JP6952897B2 - 航空機のウイングレットのためのフローフェンス - Google Patents

Description

航空機のウイングレットは、主に、翼の効率を高めるために有用であり、翼の揚力によって作り出される誘導抗力の量を減少させる。航空機の翼端から上方かつ外側に傾斜させた航空機のウイングレットはまた、典型的には、正の横方向安定性にも寄与する（すなわち、風上の翼が翼端上方に進み、風下の翼が翼端下方に進む状態で、ロールに対してある横滑り角で飛行する固定翼機の挙動であって、外乱から航空機のロール配向を立て直す）。

固定翼機は、高い迎え角（すなわち、対向気流に対する航空機の縦姿勢）、及び高い横滑り角（すなわち、接近する気流に対する航空機の指向性配向）で頻繁に飛行する。固定翼機は、着陸進入時に低速で飛行しなければならず、これは、飛行を継続するための十分な揚力を維持するために、より高い迎え角を必要とする。滑走路に着地する直前の着陸フレア中に、航空機の速度が減少するので、揚力を維持するために必要とされる迎え角が増加する。同様に、着陸進入中に、横風（すなわち、滑走路中央線に対してある角度に配向された風）は、ロール及びヨー両方の制御入力によって航空機をある横滑り角で飛行させて、着陸中に、滑走路中央線と整列させることを必要とする。横風の強さが増加した場合、又は航空機の速度が横風速度に対して減少すると、滑走路中央線に沿ってまっすぐに飛行するために必要とされる横滑りの角度が増加する。

航空機の認証及び飛行安全性には、横方向安定性が必要である。航空機のロール飛行制御システム（例えば、補助翼）が飛行中に作動不可能になった（すなわち、ジャミングのため、エンジンロータの破損事象中にエンジンの破片によって切断されている、など）場合、パイロットは、依然として、航空機のヨー飛行制御システム（例えば、ラダー）を介して横方向安定性を使用する、及び横滑り角に進むなどの、代替手段を使用して航空機を操縦することができなければない。航空機のための静的横方向安定性のための要件は、米国連邦規則集（一般に「ＣＦＲ」と略される）第１４編２３部１７７に記載されている。

高い横滑り角及び迎え角では（すなわち、ウイングレットが高い揚力状態である場合）、ウイングレットの内側の上の気流が表面から剥離する場合がある。この剥離効果は、ウイングレット揚力を低減させ、横方向安定性を低減させ、そして、航空機のローリングモーメント挙動の変化を生じさせる。航空機は、横方向安定性を低減させた状態での認証要件を満たさなければならない。ローリングモーメント挙動の付随的な変化もまた、航空機の認証を妨げ得る、航空機のための望ましくない又は不満足な横方向制御特性とみなされる。これは、剥離した気流を防止するための装置をウイングレットに加えることによって、部分的に防止することができるが、しかしながら、これらの装置は、空力抗力及び航空機重量の増加を生じさせる場合があり、これらの装置は、そうした装置を必要としない飛行状態（例えば、軽度の迎え角及びほぼゼロの横滑り角を有する、巡航のような状態）であっても、航空機の性能を低下させる場合がある。これらの装置はまた、航空機のコストも増加させ、かつ審美的に魅力のないものとみなされ得る。

通常作動中に、航空機は、様々な大気状態及び気象状態をとおして頻繁に飛行する。一般的な飛行高度（例えば、平均海面から最高４５，０００フィート）において、周囲の雰囲気温度は、平均で海水面状態〜−７０°Ｆである。清浄な雰囲気中に浮遊する顕微鏡的な水滴は、いかなる種子核も伴わずに過冷却状態で存在する能力を有し、これは、この水分が典型的な凍結条件よりも低い温度の浮遊液体として存在し得ることを意味する。浮遊する過冷却液体水滴を伴う氷点下の温度を有する状態をとおした意図的な飛行は、「既知の着氷条件への飛行（Flight into Known Icing）」（一般に「ＦＩＫＩ」と略す）と称される。既知の着氷状態への飛行中に、前方に面した航空機の表面は、表面が水を通過するときに水を収集し、水滴核形成の種として作用する。防除氷システムがなければ、この水が氷に凍結し、結果的に、航空機の表面に蓄積する。航空機の表面形状及びテクスチャの変化のため、機体の着氷は、典型的に、航空機の性能、安定性、及び制御性を低下させる。しかしながら、上で論じた正の静的横方向安定性の要件は、依然として、既知の着氷状態への飛行中であっても航空機にあてはまる。

