KR20200122307A - 횡단 덕트 출구 유동의 항력을 감소시키기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

차량 외부 표면과 평행하지 않은 덕트 출구 포트에 대해 페어링 어셈블리가 제공되어, 표면 유체 유동의 방향으로 상기 덕트 출구 포트를 빠져 나가는 유체 유동을 턴시킨다. 상기 페어링 어셈블리는 각진 덕트 유동을 갖는 표면 유동을 지향시키기 위한 상류 베인 페어링, 상기 표면 유동의 방향으로 횡단 덕트 유동을 턴시키기 위한 하류 코안다 페어링, 및 한 쌍의 와류 발생기를 포함하며, 상기 한 쌍의 와류 발생기 각각은 코안다 페어링의 반대쪽 측면에 위치되고 덕트 출구 포트의 하류에 결합된 유체 유동을 구성하도록 서로를 향해 각짐으로써 재순환을 최소화한다. 덕트 출구 포트 주위의 이러한 페어링 어셈블리는 덕트와 표면 유동의 조직화된 혼합을 향상시켜 덕트와 표면 재순환, 덕트 제한 및 전체 차량 항력을 감소시킨다.

Description

횡단 덕트 출구 유동의 항력을 감소시키기 위한 장치

본 출원은 2017년 12월 28일 출원된 미국 가출원 제62/611,143호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 병합된다.

본 발명은 항공기 페어링(aircraft fairing)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 항공기 또는 다른 차량의 덕트 출구 포트 주위에 배치된 페어링 어셈블리에 관한 것이다.

항공기 및 다른 타입의 차량에 있는 유체 덕트 출구 포트들은 종종 디자인 절충에 의해 방위가 이들이 형성되는 표면과 평행을 이루거나 거의 평행을 이루는 것을 방지하는 경우가 있다. 미국 특허 제6,767,261호의 분산 추진 제트에 의해 예시적으로 나타낸 바와 같이, 거의 평행한 방위가 최적이다. 보다 구체적으로, 유체 덕트 출구 포트들이 이들이 연장되는 표면에 대해 평행한 방위에 근접할 때, 추력은 최대화되는 반면, 덕트 유동으로 유체 표면 유동을 활성화시키거나 최소의 항력으로 저속 덕트 유동이 고속 표면 유동과 혼합되게 함으로써 항력은 최소화된다.

추진에 직접 사용되지 않는 유체 덕트는 냉각부, 배기부, 폐수 배출부 및 다른 잘 알려진 유체 출구를 포함할 수 있다. 유체 덕트 출구가 표면 유체 유동에 대해 10도 내로 지향될 때, 그 덕트 유동의 추가 항력은 최소이며 주로 덕트 출구 유동 속도 대 표면 유체 유동 속도의 비에 독립적이다. 이러한 비율을 덕트의 "상대 속도"라고 한다. 그러나, 차량 구조 또는 다른 고려 사항은 종종 덕트 출구가 표면 유동에 대해 더 높은 각도로 지향되게 한다.

덕트 출구 각도가 일반적으로 10도를 초과하는 경우, 상대적 덕트 유체 속도 대 표면 유체 속도는 덕트 유동이 항공기 표면을 떠나 덕트 출구 앞, 주변 및 뒤로의 유동을 방해하게 할 것이다. 이로 인해 표면 유동 및 덕트 유동이 재순환되어 유체의 동적 항력 및 노이즈를 야기한다.

덕트와 평행하지 않은 표면을 따라 각진 덕트 출구 유동을 턴(turn)시키기 위해, 다양한 종래 기술의 장치가 다양한 결과로 사용되어 왔다. 덕트 상대 속도는 상이한 작동 조건에 따라 크게 달라질 수 있다. 따라서, 임의의 그와 같은 장치는 높은 덕트 상대 속도 및 높은 덕트 출구 각도가 발생하는 동시에, 낮은 덕트 상대 속도에서 표면 유동 항력에 최소한의 영향을 미치는 경우에 효과적이어야 한다.

또한, 추진 효과가 있는 각진 덕트는 최적의 덕트 각도보다 높은 기계적인 단순화를 위해 항력과 트래이드 오프(trade off)될 수도 있으며, 여기서 추력은 감소하고 반면 항력 및 노이즈는 증가될 것이다. 따라서, 덕트 제한을 감소시키고, 추력을 증가시키며, 항력 및 노이즈를 감소시키는 표면 유동과 평행한 추진 덕트 유동을 턴(turn)시키는 간단한 방법을 제공하는 것이 바람직하다.

기류를 턴시키기 위한 코안다(Coanda) 효과의 사용은 오랫동안 널리 사용되어 왔다. 그러한 코안다 효과는 미국 특허 제4,447,028호에 명시적으로 개시된 바와 같이 날개의 플랩과 같은 곡선 표면을 따라 유체 유동을 허용한다. 상기 코안다 효과를 구현하는 페어링은 각도가 높은 각진 출구 덕트의 바로 하류에 배치될 수 있다. 코안다 페어링은 덕트 상대 속도가 낮은 경우 높은 덕트 상대 속도를 갖는 약간 각진 덕트에서 성공적으로 사용될 수 있다. 코안다 페어링만있는 출구 덕트에서 높은 상대 속도로 높은 각진 유동을 턴하는 것은 길이가 3개의 덕트 직경보다 작고 덕트 직경의 1/2(0.5) 미만인 프로파일 높이에서는 불가능하다. 효과적으로 하기 위해, 코안다 페어링의 선도 에지(leading edge)는 덕트 출구와 평행을 이루고 덕트 유동을 표면에 15도 각도 미만으로 표면에 부착하도록 턴된다.

재순환 영역을 감소시키거나 제거하기 위해 조직화된 유동을 순환시키기 위한 와류 발생기의 사용 또한 유체의 유동을 제어하기 위해 당업계에 잘 알려져 있다. 덕트 출구로부터의 고각 유체 유동은 일반적으로 유동을 조직화하기 위해 매우 큰 와류 발생기가 필요한 큰 재순환 영역을 생성한다. 그와 같은 큰 와류 발생기는 상당한 항력 및 노이즈를 유도하여, 재순환 조직화의 이점을 무효화할 수 있다.

이제, 도 1-3의 종래 기술의 도면을 참조하면, 기류는 항공기 표면에서 각진 출구 덕트 포트 주위 및 그 내부에 예시적으로 나타나 있다. 그러한 항공기(10)는 이 항공기(10)의 외부 표면(12)에 형성된 덕트 출구 포트(22)를 갖는 높게 각진 덕트(20; 예컨대, 10도 이상)를 포함하고, 상기 각진 덕트(20)는 출구 포트(22)에서 외부 표면(12)과 교차하고 종결된다. 종래 기술의 도 1-3에 있어서, 항공기의 앞뒤 끝은 각각 도면의 좌측과 우측에 있다. 따라서, 상기 항공기는 좌측을 향해 비행하고 항공기 표면에서 유동하는 공기는 도 2에 화살표 "A"로 예시적으로 나타낸 바와 같이 좌측에서 우측 방향으로 향하며, 여기서 상기 덕트(20) 및 출구 포트(22)는 항공기의 하부에 예시적으로 나타나 있다. 상기 덕트(20)는 표면 기류와 결합할 때 덕트 출구 포트로부터 유체의 난류를 최소화하기 위해 전방에서 후방으로 경사져 있다. 상기 덕트(20)와 그 출구 포트(22)의 각도화(예를 들어, 40도)는 종종 항공기의 근처 또는 인접하게 배치된 구조에 의해 결정되는 디자인 선택의 문제이다.

