したがって、エーロフォイルが空中を移動するときに、失速を遅らせために、揚力を増加させるために、そしてエーロフォイルに対する抗力を減少させるために、ＡＪＶＧを使用することができる。

ヘリコプターのブレードは、少なくとも一般的に、樹脂及び強化材を含む複合材料の成形によって作製される。しかしながら、そのような材料は、正確な形状の開口を形成するのにあまり適しておらず、さらに、開口などの不連続部分を設けることは、特に、開口付近で腐食または他の望ましくないエーロフォイルの磨耗を招く可能性があるといった問題点があった。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、望ましい空気流への影響を与えるための望ましい形状の開口を容易に提供できるエーロフォイル及びこのエーロフォイルを形成する方法を提供することを目的とする。

この発明に係るエーロフォイルは、本体と、少なくとも１つの流れ制御装置とを有するエーロフォイルであって、流れ制御装置は、本体内の通路と、エーロフォイルの上側エーロフォイル表面にある出口開口とを備え、使用の際に、通路からの空気が出口開口を通過して、少なくとも迎え角の範囲にわたって上側エーロフォイル表面上の空気流に影響を及ぼし、出口開口は、上側エーロフォイル表面に対して固定された出口取り付け具によって設けられ、出口取り付け具は、上側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と上側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、出口取り付け具の表面部分は、通路に連通した出口開口をさらに有する。
流れ制御装置は、エーロフォイルの下側エーロフォイル表面またはその付近の位置に空気用の入口開口を備え、エーロフォイルが空中を移動することによって、空気が入口開口に流入して、出口取り付け具によって設けられた上側エーロフォイル表面にある出口開口へ流れるようにしてもよい。
流れ制御装置は、下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口に固定された入口取り付け具を備え、入口取り付け具は、下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、入口取り付け具の表面部分は、通路に連通した入口開口をさらに有してもよい。
入口取り付け具及び下側エーロフォイル表面間の接合部が滑らかとなるように、入口取り付け具は、耐腐食性がある耐久性材料で形成されて、下側エーロフォイル表面にはめ付けられてもよい。
可撓性導管が前記通路内に設けられており、可撓性導管は出口開口まで延びていてもよい。
入口取り付け具が設けられており、可撓性導管は、出口取り付け具及び入口取り付け具のいずれか一方に接続されていてもよい。
出口取り付け具は、可撓性導管に相互接続されるように、通路内を延びた中空差込み部分を有してもよい。
中空差込み部分が、可撓性導管に接続されるように、通路内を延びていてもよい。
航空機の固定翼、またはヘリコプターの主支持の回転ブレードもしくは尾部回転翼であってもよい。
複数の流れ制御装置が、エーロフォイルの前縁に沿って設けられていてもよい。

また、この発明に係るエーロフォイルは、本体と、少なくとも１つの流れ制御装置とを有するエーロフォイルであって、流れ制御装置は、本体内の通路と、エーロフォイルの下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口とを備え、使用の際に、空気が入口開口に流入してエーロフォイルの上側エーロフォイル表面上の出口開口へ流れて、少なくとも迎え角の範囲にわたって上側エーロフォイル表面上の空気流に影響を及ぼし、入口開口は、下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口に固定された入口取り付け具によって設けられ、入口取り付け具は、下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、入口取り付け具の表面部分は、通路に連通した入口開口をさらに有する。

この発明に係るエーロフォイルを形成する方法は、エーロフォイルの上側エーロフォイル表面及び下側エーロフォイル表面を有するエーロフォイルの本体内に、下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口及び上側エーロフォイル表面にある出口開口から延びている通路を設けるステップと、上側エーロフォイル表面に対して出口取り付け具を固定するステップ及び下側エーロフォイル表面もしくはその付近にある入口開口に入口取り付け具を固定するステップの一方または両方のステップとを備え、出口取り付け具は、上側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と上側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、出口取り付け具の表面部分は、通路に連通した出口開口をさらに有しており、入口取り付け具は、下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、入口取り付け具の表面部分は、通路に連通した入口開口をさらに有する。
入口取り付け具及び出口取り付け具の両方を設けるステップと、入口取り付け具及び出口取り付け具間に、入口取り付け具及び出口取り付け具の一方または各々に一体化された、または接続された可撓性導管を設けるステップとを備えてもよい。
下側エーロフォイル表面からドリルによって第１通路部分を設けるステップと、上側エーロフォイル表面からドリルによって第２通路部分を設けるステップとを備え、第１通路部分及び第２通路部分は、相対的に傾斜して交差していてもよい。

