JP5427786B2 - 前縁の高揚力装置のための作動システム - Google Patents

Description

本発明は、航空機翼の前縁上に高揚力装置を展開するための方法および作動システムに関する。

最近の航空機は、その高揚力装置からより大きな性能を必要とすると同時に、その構造およびシステムに対する衝撃を最小化しようとしている。高揚力システムは、離陸中に高揚坑比を生じて最大揚力を得ることを必要としまた着陸時に最大迎え角（アングルオブアタック）を得ることを必要とする。

性能に対する制約には、構造上およびシステム上の要件に関連するものがあり、この要件は、設計をよりシンプル、より軽量そしてより小型の装置に向かわせる。

高揚力前縁装置、内部構造（例えば、フロントスパーなど）および外部構造（例えば、エンジンナセルおよび逆推力装置）間の干渉を、避ける必要がある。

従来の前縁高揚力装置は、特許文献１（国際公開第２００５／１０８２０５号）および特許文献２（米国特許第５９２７６６号）に記載されている。特許文献１において、この装置は、収納位置と展開位置との間でアクスル周りに回転する。収納位置において、この装置は翼の固定前縁に対して封止し、展開位置においてこれらの要素間にスロットを形成する。特許文献２は同様の装置を記載しているが、この場合フラップは中間位置に展開することができ、この中間位置で、装置の後縁と固定前縁との間にほとんどまたは全くギャップを生じないようにする。

国際公開第２００５／１０８２０５Ａ１号パンフレット 米国特許第５９２７６６号明細書 米国特許第４３９９９７０号明細書

これら従来構成の問題点は、単純な回転しかできないことである。したがって、当該装置の位置を最適にすることは難しい。より複雑な動きを生ずるようにする従来方法は、湾曲したトラック上に装置を取り付けるものことがあり、例えば、特許文献３（米国特許第４３９９９７０号）に記載されている。しかし、そのようなトラック機構は複雑であり、重く、大きな空間を占める。

本発明の第１態様は、航空機の翼における前縁上に高揚力装置を展開するよう構成した作動システムを提供し、この作動システムは、
第１枢着ポイントで翼に対して、第２枢着ポイントで高揚力装置に対して回動可能に連結したリンクと、
第１枢着ポイントの周りに高揚力装置を回転させて、高揚力装置を収納位置から中間位置に前縁の周りで下方に移動させるよう構成した第１作動機構と、
第２枢着ポイントの周りに、高揚力装置を回転させるよう構成した第２作動装置と、を備える作動システムであって、
第２作動機構は、中間位置から完全延長位置に高揚力装置を移動させるよう作動可能とし、また前記高揚力装置が収納位置および／または中間位置にあるときに、高揚力装置と航空機における翼の前縁との間に封止力を発生するよう作動可能とする。

本発明の第２態様は、本発明の第１態様の作動システムを用いて航空機における翼の前縁上で高揚力装置を展開する方法を提供する。本発明方法は、少なくとも第１作動機構の作動により第１枢着ポイントの周りに高揚力装置を回転させて、収納位置から中間位置に前縁周りで高揚力装置を下方に移動させるステップと、少なくとも第２作動機構の作動により第２枢着ポイントの周りで回転させて、中間位置から完全進展位置に高揚力装置を移動させるステップと、高揚力装置が収納位置および／または中間位置にあるときに、第２作動機構を作動させて、高揚力装置と航空機における翼との間に封止力を発生するようにするステップと、を有する。

本発明は、トラック機構の欠点を有することなく、より複雑な動きを行うことができる作動システムを得る。高揚力装置は、収納位置から中間位置に垂れ下る運動により前縁周りで移動する。第２作動機構は、次に、中間位置から完全伸展位置に高揚力装置を移動させることができ、代表的には、高揚力装置と前縁との間にスロットを開く。第２作動機構は、さらに、収納位置、中間位置または両方の位置にある場合に、高揚力装置と航空機における翼の前縁との間に封止力を発生するように作動する。

