KR20180121569A - 에어포일을 위한 가장자리 변경 장치 - Google Patents

에어포일을 위한 가장자리 변경 장치 Download PDF

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KR20180121569A
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스리다르 코타
그레고리 에프. 얼빈
지아-쉬엔 로
커-지아 루
드라간 마릭
마크 알. 트로스트
루이-칸 케이. 창
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플렉시스, 아이엔씨.
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Abstract

에어포일의 가장자리 변경 장치는 함께 접합된 순응성 상부 표면 및 순응성 하부 표면을 포함한다. 액튜에이터는 구동 표면에 결합되고 구동 표면을 움직여서 그것의 형상을 변화시키도록 작동되는데, 구동 표면의 작동에 응답하여 비구동 표면이 그것의 형상을 변화시킨다. 상부 및 하부 표면들은 비행기의 고정익의 전통적인 플랩에 장착된 서브 플랩의 일부일 수 있다. 상부 및 하부 표면들은 플랩에 있는 현존의 구조에 장착될 수 있거나, 또는 플랩 구성 요소들이 서브 플랩에 장착될 수 있다. 상부 및 하부 표면들은 항공기의 고정익에서 전통적인 플랩을 대안으로 교제할 수 있다. 상부 및 하부 표면들은 연속적일 수 있고, 플랩 또는 날개에 대하여 날개 길이 방향으로 비틀리거나, 상방향 또는 하방향으로 편향될 수 있다.

Description

에어포일을 위한 가장자리 변경 장치
본 출원은 2016 년 2 월 29 일자로 제출된 미국 가출원 No. 62/301,143 의 우선권을 주장하며, 상기 출원은 본원에 전체로서 참고되도록 포함된다.
본 발명은 전체적으로 적합화된 순응성 표면 윤곽(adaptive compliant surface contours)을 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 예를 들어, 날개, 로터 블레이드, 항공기의 다른 제어 표면, 수상함(surface craft), 잠수함 및 유사한 것의 표면 윤곽 제조 시스템에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 고정익 및 회전익 항공기를 위한 제어 표면들의 가변적인 표면 윤곽을 제조하는 시스템에 관한 것이다.
조절 가능하고 가변적인 윤곽을 가진 표면들의 필요성은 항공기 및 선박의 제어 표면들로부터 특수한 가구의 범위에 이르기까지 다양한 범위의 적용예에서 존재한다. 그 어떤 상기 적용예에서도 표면 윤곽을 변화시키는 성능의 부재(abjent)는 최적으로 설계되지 않은 시스템 및 제품의 생성을 초래하지만, 대신에 상충하는 설계 목표 사이에서의 절충으로서 구성된다. 항공기용 에어포일(airfoil)의 경우에, 전체적인 항력은 에어포일과 그 둘레에서 유동하는 공기 사이의 마찰 및, 항공기 날개에 제공되는 힘의 양력 성분의 조합으로부터 초래된다는 점이 알려져 있다. 그러한 적용예에서, 에어포일 두께, 에어포일 캠버, 에어포일 길이 및 폭과 유사한 것들 사이에서 무수한 변화가 이루어질 수 있다. 따라서, 통상적인 에어포일은 수용 가능한 양력:항력 비율(lift:drag ratio)을 이루는 엔지니어링 절충의 구현일 뿐이며, 이것은 주된 비행 제어 파라미터이다. 따라서, 에어포일의 형상 및 관련된 제어 표면들의 윤곽에서 유리한 변화를 이룰 수 있는 구성에 대한 필요성이 있다.
상이한 비행 조건들을 위하여 항공기 날개를 최적화시키기 위하여 항공기 날개와 같은 에어포일의 치수 및 윤곽을 변화시키는 구성에 대한 필요성이 있다. 따라서, 예를 들어, 안정되고 방해받지 않는 비행을 위하여 최적인 날개 구성은 이륙 및 착륙 동안에 최적화되는 날개 구성과 상이할 것이다. 만약 에어포일의 윤곽이 에어포일의 길이 전체를 통하여 일정하지 않은 방식으로 조절되지만, 날개의 제어 표면을 따라서 비틀림을 형성하도록 예시적으로 변화된다면 유리할 것이다. 선박의 수중익 및 고속 육상 차량의 스포일러(spoiler)와 같은 다른 적용예에서 그러한 표면들의 윤곽 및 구성을 최적화시키기 위한 필요성이 있다.
상기에 더하여, 에어포일, 수중익(hydrofoil), 스포일러등에 관련되지 않은 적용예를 위한 표면 윤곽의 유리한 변화를 부여하는 시스템의 필요성이 있다. 그러한 다른 적용예는 예를 들어 유체 통로 뿐만 아니라 등 지지부를 포함하는, 조절 가능한 좌석 표면을 포함할 수 있으며, 유체 통로의 치수들은 차량 엔진의 흡기 통로와 같이 변화되도록 소망된다.
따라서, 본 발명의 목적은 표면의 윤곽을 변화시키는 간단하고 경제적인 구성을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항에 기재된 발명에 의하여 달성될 수 있다.
도 1 은 고정익, 플랩 및, 상기 플랩에 부착된 서브 플랩을 가진 항공기의 부분적인 투시도이다.
도 2 는 연장 위치에 있는 플랩 및 서브 플랩을 가진 항공기의 부분적인 투시도이다.
도 3 은 플랩 및 서브 플랩의 투시도이다.
도 4 는 플랩 및 서브 플랩의 분해도이다.
도 5 는 플랩 및 서브 플랩의 단면도로서, 플랩 및 서브 플랩의 상부 및 하부 표면들을 도시한다.
도 6 은 플랩 및 서브 플랩의 부분적인 단면도이다.
도 7 은 플랩에 장착되는 서브 플랩 모듈의 일 실시예를 도시하는 분해도이다.
도 8 은 플랩에 장착되는 서브 플랩 모듈의 다른 실시예를 도시하는 분해도이다.
도 9 는 플랩 및 서브 플랩의 측단면도로서, 서브 플랩이 플랩에 대하여 아래로 편향되어 있다.
도 10 은 플랩 및 서브 플랩의 측단면도로서, 서브 플랩이 플랩에 대하여 위로 편향되어 있다.
도 11 은 플랩 및 서브 플랩의 측부 단면도로서, 서브 플랩은 아래로 편향된 위치 및 위로 편향된 위치에서 도시되어 있다.
도 12 는 날개 길이 방향 비틀림을 겪는 서브 플랩의 투시도로서, 내측 단부는 아래로 편향되고 외측 단부는 위로 편향되어 있다.
도 13 은 날개 길이 방향 비틀림을 겪는 서브 플랩의 투시도로서, 외측 단부는 아래로 편향되고 내측 단부는 위로 편향되어 있다.
도 14 는 플랩에 부착된 3 개의 서브 플랩들을 가진 플랩의 투시도이다.
도 15 는 에일론(aileron)에 부착된 서브 플랩을 도시하는 투시도이다.
도 16 은 연장되고 피봇된 상태에 있는 전통적인 플랩의 단면도이다.
도 17 은 서브 플랩이 플랩에 대하여 아래로 편향된 상태에서 플랩 및 서브 플랩이 연장되고 피봇된 상태를 도시하는 단면도로서, 플랩은 도 16 에서보다 작은 정도로 연장된다.
도 18 은 순응성 플랩을 가진 날개의 대안의 실시예에 대한 단면도이다.
도 19 는 도 18 의 순응성 플랩의 단면도이다.
도 20 은 순응성 플랩의 상부 및 하부 표면들에 접합된 스트링어를 가진 순응성 플랩의 단면도이다.
도 21 은 순응성 플랩의 상부 및 하부 표면들에 리벳 결합된 스트링어를 가진 순응성 플랩의 단면도이다.
도 22 는 코드 방향에서 테이퍼 두께를 가진 순응성 플랩의 단면도이다.
도 23 은 날개 길이 방향에서 테이퍼 두께를 가진 순응성 플랩의 단면도이다.
도 24 는 C 비임 형상을 가진 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 25 는 대안의 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 26 은 대안의 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 27 은 대안의 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 28 은 만곡된 동체 부분을 가진 대안의 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 29 는 유연성 부재의 형태로 대안의 스트링어를 도시하는 순응성 플랩의 단면도이다.
도 30 은 일체로 형성된 스트링어를 가진 순응성 플랩의 단면도이다.
도 1 은 당해 기술에서 공지된 방식으로 항공기 동체(14)로부터 연장된 날개(12)를 구비하는 항공기(10)를 도시한다. 대응하는 날개(미도시)는 항공기 동체(14)의 대향측으로부터 연장된다. 도시된 바와 같이, 항공기(10)는 비행기의 형태이다.
날개(12)는 에어포일(airfoil)의 형태이고 선단 가장자리(16) 및 종단 가장자리(18)를 구비한다. 선단 가장자리(16)는 전체적으로 고정된 날개 동체(20)의 전방에 배치된다. 날개 동체(20)는 그것이 통상적으로 작동되지 않고 능동적인 위치 변화를 겪지 않는 의미로 고정되며, 당해 기술 분야에서 공지된 바와 같이, 이륙, 착륙, 순항 조건을 포함하는 비행 조건 동안에 날개(10)가 겪는 부하에 응답해서만 날개 동체(20)의 움직임이 일반적으로 발생될 것이다.
날개(10)는 고정된 날개 동체(20)에 부착되고 결합된 플랩 부재(flap member, 22)를 더 구비한다. 플랩 부재(22)는 날개 동체(20)의 후방에 위치되고 종단 가장자리(18) 또는 종단 가장자리(18)의 일부를 형성할 수 있다. 플랩 부재(22)는 날개 동체(20)에 대하여 후방으로 연장될 수 있고 또한 날개 동체(20)에 대하여 피봇될 수 있도록, 당해 기술 분야에서 공지된 방식으로 플랩 부재(22)가 고정 날개 동체(20)에 부착 및 결합된다. 따라서, 이륙, 착륙 및 순항 조건들과 같은 상이한 비행 조건들 동안에 소망되는 바와 같이, 플랩 부재(22)는 날개 동체(20)에 대하여 후방으로 연장될 수 있고 아래로 피봇될 수도 있으며, 상방으로 피봇되고 전방 방향으로 수축될 수 있다.
날개(12)는 플랩(22)의 외부에서 플랩(22)과 날개(10)의 외측 단부 사이에 보조익(24)을 더 포함할 수 있다. 보조익(24)은 플랩(22)과 유사하게, 당해 기술에서 공지된 바와 같이 소망에 따라서 정상 위치로부터 날개 동체(20)에 대하여 아래로 피봇될 수 있고 하방향 위치로부터 정상 위치로 상방향 피봇될 수 있다. 도 1 은 플랩(22)이 수축되고 집어 넣어진 위치에 있는 것을 도시하는데, 이것은 순항 비행 조건 동안의 전형적인 위치이다. 도 2 는 플랩(22)이 연장된 위치에 있는 것을 도시하며, 이것은 아래로 피봇될 뿐만 아니라 후방으로 움직인 것이다 (음의 편향(negative deflection)).
