JP4531066B2 - 航空機のエアロフォイルの主翼用の可動前縁フラップ及びそのような可動前縁フラップを設けた主翼 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には航空機の翼システムの主翼用の可動前縁フラップに関し、この可動前縁フラップは特に、鳥の衝突に敏感な前方領域を有する空力外板を備える。このタイプの可動前縁フラップは、巡航飛行時に、航空機滑走動作中の現場で、又は離陸及び着陸段階中の現場で、鳥の衝突によって受けるかもしれない損傷を抑えるように設計されている。

１つの同一主翼上に幾つかの可動フラップを設けることを指定する解決策も場合によって選択されるが、本発明の可動前縁フラップは、主翼の前縁の全体又は一部を構成することを意図している。

したがって、本発明は、少なくとも１つのそのような前縁を有する航空機翼システムの主翼にも関する。

［従来技術］
航空機では、翼システムの２つの主翼の各々は一般的に、翼の前縁及び後縁に取り付けられた高揚力可動フラップを備える。

既知のように、低速又は中程度の速度で揚力を増すために、着陸及び離陸段階では可動フラップが展開される。さらに、高速巡航飛行では、航空機の前進移動に対する抵抗を抑えるために、可動フラップは格納される。また、やはり当業者には既知のように、各可動フラップは、翼の中央主部の前部分内に収納された機構を使用してずらされる。これらの機構は、前縁の長手方向に沿って間隔をおいて配置された可動フラップの負荷導入リブに係合し、特に、異なった飛行段階中に可動フラップを所定位置に保持すると共に空力負荷を確実に伝達するような寸法である。

この種類の可動前縁フラップは、巡航飛行時に、航空機滑走動作中の現場で、又は離陸及び着陸段階中の現場で、鳥の衝突に耐えることができるように設計されなければならない。言い換えると、可動前縁フラップは、当該翼に対して最小限であって壊滅的ではない結果だけを有するために、この種類の衝突中に生じるいずれの劣化に対しても十分に耐えなければならない。

これに関して、可動前縁フラップに対する鳥の衝突は、この鳥が可動前縁フラップの「鳥の衝突に敏感な前方領域」として知られる空力外板の一部分に当たるときに、特に有害且つ危険であることが指摘されており、この敏感な領域は、この空力外板の、万一鳥がそれに衝突した場合に最も危ない領域に相応する。垂直線に対して比較的小さい角度を成すと共に、限定的に上方に、且つ空力外板の上面部分及び下面部分間の接合部からおそらく下方に延びる空力外板のこの領域は実際に、それに鳥が衝突するとき、衝撃によって非常に大きいエネルギーが発生し、それが主に可動前縁フラップに伝達される限り、敏感であると呼ばれる。明らかに、このエネルギーは、可動前縁フラップが十分な耐力を有するように設計されていない場合、可動前縁フラップの重大な劣化を生じる可能性があり、航空機の翼が壊滅的な結果を有することもあるであろう。一例として、前述した前方領域より上方及び下方に衝突した鳥は、より弱いエネルギーを生じて、破壊的な結果を生じることはまずないことに注目する。実際に、前方領域外で上面部分及び下面部分の一方と接触した鳥は、その軌道が当該部分によって偏向され、その場合、その衝突に関して可動前縁フラップに伝達される動的負荷は壊滅的な結果を有しないであろう。

以上に述べたものに照らして、鳥衝撃を吸収するための有効空間が、特に霜防止装置の存在によって必然的に制限される点から、上記制約により、複雑な構造の可動前縁フラップの設計が不可避になることは明らかである。さらに、航空機の速度の二乗に比例する衝突エネルギーに立ち向かうために設けられた構造は、空力外板が複合材料のようなさほど延性がない材料から形成されているときに、さらにより大きい抵抗力を有さなければならないことに注目する。実際に、このタイプの材料は、軽量に関連した明確な理由から選択される場合が多いが、それは衝突エネルギーの吸収にはほとんど役立たない。また、可動前縁フラップが全体的に複合材料で形成されているとき、衝突時の可動前縁フラップのもろさのために、可動前縁フラップは容易に完全に破壊されるであろう。