예를 들어, 상기 출구 포트(22)에서 종결되는 덕트(20; 이하 '덕트 도관'이라고도 칭함)는 종종 덕트 유동에서 상당한 유체 유동 교란(32)을 야기할 수 있는 그 내부의 돌기, 굴곡, 장애물 및 다른 구조적 제한(30)을 가질 수 있다. 이들 구조적 제한(30) 중 일부는 덕트(20) 내의 유체 재순환(32)을 생성할 수 있으며, 이는 종종 배압(back pressure) 및 덕트 유동의 제한을 초래한다. 또한, 덕트 출구 포트(22; 간단히 '덕트 출구'라고도 칭함)의 대응하는 차량 표면(12)에 대한 각도가 클수록 덕트(20)에서의 재순환(32)이 표면 유동에 의해 더 많이 발생하여 덕트 유동 제한이 더 커지는 것으로 관찰되었다.

바람직하지 않은 재순환 효과를 해결하기 위해, 유체 유동을 조직화하고 이를 표면 축을 향해 조종하기 위해 덕트 출구(22)에 일련의 각진 베인(vane)을 설치하는 것이 알려져 있다. 그러나, 그러한 각진 베인은 또한 덕트의 유체 유동이 최소이거나 없는 경우 표면 항력 뿐만 아니라 덕트 유동 제한을 유발할 수도 있다. 상기 덕트 출구(22)가 원래 베인 없이 디자인되었다면, 베인을 추가하는 추가적인 제한은 디자인된 덕트 효율에 의존하는 소정의 유체 유동 시스템의 성능을 손상시킬 수 있다. 따라서, 많은 공통 덕트 출구(22)의 표면 경계층으로부터 그리고 그 표면 경계층에서 유체 유동을 보다 잘 제어할 필요가 있다.

미국 특허 제3,525,486호는 유동을 표면 축으로 턴시키는 것을 돕기 위해 덕트 내측에 와류 발생기의 배치를 개시한다. 이로 인해 많은 애플리케이션에서 덕트 유동에 허용할 수 없는 제한이 발생한다.

상술한 종래 기술의 결점 및 다른 결점을 고려하여, 기존의 덕트 출구 포트 및 그 주변 표면 영역에 대한 페어링 및 베인의 어셈블리와 같은 유체 유동 덕트 출구 장치를 제공하는 것이 바람직하며, 이는 이들 장치를 개별적으로 사용함으로써 불가능한 효과를 생성한다.

본 발명은 항공기 또는 다른 차량의 덕트 출구 포트 주위에 배치된 페어링 어셈블리를 제공하기 위한 것이다.

상기한 종래 기술의 상기 단점 및 결함은 항공기 또는 다른 차량에서 각진 덕트의 덕트 출구 포트의 항력을 감소시키기 위한 각진 덕트 출구 페어링 어셈블리의 다양한 구현 예에 의해 회피 및/또는 해결되며, 상기 각진 덕트 출구 페어링 어셈블리는: 상기 덕트 출구 포트의 선도 에지를 전방에 장착하여 상기 선도 에지를 포함하고, 상기 덕트 출구 포트의 일부에 걸쳐 후방 및 상향 연장되며, 상기 차량의 종축의 방향으로 정렬되는 상향 경사진 램프부(ramp portion)를 갖춘 베인 페어링; 상기 덕트 출구 포트의 후미 에지를 둘러싸는 선도 에지를 갖고, 미리 결정된 높이, 폭을 가지며, 상기 덕트 출구 포트의 치수에 기초하여 미리 결정된 길이로 후방으로 연장되는 긴 몸체를 갖춘 코안다(Coanda) 페어링; 및 상기 덕트 출구 포트의 후방에 위치된 한 쌍의 와류 발생기를 포함하며, 상기 각각의 와류 발생기는 상기 코안다 페어링의 반대쪽 측면 상에 위치되고 서로를 향해 각진다.

일 구현 예에 있어서, 베인 페어링의 램프부는 덕트 출구 포트로부터 멀리 상향 경사진 각도로 항공기의 외부 표면을 따라 표면 기류를 지향시키기 위해 곡선형 상부 표면을 갖는다. 다른 관점에 있어서, 베인 페어링의 램프부는 코안다 페어링을 향하는 방향으로 덕트 출구 포트를 빠져 나가는 덕트 유체 유동을 지향시키거나 턴시키기 위해 곡선형 하부 표면을 갖는다. 또 다른 관점에 있어서, 베인 페어링의 램프부는 덕트 출구 포트의 치수에 기초하여 미리 결정된 길이를 갖는다. 또 다른 관점에 있어서, 램프부는 덕트 출구 포트의 0.5 내지 0.9 직경의 선도 에지와 후미 에지 간 측정된 길이를 갖는다. 다른 관점에 있어서, 베인 페어링의 램프부는 1/2의 덕트 각도 및 램프부의 길이에 기초하여 항공기 표면으로부터 측정한 것과 같은 미리 결정된 높이를 갖는다.

다른 구현 예에 있어서, 상기 램프부는 각진 덕트로 하향 연장되는 설부(tongue portion)를 더 포함한다. 하나의 관점에 있어서, 설부는 각진 덕트 내의 구조적 장애물을 커버하기에 충분한 거리로 구성 및 연장된다.

또 다른 구현 예에 있어서, 상기 코안다 페어링은 실질적으로 삼각형 형상이다. 하나의 관점에 있어서, 코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 0.15 내지 0.25 직경 범위의 높이를 갖는다. 다른 관점에 있어서, 코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 0.2 직경의 높이를 갖는다. 또 다른 관점에 있어서, 코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 1.5 내지 3.0 직경 범위의 길이를 갖는다. 다른 관점에 있어서, 코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 3.0 직경의 길이를 갖는다.

또 다른 구현 예에 있어서, 한 쌍의 와류 발생기 각각은 차량의 외부 표면으로부터 실질적으로 수직으로 연장된다. 하나의 관점에 있어서, 한 쌍의 와류 발생기는 2개의 덕트 직경 내에서 덕트의 후방에 위치된다. 다른 관점에 있어서, 한 쌍의 와류 발생기 각각은 덕트 출구 포트의 중심선에 대해 15도 내지 30도의 각도를 이루어 코안다 페어링 뒤에 수렴되는 역회전 소용돌이를 생성한다. 또 다른 관점에 있어서, 한 쌍의 와류 발생기 각각은 차량의 외부 표면에 장착되는 기부(base) 및 이 기부로부터 바깥쪽으로 그리고 실질적으로 수직으로 연장되는 등측(dorsal) 부재를 포함한다. 다른 구현 예에 있어서, 한 쌍의 와류 발생기의 등측 부재는 곡선형 선도 에지를 갖는다.