도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이, 플랩(22)은 서브 플랩(sub-flap, 30)을 더 포함하는데, 이것은 때때로 트림 탭(trim-tab)으로 지칭된다. 서브 플랩(30)은 플랩(22)의 후방 부분에 배치되고, 부분적으로 날개(10)의 종단 가장자리(18)를 형성한다. 이하에 더 설명되는 바와 같이, 서브 플랩(30)은 플랩(22)에 대하여 움직일 수 있고, 따라서 서브 플랩(30)은 날개 동체(20)에 대한 플랩(22) 및, 플랩(22)에 대한 서브 플랩(30)의 성분 움직임으로서 날개 동체(20)에 대하여 움직일 수 있다. 서브 플랩(30)은 또한 플랩(22)의 움직임에 독립적으로 날개 동체(20)에 대하여 움직일 수도 있다. 서브 플랩(30)의 움직임은 서브 플랩(30)의 변위 또는 서브 플랩(30)의 변형 또는 이들 양쪽의 조합의 결과이다. 서브 플랩(30)의 변위는 피봇팅(pivoting) 또는 병진(translating) 또는 피봇팅과 병진의 조합과 같은 단단한 동체 움직임에 기인하여 발생될 수 있다. 서브 플랩(30)의 변형(deformation)은 이후에 더 설명되는 바와 같이 서브 플랩(30)에서의 형상 변경(shape morphing)을 이루기 위하여 의도적으로 이루어질 수 있거나, 또는 변형은 비행하는 동안 날개 동체의 굽힘(flexing)과 같은 외부 하중에 의해 야기될 수 있다.
도 3 및 도 4 는 날개 동체(20) 및 날개(12)의 나머지로부터 격리된 플랩(22) 및 서브 플랩(30)을 도시한다. 도 3 은 서브 플랩(30)이 플랩(22)의 후방에 배치된 것을 도시하고, 도 4 는 플랩(22) 및 서브 플랩(30)의 분해도를 도시한다.
서브 플랩(30)은 순응성 구조체(compliant structure)의 형태로서, 이것은 상이한 비행 조건들에 맞추도록 또는 다양한 이유로 상이한 비행 기동 또는 조건들을 이루도록 그것의 형상을 변화시킬 수 있다. 서브 플랩(30)의 순응성 구조체는 유연성이 있고 충분한 탄성을 가지면서 탄성적이어서 그것에 힘이 가해질 때 형상을 변화시키거나 변경이 이루어진다. 서브 플랩(30)의 순응성 구조체는 외부 부하를 지탱할 수 있어서, 서브 플랩(30)은 부하를 지탱하는 순응성 구조체이다.
도 5 및 도 6 을 참조하면, 서브 플랩(30)은 순응성 상부 표면(32) 및 순응성 하부 표면(34)을 구비한다. 상부 표면(32) 및 하부 표면(34)은 탄성적이고 이후에 더 설명되는 바와 같이 작동되는 것에 응답하여 상이한 형상들에 맞춰질 수 있다. 여기에서 사용되는 바로서, "표면"이라는 용어는 서브 플랩의 상부 영역 또는 하부 영역에 배치된 전체 순응성 구조체를 지칭한다.
상부 및 하부 표면(32, 34)들은 단일 시트(single sheet) 또는 겹(ply)으로 만들어질 수 있고 일체형 구조(monolithic structure)를 가질 수 있어서, 구조체는 수직으로뿐만 아니라, 날개 길이 방향(span-wise) 및 코드 방향(chord-wise)에서 솔리드(solid)형이다. 대안으로서, 표면들은 다수의 겹(ply)으로부터 만들어질 수 있으며, 이들은 서로의 위에 층을 이루고 당해 기술에 공지된 방식으로 서로 접합된다. 다수 겹들의 각각의 겹은 수직으로뿐만 아니라, 날개 길이 방향 및 코드 방향에서 연속적이고 중실형일 수 있다. 겹(ply)들의 조합은 수직으로 연속적이지 않을 것인데, 이들은 서로의 상부에 층을 이룬 분리 구조체일 것이기 때문이다. 겹들은 상이한 전체 형상들을 가질 수 있어서, 겹들의 층은 날개 길이 방향으로 또는 코드 방향으로의 상이한 위치들에서 상이한 전체 두께를 초래할 수 있는데, 전체 표면의 일부는 일부 영역에서 더 적은 겹들을 가져서 수직 방향으로 얇아지거나, 다른 영역들에서 더 많은 겹들을 가질 수 있어서 두꺼워질 것이다.
도 6 을 참조하면, 상부 표면(32) 및 하부 표면(34) 각각은 내측 표면 및 외측 표면을 구비한다. 특히, 상부 표면(32)은 상부 외측 표면(32a) 및 상부 내측 표면(32b)을 형성하고, 하부 표면(34)은 하부 외측 표면(34a) 및 하부 내측 표면(34b)을 형성한다. 상부 및 하부 내측 표면(32b, 34b)들은 서로를 향하고 서로 대향하도록 배치된다. 서로로부터 이탈되게 향하는 상부 및 하부 외측 표면(32a, 34a) 각각은 통상적으로 서브 플랩(30) 외부의 환경에 노출된다.
서브 플랩(30)은 상부와 하부 표면(32,34) 사이에 배치된 공동(36)을 한정한다. 공동은 통상적으로 그 안에 배치된 다양한 구조체 또는 메커니즘들을 가진 "오픈-에어(open-air)"인데, 상기 구조체 또는 메커니즘들은 예를 들어 부하를 지탱하는 성능, 링크 성능(linkage capabilities) 또는 상부 및 하부 표면(32,34)의 작동을 제공하기 위한 것이다. 공동(36) 안에 배치된 구조체들은 이후에 더 상세하게 설명될 것이다.
하나의 접근 방식에서, 서브 플랩(30)의 상부 및 하부 표면(32, 34)들은 표면(32,34)들의 후방 가장자리에 배치된 정점(38)에서 수렴하도록 구성된다. 그에 의하여 정점(38)은 상부 표면(32)을 하부 표면(34)에 접합시키고, 서브 플랩(30)에 의해 형성된 종단 가장자리(18)의 일부를 형성한다.
정점(38)은 표면(32, 34)들의 후방 가장자리에 배치된 것으로 설명되었지만, 정점(38)은 표면(32, 34)들의 후방 부분들을 구비하는 것으로 간주될 수도 있어서, 정점(38)이 서브 플랩(30)의 가장 최후방 지점에 반드시 제한되는 것은 아니다. 하나의 접근 방식에서, 상부 및 하부 표면(32, 34)들은 스트링어(stringer)를 통하여 서로 결합될 수 있으며, 상기 스트링어는 상부와 하부 표면(32, 34)들 사이에서 연장되어 상부 및 하부 표면(32, 34)들을 함께 연결한다. 정점(38)은 최후방 스트링어의 후방에 배치되는 구조로 간주될 수 있다. 상부와 하부 표면(32, 34)들 사이에서 연장되는 스트링어들은 이후에 더 상세하게 설명된다.
서브 플랩(30)은 바람직스럽게는 전통적인 비행기에서 사용된 전형적인 플랩(22)의 현존하는 구조체에 부착되도록 구성된다. 이러한 방식으로, 바람직스럽게는 서브 플랩(30)이 설치될 영역의 플랩(22)의 현존하는 구조체를 서브 플랩(30)이 대체할 것이다. 예를 들어, 후방 정점을 구비하고 종단 가장자리를 형성하는 플랩(22)의 후방 부분은 바람직스럽게는 플랩(22)으로부터 제거되거나, 또는 플랩(22)의 초기 구성에 포함되지 않는다. 그러나, 서브 플랩(30)이 구성되어 플랩(22)의 초기 구조에 포함될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 플랩(22)의 상부 표면은 동일한 제작 단계에서 서브 플랩(30)의 상부 표면을 포함하도록 인접할 수 있다. 도 1 내지 도 6 에 도시된 바와 같이, 플랩(22)의 후방 부분은 이미 플랩(22)으로부터 제거되었거나, 또는 플랩(22) 및 서브 플랩(30)의 조합의 구성에 포함되지 않는다.
도 5 에 도시된 바와 같이, 플랩(22)은 상부 표면(42) 및 하부 표면(44)을 구비하고, 이들은 함께 접합되고 전방 정점(46)을 형성한다. 상부 표면(42)은 통상적으로 당해 기술에서 전형적인, 외측으로 향하는 볼록한 만곡을 가지고, 하부 표면(44)은 도 5 에서 전체적으로 평탄한 구성을 가진 것으로 도시되어 있다. 그러나, 플랩(22)의 표면들은 상이한 형상들을 가질 수 있는 것으로 이해될 것이다.
서브 플랩(30)의 상부 표면(32)은 플랩(22)의 상부 표면(42)의 후방 가장자리(42a)와 짝을 이루도록 크기 및 구성이 이루어짐으로써 상부 인터페이스를 형성한다. 하부 표면(34)은 플랩(22)의 하부 표면(44)의 후방 가장자리(44a)를 향하여 연장되도록 크기 및 구성이 이루어짐으로써, 서브 플랩(30)의 하부 표면(34) 및 플랩(22)의 하부 표면(44)은 전체적으로 정렬되고, 일부 경우에 있어서, 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 대하여 공칭 또는 중립이고 작동되지 않은 위치에 있을 때 공통 평면을 이룬다. 공칭의 위치는 도 5 및 도 6 에 도시되어 있다.
서브 플랩(30)의 하부 표면(34) 및 플랩(22)의 하부 표면(44)은 하부 표면(44)의 후방 가장자리(44a)와 하부 표면(34)의 전방 가장자리(34a) 사이에서 갭(gap, 46)을 형성하도록 조합될 수도 있다. 이러한 갭(46)은 서브 플랩 하부 표면(34)이 플랩(22)에 대하여 작동될 수 있고 움직일 수 있게 한다. 예를 들어, 서브 플랩 하부 표면(34)은 플랩(22)을 향하여 당겨질 수 있어서, 갭(46)이 더 작아질 수 있게 하거나, 또는 플랩(22)으로부터 멀어지게 밀릴 수 있어서 갭(46)이 더 커지게 한다.
다른 접근 방식에서, 서브 플랩 하부 표면(34)은 미끄럼 방식 및/또는 겹침 방식으로 플랩(22)의 하부 표면(44)과 접촉할 수 있거나, 또는 플랩 하부 표면(44)에 의해 형성된 슬롯 안에 수용되어 그 안에서 미끄럼 병진될 수 있다.
다른 접근 방식에서, 서브 플랩 하부 표면(34)은, 플랩(22)의 상부 표면(42)과 서브 플랩(30)의 상부 표면(32) 사이의 도시된 인터페이스와 유사하게, 플랩 하부 표면(44)에 부착될 수 있거나 또는 플랩 하부 표면과 짝을 이룰 수 있으며, 서브 플랩 하부 표면(34)은 서브 플랩 하부 표면(34)이 작동될 때 플랩(22)에 대하여 길이 방향으로 신장될 수 있는 유연하고 탄성 있는 재료로 만들어진다.
대안의 접근 방식에서, 도 5 및 도 6 에서 도시된 바와 같이 상부 표면(32, 42)들이 서로 짝을 이루는 방법과 유사하게, 즉, 전체적으로 고정된 방식으로, 하부 표면(34, 44)들이 서로 짝을 이룰 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 상부 표면(32, 42)들은 갭(46)과 유사한 갭을 형성하도록 조합될 수 있거나, 또는 상부 표면들은 그 사이에 연장된 유연성 재료(flexible material)와 짝을 이룰 수 있으며, 상부 표면(32)은 플랩(22)에 대하여 구동되는 표면이다.
따라서, 상부 표면(32) 또는 하부 표면(34)은 구동 표면(driven surface)으로서 지칭될 수 있고, 2 개의 표면(32, 34)들중 다른 것은 비구동 표면(non-driven surface)으로서 지칭될 수 있다. 그러나, 이것은 비구동 표면이 움직이지 않거나 형상을 변화시키지 않음을 의미하지 않는다; 오히려, 비구동 표면은 구동 표면을 움직이는 것에 응답하여 형상을 변화시킬 것이다. 여기에 도시된 바로서, 하부 표면(34)은 구동 표면으로서 도시되고, 상부 표면(32)은 비구동 표면으로서 도시되어 있다. 양쪽 표면(32, 34)들 모두 구동 표면일 수 있다는 점이 이해될 것이다. 예를 들어, 표면들중 하나 (32 또는 34)는 서브 플랩(30)의 양의 편향(positive deflection)을 이루도록 구동될 수 있고, 표면들중 다른 하나 (32 또는 34)는 서브 플랩(30)의 음의 편향을 이루도록 구동될 수 있거나, 또는 양쪽 표면(32, 34) 모두 동시에 구동되어 다른 편향 형상을 만들 수 있다.
