JP6254437B2 - 可変幅空気力学的装置 - Google Patents

Description

本発明は、航空機において空気力学的に発生する騒音（特に、フラップ、スラット、エルロン、スポイラ、及びエアロフォイル全般などの、空気力学的表面上の騒音）を低減するために使用される、可変幅空気力学的装置に関する。

騒音は住民の迷惑の源となり、主な原因のいくつかは輸送手段全般に関連している。航空機産業において、飛行機が離着陸する際に発せられる騒音は、現在、技術的及び規制上の注目を受けてきた主要な環境問題の１つである。

民生用及び軍事用の両方の航空機が、飛行の離陸又は着陸段階の間に揚力を生成し、かつ空気力学的騒音を発生させる、エアロフォイル（ａｅｒｏｆｏｉｌ）を装備している。

航空機によって運航中に発生する騒音のかなりの部分は、航空機表面の輪郭上の空気の流れに起因する。このタイプの騒音は一般に空気力学的騒音と呼ばれ、大部分は、航空機の空気力学的表面上を流れる空気によって、及びこれらの操縦翼面が航空機の翼上に生じさせる不連続性によってもたらされる。

下翼と上翼との間をこれらの表面の端において流れる空気の間の圧力の差は、より大きな圧力の領域（下翼）からより低い圧力の領域（上翼）への空気の「飛行（ｆｌｉｇｈｔ）」を発生させ、主要な渦（ｖｏｒｔｅｘ）、従ってかなりの騒音を発生させる。

飛行の進入及び着陸段階においては、地上が接近すること、並びに、高揚力装置（スラット及びフラップ）と着陸装置とが下げられることに起因して、空気力学的騒音はより重大になる。

この問題への解決法が、世界中の様々な研究の焦点となっている。

この意味において、この問題を解決するための現在のアプローチは、航空機の操縦翼面の端（ｅｎｄｓ）（縁端（ｅｄｇｅｓ））において渦発生要素を取り付けることからなる。これらの要素は、航空機のこれらの部分において発生する（かなりの騒音を発生させる）主要な渦を弱めるように意図された、小さな渦を発生させ、これにより空気力学的騒音を低減する。フラップの側端（縁端）の騒音に関連する最先端の解決法は、この渦改変効果を達成するための、フェンス、ブリストル、及びロッドなどの要素を含む。

米国特許第５，７３８，２９８号明細書では、フラップの側縁端上に搭載される単に垂直な側板であるフェンスの使用が詳細に教示されている。この解決法では、板は、フラップの下側でだけ、上側でだけ、又は両方の方向で、流れに対して突き出てもよい。このフェンスを使用すれば、下方及び上方の渦サブシステム（ｖｏｒｔｅｘ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ）の間の融合プロセスが回避され、フラップの負圧面と組み合わされた渦の相互作用も回避される。結果として、騒音の発生は低減される。しかし、すでに運航中の航空機については、フラップ上へのフェンスの取り付けは、場合によっては、それらが流れの方向と一直線に配置されるようには行われない可能性がある。結果として、巡航状態の間に抗力を生じるという不利益がある。

米国特許第６，４９１，２６０号明細書には、フラップの側面上への多孔質の側縁端又はブリストル（長尺要素）の適用が記載されている。この解決法では、多孔質材料が吸音材として働き、安定した流出流が、局所的な平均の流れの場、及び関連する二重渦システムを完全に変える。後者のメカニズムは、フラップの側縁端上でブリストルが使用される場合も有効である。しかし、欠点は、フラップが格納された場合（巡航配置）の、多孔質材料又はブリストルのためのスペースを作るために、主翼と操縦翼面（フラップ）との間に間隙を有する必要があるである。

フラップの側縁端の列に対する、ロッド又は櫛状の配置の適用は、ブリストル及び多孔質の側端縁と同じ欠点（フラップの操縦翼面が格納される場合に、ロッドを収容するための十分なスペースがない）を提示する。

別の封止システムが、米国特許第７，８７４，５２４号明細書に記載されており、違いは、この文献では、上翼上及び下翼上の両方で翼に沿って配置され、かつフラップに対して移動可能な、マルチセグメントの封止の組について言及されていることである。

米国特許第７，７５３，３１６号明細書には、フラップに沿った特定の測定点における局所流温度の変化に従って移動する、フラップの全長の方向に対して横方向の、封止システムが記載されている。このシステムは、離陸及び着陸においてのみではなく、巡航の間も最適な状態を維持するのに役立つ。