본 발명에 따르면, 항공기 또는 다른 차량의 덕트 출구 포트 주위에 배치된 페어링 어셈블리를 제공할 수 있다.

도 1은 덕트 출구 포트에서 종결되는 각진 덕트를 갖고 덕트 출구 포트에 근접한 난류 덕트 유동 및 표면 기류를 나타내는 항공기의 외부의 종래 기술의 전방 사시도이고;
도 2는 항공기의 덕트 출구 포트 내 및 그 주위의 난류 기류를 나타내는 도 1의 덕트 출구 포트 및 각진 덕트의 종래 기술의 단면도이고;
도 3은 항공기의 덕트 출구 포트 내 및 그 주위의 난류 기류의 컴퓨터 시뮬레이션을 표시하는 도 1의 덕트 출구 포트 및 각진 덕트의 종래 기술의 단면도이고;
도 4는 항공기의 각진 덕트 출구 포트 주위에 배치 및 장착되는 전방 베인 페어링, 코안다 페어링 및 한 쌍의 와류 발생기 페어링을 갖춘 본 발명의 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리의 전방 사시도이고;
도 5는 도 4의 라인 5-5에 따라 취해지고 덕트 출구 포트 내 및 그 주위에서의 기류 난류의 감소를 나타내는 덕트 출구 포트 및 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리의 단면도이고;
도 6a-6i는 도 4의 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리의 전방 베인 페어링의 여러 도면을 도시하고;
도 7a-7f는 도 4의 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리의 코안다 페어링의 여러 도면을 도시하고;
도 8a-8e는 도 4의 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리의 와류 발생기 페어링 중 하나의 여러 도면을 도시하고;
도 9는 각진 덕트 주위에 장착되고 덕트 출구 포트에 근접한 항공기의 표면에 걸친 기류를 나타내는 도 4의 출구 포트 페어링 어셈블리의 전방 사시도이고;
도 10은 각진 덕트 출구 포트 주위에 장착되고 상기 덕트 출구 포트 내 및 그 주위에 나타낸 비-난류 기류 패턴의 컴퓨터 시뮬레이션을 표시하는 도 4의 출구 포트 페어링 어셈블리를 갖춘 항공기의 단면도이고;
도 11a(종래 기술) 및 도 11b는 각각 덕트 출구 페어링 어셈블리 주위에 장착되고, 덕트 출구 페어링 어셈블리가 있거나 없는 덕트 출구 포트 내 및 주위에서의 저온의 고속 표면 유동과 고온의 저속 덕트 유동 혼합의 컴퓨터 시뮬레이션을 비교하여 표시하는 출구 포트 페어링 어셈블리가 있거나 없는 항공기의 단면도이다.
본 발명의 이해를 더욱 용이하게 하기 위해, 적절한 경우 도면에 공통적인 동일하거나 유사한 구성요소들을 지정하기 위해 동일한 참조 번호가 사용되었다. 또한, 달리 지시되지 않는 한, 도면에 도시된 형태는 실제 크기로 도시된 것이 아니라 단지 예시의 목적으로 도시된 것이다.

본 발명은 항공기의 외부 표면에 평행하지 않은 방식으로 항공기 또는 다른 차량의 각진 덕트 출구 포트 주위에 배치되고 상기 덕트 출구 포트를 빠져 나가는 유체 유동을 제어하기 위한 페어링 어셈블리에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 페어링 어셈블리는 최소화된 재순환 및 항력으로 항공기의 외부 표면에 걸쳐 표면 유동의 방향으로 덕트 출구 포트를 빠져 나가는 유체 유동을 턴시킨다. 상기 페어링 어셈블리는 덕트 유동과 함께 표면 유동을 지향시키는 상류 베인, 표면 유동의 방향으로 횡단 덕트 유동을 턴시키는데 도움이 되는 하류 코안다 페어링, 및 최소의 재순환, 덕트 제한, 및 전체 차량 항력을 갖는 덕트 출구 포트 하류의 결합된 결과의 유동을 조직화하기 위해 각각 코안다 페어링의 반대쪽 측면에 위치하고 서로를 향해 각진 한 쌍의 와류 발생기를 포함한다. 본 발명의 페어링 어셈블리는 페어링 구성요소들 중 어느 하나가 개별적으로 달성할 수 있는 것보다 덕트 및 표면 유동의 좀더 조직화된 혼합을 생성한다.

도 4 및 5를 참조하면, 본 발명은 종래 기술의 덕트 출구 포트들에서 통상적으로 관찰되는 난류 및 항력을 최소화하기 위해 항공기(10)의 덕트 출구 포트(22) 주위에 배치하기 위한 덕트 출구 포트 페어링 어셈블리(100)에 관한 것이다. 도면들은 항공기 또는 차량의 외부 표면에 대해 40도로 각진 원형의 9인치 직경의 배기 덕트를 갖춘 구현 예를 예시적으로 도시한다. 전방 베인 페어링은 예시적으로 상기 덕트 내의 디자인 결함 또는 구조적 장애를 매끄럽게 처리하기 위한 옵션의 구조적 형태를 포함한다. 구체적으로, 베인 페어링은 덕트 내부 뿐만 아니라 덕트 출구의 일부에 걸쳐 연장되어 구조적 릴리프 돌출부의 하류측을 "채우는" 부재를 갖는다. 이러한 구조적 릴리프 문제를 구체적으로 다루는 예시의 전방 베인 페어링이 도 4, 5 및 다른 지지 이미지와 관련하여 아래에 기술되고 논의된다.

좀더 구체적으로, 상기 페어링 어셈블리(100)는 덕트 출구 포트(22)의 선도 에지(24)에 위치된 베인 페어링(110), 상기 덕트 출구 포트(22)의 후방 또는 후미 덕트 에지에 위치된 코안다 페어링(130), 및 상기 코안다 페어링(130) 측면에 위치된 적어도 하나의 와류 발생기 베인(150)을 포함한다. 상기 전방 베인 페어링(110), 코안다 효과 페어링(130) 및 와류 발생기(들)(150)의 배열은 상기 항공기의 외부 표면(12)을 통과한 유체 유동의 방향 및 각도와 더 잘 일치시키기 위해 항공기(10)의 외부 표면(12)에서 덕트 출구 포트(22)를 빠져 나가는 유체 유동의 방향을 전체적으로 변경한다.

