WO2022239342A1 - ダクテッドファン装置及び航空機 - Google Patents

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WO2022239342A1
WO2022239342A1 PCT/JP2022/005664 JP2022005664W WO2022239342A1 WO 2022239342 A1 WO2022239342 A1 WO 2022239342A1 JP 2022005664 W JP2022005664 W JP 2022005664W WO 2022239342 A1 WO2022239342 A1 WO 2022239342A1
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fan device
small
axis
flow direction
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雄貴 森崎
雅之 小田
康寛 齋木
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三菱重工業株式会社
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    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/30—Aircraft characterised by electric power plants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • B64C11/001—Shrouded propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the present disclosure relates to ducted fan devices and aircraft.
  • Electric VTOL aircraft have different body types depending on requirements such as cruising speed, cruising distance, and payload. For example, when a high cruising speed and a long cruising distance are required, tilt-wing aircraft and tilt-rotor aircraft having main wings are often adopted. On the other hand, if the main wings and rotors are tilted, it becomes difficult to control stable flight. At this time, it is desirable to adopt a ducted fan regardless of the type in consideration of noise, thrust during hovering, and the like.
  • Patent Document 1 discloses a ducted fan that increases thrust by providing cowls on the inner and outer peripheral sides of the lower end of the duct.
  • Patent Document 1 In addition to the ducted fan disclosed in Patent Document 1, it is desirable to efficiently generate thrust by a different method. Moreover, Patent Document 1 does not mention suppression of peeling at the lip portion of the duct.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and aims to provide a ducted fan device and an aircraft capable of suppressing separation at the lip portion, improving thrust, improving quietness, and the like.
  • a ducted fan device includes a fan that rotates around a first axis to generate an airflow, and a small cylindrical fan that surrounds the fan around the first axis and extends in the first axis direction.
  • each fan device Arranged inside the ducts, at least a portion of each of the small ducts is arranged outside the large duct on the upstream side in the flow direction of the airflow when viewed in a direction perpendicular to the second axis.
  • an aircraft includes the ducted fan device described above.
  • FIG. 1 is a plan view of an aircraft provided with ducted fan devices according to first and second embodiments;
  • FIG. 1 is a plan view of a ducted fan device according to first and second embodiments;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a ducted fan device according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a ducted fan device according to a first embodiment;
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a ducted fan device according to a first embodiment;
  • FIG. FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a ducted fan device according to a second embodiment;
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a ducted fan device according to a second embodiment;
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of a ducted fan device according to a second embodiment;
  • the ducted fan device 10A is attached to an aircraft 1 such as a tilt-rotor aircraft or a tilt-wing aircraft, for example, and serves as a device that generates thrust (thrust for levitation and propulsion) necessary for flight of the aircraft 1. It is Although the ducted fan device 10A in FIG. 1 is shown separated from the main wing, body, etc. for easy understanding, it is actually connected to the wing, body, etc. As shown in FIG.
  • the ducted fan device 10A includes a plurality of fan devices 20 and a large cylindrical duct 30. As shown in FIGS. It should be noted that part of the fan device 20 is omitted in FIG. 3 for ease of understanding.
  • the fan device 20 has a fan 22 and a small cylindrical duct 23 surrounding the fan 22 . That is, the fan device 20 is a ducted fan.
  • the fan 22 is a device that generates an airflow by being rotationally driven around the axis Xf. This airflow becomes the thrust source of the fan device 20 .
  • Each fan 22 is separately and independently rotationally driven around the axis Xf by an electric motor (not shown). By driving them separately, the redundancy of the ducted fan device 10A can be ensured.
  • Each electric motor is controlled by a control unit (not shown).
  • the control unit includes, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like.
  • a series of processes for realizing various functions is stored in a storage medium or the like in the form of a program, for example, and the CPU reads out this program to a RAM or the like, and executes information processing and arithmetic processing. As a result, various functions are realized.
  • the program may be pre-installed in a ROM or other storage medium, provided in a state stored in a computer-readable storage medium, or delivered via wired or wireless communication means. etc. may be applied.
  • Computer-readable storage media include magnetic disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, DVD-ROMs, semiconductor memories, and the like.
  • the small duct 23 is a cylindrical member extending in the direction of the axis Xf, and has an inlet 24 at one end and an outlet 25 at the other end. At this time, the dimension along the axis Xf from the introduction port 24 to the discharge port 25 (the height dimension of the small duct 23) is H. As shown in FIG. The small duct 23 accommodates the fan 22 inside so as to surround the fan 22 in all circumferential directions.
  • the small duct 23 has the function of rectifying the airflow generated by the fan 22 . Thereby, the thrust of each fan device 20 can be improved.
  • the large duct 30 is a cylindrical member extending in the direction of the axis Xd, and has an inlet 32 at one end and an outlet 33 at the other end.
  • the large duct 30 has a sufficiently larger diameter than the small duct 23. - ⁇
  • each fan device 20 is arranged inside the large duct 30 when the ducted fan device 10A is viewed from above (that is, when viewed from the direction of the axis Xd). At this time, it is preferable that the fan devices 20 are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction on the virtual circle C centered on the axis Xd. As a result, the fan devices 20 can be arranged evenly and efficiently. Moreover, compared to the case where the fan devices 20 are arranged at random, it becomes easier to manage the spacing between the fan devices 20 and the spacing between the fan device 20 and the large duct 30 .