서브 플랩(30)은 다른 방법으로 플랩(22)에 부착될 수 있다. 하나의 접근 방식에서, 도 6 에 도시된 바와 같이, 플랩(22)은 플랩(22)의 내측 단부로부터 플랩(22)의 외측 단부로 날개 길이 방향(span wise)으로 연장된 후방 스파(rear spar, 50)를 구비한다. 후방 스파(50)는 플랩(22)의 하부 표면(44)과 상부 표면(42) 사이에서 전체적으로 수직으로 연장된다. 후방 스파(50)는 플랩(22)에 대하여 지지 및 부하 지탱 성능을 제공하고, 또한 장착 부재로서 작용하기도 하여 다양한 서브 플랩 구성 요소들이 그에 장착된다. 플랩(22)은 당해 기술 분야에 공지된 바와 같이 후방 스파(50)의 전방의 위치들에서 다른 스파들을 구비할 수 있고, 이러한 추가적인 스파들은 명확성을 위하여 제거되었다.
후방 스파(50)는 하나의 접근 방식에서 한쌍의 플랜지(52, 54)를 가진 전체적으로 C 형상의 단면을 가질 수 있으며, 플랜지들은 후방 스파(50)로부터 전방으로 연장되고 플랩(22)의 상부 및 하부 표면(42, 44)들 안에 각각 배치된다. 후방 스파(50)는 플랜지(52, 54)들 사이에 연장된 동체 부분(56)을 더 구비한다. 동체 부분은 수직으로 정렬될 수 있고, 플랩(22)의 공칭 위치 또는 관절 위치에서 수직에 대하여 가로지른 각도로 배치될 수 있다.
후방 스파(50)는 리벳팅(riveting), 용접, 접합 또는 다른 형태의 기계적 부착을 통하여 상부 및 하부 표면(42, 44)에 부착될 수 있다. 후방 스파(50)는 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 장착되게 하는 장착 위치로서 기능한다. 그러나, 이후에 더 설명되는 바와 같이, 후방 스파(50)는 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 부착될 수 있게 하면서 생략될 수 있다.
서브 플랩(30)은 도 6 에 도시된 바와 같이 장착 브래킷(60)을 더 구비할 수 있으며, 이것은 플랩(22)의 후방 스파(50)에 장착되도록 구성된다. 브래킷(60)은 하나의 접근 방식에서 L 형상 브래킷의 형태로서, 상부 플랜지(62) 및, 상기 플랜지(62)로부터 하방향으로 연장된 동체 부분(64)을 가진다. 플랜지(62)는 리벳팅, 용접, 접합 또는 다른 유형의 기계적 부착을 통하여 서브 플랩의 상부 표면(32)에 부착되거나 또는 장착된다. 동체 부분(64)은 수직으로 정렬될 수 있고, 상이한 각도들에서 정렬될 수도 있다.
도 6 에 도시된 바와 같이, 동체 부분(64)은 후방 스파(50)의 동체 부분(56)과 짝을 이루고 그에 부착되도록 크기 및 구성이 이루어진다. 동체 부분(64)이 후방 스파(50)에 장착됨으로써, 상부 표면(32, 42) 및 하부 표면(34, 44)들이 바람직스럽게는 정렬되어서, 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 대한 공칭 위치(nominal position)에 있을 때 전통적인 플랩을 닮은 외측 프로파일을 가진 플랩(22) 및 서브 플랩(30)의 조립체가 초래된다.
서브 플랩(30)은 항공기의 작동중에 발생되는 다양한 비행 제어 필요성에 의존하여 그것의 형상을 변화시키도록 구성된다. 서브 플랩(30)의 형상은 작동에 응답하여 변화될 것이다. 보다 상세하게는, 상부 표면(32) 또는 하부 표면(34)이 형상을 변화시키도록 작동될 수 있다.
도 5 및 도 6 에 도시된 바와 같이, 하부 표면(32)은 서브 플랩(30)의 형상을 변화시키도록 작동되게끔 구성된다. 특히, 하부 표면(32)이 작동되고, 상부 표면(34)에 대한 그것의 연결은 상부 및 하부 표면(32, 34)들이 그들의 형상을 변화시키게 한다. 그러나, 상부 표면(32)이 작동되는 표면일 수 있고, 하부 표면(34)은 상부 표면(32)에 대한 그것의 연결에 기초하여 응답되게 작동된다는 점이 이해될 것이다. 작동되는 표면은 구동 표면으로서 지칭될 수 있고, 대향하는 표면은 비구동 표면으로서 지칭된다.
도 5 내지 도 8 을 참조하면, 상부 표면(32) 또는 하부 표면(34)을 작동하도록, 서브 플랩은 적어도 하나의 액튜에이터(70)를 포함한다. 하나의 접근 방식에서, 2 개의 액튜에이터(70)들이 제공된다. 액튜에이터(70)들은 서브 플랩(30)을 작동시킬 수 있게 하면서 다양한 위치들에 배치될 수 있다.
하나의 접근 방식에서, 액튜에이터(70)들은 로드(rod, 72)를 가진 전기 기계적 선형 액튜에이터의 형태이며, 이것은 로드(72)의 이동을 따라서 다양한 위치들로 병진, 연장 또는 수축될 수 있다. 도시된 바와 같이, 로드(72)는 서브 플랩(30)의 하부 표면(32)에 부착된다. 보다 상세하게는, 로드(72)는 드라이브 바아(drive bar, 74)에 부착되며, 이것은 서브 플랩(30)의 하부 표면(32)과 일체로 형성되거나 또는 하부 표면(32)에 부착된다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 드라이브 바아(74)는 서브 플랩 하부 표면(32)의 증가된 두께 부분의 형태이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 드라이브 바아(74)는 하부 표면(32)에 부착된 분리 부재이다.
액튜에이터(70)들이 바람직스럽게는 서브 플랩(30)을 따라서 상이한 측방향 위치 또는 날개 길이 방향 위치들에 위치된다. 따라서, 하나의 액튜에이터(70)는 기체 내부 위치(inboard location)에 위치되고, 다른 액튜에이터(70)는 기체 외부 위치에 위치된다. 액튜에이터들 각각은 대응하는 로드(72)들을 통하여 드라이브 바아(74)에 부착된다. 액튜에이터(70)들은 전방 방향 및 후방 방향으로 독립적으로 각각 작동 가능하며, 작동의 정도(로드(72)가 연장되거나 또는 수축되는 양)도 독립적으로 제어 가능하다. 도 5 내지 도 7 에 도시된 바와 같이, 액튜에이터(70)들은 서브 플랩(30)의 브래킷(60)에 부착된다. 그러나, 액튜에이터(70)들은 대안으로서 다른 구조체에 부착될 수 있다.
액튜에이터(70)들의 공칭 위치로부터, 서브 플랩(30)은 그것의 공칭 위치(도 5 및 도 6)에 위치된다. 도 10 에 도시된 바와 같이, 서브 플랩(30)의 양(positive)의 편향 또는 상방향 편향을 일으키도록, 액튜에이터(70)들이 작동함으로써 로드(72)들은 후방으로 연장되고 하부 표면(32)에 부착되거나 그것의 일부에 부착된 드라이브 바아(74)를 민다. 이것은 하부 표면(32)이 후방으로 움직이게 하고, 상부 표면(34)에 대한 하부 표면(32)의 부착은 표면(32,34)들의 정점(38)이 위로 움직이게 하고, 상부 표면(32) 및 하부 표면(34)이 위로 굽히게 한다. 로드(72)가 연장되는 양은 서브 플랩(30)이 위로 편향될 양을 결정한다.
서브 플랩(30)을 아래로 편향시키도록, 공칭 위치 또는 상방향으로 편향된 위치로부터, 로드(72)는 전방 방향으로 수축되고 움직인다. 이것은 하부 표면(34)이 액튜에이터에 인접하게 당겨지는 결과를 가져오고, 하부 표면(34) 및 상부 표면(32)이 그에 의하여 아래로 편향된다. 도 9 는 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 대하여 하방향 또는 음의 편향 위치(negatively deflected position)에 있는 것을 도시한다. 도 11 은 참고로 서로 중첩되어 있는 상방향 편향 상태 및 하방향 편향 상태 모두를 도시한다.
액튜에이터(70)들과 하부 표면(34) 사이의 상기 설명된 관계는 상부 표면(32)에도 적용될 것이다. 그러나, 서브 플랩(30)의 결과적인 상방향 또는 하방향 편향은 로드(72)가 연장되는 방향에 따라서 양(positive)의 편향일 것이다. 로드(72)의 후방 움직임은 서브 플랩(30)을 아래로 편향시키고, 로드(72)의 전방 움직임은 서브 플랩(30)을 위로 편향시킬 것이다.
위에 설명된 바와 같이, 액튜에이터(70)들은 상이한 위치들에 장착될 수 있다. 하나의 접근 방식에서, 액튜에이터(70)들은 상부 및 하부 표면(32,34)들에 의해 형성된 공동(36) 안에서 서브 플랩의 브래킷(60)에 장착된다. 다른 접근 방식으로, 도 7 에 도시된 바와 같이, 액튜에이터(70)들은 플랩(22)의 상부 및 하부 표면(42, 44) 내부에서 후방 스파(50)로부터 전방의 위치에서 플랩(22) 안에 장착될 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 로드(72)들은 브래킷(60) 및 후방 스파(50)에 배치된 통로들 또는 구멍들을 통해 연장되어 필요에 따라서 로드(72)들이 전방 및 후방으로 왕복될 수 있게 한다. 다른 접근 방식(미도시)에서, 액튜에이터(70)들은 날개 동체(20) 안에 배치될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 서브 플랩(30)은 표면들중 하나(구동 표면)의 작동에 응답하여 형상을 변화시킬 것이고, 다른 표면(비구동 표면)은 그들이 서로 연결됨에 기인하여 움직일 것이다. 상부 및 하부 표면(32, 34)들은 서브 플랩(30)의 전방과 후방 사이에서 코드 방향(chord-wise)의 다른 위치들에 연결될 수 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 서브 플랩(30)은 상부와 하부 표면(32, 34)들 사이에서 연장된 한쌍의 웹(web) 또는 스트링어(80)를 구비한다. 스트링어(50)들은 서브 플랩(30)의 공동(36) 안에서 전체적으로 날개 길이 방향(span-wise direction)으로 연장된다. 도시된 바와 같이, 2 개의 스트링어(80)들이 도시되어 있다; 그러나 소망에 따라서 단일의 스트링어(80)가 사용될 수 있거나 또는 더 많은 스트링어(80)들중 3 개가 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 대안으로서, 스트링어들이 사용되지 않을 수 있다. 스트링어(80)들은 후방 정점에서 표면들 사이의 연결에 의해 제공되는 움직임 전달 기능 및 링크 기능(linkage function)에 더하여, 상부 표면과 하부 표면(32, 34) 사이에서 움직임을 전달하도록 상부 표면과 하부 표면 사이의 링크 기능을 제공할 수 있다. 스트링어들이 없는 경우에, 후방 정점에서의 표면(32, 34)들 사이의 연결에 의해 링크 및 움직임이 여전히 제공된다. 스트링어(80)는 하중 지탱 기능을 제공할 수도 있다. 하나의 접근 방식에서, 단단한 종단 에지 플러그(rigid trailing edge plug, 81)(도 6 에 도시됨)가 최후방 스트링어(80)의 후미(aft)에 제공될 수 있어서 상부와 하부 표면(32, 34)들 사이의 연결을 제공할 수 있다. 플러그(81)는 상부 및 하부 표면들을 가진 솔리드(solid)형 이거나 또는 하니콤(honeycomb) 구조체이거나 또는 그와 유사한 것이며, 이것이 훼손되거나(dented) 또는 손상되는 경우에 한쪽 또는 양쪽 표면들의 교체를 필요로 하지 않으면서 용이하게 교체될 수 있다. 플러그(81)는 상부 및 하부 표면(32,34)들이 스트링어(80)에 부착된 상태로 스트링어(80)에 부착될 수 있거나, 또는 상부 및 하부 표면(32,34)들이 직접적으로 플러그(81)에 부착될 수 있다. 플러그(81)의 경우에, 플러그(81)는 종단 가장자리(18)를 형성한다. 플러그(81)는 그 어떤 스트링어도 사용하지 않으면서 제공될 수도 있고, 상부 및 하부 표면(32, 34)들이 플러그(81)에 부착되어 있으면서 서브 플랩(30)의 트레일링 에지(18)에 제공될 것이다.