본 발명은 항공기의 외부 표면(12) 상에 형성된 출구 또는 포트(22)를 통해 대기 또는 외부 환경으로 방출하기 위한 공기 또는 다른 유체의 유동을 채널로 보내기 위한 도관으로서 작용하는 항공기의 덕트(20)에 대해 기술되지만, 그와 같은 타입의 운송 차량은, 상기 페어링 어셈블리(100)가 덕트 출구를 빠져 나가는 유체 유동의 방향을 변경하는 것이 바람직한 다른 타입의 차량에 구현될 수 있기 때문에, 제한적인 것으로 고려되지 않는다. 예를 들어, 상기 페어링 어셈블리(100)는 외부 표면에 대해 덕트 출구로부터 유체의 유동 방향을 변경하는 것이 바람직한 항공기, 선박, 기타 다른 차량 또는 덕트 출구 포트 및 외부 표면 인터페이스에 구현될 수 있다.

또한, 상기 페어링 어셈블리(100)는 9인치 직경을 갖고 표면(12)에 대해 40도 각도로 지향된 횡단의 원형 덕트(22)와 함께 사용되는 것으로 나타내고 기술된다. 덕트(20)는 승객 객실 가압 시스템을 위한 열교환기 출구로서 종종 사용되는 대형 항공기에 전형적이다. 통상의 기술을 가진 자는, 본 발명의 페어링 어셈블리(100)가 외부 표면에 임의의 크기의 덕트 출구를 수용하도록 구성될 수 있기 때문에, 차량 표면에 대한 덕트의 사용, 크기 및 각도가 제한되는 것으로 간주되지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이제 도 4, 5 및 6a-6i를 참조하면, 상기 전방 베인 페어링(110)은 상기 덕트 출구 포트(22)의 선도 에지(24)에 근접하여 위치된다. 상기 전방 베인 페어링(110)은 상부 램프부(112) 및 옵션의 하부 설부(120)를 포함하고, 그 후자는 이하 좀더 상세히 설명된다. 상기 램프부(112)는 덕트 출구 포트(22)의 선도 에지의 전방으로 항공기의 표면(12)에 인접하는 선도 에지(113)를 갖는 곡선형 상부 표면(114), 및 덕트 출구 포트(22)로부터 멀리 상향 경사진 각도로 항공기의 외부 표면을 따라 표면 기류를 지향시키기 위해 상향 경사진 후미 에지(115)를 갖는다. 상기 램프부(112)는 또한 출구 포트(22)의 후미 에지(26)에서 코안다 페어링(130)을 향하는 방향으로 덕트 유체 유동을 지향시키거나 턴시키기 위해 곡선형 하부 표면(116)을 갖는다. 상기 상부 표면(114)은 바람직하게 볼록한 형상이고, 상기 램프부(112)의 하부 표면(116)은 바람직하게 표면 기류 및 덕트 기류를 각각 지향시키고 턴시키기 위해 오목한 형상이다.

상기 베인 페어링(110)의 램프부(112)는 상기 덕트 출구 포트의 치수에 기초하여 미리 결정된 길이를 갖는다. 특히, 상기 램프부의 길이는, 상기 램프부의 선도 에지와 후미 에지 간 선형적으로 측정된 바와 같이, 덕트 출구 포트 직경 0.5 내지 0.9 범위, 바람직하게는 0.7의 덕트 출구 포트 직경이다. 또한, 항공기의 평면 표면(12)으로부터 측정된 바와 같이, 램프부(112)의 후미 에지(115) 근방에서 또는 그 후미 에지에서 최대 높이는 램프부(110)의 길이 및 1/2의 덕트 각도에 의해 결정된다. 예를 들어, 40도의 직경 및 0.7 직경의 길이를 갖는 9인치 덕트(20)는 2.1인치의 높이를 가질 것이다[(sine (0.5)(40도)](9인치)(0.7 직경).

도 5의 단면도를 참조하면, 상부 표면(114) 및 하부 표면(116)이 출구 덕트(22)에 걸쳐 부분적으로 연장되어, 출구 덕트의 선도 에지(24)에서의 공기 표면 유동이 화살표 "B"로 나타낸 바와 같이 램프부(112)의 곡선형 상부 표면(114)을 따라 이어지도록 한다. 또한, 상기 덕트 출구(22)의 선도 에지(24)에서의 덕트 유동(화살표 "C")은 또한 램프부(112)의 하부 표면(116)에 의해 코안다 페어링(130)을 향해 턴된다. 상기 램프부(112)의 상부 표면(114) 및 하부 표면(116)을 각각 통과하는 표면 유동 및 덕트 유동은 혼합되어 코안다 페어링(130)을 통해 전체적으로 유동하고, 이는 다시 재지향, 즉 결과의 혼합 유체 유동을 항공기의 외부 표면(12)을 향해 그리고 다시 그 외부 표면을 따라 향하게 함으로써, 덕트 출구 포트(22)에 근접하여 난류 및 항력을 감소시킨다.

상기 덕트(20)의 선도 에지(24)에 위치된 전방 베인 페어링(110)은 바람직하게 이등분 각도의 10도 내에서 덕트(20)와 표면(12)의 각도를 이등분하고, 덕트 출구 포트(22)의 선도 에지(24)로부터 후미의 덕트 출구(22) 길이의 1/2(0.5) 직경 미만으로 연장된다. 예를 들어, 40도로 각진 덕트(20)의 9인치 덕트 출력 포트는 표면(12)에 대해 10도 내지 30도(예컨대, 바람직하게는 대략 20도)의 각도로 위치되고, 덕트 출구 포트(22)에 걸쳐 4.5인치 미만으로 연장될 것이다. 일 구현 예에 있어서, 전방 베인 페어링(110)의 램프부(112)는 덕트 출구의 선도 에지부 폭의 40 내지 90%를 커버하지만, 그러한 범위는 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 예를 들어, 선도 에지 폭에 대한 적용 범위는 ±10%일 수 있다.

램프부(112)의 하부 표면(116)은 덕트 표면으로부터 후미 에지(115)를 향해 위쪽으로 평행하게 연장되는 평탄한 곡선이다. 일 구현 예에 있어서, 상기 하부 표면(116)은 스플라인(spline)이지만, 그러한 형상은 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 상기 상부 표면(114)은 덕트 각도의 1/2의 전방 선도부에서의 굴곡과 덕트 각도의 1/4의 후방 후미부에서의 굴곡을 갖는다.

도 2를 참조하면, 출구 포트(22)에서 빠져 나가는 화살표 "C"로 나타낸 덕트 유체 유동은, 화살표 B로 나타낸 바와 같이, 항공기(10)의 표면(12)에 걸친 기류와 충돌하거나 아니면 혼합된다. 덕트로부터의 유동(C)은 표면 기류가 상기 출구 포트(22)가 형성되는 항공기(10)의 외부 표면(12)으로부터 멀어지도록 발산 및/또는 재순환(화살표 "D")함으로써, 발산, 재순환 및 감속되는 덕트 유동 및 표면 유동으로부터 결합되거나 혼합된 기류를 야기시켜, 출구 덕트(22)의 후방 항력을 증가시킨다. 이에 비해, 도 5를 참조하면, 램프부(112)는 덕트 유동(C)을 턴시켜 그 유동이 덕트(22)를 빠져 나가 표면 유동(B)과 혼합되는 각도를 감소시켜, 출구 덕트(22) 뒤의 항력을 감소시킨다.

