JP4980921B2 - 航空機補助翼において空力騒音を低減するシステム - Google Patents

航空機補助翼において空力騒音を低減するシステム Download PDF

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Description

本発明は、請求項1のプレアンブルによる、航空機の補助翼において空力騒音を低減するシステムに関する。
現代の商業用航空機は、たとえば、低速時に揚力を増加させるために、離陸および着陸中に作動させられる、主翼の前縁に設けられた可動スラットまたは着陸用フラップなどの、補助翼の形態の高揚力コンポーネントを有する。これらの補助翼は、主翼にヒンジで取り付けられ、主翼と補助翼との間のギャップ領域が開くと伸張することができる。大きな問題は、補助翼が伸張すると、かなりの空力騒音が、ギャップ領域内の乱流によって生成され、特に、地上において、非常に好ましくないと感知されることである。
チャネルは、たとえば、スラットの背面に設けられ、チャネル内で、スラットが伸張状態にあるときに、ギャップ流の流れの分離が、渦の形態で生まれる。この渦は、隣接ギャップ流からの新しいエネルギーによって常に供給される。乱流球状体は、渦流領域とギャップ流との間の分離流線を介して加速されたギャップ流に入り、騒音を発生させる。しかし騒音は、スラットの後縁を越えて乱流球状体の外方向流を通して放出される。
商業用航空機の補助翼においてこの空力騒音を低減するための種々のシステムが、従来技術から知られており、補助翼が伸張すると、ギャップ領域内に移動することができ、翼幅の方向に細長く、また、渦流領域と、補助翼と主翼との間のギャップ領域内に流れる空気のギャップ流との間の分離流線に沿って少なくとも部分的に延びる、分離表面が設けられる。
航空機の主翼のための補助翼は、たとえば特許文献1から知られており、主翼の方向に延び、また、渦流領域と、補助翼と主翼との間に流れる空気のギャップ流との間の分離流線に沿って延びる、補助翼上に位置する分離表面の形態で空力騒音を低減する、こうしたシステムが設けられる。この分離表面は、剛性形態を有し、それにより、分離表面は、補助翼にヒンジで取り付けられ、補助翼が主翼上で引っ込められるとき、または、航空機のピッチ角が変わるときに分離表面の角度位置が変更されなければならないときに旋回可能である。他方、分離表面はまた、たとえば、補助翼に固着され、また、補助翼が伸張すると圧力を受けてもよい、膨張可能バルーンまたは変位体の形態の可撓性構造を有していてもよい。
商業用航空機のスラットにおいて空力騒音を低減するシステムは、たとえば特許文献2から知られており、中空変位体が、スラットの背面上に、主翼の外部輪郭に適合したプロファイル湾曲で設けられ、中空変位体は、制御された抽気ラインの使用によって、任意選択で膨張可能であり、それにより、スラットと主翼との間のギャップ領域内のギャップ流から渦流領域を分離する分離表面が形成される。
特許文献3から公知の、商業用航空機のスラットにおいて空力騒音を低減するさらなるシステムでは、渦流領域と、補助翼と主翼との間のギャップ領域内に流れる空気のギャップ流との間の分離流線に沿って部分的に延びる分離表面は、スラットの翼幅にわたって分布し、また、少なくとも1つの列で整列する、直列に配列された、複数のブラシヘアから形成される。
商業用航空機のスラットにおいて空力騒音を低減するさらなるシステムは、特許文献4から公知であり、渦流領域と、補助翼と主翼との間のギャップ領域内に流れる空気のギャップ流との間の分離表面は、抽気によって膨張してもよい変位体によって形成される。
フラップ、シートなどの形態のシステムの欠点は、こうした構造が、通常、渦流領域を十分にマスクできないか、または、覆うことができないことである。騒音放出乱流は、別のロケーションにおいて形成される場合がある。さらに、こうした構造を作動させ、制御するのに、複雑な運動学的アクチュエータシステムが必要である。
弾性または「柔軟」表面を有する膨張可能構造は、所望の輪郭によく一致する場合があるが、技術システムにおける実施は難しい。空気取込みおよび排出を制御するのに、複雑な弁接続が通常は必要である。さらに、通常、280℃以上である高温抽気のために、抽気が使用されるときには特別な材料が選択されなければならない。さらなる欠点は、適した弾性材料は、劣化および損傷を受け易く、UV放射に耐性がなく、それにより、使用寿命がかなり制限され、保守労力が著しく増加することである。
独国特許出願公開第199 25 560号明細書(DE199 25 560A1) 独国特許出願公開第100 19 185号明細書(DE100 19 185A1) 独国特許出願公開第101 57 849号明細書(DE101 57 849A1) 独国特許発明第100 19 187号明細書(DE100 19 187C1)
したがって本発明の目的は、特に単純な構造を有し、また、容易に、確実に、一貫して動作することができる、航空機の補助翼において空力騒音を低減する改良されたシステムを提供することである。さらなる目的は、システムが機能不全に関して信頼性があることである。
上記目的は、請求項1の特徴を有するシステムによって達成される。
本発明によるシステムの有利な実施形態および改良は従属請求項に述べられている。