  • each fan device 20 has a small duct 23 that is entirely a large duct. 30 is located outside. Specifically, the outlet 25 of the small duct 23 is arranged upstream of the inlet 32 of the large duct 30 . At this time, the distance d1 from the outlet 25 of the small duct 23 to the inlet 32 of the large duct 30 is preferably 0H or more and 0.5H or less. This makes it easier to generate an airflow due to the ejector effect, which will be described later.
  • the interval L1 between the outer peripheral surfaces of the small ducts 23 adjacent in the circumferential direction is preferably 0.5D or more and 1.5D or less. This makes it easier to generate an airflow due to the Coanda effect, which will be described later.
  • the distance L2 between the outer peripheral surface of the small duct 23 and the inner peripheral surface of the large duct 30 is 0.5D or more and 1.5D or less. This makes it easier to generate an airflow due to the ejector effect, which will be described later. Also, as will be described later, air that has collided with the outer peripheral surface of the small duct 23 is more likely to be guided to the large duct 30 .
  • each fan device 20 is driven separately to generate an airflow (hereinafter also referred to as "airflow by the fan device 20").
  • each fan device 20 is arranged inside the large duct 30 in plan view, the air current generated by the fan device 20 and the air current generated by the Coanda effect (these air currents are also collectively referred to as "two air currents"). is rectified by the large duct 30, and the ducted fan device 10A generates a larger thrust.
  • the interval L1 is set to 0.5D or more and 1.5D or less. If the interval L1 is set to less than 0.5D, the airflow from one fan device 20 and the airflow from the other fan device 20 adjacent to it will be attracted, and the flow of the airflow due to the Coanda effect will be obstructed. Further, when the interval L1 is made larger than 1.5D, it becomes difficult to induce an airflow due to the Coanda effect.
  • the interval L1 is more preferably 0.5D or more and 1.0D or less.
  • the airflow due to the ejector effect flows toward the introduction port 32 of the large duct 30 together with the two airflows. Therefore, more airflow is generated from the inlet 32 of the large duct 30 toward the outlet 33 than in the case of only two airflows.
  • each fan device 20 is arranged inside the large duct 30 in a plan view, the two air flows and the air flow due to the ejector effect are rectified by the large duct 30, and the ducted fan device 10A generates even greater thrust. become.
  • the distance d1 from the discharge port 25 of the small duct 23 to the inlet port 32 of the large duct 30 is set to 0H or more and 0.5H or less.
  • the effect makes it easier to be drawn in. If the distance d1 is less than 0H, the area through which the air passes is not sufficiently ensured, and the effect of the airflow due to the ejector effect is reduced. Moreover, when the distance d1 is set to be larger than 0.5H, the ejector effect becomes difficult to be exhibited.
  • the distance L2 between the outer peripheral surface of the small duct 23 and the inner peripheral surface of the large duct 30 is set to 0.5D or more and 1.5D or less. It becomes easier to be drawn in by the ejector effect. If the interval L2 is set to less than 0.5D, the area through which the air passes is not sufficiently secured, and the effect of the airflow due to the ejector effect is reduced. Further, when the interval L2 is made larger than 1.5D, the ejector effect becomes difficult to be exhibited.
  • each fan device 20 When viewed from the direction of the axis Xd, each fan device 20 is arranged inside the large duct 30, and when viewed from the direction orthogonal to the axis Xd, the entire portion of each small duct 23 is on the upstream side in the flow direction of the airflow. , the flow is deflected by the small duct 23 and forcibly led to the large duct 30 even if the air flows in from the side of the ducted fan device 10A. As a result, separation at the lip portion 35 of the large duct 30 is suppressed. As a result, reduction in the thrust of the ducted fan device 10A is suppressed.
  • the distance d1 is 0H or more and 0.5H or less, the distance between the small duct 23 and the large duct 30 can be appropriately maintained. As a result, air can be efficiently drawn in by the ejector effect.
  • the interval L1 is set to 0.5D or more and 1.5D or less, it is possible to appropriately maintain the interval between the fan device 20 in which the airflow is induced by the Coanda effect and the other fan device 20. If the interval L1 is set to less than 0.5D, the airflow (exhaust air) from each fan device 20 is attracted, and the flow of the airflow due to the Coanda effect is hindered. Further, when the interval is made larger than 1.5D, it becomes difficult to induce an airflow due to the Coanda effect.
  • the ducted fan device 10B includes a plurality of fan devices 20 and a large cylindrical duct 30. As shown in FIG.
  • each fan device 20 is arranged inside the large duct 30 when the ducted fan device 10B is viewed from above (that is, viewed from the direction of the axis Xd). This point is the same as in the first embodiment.
  • each fan device 20 has a small duct 23 that is part of the large duct 30. , and the remaining part of the small duct 23 is arranged inside the large duct 30 .
  • the inlet 24 of the small duct 23 is arranged upstream of the inlet 32 of the large duct 30, and the outlet 25 of the small duct 23 is arranged downstream of the inlet 32 of the large duct 30.
  • the distance d2 from the discharge port 25 of the small duct 23 to the introduction port 32 of the large duct 30 is preferably greater than 0H and 0.5H or less.
  • each fan device 20 a portion of the small duct 23 is arranged outside the large duct 30 and the remaining portion of the small duct 23 is arranged inside the large duct 30 . That is, the fan device 20 is partially housed in the large duct 30 .
  • the noise generated by the fan device 20 is blocked by the large duct 30 . Thereby, the noise of the fan device 20 can be insulated by the large duct 30 .