航空機が既知の着氷状態へと飛行する場合、氷の汚染物は、防除氷システムを伴わず、ウイングレット前縁を含む、前方に面した表面に堆積し得る。ウイングレット前縁への氷の堆積は、ウイングレットの上側の気流が、より小さくより一般的な横滑り角で表面から剥離することに寄与する。この剥離傾向は、ウイングレットの揚力に影響を与えて、横方向安定性を低減させる。ウイングレット前縁を加熱して、氷の堆積を防止することができる、又は氷の堆積を機械的若しくは化学的に取り除くこと若しくは防止することができる、防除氷システムが知られている。しかしながら、これらの防除氷システムは、しばしば高価であり、かなりの重量、コスト、及び複雑さを航空機に加え、維持及び追加の航空機の安全システム（例えば、故障報知、抽気システムの漏出検出、など）を必要とし、かなりの航空機システム設計を既存の航空機設計に実装させ得る。

より広くは、数多くの種類の前縁面の汚染物が、ウイングレットの周囲の気流を低下させ、氷の堆積と同じ影響を生じさせ得る。着氷による流れ面の汚染に類似して、いくつかの他の地上状態及び飛行状態もまた、様々な媒体（例えば、埃、植物性物質及び他の破片、灰、低高度で飛行中に衝突する昆虫、トリの糞、乾燥航空機整備、又は作動液の残留物、など）によって前縁面を汚染し得る。

１つの既知の装置は、翼のストールフェンスであり、これは、高い迎え角で主翼（ウイングレットでない）の上の気流剥離パターンを変化させることによって、航空機のストール特性を改善する。翼のストールフェンスは、翼端から内側により遠く離れた場所で翼に取り付けられる。航空機に見られる別の既知の装置は、ボルティロン（Vortillon）であり、これは、主翼前縁の前方かつ下側に延在して、高い迎え角で主翼（ウイングレットでない）の上の流れ場を変化させることによって、航空機のストール特性を改善する。翼のストールフェンスもボルティロンも、航空機の横方向安定性を高めることには寄与しない。

最後に、航空機の別の既知の装置は、翼端遮光フェンスであり、これは、より小さく、かつ主翼前縁のウイングレットの更に前方にあり、翼端の光が、コックピット内のパイロットの目に直接差し込むことを遮断するために使用される。翼端遮光フェンスもまた、横方向安定性を高めることには寄与しない。

１つの態様によれば、航空機の翼は、翼前縁と、翼後縁と、翼上面及び翼下面によって画定された翼面と、を備える。翼は、翼付け根から翼端へと延在し、翼端は、翼端弦を有する。ウイングレットは、翼端から延在し、また、ウイングレット前縁と、ウイングレット後縁と、ウイングレット内側面と、ウイングレット外側面と、ウイングレット付け根弦を有するウイングレット付け根と、ウイングレット先端部と、を有する。フローフェンスは、ウイングレットから翼面の内側に配置され、かつウイングレットと重なっている。フローフェンスは、高い横滑り角時にウイングレット内側面の気流の剥離を遅延させる及び／又は防止するように適合され、横方向安定性を高め、かつ高い横滑り角時の航空機の挙動を線形化する。

更に別の態様によれば、高い横滑り角度時に、航空機の翼の翼端から延在するウイングレットの内側面の気流の剥離を防止するための方法を提供する。本方法は、ウイングレット内側面に隣接して、翼面の上側にフローフェンスを位置決めすることと、ウイングレットの付け根弦の長さの１００％を超えない距離だけ、翼端から内側にフローフェンスを離間することと、翼上面のフローフェンスをウイングレットと重なる第１の位置へと延在させることと、を含む。

更に別の態様によれば、航空機の翼は、翼前縁と、翼後縁と、翼上面及び翼下面によって画定された翼面と、を備える。翼は、翼付け根から翼端へと延在し、翼端は、翼端弦を有する。ウイングレットは、翼端から延在し、また、ウイングレット前縁と、ウイングレット後縁と、ウイングレット内側面と、ウイングレット外側面と、ウイングレット付け根弦を有するウイングレット付け根と、ウイングレット先端部と、を有する。フローフェンスは、ウイングレットから翼面の内側に配置される。フローフェンスは、ウイングレットと重なる翼上面に位置付けられた第１の位置から、翼上面及び翼下面のうちの１つに位置付けられた第２の位置へと延在する。翼端からのフローフェンスの内側離間は、ウイングレット付け根弦の長さの１００％を超えない。フローフェンスは、高い横滑り角時にウイングレット内側面の気流の剥離を遅延させる及び／又は防止するように適合され、高い横滑り角時の横方向安定性を高め、かつ航空機の挙動を線形化する。

翼を含み、各翼が、ウイングレットから翼面の内側に配置された例示的なフローフェンスを有する、航空機の平面図である。

図１に示される航空機の左側翼端の拡大図である。

図１に示される左側翼端の部分側面斜視図である。

本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。 本開示によるフローフェンスの例示的な態様を例示する、左側翼端の外側の側面図である。