本発明は、主翼にヒンジで取り付けられ、主翼と補助翼との間のギャップ領域が開くと伸張可能である、航空機の補助翼において空力騒音を低減するシステムを提供する。システムは、補助翼が伸張すると、ギャップ領域内に移動することができ、翼幅の方向に細長く、また、渦流領域と、補助翼と主翼との間のギャップ内に流れる空気のギャップ流との間の分離流線に沿って少なくとも部分的に延びる分離表面を有する。本発明によれば、分離表面は、安定状態のうちの少なくとも1つと少なくとも1つの付加的な状態との間で、アクチュエータデバイスによって移動することができるn安定表面である。
本発明による手法は、空気力学的にアクティブな表面上に渦流を生成する、補助翼または主翼内のチャネルが、単純な方法で移動し、その結果、乱流の形成が、完全に、または、かなりなくなることを可能にする。
本発明によるシステムの1つの有利な実施形態によれば、分離表面は、分離表面が自動的に安定状態をとり、また、分離表面が、アクチュエータデバイスの作動によって、そこから移動することができる単安定(n＝1)表面である。
単安定分離表面は、アクチュエータデバイスの作動が、停止するかまたは不全になると、安定状態に自動的に戻るように設計されてもよい。これは、分離表面が、アクチュエータデバイスの作動によってだけ、その安定状態から付加的な状態へと移動してもよく、アクチュエータデバイスがアクティブである間だけ、その付加的な状態に存在するため、機能不全保護は、単純な方法で確保されるという利点を有する。作動が終了すると、すなわち、アクチュエータデバイスが非アクティブであると(アクチュエータデバイスの不全によって生じる場合もある)、分離表面は、その安定状態に自動的に戻る。
安定状態では、単安定分離表面は、好ましくは、ギャップ領域から引っ込んでおり、かつ、ギャップ領域が閉じると、補助翼が、主翼に対して引っ込むことができる位置をとり、アクチュエータデバイスの作動の結果として、または、その作動中に、補助翼の伸張によって、ギャップ領域が開くと、単安定分離表面は、分離表面が、ギャップ流から渦流領域を少なくとも部分的にそこで分離する、進んだ位置をとる、すなわち、その空間を占有する。これは、アクチュエータデバイスが機能不全となる場合、補助翼が、緊急位置に容易に引っ込むように、分離表面が引っ込み位置に自動的に戻るという利点を有する。後者は、商業用航空機についての安全要件に、確実に対応しなければならない。
単安定分離表面が、ばね弾性構造特性を有する材料で作られることが実用的である。別法として、または、付加的に、その作用によって、分離表面がその安定状態へ自動的に戻る、さらなるデバイス、特にばねデバイス(弾性ばね、発泡体など)が設けられてもよい。
本発明によるシステムの別の有利な実施形態によれば、分離表面は、アクチュエータデバイスの作動によって、分離表面がその間で移動することができる2つの安定状態を有する双安定(n＝2)表面である。これは、ある安定状態から別の安定状態へ分離表面を移動させるためだけのために、アクチュエータデバイスが作動される必要があるという利点を有する。2つの安定状態は、それぞれ、アクチュエータデバイスによる影響または作動力による影響が無い状態で維持され、それによって、アクチュエータデバイスの制御が簡単になり、任意選択で、アクチュエータデバイスの電力消費が低減される。
この実施形態は、好ましくは、安定状態の一方において、ギャップ領域から引っ込んでおり、かつ、ギャップ領域が閉じると、補助翼が、主翼上に対して引っ込むことができる位置を、双安定分離表面がとり、他方の安定状態において、補助翼の伸張によって、ギャップ領域が開くと、分離表面が、ギャップ流から渦流領域を少なくとも部分的にそこで分離する進んだ位置を、双安定分離表面がとる、すなわち、その空間を占有するように設計される。この実施形態では、補助翼が、緊急引っ込み中に、伸張した、または、進んだ分離表面に押し付けられることによって、有利なことには、破壊保護が確保され、その結果、換言すれば、分離表面は、他の安定状態、係合したまたは引っ込んだ状態に「スナッピング」され、変換される。
双安定分離表面の2つの安定状態は、分離表面のばね弾性構造特性によって、固定デバイス(たとえば、自転車連結で使用される)によって、かつ/または、別個のデバイス、特に、ばねデバイスによって自動的に確立されてもよい。
さらに有利な実施形態によれば、分離表面は、アクチュエータデバイスの作動によって、分離表面がその間で移動可能な、n個(n＝3)の安定状態をとることができるn安定(n＝3)表面である。nは有利には、3、4、5・・・または10である。
安定状態のうちの少なくとも1つにおけるn安定分離表面が、ギャップ領域から引っ込んでおり、かつ、ギャップ領域が閉じると、補助翼が、主翼に対して引っ込むことができる位置を、双安定分離表面がとることが実用的であり、それにより、補助翼の伸張によって、ギャップ領域が開くと、分離表面が、ギャップ流から渦流領域を少なくとも部分的にそこで分離する進んだ位置をn安定分離表面がとる(すなわちその空間を占有する)。
n安定(n＝3)分離表面の場合、n安定状態は、有利には、双安定分離表面に関連して先に述べた固定デバイスによって、かつ/または、付加的なデバイス、特にばねデバイス(弾性ばね、発泡体など)によって、自動的に確立されてもよい。