米国特許出願公開第２０１０／０２９４８８３号明細書は、フラップの側面の領域内で、翼形の下翼及び上翼上の制御された局所流を維持する、穿孔された封止に基づいたものである。この封止は音響ダンパとして働き、これは速度場を変え、大きな先端渦の構造を壊して様々な縮小された渦にし、音響源の効率を減少させる。

騒音を減少させるという目的において効果的であるにもかかわらず、既知の解決法のほとんどは、他の飛行状態における抗力の発生という不利益なしでエアロフォイル上に取り付けることが困難である。

米国特許第５，７３８，２９８号明細書 米国特許第６，４９１，２６０号明細書 米国特許第７，８７４，５２４号明細書 米国特許第７，７５３，３１６号明細書 米国特許出願公開第２０１０／０２９４８８３号明細書

本発明の目的は、航空機の移動部分の間の不連続を封止して、騒音を大幅に小さくする、可変幅空気力学的装置を提供することである。

対象となる周波数範囲内の騒音を最大限に減衰させることが可能な外形を備えた、可変幅空気力学的装置を提供することも、本発明の目的である。

本発明の主題は、空気力学的高揚力表面に取り付けられる可変幅空気力学的装置であり、可変幅空気力学的装置は、実質的に平坦で、かつ一定の厚さを有し、本体と空気力学的高揚力表面に取り付けられる第１の長手方向縁端と、第１の長手方向縁端と共にその長さに沿った可変幅を形成する第２の非直線長手方向縁端とを含む。

次に、本発明について、図面で表される実施例に基づいて、より詳細に説明する。

空気力学的高揚力構造の第１の例に関連する、本発明の可変幅空気力学的装置の概略図である。 空気力学的高揚力構造の第２の例に関連する、本発明の可変幅空気力学的装置の概略図である。 本発明の可変幅空気力学的装置を含む空気力学的高揚力構造における、及び、空気力学的装置を有さない空気力学的高揚力構造における、先端渦の挙動を示す概略図である。 本発明の可変幅空気力学的装置を含む空気力学的高揚力構造における、及び、空気力学的装置を有さない空気力学的高揚力構造における、先端渦の挙動を示す概略図である。

世界中の航空産業の成長のための大きな、かつ困難な技術的課題として、環境問題が生じている。様々な環境上の懸念の中でも、航空機騒音は、ここ数年絶えず重要性が増しており、今日ではこれは世界中で運航中の航空機の継続的な増加を可能にするための、克服されるべき最も重要な課題のうちの１つである。

世界中の、空港の近くに居住する共同体は、生活の質の向上に関心があり、航空機の運航によって発生する騒音を減らすよう政府当局に圧力をかけてきた。この圧力は、認可の制限を増加させる騒音制限（これは、新たな飛行機に関する懸念である）、及び空港における運航中の航空機の騒音制限（すでに運航中の航空機に関する懸念をもたらす）に転換される。

このことが、航空機の騒音を減少させる技術的解決法を求める調査研究がここ数年大幅に増加した理由であり、ここで開示される発明はこの取り組みの結果である。

空気力学的高揚力構造３０によって発生する空気力学的騒音は、主として、この構造の先端において形成される渦に起因し、この渦の形成は図３ａに示すように翼形の下翼上の圧力と上翼上の圧力との間の差に帰せられる。

従って、好ましい実施形態によれば、図１に見ることができるように、本発明の可変幅空気力学的装置１０は、空気力学的高揚力構造３０に関連付けられ、この第１の例では、空気力学的高揚力構造３０はフラップである。特に、可変幅空気力学的装置１０は、フラップ３０の側面上に固定されて、異なる圧力領域間の連通を妨げ、先端渦の形成を緩和する。

可変幅空気力学的装置１０は、実質的に平坦でかつ一定の厚さを有する本体１１を含む。第１の長手方向縁端１２は、空気力学的高揚力構造３０に関連付けられ、第２の非直線長手方向縁端１３は、第１の長手方向縁端１２と共に、その長さに沿った可変幅Ｌｖを形成する。

より詳細には、可変幅空気力学的装置１０は、空気力学的高揚力構造３０に取り付けられる第１の長手方向縁端１２と、第１の長手方向縁端１２から平行に離れた第２の長手方向縁端１３と、第１の長手方向縁端１２を第２の長手方向縁端１３に垂直に関連付ける横方向縁端１４、１５とを含む、ブレード１１からなる。