第１および第２の作動機構は双方ともに、それぞれ単独のアクチュエータにより駆動することができ、２個の機構間に相互作用の動きを生成する。しかし好適には、第２作動機構は、第１作動機構と独立して作動可能とする。この場合、第１作動システムは、一般的に、第１制御信号を受信する第１制御入力を有する第１アクチュエータを備え、第２作動システムは、第２制御信号を受信する第２制御入力を有する第２アクチュエータを備える。したがって、個々の制御信号を用いてアクチュエータを独立して作動することができる。

第１作動機構は、第１枢着ポイントと同軸状である駆動軸を有する回転アクチュエータを備えることができる。しかし、より好適には、第１作動機構は、一方でリンクに対して回動可能に連結し、他方で翼に対して回動可能に連結する。第１作動機構は、１対の駆動アームによりリンクに回動可能に連結したリニアアクチュエータまたは回転アクチュエータを備えることができる。

同様に、第２作動機構は、第２枢着ポイントと同軸状である駆動軸を有する回転アクチュエータを備えることができる。しかし、より好適には、第２作動機構は、一方でリンクまたは翼に対して回動可能に連結し、他方で高揚力装置に対して回動可能に連結する。第２作動機構は、回動可能に連結した１対の駆動アームによりリンクに連結したリニアアクチュエータまたは回転アクチュエータを備えることができる。

代表的には、高揚力装置は、高揚力装置が中間位置にあるときに翼の前縁と係合する。この場合、第２作動機構が作動して、高揚力装置と前縁の間に封止力を発生するようにすることができる。しかし、この確実な封止力は本質的ではなく、小さいギャップが中間位置で存在することができる。

好適には、第２作動機構は、高揚力装置が収納位置および中間位置にあるときに作動して、高揚力装置と航空機における翼の前縁との間に封止力を発生するよう作動可能とする。第２作動機構は、さらに、収納位置から中間位置に前縁に対して下方に移動するとき、航空機における翼の前縁に対して高揚力装置を押し付けるよう作動可能とする。

本発明の他の様々な好適な実施形態を従属請求項で述べる。
本発明の実施形態を、以下に添付図面につき説明する。

収納位置における前縁フラップの部分説明図である。 中間（離陸）位置におけるフラップを示す。 完全展開（着陸）位置におけるフラップを示す。 アクチュエータ制御システムの概略図である。

図１〜３は前縁フラップ１を示す。フラップ１は、離陸段階で航空機の揚抗比を改善し、また着陸段階において航空機の迎え角（アタック角）を最大にすることでウイングストールを遅らせるように設計する。図１は、完全に後退した収納位置にある前縁フラップを示し、図２は、離陸の際に最大揚抗比を得るための中間位置にあるフラップを示し、図３は、着陸に際して航空機の最大迎え角を得るための完全展開位置にあるフラップを示す。

図１に示すように、前縁フラップ１を翼の固定前縁２上に取り付ける。前縁フラップ作動システムは、第１枢着ポイント３で翼に、また第２枢着ポイント７でフラップに、回動可能に連結するリンク４を備える。リンク４は、回転アクチュエータ５およびヒンジ連結した１対の駆動アーム６を備える第１作動機構により、第１枢着ポイント３の周りで回転することができる。フラップ１はまた、第２作動機構により第２枢着ポイント７の回りで回転することができる。第２作動機構は、第３回動ポイント（参照番号なし）でリンク４に対して回動可能に連結し、第４枢着ポイント９でフラップに対して回動可能に連結するリニアアクチュエータ８を備える。

リニアアクチュエータ８は、回転アクチュエータ５とは独立して作動可能であることに留意されたい。図４はアクチュエータを制御するための電気システムの概略図である。コントローラ２０は、アクチュエータ５，８を作動するために使用する各制御信号を、各制御入力２１，２２を介して発生する。