したがって、従来技術の実施形態では、可動前縁フラップは、空力外板の前方領域に鳥が衝突することによって生じやすい破壊的作用を抑えるように構成された構造を有するが、そのために必要な仕様から構造的に複雑になり、可動前縁フラップのコスト及び総重量の点で無視できない欠点を生じる。

［発明の目的］
したがって、本発明の目的は、鳥の衝突に敏感な前方領域を有する空力外板を特に備える航空機の翼システムの主翼用の可動前縁フラップを提供することであって、この可動前縁フラップは、従来技術の実施形態に関連して上述した欠点を少なくとも部分的に克服する。

本発明の目的はまた、少なくとも１つのそのような可動前縁フラップを備えた航空機の翼システムの主翼を提示することである。

これを達成するために、本発明の目的は、航空機の翼システムの主翼用の可動前縁フラップであって、鳥の衝突に敏感な前方領域を有する空力外板と、一方で該空力外板の上面部分の後縁部に一体化すると共に他方で前記空力外板の下面部分の後縁部に一体化した後部外板とを備え、また、前縁の長手方向に沿って間隔をおいて配置された複数のリブをさらに備えた可動前縁フラップである。本発明によれば、可動前縁フラップは、直接的に連続した２つのリブの間に、一方で空力外板に固定されると共に他方で後部外板に固定された単一の剛直な鳥軌道偏向壁をさらに備え、鳥軌道偏向壁は、鳥が前方領域に衝突した後の鳥の軌道を偏向させることができる。さらに、前縁の長手方向と直交する任意の平面に沿った断面において、剛直な鳥軌道偏向壁は、可動前縁フラップの幾何学的翼弦に対して４５°未満の値の角度を成す。

好都合にも、従来技術の実施形態と異なり、本発明によって求められて得られる効果は、鳥と可動前縁フラップとの衝突中に発生してこの可動前縁フラップに伝達される衝突エネルギーを、この鳥の軌道を適当に偏向させることによって抑えることである。言い換えると、鳥が可動前縁フラップに衝突するとき、実行される偏向は、鳥に伴う運動エネルギーの、この可動前縁フラップに伝達される部分だけを意味する。

したがって、可動前縁フラップは、鳥が前方領域に衝突することによって発生するかもしれない、いかなる破壊的作用にも耐えることができる一方で、従来に見られたものに比べて流線形且つ軽量化された構造を有することができる。したがって、本発明による可動前縁フラップは、そのような衝突から生じやすい破滅的な結果を回避できるようにする。

実際に、空力外板が複合材料のようなさほど延性がない材料から形成されている第１例では、鳥が可動前縁フラップの空力外板の前方領域に衝突したときに、鳥がこの前方領域に割れ目を入れて、次にそれを局部的に穿孔することに注目する。この第１例では、衝突の運動エネルギーの吸収に空力外板がほとんど役立たないような劣化が観察される。しかしながら、前方領域の穿孔の直後、鳥は、この鳥の軌道を偏向させる剛直な鳥軌道偏向壁と接触する。このように、この鳥軌道偏向壁は、幾何学的翼弦に対して比較的小さい角度をなす限り、衝突エネルギーを、したがって可動前縁フラップに伝達される動的負荷を相当に抑制する。

実際に４５°の上記値は上限であって、それを超えると、鳥との衝突があまりにも大きい衝撃エネルギーを発生するので、万一この鳥軌道偏向壁が関連する重量の点で制限されない厚さである場合には明らかに、この剛直な鳥軌道偏向壁は、破損することなくその偏向機能を達成することができないであろう。

したがって、本発明によって提案された構造は、その構造に伝達される衝撃エネルギーを低減させて、剛直な鳥軌道偏向壁を過大な寸法にする必要をなくし、あるいは、かなりの重量の扱いにくい剛直な補助構造と組み合わせる必要をなくすことができることを理解されたい。

参考として、また以下にさらに詳細に説明するように、可動前縁フラップが翼の中央主部に対して完全に格納された位置にあるとき、この可動前縁フラップの幾何学的翼弦は、既知のように、前縁の長手方向と直交する任意の平面に沿った翼の断面において、完全に格納された状態の可動前縁フラップの最前方点とこの主翼の最後方点とを結ぶ線分に対応する翼の幾何学的翼弦と合流する想像線であるものとして理解されるべきである。

