JP5185105B2 - スライドするデフレクタフラップ及び下降可能なスポイラを用いたシングル・スロッテッド・フラップ - Google Patents

Description

本出願は、２００５年４月１１日に提出した独国特許出願第１０ ２００５ ０１６ ５７８．８号及び２００５年４月１１日に提出した米国特許仮出願第６０／６７０，２０１号の出願日の利益を請求し、その開示内容をここに参照として援用する。

本発明は、揚力特性を調整するための装置及び方法、移動手段、航空機の揚力特性を調整する装置の使用法に関する。

低速飛行中に特定の揚力を得るために、現代の民間航空機は離着陸の際に高揚力装置を必要とする。離陸中、高揚力装置を用いることで、抵抗が小さく、ノイズレベルが低いことと相まって大きな揚力係数が生じる。同様に、これらの条件は、着陸の際にも当てはまり、この場合に小さな抵抗は従属的な役割をもつが、その理由は、抵抗によって航空機の速度を同時に低減できるからである。

これまで、高揚力装置又は追加のフラップが翼又は羽に固定され、必要に応じて伸展され又は引き込まれ又は回動されてきた。この構成では、いわゆるスラットを翼の前縁部で駆動でき、そして、いわゆるフラップを翼の後縁部で駆動できるが、これは、翼の表面及び／又は翼の幾何学的形状に影響を与えるためである。

翼形の幾何学的形状及び表面は、航空機の飛行特性、特に、重要な飛行状態、例えば、離陸中又は着陸中の状態に関して決定的な影響をもつ。一般に、航空機は遥かに多くの時間を飛行に費やすことになるため、翼形状は、この飛行状態での殆どの時間において最適化することができ、離陸や着陸の姿勢をとる場合の施策が更に必要となる。この状況において、最大揚力を増加させることは、離陸距離を短縮化し又は着陸時に最低着陸速度を達成するために、重要な役目をもつ。２つの相反的に求められる形状的要件（つまり、離着陸時での大きな揚力に対し、飛行中には極力経済的に優れること）を満たすために、翼形の幾何学的形状については、フラップシステムを使用して変化させることができる。

外形表面については、翼表面のサイズが変化するように、高揚力装置を意図的に伸展させることや引き込むことによって制御される。他方において、高揚力装置を回動させることができ、その結果、外形（ｐｒｏｆｉｌｅ）の曲率を調整できる。外形の曲率が大きく、翼の表面が大きくなると、翼の下面での気流が次第に減速され、翼の上面での気流が加速されることで、翼の上面と下面との間の圧力勾配が増加し、揚力係数が大きくなる。

飛行特性に異なる影響を及ぼすいくつかのフラップシステムがこれまでに設計されてきた。通常のウィングフラップは、翼の後端部上で、補助翼と機体との間に配置される。一般に、該ウィングフラップは下向きにのみ偏向させることができる。これは、主として外形の曲率を変化させるために使用され、その結果、大きな揚力と高い抵抗が生じる。

ウィングフラップの一実施形態はスロッテッド・フラップである。このスロッテッド・フラップも下向きにのみ、そらされる。ウィングフラップと比べた場合に、スロッテッド・フラップはウィングと高揚力装置との間にスロット（隙間）をもち、このスロットを通って、空気が翼の下面から上面に流れることができる。

ファウラーフラップは、ウィングフラップの別の実施形態である。原理的に、ファウラーフラップは、ヒンジ結合で下方に回動するだけでなく、後方にも伸展できるスロッテッド・フラップである。曲率の増加とは別に、これにより、更に大きな翼面積がもたらされる。

既に離陸状態とされる場合に、高揚力装置は、揚力を大きくして、必要な離陸速度を減少させるために延伸する。この結果としてスロットは直ちに開くが、これはフラップの失速が未だ予期されない程度とされる。

米国特許第６６０１８０１号明細書は、航空機の補助翼をもたらすスロットが、追加の構成要素によって調整できるようにした装置を開示する。この追加の構成要素は、補助翼が偏向される場合に、機械的に力制御を行うか又はガイドされて、固定軸に関して移動する。