本発明の1つの有利な実施形態によれば、分離表面は、渦流領域を少なくとも部分的に覆い、翼幅の方向に延びる線に沿って、少なくとも一方の側で、関節方式で支持されるか、または、少なくとも一方の側でしっかりとクランプされる表面である。
本発明の代替の有利な実施形態によれば、分離表面は、渦流領域を少なくとも部分的に、または、完全に覆い、翼幅の方向に延びる線に沿って、両側で支持される表面である。
1つの好ましい実施形態によれば、分離表面が、それに沿って支持される、翼幅の方向に延びる線間の分離表面の寸法は、線間の距離より大きくてもよい。
本発明の一実施形態によれば、分離表面は、翼幅の方向に延びる線に沿って両側で、関節方式で支持されてもよい。
代替実施形態によれば、分離表面は、翼幅の方向に延びる線に沿って、一方の側でしっかりとクランプされ、他方の側では関節方式で支持される。
さらなる代替法によれば、分離表面はまた、翼幅の方向に延びる線に沿って両側でしっかりとクランプされる。
本発明の1つの有利な実施形態によれば、分離表面は、可撓性平坦材料で形成される。
平坦材料は、可撓性金属シート、ガラス繊維強化プラスチック(FRP)、炭素繊維強化プラスチック(CRP)、繊維強化ポリマー、または繊維強化エラストマーであってよい。
アクチュエータデバイスは、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的な安定状態との間で分離表面を移動させるために、分離表面が、翼幅の方向に延びる線に沿ってそこで支持される、少なくとも一方の側で、分離表面に結合するロータリアクチュエータであってもよい。
アクチュエータデバイスはまた、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的な安定状態との間で分離表面を移動させるために、分離表面に結合するリニアアクチュエータであってもよい。
しかし、アクチュエータデバイスはまた、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的な安定状態との間で分離表面を移動させるために、分離表面に結合する流体アクチュエータであってもよく、流体アクチュエータは、流体が衝突できる、渦流領域内に設けられた変位体を有する。
アクチュエータデバイスは、サーボモータ、電動機、または電磁石によって駆動されてもよい。
しかし、アクチュエータデバイスはまた、空気圧または液圧アクチュエータであってもよい。
アクチュエータデバイスは単一または二重作動構造を有していてもよく、ここで、「二重作動」とは、アクチュエータデバイスが反対方向の力作用を生成できることを、すなわち、アクチュエータデバイスが引くだけでなく押すことが可能であることを意味する。
アクチュエータデバイスは、二重または多重冗長構造を有してもよい。
さらなる代替法によれば、アクチュエータデバイスは、ケーブル、レバー、ドライブピンなどとして設計されてもよく、アクチュエータデバイスは、好ましくは、補助翼を引っ込め、または、伸張させる作動デバイスに動力学的に結合する。
分離表面が取り付けられる翼の背面上で、ギャップ領域から引っ込んでおり、かつ、ギャップ領域が閉じると、補助翼が主翼に対して引っ込むことができる位置に、分離表面がその中を移動することができるチャネルが設けられることが好ましい。
引っ込んだ位置における、分離表面の輪郭は、チャネルの輪郭に実質的に適合する場合が、特に有利である。
本発明の1つの特に有利な実施形態によれば、補助翼は、スラットまたは着陸用フラップである。
本発明の例示的な実施形態を、図面を参照して以下で説明する。
図1は、航空機の主翼2を示し、主翼2上には、スラット1および着陸用フラップ11の形態の補助翼が位置する。補助翼1,11は、主翼2にヒンジで取り付けられ、主翼2と、各補助翼1,11との間のギャップ領域9が開くと伸張可能である。補助翼1,11は、離陸、着陸、および進入などの、低速時に浮力を増加させるのに使用される。伸張状態において、補助翼1,11は、各ギャップ領域9を開き、ギャップ領域9において、補助翼1,11と、主翼2と、各渦流領域12との間で流れる空気のためのギャップ流10が形成される。渦流領域12は、引っ込んだ状態での、補助翼1,11と主翼2の実質的に円滑な連結を確立するのに使用される、チャネルの形態のプロファイル湾曲14を形成する。渦流領域12は、強く揺動し、好ましくない騒音の発生をもたらす。それは、連続乱流球状体が、渦流領域12とギャップ流10との間の分離流線13を介して加速されたギャップ流10に入るためである。
図2は、航空機スラット1において空力騒音を低減するシステムの例示的な実施形態を示す。スラット1は、主翼2にヒンジで取り付けられ、たとえば、スラットトラックまたはフラップトラック(図2では示さず)と呼ばれるアクチュエータデバイスの使用によって、主翼2とスラット1との間のギャップ領域9が開くと伸張する。この伸張した状態が、図2に示される。スラット1は、飛行方向に対して前方領域内の外側クラディング15、および、後方プロファイル湾曲14を有する。後方プロファイル湾曲14は、チャネル8の形状を有し、主翼2の前縁18の形状に適合して、引っ込んだ状態への実質的に平滑な遷移が確保される。プロファイル湾曲14の下端において翼幅の方向(すなわち図2の図面の平面に垂直)に延びる線上に設けられた第1関節式継ぎ手21と、プロファイル湾曲14の上端において翼幅の方向に同様に延びる線上に設けられた第2関節式継ぎ手22との間に、翼幅の方向に細長く、スラット1の伸張状態では、渦流領域12と、スラット1と主翼2との間のギャップ領域9内で流れる空気のためのギャップ流10との間の分離流線13に沿って少なくとも部分的に延びる分離表面7が位置する(図1も参照されたい)。