하나의 접근 방식에서, 가장 후방에 있는 스트링어(80)로부터 뒤에 있는 서브 플랩(30)의 부분은 가장 후방에 있는 스트링어(80)로부터 전방에 있는 서브 플랩의 부분으로부터 분리된 구조체일 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 분리된 상부 및 하부 표면들이 가장 후방의 스트링어로부터 정점(38)으로 연장되면서 상부 및 하부 표면(32,34)들은 가장 후방의 스트링어(80)의 위치에서 끝날 수 있으며, 그에 의하여 가장 후방의 스트링어에서 끝나는 상부 및 하부 표면(32,34)들의 연장을 제공한다. 이러한 구조는 플러그(81)를 가지거나 가지지 않으면서 사용될 수 있어서, 이러한 분리된 부분은 플러그(81)로 채워질 수 있거나, 또는 가장 후방의 스트링어와 정점(38) 사이에 개방된 공간을 포함할 수 있다.
스트링어(80)들은 다양한 형상들을 가질 수 있다. 도시된 바와 같이, 하나의 스트링어(80)는 C 형상의 형태이고, 다른 것은 I 형상의 형태이다. I 형상은 등을 맞대고 배치된 한쌍의 C 형상 부재들에 의해 형성될 수 있다. 다른 스트링어 형상들 및 구성들이 사용될 수도 있으며, 예를 들어 S 형상이 사용된다. 도시된 바와 같이, 스트링어(80)들은 상부 표면과 하부 표면(32, 34) 사이에서 연장된 전체적으로 직선의 동체 섹션(81)을 가진다. 다른 접근 방식에서, 이러한 섹션은 만곡될 수 있어서, 상부 및 하부 표면(32, 34)들의 서로에 대한 전단(shear) 및, 압축시의 가변적인 탄성(variable resilience)을 허용한다.
서브 플랩(30)은 플랩(22)의 조립된 부분으로서 또는 독립적인 모듈로서 제공될 수 있다. 모듈 형태에서, 서브 플랩(30)은 플랩(22)을 위한 후방 스파(50)를 포함하고 그것까지의 구성 요소들의 다양한 조합들을 포함할 수 있다. 하나의 모듈 형태에서, 도 8 에 도시된 바와 같이, 서브 플랩(30)은 예를 들어 오직 상부 및 하부 표면(32, 34)들만을 구비할 수 있고, 이들은 플랩의 후방 스파(50)에 직접 장착될 수 있거나, 또는 후방 스파(50)에 장착된 브래킷(60)에 장착되는데, 서브 플랩(30)은 후방 스파(50)의 전방에 배치된 액튜에이터(70)들에 연결된다. 다른 접근 방식에서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 서브 플랩(30)의 모듈 형태는 상부 및 하부 표면(32, 34)들과, 액튜에이터(70)들과 브래킷(60)을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 구성 요소들의 다양한 조합 및 하위 조합들은 플랩(22)으로의 추가를 위하여 모듈 형태로 조합될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 이러한 유형의 모듈 구조는 현존하는 플랩(22)들의 용이한 개장(retrofitting)을 허용할 수 있다.
다른 접근 방식에서, 플랩(22) 및 서브 플랩(30)은 함께 조립될 수 있고 현존하는 날개 동체(20) 와 설치되기 위해 전체 플랩 모듈로서 제공될 수 있다.
일부 예에서, 브래킷(60) 및 후방 스파(50)는 단일의 구성 요소 또는 장착 부재로 통합될 수 있거나, 또는 하나를 보유하면서 다른 하나가 제거될 수 있으며 서브 플랩(30) 및 플랩(22)의 상부 및 하부 표면들이 각각, 남겨지거나 또는 통합된 구성 요소에 부착될 수 있다.
서브 플랩(30)은 다양한 비행 조건들에 따라서 소망되는 바와 같이 상방향으로 (음의 캠버(negative camber)) 또는 하방향으로 (양의 캠버(positive camber) ) 편향될 수 있다. 상?향 또는 하방향 편향의 양은 다른 입력들에 응답하여 제어 시스템에 의해 결정될 수 있으며, 상기 입력들은 속도, 고도, 풍속, 돌풍(wind gusts), 중량, 연료 사용, 애티튜드(attitude), 롤(roll), 요우(yaw), 날개 부하 및 그와 유사한 것과 같은 것이며, 여기에서 제어 시스템은 양의 캠버 또는 음의 캠버가 소망스러운지 여부를 판단할 수 있다.
도 12 및 도 13 을 참조하면, 상방향 또는 하방향 편향에 더하여, 서브 플랩(30)의 하나의 날개 길이 방향 단부는 상방향으로 편향되고 대향하는 날개 길이 방향 단부는 하방향으로 편향되면서, 서브 플랩(30)은 동시에 상방향 및 하방향 양쪽으로 편향될 수도 있다. 이러한 유형의 편향은 서브 플랩(30)이 코드 방향(chord wise direction)에서 후방으로부터 보았을 때 서브 플랩(30)이 날개 길이를 따라서 비틀린 것으로 보이므로 "날개 길이 방향 비틀림(span-wise twist) "으로서 지칭될 수 있다.
날개 길이 방향의 비틀림은 액튜에이터(70)들을 반대 방향들에서 작동시킴으로써 이루어지는데, 하나의 로드(72)는 전방으로 움직이고 다른 로드(72)는 후방으로 움직인다. 그러한 대향하는 작동은 드라이버 바아(74)가 액튜에이터 방향으로 평면에서 회전하게 한다. 이것은 서브 플랩(30)의 일측이 당겨지고 다른 측이 밀리게 하여, 일측은 하방향으로 편향되고 다른 측은 상방향으로 편향되게 함으로써 비틀림 프로파일을 생성한다. 도 12 는 서브 플랩(30)의 외부 측이 상방향으로 편향되고, 서브 플랩(30)의 내부 측이 하방향으로 편향되는 것을 도시한다. 도 13 은 대향되는 비틀림 방위를 도시하는데, 내측이 위로 외측이 아래로 향한다.
하나의 접근 방식에서, 액튜에이터(70)들중 오직 하나만이 작동될 수 있어서, 서브 플랩(30)의 오직 일 단부만이 위 또는 아래로 편향되게 한다. 더욱이, 하나의 액튜에이터는 다른 액튜에이터보다 더 작동될 수 있어서, 서브 플랩(30)의 일 단부에서의 편향의 양은 다른 단부와 상이하게 된다. 이러한 차동적인 편향(differential deflection)은, 비틀리지 않지만 캠버 프로파일(cambered profile)을 형성하도록 동일한 방향으로 편향되거나, 또는 비틀림 프로파일(twisted profile)을 형성하도록 대향하는 방향으로 편향되는 양쪽 단부들에 적용될 수 있다. 하나의 액튜에이터가 제 1 양으로 작동되고, 다른 액튜에이터가 제 2 양으로 작동되고, 그리고 이들이 동일한 방향으로 작동되었을 때, 결과적인 차동적 작동은 내측 단부와 외측 단부 사이에서 델타(delta)를 초래하고 또한 비틀림으로 간주될 수도 있다. 설명의 목적을 위하여, 날개 길이 방향 비틀림(span-wise twist)은 서브 플랩(30)의 일 부분이 상방향 편향되고 다른 부분이 하방향 편향되는 예를 지칭할 것이고, 차동적 편향(differential deflection)은 일 부분이 다른 부분에 대하여 상이한 양으로 편향되는 예를 지칭할 것이다. 날개 길이 방향 비틀림은 차동적 편향의 일 유형으로서, 편향의 절대값이 같을지라도 양(positive)의 값 및 음(negative)의 값으로 상이한 양을 가진다. 예를 들어, 일 부분에서의 + 3 및 다른 부분에서의 -3 의 편향은 차동적 편향이고 또한 날개 길이 방향 비틀림이기도 하다. 일 부분에서의 +1 및 다른 부분에서의 +3 의 편향은 차동적 편향이지만, 날개 길이 방향의 비틀림은 아니다.
날개 길이 방향 비틀림은 비행 이전에, 비행하는 동안에, 또는 비행 이후에 여러가지 장점을 제공하도록 이용될 수 있다. 예를 들어, 이것은 에어포일 표면의 얼음 제거(de-icing)을 위하여 사용될 수 있다. 이것은 돌풍(wind gusts)에 기인한 날개의 부하를 감소시키도록 짧은 응답 시간에 작동될 수 있다. 이것은 윙릿(winglet)과 같은 윙-팁 장치(wing-tip device)들에 기인한 날개 부하를 감소시키도록 사용될 수 있다. 이것은 날개의 길이(span)를 따라서 공기 부하를 재분배하는데 이용될 수 있다. 이것은 롤링(roll)을 제어하는 에일러론(aileron)으로서 기능하도록 이용될 수 있다. 이것은 항력을 감소시키도록 이용될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 단일의 서브 플랩(30)이 플랩(22)에 부착된 것으로 설명되었다. 다른 접근 방식에서, 도 14 를 참조하면, 다수의 서브 플랩(30)들이 단일의 플랩(22)에 부착될 수 있는데, 각각의 서브 플랩(30)은 위에서 설명된 것과 같은 방식으로 독립적으로 작동 가능하고 운영 가능하다. 다수의 서브 플랩(30)들의 사용은 다양한 비행 조건 동안 더 이상의 개량을 허용할 수 있다. 다수의 서브 플랩들은, 가장 내측 및 가장 외측의 서브 플랩을 반대 방향으로 편향시키고 중간의 서브 플랩들을 중립 위치에 둠으로써, 날개 길이 방향 비틀림과 유사한 효과를 생성하는데 이용될 수 있다. 개별의 서브 플랩(30)들 각각을 비트는 것을 포함하는, 다양한 다른 배치들 및 편향들도 이용될 수 있다.