도 2와 관련하여 상기 기술한 바와 같이, 출구 포트(22)에서 종결되는 덕트 도관(20; 즉, 덕트)은 종종 그 내부에 돌기, 굴곡, 장애물, 및 다른 구조적 제한(30)을 가질 수 있으며, 이는 덕트 유동에서 상당한 유체 유동 교란(32)를 야기할 수 있다. 이들 구조적 제한(30) 중 일부는 덕트(20) 내에 유체 재순환(32)을 생성할 수 있으며, 이는 종종 배압 및 덕트 유동의 제한을 야기한다.

다른 구현 예에 있어서, 도 6a-6i에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 전방 베인 페어링(110)은 램프부(112)의 하부 표면으로부터 연장되는 설부(120)를 포함한다. 도 6a 및 6i를 참조하면, 상기 전방 베인 페어링(110)의 상부 후방 우측면 사시도 및 하부 전방 우측면 사시도가 각각 나타나 있다. 도 6e는 전방 베인 페어링(110)의 우측면(118)의 우측면 상승도이다. 도 6c는 그 상부 전방 우측면도이고, 도 6g는 그 하부 후방 우측면도이다. 도 6b 및 6h는 각각 전방 베인 페어링(110)의 상부 평면도 및 하부 평면도이다. 도 6d 및 6f는 각각 도 6e의 우측면 상승도의 좌측면도 및 우측면도이다.

도 2를 다시 참조하면, 덕트(20) 내에서 연장되는 장애물(30)이 나타나 있으며, 이는 재순환 및 덕트 유동 제한, 즉 덕트(20) 내에서 항력을 유발한다. 그러한 장애물(30)로 인한 재순환/항력 문제를 처리 및 해결하기 위해, 상기 전방 베인 페어링(110)의 설부(120)는 덕트(20) 내로 삽입되고 장애물(30) 위를 커버하기에 적합한 거리로 연장되어, 그 장애물(30)에 의해 야기되는 바람직하지 않은 유동 재순환 효과를 최소화하거나 없앤다.

이제 도 6a-6i를 참조하면, 상기 설부(120)는 덕트(20)의 내부 표면과 예시적으로 일치하는 곡선형 하부 표면(122)을 포함한다. 상기 덕트(20)가 주로 원형 또는 곡선형의 내부 표면을 갖는 것으로 논의되지만, 그러한 형상은 제한적인 것으로 간주되지 않으며, 상기 설부(120)는 바람직하게 상기 덕트(20)의 내부 표면에 일치하도록 구성된다. 설부(120)의 곡선형 하부 표면(122)은 상기 전방 베인 페어링(110)의 하측 표면(111)을 형성하기 위해 램프부(112)의 하부 표면(116)을 향하는 방향으로 연장되고 그와 일체화된다. 상기 설부(120)의 상부 표면(124)은, 도 5에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 장애물(30) 주위에 끼워 맞춰지는 노치(notch) 또는 컷아웃(cutout)(125)을 포함한다.

상기 전방 베인 페어링(110)은 선도 에지(113; 도 6a)가 덕트 출구 포트(22)의 전방에 위치되고 상승된 후미 에지(115)가 덕트 출구 포트(22) 위로 연장되도록 덕트 출구 포트(22) 위에 위치된다. 램프부(112)의 하측(119; 도 6e)은 그것이 장착되는 외부 표면(12)에 일치하도록 형성된다. 유사하게, 설부(120)의 상부 표면(124)은 또한 덕트(20)의 내부 표면 및 장애물(30)의 형상과 일치한다.

본 명세서에 기술되고 도시된 전방 베인 페어링(110)은 덕트 출구 포트가 위치되는 표면(12)에 대해 20도보다 크고 90도보다 작은 덕트 각도에 적합하다. 바람직하게, 최대 덕트 상대 속도는 차량 작동의 적어도 20% 동안 20도 덕트 각도에서 표면 유동의 2배와 90도 덕트 각도에서 표면 유동의 1/2 사이이지만, 이러한 덕트 속도 및 각도 값은 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

이제 도 4, 5 및 7a-7f를 참조하면, 코안다 페어링(130)이 예시적으로 나타나 있다. 상기 코안다 페어링(130)은 다소 삼각형 또는 삼각 모양이며 덕트 출구 포트(22)의 후미 에지(26)로부터 후방으로 연장 및 위치된다. 보다 구체적으로, 상기 코안다 페어링(130)은 덕트 출구 포트(22)의 후미 에지(26)에 위치된 선도 에지(132)에 의해 상기 덕트 출구 포트(22)의 동체 하류의 표면(12)에 장착된다. 상기 코안다 페어링(130)의 길이는 상기 덕트 출구 포트(22)의 직경의 3배 미만인 것이 바람직하지만, 그러한 길이는 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

이제 도 7a-7f를 참조하면, 상기 코안다 페어링(130)은 선도 에지(132), 후미 에지(134), 하부(135), 및 상부 표면(136)을 포함한다. 상기 하부(135)는 고체이거나 또는 항공기(10)의 외부 표면(12) 상에 장착될 때 공동으로 형성될 수 있다. 상기 코안다 페어링(130)의 선도 에지(132)는 덕트 출구 포트(22)의 하류 절반, 바람직하게는 +/- 5도 내의 덕트 출구 각도의 초기 전이 표면 각도와 일치한다. 상기 선도 에지(132)는 예시적으로 원형으로 도시되고 덕트 출구 포트(22)의 후미 에지(26)의 형상을 둘러싸고 있다. 그러나, 그러한 선도 에지(132)가 덕트 출구 포트(22)의 임의의 다른 구성에 맞추어지도록 성형될 수 있기 때문에, 그와 같은 원형 형상은 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

최전방 선도 에지(132)로부터 후미 에지(134)의 끝단까지 길이 방향으로 측정된 상기 코안다 페어링(130)의 길이는 항공기(10)의 표면(12)에 대한 덕트(20)의 각도에 기초한다. 특히, 상기 코안다 페어링(130)은 바람직하게 45도의 덕트 각도 당 대략 3개의 덕트 출구 포트 직경의 길이를 갖는다. 코안다 페어링의 길이 "LC"는 LC=(DP*M)/45도와 같이 수학적으로 표현될 수 있으며, 여기서 "DP"는 덕트 출구 포트의 직경(예컨대, 인치)이고 "M"은 3의 승수 값이지만, 이러한 승수 값은 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 예를 들어, 승수 M은 1.5 내지 3.0 덕트 출구 포트 직경의 범위에 있을 수 있으며 기류의 재순환을 최소화하도록 여전히 연산된다. 따라서, 상기 코안다 페어링(130)의 길이는 45도보다 큰 덕트 각도에 대해 더 길고 45도보다 작은 덕트 각도에 대해 더 짧다.