  • the distance d2 from the discharge port 25 of the small duct 23 to the introduction port 32 of the large duct 30 is set to be greater than 0H and 0.5H or less, an excessive decrease in the ejector effect can be avoided and sound insulation can be improved. can be ensured. If the distance d2 is set to 0H or less (when the discharge port 25 of the small duct 23 is arranged upstream of the inlet 32 of the large duct 30), the large duct 30 will not surround the fan device 20, resulting in a sound insulation effect. is not demonstrated. Further, when the distance d2 is set to be larger than 0.5H, the friction by the outer peripheral surface of the small duct 23 arranged inside the large duct 30 increases, and the air flow due to the ejector effect is obstructed.
  • each fan device 20 When viewed from the direction of the axis Xd, each fan device 20 is arranged inside the large duct 30, and when viewed from the direction orthogonal to the axis Xd, a part of each small duct 23 extends upstream in the air flow direction. Since it is arranged outside the large duct 30, even if air flows in from the side of the ducted fan device 10A, the flow is deflected by the small duct 23 and is forcibly led to the large duct 30. - ⁇ As a result, separation at the lip portion 35 of the large duct 30 is suppressed. As a result, reduction in the thrust of the ducted fan device 10B is suppressed.
  • the noise of the fan device 20 can be insulated by the large duct 30. can.
  • the distance d2 is set to be greater than 0H and 0.5H or less, it is possible to avoid an excessive decrease in the ejector effect and ensure sound insulation.
  • the ducted fan device and the aircraft according to each embodiment described above are understood as follows, for example. That is, the ducted fan device (10A, 10B) according to one aspect of the present disclosure includes a fan (22) that rotates around a first axis (Xf) to generate an airflow, and surrounds the fan around the first axis.
  • a fan (22) that rotates around a first axis (Xf) to generate an airflow, and surrounds the fan around the first axis.
  • each of the fan devices when viewed from the direction of the second axis, is disposed inside the large duct, and when viewed from the direction orthogonal to the second axis, at least a portion of each of the small ducts includes: It is arranged outside the large duct on the upstream side in the flow direction of the airflow.
  • each fan device when viewed from the direction of the second axis, each fan device is arranged inside the large duct, and when viewed from the direction perpendicular to the second axis, each small duct has at least A part of the duct is arranged outside the large duct on the upstream side of the airflow direction, so even if air flows in from the side of the ducted fan device, the flow is deflected by the small duct and is forcibly led to the large duct. be killed. This suppresses separation at the lip portion of the large duct. As a result, the reduction in thrust of the ducted fan device is suppressed.
  • the Coanda effect can induce a new airflow between the fan device and another fan device adjacent thereto. As a result, the thrust of the ducted fan device is improved.
  • each small duct is arranged outside the major duct on the upstream side in the flow direction, i.e. if the remaining portion of each small duct is housed inside the major duct, the lip
  • the noise of the fan device can be insulated with the large duct while suppressing the peeling of the .
  • the end faces (25) of all the small ducts on the downstream side in the flow direction are located above the end faces (32) of the large ducts on the upstream side in the flow direction. Located upstream in the flow direction.
  • the end faces of all the small ducts on the downstream side in the flow direction are located on the upstream side in the flow direction than the end faces of the large ducts on the upstream side in the flow direction. It is possible to secure a wide gap between As a result, more air is sucked into the large duct from the gap due to the ejector effect caused by the airflow generated by the fan device.
  • the end surface of the small duct on the downstream side in the flow direction and the flow of the large duct is set to 0H or more and 0.5H or less.
  • the distance between the downstream end face of the small duct in the flow direction and the upstream end face of the large duct in the flow direction is the same. Since the distance along the two axes is 0H or more and 0.5H or less, the distance between the small duct and the large duct can be appropriately maintained. As a result, air can be efficiently drawn in by the ejector effect.
  • the end faces of all the small ducts on the downstream side in the flow direction are located further downstream in the flow direction than the end faces of the large ducts on the upstream side in the flow direction. and the upstream end faces (24) of all said small ducts are upstream in said flow direction than the upstream end faces of said large ducts.
  • the end faces of all the small ducts on the downstream side in the flow direction are located on the downstream side in the flow direction of the end faces of the large ducts on the upstream side in the flow direction.
  • the upstream end face in the direction of flow is upstream in the direction of flow from the end face of the upstream in the direction of flow of the major duct, so that the minor duct can be partially surrounded by the major duct.
  • the noise of the fan device can be insulated by the large duct.
  • the end surface of the small duct on the downstream side in the flow direction and the flow of the large duct is set to be greater than 0H and 0.5H or less.
  • the distance between the downstream end face of the small duct in the flow direction and the upstream end face of the large duct in the flow direction is the same. Since the distance along the two axes is greater than 0H and less than or equal to 0.5H, it is possible to limit the portion of the small duct that is surrounded by the large duct. As a result, sound insulation can be realized while exhibiting the ejector effect. If the small duct were entirely surrounded by the large duct, the friction on the outer peripheral surface of the small duct would make it difficult for the air to be sucked in, and there is a possibility that the ejector effect would not be fully exhibited.
  • the fan devices are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction around the second axis.
  • the fan devices are arranged at equal angular intervals in the circumferential direction about the second axis, the fan devices can be arranged efficiently and evenly. .
  • the interval (L1) between the small ducts adjacent in the circumferential direction is 0.5D or more and 1.5D or less. ing.
  • the interval between the small ducts adjacent in the circumferential direction is 0.5D or more and 1.5D or less.