空力外板が金属材料、たとえばアルミニウムのような、より延性が高い材料から形成されている第２例では、前方領域に鳥が衝突することにより、前方領域が、剛直な鳥軌道偏向壁と接触するまで局部的にゆがむ。このように、空力外板のゆがみにより、運動衝突エネルギーの大部分が吸収される。その場合、第１例に関連して上述した方法と同様にして、すなわち、傾斜した剛直な鳥軌道偏向壁で鳥を支持し、この支持によって鳥の軌道を偏向させることによって、残留エネルギーは消散される。当然ながら、この第２例では、２つの鳥軌道偏向壁間に介在された空力外板を有する鳥軌道偏向壁に対して鳥が支持される。

上記の２例は、巡航飛行時に、航空機滑走動作中の現場で、又は離陸及び着陸段階中の現場で、鳥が前方領域に衝突することが、上記ゆがみを引き起こすのに十分な大きさの力を有することを前提として開示されている。しかしながら、空力外板にそのようなゆがみを発生させない弱い衝突の場合、たとえば、航空機が低速で飛行しているときには、運動衝突エネルギーの全てが、機械的な作用を加える必要のある剛直な鳥軌道偏向壁を有さないこの空力外板によって吸収される限りにおいて、空力負荷伝達はまったく問題を生じない。

また、単一の鳥軌道偏向壁を空力外板及び後部外板の両方に非常に適切に固定することにより、上記の鳥軌道偏向壁を追加するだけで、直接的に連続した２つのリブの間に箱形構造部を得ることが好都合にできることに注目する。したがって、やはり空力外板の下面部分の一部及び後部外板の一部を使用して形成されるこの箱形構造部が存在することにより、可動前縁フラップが相当に強化されるが、好都合にも余分な重量が発生する点で高価な手段を使用する必要がない。

好適な方法で、前縁の長手方向と直交する任意の平面に沿った断面において、剛直な鳥軌道偏向壁は、可動前縁フラップの幾何学的翼弦に対して２５°〜約３５°の角度を成す。これが過大な衝突エネルギーを発生することなく、鳥の軌道を偏向させることができる点で、この範囲の値が最適であったとする評価が実際に証明されている。

好ましくは、前縁の長手方向に沿って間隔をおいて配置された直接的に連続した２つのリブから成る各群に対して、これらの２つのリブの間に単一の剛直な鳥軌道偏向壁が設けられる。このように、空力外板の敏感な前方領域に衝突する鳥から保護されるのは、好都合にも可動前縁フラップ全体である。

上述したように、単一の剛直な鳥軌道偏向壁は、一方で空力外板の下面部分に固定されると共に他方で後部外板の上部分に固定されて、空力外板の下面部分の一部及び後部外板の一部を使用して箱形構造部を形成することが好ましい。したがって、単一の剛直な鳥軌道偏向壁は、後方向に上昇するように配置される。

さらに、前縁の長手方向と直交する任意の平面に沿った箱形構造部の断面の形状がほぼ三角形であることが好ましい。

これに関して、前縁の長手方向に沿って間隔をおいて配置された直接的に連続した２つのリブから成る各群に対して単一の剛直な鳥軌道偏向壁が設けられて、前縁の長手方向に沿って延びるビームを協働して構成する複数の箱形構造部が形成されることが好ましい。

したがって、好都合にもこのビームが、鳥が空力外板の前方領域に衝突してそれをゆがませるときに発生する負荷に対する抵抗力の主要素を形成することができる。他方、鳥との衝突後、ビームは、従来型の可動フラップで見られるものより相当に大きい曲げ強度及びねじり強度を有する。

本発明の別の目的は、上記のような少なくとも１つの可動前縁フラップを備える航空機の翼システム用の主翼である。

本発明の他の利点及び特徴は、以下に記載する非制限的な詳細な説明で明らかになるであろう。

この説明は、添付図面との関連で与えられる。

［好適な実施形態の詳細な説明］
図１を参照すると、複数の翼システム構成要素によって構成された翼システム２を有する航空機１が示されており、翼システム構成要素には、この航空機の後部に位置する垂直尾翼安定板６及び２つの水平尾翼ユニット７と、詳細に後述するように、本発明による少なくとも１つの前縁アセンブリをそれぞれ装着することができる２つの主翼４とが含まれる。