図６に示されるフローフェンスの斜視図である。

図１２のフローフェンスの上面図（平面図）である。

図１２のフローフェンスの後面図である。

図１２のフローフェンスの正面図である。 図１２のフローフェンスの正面図である。

翼の横方向（翼長方向）に沿ったフローフェンスの位置付けパラメータを表す。

フローフェンスを有する、及び有しない左側翼端の上の気流を例示する。

高い横滑り角時の、フローフェンス伴う、及び伴わないウイングレットのウイングレット内側面の上の気流剥離（陰影のある黒色領域）を例示する。

断面Ａ−Ａにおけるウイングレット内側面及びウイングレット外側面の圧力係数、並びにフローフェンスによるウイングレット吸引ピークの低減（気流剥離の低減に対応する）を例示する。

断面Ｂ−Ｂにおける翼上面及び翼下面の圧力係数、並びにフローフェンスによる外側翼の気流の改善を例示する。

フローフェンスを伴う、及び伴わない、高い横滑り角時の横方向安定性及びローリングモーメント挙動に関する航空機のローリングモーメント係数及び計算結果を例示する。

フローフェンスを伴わない清浄なウイングレットの、フローフェンスを伴わない着氷汚染されたウイングレットの、及びフローフェンスを伴う着氷汚染されたウイングレットの、高い横滑り角時の横方向安定性及びローリングモーメント挙動に関する航空機のローリングモーメント係数及び風洞試験結果を例示する。

フローフェンスを伴わない清浄なウイングレットの、フローフェンスを伴わない着氷汚染されたウイングレットの、及びフローフェンスを伴う着氷汚染されたウイングレットの、高い横滑り角時の航空機揚力に関する航空機揚力係数及び風洞試験結果を例示する。

翼前縁と、翼後縁と、翼上面と、翼下面と、を含む、航空機翼を本明細書に記載する。例示的な実施形態では、ウイングレットは、翼端から延在し、また、ウイングレット前縁と、ウイングレット後縁と、ウイングレット内側面と、ウイングレット外側面と、を有する。翼端から内側の翼に配置されたフローフェンスは、ウイングレットと重なる翼上面に位置付けられた位置に延在する。ウイングレット前縁が付着氷を含む汚染物を有する場合、航空機は、高い横滑り角時のウイングレット内側面の気流剥離によって、横方向安定性を喪失し得るか、又は横方向安定性が低下し得る。フローフェンスは、高い横滑り角時のウイングレット内側面の気流剥離を遅延させ、及び／又は防止し、防除氷システムなどの複雑な装置、重量、及びコストを加えることなく、高い横滑り角時の横方向安定性を高め、かつ航空機の挙動を線形化する。

当然ながら、本明細書の説明及び図面は、例示的なものに過ぎないこと、及び開示される構造には、本開示を逸脱することなく、様々な修正及び変更が行われ得ることを理解されたい。「迎え角」という用語は、表されている固定翼機の翼の弦線と対向気流又は相対風との間の角度である。周知のように、固定翼機の迎え角が増加するにつれて、翼上面からの気流の剥離がより顕著になり、これは、第１に、揚力係数の増加と迎え角の増加との比率を低減させ、第２に、達成可能な最大の揚力係数を制限する。「横滑り角（angle of sideslip）」又は「横滑り角（sideslip angle）」という用語は、航空機の中央線（例えば、航空機を上面図（平面図）で見たときに、航空機の右側半分と左側半分とを分割する線）と対向気流との間の角度である。

ここで、図面を参照すると、複数の図をとおして同様の参照番号が同様の部分を指しており、図１〜図３は、胴体１０２を有する航空機１００を例示する。胴体１０２は、航空機１００の前端部１０４のノーズから胴体１０２の後端部１０８の尾翼１０６へと延在し得る。尾翼１０６は、航空機１００を操縦するための、垂直安定板１１０及び／又は水平安定板１１２などの１つ以上の尾翼面を含むことができる。航空機１００は、一対の翼１２０を更に含むことができる。図３において、航空機１００は、縦軸Ｘ、横軸Ｙ、及び垂直軸Ｚを有する座標系に関して画定され得る。縦軸Ｘは、前端部１０４と後端部１０８との間の胴体１０２のほぼ中心（すなわち、胴体のノーズから胴体のテールへと延在する航空機の中央線）を通って延在するように画定することができる。横軸Ｙは、縦軸Ｘに対して直交して配向することができ、また、胴体１０２の中心に対して外側方向に（例えば、典型的には、一方の翼端から他方の翼端に向かって進む）翼１２０にほぼ沿って延在し得る。垂直軸Ｚは、縦軸Ｘ及び横軸Ｙに対して直交して配向することができる（すなわち、典型的には、航空機の下側から航空機の上側に進む）。

