JP5453291B2 - マルチセグメント・フラップフェンスのための方法及び装置 - Google Patents

Description

本明細書に記載される実施形態は概して、航空機等に関連して使用される翼構造に関し、さらに具体的には、上記構造に組み込まれるフラップフェンスに関するものである。

航空機の翼構造には、固定部材だけでなく、特定の飛行状態の間、抗力、渦騒音、及び他の望ましくない影響を引き起こし得るエルロン、フラップ等の様々な動く操縦翼面が含まれる。例えば、翼のフラップが固定翼構造に相対的に展開すると、フラップと翼との間にできる隙間によって激しい渦が通常発生する。

従来の解決法では、例えば、外側フラップ自体又は固定翼構造上に一体型の垂直なフェンス構造を組み込むことによってこのフラップの渦問題に取り組んできた。上記設計は適度に効果的であるが、それでも、フラップが完全に展開した位置で隙間を完全に閉じようとすると、フェンスを気流中にかなり遠くまで展開しなければならず、これにより抗力と重量が大幅に増すため望ましくない。フェンスが、あまり展開していないフラップ設定のみをカバーするように設計されている場合、フラップと翼構造の間に大きな隙間が残り、著しい渦騒音が発生し揚力が減少する。さらに、フラップフェンスの表面が大きくなることで、巡航中に構造によって発生する抗力が増大する可能性がある。

したがって、大幅に抗力を増すことなしに渦騒音を低減するフラップフェンスの設計を提供することが望ましい。さらに、様々な実施形態の他の望ましい機能及び特徴は、添付の図面及び前述の技術分野と背景技術と併せて提供される後述の詳細説明及び添付の請求項から明らかとなる。

改善されたフラップフェンス構造のための方法及び装置が提供される。一実施形態では、マルチセグメント・フラップフェンスが翼の中に組み込まれ、これにより下部のフェンス構造が固定翼構造の下面に取り付けられ、上部のフェンス構造が主フラップ（例えば外側端部に）に取り付けられ、２つのフラップセグメントが互いに隣接している。２つのフラップセグメントは、フラップが展開している時に、スライド自在に嵌合して、上部及び下部のフラップフェンス構造の表面積の合計と実質的に等しい面積を有する複合フラップフェンスを形成する。

様々な実施形態を下記の図面と併せて以下に説明する。図面において同じ番号は同じ要素を示す。
図１は本実施形態を図示するのに有用な通常の翼構造の上面図である。 図２は一実施形態による展開していない状態のフラップフェンス構造の等角概観図である。 図３は展開した状態の、図２のフラップフェンス構造の等角概観図である。

概括的には、ここに記載されているのは、巡航中に抗力の発生を最小限に抑えながら渦騒音をより良く低減するマルチセグメント（例：２セグメント）・フラップフェンスである。これに関しては、下記の詳細説明は単に事実上の例示であり、記載された実施形態又は記載された実施形態の応用及び使用を限定するものではない。さらに、前述の技術分野、背景技術、発明の概要、又は下記の詳細説明に提示されたいかなる明示の又は暗示の理論によっても拘束されるものではない。

説明の簡単さ及び明快さのために、図面は様々な実施形態の一般構造及び／又は構成方法を表している。公知の機能及び技術の説明及び詳細は、他の機能が不必要に分かりにくくならないように省略されている場合がある。図面の要素は必ずしも原寸に比例して描かれていない：例示の実施形態の理解をより良くするために、幾つかの機能の寸法は他の要素に対して誇張されている場合がある。

例えば「第１」、「第２」、「第３」等の用語の列挙を使用して、同じような要素を区別している場合があり、これは必ずしも特定の空間的な又は時間的な順番を表すものではない。このように使用されるこれらの用語は、適切な状況下で置換え可能である。本明細書に記載される実施形態は例えば、本明細書に図示された又は記載された順番以外の順番で使用できる。明示的に指定されない限り、「接続された」は、ある要素／ノード／機能が別の要素／ノード／機能に直接結合している（又は直接通信している）ことを意味するが、必ずしも機械的とは限らない。同様に、明示的に指定されない限り、「嵌合した」は、ある要素／ノード／機能が別の要素／ノード／機能に直接又は間接的に結合している（又は直接あるいは間接的に通信している）ことを意味するが、必ずしも機械的とは限らない。