フラップを２段階で展開する。第１段階（図２）において、回転アクチュエータ５を駆動して、第１枢着ポイント３周りにフラップを反時計回りで回転する。第２段階（図３）において、リニアアクチュエータ８を伸展して、第２枢着ポイント７周りにフラップを回転させる。

航行にあたり、フラップを、図１に示すように、翼の前縁輪郭を形成するように後退させる。この位置において、フラップの上方および下方の後縁は、固定翼の輪郭に整列し、第１枢着ポイントは第２枢着ポイント７の下方にある。

図２に示す中間（離陸）位置において、フラップを回転アクチュエータ５により、図示の実施形態においては１５°回転して展開する。結果として起こる翼の前縁の垂れ下りは、自由流が上面上に転向しなければならない角度を減少させることにより、特に高い入射角での前縁吸気圧力のピークを減少させ、したがって、自由流の加速およびピーク時における最小圧力を減少させる。

好適には、図２の中間位置におけるフラップ１と翼の固定前縁２の間に封止を形成し、これにより、スロット付き薄板と比較して抗力増大を減少し、また揚抗比を最大化し、したがって離陸性能を向上させるようにする。

製造公差、ならびにフラップ１および翼の固定前縁２が受ける空力学的荷重による変形があるため、完璧な封止を得るのは困難であることがよくある。したがって、リニアアクチュエータ８は、図２に示すように、前縁フラップの上方後縁１０と航空機翼２の前縁との間に確実な封止力を発生するために作動することができる。すなわち、収納位置（図１）から中間位置（図２）にフラップを展開するように、制御信号をリニアアクチュエータ８に送信することで、第２回動ポイント７の周りに時計回りにフラップを押圧偏倚させ、したがって、フラップと前縁２との間に強い封止力を得ることができる。このことは、従来の単独の作動機構しかない垂下前縁フラップと比較して、フラップの性能を向上する。

フラップが図１の収納位置にあるときに、封止をフラップ１と前縁２との間に形成することができる。封止を収納位置においても同様の方法で維持して、すなわち、航空機翼の前縁２に対してフラップにリニアアクチュエータ８が力を作用させるように作動することにより維持する。

フラップが収納位置と中間位置との間における移動中、コントローラはリニアアクチュエータの伸展に抵抗するようリニアアクチュエータを作動させ続けて、したがって、フラップが移動するときフラップは前縁に押し付けられる。

図３の完全伸展（着陸）配置に移動するために、フラップを両方の作動機構を用いて展開する。すなわち、回転アクチュエータ５は、第１枢着ポイント３周りに一層下方にリンク４を回転し、図示の実施形態においては、２５°回転する。同時に、リニアアクチュエータ８を第２枢着ポイント７の周りに前縁フラップを回転させるよう伸展して、前縁フラップの上方後縁１０を固定前縁７から離れるよう反時計方向に移動させる。リニアアクチュエータ８は図３において、図２に示す方向と反対方向に作動することに留意されたい。

第２枢着ポイント７の周りにおける反時計回転は、固定前縁２の適切な形状および前縁フラップのバックスキン１１の組み合わせで、封止を開放して、スロット１２を形成し、このスロット１２は、空気をスロットに流入させ、また固定前縁２の上面から流出させる。スロット１２はフラップの上方後縁１０に収束接近して、固定前縁２の上面における流れの著しい加速を可能にする。スロット１２の開放は、フラップをスラットとして作用させる。フラップ１の周りにおける循環は、固定前縁２上で発生する速度と逆向きの速度を誘発する（この離隔した素子周りの循環によって）。このことは、主翼における吸気ピークを減少させる効果を有する。吸気ピークが減少する場合に、境界層は、減少した圧力勾配を処理し、翼上面における分離をもたらす流れの勾配を緩和することができる。

