KR20190124155A - 항공기 날개 및 윙팁 장치 - Google Patents

항공기 날개 및 윙팁 장치 Download PDF

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KR20190124155A
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Abstract

본 발명은 주 날개(3) 및 주 날개(3)의 팁에 윙팁 장치(4)가 구비된 항공기 날개(2)에 관한 것으로, 윙팁 장치(4)는 상기 윙팁 장치(4) 상의 유동 박리가 상기 윙팁 장치(4)의 외측 영역(O)에서 최초로 발생하는 것을 특징으로 하는 윙팁 장치이다. 윙팁 장치(4)의 앞전 처짐은 윙팁 장치의 외측 영역(O)에서 최대 일 수 있다.

Description

항공기 날개 및 윙팁 장치 {AN AIRCRAFT WING AND WING TIP DEVICE}
본 발명은 윙팁 장치를 갖는 항공기 날개 및 윙팁 장치 자체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 윙팁 장치가 구비된 항공기 날개를 포함한 항공기에 관한 것이다. 본 발명은 또한 윙팁 장치, 항공기 날개 및 항공기 각각의 설계방법 및 제조방법에 관한 것이다.
윙팁 장치는 주로 유도 항력을 감소시킴으로써 고정익 항공기의 효율을 향상시키기 위해 사용된다. 이로 인해 날개의 단면 저항이 증가할 수 있지만 전체 양항비가 증가한다. 또한 윙팁 장치는 여객기에서 특히 중요한 연료 효율을 증가시킨다.
윙팁 장치는 설계 및 제조하기에 비교적 복잡한 구조이다. 이것들은 주로 고속 성능을 향상시키도록 설계된다. 그러나, 윙팁 장치는 최적이 아닌 저속 성능 및 조종 안정성을 제공 할 수 있다.
본 발명은 전술 한 문제점 중 적어도 일부를 해결하거나 개선하고자 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 윙팁 장치를 포함하는 개선된 항공기 날개를 제공하고자 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 항공기에 사용되는 개선된 윙팁 장치를 제공하고자 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 윙팁 장치를 구비한 날개를 포함하는 개선된 항공기를 제공하고자 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 윙팁 장치, 윙팁 장치가 구비된 항공기 날개 또는 항공기에 대한 개선된 설계방법을 제공하고자 한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 본 발명은 윙팁 장치, 윙팁 장치가 구비된 항공기 날개 또는 항공기에 대한 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 주 날개와, 주 날개의 단부에 윙팁 장치를 포함하는 항공기 날개가 제공되며, 상기 윙팁 장치는 윙팁 장치의 외측 영역에서 윙팁 장치 상의 유동 박리(flow separation)가 최초로 발생하도록, 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐의 변화를 갖는다.
윙팁 장치의 '내측' 및 '외측'영역에 대한 언급은 윙팁 장치의 전개된 스팬과 관련되어있다. 마찬가지로 윙팁 장치와 관련하여 '내측' 및 '외측'에 대한 언급은 윙팁 장치의 전개된 스팬을 따른 내측 및 외측 방향을 나타낸다.
당업자는 비평면 윙팁 장치와 관련하여 용어 '전개된 스팬'을 이해할 것이다. 전개된 스팬 방향 위치는 (윙팁 장치의 내측 단부에서부터) Y-Z 평면 (즉, 항공기의 Y 및 Z 축 모두에 평행한 평면)과 평행한 평면에 투영될 때의 윙팁 장치의 앞전을 따른 거리로 측정된다는 것으로 확정된다.
본 발명의 실시예에서, 외측 영역은 펼친 윙팁 장치의 외측 절반, 즉 0.5 <η≤1이다. 이와 관련하여, 외측 영역은 전개된 스팬의 절반 위치에서 외측 영역이고, 그 위치는 윙팁 장치의 전개된 스팬을 따라 절반쯤 위치한다.
내측 영역은 전개된 윙팁 장치의 내측 절반, 즉 0≤η <0.5인 곳이다. 이 점에서, 내측 영역은 전개된 스팬의 절반 위치에서 내측 영역이다.
본 발명의 실시예에서, 앞전 처짐의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 윙팁 장치의 전개된 외측 절반에서 발생하도록 이루어진다.
선택적으로, 앞전 처짐의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 하는 것이다.
상기 윙팁 장치 팁에 인접한 영역은 0.7 ≤ η≤1, 바람직하게는 0.8≤η≤1, 더 바람직하게는 0.9≤η≤1, 좀 더 바람직하게는 0.95 ≤ η ≤ 1인 윙팁 장치의 영역이다.
선택적으로, 앞전 처짐의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 발생하도록 하는 것이다.
선택적으로, 윙팁 장치의 최대 앞전 처짐은 전개된 스팬 방향 위치에서 발생하여, 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서, 바람직하게는 윙팁 장치의 팁에서 또는 윙팁 장치 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 앞전 처짐은 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대이다.
이는 윙팁 장치의 외측 영역에서 유동 박리를 최초로 발생시키는 것을 촉진할 수 있다는 점에서 유리하다. 이 점에서, 최대 앞전 처짐 위치의 외측 영역에서 유동 박리가 최초로 발생하도록 유도할 수 있다.
선택적으로, 최대 앞전 처짐은 η ≥ 0.6인 전개된 스팬 방향 위치에 있다.
본 발명의 실시예에서, 최대 앞전 처짐은 윙팁 장치의 팁의 내측의 위치에서 발생한다. 선택적으로 최대 앞전 처짐은 η ≤ 0.9, 바람직하게는 η ≤ 0.8인 전개된 스팬 방향 위치에 있다. 선택적으로 최대 앞전 처짐은 0.6 ≤ η ≤ 0.9, 바람직하게는 0.6 ≤ η ≤ 0.8 인 전개된 스팬 방향 위치에 있다.
선택적으로, 앞전 처짐은 윙팁 장치의 팁을 향하여 앞전 처짐의 최대값으로부터 외측으로 감소한다. 선택적으로, 앞전 처짐은 윙팁 장치의 팁을 향하는 최대 앞전 처짐 위치에서의 최대값으로부터, 외측으로 감소한다.
이는 유리하게는 윙팁 장치의 팁을 향하여 유동 박리가 최초로 발생하도록 유도할 수 있다.
선택적으로, 상기 앞전 처짐은 앞전 처짐의 최대값으로부터 윙팁 장치의 팁으로 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 팁에서의 처짐은 앞전 처짐 최대값보다 작다.
본 발명의 실시예에서, 앞전 처짐은 앞전 처짐의 최대값으로부터 윙팁 장치의 팁까지 연속적으로 감소한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 팁에서의 앞전 처짐은 윙팁 장치의 앞전 처짐의 최소값이다.
선택적으로, 앞전 처짐의 변화는 윙팁 장치의 받음각이 증가함에 따라, 유동 박리가 내측으로 이동하도록, 바람직하게는 받음각이 증가함에 따라, 유동 박리가 내측으로 점차적으로 이동하도록 하는 것이다.
선택적으로, 상기 앞전의 처짐은 윙팁 장치의 내측 단부를 향하여, 앞전 처짐의 최대값으로부터 내측에서 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 앞전 처짐은 앞전 처짐의 최대값보다 작다.
선택적으로, 윙팁 장치는 내측 단부로부터 연장되는 전이영역으로 구성된다. 상기 내측 단부에서의 앞전 처짐은 주 날개의 외측 단부에서의 앞전 처짐으로 내측 방향에서 접근한다.