서브 플랩(30)은 전통적인 비행기 날개의 플랩(22)에 부착되는 것으로 설명되었다. 그러나, 서브 플랩(30)은 다른 부분들 또는 날개에 부착될 수도 있다. 예를 들어, 도 15 를 참조하면, 서브 플랩(30)은 에일론(aileron, 24)에 부착될 수 있거나 또는 에일론의 기체 외측 또는 플랩(22)의 기체 내측에 배치된 날개 표면들에 부착될 수 있다. 서브 플랩(30)은 윙렛(winglet, 25)상에 배치된 다른 날개 표면들 또는 플랩에 더 부착될 수 있거나, 또는 윙렛(25)과 직접 접촉하는 날개 표면들 또는 플랩들에 더 부착될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같이, 서브 플랩(30)은 액튜에이터(70)들에 의해 작동된다. 액튜에이터(70)들은 바람직스럽게는 선형의 전자기계적 액튜에이터들의 형태이다. 따라서, 액튜에이터(70)들은 필요할 때 액튜에이터(70)들을 작동시킬 항공기상의 제어 시스템 및 전원(미도시)에 전기적으로 연결된다. 액튜에이터(70)들에 대한 전기적인 연결은 와이어 하니스(wire harness, 78)를 통해 구현될 수 있으며, 상기 와이어 하니스는 액튜에이터(70)들에 전기 신호를 송신하고 전류를 제공할 수 있는 그 어떤 공지의 와이어 하니스 형태일 수 있다. 액튜에이터(70)들은 압전 액튜에이터, 솔레노이다. 모터 구동 회전-병진 메커니즘 또는 이와 유사한 것의 형태일 수 있다.
다른 접근 방식에서, 액튜에이터(70)들은 유압 액튜에이터의 형태일 수 있고, 예를 들어 상이한 작동 상태들 사이에서 액튜에이터(70)를 구동하는 실린더-피스톤 구성체 및/또는 압력 챔버 축적기(pressure chamber accumulation)를 이용하는 것일 수 있다. 미리 결정된 유압 부하에 응답하여 소망의 액튜에이터 이동을 달성하도록 편향 요소(biasing element)들도 튜닝되어 사용될 수 있다. 유압에 기초한 액튜에이터의 경우에, 와이어 하니스(78)는 유압 유체가 액튜에이터(70)들로 이동하고 그로부터 이동하도록 하는 도관을 포함할 수 있다. 물론, 액튜에이터(70)들의 설명된 작동 성능을 제공하도록 다른 유형의 액튜에이터들이 사용될 수도 있다는 점이 이해될 것이다.
도 16 및 도 17 을 참조하면, 플랩(22)에 부착되거나 또는 전체 플랩(22)의 일부인, 서브 플랩(30)은 상이한 항공기의 기동들 동안 플랩(22)과 함께 병진될 것이다. 예를 들어, 착륙 조건 동안에 플랩(22)들은 아래로 편향될 뿐만 아니라 통상적으로 날개 동체(20)로부터 아래로 연장되어 날개(12)의 양의 캠버(positive camber)를 만들고 항공기의 착륙 성능을 향상시킨다. 이러한 플랩(22)의 후방 연장은 마찬가지로 서브 플랩(30)의 후방 움직임을 야기한다.
날개 동체(20)에 대한 서브 플랩(30)의 후방 움직임은 액튜에이터(70)들의 후방 움직임을 초래한다. 그러나, 액튜에이터(70)들은 와이어 하니스(78)를 통하여 항공기의 제어 시스템 및/또는 전원에 연결된다. 따라서 와이어 하니스(78)는 바람직스럽게는 와이어 하니스(78)가 서브 플랩(30)을 따라서 연장될 수 있는 방식으로, 또는 서브 플랩(30) 및 액튜에이터들이 후방으로 움직일 때 형상을 변경시키는 방식으로 구성된다.
하나의 접근 방식에서, 도 17 에 도시된 바와 같이, 와이어 하니스(78)는 당겨질 때 굽혀질 수 있고 와이어 하니스가 연장되는 것을 허용한다. 다른 접근 방식에서, 와이어 하니스(78)는 루프 부분(looped portion)을 구비할 수 있는데, 이것은 당겨질 때 작아지고, 공칭의 위치로 수축될 때 커진다. 다른 접근 방식에서, 와이어 하니스(78)는 코일의 형태일 수 있다. 다른 접근 방식에서, 와이어 하니스(78)는 파도 형상을 가질 수 있다. 와이어 하니스를 연장시키고 수축시키는 다양한 다른 구성들이 이용될 수도 있다. 다른 접근 방식에서, 와이어 하니스가 사용되지 않을 수 있으되, 대신에 플랩(22)이 집어 넣어졌을 때 서브 플랩(30)으로의 동력(power)이 대신에 제공되고, 여기에서 동력은 짝을 이룬 커넥터들 또는 접촉부들을 통하여 제공된다. 플랩(22)의 전개 전에 플랩(22)이 집어 넣어진(stowed) 위치에 있을 때 서브 플랩(30)이 조절될 수 있고, 플랩(22)이 전개되었을 때, 서브 플랩(30)은 플랩(22)이 집어넣어졌을 때 설정되었던 구성으로 유지될 것이다.
서브 플랩(30)과 플랩(22)을 포함하는 것은 다양한 비행 조건에 특화된 변경이 항공기의 공기 역학적 특성으로 이루어질 수 있게 한다. 예를 들어, 순항 조건에서, 플랩(22)은 통상적으로 수축되어 집어넣어진 위치에 있으며, 여기에서 플랩(22)은 도 9 내지 도 11 에 도시된 바와 같이 전체적으로 편향되지 않는다.
비행 과정 동안에, 항공기의 비행에 영향을 미치는 역풍 또는 뒷바람의 변화와 같은 상대적인 풍속의 변화에 기인하여, 또는 짧은 기간의 돌풍의 경우에 본래 조건들이 변화될 것이다. 더욱이, 특정 비행이 계속되면, 연료가 소모되고, 항공기의 전체적인 중량이 감소된다. 비행하는 동안 항공기의 중량 또는 상대적인 풍속에서의 변화는 항공기에 장착된 다양한 센서들에 의하여 또는 항공기 제어 시스템 안의 소프트웨어를 통하여 검출될 수 있다. 항공기의 비행을 포함하는 다른 인자들도 검출될 수 있으며, 예를 들어 난류가 검출된다.
비행 조건들에 대한 검출되거나 또는 계산된 변화의 경우에, 서브 플랩(30)은 보다 효율적이거나 또는 보다 안락한 비행이 결과되도록(돌풍의 효과를 감소시키도록) 또는 감소된 날개 부하 또는 응력이 결과되도록 그 형상을 변화시킬 것이다. 예를 들어, 전통적인 비행 순항 상태 동안에 플랩(22)이 집어넣어진 위치에 있으면서, 서브 플랩(30)은 서브 플랩(30)의 상방향의 편향 및 음의 캠버(negative camber)(도 10) 또는 하?향의 편향 및 양의 캠버(positive camber)(도 9)를 생성하도록 작동될 수 있다. 서브 플랩(30)의 이러한 편향들은 항공기의 비행 프로파일에 큰 변화를 초래하지 않으면서 전체적인 비행 효율에 대한 향상을 달성하도록 상대적으로 작을 수 있다. 서브 플랩(30)은 필요에 따라서, 일정 기간 동안 상방향으로 편향되거나, 일정 기간 동안 하방향으로 편향되도록 작동될 수 있거나, 또는 상방향 편향과 하방향 편향 사이에서 (그리고 음의 캠버와 양의 캠버 사이에서) 교번될 수 있다. 도 11 은 플랩(22)이 집어넣어졌을 때 서브 플랩(30)의 양의 캠버 상태 및 음의 캠버 상태 양쪽을 도시한다. 양의 캠버 및 음의 캠버의 다양한 패턴들이 소망에 따라 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
서브 플랩(30)의 형상에서의 변화는 날개에서 발생되는 검출된 조건들에 대한 반응의 방식(reactive manner)으로 이루어질 수 있거나, 또는 날개에 영향을 미치도록 예상되는 검출 조건들에 기초한 예측 조치로 이루어질 수 있다.
다른 조건에서, 서브 플랩(30)은 날개(12) 및 플랩(22)의 캠버를 변경시키도록 착륙하는 동안 작동될 수 있다. 이러한 유형의 변경은, 플랩(22)이 제어 가능한 서브 플랩 없이 전통적인 플랩의 경우에서만큼 후방으로 연장되고 하방향으로 편향될 필요가 없는 조건을 결과시킬 수 있다. 전통적인 플랩들은 후방 이동의 가능한 정도를 가지고, 플랩의 완전한 연장은 추가적인 마모 및, 플랩의 연장 및 수축 메커니즘의 사용을 초래한다. 전통적인 플랩의 연장 및 피봇 위치는 도 16 에 도시되어 있다. 착륙 조건 동안에 서브 플랩(30)을 하방향으로 편향시킴으로써, 플랩(22)이 전통적인 플랩의 경우에서만큼 후방으로 연장될 필요는 없을 것이다. 플랩(22) 및 서브 플랩(30)이 연장되고 피봇된 조건에 있는 것은 도 17 에 도시되어 있는데, 서브 플랩(30)이 하방향으로 편향되도록 작동됨으로써, 도 16 에 도시된 조건에 비하여 플랩(22)의 감소된 연장 및 편향을 필요로 한다.
위에서 설명된 바와 같이, 서브 플랩(30)은 항공기의 비행에 영향을 미치도록 상부 및 하부 표면들의 형상 변경을 허용하고 순응성이 있는 상부 및 하부 표면(32, 34)들을 포함한다. 서브 플랩(30)은 전통적인 항공기의 현존하는 전통적인 플랩들에 부착되도록 구성된다. 그러나, 위에서 설명된 서브 플랩(30)과 관련된 개념들이 전통적인 플랩이 없는 항공기 날개에 적용될 수도 있다.
도 18 및 도 19 를 참조하면, 대안의 실시예에서, 항공기 날개(120)는 상부 표면(132) 및 하부 표면(134)을 구비하는 순응성 플랩(compliant flap, 130)을 구비한다. 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 날개(120)의 비순응성(non-compliant) 또는 고정된 동체 부분(122)에 대하여 그들 형상을 변화시키도록 구성된다. 비순응성 또는 고정된 이라는 용어는 전형적인 항공기 날개 구조를 지칭하며, (다른 플랩들 또는 가능 부분들과 같은) 방위를 변경시킬 수 있는 날개의 부분들이 있다는 점이 이해될 것이다. 여기에 설명된 순응성 플랩(130)은 위에서 설명된 서브 플랩(30)에 유사하게 기능할 수 있으며, 유사한 구조 사양 및 작동 성능을 가진다. 그러나, 플랩(22)에 부착되기 보다는, 순응성 플랩(130)이 주 날개(120)에 부착된다.
날개(120)의 고정된 부분(122)은 선단 가장자리(116)를 형성하도록 전방 지점 또는 정점에서 수령하는 상부 표면(142) 및 하부 표면(144)을 구비한다. 선단 가장자리(116)는 전통적인 에어포일에 전형적인 둥근 면을 가지는 것과 같은, 그 어떤 유형의 선단 가장자리일 수 있다. 날개(120)의 고정된 부분은 당해 기술 분야에 공지된 다양한 구조적 구성 요소들 및 메커니즘들을 구비할 것이다. 순응성의 상부 및 하부 표면들은 선단 가장자리(116)에서 사용될 수도 있고 형상 변경되고 상방향 또는 하방향으로 편향되거나 또는 비틀리도록 구성된다. 그러나, 여기에서의 더 이상의 언급은 날개(120)의 후방 부분에서의 순응성 표면을 지시한다.
플랩(130)의 상부 표면(132)은 날개(120)의 상부 표면(142)과 짝을 이루고 그것에 부착되거나 또는 결합되도록 구성된다. 마찬가지로, 플랩(130)의 하부 표면(134)은 날개(120)의 하부 표면(144)과 짝을 이루고 그것에 부착되거나 결합되도록 구성된다.