各翼１２０は、翼前縁１２２（翼の前方に面した縁部）と、翼後縁１２４（翼の最後部の縁部）と、翼上面１２６（通常、低圧の流れ面）及び翼下面１２８（通常、高圧の流れ面、例えば、図４を参照されたい）によって画定された翼面と、を含む。及び、各翼１２０は、翼付け根１３０（胴体１０２に最も近い）から翼端１３２（胴体１０２から最も遠い）へと横方向に延在する。１つ以上の推進ユニット１３４を、翼１２０又は胴体１０２に取り付けることができる。各翼１２０はまた、翼端１３２から実質的に垂直で（典型的に、上向きで）あり得る、ウイングレット１３６も含む。

例示的な実施形態では、フローフェンス１４０は、翼端１３２及びウイングレット１３６から横方向内側に、翼１２０に配置される（図２を参照されたい）。本開示のウイングレット１３６及びフローフェンス１４０は、図１に例示されるチューブアンドウイング航空機１００などの固定翼機の状況で記載されている、本開示のウイングレット１３６及びフローフェンス１４０は、限定されることなく、あらゆる構成のあらゆる航空機（例えば、複合翼胴航空機、混合翼航空機、回転翼航空機を含むあらゆる民間航空機、商用航空機、又は軍用航空機、水平若しくは垂直スタビライザ、又は他の補助揚力面）に適用することができることに留意されたい。また、フローフェンス１４０は、新しい航空機のための元々の装置部品として、並びに既存のフリート航空機を改造するため用いることができることも認識されたい。フローフェンス１４０は、翼１２０の支持構造に直接連結されるので、既存の航空機に容易に設置することができる。

各ウイングレット１３６は、ウイングレット前縁１４６と、ウイングレット後縁１４８と、ウイングレット内側面１５０（典型的に、低圧流れ面である）と、ウイングレット外側面１５２（典型的に、高圧流れ面である）と、ウイングレット付け根１５４（翼端１３２に隣接して位置付けられる）と、ウイングレット先端部１５６（ウイングレット付け根の反対側にある）と、を含む。ウイングレット付け根１５４は、翼端１３２において翼１２０に固定又は別様には連結される。表される態様では、ウイングレット１３６は、後方に延び、加えて、ウイングレット先端弦Ｃ_ｗｔと、ウイングレット付け根１５４が翼端１３２と接続する場所にあるウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌとのテーパ比によって形成することができる（図４を参照されたい）。表される実施形態では、ウイングレット前縁１４６と翼端１３２との交差部は、翼端１３２において翼前縁１２２の後方に位置付けられる。しかしながら、ウイングレット前縁１４６と翼端１３２との交差部は、ほぼ翼前縁１２２に位置付けられ得ることが想到される。表される実施形態では、ウイングレット後縁１４８は、翼後縁１２４の後方に位置付けられる。しかしながら、ウイングレット後縁１４８は、翼後縁１２４よりも更に後方にない任意の場所で翼端１３２と接続又は交差し得ること、及びほぼ翼後縁１２４にある場所で翼端１３２と接続又は交差し得ることが想到される。開示される態様では、ウイングレット１３６は、ウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌが翼端弦Ｃ_ｗよりも短くなるように、かつウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌの一部分が翼後縁１２４の後方へと延在するように構成される。

図４〜図１１は、本開示によるフローフェンス１４０の例示的な態様を例示する。図４に表される態様では、フローフェンス１４０は、前方位置（翼前縁１２２の後方）から、ウイングレット１３６と重なる翼上面１２６の（ウイングレット前縁１４６と翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の）後方位置へと延在する。

図５に表される態様では、フローフェンス１４０は、前方位置（翼前縁１２２）から、ウイングレット１３６と重なる翼上面１２６の（ウイングレット前縁１４６と翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８の間の）後方位置へと延在する。

図６に表される態様では、フローフェンス１４０は、周囲の翼下面１２８の翼前縁１２２と翼前縁１２２のウイングレット前縁１４６との間の位置から、ウイングレット前縁１４６とウイングレット１３６と重なる翼上面１２６の翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の位置へと延在する。

図７に表される態様では、フローフェンス１４０は、翼前縁１２２の周囲のウイングレット前縁１４６と翼下面１２８の翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の位置から、ウイングレット前縁１４６とウイングレット１３６と重なる翼上面１２６の翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の位置へと延在する。

図８に表される態様では、フローフェンス１４０は、翼上面１２６及び翼下面１２８の両方の翼１２０の全周に延在する。

図９に表される態様では、フローフェンス１４０は、翼上面１２６及び翼下面１２８の両方の翼１２０の全周に延在し、更に、翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８の後方に延在する。

図１０に表される態様では、フローフェンス１４０は、翼上面１２６の第１のフローフェンス部分１７４と、翼下面１２８の別個の第２のフローフェンス部分１７６と、を含む。第１のフローフェンス部分１７４及び第２のフローフェンス部分１７６の各々は、翼前縁１２２とウイングレット前縁１４６との間の位置から、ウイングレット前縁１４６と翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の位置へと延在する。第１のフローフェンス部分１７４は、ウイングレット１３６と重なる。