이것은 윙팁 장치의 앞전 처짐이 주 날개의 팁에서의 앞전 처짐으로 매끄럽게 이어져서 앞전 처짐 값의 불연속(그 위치에서, 공기 역학적 특성에서의 불연속성)을 피할 수 있다는 점에서 유리하다.
선택적으로, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 앞전 처짐은 주 날개의 팁에서의 앞전 처짐과 동일하거나 더 작다.
선택적으로, 전이영역의 외측 단부에서의 앞전 처짐은 최대 앞전 처짐보다 작다.
본 발명의 실시예에서, 전이영역의 외측 단부는 윙팁 장치의 내측 영역에 있다. 선택적으로, 전이영역의 외측 단부는 0 <η ≤ 0.3, 바람직하게는 0 <η ≤ 0.2 인 스팬 방향 위치에 있다.
선택적으로, 윙팁 장치는 외측 방향으로 증가하는 상반각(dihedral)을 갖는다.
선택적으로, 윙팁 장치는 윙팁 장치의 팁을 향해 상향으로 곡선을 이룬다. 바람직하게는 윙팁 장치는 곡선 비평면 윙팁 장치다. 앞전 처짐의 변화는 곡선형 비평면 윙팁 장치와 함께 사용될 때 특히 유리하다.
선택적으로, 상기 윙팁 장치는 후퇴된다.
선택적으로, 윙팁 장치의 앞전 후퇴각(sweep angle)은 외측 방향으로 증가하여, 평면형태로 보여질때 앞전이 곡선을 이룬다.
본 발명의 실시예에서, 최대 앞전 처짐 위치로부터 윙팁 장치의 팁까지 포함하는 윙팁 장치의 영역이 팁영역이다.
본 발명의 실시예에서, 전이영역의 외측 단부로부터 최대 앞전 처짐 위치까지 포함하는 윙팁 장치의 영역은 중간영역이다.
바람직하게는 중간영역은 윙팁 장치의 주요 영역이고 전이영역 및 팁영역은 작은 영역이다. 이 점에서, 바람직하게는 중간영역은 전이영역 및 팁영역 각각의 전개된 스팬보다 더 큰 전개된 스팬을 갖는다.
바람직하게는 팁영역의 전개된 스팬에 대한 중간영역의 전개된 스팬의 비는 1.5 이상이다. 바람직하게는 전이영역의 전개된 스팬에 대한 중간영역의 전개된 스팬의 비는 2.5 이상이다.
바람직하게는 중간영역의 앞전 후퇴각은 외측 방향으로 증가하여 (평면형태로 보여질 때) 곡선을 이룬다.
바람직하게는 중간 단면의 상반각은 외측 방향으로 증가하여 상향으로 곡선을 이룬다.
바람직하게는 팁영역은, 예를 들어 둥근 단부 또는 쿠체맨(Kuchemann)팁을 형성하기 위해, 팁 형상으로 이어진다.
바람직하게는 윙팁 장치는 윙렛이다. 바람직하게는 윙팁 장치는 곡선 비평면 윙렛이다.
바람직하게는 윙팁 장치는, 예를 들면 슬레이트 또는 플랩 같은, 어떤 가동식 고양력 장치를 갖지 않는다.
본 발명의 제 2 양태에 따르면, 윙팁 장치는, 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대한 앞전 처짐의 변화를 갖는다.
본 발명의 제 2 양태의 윙팁 장치는 본 발명의 제 1 양태에서의 윙팁 장치로서 사용될 수 있다. 본 발명의 제 2 양태의 윙팁 장치는 본 발명의 제 1 양태에서의 윙팁 장치의 특징 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 발명의 제 3 양태에 따르면, 주 날개와 주 날개의 팁에 구비된 윙팁 장치를 포함하는 항공기 날개가 제공되며, 상기 윙팁 장치는 전개된 윙팁 장치의 앞전 처짐이 스팬 방향 위치에 대해 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대가 되도록 스팬 방향 위치에 구비된다.
본 발명의 제 3 양태의 항공기 날개는 본 발명의 제 1 양태의 항공기 날개의 특징 중 어느 하나를 가질 수 있다. 본 발명의 제 3 양태의 윙팁 장치는 본 발명의 제 1 양태에서의 윙팁 장치의 특징 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 발명의 제 4 양태에 따르면, 윙팁 장치는 윙팁 장치의 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐의 변화를 가짐으로써, 앞전 처짐이 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대값을 갖는다.
본 발명의 제 4 양태의 윙팁 장치는 본 발명의 제 3 양태에서 윙팁 장치로 사용하기 위한 것일 수 있다. 본 발명의 제 4 양태의 윙팁 장치는 본 발명의 제 1 양태에서의 윙팁 장치의 특징 중 임의의 것을 가질 수 있다.
본 발명의 제 5 양태에 따르면, 본 발명의 선행하는 양태 중 어느 하나에 따른 항공기 날개 또는 윙팁 장치를 포함하는 항공기가 제공된다.
본 발명의 실시예에서, 항공기는 한 쌍의 항공기 날개를 포함한다.
바람직하게는, 항공기는 다수의 승객, 바람직하게는 50명 이상의 승객을 수용하기 위한 복수의 행 및 열로 된 좌석 유닛들을 포함하는 선실이 구비된 상업용 제트기이다. 바람직하게는 항공기는 동력 비행기이고, 항공기를 추진하기 위해 날개에 한 쌍의 엔진이 장착된다.
본 발명의 제 6 양태에 따르면, 항공기 날개의 일부로서 사용하기 위한 윙팁 장치를 설계하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 윙팁 장치의 외측 영역에서 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐의 변화를 갖도록 윙팁 장치를 설계하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
(i) 고속 설계 요건 충족시키기 위해 전개된 스팬에 걸쳐 앞전이 처짐이 없는 윙팁 장치를 설계하는 단계;
(ii) 윙팁 장치의 설계에 앞전 처짐의 변화를 적용하여 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 윙팁 장치의 외측 영역에서 발생하도록 하는 단계.
본 발명의 제 7 양태에 따르면, 주 날개와, 주 날개의 팁에 윙팁 장치를 포함하는 항공기 날개 설계하는 방법이 제공되며, 상기 방법은 본 발명의 제 6 양태다.
본 발명의 제 8 양태에 따르면, 본 발명의 제 7 양태에 따라 항공기 날개를 설계하는 단계를 포함하는 항공기 설계방법이 제공된다.
본 발명의 제 9 양태에 따르면, 본 발명의 제 6 양태에 따른 윙팁 장치를 설계하고 상기 설계에 따라 윙팁 장치를 제조하는 단계를 포함하는 윙팁 장치의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 10 양태에 따르면, 본 발명의 제 7 양태에 따른 항공기 날개를 설계하고 상기 설계에 따라 항공기 날개를 제조하는 단계를 포함하는 항공기 날개의 제조방법이 제공된다.
본 발명의 제 11 양태에 따르면, 본 발명의 제 8 양태에 따른 항공기를 설계하고 상기 설계에 따라 항공기를 제조하는 단계를 포함하는 항공기의 제조방법이 제공된다.
바람직하게는 앞전 처짐은 파라미터 DroopLE 에 의해 정의된다. 이와 관련하여, 앞전 처짐에 대한 언급은, 바람직하게는 DroopLE 파라미터를 나타내고, 앞전 처짐의 상기 정의된 변화 및 상대량은 바람직하게는 파라미터 DroopLE 의 대응하는 변화량 및 상대량을 나타낸다.