  • the distance between the fan device in which the is induced and another fan device can be properly maintained. If the interval is set to less than 0.5D, the airflow (exhaust air) from each fan device is attracted, and the flow of the airflow due to the Coanda effect is hindered. Further, when the interval is made larger than 1.5D, it becomes difficult to induce an airflow due to the Coanda effect.
  • each of the fan devices is separately driven by an electric motor.
  • each fan device is driven separately by an electric motor, redundancy as a ducted fan device can be ensured.
  • an aircraft includes the ducted fan device described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

リップ部における剥離の抑制、推力の向上及び静粛性の向上等を実現できるダクテッドファン装置及び航空機を提供する。軸線（Ｘｆ）周りに回転して気流を発生させるファン（２２）及びファン（２２）を軸線（Ｘｆ）周りに包囲するとともに軸線（Ｘｆ）の方向に延びる円筒状の小ダクト（２３）を有する複数のファン装置（２０）と、軸線（Ｘｆ）に平行な軸線（Ｘｄ）の方向に延びる円筒状の大ダクト（３０）と、を備え、軸線（Ｘｄ）の方向から見たとき、各ファン装置（２０）は、大ダクト（３０）の内側に配置され、軸線（Ｘｄ）と直交する方向から見たとき、各小ダクト（２３）の少なくも一部分が、気流の流れ方向の上流側における大ダクト（３０）の外部に配置されている。

Description

ダクテッドファン装置及び航空機
　本開示は、ダクテッドファン装置及び航空機に関する。
　近年、パワーエレクトロニクスの性能向上に伴って、航空機を電動化する開発が盛んに行われており、その開発のひとつにＶＴＯＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｔａｋｅ　Ｏｆｆ　＆　Ｌａｎｄｉｎｇ：垂直離着陸）型の航空機がある。
　電動のＶＴＯＬ機は、巡航速度、巡航距離、ペイロード等の要求によって機体の形式が異なる。例えば、早い巡航速度や長い巡航距離が要求される場合、主翼を有したチルトウィング機やチルトロータ機が採用されることが多い。
　一方で、主翼やロータをチルト（傾斜）させると飛行の安定した制御が難しくなるので、巡航速度が遅く巡行距離が短い場合、固定ロータ機が採用されることが多い。
　このとき、いずれの形式であっても、騒音やホバリング時の推力等を考慮すると、ダクテッドファンを採用することが望ましい。
　ダクテッドファンにおいては、空気が導入されるダクトの開口近傍（リップ部）での空気の剥離が推力に大きく影響する。特に、離着陸から巡行飛行への遷移モード時や横風がある場合等、ダクトの軸線に対して空気が斜めに流れ込む場合にリップ部で剥離が生じやすい。このため、リップ部での剥離をいかに抑制するかが重要な課題となる。
　また、どのようなファンの形式であっても、より効率的に推力を発生させることが望ましい。この場合、例えば特許文献１には、ダクト下端の内周側及び外周側にカウルを設けることで推力を増大させるダクテッドファンが開示されている。
特表２０１３－５２７３６４号公報
　特許文献１に開示されているダクテッドファンの他に、それとは異なる方法で効率的に推力を発生させることが望まれる。また、特許文献１では、ダクトのリップ部における剥離の抑制について言及されていない。
　本開示は、このような事情に鑑みてなされてものであって、リップ部における剥離の抑制、推力の向上及び静粛性の向上等を実現できるダクテッドファン装置及び航空機を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示のダクテッドファン装置及び航空機は以下の手段を採用する。
　すなわち、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置は、第１軸線周りに回転して気流を発生させるファン及び該ファンを前記第１軸線周りに包囲するとともに前記第１軸線方向に延びる円筒状の小ダクトを有する複数のファン装置と、前記第１軸線に平行な第２軸線方向に延びる円筒状の大ダクトと、を備え、前記第２軸線方向から見たとき、各前記ファン装置は、前記大ダクトの内側に配置され、前記第２軸線と直交する方向から見たとき、各前記小ダクトの少なくも一部分が、気流の流れ方向の上流側における前記大ダクトの外部に配置されている。
　また、本開示の一態様に係る航空機は、上記のダクテッドファン装置を備えている。
　本開示によれば、リップ部における剥離の抑制、推力の向上及び静粛性の向上等を実現できる。
第１実施形態及び第２実施形態に係るダクテッドファン装置が設けられている航空機の平面図である。 第１実施形態及び第２実施形態に係るダクテッドファン装置の平面図である。 第１実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。 第１実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。 第１実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。 第２実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。 第２実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。 第２実施形態に係るダクテッドファン装置の縦断面図である。
［第１実施形態］
　以下、本開示の第１実施形態に係るダクテッドファン装置について、図面を参照して説明する。
　なお、以下の説明では、「内側」や「外側」と記載した場合、軸線Ｘｆ，Ｘｄを中心とした「半径方向の内側」や「半径方向の外側」を意味するものとする。
　また、「上流」や「下流」と記載した場合、「気流の流れ方向における上流」や「気流の流れ方向における下流」を意味するものとする。