図１１に表される態様では、フローフェンス１４０は、翼上面１２６及び翼下面１２８の両方の翼前縁１２２の領域を除いて、翼上面１２６及び翼下面１２８の両方の翼１２０の全周に延在する。より具体的には、フローフェンス１４０は、翼後縁１２４の周囲の翼前縁１２２と翼上面１２６のウイングレット前縁１４６との間の位置から、翼前縁１２２と翼下面１２８のウイングレット前縁１４６との間の位置へと延在する。

図１２は、図６に示されるフローフェンス１４０の斜視図である。図１３は、図６に示されるフローフェンス１４０の上面図である。図１４は、図６に示されるフローフェンス１４０の後面図である。図１５及び図１６は、図６に示されるフローフェンス１４０の正面図である。翼１２０に合致するように成形されたフローフェンス１４０は、前縁部分１６２から後縁部分１６４へと延在する単一部品又は複数部品の本体１６０を含む。一定の厚さＴを有するように例示されているが（図１６を参照されたい）、フローフェンス１４０の本体１６０は、長手方向に（すなわち、図３の縦軸Ｘに沿って）変動する厚さを有することができる。この特定の例示される実施形態の場合、本体１６０と一体の取付フランジ１６６は、本体１６０の取付縁部１６８からほぼ垂直に延在する。取付フランジ１６６は、取付開口１７０を備え、取付開口は、フローフェンス１４０を翼１２０に取り付けるための締着具（図示せず）を受容する。フローフェンス１４０の高さＨ（図１２を参照されたい）は、限定されないが、流れ面汚染の有無にかかわらず高い横滑り時に横方向安定性を維持すること、高い横滑り角時の望ましくないロール挙動を除去すること、並びに翼１２０に関連付けられる表面摩擦抗力及び誘導抗力に対するその影響も制限しながらの部品の重量、コスト、及び美しさ、を含む考慮事項の組み合わせに対してサイズ決定される。更に、フローフェンス１４０の表される態様は、Ｃ字形状の前縁部分１６２を有し、取付フランジ１６６が前縁部分１６２の形状に従う。この設計によって、取付フランジは、翼上面１２６及び翼下面１２８の両方に取り付けられる。しかしながら、取付フランジ１６６の構成は、上記のフローフェンス１４０の実施形態に応じて異なり得ることを認識されたい。

図１２に例示されるフローフェンス１４０は、取付フランジ１６６によって取り付けられるが、しかしながら、フローフェンス１４０を翼１２０に固定するための代替的な様態が想到されることを認識されたい。例えば、フローフェンス１４０は、翼のジョイントを介して、翼１２０に直接一体化することができ、フローフェンス１４０は、翼１２０と一体に形成して、翼１２０及びフローフェンス１４０のための一体的な単一部品の設計を画定することができ、フローフェンス１４０は、ウイングレット１３６と一体に形成して、ウイングレット１３６及びフローフェンス１４０のための一体的な単一部品の設計を画定することができ、フローフェンス１４０は、フローフェンス１４０の嵌合側で、取り付けフランジの使用を通じて翼１２０に締結、接着、又は溶接することができ、フローフェンスは、フローフェンス１４０の接合縁部に沿って翼１２０に締結、接着、又は溶接することができ、また、フローフェンス１４０は、内部翼又はウイングレット構造に固定された内部取り付けフランジを備えることができる。

図１７を参照すると、翼１２０の上面図（平面図）において、翼端１３２からのフローフェンス１４０の内側離間は、ウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌの長さの１００％を超えない。１つの態様によれば、翼端１３２からのローフェンス１４０の内側離間は、ウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌの長さの６０％を超えない。別の態様によれば、翼端１３２からのローフェンス１４０の内側離間は、ウイングレット付け根弦Ｃ_ｗｌの長さの３０％を超えない。

図１８に表されるように、取付フランジ１６６は、高い横滑り角時に気流が翼下面１２８から翼上面１２６に、並びに翼端１３２及びウイングレット前縁１４６の周囲を内方に流れる、フローフェンス１４０の堅牢な取り付けを提供する。フローフェンス１４０は、フローフェンス１４０とウイングレット１３６との間に渦を発生させるように適合される。したがって、渦は、高い横滑り角時に、気流を再方向付けして、ウイングレット前縁１４６の低圧ピークを制限して、ウイングレット内側面１５０の気流剥離を遅延及び／又は低減させる。また、フローフェンス１４０は、正圧状態を生成するように適合されることも認識されたい。周知のように、ウイングレット１３６の横滑り角を増加させると、鋭い低圧ピークが生成される。低圧ピークが高過ぎた場合、負の気流が剥離し、過度に拡大して、気流はもはやウイングレット内側面１５０に付着しなくなる（図１９を参照されたい）。内側に入り、フローフェンス１４０に衝突する横滑り時の気流からの正圧は、低圧ピークを制限し（又は低減させ）、高い横滑り角時のウイングレット内側面１５０の気流剥離の可能性を低くする（図２０を参照されたい）。渦は、潜在的な気流剥離の方向に戻すように気流を再方向付けして、気流剥離を遅延させ、かつそれを防止する。