각각의 전개된 스팬 방향 위치에서의 DroopLE의 값은 앞전 점이 기준선으로부터, 하부 표면을 향해 기준 선에 수직인 선을 따라, 오프셋된 거리를 국부 시위 길이로 나눈 값이고, 상기 기준선은 뒷전 점과 기준 시위 방향 위치에서의 국부 에어로포일 단면의 상부면과 하부면 사이의 중간에 위치 된 기준점을 통과한다.
기준 시위 방향 위치는 상기 위치가 에어로포일의 '비처짐' 단면에 있을 만큼 충분히 후방인 에어로포일의 단면에 있도록 선택된다.
바람직하게는, 기준점은 국부 시위 스팬의 0.3 이상 (즉, x / c≥0.3인 곳)만큼 앞전 점의 후방에 위치한다.
바람직하게, 기준점은 국부 시위 스팬의 0.3만큼 앞전 점의 후방에 위치한다. (즉, x/c=0.3 인 곳에 위치함)
바람직하게는, 윙팁 장치는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대해 DroopLE의 변화를 갖는다.
선택적으로, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 이루어진다.
선택적으로, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 최초로 발생하도록 한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 최대 DroopLE이 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록, 전개된 스팬 방향 위치에서 발생하며, 바람직하게는 윙팁의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 발생한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 DroopLE은 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대이다.
선택적으로, DroopLE의 최대값은 η ≥ 0.6인 전개된 스팬 방향 위치에서 발생한다.
본 발명의 실시예에서, DroopLE의 최대값은 윙팁 장치의 팁의 내측 위치에서 발생한다. 선택적으로, DroopLE의 최대값은 η ≤ 0.9, 바람직하게는 η ≤ 0.8인 전개된 스팬 방향 위치에서 발생한다. 선택적으로 DroopLE의 최대값은 0.6 ≤ η ≤ 0.9, 바람직하게는 0.6 ≤ η ≤ 0.8 인 전개된 스팬 방향 위치에서 발생한다.
선택적으로, DroopLE은 윙팁 장치의 팁을 향하여 최대값으로부터 외측으로 감소한다.
선택적으로, DroopLE은 앞전 처짐의 최대값으로부터 윙팁 장치의 팁으로 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 팁에서의 DroopLE의 값은 DroopLE의 최대값보다 작다.
본 발명의 실시예에서, DroopLE은 윙팁 장치의 최대값에서 팁까지 연속적으로 감소한다.
선택적으로 윙팁 장치의 팁에서의 DroopLE의 값은 윙팁 장치의 DroopLE의 최소값이다.
선택적으로, DroopLE의 변화는 윙팁 장치의 받음각이 증가함에 따라 유동 박리가 내측으로 이동하도록, 바람직하게는 받음각이 증가함에 따라 유동 박리가 내측으로 점차적으로 이동하도록 한다.
선택적으로, DroopLE은 윙팁 장치의 내측 단부를 향하여 최대값으로부터 내측으로 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 DroopLE의 값은 DroopLE의 최대값보다 작다.
선택적으로, 전이영역에서 DroopLE의 값은 주 날개의 외측 단부에서 DroopLE의 값에 접근한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 DroopLE의 값은 주 날개의 팁에서의 DroopLE의 값 이하이다.
선택적으로, 전이영역의 외측 단부에서의 DroopLE의 값은 DroopLE의 최대값보다 작다.
바람직하게는, DroopLE의 최대값의 DroopLE의 값에 대한 비율은 2보다 크거나 같다. 선택적으로, 윙팁 장치의 팁에서의 DroopLE의 값은 0.02이다.
선택적으로, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 DroopLE의 최대값의 DroopLE의 값이 대한 비율은 1.5 이상이다.
본 발명의 실시예에서, DroopLE가 최대가 되는 위치로부터 윙팁 장치의 팁까지 포함하는 윙팁 장치의 영역은 팁영역이다. 본 발명의 실시예에서, 전이영역의 외측 단부로부터 DroopLE가 최대가 되는 위치까지 포함하는 윙팁 장치의 영역은 중간영역이다.
바람직하게는, 본 발명의 제 6 양태의 방법은 전개된 스팬 방향 위치에 대해 DroopLE의 변화를 갖는 윙팁 장치를 설계하여 윙팁 장치 상의 유동 박리가 날개의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 설계하는 단계를 포함한다.
선택적으로, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) 고속 설계 요건을 충족시키기 위해 DroopLE가 전개된 스팬에 걸쳐 0인 윙팁 장치 설계하는 단계;
(ii) 윙팁 장치의 설계가 윙팁 장치 상의 유동 박리가 가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE의 변화를 윙팁 장치의 설계에 적용하는 단계.
선택적으로 또는 부가적으로, 앞전 처짐은 파라미터 Y5Upper 에 의해 정의될 수 있다. 이와 관련하여, 앞전 처짐에 대한 언급은 바람직하게는 파라미터 Y5Upper 를 나타내고, 앞전 처짐의 상기 정의된 변화 및 양은 바람직하게는 파라미터 Y5Upper의 대응하는 변화량 및 양을 나타낸다.
윙팁 장치 상의 전개된 각 스팬 방향 위치에서의 Y5Upper 은 국부 시위선으로부터 한 선을 따른, 국부 에어로포일 단면의 상부 표면의 거리를 국부 시위 길이로 나눈 값이며, 상기 선은 시위선에 수직이고, 앞전 점에서 0.05만큼 후방에 위치하는 포인트(즉, x/c=0.05)에서 시위선을 교차한다.
바람직하게는, 윙팁 장치는 윙팁 장치의 외측 영역에서 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대해 Y5Upper의 변화를 갖는다.
선택적으로, Y5Upper의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 한다.
선택적으로, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 Y5Upper의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 최초로 발생하도록 한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 최대 Y5Upper는, 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록, 또는 바람직하게는 윙팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 최초로 일어나도록 전개된 스팬 방향 위치에서 발생한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 Y5Upper 는 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대이다.
선택적으로, Y5Upper의 최대값은 η≥0.6인 전개된 스팬 방향 위치에서 발생한다.
본 발명의 실시예에서, Y5Upper의 최대값은 윙팁 장치의 팁 내측의 위치에서 발생한다. 선택적으로, Y5Upper의 최대값은 η≤0.9, 바람직하게는 η≤0.8인 전개된 스팬 방향 위치에 있다. 선택적으로 Y5Upper의 최대값은 0.6≤η≤0.9, 바람직하게는 0.6≤η≤0.8인 전개된 스팬 방향 위치에 있다.
선택적으로, Y5Upper 는 윙팁 장치의 팁을 향하여 최대값으로부터 외측으로 감소한다.
선택적으로, Y5Upper 는 외측 날개가 앞전 처짐의 최대값으로부터 윙팁 장치의 팁을 향해 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 팁에서의 Y5Upper의 값은 Y5Upper의 최대값보다 작다.
본 발명의 실시예에서, Y5Upper는 최대값으로부터 윙팁 장치의 팁을 향해 연속적으로 감소한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 팁에서의 Y5Upper의 값은 윙팁 장치의 Y5Upper의 최소값이다.
선택적으로, Y5Upper의 변화는 윙팁 장치의 받음각이 증가함에 따라, 유동 박리가 내측으로 점차적으로 이동하는 것이고, 바람직하게는 받음각이 증가함에 따라, 유동 박리가 내측으로 점차적으로 이동하는 것이다.
선택적으로, Y5Upper는 앞전 처짐의 최대값으로부터 윙팁 장치의 내측 단부를 향해 내측으로 감소한다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 Y5Upper 값은 Y5Upper의 최대값보다 작다.