この発明によれば、出口開口は、上側エーロフォイル表面に対して固定された出口取り付け具によって設けられ、出口取り付け具は、上側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、表面部分と上側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、出口取り付け具の表面部分は、通路に連通した出口開口をさらに有するので、望ましい空気流を得るための望ましい形状の開口を容易に提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
この実施の形態に係るエーロフォイルを図１に示す。ヘリコプターの主支持（main sustaining）ロータアセンブリ１０は４枚のブレードを有し、その１つが符号１１で示されて、残りのブレードの位置が実線で示されている。ここで、ブレード１１は、エーロフォイルを構成する。
ブレード１１は、一般にロータヘッドまたはハブである付け根端部１２から外向きにブレードの全長に沿って、先端１３まで延びている。実際には、先端１３は複雑な形状であるが、図１にはエーロフォイル断面だけを表すように概略的に示されている。
ブレード１１は、前縁１５、後縁１６、前後縁１５，１６間の上側エーロフォイル表面１８、及び前後縁１５，１６間の下側エーロフォイル表面２０を備えた本体１４を有する。本体１４は、樹脂及び強化材の成形によって形成されている。

ブレード１１には、複数の流れ制御装置、すなわち受動ＡＪＶＧが設けられている。図２に示されるように、これらは各々、本体１４内に通路２２を有している。通路２２は、本体１４の成形後に、たとえばドリルによって設けられる。ブレード１１の上側エーロフォイル表面１８には、通路２２からの空気が通過する出口開口２１が形成されている。また、流れ制御装置の各々は出口取り付け具２４を有している。出口取り付け具２４は、出口開口２１を内部に設けた表面部分２５を備え、出口開口２１は出口取り付け具２４の中空差込み部分２６を介して通路２２に連通している。出口取り付け具２４は、少なくとも出口開口２１が腐食または他の磨耗に耐える材料で形成されており、ブレード１１の上側エーロフォイル表面１８に対して、たとえば接着剤で固定されている。表面部分２５は、上側エーロフォイル表面１８に連続するように構成され、表面部分２５と上側エーロフォイル表面１８とが接合している。これにより、表面部分２５と上側エーロフォイル表面１８との接合部２７には、不連続部分がないか、あっても最小限となっている。

ブレード１１の前縁１５付近には、空気が流入する入口開口３０が形成されている。流れ制御装置は入口取り付け具３１を有している。入口取り付け具３１は、入口開口３０を内部に設けた表面部分３５を備え、入口開口３０は入口取り付け具３１の中空差込み部分３６を介して通路２２に連通している。入口取り付け具３１は、入口開口３０が腐食または他の磨耗に耐える材料で形成されており、下側エーロフォイル表面２０またはその付近にある入口開口３０に対して、たとえば接着剤で固定されている。入口取り付け具３１の表面部分３５は、下側エーロフォイル表面２０に連続するように構成され、表面部分３５と周囲の下側エーロフォイル表面２０とが接合している。これにより、位置３７には、不連続部分がないか、あっても最小限となっている。

図３の流れ制御装置の平面図に示されるように、通路２２は、２つの通路部分２２ａ，２２ｂを有し、これらが同軸的ではないように接続して、必然的に傾斜している。通路２２は所望の入口開口３０から所望の出口開口２１まで延びている。通常、通路部分２２ａ、２２ｂのそれぞれは直線的であり、本体１４を成形した後、下側エーロフォイル表面２０またはその付近にある入口開口３０から、及び上側エーロフォイル表面の出口開口２１から、たとえばドリルによって設けられる。これにより、通路２２内を流れる空気は急激な方向変化を受けることになるため、好ましくない空気流になってしまう。

このため、この実施の形態では、通路２２内部には可撓性導管２８が設けられている。可撓性導管２８の一端は出口取り付け具２４の差込み部分２６に挿入されており、他端は入口取り付け具３１の差込み部分３６に接続されている。