상기 코안다 페어링(130)의 길이는 식 LC=(DP*ML)/45=X/DA에 의해 상이하게 각진 덕트(20)들에 대해 결정될 수 있으며, 여기서 "LC"는 길이 방향에 따른 코안다 페어링의 길이(예컨대, 인치)이고, DP는 덕트 출구 포트의 직경(예컨대, 인치)이고, ML은 길이 승수(예컨대, 1.5-3.0)이고, "DA"는 덕트 각도이며, "X"는 상기 식으로 해결되는 길이 값이다. 따라서, "X"=LC=(DP*ML*DA)/45의 길이 값이다.

예를 들어, 직경이 9인치인 덕트의 경우 그리고 3의 길이 승수를 선택하는 경우, 덕트 각도(DA)가 30도인 덕트(20)는 약 2개의 덕트 출구 포트 직경, 즉 18인치의 코안다 페어링 길이를 가질 것이다. 유사하게, 60도의 가파른 각도를 갖는 덕트(20)에 대해 동일한 설정의 기준을 적용할 때, 코안다 페어링 길이는 대략 4.5 덕트 출구 포트 직경, 즉 40.5인치의 길이를 가질 것이다. 상기 나타낸 바와 같이, 상기 코안다 페어링(130)은 바람직하게 45도의 덕트 각도 당 약 3개의 덕트 출구 포트 직경의 길이를 갖지만, 상기 코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 1.5-3.0 덕트 출구 포트 직경의 범위에서 작동할 수 있기 때문에, 45도의 덕트(20) 각도 당 출구 포트 직경에 기초한 그와 같은 길이는 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

상기 코안다 페어링(130)의 최대 높이 "HC"는 45도의 덕트 각도 당 높이의 1/5(0.20) 덕트 출구 포트 직경에 근사하게 또는 약간 작다. 따라서, 덕트 각도가 가파를 수록 코안다 페어링의 높이가 커진다. 반대로, 덕트 각도가 완만하면. 45도 당 더 적은 높이가 필요하다. 소정의 각진 덕트(20)에 대한 코안다 페어링의 최대 높이는 식 HC=(DP*MH)/45=X/DA에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "HC"는 코안다 페어링의 높이(예컨대, 인치)이고, DP는 덕트 출구 포트의 직경(예컨대, 인치)이고, MH는 높이 승수(예컨대, 0.15 내지 0.25)이고, "DA"는 덕트 각도이며, "X"는 상기 식으로 해결되는 높이 값이다. 따라서, "X"=HC=(DP*MH*DA)/45의 높이 값이다.

예를 들어, 40도 각도이고 9인치 직경의 덕트 출구 포트(22)를 갖는 덕트(20)에 대해 0.2의 높이 승수 MH를 선택하면, 상기 코안다 페어링(130)은 대략 1.6인치의 높이를 가질 것이다. 9인치 직경의 덕트 출구 포트(22)를 갖는 65도 덕트 각도(DA)의 덕트(20)에 대해 동일한 0.2 높이 승수를 사용하면, 코안다 페어링은 대략 2.6인치의 높이 HC를 가질 것이다.

도 4 및 7a-7f를 참조하면, 가장 넓은 단면(덕트 출력 포트의 종축에 수직)에서 코안다 페어링(130)의 폭은 길이가 1.5 내지 최대 약 3.0 덕트 직경의 범위일 수 있다. 상기 코안다 페어링(130)은 덕트 출구 포트(22)의 후미 에지(26)의 적어도 일부(예를 들어, 1/2)를 둘러싸고 상기 코안다 페어링의 후미 에지(134)를 향하는 방향으로 폭이 증가하며, 최대 폭은 덕트 출구 포트(22)의 종축에 대해 후미 에지의 가장 뒤쪽 부분에 대략 수직 위치된다. 상기 폭은 삼각형 형상의 코안다 페어링(130)의 정점을 형성하는 코안다 후미 에지(134)의 방향으로 점차 감소한다. 상기 코안다 페어링(130)의 상부 표면(136)은 바람직하게 페어링 후방 지점(133)에서 덕트 각도의 33% 미만에서 종결된다. 예를 들어, 상기 덕트(20)의 각도가 45도이면, 상기 코안다 페어링의 후미 에지(134)는 15도에서 종결된다.

상부 표면(136)에 따른 높이는, 도 7e 및 7f에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 코안다 페어링의 종방향 중심선에 대해 완전히 가로로 일정하다. 상부 표면(136)은 코안다 페어링이 장착되는 항공기 표면(12)을 향하는 방향으로 하향 연장되도록 테이퍼링(137)의 코안다 페어링 증가의 주변 또는 측면 에지에 근접한다. 상기 상부 표면(136)의 높이는 도 7c에 나타낸 바와 같이 코안다 페어링(130)의 종방향으로 완전히 일정하고, 후미 에지 후방 지점(133)까지 후방 방향으로 하향 곡선을 이루며, 여기서 상기 테이퍼링은 코안다 페어링(130)의 측면 에지를 따라 동일한 방식으로 항공기(10)의 표면(12)으로 증가한다.

도 4를 참조하면, 페어링 어셈블리(100)는 항공기 표면(12) 상에 위치되고 덕트 출구 포트(22)의 후방에 위치하고 코안다 페어링의 측면에 평행한 20도 내에 위치한 한 쌍의 와류 발생기(150)를 더 포함하고, 각각의 와류 발생기(150)는 덕트 출구 포트(22)의 중심선으로부터 바람직하게는 하나의 덕트 직경보다 측 방향으로 이격되어 있다. 도 8a-8e를 참조하면, 와류 발생기 페어링(150) 중 하나의 다양한 도면이 예시적으로 나타나 있다. 도 8a는 와류 발생기 페어링(150)의 상부 전방 사시도를 도시하고, 도 8b는 와류 발생기 페어링(150)의 측면 상승도를 도시하고, 도 8c는 와류 발생기 페어링(150)의 상부 평면도를 도시하고, 도 8d는 와류 발생기 페어링(150)의 후방 상승도를 나타내며, 도 8e는 와류 발생기 페어링(150)의 하부도를 도시한다. 상기 페어링 (150)은, 도 8d에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 그것이 장착되는 항공기 표면(12)과 일치하는 바닥 표면(153)을 갖는 실질적으로 길쭉한 평면 기부(152)와, 길쭉한 직립 또는 등측 부재(156)가 그로부터 수직으로 상향 연장되는 상부 표면(154)을 포함한다. 그러나, 통상의 기술자는 그러한 직립 부재(156)가, 예컨대 코안다 페어링(130)의 측면 부분을 향하는 방향으로 내향으로 각질 수 있다는 것을 이해할 것이다. 길쭉한 등측 부재(156)는 기부(152)와 동일한 종방향 길이를 갖는 것으로 나타나 있지만, 그와 같은 기부 길이는 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 상기 와류 발생기의 각각의 등측 부재(156)의 길이는 3배 높이에서 종래의 와류 발생기의 최적 종횡비에 의해 결정된다. 예를 들어, 9인치 덕트 직경은 0.90 내지 2.7인치 범위의 높이 및 2.7 내지 8.1인치 범위의 각각의 길이를 가질 것이다. 상기 와류 발생기(150)의 등측 부재(156)의 높이는 덕트 직경의 10 내지 30%이다. 추가적으로, 상기 등측 부재(156)의 선도 에지(158)는 바람직하게 볼록한 형상을 가지며, 상기 등측 부재(156)의 상부 에지(159)로부터 기부(152)의 상부 표면(153)으로 하향 만곡되지만, 그러한 볼록 형상은 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 바람직하게, 상기 와류 발생기는 선도 에지에 전체 높이 반경으로 장착된다.