선택적으로, 전이영역에서 Y5Upper의 값은 주 날개의 외측 단부에서 Y5Upper의 값에 접근한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 Y5Upper의 값은 주 날개의 팁에서의 Y5Upper의 값 이하이다.
선택적으로, 전이영역의 외측 단부에서의 Y5Upper의 값은 Y5Upper의 최대값보다 작다.
바람직하게는 Y5Upper의 값에 대한 팁에서의 Y5Upper의 최대값의 비가 1.3 이상이다.
선택적으로, 윙팁 장치의 내측 단부에서의 Y5Upper의 값에 대한 Y5Upper의 최대값의 비가 1.3 이상이다.
선택적으로, 윙팁 장치의 팁에서의 Y5Upper 값은 0.04 이하이다.
선택적으로, 전이영역의 외측 단부에서의 Y5Upper의 값에 대한 Y5Upper의 최대값의 비는 1.1 이상이다.
본 발명의 실시예에서, 윙팁 장치의 Y5Upper이 최대가 되는 위치로부터 윙팁 장치의 팁까지 포함하는 윙팁 장치의 영역이 팁영역이다. 본 발명의 실시예에서, 전이영역의 외측 단부로부터 Y5Upper이 최대가 되는 위치까지 포함하는 윙팁 장치의 영역은 중간영역이다.
바람직하게는, 본 발명의 제 6 양태의 방법은 전개된 스팬 방향 위치에 대하여 Y5Upper 가 변화되도록 윙팁 장치를 설계하여 윙팁 장치 상의 유동 박리가 날개의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 한다.
선택적으로, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) Y5Upper의 값이 윙팁 장치가 전개된 스팬에 걸쳐 앞전 처짐을 가지지 않아서, 고속 설계 요건 충족시킬 수 있는 윙팁 장치를 설계하는 단계;
(ii) 윙팁 장치의 설계에 대한 전개된 스팬 방향 위치에 대해 Y5Upper의 변화를 적용하여, 윙팁 장치 상의 유동 박리가 외측 영역에서 최초로 발생하도록, 앞전 처짐의 변화를 적용하는 단계.
바람직하게는, 앞전 처짐은 파라미터 DroopLE 및 Y5Upper의 조합에 의해 정의된다. 이와 관련하여, 앞전 처짐에 대한 참조는 바람직하게는 DroopLE 및 Y5Upper 파라미터 모두를 지칭하고 또한 앞전 처짐의 상기 정의된 변화 및 상대적 양을 지칭하는데, 바람직하게는 양 파라미터 DroopLE 및 Y5Upper의 대응하는 변화량 및 상대량을 지칭한다.
바람직하게는, 윙팁 장치는 윙팁 장치의 외측 영역에서 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치에 대해 DroopLE 및 Y5Upper의 변화를 갖는다.
선택적으로, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE 및 Y5Upper의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 이루어진다.
선택적으로, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE 및 Y5Upper의 변화는 윙팁 장치 상의 유동 박리가 가 윙팁 장치의 팁에서 최초로 발생하도록 한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 최대 DroopLE 및 Y5Upper 는 전개된 스팬 방향 위치에서 발생하여, 윙팁 장치의 외측 영역에서, 바람직하게는 윙팁 장치의 팁에서 또는 팁에 인접한 영역에서 발생한다.
선택적으로, 윙팁 장치의 DroopLE 및 Y5Upper 는 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대이다.
바람직하게는, 본 발명의 제 6 양태의 방법은 전개된 스팬 방향 위치에 대해 DroopLE 및 Y5Upper의 변화를 갖는 윙팁 장치를 설계하여 윙팁 장치 상의 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록 한다
선택적으로, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) 전개된 스팬에서 DroopLE 이 0인 윙팁 장치를 설계하고, Y5Upper의 값이 고속 설계 요건을 충족하기 위해 전개된 스팬에서 앞전 처짐이 없도록 설계하는 단계;
(ii) 윙팁 장치의 설계에 윙팁 장치 상의 유동 박리가 가 최초로 윙팁 장치의 외측 영역에서 발생하도록, 전개된 스팬 방향 위치에 대한 DroopLE 및 Y5Upper의 변화를 윙팁 장치의 설계에 적용하는 단계.
본 발명의 상기 양태 중 임의의 양태는 본 발명의 다른 양태의 특징 중 임의의 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 양태들 중 임의의 양태의 방법은 본 발명의 다른 양태들 중 항공기 날개 또는 윙팁 장치의 특징 중 임의의 것을 포함할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다.
본 발명의 다른 바람직한 특징 및 유리한 특징들은 하기의 설명으로부터 명백해질 것이다.
윙팁 장치의 앞전 처짐을 변화시킴으로써 윙팁 장치의 외측 영역에서 윙팁 장치상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 하는 것은 유동 박리 개시 시점과 윙팁 장치상의 유동이 완전히 박리되는 시점 사이의 기간을 연장시킬 수 있다는 점에서 유리하다.
이는 저속에서 더 양호하고 균형 잡힌 조정 안정성과 함께 항공기 운항 비행 영역의 넓은 부분에 걸쳐 저속 항력 개선 효과가 향상될 수 있다.
또한, 유동 박리가 일어나기 시작하는 각도를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 단지 예시로서 기술될 것이다:
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 항공기를 위에서 본 평면도이다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 항공기의 우측 윙렛을 위에서 본 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 윙렛의 배면도이다.
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 윙렛의 사시도이다. (국부 에어로포일의 예는 점선으로 도시)
도 6은 도 3 내지 도 5에 도시된 윙렛의 국부 에어로포일의 개략도로서, 윙렛의 앞전 처짐을 정의하는데 사용되는 파라미터를 보여주기 위한 도면이다.
도 7은 윙렛을 따라 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대한 앞전 처짐 파라미터 DroopLE 및 Y5Upper의 변화를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항공기 날개의 설계방법 및 제조방법의 단계들을 나타낸 순서도이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기(1)를 도시한다. 항공기(1)는 한 쌍의 날개(2)를 포함하는 상업용 제트 항공기이다. 항공기(1)는 다수의 승객을 수용하기 위한 복수 개의 행 및 열의 좌석 유닛을 포함하는 객실이 구비된 여객기이며, 이 경우 승객은 50명 이상이다. 항공기(1)는 동력 비행기이고 항공기(1)를 추진시키기 위해 한 쌍의 엔진이 날개(2) 아래에 장착된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 항공기(1)는 항공기(1)의 무게중심에서 출발점을 가지며 동체의 중심선(CL)에 평행하게 전방으로 향하는 종(롤, roll) 축(X); 항공기(1)의 무게중심에서 출발점을 가지며 윙팁부터 윙팁까지 그려진 선과 평행한(즉, 스팬 방향에 평행한), 항공기(1)의 우측을 향하는(우향으로) 횡(피치,pitch) 축(Y); 및 항공기(1)의 무게중심에서 출발점을 가지며 종축(X) 및 횡축 (Y)에 모두 수직하게, 항공기(1)의 바닥 쪽으로 향하는 수직(요,yaw) 축(Z)을 갖는다.
각각의 날개(2)는 주 날개(3) 및 주 날개(3)의 외측 팁(6)에 부착된 윙렛(4) 형태의 윙팁 장치를 포함한다. 각각의 날개(2)는 동일하므로 하나의 날개(2)(우측 날개)에 대해서만 이하에 기술될 것이다. 이러한 날개(2)에 대한 설명은 나머지 날개(2)(포트 날개)에도 적용된다는 것으로 이해될 것이다.