要約すれば、上述した本発明の好適な実施形態は、前縁フラップと、固定翼前縁と、２個の作動システムとで構成される、２個の枢着ポイント周りにおける回転に基づく革新的な高揚力前縁システムである。第１作動機構は、垂れ下り効果を生ずる固定翼前縁の周りで、前縁フラップを回転させる。翼の固定前縁の輪郭に連結した第２作動機構は、翼の固定前縁から前縁フラップの後縁が離れるように回転させて、スロットを開く。離陸準備のため、第１作動機構のみを作用させ、前縁の吸気ピークを減少させる垂れ下り効果からの利益を得るようにし、したがってウイングストールを遅延させる。それにもかかわらず、前縁フラップと翼固定前縁との間にスロットを生じないことにより、抗力上昇を最小化する。着陸準備のため、さらなる垂れ下りを、第１作動機構を第２作動機構と組み合わせにより生ずる。このことは、翼の固定前縁とスラット後縁との間でスロットを開放して、高エネルギーの空気流を翼上面の境界層内に流入させ、結果としてさらにウイングストールを遅延させる。

本発明装置は、一定の円弧半径トラック上で展開するものではないので、従来のスラットまたは封止スラットではない。垂れ下り前縁フラップの設計を適応するものである。本発明装置は、枢着ポイント周りにおける初期展開に加えて、翼の固定前縁の形状に結合した第２作動機構を使用して、着陸準備のためにスロットを開放する。通気口を生ずるセッッティングによれば、着陸に際してさらなるストール防止を行うとともに、離陸に際して封止を生ずるセッッティングを維持して、抗力を低いものにする。これにより、垂れ下り前縁フラップによる低抗力性能および小型枢着アーム作動を、スラットによる最適なストール防止を組み合わせることができる。

２重作動機構によれば、固定前縁を比較的低い曲率にすることを可能にし、したがって、特に完全伸展した着陸状態において改善した圧力分布を与える。

本発明を一つ以上の好適な実施形態につき説明したが、様々な変更や改変も、添付の特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱することなく可能である。

例えば、能動的なリニアアクチュエータ８を、従属運動により第２枢着ポイント７の周りで２方向にフラップを回転させる受動的なマルチリンク駆動機構に替えることができる。この例の場合、運動の両方の段階を、単独の作動機構、すなわち回転アクチュエータ５のみによって駆動することができる。

さらに、中間位置において、小さなスロットを開くようにすることもできるが、上述の理由からあまり好ましくない。

Claims (16)