更に、上記の翼端１３２及びウイングレット１３６に対するフローフェンス１４０を位置決めは、フローフェンス１４０が、高い横滑り角時にウイングレット内側面１５０の気流剥離を遅延させる及び／又は防止するように適合され、それにより、高い横滑り角時の横方向安定性を高め、かつ航空機挙動を線形化する（図１９〜図２３を参照されたい）。加えて、航空機１００の１つの態様は、ウイングレット前縁１４６が防除氷システムを含まないものである。フローフェンス１４０は、既知の着氷状態への飛行中のウイングレット前縁１４６の氷汚染後に（又は同様に、既知の着氷状態への飛行以外でのウイングレット前縁１４６の他の流れ面汚染後に）、横滑り状態時のウイングレット内側面１５０の気流剥離を遅延させる及び／又は低減するように適合され、ウイングレット前縁１４６氷又は他の汚染後の横方向安定性を更に高める。したがって、航空機１００の場合、高い横滑り角度時に、着氷の外側で気流剥離が起こる。フローフェンス１４０は、気流剥離が起こった場合に、気流を維持し、航空機型の認証に必要とされるものを超える横滑り角まで横滑り角を増加させる。ウイングレット前縁１４６に堆積した着氷によって、又は潜在的に他の流れ面汚染によって、基本的にあらゆる迎え角で、穏やかな横滑りの角度時であっても気流剥離が起こる。フローフェンス１４０の追加は、気流剥離の量を低減させ、横方向制御性を向上させる。正確な角度は、航空機に依存し、航空機の代替の構成に対して異なり得ることを認識されたい。

図１９は、フローフェンス１４０を翼面に取り付けられた状態で、高い横滑り角時のウイングレット内側面１５０の気流剥離（陰影のある黒色領域）を遅延させること、及び／又は防止することができることを示す、計算結果を例示する。

図２０は、図２０に表される断面Ａ−Ａでのウイングレット弦の場所において、フローフェンス１４０が圧力係数（計算結果に由来する）に与える効果を例示する。プロット２００は、フローフェンス１４０が翼１２０に含まれないときの、ウイングレット内側面１５０の圧力係数である。プロット２０１は、フローフェンス１４０が翼１２０に含まれるときの、ウイングレット内側面１５０の圧力係数である。プロット２０２及びプロット２０３は、それぞれ、フローフェンス１４０が翼１２０に含まれる場合、又は含まれない場合の、ウイングレット外側面１５２の圧力係数分布である（すなわち、フローフェンス１４０は、実質的にはウイングレット外側面１５２の圧力係数に影響を及ぼさない）。プロット２００及びプロット２０１は、翼端１３２の周囲の内側に入り、フローフェンス１４０に衝突する横滑り時の気流からの正圧が、ウイングレット前縁１４６の低圧ピークを制限し（又は低減させ）、高い横滑り角時のウイングレット内側面１５０の気流剥離の可能性を低くすることを示す。図２０の例では、フローフェンス１４０が翼１２０に含まれるときに、ウイングレット前縁１４６の低圧ピークは、ほぼ２０％低減される。

図２１は、図２１に表される断面Ｂ−Ｂでの翼弦の場所において、フローフェンス１４０が圧力係数分布に与える効果を例示する。プロット２１０は、正の揚力の下での、及びフローフェンス１４０が翼１２０に含まれる状態での、翼上面１２６の圧力係数分布である。プロット２１１は、正の揚力の下での、及びフローフェンス１４０が翼１２０に含まれない状態での、翼上面１２６の圧力係数分布である。プロット２１２及びプロット２１３は、それぞれ、フローフェンス１４０が翼１２０に含まれる場合、又は含まれない場合の、翼下面１２８の圧力係数分布である（すなわち、フローフェンス１４０は、翼下面１２８の圧力係数に実質的に影響を及ぼさない）。フローフェンス１４０を翼面に取り付けることによって、翼端１３２の周囲の翼上面１２６の圧力配布が変化し、その結果、ウイングレット内側面１５０の気流剥離を遅延させ、かつ防止する。更に、フローフェンス１４０を翼面に取り付けることによって、気流がウイングレット１３６に再度取り付けし、外側翼の揚力を増加させる。