상기 와류 발생기(150)는 2개의 덕트 직경 내에서 덕트의 후방에 위치된다. 상기 와류 발생기는 덕트의 종축에 15도 내지 30도의 각도를 이루며 코안다 페어링 뒤에 수렴되는 역회전 소용돌이를 생성한다. 상기 와류 발생기의 목적은 덕트 출구 포트 유동의 각 측면에 조직화된 와류 유동을 생성하여 자유 흐름 및 덕트 유동의 재조직화된 재순환을 방지하는 것이다.

상기 전방 베인 페어링(110), 코안다 페어링(130), 및 와류 발생기의 구성은 3D CAD 소프트웨어 프로그램(예컨대, 미국 매사추세츠 월담의 Dassault Systemes SolidWorks Corp.의 SolidWorks 프로그램)에 의해 생성될 수 있다. 통상의 기술자는 임의의 상업적으로 이용 가능한 컴퓨터 보조 설계 소프트웨어가 미리 결정된 규정의 치수 및 레벨로부터 페어링 프로파일을 생성할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 본 발명을 더 잘 이해하기 위해, BOEING 737 항공기의 컴퓨터 모델이 예시 적으로 사용되지만, 그러한 모델 항공기는 제한적인 것으로 간주되지 않는다.

도 5를 다시 참조하면, 항공기(10)는 덕트 출구 포트(22)로부터 빠져 나가는 덕트 유동과 함께 공기를 통해 비행하는 것으로 나타나 있다. 표면 공기(B)는 전방 베인 페어링(110)의 램프부(112) 위로 유동되고 덕트 출구 포트(22)의 개방 영역 위로 약간 위로 턴된다. 동시에, 덕트(20)를 빠져 나가는 덕트 유동(C)은 덕트(20)의 장애물(30)을 커버하고 램프부(110)의 하측(116)의 윤곽을 따르는 설부(120)에 의해 편향된다. 그 덕트 유동은 덕트 장애물(30)에 의해 야기된 최소 재순환 및 제한으로 덕트 내에서 후방 방향으로 턴한다. 출구 포트(22)를 빠져 나가는 덕트 유동(C)은 최소 재순환으로 램프부(112)를 통과하는 표면 유동(B)과 혼합되고, 그 혼합된 흐름 유동은 코안다 페어링(130)을 통해 흐르고, 그 결과의 유체 흐름은 코안다 페어링(130)의 윤곽을 따르고 항공기 표면(12)을 향하는 방향으로 턴된다. 상기 코안다 페어링(130)의 측면에 있는 상기 결과의 흐름 유동은 내향 각진 대향하는 와류 발생기(150)들에 의해 덕트 출구 포트(22)의 종축의 방향으로 후방으로 더욱 유선형으로 형성된다. 따라서, 도 9에 예시적으로 나타낸 바와 같이, 덕트 출구 포트(22)의 위 및 후방의 난류가 최소화된다. 특히, 도 1 및 9를 참조하면, 도 1의 파선 또는 점선은 비변형 덕트 출구 포트(22)에 대한 고도로 조직화되지 않은 유동을 나타내는 횡단 속도의 "슬라이스"를 나타내고, 반면 도 9는 본 발명의 페어링 어셈블리(100)가 어떻게 변형된 덕트 출구 포트(22)에 대해 고도로 조직화된 유동을 제공하는지를 나타낸다.

도 3, 10, 11a-11b는 항공기에 장착된 본 발명의 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)의 유무에 따른 기류에 대한 비교 효과를 설명하기 위해 컴퓨터-시뮬레이션된 항공기의 스크린 샷의 다양한 도면을 나타낸다. 도 3a 및 11a는 본 발명의 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)가 없는 종래 기술의 항공기의 단면도이다. 도 10 및 11b는 본 발명의 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)가 동체의 일부에 장착된 항공기의 단면도이다. 그 도면들은 제5회 AIAA 항력 예측 워크샵으로부터 공지된 NASA "공통 자원 모델"(CRM)을 사용하여 본 발명자들에 의해 구성되고 수행된 컬러-코딩된 컴퓨터 시뮬레이션으로부터 취해졌지만, 그러한 시뮬레이션 프로그램은 제한적인 것으로 간주되지 않는다. 상기 시뮬레이션은 767/777/A330/A350급 항공기의 산업 표준 모델에서 수행되었다. 상기 CRM은 업계 전반에 걸쳐 풍동 및 CFD(Computational Fluid Dynamics) 작업에 사용되어 항력에 대한 이해와 이를 예측하는 방법을 개발한다. 도면들은 항공기의 동체에 위치된 각진 덕트 출력 포트 주위에 장착된 각진 덕트 출력 포트 페어링 어셈블리가 있는 변형된 모델과 덕트 출력 포트 페어링 어셈블리가 없는 비변형 모델 항공기에 대한 기류를 나타낸다. 이들 이미지를 해석함에 있어서, 항력을 야기하는 각진 덕트(20)로부터의 바람직하지 않은 유동은 휘거나 재순환되고(예컨대, 반대로), 반면 더 낮은 항력 유동은 덜 휘고 재순환된다. 항공기의 특정 영역에서 좀더 밝은 음영으로 표시되는 낮은 표면 압력 영역(LP)과 비교하여 높은 표면 압력 영역(HP)은 좀더 어두운 음영으로 표시되었다.

도 3을 참조하면, 각진 덕트(20)의 장애물(30) 뿐만 아니라 덕트 출구 포트(22)를 빠져 나가고 표면 유동 흐름과 충돌하는 덕트 유동에 의해 상당한 양의 난류가 야기된다. 비교에 의해, 도 10은 덕트 내의 재순환 및 제한이 전방 베인(110)에 의해 주로 제거되고, 한 쌍의 와류 발생기(150)들 사이에서 더 안내되고 유선형화되는 코안다 페어링(130)을 통한 덕트 유동 및 표면 유동의 혼합이 코안다 페어링(130)의 후방으로 평탄한 적은 난류 표면 유동을 발생시키는 것을 나타낸다.