以下の説明全体を通して、慣習上、航空機１の長手方向をＸで示し、航空機に対して横断する方向をＹで示し、垂直方向をＺで示し、これらの３方向は互いに直交している。

他方、「前」及び「後」という用語は、航空機エンジンによって加えられる推進力によって生じる航空機の前進方向を基準にして考えられるべきであり、この方向は矢印３によって概略的な形で示されている。

主翼４に関する限り、その各々は、１つ又は複数の可動前縁フラップ（図１に示されていない）を組み込むことができる前縁１０の後部に位置して翼のほぼ全体を構成する中央主部８を有する。やはりここでも、以下の説明全体を通して、従来通りに、前縁の長手方向をＸ’で示し、主翼４の前縁１０に対して横断する向きの方向をＹ’で示し、垂直方向をＺ’で示し、これらの３方向は互いに直交している。例示として図１に示され、航空機が矢状主翼（d'ailes principales a fleche）を有する例では、一方で方向Ｘ及びＹ’が、他方で方向Ｘ’及びＹが、方向Ｚ及びＺ’とは異なり、互いに平行ではない。しかしながら、このような例では、平面ＸＹ及びＸ’Ｙ’はほぼ平行な状態にある。

このため、本発明の主題事項を形成する少なくとも１つの可動前縁フラップを使用して具現されることができるのは、実際には２つの主翼４の各々の前縁１０であり、その１つの好適な実施形態をここで説明する。

図２及び図３を合わせて参照すると、可動前縁フラップ１６が、たとえば当該主翼４のほぼ全長にわたって、明らかに前縁の長手方向Ｘ’に沿って延びることがわかる。図２及び図３でわかりやすくするという明らかな理由のために、主翼４の中央主部８は示されていないが、もちろんそれは、当業者には既知の構成で実現することができる。

可動前縁フラップ１６は空力外板１８を有し、これはおそらく、多数の固定構成部材を使用して実現されてＸ’に沿って延び、下面部分２０及び上面部分２２を画定している。さらに、図３に示されているように、空力外板１８は鳥の衝突に敏感な前方領域２４を有し、この前方領域２４は従来技術で記載されている通りである。やはり参考までにより正確に言うと、前方領域２４は、可動前縁フラップ１６が（図３に示されているように）完全に格納されている巡航段階における空力外板１８の最前方点に対応する点Ａと、可動前縁フラップ１６が完全に展開している着陸段階における空力外板１８の最前方点に対応する点Ｂとの間にある。

さらに、点Ａは、主翼４の幾何学的翼弦と合流する可動前縁フラップ１６の幾何学的翼弦２６上に位置する一方、点Ｂは、上面部分２２上に位置することに注目する。

主翼４の、したがって可動前縁フラップ１６の「幾何学的翼弦２６」は、図３に示されているように可動前縁フラップが完全に格納されているときの主翼４の、方向Ｘ’と直交する任意の平面に沿った断面の最前方点及び最後方点を結ぶ想像線分であることを理解すべきことに注目する。言い換えると、幾何学的翼弦２６は、やはり平面Ｙ’Ｚ’に沿った主翼４の任意の断面において、主翼の下面及び上面間の前方接合部を形成する点（点Ａ）と、これらの同じ下面及び上面間の後方接合部を形成する点（図示せず）とを結ぶまっすぐな線分である。

可動前縁フラップ１６の後部外板２８が、可動前縁フラップ１６の後部分を閉鎖する。実際に、この後部外板２８は、一方で空力外板１８の下面部分２０の後縁部２０ａに一体化されると共に他方でこの同じ空力外板１８の上面部分２２の後縁部２２ａに一体化されている。方向Ｘ’に沿って延びる後部外板２８は、既知のように、形状が主翼４の中央主部に属する相補的幾何学部分に一致してその上を摺動できる前方湾曲部を有することに注目する。さらに、方向Ｘ’に沿って延びるＬ字形断面の翼桁３０を、下面部分２０の後縁部２０ａと後部外板２８の下部との間に介在させて、これらの２つの構成部品間の機械的連結を強化してもよい。