항공기(1)는 전체 윙스팬(b)을 가지며 각 날개(2)는 절반의 스팬(S)을 갖는다.
각각의 날개(2)에서 주 날개(3)는 항공기 동체와의 교차점에 위치한 루트(5)로부터 팁(6)(도 2 참조)까지 스팬 방향으로 외측으로 뻗어있다. 주 날개(3)는 폭이 점점 가늘어지고 후퇴된다. 이와 관련하여, 주 날개(3)는 각각 후퇴하는 앞전(31)과 뒷전(32)을 가지며, 뒷전(32)은 앞전(31)보다 뒤로 약간 덜 후퇴된다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 각각의 윙렛(4)은 주 날개(3)의 외측 팁(6)에 부착된 내측 단부(7)로부터 팁(8)까지 외측으로 뻗어있다. 윙렛(4)은 또한 앞전(9)으로부터 뒷전(10)까지 시위선 방향으로 뻗어있다.
윙렛(4)은 비평면이며 팁(8)을 향해 외측으로 연장될 때 상방으로 곡선을 이룬다. 국부 상반각의 곡률은, 주 날개(3)의 외측 단부 또는 외측 단부 근처에서 낮은 각도 또는 대략 0°의 각도에서부터 증가하고 또한 외측 방향으로 증가한다. 윙렛(4)의 팁(8)은 거의 수직이지만, 수직면에 대하여 작은 각도로 기울어져있다.
윙렛(4)은 후퇴한 형태이다. 이와 관련하여, 윙렛(4)의 앞전(9)는 곡선을 이루고, 윙렛(4)이 스팬 방향으로 외측으로 연장함에 따라 윙렛(4)의 앞전의 후퇴각이 증가한다. 윙렛(4)의 뒷전(10)은 또한 약간 곡선을 이루고, 윙렛(4)이 스팬 방향으로 외측으로 연장됨에 따라 윙렛(4)의 뒷전 (10)의 후퇴각이 약간 증가한다.
윙렛(4)의 앞전(9) 및 뒷전(10)은 주 날개(3)의 앞전(31) 및 뒷전(32)의 연속이다. 뿐만 아니라, 윙렛(4)의 상부 표면(19) 및 하부 표면(20)은 주 날개(3)의 상부 표면 및 하부 표면의 연속이다. 따라서 주 날개(3)에서 윙렛(4)으로 매끄럽게 전환된다.
주 날개(3)와 윙렛(4) 사이의 교차점에서 젖힘(sweep) 또는 휨(twist)의 변화가 있는 경우에도 부드러운 전환이 있을 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 바람직하게는 주 날개(3)와 윙렛(4) 사이의 교차점에서의 불연속이 없다.
윙렛(4)은 날개(2) 상의 유도항력을 감소시키는데 사용되어, 연료 효율성 개선 및 탄소 방출 감소 효과를 제공한다. 본 실시예에서, 윙렛(4)은 주 날개(3)에 대해 고정되어있다.
윙렛(4)은 윙렛(4)의 상부 표면(19) 및 하부 표면(20)(도 4 참조)을 형성하는 상부 및 하부 스킨을 포함한다. 상부 표면(19) 및 하부 표면(20)은 비행 중 기류에 노출되는 상부 및 하부의 공기 역학적 표면들이다.
하기의 무 차원 파라미터 'η'는 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치를 정의하는데 사용될 것이다.
η=yw / sw
여기서, yw = Y-Z 평면에 평행 한 평면 (즉, Y 및 Z 항공기 축 모두에 평행한 평면) 상에 투영 될 때 윙렛의 앞전을 따른(윙렛의 내측 단부로부터의) 거리이고;
sw = 날개의 앞전 모서리가 Y-Z 평면에 평행한 평면상에 투영 될 때, 전체 끝에서 끝까지의 길이이다.
이와 관련하여, ' sw '은 윙렛이 펼쳐져 평평한 경우인. 윙렛의 전개된 스팬이고, ' yw '가 윙렛의 전개된 스팬을 따른 거리이다. 또한, 'η'은 외측 방향으로 전개된 스팬을 따른 (전개된 스팬의)비율이다(윙렛(4)의 내측 단부(7)에 대응하는 η=0이고 윙렛(4)의 팁(8)에 대응하는 η=1임).
이 점에서 η는 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치에 대응한다.
yw 및 sw은 η가 무 차원 파라미터인 것과 같은 거리 단위(이들은 동일하부 표면 길이의 단위를 가질 수 있음)를 가진 것으로 이해될 것이다
윙렛이 평평하다면 (실제로), 그 '전개된' 스팬은 윙렛의 실제 스팬이다.
윙렛(4)은 내측 영역 (도 3에서 'I'로 표시됨) 및 외측 영역 (도 3에서 'O'로 표시됨)을 포함한다. '내측' 및 '외측' 영역에 대한 언급은 윙렛(4)의 전개된 스팬에 관련된다. 마찬가지로 윙렛(4)과 관련하여 '내측' 및 '외측'에 대한 언급은 윙렛의 전개된 스팬을 따르는 방향을 나타낸다.
내측 영역(I)은 윙렛(4)의 전개된 절반 스팬 위치(M)의 내측 영역이며, 윙렛(4)의 전개된 스팬을 따라 절반 위치에 자리하는 위치(M)이다. 이 점에서, 내측 영역 (I)은 전개된 윙렛(4)의 내측 절반, 즉 0≤η<0.5인 영역이다. 외측 영역(O)은 전개된 절반 스팬 위치 (M)의 외측 영역이다. 외측 영역(O)은 전개된 윙렛(4)의 외측 절반, 즉 0.5<η≤1인 영역이다.
도 3을 참조하면, 윙렛(4)은 전이영역(21), 중간영역(22) 및 팁영역(23)으로 구성된다. 전이영역(21)은 윙렛(4)의 내측 단부(7)를 따라 전개된 스팬 방향 A위치에 위치하는)로부터 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 B위치에 위치하는 외측 단부까지, 외측으로 펼쳐진다. 전이영역에서 윙렛(4)은 주 날개(3)의 팁(6) 내로 혼합된다.
중간영역(22)은 전이영역(21)의 외측 단부로부터 윙렛(4)의 전개된 스팬 방향 C위치에 위치한 외측 단부까지 외측으로 연장된다.
팁영역(23)은 중간영역(22)의 외측 단부로부터, 윙렛(4)의 팁(8)(윙렛(4)의 전개된 스팬 방향 D위치에 위치하는)까지 외측으로 연장된다.
본 실시예에서, 전이영역(21)의 외측 단부(전개된 스팬 방향 B위치)는 η=0.2에 위치하고, 중간영역(22)의 외측 단부(전개된 스팬 방향 C위치)는 η=0.7에 위치한다.
윙렛(4)의 형상, 특히 전개된 스팬 방향 위치에 대한 윙렛(4)의 앞전 처짐의 변화를 정의하기 위한 다양한 파라미터들이 이하에 기술될 것이다.
도 5를 참조하면, 각 스팬 방향 위치에서의 국부 에어로포일(40’)은 1/4 시위선(즉, x /c=0.25, 도 5에서 점선으로 나타낸 x/c=0.25 참조)의 YZ평면에 평행한 면(즉, 항공기의 Y축 및 Z축에 평행 한 평면)에 투영된 국부적인 방향에 수직인 평면과 윙렛의 교차부에 의해 생성된 단면 형상으로 정의된다
국부 에어로포일들(40’)의 전체 조합은 윙렛(4)의 외형을 정의한다.