대안으로서, 플랩(130)의 하부 표면(134) 및 날개(120)의 하부 표면(144)은 그 사이에 갭(gap, 146)을 형성할 수 있으되, 개별적인 하부 표면(134, 144)들은 정렬된다. 개별적인 하부 표면(134, 144)들 사이에 형성된 갭(146)은 하부 표면(134)의 작동 방향에 따라서 작아지거나 커질 수 있다. 만약 하부 표면(134)이 하부 표면(144)으로부터 이탈되게 작동하면, 갭(146)은 넓어질 것이고, 만약 하부 표면(134)이 날개(120)의 하부 표면(144)을 향하여 움직이도록 작동된다면, 갭(146)은 작아질 것이다. 다른 접근 방식에서, 상부 표면(132, 142)들이 갭을 형성할 수 있고, 하부 표면(134, 144)들은 서로 부착된다.
고정된 부분(122)에 대한 플랩(130)의 부착은 서브 플랩(30) 및 플랩(22)에 대하여 상기에 설명된 것과 유사한 방식으로 달성될 수 있다.
서브 플랩(30)에 대한 상기 설명과 유사하게, 플랩(130)은 하나 이상의 액튜에이터(170)를 구비한다. 액튜에이터(170)들은 날개 구조에 고정되게 장착되며, 상부 표면(132) 및 하부 표면(134)중 하나에 더 장착되고, 액튜에이터가 장착되는 표면은 구동 표면이다. 구동 표면의 작동은 비구동 표면이 응답하여 움직이게 한다.
상부 및 하부 표면(132, 134)들 각각은 날개로부터 후방으로의 방향에서 연장되며 후방 정점(138)에서 서로 접합되는데, 후방 정점은 날개(120)의 종단 가장자리(118)의 적어도 일부를 형성한다. 상부 표면과 하부 표면(132, 134) 사이의 연결은 하나의 움직임이 다른 하나의 움직임을 야기하도록 상부 표면과 하부 표면(132, 134)을 결합시킨다. 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 액튜에이터(70)에 의한 작동에 응답하여 상기 표면들이 형상을 변경시킬 수 있기에 충분하게 순응성 있고 유연성 있으며 탄성적이다.
상부 표면(132) 및 하부 표면(134)이 바람직스럽게는 연속적인 구조체로부터 만들어진다. 하나의 접근 방식에서, 표면들의 재료는 일체로 형성된다. 다른 접근 방식에서, 표면들 각각은 단일체형 구조(monolithic structure)이다. 플랩(130)의 표면 뿐만 아니라 서브 플랩(30)의 표면들의 재료는 금속일 수 있으며, 예를 들어 알루미늄, 플라스틱, 복합체(유리 또는 섬유) 또는 이들의 조합이다.
상부 및 하부 표면(132, 134)들은 날개(120)의 후방 스파(150)에 대응하는 위치에서 날개(120)에 궁극적으로 결합될 수 있다. 날개(120)는 선단 가장자리(116)와 후방 스파(150) 사이에 추가적인 스파들을 구비할 수 있다. 후방 스파(150)는 위에서 설명된 플랩(22) 및 서브 플랩(30)의 후방 스파(50)와 유사하게, 날개(120)를 따라서 날개 길이 방향으로 연장된다. 액튜에이터(170)들이 바람직스럽게는 후방 스파(150)에 부착되거나, 또는 추가적인 브래킷 또는 그와 유사한 것과 같은, 후방 스파에 부착된 다른 단단한 구조체에 부착된다.
대안의 접근 방식에서, 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 날개의 후방 스파(150)의 후방에 배치된 위치에서 날개의 개별적인 상부 및 하부 표면(142, 144)에 부착될 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 액튜에이터(170)들은 후방 스파(150)에 부착될 수 있거나, 또는 날개의 상부 표면과 하부 표면(142, 144) 사이에 연장된 보조 브래킷에 부착될 수 있다.
다른 접근 방식에서, 액튜에이터(170)들은 후방 스파(150) 또는 다른 구조체의 전방에 배치될 수 있고, 로드들이 중간 구조체에 의해 형성된 구멍들 또는 다른 통공/갭들을 통해 연장된다.
상기 설명된 서브 플랩(30)과 유사하게, 플랩(130)은 드라이브 바아(174)를 구비할 수도 있다. 드라이브 바아는 구동되는 표면에 부착된다(도시된 바와 같이 하부 표면(134)). 하나의 접근 방식에서, 드라이브 바아(174)는 하부 표면(134)과 일체로 형성됨으로써, 그것은 단일체 구조(monolithic structure)이고, 드라이브 바아(174)는 하부 표면(134)의 더 큰 두께로 형성된다. 다른 접근 방식에서, 드라이브 바아(174)는 리벳, 융접(welding), 접합(bonding) 또는 다른 기계적인 연결을 통하여 하부 표면(134)에 장착되거나 부착될 수 있다. 마찬가지로, 하부 표면(132)에 대하여 위에서 설명된 것과 같은 방식으로 드라이브 바아(174)가 상부 표면(132)에 장착될 수 있다.
상기 설명된 서브 플랩(30)과 유사하게, 드라이브 바아(174)는 그에 부착된 한쌍의 액튜에이터(170)를 가질 수 있거나, 또는 더 많은 액튜에이터들을 가질 수 있으며, 상부 및 하부 표면(132, 134)의 소망 형상을 변화시키도록 소망되는 바에 따라서 드라이브 바아(174)를 구동할 것이다. 2 개 또는 그 이상의 액튜에이터(170)들의 사용은 위에서 설명된 바와 같은 날개 길이 방향의 비틀림 기능을 허용하기도 할 것이다.
상부 및 하부 표면(132, 134)들의 형상 변화 및, 보다 상세하게는 각각의 표면의 형상에 영향을 미치는 하나의 표면의 구동은 후방 정점(138)에서 표면들 사이의 연결로도 달성될 수 있다. 서브 플랩(30)에 대한 상기의 설명과 유사하게, 정점(138)은 플랩(130)의 가장 후방 지점으로부터 전방에 배치된 플랩(130)의 부분들을 포함하는 것으로 해석될 수 있어서, 정점(138)은 플랩(130)의 후방 부분을 지칭할 수 있다. 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 하나 이상의 스트링어(stringer)를 통해 서로 부착될 수 있으며, 위에서 설명되고 아래에서 더 설명되는 바와 같이 정점은 가장 후방에 있는 스트링어로부터 후방에 있는 플랩(130)의 부분으로 간주될 수 있다.
플랩(130)은 날개(120)의 날개 길이 방향 폭의 대부분을 따라서 연장될 수 있다. 플랩(130)은 날개(120)의 외측 단부에서 전통적인 에일론(aileron) 대신에 사용될 수 있다. 날개(120)는 위에서 설명된 다수의 서브 플랩(30)들과 유사하게, 날개(120)의 폭을 따라서 배치된 다수의 플랩(130)들을 포함할 수 있다. 플랩(130)은 서브 플랩(30)을 참조하여 위에서 설명된 것과 같은 방식으로 날개 길이 방향 비틀림 또는 차동적 편향을 생성하도록 작동될 수 있다.
따라서, 플랩(130)은 서브 플랩과 같은 방식으로 작동될 수 있는데, 여기에서 구동 표면이 작동되어 변경시키는 힘(morphing force)은 구동 표면과 비구동 표면 사이의 연결을 통하여 구동 표면으로부터 비구동 표면으로 전달된다. 변경시키는 힘을 구동 표면으로부터 비구동 표면으로 궁극적으로 전달하는 연결은 후방 정점과 같은 에어포일의 가장 후방의 지점에 위치될 수 있거나, 또는 정점을 포함하는 에어포일의 후방 부분 또는 스트링어를 통하는 것과 같이 정점으로부터 전방의 다른 연결 지점들을 통할 수 있다.
도 20 및 도 21 을 참조하면, 다른 실시예에서, 플랩(130)은 상부 표면(132)과 하부 표면(134) 사이에 연장된 웹 부재(web member) 또는 스트링어(stringer, 180)를 포함할 수 있다. 스트링어(130)는 플랩(130)의 내측 단부로부터 플랩(130)의 외측 단부로 전체적으로 날개 길이 방향으로 연장되며, 후방 정점(138)에서의 연결에 더하여 상부 표면과 하부 표면(132, 134) 사이의 연결을 더 제공한다. 스트링어(180)는 구동 표면의 작동에 응답하여 비구동 표면 형상이 변화되는 방식에 영향을 미치도록 사용될 수 있다. 스트링어(180)는 하중 지탱 능력 및 상부 및 하부 표면(132, 134)들에 대한 다른 지지를 더 제공할 수 있다.
하나의 접근 방식에서, 하나의 스트링어(180)가 사용된다; 그러나, 플랩(130)의 지지 양상 및 추가적인 형상 변경 양상을 제공하도록 상부 표면과 하부 표면(132, 134) 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 추가적인 스트링어들이 사용될 수 있다는 점이 이해될 것이다. 명확성 및 설명의 목적을 위하여, 단일의 스트링어(180)가 참조될 것이다. 이전에 설명된 바와 같이, 하나의 접근 방식에서, 단단한 종단 가장자리 플러그(rigid trailing edge plug, 181)(도 20 에 도시됨)가 가장 후방 스트링어(180)의 후미에 제공될 수 있어서 종단 가장자리가 손상되는 경우에 용이한 교체를 허용한다. 플러그(181)는 스트링어(180)에 부착될 수 있는데, 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 스트링어(180)에 부착되고 플러그(181)와 짝을 이룬다. 대안으로서, 상부 및 하부 표면(132, 134)들이 플러그(181)에 직접 부착될 수 있다. 플러그(81)에 대한 상기 설명은 플러그(181)에 적용되기도 한다.
하나의 접근 방식에서, 가장 후방의 스트링어(180)의 후방에 있는 플랩(130)의 부분은 가장 후방에 있는 스트링어(180)에 부착된 분리된 부재일 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 가장 후방의 스트링어에서 끝날 수 있고 플랩(130)의 후방 부분은 가장 후방의 스트링어에서 상부 및 하부 표면(132,134)들과 짝을 이룬 표면들을 포함할 수 있다. 플랩(130)의 이러한 분리된 후방 부분은 플러그(181)를 구비할 수 있거나, 또는 플러그(181) 없이 정점(138)과 가장 후방의 스트링어(180) 사이에 개방 공간을 포함할 수 있다. 분리된 후방 부분은 대안으로서 플러그와 가장 후방의 스트링어(180) 사이의 개방 공간과 함께 플러그(181)를 포함할 수 있다.
따라서, 플랩(130) 또는 서브 플랩(30)의 종단 가장자리를 위하여 상이한 구성들이 이용될 수 있다. 여기에서 사용되는 바로서, 종단 가장자리 또는 후방 가장자리 또는 후방 부분에 대한 지칭은 에어포일의 후방에서 단단한 부분을 지칭할 수 있으며 변경시키는 힘(morphing force)은 구동 표면으로부터 비구동 표면으로 전달되고, 에어포일의 가장 후방 지점에 제한되지 않는다. 단단한 부분은 그 어떤 현저한 굽힘 또는 형상 변경도 겪지 않는 부분으로 간주될 수 있다. 따라서 단단한 부분은 가장 후방의 스트링어로부터 후방에 있는 에어포일의 부분들을 포함할 수 있다. 그러나, 구동 표면으로부터 비구동 표면으로의 변경시키는 힘의 전달의 결과로서, 어떤 작은 정도의 형상 변화가 단단한 부분을 통하여 여전히 발생될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
스트링어(180)는 수직으로 정렬될 수 있거나 또는 수직을 가로지르는 방향으로 정렬될 수 있다. 스트링어의 방위는 표면들의 형상이 작동에 응답하여 변화되는 방식에 영향을 미치도록 변경될 수 있다. 예를 들어, (도시된 바와 같이) 하부 단부가 상부 단부보다 더 후방에 있도록 스트링어(180)의 방위가 이루어질 수 있거나, 또는 스트링어(180)의 상부 단부가 하부 단부보다 더 후방에 있을 수 있다.