出口取り付け具２４の差込み部分２６には、入口取り付け具３１の差込み部分３６と同様に、可撓性導管２８の端部が挿入するが、入口取り付け具３１には、入口取り付け具３１に対する可撓性導管２８の位置を固定できるように、内部当接部が設けられている。可撓性導管２８により、通路部分２２ａ，２２ｂの交差が滑らかになる。

次に、この実施の形態に係る流れ制御装置を設ける方法を以下に説明する。
ブレード１１の前縁１５及び上側エーロフォイル表面１８のそれぞれから、ドリルによって通路部分２２ａ，２２ｂを形成し、通路２２を設ける。上側エーロフォイル表面１８及び前縁１５のそれぞれに形成された出口開口２１及び入口開口３０の周囲を切り欠いて、出口取り付け具２４の表面部分２５及び入口取り付け具３１の表面部分３５のそれぞれが受け入れられるくぼみを形成する。これにより、上側エーロフォイル表面１８及び下側エーロフォイル表面２０のそれぞれに連続するように、表面部分２５，３５を接着剤などで固定する。

ここで、最初に、入口取り付け具３１を本体１４に固定する。可撓性導管２８は、入口取り付け具３１の差込み部分３６に予め固定しておくか、または出口開口２１から通路２２に送り込んだ後、たとえば接着剤などで固定する。この時、可撓性導管２８は、上側エーロフォイル表面１８から外向きに延びるようにしてもよい。
次に、出口取り付け具２４を可撓性導管２８の上にはめてから、可撓性導管２８を出口取り付け具２４の差込み部分２６の内側に、たとえば接着剤によって接続する。また、出口取り付け具２４を上側エーロフォイル表面１８に対して、接着剤によって固定する。可撓性導管２８が上側エーロフォイル表面１８から外向きに延びている場合には、上側エーロフォイル表面１８と面一に切断する。

可撓性導管２８はポリウレタン製であって、通路２２内に最も効率的な空気流が得られるように、丸形断面を有している。中空差込み部分３６に設けられた入口開口３０は、可撓性導管２８より大きい断面を有している。
出口取り付け具２４の表面部分２５内に形成された出口開口２１は、上側エーロフォイル表面１８上の空気流に最適な影響を及ぼすように、スロットまたはその他の形状にする。

次に、この実施の形態に係るエーロフォイルの動作について説明する。
ブレード１１はブレード軸Ａを中心にフェザリングする。これにより、ブレード１１には、空気流によって揚力が与えられる。また、ブレード１１が空気中を移動する際に、空気に対するブレード１１の迎え角が変化する。ブレード１１がこのように空中を移動することによって、入口開口３０から通路２２に流入し、通路２２を流通して出口開口２１から流出する。これにより、少なくとも迎え角の範囲にわたって上側エーロフォイル表面１８上の空気流に影響を及ぼす。

本体１４に入射する空気流が、入口開口３０から通路２２に流入し、通路２２を流通して出口開口２１から流出することにより、少なくとも迎え角の範囲にわたって上側エーロフォイル表面１８上の空気流に影響を及ぼすので、失速が遅くなり、揚力が増加し、かつ／またはエーロフォイルが空中を移動するときの空気流抗力が減少する。

また、通路２２が、２つの通路部分２２ａ，２２ｂを有し、これらが同軸的ではないように接続して、必然的に傾斜しているので、可撓性導管２８がないと、入口開口３０から出口開口２１まで通路２２を通る空気流は、通路部分２２ａ，２２ｂが交差する位置で急激な方向変化を伴うことになる。しかし、可撓性導管２８を設けることによって、空気流の交差が滑らかになり、それによって損失が軽減されて効率が向上する。

このように、出口開口２１は、上側エーロフォイル表面１８に対して固定された出口取り付け具２４によって設けられ、出口取り付け具２４は、上側エーロフォイル表面１８に連続する表面部分を有して、表面部分２５と上側エーロフォイル表面１８との接合部２７に不連続部分がないか、あっても最小限であり、出口取り付け具２４の表面部分２５は、通路２２に連通した出口開口２１をさらに有するので、望ましい空気流を得るための望ましい形状の開口を容易に提供することができる。