一般に、分離表面7は、アクチュエータデバイス4によって、n安定状態のうちの少なくとも1つと、少なくとも1つの付加的な状態との間で移動することができるn安定表面である。分離表面7の輪郭一致および力-距離特性は、たとえば、公知のオイラーのストラットの式の使用によって決定されてもよい(図3も参照されたい)。もちろん、このために他の公知の方法が使用されてもよい。
図2に示す例示的な実施形態では、分離表面7は、2つの安定位置、すなわち、図2に示す状態1および2をとることができる双安定(n＝2)表面である。安定状態1では、分離表面7は、ギャップ領域9から引っ込んでおり、かつ、ギャップ領域9が閉じると、スラット1が主翼2に対して引っ込むことができる位置をとる。スラット1が伸張する、したがって、ギャップ領域9が開くと、安定状態2では、双安定分離表面7は、ギャップ領域9内に進んだ位置をとる、すなわち、分離表面7は、分離流線13(図1を参照されたい)に沿ってギャップ領域9内に位置して、ギャップ流10から渦流領域12が分離され、したがって、騒音放出が低減される。換言すれば、状態1は、スラット1が主翼2に係合することを可能にする空気力学的に非アクティブな状態に相当し、状態2は、空気力学的にアクティブな状態に相当する、すなわち、この場合、騒音発生乱流形成を低減する空気理解学的輪郭が提供される。
分離表面7の輪郭一致は、図3に概略的に示す、知られている4つのオイラーの座屈の場合から生じる。図3は、クランプ式/自由の境界条件(事例1)、関節式/関節式の境界条件(事例2)、クランプ式/関節式の境界条件(事例3)、クランプ式/クランプ式の境界条件(事例4)によるオイラーの座屈の場合を示す。原理上、これらの事例はそれぞれ、本発明で使用されてもよい。
図2では、分離表面7は、関節式継ぎ手21,22によって両方の側で移動可能に、回転可能に支持され、その結果、分離表面7は、4つのオイラーの座屈の事例の事例2に相当する2つの安定座屈状態をとることができる。換言すれば、アクチュエータデバイス4によって作動されることによって、分離表面7は、図2に示す2つの安定状態1と2との間で「スナッピング」することができ、これはまた、通常、「クリッカの原理」とも呼ばれる。アクチュエータデバイス4の作動の結果として、分離表面7は、一方の安定状態から他方の安定状態に切換わる。特定の安定状態に存在するために、アクチュエータデバイスは必要ではない。そのため、アクチュエータデバイスの制御が単純化されるだけでなく、電気駆動式アクチュエータの場合、電力も節約されるであろう。さらに、弾性構造特性を有する、伸張した、すなわち、安定状態2にある、分離表面7は、スラット1が、主翼2に接触することによって状態1に係合すると、自動的にスナッピングしてもよい。これは、技術的に単純な方法で、機能不全(破壊)からの保護を保証し、その結果、緊急時にスラット1の引っ込みが分離表面7によって妨げられない。
双安定分離表面7が、可撓性平坦材料からなることが実用的である。分離表面7が、関節式継ぎ手21,22上でそれに沿って支持される、翼幅の方向に延びる線間の分離表面7の寸法は、好ましくは、これらの線間の距離より大きい。引っ込んだ位置(状態1)における分離表面7の輪郭が、チャネル8の輪郭に実質的に対応することも有利である。
図4は、それぞれ、アクチュエータデバイス3,4または5の使用による、分離表面7の可能性のある3つのタイプの作動を示す。
図4a)による例示的な実施形態では、アクチュエータデバイス3は、ロータリアクチュエータであり、ロータリアクチュエータは、分離表面7の作動のために、分離表面7が関節式継ぎ手21上で支持される側で分離表面7に結合される。分離表面7は、矢印で示す2つの方向にロータリアクチュエータ3を回転させることによって、状態1から状態2へ、また、その逆にもたらされてもよい。この場合、アクチュエータは、力作用を種々の方向に生成するため二重作動式である。
図4b)では、アクチュエータ4は、2つの矢印で示すように、分離表面7が、安定状態1から他の安定状態2へ、また、その逆へ移動するように、分離表面7に結合されたリニアアクチュエータである。
図4c)では、アクチュエータ5は、流体による空気作動式または油圧作動式であり、流体によって、矢印で示すように、変位体16のサイズを増大させるかまたは縮小させることができる。ここで同様に、分離表面7は、安定状態1と2との間で移動してもよい。