도 6은 윙렛(4)의 국부 에어로포일 (40’)의 개략도(개념적으로 전개된 스팬 방향 위치에서의)를 도시한다. 도 6은 개략도이므로 스케일이 맞지 않는 것으로 이해될 것이다.
각각의 국부 에어로포일(40’)은 앞전 점(9’), 뒷전 점(10’) 및 국부 시위선(c’)을 갖는다. 뒷전 점(10’)은, 그러한 고유한 점이 존재하는 경우에는 국부 에어로포일 (40’)상의 후미 점으로 정의되거나 또는 그렇지 않은 경우, 모든 후미 점들의 중심으로서 정의된다. 앞전 점(9’)은 뒷전 점(10’)으로부터 가장 먼 국부적 에어로포일 (40’)상의 점으로 정의된다. 국부 시위선(c’)은 앞전 점(9’)과 뒷전 점(10’)을 연결하는 직선이다. 국부 시위선(c’)은 국부 시위선(c’)의 스팬 (즉, 앞전 점(9’)와 뒷전 점(10’) 사이)이다.
또한 도 6에 도시된 바와 같이, 최대 국부 에어로포일(40’)의 두께(tmax)는 국부 에어로포일(40’)의 상부 표면(19’)과 하부 표면(20') 사이의, 시위선(c’)에 수직인 최대 거리로 정의된다.
본 실시예에서, 윙렛(4)의 받음각은 윙렛(4)의 비행 방향(F)과 루트 시위(croot) 사이의 각도(α)(도 5 참조)이다. 그러나, 윙렛(4) 상의 임의의 적절한 기준선이 사용될 수 있다는 것으로 이해될 것이다.
윙렛(4)은 윙렛(4)의 팁(8) 영역에서 윙렛(4)상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐의 변화를 갖는다.
윙렛(4)은 어떠한 가동식 고양력 장치 (예를 들면 슬랫 또는 플랩)도 갖지 않는다.
도 6은 또한 앞전 처짐을 정의하고 정량화하기 위해 사용되는 다양한 파라미터를 도시한다. 본 실시예에서, 앞전 처짐은 DroopLE 및 Y5Upper 파라미터에 의해 정의되고 정량화된다.
윙렛(4)을 따르는 각각의 스팬 방향 위치에서의 파라미터 DroopLE은 거리(Dr)를 국부 시위 스팬(c)으로 나눈 값으로서, 상기 거리(Dr)는 앞전 점(9’)은 뒷전 점(10’)과 기준 시위 방향 위치에서의 국부 에어로포일 단면의 상부 표면(19’)과 하부 표면(20’) 사이의 중간 지점에 위치하는 기준점(G)을 통과하는 기준 라인(e)으로부터, 하부 표면(20')을 향해 기준 선(e)에 수직한 선을 따라 오프셋된 거리이다
기준 시위 방향 위치는 에어로포일의 '비처짐' 단면에 있을 만큼 충분히 후방인 에어로포일의 단면에 있도록 선택된다. 본 실시예에서, 기준점(G)은 0.3c(즉, 국부 시위 길이 (c)의 0.3)만큼 앞전 점(9’)의 후방에 위치된다. 이 위치는 x/c=0.3으로 정의되며, 여기서 x는 앞전 점(9’)으로부터(뒷전 점(10’)을 향해) 시위선(c’)을 따르는 거리이고 c는 국부 시위 길이이다.
기준 시위 위치는 에어로포일의 '비처짐' 단면에 있을 만큼 앞전 점(9’)으로부터 충분히 후방에 있는 임의의 시위 방향 위치에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 기준점 (G)은 국부 시위 길이의 0.3 이상 (즉, x/c≥0.3인 곳)만큼 앞전 점(9’)의 후방에 위치한다. 보다 바람직하게는, 기준점 (G)은 국부 시위 스팬 (c)의 0.3만큼 (즉, x/c=0.3인 경우) 앞전 점 (9)의 후방에 위치된다.
다시 도 6을 참조하면 표면, 매개 변수 Y5Upper는 시위선(c’)으로부터 국부 에어로포일 단면(40’)의 상부 표면(19’)의 시위선(c’)으로부터의 한 선을 따른 거리(Y5)를 국부 시위 스팬(c)로 나눈 값으로서, 상기 선은 상기 시위선(c’)에 수직하고 상기 시위선(c’)을 앞전 점(9’)에서 0.05c만큼 후방 위치(즉 x/c=0.05인 경우)에서 교차한다.
도 7에서, 하부 선('DroopLE'로 표기됨)은 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대한 DroopLE의 변화를 나타낸다. x축(즉 DroopLE=0인 곳)은 앞전 처짐이 0인 DroopLE 의 값을 나타낸다.
상부 선('Y5Upper'로 표기됨)은 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대한 Y5Upper의 변화를 도시한다. 수평 파선 N은 앞전 처짐이 0일 때의 Y5Upper의 값을 나타낸다.
DroopLE 및 Y5Upper의 값은 η=0, 0.2, 0.7 및 인 전개된 스팬 방향 위치에서 도시된다. 이 값들 사이의 일반적인 변화를 나타내기 위해 이들 점들을 연결하는 직선 또한 도시되어있다. 그러나 이 점들 사이의 값은 이들 직선 상에 있지 않을 수도 있는 것으로 이해될 것이다.
앞전 처짐이 증가함에 따라, 에어로포일의 앞부분 반경은 처짐을 수용하기 위해 증가된다.
윙렛(4)은 윙렛(4)의 외측 영역 (O)에서 윙렛(4)상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대해 앞전 처짐의 변화를 갖는다. 이와 관련하여, 윙렛(4)은 윙렛(4)의 외측 영역 (O)에서 윙렛(4)상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대해 DroopLE 및 Y5Upper의 변화을 갖는다.
상술된 본 실시예에서, 전개된 스팬 방향 위치(η)에 대한 앞전 처짐의 변화는 윙렛(4)상의 유동 박리가 윙렛의 팁(8)에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 한다. 이와 관련하여, 상술된 본 실시예에서, 유동 박리는 η=0.95인 스팬 방향 위치(T)에서 최초로 발생한다.
전개된 스팬 방향 위치에 대한 앞전 처짐의 변화는 앞전 처짐이 윙렛(4)의 외측 영역(O) 내에, 윙렛(4)의 팁(8)에 인접한 위치에서 최대가 되도록 하는 것이다. 이 점에서 DroopLE 및 Y5Upper의 값은 윙렛(4)의 외측 영역(O)에서 최대값이다.
더 구체적으로는, 본 실시예에서, 앞전 처짐은 η=0.7인 전개된 스팬 방향 위치(C)에서 최대가 된다. 이 점에서 도 7에서와 같이 DroopLE의 최대값(P1)은 η=0.7에서 발생한다. Y5Upper의 최대값(P1 ')도 η=0.7에서 발생한다. 상술된 본 실시예에서, DroopLE의 최대값(P1)은 0.041이고, Y5Upper의 최대값(P1')은 0.048이다.
앞전 처짐이 윙렛(4)의 외측 영역 (O)에서 최대인 특징은 윙렛(4)의 외측 영역 (O)에서 최초로 유동 박리가 발생하는 것을 촉진할 수 있다는 점에서 유리하다. 이러한 점에서, 최대 앞전 처짐의 위치의 외측 영역에서 유동 박리가 최초로 발생하도록 유도할 수 있다.