これにより、高揚力装置が生成した揚力は（上面と下面との間の均圧化）に従って減少し、（スロット内の速い気流速度のために）ノイズレベルが増加することになる。

特に、本発明の目的は、翼形構成要素の揚力特性を柔軟に調整できるようにすることにある。

この目的は、独立請求項による特徴を備えた、揚力特性を調整するための装置及び方法、移動手段、航空機の揚力特性を調整する装置の使用法によって達成される。

本発明の典型的な実施形態によると、揚力特性を調整する装置が提供される。この装置は、翼形構成要素と少なくとも１つのスロットカバー装置に対して移動可能に取り付けられた高揚力装置を備えており、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素及び／又は高揚力装置に対して移動可能に取り付けられる。そして、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素と高揚力装置との間のスロットのサイズを調整するように設計される。

本発明の典型的な実施形態によると、揚力特性を調整する方法が得られる。本方法では、翼形構成要素と高揚力装置との間のスロットのサイズが、スロットカバー装置を用いて調整される。

本発明の更に別の典型的な実施形態によると、上記の特徴をもつ移動手段が得られる。

本発明の更に別の典型的な実施形態によると、上記の特徴をもつ、揚力特性の調整のための装置が、航空機で使用される。

本発明によると、高揚力装置と、例えば翼形構成要素との間のスロットは、ある時間での任意の動作状態に対して理想的なスロットサイズが設定されるように制御できる。特に、航空機の離陸時における、このようなスロット制御又はスロット調整によって、スロットを通る気流により生じるノイズが減少し、抵抗が減少し、そして揚力が増加するように、当該スロットが調整され、すなわち閉じられる。こうして、より大きな上昇速度を得ることができる。他方、上記の結果として、エンジン出力を低減させるという選択肢も可能であり、これによってまたノイズレベルが減少し、燃料消費量が減少する。

高揚力装置の運動学的機構により、離陸状態と着陸状態の両方に対してスロットを最適化することについて、これを強要されずに済むが、その理由はスロットカバー装置を用いて、スロットを調整できるからである。こうして、耐荷重性の運動学的機構が明らかに簡単化され、よって重量軽減が実現され、航空機技術において顕著な最適化の可能性の１つが提起される。

更に、装置は翼形構成要素を備えることができる。

本発明の別の典型的な実施形態によると、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素と高揚力装置との間のスロットのサイズを調整するために、移動可能かつ制御可能となるように、翼形構成要素の下面に取り付けられる。

本発明の別の典型的な実施形態によると、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素の長手方向の軸に関して回転可能となるように取り付けられる。こうして、少なくとも１つのスロットカバー装置は、高揚力装置、つまりヒンジ結合で下方に回動するか又は任意の所望の角度で延伸する装置に対して形状を適合させることができ、その結果、空気力学的な利点が得られる。

本発明の別の典型的な実施形態によると、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素の上面に対して移動可能かつ制御可能に取り付けられ、その目的は、翼形構成要素と高揚力装置との間のスロットのサイズを調整することにある。

別の典型的な実施形態によると、少なくとも１つのスロットカバー装置は、翼形構成要素の凹部に対して移動可能かつ制御可能に取り付けられることで、空気力学的な利点をもたらす。具体的には、スロットカバー装置は、スペースをとらず、好ましい気流特性をもつように、凹部に収容するか又は埋設することができる。

別の典型的な実施形態によると、高揚力装置が、翼形構成要素の後部領域に対して移動可能に取り付けられる。翼の後部領域に取り付けられる、これらの高揚力装置はフラップと称する。