図5は、異なるアクチュエータデバイスを使用して、航空機のスラット1上の空力騒音を低減するシステムのさらなる例示的な実施形態を示し、単安定(n＝1)分離表面7が使用される。この場合、分離表面7は、翼幅の方向に延びる線に沿ってプロファイル湾曲14の下端において、第1関節式継ぎ手21によって支持され、一方、他方の側では、分離表面は、飛行方向に延びる線に沿ってプロファイル湾曲14の上端において、しっかりクランプされる。これは、図3に示す第3のオイラーの座屈の場合と類似の、分離表面7の単安定(n＝1)構成をもたらす。分離表面7は、安定状態を自動的にとり、その安定状態では、分離表面7は、ギャップ領域9からプロファイル湾曲14へ引っ込んだ位置にあり、それにより、スラット1が、主翼(図5では示さず)に係合することが防止される。アクチュエータデバイス3,4または5の作動により、スラット1を伸張することによって、ギャップ領域9が開くと、分離表面7は、渦流領域12を分離するか、または、占有する進んだ位置にもたらされてもよい(図1を参照されたい)。そのため、分離表面7は、アクチュエータデバイス3,4または5がアクティブである限り、この進んだ位置に保持される。アクチュエータデバイス3,4または5の作動が終了するか、または、アクチュエータデバイス3,4または5が機能不全となる場合、分離表面7は、安定状態、すなわち引っ込んだ位置に自動的に戻る。そのため機能不全保護は、緊急時に、スラットの引っ込みが保証されるように、非常に単純な方法で確保される。この目的のために、分離表面7は、たとえば、可撓性平坦材料によって達成される、ばね弾性構造特性を有する。付加的に、または別法として、安定状態を自動的に確立するために、分離デバイス(図示せず)、特にばねデバイスが設けられてもよい。
アクチュエータデバイスは、やはり、関節式継ぎ手21の領域内で分離表面7に結合するロータリアクチュエータ(図5a))であってもよい。図5b)に示す例示的な実施形態では、アクチュエータデバイス4はリニアアクチュエータであり、リニアアクチュエータ4は、作動すると、分離表面が、引っ込んだ安定状態から進んだ状態へ移動するように分離表面7に結合される。最後に、図5c)の例示的な実施形態では、アクチュエータデバイス5は、渦流領域12内に位置する変位体16によって形成される液圧または空気圧流体アクチュエータである(図1を参照されたい)。分離表面7は、変位体内に流れる流体により、変位体を拡大させることによって、引っ込んだ位置から進んだ位置へと移動させられる。
図6は、異なるアクチュエータデバイスの使用によってスラット1上の空力騒音を低減するシステムのさらなる実施形態を示し、渦流領域12とギャップ流10(図1を参照されたい)との間の分離流線13に部分的にだけ沿って延びる分離表面6が設けられる。分離表面6が、ギャップ領域9からプロファイル湾曲14内へ引っ込む安定状態を自動的にとるように、分離表面6は、やはり単安定(n＝1)構造を有し、その結果、スラット1は、ギャップ領域9が閉じると主翼2に対して引っ込む。アクチュエータデバイス3,4または5によって、分離表面6は、ギャップ流10から渦流領域12を部分的に分離する進んだ位置にもたらされてもよい。アクチュエータデバイス3,4または5の作動が終了した後、分離表面6は、たとえば、図6に示さないばねの作動によって、安定状態に、すなわち引っ込んだ位置に自動的に戻る。やはりロータリアクチュエータ(図6a))、リニアアクチュエータ(図6b))、または流体すなわち空気圧または油圧アクチュエータ(図6c))が、アクチュエータデバイスとして使用されてもよい。
図7は、分離表面7の設計に関して、図4に示す例示的な実施形態に相当する、さらなる3つの例示的な実施形態を示す。すなわち、これは、図4に関連して説明された、2つの安定状態1と2との間で移動することができる双安定サポート分離表面7である。
図示するように、アクチュエータデバイスはそれぞれ二重冗長設計を有する。
図7a)の例示的な実施形態では、2つの安定状態1と2との間で分離表面を移動させるために、関節式継ぎ手21または22の領域で、分離表面7の両側において分離表面7に結合する2つのロータリアクチュエータ3a,3bが設けられる。
図7b)の例示的な実施形態では、2つの安定状態1と2との間で分離表面を移動させるために、2つのリニアアクチュエータ4a,4bが並列に設けられ、分離表面7に結合される。
図7c)の例示的な実施形態では、作動すると、安定状態1と安定状態2との間で分離表面7を移動させる、2つの流体式の、すなわち油圧作動式または空気作動式アクチュエータ5a,5bが設けられる。
全ての説明された例示的な実施形態において、ロータリアクチュエータ3;3a,3bおよびリニアアクチュエータ4;4a,4bは、サーボモータまたは電磁石によって駆動されてもよく、あるいは空気圧または油圧で駆動されてもよい。
図示されない、さらなる代替法によれば、単安定、双安定、または、n安定(n＝3)分離表面用のアクチュエータデバイスは、補助翼を引っ込めるか、または、伸張させるためのアクチュエータデバイス(スラットトラックまたはフラップトラック)に任意選択で動力学的に結合されてもよいケーブル、レバーまたはドライブピンの形態で設けられてもよい。こうしたアクチュエータデバイスは、通常、補助翼にしっかりと連結され、主翼において移動可能に支持される。特に単純なアクチュエータ機構が、対応するカップリングによって実現されてもよい。
上述した例示的な実施形態では、分離表面6;7の単安定または双安定設計に加えて、分離表面6;7が、アクチュエータデバイス3;3a,3b;4;4a,4b;または5;5a,5bの作動によって、その間を移動することができる、n(n＝3)安定状態をとってもよい、n安定(n＝3)設計も可能である。そのため、n安定分離表面6;7は、安定状態のうちの少なくとも1つにおいて、ギャップ領域9から引っ込んだ位置にあり、また、ギャップ領域9が閉じると、補助翼1が、主翼2に対して引っ込むことができる位置をとり、n安定分離表面6;7は、他の安定状態のうちの少なくとも1つにおいて、補助翼1によって開いた伸張したギャップ領域9によって、分離表面が、ギャップ流10から渦流領域12を少なくとも部分的に分離する、すなわち、その空間を占有する、進んだ位置をとる。