앞전의 처짐은 외측으로 갈수록, 최대 앞전 처짐의 위치에서의 최대값으로부터, 윙렛(4)의 팁(8)을 향하여 감소한다. 이것은 유리하게는 윙렛(4)의 팁(8)으로 유동 박리를 최초로 일으킬 수 있다.
이러한 점에서, 윙렛(4)의 팁(8)에서의 앞전 처짐은 앞전 처짐의 최대값보다 작고 앞전 처짐은 최대 앞전 처짐의 위치에서의 최대값으로부터 윙렛(4)의 팁(8)까지 연속적으로 감소한다.
도 7에 도시된 바와 같이, DroopLE의 값은 최대 앞전 처짐의 위치에서의 최대값 (P1)으로부터 윙렛(4)의 팁(8)까지 연속적으로 감소한다. 유사하게, Y5Upper의 값은 최대 앞전 처짐의 위치에서의 최대값(P1')으로부터 윙렛(4)의 팁(8)까지 연속적으로 감소한다.
윙렛(4)의 팁(8)에서의 앞전 처짐은 윙렛(4)의 앞전 처짐의 최소값이다. 이와 관련하여, 도 7에 도시된 바와 같이, DroopLE 및 Y5Upper의 값은 각각 윙렛(4)의 팁(8)에서 최소값이다. 윙렛(4)의 팁(8)에서 DroopLE 의 값은 0.017이고 Y5Upper 의 값은 0.036이다.
바람직하게는, 상기 팁(8)에서의 DroopLE의 값에 대한 DroopLE의 최대값의 비는 2 이상이다. 바람직하게는 팁(8)에서의 Y5Upper의 값에 대한 Y5Upper의 최대값의 비는 1.3이상이다.
전개된 스팬 방향 위치에 대한 앞전 처짐의 변화는 윙렛(4)의 받음각(α)이 증가함에 따라, 유동 박리가 최초로 발생하는 위치(T)로부터 내측으로 점차적으로 이동하도록 한다.
'점차적으로 내측으로 이동한다'는 것은 전파되는 유동 박리로부터 동떨어진 위치에서 순간적으로 발생하는 것과는 대조적으로 (예를 들어 순간적으로 윙팁 장치의 전체 스팬에 걸쳐 발생하는 것과는 대조적으로) 유동 박리가 유동 박리가 처음 발생하는 위치 (T)로부터 전파되는 것으로 이해될 것이다.
이러한 점에서, 앞전 처짐은 전개된 스팬 방향 C위치에서의 최대값으로부터 윙렛(4)의 내측 단부(7)(전개된 방향 위치 (A)에서)를 향해 내측으로 갈수록 감소한다.
이와 관련하여, 윙렛(4)의 내측 단부(7)에서의 앞전 처짐은 앞전 처짐의 최대값보다 작다. 이 점에서, 내측 단부(7)에서의 DroopLE 및 Y5Uppe의 값은 DroopLE 및 Y5Uppe의 최대값보다 작다.
본 실시예에서, 윙렛(4)의 내측 단부(7)에서의 DroopLE 값은 0.028이다.
본 실시예에서, 윙렛(4)의 내측 단부(7)에서의 Y5Upper의 값은 0.038이다.
전이영역(21)의 외측 단부(B)는 η=0.2인 스팬 방향 위치에 있다. 전이영역(21)에서, 내측 방향으로의 앞전 처짐은 주 날개(3)의 팁(6)에서의 앞전 처짐에 접근한다. 이와 관련하여, 상기 DroopLE 및 Y5Upper의 값은 주 날개(3)의 팁(6)에서의 DroopLE 및 Y5Upper의 값에 접근한다. 이것은 주 날개(3)의 팁(6)에서 윙렛(4)의 앞전 처짐이 앞전 처짐 내로 매끄럽게 섞여서 앞전 처짐 값의 불연속(더 나아가, 상기 위치에서의 공기 역학적 특성의 불연속성)을 피할 수 있다는 점에서 유리하다.
본 실시예에서, 윙렛(4)의 내측 단부(7)에서의 앞전 처짐은 주 날개(3)의 팁(6)에서 앞전 처짐과 동일하다. 대안적으로, 윙렛(4)의 주 날개(3)의 앞선 처짐은 주 날개(3)의 팁(6)에서의 앞전 처짐보다 작을 수도 있다.
전이영역의 외측 단부에서의 앞전 처짐은 최대 앞전 처짐보다 작다. 이 점에서, 전이영역 외측 단부에서의 DroopLE 값은 최대 DroopLE 값보다 작다. 또한 전이영역의 외측 단부에서의 Y5Upper 값이 최대 Y5Upper 값보다 작다. 본 실시예에서, 전이영역(21)에서의 외측 단부(B)에서의 DroopLE의 값(P2)은 0.03이다. 전이영역(21)의 외측 단부(B)에서의 DroopLE의 값에 대한 DroopLE의 최대값의 비는 1.37이다. 바람직하게는 전이영역(21)의 외측 단부(B)에서의 DroopLE의 값에 대한 DroopLE의 최대값의 비는 1.3 이상이다. 본 실시예에서, 전이영역(21)의 외측 단부(B)에서의 Y5Upper의 값(P2')은 0.041이다. 전이영역(21)의 외측 단부 (B)에서의 Y5Upper의 값에 대한 Y5Upper의 최대값의 비는 1.17이다. 바람직하게는 전이영역(21)의 외측 단부(B)에서의 Y5Upper의 값에 대한 Y5Upper의 최대값의 비는 1.1 이상이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 항공기 날개(2)(즉, 본 발명의 상술한 실시예의 항공기 날개(2))를 설계하는 방법(105)이 제공된다. 이 방법은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 윙렛(4)을 설계하는 것을 포함한다. 상기 방법은 윙렛(4)의 외측 영역(O)에서 윙렛(4)상의 유동 박리가 최초로 발생하도록 전개된 스팬 위치에 대해 앞전 처짐의 변화를 갖는 윙렛(4)을 설계하는 단계를 포함한다.
이와 관련하여, 도 8을 참조하면, 상기 방법은 하기 단계들을 포함한다:
(i) 고속 설계 요건을 만족시키기 위해, 전개된 스팬에 걸쳐 앞전 처짐이 없는 윙팁 장치 설계하는 단계 (단계 101);
(ii) 윙팁 장치의 외측 영역에서 윙팁 장치 상의 유동 박리가 최초로 발생하도록, 윙팁 장치의 설계에, 윙팁 장치의 전개된 스팬 방향 위치에 대한 앞전 처짐의 변화를 적용하는 단계 (단계 102).
상기 고속 설계 요건은 예를 들어 항공기(1)의 작동 순항 속도에서 유도 항력의 일정한 감소를 제공하기 위한 것일 수 있다.
항공기 날개(2)의 제조방법(106)은 상기 방법(105)에 따라 항공기 날개를 설계하고, 상기 설계에 따라 항공기 날개를 제조하는 단계(103)를 포함한다. 윙렛(4)의 제조방법은 상기 방법에 따라 윙렛을 설계하고 상기 설계로 윙렛을 제조하는 것을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항공기(1)의 설계방법은, 항공기 날개가 항공기 설계의 일부인 상기 방법(105)에 따라, 항공기 날개를 설계하는 것을 포함하는 것으로 이해될 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 항공기(1)의 제조방법은, 상기 방법에 따라 항공기를 설계하고, 상기 설계에 따라 항공기를 제조하는 단계를 포함한다.