別の典型的な実施形態によると、高揚力装置が、翼形構成要素の前部領域に対して移動可能に取り付けられる。

翼の前部領域に取り付けられる、これらの高揚力装置はスラットと称する。

別の典型的な実施形態によると、高揚力装置がヒンジ結合で下方に回動し及び／又は翼形構成要素から後方に延伸する。

別の典型的な実施形態によると、装置は、高揚力装置及び／又はスロットカバー装置を制御するために、レール支持構造及び／又は複数のガイドロッドで支持された構造を有する。レール支持構造では、高揚力装置及び／又はスロットカバー装置が、所定のガイドレールに沿って移動する。このガイドレールは、高揚力装置又はスロットカバー装置の位置決めのために、その形状及び配置を変えられる。
複数のガイドロッドによる支持構造の場合には、高揚力装置及び／又はスロットカバー装置が、ロッドを用いて所望の方向に移動され、例えば油圧又は空気圧により駆動できる。

本装置に使用する高揚力装置は、例えばウィングフラップ、シングル・スロッテッド・フラップ、ファウラーフラップ、ダブル・スロッテッド・フラップ、トリプル・スロッテッド・フラップ、フェスタースラット又はハンドレーページスラットとされる。

ダブル・スロッテッド・フラップ又はトリプル・スロッテッド・フラップの場合には、いくつかのフラップが前後に並んで延伸されるか又はヒンジ結合で回動され、その結果、複数のスロットが生じる。本発明の装置を用いることで、複数のスロットカバー装置によってこれらのスロットのサイズを調整できる。

方法に係る別の典型的な実施形態によると、航空機の離陸時に、高揚力装置が後方に及び／又は前方に延伸し、及び／又はヒンジ結合で下方に回動する。方法に係る別の典型的な実施形態によると、離陸時に、スロットは、制御可能なスロットカバー装置を用いて調整又は閉塞できる。

方法に係る別の典型的な実施形態によると、航空機の着陸時に、高揚力装置が後方に及び／又は前方に延伸し、及び／又はヒンジ結合で下方に回動する。

方法に係る別の典型的な実施形態によると、スロットは、スロットカバー装置によって、最適に調整できる。着陸時の飛行速度が遅いと、翼の上面で失速が生じ得るが、これは、その場所での圧力勾配が過度になるからである。スロットは、翼の上面と下面との間の空気の交換を可能にする。具体的には、スロットはジェットノズルとして同時に作用し、翼の下面と上面との間の気流を加速させることができる。この場合、空気力学的な抵抗、延いてはノイズレベルが増加する虞がある。そこで、スロットサイズを調整可能にすることで、抵抗及びノイズレベルを最適に調整することができる。

方法に係る別の典型的な実施形態によると、スロットカバー装置の制御は、機上コンピュータを用いて実行でき、該コンピュータは、航空機データ、例えば、飛行速度、アタック角、翼の形状、気圧、気温、又は飛行高度に基づいて、スロットのサイズが良好となるように、スロットカバー装置又は高揚力装置を制御できる。

装置の実施形態はまた、移動方法及び移動手段並びにそれらの使用法に関連し、その逆もまた同様である。

本発明による装置及び方法は、揚力特性、空気力学的な抵抗、及びスロットノイズレベルを調整する有効な方法を提示し、これにより高揚力装置の有効性を高めることができる。更に、本発明は、高揚力装置の構造を簡素化し、よって重量の低減がもたらされる。

以下では、本発明を更に説明するとともに、より深く理解するために、典型的な実施形態について、添付図面を参照しながら更に詳細に説明する。

各図において、同一又は同様の構成要素には同じ参照符号を用いている。図示の図形は概略的なものであって、正確な縮尺ではない。

図１は、本発明の典型的な実施形態による、航空機の揚力特性を調整する装置を示す。

本装置は、翼形構成要素１、高揚力装置２、及び２つのスロットカバー装置３，４を備える。この高揚力装置２は、翼形構成要素１に対して移動可能に取り付けられる。スロットカバー装置３，４もまた、翼形構成要素１に対して移動可能に取り付けられる。スロットカバー装置３，４は、翼形構成要素１と高揚力装置２の間のスロット７のサイズを調整するために設計される。