この実施の形態では、流れ制御装置は、ブレード１１の前縁１５付近に入口開口３０を有しているが、この形態に限定されるものではない。入口開口３０は、下側エーロフォイル表面２０またはその付近に設けてもよい。

この実施の形態では、入口取り付け具３１の表面部分３５内の入口開口３０の断面は、円形に限定されるものではない。入口開口３０内への最も効率的な空気の流れが得られるように、任意の所望形状にすることができる。

可撓性導管２８を入口取り付け具３１及び出口取り付け具２４に接続する方法は、この実施の形態で説明した方法に限定されるものではなく、他の方法で接続してもよい。
また、可撓性導管２８は、入口取り付け具３１及び出口取り付け具２４の少なくとも一方と一体化した単一構造にしてもよい。

流れ制御装置は、既存のエーロフォイルに後付けしてもよく、またはエーロフォイルの製造中に本体１４の成形後に設けてもよい。

この実施の形態では、エーロフォイルであるブレード１１を例にして説明してきたが、これに限定するものではない。この発明を、航空機の固定翼または任意の他のエーロフォイルに応用してもよい。

以上の説明、添付の特許請求の範囲または添付図面に開示されている特徴であって、開示されている機能、開示されている結果を適切に得るための方法、処理を実施するための具体的な形態または手段に関して示される特徴は、本発明をさまざまな形で実現するために、個別にまたは任意の組み合わせで用いることができる。

この発明の実施の形態に係るヘリコプターのエーロフォイルの一部を示す概略図である。 この実施の形態に係るエーロフォイルの一部について、さらに詳細な断面図である。 この実施の形態に係るエーロフォイルの流れ制御装置の平面図である。

符号の説明

１１ ブレード（エーロフォイル）、１４ 本体、１５ 前縁、１８ 上側エーロフォイル表面、２０ 下側エーロフォイル表面、２１ 出口開口、２２ 通路、２２ａ，２２ｂ 通路部分、２４ 出口取り付け具、２５，３５ 表面部分、２６，３６ 中空差込み部分、２７ 接合部、２８ 可撓性導管、３０ 入口開口、３１ 入口取り付け具。

Claims (16)