도 11a를 참조하면, 온도 플롯은 비변형 덕트 출구 포트(22)에 대한 저온의 고속 표면 유동과 고온의 저속 덕트 유동의 비조직화된 혼합을 나타낸다. 반대로, 도 11b는 본 발명의 페어링 어셈블리(100)와 변형된 덕트 출구 포트(22)에 대한 조직화된 온도 유동 혼합을 나타낸다. 따라서, 도 3 및 11a는 바람직하지 않은 큰 각도의 재순환 기류가 각진 덕트 출구 포트(22)를 빠져 나가는 것을 나타낸다. 대조적으로, 결합된 또는 결과의 표면 및 덕트가 항공기의 표면(12)에 더 가까운 최소의 난류로 흐르도록, 본 발명의 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)는 기류가 코안다 페어링(130) 주위에서 완화 또는 평탄화되게 하고 한 쌍의 와류 발생기(150)들 사이에서 유선형화되게 한다.

상기 페어링 어셈블리(100)는 다수의 단계에서 전자기 투명성을 위해 성형된 유리 섬유 및 에폭시로 구성될 수 있다. 대안적으로, 페어링은 석영, 유리 섬유, 탄소 섬유, 케블라, 벡트란 또는 다른 항공 우주 등급 강화 섬유 및 플라스틱과 같은 복합 재료로 제조될 수 있다. 상기 페어링 어셈블리(100)는 또한 알루미늄, 강철, 스테인레스 스틸, 티타늄, 또는 다른 항공 우주 등급 금속과 같은 금속, 또는 복합 재료와 금속 재료의 조합으로 제조될 수 있다. 상기 페어링 어셈블리(100)를 제조하는 프로세스는 몰딩, 기계 가공, 적층 제조, 또는 이들 실시의 조합을 포함할 수 있다. 상기 페어링 어셈블리(100)의 제조 프로세스가 완료되면, 상기 페어링 어셈블리는 구형 항공기에 키트로서 부착되거나, 또는 새로운 항공기 디자인의 일부로서 동체에 통합될 수 있다.

장점적으로, 본 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)는 동체 디자인이 동결되거나 이미 생산된 후에 구현될 수 있다. 새롭게 디자인된 항공기의 경우, 상기 페어링 어셈블리는 반복이고 다른 구성요소들과 관련하여 최적화될 수 있다. 통상의 기술자는 덕트 출구 페어링 어셈블리(100)의 다른 구현 예가 다양한 항공기 모델에 대해 그리고 동체 상의 상이한 위치에 대해 상술한 것과 유사한 방식으로 형성 및 위치될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

상술한 내용은 본 발명의 구현 예들에 관한 것이지만, 이하의 청구범위에 의해 결정되는 본 발명의 기본 범위를 벗어나지 않으면서 이러한 설명에 기초하여 본 발명의 다른 구현 예 및 이점들이 통상의 기술자에 의해 구상될 수 있다.

Claims (18)

1. 차량에서 각진 덕트의 덕트 출구 포트의 항력을 감소시키기 위한 덕트 출구 페어링 어셈블리로서, 상기 덕트 출구 페어링 어셈블리는:
   상기 덕트 출구 포트의 선도 에지를 전방에 장착하여 상기 선도 에지를 포함하고, 상기 덕트 출구 포트의 일부에 걸쳐 후방 및 상향 연장되며, 상기 차량의 종축의 방향으로 정렬되는 상향 경사진 램프부를 갖춘 베인 페어링;
   상기 덕트 출구 포트의 후미 에지를 둘러싸는 선도 에지를 갖고, 미리 결정된 높이, 폭을 가지며, 상기 덕트 출구 포트의 치수에 기초하여 미리 결정된 길이로 후방으로 연장되는 긴 몸체를 갖춘 코안다(Coanda) 페어링; 및
   상기 덕트 출구 포트의 후방에 위치된 한 쌍의 와류 발생기를 포함하며,
   상기 각각의 와류 발생기는 상기 코안다 페어링의 반대쪽 측면 상에 위치되고 서로를 향해 각진, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서,
   베인 페어링의 램프부는 덕트 출구 포트로부터 멀리 상향 경사진 각도로 항공기의 외부 표면을 따라 표면 기류를 지향시키기 위해 곡선형 상부 표면을 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
3. 청구항 1에 있어서,
   베인 페어링의 램프부는 코안다 페어링을 향하는 방향으로 덕트 출구 포트를 빠져 나가는 덕트 유체 유동을 지향시키거나 턴시키기 위해 곡선형 하부 표면을 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
4. 청구항 1에 있어서,
   베인 페어링의 램프부는 덕트 출구 포트의 치수에 기초하여 미리 결정된 길이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
5. 청구항 4에 있어서,
   램프부는 덕트 출구 포트의 0.5 내지 0.9 직경의 선도 에지와 후미 에지 간 측정된 길이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
6. 청구항 5에 있어서,
   베인 페어링의 램프부는 1/2의 덕트 각도 및 램프부의 길이에 기초하여 항공기의 표면으로부터 측정한 것과 같은 미리 결정된 높이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
7. 청구항 1에 있어서,
   램프부는 각진 덕트로 하향 연장되는 설부(tongue portion)를 더 포함하는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
8. 청구항 6에 있어서,
   설부는 각진 덕트 내의 구조적 장애물을 커버하기에 충분한 거리로 구성 및 연장되는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
9. 청구항 1에 있어서,
   코안다 페어링은 실질적으로 삼각형 형상인, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
10. 청구항 1에 있어서,
    코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 0.15 내지 0.25 직경 범위의 높이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
11. 청구항 1에 있어서,
    코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 0.2 직경의 높이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
12. 청구항 1에 있어서,
    코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 1.5 내지 3.0 직경 범위의 길이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
13. 청구항 1에 있어서,
    코안다 페어링은 45도의 덕트 각도 당 덕트 출구 포트의 3.0 직경의 길이를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
14. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 와류 발생기 각각은 차량의 외부 표면으로부터 실질적으로 수직으로 연장되는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
15. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 와류 발생기는 2개의 덕트 직경 내에서 덕트의 후방에 위치되는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
16. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 와류 발생기 각각은 덕트 출구 포트의 중심선에 대해 15도 내지 30도의 각도를 이루어 코안다 페어링 뒤에 수렴되는 역회전 소용돌이를 생성하는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
17. 청구항 1에 있어서,
    한 쌍의 와류 발생기 각각은 차량의 외부 표면에 장착되는 기부 및 이 기부로부터 바깥쪽으로 그리고 실질적으로 수직으로 연장되는 등측(dorsal) 부재를 포함하는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.
18. 청구항 17에 있어서,
    한 쌍의 와류 발생기의 등측 부재는 곡선형 선도 에지를 갖는, 덕트 출구 페어링 어셈블리.

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