図１は、引き込まれた状態の高揚力装置２を用いた翼形構成要素１を示す。この構成は、好ましくは飛行中に使用されるが、これは、翼表面を小さく保ち、抵抗を減少させるためである。図１の翼形状については、特定のアタック角において揚力が逆方向の重力と均衡するように設計できる。こうして、一定の高度において小さな抵抗での飛行を実現できる。この構成において、本発明によるスロットカバー装置３及び４は引き込み状態とされ、空気力学的な有利性のために、翼形状１において凹部８に付設される。

高揚力装置２はまた、「シングル・スロッテッド・フラップ」と呼ぶことがある。スロットカバー装置３はまた、「デフレクタ」とも称する。またスロットカバー装置４は、「スポイラ」又は「可動シュラウド」とも称する。

図２は、始動状況での翼の構成を示す。高揚力装置２は、揚力係数を大きくするために伸展される。これより航空機が、より遅い離陸速度又はより短い加速距離をもって離陸できるという効果を奏する。本発明による翼の構成によれば、スロット７（通常、翼形構成要素１と高揚力装置２との間に形成される。）は、選択的に、そして制御可能又は調整可能に閉塞できる。このために、スロットカバー装置３，４は高揚力装置２の方向に延伸するようになっており、これはスロット７を閉じるためである。スロットカバー装置３，４は、翼の長手方向の軸に関して、それらの角度を変えることができ、よって翼形構成要素１及び高揚力装置２の表面に合致できるように設計できる。こうして空気力学的な利点、例えば抵抗の減少が得られる。更には、スロットを閉じることで、離陸時において空気力学的に引き起こされるスロットノイズを低減できる。スロット７を閉じると、（スロット７によって生じる）空気力学的損失を回避でき、これにより上昇速度を更に大きくすることができる。こうして、例えば、より出力の小さなエンジン、つまり燃料消費量の少ないエンジンを使用できる。

図３は、着陸状況における翼の構成を示す。航空機が着陸する際には、非常に遅い速度及び大きな揚力係数において、気流の安定が要求される。このために高揚力装置２は、翼表面がより大きくなり、かつその形状についての曲率がより大きくなるように伸展する。よって、気流が大きな表面又は長くなった表面に亘って強く反らされ、その結果として、翼の上面と下面との間の圧力勾配を増加させ、揚力係数を大きくすることができる。着陸時の速度が遅く、同時に低エネルギーの気流が強くそらされるため、特に翼の上面では、層流状態の気流が乱流状態となって、翼の上面から引き離されてしまう虞がある。このような失速を防ぐには、スロット７を所期の方法で開き、翼の上面と翼の下面との間で流体を交換できるようにすればよい。スロットを開くと、翼の上面での気流を安定化させるために、翼の上面において、高エネルギーで遅い気流が、低エネルギーで速い気流に到達できる。

これに対抗するように、抵抗がより高くなり、スロットノイズが更に大きくなる虞がある。本発明による翼の構成を用いることで、スロットサイズ、延いてはスロットの空気力学的特性を制御することができる。気流の特性に応じて、スロットサイズをスロットカバー装置３，４によって調整でき、これにより、失速を回避するとともに抵抗及びノイズレベルを減らすことができる。

本構成では、機上コンピュータを用いて、スロットカバー装置３，４の制御を行うことができ、航空機データ、例えば飛行速度、アタック角、翼の形状、気圧、気温又は飛行高度に基づいて、スロットカバー装置３，４又は高揚力装置２を制御することで、スロット７が最適なサイズとなる。

なお、「備える」という語は、その他の要素又はステップを排除せず、また、「１つの」は、複数を排除しないことを指摘しておく。更に指摘すべきことは、前記実施形態の１つを参照して述べた特徴又はステップが、他の前述の実施形態の異なる特徴又はステップと組み合わせて使用できることである。請求項における参照符号は、限定の意味に解すべきでない。

本発明の典型的な実施形態による、引き込み状態の高揚力装置を用いた翼形構成要素について概略的に示す図である。 本発明の典型的な実施形態による、離陸時の構成において伸展された高揚力装置を用いた翼形構成要素について概略的に示す図である。 本発明の典型的な実施形態による、着陸時の構成において伸展された高揚力装置を用いた翼形構成要素について概略的に示す図である。

Claims (21)