分離表面6;7の安定状態は、分離表面6;7を形成する平坦材料の構造特性によって、かつ/または、分離表面6;7に結合する付加的なデバイス、たとえばばねデバイスの使用によって形成されてもよい。あるいは、分離表面6;7が各安定状態にそれによって維持される、流体式に、すなわち油圧式または空気圧式に駆動される付加的なデバイスが設けられてもよい。双安定またはn安定(n＝3)分離表面の場合、自転車連結部と類似の固定デバイスが、安定状態間で「切換える」ために設けられてもよい。
図6の例示的な実施形態によれば、一方の側で回転可能な分離表面の場合、一方の側で支持される分離表面6は、剛性平坦材料、すなわち実質的にプレートによって、または、可撓性平坦材料によって形成されてもよい。個々の安定状態間で「スナッピング」することによって移動する、両側で支持される分離表面7の場合、分離表面7は、可撓性平坦材料によって形成される。分離表面6;7の平坦材料は、剛性平坦材料ならびに可撓性平坦材料の場合、金属シート、ガラス繊維強化プラスチック(FRP)、炭素繊維強化プラスチック(CRP)、繊維強化ポリマー、または繊維強化エラストマーであってよい。
図では、スラット1において空力騒音を低減するシステムが実施された例示的な実施形態を説明した。しかし補助翼が、着陸用フラップ11であるときに、対応する対策が実施されてもよい。この場合、分離表面6;7が、その中に設けられるプロファイル湾曲14は、主翼2の背面に位置する。
スラットおよび着陸用フラップの形態の補助翼が伸張状態にある航空機翼ならびに翼と補助翼用の流線に沿って流れる空気の断面図である。 伸張状態にある主翼とスラットの前縁の拡大図であり、それによりスラットと主翼との間のギャップ領域内に移動可能な分離表面がスラットの背面上に設けられる。 4つのオイラーの座屈の事例の概略図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる双安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる双安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる双安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる単安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる単安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる単安定分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる分離表面を有するスラットの断面図である。 本発明の3つのさらなる例示的な実施形態による、種々のタイプの作動のうちの1つによって、ギャップ領域内に移動することができる分離表面を有するスラットの断面図である。 ギャップ領域内に移動することができ、図4の例示的な実施形態の場合と同様に、二重冗長作動を有する双安定構造を有する分離表面を有するスラットの断面図である。 ギャップ領域内に移動することができ、図4の例示的な実施形態の場合と同様に、二重冗長作動を有する双安定構造を有する分離表面を有するスラットの断面図である。 ギャップ領域内に移動することができ、図4の例示的な実施形態の場合と同様に、二重冗長作動を有する双安定構造を有する分離表面を有するスラットの断面図である。
符号の説明
1 補助翼(スラット)
2 主翼
3;3a;3b アクチュエータデバイス
4;4a;4b アクチュエータデバイス
5;5a;5b アクチュエータデバイス
6,7 分離表面
8 チャネル
9 ギャップ領域
10 ギャップ流
11 補助翼(着陸用フラップ)
12 渦流領域
13 分離流線
14 プロファイル湾曲
15 外側クラッディング
16 変位体
18 主翼の前縁
21,22 関節式継ぎ手

Claims (30)

  1. 航空機用の主翼/補助翼システムであって、
    前記補助翼(1;11)は主翼(2)にヒンジで取り付けられ、かつ、前記主翼(2)と前記補助翼(1;11)との間のギャップ領域(9)を開くように伸張可能であり、
    空力騒音を低減するための装置であって、アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)と分離表面(6;7)とからなる装置を有し、前記分離表面(6;7) は、前記補助翼(1;11)が伸張したとき、前記ギャップ領域(9)内の進んだポジションへと移動することができ、かつ、それは、渦流領域(12)を、少なくとも部分的に前記補助翼(1;11)と前記主翼(2)との間の前記ギャップ領域(9)内で流れる空気のギャップ流(10)から分離させ、あるいは、前記ギャップ流(10)の空間を占有し、
    前記分離表面(6;7)は、n個(n＝1,2,3,4,5,・・・10)の安定状態をとることができる、剛体あるいは可撓性の平坦材料であり、
    前記分離表面(6;7)は、アクチュエータの作用がない状態では、あるいはアクチュエータ力の作用がない状態では、そのそれぞれの安定状態に留まり、