　図１に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａは、例えば、チルトロータ機やチルトウィング機等の航空機１に取り付けられ、航空機１の飛行に必要な推力（浮上及び推進のための推力）を発生させる装置とされている。
　なお、図１のダクテッドファン装置１０Ａは、理解の容易のために、主翼や胴体等から離間して示されているが、実際には翼や胴体等に対して接続されている。
［ダクテッドファン装置１０Ａの構成について］
　図２及び図３に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａは、複数のファン装置２０と、円筒状の大ダクト３０とを備えている。
　なお、図３は、理解の容易のために、一部のファン装置２０が省略されている。
　ファン装置２０は、ファン２２及びファン２２を包囲する円筒状の小ダクト２３を有している。すなわち、ファン装置２０は、ダクテッドファンとされている。
　ファン２２は、軸線Ｘｆ周りに回転駆動されることで気流を生成する装置である。この気流がファン装置２０の推力源となる。
　各ファン２２は、図示しない電動モータによって軸線Ｘｆ周りに別個独立して回転駆動される。別個に駆動されることで、ダクテッドファン装置１０Ａとしての冗長性を確保できる。各電動モータは、図示しない制御部によってそれぞれ制御されている。
　制御部は、例えば、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。
　そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがＲＡＭ等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。
　なお、プログラムは、ＲＯＭやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。
　コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等である。
　小ダクト２３は、軸線Ｘｆ方向に延びる円筒状の部材であり、一端面にある開口が導入口２４とされ、他端面にある開口が排出口２５とされている。このとき、導入口２４から排出口２５までの軸線Ｘｆに沿った寸法（小ダクト２３の高さ寸法）をＨとしている。
　小ダクト２３は、ファン２２の全周方向を包囲するようにしてファン２２を内側に収容している。
　小ダクト２３に収容されたファン２２が軸線Ｘｆ周りに回転することで、導入口２４から排出口２５に向かう気流が発生する。
　小ダクト２３は、ファン２２が生成した気流を整流する機能をもつ。これにより、ファン装置２０ごとの推力を向上させることができる。
　大ダクト３０は、軸線Ｘｄ方向に延びる円筒状の部材であり、一端面にある開口が導入口３２とされ、他端面にある開口が排出口３３とされている。大ダクト３０は、小ダクト２３よりも十分に大径とされている。
　図２に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａを平面視した場合（すなわち、軸線Ｘｄ方向から見た場合）、各ファン装置２０は、大ダクト３０の内側に配置されている。
　このとき、ファン装置２０は、軸線Ｘｄを中心とする仮想的な円Ｃ上において周方向に等角度間隔で配置されることが好ましい。これによって、ファン装置２０を均等かつ効率的に配置することができる。また、ファン装置２０をランダムに配置した場合と比べて、ファン装置２０同士の間隔、及び、ファン装置２０と大ダクト３０との間隔を管理しやすくなる。
　図３に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａを側面視（側断面視）した場合（すなわち、軸線Ｘｄと直交する方向から見た場合）、各ファン装置２０は、小ダクト２３の全部分が大ダクト３０の外部に配置されている。詳細には、小ダクト２３の排出口２５が大ダクト３０の導入口３２よりも上流側に配置されている。
　このとき、小ダクト２３の排出口２５から大ダクト３０の導入口３２までの距離ｄ１は、０Ｈ以上０．５Ｈ以下とされることが好ましい。これによって、後述するエジェクタ効果による気流を発生させやすくしている。
　図２に示すように、小ダクト２３の直径をＤとしたとき、周方向に隣り合う小ダクト２３の外周面同士の間隔Ｌ１は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされることが好ましい。これによって、後述するコアンダ効果による気流を発生させやすくしている。
　また、小ダクト２３の外周面と大ダクト３０との内周面との間隔Ｌ２は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされることが好ましい。これによって、後述するエジェクタ効果による気流を発生させやすくしている。また、後述するように、小ダクト２３の外周面に衝突した空気が大ダクト３０に導かれやすくなる。
［コアンダ効果による気流について］
　図３に示すように、各ファン装置２０は、それぞれ別個に駆動されて気流（以下、「ファン装置２０による気流」とも呼ぶ。）を生成する。
　このとき、例えば、一のファン装置２０による気流及びそれに隣り合う他のファン装置２０による気流は、各気流の間にある空気をコアンダ効果で流れ方向に沿って引き込む。
　これによって、ファン装置２０同士の間にもコアンダ効果によって追加的な気流（以下、「コアンダ効果による気流」とも呼ぶ。）が誘起されることになる。このため、複数のファン装置２０のみによる気流と比べて、多くの気流が大ダクト３０の導入口３２から排出口３３に向かって発生することになる。
　また、平面視で各ファン装置２０は大ダクト３０の内側に配置されているので、ファン装置２０による気流及びコアンダ効果によって発生した気流（これらの気流をまとめて「２つの気流」とも呼ぶ。）が大ダクト３０で整流されて、ダクテッドファン装置１０Ａとしてより大きな推力が発生することになる。
　このとき、間隔Ｌ１を０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とすることで、コアンダ効果による気流を効率的に誘起させることができる。仮に、間隔Ｌ１を０．５Ｄ未満とした場合、一のファン装置２０による気流及びそれに隣り合う他のファン装置２０による気流が引き寄せられて、コアンダ効果による気流の流れが阻害されてしまう。また、間隔Ｌ１を１．５Ｄよりも大きくした場合、コアンダ効果による気流が誘起されにくくなってしまう。間隔Ｌ１は、０．５Ｄ以上１．０Ｄ以下であれば更に好ましい。