1. 本体と、少なくとも１つの流れ制御装置とを有するエーロフォイルであって、
   前記流れ制御装置は、
   前記本体内の通路と、
   前記エーロフォイルの上側エーロフォイル表面にある出口開口と
   を備え、
   使用の際に、前記通路からの空気が前記出口開口を通過して、少なくとも迎え角が変化する範囲で前記上側エーロフォイル表面上の空気流に影響を及ぼし、
   貫通開口が設けられた表面部分を備えた出口取り付け具を設け、
   前記出口取り付け具は、前記上側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、前記表面部分と前記上側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であるように、前記上側エーロフォイル表面に対して固定され、
   前記出口取り付け具の前記貫通開口は、前記本体内で前記通路に連通することにより、前記出口開口を提供するエーロフォイル。
2. 前記出口取り付け具は、腐食に耐える材料で形成されており、前記出口取り付け具と前記上側エーロフォイル表面との間の接合部が連続するように、前記上側エーロフォイル表面に固定されている請求項１に記載のエーロフォイル。
3. 前記流れ制御装置は、前記エーロフォイルの下側エーロフォイル表面またはその付近の位置に空気用の入口開口を備え、
   前記エーロフォイルが空中を移動することによって、空気が前記入口開口に流入して、前記出口取り付け具によって設けられた前記上側エーロフォイル表面にある前記出口開口へ流れる請求項１または２に記載のエーロフォイル。
4. 前記流れ制御装置は、前記下側エーロフォイル表面またはその付近にある前記入口開口に固定された入口取り付け具を備え、
   前記入口取り付け具は、前記下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、前記表面部分と前記下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、
   前記入口取り付け具の前記表面部分は、前記通路に連通した前記入口開口をさらに有する請求項３に記載のエーロフォイル。
5. 前記入口取り付け具及び前記下側エーロフォイル表面間の接合部が滑らかとなるように、前記入口取り付け具は、耐腐食性がある耐久性材料で形成されて、前記下側エーロフォイル表面にはめ付けられる請求項４に記載のエーロフォイル。
6. 可撓性導管が前記通路内に設けられており、
   前記可撓性導管は前記出口開口まで延びている請求項１〜５のいずれか一項に記載のエーロフォイル。
7. 前記流れ制御装置には、前記下側エーロフォイル表面またはその付近にある前記入口開口に固定された入口取り付け具が設けられており、
   前記出口取り付け具と前記可撓性導管とが相互接続され、前記可撓性導管が前記入口取り付け具に接続されている請求項６に記載のエーロフォイル。
8. 前記出口取り付け具は、前記貫通開口が貫通して延びる中空差込み部分を有し、該中空差込み部分は、前記可撓性導管に相互接続されるように、前記通路内を延びる請求項６または７に記載のエーロフォイル。
9. 前記流れ制御装置は、前記下側エーロフォイル表面またはその付近にある前記入口開口に固定された入口取り付け具を備え、
   該入口取り付け具は、前記可撓性導管に接続されるように、前記通路内を延びる中空差込み部分を有する請求項６〜８のいずれか一項に記載のエーロフォイル。
10. 航空機の固定翼、またはヘリコプターの主支持の回転ブレードもしくは尾部回転翼である請求項１〜９のいずれか一項に記載のエーロフォイル。
11. 複数の流れ制御装置が、前記エーロフォイルの前縁に沿って設けられている請求項１０に記載のエーロフォイル。
12. 本体と、少なくとも１つの流れ制御装置とを有するエーロフォイルであって、
    前記流れ制御装置は、
    前記本体内の通路と、
    前記エーロフォイルの下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口と
    を備え、
    使用の際に、空気が前記入口開口に流入して前記エーロフォイルの上側エーロフォイル表面上の出口開口へ流れて、少なくとも迎え角が変化する範囲で前記上側エーロフォイル表面上の空気流に影響を及ぼし、
    貫通開口が設けられた表面部分を備えた入口取り付け具を設け、
    前記入口取り付け具は、前記下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、前記表面部分と前記下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であるように、前記入口開口で固定され、
    前記入口取り付け具の前記貫通開口は、前記本体内で前記通路に連通することにより、前記入口開口を提供するエーロフォイル。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエーロフォイルを備えた航空機。
14. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のエーロフォイルを形成する方法であって、
    前記エーロフォイルの上側エーロフォイル表面及び下側エーロフォイル表面を有する前記エーロフォイルの本体内に、前記下側エーロフォイル表面またはその付近にある入口開口及び前記上側エーロフォイル表面にある出口開口から延びている通路を設けるステップと、
    前記上側エーロフォイル表面に対して出口取り付け具を固定するステップ及び前記下側エーロフォイル表面もしくはその付近にある入口開口に入口取り付け具を固定するステップの一方または両方のステップと
    を備え、
    前記出口取り付け具は、前記上側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、前記上側エーロフォイル表面に対する固定時に、前記表面部分と前記上側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、
    前記出口取り付け具の前記表面部分は、前記本体内で前記通路に連通した前記貫通開口をさらに有して、前記出口取り付け具を固定すると、該出口取り付け具の前記貫通開口が前記出口開口を提供するようになっており、
    前記入口取り付け具は、前記下側エーロフォイル表面に連続する表面部分を有して、前記表面部分と前記下側エーロフォイル表面との接合部に不連続部分がないか、あっても最小限であり、
    前記入口取り付け具の前記表面部分は、前記本体内で前記通路に連通した貫通開口をさらに有して、前記入口取り付け具を固定すると、前記入口取り付け具の前記貫通開口が前記入口開口を提供する方法。
15. 前記入口取り付け具及び前記出口取り付け具の両方を設けるステップと、
    前記入口取り付け具及び前記出口取り付け具間に、前記入口取り付け具及び前記出口取り付け具の一方または各々に一体化された、または接続された可撓性導管を設けるステップと
    を備える請求項１４に記載の方法。
16. 前記下側エーロフォイル表面からドリルによって第１通路部分を設けるステップと、
    前記上側エーロフォイル表面からドリルによって第２通路部分を設けるステップと
    を備え、
    前記第１通路部分及び前記第２通路部分は、相対的に傾斜して交差している請求項１４または１５に記載の方法。

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