    前記分離表面(6;7)は、前記安定状態の少なくとも一つと、少なくとも一つのさらなる状態との間で、前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の動作によって移動でき、
    前記分離表面(6;7)は、フェールセーフのために、
    前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の動作の終了後に、あるいは、
    前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の不全の場合に、あるいは、
    前記補助翼(1;11)の緊急引っ込みの場合に、
    前記分離表面(6;7)が前記ギャップ領域(9)から引っ込められたポジションを呈する安定状態へと、進んだ位置から自動的に戻ることを特徴とするシステム。
  2. 前記分離表面(6;7)は単安定(n＝1)表面であって、この単安定(n＝1)表面は、自動的に安定状態をとり、かつ、前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の動作によって、前記安定状態から移動することができることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  3. その安定状態において、単安定である前記分離表面(6;7)が、前記ギャップ領域(9)から引っ込んでおり、かつ、前記ギャップ領域(9)が閉じると、補助翼(1;11)が前記主翼(2)に対して引っ込むことができる位置をとり、前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の作動による補助翼(1;11)の伸張によって前記ギャップ領域(9)が開くと、単安定である前記分離表面(6;7)は、前記分離表面が、前記ギャップ流(10)から前記渦流領域(12)を少なくとも部分的にそこで分離する進んだ位置をとる、すなわち、その空間を占有するようになっていることを特徴とする請求項2に記載のシステム。
  4. 単安定である前記分離表面(6;7)の安定状態が、前記分離表面(6;7)のばね弾性構造特性によって、かつ/または、別個のデバイスによって、自動的に確立されることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記分離表面(6;7)は、前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の作動によって、前記分離表面がその間を移動することができる、2つの安定状態を有する双安定(n＝2)表面であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  6. その安定状態の1つにおいて、前記双安定分離表面(6;7)が、前記ギャップ領域(9)から引っ込んでおり、かつ、前記ギャップ領域(9)が閉じると、補助翼(1;11)が、前記主翼(2)に対して引っ込むことができる位置をとり、その他の安定状態において、補助翼(1;11)の伸張によって、前記ギャップ領域(9)が開くと、前記双安定分離表面(6;7)は、前記分離表面が、前記ギャップ流(10)から前記渦流領域(12)を少なくとも部分的にそこで分離する進んだ位置をとる、すなわち、その空間を占有するようになっていることを特徴とする請求項5に記載のシステム。
  7. 双安定分離表面(6;7)の状態が、前記分離表面(6;7)のばね弾性構造特性によって、固定デバイスによって、かつ/または、別個のデバイスによって自動的に確立されることを特徴とする請求項5または請求項6に記載のシステム。
  8. 前記分離表面(6;7)は、前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)の作動によって前記分離表面がその間を移動可能である、n(n＝3,4,5・・・10)安定状態をとり得る、n(n＝3,4,5・・・10)安定表面であることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
  9. その安定状態の少なくとも1つにおいて、前記ｎ安定分離表面(6;7)が、前記ギャップ領域(9)から引っ込んでおり、かつ、前記ギャップ領域(9)が閉じると、前記補助翼(1;11)が、前記主翼(2)に対して引っ込むことができる位置をとり、補助翼(1;11)の伸張によって前記ギャップ領域(9)が開くと、前記ｎ安定分離表面(6;7)は、その他の安定状態の少なくとも1つにおいて、前記分離表面が、前記ギャップ流(10)から前記渦流領域(12)を少なくとも部分的にそこで分離する進んだ位置をとる、すなわち、その空間を占有するようになっていることを特徴とする請求項8に記載のシステム。
  10. 前記n安定分離表面(6;7)の安定状態が、固定デバイスによって、かつ/または、別個のデバイスによって自動的に確立されることを特徴とする請求項8または請求項9に記載のシステム。