대안의 접근 방식에서, 스트링어(180)는 날개 길이 방향에서 연장되면서 비틀릴 수 있어서, 스트링어(180)의 내측 단부는 하나의 횡방향으로 방위가 정해지고 다른 단부는 상이한 횡방향으로 방위가 정해지거나, 또는 동일한 횡방향에서 작거나 큰 정도로 방위가 정해진다.
스트링어(180)는 유사한 구조체에 대하여 위에서 설명된 그 어떤 방법을 통해서라도 상부 및 하부 표면(132, 134)들에 연결된다. 하나의 형태로서, 스트링어(180)들은 리벳들을 통하여 상부 및 하부 표면(132, 134)들에 부착된다 (도 21). 다른 형태에서, 스트링어(180)들은 표면들에 접합된다 (도 20). 물론, 스크류 및 너트 플레이터(nut plate) 또는 그와 유사한 것과 같은 다른 기계적 고정 수단뿐만 아니라, 접합(bonding) 및 리벳팅의 조합이 이용될 수 있다.
도 21 을 참조하면, 리벳들이 사용되는 경우에, 상부 및 하부 표면(132, 134)들의 두께가 바람직스럽게는 상부 표면 및 하부 표면(132, 134)들과 스트링어(180) 사이의 인터페이스에서 증가된다. 이러한 증가된 두께는, 작동에 응답하는 표면(132,134)들의 움직임에 의해 야기된 리벳들의 전단(shearing) 및 부하(loading)에 대한 저항을 제공할 수 있다. 그러나, 사용자의 필요성에 따라서, 인터페이스 영역 및 둘러싸는 영역들을 통하여 두께가 전체적으로 일정하게 유지될 수 있다.
서브 플랩(30)의 표면(32, 34)들 뿐만 아니라, 플랩(130)의 상부 및 하부 표면(132, 134)들의 두께는 다양한 표면들의 움직임 특성 및 부하를 더 변경시키도록 날개 길이 방향 뿐만 아니라 코드 방향(chord wise)의 상이한 위치들에서 변화될 수 있다는 점이 이해될 것이다.
플랩의 상부 및 하부 표면(132, 134)(그리고 서브 플랩(30)의 표면(32, 34))의 두께와 관련하여, 도 22 및 도 23 에 도시된 바와 같이, 표면의 두께는 코드 방향(도 22) 또는 스판 방향(도 23)에서 테이퍼지거나 또는 변화될 수 있다. 상부 및 하부 표면(132, 134)들의 두께는 코드 방향(chord-wise) 및 날개 길이 방향(span-wise direction) 모두에서 변화될 수 있다. 그러한 두께의 변화는 화학적 밀링 또는 다른 공지된 제조 방법들에 의해서 달성될 수 있다. 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 고부하(high loading)의 영역에서 증가된 두께를 가질 수 있는 반면에, 저부하(lower loading)의 영역에서 감소된 두께를 가진다. 예를 들어 상부 및 하부 표면(132, 134)들의 두께는 리벳들이 의도된 영역에서 증가될 수 있다. 두께는 또한 다수겹 구성(multi-ply arrangement)에서 파일(pile)들의 형상 및 크기를 변화시킴으로써 제어될 수도 있다.
도 20 에 도시된 바와 같이, 접합의 경우에, 상부 및 하부 표면(132, 134)들은 표면들과 스트링어(180) 사이의 인터페이스 영역에서 상이한 두께를 가지지 않는다. 표면들 통해 연장되는 기계적 커넥터(mechanical connector)들의 결여는 전단 저항(shear resistance)의 필요성을 감소시킨다. 그러나, 표면(132, 134)들은, 소망된다면, 인터페이스 영역들에서 여전히 증가된 두께를 구비할 수 있다.
스트링어(180)와 상부 및 하부 표면(132, 134)들 사이의 인터페이스 면적은 스트링어(180)의 스타일 및 형상과, 스트링(180)의 대응하는 장착 부분에 의존한다. 예를 들어, 스트링어는 각각의 측부로부터 연장된 한쌍의 플랜지들을 가진 I 비임과 유사한 단면 형상을 가질 수 있거나 (도 20 및 도 21), 또는 스트링어(180)는 오직 하나의 측부로 연장되는 플랜지들을 가지는, C 비임의 단면 형상을 가질 수 있다 (도 24). 물론 다른 형상들도 사용될 수 있다. 더욱이, 플랜지들의 크기도 인터페이스의 크기에 영향을 미칠 것이다.
스트링어(180)를 더 참조하면, 스트링어(180)는 다른 방법으로 구성될 수 있거나, 또는 유사한 기능을 제공하도록 조합되는 다수의 구성 요소들의 조합일 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 스트링어(180)의 하나의 유형은 C 비임의 형태이다 (도 24). 스트링어(180)은 등을 맞대고(back-to-back) 배치된 한쌍의 C 비임들에 의해 형성될 수도 있다 (도 25). 등을 맞댄 C 비임들 각각의 동체 부분들은 유사한 방향으로 배치되고 방위가 정해질 수 있어서, 동체 부분들의 실질적으로 높이를 따라서 동체 부분들이 서로 접촉한다. 대안의 접근 방식에서, 동체 부분들은 서로로부터 이격될 수 있어서 이들이 공칭의 위치에 있을 때 접촉하지 않는다.
스트링어(180)의 대안의 실시예에서, 도 26 에 도시된 바와 같이, 스트링어의 플랜지들은 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 일체로 만들어질 수 있다. 스트링어(180)의 영역에서, 표면(132,134)들은 플랜지와 유사한 형상을 형성하도록 실질적으로 두껍게 만들어질 수 있다. 플랜지(180)들은 슬롯을 형성할 수 있고, 그 안으로 전체적으로 평탄한 동체 부분(180a)이 삽입된다. 동체 부분(180a)은 리벳, 접합(bonding), 융접 또는 다른 기계적 연결을 통하여 플랜지 부분들에 부착될 수 있다.
다른 대안의 실시예에서, 스트링어(180)들은 분리된 플랜지(180b)들 및 동체 부재(180a)를 포함하는 부분들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 플랜지(180b)들은 L 형상의 형태일 수 있고 상부 및 하부 표면(132, 134)들에 장착될 수 있다. 동체 부분(180a)은 플랜지(180b)들 사이에서 연장되고, 플랜지(180b)들 사이에 개재(sandwiched)된다.
도 28 을 참조하면, 다른 접근 방식에서, 스트링어(180)의 동체 부분(180a)은 단면에서 만곡된 프로파일을 가질 수 있어서, S 형상 또는 C 형상을 가짐으로써 코드 방향으로 볼록한 표면 및 오목한 표면을 형성한다. 이러한 형상들은 표면(132, 134)들이 서로를 향하여 움직일 수 있는 성능을 증가시키고, 표면들중 하나를 구동하는 것이 다른 표면을 응답되게 움직이는 방식에 더욱 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 만곡된 형상을 가진 스트링어(180)로써, 구동 표면은 만곡에 존재하는 "늘어짐(slack)"을 감소시키도록 당겨질 수 있고, 일단 늘어짐이 제거되면, 스트링어(180)는 대향하는 비구동 표면상에서 당겨질 것이다.
도 29 를 참조하면, 다른 접근 방식에서, 스트링어(180)는 직물, 와이어 로프, 메쉬(mesh) 또는 이와 유사한 것과 같은 고도로 유연성이 있는 재료의 형태일 수 있다. 이러한 접근 방식에서, 스트링어(180)는 전체적으로 압축에서 유연성이 있어서, 상부 및 하부 표면(132,134)들이 스트링어(180)에 의해 야기된 적은 저항을 가지고 서로를 향하여 전체적으로 움직일 수 있게 한다. 이것은 만곡된 단면을 가진 스트링어(180)와 유사하다. 그러나, 이러한 접근 방식에서, 스트링어(180)상의 텐션(tension)은 일반적으로 구동 표면의 움직임에 응답하여 연결 표면이 움직이게 할 것인데, 이는 공칭 위치에서 스트링어(180)에 통상적으로 "늘어짐(slack)"이 없기 때문이다. 물론, 스트링어(180)의 이러한 유연성 있는 버전(version)은 만곡된 프로파일을 가지고, 소망된다면 일부 "늘어짐"을 구비하도록 구성될 수도 있다.
다른 접근 방식에서, 도 29 의 스트링어(180)는 단단한 바아(rigid bar)의 형태일 수 있으며, 이것은 그것의 연결부 둘레에서 상부 및 하부 표면(132,134)들로 피봇될 수 있어서 상부 표면과 하부 표면(132,134) 사이에서 "그네(trapeze)" 링크를 발생시킨다. 이러한 유형의 그네 링크(trapeze linkage)는 표면들 사이에서 전달되는 변경시키는 힘(morphing force)을 제한하면서, 상부 표면(132)에 대한 하부 표면(134)의 움직임 안내(motion guidance)를 제공할 수 있다.
도 30 을 참조하면, 다른 접근 방식에서, 전체 스트링어는 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 일체로 형성될 수 있다. 또는 이들이 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 몰딩되어 일체형 구조를 형성할 수 있다. 대안으로서, 이들은 단일체 구조(monolithic structure)를 형성하도록 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 압출될 수 있다. 스트링어들은 골격(skeleton) 또는 격자(lattice) 유형 구조로서 형성될 수도 있으며 복합 재료(composite material)가 골격 구조로 적용되거나 또는 골격 구조상에 몰딩되어 상부 및 하부 표면들과 일체형 구조를 형성한다.
다른 접근 방식에서, 다수의 스트링어(180)들이 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 함께 단면 형상을 형성하도록 조합될 수 있다. 예를 들어, 한쌍의 스트링어(180)는 상부 및 하부 표면(132, 134)들과 조합되어 박스 형상을 형성할 수 있다. 박스(box)는 부등변 사각형, 평행 사변형, 다이아몬드 또는 그와 유사한 형태일 수 있다. 다른 형태에서, 스트링어(180)는 폐쇄된 박스 단면의 형태일 수 있어서, 이것은 상부 표면과 하부 표면(132, 134) 사이에 삽입될 수 있고 위에서 설명된 바와 같이 그에 장착될 수 있다. 폐쇄된 박스는 하나의 접근 방식에서 4 개 측부들을 가질 수 있거나, 또는 소망된다면 4 개 이상의 측부들을 가질 수 있다.
스트링어 구조의 상기 설명된 변형들은 다양한 다른 구조체를 생성하도록 서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 한쌍의 L 브래킷들은 T 형상 스트링어의 동체 및 플랜지 형상과 조합될 수 있다. 또는 C 형상 스트링어는 한쌍의 L 브래킷들과 조합될 수 있다. 또는 C 형상 스트링어가 한쌍의 L 브래킷들과 조합될 수 있다. 또는 일체형 플랜지들이 일 표면에서 사용될 수 있고 대향 표면에서 L 브래킷을 가지며 분리된 동체 부분이 각각에 부착된다.
상기 설명된 스트링어의 변형들은 상부 및 하부 표면(132, 134)들을 참조하여 설명되었지만, 이러한 변형들이 서브 플랩(30)과 상부 및 하부 표면(32, 34)들에 적용될 수도 있다.