用語の「含む」、「有する」、及びこれら用語の任意の変形例は同義的に包括的な含有を表すために使用される。「左」、「右」、「中」、「外」、「前」、「後」、「上」、「下」及び他のこのような方向用語は、相対位置を表すのに使用され、必ずしも空間の絶対位置を表すものではない。「例示」という用語は、「理想」というよりもむしろ「実施例」という意味で使用される。

簡潔にするために、当業者に既知の従来技術、構造、及び原理は本明細書に説明されていない場合があり、これには例えば、従来の航空機の構造設計、航空機の翼の基本原理等が含まれる。

ここで１を参照し、本発明の様々な実施形態を説明するのに有用な標準的な翼構造（又は単に「翼」）１００を示す。当然ながら、これに示す特定の翼の形状及び他の図は、本実施形態を実行可能な翼の形状の範囲を決して限定するものではない。図示したように、翼１００は、全て当技術分野で周知のように稼働する固定翼構造１０２、エルロン１０４、及びフラップ（例：外側主フラップ）１０８を含む。

ある実施形態によると、マルチセグメント・フラップフェンス（又は単に「フラップフェンス」あるいは「フェンス」）１０６は図示したように、主フラップ１０８の外側端部で翼１００に組み込まれている。本実施形態は限定されたものではなく、全ての好適なフラップに連動して使用することができる。

さらに具体的には、図２及び図３（それぞれ引き込んだ状態及び展開した状態）に示す等角概観図を参照すると、マルチセグメント・フラップフェンス１０６は一般に、上部フラップフェンスセグメント（又は「上部フェンス」）２１２、及び下部フラップフェンスセグメント（又は「下部フェンス」）２０２を含む。上部フェンス２１２は、主フラップ１０８の外側端部の上面に固定又は統合され、そこから展開しており、一方で下部フェンス２０２は固定翼構造１０２（この実施形態では、フラップ１０８とエルロン１０４の間の固定翼構造１０２の突出した部分に沿って）の下面（下側の後縁）に固定又は統合されている。上部フェンス及び下部フェンスは（例：翼の主軸に沿って所定の距離ずれる等）互いに隣接するように位置づけされており、フラップ１０８が展開した時に、互いに対してスライド自在に関節接合できる。各フェンスは、飛行中に流れ場に対して平行な平面内に収まる。

フラップ１０８が（例えば図３に示すような４０度設定等の）展開位置に移動すると、上部フェンス２１２は下部フェンス２０２を越えてスライドし、これにより２つのフェンスが複合フェンス構造を形成し、この複合フェンス構造の総面積は各フェンスセグメント２１２及び２０２の個々の表面積と実質的に等しい（すなわちわずかに各フェンスセグメント２１２及び２０２の個々の表面積よりも小さい）。

上部フェンス２１２及び下部フェンス２０４の各表面積は、翼、応用形態又はその他の種類によって選択することができる。一実施形態では、上部フェンス２１２は下部フェンス２０２の面積よりも小さい面積を有している。ある特定の実施形態では、たとえば、上部フェンス２１２の表面積は下部フェンス２０２の面積の半分よりも小さい。この割合はしかしながら、各翼／フラップの設計によって変わる。翼の上部により小さい面積のフェンスセグメントを組み込むことは、上部の翼表面上のより高い流れ場と、その結果得られる抗力ペナルティのために望ましい。

図示した実施形態では、上部フェンス２１２は一般に三角形であり（側面又は「端部」は２１４、２１５、及び２１６で構成されている）、丸い角を有する。側面２１５は図示したように主フラップ１０８に適切に取り付けられている又は統合されている。その一方で、下部フェンス２０２は一般に丸い角を有する凸四辺形（側面又は「端部」２０４、２０５、２０６、２０７を有する）であり、側面２０７が固定翼構造１０２に固定又は統合されている。

上部フェンス２１２及び下部フェンス２０２は同じ又は異なる材料から加工することができ、任意に組み合わせた材料−例えば、アルミ合金、複合材料等を含むことができる。同様に、これらの構造の厚さ及びサイズは、適用可能な設計原理と所望の動作にしたがって選択することも可能である。

図３に示すように、図示した実施形態では、下部フェンス２０２の端部２０４と上部フェンス２１２の端部２１４（これらフェンスの後縁）は、フラップ１０８が完全に展開しているときに、実質的に接触している曲線形状を形成する。つまり、展開したときに、下部フェンス２０２と上部フェンス２１２は、外側主フラップ１０８と固定翼構造１０２（すなわち、横方向に、フェンスセグメントによって画定された平面に対して直角に）の間に大きな隙間のない単一の複合フラップユニットに見える。このように、この場所では渦が減少し、これと同時にフラップの騒音が減少する。