1. 航空機の翼における前縁に高揚力装置を展開するよう構成した作動システムであって、
   ａ．第１枢着ポイントで前記翼に対して、また第２枢着ポイントで前記高揚力装置に対して、回動可能に連結したリンクと、
   ｂ．前記第１枢着ポイントの周りに前記高揚力装置を回転させて、前記高揚力装置を前記前縁周りに収納位置から中間位置に下方に移動させるよう構成した第１作動機構と、
   ｃ．前記第２枢着ポイント周りに前記高揚力装置を回転させるよう構成した第２作動機構と、
   を備えた、該作動システムにおいて、
   前記第２作動機構は前記中間位置から完全伸展位置に前記高揚力装置を移動するよう作動可能とし、また前記高揚力装置が前記収納位置および／または中間位置にあるときに、前記高揚力装置と前記航空機の翼における前縁との間に封止力を発生するよう作動可能とし、当該第２作動機構は、前記第１作動機構とは独立して作動可能とした、作動システム。
2. 請求項１に記載の作動システムにおいて、前記第１作動機構は、第１制御信号を受信する第１制御入力を有する第１アクチュエータを備え、前記第２作動機構は、第２制御信号を受信する第２制御入力を有する第２アクチュエータを備える、作動システム。
3. 請求項１または２に記載の作動システムにおいて、前記高揚力装置が前記収納位置および前記中間位置の両方にあるとき、前記第２作動機構は、前記高揚力装置と前記航空機の翼における前記前縁との間に封止力を発生するよう作動可能とした、作動システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の作動システムにおいて、前記第２作動機構は、前記中間位置から前記完全伸展位置に前記高揚力装置を移動させるよう、第１方向に作動可能とし、前記高揚力装置と前記航空機における翼の前縁との間に封止力を発生するよう、前記第２方向に作動可能とした、作動システム。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステムにおいて、前記第２作動機構は、前記リンクまたは前記翼に対して回動可能に連結し、また前記高揚力装置に回動可能に連結した、作動システム。
6. 請求項５に記載の作動システムにおいて、前記第２作動機構は、リニアアクチュエータとした、作動システム。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の作動システムにおいて、前記第１枢着ポイントは、前記高揚力装置の少なくとも一つの位置において前記第２枢着ポイントの下方にある、作動システム。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の作動システムにおいて、前記作動システムは、少なくとも前記第１枢着ポイントの回りに前記高揚力装置を回転させて、収納位置から前記航空機における翼の前記前縁と前記高揚力装置が係合する中間位置に前記高揚力装置を移動させるよう構成し、また、さらに、少なくとも前記第２回動ポイントの回りに前記高揚力装置を回転させて、前記中間位置から完全伸展位置に前記高揚力装置を移動させるよう構成した、作動システム。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の作動システムを用いて、航空機における翼の前縁上で高揚力装置を展開する方法であり、
   ａ．少なくとも前記第１作動機構の作動により、前記第１枢着ポイントの回りに前記高揚力装置を回転させて、収納位置から中間位置に前記前縁の周りで前記高揚力装置を下方に移動させるステップと、
   ｂ．少なくとも第２作動機構の作動により、前記第２枢着ポイントの回りで前記高揚力装置を回転させて、前記中間位置から完全伸展位置に前記高揚力装置を移動させるステップと、
   ｃ．前記高揚力装置が収納位置および／または中間位置にあるときに、前記第２作動機構を作動させて、前記高揚力装置と前記航空機における翼の前記前縁との間に封止力を発生するようにするステップとを有し、さらに、
   前記第２作動機構を前記第１作動機構とは独立して作動させるステップを有する方法。
10. 請求項９に記載の方法において、前記第２作動機構は、第１方向に作動させて、前記中間位置から完全伸展位置に前記高揚力装置を移動させるようにし、また第２方向に作動させて、前記高揚力装置と前記航空機における翼の前記前縁との間に封止力を発生させるようにする、方法。
11. 請求項９または１０に記載の方法において、さらに、前記第１作動機構を前記第２作動機構と同時に作動させるステップを有する、方法。
12. 請求項９に記載の方法において、さらに、第１制御信号を用いて前記第１作動機構を作動させるステップと、第２制御信号を用いて前記第１作動機構とは独立して前記第２作動機構を作動させるステップと、を有する、方法。
13. 請求項９〜１２のいずれか記載の方法において、さらに、前記高揚力装置が前記完全伸展位置にあるときに、前記高揚力装置と前記航空機における翼の前縁との間にスロットを形成するステップと、前記高揚力装置が前記完全伸展位置にあるときに、前記翼の上面にスロットを通して空気を流すステップと、を有する方法。
14. 請求項９〜１３のいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記高揚力装置が前記中間位置にあるときに前記高揚力装置を前記翼の前縁に係合させるステップを有する方法。
15. 請求項９〜１４のいずれか一項に記載の方法において、さらに、前記第２作動機構を作動させて、前記高揚力装置が前記収納位置および前記中間位置の両方にあるときに、前記高揚力装置と前記航空機における翼の前記前縁との間に封止力を発生するようにした、ステップを有する方法。
16. 請求項１５に記載の方法であって、さらに、前記収納位置から前記中間位置に前記前縁の周りで下方に移動するとき、前記第２作動機構を作動させて、前記航空機における翼の前記前縁に対して前記高揚力装置を押し付けるようにする、ステップを有する方法。
    

Images