요약하자면, 본 발명의 실시예에서, 전개된 스팬 위치에 대한 윙렛(4)의 앞전 처짐의 변화는 윙렛(4)상의 유동 박리가 윙렛(4)의 외측 영역에서, 특히 윙렛(4)의 팁을 향해 최초로 발생하는 것이다.
선체 내측의 실속(the stall inboard)의 진행 및 증가가 지연된다. 이는 윙렛의 저속 특성을 향상시킨다. 이와 관련하여, 윙렛(4)에서 유동이 박리되기 시작되는 항공기 발생률을 증가시키고 윙렛(4)에서 유동 박리가 시작되는 시점과 완전히 박리되는 시점 사이의 기간을 연장시킨다. 그 결과 항공기 작동 비행부의 더 큰 부분에 걸친 저속 항력 향상과 함께 더 양호하고 균형 잡힌 조종 성능이 얻어진다.
따라서, 이는 고속 (예를 들어, 작동 순항 속도)에서 윙렛(4)의 성능에 크게 영향을 주지 않으면서, 개선된 저속 조종 안정성을 제공한다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 설명되고 도시되었지만, 본 발명은 본 명세서에 구체적으로 도시되지 않은 많은 상이한 변형에 적합한 발명임을 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이해할 것이다.
상술한 실시예에서, 앞전 처짐은 파라미터 DroopLE 및 Y5Upper의 조합에 의해 정의된다. 앞전 처짐은 이러한 파라미터들 중 오직 하나에 의해서만 정의될 수도 있다. 예를 들어 앞전 처짐은 DroopLE 또는 Y5Upper에 의해서만 정의될 수도 있다. 그러나, 바람직하게는 앞전 처짐은 파라미터 DroopLE 및 Y5Upper의 조합에 의해 정의된다.
상술한 실시예에서, 윙렛(4)을 따라 전개된 스팬 방향 위치에 대한 앞전 처짐의 변화는 윙렛(4)의 팁(8)의 영역에서 윙렛(4)상의 유동 분리가 최초로 발생하도록 하는 것이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 앞전 처짐의 변화는 윙렛(4)에서의 유동 박리가 외측 영역(O)의 임의의 영역에서 최초로 발생하게 하는 것일 수도 있다. 하지만, 유동 박리는 윙렛(4)의 팁(8)영역에서 최초로 발생되는 것이 바람직하다.
상술한 실시예에서, 윙팁 장치는 곡선 비평면 윙렛이다. 그러나, 윙팁 장치는 다른 유형의 윙렛 또는 윙팁 장치, 예를 들어 레이크 윙팁(raked wing tip)일 수도 있다.
상술한 실시예에서, 윙렛(4)은 주 날개(3)에 대해 고정되어 있다. 대안적으로, 윙렛(4)은 주 날개(3)에 대해 이동 가능할 수도 있다. 이에 관련하여, 윙렛(4)은 날개(2)의 스팬이 감소되는 지상 작동 중에 사용하기 위한 지상 형태와 비행 중에 사용하기 위한 운항 형태 사이에서, 주 날개(3)에 대해 회전 가능할 수 있다.
상기 항공기는 유인 항공기 또는 UAV(무인 항공기)와 같은 임의의 항공기를 포함하는 임의의 유형의 항공기 일 수 있다. 그러나, 항공기는 바람직하게는 여객기이다.
전술한 설명에서 '또는'이 사용 된 경우, '및 / 또는'을 의미하는 것으로 간주된다.
전술한 설명에서, 공지된, 명백하거나 예측 가능한 등가물을 갖는 정수 또는 요소가 언급된 경우, 상기 등가물은 개별적으로 설명된 것처럼 포함된다. 본 발명의 진정한 범위를 결정하기 위해선 청구항을 기준으로 해야 하며, 상기 등가물을 포함하도록 해석되어야 한다. 바람직하게, 유리하게, 편리하게 또는 유사한 것으로 기술된 본 발명의 정수 또는 특징은 선택적인 것으로, 독립항의 범위를 제한하지 않는 것으로 이해될 것이다. 또한, 상기 임의의 정수 또는 특징은 본 발명의 일부 실시예에서는 가능한 이점이 있지만 바람직하지 않을 수도 있고, 따라서 다른 실시예에서는 부존재할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 윙팁 장치 상에서 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록, 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐이 변화하는 것을 특징으로 하는 윙팁 장치.
  2. 주 날개; 및
    상기 주 날개의 팁에 구비되는 제 1 항에 따른 윙팁 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 앞전 처짐의 변화는 상기 윙팁 장치 상의 유동 박리가 상기 윙팁 장치의 팁에서 또는 상기 팁에 인접한 영역에서 최초로 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 윙팁 장치의 앞전 처짐이 윙팁 장치의 외측 영역에서 최대인 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 앞전 처짐이 윙팁 장치의 팁을 향하여 외측으로 갈수록 최대값으로부터 감소하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 앞전 처짐의 변화는 윙팁 장치의 받음각이 증가함에 따라 유동 박리가 내측으로 이동하도록 하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 앞전 처짐은 상기 윙팁 장치의 내측 단부쪽을 향해, 내측으로 갈수록 최대값으로부터 감소하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윙팁 장치는 윙팁 장치의 내측 단부로부터 연장되는 전이영역을 포함하고;
    상기 전이영역에선, 내측 방향으로 갈수록 앞전 처짐이 주 날개의 외측 단부에서의 앞전 처짐값에 가까워지는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 전이영역의 외측 단부에서의 앞전 처짐은 최대 앞전 처짐보다 작은 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윙팁 장치는 외측 방향으로 증가하는 상반각을 갖는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윙팁 장치는 후퇴되고;
    선택적으로 상기 윙팁 장치의 앞전의 후퇴각은 외측 방향으로 증가하여, 상기 앞전이 평면에서 볼 때 곡선을 이루는 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 윙팁 장치는 윙렛인 것을 특징으로 하는 항공기 날개.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 항공기 날개 또는 윙팁 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기.
  14. 항공기 날개의 일부로서 사용하기 위한 윙팁 장치의 설계방법으로서,
    윙팁 장치 상에서의 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생하도록, 상기 윙팁 장치의 전개된 스팬 방향 위치에 대해 앞전 처짐이 변화되도록 설계하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 윙팁 장치의 설계방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    (i) 고속 설계 요건을 충족하기 위해, 전개된 스팬에 걸쳐 앞전 처짐이 없도록 하는 윙팁 장치를 설계하는 단계; 및
    (ii) 윙팁 장치 상에서의 유동 박리가 윙팁 장치의 외측 영역에서 최초로 발생되도록 윙팁 장치의 설계에 앞전 처짐 변화를 적용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 윙팁 장치의 설계방법
  16. 주 날개와, 상기 주 날개의 팁에 구비되는 윙팁 장치를 포함하는 항공기 날개의 설계방법으로서,
    제 14 항 또는 제 15 항에 따른 윙팁 장치의 설계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개의 설계 방법
  17. 제 16항에 따른 항공기 날개의 설계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 설계방법.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 따른 윙팁 장치를 설계하는 단계; 및
    상기 설계에 따라 윙팁 장치를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 윙팁 장치의 제조방법.
  19. 제 16 항에 따른 항공기 날개를 설계하는 단계; 및
    상기 설계에 따라 항공기 날개를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기 날개의 제조방법.
  20. 제 17 항에 따른 항공기를 설계하는 단계; 및
    상기 설계에 따라 항공기를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 항공기의 제조방법.
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