第２の長手方向縁端１３は、強固には固定されず、非直線であり、第１の長手方向縁端１２と共に、その長さに沿ったより大きな幅の少なくとも一部分２０と、より小さな幅の少なくとも一部分２１とを形成する。好ましくは、第２の非直線長手方向縁端１３は、第１の長手方向縁端１２と共に、その長さに沿ったより大きな幅の２つの部分２０、２０’と、より小さな幅の少なくとも一部分２１とを形成する。しかし、これらの配置は装置１０の外形の例にすぎず、同じ技術的利点が得られることを可能にするその他の異なる形状が提供される。

図２は、エアロフォイルからなる空気力学的高揚力構造３０の第２の例に関連する、本発明の可変幅空気力学的装置１０を示す。この場合、可変幅空気力学的装置１０は、上記の空気力学的高揚力構造３０の第１の例について記載されたものと同じ特性を有する。

図３ｂに示すように、可変幅空気力学的装置１０は、下翼の流体と上翼の流体の間に障壁を作って、先端渦の形成を妨げるように働く。加えて、この装置１０の可変幅は、主要な渦構造を変形させて、その消散を増加させる。従って、装置１０は、側面上に形成された渦を上翼上に形成された渦から分離してそれらが結合するのをより困難にし、強度を小さくする。

可変幅空気力学的装置１０は、リベット、溶接、又は考えられるその他の方法を用いて、フラップ又はエアロフォイルなどの空気力学的高揚力構造３０の側面に、下翼又は上翼において固定される。装置１０は、その長さに沿って一定の厚さ及び可変の幅を有する。

従って、本発明の可変幅空気力学的装置１０は、空気力学的高揚力構造３０に関連付けられ、格納位置にある場合にこれらは包み込まれ、このことが、この配置において抗力のいかなる増加も発生しない理由であるということを強調することが重要である。

可動構造３０が伸長された場合、装置１０は、翼形の高及び低圧力領域（それぞれ、下翼及び上翼）の間の相互作用を妨げて、このタイプの構造３０の空気力学的騒音の最大の発生元である先端渦を減少させる。装置１０の幅の変化は、流れに対する横方向における渦度の発生をもたらし、これは先端渦を消散させるもう一つの手法である。

好ましい実施形態の例について説明したが、本発明の範囲は、その他の可能な変形を包含し、添付の特許請求の範囲の内容によってのみ限定され、潜在的な均等物がその中に含まれる、ということを理解されたい。

Claims (3)

1. 空気力学的高揚力構造（３０）に取り付けられる可変幅空気力学的装置（１０）であって、前記可変幅空気力学的装置（１０）は、
   実質的に平坦でかつ一定の厚さを有する、本体（１１）と、
   前記空気力学的高揚力構造（３０）に取り付けられる、第１の長手方向縁端（１２）と、
   前記第１の長手方向縁端（１２）と共に、その長さに沿った可変幅（Ｌｖ）を形成する、第２の非直線長手方向縁端（１３）と
   を備え、
   前記本体（１１）は、第１の長手方向縁端（１２）と、前記第１の長手方向縁端（１２）から平行に離れた第２の非直線長手方向縁端（１３）と、前記第１の長手方向縁端（１２）を前記第２の非直線長手方向縁端（１３）に垂直に取り付ける横方向縁端（１４、１５）とを備える、ブレードからなり、
   前記第２の非直線長手方向縁端（１３）は、前記第１の長手方向縁端（１２）と共に、長さ方向に沿ったより大きな幅の少なくとも一部分（２０）と、より小さな幅の少なくとも一部分（２１）とを形成する、
   ことを特徴とする、可変幅空気力学的装置（１０）。
2. 前記第２の非直線長手方向縁端（１３）は、強固に固定されず且つ前記第１の長手方向縁端（１２）と共に、長さ方向に沿った、より大きな幅の２つの部分（２０、２０’）と、より小さな幅の少なくとも一部分（２１）とを形成することを特徴とする、請求項１に記載の可変幅空気力学的装置（１０）。
3. 前記空気力学的高揚力構造（３０）に取り付けられ、格納位置にある場合には包み込まれることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の可変幅空気力学的装置（１０）。