［横風に対する効果について］
　図４に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａに対して側方から空気が流れている場合（すなわち横風が吹いている場合）、大ダクト３０に対して次のように空気が流れる。
　すなわち、横風は、小ダクト２３の外周面に衝突した後、小ダクト２３の外周面で偏向されて強制的に大ダクト３０の導入口３２に向かって流れる。これによって、横風が吹いた場合でも、大ダクト３０のリップ部３５での剥離が抑制されることになる。
　このとき、小ダクト２３の外周面と大ダクト３０との内周面との間隔Ｌ２を０．５Ｄ以上とすることで（図２参照）、空気が通る面積が適切に確保されて、小ダクト２３の外周面に衝突した空気が大ダクト３０に導かれやすくなる。
［エジェクタ効果による気流について］
　図５に示すように、２つの気流が大ダクト３０に導かれる過程で、２つの気流が周囲の空気をエジェクタ効果によって引き込む。これによって生じる追加的な気流を「エジェクタ効果による気流」と呼ぶ。
　エジェクタ効果による気流は、２つの気流と共に大ダクト３０の導入口３２に向かって流れる。このため、２つの気流のみの場合と比べて、多くの気流が大ダクト３０の導入口３２から排出口３３に向かって発生することになる。
　また、平面視で各ファン装置２０は大ダクト３０の内側に配置されているので、２つの気流及びエジェクタ効果による気流が大ダクト３０で整流されて、ダクテッドファン装置１０Ａとして更に大きな推力が発生することになる。
　このとき、小ダクト２３の排出口２５から大ダクト３０の導入口３２までの距離ｄ１を０Ｈ以上０．５Ｈ以下とすることで、空気が通る面積が適切に確保されて、周囲の空気がエジェクタ効果で引き込まれやすくなる。仮に、距離ｄ１を０Ｈ未満とした場合、空気が通る面積が十分に確保されず、エジェクタ効果による気流の効果が小さくなる。また、距離ｄ１を０．５Ｈよりも大きくした場合、エジェクタ効果が発揮されにくくなる。
　また、小ダクト２３の外周面と大ダクト３０との内周面との間隔Ｌ２を０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とすることで、空気が通る面積が適切に確保されて、周囲の空気がエジェクタ効果で引き込まれやすくなる。仮に、間隔Ｌ２を０．５Ｄ未満とした場合、空気が通る面積が十分に確保されず、エジェクタ効果による気流の効果が小さくなる。また、間隔Ｌ２を１．５Ｄよりも大きくした場合、エジェクタ効果が発揮されにくくなる。
　本実施形態においては、以下の効果を奏する。
　軸線Ｘｄ方向から見たとき、各ファン装置２０は、大ダクト３０の内側に配置され、軸線Ｘｄと直交する方向から見たとき、各小ダクト２３の全部分が、気流の流れ方向の上流側における大ダクト３０の外部に配置されているので、ダクテッドファン装置１０Ａの側方から空気が流れ込んだとしても、小ダクト２３によって流れが偏向されて強制的に大ダクト３０に導かれる。これにより、大ダクト３０のリップ部３５での剥離が抑制される。結果として、ダクテッドファン装置１０Ａとしての推力の低減が抑制されることになる。
　また、コアンダ効果によってファン装置２０とそれに隣り合う他のファン装置２０との間に新たな気流を誘起させることができる。これにより、ダクテッドファン装置１０Ａとしての推力が向上することになる。
　また、距離ｄ１が０Ｈ以上０．５Ｈ以下とされているので、小ダクト２３と大ダクト３０との間隔を適切に保つことができる。これにより、エジェクタ効果によって効率的に空気を引き込むことができる。
　また、間隔Ｌ１は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされているので、コアンダ効果による気流が誘起されるファン装置２０と他のファン装置２０との間隔を適切に保つことができる。仮に、間隔Ｌ１を０．５Ｄ未満とした場合、各ファン装置２０による気流（排気）が引き寄せられて、コアンダ効果による気流の流れが阻害されてしまう。また、間隔を１．５Ｄよりも大きくした場合、コアンダ効果による気流が誘起されにくくなってしまう。
［第２実施形態］
　以下、本開示の第２実施形態に係るダクテッドファン装置について、図面を参照して説明する。
［ダクテッドファン装置１０Ｂの構成について］
　図２及び図６に示すように、ダクテッドファン装置１０Ｂは、複数のファン装置２０と、円筒状の大ダクト３０とを備えている。
　図２に示すように、ダクテッドファン装置１０Ｂを平面視した場合（すなわち、軸線Ｘｄ方向から見た場合）、各ファン装置２０は、大ダクト３０の内側に配置されている。この点は、第１実施形態と同様である。
　図６に示すように、ダクテッドファン装置１０Ａを側面視（側断面視）した場合（すなわち、軸線Ｘｄと直交する方向から見た場合）、各ファン装置２０は、小ダクト２３の一部分が大ダクト３０の外部に配置され、小ダクト２３の残りの部分が大ダクト３０の内部に配置されている。詳細には、小ダクト２３の導入口２４が大ダクト３０の導入口３２よりも上流側に配置され、小ダクト２３の排出口２５が大ダクト３０の導入口３２よりも下流側に配置されている。
　このとき、小ダクト２３の排出口２５から大ダクト３０の導入口３２までの距離ｄ２は、０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とされることが好ましい。これによって、エジェクタ効果の過度な低下を回避しつつ、後述する遮音効果を発揮させている。
［コアンダ効果による気流について］
　図６に示すように、第１実施形態と同様の原理で、コアンダ効果による気流が誘起されることになる。
［横風に対する効果について］
　図７に示すように、第１実施形態と同様の原理で、小ダクト２３の外周面に衝突した空気が大ダクト３０に導かれることになる。
［エジェクタ効果による気流について］
　図８に示すように、第１実施形態と同様の原理で、エジェクタ効果による気流が発生することになる。
　ただし、空気が通る面積の関係上、第１実施形態と比べて、エジェクタ効果による気流は弱くなる。
［遮音効果について］
　図６に示すように、各ファン装置２０は、小ダクト２３の一部分が大ダクト３０の外部に配置され、小ダクト２３の残りの部分が大ダクト３０の内部に配置されている。すなわち、ファン装置２０は、部分的に大ダクト３０に収容されることになる。
　大ダクト３０がファン装置２０を包囲することで、ファン装置２０で発生した騒音は大ダクト３０で遮られることになる。これにより、ファン装置２０の騒音を大ダクト３０で遮音することができる。