上部フェンス２１４と下部フェンス２０４の間の隙間から発生する騒音を最小限に抑えるためには、２つのセグメントが、互いから比較的短い距離ずれている平行面上にあることが望ましい。別の実施形態では、フラップが展開しているときに、２つのセグメントが転移中に接触し、「ワイピングシール」を形成する。このような場合には、一又は複数のセグメントにテフロン等の減摩層をコーティングすることができる。

同等の一体化したフェンスの寸法よりも小さい２つのフェンスセグメントを使用することにより、図示した実施形態は巡航中に自由流の気流中にあまり突出しないため、同じ総面積を有する単一のフェンスによって生じる抗力よりも少ない抗力が発生する。低速ＣＦＤ分析では、このフラップ設計の揚力／抗力は４０°のフラップ設定によって１％改善可能であり、中間から高周波数騒音が４〜７ｄＢｓ低減することが示唆されている。

少なくとも一つの例示の実施形態が上述した詳細説明に記載されたが、当然ながら、膨大な数の変形例が存在する。また、当然ながら、実施形態又は複数の実施形態は単なる例であり、決して記載された実施形態の範囲、適用性、又は構成を限定するものではない。むしろ、上述した詳細説明は、当業者に実施形態又は複数の実施形態を実行するための便利な手引きを提供するものである。当然ながら、合法の同等物を含む、添付の請求項によって規定された範囲から逸脱することなく、要素の機能及び配置において様々な変更を行うことが可能である。

Claims (11)

1. フラップを有する航空機の翼用マルチセグメント・フラップフェンスであって：
   フラップの上面に固定されフラップの上面から展開する第１フェンスセグメント；及び、
   翼の下面に固定され第１フェンスセグメントの方向とは反対の方向に翼の下面から展開する第２フェンスセグメント；
   を含み、
   第１フェンスセグメント及び第２フェンスセグメントが、互いに対してスライド自在に関節接合して、フラップが展開位置にある時に複合フェンス構造を形成する、マルチセグメント・フラップフェンス。
2. 第１フェンス構造が、第２フェンス構造の表面積よりも小さい表面積を有する、請求項１に記載のマルチセグメント・フラップフェンス。
3. 第１フェンス構造が第１後縁を有し、第２フェンス構造が第２後縁を有し、フラップが展開位置にある時に、第１後縁及び第２後縁が実質的に接触し曲線形状を形成する、請求項１に記載のマルチセグメント・フラップフェンス。
4. 第１フェンスセグメントがフラップの外側端部に固定されている、請求項１に記載のマルチセグメント・フラップフェンス。
5. 固定部分；
   フラップ；及び、
   フラップフェンス
   を含み、
   前記フラップフェンスが、フラップの上面に固定されフラップの上面から展開する第１フェンスセグメント、及び翼の下面に固定され、第１フェンスセグメントの方向とは反対の方向に翼の下面から展開する第２フェンスセグメントを含み、第１フェンスセグメントと第２フェンスセグメントが互いに対してスライド自在に関節接合して、フラップが展開位置にある時に複合フェンス構造を形成する、航空機の翼。
6. 第１フェンス構造が、第２フェンス構造の表面積よりも小さい表面積を有する、請求項５に記載の航空機の翼。
7. 第１フェンス構造が第１後縁を有し、第２フェンス構造が第２後縁を有し、フラップが展開位置にある時に、第１後縁及び第２後縁が実質的に接触し曲線形状を形成する、請求項５に記載の航空機の翼。
8. フラップが外側フラップである、請求項５に記載の航空機の翼。
9. 固定部分と、固定部分に可動に取り付けられたフラップとを有する航空機の翼に関連する渦騒音を低減する方法であって：
   第１フェンスセグメントを設け；
   第２フェンスセグメントを設け；
   第１フェンスセグメントをフラップの上面に固定し；
   フラップが展開位置にある時に、第１フェンスセグメントと第２フェンスセグメントが互いに対してスライド自在に間接接合して複合フェンス構造を形成するように、第２フェンスセグメントを翼の固定部分の下面に第１フェンスセグメントの方向とは反対の方向に固定する
   ことを含む方法。
10. 減摩材料で、第１フェンスセグメントと第２フェンスセグメントのうちの少なくとも一つをコーティングすることをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. フラップが約４０°展開している時に、複合フェンス構造が形成されるように固定ステップが行われる、請求項９に記載の方法。

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