図２２は、いかなる流れ面汚染（例えば、氷など）も伴わない、航空機の横滑り角に関する航空機のローリングモーメント係数のグラフである。プロット２２０は、フローフェンス１４０が航空機１００の翼１２０に含まれるときの、航空機の横滑り角に関する航空機のローリングモーメント係数である。プロット２２１は、フローフェンス１４０が航空機１００の翼１２０に含まれないときの、航空機の横滑り角に関する航空機のローリングモーメント係数である。より高い傾斜を有するこれらの値のプロットは、より低い傾斜を有するプロットよりも確実な横方向安定性に相当する。更にまた、実質的に直線のプロットは、望ましい制御性に相当する。図２２は、航空機がフローフェンス１４０を含むときに、高い横滑り角時の航空機のローリングモーメント係数がより高いことを例示する。更にまた、プロット２２１と比較して、プロット２２０の増加した線形は、より望ましい制御性を例示する。線２２２は、フローフェンス１４０による向上である。

図２３は、通常の飛行状態で（すなわち、いかなる流れ面汚染も伴わずに）、かつフローフェンス１４０を伴わずに、横方向安定性が適度な横滑り角に対して、一般に、直線であることを実証する、風洞試験結果を示す。流れ面汚染の後には、正の横方向安定性を喪失又は低下させる場合があるが、しかしながら、フローフェンス１４０を翼面に取り付けることによって、航空機の認証要件である、正の横方向安定性を維持することができる（すなわち、傾斜が、通常の飛行状態の傾斜に類似する）。図２４は、流れ面汚染の後に、ウイングレット１３６と関連する航空機の揚力が減少する場合があり、また、フローフェンス１４０を取り付けることによって、翼が、流れ面汚染によって喪失したかなりの量の揚力を回復することを実証する、風洞試験結果を示す。

また、高い横滑り角時のウイングレット内側面１５０の気流剥離を防止するための方法も提供する。本方法は、一般に、ウイングレット１３６に隣接して、翼上面１２６にフローフェンス１４０を位置決めすることと、翼１２０の上面図において、ウイングレットの付け根弦Ｃ_ｗｌの長さの１００％を超えない距離だけ、翼端１３２から内側にフローフェンス１４０を離間することと（図４を参照されたい）、翼上面１２６のフローフェンス１４０をウイングレット１３６と重なる第１の位置へと延在させることと、を含む。本方法は、フローフェンス１４０の第１の位置を、ウイングレット前縁１４６と翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間に位置付けることを更に含む。本方法は、翼上面１２６のフローフェンス１４０を、ほぼ翼前縁１２２に、又は翼前縁１２２の後方で位置付けられた第２の位置へと延在させることを更に含む。代替的に、本方法は、翼前縁１２２の周囲のフローフェンス１４０を、翼１２０の翼下面１２８の第２の位置に巻き付けることと、フローフェンス１４０の第２の位置を、翼前縁１２２と翼後縁１２４及び／又はウイングレット後縁１４８との間の翼下面１２８に位置付けることと、を更に含む。

上記で開示された及び他の特徴及び機能、又はそれらの代替例若しくは変形例は、多くの他の異なるシステム又は用途に望ましく組み合わされ得ることが理解されるであろう。また、当業者であれば、現在予測されていない、又は予期されていない様々な代替例、修正例、変形例、又は改良例を連続的に行うことができ、これらも添付の特許請求の範囲によって包含されることが意図される。

Claims (19)