　このとき、小ダクト２３の排出口２５から大ダクト３０の導入口３２までの距離ｄ２を、０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とすることで、エジェクタ効果の過度な低下を回避するとともに、遮音性を確保することができる。仮に、距離ｄ２を０Ｈ以下とした場合（小ダクト２３の排出口２５が大ダクト３０の導入口３２よりも上流側に配置された場合）、大ダクト３０がファン装置２０を包囲しなくなり遮音効果が発揮されない。また、距離ｄ２を０．５Ｈよりも大きくした場合、大ダクト３０の内部に配置された小ダクト２３の外周面による摩擦が増加して、エジェクタ効果による気流の流れが阻害されてしまう。
　本実施形態においては、以下の効果を奏する。
　軸線Ｘｄ方向から見たとき、各ファン装置２０は、大ダクト３０の内側に配置され、軸線Ｘｄと直交する方向から見たとき、各小ダクト２３の一部分が、気流の流れ方向の上流側における大ダクト３０の外部に配置されているので、ダクテッドファン装置１０Ａの側方から空気が流れ込んだとしても、小ダクト２３によって流れが偏向されて強制的に大ダクト３０に導かれる。これにより、大ダクト３０のリップ部３５での剥離が抑制される。結果として、ダクテッドファン装置１０Ｂとしての推力の低減が抑制されることになる。
　また、コアンダ効果によってファン装置２０とそれに隣り合う他のファン装置２０との間に新たな気流を誘起させることができる。これにより、ダクテッドファン装置１０Ａとしての推力が向上することになる。
　また、小ダクト２３の一部分が大ダクト３０の外部に配置され、小ダクト２３の残りの部分が大ダクト３０の内部に配置されていので、ファン装置２０の騒音を大ダクト３０で遮音することができる。
　また、距離ｄ２が０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とされているので、エジェクタ効果の過度な低下を回避するとともに、遮音性を確保することができる。
　以上の通り説明した各実施形態に係るダクテッドファン装置及び航空機は、例えば、以下のように把握される。
　すなわち、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置（１０Ａ，１０Ｂ）は、第１軸線（Ｘｆ）周りに回転して気流を発生させるファン（２２）及び該ファンを前記第１軸線周りに包囲するとともに前記第１軸線方向に延びる円筒状の小ダクト（２３）を有する複数のファン装置と、前記第１軸線に平行な第２軸線（Ｘｄ）方向に延びる円筒状の大ダクト（３０）と、を備え、前記第２軸線方向から見たとき、各前記ファン装置は、前記大ダクトの内側に配置され、前記第２軸線と直交する方向から見たとき、各前記小ダクトの少なくも一部分が、気流の流れ方向の上流側における前記大ダクトの外部に配置されている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、第２軸線方向から見たとき、各ファン装置は、大ダクトの内側に配置され、第２軸線と直交する方向から見たとき、各小ダクトの少なくも一部分が、気流の流れ方向の上流側における大ダクトの外部に配置されているので、ダクテッドファン装置の側方から空気が流れ込んだとしても、小ダクトによって流れが偏向されて強制的に大ダクトに導かれる。これにより、大ダクトのリップ部での剥離が抑制される。結果として、ダクテッドファン装置としての推力の低減が抑制されることになる。
　また、コアンダ効果によってファン装置とそれに隣り合う他のファン装置との間に新たな気流を誘起させることができる。これにより、ダクテッドファン装置としての推力が向上することになる。
　また、各小ダクトの全部分が、流れ方向の上流側における大ダクトの外部に配置されている場合、小ダクトと大ダクトとの間隔を広く確保できる。これにより、ファン装置が発生させる気流に起因したエジェクタ効果によって当該間隔からより多くの空気が大ダクト内に吸い込まれることになる。結果として、ダクテッドファン装置の推力が向上することになる。
　また、各小ダクトの一部分のみが流れ方向の上流側における大ダクトの外部に配置されている場合、すなわち、各小ダクトの残りの部分が大ダクトの内部に収容されている場合、リップ部での剥離を抑制しつつ、ファン装置の騒音を大ダクトで遮音することができる。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、全ての前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面（２５）は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面（３２）よりも前記流れ方向の上流側にある。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、全ての小ダクトの流れ方向の下流側における端面は、大ダクトの流れ方向の上流側における端面よりも流れ方向の上流側にあるので、小ダクトと大ダクトとの間隔を広く確保できる。これにより、ファン装置が発生させる気流に起因したエジェクタ効果によって当該間隔からより多くの空気が大ダクト内に吸い込まれることになる。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、前記第１軸線に沿った前記小ダクトの寸法をＨとしたとき、前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面と前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面との前記第２軸線に沿った距離（ｄ１）が０Ｈ以上０．５Ｈ以下とされている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、第１軸線に沿った小ダクトの寸法をＨとしたとき、小ダクトの流れ方向の下流側における端面と大ダクトの流れ方向の上流側における端面との第２軸線に沿った距離が０Ｈ以上０．５Ｈ以下とされているので、小ダクトと大ダクトとの間隔を適切に保つことができる。これにより、エジェクタ効果によって効率的に空気を引き込むことができる。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、全ての前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面よりも前記流れ方向の下流側にあり、全ての前記小ダクトの前記流れ方向の上流側における端面（２４）は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面よりも前記流れ方向の上流側にある。