  11. 前記分離表面(6;7)が、前記渦流領域(12)を少なくとも部分的に覆い、翼幅の方向に延びる線に沿って、少なくとも一方の側で関節方式で支持されるか、または、少なくとも一方の側で堅固にクランプされる表面であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 前記分離表面(7)が、前記渦流領域(12)を少なくとも部分的に、または、完全に覆い、翼幅の方向に延びる線に沿って、両側で支持される表面であることを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記分離表面(7)が、それに沿って支持される、翼幅の方向に延びる前記線同士の間の前記分離表面(7)の寸法は、前記線間の距離より大きいことを特徴とする請求項12に記載のシステム。
  14. 前記分離表面(7)が、翼幅の方向に延びる前記線に沿って両側で、関節方式で支持されることを特徴とする請求項12または請求項13に記載のシステム。
  15. 前記分離表面(7)が、翼幅の方向に延びる線に沿って、一方の側で堅固にクランプされ、他方の側で、関節方式で支持されることを特徴とする請求項12または請求項13に記載のシステム。
  16. 前記分離表面(7)が、翼幅の方向に延びる線に沿って両側で堅固にクランプされることを特徴とする請求項12または請求項13に記載のシステム。
  17. 前記分離表面(6;7)が、可撓性平坦材料で形成されることを特徴とする請求項1から請求項16のいずれか一項に記載のシステム。
  18. 前記可撓性平坦材料が、可撓性金属シート、ガラス繊維強化プラスチック(GFRP)、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)、繊維強化ポリマー、または繊維強化エラストマーであることを特徴とする請求項17に記載のシステム。
  19. 前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b)が、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的状態との間で前記分離表面(6;7)を移動させるために、前記分離表面(6;7)が、翼幅の方向に延びる線に沿ってそこで支持される、少なくとも一方の側で、前記分離表面(6;7)に結合するロータリアクチュエータであることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のシステム。
  20. 前記アクチュエータデバイス(4;4a,4b)が、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的状態との間で前記分離表面(6;7)を移動させるために、前記分離表面(6;7)に結合するリニアアクチュエータであることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記アクチュエータデバイス(5;5a,5b)が、少なくとも1つの安定状態と少なくとも1つの付加的状態との間で前記分離表面(6;7)を移動させるために、前記分離表面(6;7)に結合する流体アクチュエータであり、前記流体アクチュエータは、流体が衝突できる前記渦流領域(12)内に設けられた変位体(16)を有することを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b)が、サーボモータ、電動機、または電磁石によって駆動されることを特徴とする請求項19または請求項20に記載のシステム。
  23. 前記アクチュエータデバイス(3;3a,3b;4;4a,4b;5;5a,5b)が、空気圧または液圧アクチュエータであることを特徴とする請求項19または請求項20に記載のシステム。
  24. 前記アクチュエータデバイスが、ケーブル、レバー、またはドライブピンとして設計されることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれか一項に記載のシステム。
  25. 前記ケーブル、レバー、またはドライブピンが、補助翼(1;11)を引っ込め、また、伸張させる作動デバイスに結合することを特徴とする請求項24に記載のシステム。
  26. 前記アクチュエータデバイス(3a,3b;4a,4b;5a,5b)が、単一または二重作動構造を有することを特徴とする請求項1から請求項25のいずれか一項に記載のシステム。
  27. 前記アクチュエータデバイス(3a,3b;4a,4b;5a,5b)が、二重または多重冗長構造を有することを特徴とする請求項1から請求項25のいずれか一項に記載のシステム。
  28. 前記分離表面(6;7)が取り付けられる前記翼(1;2)の背面上で、前記ギャップ領域(9)から引っ込んでおり、かつ、前記ギャップ領域(9)が閉じると、補助翼(1;11)が前記主翼(2)に対して引っ込むことができる位置に、前記分離表面(6;7)がその中を移動することができるチャネル(8)が設けられることを特徴とする請求項1から請求項27のいずれか一項に記載のシステム。
  29. 前記引っ込んだ位置における前記分離表面(6;7)の輪郭は、前記チャネル(8)の輪郭に実質的に適合することを特徴とする請求項28に記載のシステム。
  30. 補助翼は、スラット(1)または着陸用フラップ(11)であることを特徴とする請求項1から請求項29のいずれか一項に記載のシステム。
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