方向Ｘ’に沿って長手方向に閉じられた空間を形成する空力外板１８及び後部外板２８は、当業者には既知の従来手段を使用して、上記空間のいずれかの側を閉鎖する２つの端部のリブ３２にも固定されている。さらに、空力外板１８及び後部外板２８は、負荷を導入するリブ３４にも固定されている。これらの負荷を導入するリブ３４は下方部分内に、可動前縁フラップ１６と可動前縁フラップ１６の変位機構との間を連結できるようにする固定手段３６を有している。このため、後部外板２８に開口３８が設けられて、固定手段３６を開口３８に挿通することができる。

他方、空力外板１８及び後部外板２８を１つ又は複数の中間のリブ４０に固定してもよく、これらのリブは実際に、可動前縁フラップ１６の剛性を高めることを目的として、任意の直接的に連続した２つのリブ３２，３４間に介在させることができる。

以上に記載したことに照らして、本発明の第１の好適的な実施形態に従った可動前縁フラップ１６は複数のリブ３２，３４及び４０を有し、これらは共通して可動前縁フラップの横方向リブとして表されることがわかる。それらは、方向Ｘ’に沿って間隔をおいて、好ましくはすべてが垂直向きで、前縁１０の方向Ｙ’に沿って配置されている。

本発明の特殊性は、任意の直接的に連続した２つのリブ３２，３４及び４０の間に、可動前縁フラップ１６が単一の剛直な鳥軌道偏向壁４２を有し、この鳥軌道偏向壁４２がこれらの２つのリブ間に固定され、またおそらくは、それらの２つにも固定されていることにある。前述したように、鳥が前方領域２４に衝突した後、この衝突が空力外板１８のゆがみをもたらし、また鳥が剛直な鳥軌道偏向壁４２に対して支持されるようにするとき、剛直な鳥軌道偏向壁４２は鳥の軌道を偏向させる作用をする。

図３で最もよくわかるように、剛直な鳥軌道偏向壁４２には、可動前縁フラップの内側へわずかに湾曲して、たとえばリベット留め又はボルト留めによって空力外板１８の下面部分２０に固定された前方下縁部４３が設けられている。ほぼ平坦であって、好ましくは方向Ｘ’に平行であるこの鳥軌道偏向壁４２は、後方上縁部４５まで上昇するように後方に延びて、好ましくは後部外板２８の上部分に接するようになる。したがって、後方上縁部４５は、上面部分２２の後縁部２２ａ付近で、たとえばリベット留め又はボルト留めによって後部外板２８に固定される。

これに関して、任意の直接的に連続した２つのリブ３２、３４、４０間の平面Ｙ’Ｚ’に沿った任意の断面において、剛直な鳥軌道偏向壁４２と幾何学的翼弦２６との間に形成される角度α１が４５°未満であり、図３に示されているように、好ましくは約３０°である。

このような配置で、鳥軌道偏向壁４２は、下面部分２０及び後部外板２８と協働して箱形構造部４４を形成し、方向Ｘ’に直交する任意の平面に沿った箱形構造部４４の断面の形状が好ましくはほぼ三角形である。さらに、可動前縁フラップ１６の直接的に連続した２つのリブ３２，３４及び４０から成る各群に対して１つの鳥軌道偏向壁４２が設けられているとき、連続的に設置された箱形構造部４４が協働して、可動前縁フラップ１６の全長にわたって方向Ｘ’に沿って延びる単一のビーム（参照符号なし）を構成することははっきりと明白である。したがって、三角形の断面を有するこのビームは、優れた曲げ強度及びねじり強度の特性を与え、したがって、下面部分２０の一部及び後部外板２８の一部を使用し、また剛直な鳥軌道偏向壁４２を使用して実現される。