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、全ての小ダクトの流れ方向の下流側における端面は、大ダクトの流れ方向の上流側における端面よりも流れ方向の下流側にあり、全ての小ダクトの流れ方向の上流側における端面は、大ダクトの流れ方向の上流側における端面よりも流れ方向の上流側にあるので、小ダクトを部分的に大ダクトで包囲することができる。これにより、ファン装置の騒音を大ダクトで遮音することができる。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、前記第１軸線に沿った前記小ダクトの寸法をＨとしたとき、前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面と前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面との前記第２軸線に沿った距離（ｄ２）が０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とされている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、第１軸線に沿った小ダクトの寸法をＨとしたとき、小ダクトの流れ方向の下流側における端面と大ダクトの流れ方向の上流側における端面との第２軸線に沿った距離が０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とされているので、大ダクトに包囲される小ダクトの部分を限定することができる。これにより、エジェクタ効果を発揮させつつ遮音を実現することができる。仮に、小ダクトの全部分が大ダクトに包囲された場合、小ダクトの外周面の摩擦によって空気が吸い込まれにくくなり、エジェクタ効果が十分に発揮されなくなる可能性がある。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、前記ファン装置は、前記第２軸線を中心として周方向に等角度間隔に配置されている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、各ファン装置は、第２軸線を中心として周方向に等角度間隔に配置されているので、効率的に、かつ、均等にファン装置を配置することができる。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、前記小ダクトの直径をＤとしたとき、周方向に隣り合う前記小ダクト同士の間隔（Ｌ１）は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、小ダクトの直径をＤとしたとき、周方向に隣り合う小ダクト同士の間隔は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされているので、コアンダ効果による気流が誘起されるファン装置と他のファン装置との間隔を適切に保つことができる。仮に、間隔を０．５Ｄ未満とした場合、各ファン装置による気流（排気）が引き寄せられて、コアンダ効果による気流の流れが阻害されてしまう。また、間隔を１．５Ｄよりも大きくした場合、コアンダ効果による気流が誘起されにくくなってしまう。
　また、本開示の一態様に係るダクテッドファン装置において、各前記ファン装置は、それぞれ電動モータによって別個に駆動されている。
　本態様に係るダクテッドファン装置によれば、各ファン装置は、それぞれ電動モータによって別個に駆動されているので、ダクテッドファン装置としての冗長性を確保できる。
　また、本開示の一態様に係る航空機は、上記のダクテッドファン装置を備えている。
１　航空機
１０Ａ，１０Ｂ　ダクテッドファン装置
２０　ファン装置
２２　ファン
２３　小ダクト
２４　導入口
２５　排出口
３０　大ダクト
３２　導入口
３３　排出口
３５　リップ部

Claims (9)

  1. 　第１軸線周りに回転して気流を発生させるファン、及び該ファンを前記第１軸線周りに包囲するとともに前記第１軸線方向に延びる円筒状の小ダクトを有する複数のファン装置と、
    　前記第１軸線に平行な第２軸線方向に延びる円筒状の大ダクトと、
    を備え、
    　前記第２軸線方向から見たとき、各前記ファン装置は、前記大ダクトの内側に配置され、
    　前記第２軸線と直交する方向から見たとき、各前記小ダクトの少なくも一部分が、気流の流れ方向の上流側における前記大ダクトの外部に配置されているダクテッドファン装置。
  2. 　全ての前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面よりも前記流れ方向の上流側にある請求項１に記載のダクテッドファン装置。
  3. 　前記第１軸線に沿った前記小ダクトの寸法をＨとしたとき、
    　前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面と前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面との前記第２軸線に沿った距離が０Ｈ以上０．５Ｈ以下とされている請求項２に記載のダクテッドファン装置。
  4. 　全ての前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面よりも前記流れ方向の下流側にあり、
    　全ての前記小ダクトの前記流れ方向の上流側における端面は、前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面よりも前記流れ方向の上流側にある請求項１に記載のダクテッドファン装置。
  5. 　前記第１軸線に沿った前記小ダクトの寸法をＨとしたとき、
    　前記小ダクトの前記流れ方向の下流側における端面と前記大ダクトの前記流れ方向の上流側における端面との前記第２軸線に沿った距離が０Ｈよりも大きく０．５Ｈ以下とされている請求項４に記載のダクテッドファン装置。
  6. 　前記ファン装置は、前記第２軸線を中心として周方向に等角度間隔に配置されている請求項１から５のいずれかに記載のダクテッドファン装置。
  7. 　前記小ダクトの直径をＤとしたとき、
    　周方向に隣り合う前記小ダクト同士の間隔は、０．５Ｄ以上１．５Ｄ以下とされている請求項６に記載のダクテッドファン装置。
  8. 　各前記ファン装置は、それぞれ電動モータによって別個に駆動されている請求項１から７のいずれかに記載のダクテッドファン装置。
  9. 　請求項１から８のいずれかに記載のダクテッドファン装置を備えている航空機。
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