1. 航空機の揚力特性を調整する装置であって、
   翼形構成要素（１）に対して移動可能に取り付けられる高揚力装置（２）と、
   前記翼形構成要素（１）と前記高揚力装置（２）との間に、空気が流れることができる隙間として形成されかつ前記高揚力装置（２）が前記翼形構成要素（１）に対して後方に伸展することにより翼弦方向のサイズを調整されるスロット（７）と、
   前記スロット（７）を開閉することにより当該スロット（７）のサイズを調整するように構成される上下のスロットカバー装置（３；４）と、を備え、
   前記スロットカバー装置（３；４）が前記翼形構成要素（１）に対して移動可能に取り付けられており、
   下の前記スロットカバー装置（３）は、前記スロット（７）のサイズを調整するために、前記翼形構成要素（１）の下面に移動可能かつ制御可能に取り付けられ、
   上の前記スロットカバー装置（４）は、前記スロット（７）のサイズを調整するために、前記翼形構成要素（１）の上面に移動可能かつ制御可能に取り付けられた装置。
2. 前記翼形構成要素（１）を複数備えた請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの前記スロットカバー装置（３；４）が、前記翼形構成要素（１）の長手方向の軸に関して回転可能となるように取り付けられた、請求項１又は２に記載の装置。
4. 少なくとも１つの前記スロットカバー装置（３；４）が、前記翼形構成要素（１）の凹部（８）へと回転可能である、請求項２又は３に記載の装置。
5. 前記高揚力装置（２）が、前記翼形構成要素（１）の後部領域（５）に対して移動可能に取り付けられた、請求項２から４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記高揚力装置（２）が、前記翼形構成要素（１）の前部領域に対して移動可能に取り付けられた、請求項２から５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記高揚力装置（２）が、さらに前記翼形構成要素（１）からヒンジ結合で下方に回動可能とされる、請求項２から６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記高揚力装置（２）が、航空機の離陸中及び／又は着陸中に前記翼形構成要素（１）から後方に伸展可能とされる、請求項２から７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記装置が、前記高揚力装置（２）及び／又は少なくとも１つの前記スロットカバー装置（３；４）を制御するためのレール支持構造を備えた、請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記高揚力装置（２）及び／又は少なくとも１つの前記スロットカバー装置（３；４）を制御するための複数のガイドロッドによって支持された構造体を備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記高揚力装置（２）が、ウィングフラップ、シングル・スロッテッド・フラップ、ファウラーフラップ、ダブル・スロッテッド・フラップ、トリプル・スロッテッド・フラップ、フェスタースラット、及びハンドレーページスラットからなる群から選択される、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 請求項１に記載の装置を用いて航空機の揚力特性を調整する方法であって、
    前記スロットカバー装置（３：４）を用いて、前記翼形構成要素（１）と前記高揚力装置（２）との間の前記スロット（７）のサイズを変更することにより、航空機の揚力特性を調整する方法。
13. 航空機の離陸中及び／又は着陸中において、前記高揚力装置（２）を、後方に伸展させ、又は後方に伸展させるとともにヒンジ結合で下方に動かすようにした請求項１２に記載の方法。
14. 前記スロットカバー装置（３：４）を用いて、離陸時に前記スロット（７）を閉じる、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 航空機の着陸中に、前記高揚力装置（２）を後方に伸展させ、又は後方に伸展させるとともにヒンジ結合で下方に動かす、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 着陸中に、前記スロットカバー装置（３：４）が前記スロット（７）を制御することで、失速を防止する、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記スロットカバー装置（３；４）及び／又は前記高揚力装置（２）を、機上コンピュータによって制御する、請求項１２から１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記機上コンピュータの制御パラメータを、飛行速度、アタック角、翼の形状、気圧、温度、及び飛行高度よりなる群から選択する、請求項１７に記載の方法。
19. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の、揚力特性を調整する装置を備えた移動手段。
20. 前記移動手段が航空機である、請求項１９に記載の移動手段。
21. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の、揚力特性を調整する装置を航空機で使用する方法。

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