비록 본 발명은 특정의 실시예들 및 적용예들에 대하여 설명되었을지라도, 당업자는 여기에 설명되고 청구된 본 발명의 사상으로부터 이탈하거나 범위를 초과하지 않으면서 추가적인 실시예들을 구현할 수 있다. 따라서, 본 개시물의 도면 및 상세한 설명은 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다는 점이 이해되어야 한다.
10. 항공기 12. 날개
14. 항공기 동체 16. 선단 가장자리
20. 날개 동체 22. 플랩 부재

Claims (20)

  1. 항공기의 신장된 에어포일에서 사용되는 가장자리 변경 장치(edge morphing arrangement)로서, 상기 가장자리 변경 장치는:
    내측 단부 및 외측 단부를 가지고 상기 내측 단부로부터 상기 외측 단부로 날개 길이 방향으로 연장되는 상부 표면으로서, 후방 가장자리 및 전방 가장자리를 형성하는, 상부 표면;
    내측 단부 및 외측 단불르 가지고, 상기 내측 단부로부터 상기 외측 단부로 날개 길이 방향으로 연장되는 하부 표면으로서, 후방 가장자리 및 전방 가장자리를 형성하는, 하부 표면; 및,
    상부 표면 및 하부 표면중 하나를 포함하는 구동 표면에 결합된 액튜에이터;를 포함하고,
    상부 표면 및 하부 표면은 부하를 지탱하고 탄성이 있는 변형 가능 순응성 재료로 형성되고, 상부 표면 및 하부 표면중 하나의 움직임이 상부 표면 및 하부 표면중 다른 하나의 대응하는 움직임을 야기하도록 상부 표면 및 하부 표면이 작동되게끔 결합되고;
    액튜에이터는 상기 액튜에이터에 대한 후방 방향 및 전방 방향 양쪽에서 구동 표면을 움직이도록 구성되고, 구동 표면의 움직임은 구동 표면이 아닌 상부 표면 또는 하부 표면을 포함하는 비구동 표면의 대응하는 움직임을 야기하고;
    구동 표면의 후방 움직임은 구동 표면의 형상 변경을 초래하되, 구동 표면의 후방 가장자리가 제 1 방향으로 움직이고 비구동 표면의 형상을 변화하게 하고,
    구동 표면의 전방 움직임은 구동 표면의 형상 변화를 초래하되 구동 표면의 후방 가장자리가 제 1 방향에 대향하는 제 2 방향으로 움직이게 하고 비구동 표면의 형상을 변화하게 하는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 내측 단부 및 외측 단부를 가지고 상기 내측 단부와 상기 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 브래킷을 더 포함하고, 상부 표면 및 하부 표면중 적어도 하나는 브래킷에 고정되게 부착되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 액튜에이터는 브래킷에 고정되게 장착되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 구동 표면에 부착되거나 또는 구동 표면과 일체로 형성된 드라이브 바아(drive bar)를 더 포함하고, 액튜에이터는 드라이브 바아를 작동시키기 위하여 드라이브 바아에 부착되고, 액튜에이터는 상기 액튜에이터에 대한 전방 방향 및 후방 방향 양쪽으로 드라이브 바아를 작동시킬 수 있는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 에어포일 플랩을 더 포함하고, 상기 에어포일 플랩은 내측 단부 및 외측 단부를 가지는 상부 제어 표면 및 하부 제어 표면을 구비하고, 상기 상부 제어 표면 및 상기 하부 제어 표며 각각은 선단 가장자리 및 후방 가장자리를 가지고, 상기 상부 제어 표면 및 상기 하부 제어 표면은 상기 내측 단부 및 상기 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장되고, 상기 에어포일 플랩은 후방 스파를 더 구비하고, 상기 후방 스파(rear spar)는 에어포일 플랩의 상부 제어 표면 및 하부 제어 표면들의 후방 가장자리들 사이에서 연장되고 내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장되고, 상부 표면 및 하부 표면중 적어도 하나는 후방 스파에 결합되고 액튜에이터는 후방 스파에 결합되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상부 표면에 장착된 브래킷을 더 포함하고, 액튜에이터는 브래킷에 장착되고, 브래킷은 후방 스파에 더 장착되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장되고 상부 표면 및 하부 표면을 연결하는 스트링어(stringer)를 더 포함하고, 스트링어는 날개 길이 방향으로 연장되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상부 제어 표면 및 하부 제어 표면은 스트링어를 통해 작동되게 결합되고 스트링어는 상부 표면 및 하부 표면의 후방 가장자리에 부착되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 스트링어는 상부 표면 및 하부 표면중 적어도 하나에 부착되고, 상부 표면 또는 하부 표면중 적어도 하나의 두께는 상부 표면 또는 하부 표면과 스트링어 사이의 인터페이스에 대응하는 영역에서 증가되는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 액튜에이터는 제 1 액튜에이터를 포함하고, 항공기의 가장자리 변경 장치는 제 2 액튜에이터를 더 포함하고, 제 1 액튜에이터 및 제 2 액튜에이터는 각각 구동 표면에 연결되고, 액튜에이터들은, 구동 표면을 전방 및 후방 양쪽으로 움직이도록 독립적으로 작동될 수 있고, 제 2 액튜에이터에 대하여 제 1 액튜에이터에서 상이한 양으로 구동 표면을 움직이도록 작동될 수 있어서 구동 표면의 차동적 편향을 일으키는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  11. 제 10 항에 있어서, 구동 표면의 후방 가장자리의 내측 단부는 제 1 방향으로 움직이고 구동 표면의 후방 가장자리의 외측 단부는 제 2 방향으로 움직여서, 제 1 액튜에이터의 제 1 방향에서의 작동 및 제 2 액튜에이터의, 상기 제 1 방향에 대향하는 제 2 방향에서의 작동에 응답하여, 후방 가장자리가 날개 길이 방향의 비틀림 형상(span wise twist)을 가지는 결과가 이루어지는, 항공기의 가장자리 변경 장치.
  12. 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법으로서, 상기 방법은:
    상부 제어 표면 및 하부 제어 표면을 가지는 신장된 에어포일을 제공하는 단계로서, 상기 상부 제어 표면 및 상기 하부 제어 표면은 내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장되는, 신장된 에어포일의 제공 단계; 및,
    가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일에 제공하는 단계로서, 가장자리 변경 장치는 액튜에이터의 작동에 응답하여 형상이 변화될 순응성 상부 표면(compliant upper surface) 및 순응성 하부 표면(compliant lower surface)을 포함하고, 순응성 상부 표면 및 순응성 하부 표면은 작동되게 결합되고, 액튜에이터는 순응성 상부 표면 또는 순응성 하부 표면중 하나를 포함하는 구동 순응성 표면에 결합되고, 순응성 상부 표면 또는 순응성 하부 표면중 다른 하나는 비구동 순응성 표면이고, 액튜에이터의 작동에 응답하여, 구동 순응성 표면은 움직여서 형상이 변화되고, 비구동 순응성 표면은 상기 구동 순응성 표면에 대한 작동 결합(operative coupling)을 통하여 움직여서 형상이 변화되는, 가장자리 변경 장치의 제공 단계;를 포함하고,
    에어포일의 상부 표면은 가장자리 변경 장치의 순응성 상부 표면과 정렬되어 상부 인터페이스를 형성하고, 에어포일의 하부 표면은 가장자리 변경 장치의 순응성 하부 표면과 정렬되어 하부 인터페이스를 형성하는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 단단한 장착 부재를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 장착 부재는 상부 인터페이스와 하부 인터페이스 사이에서 더 연장되고,
    액튜에이터는 단단한 장착 부재에 결합되고, 단단한 장착 부재에는 후방 스파(rear spar)의 형태인 신장된 에어포일이 제공되고, 단단한 장착 부재는 신장된 에어포일의 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장되고, 상기 방법은 비구동 표면을 후방 스파에 장착하는 단계 및 액튜에이터를 후방 스파에 장착하는 단계를 더 포함하는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 단단한 장착 부재를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 장착 부재는 상부 인터페이스와 하부 인터페이스 사이에서 더 연장되고, 액튜에이터는 상기 장착 부재에 결합되고, 상기 장착 부재에는 비구동 표면에 장착된 브래킷 형태의 가장자리 변경 장치가 제공되고, 액튜에이터는 브래킷에 장착되고 구동 표면에 결합되는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서, 신장된 에어포일은 상기 에어포일의 상부 표면과 하부 표면 사이에서 연장된 후방 스파를 구비하고, 상부 표면과 하부 표면은 후방 스파에 장착되고, 상기 방법은 브래킷을 후방 스파에 장착하는 단계를 더 포함하는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서, 신장된 에어포일의 상부 표면 및 하부 표면을 브래킷에 장착하는 단계를 더 포함하는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법.
  17. 제 12 항에 있어서, 에어포일의 상부 제어 표면 및 가장자리 변경 장치의 순응성 상부 표면은 연속적인 단일 구조체로서 제공되는, 가장자리 변경 장치를 신장된 에어포일(elongated airfoil)과 일체화시키는 방법
  18. 에어포일의 가장자리 변경 장치로서, 상기 가장자리 변경 장치는:
    내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 순응성 상부 표면으로서, 전체적으로 연속적인 구조를 가지는, 순응성 상부 표면;
    내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 순응성 하부 표면으로서, 전체적으로 연속적인 구조를 가지는, 순응성 하부 표면;및,
    순응성 구동 표면에 결합된 적어도 하나의 액튜에이터로서, 순응성 구동 표면은 순응성 상부 표면 또는 순응성 하부 표면중 하나를 포함하고, 순응성 상부 표면 또는 순응성 하부 표면중 다른 하나는 순응성 비구동 표면인, 액튜에에이터;를 포함하고,
    순응성 상부 표면 및 순응성 하부 표면은 내측 단부와 외측 단부 사이에서 날개 길이 방향으로 연장된 연결부에서 연결되고,
    구동 표면은 후방으로 구동될 수 있고, 전방으로 구동될 수 있고, 구동 표면의 제 1 부분이 제 2 부분에 대하여 상이한 양으로 구동되어 구동 표면의 회전을 일으키도록 구동될 수 있고;
    구동 표면의 후방 움직임은 구동 표면의 형상 변화를 초래하되, 구동 표면의 후방 가장자리는 제 1 방향으로 움직이고 비구동 표면의 형상 변화를 일으키고;
    구동 표면의 전방 움직임은 구동 표면의 형상 변화를 초래하되, 구동 표면의 후방 가장자리는 제 1 방향에 대향하는 제 2 방향으로 움직이고 비구동 표면의 형상 변화를 일으키고;
    구동 표면의 회전 움직임은 구동 표면의 형상 변화를 초래하되, 구동 표면의 후방 가장자리의 제 1 분은 제 1 양으로 편향되고, 구동 표면의 후방 가장자리의 제 2 부분은 상기 제 1 양과 상이한 제 2 양으로 편향됨으로써, 구동 표면의 후방 가장자리는 차동적인 편향 또는 날개 길이 방향 비틀림을 겪는, 에어포일의 가장자리 변경 장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 액튜에이터는 제 1 액튜에이터를 포함하고, 상기 가장자리 변경 장치는 제 2 액튜에이터를 더 포함하고, 제 1 액튜에이터 및 제 2 액튜에이터는 동일한 방향으로 작동되어 가장자리를 전방 또는 후방으로 움직이고, 제 1 액튜에이터 및 제 2 액튜에이터는 상이한 양으로 또는 대향하는 방향들로 작동되어 차동적인 편향 또는 날개 길이 방향의 비틀림을 각각 일으키는, 에어포일의 가장자리 변경 장치.
  20. 제 20 항에 있어서, 순응성 상부 표면 및 순응성 하부 표면은 각각 에어포일의 상부 표면 및 하부 표면에 결합되는, 에어포일의 가장자리 변경 장치.
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