1. 航空機の翼であって、
   前記翼が翼付け根から翼端弦を有する翼端へと延在する、翼前縁、翼後縁、並びに翼上面及び翼下面によって画定された翼面と、
   前記翼端から延在し、かつ前記翼前縁の後方のウイングレット前縁、ウイングレット後縁、ウイングレット内側面、ウイングレット外側面、ウイングレット付け根弦を有するウイングレット付け根、及びウイングレット先端部を有するウイングレットと、
   前記ウイングレットから前記翼面の内側に配置されたフローフェンスであって、前記ウイングレットの外側の側面視において前記ウイングレットと重なっているフローフェンスと、を備え、
   前記フローフェンスが、前記翼下面から前記翼端及び前記翼前縁の周囲の前記翼上面へと気流を流すことによって、前記フローフェンスと前記ウイングレットとの間に渦を発生させるように適合され、前記渦が、前記ウイングレット前縁の低圧ピークを制限するように、気流を再方向付けし、
   前記フローフェンスが、高い横滑り角時に前記ウイングレット内側面の気流の剥離を遅延させる及び／又は防止するように適合され、横方向安定性を高め、かつ高い横滑り角時の航空機の挙動を線形化する、航空機の翼。
2. 前記フローフェンスが、前記翼上面に沿って上方かつ内側に移動している気流を再方向付けして、前記ウイングレット内側面に沿って外側かつ上方の方向に戻すように適合される、請求項１に記載の翼。
3. 前記ウイングレット前縁が、防除氷システムを含まず、前記フローフェンスが、前記ウイングレット前縁の着氷汚染後の横滑り状態時に、前記ウイングレット内側面の気流剥離を遅延及び／又は低減させて、汚染されたウイングレット前縁面を伴う横方向安定性を更に高めるように適合される、請求項１に記載の翼。
4. 前記翼の上面図において、前記翼端からの前記フローフェンスの内側離間が、前記ウイングレット付け根弦の長さの１００％を超えない、請求項１に記載の翼。
5. 前記翼端からの前記フローフェンスの前記内側離間が、前記ウイングレット付け根弦の前記長さの６０％を超えない、請求項４に記載の翼。
6. 前記フローフェンスが、前記翼上面の前記翼前縁の後方の前方位置から、前記ウイングレット前縁と前記翼上面の前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁との間の後方位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
7. 前記フローフェンスが、前記翼上面のほぼ前記翼前縁の前方位置から、前記ウイングレット前縁と、前記翼上面の前記翼後縁及び／又はウイングレット後縁との間の後方位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
8. 前記フローフェンスが、前記翼前縁の周囲の前記翼前縁と前記翼下面の前記ウイングレット前縁との間の第１の位置から、前記ウイングレット前縁と前記翼上面の前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁との間の第２の位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
9. 前記フローフェンスが、前記翼前縁の周囲の前記ウイングレット前縁と前記翼下面の前記翼後縁及び／又はウイングレット後縁との間の第１の位置から、前記ウイングレット前縁と前記翼上面の前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁との間の第２の位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
10. 前記フローフェンスが、前記翼上面及び前記翼下面両方の前記翼の全周に延在する、請求項１に記載の翼。
11. 前記フローフェンスが、前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁の後方に延在する、請求項１０に記載の翼。
12. 前記フローフェンスが、前記翼上面全体の第１のフローフェンス部分と、前記翼下面全体の別個の第２のフローフェンス部分と、を含み、前記第１のフローフェンス部分及び第２のフローフェンス部分の各々が、前記翼前縁と前記ウイングレット前縁との間の第１の位置から、前記ウイングレット前縁と前記翼後縁及び／又はウイングレット後縁との間の第２の位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
13. 前記フローフェンスが、前記翼後縁の周囲の前記翼上面の前記翼前縁と前記ウイングレット前縁との間の位置から、前記翼下面の翼前縁と前記ウイングレット前縁との間の位置へと延在する、請求項１に記載の翼。
14. 高い横滑り角時に、航空機の翼の翼端から延在するウイングレットの内側面の気流剥離を防止するための方法であって、
    前記航空機の翼が、翼前縁、翼後縁、並びに翼上面及び翼下面によって画定された翼面を有し、翼付け根から前記翼端へと延在し、
    前記ウイングレットが、前記翼前縁の後方のウイングレット前縁、ウイングレット後縁、前記内側面、外側面、及びウイングレット先端部を有する場合において、
    フローフェンスを前記翼上面に位置決めすることと、
    前記ウイングレットの付け根弦の長さの１００％を超えない距離だけ、前記翼端から内側に前記フローフェンスを離間することと、
    前記翼上面の前記フローフェンスを前記ウイングレットの外側の側面視において前記ウイングレットと重なる第１の位置へと延在させることと、を含む、方法。
15. 前記フローフェンスの前記第１の位置を、前記ウイングレット前縁と前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁との間に位置付けることを更に含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記翼上面の前記フローフェンスを、前記翼前縁の後方の、又はほぼ前記翼前縁の第２の位置へと延在させることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記翼前縁の周囲の前記フローフェンスを、前記航空機の翼の前記翼下面の第２の位置に巻き付けることを更に含む、請求項１５に記載の方法。
18. 前記フローフェンスの前記第２の位置を、前記翼前縁と前記翼後縁及び／又は前記ウイングレット後縁との間の前記翼下面に位置付けることを更に含む、請求項１７に記載の方法。
19. 航空機の翼であって、
    前記翼が翼付け根から翼端弦を有する翼端へと延在する、翼前縁、翼後縁、並びに翼上面及び翼下面によって画定された翼面と、
    前記翼端から延在し、かつ前記翼前縁の後方のウイングレット前縁、ウイングレット後縁、ウイングレット内側面、ウイングレット外側面、ウイングレット付け根弦を有するウイングレット付け根、及びウイングレット先端部を有するウイングレットと、
    前記ウイングレットから前記翼面の内側に配置されたフローフェンスであって、前記ウイングレットの外側の側面視において前記ウイングレットと重なる前記翼上面に位置付けられた第１の位置から、前記翼上面及び前記翼下面のうちの１つに位置付けられた第２の位置へと延在し、前記翼の上面視において、前記翼端からの前記フローフェンスの内側離間が、前記ウイングレット付け根弦の長さの１００％を超えない、フローフェンスと、を備え、
    前記フローフェンスが、高い横滑り角時に前記ウイングレット内側面の気流の剥離を遅延させる及び／又は防止するように適合され、横方向安定性を高め、かつ高い横滑り角時の航空機の挙動を線形化する、航空機の翼。

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