可動前縁フラップ１６のすべての構成部品は、剛直な鳥軌道偏向壁４２を除いて、たとえば複合材料のような、さほど延性がない材料を使用して形成される。そのような例では、方向Ｘ’に沿って順次続く剛直な鳥軌道偏向壁４２は、その場合には、アルミニウム又はその合金のような金属材料から形成してもよい。表示されている材料を選択することにより、好都合に可動前縁フラップ１６の機械的強度と重量との両方を完全に満足させることができる。

当然ながら、当業者であれば、純粋に非制限的な例として、以上に記載した可動前縁フラップ１６に対して異なった修正を加えることができる。

本発明による少なくとも１つの可動前縁フラップをそれぞれ装着することができる主翼を有する航空機の斜視図である。 本発明の好適な実施形態による、航空機の翼システムの主翼の可動前縁フラップの一部を分解した斜視図である。 前縁の長手方向と直交し、直接的に連続した２つのリブ間のどこかで選択された図２の平面Ｐに沿った横断面図である。

Claims (8)

1. 航空機（１）の翼システムの主翼（４）用の可動前縁フラップ（１６）であって、鳥の衝突に敏感な前方領域（２４）を有する空力外板（１８）と、一方で該空力外板（１８）の上面部分（２２）の後縁部（２２ａ）に一体化すると共に他方で前記空力外板（１８）の下面部分（２０）の後縁部（２０ａ）に一体化した後部外板（２８）とを備え、また、前縁の長手方向（Ｘ’）に沿って間隔をおいて配置された複数のリブ（３２，３４，４０）をさらに備えた可動前縁フラップ（１６）において、
   前記可動前縁フラップは、直接的に連続した２つのリブの間に、一方で前記空力外板（１８）に固定されると共に他方で前記後部外板（２８）に固定された単一の剛直な鳥軌道偏向壁（４２）をさらに備え、該鳥軌道偏向壁（４２）は、鳥が前記前方領域（２４）に衝突した後の鳥の軌道を偏向させることができ、
   また、前記前縁の長手方向（Ｘ’）と直交する任意の平面に沿った断面において、剛直な前記鳥軌道偏向壁（４２）は、前記可動前縁フラップの幾何学的翼弦（２６）に対して４５°未満の値の角度（α１）を成すことを特徴とする可動前縁フラップ。
2. 前記前縁の長手方向（Ｘ’）と直交する任意の平面に沿った断面において、剛直な前記鳥軌道偏向壁（４２）は、前記幾何学的翼弦（２６）に対して２５°〜３５°の角度（α１）を成すことを特徴とする、請求項１に記載の可動前縁フラップ。
3. 前記前縁の長手方向（Ｘ’）に沿って間隔をおいて配置された直接的に連続した２つのリブ（３２，３４，４０）から成る各群に対して、前記２つのリブの間に単一の剛直な鳥軌道偏向壁（４２）が設けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の可動前縁フラップ。
4. 単一の剛直な前記鳥軌道偏向壁（４２）は、一方で前記空力外板（１８）の前記下面部分（２０）に固定されると共に他方で前記後部外板（２８）の上部分に固定されて、前記空力外板（１８）の前記下面部分（２０）の一部及び前記後部外板（２８）の一部を使用して箱形構造部（４４）を形成し、及び、単一の剛直な前記鳥軌道偏向壁（４２）は、後方向に上昇するように配置されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の可動前縁フラップ。
5. 前記前縁の長手方向（Ｘ’）と直交する任意の平面に沿った前記箱形構造部（４４）の断面の形状が三角形であることを特徴とする、請求項４に記載の可動前縁フラップ。
6. 前記前縁の長手方向（Ｘ’）に沿って間隔をおいて配置された直接的に連続した２つのリブ（３２，３４，４０）から成る各群に対して単一の剛直な前記鳥軌道偏向壁（４２）が設けられて、前記前縁の長手方向（Ｘ’）に沿って延びるビームを協働して構成する複数の箱形構造部（４４）が形成されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の可動前縁フラップ。
7. 前記空力外板（１８）は、非金属複合材料を使用して形成されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の可動前縁フラップ。
8. 航空機（１）の翼システムの主翼（４）において、請求項１〜７のいずれか一項に記載の少なくとも１つの可動前縁フラップ（１６）を有することを特徴とする主翼。

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